技术领域
[0001] 本
说明书涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种图像重建方法、装置、设备及多层螺旋CT系统。
背景技术
[0002] 多层螺旋CT(
电子计算机
断层扫描设备)扫描
覆盖范围更大，扫描时间缩短，z轴
分辨率更高，可以得到更好的
三维重建图像，已应用于人体三维成像、
血管造影成像、心脏成像、脑灌注成像等领域，还在计算机辅助技术(虚拟
内窥镜技术)和
放射治疗计划等方面有重要作用。
[0003] 在利用投影数据来重建图像时，通常使用通过投影关系推算的理想
位置下的探测器采集数据，然而不同的探测模
块在z方向的位置可能存在偏差，从而影响所获得的探测器采集数据
定位的准确性，导致成像
质量下降。
发明内容
[0004] 本公开提供了一种图像重建方案。根据本公开的一方面，提供一种图像重建方法，应用于多层螺旋CT系统的成像设备，所述系统还包括
放射源、探测器，所述探测器包括围绕旋转中心排列的多个探测模块；所述方法包括：预先采集所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内时，所述探测器输出的探测数据；根据所述探测数据，确定各个探测模块的接收
信号重心位置，并根据所述接收信号重心位置确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离；根据各个探测模块的初始位置和所述偏移距离，获得各个探测模块的目标位置，所述初始位置根据转换到旋转中心的探测模块的位置确定；对受检体进行扫描，获取与各个探测模块的所述目标位置对应的探测数据，根据所述探测数据进行图像重建。
[0005] 结合本公开提供的任一实施方式，每个所述探测模块在z方向上包括N层探测单元；所述根据所述探测数据，确定各个探测模块的接收信号重心位置，并根据所述接收信号重心位置确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离，包括：针对一个探测模块，根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心位置；根据所述接收信号重心位置，以及每层探测单元的物理宽度，获得各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离。
[0006] 结合本公开提供的任一实施方式，根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心位置，包括：
[0007] 对各层探测单元在所述探测模块中的层数索引值与所输出的探测值相乘的结果进行累加，获得第一累加结果；
[0008] 将各个探测单元输出的探测值进行累加，获得第二累加结果；
[0009] 将所述第一累加结果除以所述第二累加结果，得到所述探测模块的接收信号重心位置。
[0010] 结合本公开提供的任一实施方式，所述方法还包括，利用缝隙型限束器使所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内。
[0011] 根据本公开的一方面，提供一种图像重建装置，应用于多层螺旋CT系统的成像设备，所述系统还包括放射源、探测器，所述探测器包括围绕旋转中心排列的多个探测模块；所述装置包括：采集单元，用于预先采集所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内时，所述探测器输出的探测数据；确定单元，用于根据所述探测数据，确定各个探测模块的接收信号重心位置，并根据所述接收信号重心位置确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离；获得单元，用于根据与所述旋转中心对应的探测模块在z方向上的初始位置和所述偏移距离，获得各个探测模块的目标位置；重建单元，用于对受检体进行扫描，获取与各个探测模块的所述目标位置对应的探测数据，根据所述探测数据进行图像重建。
[0012] 结合本公开提供的任一实施方式，每个所述探测模块在z方向上包括N层探测单元；所述确定单元在用于确定各个探测模块的接收信号重心位置时，具体用于：针对一个探测模块，根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心的分布位置；根据所述接收信号重心的分布位置，以及每层探测单元的物理宽度，获得所述探测模块的接收信号重心位置。
[0013] 结合本公开提供的任一实施方式，所述确定单元在用于根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心位置时，具体用于：
[0014] 对各层探测单元在所述探测模块中的层数索引值与所输出的探测值相乘的结果进行累加，获得第一累加结果；
[0015] 将各个探测单元输出的探测值进行累加，获得第二累加结果；
[0016] 将所述第一累加结果除以所述第二累加结果，得到所述探测模块的接收信号重心位置。
