CN108876730A - 校正运动伪影的方法、装置及设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种校正运动伪影的方法、装置及设备和存储介质，所述方法包括：获取被检对象的投影数据；通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征；基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据；根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。实施本申请，通过校正具有运动特征的投影数据，可以有效降低被检对象运动时所得扫描数据对重建图像的影响，使得重建图像中的运动伪影得以改善。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及校正运动伪影的方法、装置及设备和存储介质。
背景技术
CT是采用X射线束对被检体的一定部位进行扫描，并通过对扫描结果的一系列处理，得到由像素组成的CT图像的一种技术。其中，CT图像是一种重建图像，又称CT重建图像。以被检体是人体为例，在对人体的某些部位进行CT扫描时，由于人体自主运动或生理性运动的原因，重建图像中可能出现运动伪影(扫描部位的结构模糊或重影)。
而运动伪影的出现会降低CT重建图像的清晰度，进而影响依据该CT重建图像所获得的诊断结果的准确性。
发明内容
本申请提供校正运动伪影的方法、装置及设备，以解决现有重建图像清晰度较差的问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种校正运动伪影的方法，所述方法包括：
获取被检对象的投影数据；
通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征；
基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据；
根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
在一个实施例中，所获取的投影数据包括多组投影数据，一组投影数据为被检对象被扫描一次所得的数据，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，包括：
确定各组投影数据对应的位置参数和扫描时间；
将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心；
将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在对应的扫描时间的质心；
对所述被检对象在各扫描时间的质心进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
在一个实施例中，所述位置参数为采集投影数据的通道的位置参数。
在一个实施例中，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，还包括：
在一个实施例中，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，还包括：
如果在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于运动状态，则计算所确定的最大扫描时间与最小扫描时间的时间差；
获取所述被检对象在各扫描时间的质心的累加结果；
计算累加结果与所述时间差的比值为设备误差；
从所述变化关系中消除所述设备误差，得到修正后的变化关系。
在一个实施例中，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，还包括：
基于修正后的变化关系，确定所述被检对象的质心的主运动轴，与当前坐标系的横坐标轴的夹角值；
将修正后的变化关系，按照所述夹角值进行坐标旋转，得到旋转后的变化关系。
在一个实施例中，所述基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，包括：
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度；
按照所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，确定所述被检对象在各扫描位置对应的投影数据的重建权重，其中，质心运动越剧烈的扫描位置，对应的投影数据的重建权重越小；
获取各扫描位置的投影数据与其对应的重建权重乘积，得到校正后的投影数据。
在一个实施例中，所述基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，包括：
根据扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述运动特征转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系；
基于所述运动关系，计算所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
在一个实施例中，所述基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，包括：
基于所述运动特征，计算所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度；
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，转换为所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种校正运动伪影的装置，包括：
数据获取模块，用于获取被检对象的投影数据；
特征提取模块，用于通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征；
数据校正模块，用于基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据；
图像重建模块，用于根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
在一个实施例中，所获取的投影数据包括多组投影数据，一组投影数据为被检对象被扫描一次所得的数据，所述特征提取模块包括：
