专利名称：Ct设备的螺旋扫描图像重建方法、装置和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及CT (Computed Tomography,计算机X射线断层扫描技术)领域，更特别地涉及一种用于CT设备的螺旋扫描图像的重建方法、装置和计算机程序产品。
背景技术：
通常，CT设备用X射线束对人体某部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，对所接收的X射线进行光电转换、模数转换，再经过图像重建后得到CT图像。螺旋扫描是CT设备的常见扫描方式之一，其使得扫描速度大大提高。但是，与螺旋扫描相关联的是CT图像中出现伪影，例如风车状伪影，阶梯状伪影。伪影的根本原因是z轴方向的插值误差。通常在CT图像重建过程中使用内插技术。在内插时一般选择和使用最接近图像z轴位置的数据来重建图像，而不管这些数据来自于探测器阵列的哪些排(即行)探测器。这样，重建一幅图像所需的数据来自于多排探测器，由于不同排探测器采集数据的角度不同，导致图像在重建时出现周期性误差。重建一幅图像所需要的探测器的排数由螺旋扫描的螺距决定，因此伪影的严重程度与螺距成正t匕，螺距越大，伪影越严重。CT图像中各种伪影的存在严重影响了 CT图像的质量。
发明内容
因此，需要一种能够减少或消除螺旋扫描CT图像中的伪影的CT图像重建方法。
根据本发明的一方面，本发明提供一种用于CT设备的螺旋扫描图像的重建方法，其中所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器(即行高不是均一的，部分行的行高较宽，部分行的行高较窄)，所述方法包括:对从所述多行探测器得到的投影数据进行预加权处理，以使得从窄探测器得到的投影数据具有与从宽探测器得到的投影数据相同的切片方向灵敏度曲线；对预加权处理后的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高；以及对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。根据本发明的一个实施例，其中，所述预加权处理包括对每个投影数据执行以下操作:如果待处理投影数据是从窄探测器得到的，则对该待处理投影数据以及从与该窄探测器在同一列但在不同行中的至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均，并将加权平均值作为相应的经预加权处理后的投影数据；如果待处理投影数据是从宽探测器得到的，则将该待处理投影数据直接作为相应的经预加权处理后的投影数据。
根据本发明的一个实施例，其中，所述对该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均的步骤进一步包括:确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数；以及将该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据乘以各自的加权系数，然后相加。根据本发明的一个实施例，其中，确定加权系数的步骤包括确定所述相应的加权系数以使得从窄探测器得到的投影数据与从宽探测器得到的投影数据具有相同的切片曲线。根据本发明的一个实施例，其中，确定加权系数的步骤包括迭代地计算所述相应的加权系数以使得窄探测器的经预加权处理后的投影数据的切片方向灵敏度曲线的半高全宽与宽探测器的相等。根据本发明的一个实施例，其中，从所述至少一个探测器得到的投影数据为从与待处理投影数据所源自的探测器相邻且与其在同一列的探测器得到的投影数据。根据本发明的一个实施例，其中，在所述迭代计算过程中还使得用于从与待处理投影数据所源自的探测器相邻且与其在同一列的前探测器和后探测器得到的投影数据的相应加权系数的比值等于后探测器的行高的一半加上待处理投影数据所源自的探测器的行高的一半所得到的和与前探测器的行高的一半加上待处理投影数据所源自的探测器的行高的一半所得到的和的比值。根据本发明的一个实 施例，其中，所述宽探测器的行高为所述窄探测器的行高的两倍，并且其中:(I)如果与待处理投影数据所源自的探测器相邻的前探测器行和后探测器行均为窄探测器行，则I1 = ,W0 = ^ ,W1 =
idy丄 ο(2)如果与待处理投影数据所源自的探测器相邻的前探测器行为宽探测器行，而
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后探测器行为窄探测器行，则w_i =-,w0 =-,Wl 以及(3)如果与待处理投影数据所源自的探测器相邻的前探测器行为窄探测器行，而
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后探测器行为宽探测器行，则Wq =-,w0 =-,Wi =-,其中，I1为用于从位于所述前探测器行中且与待处理投影数据所源自的探测器在同一列中的探测器得到的投影数据的加权系数，W0为用于所述待处理投影数据的加权系数，W1为用于从位于所述后探测器行中且与待处理投影数据所源自的探测器在同一列中的探测器得到的投影数据的加权系数。根据本发明的一个实施例，所述反投影处理包括:通过矩阵法、迭代法、滤波反投影法或二维傅里叶重建法来对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。根据本发明的一个实施例，其中，所述反投影处理包括:对插值处理后的投影数据进行卷积滤波；以及反投影经卷积滤波后的投影数据以得到重建的CT图像。
