[發明專利]一種面向非理想相襯成像系統的頻域正則化相位抽取方法

在審

• 申請號: 201710263544.0
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107220963A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 周仲興;郭柏寬;孫嘯然;高峰;趙會娟
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于生物醫學工程及醫學影像學領域，涉及一種面向非理想相襯成像系統的頻域正則化相位抽取方法。

背景技術

乳腺癌是當前婦女第一大“殺手”，據2015年最新統計數據，全世界乳腺癌患者人數和死亡人數在2012年分別增加至170萬和52萬，各占所有女性癌癥病例的25％和癌癥死亡數的15％[2]。我國人口眾多，近年來乳腺癌患病率呈明顯上升趨勢，乳腺癌的診治已經成為日益沉重并亟需解決的社會問題，而實現其早期診斷是解決這一社會問題、提高患者生存率和生活質量的關鍵。

當前乳腺常規檢查的主要手段為鉬(銠)靶X射線乳房成像術，然而長期臨床實踐表明，該技術在靈敏度，特異性，安全性和舒適性等方面均存在重大缺欠：一方面該技術存在高達10-15％的漏檢率；另一方面由該技術診斷為陽性而最終的活檢確診率為25-29％。尤其嚴重的是，由于年輕女性的乳房過于致密，導致診斷準確性嚴重降低。

直到上世紀末，X射線相位襯度成像理論(X-ray phase contrast imaging,XPCI)的提出，打破了傳統的X射線成像理念，為實現理想的早期乳腺癌解剖成像診斷技術帶來了新的曙光。研究表明，在相同輻射劑量下，相襯成像的襯度分辨率較之傳統X線吸收襯度成像提高10倍左右，顯著提高了軟組織成像的圖像可見度。在當前可用的X射線相襯成像技術中，類同軸相襯成像技術由于不需要引入額外的光學裝置，成像光路設計相對簡單穩定，被認為是當前條件下最適合實現臨床醫學應用轉化的顯微成像技術之一。

在類同軸相襯成像測量中，入射的X射線經過物體后，波面發生畸變，當畸變后的波面在繼續傳播到一定距離后，將和未發生畸變的波面重疊而發生干涉效應。這樣，X光通過薄層弱吸收弱相移樣本后，經過一定距離的自由傳播，就能將相位改變信息轉化成經調制后的強度信息通過像平面顯示出來。類同軸相襯成像采用的采用菲涅耳近場衍射的系統參數設置，此時在像面上獲得的衍射強度分布正比于相位改變量的Laplacian變換，并非直接反映的相位改變二維分布，所以要通過數學方法從得到的光強信息中獲取相位分布信息，這種由強度測量來恢復物體相位信息問題的逆過程就是相位抽取。到目前為止，已經有很多學者開展了理想情況下類同軸相襯成像的相位抽取研究，取得了有價值的成果。

但迄今為止，X射線類同軸相襯成像在乳腺癌臨床診斷上仍沒有得到應用，大部分的研究是基于同步輻射源的類同軸相襯成像展開的，同步輻射源投資巨大，占地面積巨大，不利于臨床應用推廣。而實際工程可行的基于微焦點源的X射線相襯成像系統，由于其系統非理想性，相襯成像與理論結果存在差異，導致最終相位抽取結果并沒有達到預期的結果。目前采用的各類類同軸相襯成像的相位抽取模型是建立在理想的成像系統和成像過程上，而對于實際系統中的引起成像質量惡化的因素沒有充分考慮，更沒有采取措施對成像結果中的惡化效應進行排除。雖然通過采用高亮度微焦斑X射線源以及高量子檢測效率探測器可望在較大程度上改善上述問題，但在目前條件下，高性能X射線源及探測器尚處于研發階段，即使這些設備得到了應用，成像質量惡化因素仍然無法完全排除。另外，如果引入高性能設備，勢必造成系統成本提高，導致類同軸相襯成像的推廣普及優勢的極大削弱。

因此，當前制約同軸相襯成像技術在臨床推廣應用的關鍵問題主要體現在成像系統方面，圖像系統自身存在著缺陷，比如X光源并非理想點源，探測器性能受到自身分辨率及點擴散函數等因素的限制，系統存在各類有害噪聲等。

由于基于微焦點源的類同軸相襯成像是更適合實現臨床推廣應用的成像技術，因此，針對該成像技術實現相位信息抽取的準確度，獲取表征物體內部結構信息的相位圖像具有顯著的研究和應用價值。傳統的相位抽取方法，通過對相襯成像的空間域模型進行近似，以此獲取相位的解析解，這種方法在高質量成像情況下可以獲得有效的相位信息，但是對于存在缺陷的成像系統，這種基于空間域理想模型的相位抽取方法往往不能準確獲取相位信息。

發明內容

本發明的主旨是提供一種能夠保證非理想成像系統下準確獲取被成像物體的相位信息的頻域正則化相位抽取方法，本發明從頻域空間出發，結合正則化方法，并通過迭代方法逼近真實的相位信息。技術方案如下：

一種面向非理想相襯成像系統的頻域正則化相位抽取方法，包括下列步驟：

①設置X射線類同軸相襯成像參數和數字放射成像系統的曝光參數，在待成像的物平面位置放置刀口器具，采集獲得刀口圖像，從圖像中獲取不同位置的刀口截面曲線，將刀口截面曲線進行平均得到平均曲線，再對平均曲線求導數，獲得對應的表征系統特性的線擴散函數；