CN105787973A - Ct***中投影图像的重建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT***中投影图像的重建方法及装置，其中该方法包括：对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组；判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组；如果判断第一图像组中存在高密度物体所对应的待去除图像组，则从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组；对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，并对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组；以及根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组。该方法有效地消除了高密度物体对CT图像造成的金属伪影，提高了图像的清晰度和质量，从而提高了临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

Description

CT***中投影图像的重建方法及装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域及工业检测领域，尤其涉及一种CT***中投影图像的重建方法及装置。

背景技术

CT(ComputedTomography，计算机断层成像技术)是一种从外部投影数据重建物体内部结构图像的技术，其不仅可以用于医学为人类诊断疾病，还可以效力于工业来检验核心零件的质量。CT还被大量地应用于动物试验以推动生物学和药学的发展，其更被安装在机场和港口来保护人身和社会的安全。

目前，在CT图像中高密度的物体，如金属植入物、外壳固定器以及口腔填充物等，由于其对X射线的衰减系数远高于人体组织，所以X射线通过这些物体时会急剧衰减,从而导致对应的投影数据失真，进而会在CT成像时造成严重的金属伪影(如表现为明暗相间的条状影像或阴影)。由此，这些伪影降低了断层图像中高密度物体周围的清晰度，使图像质量严重下降，以致严重影响临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种CT***中投影图像的重建方法。该方法可以有效地消除高密度物体对CT图像造成的金属伪影，提高图像的清晰度和质量，从而提高临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

本发明的第二个目的在于提出一种CT***中投影图像的重建装置。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的CT***中投影图像的重建方法，包括：对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组；判断所述第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组；如果判断所述第一图像组中存在所述高密度物体所对应的所述待去除图像组，则从所述第一图像组中分割出所述待去除图像组以生成第二图像组；对所述第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，并对所述再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组；以及根据所述待去除图像组和所述第三图像组生成最终重建图像组。

根据本发明实施例的CT***中投影图像的重建方法，可先对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组，之后可判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组，如果存在，则从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组，然后，对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，并对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组，最后，根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组，有效地消除了高密度物体对CT图像造成的金属伪影，提高了图像的清晰度和质量，从而提高了临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的CT***中投影图像的重建装置，包括：第一重建模块，用于对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组；判断模块，用于判断所述第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组；分割模块，用于在判断所述第一图像组中存在所述高密度物体所对应的所示待去除图像组时，从所述第一图像组中分割出所述待去除图像组以生成第二图像组；再投影模块，用于对所述第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组；第二重建模块，用于对所述再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组；以及生成模块，用于根据所述待去除图像组和所述第三图像组生成最终重建图像组。

根据本发明实施例的CT***中投影图像的重建装置，可通过第一重建模块对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组，判断模块判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组，如果存在，分割模块则从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组，再投影模块对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，第二重建模块对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组，生成模块根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组，有效地消除了高密度物体对CT图像造成的金属伪影，提高了图像的清晰度和质量，从而提高了临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本发明一个实施例的CT***中投影图像的重建方法的流程图；

图2(a)、(b)、(c)和(d)是通过本发明实施例的CT***中投影图像的重建方法得到的图像组的示例图；

图3是X射线投影原理的示意图；

图4(a)是通过普通重建方法得到的图像组的示例图；

图4(b)是通过本发明实施例的CT***中投影图像的重建方法得到的图像组的示例图；

图5是根据本发明一个实施例的CT***中投影图像的重建装置的结构示意图；以及

图6是根据本发明一个实施例的再投影模块的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的CT***中投影图像的重建方法及装置。

图1是根据本发明一个实施例的CT***中投影图像的重建方法的流程图。如图1所示，该CT***中投影图像的重建方法可以包括：

S101，对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组。

具体地，可通过CT重建方法对CT***采集到的投影图像进行CT重建，从而得到重建之后的第一图像组。其中，在本发明的实施例中，CT重建方法可包括所有的各种CT重建方式和方法，例如，按照X射线照射方式划分，CT重建方法可包括平行束重建、扇形束重建和锥形束重建等；又如，按照重建方法划分，CT重建方法可包括投影重建法(如FBP(FilteredBackProjection，滤波反投影)、BFP(反投影滤波)、FDK(Feldkamp-Davis-kress，锥束算法)等)和迭代重建法(如ART(代数重建法)、SIRT(同时迭代重建法)等)等。举例而言，如图2(a)所示，图2(a)中的图像即为通过FDK三维重建方法对采集到的投影图像进行重建后得到的第一图像组。