根据本发明的另一方面，提供另一种用于CT设备的螺旋图像的重建方法，其中所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器，所述方法包括:对从所述多行探测器得到的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高；以及对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。根据本发明的又一方面，提供一种用于CT设备的螺旋图像的重建装置，其中所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器，所述装置包括:用于对从所述多行探测器得到的投影数据进行预加权处理、以使得从窄探测器行得到的投影数据具有与从宽探测器行得到的投影数据相同的切片方向灵敏度曲线的部件；用于对预加权处理后的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高的部件；以及用于对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像的部件。根据本发明的一个实施例，其中，所述用于进行预加权处理的部件包括:用于在待处理投影数据是从窄探测器得到的情况下对该待处理投影数据以及从与该窄探测器在同一列但在不同行中的至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均、并将加权平均值作为相应的经预加权处理后的投影数据的部件；用于在待处理投影数据是从宽探测器得到的情况下将该待处理投影数据直接作为相应的经预加权处理后的投影数据的部件。根据本发明的一个实施例，其中，所述用于对该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均的部件进一步包括:用于确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数的部件；以及用于将该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据乘以各自的加权系数、然后相加的部件。根据本发明的一个实施例，其中，所述用于确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数的部件确定所述相应的加权系数以使得从窄探测器得到的投影数据与从宽探测器得到的投影数据具有相同的切片曲线。根据本发明的一个实施例，其中，所述用于确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数的部件包括:用于迭代地计算所述相应的加权系数以使得窄探测器的经预加权处理后的投影数据的切片方向灵敏度曲线的半高全宽与宽探测器的相等的部件。根据本发明的再一方面，提供一种计算机程序产品，其被配置为存储用于在计算机系统上执行的程序指令，所述程序指令使计算机系统执行如权利要求1-11中任一项所述的方法。
为了对本公开内容更透彻的理解，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中:图1是示出用于本发明的实施例中的CT设备的探测器阵列的示意图；图2是示出现有技术的等高插值方法中的合并处理的示意图；图3是示出根据本发明的图像重建方法中的预加权处理和插值处理步骤的示意图；图4A-4B是示出如何确定加权系数的示意图；图5A-5B分别示出利用现有技术的图像重建方法和本发明的图像重建方法得到的CT图像的效果；图6A-6C分别示出利用进行等高插值的现有技术图像重建方法、根据本发明的预加权和不等高插值相结合的图像重建方法以及根据本发明的只使用不等高插值的图像重建方法得到的CT图像的效果；以及图7A-7B分别示出通过现有技术的图像重建方法和本发明的图像重建方法得到的头体CT图像的效果。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的具体实施例，但本发明并不限于下述具体实施例。图1示出了用于本 发明的实施例中的CT设备的探测器阵列的示意图。在图1中只是示意性地示出了沿着z轴(即螺旋扫描的旋转轴)方向的多列探测器中的一列探测器。实际上，CT设备的探测器可以是多行X多列探测器。在图1中，该列探测器中的每个探测器代表一个探测器行。如图1所示，探测器阵列在z轴方向上具有不同的行高，其中沿着z轴方向中间的探测器行的行高较窄而两端的探测器行的行高较宽。可以将具有较窄的行高Ahl的探测器称为窄探测器，将具有较宽的行高Ah2的探测器称为宽探测器。但是，图1的探测器阵列只是一种示例，实际上探测器阵列的行高可以是另外的情况。将从探测器采集到的数据进行光电转换、放大、模数转换等处理可以得到CT扫描的原始数据，也称为扫描数据或投影数据。对于螺旋扫描，在进行反投影之前需要对投影数据进行插值。