[发明专利]基于最小三维凸包的锥束CT快速重建方法

权利要求书

1.基于最小三维凸包的锥束CT快速重建方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)对试件进行锥束CT圆周扫描，采集一组投影图像，将该组所有投影图像按相同位置和大小裁剪为边长为E个象素的一组正方形投影图像，并确保该组正方形投影图像的边长E比试件投影边长至少大20个象素；

(2)根据步骤(1)所得的一组正方形投影图像计算重建空间中该试件的最小三维凸包参数；

(3)对步骤(1)所得的一组正方形投影图像分别计算其公知的对数图像，得到一组象素灰度为单精度浮点型的对数图像；

(4)对上一步所得的对数图像进行FDK算法中的滤波处理，滤波函数采用公知的S-L滤波器、R-L滤波器或SL-W滤波器；

(5)将最小三维凸包体素化，分配重建内存空间，再按Z线优先重建算法并采用单指令多数据技术重建最小三维凸包内的体素；

(6)将重建结果按其坐标系存储为X向、Y向或Z向的序列切片图像，并释放重建所占内存空间。

2.根据权利要求1所述的基于最小三维凸包的锥束CT快速重建方法，其特征在于：所述的最小三维凸包为包含试件的最小柱状体，且其Z向截面为相同的二维凸包；确定最小三维凸包的截面形状、高度和在重建空间中的位置具体步骤如下：

1)设该组投影图像的列方向为扫描轴方向，分别对各幅投影图像按列叠加成一行图像；

2)对上一步获取的每一行图像，分别计算其试件投影区域的左分割点P₁和右分割点P₂，计算步骤如下：

①生成一个与叠加后的一行图像象素个数相等的单精度浮点型一维数组，并将该数组全部置1，该数组元素序列与该行图像象素序列相对应，用于存储对应象素的标识值；

②对该行图像除左右两端n个象素外的每个象素分别取其左右等量的n个象素，设其左边象素灰度之和为T_L，右边象素灰度之和为T_R，则该象素的标识值为T_L/T_R并存入数组中与该像素对应的位置；n取3～7；

③在数组中从左向右查找第一个局部极大值M_L，准则为M_L大于1.01且同时大于或等于其左右的各3～5个值，然后取左分割阈值S_L＝(1+M_L)/2，从M_L向左查找得到的第一个小于S_L的值所对应的象素就是左分割点P₁；

④在数组中从右向左查找第一个局部极小值M_R，准则为M_R小于0.99且同时小于或等于其左右的各3～5个值，然后取右分割阈值S_R＝(1+M_R)/2，从M_R向右查找得到的第一个大于S_R的值所对应的象素就是右分割点P₂；

⑤分别将P₁往左移3～5个象素，P₂往右移3～5个象素；

3)以锥束CT重建空间的旋转中心为原点、以0°扫描时的中心射束为Y轴、以90°扫描时的中心射束为X轴建立直角坐标系，射线源和探测器绕原点旋转，设射线源到旋转中心的距离为Dso，探测器到旋转中心的距离为Dod；射线源在0°扫描位置成像时，射线源R的坐标为(0，Dso)，P₁的坐标为(-O′P₁，-Dod)，P₂的坐标为(O′P₂，-Dod)，分别计算射线RP₁和RP₂与重建空间Z向切片正方形内切圆的交点，相应两个交点连线即得到该位置处的两条包络线段；对于扫描角度为θ的每次成像，先将其放在0°扫描位置并按上述方法计算出4个交点，然后将这4个交点分别绕原点旋转θ角，再把相应两个交点连线即得到该扫描角度处的两条包络线段；最后由总数为投影图像数量2倍的包络线段所围成的中间图形就是最小三维凸包的截面形状，是一个二维凸包；

4)确定最小三维凸包的高度；任取一幅投影图像，将其按行叠加成一列，从该列的上端点往下取连续的10～20个象素的不含试件投影的背景区域，计算这些象素的灰度均值，并以该均值的0.95～0.98倍为分割阈值，由该列图像的上端点向下查找，所得到的第一个比分割阈值小的象素位置即为最小三维凸包的上限位置Z_max；由该列图像的下端点向上查找，所得到的第一个比分割阈值小的象素位置即为最小三维凸包的下限位置Z_min；则(Z_max-Z_min+1)即为最小三维凸包的高度；为便于Z线优先的SIMD计算，需通过Z_min或Z_max的增大或减小使最小三维凸包的高度规整为与原值最接近的4的整数倍；

5)最小三维凸包在重建空间中的位置，由上述步骤3)中最小三维凸包的截面形状在XOY平面中的位置和上述步骤4)中的最小三维凸包的上限位置Z_max以及下限位置Z_min共同确定。

3.根据权利要求1所述的基于最小三维凸包的锥束CT快速重建方法，其特征在于：所述的步骤(5)只须对最小三维凸包截面的二维凸包进行象素化即可，具体步骤为：

1)生成一个与重建空间Z向切片图像大小相同的标识切片图像，所有象素初值置0；

2)在标识切片图像中采用Bresenham直线生成方法将上述步骤(2)中的包络线段象素化，包络线段通过的象素值置1，包络线段所围成的中间图形就是最小三维凸包的截面二维凸包；

3)确定一个位于二维凸包内的种子点：取0°方位投影图像的P₁P₂的中点横坐标值为种子点的横坐标值，取90°方位投影图像的P₁P₂的中点纵坐标值为种子点的纵坐标值；

4)采用扫描线种子填充算法在标识切片图像中的截面二维凸包内进行区域填充，将填充后的象素值置2；

5)查找标识切片图像中灰度值为2的象素的最小X坐标、最大X坐标、最小Y坐标和最大Y坐标，由其确定二维凸包的外接矩形；

6)分配重建内存空间，大小为外接矩形长×外接矩形宽×三维凸包高度，类型为单精度浮点型，并全部置0；

7)对标识切片图像中象素值为2位置处的Z线，按Z线优先重建算法并采用单指令多数据技术重建其上的体素。