[發(fā)明專利]基于最小三維凸包的錐束CT快速重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010210301.9
• 申請(qǐng)日: 2010-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101882319A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃魁東;張定華;李明君;卜昆;程云勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.基于最小三維凸包的錐束CT快速重建方法，其特征在于包括下述步驟：

(1)對(duì)試件進(jìn)行錐束CT圓周掃描，采集一組投影圖像，將該組所有投影圖像按相同位置和大小裁剪為邊長(zhǎng)為E個(gè)象素的一組正方形投影圖像，并確保該組正方形投影圖像的邊長(zhǎng)E比試件投影邊長(zhǎng)至少大20個(gè)象素；

(2)根據(jù)步驟(1)所得的一組正方形投影圖像計(jì)算重建空間中該試件的最小三維凸包參數(shù)；

(3)對(duì)步驟(1)所得的一組正方形投影圖像分別計(jì)算其公知的對(duì)數(shù)圖像，得到一組象素灰度為單精度浮點(diǎn)型的對(duì)數(shù)圖像；

(4)對(duì)上一步所得的對(duì)數(shù)圖像進(jìn)行FDK算法中的濾波處理，濾波函數(shù)采用公知的S-L濾波器、R-L濾波器或SL-W濾波器；

(5)將最小三維凸包體素化，分配重建內(nèi)存空間，再按Z線優(yōu)先重建算法并采用單指令多數(shù)據(jù)技術(shù)重建最小三維凸包內(nèi)的體素；

(6)將重建結(jié)果按其坐標(biāo)系存儲(chǔ)為X向、Y向或Z向的序列切片圖像，并釋放重建所占內(nèi)存空間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小三維凸包的錐束CT快速重建方法，其特征在于：所述的最小三維凸包為包含試件的最小柱狀體，且其Z向截面為相同的二維凸包；確定最小三維凸包的截面形狀、高度和在重建空間中的位置具體步驟如下：

1)設(shè)該組投影圖像的列方向?yàn)閽呙栎S方向，分別對(duì)各幅投影圖像按列疊加成一行圖像；

2)對(duì)上一步獲取的每一行圖像，分別計(jì)算其試件投影區(qū)域的左分割點(diǎn)P₁和右分割點(diǎn)P₂，計(jì)算步驟如下：

①生成一個(gè)與疊加后的一行圖像象素個(gè)數(shù)相等的單精度浮點(diǎn)型一維數(shù)組，并將該數(shù)組全部置1，該數(shù)組元素序列與該行圖像象素序列相對(duì)應(yīng)，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)象素的標(biāo)識(shí)值；

②對(duì)該行圖像除左右兩端n個(gè)象素外的每個(gè)象素分別取其左右等量的n個(gè)象素，設(shè)其左邊象素灰度之和為T_L，右邊象素灰度之和為T_R，則該象素的標(biāo)識(shí)值為T_L/T_R并存入數(shù)組中與該像素對(duì)應(yīng)的位置；n取3～7；

③在數(shù)組中從左向右查找第一個(gè)局部極大值M_L，準(zhǔn)則為M_L大于1.01且同時(shí)大于或等于其左右的各3～5個(gè)值，然后取左分割閾值S_L＝(1+M_L)/2，從M_L向左查找得到的第一個(gè)小于S_L的值所對(duì)應(yīng)的象素就是左分割點(diǎn)P₁；

④在數(shù)組中從右向左查找第一個(gè)局部極小值M_R，準(zhǔn)則為M_R小于0.99且同時(shí)小于或等于其左右的各3～5個(gè)值，然后取右分割閾值S_R＝(1+M_R)/2，從M_R向右查找得到的第一個(gè)大于S_R的值所對(duì)應(yīng)的象素就是右分割點(diǎn)P₂；

