CBCT图像重建方法、装置和CBCT设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种CBCT图像重建的方法，包括：获取有限角度的投影数据；对所述有限角度的投影数据进行解析重建以获取图像F1；对i进行赋值，并基于图像F2i‑1获取缺失角度的投影数据Di；基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；对所述图像F2i求取全变分，确定全变分最小时对应的图像为图像F2i+1；判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件；若所述图像F2i+1满足收敛条件，则停止赋值i，并将所述图像F2i+1作为重建后的图像；否则，返回i的赋值步骤并将i赋值为i+1，以继续后续步骤。在有效降低投影数据缺失对重建图像的不利影响的同时，还能兼顾提高重建图像的质量、加快重建速度，便于有限角度CT扫描在临床上的应用。

【技术实现步骤摘要】
CBCT图像重建方法、装置和CBCT设备
本专利技术涉及医学图像处理
，特别是涉及一种CBCT图像重建方法、装置和CBCT设备。
技术介绍
锥形束计算机断层扫描(ConeBeamComputedTomography，简称CBCT)是利用X射线发生器围绕受检者进行扫描投影，并根据扫描投影所获取的投影数据进行重建，进而获得受检者的三维断层图像，以便于对受检者进行诊断。采用CBCT进行扫描时，采集的投影数据越多意味着病人接收的电离辐射越大，高剂量的X射线会对人体造成损伤，尤其对儿童的伤害更大。因此，在保证图像质量的前提下如何减少X射线的辐射剂量一直是研究和讨论的热点。对于CBCT来说，扫描角度至少需要180°+θ，θ为扇角。而减少扫描范围，即进行有限角度采集投影，不但可以降低X射线辐射剂量，而且可以解决由于机械设计或者扫描对象过大导致不能采集完备投影数据的问题。然而由于采用有限角度CBCT采集会导致投影数据的缺失，因此重建图像中几何失真比较明显，重建图像质量有所下降。而目前为了提高重建图像质量所采用的方法，计算量大，重建速度慢，在很大程度上限制了有限角度CBCT在临床上的应用。因此，如何提高有限角度CBCT重建图像的质量及重建速度，以满足实际的临床需求，成为目前亟待解决的问题之一。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种CBCT图像重建方法、装置和CBCT设备，可应用于采用有限角度CBCT对受检者进行扫描成像的过程中，能有效降低投影数据缺失对重建图像的不利影响，且在提升重建图像质量的同时，还能有效的提升图像重建的速度，进而便于有限角度CBCT扫描在临床上的应用。一种CBCT图像重建的方法，包括：获取有限角度的投影数据；对所述有限角度的投影数据进行解析重建以获取图像F1；对i进行赋值，并基于图像F2i-1获取缺失角度的投影数据Di；基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；对所述图像F2i求取全变分，确定全变分最小时对应的图像为图像F2i+1；判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件；若所述图像F2i+1满足收敛条件，则停止赋值i，并将所述图像F2i+1作为重建后的图像；否则，返回i的赋值步骤并将i赋值为i+1，以继续后续步骤；其中，i初始赋值为1，且i为正整数。在一个可选的实施例中，所述判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件，包括：判断对所述图像F2i+1进行正投影所获得的有限角度的投影数据与所述有限角度的投影数据之间的差值是否小于预设的投影图像偏差阈值。在一个可选的实施例中，基于FDK重建算法进行所述解析重建。在一个可选的实施例中，所述基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；包括：将所述有限角度的投影数据与所述缺失角度的投影数据Di的并集作为全角度投影数据；采用联合代数重建方法对所述全角度投影数据进行第i次迭代重建以获取所述图像F2i。在一个可选的实施例中，采用最速下降法使得所述图像F2i的全变分最小。一种CBCT图像重建的装置，可包括：获取模块，用于获取有限角度的投影数据；解析重建模块，用于对所述有限角度的投影数据进行解析重建以获取图像F1；计算模块，用于对i进行赋值，并基于图像F2i-1获取缺失角度的投影数据Di；迭代重建模块，用于基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；全变分模块，用于对所述图像F2i求取全变分，确定全变分最小时对应的图像为图像F2i+1；判断模块，用于判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件；若所述图像F2i+1满足收敛条件，则停止赋值i，并将所述图像F2i+1作为重建后的图像；否则，返回i的赋值步骤并将i赋值为i+1，以继续后续步骤；其中，i初始赋值为1，且i为正整数。在一个可选的实施例中，所述判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件，包括：判断对所述图像F2i+1进行正投影所获得的有限角度的投影数据与所述有限角度的投影数据之间的差值是否小于预设的投影图像偏差阈值。在一个可选的实施例中，所述迭代重建模块包括：合并单元，用于将所述有限角度的投影数据与所述缺失角度的投影数据Di的并集作为全角度投影数据；迭代重建单元，用于采用联合代数重建方法对所述全角度投影数据进行第i次迭代重建以获取所述图像F2i。在一个可选的实施例中，所述全变分模块还用于采用最速下降法使得所述图像F2i的全变分最小。