CN111184523B - 基于dr设备的三维图像重建方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DR设备的三维图像重建方法及***，方法包括：获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。本发明实现了将DR设备图像从二维扩展到三维，得到的三维图像无组织和脏器混叠，可以更加清晰、准确地反应待检测体的情况。通过一次DR扫描既可以获得二维的DR图像，还可以获得三维的CT图像，无需在进行DR检查后再进行CT扫描，大幅降低了患者接受X射线照射剂量，且可降低检查成本。

Description

基于DR设备的三维图像重建方法及***

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于DR设备的三维图像重建方法及***。

背景技术

DR(Digital Radiography)指在计算机控制下直接进行数字化X线摄影的一种技术，即X射线探测器把穿透人体的X射线信息转化为数字信号，并由计算机对图像进行后处理及显示。DR***主要包括X射线发生装置、X射线探测器、***控制器、影像监示器和影像处理工作站等组成。DR由于采用数字技术，因此可以根据临床需要进行各种图像后处理，实现如图像自动处理、边缘增强、放大漫游、图像拼接、兴趣区窗宽窗位调节以及距离、面积、密度测量等丰富的功能。DR技术动态范围广，X射线光量子检出效能(DQE)高，具有很宽的曝光宽容度，即使曝光条件稍差，也能获得很好的图像。此外，DR具有低剂量、高空间分辨率、短扫描时间及低成本等特点被广泛应用于体检及医学影像诊断领域，是医学影像诊断的主要设备之一。

一般来说DR设备分为两大类：静态DR和动态DR。静态DR，顾名思义，只能拍摄静态图像。医生指导病人完成摆位和设备设定后采用单次曝光的形式获取患者静态二维图像。其拍摄方式类似于日常生活中的拍摄照片，因此静态DR图像仅能反馈出患者曝光时刻的二维图像信息。如果摆位不佳或者患者在曝光过程中出现运动可能导致拍摄失败。动态DR将传统的“拍照”改为“摄像”，将连续曝光概念引入DR拍摄过程中，不但能够拍摄患者DR图像，同时能够通过观察患者情况，实现在诸多复杂***的拍摄中，一次性成功拍摄出清晰准确的图像，可以有效避免静态DR中患者需要多次反复拍摄的情况。动态DR由于加入了***，医生可以在多个不同角度下观察病变部位，进一步避免了漏诊，动态DR可以代替传统的胃肠机进行胃肠造影。

动态DR将传统的“拍照”式静态采集转变为“摄影”式透视采集，为医生提供了更多的信息用以辅助诊断。然而无论是静态DR还是动态DR其采集获得的图像都是二维图像，即在X射线穿透路径上所有器官存在着混叠现象，虽然DR设备具有较高的空间分辨率，但是无法精确的显示各个脏器及组织的实际位置及相关信息，无法提供精确的三维空间图像，限制了DR设备在临床的领用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于DR设备的三维图像重建方法及***，可以得到无组织和脏器混叠的三维图像。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于DR设备的三维图像重建方法，包括：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。

本发明采用的另一技术方案为：

一种基于DR设备的三维图像重建***，包括高压发生器、X射线发射器、带有角度测量及回传功能的旋转体、X射线探测器、机架和三维图像重建终端，所述高压发生器与所述X射线发射器电连接，所述带有角度测量及回传功能的旋转体用于放置待检测体，且所述带有角度测量及回传功能的旋转体设置于所述X射线发射器与X射线探测器之间，所述X射线发射器和X射线探测器分别固定设置于所述机架上，所述三维图像重建终端与所述X射线探测器电连接；

所述三维图像重建终端包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。

本发明的有益效果在于：采集不同角度下的待检测体的X射线扫描数据，然后对扫描数据进行校正和三维重建，实现了将DR设备图像从二维扩展到三维，得到的三维图像无组织和脏器混叠，可以更加清晰、准确地反应待检测体的情况。通过一次DR扫描既可以获得二维的DR图像，还可以获得三维的CT图像，无需在进行DR检查后再进行CT扫描，大幅降低了患者接受X射线照射剂量，且可降低检查成本。