⑤分別將P₁往左移3～5個(gè)象素，P₂往右移3～5個(gè)象素；

3)以錐束CT重建空間的旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)、以0°掃描時(shí)的中心射束為Y軸、以90°掃描時(shí)的中心射束為X軸建立直角坐標(biāo)系，射線源和探測(cè)器繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，設(shè)射線源到旋轉(zhuǎn)中心的距離為Dso，探測(cè)器到旋轉(zhuǎn)中心的距離為Dod；射線源在0°掃描位置成像時(shí)，射線源R的坐標(biāo)為(0，Dso)，P₁的坐標(biāo)為(-O′P₁，-Dod)，P₂的坐標(biāo)為(O′P₂，-Dod)，分別計(jì)算射線RP₁和RP₂與重建空間Z向切片正方形內(nèi)切圓的交點(diǎn)，相應(yīng)兩個(gè)交點(diǎn)連線即得到該位置處的兩條包絡(luò)線段；對(duì)于掃描角度為θ的每次成像，先將其放在0°掃描位置并按上述方法計(jì)算出4個(gè)交點(diǎn)，然后將這4個(gè)交點(diǎn)分別繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)θ角，再把相應(yīng)兩個(gè)交點(diǎn)連線即得到該掃描角度處的兩條包絡(luò)線段；最后由總數(shù)為投影圖像數(shù)量2倍的包絡(luò)線段所圍成的中間圖形就是最小三維凸包的截面形狀，是一個(gè)二維凸包；

4)確定最小三維凸包的高度；任取一幅投影圖像，將其按行疊加成一列，從該列的上端點(diǎn)往下取連續(xù)的10～20個(gè)象素的不含試件投影的背景區(qū)域，計(jì)算這些象素的灰度均值，并以該均值的0.95～0.98倍為分割閾值，由該列圖像的上端點(diǎn)向下查找，所得到的第一個(gè)比分割閾值小的象素位置即為最小三維凸包的上限位置Z_max；由該列圖像的下端點(diǎn)向上查找，所得到的第一個(gè)比分割閾值小的象素位置即為最小三維凸包的下限位置Z_min；則(Z_max-Z_min+1)即為最小三維凸包的高度；為便于Z線優(yōu)先的SIMD計(jì)算，需通過(guò)Z_min或Z_max的增大或減小使最小三維凸包的高度規(guī)整為與原值最接近的4的整數(shù)倍；

5)最小三維凸包在重建空間中的位置，由上述步驟3)中最小三維凸包的截面形狀在XOY平面中的位置和上述步驟4)中的最小三維凸包的上限位置Z_max以及下限位置Z_min共同確定。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小三維凸包的錐束CT快速重建方法，其特征在于：所述的步驟(5)只須對(duì)最小三維凸包截面的二維凸包進(jìn)行象素化即可，具體步驟為：

1)生成一個(gè)與重建空間Z向切片圖像大小相同的標(biāo)識(shí)切片圖像，所有象素初值置0；

2)在標(biāo)識(shí)切片圖像中采用Bresenham直線生成方法將上述步驟(2)中的包絡(luò)線段象素化，包絡(luò)線段通過(guò)的象素值置1，包絡(luò)線段所圍成的中間圖形就是最小三維凸包的截面二維凸包；

3)確定一個(gè)位于二維凸包內(nèi)的種子點(diǎn)：取0°方位投影圖像的P₁P₂的中點(diǎn)橫坐標(biāo)值為種子點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，取90°方位投影圖像的P₁P₂的中點(diǎn)縱坐標(biāo)值為種子點(diǎn)的縱坐標(biāo)值；

4)采用掃描線種子填充算法在標(biāo)識(shí)切片圖像中的截面二維凸包內(nèi)進(jìn)行區(qū)域填充，將填充后的象素值置2；

5)查找標(biāo)識(shí)切片圖像中灰度值為2的象素的最小X坐標(biāo)、最大X坐標(biāo)、最小Y坐標(biāo)和最大Y坐標(biāo)，由其確定二維凸包的外接矩形；

6)分配重建內(nèi)存空間，大小為外接矩形長(zhǎng)×外接矩形寬×三維凸包高度，類型為單精度浮點(diǎn)型，并全部置0；

7)對(duì)標(biāo)識(shí)切片圖像中象素值為2位置處的Z線，按Z線優(yōu)先重建算法并采用單指令多數(shù)據(jù)技術(shù)重建其上的體素。