[0017] 结合本公开提供的任一实施方式，所述装置还利用缝隙型限束器使所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内。
[0018] 根据本公开的一方面，提供一种成像设备，包括：所述成像设备包括
存储器、处理器，所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器用于在执行所述计算机指令时实现以上所述的图像重建方法。
[0019] 根据本公开的一方面，提供一种，包括放射源、探测器，以及如上所述的成像设备。
[0020] 根据本公开的图像重建方法、装置、成像设备以及多层螺旋CT系统，根据放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内时，所述探测器输出的探测数据确定各个探测器模块的接收信号重心位置，从而确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离，并将该偏移数据与进行图像重建的初始位置相结合获得的目标位置来进行图像重建，使得对进行成像的探测器数据的定位更加准确，从而提高了成像质量。
[0021] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
[0022] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的
实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
[0023] 图1是本公开至少一个实施例提出的多层螺旋CT系统的结构示意图；
[0024] 图2是本公开至少一个实施例提出的多层螺旋CT系统的成像示意图；
[0025] 图3A是理想情况下探测模块排列示意图，图3B是实际情况下探测模块排列示意图；
[0026] 图4是本公开至少一个实施例提出的一种图像重建方法的
流程图；
[0027] 图5是本公开至少一个实施例提出的图像重建方法中缝隙型限束器工作示意图；
[0028] 图6是本公开至少一个实施例提出的图像重建方法中探测模块的示意图；
[0029] 图7是本公开至少一个实施例提出的图像重建方法中探测模块
输出信号曲线图；
[0030] 图8是本公开至少一个实施例提出的一种图像重建装置的示意图；
[0031] 图9是本公开至少一个实施例提出的一种成像设备的结构示意图。
具体实施方式
[0032] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附
权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0033] 参见图1，为本公开至少一个实施例提出的多层螺旋CT系统的结构示意图，该系统包括放射源10、探测器12、载物台13、
图像处理设备14。
[0034] 其中，放射源10用于发射
X射线，探测器11用于检测穿透待受检体的X射线的强度。基于受检体15，例如人体，中各个
体素对X射线的吸收系数，探测器12能够获得与各个体素相对应的投影数据。放射源10围绕受检体连续旋转并曝光，探测器12可以被配置为相对于放射源10的旋转中心与其对称并与放射源10共同旋转，也可以被设置在其他位置。图像处理设备14用于获取探测器12的投影数据，并基于该收据重建CT图像。
[0035] 图2为本公开至少一个实施例提出的多层螺旋CT系统的成像示意图。如图2所示，放射源20沿着旋转中心线OO’呈螺旋状移动，探测器21包括围绕旋转中心排列的多个探测模块211，每个探测模块211包含多层探测单元。此处的探测器21为中心在旋
转轴上的虚拟面阵探测器。理论上，放射源的焦点、旋转中心的连线垂直于探测器。其中，放射源与旋转中心连线为中心通道，所述中心通道与x轴的夹
角为β，其表示射线源旋转过程中的周向
采样角；γ表示各个探测单元与射线源的连线与中心通道的夹角，称为通道角；放射源所发出的整个射
线束的角度称为扇角。可以利用β∈[0，2π]的投影数据来重建切片f(x,y,z)的图像。
[0036] 例如可以通过公式(2)计算图像重建数据f(x,y,z)：
[0037]
[0038] 其中，x,y,z表示重建
像素点的坐标，β表示周向采样角，γ表示通道角，R表示螺旋扫描的半径，q表示重建像素点(x,y ,z)使用的投影数据所在的z位置，为投影
数据，
[0039] 在进行图像重建时，通常利用理论推导出的探测器z位置q′(x,y,z,β)，来获取探测数据。该理论探测器z位置通过以下公式进行计算：
[0040]
[0041] 其中，R表示螺旋扫描的半径，也即旋转半径，D为焦距，也即放射源的焦点到实际进行检测的探测器(物理探测器)的距离。
[0042] 在理想情况下，围绕旋转中心排列的多个探测模块是
水平排列的，也即各个探测模块在z方向上对齐的，如图3A所示。然而实际探测器的排列，由于制造和装配
精度的差异，各个探测模块在z方向上是无法完全对齐的，也即探测模块中的各层探测单元在z方向上并非位于同一位置，各个模块之间会出现阶跃(step)。由于各个探测模块偏离z方向理想中心位置(图3A和图3B中的虚线所示位置，其为根据所有探测模块的排列设定的中心位置)的程度不一致，从而影响了图像重建过程中层方向数据定位的准确性。
