[發(fā)明專利]一種基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310350915.0
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103440676A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張煜;肖珊
• 申請（專利權(quán)）人: 南方醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/20
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：依次包括如下步驟，

（1）讀取由多個不同相位的肺部3D圖像組成的肺部4D-CT圖像數(shù)據(jù)；

（2）根據(jù)肺部4D-CT圖像數(shù)據(jù)，對每個相位提取同一肺部部位對應(yīng)的冠矢狀面圖像；

（3）估計(jì)不同“幀”肺部冠矢狀面圖像之間的運(yùn)動矢量場；

（4）以步驟（3）得到的運(yùn)動矢量場為基礎(chǔ)，重建高分辨率肺4D-CT冠矢狀面圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：所述步驟（3）是采用基于完全搜索塊匹配算法估計(jì)不同“幀”肺部冠矢狀面圖像之間的運(yùn)動矢量場。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：

上述步驟（3）具體包括：

（3.1）在當(dāng)前幀中選取一子塊，根據(jù)最小絕對誤差匹配準(zhǔn)則，在參考幀的給定的搜索區(qū)域內(nèi)找出與當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊最相似的塊作為匹配塊；

根據(jù)匹配塊與當(dāng)前塊的相對位置計(jì)算運(yùn)動位移作為當(dāng)前塊的運(yùn)動矢量，所述運(yùn)動矢量亦為全局最優(yōu)的相對運(yùn)動矢量；

（3.2）所述最小絕對誤差匹配準(zhǔn)則如下：

??……?式（Ⅰ）

其中，當(dāng)前塊分辨率的大小為，當(dāng)前塊左上角的坐標(biāo)為；運(yùn)動矢量為；和分別為當(dāng)前幀和參考幀在像素處的值，在搜索區(qū)域內(nèi)使值最小的運(yùn)動矢量即為當(dāng)前塊的最優(yōu)運(yùn)動矢量；

????(3.3）對不同的幀，依次重復(fù)上述步驟（3.1）和（3.2），獲得不同“幀”的肺部冠矢狀面圖像之間的運(yùn)動矢量場。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：所述步驟（4）具體是采用迭代反投影法重建高分辨率肺4D-CT冠矢狀面圖像。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：所述步驟（4）具體是包括：

（4.1）將需要重建的原始低分辨率圖像插值放大為初始高分辨率圖像，為迭代次數(shù)；

（4.2）根據(jù)退化模型將初始高分辨率圖像模擬成像過程得到低分辨圖像的集合，表示原始序列低分辨率圖像的數(shù)量；

所述退化模型具體為：

；

其中：表示幅低分辨率圖像中的第幅，表示需要重建的初始高分辨率圖像；

表示下采樣矩陣；

是系統(tǒng)加性噪聲；

?表示幾何變換，為由運(yùn)動估計(jì)求得的運(yùn)動矢量；

表示模糊矩陣，是由光學(xué)系統(tǒng)本身、成像系統(tǒng)與原始場景的相對運(yùn)動，以及低分辨率傳感器的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)而造成的；

具體的，在第次迭代過程中，的成像過程由退化模型模擬得到：

；

其中：表示第次迭代過程中假設(shè)的高分辨率圖像；表示次迭代后由退化模型得到的低分辨率圖像；表示從到的二維幾何變換，即為步驟（3）獲得的運(yùn)動矢量；是高斯模糊算子；是下采樣算子；

????（4.3）判斷誤差是否達(dá)到最小值，如果達(dá)到最小值，停止迭代，以當(dāng)前估計(jì)的高分辨率圖像作為最終所求的超分辨率圖像；

?如果誤差未達(dá)到最小值，則進(jìn)入步驟（4.4）；

???（4.4）根據(jù)誤差對當(dāng)前高分辨率圖像進(jìn)行更新，更新過程具體如下式：

其中，表示上采樣算子；表示背投影算子，由和決定；

（4.5）將更新后的高分辨率圖像作為初始高分辨率圖像，進(jìn)入步驟（4.2）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：所述步驟（4.3）中判斷誤差是否達(dá)到最小值具體是通過判斷誤差函數(shù)是否小于設(shè)定的閾值來進(jìn)行的，誤差函數(shù)的具體計(jì)算公式是：

。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：所述步驟（4.3）中判斷誤差是否達(dá)到最小值具體是通過判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)來判定的，當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到時,判定誤差達(dá)到最小值，否則判定誤差未達(dá)到最小值。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：最大迭代次數(shù)范圍設(shè)置為大于等于1而小于等于5。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于運(yùn)動估計(jì)的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，其特征在于：最大迭代次數(shù)設(shè)置為3。