本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種去除圖像中偽影的方法及裝置。

背景技術(shù)：

運(yùn)動(dòng)模糊是景物在圖像中的移動(dòng)效果。這種現(xiàn)象會(huì)比較明顯地出現(xiàn)在長(zhǎng)時(shí)間曝光或場(chǎng)景內(nèi)的物體快速移動(dòng)的情形里。錐形束斷層掃描(CBCT，Cone Beam Computed Tomography)成像系統(tǒng)，如C形臂成像系統(tǒng)，成像過(guò)程中，由于機(jī)架的旋轉(zhuǎn)，存在光源相對(duì)于成像物體的移動(dòng)，即存在運(yùn)動(dòng)偽影。

目前，可以通過(guò)去卷積的方法來(lái)去除運(yùn)動(dòng)模糊，而根據(jù)模糊核的已知與否分為盲去卷積方法和非盲去卷積方法。無(wú)論是盲去卷積方法還是非盲去卷積方法，都需要通過(guò)準(zhǔn)確的估計(jì)模糊核來(lái)實(shí)現(xiàn)。模糊核表征了圖像被模糊的程度，可以分為空間移不變(模糊核不依賴(lài)于像素坐標(biāo)位置)和空間移變(模糊核是像素坐標(biāo)位置的函數(shù))兩種。對(duì)于機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)而言，例如CBCT成像系統(tǒng)，模糊核不僅是空間移變的，即使在某一特定的像素坐標(biāo)位置，模糊核也是不確定的，其模糊的程度取決于成像物體距離射線源和平板探測(cè)器的位置。

現(xiàn)有技術(shù)中，基于二維投影圖像來(lái)去除機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)模糊，其模糊核的估計(jì)基于空間移不變，并假設(shè)物體為置于等中心點(diǎn)處的點(diǎn)狀物，由于簡(jiǎn)化后的模型和實(shí)際情況不符，因此投影圖像中運(yùn)動(dòng)偽影的去除效果較差，進(jìn)而以該投影圖像進(jìn)行重建，重建獲得的圖像質(zhì)量較差，不符合實(shí)際的臨床需求，易導(dǎo)致漏診或者誤診的發(fā)生。

因此，如何能夠去除由機(jī)架旋轉(zhuǎn)引起的運(yùn)動(dòng)偽影，成為目前亟待解決的問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種去除圖像中偽影的方法，包括：

獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，所述系統(tǒng)矩陣給出了第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模糊因子；

將所述系統(tǒng)矩陣用于迭代重建法進(jìn)行重建以去除圖像中的偽影。

可選的，所述獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣包括：獲取所述成像系統(tǒng)不同投影角度下的系統(tǒng)矩陣，疊加不同投影角度下的系統(tǒng)矩陣以獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。

可選的，獲取投影角度下的系統(tǒng)矩陣包括：

對(duì)所述成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度以預(yù)設(shè)角度進(jìn)行劃分，所述預(yù)設(shè)角度小于所述投影角度，所述投影角度是指所述成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度的一半；

疊加劃分后的每一個(gè)角度對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣以獲得所述成像系統(tǒng)在所述投影角度下的系統(tǒng)矩陣。

可選的，所述獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣包括：

獲取模體的投影圖像，并基于所述投影圖像獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，所述模體中布設(shè)有標(biāo)記物，所述標(biāo)記物至少在一個(gè)維度上的投影圖像的尺寸小于探測(cè)器像素尺寸；

基于所述成像系統(tǒng)的初始系統(tǒng)矩陣和所述體素的擴(kuò)散函數(shù)獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，其中所述成像系統(tǒng)的初始系統(tǒng)矩陣基于點(diǎn)模型、線模型或者面積模型獲得。

可選的，所述標(biāo)記物為小球，所述獲取模體的投影圖像，并基于所述投影圖像獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)包括：

獲取所述小球在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)；

以所述小球在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)為中心選取預(yù)定鄰域，以所述小球的投影中心點(diǎn)的灰度值為基準(zhǔn)對(duì)該鄰域的像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行歸一化；