参数确定模块，用于确定各组投影数据对应的位置参数和扫描时间；
质心计算模块，用于将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心；
质心映射模块，用于将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在对应的扫描时间的质心；
第一拟合模块，用于对所述被检对象在各扫描时间的质心进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
在一个实施例中，所述位置参数为采集投影数据的通道的位置参数。
在一个实施例中，所述特征提取模块还包括：
特征确定模块，用于在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于静止状态时，以所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，表示所述被检对象的质心在各扫描时间的运动特征；
时间差确定模块，用于在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于运动状态时，计算所确定的最大扫描时间与最小扫描时间的时间差；
质心累加模块，用于获取所述被检对象在各扫描时间的质心的累加结果；
误差计算模块，用于计算累加结果与所述时间差的比值为设备误差；
误差修正模块，用于从所述变化关系中消除所述设备误差，得到修正后的变化关系。
在一个实施例中，所述特征提取模块还包括：
夹角确定模块，用于基于修正后的变化关系，确定所述被检对象的质心的主运动轴，与当前坐标系的横坐标轴的夹角值；
坐标旋转模块，用于将修正后的变化关系，按照所述夹角值进行坐标旋转，得到旋转后的变化关系。
在一个实施例中，所述数据校正模块包括：
运动程度确定模块，用于基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度；
重建权重确定模块，用于按照所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，确定所述被检对象在各扫描位置对应的投影数据的重建权重，其中，质心运动越剧烈的扫描位置，对应的投影数据的重建权重越小；
数据校正子模块，用于获取各扫描位置的投影数据与其对应的重建权重乘积，得到校正后的投影数据。
在一个实施例中，所述运动程度确定模块被配置为：
根据扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述运动特征转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系；
基于所述运动关系，计算所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
在一个实施例中，所述运动程度确定模块被配置为：
基于所述运动特征，计算所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度；
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，转换为所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种计算机设备，包括：
处理器；
存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器耦合于所述存储器，用于读取所述存储器存储的程序指令，并作为响应，执行如上所述方法中的操作。
根据本申请实施例的第四方面，提供一个或多个机器可读存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得计算机设备执行如上所述方法中的操作。
应用本申请实施例，通过追踪被检对象的投影数据的质心，可以映射出被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，然后基于所述运动特征，对所获取的投影数据中具有运动特征的数据进行校正，再基于校正后的投影数据进行图像重建。由于校正的是质心运动时所得的投影数据，因此，可以有效降低被检对象运动时所得投影数据对重建图像的影响，进而基于校正后的投影数据重建图像，可以使重建图像中的运动伪影得以改善，达到提高重建图像的质量的目的，并为后续基于重建图像进行的诊断提供准确依据。
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，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1A是本申请一示例性实施例示出的含有运动伪影的重建图像；
图1B是本申请一示例性实施例示出的校正运动伪影的方法的流程图；
图1C是本申请一示例性实施例示出的扫描设备的架构图；
图1D是本申请一示例性实施例示出的相邻的两次扫描的过程示意图；
图1E是本申请一示例性实施例示出的平行射线束的示意图；
图2是本申请另一示例性实施例示出的校正运动伪影的方法的流程图；
图3是本申请另一示例性实施例示出的校正运动伪影的方法的流程图；
图4A是本申请一示例性实施例示出的被检对象的质心相对扫描时间变化的运动特征示意图；
图4B是本申请一示例性实施例示出的被检对象的质心相对扫描位置的运动关系示意图；
图4C是本申请一示例性实施例示出的确定重建权重的示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的计算机设备的硬件结构示意图；
图6是本申请一示例性实施例示出的校正运动伪影的装置的框图。
具体实施方式
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本申请实施例涉及的运动伪影，是指成像***扫描被检对象的过程中，被检对象的宏观运动引起的运动伪影，可以分为自主运动伪影和生理性运动伪影，其中，自主运动伪影是指不具有周期性，且被检对象能够自主控制的运动造成的伪影，如：吞咽、眼球转动、肢体运动等造成的伪影；生理性运动伪影是指不受被检对象控制的非自主运动造成的伪影，如：心脏跳动、血管搏动之类的周期性运动造成的伪影，或者胃肠道蠕动之类的非周期运动造成的伪影。
