[發明專利]基于快速亞像素運動估計的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法

在審

• 申請號: 201410479911.7
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104299209A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 張煜;肖珊;王婷婷
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T3/40;G06T7/20;A61B6/03
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;高文龍

技術領域

本發明涉及醫學圖像處理技術領域，具體是指一種基于快速亞像素運動估計的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法。

背景技術

肺4D-CT圖像在肺癌放射治療中發揮著重要的作用，它能提供了一個全面的高精度放射治療呼吸運動表征,有助于跟蹤腫瘤運動,實施精確放射治療,并減少對正常組織的損傷。然而，由于CT固有的高劑量照射，故往往只能降低沿縱向(Z軸方向)的采樣來減少肺4D-CT掃描時間以求降低輻射量，從而導致肺4D-CT圖像層間分辨率遠低于層內分辨率，造成數據顯著的各向異性。這使得對數據進行多平面觀察(冠矢狀面等)時，需進行插值運算以獲得正確的顯示，這一操作易導致圖像的模糊。

在超分辨率重建過程中，圖像間運動場的估計是影響重建精度和速度的主要因素。申請人之前提出的基于運動估計的超分辨率技術采用了全搜索運動估計法，估計不同幀圖像之間的運動場。該方法能夠重建出較傳統插值方法更清晰的肺冠(矢)狀面圖像，但其主要缺點是：速度慢，且只能是固定搜索步長。這樣既影響重建速度，也影響重建精度。因此，提供一種基于快速亞像素運動估計的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法以克服現有技術的不足甚為必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于快速亞像素運動估計的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，該方法能夠提高肺4D-CT圖像分辨率。

本發明的目的可通過下述技術措施來實現：基于快速亞像素運動估計的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，該方法包括以下步驟：

(1)讀取初始的肺部4D-CT圖像，該肺部4D-CT圖像由多個不同相位的肺部3D-CT圖像組成，任意選擇其中某一相位的肺部3D-CT圖像作為待重建肺部3D-CT圖像；

(2)將肺部4D-CT圖像中除去待重建肺部3D-CT圖像后的多個不同相位的肺部3D-CT圖像相對于待重建肺部3D-CT圖像進行初始運動估計，得到肺部4D-CT圖像中除去待重建肺部3D-CT圖像后的多個不同相位的肺部3D-CT圖像與待重建肺部3D-CT圖像之間的初始運動矢量場，該初始運動矢量場的精度為整數；

(3)對獲得的初始運動矢量場進行精度優化，使其精確到亞像素，獲得亞像素運動矢量場；

(4)以步驟(3)得到的亞像素運動矢量場為基礎，對待重建肺部3D-CT圖像進行重建，得到與待重建肺部3D-CT圖像相對應的相位相同的重建后的高分辨率肺4D-CT圖像。

本發明中，所述步驟(2)中采用三步搜索法進行初始運動估計，搜索肺部4D-CT圖像中除去待重建肺部3D-CT圖像后的多個不同相位的肺部3D-CT圖像與待重建肺部3D-CT圖像之間的整數像素位移。該算法通過由粗到精的搜索模式，從搜索窗中心點開始，按一定步長取周圍8個點構成每次搜索的點群，然后按照匹配準則進行匹配計算，找到誤差最小的匹配塊中心點。具體過程包括：

(2.1)確定一個中心點，設定最大搜索長度，以最大搜索長度的1/2作為步長，將中心點及周圍距離相同步長的8個檢測點根據匹配準則，找到最小塊誤差點，如果最小塊誤差點位于原中心點，則算法結束，否則，進行步驟(2.2)；

(2.2)步長減半，在上一步確定的最小塊誤差點及其周圍相同步長的8個檢測點中找到最小誤差匹配塊的中心點；

(2.3)重復(2.1)和(2.2)直到步長達到搜索精度要求，即得到最佳匹配點。

本發明采用的是常用的最小絕對誤差匹配準則定義為：