Ct圖像重建方法、ct圖像重建裝置及ct系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及CT圖像重建方法、CT圖像重建裝置及CT系統(tǒng)，特別涉及有物體運(yùn)動(dòng) 的情況下的CT圖像重建方法、CT圖像重建裝置及CT系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（CT)技術(shù)正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。例如，CT技術(shù)被廣 泛利用于科學(xué)研究、生物體數(shù)據(jù)獲取、人體檢查等多個(gè)領(lǐng)域。其中，CT圖像例如作為中間數(shù) 據(jù)用于疾病診斷已有30年的歷史。對(duì)CT圖像重建方式進(jìn)行研究以降低輻射劑量、提高CT 圖像質(zhì)量、降低圖像偽影，一直是研究中的熱點(diǎn)問題。
[0003] 實(shí)際應(yīng)用中，CT圖像重建方式主要包括濾波反投影方式和迭代重建方式。其中，濾 波反投影方式是CT圖像重建的傳統(tǒng)方式，已經(jīng)在目前的CT產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。但 在濾波反投影方式中，重建圖像的投影數(shù)據(jù)被假設(shè)為無噪聲干擾的。而實(shí)際上，噪聲是伴隨 著投影數(shù)據(jù)始終存在的，尤其是在低劑量掃描的情況下更是如此。因此，通過濾波反投影方 式難以獲得高質(zhì)量的CT圖像。
[0004] 然而，隨著CT技術(shù)的各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，CT應(yīng)用的廣度和深度都日漸達(dá)到了前所 未有的高度。在這種新的形勢(shì)背景下，業(yè)界對(duì)CT使用的安全性考慮與圖像質(zhì)量均有了新 的、更高的要求。這便使得濾波反投影方式難以滿足新的需求。
[0005] 針對(duì)以上新的需求，在高端應(yīng)用中，迭代重建方式被重視并研究。迭代重建方式 可以很好地處理電子噪聲和其它物理因素所導(dǎo)致的圖像偽影，從而在保證圖像質(zhì)量的情況 下，降低掃描時(shí)的X射線劑量。但是由于其龐大的計(jì)算量導(dǎo)致成像速度緩慢而難以實(shí)際應(yīng) 用。近年，但隨著計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算科學(xué)的飛速發(fā)展，迭代重建方式應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品成為了 可能。
[0006] 圖像重建過程可以公式1表示，其中Μ表示CT的系統(tǒng)矩陣，X為需要重建的圖像， Ρ為CT掃描得到的投影數(shù)據(jù)。
[0007] MX = Ρ (公式 1)
[0008] 迭代重建方式是通過迭代的過程求公式2中最小化目標(biāo)函數(shù)0art來得到最終的圖 像X，即最終重建得到的圖像X要滿足CT掃描得到的投影數(shù)據(jù)的一致性條件。
[0009] 〇art = | |MX-P| |2 (公式 2)
[0010] 近年來，壓縮感知（Compress sensing)理論在CT圖像重建領(lǐng)域得到了廣泛研究 (參見現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1)。根據(jù)壓縮感知理論，在CT圖像的迭代重建中引入先驗(yàn)知識(shí)作為約 束條件，能夠有效的減少迭代重建方式的迭代次數(shù)，提高圖像重建質(zhì)量。
[0011] 壓縮感知（Compress sensing)理論的CT圖像重建過程可以用公式3表示。公式 3表示在滿足公式1所示的數(shù)據(jù)一致性條件下，最小化先驗(yàn)知識(shí)的約束項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)，即約束 重建的圖像在稀疏變換后L1范數(shù)最小。其中Ψ為稀疏變換矩陣，常用的有各種小波變換。
[0012] min | | ΨΧ | | 丨，s. t. MX = P (公式 3)
[0013] 在現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1的方法中，已經(jīng)證實(shí)了 Ψ為TV(總變分：Total Variation)變 換時(shí)的有效性。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)2在現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1的基礎(chǔ)上過引入已知先驗(yàn)圖像作為約束條件， 能夠在稀疏的投影數(shù)據(jù)的情況下重建清晰的圖像，其約束項(xiàng)增加了先驗(yàn)圖像約束項(xiàng)，如公 式4所示。
[0015] min[a | ΙΨΑ-Χρ) | |1+(1-(1) | |Ψ"Χ) | (公式 4)
[0016] 其中ΨρΨ2均為稀疏變換矩陣，Xp為通過一定方法估計(jì)得到的先驗(yàn)基本圖像，a 為權(quán)重。這樣，即使在投影數(shù)據(jù)較少（稀疏）的情況下，由于先驗(yàn)圖像的約束，也能重建出 清晰的圖像，從而可以有效地減少X射線的輻射劑量。
[0017] 如上所述，CT技術(shù)特別是CT圖像重建技術(shù)這些年發(fā)展迅速。但是，在實(shí)際的CT應(yīng) 用中，對(duì)于有運(yùn)動(dòng)物體的情況，往往還是會(huì)有較大的偽影。這是由于在CT旋轉(zhuǎn)掃描過程中， 運(yùn)動(dòng)的物體導(dǎo)致了 CT掃描的數(shù)據(jù)具有不一致性，因此難以重建一致性好的清晰的圖像。例 如，在對(duì)心臟進(jìn)行掃描的過程中，由于CT在旋轉(zhuǎn)一周掃描的過程中心臟在跳動(dòng)，這樣每個(gè) 角度掃描時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。因此，在利用所有角度進(jìn)行圖像重建時(shí)就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽 影，難以重建出清晰的圖像。然而，針對(duì)心臟等運(yùn)動(dòng)物體的CT掃描的需求這些年來越來越 大，因此該技術(shù)問題急需得到研究和解決。
[0018] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 1 :Sidky E Y, Pan X. Image reconstruction in circular cone-beam computed tomography by constrained, total-variation minimization[J]. Physics in medicine and biology, 2008, 53(17):4777.
