本發(fā)明涉及錐束CT應(yīng)用相關(guān)的醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，尤其涉及一種用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明的實(shí)施方式提供背景或上下文。此處的描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

影像引導(dǎo)放射治療技術(shù)(image guide radiation therapy,IGRT)是目前精準(zhǔn)放療中的最主要手段。IGRT可以提供精確的位置信息用于精準(zhǔn)病灶定位和腫瘤照射，已經(jīng)在當(dāng)代微創(chuàng)手術(shù)和放射治療中廣泛使用。安裝在治療床邊的X射線CBCT是當(dāng)代圖像引導(dǎo)的重要實(shí)現(xiàn)手段。

然而，伴隨著單次投影中輻照體積的擴(kuò)大，CBCT(cone-beam computed tomography,CBCT)圖像的質(zhì)量因散射污染這一基本物理過程的限制而急劇惡化。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的CT重建理論假設(shè)x射線沿著直線傳播，探測到的射線強(qiáng)度隨著路徑積分指數(shù)衰減。而散射光子偏離入射束方向，不能被建模到傳統(tǒng)CT重建理論中，因而成為了CT圖像重建的誤差來源。研究發(fā)現(xiàn)，散射信號強(qiáng)度隨著x射線輻照體積的增加而單調(diào)增強(qiáng)。CBCT的散射污染嚴(yán)重影響了其CT值精度、低對比度目標(biāo)的檢測能力及劑量計算的準(zhǔn)確性，這些缺點(diǎn)直接導(dǎo)致了CBCT無法在臨床上廣泛應(yīng)用。在沒有散射修正的CBCT系統(tǒng)中對人體進(jìn)行掃描，散射偽影導(dǎo)致的CT值誤差可達(dá)350HU，因此CBCT主要還是用于初步定位和擺位，在介入和放射治療中的進(jìn)一步應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。散射修正是提高CBCT圖像質(zhì)量首要解決的問題。

目前已知的散射修正的方法主要可以分為兩類：預(yù)處理和后處理方法。預(yù)處理方法校正散射主要是通過附加硬件裝置，阻止散射光子到達(dá)探測器，這樣散射信號以及相關(guān)聯(lián)的統(tǒng)計噪聲就被抑制在投影中。兩個典型的預(yù)處理方法的例子包括，增加探測器與物體之間的空氣隙和使用抗散射線柵。隨著空氣隙加寬，擴(kuò)散開的散射光子的探測率會降低，而源信號則不受影響。但該方法受CBCT設(shè)備本身物理空間的限制，同時還需要增加X線劑量來彌補(bǔ)距離的增加，在臨床實(shí)際中并不實(shí)用?？股⑸渚€柵使用聚焦于射線源的鉛柵網(wǎng)格，能阻擋非聚焦入射角的散射光。該方法也存在對散射光的衰減效率不高的缺陷。目前商用線柵只能提供約3倍的SPR降低率，無法保證高散射環(huán)境下的CBCT圖像質(zhì)量。此外，它還需要增加病人的受照劑量來補(bǔ)償被衰減掉的源射線強(qiáng)度。

鑒于預(yù)處理方法的局限性，目前的研究更多的集中在后處理上。后處理是指按傳統(tǒng)方式獲取散射污染的投影圖像后再做散射修正。由于不可能從理論上預(yù)測隨機(jī)散射時間，即使采用了完美的后處理方法，散射噪聲還是會留在圖像中。后處理方法有很多種，包括：解析建模法、蒙特卡羅模擬法、源調(diào)制法和測量法。解析建模法認(rèn)為散射信號是源信號通過散射核后的響應(yīng)，散射核一般是經(jīng)過測量或模擬獲得。若散射核具有線性平移空間不變特性，則其計算速度很快；但是相應(yīng)的散射估計精度有限且對復(fù)雜物體需要繁瑣的調(diào)整參數(shù)。蒙特卡羅模擬法通過模擬光子與受照物體之間的相互作用，為散射信號建立更加精確的統(tǒng)計學(xué)模型，但該方法計算量極大，十分耗時，目前的計算機(jī)運(yùn)算能力限制了其在要求近實(shí)時處理的CBCT圖像重建中的應(yīng)用。源調(diào)制是在X射線源和物體之間加入高頻調(diào)制器，根據(jù)散射和源信號不同的響應(yīng)特性，在頻率域上把它們分離開。該方法不增加病患曝光劑量和掃描時間，但其臨床應(yīng)用效果受到實(shí)際物理因素的限制，如旋臂震動和大焦點(diǎn)尺寸等。

