专利名称：一种用于ct系统的1／4通道偏移插值方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种应用于CT系统的改进的1/4通道偏移插值方法。
背景技术：
空间分辨率是CT系统的一个重要指标，改进空间分辨率的方法有很多，可以用增加物理检测器的方法，可以用飞焦点的方法，也可以用改变卷积核或者图像后处理的方法等等。增加物理检测器的方法能提高系统的截止频率，但会大幅度的增加系统成本，另外也会增加系统的复杂性，比如增加数据的传输量以及增加数据的处理时间；飞焦点的方法也能提高系统的截至频率，但这需要特殊的球管技术，技术难度较大；改变卷积核或者图像后处理的方法会增强图像某一部分特殊频段的效果，但不可能提高系统的截止频率。
还有一种提高系统空间分辨率的方法是1/4通道偏移插值重建，该方法可以在不改变硬件的基础上，提高系统的截止频率。为了说明的简单性，本发明中只对等角扇束进行分析说明，其他类型的扫描同理。
由于一般扇束都是360度扫描，所以每一条射线都采了两次样，既每一条射线都有一条对面的射线与其对应，如图1所示，虚线是由Tube Position 1发射出去，在Tube Position 2上，同一个位置有一条射线完全与它重合，这两条射线互为对面通道。
假设射线为(β，γ)，其中β为采样角View，γ为扇形角，则其对面通道射线为(β′，γ′)满足式(1)β′＝π+β-2γ (1)γ′＝-γ由于实际采样是有限的，一般情况，如果想获得对面通道的数据，都需要经过二维插值得到。如果想通过对面通道插值的方法获得2倍于原来的通道数，即通过插值得到原来采样两个相邻通道中间的数据，离散的表示方法如下
假设View角间隔为Δβ，通道角间隔为Δγ，中心通道下标为Po，则(iΔβ，(j+0.5-Po)Δγ)这些数据需要通过对面通道插值得到，其中i，j为整数，分别表示某一个采样以及某一个通道，且0≤i＜V，0≤j＜N，V，N分别为总采样数与总通道数，根据式(1)，可以得到要插值的这些通道的对面通道(i′，j′)可以表示成式(2)i′＝View/2+i-(2j-1-2Po)·Δγ/Δβ(2)j′＝2Po-j-0.5通过式(2)，可以用二维插值获得想要的数据，比如双线性插值，得到插值完的数据后进行正常的卷积反投影即可。但是二维插值对分辨率的影响太大，而且通道方向的插值对分辨率的影响尤其大，所以简单的进行插值扩展通道得到的图像分辨率并不能得到明显的提高。但是如果Po满足式(3)Po＝z+0.5±0.25 (3)其中z为整数，一般取值为N/2附近，则(2)中的j′变为整数，所以二维插值简化为一维插值，通道方向没有插值，只有View方向的插值，所以当Po满足式(3)时，用式(2)插值扩张的通道能提高系统的空间分辨率，如图2所示，其中iso-center为旋转中心对应的检测器通道，即上文提到的Po对应的通道，detector width表示检测器的宽度，interleaved sample即为对面通道。由于实际上Po不可能精确满足式(3)，故一般都只能得到近似的中心通道，事实证明，只要Po在式(3)的某一个范围内，系统的空间分辨率就能得到非常明显的提高。
上面所述的过程就是直接的1/4偏移插值重建方法。该方法根据一般的扫描在每一条射线上都采两次样的原理，利用对面通道的采样对原始数据进行扩充插值，使得一个视图上的通道数增加了一倍，从而提高了系统的截止频率。由于要用到对面通道的数据，所以对面通道与原始通道的一致性非常重要，如果数据不一致的话，建出来的图像会有很多伪影，严重的时候会导致图像无法诊断；而由于原始通道的数据与对面通道的数据是在不同时间不同位置得到的，另外也由于机械以及球管焦点偏移等等原因，数据不一致的可能性非常大，所以直接用1/4通道偏移插值方法得到的图像一般都会有很多伪影。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于CT系统的1/4通道偏移插值方法，该方法可以有效地降低图像的伪影，同时截至频率可以保证与直接的1/4插值一样。
本发明方法包括以下四个步骤1.对原始通道DATA进行插值得到DATA1系统的中心通道要求如式(3)，对于需要插值的数据先用原始通道进行简单插值得到，插值出来的数据与原始数据一起组成新的数据。
2.用对面通道获得DATA1的相应的数据DATA23.DATA1的低频部分与DATA2的高频部分组合得到数据DATA3利用一维高通滤波分别对DATA1和DATA2进行低通滤波和高通滤波，将所得数据组合得到DATA3。
4.用原始数据DATA与DATA3中与原始数据不重合部分数据组合输出结果ResultDATA由于直接的1/4偏移插值对面通道的数据是由不同通道采集到的，而且时间也不一致，一般系统很难保证这种一致性，所以得到的图像都会有一些伪影，本发明提出的这种改进的1/4插值方法，可以非常好的抑制此类伪影。
图1是本发明的对面通道示意图；图2是本发明1/4通道偏移示意图；图3是CT-C3000体模结果对比图，其中图3a为原始1/4偏移插值结果，图3b为改进后的结果；图4是CT-C3000Dual体模结果对比图，其中图4a为原始1/4偏移插值结果，图4b为改进后的结果；图5是CT-C3000模体以及MTF曲线结果对比图，其中图5a为原始1/4偏移插值结果，图5b为改进后的结果；图6是CT-C3000Dual模体以及MTF曲线结果对比图，其中图6a为原始1/4偏移插值结果，图6b为改进后的结果。
具体实施例方式
本发明所提供的方法其具体实现步骤如下1.对原始通道DATA进行插值得到DATA1系统的中心通道要求如式(3)，对于需要插值的数据(iΔβ，(j+0.5-Po)Δγ)，先用原始通道DATA进行简单插值得到，可以用三次样条或者Lagrange插值，也可以用频域偏移的方法得到，插值出来的数据与原始数据一起组成的数据为DATA1(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)，其中0≤i＜V，0≤j＜2N。
