一種低劑量x射線ct投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其包括步驟：獲取低劑量X射線CT圖像的投影數(shù)據(jù)yraw；對(duì)投影數(shù)據(jù)yraw構(gòu)建基于懲罰加權(quán)最小一乘的數(shù)據(jù)恢復(fù)模型并對(duì)投影數(shù)據(jù)yraw進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理，得到恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)yrestored，其中，p為待求的理想投影數(shù)據(jù)，參數(shù)λ為一非負(fù)實(shí)數(shù)，w為權(quán)重因子，或者其中，參數(shù)β和ε均為非負(fù)實(shí)數(shù)，為投影數(shù)據(jù)yraw的方差；對(duì)恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)yrestored采用解析重建方法進(jìn)行圖像重建，得到最終的低劑量X射線CT圖像。本發(fā)明能夠針對(duì)降低管電流和掃描時(shí)間的低劑量CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理，然后通過(guò)解析重建方法進(jìn)行圖像重建，能夠有效地去除圖像噪聲并抑制條形偽影，同時(shí)較好地保持圖像細(xì)節(jié)信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)，尤其是涉及一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線CT掃描已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)影像診斷，但是CT掃描過(guò)程中過(guò)高的X射線輻射劑量會(huì)存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。為了降低對(duì)使用者的損害，如何最大限度地降低X射線使用劑量已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)CT成像領(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]為了降低X射線輻射劑量，現(xiàn)有技術(shù)中使用的最簡(jiǎn)便的途徑就是降低CT掃描過(guò)程中的管電流和掃描時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)低劑量X射線CT圖像重建主要包括濾波反投影方法及統(tǒng)計(jì)迭代重建方法。
[0004]1、濾波反投影方法(Filtered Back-Projection, FBP)。
[0005]針對(duì)低劑量X射線CT圖像，目前臨床設(shè)備中常用的圖像重建技術(shù)仍為濾波反投影方法。濾波反投影方法是通過(guò)對(duì)采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換并采用一定的濾波函數(shù)(一般為斜坡濾波)進(jìn)行濾波，然后對(duì)處理后的CT圖像逐個(gè)角度進(jìn)行反投影，得到重建圖像。
[0006]但是，由于降低了管電流和掃描時(shí)間，低劑量CT投影數(shù)據(jù)中含有大量的噪聲，基于濾波反投影方法重建的圖像質(zhì)量存在嚴(yán)重的退化現(xiàn)象，圖像中存在大量的噪聲和條形偽影，難以滿足臨床診斷需要。
[0007]2、基于統(tǒng)計(jì)模型的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法
[0008]為了提高低劑量掃描條件下CT圖像的成像質(zhì)量，降低CT投影數(shù)據(jù)中的噪聲水平，提高待重建數(shù)據(jù)的信噪比，是臨床和科學(xué)研究中關(guān)注的熱點(diǎn)。其中，基于統(tǒng)計(jì)模型的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，通過(guò)對(duì)采集的投影數(shù)據(jù)的噪聲模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模，根據(jù)所建模型構(gòu)建數(shù)據(jù)恢復(fù)函數(shù)，可以有效減少投影數(shù)據(jù)中的噪聲，再通過(guò)解析重建方法，實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)的低劑量CT
圖像重建。
[0009]而現(xiàn)有技術(shù)中的基于統(tǒng)計(jì)模型的投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，在低劑量CT投影數(shù)據(jù)近似滿足獨(dú)立高斯分布的基礎(chǔ)上，通常采用懲罰加權(quán)最小二乘準(zhǔn)則構(gòu)建數(shù)據(jù)恢復(fù)函數(shù)。而加權(quán)二乘具有不穩(wěn)健性，即數(shù)據(jù)小的改變，經(jīng)過(guò)平方之后就可能引起比較大的波動(dòng)。圖像表現(xiàn)就是在經(jīng)過(guò)投影數(shù)據(jù)恢復(fù)處理后，重建圖像中一些細(xì)節(jié)信息損失，或者圖像邊緣產(chǎn)生過(guò)平滑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種基于懲罰加權(quán)最小一乘的低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，能夠針對(duì)降低管電流和掃描時(shí)間的低劑量CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理，然后通過(guò)解析重建方法進(jìn)行圖像重建，能夠有效地去除圖像噪聲并抑制條形偽影，同時(shí)較好地保持圖像細(xì)節(jié)信息。
[0011]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其包括步驟:[0012]獲取低劑量X射線CT圖像的投影數(shù)據(jù)yraw ；
[0013]對(duì)投影數(shù)據(jù)yMW構(gòu)建基于懲罰加權(quán)最小一乘的數(shù)據(jù)恢復(fù)模型Φ(Ρ) = |卜丨'(U)I1: +λκ(ρ)，并對(duì)投影數(shù)據(jù)yraw進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理，得到恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)Yrestored,其中，Φ (P)為能量勢(shì)函數(shù)，R(P)為正則化項(xiàng)，P為待求的理想投影數(shù)據(jù)，參數(shù)λ為一非負(fù)實(shí)數(shù)，w為權(quán)重因子，
【權(quán)利要求】
1.一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，包括步驟:獲取低劑量X射線CT圖像的投影數(shù)據(jù)yMW ； 對(duì)投影數(shù)據(jù)yMW構(gòu)建基于懲罰加權(quán)最小一乘的數(shù)據(jù)恢復(fù)模型
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，投影數(shù)據(jù)yMW的方差2通過(guò)公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，對(duì)投影數(shù)據(jù)yraw進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)處理的步驟為對(duì)基于懲罰加權(quán)最小一乘的數(shù)據(jù)恢復(fù)模型進(jìn)行迭代求解，當(dāng)滿足迭代恢復(fù)計(jì)算終止條件時(shí)的計(jì)算結(jié)果即得到恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)y—。
4.根據(jù)權(quán)利要求3 所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，采用最速下降法或高斯-塞德?tīng)杻?yōu)化算法對(duì)基于懲罰加權(quán)最小一乘的數(shù)據(jù)恢復(fù)模型進(jìn)行迭代求解。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，采用最速下降法對(duì)基于懲罰加權(quán)最小一乘的數(shù)據(jù)恢復(fù)模型進(jìn)行迭代求解，具體的迭代計(jì)算格式為:pk+l =pk-a{W>Sign{pk + -疒))，其中，迭代初始值P1=Yraw, pk為第k步迭代前的值，Pk+1為第k步迭代后的值，#為pk經(jīng)均值濾波或者中值濾波后的結(jié)果值，α為步長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，迭代恢復(fù)計(jì)算終止條件為相鄰兩次迭代結(jié)果的相對(duì)均方誤差小于設(shè)定的閾值s，gp|pk+1-pk||/pk||<5, δ 為一正實(shí)數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，閾值δ取值為0.001。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低劑量X射線CT投影數(shù)據(jù)恢復(fù)方法，其特征在于，解析重建方法可以為濾波反投影重建方法或者FDK重建方法。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK103810734SQ201410072366
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】高楊, 邊兆英, 黃靜, 馬建華 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)