基于測量的散射修正是與本發(fā)明最為相似的實(shí)現(xiàn)方法。該方法在CBCT射線源前方加入射束阻擋光柵用于估計散射信號，這樣探測器上形成僅包含散射信號的陰影區(qū)。由于散射分布主要是低頻成分且受阻擋光柵擾動很小，則全野的散射分布可以對探測器陰影區(qū)的散射抽樣插值得出?；跍y量的方法可以獲得精確的散射估計，但這是以源信號損失為代價的。因此，人們通常需要對每個角度掃描兩次(一次有阻擋光柵，另一次挪開阻擋光柵)，或者在掃描過程中移動阻擋光柵。

阻擋器的低成本與易制作性，使得基于測量的散射修正方法成為可能。在中國專利201410380731.3中，提出了一種基于互補(bǔ)光柵的錐束CT散射校正方法及其裝置。該發(fā)明，利用互補(bǔ)光柵掃描及少量的計算，實(shí)現(xiàn)投影圖像的散射校正，利用散射校正后的投影圖像就可以重建出散射修正切片圖像。在中國專利201010574162.8中，提出一種CT系統(tǒng)的散射校正方法及CT系統(tǒng)，通過獲取亮場圖像，將阻擋器放置在探測器和被掃物體之間，掃描后得到衰減投影圖像，再分別對被掃描物體和散射校正器進(jìn)行掃描得到投影圖像集和散射校正圖像。再根據(jù)亮場圖像、散射校正圖像以及衰減投影圖像生成散射信號分布，最后通過投影圖像集與散射信號分布之差得到修正后的投影。