[0043] 图4是本公开至少一个实施例提出的一种图像重建方法的流程图，该方法可应用于多层螺旋CT系统的成像设备，可以包括步骤401～404：
[0044] 在步骤401中，预先采集所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内时，所述探测器输出的探测数据。
[0045] 在本公开实施例中，通过使放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围，也即使得探测器在中间部分层能够完全接收X射线，而在探测器的两边，也即存在探测模块阶跃的部分，不接收X射线。其中，设定中间范围是以探测器的理想中心位置(如图3A和图3B所示)为中心设定的，其具体范围可以根据探测器的排布情况来确定。
[0046] 在一些实施例中，可以利用缝隙型限束器，例如薄切片开缝。所述缝隙型限束器在z方向上的尺寸例如为2*0.625mm，表示该缝隙型限束器限制形成的射线束在旋转中心等效的
平板探测器上覆盖的范围，即覆盖了两层，每层是0.625mm，一共覆盖了1.25mm。通过缝隙型限束器，可以使放射源能够照射在探测器在z方向上的设定中间范围内，如图5所示。
[0047] 响应于在z方向上的设定中间范围内接受放射源的照射，探测器输出探测数据，预先采集所述探测数据以进行后续处理。
[0048] 在步骤402中，根据所述探测数据，确定各个探测模块的接收信号重心位置，并根据所述接收信号重心位置确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离。
[0049] 接收信号重心位置是接受照射最强的位置，探测器在该位置输出的探测数据是用于进行图像重建的最佳数据。
[0050] 在探测器的中心与缝隙型限束器的中心不重合的情况下，探测器
中间层接收信号可能被受到遮挡，而使其他的层接受照射，这样限束器产生的信号峰值位置就会发生改变。通过根据探测器信号的强弱可以判断限束器所对准的是哪些层，通过确定限束器信号所对准的层方向上的正中心位置，即可以判断出接受照射最强的位置，也即确定出了接收信号的重心位置。
[0051] 对于各个探测模块，由于其在z方向上是非对齐的，因此接受放射源照射的范围也不相同，因此接收信号重心位置也是不同的。可以通过多种方法来确定探测模块的接收信号重心位置，例如将探测值最高的位置确定为接收信号重心位置等等，本公开对此不进行限定。
[0052] 在确定了几何重心位置的情况下，可以根据所述接收信号重心位置，确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心(图3A和图3B所示的理想中心位置)的偏移距离。
[0053] 在步骤403中，根据各个探测模块的初始位置和所述偏移距离，获得各个探测模块的目标位置，所述初始位置根据转换到旋转中心的探测模块的位置确定。
[0054] 在本步骤中，通过将探测模块转换到旋转中心，也即将探测模块所在平面，沿着放射源的焦点、旋转中心的连线方向平移至旋转中心所在位置(如前所述，放射源的焦点、旋转中心的连线与探测模器是垂直的)，获得所述旋转中心对应的探测模块在z方向上的初始位置，也即通过公式(3)所计算的理论探测器z位置。通过将该理论探测器z位置与步骤402所获得的偏移距离进行相加，可以获得各个探测模块的目标z位置，也即输出探测数据与实际状况最相符合的探测器z位置。
[0055] 以上步骤401～403为预扫描阶段进行的处理，以确定各个探测模块的目标位置。接下来，对于受检体进行扫描，以获得探测数据进行图像重建。
[0056] 在步骤404中，对受检体进行扫描，获取与各个探测模块的所述目标位置对应的探测数据，根据所述探测数据进行图像重建。
[0057] 根据步骤403中所确定的各个探测模块的目标位置，来获得该位置相对应的探测数据。
[0058] 在重建过程中，通常认为限束器对准的是各个探测模块z方向的中心位置，然而实际情况下普遍存在偏差。在本公开实施例中，各个探测模块的目标位置已考虑了在z方向的偏差，消除了该偏差对接收信号的强度的影响，因而利用各个探测模块的目标位置所对应的探测数据进行图像重建，能够提高成像质量。
[0059] 在本公开实施例中，根据放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内时，所述探测器输出的探测数据确定各个探测器模块的接收信号重心位置，从而确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离，并将该偏移数据与进行图像重建的初始位置相结合获得的目标位置来进行图像重建，使得对进行成像的探测器数据的定位更加准确，从而提高了成像质量。
[0060] 在一些实施例中，每个所述探测模块在z方向上包括N层探测单元。在这种情况下，可以根据以下方法确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离：
