用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及图像处理领域，揭露一种用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法，包括：使用口腔锥束CBCT对存在运动的扫描对象进行扫描，以采集投影图像数据，并利用投影变换矩阵对投影图像数据进行图像重建得到运动待补偿重建图像；计算前向投影图像，对投影图像数据与前向投影图像进行高斯滤波处理和边缘特征提取，并计算特征相关系数后，对特征相关系数进行调整和向量优化，对优化的运动向量进行线性插值处理，对线性插值的运动向量进行均值滤波处理；对投影变换矩阵进行向量修正，对投影图像数据进行图像补偿重建，计算补偿前向投影；计算补偿前向投影的投影偏差，确定口腔锥束CBCT的运动补偿重建图像。本发明专利技术可以无需额外装置且能应用于口腔锥束CBCT系统。应用于口腔锥束CBCT系统。应用于口腔锥束CBCT系统。

【技术实现步骤摘要】
用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及一种用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法、装置、电子设备以及存储介质。

技术介绍

[0002]用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建是指在锥形束CBCT的口腔颌面影像检查过程中，对扫描的口腔图像中存在运动伪影的图像进行补偿重建的过程，以用于避免图像中运动伪影对图像分析的不利影响，提高图像的清晰度。
[0003]目前，在口腔检查时，扫描过程中难以避免患者不自主运动，使采集到的投影信息不一致，从而造成重建图像出现组织结构模糊或错位等运动伪影，严重影响了医生对患者口腔疾病的检查诊断，相对来说，在扫描过程中患者口腔的运动通常表现为刚性运动，因此对这种刚性运动现象作运动补偿成为关键，现有技术中普遍使用简单的咬合杆等固定装置对头部作简单的固定，无法避免患者在扫描过程中仍然存在运动；其他一些技术方案主要通过追踪装置跟踪获取患者头部的运动并在重建过程中对数据进行运动补偿，但需要依赖额外装置，可能会干扰设备扫描并影响患者的体验；也有些技术方案通过配准迭代的思路对运动图像作运动补偿，但通常由于计算复杂且时间花费很长难以满足实际应用。因此，仍然亟待一种无需额外装置且能应用于口腔锥束CBCT系统的运动补偿技术。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法、装置、电子设备以及存储介质，可以无需额外装置且能应用于口腔锥束CBCT系统。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法，包括：
[0006]使用口腔锥束CBCT对存在运动的扫描对象进行扫描，以采集所述口腔锥束CBCT的投影图像数据，利用投影变换矩阵对所述投影图像数据进行图像重建，得到运动待补偿重建图像；
[0007]对所述运动待补偿重建图像进行前向投影操作，得到前向投影图像，对所述投影图像数据进行高斯滤波处理，得到投影滤波图像，并对所述前向投影图像进行高斯滤波处理，得到前向投影滤波图像，对所述投影滤波图像进行边缘特征提取，得到投影边缘特征，并对所述前向投影滤波图像进行边缘特征提取，得到前向投影边缘特征，并计算所述投影边缘特征与所述前向投影边缘特征之间的特征相关系数；
[0008]配置所述特征相关系数的运动向量，根据所述运动向量，对所述特征相关系数进行系数调整，得到调整系数，根据所述调整系数，对所述运动向量进行向量优化，得到优化运动向量，对所述优化运动向量进行线性插值处理，得到线性插值向量，对所述线性插值向量进行均值滤波处理，得到均值滤波向量；
[0009]根据所述均值滤波向量，对所述投影变换矩阵进行向量修正，得到向量修正矩阵，根据所述向量修正矩阵，对所述投影图像数据进行图像补偿重建，得到补偿重建图像，并计
算所述补偿重建图像的补偿前向投影；
[0010]计算所述补偿前向投影的投影偏差，根据所述投影偏差，确定所述口腔锥束CBCT的运动补偿重建图像。
[0011]在第一方面的一种可能实现方式中，所述对所述投影图像数据进行高斯滤波处理，得到投影滤波图像，包括：
[0012]配置所述投影图像数据的高斯滤波窗口；
[0013]利用下述公式计算所述高斯滤波窗口的高斯滤波权重：
[0014][0015]其中，w
u
表示所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的高斯滤波权重，h
u
表示所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的数值，n表示所述高斯滤波窗口中像素点的数量；
[0016]根据所述高斯滤波权重，利用下述公式计算所述投影图像数据的滤波像素值：
[0017][0018]其中，m
v
表示与所述高斯滤波窗口的大小相对应的投影图像数据中的中心点v的滤波像素值，w
u
表示所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的高斯滤波权重，n表示所述高斯滤波窗口中像素点的数量，H
u
表示与所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的投影图像数据中的像素点的数值；
[0019]根据所述滤波像素值，确定所述投影滤波图像。
[0020]在第一方面的一种可能实现方式中，所述对所述投影滤波图像进行边缘特征提取，得到投影边缘特征，包括：
[0021]利用下述公式配置所述投影滤波图像的横向算子与纵向算子：
[0022][0023][0024]其中，s
x
表示所述横向算子，s
y
表示所述纵向算子；
[0025]根据所述横向算子与所述纵向算子，利用下述公式对所述投影滤波图像进行横向像素转换与纵向像素转换，得到横向转换像素与纵向转换像素：
[0026][0027]K
x
＝(a2+2a3+a4)
‑
(a0+2a7+a6)
[0028]K
y
＝(a0+2a1+a2)
‑
(a6+2a5+a4)
[0029]其中，K
