[發明專利]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

• 申請號: 202211020386.3
• 申請日: 2022-08-24
• 公開（公告）號: CN115311381A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 陳陽;張志洲
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G16H30/20
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發明提供了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，有效去除了在小角度的掃描范圍下錐束CT圖像中的有限角偽影，滿足了在放療計劃中圖像引導配準的任務。本發明首先按同樣的掃描范圍生成計劃CT的模擬投影，然后使用FDK算法重建出計劃CT有限角圖像和錐束CT有限角圖像，接著使用剛性配準獲得計劃CT的變換矩陣，將變換矩陣應用于計劃CT獲得先驗圖像，最后將錐束CT圖像和先驗圖像的均方誤差作為正則項，結合全變分等迭代重建出錐束CT圖像。本發明大大縮短了配準任務的錐束CT掃描角度，提高了配準效率。

技術領域

本發明屬于錐束CT圖像重建的技術領域，涉及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。

背景技術

CT(Computed Tomography，計算機斷層成像技術)是通過獲取物體在不同視角下的投影信息，結合圖像重建算法，獲得物體內部結構信息的一種無損檢測手段，在醫學、航空、工業檢測等多種領域有廣泛的應用。

錐束CT成像系統廣泛應用于圖像引導放射治療任務中，對腫瘤治療起到了非常積極的作用。通常，錐束CT系統成像需要緩慢地圍繞病人旋轉360°，然后通過FDK算法，重建出引導圖像，從而與計劃CT進行配準，對病人進行擺位。可是，在這個過程中，裸露在外地錐束CT成像系統必須以非常緩慢的速度進行掃描，浪費了大量的治療時間，也給病人帶來了更多的痛苦。因此，本發明嘗試通過縮小錐束CT的掃描角度，重建出符合配準要求的錐束CT圖像，從而減少不必要的劑量照射，節省掃描時間和重新引導時間。

傳統的錐束CT的有限角重建通常采用迭代方法，結合全變分等正則項，重建出令人滿意的圖像，然而以往的方法在小于90°的掃描范圍下，仍然難以重建出符合要求的圖像。本發明結合具體的應用需求，實現了一種能夠在小于90°的掃描范圍下，重建出滿足配準要求的圖像。

發明內容

本發明的目的在于提供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，滿足圖像引導放療任務的圖像配準要求。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：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，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，首先對照提前測量的HU值與衰減系數表，將計劃CT的灰度值轉換為衰減系數，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，

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，

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。杯型偽影校正的具體方法為在水模投影上，測量射線路徑l，與對應射線的投影積分p，通過4次函數擬合兩者，

l＝ap⁴+bp³+cp²+dp+e

將擬合好的函數用于實際投影，獲得校正后的投影。截斷偽影校正的具體方法為在FDK重建過程中，邊緣擴展實際投影，

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，由于拍攝計劃CT和進行放療拍攝CBCT的時間不一樣，病人姿態不一樣，兩者存在一定程度的擺位誤差。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視場角內的均方誤差，獲得變換矩陣T，即：