一种CBCT设备，可包括图像采集单元和处理器；所述图像采集单元用于采集并发送有限角度投影数据至所述处理器，该处理器用于执行内置的程序时实现如上述任意一项所述方法中的步骤。上述CBCT图像重建的方法、装置和CBCT设备，在采用CBCT对受检者进行有限角度扫描成像的过程中，先通过解析重建来获取图像F1，基于图像F1来获取缺失角度的投影数据，进而基于有限角度和缺失角度的投影数据进行迭代重建，同时在迭代重建过程中结合图像全变分以提高重建图像的质量，进而在有效降低投影数据缺失对重建图像的不利影响的同时，还能兼顾提高重建图像的质量、加快重建速度，便于有限角度CBCT扫描在临床上的应用。附图说明图1为一个实施例中CBCT图像重建的方法的流程图；图2为另一个实施例中CBCT图像重建的方法的流程图；图3为一个实施例中CBCT图像重建的装置的结构示意图；图4为一个实施例中CBCT设备的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为一个实施例中CBCT图像重建的方法的流程图。如图1所示，一种CBCT图像重建的方法，可包括以下步骤：步骤S1，获取有限角度的投影数据。具体的，采用CBCT设备对受检者进行有限角度的扫描，并将扫描后获得的投影数据发送至后处理工作站，进而获取该受检者有限角度的投影数据。需要注意的，本申请的实施例中，有限角度是相对于CBCT中的全角度而言，该全角度可以是指180°+θ(θ为成像扇形角，且θ≥0°)；例如，设定θ为20°，则当采用0～150°作为有限角度进行CBCT扫描时，相对于全角度的CBCT投影数据，缺失了150°～200°的投影数据(缺失角度的投影数据)。进行全角度的扫描虽然能够确保获取的CBCT图像的质量，但其产生的辐射剂量较高，会对受检者造成一定的伤害。步骤S2，对有限角度的投影数据进行解析重建以获取图像F1。具体的，采用诸如二维的滤波反投影重建算法(FilteredBackProjection，简称FBP)、基于FBP算法扩展的三维FDK等解析算法对上述的有限角度的投影数据进行解析重建，以获取重建后的图像F1。由于投影数据有所缺失，故通过解析重建获取的图像F1中可能会存在伪影。其中，采用锥形束FDK算法，由于其为基于圆轨道扫描的滤波反投影近似重建算法，对于小锥角情况，相较于其他的算法该锥形束FDK算法能够重建出较好的断层图像，同时还具有诸如结构简单、机械运动简单、执行效率高等优点。步骤S3，对i进行赋值，并基于图像F2i-1获取缺失角度的投影数据Di。具体的，i可依次赋值1、2、3…n，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CBCT图像重建的方法，其特征在于，包括：获取有限角度的投影数据；对所述有限角度的投影数据进行解析重建以获取图像F1；对i进行赋值，并基于图像F2i‑1获取缺失角度的投影数据Di；基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；对所述图像F2i求取全变分，确定全变分最小时对应的图像为图像F2i+1；判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件；若所述图像F2i+1满足收敛条件，则停止赋值i，并将所述图像F2i+1作为重建后的图像；否则，返回i的赋值步骤并将i赋值为i+1，以继续后续步骤；其中，i初始赋值为1，且i为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种CBCT图像重建的方法，其特征在于，包括：获取有限角度的投影数据；对所述有限角度的投影数据进行解析重建以获取图像F1；对i进行赋值，并基于图像F2i-1获取缺失角度的投影数据Di；基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；对所述图像F2i求取全变分，确定全变分最小时对应的图像为图像F2i+1；判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件；若所述图像F2i+1满足收敛条件，则停止赋值i，并将所述图像F2i+1作为重建后的图像；否则，返回i的赋值步骤并将i赋值为i+1，以继续后续步骤；其中，i初始赋值为1，且i为正整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述图像F2i+1是否满足收敛条件，包括：判断对所述图像F2i+1进行正投影所获得的有限角度的投影数据与所述有限角度的投影数据之间的差值是否小于预设的投影图像偏差阈值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于FDK重建算法进行所述解析重建。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述有限角度的投影数据和所述缺失角度的投影数据Di，进行第i次迭代重建以获取图像F2i；包括：将所述有限角度的投影数据与所述缺失角度的投影数据Di的并集作为全角度投影数据；采用联合代数重建方法对所述全角度投影数据进行第i次迭代重建以获取所述图像F2i。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用最速下降法使得所述图像F2i的全变分最小。6.一种CBCT图像重建的装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取有限角度的投影数据；解析...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晶，滕万里，
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