Ct圖像重建方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種CT圖像重建方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 計算機(jī)斷層成像（CT)是通過無損方式獲取物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的一種重要成像手 段，它擁有高分辨率、高靈敏度以及多層次等眾多優(yōu)點，是我國裝機(jī)量最大的醫(yī)療影像診斷 設(shè)備之一，被廣泛應(yīng)用于各個醫(yī)療臨床檢查領(lǐng)域。然而，由于CT掃描過程中需要使用X射 線，因此CT掃描中X射線的輻射劑量問題越來越受到人們的重視。合理使用低劑量（AsLow AsReasonablyAchievable，ALARA)原則要求在滿足臨床診斷的前提下，盡量降低對患者 的輻射劑量。目前，常用的CT掃描和成像方法，耗時較長，因此對人體仍存在一定程度的輻 射危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種CT圖像重建方法和系統(tǒng)。其能夠提 高CT圖像重建的速度，縮短CT掃描時間，從而減少X射線對人體的輻射劑量。
[0004] 獲取CT掃描的投影數(shù)據(jù)；
[0005] 根據(jù)所述投影數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代處理，以獲取目標(biāo)圖像；
[0006] 對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行非負(fù)處理，獲取所述目標(biāo)圖像的非負(fù)圖像；
[0007] 對所述非負(fù)圖像進(jìn)行非線性分解，獲取第一非負(fù)圖像和第二非負(fù)圖像；
[0008] 對所述第一非負(fù)圖像和/或所述第二非負(fù)圖像進(jìn)行稀疏化處理，獲取滿足目標(biāo)函 數(shù)的最優(yōu)化稀疏解；
[0009] 根據(jù)所述最優(yōu)化稀疏解獲取CT重建圖像。
[0010] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述投影數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代處理的步驟包括：
[0011] 基于CT圖像的成像模型，獲得依據(jù)所述投影數(shù)據(jù)計算目標(biāo)圖像的迭代模型，所述 迭代模型的公式表示為：
[0013] 其中，X為所述目標(biāo)圖像，M為系統(tǒng)矩陣，G為所述投影數(shù)據(jù)，i表示迭代次數(shù)，義表 示第i次迭代后得到的迭代結(jié)果；A表示收斂系數(shù)，且Ae(〇, 1)，MT表示對矩陣M的轉(zhuǎn) 置；
[0014] 設(shè)置所述目標(biāo)圖像的初始值，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的迭代次數(shù)利用所述迭代模型對所 述目標(biāo)圖像中的每個像素點進(jìn)行迭代更新，獲取最終的目標(biāo)圖像，所述迭代模型中的像素 點的當(dāng)前灰度值與前次迭代的灰度值一致逼近。
[0015] 在其中一個實施例中，所述對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行非負(fù)處理的步驟包括：將所述目 標(biāo)圖像中灰度值小于0的像素點置零。
[0016] 在其中一個實施例中，在所述獲取CT掃描的投影數(shù)據(jù)的步驟之前，所述方法還包 括：
[0017] 獲取CT掃描的投影圖像序列集，對所述投影圖像序列集進(jìn)行預(yù)處理獲取所述投 影數(shù)據(jù)。
[0018] 在其中一個實施例中，
[0019] 對所述第一非負(fù)圖像和所述第二非負(fù)圖像進(jìn)行稀疏化處理的步驟包括：
[0020] 從所述第一非負(fù)圖像和/或所述第二非負(fù)圖像中提取可以部分重疊的多個圖像 塊；
[0021] 獲取所述多個圖像塊對應(yīng)的稀疏系數(shù)；
[0022] 對所述第一非負(fù)圖像和/或所述第二非負(fù)圖像進(jìn)行最優(yōu)化求解，得到滿足所述目 標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化稀疏解，所述目標(biāo)函數(shù)為
其中，RiGRmxn， A表示所述第一非負(fù)圖像或所述第二非負(fù)圖像，氏△表示從A中提取的圖像塊，| | | |2表 示2-范數(shù)，| | | |i表示1-范數(shù)，y為正則化參數(shù)，D表示過完備字典，ai為第i個圖像塊 RiA對應(yīng)的稀疏系數(shù)，r為所有圖像塊的稀疏系數(shù)集合。
[0023] -種CT圖像重建系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0024] 采集模塊，用于獲取CT掃描采集的投影數(shù)據(jù)；
[0025]目標(biāo)圖像獲取模塊，用于根據(jù)所述投影數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代處理，以獲取目標(biāo)圖像；
[0026] 非負(fù)圖像獲取模塊，用于對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行非負(fù)處理，獲取所述目標(biāo)圖像的非 負(fù)圖像；
[0027] 分解模塊，用于對所述非負(fù)圖像進(jìn)行非線性分解，獲取主成分圖像和次成分圖 像；
[0028] 稀疏化處理模塊，用于對所述第一非負(fù)圖像和/或第二非負(fù)圖像進(jìn)行稀疏化處 理，獲取滿足預(yù)定條件的最優(yōu)化稀疏解；
[0029] 重建模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)化稀疏解獲取CT重建圖像。
[0030] 在其中一個實施例中，所述目標(biāo)圖像獲取模塊還用于基于CT圖像的成像模 型，獲得依據(jù)所述投影數(shù)據(jù)計算目標(biāo)圖像的迭代模型，所述迭代模型的公式表示為：
