[發(fā)明專利]一種低劑量X射線CT圖像統(tǒng)計(jì)迭代重建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410072591.3
• 申請(qǐng)日: 2014-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103810735A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高楊;邊兆英;黃靜;馬建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00;G06T5/00;A61B6/03
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，尤其是涉及一種低劑量X射線CT圖像統(tǒng)計(jì)迭代重建方法。

背景技術(shù)

X射線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射線輻射劑量會(huì)存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。為了降低對(duì)使用者的損害，如何最大限度地降低X射線使用劑量已經(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射線輻射劑量，現(xiàn)有技術(shù)中使用的最簡(jiǎn)便的途徑就是降低CT掃描過(guò)程中的管電流和掃描時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)低劑量X射線CT圖像重建主要包括濾波反投影方法及統(tǒng)計(jì)迭代重建方法。

1、濾波反投影方法（Filtered?Back-Projection，F(xiàn)BP）。

針對(duì)低劑量X射線CT圖像，目前臨床設(shè)備中常用的圖像重建技術(shù)仍為濾波反投影方法。濾波反投影方法是通過(guò)對(duì)采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換并采用一定的濾波函數(shù)（一般為斜坡濾波）進(jìn)行濾波，然后對(duì)處理后的CT圖像逐個(gè)角度進(jìn)行反投影，得到重建圖像。

但是，由于降低了管電流和掃描時(shí)間，低劑量CT投影數(shù)據(jù)中含有大量的噪聲，基于濾波反投影方法重建的圖像質(zhì)量存在嚴(yán)重的退化現(xiàn)象，圖像中存在大量的噪聲和條形偽影，難以滿足臨床診斷需要。

2、基于統(tǒng)計(jì)模型的迭代重建方法，也稱為統(tǒng)計(jì)迭代重建方法。

為了在保證圖像質(zhì)量的前提下大幅降低X射線輻射劑量，諸多基于降低管電流和掃描時(shí)間的低劑量CT圖像重建方法相繼提出。其中，基于統(tǒng)計(jì)模型的迭代重建方法，也稱為統(tǒng)計(jì)迭代重建方法，通過(guò)對(duì)采集的投影數(shù)據(jù)的噪聲以及成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像重建模型構(gòu)建，可以實(shí)現(xiàn)低劑量CT圖像優(yōu)質(zhì)重建。為了保證統(tǒng)計(jì)迭代重建方法的魯棒性，通常會(huì)引入一定的先驗(yàn)信息進(jìn)行約束。

但是，現(xiàn)有技術(shù)使用基于邊緣保持先驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)迭代重建方法，由于低劑量CT重建圖像中條形偽影不同于一般的圖像噪聲，常常把條形偽影作為一種圖像結(jié)構(gòu)進(jìn)行保持，從而使得低劑量CT重建圖像中條形偽影依然存在，不能起到抑制條形偽影的作用。因此，現(xiàn)有技術(shù)中基于一般邊緣保持先驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)迭代重建方法，雖然可以有效地去除圖像噪聲，卻不能抑制圖像中的條形偽影。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)的邊緣保持先驗(yàn)的低劑量X射線CT圖像統(tǒng)計(jì)迭代重建方法，能夠針對(duì)降低管電流和掃描時(shí)間的低劑量CT圖像進(jìn)行重建，能夠有效地去除圖像噪聲并抑制條形偽影，同時(shí)較好地保持圖像細(xì)節(jié)信息。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種低劑量X射線CT圖像統(tǒng)計(jì)迭代重建方法，其包括步驟：

獲取CT設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)和低劑量X射線CT圖像的投影數(shù)據(jù)y_raw，對(duì)投影數(shù)據(jù)y_raw進(jìn)行圖像重建，得到迭代初始圖像μ^init；

對(duì)投影數(shù)據(jù)y_raw進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理，得到恢復(fù)后的投影數(shù)據(jù)y_restored，對(duì)恢復(fù)后的投影數(shù)據(jù)y_restored進(jìn)行圖像重建，得到參考圖像μ^ref；

以參考圖像μ^ref和迭代初始圖像μ^init，按R(μ^init)=φ(μ^init-SRNLM(μ^init))構(gòu)建邊緣保持先驗(yàn)R(μ^init)，其中，φ()為能量勢(shì)函數(shù)，SRNLM(μ^init)為由參考圖像μ^ref引導(dǎo)的非局部均值濾波；

根據(jù)迭代初始圖像μ^init邊緣保持先驗(yàn)R(μ^init)，利用統(tǒng)計(jì)迭代公式進(jìn)行迭代計(jì)算，得到迭代重建圖像μ^iter；

當(dāng)對(duì)重建圖像μ^iter進(jìn)行迭代計(jì)算的結(jié)果滿足迭代終止條件時(shí)，迭代終止，獲得低劑量X射線CT圖像最終的重建圖像。

其中，對(duì)投影數(shù)據(jù)y_raw進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理的步驟，是通過(guò)迭代公式進(jìn)行迭代求解，得到恢復(fù)后的投影數(shù)據(jù)y_restored；

其中，y表示待恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)；Σ為一對(duì)角矩陣，其對(duì)角線元素為對(duì)應(yīng)投影數(shù)據(jù)y_raw的方差R(y)為先驗(yàn)約束項(xiàng)；λ>0為正則化調(diào)節(jié)參數(shù)。