附图说明

图1为本发明实施例一的基于DR设备的三维图像重建方法的流程图；

图2为本发明实施例二的三维图像重建***的结构示意图；

图3为本发明实施例二的三维图像重建***的另一结构示意图；

图4为本发明实施例二的三维图像重建***的另一结构示意图；

图5为本发明实施例二的三维图像重建终端的示意图。

标号说明：

100、三维图像重建终端；1、存储器；2、处理器。

200、高压发生器；300、X射线发射器；400、带有角度测量及回传功能的旋转体；500、X射线探测器；600、机架；700、待检测体。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：采用DR设备采集不同角度下的待检测体的X射线扫描数据，然后对扫描数据进行校正和三维重建，实现了将DR设备图像从二维扩展到三维。

请参照图1，一种基于DR设备的三维图像重建方法，包括：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：采集不同角度下的待检测体的X射线扫描数据，然后对扫描数据进行校正和三维重建，实现了将DR设备图像从二维扩展到三维，得到的三维图像无组织和脏器混叠，可以更加清晰、准确地反应待检测体的情况。通过一次DR扫描既可以获得二维的DR图像，还可以获得三维图像，无需在进行DR检查后再进行CT扫描，大幅降低了患者接受X射线照射剂量，且可降低检查成本。

进一步的，对获取到的X射线扫描数据进行暗校正具体为：

在没有发射X射线的条件下，采集X射线探测器的数据，得到暗校正图数据；

将获取到的X射线扫描数据减去暗校正图数据，得到暗校正后的扫描数据。

由上述描述可知，进行暗校正的目的是为了去除DR设备X射线探测器自身采集数据不均性的问题。

进一步的，进行坏点坏线校正具体为：

预设像素范围；

判断暗校正后的扫描数据的一像素点是否在所述预设像素范围内；

若否，则将邻近的像素值在所述预设像素范围内的像素点的像素值作为所述一像素点的像素值。

由上述描述可知，进行坏点坏线校正的目的是为了去除X射线探测器存在的坏点和坏线。一般的DR设备X射线探测器均会存在不同数量的坏点及坏线，这些问题像素点在图像中表面为像素为0或者其他异常值，该异常值为一定值，不随扫描条件改变，如不进行校正会引起滤波出现异常，无图像或图像中出现严重的环状伪影问题。

进一步的，进行空气校正具体为：

采集不同电压、电流条件下的空气扫描数据，得到空气校正表；

根据所述空气校正表计算得到所述预设电压和预设电流条件下的入射光线强度；

分别对所述入射光线强度、坏点坏线校正后的扫描数据和空气扫描数据作ln对数运算，得到对数入射光线强度、对数扫描数据和对数空气扫描数据；

将所述对数入射光线强度减去对数扫描数据与对数空气扫描数据的差值，得到校正后的扫描数据。

由上述描述可知，进行空气校正的目的是校正X射线探测器对于X射线接收的不均性及残影的问题，通过计算X射线的入射光线强度且对扫描数据进行ln操作以获得最终可以用来三维重建的扫描数据。

进一步的，对校正后的扫描数据进行锥角加权具体为：

对校正后的扫描数据进行锥角余弦加权处理。

由上述描述可知，DR设备的X射线探测器具有较大的X射线锥角，这个锥角会导致扫描数据与实际不匹配而引起伪影。因此，需要降低锥角对扫描数据的影响，锥角越大权重越低，锥角越小权重越高。

进一步的，进行滤波处理具体为：

采用滤波器对锥角加权处理后的扫描数据进行滤波处理。

由上述描述可知，由于反投影操作需要将不同投影角度下的数据回模到三维重建图像中，这个过程相对于增强了重建图像中的低频分量，会导致图像变得模糊及不平坦。为了抑制这一现象，需要滤波器来抑制图像的低频区域同时增强高频信息。采用滤波器对扫描数据进行滤波以增强扫描数据的边界信息，获得最终的重建图像。

进一步的，所述对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像之后还包括：

去除三维重建图像中的噪声点和对三维重建图像的边界进行平滑处理。

由上述描述可知，去除噪声点和平滑边界可以得到质量更好的三维重建图像，去除噪声点和平滑边界可以采用现有的已知手段进行。

请参照图2，本发明涉及的另一技术方案为：

一种基于DR设备的三维图像重建***，包括高压发生器200、X射线发射器300、带有角度测量及回传功能的旋转体400、X射线探测器500、机架600和三维图像重建终端100，所述高压发生器200与所述X射线发射器300电连接，所述带有角度测量及回传功能的旋转体400用于放置待检测体700，且所述带有角度测量及回传功能的旋转体400设置于所述X射线发射器300与X射线探测器500之间，所述X射线发射器300和X射线探测器500分别固定设置于所述机架600上，所述三维图像重建终端100与所述X射线探测器500电连接；

