[發(fā)明專利]基于深度學(xué)習(xí)的微分相襯CT不完備數(shù)據(jù)重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910922948.5
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN111009019B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅健;張昌盛;董建兵
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);北京航空航天大學(xué)江西研究院
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;安麗

本發(fā)明公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的微分相襯CT不完備數(shù)據(jù)重建方法，該方法包括如下步驟：使用濾波反投影重建算法獲得初始重建圖像；對上述初始重建圖像進(jìn)行前向投影獲得被偽影污染的投影序列；對上述被偽影污染的投影序列進(jìn)行微分操作，獲得被偽影污染的微分相襯投影序列；利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)處理上述被偽影污染的微分相襯投影序列，獲得不含偽影的微分相襯投影序列；利用濾波反投影重建算法對上述不含偽影的微分相襯投影序列進(jìn)行重建，獲得最終的重建結(jié)果圖像。本發(fā)明實(shí)施例相比于傳統(tǒng)的重建方法，不僅能處理微分相襯CT不完備數(shù)據(jù)，而且需要人為設(shè)置的參數(shù)更少，計(jì)算速度更快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及X射線微分相襯CT圖像重建技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的X射線微分相襯CT不完備數(shù)據(jù)重建方法。

背景技術(shù)

當(dāng)X射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用時，會產(chǎn)生幅值衰減和相位偏移。基于幅值衰減的X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(Computed Tomography，簡稱CT)技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、生物醫(yī)療和材料科學(xué)等領(lǐng)域。然而，基于X射線幅值衰減原理的CT技術(shù)對于低吸收物質(zhì)難以獲得高對比度圖像。

近年，相位襯度成像技術(shù)被提出來提高這些低吸收樣品的成像襯度。其中，基于光柵的微分相襯方法能采用普通X光管實(shí)現(xiàn)，具有重大工程應(yīng)用前景，得到了廣泛研究。圖像重建在微分相襯CT(Differential Phase Contrast Computed Tomography,簡稱DPC-CT)成像中有著重要的地位。濾波反投影算法(Filtered Back Projection，簡稱FBP)是比較流行的算法，將其應(yīng)用于完備數(shù)據(jù)時，F(xiàn)BP重建速度快且獲得的圖像質(zhì)量好。但受限于成像條件(比如需要降低成像輻射劑量，縮短成像時間)，DPC-CT成像獲得的數(shù)據(jù)通常是不完備的，對應(yīng)的FBP重建結(jié)果就會存在嚴(yán)重的偽影和噪聲。針對DPC-CT不完備數(shù)據(jù)情況，已有技術(shù)開發(fā)了迭代重建算法來處理DPC-CT的不完備數(shù)據(jù)。這些算法可以獲得比FBP更好的結(jié)果，但是需要很長的迭代計(jì)算時間，并且難以選擇合適的參數(shù)。結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù)，也有學(xué)者提出了用于X射線幅值衰減CT的重建算法，這種方法可以獲得比FBP更好的重建結(jié)果，并且計(jì)算時間比傳統(tǒng)方法更短。但現(xiàn)有的使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)的重建算法都是基于X射線幅值衰減原理，無法處理DPC-CT不完備數(shù)據(jù)。且這些重建技術(shù)，只對重建結(jié)果進(jìn)行后處理，沒有充分利用成像系統(tǒng)獲得的信息，導(dǎo)致處理之后的圖像丟失了一些細(xì)節(jié)，使得原始圖像結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的微分相襯CT不完備數(shù)據(jù)的重建方法，包括如下步驟：

步驟1、使用濾波反投影(Filtered Back Projection,簡稱FBP)重建算法對微分相襯CT(Differential Phase Contrast CT，簡稱DPC-CT)不完備投影序列進(jìn)行重建，獲得初始重建圖像。所述初始重建圖像是由于投影序列不完備，在FBP重建結(jié)果中存在偽影和噪聲；

步驟2、利用前向投影算子對所述的初始重建圖像進(jìn)行前向投影，獲得被偽影污染的完備投影序列。所述被偽影污染的完備投影序列是通過前向投影操作，將圖像結(jié)構(gòu)信息以及偽影一起前向投影到投影序列中，序列數(shù)量與完備數(shù)據(jù)相同；

步驟3、利用微分算子從所述的被偽影污染的完備投影序列中獲得被偽影污染的微分相襯CT完備投影序列。所述被偽影污染的微分相襯CT完備投影序列指的是從投影序列中解析出的微分相襯信息。

步驟4、利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對所述的被偽影污染的微分相襯CT完備投影序列進(jìn)行處理，獲得不含偽影的微分相襯CT完備投影序列。所述不含偽影的微分相襯CT完備投影序列是利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對被偽影污染的微分相襯CT完備投影序列進(jìn)行處理，得到的投影序列已不再包含偽影，且序列數(shù)量與完備數(shù)據(jù)相同；

步驟5、利用FBP重建算法對所述的不含偽影的DPC完備投影序列進(jìn)行重建，獲得最終重建圖像。