[發(fā)明專利]一種生成對(duì)象的增強(qiáng)斷層圖像的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980057527.9
• 申請(qǐng)日: 2019-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN112602119A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·孫斯;A·達(dá)努迪布羅圖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 愛克發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 陳曉;呂傳奇

通過低質(zhì)量投影圖像的迭代重建獲取的斷層圖像通過以下步驟被增強(qiáng)：在迭代步驟處，先前迭代步驟的結(jié)果借助于投影圖像的比較結(jié)果的反向投影和先前迭代步驟的結(jié)果的前向投影來校正，由此通過使其經(jīng)受訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來增強(qiáng)該結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字射線照相領(lǐng)域，并且更特別地涉及一種增強(qiáng)圖像質(zhì)量和減少偽影的方法，更特別地涉及計(jì)算機(jī)斷層成像（CT）、錐形束計(jì)算機(jī)斷層成像（CBCT）或斷層合成成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在計(jì)算機(jī)斷層成像（CT）中，X射線源和線性檢測(cè)器圍繞患者或?qū)ο笮D(zhuǎn)，以獲取正弦圖，正弦圖是包含投影的2D數(shù)據(jù)陣列，如圖1中所示。然后在重建步驟中使用該正弦圖（例如，應(yīng)用本領(lǐng)域已知的濾波反投影方法）來獲得表示通過患者或通過對(duì)象的虛擬切片的圖像。

錐形束計(jì)算機(jī)斷層成像（CBCT）是另一種成像技術(shù)，其中錐形束的穿透輻射（x射線）被引導(dǎo)向?qū)ο蠡蚧颊摺?/p>

二維輻射檢測(cè)器（諸如平板檢測(cè)器）用于檢測(cè)由對(duì)象或患者調(diào)制的x射線。

x射線源和檢測(cè)器相對(duì)于要成像的患者或?qū)ο笮D(zhuǎn)。

錐形束通過患者或?qū)ο笊系母信d趣區(qū)域被引導(dǎo)到位于x射線源相對(duì)側(cè)上的檢測(cè)器上的區(qū)域上。

在旋轉(zhuǎn)期間，在完整的或者有時(shí)是部分的弧中獲取視場(chǎng)的多個(gè)相繼平面圖像。

獲取的圖像被稱為投影圖像（在圖2中圖示）。這些獲取的圖像相似于常規(guī)的低劑量x射線圖像。

通過應(yīng)用重建算法（例如，F(xiàn)eldkamp-Davis-Kress重建），借助于在不同角度記錄的投影圖像重建3D圖像。

使用平板檢測(cè)器的另一個(gè)應(yīng)用是斷層合成。在該方法中，x射線源也圍繞對(duì)象或患者旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)角度是有限的（例如，旋轉(zhuǎn)30度）。

過去十年，許多研究集中在考慮先驗(yàn)知識(shí)的先進(jìn)迭代重建方案上。迭代重建算法已經(jīng)示出，對(duì)于一些高對(duì)比度成像任務(wù)，劑量減少高達(dá)70%。

一種經(jīng)典的迭代重建方法解決以下方程：

（eq1）

其中x是要重建的體積，y是投影圖像或正弦圖，A是前向投影，W定義所使用的L^W范數(shù)，以及R（x）是具有參數(shù)的給出一定懲罰（例如，針對(duì)非光滑性的懲罰）的正則化函數(shù)。

通常，在該方法中，第一項(xiàng)或數(shù)據(jù)項(xiàng)是觀察到的投影數(shù)據(jù)的擬合模型，而第二項(xiàng)或正則化項(xiàng)經(jīng)常合并先驗(yàn)知識(shí)，諸如噪聲特性、稀疏性假設(shè)等。如果重建體積x與投影圖像y一致，則第一項(xiàng)被最小化。第二項(xiàng)在重建的體積上實(shí)施一定條件：例如，總變差（TV）最小化作為R(x)將給出邊緣保持非平滑性懲罰，從而實(shí)施逐段常數(shù)條件。

選擇一定條件可對(duì)解決方案具有深遠(yuǎn)的影響，并且調(diào)諧參數(shù)可能很麻煩。此外，迭代重建在預(yù)定義量的迭代步驟之后或者當(dāng)滿足停止標(biāo)準(zhǔn)時(shí)停止。在實(shí)際的代數(shù)重建實(shí)現(xiàn)中，迭代重建（例如，聯(lián)合迭代重建技術(shù)）與TVmin迭代交替進(jìn)行。然而，正則化器經(jīng)常調(diào)諧起來很麻煩。失調(diào)可能不導(dǎo)致正則化的效果，或者甚至更嚴(yán)重的是，會(huì)導(dǎo)致真實(shí)圖像內(nèi)容（諸如結(jié)構(gòu)）的刪除。

如今，在上述成像技術(shù)中使用的平板檢測(cè)器能夠獲取具有為150或更小的像素大小的高分辨率圖像。然而，面板的讀出速度與圖像的分辨率成比例。因此，在要求高采集速度的應(yīng)用中，不得不在像素分辨率與讀出速度之間進(jìn)行權(quán)衡。

這常規(guī)地通過合并（binning）像素執(zhí)行（例如，在2×2合并模式中，可以以加倍的像素大小為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)4倍高的幀速率）。

同樣在CBCT中，不得不在采集速度與分辨率之間進(jìn)行權(quán)衡。

更高的采集速度導(dǎo)致更短的總掃描時(shí)間，這降低了被成像的對(duì)象或患者的運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，但是僅僅損害了獲取的2D圖像的分辨率。

為了補(bǔ)償分辨率的損失，可以對(duì)獲取的圖像進(jìn)行上采樣。