專利名稱：一種反投影權(quán)重錐束ct重建算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CT系統(tǒng)圖像重建領(lǐng)域，應(yīng)用于錐束CT系統(tǒng)在圓軌跡下的圖像重建算法。
背景技術(shù)：
由于圓周運(yùn)動(dòng)具有較高的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性并且機(jī)械上簡(jiǎn)單易行，同時(shí)圓周軌跡掃描沒(méi)有Z軸方向的位移，不會(huì)引入Z軸方向的運(yùn)動(dòng)偏差，故圓周掃描方式在錐束CT中得到廣泛使用。圓軌跡錐束短掃描結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，為便于理解和推導(dǎo)，在旋轉(zhuǎn)中心位置引入虛擬探測(cè)器，其大小與實(shí)際探測(cè)器成幾何比例關(guān)系。目前在商用CT系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的是濾波反投影(filtered back-projection) 框架的FDK算法。該算法是由Feldkamp等針對(duì)圓形軌跡平板檢測(cè)器采集條件提出的一種近似錐束重建算法，該算法實(shí)際上是二維扇束重建公式在三維空間中的推廣。所以，F(xiàn)DK算法在小錐角(小于士4° )的范圍內(nèi)可以獲得質(zhì)量良好的重建圖像。但隨著錐角的增大，錐束偽影越來(lái)越明顯，嚴(yán)重影響了重建圖像質(zhì)量。究其原因， 錐束偽影是由于圓形掃描軌跡不滿足完全精確重建條件。目前改善錐角偽影的方法主要有以下兩種(1)增加掃描軌跡以滿足完全精確重建條件，從而利用精確重建算法來(lái)進(jìn)行重建圖像，從而減少錐束偽影。但這種方法增加了計(jì)算復(fù)雜度且在機(jī)械設(shè)計(jì)上難以實(shí)現(xiàn)，故在實(shí)際應(yīng)用中不具有可行性。(2)在FDK算法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。很多學(xué)者提出了許多FDK類改進(jìn)算法，如P-FDK、 HT-FDK、CB-FBP、ACE等。其中心思想都是通過(guò)一些操作來(lái)減少錐角增大時(shí)不精確重建形成的偽影，沒(méi)有考慮對(duì)圓軌跡掃描固有的陰影區(qū)域進(jìn)行一定補(bǔ)償，所以這些算法在錐角較小 (小于士5° )時(shí)才有較高的重建質(zhì)量，錐束偽影仍非常嚴(yán)重，改善效果有限。由于基于圓周的錐束掃描結(jié)構(gòu)并不滿足完備重建條件，故當(dāng)錐角增大時(shí)，Radon數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生缺失，并且錐角越大，數(shù)據(jù)缺失情況越嚴(yán)重。其具體情況如圖2所示。由圖2可以看出，圓軌跡掃描采集到的數(shù)據(jù)在ζ軸方向上存在著較大的陰影區(qū)域，整個(gè)區(qū)域類似面包圈結(jié)構(gòu)。其中，陰影區(qū)域的Radon數(shù)據(jù)是圓軌跡掃描無(wú)法采集到的，而FDK類算法將這些區(qū)域簡(jiǎn)單地填充為0。這就是FDK類算法在大錐角時(shí)產(chǎn)生錐束偽影的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種反投影權(quán)重錐束CT重建算法，基于濾波反投影重建框架，對(duì)陰影區(qū)域進(jìn)行一定補(bǔ)償，從而提高重建圖像范圍，提高重建圖像質(zhì)量。本發(fā)明的一種反投影權(quán)重錐束CT重建算法，基于濾波反投影重建框架，引入反投影權(quán)重，在反投影過(guò)程中將基于距離權(quán)重和共軛射線連續(xù)性的反投影權(quán)重作用于濾波后投影數(shù)據(jù)，重建出CT圖像的數(shù)據(jù)值，對(duì)Radon缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行一定范圍的補(bǔ)償。本發(fā)明的技術(shù)方案在FDK算法中考慮反投影過(guò)程中不同射線對(duì)不同高度重建點(diǎn)的權(quán)重影響，提出基于距離權(quán)重的補(bǔ)償因子，故在FDK算法中引入反投影權(quán)重。反投影權(quán)重是錐角α和被重建點(diǎn)距離中心平面距離ζ的函數(shù)?？紤]到共軛射線的連續(xù)性(如圖3所示)，用共軛射線權(quán)重系數(shù)來(lái)代替單一射線反投影權(quán)重系數(shù)，記作w (t，q(z))。所述反投影權(quán)重錐束CT重建算法，具體包括CT投影數(shù)據(jù)的加權(quán)、濾波和反投影這三個(gè)步驟，所述反投影過(guò)程中采用反投影權(quán)重的公式(1)進(jìn)行，在反投影過(guò)程中加入基于距離權(quán)重和共軛射線連續(xù)性的反投影權(quán)重，對(duì)Radon缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行一定補(bǔ)償；射線反投影加權(quán)系數(shù)w(t，q(z))表示為w(t,q(z))= -Sia^Piz)]--(!)
