一种基于平板射线源的随机射线成像方法技术

一种基于平板射线源的随机射线成像方法，包括(1)设置处于关闭状态的射线源单元数量和产生射线的射线源单元数量；然后使用平板射线源随机产生射线分布，采集得到具有缺失数据的投影；(2)分割出投影中的黑色圆圈所代表的缺失数据；(3)生成一个黑色圆圈的模具并从中提取出每个圆圈的中心；(4)标定出原始投影中黑色圆圈的范围，生成无效投影区域模板，并且分离出有效射线投影；(5)利用有效射线投影，在最小二乘模型上加入一个全变差正则项，然后使用交替方向乘子算法求解最小二乘TV正则化模型，完成图像重建。本发明专利技术既能达到降低辐射剂量的目的，又能避免重建图像质量出现较大失真。

A random radiography method based on flat X-ray source

A random ray imaging method based on a flat ray source, including (1) setting the number of ray source units in the closed state and the number of ray source units producing rays; and then using a flat ray source to generate the ray distribution randomly and collect the projection with missing data; (2) the black circle in the projection is represented. Missing data (3) generating a black circle mold and extracting the center of each circle from it; (4) demarcate the range of the black circle in the original projection, generate the invalid projection area template, and separate the effective ray projection; (5) use the effective ray projection to add a total variation regularity on the least square model. Then we use the alternating direction multiplier algorithm to solve the least squares TV regularization model and complete the image reconstruction. The invention can not only achieve the purpose of reducing radiation dose, but also avoid large distortion of reconstructed image quality.