实际应用中，通过CT(Computed Tomography，即电子计算机断层扫描)、PET(Positron Emission computed Tomography，正电子发射型计算机断层扫描)、以及PET-CT之类的成像***扫描被检对象时，由于被检对象的宏观运动，成像***构成的重建图像中，可能存在上述运动伪影。例如：图1A所示，为腹部的CT重建图像，该CT重建图像的结构模糊，清晰度较差，会影响诊断结果的准确性。
上述成像***在重建图像的过程中，会基于多组投影数据的组合结果，进行图像重建。因此，重建图像采用的投影数据中具有运动特征的投影数据越多，重建图像出现运动伪影的可能性越高，运动伪影的严重程度越高。有鉴于此，本申请实施例提出一种校正运动伪影的方法，该方法将成像***在被检对象的质心运动时(质心运动时被检对象处于运动状态)，扫描被检对象所得的数据，称作具有运动特征的投影数据。
实际应用中，通过追踪被检对象的投影数据的质心，可以映射出被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，然后基于所述运动特征，对所获取的投影数据中具有运动特征的数据进行校正，再基于校正后的投影数据进行图像重建。由于校正的是质心运动时所得的投影数据，因此，可以有效降低被检对象运动时所得投影数据对重建图像的影响，进而基于校正后的投影数据重建图像，可以使重建图像中的运动伪影得以改善，达到提高重建图像的质量的目的，并为后续基于重建图像进行的诊断提供准确依据。以下结合附图详述本申请提供的校正运动伪影的方法。
请参阅图1B，图1B是本申请一示例性实施例示出的校正运动伪影的方法的流程图，该实施例可以包括以下步骤S101-S104：
步骤S101、获取被检对象的投影数据。
步骤S102、通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征。
步骤S103、基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据。
步骤S104、根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
本发明实施例涉及的投影数据，也可以称为生数据，在成像***的信号源向被检对象发射相应信号后，由成像***的探测器接收被检体释放的信号、并对接收的信号进行相应转换后生成。这里提到的成像***可以是CT成像***、PET成像***、PET-CT成像***、或者其他基于多组投影数据的组合结果重建图像的成像***。下面以CT***为例，结合图1C具体介绍下投影数据的生成过程：
CT成像***可以包括如图1C所示的扫描设备，该扫描设备可以包括扫描架11、安装在扫描架11上的X射线发射器和X射线探测器16、以及承载被检对象的设备15。其中，X射线发射器可以包括X射线源12和准直仪设备13，设备15可以为扫描床，X射线探测器16可以包括多个探测X射线的通道。
实际应用中，设备15可以沿平行于z方向的轴R方向行进，将被检对象(图1C中未示出)带到相应的检测区，扫描架11可以围绕轴R旋转，带动X射线发射器到多个位置，对检测区的被检对象进行多次扫描。
每次扫描时，由X射线发射器向检测区的被检对象发射X射线束14，在发射X射线束14时，准直仪设备13将X射线源12生成的X射线调整为平行射线束、扇形射线束、或锥形射线束后，再向被检对象发射。
发射的X射线束14可以透过被检对象，透射到X射线探测器16上，由X射线探测器16接收X射线并经光电转换变为电信号，再经ADC(Analog/Digital Converter，模拟/数字转换器)转换为数字信号。这些数字信号可以称为生数据，或者也可称为投影数据。
在X射线探测器16输出投影数据后，本申请实施例为了避免混淆各次扫描所得的投影数据，可以将投影数据分组，一组投影数据为扫描被检对象一次所得的数据，对应本次扫描的扫描时间、扫描位置和扫描角度中的至少一项。其中，扫描角度可以由当前扫描次数以及相邻两次扫描的旋转角度确定。图1D示出了相邻的两次扫描，两次的扫描位置分别为W1和W2，旋转角度为θ，每次扫描可以通过X射线发射器21，向被检对象投射如图所示的平行X射线束，由X射线探测器22接收X射线束并生成投影数据。
此外，还可以用X射线探测器中的不同通道来区分同组的投影数据，将同组中的各投影数据对应各通道存储，例如，对应各通道的位置参数，存储各通道输出的投影数据。
由于实际扫描被检测对象时，扫描架可以带动X射线发射器和X射线探测器沿图1C所示的R轴方向旋转行进，因此，各通道的位置参数可以随着扫描时间与扫描次数的变化而变化。每次扫描时，可以参照图1C所示的三维坐标系，为每个通道配置三维坐标，作为每个通道的位置参数。
在其他例子中，考虑到X射线探测器沿图1C所示的R轴方向旋转行进时，X射线探测器各通道的位置变化，可以分解为沿z方向直线行进与在xy平面内的角度旋转。因此，每次扫描时，可以参照x-y坐标系，为中心通道配置x坐标和y坐标为其位置参数，其他通道的位置参数由：该通道与中心通道的相对位置以及中心通道的位置参数确定。例如，X射线探测器含有700个通道时，将中心通道的位置参数定为349.5，其他通道的位置参数定为通道索引减去中心通道的位置参数。
如图1E所示，在X射线发射器向被检对象投射的为平行射线束时，中心通道可以指：X射线探测器中接收射线束最中间的射线31的通道。
本申请实施例在校正运动伪影时，可以接收上述成像***的探测器输出的投影数据，也可以从上述成像***的存储区域调取投影数据，还可以采取其他方式获取投影数据，本申请实施例对此不做限制。具体获取被检对象的哪些投影数据，可以根据所需的校正精度、重建图像的重建位置与被检对象的运动周期中的至少一项确定。例如：如果被检对象包括至少部分心脏，可以获取N个心脏运动周期对应的时段内的投影数据，进而，如果校正精度要求较高，可以将N配置为较大的数值，如10以上的整数，如果校正精度要求较低，可以将N配置为较小的数值，如小于10的正整数。
由于获取的投影数据中具有运动特征的数据，易导致重建图像中出现运动伪影，因此，本申请实施例在基于获取的投影数据重建图像前，为了校正运动伪影，需要对被检对象运动时所得的投影数据进行校正，以降低这些数据对重建图像的影响。
再者，考虑到实际成像场景中，无论被检对象发生吞咽、眼球运动、肢体运动之类的自主运动，还是发生心脏跳动、血管搏动、胃肠蠕动之类的生理性运动时，均难以通过直接监测被检对象的位置变化得到其运动特征。因此，本申请实施例，获取被检对象的投影数据后，通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征。
