專利名稱：一種x射線ct圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)影像的圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法。
背景技術(shù)：
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X射線輻射劑量(Radiation Dose)會對人體造成輻射損傷、甚至誘發(fā)惡性腫瘤等不可預(yù)測的傷害。為了降低對使用者的損害，在保證重建圖像質(zhì)量的前提下，最大限度地降低X射線劑量已成為醫(yī)學(xué)CT成像領(lǐng)域的迫切要求。為了降低X射線輻射劑量，可以通過各種硬件技術(shù)及軟件技術(shù)降低CT掃描中的X射線使用劑量。常見的方法有降低管電流、降低X射線曝光時間以及減少投影數(shù)據(jù)的采集角度。但是，通過降低X射線輻射劑量進行低劑量(Low Dose)X射線CT圖像重建時會因投影數(shù)據(jù)中存在大量噪聲而導(dǎo)致重建圖像質(zhì)量嚴重退化，難以滿足臨床診斷需求。目前，CT廠商提出了許多低劑量成像新技術(shù),如管電流調(diào)制TCM (Tube CurrentModulation)技術(shù)，可以在保證圖像質(zhì)量的前提下，一定程度上減少輻射劑量。除了 CT廠商采用的硬件技術(shù)和優(yōu)化的掃描協(xié)議來降低劑量外，在不改變現(xiàn)有硬件設(shè)備的情況下，基于軟件的低劑量重建技術(shù)受到廣泛研究，整體可分為三種策略進行:策略一是直接對CT圖像進行噪聲濾波；策略二是先對CT投影數(shù)據(jù)(Projection Data)進行濾波，再采用傳統(tǒng)的濾波反投影法進行重建；策略三是CT圖像迭代重建。策略一未考慮CT圖像噪聲的來源，屬于后處理技術(shù)，存在的主要問題是:CT圖像噪聲分布特性復(fù)雜，難以實現(xiàn)高性能的濾波器。策略二直接對投影數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，可以將投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性納入到濾波器的設(shè)計中，使得這類算法具有高效且重建圖像均勻性好等優(yōu)點。策略三充分考慮投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)`計特性和CT系統(tǒng)的物理模型，特別適合于低劑量CT圖像迭代重建。通過策略三實現(xiàn)CT圖像重建,需要對相應(yīng)的目標函數(shù)(Objective Function)進行正則化(Regularization)設(shè)計,并給出相應(yīng)的求解技術(shù)?，F(xiàn)有CT圖像迭代重建中的正則化分為兩類:非光滑的正則化和光滑的正則化。CT圖像迭代重建中的非光滑的正則化項，比如全變分和I1正則化，使得相應(yīng)的目標函數(shù)無法用傳統(tǒng)的梯度下降(Gradient Descend)方法進行求解。雖然可以使用光滑的正則化函數(shù)進行近似，但是相應(yīng)算法的計算量大且收斂速度慢。對于CT圖像迭代重建中的光滑正則化，雖然可以用傳統(tǒng)的梯度下降方法求解，比如非線性共軛梯度方法(NCG)，但是計算量也往往很大且收斂速度較慢。因此，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種適用性寬、計算簡單的X射線CT圖像重建方法以解決現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，該方法適用性寬、迭代次數(shù)少，成像質(zhì)量高。本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)手段實現(xiàn)。一種X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，依次包括如下步驟:
(1)、獲取CT設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)和低劑量掃描協(xié)議下的投影數(shù)據(jù)y；
(2)、對步驟(I)中的投影數(shù)據(jù)y進行逐個數(shù)據(jù)點上的方差< 估計，并對步驟(I)中的
投影數(shù)據(jù)y進行濾波反投影得到初始圖像；
(3)、以步驟(2)中得到的初始圖像作為迭代的初始圖像進行迭代重建，獲得最終的重建圖像。上述步驟(3)中迭代重建采用如下方法進行，
所述迭代重建針對如下X射線CT圖像重建模型:
權(quán)利要求
1.一種X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于:依次包括如下步驟: (1)、獲取CT設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)和低劑量掃描協(xié)議下的投影數(shù)據(jù)y； (2)、對步驟(I)中的投影數(shù)據(jù)y進行逐個數(shù)據(jù)點上的方差<估計，并對步驟(I)中的投影數(shù)據(jù)y進行濾波反投影得到初始圖像； (3)、以步驟(2)中得到的初始圖像作為迭代的初始圖像進行迭代重建，獲得最終的重建圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于: 所述步驟(3)中迭代重建采用如下方法進行， 所述迭代重建針對如下X射線CT圖像重建模型:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于: 對(5)式進行求解具體包括， 先將(5)式寫成多個一維的最小化形式:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于: ^m=I, Or(x)=x/6-log(1+x/6), 6 >0,
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于: 所述(6)式具體采用自適應(yīng)的非單調(diào)譜梯度算法進行計算，其迭代格式如下: y k+i=y k~akgk(y k)(9); 設(shè)置步長的自適應(yīng)選取公式:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于:所述步驟(I)中獲取的CT設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)包括X射線入射光子強度Itl和系統(tǒng)電子噪聲的方差
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于:所述步驟(2)對步驟(I)中的投影數(shù)據(jù)y進行濾波反投影得到初始圖像具體是采用濾波反投影方法對投影數(shù)據(jù)y進行重建得到初始圖像。
全文摘要
一種X射線CT圖像的增廣拉格朗日迭代重建方法，其特征在于依次包括如下步驟(1)獲取CT設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)和低劑量掃描協(xié)議下的投影數(shù)據(jù)；(2)對步驟(1)中的投影數(shù)據(jù)進行逐個數(shù)據(jù)點上的方差估計，并對步驟(1)中的投影數(shù)據(jù)進行濾波反投影得到初始圖像；(3)以步驟(2)中得到的初始圖像作為迭代的初始圖像進行迭代重建，根據(jù)迭代公式、 進行循環(huán)迭代，獲得最終的重建圖像。本發(fā)明同時提出了對上述迭代公式的優(yōu)化算法。本發(fā)明適用性寬，迭代次數(shù)少，成像質(zhì)量高。
文檔編號G06T11/00GK103247061SQ20131004512
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者馬建華, 牛善洲, 黃靜, 陳武凡 申請人:南方醫(yī)科大學(xué)