去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法、装置及CBCT系统，所述去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法包括确定体素在所述投影图像中所占的区域N，所述区域N的大小关联于CBCT系统中机架运动的角速度W、CBCT系统的曝光时间T、成像单元的像素尺寸L、以及机架旋转中心到成像单元平面的距离D；以不小于

Method and device for removing motion blur in projection image of CBCT system

The invention discloses a method and a system for removal of CBCT motion image projection device and a fuzzy CBCT system, the removal method of fuzzy CBCT system motion projection image includes determining region N voxel for the projection images in the area, the size of N associated with the CBCT system frame movement the angular velocity of W, CBCT system, exposure time T imaging unit pixel size of the L, and the gantry rotation center to the imaging unit plane distance of not less than D;

【技术实现步骤摘要】
去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法及装置
本专利技术涉及图像处理，尤其涉及一种去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法、装置及CBCT系统。
技术介绍
锥形束计算机断层重建(CBCT)是采用锥形束投影计算机重组断层影像的技术，其原理是X线发生器以较低的射线量围绕目标体做环形DR(数字放射曝光)，然后将围绕目标体多次曝光后的数据集在计算机中重建三维体数据，CBCT相对于传统的螺旋CT差异主要在探测器上，传统螺旋CT采用线阵传感器而CBCT采用面阵传感器，螺旋CT采用准一维数据重建出二维的切片数据，由各二维切片数据建立三维体数据，而CBCT直接采用二维投影数据重建出三维体数据，故CBCT相对于螺旋CT显著提高X线的利用率。CBCT由于z轴覆盖面大、空间分辨率高和便于与其他临床活动(如介入手术)相结合的其优点，在医疗C型臂系统中，已成为重要的技术趋势。CBCT的一个主要应用是获得病人血管的三维图像。对于3D血管成像，为了使血管清晰可见，在CBCT扫描阶段，需在病人的血管中注入某种高对比度的造影剂。血管扫描期间，造影剂应充分充满血管，因此需要注射大量的造影剂。然而，高对比度的造影剂可能伤害病人的健康，所以要控制造影剂的剂量。所需的造影剂量与血液流动速度和CBCT扫描时间相关。通常来讲，血液流动的速度是病人的自然属性，很难控制。因此，在这种情况下提高CBCT的扫描速度至关重要。CBCT的一个潜在的应用是3D心脏成像，在此应用场景下，由于病人心脏的跳动速率很快，因此扫描速度变得更为关键。总而言之，高扫描速度的CBCT系统在临床应用中具有非常大的优势。众所周知，CBCT存在两种扫描方式：1.步进式：X射线球管(以下简称球管)和探测器运动到目标位置后停下来进行曝光，曝光结束后球管和探测器运动至下一位置。2.连续式：球管和探测器连续运动，不间断的进行曝光和积分。基于上述扫描方式，为了获得高扫描速度的CBCT系统有以下两种解决方案：1.在连续扫描模式下，提高C形臂机架旋转速度。通常，这种方案采用固定焦斑的组合机头或者固定焦斑的X射线球管。当机架以较高的速度旋转时，探测器和焦斑引起的运动模糊可能会被引入到图像中。图1示出了焦斑引起的运动模糊的示意图，图1中以中心X射线束的投影图像为例来说明焦斑引起的运动模糊。由图1可见，当机架高速旋转时，X射线束会穿过图1中所示的待检体的阴影区域，穿过阴影区域的X射线束会对中心X射线束在探测器上形成的像素值有所贡献，因此降低了获得的图像的质量，尤其是降低了图像的空间分辨率。为了克服由焦斑引起的运动模糊，目前的一种方式是增加X射线管的功率并减少曝光时间，但这样会导致成本大幅增加，且由于探测器像素尺寸较小效果不佳，也即运动模糊仍然存在。另一种方式是采用一些校正算法，包括迭代重建、盲反卷积或非盲反卷积。然而反卷积方法也只能部分解决运动模糊，而迭代重建法则会明显地增加计算时间。因此，采用上述方式获得的高扫描速度的CBCT系统拍摄获得的图像的空间分辨率仍然较低。2.在步进式扫描模式下，采用大面积的探测器和多源X射线管。在高扫描速度的步进式扫描方式中若应用传统的X射线管和探测器，系统会非常不稳定，这是因为机架每一步的加速和减速需要很强的力。然而，对于采用多光源X射线管而言，可以通过切换各位置的光源来代替机架的旋转，这样一来，扫描速度可以非常高且也不会引入运动模糊，但这种解决方案取决于高成本和有限的球管电流。因此，这种方案在临床中很少应用。综上所述，现有的获得高扫描速度的方案是以图像质量和计算时间为代价的，连续扫描模式下的高扫描速度的CBCT系统获得的图像存在运动模糊，图像的质量不符合实际的临床需求。因此，在高扫描速度的CBCT系统中获得符合实际临床需求的高质量图像成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，包括：确定体素在所述投影图像中所占的区域N，所述区域N的大小关联于CBCT系统中机架运动的角速度W、CBCT系统的曝光时间T、成像单元的像素尺寸L、以及机架旋转中心到成像单元平面的距离D；以不小于的帧速率采集第一投影图像，将每INT(FR×T)张第一投影图像合成以生成去除了运动模糊的投影图像，其中，INT(N)为对所述区域N取整，FR为帧速率。进一步地，所述区域N通过如下公式获得：进一步地，所述将每INT(FR×T)张第一投影图像合成以生成去除了运动模糊的投影图像包括：在INT(FR×T)张第一投影图像中选取第i张第一投影图像作为基准第一投影图像；以所述基准第一投影图像为基准，将第j张第一投影图像平移以使得同一体素在基准第一投影图像中的像重合，其中，i∈[1,INT(FR×T)],j∈[1,INT(FR×T)]。进一步地，所述N的取值范围为：(1，10]。进一步地，所述去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法还包括：控制CBCT系统中X射线源的焦斑沿着与所述X射线源的运动方向相反的方向运动，以使得所述X射线源的焦斑相对于地面坐标系静止。本专利技术还提供了一种去除CBCT系统投影图像中运动模糊的装置，包括：区域确定模块，用于确定体素在所述投影图像中所占的区域N，所述区域N的大小关联于CBCT系统中机架运动的角速度W、CBCT系统的曝光时间T、成像单元的像素尺寸L、以及机架旋转中心到成像单元平面的距离D；图像采集模块，用于以不小于的帧速率采集第一投影图像，其中，INT(N)为对所述区域N取整；图像合成模块，用于将每INT(FR×T)张第一投影图像合成以生成去除了运动模糊的投影图像，其中，FR为帧速率。进一步地，所述区域N通过如下公式获得：进一步地，所述图像合成模块包括：基准图像选取单元，用于在INT(FR×T)张第一投影图像中选取第i张第一投影图像作为基准第一投影图像；合成单元，用于以所述基准第一投影图像为基准，将第j张第一投影图像平移以使得同一体素在基准第一投影图像中的像重合，其中，i∈[1,INT(FR×T)],j∈[1,INT(FR×T)]。进一步地，所述去除CBCT系统投影图像中运动模糊的装置还包括：控制模块，用于控制CBCT系统中X射线源的焦斑沿着与所述X射线源的运动方向相反的方向运动，以使得所述X射线源的焦斑相对于地面坐标系静止。本专利技术还提供一种CBCT系统，包括上述的去除CBCT系统投影图像中运动模糊的装置。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点：通过先确定体素在所述投影图像中所占的区域N，所述区域N的大小关联于CBCT系统中机架运动的角速度W、CBCT系统的曝光时间T、成像单元的像素尺寸L、以及机架旋转中心到成像单元平面的距离D；然后以不小于的帧速率采集第一投影图像；最后将每INT(FR×T)张第一投影图像合成以生成去除了运动模糊的投影图像。由于以不小于的高帧速率来采集第一投影图像，且对每INT(FR×T)张第一投影图像进行合成进而可以去除高扫描速度的CBCT系统中探测器运动而导致的运动模糊，提高了图像的空间分辨率和信噪比，进而提高了图像的质量，获得了符合实际临床需求图像。进一步地，由于通过控制CBCT系统中X射线源的焦斑沿着与所述X射线源的运动方向相反的方向运动，使得所述X射线源的焦斑相对于地面坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，其特征在于，包括：确定体素在所述投影图像中所占的区域N，所述区域N的大小关联于CBCT系统中机架运动的角速度W、CBCT系统的曝光时间T、成像单元的像素尺寸L、以及机架旋转中心到成像单元平面的距离D；以不小于

