CN116327224A - 平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

一种平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质，其中平移扫描断层成像方法包括：控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制所述数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光，获取所述探测器采集到的二维图像，并根据所述预设速度和所述预设时间间隔确定每帧二维图像的位置信息，根据采集到的二维图像中像素的投影角度和所述位置信息，得到重建的三维图像。上述平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质可降低对DR系统运动结构的复杂度和运动反馈装置的高精度要求，同时降低成本。

Description

平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质

技术领域

本发明实施例涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质。

背景技术

数字放射成像(DR，Digital Radiography)是一种通过X射线探测器把穿透人体的X射线信息转化为数字信号，并由计算机对X光图像进行后处理及显示的医疗设备。DR设备一般只能获取二维图像。

现有技术中，通常基于断层扫描成像获得三维图像，断层扫描成像是基于DR的一种三维成像技术，大角度扫描是断层成像的主流扫描方式，即通过球管大角度获得不同角度的投影数据，进而重建出三维图像。但是现有技术对DR系统的运动结构的复杂度和运动的反馈精度要求很高，导致成本也高。

发明内容

本发明实施例提供一种平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质，可解决对运动结构复杂和反馈精度要求很高，成本高的问题。

本发明实施例一方面提供了一种平移扫描断层成像方法，包括：

控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制所述数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光；

获取所述探测器采集到的二维图像，并根据所述预设速度和所述预设时间间隔确定每帧所述二维图像的位置信息；

根据采集到的二维图像中像素的投影角度和所述位置信息，得到重建的三维图像。

本发明实施例一方面还提供了一种平移扫描断层成像装置，包括：

控制模块，用于控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制所述数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光；

获取模块，用于获取所述探测器采集到的二维图像；

处理模块，用于根据所述预设速度和所述预设时间间隔确定每帧所述二维图像的位置信息，以及用于根据采集到的二维图像中像素的投影角度和所述位置信息，得到重建的三维图像。

本发明实施例一方面还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述机器人执行的平移扫描断层成像方法。

从上述本发明各实施例可知，控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制该数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光，获取探测器采集到的二维图像，并根据该预设速度和该预设时间间隔确定每帧二维图像的位置信息，根据采集到的二维图像中像素的投影角度和该位置信息，得到重建的三维图像，不需要DR系统具有复杂的运动结构和高精度的反馈装置，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例提供的平移扫描断层成像方法的实现流程图；

图2为应用本发明实施例提供的平移扫描断层成像方法得到的不同深度的两个三维切片图像的示意图；

图3为本发明一实施例提供的平移扫描断层成像装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明一实施例提供的平移扫描断层成像方法的流程示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该方法的执行主体为终端设备，例如电脑等，终端设备与DR系统连接，用于处理从DR系统发送的图像数据，其中DR系统可包括：球管、探测器、高压发生器等装置，探测器具体可以是平板探测器。该方法可包括如下步骤：

S101、控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制该数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光；

控制DR系统的球管和探测器按预设速度同步平移运动，并控制DR系统的高压发生器每隔预设时间间隔进行曝光，即进行等时间间隔曝光。

获取用户选择的扫描成像范围的起点和终点，并计算运动起点，该运动起点是基于扫描成像范围的起点加一个前置距离，该前置距离不小于该平移运动的加速行程。控制球管和探测器从运动起点向运动终点同步运动，运动到运动终点时停止运动。

在球管和探测器的运动达到预设运动速度时，控制高压发生器按该预设时间间隔，等时间间隔曝光发出x射线。

进一步地，在控制DR系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动之前还包括：标定该DR系统的几何参数和运动参数；

具体地，标定DR系统的探测器与射线焦点的距离(SID，source to imagereceptor distance)、射线焦点在图像成像平面的垂直投影点，以及球管和探测器同步平移运动的该预设速度。

其中，标定DR系统的SID具体是校准装配DR系统造成的SID的误差：

将已知长度为l的标定物水平置于探测器表面上方一定距离d，对该标定物进行曝光获得图像，测量标定物在图像中的长度l’，根据DR系统的几何结构，可得公式l/l’＝(SID-d)/SID，已知l，l’和d，则可求得准确的SID。

标定射线焦点在图像成像平面的垂直投影点：

标定模体是具有预设高度的立体物，其上表面与下表面平行，上表面与下表面放置高密度衰减点，上下表面中心点的连线与上下表面均垂直。将标定模体放置探测器表面的大概中心位置，曝光采集图像，并根据上表面中心相对于下表面中心的偏移方向，将标定模体按偏移方向的反方向移动，再次曝光采集图像，再次向该偏移方向反方向移动，如此重复，直到上下表面中心重叠，确定为中心点，记录重叠时中心点坐标(x0，y0)为射线焦点在图像成像平面的垂直投影点。