对于探测器的行高不一致的情况，一般地在现有技术中首先进行合并处理，即将来自若干个相邻窄探测器(在同一列中)的投影数据进行合并，以保持与宽探测器的数据的一致性。如图2所示，宽探测器的行高是窄探测器的行高的2倍，则将两个相邻窄探测器(在同一列中)的投影数据合并在一起。经过这样合并后得到的投影数据集合相当于由等高的宽探测器采集到的投影数据集合。然后，可以对投影数据进行行间插值。这样的插值方式称为等高插值，即先对来自不等高探测器的投影数据进行合并处理以得到等高性质的投影数据，然后再进行插值。然后对经过插值处理的投影数据通过矩阵法、迭代法、滤波反投影法或二维傅里叶重建法来进行反投影以得到重建图像。本发明采用一种不同的图像重建方法，该方法与上述方法相比可以更好地消除图像中的伪影。下面将详细地描述根据本发明的实施例的图像重建方法。但是，在下面的描述中，重点描述了本发明与现有技术的不同之处，对于本领域技术人员已知或公知的一些处理步骤，没有做详细的描述，以免混淆本发明。本发明在图像重建过程中引入了预加权的处理步骤，并基于该步骤进行不同于等高插值的插值处理。现在参考图3，其示出了根据本发明的一个实施例的图像重建方法中的预加权处理步骤和插值处理步骤。对于从不等高的探测器阵列(即探测器具有不同的行高)得到的投影数据，具体的预加权处理步骤如下:如果待处理投影数据是从窄探测器得到的，则对该待处理投影数据以及从与该窄探测器在同一列但在不同行中的至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均，并将加权平均值作为相应的经预加权处理后的投影数据；如果待处理投影数据是从宽探测器得到的，则将该待处理投影数据直接作为相应的经预加权处理后的投影数据。这样的预加权处理是为了使从窄探测器得到的投影数据具有与从宽探测器得到的投影数据相同的切片方向灵敏度曲线，从而使得在各个方向采集到的数据具有一致性。在一个优选实施例中，与该窄探测器在同一列但在不同行中的至少一个探测器是指与该窄探测器相邻且在同一列中的探测器。在图3中，投影数据Pm、Pn、P0源自窄探测器Dm、Dn、D。，投影数据Pb来自宽探测器Db。Pb的经预加权处理后的值P' “乃然等于Pb。P1JA经预加权处理后的相应值(来自与Dm相邻且在Dm之前的行中的探测器Dnrl)、Pm+1(来自与0_ 相邻且在0111之后的行中的探测器Dm+1)这三个投影数据的加权平均。同样，Pn的经预加权处理后的相应值P 为PpPlri (来自与Dn相邻且在Dn之前的行中的探测器Dm)、Pn+1(来自与0 相邻且在0 之后的行中的探测器Dn+1)这三个投影数据的加权平均，P0的经预加权处理后的相应值P。为(来自与D。相邻且在D。之前的行中的探测器D0^1)、P0+1 (来自与D。相邻且在D。之后的行中的探测器D0J这三个投影数据的加权平均。可以用下面的公式来表示预加权处理:
权利要求
1.一种用于CT设备的螺旋扫描图像的重建方法，其中所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器，所述方法包括: 对从所述多行探测器得到的投影数据进行预加权处理，以使得从窄探测器得到的投影数据具有与从宽探测器得到的投影数据相同的切片方向灵敏度曲线； 对预加权处理后的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高；以及 对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。
2.按权利要求1所述的重建方法，其中，所述预加权处理包括对每个投影数据执行以下操作: 如果待处理投影数据是从窄探测器得到的，则对该待处理投影数据以及从与该窄探测器在同一列但在不同行中的至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均，并将加权平均值作为相应的经预加权处理后的投影数据； 如果待处理投影数据是从宽探测器得到的，则将该待处理投影数据直接作为相应的经预加权处理后的投影数据。
3.按权利要求2所述的重建方法，其中，所述对该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均的步骤进一步包括: 确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数；以及 将该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据乘以各自的加权系数，然后相加。
4.按权利要求2或3所述的重建方法，其中，确定加权系数的步骤包括确定所述相应的加权系数以使得从窄探测器得到的投影数据与从宽探测器得到的投影数据具有相同的切片曲线。
5.按权利要求2或3所述的重建方法，其中，确定加权系数的步骤包括迭代地计算所述相应的加权系数以使得窄探测器的经预加权处理后的投影数据的切片方向灵敏度曲线的半高全宽与宽探测器的相等。
6.按权利要求5所述的重建方法，其中，从所述至少一个探测器得到的投影数据为从与待处理投影数据所源自的探测器相邻且与其在同一列的探测器得到的投影数据。
