技术领域
[0001] 本
发明涉及医学影像领域，特别是计算机断层扫描。
背景技术
[0002] 在计算机断层扫描(CT)中，经物体衰减后的
X射线被探测器转换为电
信号并生成原始数据，原始数据经由一系列的运算——即重建——得到图像。由原始数据转换为图像的运算叫做逆投影，反之则为投影。由于原始数据的
频谱与正弦曲线相似，因此，将图像变换为相应的原始数据也称为将图像投影到正弦图域。相比于解析重建法，
迭代重建法具有许多优势，例如可以减少锥形束伪影和金属伪影。锥形束伪影主要是由重建
算法的不精确性所导致的，金属伪影是由于X射线被金属几乎完全吸收，在探测器上没有采集到有效地信号所导致的。但是，迭代重建的速度较慢。这一缺点限制了迭代重建的应用。
[0003] 图1为根据
现有技术的迭代方式经1次迭代后的图像。该次迭代可基于解析方法获得的图像。如图1所示，在标记102、104和106所指的区域存在伪影。
[0004] 图2为根据现有技术的迭代方式经多次迭代后的图像。图2和图1呈现的是相同断层、相同区域的图像。如图2所示，在原先图1中的标记102、104和106所指的区域，已经不存在伪影了。
[0005] 目前，许多方法被用于加快迭代重建的速度，例如采用正则化来加快收敛速度、使用通用处理单元(GPU)来加快计算速度以及采用新的数学方法来降低投影和逆投影的计算复杂度。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明提出了一种计算机断层扫描图像重建方法和计算机断层扫描设备，用以加快图像重建速度。
[0007] 根据本发明的第一方面，提供一种计算机断层扫描图像重建方法，包括：步骤S302，根据原始数据r重建一第一图像I0；步骤S304，根据原始数据r和所述第一图像I0以迭代方法重建一第二图像I1；步骤S306，计算所述第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI＝I0-I1；步骤S308，使所述第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI通过一各向同性低通
滤波器而获得ΔI'＝ΔI*h，其中h为所述各向同性
低通滤波器的冲击响应，符号*表示卷积；步骤S310，将I1·(1-ΔI')投影至正弦图域而获得 其中符号·表示点乘；步骤S312，将I1·ΔI'投影至正弦图域而获得r'；步骤S314，计算 与原始数据r之间的差 步骤S316，将Δr逆投影至图像域而获得ΔI”；步骤S318，从所述第二图像I1减去ΔI”而获得I2＝I1-ΔI”。
[0008] 在本发明的一
实施例中，所述方法可进一步包括：步骤S320，判断Δr是否小于r的一预设比例或者步骤S312至步骤S318是否已执行一预设次数，若是，则结束，若否，则执行步骤S322；步骤S322，将I1更新为I2，并返回步骤S312及其后续步骤。
[0009] 在本发明的一实施例中，所述预设比例可以为1％至3％，所述预设次数可以为3至5。
[0010] 在本发明的一实施例中，所述根据原始数据r重建一第一图像I0包括根据原始数据r以解析方法重建所述第一图像I0。
[0011] 在本发明的一实施例中，所述解析方法是加权滤波逆投影法。
[0012] 在本发明的一实施例中，所述根据原始数据r重建一第一图像I0包括根据原始数据r以迭代方法重建所述第一图像I0。
[0013] 根据本发明的第二方面，提供一种计算机断层扫描设备，包括：一第一计算单元，其根据原始数据r重建一第一图像I0；一第二计算单元，其根据原始数据r和所述第一图像I0以迭代方法重建一第二图像I1；一第三计算单元，其计算所述第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI＝I0-I1；一滤波单元，其使所述第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI通过一各向同性低通滤波器而获得ΔI'＝ΔI*h，其中h为所述各向同性低通滤波器的冲击响应，符号*表示卷积；一第一投影单元，其将I1·(1-ΔI')投影至正弦图域而获得 其中符号·表示点乘；一第四计算单元，其将I1·ΔI'投影至正弦图域而获得r'，计算 与原始数据r之间的差 将Δr逆投影至图像域而获得ΔI”，并从所述第二图像I1减去ΔI”而获得I2＝I1-ΔI”。
