重排方法、CT扫描装置及可读存储介质与流程

重排方法、ct扫描装置及可读存储介质
技术领域
1.本发明涉及医学成像技术领域，特别涉及一种重排方法、ct扫描装置及可读存储介质。


背景技术：

2.ct重排算法是所有ct滤波反投影(fbp)算法中基础算法之一，该算法主要作用是将原始数据从扫描时的扇形束的投影视图转换成平行束的投影视图。
3.现有技术中，ct重排算法的计算过程中计算量很大且内存访问频繁，导致ct重排算法的计算速度过慢，已成为ct重建过程中最大瓶颈。
4.总之，现有技术中，ct重排算法内存访问频繁，速度过慢，并影响整个图像重建算法的重建速度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种重排方法、ct扫描装置及可读存储介质，以解决现有技术中，ct重排算法内存访问频繁，速度过慢，并影响整个图像重建算法的重建速度的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重排方法，用于将扇形束投影数据转换为平行束投影数据，所述重排方法包括如下步骤：按照数据采集角度依次获取多个所述扇形束投影数据，所述扇形束投影数据按照获取时的先后顺序排序，多个所述扇形束投影数据构成基础数据；转置所述基础数据，将转置后的所述基础数据存储入第一存储介质；沿所述基础数据的行方向读取一行数据，读取到的数据被设置为中间数据；所述中间数据存储入所述第二存储介质；基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据；删除所述基础数据中的当前的第一个所述扇形束投影数据；以及，进行结束判断，若结果为是，则结束；若结果为否，重复获取所述中间数据。
7.可选的，所述第一存储介质的存储容量大于所述第二存储介质的存储容量的预设倍数，所述第二存储介质的读写速度大于所述第一存储介质的读写速度。
8.可选的，所述预设倍数为所述基础数据中所述扇形束投影数据的最大数量。
9.可选的，所述结束判断的逻辑为：所述基础数据中剩余的所述扇形束投影数据的数量，是否小于计算出一个所述平行束投影数据所需的数量，若小于，则结果为是，否则，结果为否。
10.可选的，所述第一存储介质为内存，所述第二存储介质为cpu缓存。
11.可选的，所述基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据的步骤包括：基于所述第二存储介质中的所述中间数据计算得到第一投影结果；所述第一投影结果转置后得到第二投影结果；以及，所述第二投影结果被配置为所述平行束投影数据并输出。
12.可选的，所述重排方法还包括：重建所述平行束投影数据，获取目标断层图像。
13.为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种ct扫描装置，包括用于发射穿透射线的球管、呈扇形分布的探测器以及处理模块，所述球管和所述探测器之间设置有用于容置被测对象的空间，所述球管和所述探测器可相对固定地围绕所述被测对象旋转，所述探测器用于获取扇形束投影数据；所述处理模块用于基于上述的重排方法对所述扇形束投影数据进行重排。
14.为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序运行时，执行上述的重排方法。
15.与现有技术相比，本发明所提供的一种重排方法、ct扫描装置及可读存储介质中，所述重排方法包括如下步骤：按照数据采集角度依次获取多个所述扇形束投影数据，所述扇形束投影数据按照获取时的先后顺序排序，多个所述扇形束投影数据构成基础数据；转置所述基础数据，将转置后的所述基础数据存储入第一存储介质；沿所述基础数据的行方向读取一行数据，读取到的数据被设置为中间数据；所述中间数据存储入所述第二存储介质；基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据；删除所述基础数据中的当前的第一个所述扇形束投影数据；以及，进行结束判断，若结果为是，则结束；若结果为否，重复获取所述中间数据。如此配置，通过数据转置改变了所述基础数据的内部结构，使得同一个所述平行束投影数据相关的数据存在于所述基础数据的同一行中，减少了在生成一个所述平行束投影数据时对所述第一存储介质的访问次数，从而减少了重排时间，解决了现有技术中，ct重排算法内存访问频繁，速度过慢，并影响整个图像重建算法的重建速度的问题。