lg[oc,p(z)] + g[oc\p(z)]其中，t為共軛射線權(quán)重系數(shù)，α為錐角，Z為被重建點(diǎn)距離中心平面距離，ρ(ζ)、 q(z)和g[a ‘，P(Z)]均為關(guān)于距離ζ單調(diào)遞增的連續(xù)函數(shù)。所述濾波步驟采用的濾波器為Ram-Lak濾波器、Skpp-Logan濾波器或者Hamming 濾波器與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明的技術(shù)方案在FDK算法中加入反投影權(quán)重，考慮到反投影過(guò)程中不同射線對(duì)不同高度重建點(diǎn)的權(quán)重影響，可以有效改善錐角偽影，提高重建范圍，提高重建圖像質(zhì)量。同時(shí)該技術(shù)方案保持了濾波反投影的框架，計(jì)算快速，對(duì)噪聲不敏感。


為了更容易理解本技術(shù)方案更完整的說(shuō)明及其優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合附圖參照以下具體描述，其中圖1本發(fā)明的背景技術(shù)中涉及的圓軌跡錐束短掃描結(jié)構(gòu)圖。圖2本發(fā)明的背景技術(shù)中涉及的圓掃描軌跡下Radon數(shù)據(jù)缺失示意圖。圖3本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容中涉及的共軛射線示意圖。圖4本發(fā)明的實(shí)施例中算法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)錐束數(shù)據(jù)的近似算法。將這些算法用于由CT裝置產(chǎn)生的圖像重建中。 下面給出本發(fā)明的實(shí)施例。一種反投影權(quán)重錐束CT重建算法，包括CT投影數(shù)據(jù)的加權(quán)、濾波和反投影重建三個(gè)步驟，所述的反投影重建采用公式(1)進(jìn)行，考慮到Radon缺失數(shù)據(jù)對(duì)重建結(jié)果的影響， 在反投影過(guò)程中加入基于距離權(quán)重和共軛射線連續(xù)性的射線反投影權(quán)重，對(duì)Radon缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行一定補(bǔ)償，從而改善圓軌跡下FDK算法所固有的錐束偽影問(wèn)題，擴(kuò)大重建范圍，提高
重建質(zhì)量。射線反投影加權(quán)系數(shù)w (t，q(z))表示為
權(quán)利要求
1.一種反投影權(quán)重錐束CT重建算法，其特征在于，基于濾波反投影框架，引入反投影權(quán)重，重建出CT圖像，對(duì)Radon缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行一定補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反投影權(quán)重錐束CT重建算法，其特征在于，所述的引入反投影權(quán)重，是在反投影過(guò)程中將基于距離權(quán)重和共軛射線連續(xù)性的反投影權(quán)重作用于濾波后的投影數(shù)據(jù)，重建出CT圖像的數(shù)據(jù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反投影權(quán)重錐束CT重建算法，其特征在于，所述反投影權(quán)重錐束CT重建算法具體包括CT投影數(shù)據(jù)的加權(quán)、濾波和反投影這三個(gè)步驟，所述反投影過(guò)程采用射線反投影加權(quán)系數(shù)的公式(1)進(jìn)行，在反投影過(guò)程中加入基于距離權(quán)重和共軛射線連續(xù)性的反投影權(quán)重，對(duì)Radon缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行一定補(bǔ)償；射線反投影加權(quán)系數(shù)w (t，q(z))表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反投影權(quán)重錐束CT重建算法，其特征在于，所述濾波步驟采用的濾波器為Ram-Lak濾波器、Shepp-Logan濾波器或者Hamming濾波器。
全文摘要
本發(fā)明的一種反投影權(quán)重錐束CT重建算法，屬于計(jì)算X射線斷層掃描領(lǐng)域，該方法基于濾波反投影重建框架，引入射線反投影權(quán)重，在反投影過(guò)程中將基于距離和共軛射線連續(xù)性的反投影權(quán)重作用于濾波后的投影數(shù)據(jù)，從而重建出CT圖像，對(duì)Radon缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行一定補(bǔ)償，改善圓軌跡下FDK算法所固有的錐束偽影問(wèn)題，提高重建質(zhì)量。本發(fā)明基于濾波反投影的框架，重建過(guò)程簡(jiǎn)單高效，對(duì)噪聲不敏感。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102521853SQ20111040562
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者張濤, 楊宏成, 高欣 申請(qǐng)人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所