一種低劑量能譜ct圖像去噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)影像的圖像處理方法，特別涉及一種低劑量能譜CT圖像去 噪方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CT技術(shù)的飛速發(fā)展，基于能譜積分探測器的雙能CT掃描技術(shù)和基于能量分 辨探測器的光子計(jì)數(shù)探測技術(shù)使得能譜CT成像得到了實(shí)現(xiàn)。能譜CT是未來CT成像技術(shù) 的發(fā)展方向之一，因?yàn)槟茏VCT不僅能夠得到物質(zhì)內(nèi)部衰減系數(shù)的信息，也可以用過重建得 到物質(zhì)組成的信息。能譜CT可以從傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)診斷轉(zhuǎn)到功能學(xué)診斷上，比如，它可以發(fā)現(xiàn) 常規(guī)CT發(fā)現(xiàn)不了的病灶，可以實(shí)現(xiàn)腫瘤的超早期探查，并且可以做到腫瘤的定性診斷和定 量分析。另外，能譜CT可以解決常規(guī)CT成像存在的諸多缺陷，如去除射束硬化與金屬偽影 等。
[0003] 低劑量條件下的能譜CT成像才可能在臨床上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，所以需要尋找高效的低 劑量成像方法?，F(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)低劑量能譜CT圖像成像的方法主要有兩類。其中在數(shù)據(jù)采集 過程中盡可能的降低管電流(mA)和管電壓（kV)是一種最簡單的方法。管電流的降低會(huì)導(dǎo) 致能譜投影數(shù)據(jù)中光子噪聲強(qiáng)度大幅度增加且電子噪聲的影響更為突出；改變管電壓可影 響X射線對人體組織的穿透性，從而影響各種組織的圖像質(zhì)量。另一個(gè)是使用統(tǒng)計(jì)重建方 法，利用其物理模型準(zhǔn)確、對噪聲不敏感等優(yōu)點(diǎn)，能在不規(guī)則采樣和數(shù)據(jù)缺失情況下重建出 圖像，改善最終圖像的噪聲，提高重建圖像的空間分辨率。由于能譜CT投影數(shù)據(jù)量龐大，這 種方法存在計(jì)算量太大，重建時(shí)間非常長，難以滿足臨床中實(shí)時(shí)交互的要求。
[0004] 因此，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種低劑量能譜CT圖像去噪方法，能夠提高基物 質(zhì)的密度測量準(zhǔn)確性，可以實(shí)現(xiàn)低劑量掃描協(xié)議下能譜CT圖像的優(yōu)質(zhì)成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種低劑量能譜CT圖像去噪 方法，可以提高基物質(zhì)密度圖像的圖像質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)低劑量掃描協(xié)議下能譜CT圖像的優(yōu) 質(zhì)成像。
[0006] 本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。 提供一種低劑量能譜CT圖像去噪方法，包括如下步驟， (1) 獲取成像對象在低劑量射線下的低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)，并 分別對低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行CT圖像重建，獲得低能量CT圖像 和商能量CT圖像/ijy，其中/t表不商能，Z表不低能； (2) 根據(jù)步驟（1)中的重建數(shù)據(jù)所滿足的基物質(zhì)分解模型，構(gòu)建用于能譜CT圖像去噪 的數(shù)學(xué)模型； (3) 利用廣義全變分作為正則化先驗(yàn)，結(jié)合步驟（2)得到的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建用于圖像去噪 的目標(biāo)函數(shù)； (4)對步驟（3)中構(gòu)建的用于能譜CT圖像去噪的目標(biāo)函數(shù)采用分裂Bregman算法求 解，完成能譜CT圖像去噪。
[0007] 優(yōu)選的，上述步驟（2)中的基物質(zhì)分解模型為： 物質(zhì)對X光子的質(zhì)量吸收函數(shù)通過任何兩個(gè)物質(zhì)即基物質(zhì)對的質(zhì)量吸收函數(shù)來 表示
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低劑量能譜CT圖像去噪方法，其特征在于：包括如下步驟， (1) 獲取成像對象在低劑量射線下的低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)，并 分別對低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行CT圖像重建，獲得低能量CT圖像 和高能量CT圖像，其中々表示高能，Z表示低能； (2) 根據(jù)步驟（1)中的重建數(shù)據(jù)所滿足的基物質(zhì)分解模型，構(gòu)建用于能譜CT圖像去噪 的數(shù)學(xué)模型； (3) 利用廣義全變分作為正則化先驗(yàn)，結(jié)合步驟（2)得到的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建用于圖像去噪 的目標(biāo)函數(shù)； (4) 對步驟（3)中構(gòu)建的用于能譜CT圖像去噪的目標(biāo)函數(shù)采用分裂Bregman算法求 解，完成能譜CT圖像去噪。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低劑量能譜CT圖像去噪方法，其特征在于： 所述步驟（2)中的基物質(zhì)分解模型為： 物質(zhì)對x光子的質(zhì)量吸收函數(shù)通過任何兩個(gè)物質(zhì)即基物質(zhì)對的質(zhì)量吸收函數(shù)來 表示：
