[發明專利]一種低劑量能譜CT圖像去噪方法

有效

• 申請號: 201510040324.2
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104574416B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 馬建華;曾棟;邊兆英;黃靜;陳武凡
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 趙蕊紅

1.一種低劑量能譜CT圖像去噪方法，其特征在于：包括如下步驟，

(1)獲取成像對象在低劑量射線下的低能量CT投影數據和高能量CT投影數據，并分別對低能量CT投影數據和高能量CT投影數據進行CT圖像重建，獲得低能量CT圖像μ_L和高能量CT圖像μ_H，其中H表示高能，L表示低能；

(2)根據步驟(1)中的重建數據所滿足的基物質分解模型，構建用于能譜CT圖像去噪的數學模型；

(3)利用廣義全變分作為正則化先驗，結合步驟(2)得到的數學模型構建用于能譜CT圖像去噪的目標函數；

(4)對步驟(3)中構建的用于能譜CT圖像去噪的目標函數采用分裂Bregman算法求解，完成能譜CT圖像去噪；

所述步驟(2)中的基物質分解模型為：

物質對X光子的質量吸收函數μ(E)通過任何兩個物質即基物質對的質量吸收函數來表示：μ(E)＝c₁μ₁(E)+c₂μ₂(E)，其中μ₁(E)和μ₂(E)分別是兩個物質的質量吸收函數，c₁和c₂是所需要的基物質對相應的密度，且c₁、c₂的值與X光子的能量無關；

根據基物質分解模型，對于步驟(1)能譜CT的高能量CT投影數據和低能量CT投影數據，對應的物質的質量吸收函數的表達式為：

定義物質質量吸收函數矩陣基物質質量吸收函數矩陣 基物質密度矩陣

C通過逆矩陣計算直接得到，公式為定 義基物質質量吸收矩陣A的逆矩陣形式

所述步驟(3)中具體采用使用二階廣義全變分作為先驗，二階廣義全變分定義式為：

其中α₀、α₁為非負加權系數；v為廣義全變分引入的輔助參數，并取表示對稱梯度算子，其中表示梯度算子，T表示矩陣轉置運算；

所述步驟(3)中構建的用于能譜CT圖像去噪的目標函數Φ(X)具體為： 其中X表示去噪后得到的能譜CT圖像，Y為測量得到的能譜CT圖像數據，β₁是正則化參數，用于刻畫廣義全變分正則化強度；

所述步驟(4)中分裂Bregman算法的具體計算過程為：

引入公式A、公式B和公式C進行迭代求解，

A：

B：

C：其中

d₁和d₂是一個引入的向量值，v₁和v₂表示殘差，n表示迭代步數；

具體迭代過程按照如下步驟進行：

(4.1)令n＝0，

(4.2)按照公式A和B，通過原始對偶算法求解和

(4.3)將步驟(4.2)獲得的和代入公式C求解Xⁿ⁺¹；

(4.4)判斷是否迭代終止

判斷n是否等于N，如果n等于N，則迭代終止，以當前結果作為去噪后的能譜CT圖像；

如果n小于N，則進入步驟(4.5)；

(4.5)令n＝n+1，返回步驟(4.2)；

所述步驟(1)還設置有配準處理步驟，具體是：

判斷所得到的低能量CT投影數據和高能量CT投影數據是否存在位置偏移，當存在位置偏移時采用數據配準的方法將低能量CT投影數據和高能量CT投影數據進行配準處理。