基于所述預(yù)定鄰域中像素點(diǎn)到所述小球的投影中心點(diǎn)的距離及該像素點(diǎn)的歸一化的灰度值生成所述小球的擴(kuò)散函數(shù)；以及

基于所述小球的擴(kuò)散函數(shù)和插值函數(shù)生成所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)。

可選的，基于所述小球的擴(kuò)散函數(shù)和插值函數(shù)生成所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)包括：

建立與所述小球的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)；

對(duì)與所述小球的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示進(jìn)行插值獲得所述模體中體素的基函數(shù)特征表示；

將所述模體中體素的基函數(shù)特征表示轉(zhuǎn)換為與該體素對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散函數(shù)。

可選的，所述標(biāo)記物為細(xì)絲，所述獲取模體的投影圖像，并基于所述投影圖像獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)包括：

獲取第一角度的投影圖像中細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的第一擴(kuò)散函數(shù)；

獲取第二投影角度的投影圖像中細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的第二擴(kuò)散函數(shù)；所述第一投影角度與所述第二投影角度垂直；

將與所述細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一擴(kuò)散函數(shù)和第二擴(kuò)散函數(shù)相乘以獲得細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)；

基于所述細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)和插值函數(shù)生成所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)。

可選的，獲取投影圖像中細(xì)絲上的點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的擴(kuò)散函數(shù)包括：

獲取所述細(xì)絲上的點(diǎn)在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)；

以所述細(xì)絲上該點(diǎn)在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)為中心選取預(yù)定鄰域，以所述細(xì)絲上該點(diǎn)的投影中心點(diǎn)的灰度值為基準(zhǔn)對(duì)該鄰域的像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行歸一化；

基于所述預(yù)定鄰域中像素點(diǎn)到所述細(xì)絲上該點(diǎn)的投影中心點(diǎn)的距離及該像素點(diǎn)的歸一化的灰度值生成所述細(xì)絲上該點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的擴(kuò)散函數(shù)。

可選的，基于所述細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)和插值函數(shù)生成所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)包括：

建立與所述細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示；

對(duì)與所述細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示進(jìn)行插值獲得所述模體中體素的基函數(shù)特征表示；

將所述模體中體素的基函數(shù)特征表示轉(zhuǎn)換為與該體素對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散函數(shù)。可選的，所述插值函數(shù)為：最近鄰插值函數(shù)、三線性插值函數(shù)、B樣條插值函數(shù)中的一種。

可選的，將所述系統(tǒng)矩陣用于迭代重建法進(jìn)行重建包括：以濾波反投影法重建獲得的體素作為迭代重建的初始值。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種去除圖像中偽影的裝置，包括：

系統(tǒng)矩陣獲取單元，用于獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，所述系統(tǒng)矩陣給出了第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模糊因子；

重建單元，用以將所述系統(tǒng)矩陣用于迭代重建法進(jìn)行重建以去除圖像中的偽影。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括上述的去除圖像中偽影的裝置。

可選的，所述醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)為CBCT系統(tǒng)、CT系統(tǒng)或PET系統(tǒng)中的一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣時(shí)，將運(yùn)動(dòng)模糊的影響加入系統(tǒng)矩陣中，因此獲得的系統(tǒng)矩陣給出了第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模糊因子。由于獲取的成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣基于成像系統(tǒng)的實(shí)際情況獲得，而非采用建立成像系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型來(lái)獲得系統(tǒng)矩陣，因此，最終獲得的系統(tǒng)矩陣更加真實(shí)的反應(yīng)了系統(tǒng)的特性，或者說(shuō)獲得了更加精確的系統(tǒng)矩陣，進(jìn)而基于該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建時(shí)，由于在迭代的正投影和反投影的過(guò)程中采用了反應(yīng)成像系統(tǒng)實(shí)際特性的系統(tǒng)矩陣，即包括了運(yùn)動(dòng)模糊的系統(tǒng)矩陣，因此，在迭代重建的過(guò)程中消除了運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)重建后的圖像的影響，重建后的圖像的質(zhì)量較佳，符合實(shí)際的臨床需求，避免了漏診或者誤診現(xiàn)象的發(fā)生。