分別是兩個(gè)物質(zhì)的質(zhì)量吸收 函數(shù)，q和cy分別是所需要的基物質(zhì)的密度，且q的值與x光子的能量無關(guān)； 根據(jù)基物質(zhì)分解模型，對于步驟（1)能譜CT的高能量CT投影數(shù)據(jù)和低能量CT投影數(shù) 據(jù)，對應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量吸收函數(shù)的表達(dá)式為：
定義物質(zhì)質(zhì)量吸收函數(shù)矩陣
，基物質(zhì)質(zhì)量吸收函數(shù)矩陣 ,
，基物質(zhì)密度矩陣
乙通過逆矩陣計(jì)算直接得到，公式為
，定義基物質(zhì) 質(zhì)量吸收矩陣J的逆矩陣形式
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低劑量能譜CT圖像去噪方法，其特征在于： 所述步驟（3)中具體采用使用二階廣義全變分作為先驗(yàn)，二階廣義全變分定義式為：
其中<2Q、q為非負(fù)加權(quán)系數(shù)；v為廣義全變分引入的輔助參數(shù)，并取
表示對稱梯度算子，其中v表示梯度算子，r表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn) 算； 所述步驟（3)中構(gòu)建的用于圖像去噪的目標(biāo)函數(shù)具體為：
，其中X表不去噪后得 到的能譜CT圖像，Y為測量得到的能譜CT圖像數(shù)據(jù)，爲(wèi)和爲(wèi)是正則化參數(shù)，用于刻畫廣義 全變分正則化強(qiáng)度。
4. 根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求3所述的低劑量能譜CT圖像去噪方法，其特征在于： 所述步驟（4)中分裂Bregman算法的具體計(jì)算過程為： 引入公式A、公式B和公式C進(jìn)行迭代求解，
，其中rf,和忒是一個(gè)弓丨入的向量值， 表示殘差，表示迭代步數(shù)； X' 圓 具體迭代過程按照如下步驟進(jìn)行： (4. 1)令/?=0， ^^彡按照公式乂和及通過原始對偶算法求解^^^和^/^1; (4. 3)將步驟（4. 1)獲得的和代入公式_解x壯?。? (4. 4)判斷是否迭代終止 判斷n是否等于N，如果n等于N，則迭代終止，以當(dāng)前結(jié)果作為去噪后的能譜CT圖像； 如果n小于N，則進(jìn)入步驟（4.5); (4. 5 )令 ，返回步驟（4. 2 )。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低劑量能譜CT圖像去噪方法，其特征在于： 所述步驟（1)還設(shè)置有配準(zhǔn)處理步驟，具體是： 判斷所得到的低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)是否存在位置偏移，當(dāng)存在位 置偏移時(shí)采用數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的方法將低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)處理。
【專利摘要】一種低劑量能譜CT圖像去噪方法，包括：（1）獲取成像對象在低劑量射線下的低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)，并分別對低能量CT投影數(shù)據(jù)和高能量CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行CT圖像重建，獲得低能量CT圖像和高能量CT圖像，其中H表示高能，L表示低能；（2）根據(jù)步驟（1）中的重建數(shù)據(jù)所滿足的基物質(zhì)分解模型，構(gòu)建用于能譜CT圖像去噪的數(shù)學(xué)模型；（3）利用廣義全變分作為正則化先驗(yàn)，結(jié)合步驟（2）得到的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建用于圖像去噪的目標(biāo)函數(shù)；（4）對步驟（3）中構(gòu)建的用于能譜CT圖像去噪的目標(biāo)函數(shù)采用分裂Bregman算法求解，完成能譜CT圖像去噪。本發(fā)明利用能譜CT中高低能量圖像滿足的基物質(zhì)分解模型，結(jié)合能譜CT圖像信息和基物質(zhì)圖像信息，實(shí)現(xiàn)了能譜CT圖像去噪。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104574416
【申請?zhí)枴緾N201510040324
【發(fā)明人】馬建華, 曾棟, 邊兆英, 黃靜, 陳武凡
【申請人】南方醫(yī)科大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日