S102，判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组。

应当理解，目标物体中可能会有高密度物体，如金属植入物、外壳固定器以及口腔填充物等，由于这些物体对X射线的衰减系数很高，所以X射线通过这些物体时会急剧衰减，从而导致对应的投影数据失真，进而目标物体在CT成像时可能会造成严重的伪影，如伪影表现为明暗相间的条状影像或阴影。

为此，为了保证目标物体在CT成像时的投影图像的清晰度，可先判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组。应当理解，在本发明的实施例中，如果判断第一图像组中不存在高密度物体所对应的待去除图像组，则可说明目标物体中没有高密度物体，此时认为该第一图像组即为目标物体所对应的CT图像。

S103，如果判断第一图像组中存在高密度物体所对应的待去除图像组，则从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组。

具体地，当判断第一图像组中存在高密度物体所对应的待去除图像组时，可通过分割法将该高密的物体所对应的待去除图像组从第一图像组中分割出去，以得到第二图像组。其中，在本发明的实施例中，分割方法可为固定阈值分割法、自适应阈值分割法、加权阈值分割法、全局阈值分割法和局部阈值分割法等中的任意一种。自适应阈值分割法可包括Ostu图像阈值分割法、k-MeansCluster(K均值聚类)算法、最大互信息量分割算法等。

此外，在本发明的实施例中，第一图像组可包括多幅断层图像。具体而言，在本发明的实施例中，可先通过上述任意一种分割方法对第一图像组中的每幅断层图像进行图像分割，以使高密度物体和非高密度物体分别表现在第一断层图像和第二断层图像上，每幅断层图像具有第一断层图像和第二断层图像。之后，可将由多幅断层图像中的第一断层图像所组成的图像组作为待去除图像组，并将由多幅断层图像中的第二断层图像所组成的图像组作为第二图像组。例如，当判断如图2(a)中圆圈A所示的图像即为高密度物体所对应的待去除图像组时，可通过分割法将该待去除图像组从图2(a)中的第一图像组中分割出来，如图2(b)所示，图2(b)圆圈中的图像即为待去除图像组。

S104，对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，并对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组。

具体地，可按照CT***中的相关几何参数对第二图像组进行再投影(或重投影)，并对再投影后的第二图像组进行重建以得到第三图像组。其中，在本发明的实施例中，再投影(或重投影)可理解是在计算机上对CT重建后的图像进行再次投影，即计算不同视角下图像的线积分值，相当于对该图像的二维函数作Radon变换，称该线积分值为再投影值。应当理解，本步骤中的再投影(或重投影)方法可包括所有的CT图像的再投影方法，例如，标识及插值处理方法等。具体而言，在本发明的实施例中，通过标识及插值处理方法对第二图像组进行再投影的具体实现过程为：可先将投影图像组中高密度物体所对应的区域进行标记。之后，对未标记的区域保持原值不变，并对标记的区域进行插值，并将插值后的结果取代标记的区域的值，得到再投影后的第二图像组。例如，如图2(c)所示，即为对第二图像组进行再投影，并对其中待去除图像组所对应的区域进行插值后得到的图像组。

为了消除再投影中重新引入的误差，下面将举例说明通过种标识及插值处理的方法以实现对第二图像组进行再投影，即只需要在第二图像组上标记出X射线积分路径上有高密度物质区域E和完全没有非高密度物质的区域F，然后对E区域进行插值，从而得到需要的第二图像组上的再投影图像组。