現(xiàn)有利用阻擋器進(jìn)行散射修正方法中，大多都需要兩次掃描以補(bǔ)償阻擋的原始投影信號，因其增加了病人的受照劑量，不能付諸臨床應(yīng)用。此外，這些方法都用在桌面CBCT實(shí)驗(yàn)平臺，由于實(shí)驗(yàn)平臺采用掃描物體旋轉(zhuǎn)替代光源和探測器的旋轉(zhuǎn)，CT系統(tǒng)的等中心很穩(wěn)定，阻擋器在不同時刻投影的位置幾乎保持一致，這樣利用阻擋器進(jìn)行散射修正的難度就會大大降低，這些方法只適用于等中心穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室桌面CBCT系統(tǒng)。然而，臨床CBCT系統(tǒng)由于機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中的震動以及旋轉(zhuǎn)等中心偏差，導(dǎo)致阻擋光柵投影位置隨機(jī)架旋轉(zhuǎn)而變化，造成光柵區(qū)域的散射信號難以準(zhǔn)確提取。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法及裝置，以解決現(xiàn)有的利用阻擋器進(jìn)行散射修正時增加掃描次數(shù)且散射信號難以準(zhǔn)確提取的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法，包括：掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型；設(shè)定初始投影中所述阻擋光柵在探測器縱向上的初始坐標(biāo)，并根據(jù)所述擺動模型，建立CBCT圖像數(shù)據(jù)缺失體素值與阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)；利用網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法最小化所述目標(biāo)函數(shù)，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型，具體包括：在所述阻擋光柵的投影上，使用最大類間方差法確定所述阻擋光柵的一個合適閾值，對其進(jìn)行基于閾值的圖像分割，生成二值圖像，通過生成的二值圖像確定所述阻擋光柵的坐標(biāo)位置，得到所述阻擋光柵的擺動模型。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述設(shè)定初始投影中所述阻擋光柵在探測器縱向上的初始坐標(biāo)，包括：設(shè)定所述阻擋光柵的片數(shù)為n，初始投影中第i片阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)為：G＝(g₁,g₂,…,g_n)^T。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述根據(jù)所述擺動模型，建立CBCT圖像數(shù)據(jù)缺失體素值與阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)，具體包括：根據(jù)所述擺動模型以及初始坐標(biāo)，模擬所述阻擋光柵在每幅投影的投影圖像；對所述每幅投影圖像進(jìn)行反投影重建；根據(jù)反投影重建后的圖像，建立左右半扇重建圖像融合后數(shù)據(jù)缺失的體素值與所述阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述利用網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法最小化所述目標(biāo)函數(shù)，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)，包括：用初始設(shè)定的阻擋光柵的參數(shù)作為網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法的初始值，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述初始設(shè)定的阻擋光柵為等間隔均勻分布。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述阻擋光柵為指交叉型光柵。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化裝置，包括：擺動模型建立模塊，用于掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型；目標(biāo)函數(shù)建立模塊，用于設(shè)定初始投影中所述阻擋光柵在探測器縱向上的初始坐標(biāo)，并根據(jù)所述擺動模型，建立CBCT圖像數(shù)據(jù)缺失體素值與阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)；最小化模塊，用于利用網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法最小化所述目標(biāo)函數(shù)，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述擺動模型建立模塊用于掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型，具體包括：在所述阻擋光柵的投影上，使用最大類間方差法確定所述阻擋光柵的一個合適閾值，對其進(jìn)行基于閾值的圖像分割，生成二值圖像，通過生成的二值圖像確定所述阻擋光柵的坐標(biāo)位置，得到所述阻擋光柵的擺動模型。

進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述目標(biāo)函數(shù)建立模塊具體包括：初始坐標(biāo)設(shè)定單元，用于設(shè)定所述阻擋光柵的片數(shù)為n，初始投影中第i片阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)為：G＝(g₁,g₂,…,g_n)^T；投影圖像模擬單元，用于根據(jù)所述擺動模型以及初始坐標(biāo)，模擬所述阻擋光柵在每幅投影的投影圖像；反投影單元，用于對所述每幅投影圖像進(jìn)行反投影重建；函數(shù)建立單元，用于根據(jù)反投影重建后的圖像，建立左右半扇重建圖像融合后數(shù)據(jù)缺失的體素值與所述阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法及裝置，提出了一種全新的無需源補(bǔ)償而且適合于臨床CBCT的散射修正方法。本發(fā)明借助圖像分割方法建立阻擋光柵投影因懸臂等中心偏移與機(jī)架震動引起的擺動數(shù)學(xué)模型，成功將阻擋光柵應(yīng)用于臨床錐束CT散射修正；對阻擋光柵在圖像域造成的數(shù)據(jù)缺失進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化建模，定量評估阻擋器對重建圖像的影響，借助網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索法求解阻擋器的幾何最優(yōu)結(jié)構(gòu)，為基于阻擋器測量的散射修正方法建立了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，進(jìn)一步揭示阻擋器設(shè)計對臨床錐束CT散射修正的重要性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法的處理流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法的原理示意圖；

圖3為圖2所示實(shí)施例中得到的優(yōu)化后的阻擋光柵的幾何模型；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4所示實(shí)施例中的目標(biāo)函數(shù)建立模塊102的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為依據(jù)本發(fā)明的阻擋光柵優(yōu)化方法得到的實(shí)際修正效果對比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本領(lǐng)域技術(shù)技術(shù)人員知道，本發(fā)明的實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)為一種系統(tǒng)、裝置、設(shè)備、方法或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本公開可以具體實(shí)現(xiàn)為以下形式，即：完全的硬件、完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，或者硬件和軟件結(jié)合的形式。

