[發明專利]一種優化有限角度CT成像邊緣偽影的方法

在審

• 申請號: 201610333424.9
• 申請日: 2016-05-17
• 公開（公告）號: CN107374655A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 袁杰;顧鵬;葉濛;王學鼎;陶超;劉曉峻
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: A61B6/00
• 分類號: A61B6/00;A61B6/03;G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及醫學影像的圖像處理技術領域，具體涉及一種有限角度X射線CT的優化重建方法。

背景技術

X射線CT掃描技術已經廣泛應用于臨床生物醫學影像診斷，在譬如腦成像，乳腺成像等診斷具有很大優勢。CT成像技術主要根據目標組織不同部分對X射線的衰減系數不同這一特性來重建物體內部的三維結構。

傳統CT成像技術主要是利用一對錐束型X射線發射器和X射線接收器環繞目標組織一周，每隔一定角度發射X射線，并在目標組織的另一邊用X射線接收器接收，從而得到若干組投影數據。從投影數據重建獲得到目標組織的三維圖像的方法有很多，其中相對比較成熟的一種是SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique，同步代數重建技術)。SART可以有效重建出目標組織的內部構成，且具有分辨率高、邊緣清晰、噪聲小的優點。

但是，過高的X射線輻射劑量本身存在致癌風險。為了降低CT掃描的損害，如何在保證成像質量的同時最大限度降低X射線使用劑量已經成為醫學CT成像領域的關鍵研究技術之一。為了降低X射線輻射劑量，也由于實際使用過程中，重建時間等因素的制約，往往很難滿足條件對目標組織進行360°的掃描，取而代之的是在某一有限角度范圍內每隔一定角度進行一次投影，這就是有限角度CT成像技術。

與傳統CT成像不同的是，該技術保持X射線接收器平面和目標組織保持靜止，在目標組織的正上方的一個有限角度內使X射線發射器圍繞目標組織弧形移動，從而采集若干投影數據。與傳統CT成像的全角度投影相比，由于X射線接收器有限的尺寸和采集過程中的位置保持不動，接收器可能在某些角度，特別是遠離目標組織正上方的位置，會出現無法接收到完整的X射線經過物體的數據。正由于這部分數據的缺失，直接使用SART算法進行成像重建后會出現邊緣偽影，大大影響了此技術在各領域的有效運用，亟需優化改善。

因此，針對現有技術不足，提供一種有限角度X射線CT成像的優化方法以解決現有技術不足甚為必要。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對有限角度CT成像結果在成像平面內邊緣不清晰，偽影嚴重的問題，提供一種基于SART的優化重建算法以提高有限角度CT成像質量的方法。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種基于SART優化有限角度CT成像后出現的成像平面內邊緣偽影的方法，包括以下步驟：

步驟一，在目標組織上、下分別放置X射線發射器和接收器；

步驟二，在有限角度內使發射器繞組織移動并發射X射線，同時采集投影數據；

步驟三，利用SART算法進行一個角度的重建，獲得成像區域的更新值；

步驟四，對步驟三獲得的更新值進行平滑操作；

步驟五，將步驟四得到的平滑后的更新值更新到成像區域；

步驟六，重復步驟三至步驟五，直到滿足一定條件，得到質量提高的有限角度CT成像結果。

本發明中，優選地，所述步驟一中的X射線發射器發射錐束型的X射線，目標組織貼近X射線接收器的平面，且目標組織尺寸應小于接收器尺寸，使得通過物塊的X射線盡可能被接收器所接收到。X射線發射器投影覆蓋角度的中心位置位于接收器的正上方，且與接收器達到一定的垂直距離，使得X射線盡可能覆蓋目標組織。

本發明中，優選地，所述步驟二中以X射線發射器在接收器平面上的投影點為旋轉中心，以發射器的初始位置為運動中心，過此旋轉中心且平行于接收器某一條邊的直線為旋轉軸，X射線發射器在垂直于接收器的平面內繞旋轉此軸作范圍有限的弧形移動。該范圍由弧形所對的圓心角表示，即旋轉中心與發射器移動范圍的左、右邊界點所確定的圓心角，并且其中左、右邊界點關于運動中心對稱。采集過程中，X射線發射器從運動中心開始，先向某一邊界點移動，每移動一定的角度向接收器發射X射線，接收器接收后視為采集到一組投影數據，到達該方向的邊界點后將發射器移回運動中心，再向另一邊界點移動，經過同樣的發射、接收過程，發射器到達另一邊界點后，采集過程結束，采集到若干組投影數據。

本發明中，優選地，所述步驟三中使用SART重建算法，對重建區域進行投影-反投影迭代，利用估計的投影值與步驟二中所測得的實際投影值修正重建區域體素的值。系數矩陣根據實驗裝置的參數決定，不受其他參數的影響。系數矩陣用當前的迭代結果(或初始值)估算投影值，與實際的投影值比較所得的差可以用以計算當前迭代結果的更新值。更新值指需要在當前結果上增加或減少的值，而不是更新之后的值。