一种CBCT投影掉帧处理方法、图像重建方法及系统与流程

本发明涉及医学影像设备及图像重建，尤其涉及一种cbct投影掉帧处理方法、图像重建方法及系统。

背景技术：

1、cbct（锥形束ct）设备机架围绕目标旋转，在预设一系列离散投影位置采集二维投影图像；每一个预设投影位置唯一对应一组向量几何参数，三维图像重建及图像后处理算法均依赖各投影位置对应的向量几何参数完成射线追踪、反投影、校正等核心计算。

2、实际扫描采集过程中，cbct设备可能因采集异常、传输异常或同步异常等原因发生偶发投影掉帧。现有主流重建算法在获取掉帧后的投影数据时，仍按照接收投影帧的先后顺序依次匹配顺序排布的向量几何参数；若任意预设投影位置发生掉帧，该位置后的所有投影帧都会绑定错误的向量几何参数，造成全局几何映射关系错乱，最终重建图像出现伪影、模糊或结构偏移等问题，严重降低三维影像的临床诊断可信度。

3、同时，部分图像后处理步骤也需要调用投影位置与对应的向量几何参数，现有方案仅在重建阶段简单顺序匹配数据，未针对掉帧空位做同步适配处理，几何错位误差会在后处理过程被进一步放大，图像失真问题加剧。

4、目前行业内处理投影缺失的方法多采用插值补全方案，即利用相邻或相对投影生成虚拟投影填充掉帧空位，强制投影序列长度与几何参数序列长度一致。但插值会生成虚假信息，存在误诊、漏诊风险，同时还会大幅增加重建算力耗时，拖慢成像速度。且该类方法主要针对人为主动稀疏采样场景（刻意减少采集角度以降低辐射剂量），无法适配全角度扫描过程中随机突发掉帧的实际工况。

技术实现思路

1、本发明提供一种cbct投影掉帧处理方法、图像重建方法及系统，以解决上述技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种cbct投影掉帧处理方法，包括如下步骤：

3、步骤1：预设一次完整扫描包含n个原始投影位置，各原始投影位置分配独立唯一编号，每个编号对应的原始投影位置预存有一组标定完成的向量几何参数；

4、步骤2：执行cbct旋转扫描，采集各原始投影位置的真实投影数据，同时获取用于标记未成功采集位置的掉帧信息；

5、步骤3：根据所述掉帧信息，将全部原始投影位置划分为掉帧投影位置和有效投影位置；

6、步骤4：按原始投影位置编号从小到大依次遍历全部n个原始投影位置；若当前编号对应掉帧投影位置，则直接跳过该编号，不将任一真实投影数据绑定至该编号对应的向量几何参数；若当前编号对应有效投影位置，则调取该编号专属向量几何参数，与该位置采集的真实投影数据建立唯一绑定关系并录入映射表；

7、步骤5：输出完整映射表，所述映射表中，有效投影位置实现原始投影位置编号、真实投影数据、向量几何参数三者一一绑定；掉帧投影位置仅记录原始投影位置编号及其对应的向量几何参数，不录入真实投影数据。

8、较佳地，所述向量几何参数至少包括射线源位置、探测器中心位置、探测器行方向向量和探测器列方向向量。

9、较佳地，所述掉帧信息通过探测器信号校验、数据传输报文校验、机架旋转同步时钟校验中的至少一种方式获取。

10、本发明还提供了一种cbct图像重建方法，采用上述cbct投影掉帧处理方法输出的映射表执行重建，包括如下步骤：

11、步骤a：读取所述映射表，筛选出映射表内所有有效投影位置对应的原始投影位置编号、真实投影数据以及向量几何参数；

12、步骤b：针对每一组匹配完成的真实投影数据与向量几何参数，执行图像重建运算，图像重建过程中自动忽略映射表内仅记录编号与向量几何参数的掉帧投影位置，不生成虚拟插值投影填充掉帧空位；