标定球管和探测器同步平移运动的该预设速度：

将有长度刻度的标定物置于扫描平面，对该标定物进行平移扫描，在图像中测量间隔N帧的两帧之间的中心线对应的刻度间隔，刻度间隔除以时间N帧的时间间隔可得运动速度v。在不同位移下计算可得速度值与位移关系v(s)，中间值根据插值确定，匀速运动时v(s)是固定值。

通过上述对DR系统几何参数和运动参数的标定，不需要高精度的结构和装配工艺，也可得到准确的参数。

S102、获取该探测器采集到的二维图像，并根据该预设速度和该预设时间间隔确定每帧二维图像的位置信息；

在球管和探测器开始运动，向探测器发送同步信号以控制探测器采集二维图像，直到球管和探测器停止运动，则停止采集图像。可设置运动起点和运动终点，在它们之间的运动行程内任意范围采集图像，根据采集的图像重建的三维图像的断层成像范围不受限于探测器成像幅面，应用范围广，临床价值大。

根据该预设速度和预设时间间隔，计算每帧二维图像的位置信息，第i帧的二维图像的采集位置，即曝光位置为Si＝Si-1+v(Si-1)*△t。

其中，Si为第i帧二维图像的采集位置，Si-1为第i-1帧二维图像的采集位置，v为该预设速度，Δt为该预设时间间隔。

S103、根据采集到的二维图像中像素的投影角度和该位置信息，得到重建的三维图像。

三维图像具体为三维切片图像。

接收探测器采集到的每帧二维图像和每帧二维图像的位置信息，对二维图像重组得到新的投影图像，并对重组的投影图像进行滤波，对滤波后的投影图像进行重建，得到三维切片图像。

根据X射线是锥形束的特点，将相同投影角度的X射线得到的图像重组得到投影图像，分别对不同投影角度的X射线得到的图像进行重组，可得到多个投影角度的投影图像。

具体地，计算二维图像中每个像素对应的投影角度，将每帧二维图像中，相同投影角度的像素组成一张投影图像，对所有投影图像进行滤波处理，并将滤波后的投影图像，根据该位置信息和DR系统的SID重建为三维切片图像。

其中，计算二维图像中每个像素对应的投影角度，根据探测器与射线焦点的距离SID、每个像素点y轴坐标、射线焦点在图像平面的垂直投影中心点的y轴坐标，计算得到该投影角度，具体包括：根据该数字放射成像系统的SID，以及每个像素点相对于射线焦点在图像成像平面的垂直中心点在y轴上的偏移量y-y0计算该投影角度，其中y0为该中心点坐标的y轴坐标，也即射线焦点在图像成像平面的垂直投影点的y轴坐标。计算公式为投影角度α：

α＝atan((y-y0)/SID)

每一帧二维图像中相同投影角度的像素单独作为一行，其中，相同投影角度是指射线平面与中心轴(即焦点和垂直中心点的连线)的角度；

具体地，当前帧二维图像中相同投影角度的像素作为第一行，下一帧二维图像中相同投影角度的像素作为第二行，以此类推，可从N帧二维图像中提取N行像素组成一个新的投影图像。

进一步地，采集到的二维图像有R行，一共有N个二维图像，每个图像的第一行共同重新组成一个投影图，该投影图就有N行；每个图像的第二行组成第二个共同重新组成另一个投影图，以此类推，R行二维图像一共重新组成R个投影图。

对所有投影图像进行滤波处理，并将滤波后的投影图像，根据该位置信息和DR系统的SID重建为三维切片图像，具体包括：

对所有投影图像依次进行斜波滤波和低通滤波，以降低噪声，得到滤波后的图像，对滤波后的图像根据该位置信息、SID和预设的重建算法，得到三维切片图像。

其中，x’＝SID/(SID-z)*(x-x0)+x0，y’＝SID/(SID-z)*(y-y0-Si)+y0+Si。

V(x,y,z)表示三维图像上的点；Pi(x’,y’)表示投影图像中的点。

其中i∈[0，R]。

参见图2，图2为应用本发明实施例提供的平移扫描断层成像方法得到的不同深度的两个三维切片图像的示意图。

本发明实施例中，控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制该数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光，获取探测器采集到的二维图像，并根据该预设速度和该预设时间间隔确定每帧二维图像的位置信息，根据采集到的二维图像中像素的投影角度和该位置信息，得到重建的三维图像，不需要DR系统具备复杂的运动结构和高精度的反馈装置，成本低。

参见图3，本发明一实施例提供的平移扫描断层成像装置的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该平移扫描断层成像装置可以内置于上述实施例中的终端设备中，可主要包括如下模块：