某些例子中，在被检对象每次被成像***扫描后，如果获取到被检对象的投影数据，可以先追踪投影数据的质心，然后按照被检对象的质心与投影数据的质心间的映射关系，对追踪所得的质心进行映射，得到所述被检对象的质心随扫时间变化的运动特征。本申请实施例，被检对象在各扫描时间的质心，可以反映被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，因此，所述运动特征可以由被检对象在各扫描时间的质心表示。其中，可以用质心的位置参数来标识质心，如质心坐标。
其他实施例中，也可以对多个扫描时间、被检对象在多个扫描时间中的各扫描时间的质心，进行数据拟合，得到被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，来表示被检对象的质心随时间变化的运动特征。这里进行数据拟合时，拟合的扫描时间的数量，可以根据所需的校正精度、重建图像的重建位置对应的扫描位置的范围与被检对象的运动周期中的至少一项确定。例如：精度要求越高，则拟合的扫描时间的数量越多。
本例子中，获取的数据可以包括被检对象的多组投影数据，一组投影数据为被检对象被扫描一次所得的数据，追踪获取的投影数据的质心时，可以跟踪各组投影数据的质心，得到每组投影数据在其对应的扫描时间的质心。映射时，可以将各组投影数据在其对应的扫描时间的质心，分别映射为被检对象在相应扫描时间的质心。具体实现可以参阅2，图2所示方法可以包括以下步骤S201-S204：
步骤S201、确定各组投影数据对应的位置参数和扫描时间。
步骤S202、将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心。
步骤S203、将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在各扫描时间的质心。
步骤S204、对所述被检对象在各扫描时间的质心进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
在步骤S201中，可以同时确定位置参数和扫描时间，也可以分开确定。位置参数和扫描时间具体可以参见图1B至图1E涉及的实施例中的相关内容。
此外，位置参数还可以是其他能表示投影数据之间的相对位置关系的参数，本申请实施例对此不做限制。
在步骤S202中，可以按照质心与投影数据及其对应位置参数间的预定对应关系，将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心。
其他例子中，也可以将每组投影数据及其对应的位置参数代入预定的质心计算公式，得到该组投影数据在其对应的扫描时间的质心。
在成像***为CT成像***，发射的X射线束为平行射线束时，所述质心计算公式可以如公式(1)：
其中，nChannelNum表示探测器所含的通道的个数，p(θi，tj)表示与扫描角度θi和位置参数tj对应的投影数据，pcom(θi)表示对应的扫描角度为θi的投影数据的质心，i∈[0，nHalfViewPerRot），j∈[0，nChannnelNum)，nHalfViewPerRot表示在扫描架旋转半圈的时间内，扫描设备对被检对象的扫描次数。
在步骤S203中，根据所述被检对象的质心与其投影质心的映射关系，将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在对应的扫描时间的质心。
其他例子中，也可以将每组投影数据及其对应的位置参数，代入预定的映射公式，得到该组投影数据在其对应的扫描时间的质心。
在成像***为CT成像***，发射的X射线束为平行射线束时，所述映射公式可以如公式(2)：
pcom(θi)＝xcom(t)*cosθi+ycom(t)*sinθi (2)；
其中，(xcom(t)，ycom(t))表示被检对象在t时间的质心坐标。
将各组投影数据及其对应的位置参数，代入所述映射公式后，得到如公式(3)所示的结果：
其中，t-Δt＜ti＜t+Δt，i∈[0，n]，Δt＞0且具体数值可以由本方案设计人员根据实际场景状况设定，如成像***为CT***，被检对象包括心脏，在设置Δt时需要尽量避免心脏运动规律的平均化，将其设置为7s至10s间的数值。
本申请实施例中，公式(3)也能反映被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，因此，可以公式(3)表示所述被检对象的质心相对扫描时间变化的运动特征。也可以对上述公式(3)进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，来表示所述被检对象的质心相对扫描时间变化的运动特征。而数据拟合的方式可以有多种，申请实施例对此不做限制。
某些例子中，可以通过最小二乘法，得到如下公式所示的变化关系：
X(t)＝(A(t)TA(t))-1A(t)TY(t) (4)；
其中，A(t)、Y(t)、X(t)分别如下公式所示：
其他实施例中，在通过追踪所获取的投影数据的质心，映射被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征时，还可以在获取到被检对象每次被扫描后的投影数据，直接将获取的投影数据代入如上公式(4)，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
对于上述任一实施例得到的所述变化关系，如果在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于静止状态，可以用所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，表示所述被检对象的质心在各扫描时间的运动特征。这里提到的承载所述被检对象的设备，可以随成像***的不同而不同，如成像***为CT***时，该设备可以是扫描床。
如果在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于运动状态，需要修正该设备的运动对质心计算结果造成的偏差。一例子中，可以将被检对象在每个扫描时间的质心，减去该扫描时间附近一定时间范围内的质心平均值，修正误差，具体修正可以通过以下操作实现：
确定所述被检对象在每个扫描时间前后的预定时间范围内的质心累加值。
计算该质心累加值与所述预定时间范围的比值的一半，为设备误差。