[0014] 在本发明的一实施例中，所述计算机断层扫描设备可进一步包括：一判断单元，其判断Δr是否小于r的一预设比例或者所述第四计算单元是否已执行一预设次数，若是，则结束，若否，则调用一图像更新单元；所述图像更新单元将I1更新为I2，并调用所述第四计算单元。
[0015] 在本发明的一实施例中，所述预设比例可以为1％至3％，所述预设次数可以为3至5。
[0016] 在本发明的一实施例中，所述第一计算单元根据原始数据r以解析方法重建所述第一图像I0。
[0017] 在本发明的一实施例中，所述解析方法是加权滤波逆投影法。
[0018] 在本发明的一实施例中，所述第一计算单元根据原始数据r以迭代方法重建所述第一图像I0。
[0019] 本发明的计算机断层扫描图像重建方法和计算机断层扫描设备通过识别伪影区域并仅对伪影区域进行迭代重建来减少运算量，因此，图像重建的速度会明显加快。
附图说明
[0020] 下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
[0021] 图1为根据现有技术的迭代方式经1次迭代后的图像。
[0022] 图2为根据现有技术的迭代方式经多次迭代后的图像。
[0023] 图3为根据本发明的一第一实施例的计算机断层扫描图像重建方法的流程示意图。
[0024] 图4为根据本发明的一第二实施例的计算机断层扫描设备的方
框图。
[0025] 在上述附图中，所采用的附图标记如下：
[0026] 102、104、106 标记
[0027] 300 计算机断层扫描图像重建方法[0028] 400 计算机断层扫描设备
[0029] 402 第一计算单元
[0030] 404 第二计算单元
[0031] 406 第三计算单元
[0032] 408 滤波单元
[0033] 410 第一投影单元
[0034] 411 第四计算单元
[0035] 420 判断单元
[0036] 422 图像更新单元
[0037] S302、S304、S306、S308、S310、S312 步骤
[0038] S314、S316、S318、S320、S322 步骤
具体实施方式
[0039] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
[0040] 本发明的计算机断层扫描图像重建方法和计算机断层扫描设备基于如下观察：以正弦图域进行迭代重建主要用于减少伪影，并且，伪影仅占CT图像的一小部分。因此一旦在图像域检测出伪影，那么每次迭代仅需要更新伪影所在区域即可。这样就可以减少投影和逆投影的时间。
[0041] 图3为根据本发明的一第一实施例的计算机断层扫描图像重建方法300的流程示意图。如图3所示，计算机断层扫描图像重建方法300包括：
[0042] 步骤S302：根据原始数据r重建一第一图像I0。在本实施例中，可以根据原始数据r以加权滤波逆投影法(Weighted Filtered Back Projection)或其他解析方法重建第一图像I0。在其他实施例中，也可以根据原始数据r以迭代方法重建第一图像I0。
[0043] 步骤S304：根据原始数据r和第一图像I0以迭代方法重建一第二图像I1。
[0044] 步骤S306：计算第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI＝I0-I1。
[0045] 步骤S308：使第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI通过一各向同性低通滤波器而获得ΔI'＝ΔI*h，其中h为该各向同性低通滤波器的冲击响应，符号*表示卷积。h的截止
频率可根据实际需要确定。和其他图像一样，ΔI'是二维矩阵。ΔI'在无伪影的
位置处的取值为0，在有伪影的位置处的取值相同并且非0(例如可以是1)。由于一般而言伪影仅存在于局部区域，因此，ΔI'中大部分的点对应的值为0，在后续的迭代中，这些点的图像将不再进行重建。这就意味着投影和逆投影中使用的
像素或
体素的数量将大大减少。因此，图像重建的速度会明显加快。
[0046] 步骤S310：将I1·(1-ΔI')投影至正弦图域而获得 其中符号·表示点乘。