2.用对面通道获得DATA1的相应的数据DATA2DATA1的所有数据都有其对面通道，都可以根据式(2)得到对面通道的插值，即对面通道插值得到的结果为DATA2(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)。
3.DATA1的低频部分与DATA2的高频部分组合得到数据DATA3设I为恒等算子，Γ为一维高通滤波，对于每一个采样i，都进行如下式(4)处理HighFre(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)＝Γ(DATA2(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2))LowFre(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)＝(I-Γ)(DATA1(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)) (4)得到HighFre(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)，LowFre(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)，再通过式(5)DATA3(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)＝HighFre(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)+LowFre(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2) (5)得到DATA3(iΔβ，(j-2Po)Δγ/2)，其中j为奇数，且0＜j＜2N。
在上述过程中提到的一维高通滤波Γ，可以采用理想的频域高通滤波器，表达式如下 其中FSourceData为原始数据的傅氏变换，FResultData为结果数据的傅氏变换，D为截止频率。
也可以采用以下的高通滤波器，其表达式为ResultData(i)=2NSourceData(i)2N+1-12N+1Σj=-Nj=N,j!=0SourceData(i+j)---(7)]]>
其中2N+1为滤波宽度，N为正整数，SourceData为原始数据，ResultData为滤波后的数据。以上滤波器在图像上的表现基本一样。
4.用原始数据DATA与DATA3中与原始数据不重合部分数据组合输出结果ResultDATA用式(5)获得的数据与原始数据组成新的数据ResultDATA即完成整个插值过程，然后用正常的卷积反投影过程可以得到图像。
根据本发明提供的改进的1/4通道偏移插值方法对CT图像进行处理，图3是CT-C3000体模结果对比图，图4是CT-C3000Dual体模结果对比图，从图中可以看出，已经很好地消除了伪影；图5是CT-C3000模体以及MTF曲线结果对比图，图6是CT-C3000Dual模体以及MTF曲线结果对比图，从图中可以看出，对MTF曲线几乎没有影响。
权利要求
1.一种用于CT系统的1/4通道偏移插值方法，包括以下四个步骤步骤一，对原始通道DATA进行简单插值得到DATA1，步骤二，用对面通道获得DATA1的相应的数据DATA2，步骤三，利用一维高通滤波获得DATA1的低频部分与DATA2的高频部分，将获得数据组合得到数据DATA3，步骤四，用原始数据DATA与DATA3中与原始数据不重合部分数据组合输出结果ResultDATA。
2.根据权利要求1所述的一种用于CT系统的1/4通道偏移插值方法，其特征在于步骤一中所述的简单插值包括三次样条、Lagrange插值、频域偏移的方法。
3.根据权利要求1所述的一种用于CT系统的1/4通道偏移插值方法，其特征在于步骤三中所述的一维高通滤波包括理想的频域高通滤波器，表达式为 其中FSourceData为原始数据的傅氏变换，FResultData为结果数据的傅氏变换，D为截止频率；还包括高通滤波器，表达式为ResultData(i)=2NSourceData(i)2N+1-12N+1Σj=-Nj≠N,j!=0SourceData(i+j)]]>其中2N+1为滤波宽度，N为正整数，SourceData为原始数据，ResultData为滤波后的数据。
全文摘要
一种用于CT系统的1/4通道偏移插值方法，属于图像处理技术领域，该方法包括四个步骤1.对原始通道DATA进行插值得到DATA1，对于需要插值的数据先用原始通道进行简单插值得到，插值出来的数据与原始数据一起组成新的数据；2.用对面通道获得DATA1的相应的数据DATA2；3.DATA1的低频部分与DATA2的高频部分组合得到数据DATA3，分别对DATA1和DATA2进行低通滤波和高通滤波，将所得数据组合得到DATA3；4.用原始数据DATA与DATA3中与原始数据不重合部分数据组合输出结果Re sultDATA。由于直接的1/4偏移插值对面通道的数据是由不同通道采集到的，而且时间也不一致，一般系统很难保证这种一致性，所以得到的图像都会有一些伪影，本发明提出的这种改进的1/4插值方法，可以非常好的抑制此类伪影。
文档编号A61B6/03GK1586401SQ200410050289
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月20日 优先权日2004年8月20日
发明者楼珊珊, 张怀朋, 刘晋军, 李双学 申请人:东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司