進(jìn)一步地，獲得投影角度下的系統(tǒng)矩陣時(shí)，以預(yù)設(shè)角度對(duì)成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行劃分，疊加劃分后的每一個(gè)角度對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣以獲得成像系統(tǒng)在投影角度下的系統(tǒng)矩陣，采用同樣的方式獲取其他投影角度下的系統(tǒng)矩陣，并對(duì)不同投影角度下的系統(tǒng)矩陣進(jìn)行疊加以獲得成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。此種方式較簡(jiǎn)單，且能獲得精度高的系統(tǒng)矩陣。以該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建，可以很好的去除重建后的圖像中的偽影，獲得符合實(shí)際臨床需求的圖像。

進(jìn)一步地，通過(guò)實(shí)際采集模體的投影圖像，并基于模體的投影圖像來(lái)獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，進(jìn)而通過(guò)模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)和成像系統(tǒng)的初始系統(tǒng)矩陣來(lái)獲得系統(tǒng)矩陣。通過(guò)實(shí)際采集到的模體的投影圖像來(lái)獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，進(jìn)而獲取系統(tǒng)矩陣，最終可以獲得精度更高的系統(tǒng)矩陣，基于該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建時(shí)，可以更好的去除重建后的圖像中的偽影，提高重建后的圖像的質(zhì)量，避免漏診和誤診現(xiàn)象的發(fā)生。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的去除圖像中偽影的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施方式的限制。

正根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中所描述的，現(xiàn)有技術(shù)中在去除機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，如：CT、CBCT、PET系統(tǒng)等的運(yùn)動(dòng)模糊時(shí)，基于二維投影圖像，且去除運(yùn)動(dòng)偽影的過(guò)程中對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，導(dǎo)致偽影去除效果較差。對(duì)于機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)而言，模糊核是空間移變的且依賴(lài)于像素坐標(biāo)位置，其模糊的程度取決于成像物體距離光源和探測(cè)器的位置。發(fā)明人考慮，將機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)模糊引入系統(tǒng)矩陣，也即獲取可以表征運(yùn)動(dòng)模糊的系統(tǒng)矩陣，進(jìn)而在迭代重建的過(guò)程中將運(yùn)動(dòng)模糊或者說(shuō)運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行去除。

參見(jiàn)圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的去除圖像中偽影的方法的流程示意圖，如圖1所述，所述去除圖像中偽影的方法包括：

S101：獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，所述系統(tǒng)矩陣給出了第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模糊因子；

S102：將所述系統(tǒng)矩陣用于迭代重建法進(jìn)行重建以去除圖像中的偽影。

以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，本實(shí)施例中以CBCT系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明的技術(shù)方案對(duì)此不做限定，凡是由于機(jī)架高速運(yùn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)模糊均可以通過(guò)本實(shí)施例提供的方法進(jìn)行去除。

實(shí)施例一

執(zhí)行步驟S101，獲取CBCT系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，本實(shí)施例中通過(guò)對(duì)模體進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試以獲得模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)。進(jìn)而基于所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)來(lái)獲取系統(tǒng)矩陣。所述模體中布設(shè)有多個(gè)標(biāo)記物，所述模體可以是在均勻材質(zhì)的基體中的不同位置處布設(shè)多個(gè)標(biāo)記物，所述標(biāo)記物的吸收系數(shù)與基體的吸收系數(shù)不同，因此在采集到的投影圖像中可以較容易的區(qū)分標(biāo)記物和基體。所述模體可以為圓柱體，六面體等。模體中基體的材料可以為PMMA等低原子序數(shù)材料，標(biāo)記物則可以采用鎢、鋁、鐵等高原子序數(shù)材料。

