[發明專利]一種基于曲面全變差的低劑量CT投影域去噪及重建方法

有效

• 申請號: 202011501376.2
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112656438B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 江穎;劉婷;劉偉鋒;吳銳帆
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明涉及一種基于曲面全變差的低劑量CT投影域去噪及重建方法，步驟一：根據投影域數據噪聲的產生機制，建立優化泛函數據項Ψ；建立包括基于l_1/2范數的曲面全變差正則項的優化泛函正則項Υ，將優化泛函數據項和優化泛函正則項γ之和作為去噪優化泛函；步驟二：對步驟一中的去噪優化泛函進行求解，得到降噪后的CT投影域數據；步驟三：基于連續積分方程模型，根據步驟二中降噪后的CT投影域數據進行圖像重建。本方法在進行投影域去噪的時候，建立基于l_1/2范數的曲面全變差正則項來提高去噪的精度。在完成投影域數據去噪后，采用連續積分方程模型來進行圖像重建，加快了圖像重建的速度和提高圖像重建的精度。

技術領域

本發明涉及機CT圖像處理方法領域，更具體地，涉及一種基于曲面全變差的低劑量CT投影域去噪及重建方法。

背景技術

計算機斷層掃描(ComputedTomography,CT)能夠以非侵入的方式得到人體內部的解剖圖像，清晰地顯示各部位的結構組織及病灶，幫助醫生進行臨床診斷，是一種廣泛應用于臨床檢查的成像技術。然而，CT掃描過程中需要利用X射線穿透人體來采集各個角度的投影數據。許多研究表明，CT掃描過程中產生的X射線輻射會誘發人體的新陳代謝異常甚至有致癌風險，其對人體健康的影響不容忽視。為了應對標準CT掃描所產生的醫源性輻射傷害問題，Naidich等人在20世紀90年代提出了低劑量CT(LowDoseCT,LDCT)。LDCT通過降低CT掃描設置中的毫安秒(mAs)設置，即降低通過X射線管的電流或縮短曝光時間來減少X射線的輻射劑量。然而，降低mAs設置會使到達探測器的光子所服從的分布由高斯分布退化為泊松分布。與標準CT相比，LDCT的原始數據生成過程中會受到相對更高水平噪聲的污染。

目前在圖像降噪領域被廣泛采用的全變差(Total Variation，TV)正則化假設真實圖像是分片常數的，如公開號為“CN104574416A”，公開日為2015年4月29日的專利公布文件中公開了一種低劑量能譜CT圖像去噪方法。但CT投影域數據通常并不滿足這一假設，因此直接將全變差正則化方法應用到投影域降噪問題中容易產生階梯偽影，影響了去噪的精度。同時，在圖像降噪后需要對圖像進行重建，目前圖像重建方法大部分是基于離散模型的算法，其所求解的圖像函數解屬于分片常數函數的范疇，所需要的重建時間也比較長。而且由于離散化的過程會引入誤差，使用這種方法導出的優化模型天然地存在模型誤差。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中低劑量CT去噪存在階梯偽影導致去噪精度低和重建時間長的問題，提供一種基于曲面全變差的低劑量CT投影域去噪及重建方法，實現高精度去噪和加快圖像重建速度。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于曲面全變差的低劑量CT投影域去噪及重建方法，包括如下步驟：

步驟一：根據投影域數據噪聲的產生機制，建立優化泛函數據項Ψ；建立包括基于l_1/2范數的曲面全變差正則項的優化泛函正則項Υ，將優化泛函數據項和優化泛函正則項Υ之和作為優化泛函；

步驟二：對步驟一中的優化泛函進行求解，得到降噪后的CT投影域數據；

步驟三：基于連續積分方程模型，根據步驟二中降噪后的CT投影域數據進行圖像重建。

在上述的技術方案中，通過建立包括正則項和數據項的優化泛函并對其進行優化求解，將輸入的投影域數據中的噪聲去除，實現CT投影域的去噪。其中，曲面全變差正則項引入曲面的主曲率方向，用主曲率方向代替梯度方向，并結合投影域本身的性質，主曲率方向同時包含了一階梯度和二階梯度信息，判斷圖像某點的變化強度大的方向和平滑方向比一階梯度方向更為精確，避免圖像中出現偽影，令圖像去噪更加準確。在圖像重建的時候采用連續積分方程模型來設計CT圖像重建算法，連續積分方程基于實際物理模型，具有更高的精度和重建速度。