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 2 :Chen G H, Tang J,Leng S. Prior image constrained compressed sensing (PICCS) : a method to accurately reconstruct dynamic CT images from highly undersampled projection data sets[J]. Medical physics, 2008, 35(2) :660-663.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本申請(qǐng)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，提出了一種CT圖像重建方法、CT圖像重 建裝置及CT系統(tǒng)，用于減少有物體運(yùn)動(dòng)的情況下的CT圖像的運(yùn)動(dòng)偽影。
[0021] 本發(fā)明提供一種CT圖像重建方法，根據(jù)通過X射線掃描而得到的投影數(shù)據(jù)重建CT 圖像，其特征在于，包括：運(yùn)動(dòng)物體位置檢測(cè)步驟，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體在CT圖像中的位置；部分 角度選擇步驟，根據(jù)運(yùn)動(dòng)物體的所述位置選擇視角點(diǎn)和角度范圍，并根據(jù)所述視角點(diǎn)和角 度范圍選擇所述投影數(shù)據(jù)中的部分角度的數(shù)據(jù)；部分角度約束步驟，根據(jù)所述部分角度的 數(shù)據(jù)，生成部分角度約束條件；以及迭代重建步驟，使用所述部分角度約束條件，通過迭代 重建來生成CT圖像。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的CT圖像重建方法，將部分角度投影數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)一致性的約束條 件引入迭代重建算法中。由于部分角度的投影數(shù)據(jù)能夠限制在掃描過程中圖像的不一致 性，因此將部分角度的投影數(shù)據(jù)作為整個(gè)重建結(jié)果的約束，則能讓迭代重建的結(jié)果向著符 合一致性的方向進(jìn)行，也就是運(yùn)動(dòng)偽影較小的方向進(jìn)行。由此，能夠提高運(yùn)動(dòng)物體的CT圖 像的時(shí)間分辨率，減少運(yùn)動(dòng)偽影。
[0023] 在上述CT圖像重建方法中，也可以在所述運(yùn)動(dòng)物體的位置不屬于CT圖像的中心 區(qū)域的情況下，所述部分角度選擇步驟選擇相對(duì)于CT圖像的中心與所述運(yùn)動(dòng)物體的位置 處于不同側(cè)的視角點(diǎn)；在所述運(yùn)動(dòng)物體的位置屬于CT圖像的中心區(qū)域的情況下，所述部分 角度選擇步驟選擇任意的視角點(diǎn)。
[0024] 其中，也可以在所述運(yùn)動(dòng)物體的位置不屬于CT圖像的中心區(qū)域的情況下，所述部 分角度選擇步驟選擇距離所述運(yùn)動(dòng)物體的位置最遠(yuǎn)的視角點(diǎn)。
[0025] 由此，在運(yùn)動(dòng)物體的位置不屬于CT圖像的中心區(qū)域的情況下，選擇相對(duì)于CT圖像 的中心與運(yùn)動(dòng)物體的位置處于不同側(cè)的視角點(diǎn)、例如距離運(yùn)動(dòng)物體的位置最遠(yuǎn)的視角點(diǎn)， 能夠減少運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)對(duì)投影數(shù)據(jù)的影響，從而進(jìn)一步減少運(yùn)動(dòng)偽影。<