下面參考本發(fā)明的若干代表性實(shí)施方式，詳細(xì)闡釋本發(fā)明的原理和精神。

本發(fā)明實(shí)施例提出“指交叉”型阻擋光柵對重建圖像質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型將光柵抖動考慮進(jìn)去，引入網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索的方法求解目標(biāo)函數(shù)，得到適合于臨床CBCT散射修正的阻擋光柵幾何設(shè)計。然后將設(shè)計的阻擋光柵放置在射線源前，準(zhǔn)確提取散射樣本后通過插值法估計每個投影的散射分布，最后通過半扇掃描重建算法精確重建出散射修正后的圖像，單次掃描實(shí)現(xiàn)臨床CBCT散射修正。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法的處理流程圖。如圖1所示，包括：

步驟S101，掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型；

步驟S102，設(shè)定初始投影中所述阻擋光柵在探測器縱向上的初始坐標(biāo)，并根據(jù)所述擺動模型，建立CBCT圖像數(shù)據(jù)缺失體素值與阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)；

步驟S103，利用網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法最小化所述目標(biāo)函數(shù)，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)。

具體實(shí)施時，參考圖2，為本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法的原理示意圖。圖1的步驟S101對應(yīng)圖2的100(建立光柵擺動模型)，圖1的步驟S102對應(yīng)圖2的200(阻擋光柵數(shù)學(xué)建模)，圖1的步驟S103對應(yīng)圖2的300(模型的求解)。在圖2所示實(shí)施例中，采用10根光柵為例進(jìn)行原理說明。

在本實(shí)施例的步驟S101中，參看圖2的100，首先需要利用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計一個阻擋光柵，然后對其進(jìn)行掃描，用于研究鉛條投影在該臨床CBCT因懸臂等中心偏移與機(jī)架震動引起的擺動模型。在一較佳實(shí)施例中，所設(shè)計的阻擋光柵為“指交叉”光柵。

在掃描得到的阻擋光柵的投影上，使用最大類間方差法確定所述阻擋光柵的一個合適閾值，對其進(jìn)行基于閾值的圖像分割，將感興趣區(qū)域轉(zhuǎn)化為一副二值圖像，可得到阻擋光柵中心點(diǎn)在該方向上的坐標(biāo)值，獲得機(jī)架角度與阻擋光柵位置變化的關(guān)系，即，通過生成的二值圖像確定所述阻擋光柵的坐標(biāo)位置，根據(jù)光柵的坐標(biāo)位置可以得到所述阻擋光柵的擺動模型。

在本實(shí)施例的步驟S102中，參看圖2的200，要建立阻擋光柵與圖像數(shù)據(jù)缺失體素數(shù)量的目標(biāo)函數(shù)。其原理為：當(dāng)阻擋光柵間隔越寬，通過兩組半扇掃描算法重建出的CBCT圖像數(shù)據(jù)缺失的體素越少。在保證散射估計準(zhǔn)確性的同時，阻擋光柵的設(shè)計需要保證圖像數(shù)據(jù)缺失體素數(shù)量的最小化，因此可以設(shè)計一個關(guān)于阻擋光柵放置位置的目標(biāo)函數(shù)。

首先要設(shè)定初始投影中所述阻擋光柵在探測器縱向上的初始坐標(biāo)。設(shè)定所述阻擋光柵的片數(shù)為n，初始投影中第i片阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)即為：

G＝(g₁,g₂,…,g_n)^T (1)

然后根據(jù)所述擺動模型以及初始坐標(biāo)，模擬所述阻擋光柵在每幅投影的投影圖像。具體實(shí)施時，模擬阻擋光柵的投影圖像，令阻擋區(qū)域?yàn)?，未被阻擋的區(qū)域?yàn)?。由于擺動和機(jī)架等中心偏差的原因，阻擋光柵在每幅投影的坐標(biāo)位置并不相同，d_j為阻擋光柵在第j幅投影偏移量。