将所述被检对象在该扫描时间的质心与所述设备误差的差值，得到所述被检对象在该扫描时间的修正质心。其中，所述预定时间范围可以指上述Δt，所述修正质心即为消除设备误差后的质心。
本例子，可以用所述被检对象在各扫描时间的修正质心，表示所述被检对象的质心在各扫描时间的运动特征。也可以对所述被检对象在各扫描时间的修正质心进行数据拟合，得到所述被检对象的修正质心相对扫描时间的变化关系，表示所述被检对象的质心在各扫描时间的运动特征。
另一例子中，对于数据拟合得到的被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，如公式(4)，可以通过如下操作修正该设备的运动对质心计算结果造成的偏差：
计算所确定的最大扫描时间与最小扫描时间的时间差，这里的最大扫描时间和最小扫描时间，可以指各投影数据对应的扫描时间的最大值和最小值。
获取所述被检对象在各扫描时间的质心的累加结果。
计算累加结果与所述时间差的比值为设备误差。
从所述变化关系中消除所述设备误差，得到修正后的变化关系。
其他例子中，去除该设备的运动对质心计算结果造成的偏差时，还可以直接将被检对象在各扫描时间的质心代入如下公式，得到修正后的变化关系：
其中，X(ti)为被检对象在ti时刻的质心。
实际应用中，考虑到以主运动轴为坐标轴更便于分析质心的运动特征，本申请实施例，对于上述任一实施例所得的变化关系，可以在所述被检对象的主运动轴为当前坐标系的任一坐标轴，以所述被检对象的修正质心相对扫描时间的变化关系，表示所述被检对象的质心在各扫描时间的运动特征，这里提到的当前坐标***可以由本方案的设计人员根据实际应用场景设定，如图1C所示的三维坐标系中的X-Y坐标系。
在所述被检对象的主运动轴不是当前坐标系的任一坐标轴时，一例子中，可以基于修正后的变化关系，确定所述被检对象的质心的主运动轴，与当前坐标系的横坐标轴的夹角值；将修正后的变化关系，按照所述夹角值进行坐标旋转，得到旋转后的变化关系。
另一例子中，可以将修正后的变化关系代入如下公式，得到惯性矩阵：
其中，Ixx、Ixy、Iyy分别如下所示：
其中，xucom(ti)表示公式(8)中被检对象的质心的横向坐标，yucom(ti)表示公式(8)中被检对象的质心的纵向坐标。
对公式(9)进行正交变化可以得到如下式所示的对角矩阵：
其中，I′xx≥I′xy。
以上进行正交变换对应的旋转角度为，将公式(8)中被检对象的质心的横向坐标和纵向坐标，按照该旋转角度旋转，可以得到主运动轴所在坐标系中，被检对象的质心相关扫描时间的变化关系，如以下公式所示：
由上述实施例可知，通过以上任一实施例的操作，可能得到被检对象在各扫描时间的质心、被检对象在各扫描时间的修正质心、被检对象的质心相对扫描时间的变化关系、修正后的变化关系或者旋转后的变化关系，可以根据实际应用场景，确定其中任一项表示被检对象的质心相对扫描时间的运动特征。
确定好被检对象的质心相对扫描时的运动特征后，考虑到扫描被检对象时，被检对象的运动剧烈程度越高，重建图像中的运动伪影越严重，一例子中，本申请可以基于所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，将运动剧烈程度高于预定值的时间内所得投影数据，从所获取的投影数据中剔除，剩余的投影数据即为校正后的投影数据。其中，运动剧烈程度可以由速度大小表示。这个预定值可以根据实际的校正需求设定，如校正精度越高则该预定值越小。
在所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度时，如果所述运动特征由被检对象在各扫描时间的质心或修正质心表示，可以通过以下操作确定运动剧烈程度：
计算相邻扫描时间的差值。
计算相邻两次扫描时间的质心或修正质心的差值。
然后计算上述两个差值的比值，得到质心或修正质心在相邻扫描时间的平均速度，表示被检对象的质心在相邻扫描时间之间的运动剧烈程度。
如果所述运动特征由拟合所得的变化关系、修正后的变化关系或者旋转后的变化关系表示，可以直接计算所述变化关系的导数，得到被检对象的质心速度相对扫描时间的变化规律，来表示被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度。
在其他实施例中，还可以通过为获取的各投影数据配置重建权重的方式，校正具有运动个特征的投影数据，具体可以参见图3，图3所示的方法可以包括如下步骤S301-S303：
步骤S301、基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。这里提到的扫描位置可以随着预定的坐标系的不同而不同，如果成像***为CT***，扫描位置可以由图1C所示的Z坐标表示。
步骤S302、按照所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，确定所述被检对象在各扫描位置对应的投影数据的重建权重，其中，质心运动越剧烈的扫描位置，对应的投影数据的重建权重越小。两者的具体对应关系可以根据实际的校正需求设定，如成线性关系、Cos权、梯形关系等。
步骤S303、获取各扫描位置的投影数据与其对应的重建权重乘积，得到校正后的投影数据。
一例子中，可以通过以下操作基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，包括：
根据扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述运动特征转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系。
基于所述运动关系，计算所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
本例子中，如果所述运动特征由拟合所得的变化关系、修正后的变化关系或者旋转后的变化关系表示，可以将所述变化关系转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系，然后对所述运动关系进行求导，得到所述被检对象的质心在各扫描位置的运动速度，表示质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
