基于配準(zhǔn)的肺4d-ct圖像超分辨率重建方法
【專利摘要】一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，依次包括：（1）由肺4D-CT數(shù)據(jù)獲得不同相位低分辨率圖像序列；（2）選定序列中某一相位的圖像作為參考圖像，對(duì)其插值放大，將插值后的結(jié)果作為重建結(jié)果的初始估計(jì)圖像；（3）以序列中其他相位的對(duì)應(yīng)低分辨率圖像作為浮動(dòng)圖像,對(duì)浮動(dòng)圖像插值放大，分別估計(jì)浮動(dòng)圖像的插值結(jié)果與初始估計(jì)圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)；（4）以步驟（3）得到的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，重建高分辨率肺4D-CT圖像。本發(fā)明獲得的肺4D-CT圖像的多平面顯示圖像清晰，結(jié)構(gòu)明顯增強(qiáng)，圖像分辨率提高，能夠有效提高肺4D-CT數(shù)據(jù)多平面顯示圖像的質(zhì)量。
【專利說明】基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法
【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】，具體涉及一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法。此方法主要利用不同相位的圖像互補(bǔ)信息來重建高分辨率圖像，旨在提高肺4D-CT圖像的質(zhì)量，增強(qiáng)圖像的視覺效果。
【背景技術(shù)】
[0002]CT圖像具有獨(dú)特的空間和密度分辨率，肺3D-CT圖像能夠指導(dǎo)放射治療計(jì)劃和提供劑量投射的信息，但3D-CT圖像因缺少呼吸運(yùn)動(dòng)信息無法跟蹤肺組織和腫瘤的運(yùn)動(dòng)。4D-CT圖像把時(shí)間因素納入CT圖像的掃描和重建過程，通過同步采集CT圖像和呼吸信號(hào)，可以再現(xiàn)整個(gè)呼吸周期器官和腫瘤的空間結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。這些數(shù)據(jù)是放射治療精確定位靶區(qū)的關(guān)鍵，有助于病人的個(gè)體化放療。因此4D-CT圖像在肺腫瘤精確放射治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003]然而，由于CT照射固有的高劑量特性，往往只能降低沿縱向(通常是Z軸方向)的采樣來減少4D-CT掃描時(shí)間以降低輻射量，導(dǎo)致肺4D-CT圖像的層間分辨率遠(yuǎn)低于層內(nèi)分辨率，測(cè)試數(shù)據(jù)具有顯著的各向異性。這樣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多平面觀察如冠矢狀面等時(shí)，需進(jìn)行插值運(yùn)算以獲得正確的顯示，而插值操作易導(dǎo)致圖像模糊化。
[0004]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法以克服現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，該方法能夠提高肺4D-CT圖像數(shù)據(jù)多平面顯示的質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007]一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，依次包括如下步驟:
(1)由肺4D-CT數(shù)據(jù)獲得不同相位低分辨率圖像序列；
(2)選定序列中某一相位的圖像作為參考圖像，對(duì)其插值放大，將插值后的結(jié)果作為重建結(jié)果的初始估計(jì)圖像爲(wèi);
(3)以序列中其他相位的對(duì)應(yīng)低分辨率圖像作為浮動(dòng)圖像，對(duì)浮動(dòng)圖像插值放大，分別估計(jì)浮動(dòng)圖像的插值結(jié)果與初始估計(jì)圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)；
(4)以步驟(3)得到的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，重建高分辨率肺4D-CT圖像。
[0008]上述步驟(3)具體是采用Active Demons配準(zhǔn)方法估計(jì)不同巾貞圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)。
[0009]上述步驟(3 )具體包括:
(3.DActive Demons算法是基于光流場(chǎng)理論,前提假設(shè)是呼吸運(yùn)動(dòng)過程中肺部圖像各點(diǎn)灰度值不隨時(shí)間而改變，即:F(x(rlY(t)j)=C =f r ?)；
其中，F(xiàn)表示圖像灰度值;?為時(shí)間表示坐標(biāo);c為常量；
(3.2)根據(jù)式(I)得到驅(qū)動(dòng)力:
【權(quán)利要求】
1.基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:依次包括如下步驟， (1)由肺4D-CT數(shù)據(jù)獲得不同相位低分辨率圖像序列； (2)選定序列中某一相位的圖像作為參考圖像，對(duì)其插值放大，將插值后的結(jié)果作為重建結(jié)果的初始估計(jì)圖像Λ ; (3)以序列中其他相位的對(duì)應(yīng)低分辨率圖像作為浮動(dòng)圖像，對(duì)浮動(dòng)圖像插值放大，分別估計(jì)浮動(dòng)圖像的插值結(jié)果與初始估計(jì)圖像爲(wèi)之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)； (4)以步驟(3)得到的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，重建高分辨率肺4D-CT圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:所述步驟(3)具體是采用Active Demons配準(zhǔn)方法估計(jì)不同幀圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:所述步驟(3)具體包括: (3.DActive Demons算法是基于光流場(chǎng)理論,前提假設(shè)是呼吸運(yùn)動(dòng)過程中肺部圖像各點(diǎn)灰度值不隨時(shí)間而改變，即:
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:所述步驟( 4)具體是采用凸集投影POCS法重建高分辨率肺4D-CT圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:所述步驟(4)具體包括:(4.1)以初始估計(jì)圖像Λ作為當(dāng)前估計(jì)圖像； (4.2)計(jì)算當(dāng)前估計(jì)圖像與浮動(dòng)圖像的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的殘差.殘差形式如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:所述步驟(2)具體采用線性插值方法進(jìn)行插值放大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像超分辨率重建方法，其特征在于:所述步驟(3)具體采用線性 插值方法進(jìn)行插值放大。
【文檔編號(hào)】G06T3/40GK103886568SQ201410099966
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】張煜, 吳秀秀, 戴振暉 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)