[0061] 首先，针对一个探测模块，根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心位置。
[0062] 图6示出了示例性的探测模块，如图6所示，每个探测模块包括探测单元1～N，也即，探测单元的层数索引值为i，i＝1,2,…,N。
[0063] 其中一个探测模块的z方向的探测信号曲线如图7所示，其中，横轴表示层方向的索引值，纵轴表示各个探测单元输出的探测值。假设探测器共有M个探测模块，每个模块有N个探测单元，则所述探测器共包含M*N个探测单元。探测单元在Z方向上分布，也即相当于Z方向有N层；探测模块在X方向上分布，也即相当于X方向上有M个通道。
[0064] 在一个示例中，可以通过以下方法计算探测模块的接收信号的重心位置：首先，对各层探测单元在所述探测模块中的层数索引值与所输出的探测值相乘的结果进行累加，获得第一累加结果；接下来，将各个探测单元输出的探测值进行累加，获得第二累加结果；最后，将所述第一累加结果除以所述第二累加结果，得到所述探测模块的接收信号重心位置。
[0065] 也即，可以根据公式(1)确定探测模块的接收信号重心位置C：
[0066]
[0067] 其中，N为探测模块所包含的探测单元层数，i为探测单元在所述探测模块中的层数索引值，其代表了该探测单元在探测模块中的分布位置，P为探测单元输出的探测值。根据公式(1)所确定的接收信号重心位置是通过探测单元的层数来表示的。以探测模块包括20层探测单元为例，假设通过公式(1)计算得到接收信号重心位置C为12.6，由于每层探测单元的宽度是相同的，因此C＝12.6表示接收信号重心位置落在12.6层位置处。
[0068] 接下来，根据所述接收信号重心位置，以及每层探测单元的物理宽度，获得所述接收信号重心位置确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离。
[0069] 如图6所示，根据接收信号重心位置C与探测器设定中心AA’间隔的层数，以及每层探测单元的物理宽度，也即将接收信号重心位置C与探测器设定中心AA’间隔的层数与每层探测单元的物理宽度相乘，即可以确定接收信号重心位置与探测器设定中心AA’之间的偏移距离ΔZ。
[0070] 参见图8，为本公开至少一个实施例提供的图像重建装置的结构示意图。该装置应用于多层螺旋CT系统的成像设备，所述系统还包括放射源、探测器，所述探测器包括围绕旋转中心排列的多个探测模块；所述装置包括：采集单元801，用于预先采集所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内时，所述探测器输出的探测数据；确定单元802，用于根据所述探测数据，确定各个探测模块的接收信号重心位置，并根据所述接收信号重心位置确定各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离；获得单元803，用于根据各个探测模块的初始位置和所述偏移距离，获得各个探测模块的目标位置，所述初始位置根据转换到旋转中心的探测模块的位置确定；重建单元804，用于对受检体进行扫描，获取与各个探测模块的所述目标位置对应的探测数据，根据所述探测数据进行图像重建。
[0071] 在一些实施例中，每个所述探测模块在z方向上包括N层探测单元；确定单元802具体用于：针对一个探测模块，根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心位置；根据所述接收信号重心位置，以及每层探测单元的物理宽度，获得各个探测模块在z方向上相对于探测器设定中心的偏移距离。
[0072] 在一些实施例中，所述确定单元在用于根据各层探测单元输出的探测值，以及各层探测单元在所述探测模块中的分布位置，确定所述探测模块的接收信号重心位置时，具体用于：对各层探测单元在所述探测模块中的层数索引值与所输出的探测值相乘的结果进行累加，获得第一累加结果；将各个探测单元输出的探测值进行累加，获得第二累加结果；将所述第一累加结果除以所述第二累加结果，得到所述探测模块的接收信号重心位置。
[0073] 在一些实施例中，所述装置还利用缝隙型限束器使所述放射源照射在探测器在z方向上的设定中间范围内。
[0074] 参见图9，为本公开至少一个实施例提供的成像设备的结构示意图，所述工作站包括存储器、
控制器，存储单元用于存储可在处理器上运行的计算机指令，处理器用于在执行所述计算机指令时实现本公开任一实施例所述的图像重建方法。
[0075] 在本公开实施例中，计算机可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，
随机存取存储器)、易失存储器、
非易失性存储器、闪存、存储
驱动器(如
硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。特殊的，所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到计算机介质中。
[0076] 以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。