所述三维图像重建终端100包括存储器1、处理器2和存储在所述存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。

进一步的，对获取到的X射线扫描数据进行暗校正具体为：

在没有发射X射线的条件下，采集X射线探测器的数据，得到暗校正图数据；

将获取到的X射线扫描数据减去暗校正图数据，得到暗校正后的扫描数据。

进一步的，进行坏点坏线校正具体为：

预设像素范围；

判断暗校正后的扫描数据的一像素点是否在所述预设像素范围内；

若否，则将邻近的像素值在所述预设像素范围内的像素点的像素值作为所述一像素点的像素值。

进一步的，进行空气校正具体为：

采集不同电压、电流条件下的空气扫描数据，得到空气校正表；

根据所述空气校正表计算得到所述预设电压和预设电流条件下的入射光线强度；

分别对所述入射光线强度、坏点坏线校正后的扫描数据和空气扫描数据作ln对数运算，得到对数入射光线强度、对数扫描数据和对数空气扫描数据；

将所述对数入射光线强度减去对数扫描数据与对数空气扫描数据的差值，得到校正后的扫描数据。

进一步的，对校正后的扫描数据进行锥角加权具体为：

对校正后的扫描数据进行锥角余弦加权处理。

进一步的，进行滤波处理具体为：

采用滤波器对锥角加权处理后的扫描数据进行滤波处理。

进一步的，所述处理器2执行所述计算机程序时还实现以下步骤：

所述对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像之后还包括：

去除三维重建图像中的噪声点和对三维重建图像的边界进行平滑处理。

实施例一

请参照图1，本发明的实施例一为：

一种基于DR设备的三维图像重建方法，包括如下步骤：

S1、获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据。

本实施例中，通过DR设备采集X射线扫描数据。待检测体可以是人或动物等，待检测体可以站立或固定在一可旋转的带有角度测量及回传功能的旋转体上，通过带有角度测量及回传功能的旋转体带动待检测体转动即可获得不同角度的X射线扫描数据，旋转的速度可以根据需要进行调整，在旋转过程中待检测体需要保持不动。回传功能指的是旋转体可以将对应的角度信息记录并进行传递。预设电压和预设电流也可以根据实际情况进行调整。X射线发射器可以通过机架进行固定，机架可以是固定机架，也可以是具有滑轨的可调整机架。

S2、对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据。

本实施例中，对获取到的X射线扫描数据进行暗校正具体为：在没有发射X射线的条件下，采集X射线探测器的数据，得到暗校正图数据；将获取到的X射线扫描数据减去暗校正图数据，得到暗校正后的扫描数据。

进行暗校正的目的是为了去除DR设备X射线探测器自身采集数据不均性的问题。进行暗校正即为将得到的扫描数据中每一像素点的像素值分别减去对应的暗校正图中对应的像素点的像素值。

本实施例中，进行坏点坏线校正具体为：预设像素范围；判断暗校正后的扫描数据的一像素点是否在所述预设像素范围内；若否，则将邻近的像素值在所述预设像素范围内的像素点的像素值作为所述一像素点的像素值；若是，则所述一像素点的像素值不变。

进行坏点坏线校正的目的是为了去除X射线探测器存在的坏点和坏线。一般的DR设备X射线探测器均会存在不同数量的坏点及坏线，这些问题像素点在图像中表面为像素为0或者其他异常值，该异常值为一定值，不随扫描条件改变，如不进行校正会引起滤波出现异常，无图像或图像中出现严重的环状伪影问题。

本实施例中，进行空气校正具体为：采集不同电压、电流条件下的空气扫描数据，得到空气校正表；根据所述空气校正表计算得到所述预设电压和预设电流条件下的入射光线强度；分别对所述入射光线强度、坏点坏线校正后的扫描数据和空气扫描数据作ln对数运算，得到对数入射光线强度、对数扫描数据和对数空气扫描数据；将所述对数入射光线强度减去对数扫描数据与对数空气扫描数据的差值，得到校正后的扫描数据。本实施例中，可以通过计算空气校正表中所有像素点的均值作为入射光线强度，也可以选择任意一个或多个像素的均值作为入射光线强度。