式(2)和式(3)中的p_i,j(u,v)分別為左、右側(cè)單片阻擋光柵的在第j幅投影的圖像，U為探測器橫向像素寬度，w₀為阻擋光柵寬度，u,v分別為探測器的橫、縱坐標(biāo)值。

將式(2)和式(3)相加，得到：

P_j為阻擋光柵的在第j幅投影的圖像。

對m幅投影P_j分別乘上加權(quán)函數(shù)f(u,v)和f(-u,v)進(jìn)行反投影重建，得到：

可以注意到，M_l和M_r中受到阻擋光柵影響的體素值為非零，而未受到阻擋光柵影響的體素值為零，M_l·M_r為非零的區(qū)域即為左右半扇重建圖像融合后數(shù)據(jù)缺失的體素，阻擋光柵的優(yōu)化設(shè)計要求重建體積中數(shù)據(jù)缺失的體素值之和(需要二值化)的最小化。目標(biāo)函數(shù)建立過程如圖2所示，可以得到下述的目標(biāo)函數(shù)：

其中，為約束條件，表示左右光柵必須交錯分布，且光柵的縱坐標(biāo)不能超出探測器縱坐標(biāo)的范圍。

在本實(shí)施例的步驟S103中，參看圖2的300，用初始設(shè)定的阻擋光柵的參數(shù)作為網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法的初始值，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)。其中，所述初始設(shè)定的阻擋光柵的參數(shù)為等間隔均勻分布，當(dāng)然也可以采用其他間隔分布。

引入網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索的方法，求解目標(biāo)函數(shù)。本文所提優(yōu)化模型中，震動和機(jī)架等中心偏差的引起的阻擋光柵震動的偏移量d_j為目標(biāo)跟蹤所得。目前針對最優(yōu)化問題的求解方法有數(shù)學(xué)規(guī)劃法、啟發(fā)式算法和直接搜索法等。阻擋光柵的優(yōu)化模型具有很強(qiáng)的非線性，并且沒有導(dǎo)數(shù)信息可以提供，因此不能使用數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解；而像啟發(fā)式算法例如模擬退火算法和遺傳算法等雖然在全局搜索能力上更勝一籌，但是在局部的搜索能力卻存在不足，收斂的速度也很慢。由于每生成一次目標(biāo)函數(shù)，需要進(jìn)行一次反投影操作，若本發(fā)明的目標(biāo)函數(shù)使用啟發(fā)式算法，會出現(xiàn)大量的冗余迭代，耗時長。網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索(mesh-adaptive direct search,MADS)算法的決策向量可以是離散的、連續(xù)的和二進(jìn)制等，目標(biāo)函數(shù)和它的約束條件可以是“黑盒函數(shù)”，MADS算法適合求解多變量的數(shù)學(xué)模型，因此本發(fā)明采用MADS算法對阻擋光柵優(yōu)化模型進(jìn)行求解。求解時，在一較佳實(shí)施例中，用均勻分布阻擋光柵的參數(shù)作為MADS目標(biāo)函數(shù)的初始值，求解得出的光柵幾何模型如圖3所示。

在通過以上步驟得到優(yōu)化的阻擋光柵結(jié)構(gòu)后，將其放置在射線源和被掃描物體之間，采集物體投影后，利用基于閾值的圖像分割方法確定光柵所在的位置后，利用所采集的散射信號，插值估計出散射分布，原始圖像減去散射分布后，得到散射修正后的投影圖像。然后再利用基于Parker函數(shù)的半扇掃描重建算法，重建出散射修正后的圖像。

應(yīng)當(dāng)注意，盡管在附圖中以特定順序描述了本發(fā)明方法的操作，但是，這并非要求或者暗示必須按照該特定順序來執(zhí)行這些操作，或是必須執(zhí)行全部所示的操作才能實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個步驟合并為一個步驟執(zhí)行，和/或?qū)⒁粋€步驟分解為多個步驟執(zhí)行。