附图说明
16.本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
17.图1是本发明一实施例的重排方法的流程示意图；
18.图2是本发明一实施例的ct扫描装置的结构示意图；
19.图3是本发明一实施例的一个扇形束投影数据的示意图；
20.图4是本发明一实施例的图像数据的原始结构的示意图；
21.图5是本发明一实施例的多个扇形束投影数据的示意图；
22.图6是本发明一实施例的一个平行束投影数据的示意图。
23.附图中：
24.1-球管；2-被测对象；3-探测器；4-球管运动轨迹；5-基准方向。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
26.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义
而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，术语“近端”通常是靠近操作者的一端，术语“远端”通常是靠近患者的一端，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.本发明的核心思想在于提供一种重排方法、ct扫描装置及可读存储介质，以解决现有技术中，ct重排算法内存访问频繁，速度过慢，并影响整个图像重建算法的重建速度的问题。
28.以下参考附图进行描述。其中，图1是本发明一实施例的重排方法的流程示意图；图2是本发明一实施例的ct扫描装置的结构示意图；图3是本发明一实施例的一个扇形束投影数据的示意图；图4是本发明一实施例的图像数据的原始结构的示意图；图5是本发明一实施例的多个扇形束投影数据的示意图；
29.图6是本发明一实施例的一个平行束投影数据的示意图。
30.如图1所示，本发明提供了一种重排方法，用于将扇形束投影数据转换为平行束投影数据，所述重排方法包括如下步骤：
31.s10按照数据采集角度依次获取多个所述扇形束投影数据，所述扇形束投影数据按照获取时的先后顺序排序，多个所述扇形束投影数据构成基础数据。
32.s20转置所述基础数据，将转置后的所述基础数据存储入第一存储介质。
33.s30沿所述基础数据的行方向读取一行数据，读取到的数据被设置为中间数据。
34.s40所述中间数据存储入所述第二存储介质。
35.s50基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据。
36.s60删除所述基础数据中的当前的第一个所述扇形束投影数据。
37.以及，s70进行结束判断，若结果为是，则结束；若结果为否，重复获取所述中间数据。
38.其中，所述第一存储介质的存储容量大于所述第二存储介质的存储容量的预设倍数，所述第二存储介质的读写速度大于所述第一存储介质的读写速度。
39.需理解，存储介质的读写速度应该理解为实现所述重排方法时的读写速度，不光受到存储介质本身的材料、工作原理、控制电路等因素的影响，还与执行所述重排方法的执行器之间的相对位置关系和通讯方式有关。在步骤s60中，当前的第一个应当这样理解。假设，所述扇形束投影数据的编号分别为1、2、3、4、5、6，且按照序号排序，那么，最初状态下的第一个所述扇形束投影数据即编号为1的所述扇形束投影数据。当步骤s60执行一次以后，
编号为1的所述扇形束投影数据被删除，于是还剩余编号为2、3、4、5、6的所述扇形束投影数据。在第二次执行所述步骤s60时，当前的第一个所述扇形束投影数据即编号为2的所述扇形束投影数据；第三次执行时，则是编号为3的所述扇形束投影数据。
40.在本实施例中，由于所述第二存储介质的存储容量有限，一次只能加载所述基础数据中的一部分数据，但是如果直接基于所述第一存储介质进行计算，则读写速度又会影响最终的计算结果，因此，通过转置的方式对所述基础数据进行了处理，使得后续生成所述平行束投影数据时，可以减少从所述第一存储介质向所述第二存储介质转移数据的总次数，从而加快了所述重排方法的时间。经测算，本实施例所提供的所述重排方法替换现有技术中透视图像重建算法后，所述透视图像重建算法的性能可以提升越4～6倍，解决了所述重排算法速度慢的问题。
