[發明專利]一種基于運動估計的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法

有效

• 申請號: 201310350915.0
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103440676A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 張煜;肖珊
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/20
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及醫學圖像處理技術領域，具體涉及一種基于運動估計的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法。

背景技術

肺4D-CT圖像能夠提供全面的高精度放射治療呼吸運動表征。在肺4D-CT圖像數據中，由于有多個相位的圖像,通常是10-20個，通過各相位圖像有助于獲取肺部呼吸運動信息，是放射治療目標精確定位的關鍵,因此肺4D-CT技術在肺腫瘤精確放射治療中發揮著越來越重要的作用。

肺4D-CT數據的獲取，通常是根據床位和肺體積，將多個自由呼吸的3D-CT數據段排序而得。然而，由于CT固有的高劑量照射，沿縱向（通常命名為Z軸方向）的密集采樣往往是不實際的，從而導致所獲得的肺4D-CT數據的層間分辨率遠低于層內分辨率，造成數據顯著的各項異性。

因此，在對各相位3D數據進行冠矢狀面觀察時，為了獲得正確比例的圖像，需要根據3D數據的層間分辨率和層內分辨率的比例，沿Z軸方向進行插值放大。常用的插值方法為最近鄰或雙線性插值法，但是,這些方法都會導致圖像模糊，尤其是當層間分辨率與層內分辨率比例差別比較大時圖像模糊更嚴重。

因此,針對現有技術不足,提供一種基于運動估計的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法以克服現有技術不足甚為必要。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術不足，提供一種基于運動估計的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，該方法能夠提高肺4D-CT圖像的冠矢狀面圖像的分辨率。

本發明的上述目的通過如下技術方案實現。

一種基于運動估計的肺4D-CT圖像的超分辨率冠矢狀面圖像重建方法，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圖像數據；

（2）????根據肺部4D-CT圖像數據，對每個相位提取同一肺部部位對應的冠矢狀面圖像；

（3）????估計不同“幀”肺部冠矢狀面圖像之間的運動矢量場；

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

上述步驟（3）是采用基于完全搜索塊匹配算法估計不同“幀”肺部冠矢狀面圖像之間的運動矢量場。

上述步驟（3）具體包括：

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

根據匹配塊與當前塊的相對位置計算運動位移作為當前塊的運動矢量，所述運動矢量亦為全局最優的相對運動矢量；

（3.2）所述最小絕對誤差匹配準則如下：

??……?式（Ⅰ）

其中，當前塊分辨率的大小為，當前塊左上角的坐標為；運動矢量為；和分別為當前幀和參考幀在像素處的值，在搜索區域內使值最小的運動矢量即為當前塊的最優運動矢量；

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

????上述步驟（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。

上述步驟（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；

（4.2）根據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；

?表示幾何變換，由運動估計求得的運動矢量；

表示下采樣矩陣；

是系統加性噪聲；

表示模糊矩陣，是由光學系統本身、成像系統與原始場景的相對運動，以及低分辨率傳感器的點擴散函數而造成的；

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）判斷誤差是否達到最小值，如果達到最小值，停止迭代，以前估計的高分辨率圖像為最終所求的超分辨率圖像；

?如果誤差未達到最小值，則進入步驟（4.4）；

???（4.4）根據誤差對當前高分辨率圖像進行更新，更新過程具體如下式：