[發(fā)明專利]基于壓縮感知的CT圖像迭代重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410348947.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN104240210B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻春雨;繆亞健;李艷;費(fèi)彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/50
• 分類號(hào): G06T5/50;G06T3/40;A61B6/03
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

本發(fā)明公布一種基于壓縮感知的CT圖像迭代重建方法，具體是指一種在小波域進(jìn)行總變差(Total Variation，TV)最小化代數(shù)迭代(Algebraic Reconstruction Technique,ART)的CT圖像重建方法。該方法主要步驟為：(1)獲取CT系統(tǒng)成像參數(shù)以及掃描系統(tǒng)采集的投影數(shù)據(jù)；(2)初始化投影數(shù)據(jù)，主要包括對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行維納濾波降噪處理和小波稀疏變換；(3)基于圖像總變差TV最小化對(duì)初始化后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)迭代重建，并判斷迭代結(jié)果是否滿足收斂條件。若不滿足，則將本輪迭代重建圖像數(shù)據(jù)作為初始值繼續(xù)迭代；若滿足，則將重建圖像作為最終輸出圖像。對(duì)比傳統(tǒng)濾波反投影及代數(shù)迭代CT圖像重建技術(shù)，該方法通過(guò)較少投影數(shù)據(jù)完成圖像重建，不僅可以提高圖像重建速度、降低輻射劑量還可以改善圖像重建質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像的圖像處理領(lǐng)域，特別涉及X射線計(jì)算機(jī)斷層成像領(lǐng)域，具體是指一種基于壓縮感知的CT圖像迭代重建方法，本方法可以實(shí)現(xiàn)低采樣CT圖像重建，不僅解決CT圖像重構(gòu)時(shí)欠采樣問題，還可以縮短圖像重建時(shí)間、降低輻射劑量。

背景技術(shù)

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(Computed Tomography，CT)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和放射探測(cè)技術(shù)相結(jié)合的一種數(shù)字成像技術(shù)。因其能獲取高空間分辨力的斷層信息，一直被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷和工業(yè)檢測(cè)中。通常高質(zhì)量CT圖像需要大量的投影視圖，延長(zhǎng)了掃描時(shí)間，而長(zhǎng)時(shí)間掃描會(huì)增加輻射劑量，可能導(dǎo)致成像物品變形或損壞。

傳統(tǒng)的CT重建算法源于數(shù)學(xué)家Radon提出的Radon變換及逆變換。迭代重建(Iterative Reconstruction,IR)和解析重建(Analytic Reconstruction,AR)是CT圖像重建的兩種基本方法。代數(shù)迭代重建算法(Algebraic Reconstruction Technique,ART)是迭代重建的常用算法，它對(duì)噪聲比較敏感，重建圖像偽影較重；濾波反投影(Filtered BackProjection,FBP)是解析重建的主要算法，它需要對(duì)投影物體進(jìn)行180°掃描，需要長(zhǎng)時(shí)間采集大量數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致檢測(cè)物體長(zhǎng)時(shí)間曝光在X射線下，且在數(shù)據(jù)缺失情況下不能直接成像。而投影數(shù)據(jù)的釆樣率對(duì)重建圖像的精度和穩(wěn)定性有重要影響，利用少量投影數(shù)據(jù)重建出不含偽影的斷層圖像具有重大意義。

2006年，由D.L.Donoho、E.Candès及Tao等人提出了壓縮感知(CompressedSensing，CS)理論，它可以通過(guò)遠(yuǎn)低于奈奎斯特(Nyquist)采樣率的方式對(duì)稀疏或可壓縮信號(hào)進(jìn)行采樣，通過(guò)少量樣本重建原始信號(hào)，該方法使信號(hào)采樣頻率、信號(hào)處理時(shí)間和計(jì)算成本極大降低。壓縮感知的核心思想是將壓縮與采樣合并進(jìn)行，利用信號(hào)的非自適應(yīng)性投影來(lái)恢復(fù)信號(hào)結(jié)構(gòu)，主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：信號(hào)稀疏表示、觀測(cè)矩陣設(shè)計(jì)和信號(hào)重構(gòu)。壓縮感知理論自提出以來(lái)在信息論、信號(hào)處理、圖像處理、醫(yī)療成像、光學(xué)/雷達(dá)成像、模式識(shí)別、地質(zhì)勘探和無(wú)線通信等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。利用基于小波變換以及壓縮感知理論中總變差(Total Variation，TV)正則化可以對(duì)高度欠采樣CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，并減少濾波反投影以及代數(shù)迭代算法在欠采樣投影數(shù)據(jù)下重建圖像的鋸齒偽影，同時(shí)能夠在重建圖像中恢復(fù)所有重要形態(tài)特征，確保重建圖像質(zhì)量。而且，采樣少量投影數(shù)據(jù)可以減少CT掃描時(shí)間、降低X射線曝光時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于壓縮感知的CT圖像迭代重建方法，克服CT圖像中濾波反投影以及代數(shù)迭代重建算法在欠采樣投影數(shù)據(jù)下重建圖像鋸齒偽影較重以及重建算法耗時(shí)較多等缺點(diǎn)，能夠減少CT成像系統(tǒng)掃描時(shí)間、加快成像速度，從而降低機(jī)械成本并減少被檢物體運(yùn)動(dòng)偽影，擴(kuò)大臨床應(yīng)用范圍。