[發(fā)明專(zhuān)利]一種低劑量X射線(xiàn)CT圖像重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310374871.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103413280A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建華;牛善洲;黃靜;陳武凡
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南方醫(yī)科大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T5/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T5/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)影像的圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于投影數(shù)據(jù)恢復(fù)的低劑量X射線(xiàn)CT圖像重建方法。

背景技術(shù)

X射線(xiàn)CT掃描已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)影像診斷，但是CT掃描過(guò)程中過(guò)高的X射線(xiàn)輻射劑量對(duì)人體存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，容易造成輻射損傷、誘發(fā)惡性腫瘤等。在保證圖像質(zhì)量的前提下，最大限度降低X射線(xiàn)使用劑量已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)CT成像領(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

為了降低X射線(xiàn)輻射劑量，可以通過(guò)各種硬件技術(shù)及軟件技術(shù)降低CT掃描中的X射線(xiàn)使用劑量。常見(jiàn)的方法有降低管電流、降低X射線(xiàn)曝光時(shí)間以及減少投影數(shù)據(jù)的采集量,其中減少投影數(shù)據(jù)采集量即稀疏角度CT掃描。

雖然降低CT掃描中的管電流（Low-mA）可以直接減少使用X線(xiàn)的輻射劑量，但是其相應(yīng)的成像數(shù)據(jù)中將含有大量的隨機(jī)量子噪聲，直接導(dǎo)致圖像質(zhì)量的嚴(yán)重退化，難以用于臨床診斷。為了最大限度降低X射線(xiàn)輻射劑量，基于降低管電流和掃描時(shí)間的低劑量CT圖像重建方法相繼被提出，例如基于統(tǒng)計(jì)模型的迭代重建方法以及基于投影數(shù)據(jù)濾波的解析重建方法。其中，基于統(tǒng)計(jì)模型的迭代重建方法，根據(jù)采集的投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性以及成像系統(tǒng)構(gòu)建圖像重建模型，可以實(shí)現(xiàn)低劑量CT圖像優(yōu)質(zhì)重建；基于投影數(shù)據(jù)濾波的解析重建方法，同樣可以根據(jù)采集的投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性以及成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波建模，再通過(guò)解析重建方法實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)的低劑量CT圖像重建。

????基于統(tǒng)計(jì)模型的迭代重建方法，需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行幾十甚至上百次的反復(fù)迭代求解，使得重建CT圖像的時(shí)間大幅增加。重建相同像素大小的CT圖像時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)模型的迭代重建方法所需要的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)經(jīng)典的解析重建方法，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足臨床CT實(shí)時(shí)顯像的需求。

而傳統(tǒng)的基于投影數(shù)據(jù)濾波的解析重建方法，在投影數(shù)據(jù)恢復(fù)過(guò)程中不可避免地導(dǎo)致圖像原有細(xì)節(jié)信息的丟失，從而使得相應(yīng)CT圖像的分辨率下降。

因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種能夠確保重建圖像的分辨率的低劑量CT圖像重建方法以解決現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種低劑量X射線(xiàn)CT圖像重建方法,該方法能夠確保重建后圖形的分辨率，成像質(zhì)量高。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。

一種低劑量X射線(xiàn)CT圖像重建方法，依次包括如下步驟：?

（1）、獲取CT設(shè)備的成像系統(tǒng)參數(shù)和低劑量CT掃描協(xié)議下的投影數(shù)據(jù)????????????????????????????????????????????????；

（2）、根據(jù)步驟（1）的投影數(shù)據(jù)，計(jì)算逐個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上的投影數(shù)據(jù)方差，其中表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置，表示所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

（3）、根據(jù)（2）中估計(jì)的方差，構(gòu)建投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型；

（4）、根據(jù)步驟（1）獲得的投影數(shù)據(jù)，應(yīng)用步驟（3）的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型進(jìn)行求解，得到恢復(fù)后的投影數(shù)據(jù)；

（5）、根據(jù)步驟（4）得到的恢復(fù)后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，得到重建后的CT圖像。

上述步驟（1）中獲取的CT設(shè)備的成像系統(tǒng)參數(shù)包括X射線(xiàn)入射光子強(qiáng)度、系統(tǒng)電子噪聲的方差。

上述步驟（2）采用基于圖像的局部方差估計(jì)方法或者采用基于CT投影數(shù)據(jù)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的方差估計(jì)方法計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)上的投影數(shù)據(jù)方差。

上述步驟（2）方差的估計(jì)公式為：

，

其中，?為第個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的X射線(xiàn)入射光子強(qiáng)度；為第個(gè)探測(cè)器單元上投影數(shù)據(jù)的均值；為系統(tǒng)電子噪聲的方差。

上述步驟（3）中構(gòu)建的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型為：

……（1）；????????

其中，表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，為步驟（1）中所采集的投影數(shù)據(jù)；?為對(duì)角矩陣，其對(duì)角線(xiàn)上的元素為方差的倒數(shù)；p、q?是待恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)；?為先驗(yàn)約束，?為正則化參數(shù)，用于刻畫(huà)先驗(yàn)約束的強(qiáng)度。

先驗(yàn)約束具體為：

……（2）；?????????????????

其中為局部方形四鄰域內(nèi)的權(quán)重值。

上述步驟（4）采用交替最小化方法求解步驟（3）建立的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)模型，具體包括：

（4.1）建立交替最小化算法的迭代格式和迭代終止條件，

迭代格式為：

……（3）；?????

?……（4）；???????????

迭代終止條件為：

……?（5）；???????????????????

????其中，表示歐幾里德范數(shù)；