进行空气校正的目的是校正X射线探测器对于X射线接收的不均性及残影的问题，通过计算X射线的入射光线强度且对扫描数据进行ln操作以获得最终可以用来三维重建的扫描数据。所述空气扫描数据即X射线仅穿透空气被探测器接收获得的数据。

S3、对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。

本实施例中，对校正后的扫描数据进行锥角加权具体为：对校正后的扫描数据进行锥角余弦加权处理。DR设备的X射线探测器具有较大的X射线锥角，这个锥角会导致扫描数据与实际不匹配而引起伪影。因此，需要降低锥角对扫描数据的影响，锥角越大权重越低，锥角越小权重越高。此外，还可以通过设计线性、高斯等权重来对扫描数据进行加权。

本实施例中，进行滤波处理具体为：采用滤波器对锥角加权处理后的扫描数据进行滤波处理。由于反投影操作需要将不同投影角度下的数据回模到三维重建图像中，这个过程相对于增强了重建图像中的低频分量，会导致图像变得模糊及不平坦。为了抑制这一现象，需要滤波器来抑制图像的低频区域同时增强高频信息。采用滤波器对扫描数据进行滤波以增强扫描数据的边界信息，获得最终的重建图像。

反投影过程是针对任意一个三维重建像素点计算在任意投影角度下该点对应的扫描数据，并将这个数据累加到重建点位置以获得最终重建数据的过程。

本实施例中，步骤S3之后还包括：

去除三维重建图像中的噪声点和对三维重建图像的边界进行平滑处理。最后，将处理后的三维重建图像进行显示。

实施例二

请参照图2至图5，本发明的实施例二为：

一种基于DR设备的三维图像重建***，如图2至图4所示，包括高压发生器200、X射线发射器300、带有角度测量及回传功能的旋转体400、X射线探测器500、机架600和三维图像重建终端100，所述高压发生器200与所述X射线发射器300电连接，所述带有角度测量及回传功能的旋转体400用于放置待检测体700，且所述带有角度测量及回传功能的旋转体400设置于所述X射线发射器300与X射线探测器500之间，所述X射线发射器300和X射线探测器500分别固定设置于所述机架600上，所述三维图像重建终端100与所述X射线探测器500电连接。本实施例中，回传功能指的是旋转体可以将对应的角度信息记录并传递给三维图像重建终端100。

图2中，机架600为一弧形结构，X射线发射器300和X射线探测器500分别固定设置于所述机架600的两端，带有角度测量及回传功能的旋转体400为一带有角度控制器的装置，可以根据需要调整待检测体700的角度。

图3中，机架600为滑轨式，机架600包括两条滑轨，X射线发射器300固定在其中一条滑轨上，X射线探测器500固定在另一条滑轨上，可以根据需要调整X射线发射器300和X射线探测器500在机架600上的位置。

图4中，机架600为立柱式，包括两个立柱，X射线发射器300固定在其中一个立柱上，X射线探测器500固定在另一个立柱上，可以根据需要调整两个立柱的位置。

如图5所示，所述三维图像重建终端100包括存储器1、处理器2和存储在所述存储器1上并可在处理器2上运行的计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像。

