[發明專利]一種稀疏角度X射線CT圖像的統計迭代重建方法

有效

• 申請號: 201410071978.7
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103810733B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 高楊;邊兆英;黃靜;馬建華
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T5/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及醫學影像處理技術，尤其是涉及一種稀疏角度X射線CT圖像的統計迭代重建方法。

背景技術

X射線CT掃描已經廣泛應用于臨床醫學影像診斷，但是CT掃描過程中過高的X射線輻射劑量會存在致癌風險。為了降低對使用者的損害，如何最大限度地降低X射線使用劑量已經成為醫學CT成像領域研究的關鍵技術之一。

為了降低X射線輻射劑量，現有技術可以通過以下兩種方式實現低劑量CT掃描：一是降低CT掃描過程中的管電流和掃描時間，即低mAs（milliampere-seconds）掃描方式，二是減少CT掃描過程中X射線球管旋轉一周內的曝光次數，即稀疏角度掃描方式。目前，將上述兩種掃描方式結合在一起，即在稀疏角度掃描的同時適量地降低mAs，成為臨床應用研究的熱點。同時降低CT掃描的mAs以及球管曝光角度，將會導致采集到的投影數據中不僅含有大量的噪聲，還會由于稀疏角度掃描使得采集的數據具有不完備性，從而使得常規的圖像重建方法，如傳統的濾波反投影方法（filtered?back-projection,FBP），重建的圖像質量出現嚴重的退化現象，難以滿足臨床診斷需要。

為了在保證圖像質量的前提下大幅降低X射線輻射劑量，諸多基于統計模型的低劑量CT圖像迭代重建方法相繼提出。通過對采集的投影數據的噪聲以及成像系統進行圖像重建模型構建，基于統計模型的迭代重建方法可以實現低劑量CT圖像優質重建。同時考慮到稀疏采集數據的不完備性，為了保證統計迭代重建方法的魯棒性，通常會引入一定的先驗信息進行約束。目前研究中，基于重建圖像分段光滑假設的全變分（total?variation,TV）約束被廣泛引入到統計迭代重建方法。其中代表性方法為Sidky等人提出的基于TV的凸集投影（projection?onto?convex?sets，POCS）重建算法，簡稱TV-POCS方法，對于稀疏角度采集的數據具有較好地圖像重建效果，可以有效地去除圖像中的噪聲和條形偽影。

而現有技術中的針對稀疏角度掃描的統計迭代重建方法，均是默認高mAs的情況，沒有考慮稀疏角度掃描與低mAs的結合情況。在同時存在稀疏角度掃描和低mAs的情況，TV-POCS方法將會受到低mAs情況下投影數據大量噪聲的影響，使得重建圖像產生噪聲引起的斑塊效應。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供一種稀疏角度X射線低劑量CT圖像的統計迭代重建方法，能夠針對同時降低管電流和掃描時間以及減少球管曝光角度情況下的稀疏角度低劑量射線CT圖像進行圖像重建，重建后的圖像能夠有效地去除重建圖像中噪聲引起的斑塊效應。

本發明采用如下技術方案實現：一種稀疏角度X射線CT圖像的統計迭代重建方法，其包括步驟：

獲取CT設備的系統參數及稀疏角度低劑量X射線CT掃描的投影數據y_raw，對投影數據y_raw進行基于中值先驗約束的數據恢復處理，得到恢復后的投影數據y_restored；

對投影數據y_raw及恢復后的投影數據y_restored進行自適應加權處理，得到加權后的投影數據y_weight；

對加權后的投影數據y_weight采用統計迭代重建方法進行圖像重建，得到重建后的低劑量CT圖像。

其中，對投影數據y_raw進行基于中值先驗約束的數據恢復處理的步驟包括：

設置投影數據y_raw進行恢復處理的數據恢復模型為y表示待恢復的投影數據，Σ為一對角矩陣，其對角線元素為對應投影數據y_raw的方差R(y)為先驗約束項，λ>0為正則化調節參數；

通過梯度下降法或者高斯-塞德爾優化算法對數據恢復模型進行迭代求解，得到恢復后的投影數據y_restored。

其中，先驗約束項R(y)的設計采用了基于中值濾波推衍出的中值先驗形式，即R(y)=(y-median(y))²/2，其中，median(y)表示投影數據y的中值濾波結果值。

其中，其中I₀為投影數據y_raw中第i個數據點的X射線入射光子強度，為CT設備的系統電子噪聲的方差。