41.另一方面，由于转置计算是一般数据处理设备常用的操作，往往会有硬件或者软件的加速支持，因此，是一种对现有技术改动较小的优化方式，与其他潜在的重构所述基础数据的内部结构的方案相比，本实施例对现有方法的改动成本较低，也不容易引起程序bug。
42.请参考图2，所述扇形束投影数据基于一种ct扫描装置获得，所述ct扫描装置包括用于发射穿透射线的球管1(也可以称为发射源)以及呈扇形分布的探测器3，所述球管1和所述探测器3之间设置有用于容置被测对象2(例如，患者)的空间，所述球管1和所述探测器3可相对固定地围绕所述被测对象2旋转，所述探测器3用于获取扇形束投影数据。旋转时，所述球管1沿球管运动轨迹4进行运动。请结合图3，在图3中，由于所述球管发射的透视射线(例如x光等)以直线的方式被多个所述探测器3接收，而所述球管1与所述探测器3之间的连线呈扇形分布，因此，将某一时刻多个所述探测器3同时接收到的数据称为所述扇形束投影数据。请参考图4，将上述的扇形束投影数据在同一个坐标系中进行展示，可以得到如图4所示的画面。图4中，每一个独立的小矩形即代表一个探测器在一个时刻接收到的所有数据内容，小矩形中的每一个点代表一个探测器中的一个像素。图4中的横向为通道方向，若沿着横向移动，探测器的编号发生变化，但是数据的接收时刻不变；图4中的纵向为行方向，或者可以理解为数据输入方向，沿着纵向移动，探测器的编号不变化，但是数据的接收时刻发生变化。若用户直接观察图4所展示的数据，则无法通过自身的想象恢复出实际的图像，因此需要如本实施例所述的重排方法对上述数据进行重排，最终得到可以供用户理解的直观图像。
43.请结合图5或图6，当所述球管1保持旋转，多个时刻可以获得多个所述扇形束投影数据，将多个所述扇形束投影数据在一个画面中进行展示，结果如图5或者图6所示，其中，图像重建过程中需要先获得以平行束方式存在的数据，以便于后续的图像处理。因此，需要将多个所述扇形束投影数据中“相对平行”的数据进行提取，并重新组合为所述平行束投影数据。需理解，数据实际上并没有“相对平行”的概念，只是获取数据的所述探测器3和所述球管1之间的连线存在相对平行的关系，为了便于描述，将连线平行的数据称为“相对平行”。图6中所有的黑色粗实线构成一个所述平行束投影数据。在步骤s70中，重复获取所述中间数据是指重复步骤s30，并按照后续步骤继续执行。步骤s30中，一行数据中的行应当降所述基础数据理解为矩阵，一行对应于矩阵中的一行。
44.在一实施例中，所述预设倍数为所述基础数据中所述扇形束投影数据的最大数
量。即所述第一存储介质和所述第二存储介质的存储空间存在较大区别，在这种工况下，本实施例所提供的所述重排方法能够更好地发挥自身的优势。
45.为了保证每次输出的一个所述平行束投影数据包含了所有与之相关的信息，所述结束判断的逻辑为：所述基础数据中剩余的所述扇形束投影数据的数量，是否小于计算出一个所述平行束投影数据所需的数量n，若小于，则结果为是，否则，结果为否。如此配置，当数据不足时，可以停止计算，避免输出不正确的数据或者不完整的数据。n的取值范围为大于0的整数。
46.其中，n按照如下公式计算：
[0047][0048]
其中，ceil表示向上取整函数，max表示取最大值函数，detagli表示第i个探测器与发射源(可以理解为图2所示的所述球管1，也可能是其他形式的发射源)所形成的连线相对于基准方向5所成的角度，以逆时针为正，所述基准方向5是指从所述发射源朝向旋转中心的方向，i的取值为1～m的整数，m为所述探测器的总数，aglperview代表两个相邻的所述扇形束投影数据的数据采集角度的间隔。此处的max(|detagli|)表示在所有的|detagli|中取最大值。detagli可按照图3所示的角度进行理解，其中，所述基准方向5在图3中已经示出。aglperview在图5中示出。在图3中，“第i个探测器”指向表示第8个探测器的点，这是因为在图片中只能选择其中一个确定的点进行指示说明，实际上，“第i个探测器”可以指代第1个探测器至第m个探测器中的任意一个，并不局限于图3中指向的“第8个探测器”。
[0049]
