一种ct迭代图像重建方法
【专利摘要】一种CT迭代图像重建方法，适用于由低X-射线球管电流、且欠采样或有限角的不完全投影数据情况下能精确地重建断层图像，包括投影驱动的迭代计算、自适应确定的有序子集数、自适应的权重、距离驱动的正投影和反投影运算。本发明对于每次迭代计算要处理的每一个投影角度下的所有投影数据集合，先划分成若干有序子集，然后对于每个子集执行以下步骤：距离驱动的正投影、与真实投影数据作差并加权、距离驱动的反投影、待重建图像修正。在低X-射线球管电流、并且欠采样或有限角扫描方式下，本方法能够得到充分适宜影像学临床诊断需求的重建图像，可以自足地应用于旨在降低X-射线辐射剂量的CT成像中，或者用作其他CT图像重建算法的前端处理。
【专利说明】一种CT迭代图像重建方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及CT图像重建【技术领域】，尤其涉及如下CT迭代图像重建技术:由低X射线球管电流、且欠采样或有限角的不完全投影数据足够精确地重建断层图像，从而能够在显著降低CT检查X-射线辐射剂量的前提下，提供充分适宜影像学临床诊断需求的一种CT迭代图像重建方法。
【背景技术】
[0002]X-射线CT (Computed Tomography,计算机断层成像)扫描是目前临床影像学检查不可或缺的基本手段之一。但自从1971年世界上第一台CT机正式安装使用至今的40余年里，人们始终被X-射线辐射剂量和X-射线辐射致癌危害性问题困扰着，因为它们直接关系到患者的身体健康和生命安全。伴随着CT影像学检查迄今尚无可撼动且日益凸显的临床地位，X-射线辐射剂量和X-射线辐射致癌危害性问题更加引起人们的关注，以至于成为目前医学影像领域公认的重大技术问题。
[0003]临床上，采用较低的X-射线球管电流进行CT扫描是降低X-射线辐射剂量最重要的措施。显然，在低球管电流的基础上，如果能够从欠采样或者有限角的投影数据足够精确地重建断层图像，则可以进一步降低X-射线的辐射剂量。然而，在此情形下，必然会得到低信噪比、并且欠采样或有限角的不完全投影数据。滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)类图像重建算法对投影数据的信噪比、完全性要求高，应用于上述投影数据会得到带有严重伪影的重建图像，影响临床诊断。相比之下，迭代类图像重建算法可以由上述投影数据足够精确地重建断层图像，从而提供充分适宜影像学临床诊断需求的重建图像。
[0004]在以往的临床应用中使用的图像重建方法中，由Gorden R.等提出的代数重建法(Algebra Reconstruction Technique, ART)(见 “art_ 百度百科”网页)、最大期望(Expectation Maximization, EM)算法一类的经典迭代类图像重建算法，因很难满足临床可容许的计算时间要求，限制了它们在商业CT机中的应用。随着并行计算技术的发展以及计算机硬件成本的降低，上述临床应用限制几近消失。但是，经典迭代类CT图像重建算法还存在以下两个弊端影响其在降低CT检查X-射线辐射剂量问题中的应用:(I)重建图像质量在很大程度上依赖于依据经验选择的松弛因子，而松弛因子的选定颇为繁琐、自适应性和工程实用性差；(2)重建图像的质量依然需要提高，以满足影像学临床诊断需求。
【发明内容】
[0005]基于以往CT图像重建算法抗噪能力差、对数据完全性要求高、自适应和工程实用性欠佳、重建图像质量尚不能充分适宜影像学临床诊断需求，以至于不能在降低CT检查X-射线辐射剂量问题中取得良好应用效果等弊端，本发明综合经典迭代类CT图像重建算法的特点，并结合距离驱动的正/反投影运算策略和有序子集、自适应性等技术思想，提出了如下所述的一种CT迭代图像重建方法。
[0006]本发明所采用的技术方案如下:[0007]—种CT迭代图像重建方法，由CT机在低X-射线球管电流的欠采样或有限角扫描情况下采集到的不完全投影数据进行图像重建，采用嵌套式的迭代算法，包括外层的算法自身迭代和内层的投影遍历迭代，在算法自身迭代中，m是记录算法自身迭代次数的循环控制变量，M为算法自身迭代的最大迭代次数；在投影遍历迭代中，ν是记录投影遍历迭代次数的循环控制变量，投影遍历迭代的最大迭代次数是V，对于每一次内层的投影遍历迭代，即在每一个投影角度下，按照投影数据的采集顺序将其平均地划分为O = 180V个互不相交的有序子集，使用ο = 1，2，K，O来指示这些有序子集，将不完全真实投影数据记作PMa1，其投影角度总数为V (与投影遍历迭代的最大迭代次数相同)，记待重建图像记为X，本重建方法步骤如下:
[0008]SI)初始化参数
[0009]给定M的取值,初始化m = l,v = l,X(m, ν, ο) = O,其中符号X(m, ν, ο)表示待重建图像X是参数m、V、ο的函数；
[0010]S2)投影遍历迭代
[0011]对于本次的投影遍历迭代，对每个有序子集的处理都依次经过距离驱动的正投影、与真实投影数据作差并加权、距离驱动的反投影、待重建图像修正四个环节，具体步骤如下:
[0012]①、距离驱动的正投影:采用距离驱动的正投影运算策略对图像X(m，V，O)进行正投影运算得到投影数据Pdd，并记X(m，V，O)中空间位置坐标为(x，y)的像素对编号为d的X-射线检测单元的贡献值为c (x，y，d);同时，计算自适应性权重ω，计算ω的公式为
【权利要求】
1.一种CT迭代图像重建方法，由CT机在低X-射线球管电流的欠采样或有限角扫描情况下采集到的不完全投影数据进行图像重建，采用嵌套式的迭代算法，包括外层的算法自身迭代和内层的投影遍历迭代，在算法自身迭代中，m是记录算法自身迭代次数的循环控制变量，M为算法自身迭代的最大迭代次数；在投影遍历迭代中，V是记录投影遍历迭代次数的循环控制变量，投影遍历迭代的最大迭代次数是V，对于每一次内层的投影遍历迭代，SP在每一个投影角度下，按照投影数据的采集顺序将其平均地划分为O = 180V个互不相交的有序子集，使用ο = 1，2，K，O来指示这些有序子集，将不完全真实投影数据记作PMa1，其投影角度总数为V，记待重建图像记为X，本重建方法步骤如下: 51)初始化参数 给定M的取值,初始化m = I, V = l,X(m, V, O) = O,其中符号X(m, ν, ο)表示待重建图像X是参数m、V、ο的函数； 52)投影遍历迭代 对于本次的投影遍历迭代，对每个有序子集的处理都依次经过距离驱动的正投影、与真实投影数据作差并加权、距离驱动的反投影、待重建图像修正四个环节，具体步骤如下: ①、距离驱动的正投影:采用距离驱动的正投影运算策略对图像X(m，ν，ο)进行正投影运算得到投影数据Pdd，并记X(m，ν，ο)中空间位置坐标为(x，y)的像素对编号为d的X-射线检测单元的贡献值为c(x，y，d);同时，计算自适应性权重ω，计算ω的公式为
【文档编号】G06T11/00GK104021582SQ201410231988
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】孙丰荣, 司凯, 秦峰 申请人:山东大学