所述標(biāo)記物至少在一個(gè)維度上的投影圖像的尺寸小于探測(cè)器像素尺寸，或者說(shuō)所述標(biāo)記物的大小至少在一個(gè)維度上足夠小，如：若標(biāo)記物為小球，則其直徑應(yīng)足夠小。本實(shí)施例中所述標(biāo)記物可以為小球、細(xì)絲、細(xì)條等。若標(biāo)記物為小球，為滿足標(biāo)記物在一個(gè)維度上的投影圖像的尺寸小于探測(cè)器像素尺寸，小球的直徑需小于幾分之一毫米。標(biāo)記物為細(xì)絲或細(xì)條時(shí)，其可以分層排布在基體中，細(xì)絲或細(xì)條在基體中的布設(shè)可以為垂直于掃描平面(所述掃描平面是指機(jī)架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的面)，細(xì)絲的尺寸可以在十分之一毫米以下，另外，本實(shí)施例中，多個(gè)標(biāo)記物的布設(shè)應(yīng)該使得各標(biāo)記物在同一投影角度下的位置不重合，多個(gè)標(biāo)記物在模體中的布設(shè)可以呈現(xiàn)為螺線型、直線型、曲線型、折線型等。此外，模體中標(biāo)記物的分布密度，或者說(shuō)標(biāo)記物之間在每個(gè)維度上的間距，可以根據(jù)實(shí)際的需求而定。模體中標(biāo)記物的分布密度越大，則獲得的系統(tǒng)矩陣的精度越高，但計(jì)算量和存儲(chǔ)量也會(huì)隨之增加。

本實(shí)施例中，通過(guò)如下方式獲得CBCT系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，首先先通過(guò)CBCT系統(tǒng)采集所述模體的投影圖像，然后基于采集到的投影圖像來(lái)獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，接下來(lái)利用解析法中基于點(diǎn)模型、線模型或者面積模型的方式來(lái)獲取CBCT系統(tǒng)的初始系統(tǒng)矩陣，然后將獲得的初始系統(tǒng)矩陣與獲得的模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)相乘以獲得CBCT系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。

對(duì)于解析法而言，其將焦點(diǎn)與探測(cè)器像素作為理想點(diǎn)考慮，采用基于射線束穿過(guò)體元形成射線強(qiáng)度的線積分模型進(jìn)行模擬計(jì)算。本實(shí)施例中通過(guò)點(diǎn)模型獲取初始系統(tǒng)矩陣、線模型獲取初始系統(tǒng)矩陣、面積模型獲取初始系統(tǒng)矩陣的方法如下：

點(diǎn)模型，將射線看作寬度為0，間隔為τ的粗線，a_ij表示第i條射線與第j個(gè)像素是否相交

線模型，將射線看作寬度為0，間隔為τ的粗線，a_ij表示第i條射線與第j個(gè)像素的交線長(zhǎng)度。

面積模型，將射線看作寬度為τ，間隔為0的粗線，第i條射線與第j個(gè)像素相交的面積Δ與像素面積δ²之比，即：a_ij＝Δ/δ²。

本實(shí)施例中，模體中布設(shè)的標(biāo)記物不同，獲得模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)的方式也有所不同，以下分別對(duì)標(biāo)記物為小球或細(xì)絲時(shí)，模體中體素的獲取方式進(jìn)行相應(yīng)的說(shuō)明：

當(dāng)模體中的標(biāo)記物為小球時(shí)，通過(guò)如下方式獲得模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)：

首先：獲取所述小球在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)。本實(shí)施例中，可以先通過(guò)工業(yè)CT的方式獲得每一個(gè)小球在空間的三維坐標(biāo)，然后根據(jù)小球的空間三維坐標(biāo)、射線源位置和探測(cè)器位置計(jì)算出小球在投影圖像中的投影中心點(diǎn)。

接下來(lái)以所述小球在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)為中心選取預(yù)定鄰域，并以所述小球的投影中心點(diǎn)的灰度值為基準(zhǔn)對(duì)該鄰域的像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行歸一化。本實(shí)施例中預(yù)定鄰域的大小可以根據(jù)實(shí)際計(jì)算精度需求和存儲(chǔ)空間而定，預(yù)定鄰域可以是正方形，如所述預(yù)定鄰域可以是5×5的正方形區(qū)域，即邊長(zhǎng)為5個(gè)像素單元。將所述預(yù)定鄰域的每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度值除以小球在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)的灰度值以對(duì)該預(yù)定鄰域的每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行歸一化。