其中，X為所述目標(biāo)圖像，M為系統(tǒng)矩陣，G為所述 投影數(shù)據(jù)，i表示迭代次數(shù)，X1表示第i次迭代后得到的迭代結(jié)果；X表示收斂系數(shù)，且 入e(〇，l)，MT表示對矩陣M的轉(zhuǎn)置；設(shè)置所述目標(biāo)圖像的初始值，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的迭代 次數(shù)利用所述迭代模型對所述目標(biāo)圖像中的每個像素點進(jìn)行迭代更新，獲取最終的目標(biāo)圖 像，所述迭代模型中的像素點的當(dāng)前灰度值與前次迭代的灰度值一致逼近。
[0031] 在其中一個實施例中，所述非負(fù)圖像獲取模塊還用于將所述目標(biāo)圖像中灰度值小 于0的像素點置零。
[0032] 在其中一個實施例中，稀疏化處理模塊包括：
[0033]圖像塊提取模塊，用于從所述第一非負(fù)圖像和/或所述第二非負(fù)圖像中提取可以 部分重疊的多個圖像塊；
[0034] 稀疏系數(shù)獲取模塊，用于獲取所述多個圖像塊對應(yīng)的稀疏系數(shù)；
[0035] 最優(yōu)化求解模塊，用于對對所述第一非負(fù)圖像和/或所述第二非負(fù)圖像進(jìn)行最優(yōu)化 求解，得到滿足所述目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化稀疏解，所述目標(biāo)函數(shù)為
其中，RiGR_，A表示所述第一非負(fù)圖像或所述第二非負(fù)圖像，RiA表示從A中提取的 圖像塊，III12表示2_范數(shù)，| | | |i表示1-范數(shù)，y為正則化參數(shù)，D表示過完備字典，ai 為第i個圖像塊氏△對應(yīng)的稀疏系數(shù)，r為所有圖像塊的稀疏系數(shù)集合。
[0036] 在其中一個實施例中，所述非負(fù)圖像獲取模塊還用于將所述目標(biāo)圖像中灰度值小 于〇的像素點置零。
[0037] 在其中一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括預(yù)處理模塊，所述預(yù)處理模塊用于對CT掃 描獲取的投影圖像序列集進(jìn)行預(yù)處理以獲取所述投影數(shù)據(jù)。
[0038] 上述的CT圖像重建方法和系統(tǒng)，通過對目標(biāo)圖像進(jìn)行非負(fù)處理，獲取目標(biāo)圖像的 非負(fù)圖像，然后對非負(fù)圖像進(jìn)行非線性分解，獲取第一非負(fù)圖像和第二非負(fù)圖像，最后對第 一非負(fù)圖像和/或第二非負(fù)圖像進(jìn)行稀疏化處理，獲取最優(yōu)化稀疏解，根據(jù)該最優(yōu)化稀疏 解實現(xiàn)CT圖像重建，降低了運算過程中的圖像矩陣的維數(shù)，提高了圖像重建的效率。
【附圖說明】
[0039] 圖1為一個實施例中CT圖像重建方法的流程圖；
[0040] 圖2為一個實施例中根據(jù)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代處理的流程圖；
[0041] 圖3為一個實施例中對主成分圖像和/或次成分圖像進(jìn)行稀疏化處理的流程；
[0042] 圖4為一個實施例中CT圖像重建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0043] 圖5為一個實施例中稀疏化處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0044] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0045] 目前，CT(ComputedTomography)掃描成像系統(tǒng)主要分以下三個部分：掃描系統(tǒng) (X線管、探測器和掃描架）、計算機(jī)系統(tǒng)、圖像顯示和存儲、照相系統(tǒng)。其中，CT掃描成像系 統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)包括主計算機(jī)和陣列計算機(jī)兩部分。主計算機(jī)控制整個CT掃描成像系統(tǒng) 的工作，其主要功能有：掃描監(jiān)控，并將CT掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；CT值的校正；圖像的 重建控制與圖像的后處理等。
[0046] 如圖1所示，在一個實施例中，提供一種CT圖像重建方法。下面具體描述本實施 例的CT圖像重建的實現(xiàn)過程：
[0047] 在步驟102中，獲取CT掃描的投影數(shù)據(jù)。
[0048] 在本發(fā)明的其中一些實施例中，在開始CT掃描前，根據(jù)被掃描物體的性質(zhì)來設(shè)定 掃描參數(shù)，被掃描物體的性質(zhì)可以是尺寸大小、密度、組成元素等物理性質(zhì)，例如，被掃描物 體可以金屬工件、人體、昆蟲、動物、植物、電路板等不同性質(zhì)的物體。因此對于不同的被掃 描物體，需要設(shè)定不同的掃描參數(shù)，掃描參數(shù)包括投影放大比、探測器的數(shù)據(jù)采集方式、射 線源的電壓以及功率等，并且所有的掃描參數(shù)在后續(xù)的數(shù)據(jù)采集過程中保持不變。例如，如 果被掃描物體是老鼠，則設(shè)定投影放大比為1:1，探測器的數(shù)據(jù)采集方式為連續(xù)，射線源的 電壓為80kv，功率為15w;如果被掃描物體是螞蟻，則設(shè)定投影放大比為1 :10,探測器的數(shù) 據(jù)采集方式為連續(xù)，射線源的電壓為20kv，功率為10w。
[0049]分別采集暗場圖像及亮場圖像，并通過求和平均得到平均暗場圖像和平均亮場圖 像。成像視場中不放置被掃描物體，不打開光源獲取若干幅暗場圖像，例如可采集5~10 幅暗場圖像，對暗場圖像按照對應(yīng)像素灰度值疊加求和并取平均得到平均暗場圖像。打開 光源采集若干幅亮場圖像，并對亮場圖像按照像素灰度疊加求和并取平均得到平均亮場圖 像，通過暗場圖像及亮場圖像有效地降低了重建圖像中噪聲的影響。
[0050] 測量處于成像視場中的被掃描物體旋轉(zhuǎn)中心到射線源的距離以及