控制模块301，用于控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光；

获取模块302，用于获取探测器采集到的二维图像；

处理模块303，用于根据预设速度和预设时间间隔确定每帧二维图像的位置信息，以及用于根据采集到的二维图像中像素的投影角度和位置信息，得到重建的三维图像。

进一步地，处理模块303，还用于计算二维图像中每个像素对应的投影角度；

将每帧二维图像中，相同投影角度的像素组成一张投影图像；

对所有投影图像进行滤波处理，并将滤波后的投影图像，根据该位置信息和DR系统的探测器与射线焦点的距离重建为三维切片图像。

处理模块303，还用于根据该数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离，以及像素点相对于射线焦点在图像成像平面的垂直中心点在y轴上的偏移量，计算投影角度。

处理模块303，还用于对所有投影图像依次进行斜波滤波和低通滤波，得到滤波后的图像；

对滤波后的图像根据该位置信息、该探测器与射线焦点的距离和预设的重建算法，得到该三维切片图像。

进一步地，该装置还包括：标定模块(图3中未示出)；

该标定模块，用于标定该数字放射成像系统的几何参数和运动参数。

具体用于标定该数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离、射线焦点在图像成像平面的垂直投影点，以及该预设速度。

本实施例中各模块的功能的实现细节，参见前述图1-3所示实施例中关于平移扫描断层成像方法的描述。

本发明实施例中，控制模块控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制该数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光，获取模块获取探测器采集到的二维图像，并处理模块根据该预设速度和该预设时间间隔确定每帧二维图像的位置信息，根据采集到的二维图像中像素的投影角度和该位置信息，得到重建的三维图像，不需要DR系统具备复杂的运动结构和高精度的反馈装置，成本低。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是设置于上述各实施例中的终端设备中，该计算机可读存储介质可以是终端设备中的存储器。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述图1所示实施例中描述的平移扫描断层成像方法。可选的，该计算机可存储介质还可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的平移扫描断层成像方法、装置及可读存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种平移扫描断层成像方法，其特征在于，包括：

控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制所述数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光；

获取所述探测器采集到的二维图像，并根据所述预设速度和所述预设时间间隔确定每帧所述二维图像的位置信息；

根据采集到的二维图像中像素的投影角度和所述位置信息，得到重建的三维图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据采集到的二维图像中像素的投影角度和所述位置信息，得到重建的三维图像包括：

计算所述二维图像中每个像素对应的投影角度；

将每帧所述二维图像中相同所述投影角度的像素组成一张投影图像；

对所有所述投影图像进行滤波处理，并将滤波后的投影图像，根据所述位置信息和所述数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离重建为三维切片图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述二维图像中每个像素对应的投影角度包括：

根据所述数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离，以及所述数字放射成像系统的像素点相对于射线焦点在图像成像平面的垂直中心点在y轴上的偏移量，得到所述投影角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所有所述投影图像进行滤波处理，并将滤波后投影图像，根据所述位置信息和所述数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离重建为三维切片图像包括：

对所有所述投影图像依次进行斜波滤波和低通滤波，得到滤波后的图像；

对滤波后的图像根据所述位置信息、所述探测器与射线焦点的距离和预设的重建算法，得到所述三维切片图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动之前包括：

标定所述数字放射成像系统的几何参数和运动参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标定数字放射成像系统的几何参数和运动参数包括：

标定所述数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离、射线焦点在图像成像平面的垂直投影点，以及所述预设速度。

7.一种平移扫描断层成像装置，其特征在于，包括

控制模块，用于控制数字放射成像系统的球管和探测器按照预设速度同步平移运动，并控制所述数字放射成像系统每隔预设时间间隔曝光；

获取模块，用于获取所述探测器采集到的二维图像；

处理模块，用于根据所述预设速度和所述预设时间间隔确定每帧所述二维图像的位置信息，以及用于根据采集到的二维图像中像素的投影角度和所述位置信息，得到重建的三维图像。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于计算所述二维图像中每个像素对应的投影角度；

将每帧所述二维图像中，相同所述投影角度的像素组成一张投影图像；

对所有所述投影图像进行滤波处理，并将滤波后的投影图像，根据所述位置信息和所述数字放射成像系统的探测器与射线焦点的距离重建为三维切片图像。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于对所有所述投影图像依次进行斜波滤波和低通滤波，得到滤波后的图像；

对滤波后的图像根据所述位置信息、所述探测器与射线焦点的距离和预设的重建算法，得到所述三维切片图像。

10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于被处理器执行时实现如权利要求1至6中的任一项所述的平移扫描断层成像方法。

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