[發(fā)明專利]基于截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的CT局部重建方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011351607.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112509089A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓玉;杜雨盈;劉競夫;朱林林;席曉琦;李磊;閆鑌;劉夢楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳勇

本發(fā)明涉及一種基于截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的CT局部重建方法，該方法利用投影正弦圖的分布特征和截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的特征提取能力完成投影正弦圖的數(shù)據(jù)補全，首先將截斷后的投影正弦圖輸入截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡，然后利用截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡提取截斷數(shù)據(jù)的分布特征，通過截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的擬合特性，完成投影正弦圖截斷數(shù)值的外推，截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡經(jīng)過訓練后獲得特征參數(shù)，利用所得參數(shù)可以快速準確的完成投影正弦圖截斷數(shù)據(jù)的補全，將補全后的正弦圖進行濾波及FBP重建，得到清晰的CT圖像，有效的抑制了截斷偽影的出現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CT圖像局部重建技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的CT局部重建方法。

背景技術(shù)

計算機斷層成像技術(shù)(CT)是一種X光顯影技術(shù)，以其無損、可視化等優(yōu)點廣泛應用于醫(yī)療診斷、工業(yè)無損探傷等領(lǐng)域。雖然CT技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，但受到現(xiàn)有成像方法的制約，在高分辨率成像、大物體成像和減少輻射劑量等方面仍然存在一定的問題。

一方面，醫(yī)療領(lǐng)域中通常只對人體的某個發(fā)生病變的器官或部位感興趣，另一方面，實際的工程應用中，由于物體結(jié)構(gòu)、尺寸的約束，不能進行全角度的掃描。以上情況均會造成投影數(shù)據(jù)的截斷，若使用傳統(tǒng)重建算法如濾波反投影算法(FBP)進行重建，圖像就會出現(xiàn)明顯的截斷偽影。為消除截斷偽影，可以采用投影數(shù)據(jù)外推延拓的方法對投影數(shù)據(jù)進行補全，再用FBP算法進行重建。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)外推方法主要是通過插值或空間變換迭代來實現(xiàn)。例如，常量外推法：以邊界點的投影值作為缺失的數(shù)據(jù)值向兩側(cè)外延數(shù)據(jù)；曲線擬合法：利用最小二乘法對采樣點進行曲線擬合，再利用這條曲線外推出其他投影值。這些外推方法只利用投影邊緣數(shù)據(jù)進行補全，沒有有效利用投影數(shù)據(jù)間的冗余性，其精確度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決CT圖像局部重建出現(xiàn)截斷偽影的問題，提供一種基于截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的CT局部重建方法，通過N張同一物體的CT圖像及截斷圖像獲得訓練樣本數(shù)據(jù)集，利用基于U-net網(wǎng)絡的截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡通過訓練樣本數(shù)據(jù)集進行深度學習，得到一個能夠較好的補全截斷投影數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡，將待重建截斷圖像輸入截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡，對待重建截斷圖像進行補全，最終在得到補全后的完整數(shù)據(jù)后進行FBP重建，從而解決截斷偽影的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的CT局部重建方法，所述方法包括：

步驟1：基于投影圖像特征，制作匹配的訓練樣本數(shù)據(jù)集；

步驟2：基于投影圖像特點，計算截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡損失；

步驟3：利用截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡損失作為約束對截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡的構(gòu)建進行優(yōu)化、并通過訓練樣本數(shù)據(jù)集對截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡進行訓練；

對特征圖進行融合完成對截斷區(qū)域信息的補全，獲得修補后的投影正弦圖；

步驟4：對截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡補全后的投影正弦圖進行FBP重建。

進一步地，所述步驟1具體包括：

步驟1.1：獲取N張同類物體的不同角度的完整CT圖像、并對N張所述完整CT圖像分別進行隨機像素的上下截斷處理，得到N張與完整CT圖像對應的截斷圖像；

步驟1.2：將截斷圖像的被截斷部分投影數(shù)據(jù)置零，獲得截斷圖像的投影正弦圖，同時獲得完整CT圖像的投影正弦圖；

步驟1.3：構(gòu)建完整CT圖像的投影正弦圖與截斷圖像的投影正弦圖一一對應的圖像對、并將所述圖像對整合建立訓練樣本數(shù)據(jù)集。

進一步地，所述步驟2具體包括：

步驟2.1：在截斷處理區(qū)域?qū)2損失函數(shù)作為外推網(wǎng)絡的損失約束條件，按照公式(1)進行截斷數(shù)據(jù)外推網(wǎng)絡損失計算：