举例而言，可先将投影图像组上每个像素点加标识值。其中，应当理解，投影图像产生原理如图3所示，如图3中网格所示为目标物体的一个层面，每个网格表示一个像素点，X射线穿过照射物体投照到探测器上，探测器采集到的图像即为投影图像，点P即为图示X射线在探测器上的成像，即投影图像上反应图中X射线积分的点。按照CT***的物理和几何尺寸进行再投影，以其中一条射线为例，如图3所示，该X射线穿过像素X0,X1,X2,X3,X4和X5，若X0～X5中有一个像素为高密度物体，则可将点P进行标记，如将点P标识为1，否则为0。之后，可对投影图像进行插值，其中，该插值方法可包括各种插值方法，如线性插值、双线性插值、多项式插值、三次样条插值等，本发明实施例的具体的插值方法不做限定，即可对投影图像组中标识为0的点保持原值不变，对投影图像组中标识为1的点进行插值，并按照插值后的结果取代标识为1的点的值，从而得到再投影后的第二图像组。

应当理解，在本步骤中，对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组，其中，重建方法可包括所有的各种CT重建方式和方法。可以理解，本步骤中的重建方法可以与上述步骤S101使用的重建方法相同，也可以与上述步骤S101使用的重建方法不同。

S105，根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组。

具体而言，在本发明的实施例中，可将待去除图像组和第三图像组进行叠加融合以生成最终重建图像组。由此，该最终重建图像组即为最终金属伪影矫正后的重建图像组。例如，如图2(d)所示，图2(d)即为待去除图像组与第三图像组叠加融合后的最终重建图像组。又如，如图4(a)和图4(b)所示，图4(a)为CT***中通过普通重建方法得到的图像组，图4(b)为通过本发明实施例的重建方法得到的图像组。由此，通过上述两个例子可以看出，通过本发明实施例的重建方法得到的图像组更加清晰，提高了图像的质量。

根据本发明实施例的CT***中投影图像的重建方法，可先对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组，之后可判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组，如果存在，则从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组，然后，对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，并对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组，最后，根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组，有效地消除了高密度物体对CT图像造成的金属伪影，提高了图像的清晰度和质量，从而提高了临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

与上述几种实施例提供的CT***中投影图像的重建方法相对应，本发明的一种实施例还提供一种CT***中投影图像的重建装置，由于本发明实施例提供的CT***中投影图像的重建装置与上述几种实施例提供的CT***中投影图像的重建方法相对应，因此在前述CT***中投影图像的重建方法的实施方式也适用于本实施例提供的CT***中投影图像的重建装置，在本实施例中不再详细描述。图5是根据本发明一个实施例的CT***中投影图像的重建装置的结构示意图。如图5所示，该CT***中投影图像的重建装置可以包括：第一重建模块10、判断模块20、分割模块30、再投影模块40、第二重建模块50和生成模块60。

具体地，第一重建模块10可用于对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组。

判断模块20可用于判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组。

分割模块30可用于在判断第一图像组中存在高密度物体所对应的所示待去除图像组时，从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组。

具体而言，在本发明的实施例中，分割模块30可具体用于：可先通过分割方法对第一图像组中的每幅断层图像进行图像分割，以使高密度物体和非高密度物体分别表现在第一断层图像和第二断层图像上，每幅断层图像具有第一断层图像和第二断层图像，之后，可将由多幅断层图像中的第一断层图像所组成的图像组作为待去除图像组，并将由多幅断层图像中的第二断层图像所组成的图像组作为第二图像组。其中，在本发明的实施例中，分割方法可为固定阈值分割法、自适应阈值分割法、加权阈值分割法、全局阈值分割法和局部阈值分割法等中的任意一种。

再投影模块40可用于对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组。

具体而言，在本发明的一个实施例中，如图6所示，该再投影模块40可包括标记单元41和再投影单元42。具体地，标记单元41可用于将投影图像组中高密度物体所对应的区域进行标记。再投影单元42可用于对未标记的区域保持原值不变，并对标记的区域进行插值，并将插值后的结果取代标记的区域的值，得到再投影后的第二图像组。

第二重建模块50可用于对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组。

生成模块60可用于根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组。具体而言，在本发明的实施例中，生成模块60可具体用于将待去除图像组和第三图像组进行叠加融合以生成最终重建图像组。

