[發(fā)明專利]一種基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法

在審

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• 申請日: 2022-08-24
• 公開（公告）號: CN115311381A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳陽;張志洲
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G16H30/20
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

1.一種基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，所述算法包括以下步驟：

步驟1、將計劃CT按照錐束CT同樣的掃描方式生成模擬投影CT_proj；

步驟2、將計劃CT的模擬投影CT_proj重建得到有限角CT圖像CT_limit；

步驟3、將錐束CT的實際投影重建得到有限角CBCT圖像CBCT_limit；

步驟4、對有限角CT圖像和有限角CBCT圖像進行剛性配準獲得計劃CT的變換矩陣；

步驟5、對計劃CT進行剛性變換獲得先驗CT圖像；

步驟6、利用先驗CT，對錐束CT的實際投影進行迭代重建，獲得錐束CT圖像CBCT_rec。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟1、將計劃CT按照錐束CT同樣的掃描方式生成模擬投影，首先對照提前測量的HU值與衰減系數(shù)表，將計劃CT的灰度值轉(zhuǎn)換為衰減系數(shù)，與CBCT重建圖像的灰度范圍保持一致，其次為了加快模擬投影速度，采用Siddon算法進行正向投影。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟2、將計劃CT的模擬投影CT_proj重建得到有限角CT圖像CT_limit：對CT_proj使用FDK算法，得到有限角CT圖像CT_limit。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟3、將錐束CT的實際投影重建得到有限角CBCT圖像CBCT_limit：需要對CBCT實際投影進行杯型偽影校正，重建過程中還需要進行截斷偽影校正，然后采用與步驟2相同的方式，得到CBCT_limit。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟4、對有限角CT圖像和有限角CBCT圖像進行剛性配準獲得計劃CT的變換矩陣：所以將CBCT_limit作為參考圖像，CT_limit作為浮動圖像，通過剛性配準，最小化CT_limit和CBCT_limit視場角內(nèi)的均方誤差。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟5、對計劃CT進行剛性變換獲得先驗CT圖像CT_p：將CBCT_limit作為參考圖像，對CT_limit進行剛性變換，獲得先驗CT圖像CT_p。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟6、利用先驗CT，對錐束CT的實際投影進行迭代重建，獲得錐束CT圖像CBCT_rec：將錐束CT重建圖像CBCT_rec的投影和實際投影CBCT_proj的均方誤差作為數(shù)據(jù)保真項，將CBCT_rec與CT_p的全變分，CBCT_rec的全變分和CBCT_rec與CT_p的均方誤差作為數(shù)據(jù)正則項，構(gòu)建目標函數(shù)F，即：

其中A為投影矩陣，α控制兩個全變分的比例，k為CBCT_rec與CT_p的均方誤差正則項系數(shù)，iter為迭代次數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟6、利用先驗CT，對錐束CT的實際投影進行迭代重建，獲得錐束CT圖像CBCT_rec：全變分具體表述為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于先驗圖像約束的自適應步長錐束CT有限角重建算法，其特征在于，步驟6、利用先驗CT，對錐束CT的實際投影進行迭代重建，獲得錐束CT圖像CBCT_rec：通過在迭代過程中計算目標函數(shù)F的Lipschitz常數(shù)，控制每輪迭代的步長，采用梯度下降法，最小化函數(shù)F，獲得最終的錐束CT圖像。