在一实施例中，所述基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据的步骤包括：基于所述第二存储介质中的所述中间数据计算得到第一投影结果；所述第一投影结果转置后得到第二投影结果；以及，所述第二投影结果被配置为所述平行束投影数据并输出。如此配置，可以通过第二次转置消除第一个转置带来的各通道数据错位的影响，获得正确的结果。需理解，在其他的实施例中，也可以通过其他方式消除第一次转置的影响(例如，直接定位至对应的位置)，并非需要第二次转置。但是正如前文所述，转置及其他运算均针对矩阵数据的整体进行操作，在软件或者硬件中已经进行了优化加速，因此具有较好的效果。
[0050]
具体地，所述第一投影结果按照如下方式计算：
[0051]
若所述第一投影结果的通道不是边缘通道，则按照如下公式计算：
[0052]
frawout
i,j,k
＝(1-α)*frawin
i,j,k
′
+α*frawin
i,j,(k
′
+1)
[0053]
其中，frawout
i,j,k
表示第i个所述第一投影结果的第j行的第k个通道的值，所述通道按照从左到右排序，所述第一投影结果按照输出的时间顺序排序；frawin
i,j,k’表示第i个所述扇形束投影数据的第j行的第k’个通道的值；其中，为大于0的整数，其取值范围为1到所述扇形束投影数据的最大行数之间，k和k’均为大于0的整数，其取值范围为1到所述述扇形束投影数据的最大通道数之间。α表示加权系数，按照如下公式计算：
[0054]
α＝viewidx
i-floor(viewidxi)
[0055]
其中，viewidxi表示第i个所述第一投影结果所对应的所述扇形束投影数据的编号，floor表示向下取整函数；以及，
[0056]
若所述第一投影结果的通道是边缘通道，则按照预设规则计算。
[0057]
也就是说，所述第一投影结果中的绝大部分数据按照上述公式进行计算，当遇到边缘通道时，采用所述预设规则进行特殊处理。在一实施例中，所述预设规则为：
[0058]
frawout
i,j,k
＝frawin
i,j,k
′
[0059]
也可以采取其他的预设规则进行处理。所述预设规则实际上并不影响最终的成像结果的中心区域的内容，只是为了防止程序出错而设置。
[0060]
上述公式均通过几何映射变换规则进行推导验证，在此不进行展开描述其具体的推导过程。
[0061]
进一步地，viewidxi按照如下公式计算：
[0062][0063]
其中，detagli表示第i个探测器与发射源所形成的连线相对于基准方向所成的角度，以逆时针为正，所述基准方向是指从所述发射源朝向旋转中心的方向，i的取值为1～m的整数，m为所述探测器的总数，aglperview代表两个相邻的所述扇形束投影数据的数据采集角度的间隔；startagl按照如下公式计算：
[0064][0065]
其中，ceil代表向上取整函数。
[0066]
在一实施例中，所述第一存储介质为内存，所述第二存储介质为cpu缓存。所述重排方法通过cpu执行，cpu对于cpu缓存的读写速度是较快的，但是同时受限于硬件，cpu缓存的存储空间较小。而内存的读写速度相对于cpu缓存而言较慢，但是其存储空间较大，与本说明书前文中的描述相同。
[0067]
基于上述步骤得到的结果，所述重排方法还包括：s80(未图示)重建所述平行束投影数据，获取目标断层图像。如此配置，最终得到便于肉眼识别的直观图像。
[0068]
请参考图2，本发明还提供了一种ct扫描装置，包括用于发射穿透射线的球管1、呈扇形分布的探测器3以及处理模块，所述球管和所述探测器之间设置有用于容置被测对象2的空间，所述球管1和所述探测器3可相对固定地围绕所述被测对象2旋转，其具体实现形式可以根据实际需要进行设置。所述探测器用于获取扇形束投影数据；所述处理模块用于基于上述的重排方法对所述扇形束投影数据进行重排。所述处理模块可以包括cpu，也可以是其他的计算核心。
[0069]
所述ct扫描装置的其他元件和工作逻辑，可以按照本领域公知常识进行理解和设置，在此不进行赘述。
[0070]
本实施例还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序运行时，执行上述的重排方法。
[0071]
综上所述，本实施例所提供的一种重排方法、ct扫描装置及可读存储介质中，所述重排方法包括如下步骤：按照数据采集角度依次获取多个所述扇形束投影数据，所述扇形束投影数据按照获取时的先后顺序排序，多个所述扇形束投影数据构成基础数据；转置所述基础数据，将转置后的所述基础数据存储入第一存储介质；沿所述基础数据的行方向读取一行数据，读取到的数据被设置为中间数据；所述中间数据存储入所述第二存储介质；基