如果所述运动特征由被检对象在各扫描时间的质心或修正质心表示，可以基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将被检对象在各扫描时间的质心或修正质心，转换为被检对象在各扫描位置的质心或修正质心，再计算相邻扫描位置的差值；计算相邻扫描位置的质心或修正质心的差值；然后计算上述两个差值的比值，得到质心或修正质心在相邻扫描位置的平均速度，表示质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
另一例子中，可以通过以下操作基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，包括：
基于所述运动特征，计算所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度。
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，转换为所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
本例子中，如果所述运动特征由拟合所得的变化关系、修正后的变化关系或者旋转后的变化关系表示，可以对所述变化关系求导，获得所述被检对象在各扫描时间的运动速度；根据扫描时间与扫描位置的对应关系，将被检对象在各扫描时间的运动速度，转换为被检对象的质心在各扫描位置的运动速度，表示被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
如果所述运动特征由被检对象在各扫描时间的质心或修正质心表示，可以计算相邻扫描时间的差值；计算相邻两次扫描时间的质心或修正质心的差值；然后计算上述两个差值的比值，得到质心或修正质心在相邻扫描时间的平均速度，再基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将质心或修正质心在相邻扫描时间的平均速度，转换为被检对象的质心或修正质心在相邻的扫描位置间的平均速度，表示被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
由上述实施例可知，基于降低具有运动特征的投影数据对重建图像的影响的原理，校正具有运动特征的投影数据后，可以基于校正后的投影数据重建被检对象的图像，重建过程可以随着成像***、重建方法的不同而不同，具体可以参见相应成像***的图像重建技术，以下仅以CT***为例，简述下图像重建过程：
基于校正后的投影数据获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数。将X射线衰减系数排列成数字矩阵(digital matrix)，该数字矩阵中的每个数字可表示为每个像素(pixel)的例如灰度等的图像值。按该数字矩阵生成的所有像素构成CT图像。
以下结合附图4A至4C以及具体的应用场景，示例性的介绍下本申请校正运动伪影的过程：
本应用场景采用的成像***为CT***，扫描人体的肺部，由于肺部接近于心脏，所以被检对象可能包括肺部、心脏以及其他人体组织。通过图1C所示的扫描设备扫描被检对象。
在扫描架11围绕平行于z方向的轴R旋转行进时，X射线发射器多次向被检对象投射平行射线束，X射线探测器16每次接收一组X射线，并经光电转换将该组X射线转变为电信号，再经ADC(Analog/Digital Converter，模拟/数字转换器)转换为一组投影数据，输入CT***的图像重建设备。
图像重建设备如果直接基各组投影数据进行图像重建，由于心脏跳动，可能得到如图1A所是的含有运动伪影的重建图像。
为了校正运动伪影，图像重建设备可以通过追踪各组投影数的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，具体可以通过公式(1)至(14)得到所述运动特征。
本场景下，如果扫描时人体未移动，得到的运动特征可以反映心脏的运动特征，如图4A所示，横坐标为扫描时间，纵坐标为质心在主运动轴上的坐标，曲线表示被检对象的质心相对扫描时间的运动特征，通过ECG信号R峰检测，图中上升方向的导数为0的时间处标记为Rn，这个过程相当于ECG信号的R峰检测过程。
为了降低重建图像的运动伪影，需要基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据；再根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
其中，校正投影数据时，可以根据运动特征以及扫描时间与扫描位置的对应关系，得到被检对象的质心相对扫描位置的运动关系，如图4B所示，横坐标为扫描位置，纵坐标为质心在主运动轴上的坐标，曲线表示被检对象的质心相对扫描位置的运动特征。其中，z0-z至z0+z表示需要重建z0处的图像所需的投影数据对应的扫描位置范围。
基于被检对象的质心相对扫描位置的运动关系，可以为z0-z至z0+z范围内的各扫描位置对应的投影数据，配置重建权重，配置时，可以依据图4C所示的对应关系配置，图4C中，phaseD表示R峰的相对相位位置，横坐标为扫描位置，曲线1为被检对象的质心相对扫描位置的运动关系，曲线2为投影数据的重建权重与扫描位置的对应关系。
按照图4C所示的关系配置为z0-z至z0+z范围内的各扫描位置对应的投影数据，配置重建权重，并将投影数据与其重建权重的乘积作为校正后的投影数据，进行图像重建后，重建图像中的运动伪影可以达到较好的改善。
与本申请校正运动伪影的方法的示例相对应，本申请还提供了校正运动伪影的装置的示例。校正运动伪影的装置可以应用于各种计算机设备，如CT、PET、PET-CT之类的成像***中，进行图像处理和/或图像重建的图像重建设备，也可以是成像***外其他具有数据处理能力的设备。如图5所示，为本申请校正运动伪影的装置应用的计算机设备的硬件结构示意图，该计算机设备可以包括处理器510、内存520、非易失性存储器530。其中，内存520和非易失性存储器530为机器可读存储介质，处理器510和机器可读存储介质520、530可借由内部总线540相互连接。在其他可能的实现方式中，所述计算机设备还可能包括网络接口550，以能够与其他设备或者部件进行通信。除了图5所示的处理器510、内存520、网络接口550、以及非易失性存储器530之外，该设备根据实际功能需要还可以包括其他硬件，图5中不再一一示出。
在不同的例子中，所述机器可读存储介质520、530可以是ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、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。