根据本发明实施例的CT***中投影图像的重建装置，可通过第一重建模块对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组，判断模块判断第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组，如果存在，分割模块则从第一图像组中分割出待去除图像组以生成第二图像组，再投影模块对第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，第二重建模块对再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组，生成模块根据待去除图像组和第三图像组生成最终重建图像组，有效地消除了高密度物体对CT图像造成的金属伪影，提高了图像的清晰度和质量，从而提高了临床影像诊断的效果和工业领域的高精度检测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种CT***中投影图像的重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组；

判断所述第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组；

如果判断所述第一图像组中存在所述高密度物体所对应的所述待去除图像组，则从所述第一图像组中分割出所述待去除图像组以生成第二图像组；

对所述第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组，并对所述再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组；以及

根据所述待去除图像组和所述第三图像组生成最终重建图像组。

2.如权利要求1所述的CT***中投影图像的重建方法，其特征在于，其中，所述第一图像组包括多幅断层图像，所述从所述第一图像组中分割出所述待去除图像组以生成第二图像组包括：

通过分割方法对所述第一图像组中的每幅断层图像进行图像分割，以使所述高密度物体和非高密度物体分别表现在第一断层图像和第二断层图像上，所述每幅断层图像具有所述第一断层图像和所述第二断层图像；

将由所述多幅断层图像中的第一断层图像所组成的图像组作为所述待去除图像组，并将由所述多幅断层图像中的第二断层图像所组成的图像组作为所述第二图像组。

3.如权利要求2所述的CT***中投影图像的重建方法，其特征在于，所述分割方法为固定阈值分割法、自适应阈值分割法、加权阈值分割法、全局阈值分割法和局部阈值分割法中的任意一种。

4.如权利要求1所述的CT***中投影图像的重建方法，其特征在于，所述对所述第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组包括：

将所述投影图像组中所述高密度物体所对应的区域进行标记；以及

对未标记的区域保持原值不变，并对所述标记的区域进行插值，并将插值后的结果取代所述标记的区域的值，得到再投影后的第二图像组。

5.如权利要求1所述的CT***中投影图像的重建方法，其特征在于，所述根据所述待去除图像组和所述第三图像组生成最终重建图像组包括：

将所述待去除图像组和所述第三图像组进行叠加融合以生成最终重建图像组。

6.一种CT***中投影图像的重建装置，其特征在于，包括：

第一重建模块，用于对CT***采集到的投影图像组进行重建以得到重建之后的第一图像组；

判断模块，用于判断所述第一图像组中是否存在高密度物体所对应的待去除图像组；

分割模块，用于在判断所述第一图像组中存在所述高密度物体所对应的所示待去除图像组时，从所述第一图像组中分割出所述待去除图像组以生成第二图像组；

再投影模块，用于对所述第二图像组进行再投影得到再投影后的第二图像组；

第二重建模块，用于对所述再投影后的第二图像组进行重建以生成第三图像组；以及

生成模块，用于根据所述待去除图像组和所述第三图像组生成最终重建图像组。

7.如权利要求6所述的CT***中投影图像的重建装置，其特征在于，所述第一图像组包括多幅断层图像，所述分割模块具体用于：

通过分割方法对所述第一图像组中的每幅断层图像进行图像分割，以使所述高密度物体和非高密度物体分别表现在第一断层图像和第二断层图像上，所述每幅断层图像具有所述第一断层图像和所述第二断层图像；

将由所述多幅断层图像中的第一断层图像所组成的图像组作为所述待去除图像组，并将由所述多幅断层图像中的第二断层图像所组成的图像组作为所述第二图像组。

8.如权利要求7所述的CT***中投影图像的重建装置，其特征在于，所述分割方法为固定阈值分割法、自适应阈值分割法、加权阈值分割法、全局阈值分割法和局部阈值分割法中的任意一种。

9.如权利要求6所述的CT***中投影图像的重建装置，其特征在于，所述再投影模块包括：

标记单元，用于将所述投影图像组中所述高密度物体所对应的区域进行标记；以及

再投影单元，用于对未标记的区域保持原值不变，并对所述标记的区域进行插值，并将插值后的结果取代所述标记的区域的值，得到再投影后的第二图像组。

10.如权利要求6所述的CT***中投影图像的重建装置，其特征在于，所述生成模块具体用于：

将所述待去除图像组和所述第三图像组进行叠加融合以生成最终重建图像组。