[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)投影圖數(shù)據(jù)降噪與分辨率恢復(fù)的系統(tǒng)的構(gòu)建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210198571.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114565515B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊雪松;陳海欣;鄧曉;陳思
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佛山讀圖科技有限公司
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40;G06T5/00;G06F30/27;G06N20/00
• 代理公司: 佛山市禾才知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44379
• 代理人: 朱培祺;梁永健

本發(fā)明涉及放射成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)投影圖數(shù)據(jù)降噪與分辨率恢復(fù)的系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括對(duì)現(xiàn)有放射成像系統(tǒng)成像過(guò)程進(jìn)行仿真建模，設(shè)置仿真模型中成像關(guān)鍵參數(shù)可調(diào)；對(duì)仿真模型采用數(shù)字化成像目標(biāo)物模型，生成對(duì)應(yīng)的數(shù)字模型；調(diào)用對(duì)應(yīng)類型的數(shù)字噪聲添加算法生成低分辨率、含噪聲的原始投影圖樣本；在仿真模型中調(diào)節(jié)成像關(guān)鍵參數(shù)，生成優(yōu)化后的數(shù)字模型和獲得優(yōu)化投影圖數(shù)據(jù)，作為高分辨率、無(wú)噪聲的優(yōu)化投影圖樣本；將原始投影圖樣本和優(yōu)化投影圖樣本訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)算法網(wǎng)絡(luò)，獲得可同時(shí)實(shí)現(xiàn)投影圖數(shù)據(jù)降噪與分辨率恢復(fù)的系統(tǒng)。本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)其投影圖數(shù)據(jù)降噪和分辨率恢復(fù)，以達(dá)到在硬件條件不變的情況下提升圖像質(zhì)量的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及放射成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)投影圖數(shù)據(jù)降噪與分辨率恢復(fù)的系統(tǒng)的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

基于X射線或伽瑪射線的醫(yī)用或工業(yè)用放射成像系統(tǒng)主要包括X射線平片成像、X射線計(jì)算斷層成像系統(tǒng)(CT)、伽瑪相機(jī)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)(SPECT)等。上述系統(tǒng)中，決定成像分辨率的硬件參數(shù)主要是X光源焦點(diǎn)尺寸或SPECT準(zhǔn)直器方案、探測(cè)器固有分辨率以及物距(成像目標(biāo)物到焦點(diǎn)的距離和像距(探測(cè)器到焦點(diǎn)的距離)。受限于物理原理、技術(shù)水平、成本和應(yīng)用場(chǎng)景(空間)的限制，上述硬件參數(shù)的提升具有較大的難度。

通過(guò)軟件算法提升圖像分辨率(超分辨率)在圖像處理相關(guān)領(lǐng)域一直有研究進(jìn)行。近年來(lái)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像超分辨率有較大的進(jìn)展，在包括放射成像在內(nèi)的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中取得了較好的效果，其代表性工作包括SRCNN網(wǎng)絡(luò)等。對(duì)于深度學(xué)習(xí)等基于數(shù)據(jù)訓(xùn)練的算法技術(shù)而言，如何取得大量與真實(shí)數(shù)據(jù)一致的有效訓(xùn)練樣本，使訓(xùn)練樣本包含低分辨率和高分辨率樣本是最主要的技術(shù)難點(diǎn)，利用對(duì)成像系統(tǒng)仿真建模并模擬生成數(shù)據(jù)的可以通過(guò)較低的成本生成大量數(shù)據(jù)樣本，這一方法比較常見(jiàn)于成像系統(tǒng)的降噪技術(shù)研究。現(xiàn)有基于深度學(xué)習(xí)的放射圖像(主要是醫(yī)學(xué)放射圖像)超分辨率技術(shù)，主要采用現(xiàn)有設(shè)備采集的高分辨率實(shí)驗(yàn)圖像，對(duì)其進(jìn)行處理得到低分辨率圖像，進(jìn)行訓(xùn)練，其目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中，在采集時(shí)間、劑量等條件受限的條件下，將低分辨率圖像盡量恢復(fù)至成像系統(tǒng)所能達(dá)到的高分辨率水平，而并非超越系統(tǒng)當(dāng)前的分辨率極限。

對(duì)于很多放射影像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如要突破當(dāng)前系統(tǒng)分辨率極限，噪聲抑制與分辨率恢復(fù)是需要同時(shí)解決的問(wèn)題，否則單獨(dú)的分辨率恢復(fù)會(huì)造成數(shù)據(jù)噪聲的放大，從而無(wú)法達(dá)成提升圖像質(zhì)量的目標(biāo)。

某些放射影像系統(tǒng)是直接成像，如X光片、伽瑪相機(jī)等，其輸出圖像即為本發(fā)明所述投影圖數(shù)據(jù)；某些系統(tǒng)需要對(duì)直接采集的投影圖數(shù)據(jù)進(jìn)行基于特定算法的重建以得到最終圖像，如CT、SPECT等。對(duì)于需要進(jìn)行算法重建的成像系統(tǒng)而言，針對(duì)投影圖數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪和分辨率恢復(fù)操作，其優(yōu)點(diǎn)在于效果不受重建算法影響，且投影圖噪聲和分辨率特性較最終重建圖像更為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是圖像重建算法需要進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種實(shí)現(xiàn)投影圖數(shù)據(jù)降噪與分辨率恢復(fù)的系統(tǒng)的構(gòu)建方法，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)其投影圖數(shù)據(jù)降噪和分辨率恢復(fù)，以達(dá)到在硬件條件不變的情況下提升圖像質(zhì)量的目的。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種實(shí)現(xiàn)投影圖數(shù)據(jù)降噪與分辨率恢復(fù)的系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)現(xiàn)有放射成像系統(tǒng)成像過(guò)程進(jìn)行仿真建模，設(shè)置仿真模型中成像關(guān)鍵參數(shù)可調(diào)；

步驟2：對(duì)應(yīng)步驟1中的仿真模型采用數(shù)字化成像目標(biāo)物模型，生成對(duì)應(yīng)的數(shù)字模體；

步驟3：根據(jù)步驟2中的數(shù)字模體獲得原始投影圖數(shù)據(jù)，調(diào)用對(duì)應(yīng)類型的數(shù)字噪聲添加算法生成低分辨率、含噪聲的原始投影圖樣本；

步驟4：在仿真模型中調(diào)節(jié)步驟1中的部分或全部成像關(guān)鍵參數(shù)，使調(diào)節(jié)后的仿真模型中系統(tǒng)成像分辨率優(yōu)于當(dāng)前真實(shí)系統(tǒng)，并通過(guò)步驟2生成優(yōu)化后的數(shù)字模體，并獲得優(yōu)化投影圖數(shù)據(jù)，將優(yōu)化投影圖數(shù)據(jù)作為高分辨率、無(wú)噪聲的優(yōu)化投影圖樣本；