然后根據(jù)該預(yù)定鄰域中的每一個(gè)像素點(diǎn)到小球的投影中心點(diǎn)的距離及該像素點(diǎn)的歸一化的灰度值生成小球的擴(kuò)散函數(shù)，小球的擴(kuò)散函數(shù)以矩陣的形式表示，矩陣的大小與預(yù)定鄰域的大小相同，矩陣中每一個(gè)像素點(diǎn)與小球的投影中心點(diǎn)之間的位置關(guān)系則反映了小球的投影中心點(diǎn)與預(yù)定鄰域中的像素點(diǎn)之間的距離。舉例來(lái)說(shuō)：投影中心點(diǎn)為矩陣中第2行第2列的一個(gè)像素點(diǎn)，則位于第2行第1列的像素點(diǎn)與投影中心點(diǎn)的距離為一個(gè)像素單元。

通過(guò)上述方式獲得模體中每一個(gè)小球的擴(kuò)散函數(shù)后，最后根據(jù)所述小球的擴(kuò)散函數(shù)和插值函數(shù)來(lái)生成所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)。本實(shí)施例中，為了減小生成模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)時(shí)的數(shù)據(jù)量，提高生成系統(tǒng)矩陣的速度，進(jìn)而也提高去除偽影的速度，并不直接對(duì)小球的擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行插值，而是先建立與所述小球的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)，由上述可知小球的擴(kuò)散函數(shù)以矩陣的形式表示，本實(shí)施例中可以對(duì)矩陣中的數(shù)據(jù)通過(guò)基函數(shù)進(jìn)行擬合，所述基函數(shù)可以為高斯函數(shù)、三次樣條函數(shù)、B樣條函數(shù)等。以采用高斯函數(shù)擬合為例，則是以對(duì)橫坐標(biāo)為投影中心點(diǎn)到預(yù)定鄰域中像素點(diǎn)的距離，縱坐標(biāo)為歸一化后的預(yù)定鄰域中像素點(diǎn)的灰度值所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)以高斯函數(shù)進(jìn)行擬合，以得到高斯函數(shù)特征表示，以高斯函數(shù)特征表示來(lái)表示小球的擴(kuò)散函數(shù)。不同小球?qū)?yīng)了不同的擴(kuò)散函數(shù)，因此也對(duì)應(yīng)了不同的高斯函數(shù)特征表示。然后對(duì)與所述小球的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示進(jìn)行插值，獲得所述模體中體素的基函數(shù)特征表示，本實(shí)施例中具體地可以采用最近鄰插值函數(shù)、三線性插值函數(shù)、B樣條插值函數(shù)等來(lái)進(jìn)行插值，以獲得與各體素對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示。最后，將各體素對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示轉(zhuǎn)換為與該體素對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散函數(shù)，仍以高斯函數(shù)為例，則是將與各體素對(duì)應(yīng)的高斯函數(shù)特征表示轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的高斯函數(shù)，具體地，就是根據(jù)高斯函數(shù)橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的該體素預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)與該體素的投影中心點(diǎn)之間的距離找到與該橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)，也即找到了該體素預(yù)定鄰域中的像素點(diǎn)的灰度值，也即獲得了該體素的擴(kuò)散函數(shù)。

至此通過(guò)上述的步驟獲得了模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，也即獲得了第i條射線穿過(guò)第j個(gè)體素后在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)的灰度值，然后將其與初始系統(tǒng)矩陣中對(duì)應(yīng)的第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)的灰度值相乘，則可以獲得CBCT的系統(tǒng)矩陣。

當(dāng)模體中的標(biāo)記物為細(xì)絲時(shí)，通過(guò)如下方式獲得模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)：

首先獲取第一角度的投影圖像中細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的第一擴(kuò)散函數(shù)，獲取第二投影角度的投影圖像中細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的第二擴(kuò)散函數(shù)；所述第一投影角度與所述第二投影角度垂直。具體地，就是先以不同的投影角度采集布設(shè)有細(xì)絲的模體，對(duì)于某一投影角度下的投影圖像而言，獲取細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的擴(kuò)散函數(shù)實(shí)際上與獲取小球的擴(kuò)散函數(shù)的過(guò)程相類(lèi)似，具體地本實(shí)施例中通過(guò)如下方式獲得：

