[發明專利]基于神經網絡的三維多能譜CT重建方法和設備及存儲介質

有效

• 申請號: 201910822281.1
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110544282B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 邢宇翔;張麗;陳志強;楊洪愷;梁凱超;劉以農
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

1.一種基于神經網絡的三維多能譜CT重建方法，包括步驟：

對被檢查對象進行三維多能譜CT掃描，得到多能譜掃描下的三維投影數據；

利用第一卷積神經網絡對多能譜掃描下的三維投影數據進行處理，得到一個或多個指定能量的虛擬單能掃描下的三維投影數據；

利用第二卷積神經網絡對一個或多個指定能量的虛擬單能掃描下的三維投影數據進行處理，對三維體得到每層獨立的二維投影數據，其中，第二卷積神經網絡包括多個卷積層；以及

對每層的二維投影數據進行等效于二維解析重建的投影域到圖像域轉換算子操作，按層得到重建的圖像，形成三維體圖像。

2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一卷積神經網絡包括輸入層和多個卷積層，所述輸入層具有與掃描能譜數目相同的通道，并且除最后一個卷積層外，每個卷積層后帶有激活函數。

3.如權利要求1所述的方法，其中按照二維解析重建算法構建神經網絡層，與第二卷積神經網絡級聯，形成綜合重建網絡，以整體方式訓練得到三維CT重建網絡。

4.如權利要求3所述的方法，其中按照二維解析重建算法構建神經網絡層，與第二卷積神經網絡級聯，在此基礎上進一步級聯圖像處理網絡即第三卷積神經網絡，形成綜合精細重建網絡，以整體方式訓練得到三維CT重建網絡。

5.如權利要求1所述的方法，其中所述三維多能譜CT掃描為如下掃描方式之一：圓周錐束掃描、螺旋掃描、直線軌跡掃描、有限角度掃描、內重建掃描、多段直線軌跡掃描、稀疏角度掃描。

6.如權利要求4所述的方法，其中所述第二卷積神經網絡和第三卷積神經網絡均為U型卷積神經網絡。

7.如權利要求4所述的方法，還包括步驟：

在對二維投影數據進行反投影操作之前，使用斜坡濾波器對二維投影數據進行濾波。

8.如權利要求1所述的方法，其中第二卷積神經網絡中的卷積層的卷積核的一個維度為探測器像素序列，另一個維度為掃描角度，并且第二卷積神經網絡中的卷積層的卷積核在探測器像素序列維度上的尺度與在掃描角度維度上的尺度是獨立設置的。

9.如權利要求4所述的方法，其中使用殘差方式分步訓練第一卷積神經網絡、第二卷積神經網絡和第三卷積神經網絡，對虛擬單能掃描下的三維投影數據使用近似重建方法形成三維體的逐層圖像初步估計，對其進行二維投影，作為第二卷積神經網絡使用殘差運算的依據，第三卷積神經網絡以三維體的逐層圖像初步估計或通過投影域到圖像域轉換算子操作所得到的按層重建的圖像作為殘差運算的依據。

10.一種基于神經網絡的三維多能譜CT圖像重建設備，包括：

CT掃描裝置，對被檢查對象進行三維多能譜CT掃描，得到多能譜掃描下的三維投影數據；

處理器，配置為：

利用第一卷積神經網絡對多能譜掃描下的三維投影數據進行處理，得到一個或多個指定能量的虛擬單能掃描下的三維投影數據；

利用第二卷積神經網絡對一個或多個指定能量的虛擬單能掃描下的三維投影數據進行處理，對三維體得到每層獨立的二維投影數據，其中，第二卷積神經網絡包括多個卷積層；以及

對每層的二維投影數據進行等效于二維解析重建的投影域到圖像域轉換算子操作，按層得到重建的圖像，形成三維體圖像。

11.如權利要求10所述的設備，其中所述第一卷積神經網絡包括輸入層和多個卷積層，所述輸入層具有與掃描能譜數目相同的通道，并且除最后一個卷積層外，每個卷積層后帶有激活函數。

12.如權利要求10所述的設備，其中，所述處理器按照二維解析重建算法構建神經網絡層，與第二卷積神經網絡級聯，形成綜合重建網絡，以整體方式訓練得到三維CT重建網絡。