專利名稱：利用頻譜外推技術改進成像質量的超聲ct圖像重建方法
技術領域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學成像領域，特別涉及ー種利用頻譜外推技術改進成像質量的超聲CT圖像重建方法。
背景技術：
1971年英國EMI公司Hounsfield研究成功第一臺CT掃描機，1975年美國Ledkey設計的一臺全身CT機問世，它采用X-ray對人體掃描獲取信息，經過計算機處理而獲得重建圖像，從而顯著擴大了人體的檢查范圍，提高了病變的檢出率和診斷的準確性。超聲CT成像由X-CT發(fā)展而來，用這種成像方法可以獲得聲速、聲衰減系數、及非線性參量等的定量圖像。相比較X-CT，超聲具有無輻射而對人體無害的特點，并且造價低廉，在醫(yī)學上以及無傷檢測等領域具有廣闊的應用前景。早期的超聲CT圖像重建方法借鑒了 X-CT的成像方法，把超聲在物體內的傳播路徑看成直線，對超聲的折射和衍射(統(tǒng)稱衍射)效應完全忽略，所以重建得到的圖像是定性的，僅能顯示輪廓，具有很大的誤差。目前發(fā)展較快的方法是衍射層析成像方法，其基于波動學理論，將介質看成聲學參量(密度P，聲速c)等連續(xù)變化的非均勻體，其中聲速的傳播可以通過波動方程的解來描述。在Born、Rytov近似下，以傅里葉衍射投影定理為基礎，建立了投影的傅氏變化和像函數的頻域直接的聯(lián)系，并且處理的過程中可以使用FFT，重建速度快，能夠產生準實時的成像。超聲衍射層析成像方法有反射和透射兩種方式。在應用中，只會采用其中ー種方式，反射和透射的數據分別對應于Edward圓的高頻和低頻。因此，我們在采用其中ー種方式的時候只會獲得部分的頻譜的信息。比如采用透射型的超聲CT獲取投影，將只能獲取物體圖像低頻信息，高頻部分的信息就會缺失，重建得到的圖像質量就較低。本發(fā)明由此而來。
發(fā)明內容
本發(fā)明是ー種利用頻譜外推技術改進成像質量的超聲CT圖像重建方法。其解決了超聲衍射層析成像中透射型方法獲取的投影數據的頻譜局限于低頻而導致圖像重建質量不高的缺陷，提出了ー種新型的超聲CT成像的方法。為了達到以上所述的目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案對所得到的各個方向的投影進行ー維傅里葉變換，得到物體斷層平面(即像函數)的頻譜低頻部分的信息，在對頻域值進行ニ維傅里葉反變換，可以得到初始的圖像。然后對初始的低頻圖像使用G-P算法，得到高頻信息和初始的高頻圖像。再使用改進的非線性頻譜外推的方法，利用了高頻圖像的局部信息，從而能兼顧各種幅度的高頻分量，使圖像 在整體上均勻增強。ー種利用頻譜外推技術改進成像質量的超聲CT (計算機斷層成像)圖像重建方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
(I)使用透射型超聲CT設備對物體進行180°掃描，獲取各個方向投影數據；(2)利用衍射層析成像的由投影數據獲得初始的重建圖像；(3)根據G-P算法獲得初始的高頻圖像；(4)用一種改進非線性頻譜外推的方法增強高頻圖像，然后得到更高質量的重建圖像。本發(fā)明還有以下ー些技術特征I步驟(2)使用了衍射層析成像的方法，其建立在傅里葉衍射定理的基礎上，建立了投影數據的ー維傅氏變換和像函數頻域之間的關系，如下公式所示
權利要求
1.一種利用頻譜外推技術改進成像質量的超聲CT (計算機斷層成像)圖像重建方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)使用透射型超聲CT設備對物體進行180°掃描，獲取各個方向投影數據； (2)利用衍射層析成像的由投影數據獲得初始的重建圖像； (3)根據G-P算法獲得初始的高頻圖像； (4)用一種改進非線性頻譜外推的方法增強高頻圖像，然后得到更高質量的重建圖像。
2.根據權利要求I所述的衍射層析成像的方法，其特征在于其建立在傅里葉衍射定理的基礎上，建立了投影數據的一維傅氏變換和像函數頻域之間的關系，如下公式所示 FTid (Pllf (I)} (k^) = FT2d {f (x, y)} (kx, ky) 其中PwU)代表入射角為V的投影值，f(x, y)為原像函數，說明投影數據的一維傅里葉變換對應于像函數的二維傅里葉變換頻域的一個半圓上的值(Ewald圓)。
3.根據權利2要求所述的衍射層析成像的方法，我們對所得到的各個方向的投影數據都進行一維傅氏變換，就可以得到像函數f(x，y)的頻譜，再進行二維傅里葉反變換就可以得到像函數f (X，y)。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于步驟(3)中對得到的初始的低頻圖像使用G-P算法來進行頻譜外推，以獲取高頻部分的信息。
5.根據權利要求4所述的G-P算法，其特征在于利用成像區(qū)域的先驗知識，結合譜的解析性質通過迭代從不完全頻譜推出整個空間譜的分布情況，迭代過程如下
6.根據權利要求I所述步驟(4)，其特征在于使用了非線性的頻譜外推的方法來加強圖像高頻部分，通過以下步驟 H = BP (s X (BOUND (H0))) H。是在步驟(3)中得到的圖像高頻部分，BP是高通濾波器，s —個放大因子。其中BOUND (x)函數如下
7.根據權利6所述的所述的非線性頻譜外推的方法，其特征在于采用一種修正來代替其中剪切操作，從而使幅度變化變緩，修改的公式如下 BOUND'(H0(i,j)) = sgn(H0(i,j))T'(iJ) |f 其中k是修止因子，它越大修正的力度越小，T' (i，j)通過下面的公式計算 h' 。= LP(Ih0I)
其中LP是低通濾波。
8.根據權利要求7所述的改進的非線性譜外推的方法，其特征在于增強整幅圖像時利用高頻圖像Htl的局部信息取代其整體信息，對Htl進行包絡檢波，用得到的包絡代替Htlmax作為剪切閾值的基準，在整幅圖像增強時能兼顧各種幅度的高頻分量，使圖像在整體上均勻增強。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用頻譜外推技術改進成像質量的超聲CT圖像重建方法，該方法首先使用透射型超聲CT設備對物體進行180°掃描，獲取各個方向投影數據；對得到的各個方向的投影值進行一維傅氏變換，得到物體斷層平面(即像函數)的頻譜低頻部分的信息，再對頻域值進行二維傅氏反變換，可以得到初始的圖像；然后對初始的低頻圖像使用G-P算法，得到高頻信息和初始的高頻圖像；再使用改進的非線性頻譜外推的方法，利用了高頻圖像的局部信息，兼顧了各種幅度的高頻分量，使圖像在整體上均勻增強。該方法有效解決了衍射層析法進行超聲CT圖像重建時，獲得圖像信息局限于低頻的缺點，能獲得更高質量的重建圖像，且方法穩(wěn)定可靠，在醫(yī)學成像領域具有極大的應用價值。
文檔編號A61B8/15GK102651126SQ20111004494
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2011年2月24日
發(fā)明者徐世軍 申請人:徐世軍