本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像，具體涉及一種改進(jìn)的cbct圓掃描軌跡生成曲面斷層影像的方法。

背景技術(shù)：

1、cbct，即cone?beam?computed?tomography，表示錐形束計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備。cbct利用錐形束x線進(jìn)行投照，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維重建，從而獲取被檢查部位的三維圖像。牙科cbct和曲面斷層影像是在牙科診斷和治療方案中使用的重要成像方式。一般情況下，牙科cbct進(jìn)行圓形掃描軌跡運(yùn)動(dòng)采集三維數(shù)據(jù)，曲面斷層影像根據(jù)特定焦平面進(jìn)行弧形運(yùn)動(dòng)合成二維圖像，兩者使用不同的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

2、目前，根據(jù)曲面斷層影像的獲取方法可分為兩種：物理全景影像和模擬全景影像。物理全景影像是通過特定全景掃描軌跡采集數(shù)據(jù)并合成二維全景影像，但需要額外的輻射劑量生成全景影像。模擬全景影像是從cbct三維影像中提取必要數(shù)據(jù)以獲得二維全景影像。模擬全景影像通常分為兩步：第一步從cbct影像中提取牙弓，第二步基于提取的牙弓生成全景影像。該方法在很大程度上受到cbct影像質(zhì)量和牙弓精度的影響，特別是當(dāng)金屬偽影嚴(yán)重時(shí)，即使設(shè)置了理想的牙弓，cbct的金屬偽影也會(huì)保留在全景影像中，從而降低了全景影像的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種改進(jìn)的cbct圓掃描軌跡生成曲面斷層影像的方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明實(shí)施例公開了一種改進(jìn)的cbct圓掃描軌跡生成曲面斷層影像的方法，包括：

4、s100.采集頭模投影數(shù)據(jù),根據(jù)所述頭模投影數(shù)據(jù)，重建相應(yīng)cbct頭模三維影像；

5、s200.根據(jù)所述cbct頭模三維影像提取牙弓曲線，根據(jù)所述牙弓曲線確定模擬全景掃描軌跡；

6、s300.根據(jù)所述模擬全景掃描軌跡計(jì)算相應(yīng)cbct掃描軌跡，并提取全景投影數(shù)據(jù)；

7、s400.根據(jù)所述全景投影數(shù)據(jù)重建全景影像。

8、進(jìn)一步地，s200中，根據(jù)所述cbct頭模三維影像提取牙弓曲線，根據(jù)所述牙弓曲線確定模擬全景掃描軌跡，具體方法包括：獲取cbct冠狀面的mip圖像并利用閾值法分割牙齒區(qū)域，采用直方圖確定牙齒上下界索引并獲取軸狀面的mip圖像，利用閾值法分別生成牙齒和頜骨二值圖并進(jìn)行頭位重對齊，擬合拋物線并生成牙弓曲線，根據(jù)牙弓曲線確定模擬全景掃描軌跡。

9、進(jìn)一步地，獲取cbct冠狀面的mip圖像并利用閾值法分割牙齒區(qū)域，具體方法包括：獲取cbct冠狀面的mip圖像并利用閾值法分割牙齒區(qū)域，根據(jù)cbct三維影像利用mip算法計(jì)算每一層冠狀面對應(yīng)像素位置的最大值，生成冠狀面的mip圖像，利用閾值法分割出冠狀面的mip圖像中牙齒的區(qū)域；采用直方圖確定牙齒上下界索引并獲取軸狀面的mip圖像，具體方法包括：根據(jù)所述牙齒二值圖計(jì)算y方向的直方圖，以確定牙齒的分布，對牙齒每一行的像素?cái)?shù)進(jìn)行閾值化處理，確定牙齒區(qū)域的上下界索引，牙齒區(qū)域邊緣通過增加20個(gè)切片索引來擴(kuò)充牙齒軸狀面的切片范圍，以充分提取軸狀面上牙齒的區(qū)域，利用mip算法計(jì)算牙齒區(qū)域的上下界軸狀面對應(yīng)像素位置的最大值，生成軸狀面的mip圖像；利用閾值法分別生成牙齒和頜骨二值圖并進(jìn)行頭位重對齊，具體方法包括：根據(jù)所述軸狀面的mip圖像利用不同閾值分別提取牙齒和頜骨的區(qū)域，提取頜骨二值圖的最小外接矩形，并計(jì)算最小外接矩形的傾斜角，根據(jù)傾斜角生成的剛性變換矩陣調(diào)整牙齒和頜骨的二值圖，以處理頭模擺位不正導(dǎo)致全景影像左右不對稱的問題，生成對齊后的牙齒和頜骨二值圖。