进一步的，对获取到的X射线扫描数据进行暗校正具体为：

在没有发射X射线的条件下，采集X射线探测器的数据，得到暗校正图数据；

将获取到的X射线扫描数据减去暗校正图数据，得到暗校正后的扫描数据。

进一步的，进行坏点坏线校正具体为：

预设像素范围；

判断暗校正后的扫描数据的一像素点是否在所述预设像素范围内；

若否，则将邻近的像素值在所述预设像素范围内的像素点的像素值作为所述一像素点的像素值。

进一步的，进行空气校正具体为：

采集不同电压、电流条件下的空气扫描数据，得到空气校正表；

根据所述空气校正表计算得到所述预设电压和预设电流条件下的入射光线强度；

分别对所述入射光线强度、坏点坏线校正后的扫描数据和空气扫描数据作ln对数运算，得到对数入射光线强度、对数扫描数据和对数空气扫描数据；

将所述对数入射光线强度减去对数扫描数据与对数空气扫描数据的差值，得到校正后的扫描数据。

进一步的，对校正后的扫描数据进行锥角加权具体为：

对校正后的扫描数据进行锥角余弦加权处理。

进一步的，进行滤波处理具体为：

采用滤波器对锥角加权处理后的扫描数据进行滤波处理。

进一步的，所述处理器2执行所述计算机程序时还实现以下步骤：

所述对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像之后还包括：

去除三维重建图像中的噪声点和对三维重建图像的边界进行平滑处理。

综上所述，本发明提供的一种基于DR设备的三维图像重建方法及***，实现了将DR设备图像从二维扩展到三维，且得到的三维图像无组织和脏器混叠，可以更加清晰、准确地反应待检测体的情况。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于DR设备的三维图像重建方法，其特征在于，包括：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像；

对获取到的X射线扫描数据进行暗校正具体为：

在没有发射X射线的条件下，采集X射线探测器的数据，得到暗校正图数据；

将获取到的X射线扫描数据减去暗校正图数据，得到暗校正后的扫描数据；

进行坏点坏线校正具体为：

预设像素范围；

判断暗校正后的扫描数据的一像素点是否在所述预设像素范围内；

若否，则将邻近的像素值在所述预设像素范围内的像素点的像素值作为所述一像素点的像素值；

进行空气校正具体为：

采集不同电压、电流条件下的空气扫描数据，得到空气校正表；

根据所述空气校正表计算得到所述预设电压和预设电流条件下的入射光线强度；

分别对所述入射光线强度、坏点坏线校正后的扫描数据和空气扫描数据作ln对数运算，得到对数入射光线强度、对数扫描数据和对数空气扫描数据；

将所述对数入射光线强度减去对数扫描数据与对数空气扫描数据的差值，得到校正后的扫描数据。

2.根据权利要求1所述的基于DR设备的三维图像重建方法，其特征在于，对校正后的扫描数据进行锥角加权具体为：

对校正后的扫描数据进行锥角余弦加权处理。

3.根据权利要求2所述的基于DR设备的三维图像重建方法，其特征在于，进行滤波处理具体为：

采用滤波器对锥角加权处理后的扫描数据进行滤波处理。

4.根据权利要求1所述的基于DR设备的三维图像重建方法，其特征在于，所述对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像之后还包括：

去除三维重建图像中的噪声点和对三维重建图像的边界进行平滑处理。

5.一种基于DR设备的三维图像重建***，其特征在于，包括高压发生器、X射线发射器、带有角度测量及回传功能的旋转体、X射线探测器、机架和三维图像重建终端，所述高压发生器与所述X射线发射器电连接，所述带有角度测量及回传功能的旋转体用于放置待检测体，且所述带有角度测量及回传功能的旋转体设置于所述X射线发射器与X射线探测器之间，所述X射线发射器和X射线探测器分别固定设置于所述机架上，所述三维图像重建终端与所述X射线探测器电连接；

所述三维图像重建终端包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取预设电压和预设电流条件下，不同角度的待检测体在DR设备上的X射线扫描数据；

对获取到的X射线扫描数据依次进行暗校正、坏点坏线校正和空气校正，得到校正后的扫描数据；

对校正后的扫描数据依次进行锥角加权、滤波处理和反投影，得到三维重建图像；

对获取到的X射线扫描数据进行暗校正具体为：

在没有发射X射线的条件下，采集X射线探测器的数据，得到暗校正图数据；

将获取到的X射线扫描数据减去暗校正图数据，得到暗校正后的扫描数据；

进行坏点坏线校正具体为：

预设像素范围；

判断暗校正后的扫描数据的一像素点是否在所述预设像素范围内；

若否，则将邻近的像素值在所述预设像素范围内的像素点的像素值作为所述一像素点的像素值；

进行空气校正具体为：

采集不同电压、电流条件下的空气扫描数据，得到空气校正表；

根据所述空气校正表计算得到所述预设电压和预设电流条件下的入射光线强度；

分别对所述入射光线强度、坏点坏线校正后的扫描数据和空气扫描数据作ln对数运算，得到对数入射光线强度、对数扫描数据和对数空气扫描数据；

将所述对数入射光线强度减去对数扫描数据与对数空气扫描数据的差值，得到校正后的扫描数据。

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