【技术特征摘要】
1.一种去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，其特征在于，包括：确定体素在所述投影图像中所占的区域N，所述区域N的大小关联于CBCT系统中机架运动的角速度W、CBCT系统的曝光时间T、成像单元的像素尺寸L、以及机架旋转中心到成像单元平面的距离D；以不小于的帧速率采集第一投影图像，将每INT(FR×T)张第一投影图像合成以生成去除了运动模糊的投影图像，其中，INT(N)为对所述区域N取整，FR为帧速率。2.如权利要求1所述的去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，其特征在于，所述区域N通过如下公式获得：3.如权利要求1所述的去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，其特征在于，所述将每INT(FR×T)张第一投影图像合成以生成去除了运动模糊的投影图像包括：在INT(FR×T)张第一投影图像中选取第i张第一投影图像作为基准第一投影图像；以所述基准第一投影图像为基准，将第j张第一投影图像平移以使得同一体素在基准第一投影图像中的像重合，其中，i∈[1,INT(FR×T)],j∈[1,INT(FR×T)]。4.如权利要求1所述的去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，其特征在于，所述N的取值范围为：(1，10]。5.如权利要求1所述的去除CBCT系统投影图像中运动模糊的方法，其特征在于，还包括：控制CBCT系统中X射线源的焦斑沿着与所述X射线源的运动方向相反的方向运动，以使得所述X射线源的焦斑相对于地面坐标系静止。6.一种去除CBCT系统投...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐璐，王思睿，陈鸣之，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31