x
表示所述横向转换像素，K
y
表示所述纵向转换像素，[i,j]表示所述投影滤波图像中3*3比例大小的像素框中的像素中心点的值，a0、a1、a2、a7、a3、a4、a5、a6表示[i,j]的
邻域像素点的值；
[0030]利用下述公式计算所述横向转换像素与所述纵向转换像素之间的像素近似值：
[0031][0032]其中，G[i,j]表示所述像素近似值，K
x
表示所述横向转换像素，K
y
表示所述纵向转换像素；
[0033]根据所述像素近似值，确定所述投影边缘特征。
[0034]在第一方面的一种可能实现方式中，所述根据所述运动向量，对所述特征相关系数进行系数调整，得到调整系数，包括：
[0035]获取所述特征相关系数对应的当前待调整投影变换矩阵与当前运动待补偿重建图像，利用下述公式计算所述运动向量的运动变换矩阵：
[0036][0037]其中，R表示所述运动变换矩阵，r＝{α,β,γ,t
x
,t
y
,t
z
}表示所述运动向量，包括分别沿扫描物体空间坐标系x,y,z轴旋转和平移的六个自由度的运动参数；
[0038]根据所述运动变换矩阵，利用下述公式对所述当前待调整投影变换矩阵进行向量调整，得到当前调整投影变换矩阵：
[0039]A
k
＝A
k
‑1·
R
k
[0040]其中，A
k
表示所述当前调整投影变换矩阵，A
k
‑1表示所述当前待调整投影变换矩阵，R
k
表示所述当前运动变换矩阵，k表示当前执行相应的迭代次数；
[0041]根据所述当前调整投影变换矩阵，利用下述公式对所述当前运动待补偿重建图像进行前向投影操作，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于口腔锥束CBCT的运动补偿重建方法，其特征在于，所述方法包括：使用口腔锥束CBCT对存在运动的扫描对象进行扫描，以采集所述口腔锥束CBCT的投影图像数据，利用投影变换矩阵对所述投影图像数据进行图像重建，得到运动待补偿重建图像；对所述运动待补偿重建图像进行前向投影操作，得到前向投影图像，对所述投影图像数据进行高斯滤波处理，得到投影滤波图像，并对所述前向投影图像进行高斯滤波处理，得到前向投影滤波图像，对所述投影滤波图像进行边缘特征提取，得到投影边缘特征，并对所述前向投影滤波图像进行边缘特征提取，得到前向投影边缘特征，并计算所述投影边缘特征与所述前向投影边缘特征之间的特征相关系数；配置所述特征相关系数的运动向量，根据所述运动向量，对所述特征相关系数进行系数调整，得到调整系数，根据所述调整系数，对所述运动向量进行向量优化，得到优化运动向量，对所述优化运动向量进行线性插值处理，得到线性插值向量，对所述线性插值向量进行均值滤波处理，得到均值滤波向量；根据所述均值滤波向量，对所述投影变换矩阵进行向量修正，得到向量修正矩阵，根据所述向量修正矩阵，对所述投影图像数据进行图像补偿重建，得到补偿重建图像，并计算所述补偿重建图像的补偿前向投影；计算所述补偿前向投影的投影偏差，根据所述投影偏差，确定所述口腔锥束CBCT的运动补偿重建图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述投影图像数据进行高斯滤波处理，得到投影滤波图像，包括：配置所述投影图像数据的高斯滤波窗口；利用下述公式计算所述高斯滤波窗口的高斯滤波权重：其中，w
u
表示所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的高斯滤波权重，h
u
表示所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的数值，n表示所述高斯滤波窗口中像素点的数量；根据所述高斯滤波权重，利用下述公式计算所述投影图像数据的滤波像素值：其中，m
v
表示与所述高斯滤波窗口的大小相对应的投影图像数据中的中心点v的滤波像素值，w
u
表示所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的高斯滤波权重，n表示所述高斯滤波窗口中像素点的数量，H
u
表示与所述高斯滤波窗口中第u个像素点对应的投影图像数据中的像素点的数值；根据所述滤波像素值，确定所述投影滤波图像。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述投影滤波图像进行边缘特征提取，得到投影边缘特征，包括：利用下述公式配置所述投影滤波图像的横向算子与纵向算子：
其中，s
x
表示所述横向算子，s
y
表示所述纵向算子；根据所述横向算子与所述纵向算子，利用下述公式对所述投影滤波图像进行横向像素转换与纵向像素转换，得到横向转换像素与纵向转换像素：K
x
＝(a2+2a3+a4)
‑
(a0+2a7+a6)K
y
＝(a0+2a1+a2)
‑
(a6+2a5+a4)其中，K
x
表示所述横向转换像素，K
y
表示所述纵向转换像素，[i,j]表示所述投影滤波图像中3*3比例大小的像素框中的像素中心点的值，a0、a1、a2、a7、a3、a4、a5、a6表示[i,j]的邻域像素点的值；利用下述公式计算所述横向转换像素与所述纵向转换像素之间的像素近似值：其中，G[i,j]表示所述像素近似值，K
x
表示所述横向转换像素，K
y
表示所述纵向转换像素；根据所述像素近似值，确定所述投影边缘特征。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运动向量，对所述特征相关系数进行系数调整，得到调整系数，包括：获取所述特征相关系数对应的当前待调整投影变换矩阵与当前运动待补偿重建图像，利用下述公式计算所述运动向量的运动变换矩阵：其中，R表示所述运动变换矩阵，r＝{α,β,γ,t
x
,t
y
,t
z
}表示所述运动向量，包括分别沿扫描物体空间坐标系x,y,z轴旋转和平移的六个自由度的运动参数；根据所述运动变换矩阵，利用下述公式对所述当前待调整投影变换矩阵进行向量调整，得到当前调整投影变换矩阵：A
k
＝A
k
‑1·
R
k

【专利技术属性】
技术研发人员：李华勇，刘金池，
申请(专利权)人：深圳市菲森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：