10、進(jìn)一步地，擬合拋物線并生成牙弓曲線，具體方法包括：將對齊后的牙齒二值圖以圖像中心按預(yù)設(shè)角度均勻劃分，計(jì)算每個(gè)角度扇形區(qū)中牙齒分割區(qū)域的中心點(diǎn)，根據(jù)所述每個(gè)角度扇形區(qū)的中心點(diǎn)利用ransac(算法擬合牙齒拋物線，并記錄左右兩邊的臼齒中心坐標(biāo)，根據(jù)對齊后的頜骨二值圖計(jì)算頜骨尖端的坐標(biāo)，并聯(lián)合左右兩邊的臼齒中心坐標(biāo)，利用最小二乘法擬合頜骨拋物線，利用余弦加權(quán)函數(shù)以兩個(gè)拋物線交點(diǎn)為中心融合兩個(gè)拋物線，生成平滑的牙弓曲線；根據(jù)牙弓曲線確定模擬全景掃描軌跡，具體方法包括：計(jì)算牙弓曲線中切牙的位置，并將模擬全景掃描軌跡的中心線移動(dòng)到切牙位置，通過預(yù)設(shè)起始掃描角度和終點(diǎn)掃描角度將牙弓曲線均勻采樣2801個(gè)點(diǎn)，；計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的切線，并計(jì)算切線的垂線與模擬全景掃描軌跡中心線的交點(diǎn)，將交點(diǎn)位置記錄為當(dāng)前掃描角度的全景軸位置，通過檢測異常全景軸位置點(diǎn)并根據(jù)位移量進(jìn)行修正，以生成模擬全景掃描軌跡。

11、進(jìn)一步地，s300中，根據(jù)所述模擬全景掃描軌跡計(jì)算相應(yīng)cbct掃描軌跡，并提取全景投影數(shù)據(jù)，具體方法包括：將全景光束轉(zhuǎn)化為平行光束，將平行光束轉(zhuǎn)化為cbct光束，驗(yàn)證cbct光束投影數(shù)據(jù)范圍，提取全景投影數(shù)據(jù)，計(jì)算全景拼接系數(shù)。

12、進(jìn)一步地，將全景光束轉(zhuǎn)化為平行光束，第一轉(zhuǎn)化公式為：

13、

14、θ＝γp+βp

15、

16、其中，up表示全景光束在探測器平面上的橫向位置，sp表示全景光束在虛擬探測器平面上的橫向位置，d表示射線源到旋轉(zhuǎn)軸的距離，r表示旋轉(zhuǎn)軸到探測器平面的距離，γp表示全景光束的扇形角度，βp表示全景光束的射線角度，θ表示相應(yīng)轉(zhuǎn)化后平行光束的射線角度，tp表示相應(yīng)轉(zhuǎn)化后平行光束在虛擬探測器平面上的橫向位置，通過第一轉(zhuǎn)化公式將全景光束的參數(shù)(θ,tp)轉(zhuǎn)化為平行光束的參數(shù)(βp,γp,sp)。