于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据；删除所述基础数据中的当前的第一个所述扇形束投影数据；以及，进行结束判断，若结果为是，则结束；若结果为否，重复获取所述中间数据。如此配置，通过数据转置改变了所述基础数据的内部结构，使得同一个所述平行束投影数据相关的数据存在于所述基础数据的同一行中，减少了在生成一个所述平行束投影数据时对所述第一存储介质的访问次数，从而减少了重排时间，解决了现有技术中，ct重排算法内存访问频繁，速度过慢，并影响整个图像重建算法的重建速度的问题。
[0072]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种重排方法，用于将扇形束投影数据转换为平行束投影数据，其特征在于，所述重排方法包括如下步骤：按照数据采集角度依次获取多个所述扇形束投影数据，所述扇形束投影数据按照获取时的先后顺序排序，多个所述扇形束投影数据构成基础数据；转置所述基础数据，将转置后的所述基础数据存储入第一存储介质；沿所述基础数据的行方向读取一行数据，读取到的数据被设置为中间数据；所述中间数据存储入所述第二存储介质；基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据；删除所述基础数据中的当前的第一个所述扇形束投影数据；以及，进行结束判断，若结果为是，则结束；若结果为否，重复获取所述中间数据。2.根据权利要求1所述的重排方法，其特征在于，所述第一存储介质的存储容量大于所述第二存储介质的存储容量的预设倍数，所述第二存储介质的读写速度大于所述第一存储介质的读写速度。3.根据权利要求2所述的重排方法，其特征在于，所述预设倍数为所述基础数据中所述扇形束投影数据的最大数量。4.根据权利要求2所述的重排方法，其特征在于，所述结束判断的逻辑为：所述基础数据中剩余的所述扇形束投影数据的数量，是否小于计算出一个所述平行束投影数据所需的数量，若小于，则结果为是，否则，结果为否。5.根据权利要求2所述的重排方法，其特征在于，所述第一存储介质为内存，所述第二存储介质为cpu缓存。6.根据权利要求1所述的重排方法，其特征在于，所述平行束投影数据所需的数量根据ct几何参数确定，所述ct几何参数包括探测器角度和/或探测器数目。7.根据权利要求1所述的重排方法，其特征在于，所述基于所述第二存储介质中的所述中间数据输出一个所述平行束投影数据的步骤包括：基于所述第二存储介质中的所述中间数据计算得到第一投影结果；所述第一投影结果转置后得到第二投影结果；以及，所述第二投影结果被配置为所述平行束投影数据并输出。8.根据权利要求1所述的重排方法，其特征在于，所述方法还包括：重建所述平行束投影数据，获取目标断层图像。9.一种ct扫描装置，其特征在于，包括用于发射穿透射线的球管、呈扇形分布的探测器以及处理模块，所述球管和所述探测器之间设置有用于容置被测对象的空间，所述球管和所述探测器可相对固定地围绕所述被测对象旋转，所述探测器用于获取扇形束投影数据；所述处理模块用于基于权利要求1～8中任一项所述的重排方法对所述扇形束投影数据进行重排。10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序运行时，执行如权利要求1～8中任一项所述的重排方法。

技术总结
本发明提供了一种重排方法、CT扫描装置及可读存储介质。其中，所述重排方法包括：将多个扇形束投影数据构成的基础数据进行转置，并基于转置后的所述基础数据进行计算输出平行束投影数据。如此配置，通过数据转置改变了所述基础数据的内部结构，使得同一个所述平行束投影数据相关的数据存在于所述基础数据的同一行中，减少了在生成一个所述平行束投影数据时对所述第一存储介质的访问次数，从而减少了重排时间，解决了现有技术中，CT重排算法内存访问频繁，速度过慢，并影响整个图像重建算法的重建速度的问题。重建速度的问题。重建速度的问题。


技术研发人员：李山奎 李俊杰 高成龙 郭新路 黄灿鸿
受保护的技术使用者：上海联影医疗科技股份有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/8/5