[發明專利]一種基于TV最小化模型的CT圖像分布式重建方法

在審

• 申請號: 201410359101.8
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104143201A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 閆鑌;王林元;蔡愛龍;張瀚銘;曹鴻濤;李磊;席曉琦;陳建林
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

技術領域

本發明涉及CT圖像重建技術領域，特別涉及一種基于TV最小化模型的CT圖像分布式重建方法。

背景技術

CT成像技術是一種透視成像技術，通過在不同角度上對物體進行投影數據采集之后，利用圖像重建算法計算得到物體的內部信息，從而探測物體內部的結構形狀、缺陷位置及精確尺寸等信息。該技術自1972年首次用于醫學診斷以來，在醫學和工業無損檢測、農林業、地球物理等諸多領域得到了廣泛應用。

CT圖像重建技術是CT成像系統的核心技術之一，涉及到物理學、數學、計算機圖形學等多個學科領域。通過投影重建圖像的理論與算法是CT的核心理論與基礎算法。隨著CT成像技術的應用越來越廣泛，人們對CT重建圖像質量的要求也越來越高，同時又在追求更低的X射線劑量、更小的成像成本以及更短的掃描時間等，這就需要開發更先進的重建算法，以適應不同情況下的投影數據，從而重建出更高質量的圖像，且基于TV最小化模型提出的重建算法，大多并不直接適于并行或分布式計算。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明提供一種基于TV最小化模型的CT圖像分布式重建方法，具有良好的收斂性能，將重建過程中的數據和運算轉化為各個子模塊問題的求解，且每個子模塊都能夠在單個節點上實現高效求解，使得整個分布式算法具有非常優異的計算效率。

按照本發明所提供的設計方案，一種基于TV最小化模型的CT圖像分布式重建方法，包含如下步驟：

步驟1、確定CT圖像分布式算法的數據劃分策略，輸入已經獲取的CT投影數據向量及預先產生的CT系統投影矩陣W，建立TV最小化模型，即：f→*=argminf→||f→||TVs.tp→=Wf→.,]]>其中，為待重建二維圖像的各個像素排列成的一維向量，D₁和D₂分別表示橫向和縱向的差分算子，和分別表示向量和的l₁-范數；

步驟2、根據步驟1中的數據劃分策略，將TV最小化模型轉化為多子塊TV最小化模型；

步驟3、利用ADM交替方向法推導CT圖像分布式重建算法；

步驟4、進行CT圖像分布式重建算法的分布式實現及性能驗證。

所述步驟1還包含如下步驟：步驟1.1、確定待重建CT圖像的數據劃分策略，將重建CT圖像劃分為N塊；步驟1.2、確定CT系統投影矩陣W的劃分策略，將CT系統投影矩陣劃分為MN個小塊，其中，N為CT系統投影矩陣按列劃分的數量，M為CT系統投影矩陣按行劃分的數量。

所述的N與CT重建圖像分塊數量相等，CT系統投影矩陣W的各列與CT重建圖像的各個像素對應，M的取值由能夠用于分布式計算的總節點數與列分塊數量N共同決定。

CT投影數據向量的各行與CT系統投影矩陣W的各行對應，并按照CT系統投影矩陣W的行劃分方式劃分為M塊。