13、步骤c：完成全部有效投影的图像重建运算后，输出三维图像重建数据。

14、较佳地，所述图像重建运算至少包括射线追踪、滤波及反投影运算，或迭代重建。

15、较佳地，所述图像重建运算采用fdk解析重建、sart迭代重建或art迭代重建中的一种。

16、较佳地，还包括图像后处理步骤：对所述三维图像重建数据执行依赖原始投影位置、向量几何参数的校正处理时，读取所述映射表，仅基于有效投影位置参与计算，同步跳过全部掉帧投影位置。

17、较佳地，所述校正处理至少包括金属伪影抑制、投影域均匀校正、三维空间分辨率校正、x射线剂量校正中的至少一种。

18、本发明还提供一种cbct投影掉帧重建系统，用于实现上述cbct图像重建方法，包括：

19、扫描采集模块，用于控制cbct机架旋转，按照预设n个原始投影位置采集二维真实投影数据；

20、掉帧识别模块，与所述扫描采集模块相连，用于检测采集、传输或同步异常，生成用于标记未成功采集位置的掉帧信息；

21、投影匹配调度模块，配置为执行上述cbct投影掉帧处理方法，生成并输出完整映射表；

22、重建运算模块，与所述投影匹配调度模块连接，读取所述映射表完成三维重建运算，运算过程中跳过所有掉帧投影位置；

23、图像后处理模块，与所述重建运算模块相连，读取所述映射表，在依赖原始投影位置与向量几何参数的校正算法中过滤掉帧投影位置；

24、存储输出模块，分别与扫描采集模块、掉帧识别模块、投影匹配调度模块、重建运算模块、图像后处理模块连接，用于存储各原始投影位置对应的向量几何参数、采集得到的真实投影数据、三维图像重建数据。

25、较佳地，所述存储输出模块输出dicom标准影像文件。

26、与现有技术相比，本发明提供的cbct投影掉帧处理方法、图像重建方法及系统具有如下优点：

27、1、本发明完整遍历全部原始投影位置，掉帧位置不绑定任意真实投影数据，从根源避免掉帧后投影前移、跨编号匹配向量几何参数的问题，杜绝参数错配带来的重建缺陷；

28、2、本发明生成区分有效、掉帧点位的映射表，重建与校正过程直接跳过掉帧空位，无需插值生成虚拟投影，防止插值运算引入额外图像伪影、结构偏移；

29、3、本发明仅以掉帧信息作为算法输入，兼容多种掉帧检测校验方式，无需改动cbct硬件结构，便于和现有采集、重建设备集成适配。

1.一种cbct投影掉帧处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的cbct投影掉帧处理方法，其特征在于，所述向量几何参数至少包括射线源位置、探测器中心位置、探测器行方向向量和探测器列方向向量。

3.根据权利要求1所述的cbct投影掉帧处理方法，其特征在于，所述掉帧信息通过探测器信号校验、数据传输报文校验、机架旋转同步时钟校验中的至少一种方式获取。

4.一种cbct图像重建方法，其特征在于，采用权利要求1至3中任一项所述cbct投影掉帧处理方法输出的映射表执行重建，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的cbct图像重建方法，其特征在于，所述图像重建运算至少包括射线追踪、滤波及反投影运算，或迭代重建。

6.根据权利要求5所述的cbct图像重建方法，其特征在于，所述图像重建运算采用fdk解析重建、sart迭代重建或art迭代重建中的一种。

7.根据权利要求4所述的cbct图像重建方法，其特征在于，还包括图像后处理步骤：对所述三维图像重建数据执行依赖原始投影位置、向量几何参数的校正处理时，读取所述映射表，仅基于有效投影位置参与计算，同步跳过全部掉帧投影位置。

8.根据权利要求7所述的cbct图像重建方法，其特征在于，所述校正处理至少包括金属伪影抑制、投影域均匀校正、三维空间分辨率校正、x射线剂量校正中的至少一种。

9.一种cbct投影掉帧重建系统，其特征在于，用于实现权利要求4至8中任一项所述的cbct图像重建方法，包括：

10.根据权利要求9所述的cbct投影掉帧重建系统，其特征在于，所述存储输出模块输出dicom标准影像文件。