在介紹了本發(fā)明示例性實(shí)施方式的方法之后，接下來，參考圖4對本發(fā)明示例性實(shí)施方式的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化裝置進(jìn)行介紹。該裝置的實(shí)施可以參見上述方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。以下所使用的術(shù)語“模塊”和“單元”，可以是實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬件。盡管以下實(shí)施例所描述的模塊較佳地以軟件來實(shí)現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實(shí)現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，包括：

擺動模型建立模塊101，用于掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型；目標(biāo)函數(shù)建立模塊102，用于設(shè)定初始投影中所述阻擋光柵在探測器縱向上的初始坐標(biāo)，并根據(jù)所述擺動模型，建立CBCT圖像數(shù)據(jù)缺失體素值與阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)；最小化模塊103，用于利用網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索算法最小化所述目標(biāo)函數(shù)，生成所述阻擋光柵在探測器縱向上的優(yōu)化坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，所述擺動模型建立模塊101用于掃描阻擋光柵，建立所述阻擋光柵的擺動模型，具體包括：在所述阻擋光柵的投影上，使用最大類間方差法確定所述阻擋光柵的一個合適閾值，對其進(jìn)行基于閾值的圖像分割，生成二值圖像，通過生成的二值圖像確定所述阻擋光柵的坐標(biāo)位置，得到所述阻擋光柵的擺動模型。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，如圖5所示，所述目標(biāo)函數(shù)建立模塊102具體包括：

初始坐標(biāo)設(shè)定單元1021，用于設(shè)定所述阻擋光柵的片數(shù)為n，初始投影中第i片阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)為：G＝(g₁,g₂,…,g_n)^T；

投影圖像模擬單元1022，用于根據(jù)所述擺動模型以及初始坐標(biāo)，模擬所述阻擋光柵在每幅投影的投影圖像；

反投影單元1023，用于對所述每幅投影圖像進(jìn)行反投影重建；

函數(shù)建立單元1024，用于根據(jù)反投影重建后的圖像，建立左右半扇重建圖像融合后數(shù)據(jù)缺失的體素值與所述阻擋光柵在探測器縱向上的坐標(biāo)之間的目標(biāo)函數(shù)。

此外，盡管在上文詳細(xì)描述中提及用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化裝置的若干單元，但是這種劃分僅僅并非強(qiáng)制性的。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，上文描述的兩個或更多單元的特征和功能可以在一個單元中具體化。同樣，上文描述的一個單元的特征和功能也可以進(jìn)一步劃分為由多個單元來具體化。

通過本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化的阻擋光柵已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)、模擬和使用，證明確實(shí)可行。在瓦里安Trilogy的CBCT上，利用Catphan504模體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用本發(fā)明設(shè)計優(yōu)化的阻擋光柵進(jìn)行散射修正，感興趣區(qū)域的CT誤差由115HU下降至11HU，對比度提高了1.45倍，修正效果如圖6所示，(a)列為修正前的圖像，(b)列為修正后的圖像。

本發(fā)明實(shí)施例的用于錐束CT圖像散射修正的阻擋光柵優(yōu)化方法及裝置，提出了一種全新的無需源補(bǔ)償而且適合于臨床CBCT的散射修正方法。本發(fā)明借助圖像分割方法建立阻擋光柵投影因懸臂等中心偏移與機(jī)架震動引起的擺動數(shù)學(xué)模型，成功將阻擋光柵應(yīng)用于臨床錐束CT散射修正；對阻擋光柵在圖像域造成的數(shù)據(jù)缺失進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化建模，定量評估阻擋器對重建圖像的影響，借助網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索法求解阻擋器的幾何最優(yōu)結(jié)構(gòu)，為基于阻擋器測量的散射修正方法建立了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，進(jìn)一步揭示阻擋器設(shè)計對臨床錐束CT散射修正的重要性。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機(jī)可用程序代碼的計算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機(jī)程序指令到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機(jī)程序指令也可裝載到計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。