17、進(jìn)一步地，將平行光束轉(zhuǎn)化為cbct光束，第二轉(zhuǎn)化公式為：

18、tc＝tp+xp·cosθ+yp·sinθ

19、

20、βc＝θ-γc

21、其中，(xp,yp)表示cbct系統(tǒng)下全景旋轉(zhuǎn)軸的中心坐標(biāo)，tc表示cbct光束在虛擬探測器平面上的橫向位置，sc表示cbct光束在虛擬探測器平面上的橫向位置，uc表示cbct光束在探測器平面上的橫向位置，γc表示cbct光束的扇形角度，βc表示cbct光束的射線角度，通過第二轉(zhuǎn)化公式可將平行光束的參數(shù)(βp,γp,sp)轉(zhuǎn)化為cbct光束的參數(shù)(βc,uc)。

22、進(jìn)一步地，驗(yàn)證cbct光束投影數(shù)據(jù)范圍，提取全景投影數(shù)據(jù)，計(jì)算全景拼接系數(shù)，具體方法包括：通過移動(dòng)全景軸的位置，以逼近超出cbct投影范圍的數(shù)據(jù)，使得調(diào)整后的全景光束更接近c(diǎn)bct掃描系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)驗(yàn)證后的cbct光束參數(shù)從cbct投影數(shù)據(jù)中提取全景投影數(shù)據(jù)，cbct光束的射線角度βc確定cbct投影數(shù)據(jù)的索引，cbct光束在探測器平面上的橫向位置uc確定當(dāng)前投影數(shù)據(jù)中的位置；根據(jù)s200中的牙弓采樣點(diǎn)和全景掃描軌跡計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)的拼接系數(shù)，計(jì)算公式如下：

23、

24、其中，fi表示第i個(gè)采樣點(diǎn)的拼接系數(shù)，di表示第i-1個(gè)采樣點(diǎn)到第i個(gè)采樣點(diǎn)所在全景光束的垂直距離，ri表示第i個(gè)采樣點(diǎn)到當(dāng)前全景軸的距離，i＝1,...,2800。

25、進(jìn)一步地，根據(jù)所述全景投影數(shù)據(jù)重建全景影像,具體方法包括：

26、首先調(diào)整全景投影數(shù)據(jù)均勻性，計(jì)算所有投影數(shù)據(jù)的平均像素值mtotal和每個(gè)投影數(shù)據(jù)的平均像素值mproj；然后計(jì)算每個(gè)投影數(shù)據(jù)的權(quán)重wproj，計(jì)算公式如下：

27、

28、最后將計(jì)算的權(quán)重乘以各自的投影數(shù)據(jù)，得到均勻后的全景投影數(shù)據(jù)。

29、進(jìn)一步地，所述全景影像后處理通過邊緣增強(qiáng)算法提高全景影像的分辨率，邊緣增強(qiáng)算法的計(jì)算公式如下：

30、i＝α0·i0+α1·(i0-g1)+α2·(i0-g2)+α3·(i0-g3)，

31、其中，i表示增強(qiáng)后的全景影像，i0表示原始全景影像，gn表示高斯濾波后的全景影像，αn表示加權(quán)系數(shù)，用于權(quán)衡不同的圖像細(xì)節(jié)程度，n＝0,1,2,3。

32、本發(fā)明實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案的有益效果至少包括：

33、本發(fā)明公開的一種改進(jìn)的cbct圓掃描軌跡生成曲面斷層影像的方法，包括：采集頭模投影數(shù)據(jù),根據(jù)所述頭模投影數(shù)據(jù)，重建相應(yīng)cbct頭模三維影像；根據(jù)所述cbct頭模三維影像提取牙弓曲線，根據(jù)所述牙弓曲線確定模擬全景掃描軌跡；根據(jù)所述模擬全景掃描軌跡計(jì)算相應(yīng)cbct掃描軌跡，并提取全景投影數(shù)據(jù)；根據(jù)所述全景投影數(shù)據(jù)重建全景影像。本發(fā)明公開的方法，相比物理全景影像，本發(fā)明不需要額外的輻射劑量，可以直接從cbct投影數(shù)據(jù)中重建全景影像；相比其它從cbct影像合成全景影像的方法，能有效地降低了cbct影像質(zhì)量和金屬偽影造成的全景影像質(zhì)量問題。

34、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。