进一步，机器可读存储介质、可具体为内存520上存储有与校正运动伪影的装置600对应的机器可执行指令。从功能上划分，如图6所示，校正运动伪影的装置600可包括数据获取模块610、特征提取模块620、数据校正模块630和图像重建模块640。
其中，数据获取模块610，用于获取被检对象的投影数据。
特征提取模块620，用于通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征。
数据校正模块630，用于基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据。
图像重建模块640，用于根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
一些例子中，所获取的投影数据包括多组投影数据，一组投影数据为被检对象被扫描一次所得的数据，特征提取模块620可以包括：
参数确定模块，用于确定各组投影数据对应的位置参数和扫描时间。
质心计算模块，用于将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心。
质心映射模块，用于将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在对应的扫描时间的质心。
第一拟合模块，用于对所述被检对象在各扫描时间的质心进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
作为例子，所述位置参数为采集投影数据的通道的位置参数。
作为例子，特征提取模块620还可以包括：
特征确定模块，用于在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于静止状态时，以所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系，表示所述被检对象的质心在各扫描时间的运动特征。
时间差确定模块，用于在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于运动状态时，计算所确定的最大扫描时间与最小扫描时间的时间差。
质心累加模块，用于获取所述被检对象在各扫描时间的质心的累加结果。
误差计算模块，用于计算累加结果与所述时间差的比值为设备误差。
误差修正模块，用于从所述变化关系中消除所述设备误差，得到修正后的变化关系。
作为例子，特征提取模块620还可以包括：
夹角确定模块，用于基于修正后的变化关系，确定所述被检对象的质心的主运动轴，与当前坐标系的横坐标轴的夹角值。
坐标旋转模块，用于将修正后的变化关系，按照所述夹角值进行坐标旋转，得到旋转后的变化关系。
另一些例子中，数据校正模块630可以包括：
运动程度确定模块，用于基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
重建权重确定模块，用于按照所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，确定所述被检对象在各扫描位置对应的投影数据的重建权重，其中，质心运动越剧烈的扫描位置，对应的投影数据的重建权重越小。
数据校正子模块，用于获取各扫描位置的投影数据与其对应的重建权重乘积，得到校正后的投影数据。
作为例子，所述运动程度确定模块被配置为：
根据扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述运动特征转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系。
基于所述运动关系，计算所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
作为例子，所述运动程度确定模块被配置为：
基于所述运动特征，计算所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度。
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，转换为所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
以上装置实施例与方法实施例相应，在此不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (18)
1.一种校正运动伪影的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取被检对象的投影数据；
通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征；
基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据；
根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所获取的投影数据包括多组投影数据，一组投影数据为被检对象被扫描一次所得的数据，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，包括：
确定各组投影数据对应的位置参数和扫描时间；
将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心；
将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在对应的扫描时间的质心；
对所述被检对象在各扫描时间的质心进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述位置参数为采集投影数据的通道的位置参数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，还包括：
如果在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于运动状态，则计算所确定的最大扫描时间与最小扫描时间的时间差；
获取所述被检对象在各扫描时间的质心的累加结果；
计算累加结果与所述时间差的比值为设备误差；
从所述变化关系中消除所述设备误差，得到修正后的变化关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征，还包括：