首先獲取細(xì)絲上的點(diǎn)在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)，如通過(guò)工業(yè)CT方式獲得每一根細(xì)絲上的點(diǎn)在空間的三維坐標(biāo)，然后根據(jù)細(xì)絲上的點(diǎn)在空間三維坐標(biāo)、射線源位置與探測(cè)器位置計(jì)算出細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)。然后，以所述細(xì)絲上該點(diǎn)在所述投影圖像中的投影中心點(diǎn)為中心選取預(yù)定鄰域，以所述細(xì)絲上該點(diǎn)的投影中心點(diǎn)的灰度值為基準(zhǔn)對(duì)該鄰域的像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行歸一化，所述預(yù)定鄰域的大小根據(jù)實(shí)際計(jì)算精度需求和存儲(chǔ)空間而定。最后，基于所述預(yù)定鄰域中像素點(diǎn)到所述細(xì)絲上該點(diǎn)的投影中心點(diǎn)的距離及該像素點(diǎn)的歸一化的灰度值生成所述細(xì)絲上該點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的擴(kuò)散函數(shù)。類(lèi)似地，細(xì)絲上的某點(diǎn)的擴(kuò)散函數(shù)也以矩陣的形式表示，矩陣的大小與預(yù)定鄰域的大小相同，矩陣中每一個(gè)像素點(diǎn)與細(xì)絲上某點(diǎn)的投影中心點(diǎn)之間的位置關(guān)系則反映了某點(diǎn)的投影中心點(diǎn)與預(yù)定鄰域中的像素點(diǎn)之間的距離。通過(guò)此方式可以獲得細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的擴(kuò)散函數(shù)，對(duì)于第一投影角度而言則是獲取了細(xì)絲上每一點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向上的第一擴(kuò)散函數(shù)，類(lèi)似地，對(duì)于第二投影角度而言則是獲取了細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)在與細(xì)絲所在方向垂直的方向的第二擴(kuò)散函數(shù)。

接下來(lái)將與所述細(xì)絲上每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一擴(kuò)散函數(shù)和第二擴(kuò)散函數(shù)相乘可以獲得細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)。同樣地，本實(shí)施例中為了減小生成模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)時(shí)的數(shù)據(jù)量，提高生成系統(tǒng)矩陣的速度，進(jìn)而也提高去除偽影的速度，并不是直接基于細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)和插值函數(shù)來(lái)生成所述模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，與模體中的標(biāo)記物為小球時(shí)類(lèi)似，也是先建立與所述細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示，所述基函數(shù)可以為高斯函數(shù)、三次樣條函數(shù)、B樣條函數(shù)等。然后對(duì)與所述細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示進(jìn)行插值獲得所述模體中體素的基函數(shù)特征表示，所述插值函數(shù)可以為最近鄰插值函數(shù)、三線性插值函數(shù)、B樣條插值函數(shù)等。在通過(guò)插值函數(shù)插值的方式獲得了模體中所有體素的基函數(shù)特征表示后，將體素的基函數(shù)特征表示進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換即可以獲得與該體素對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散函數(shù)。如何建立與細(xì)絲的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示與建立與小球的擴(kuò)散函數(shù)對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示相類(lèi)似，將與所有體素對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示轉(zhuǎn)換為擴(kuò)散函數(shù)的過(guò)程可參見(jiàn)標(biāo)記物為小球時(shí)，將所有體素對(duì)應(yīng)的基函數(shù)特征表示轉(zhuǎn)換為擴(kuò)散函數(shù)的過(guò)程，此處不再贅述。

至此，通過(guò)上述過(guò)程獲得了模體中所有體素的擴(kuò)散函數(shù)，將其與初始系統(tǒng)矩陣相乘，即可以獲得CBCT的系統(tǒng)矩陣。

上述過(guò)程給出了在模體中布設(shè)不同標(biāo)記物時(shí)如何獲得系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣的過(guò)程，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)不同的模體采用與其對(duì)應(yīng)的方法獲取系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。