[0047] 步骤S312：将I1·ΔI'投影至正弦图域而获得r'。
[0048] 步骤S314：计算r'+r与原始数据r之间的差
[0049] 步骤S316：将Δr逆投影至图像域而获得ΔI”。
[0050] 步骤S318：从第二图像I1减去ΔI”而获得I2＝I1-ΔI”。
[0051] 通过从第二图像I1减去ΔI”，原先存在的伪影(例如锥形束伪影和金属伪影)会减少，因此I2是比第二图像I1更好的图像。为获得更好的图像，还可以重复上述的步骤S312至步骤S318。例如，计算机断层扫描图像重建方法300还可包括：
[0052] 步骤S320：判断Δr是否小于r的一预设比例或者步骤S312至步骤S318是否已执行一预设次数，若是，则结束，若否，则执行步骤S322；
[0053] 步骤S322：将I1更新为I2，并返回步骤S312及其后续步骤。
[0054] 上述的预设比例可以为1％至3％，例如1％、2％、3％。Δr越小，两次相邻的迭代产生的图像之间的差异也就越小，因此越不必要进行再一次的迭代。上述的预设次数可以为3至5，例如3、4、5。通常而言，迭代算法具有较快的收敛速度，迭代3至5次即可保证图像
质量。
[0055] 图4为根据本发明的一第二实施例的计算机断层扫描设备400的方框图。图4中省略了与本发明的改进无关的部分。如图4所示，计算机断层扫描设备400包括一第一计算单元402、一第二计算单元404、一第三计算单元406、一滤波单元408、一第一投影单元410和一第四计算单元411。
[0056] 第一计算单元402根据原始数据r重建一第一图像I0。在本实施例中，第一计算单元402可以根据原始数据r以加权滤波逆投影法(Weighted Filtered Back Projection)或其他解析方法重建第一图像I0。在其他实施例中，第一计算单元402也可以根据原始数据r以迭代方法重建第一图像I0。
[0057] 第二计算单元404根据原始数据r和第一图像I0以迭代方法重建一第二图像I1。
[0058] 第三计算单元406计算第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI＝I0-I1。
[0059] 滤波单元408使第一图像I0与第二图像I1之间的差ΔI通过一各向同性低通滤波器而获得ΔI'＝ΔI*h，其中h为该各向同性低通滤波器的冲击响应，符号*表示卷积。h的截止频率可根据实际需要确定。和其他图像一样，ΔI'是二维矩阵。ΔI'在无伪影的位置处的取值为0，在有伪影的位置处的取值相同并且非0(例如可以是1)。由于一般而言伪影仅存在于局部区域，因此，ΔI'中大部分的点对应的值为0，在后续的迭代中，这些点的图像将不再进行重建。这就意味着投影和逆投影中使用的像素或体素的数量将大大减少。因此，图像重建的速度会明显加快。
[0060] 第一投影单元410将I1·(1-ΔI')投影至正弦图域而获得 其中符号·表示点乘。
[0061] 第四计算单元411将I1·ΔI'投影至正弦图域而获得r'，计算 与原始数据r之间的差 将Δr逆投影至图像域而获得ΔI”，并从第二图像I1减去ΔI”而获得I2＝I1-ΔI”。
[0062] 通过从第二图像I1减去ΔI”，原先存在的伪影(例如锥形束伪影和金属伪影)会减少，因此I2是比第二图像I1更好的图像。为获得更好的图像，还可以重复执行第四计算单元411。例如，计算机断层扫描设备400还可包括一判断单元420和一图像更新单元422。
[0063] 判断单元420判断Δr是否小于r的一预设比例或者第四计算单元411是否已执行一预设次数，若是，则结束，若否，则调用图像更新单元422。
[0064] 图像更新单元422将I1更新为I2，并调用第四计算单元411。
[0065] 上述的预设比例可以为1％至3％，例如1％、2％、3％。Δr越小，两次相邻的迭代产生的图像之间的差异也就越小，因此越不必要进行再一次的迭代。上述的预设次数可以为3至5，例如3、4、5。通常而言，迭代算法具有较快的收敛速度，迭代3至5次即可保证图像质量。
[0066] 本发明的计算机断层扫描图像重建方法和计算机断层扫描设备通过识别伪影区域并仅对伪影区域进行迭代重建来减少运算量，因此，图像重建的速度会明显加快。
[0067] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