基于修正后的变化关系，确定所述被检对象的质心的主运动轴，与当前坐标系的横坐标轴的夹角值；
将修正后的变化关系，按照所述夹角值进行坐标旋转，得到旋转后的变化关系。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，包括：
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度；
按照所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，确定所述被检对象在各扫描位置对应的投影数据的重建权重，其中，质心运动越剧烈的扫描位置，对应的投影数据的重建权重越小；
获取各扫描位置的投影数据与其对应的重建权重乘积，得到校正后的投影数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，包括：
根据扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述运动特征转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系；
基于所述运动关系，计算所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，包括：
基于所述运动特征，计算所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度；
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，转换为所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
9.一种校正运动伪影的装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取被检对象的投影数据；
特征提取模块，用于通过追踪所获取的投影数据的质心，映射出所述被检对象的质心随扫描时间变化的运动特征；
数据校正模块，用于基于所述运动特征，校正所获取的投影数据中具有运动特征的投影数据，其中，具有运动特征的投影数据包括：所述被检对象在其质心运动时被扫描所得的数据；
图像重建模块，用于根据校正后的投影数据进行图像重建，得到所述被检对象的重建图像。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所获取的投影数据包括多组投影数据，一组投影数据为被检对象被扫描一次所得的数据，所述特征提取模块包括：
参数确定模块，用于确定各组投影数据对应的位置参数和扫描时间；
质心计算模块，用于将每组投影数据及其对应的位置参数，转换为该组投影数据在其对应的扫描时间的质心；
质心映射模块，用于将每组投影数据对应的扫描时间以及其在该扫描时间的质心，映射为所述被检对象在对应的扫描时间的质心；
第一拟合模块，用于对所述被检对象在各扫描时间的质心进行数据拟合，得到所述被检对象的质心相对扫描时间的变化关系。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述位置参数为采集投影数据的通道的位置参数。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述特征提取模块还包括：
时间差确定模块，用于在所述被检对象被扫描期间，承载所述被检对象的设备处于运动状态时，计算所确定的最大扫描时间与最小扫描时间的时间差；
质心累加模块，用于获取所述被检对象在各扫描时间的质心的累加结果；
误差计算模块，用于计算累加结果与所述时间差的比值为设备误差；
误差修正模块，用于从所述变化关系中消除所述设备误差，得到修正后的变化关系。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述特征提取模块还包括：
夹角确定模块，用于基于修正后的变化关系，确定所述被检对象的质心的主运动轴，与当前坐标系的横坐标轴的夹角值；
坐标旋转模块，用于将修正后的变化关系，按照所述夹角值进行坐标旋转，得到旋转后的变化关系。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述数据校正模块包括：
运动程度确定模块，用于基于扫描时间与扫描位置间的对应关系以及所述运动特征，确定所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度；
重建权重确定模块，用于按照所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度，确定所述被检对象在各扫描位置对应的投影数据的重建权重，其中，质心运动越剧烈的扫描位置，对应的投影数据的重建权重越小；
数据校正子模块，用于获取各扫描位置的投影数据与其对应的重建权重乘积，得到校正后的投影数据。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述运动程度确定模块被配置为：
根据扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述运动特征转换为所述被检对象的质心相对各扫描位置的运动关系；
基于所述运动关系，计算所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述运动程度确定模块被配置为：
基于所述运动特征，计算所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度；
基于扫描时间与扫描位置间的对应关系，将所述被检对象的质心在各扫描时间的运动剧烈程度，转换为所述被检对象的质心在各扫描位置的运动剧烈程度。
17.一种计算机设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器耦合于所述存储器，用于读取所述存储器存储的程序指令，并作为响应，执行如权利要求1-8中任一项所述方法中的操作。
18.一个或多个机器可读存储介质，其特征在于，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得计算机设备执行如权利要求1-8中任一项所述方法中的操作。
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