接下來(lái)，基于所述系統(tǒng)矩陣來(lái)去除重建后的圖像中的偽影。本實(shí)施例中的系統(tǒng)矩陣包含了反映運(yùn)動(dòng)模糊的模糊因子，因此，通過(guò)迭代重建的方式可以去除重建后的圖像中的偽影。對(duì)于迭代重建法而言，包括了：代數(shù)迭代重建(ART，Algebraic Reconstruction Technique)算法、最大似然期望最大(ML-EM，Maximum-Likelihood Expectation Maximization)算法等。本實(shí)施例中，以ART算法為例來(lái)說(shuō)明在迭代重建中去除偽影的過(guò)程。以下為ART算法的公式：

其中，x^k+1為更新后的體素值，x^k為當(dāng)前體素值，A為系統(tǒng)矩陣，A_ix^k為沿著第i條射線的投影值，b_i為第i個(gè)探測(cè)像元上探測(cè)到的投影數(shù)據(jù)，A_ix^k-b_i為投影殘差，是指將投影殘差c沿著第i條射線做反投影，‖A_i‖²為歸一化因子。

本實(shí)施例中，迭代重建過(guò)程中初始體素x⁰可以通過(guò)濾波反投影法獲得，采用濾波反投影法獲得初始體素x⁰可加快迭代重建算法的收斂速度。

由上式可以看出，將帶有運(yùn)動(dòng)模糊的系統(tǒng)矩陣帶入到上式中，得到計(jì)算獲得的投影圖像的預(yù)測(cè)值和測(cè)量得到的投影圖像的真實(shí)值之差，對(duì)該投影殘差進(jìn)行反投影，對(duì)當(dāng)前體素值和當(dāng)前的投影殘差做差以對(duì)當(dāng)前體素值進(jìn)行更新，隨著迭代次數(shù)的增加，當(dāng)x^k+1與x^k之差收斂于x^*，重建獲得的圖像與真實(shí)圖像之間最接近。通過(guò)引入帶有模糊因子的系統(tǒng)矩陣，并利用該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建，最終在重建過(guò)程中去除了重建后圖像的運(yùn)動(dòng)偽影。由于在重建過(guò)程中去除運(yùn)動(dòng)偽影，相對(duì)于先基于投影圖像去除運(yùn)動(dòng)偽影，再進(jìn)行重建的方式而言方法簡(jiǎn)單。此外，系統(tǒng)矩陣更真實(shí)的反映了系統(tǒng)的特性，因此，迭代重建后的圖像的質(zhì)量好，符合實(shí)際的臨床需求。

本實(shí)施例還提供一種去除圖像中偽影的裝置，包括：

系統(tǒng)矩陣獲取單元，用于獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，所述系統(tǒng)矩陣給出了第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模糊因子；

重建單元，用以將所述系統(tǒng)矩陣用于迭代重建法進(jìn)行重建以去除圖像中的偽影。

本實(shí)施例還提供一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括：上述的去除圖像中偽影的裝置。所述醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)可以為CBCT系統(tǒng)或者CT系統(tǒng)或者PET系統(tǒng)。

實(shí)施例二

本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是本實(shí)施例中獲得系統(tǒng)矩陣的方法與實(shí)施例一中有所不同。實(shí)施例一中通過(guò)對(duì)模體進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的方式來(lái)獲得系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，而本實(shí)施例中則是通過(guò)解析的方式獲得系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。本實(shí)施例中仍然以CBCT系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。一般來(lái)講，CBCT系統(tǒng)中將成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度的一半規(guī)定為投影角度，本實(shí)施例中為了獲得能夠包含運(yùn)動(dòng)模糊的系統(tǒng)矩陣，將成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行細(xì)分，即以預(yù)設(shè)角度對(duì)其進(jìn)行劃分，所述預(yù)設(shè)角度小于所述投影角度，在以預(yù)設(shè)角度對(duì)CBCT成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行細(xì)分后，計(jì)算細(xì)分后的每一個(gè)角度對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣，然后將每一個(gè)角度對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣進(jìn)行疊加以獲得成像系統(tǒng)在該投影角度下的系統(tǒng)矩陣。舉例來(lái)說(shuō)，若CBCT成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度為2度，則投影角度為1度，預(yù)設(shè)角度若選為0.2度，那么就是計(jì)算0～0.2度、0.2～0.4度、0.4～0.6度、0.6～0.8度、0.8～1度、1～1.2度、1.2～1.4度、1.4～1.6度、1.6～1.8度、1.8～2度這些角度對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣。對(duì)于每一個(gè)角度下系統(tǒng)矩陣的獲得可以采用解析法計(jì)算得到，具體地可以基于點(diǎn)模型、線模型或者面積模型來(lái)獲得系統(tǒng)矩陣。