7.按权利要求6所述的重建方法，其中，在所述迭代计算过程中还使得用于从与待处理投影数据所源自的探测器相邻且与其在同一列的前探测器和后探测器得到的投影数据的相应加权系数的比值等于后探测器的行高的一半加上待处理投影数据所源自的探测器的行高的一半所得到的和与前探测器的行高的一半加上待处理投影数据所源自的探测器的行高的一半所得到的和的比值。
8.按权利要求6所述的重建方法，其中，所述宽探测器的行高为所述窄探测器的行高的两倍，并且其中: (1)如果与待处理投影数据所源自的探测器相邻的前探测器行和后探测器行均为窄探测器行，PJW_! = ^ ,W0 = ^ ,W1 =忐； (2)如果与待处理投影数据所源自的探测器相邻的前探测器行为宽探测器行，而后探测器行为窄探测器行，则
9.按权利要求1所述的重建方法，其中，所述反投影处理包括:通过矩阵法、迭代法、滤波反投影法或二维傅里叶重建法来对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。
10.按权利要求1所述的重建方法，其中，所述反投影处理包括: 对插值处理后的投影数据进行卷积滤波；以及 反投影经卷积滤波后的投影数据以得到重建的CT图像。
11.一种用于CT设备的螺旋图像的重建方法，其中所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器，所述方法包括: 对从所述多行探测器得到的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高；以及 对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。
12.一种用于CT设备的螺旋图像的重建装置，其中所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器，所述装置包括: 用于对从所述多行探测器得到的投影数据进行预加权处理、以使得从窄探测器行得到的投影数据具有与从宽探测器行得到的投影数据相同的切片方向灵敏度曲线的部件；用于对预加权处理后的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高的部件；以及 用于对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像的部件。
13.按权利要求12所述的重建装置，其中，所述用于进行预加权处理的部件包括: 用于在待处理投影数据是从窄探测器得到的情况下对该待处理投影数据以及从与该窄探测器在同一列但在不同行中的至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均、并将加权平均值作为相应的经预加权处理后的投影数据的部件； 用于在待处理投影数据是从宽探测器得到的情况下将该待处理投影数据直接作为相应的经预加权处理后的投影数据的部件。
14.按权利要求13所述的重建装置，其中，所述用于对该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据进行加权平均的部件进一步包括: 用于确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数的部件；以及 用于将该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据乘以各自的加权系数、然后相加的部件。
15.按权利要求13或14所述的重建装置，其中，所述用于确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数的部件确定所述相应的加权系数以使得从窄探测器得到的投影数据与从宽探测器得到的投影数据具有相同的切片曲线。
16.按权利要求13或14所述的重建装置，其中，所述用于确定分别用于该待处理投影数据以及从所述至少一个探测器得到的投影数据的相应的加权系数的部件包括:用于迭代地计算所述相应的加权系数以使得窄探测器的经预加权处理后的投影数据的切片方向灵敏度曲线的半高全宽与宽探测器的相等的部件。
17.一种计算机程序产品，其被配置为存储用于在计算机系统上执行的程序指令，所述程序指令使计算机系统执行如权利要 求1-11中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明公开了CT设备的螺旋扫描图像重建方法、装置和计算机程序产品。在所述方法中，所述CT设备包括多行探测器，所述多行探测器包括具有较小行高的窄探测器和具有较大行高的宽探测器，所述方法包括对从所述多行探测器得到的投影数据进行预加权处理，以使得从窄探测器得到的投影数据具有与从宽探测器得到的投影数据相同的切片方向灵敏度曲线；对预加权处理后的投影数据直接进行插值处理而忽略窄探测器和宽探测器之间的不同行高；以及对插值处理后的投影数据进行反投影处理以得到重建的CT图像。通过本发明，可以大大减少或消除螺旋扫描CT图像中的伪影。
文档编号G06T11/00GK103083031SQ201110358390
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者孙智慧, 王学礼, 李硕, 王蔚洪 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司