在通過(guò)上述方式獲取了所述成像系統(tǒng)在不同投影角度下的系統(tǒng)矩陣后，對(duì)不同投影角度下的系統(tǒng)矩陣進(jìn)行疊加即可以獲得CBCT成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。

獲得CBCT系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣后，利用該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行重建則可以消除重建后的圖像的偽影，重建過(guò)程中如何消除偽影可參見(jiàn)實(shí)施例一，此處不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的去除圖像中偽影的方法及裝置，至少具有根據(jù)下有益效果：

獲取成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣時(shí)，將運(yùn)動(dòng)模糊的影響加入系統(tǒng)矩陣中，因此獲得的系統(tǒng)矩陣給出了第i條射線穿過(guò)j個(gè)體素后，在成像單元成像的第i個(gè)像素點(diǎn)以及以第i個(gè)像素點(diǎn)為中心的預(yù)定鄰域的像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模糊因子。由于獲取的成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣基于成像系統(tǒng)的實(shí)際情況獲得，而非采用建立成像系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型來(lái)獲得系統(tǒng)矩陣，因此，最終獲得的系統(tǒng)矩陣更加真實(shí)的反應(yīng)了系統(tǒng)的特性，或者說(shuō)獲得了更加精確的系統(tǒng)矩陣，進(jìn)而基于該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建時(shí)，由于在迭代的正投影和反投影的過(guò)程中采用了反應(yīng)成像系統(tǒng)實(shí)際特性的系統(tǒng)矩陣，即包括了運(yùn)動(dòng)模糊的系統(tǒng)矩陣，因此，在迭代重建的過(guò)程中消除了運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)重建后的圖像的影響，重建后的圖像的質(zhì)量較佳，符合實(shí)際的臨床需求，避免了漏診或者誤診現(xiàn)象的發(fā)生。

進(jìn)一步地，獲得投影角度下的系統(tǒng)矩陣時(shí)，以預(yù)設(shè)角度對(duì)成像系統(tǒng)曝光積分時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行劃分，疊加劃分后的每一個(gè)角度對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣以獲得成像系統(tǒng)在投影角度下的系統(tǒng)矩陣，采用同樣的方式獲取其他投影角度下的系統(tǒng)矩陣，并對(duì)不同投影角度下的系統(tǒng)矩陣進(jìn)行疊加以獲得成像系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣。此種方式較簡(jiǎn)單，且能獲得精度高的系統(tǒng)矩陣。以該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建，可以很好的去除重建后的圖像中的偽影，獲得符合實(shí)際臨床需求的圖像。

進(jìn)一步地，通過(guò)實(shí)際采集模體的投影圖像，并基于模體的投影圖像來(lái)獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，進(jìn)而通過(guò)模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)和成像系統(tǒng)的初始系統(tǒng)矩陣來(lái)獲得系統(tǒng)矩陣。通過(guò)實(shí)際采集到的模體的投影圖像來(lái)獲取模體中體素的擴(kuò)散函數(shù)，進(jìn)而獲取系統(tǒng)矩陣，最終可以獲得精度更高的系統(tǒng)矩陣，基于該系統(tǒng)矩陣進(jìn)行迭代重建時(shí)，可以更好的去除重建后的圖像中的偽影，提高重建后的圖像的質(zhì)量，避免漏診和誤診現(xiàn)象的發(fā)生。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)根據(jù)上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。