【技术实现步骤摘要】
一种基于平板射线源的随机射线成像方法
本专利技术涉及医学图像处理领域，特别是涉及一种基于平板射线源的随机射线成像方法。
技术介绍
锥形束计算机断层扫描(Cone-beamComputedTomography,CBCT)由于采用锥形束射线源和平板探测器，采集投影速度得到了大幅度加速，并且射线利用率和图像的轴向分辨率也有了很好地提升，使得CBCT在医学、工业等领域广泛应用。目前CBCT是图像引导放射治疗(Image-guidedRadiationTherapy,IGRT)领域中应用最广泛的图像引导工具。CBCT可以提供3维内部结构信息来精确定位病人位置。然而，过量的辐射剂量会增加病人的患癌风险。因此，低剂量CT图像重建成为近几年一个关心的焦点。在低剂量CT图像重建领域，压缩感知(CompressedSensing,CS)理论在过去的几十年中已经表现出了巨大潜力，CS可以从很少数量的测量数据中精确地恢复图像信号(CandesEJ,RombergJandTaoT,Robustuncertaintyprinciples:exactsignalreconstructionfromhighlyincompletefrequencyinformation,2004,IEEETransactionsonInformationTheory)。其中一些策略方法是减少CBCT的扫描剂量：例如，降低毫安秒(milliamperesecond,mAs)，减少投影数量，有限角度扫描等等。还有一种策略是欠采样，可以分为有规律的视图欠采样，有规律的射线欠采样，以及随机射线欠采样。这类方法本质上影响了相应投影矩阵的属性，投影矩阵由从全投影算子中提取的奇异向量所表示的投影算子组成，已经有文献证明随机射线欠采样在保留全投影算子的数学属性方面优于其他两种方法。但是如何在CBCT机器中实现随机射线欠采样目前仍然是个未解决的问题。因此，针对现有技术不足，提供一种基于平板射线源的随机射线成像方法以克服现有技术不足甚为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于平板射线源的随机射线成像方法，该基于平板射线源的随机射线成像方法能够在降低辐射剂量的同时保持重建图像的质量。本专利技术的上述目的通过如下技术手段实现。一种基于平板射线源的随机射线成像方法，包括以下步骤：(1)设置处于关闭状态的射线源单元数量和产生射线的射线源单元数量；然后使用平板射线源随机产生射线分布，采集得到具有缺失数据的投影；(2)使用霍夫变换找出每一张投影中的黑色圆圈区域，分割出投影中的黑色圆圈所代表的缺失数据；(3)根据第(2)步霍夫变换分割出的结果，生成一个黑色圆圈的模具并从中提取出每个圆圈的中心；(4)用第(3)步的圆圈分布结果标定出原始投影中黑色圆圈的范围，生成无效投影区域模板，并且分离出有效射线投影；(5)利用有效射线投影，在最小二乘模型上加入一个全变差正则项，然后使用交替方向乘子算法求解最小二乘TV正则化模型，完成图像重建。优选的，上述步骤(5)具体包括：(5.1)建立最小二乘模型，其中A代表系统矩阵，x是需要求得图像衰减系数，y是测量得到的有效射线投影；(5.2)进行正则化处理，得到正则化模型；(5.3)迭代求解，得到重建图像。优选的，上述步骤(5.2)采用非局部均值法、紧框架法或者全变差正则化处理。优选的，上述步骤(5.2)的正则化模型为，其中是梯度算子，||·||1代表1范数，β是用来平衡保真项和正则项的正常数。优选的，上述的基于平板射线源的随机射线成像方法，采用交替方向乘子算法进行分解得到式(3)至式(5)，并进行迭代求解；其中b和d是引入的辅助变量，k代表迭代次数，λ>0是中间参数；式(3)是一个最小二乘问题，用经典的梯度下降法或是共轭梯度法来求解；式(4)采用如下收缩算子解决：优选的，上述步骤(1)中采集得到具有缺失数据的投影具体步骤为平板射线源与探测器围绕待成像物体旋转360°，采集得到360个具有缺失数据的投影。一种基于平板射线源的随机射线成像方法，包括以下步骤：(1)设置处于关闭状态的射线源单元数量和产生射线的射线源单元数量；然后使用平板射线源随机产生射线分布，采集得到具有缺失数据的投影；(2)使用霍夫变换找出每一张投影中的黑色圆圈区域，分割出投影中的黑色圆圈所代表的缺失数据；(3)根据第(2)步霍夫变换分割出的结果，生成一个黑色圆圈的模具并从中提取出每个圆圈的中心；(4)用第(3)步的圆圈分布结果标定出原始投影中黑色圆圈的范围，生成无效投影区域模板，并且分离出有效射线投影；(5)利用有效射线投影，在最小二乘模型上加入一个全变差正则项，然后使用交替方向乘子算法求解最小二乘TV正则化模型，完成图像重建。本专利技术的基于平板射线源的随机射线成像方法，既能达到降低辐射剂量的目的，又能避免重建图像质量出现较大失真。附图说明利用附图对本专利技术作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本专利技术的任何限制。图1为本专利技术的基于平板射线源的随机射线成像方法流程图。图2是CatPhan600体模第36层重建结果。(a)是参考图像(GroundTruth,GT)；(b)是降低10％剂量的重建图像；(c)是降低30％剂量的重建图像；(d)是降低50％剂量的重建图像；(e)是降低60％剂量的重建图像；(f)是降低80％剂量的重建图像。图3是降低射线剂量后的各个数据分析图。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1。一种基于平板射线源的随机射线成像方法，如图1所示，包括以下步骤：(1)设置处于关闭状态的射线源单元数量和产生射线的射线源单元数量；然后使用平板射线源随机产生射线分布，采集得到具有缺失数据的投影；(2)使用霍夫变换找出每一张投影中的黑色圆圈区域，分割出投影中的黑色圆圈所代表的缺失数据；(3)根据第(2)步霍夫变换分割出的结果，生成一个黑色圆圈的模具并从中提取出每个圆圈的中心；(4)用第(3)步的圆圈分布结果标定出原始投影中黑色圆圈的范围，生成无效投影区域模板，并且分离出有效射线投影；(5)利用有效射线投影，在最小二乘模型上加入一个全变差正则项，然后使用交替方向乘子算法求解最小二乘TV正则化模型，完成图像重建。上述步骤(5)具体包括：(5.1)建立最小二乘模型，其中A代表系统矩阵，是代表所使用的测试机器的参数；x是需要求得图像衰减系数，y是测量得到的有效射线投影；(5.2)进行正则化处理，得到正则化模型；可以采用非局部均值法、紧框架法或者全变差正则化处理；(5.3)迭代求解，得到重建图像。本实施例中，步骤(5.2)的正则化模型为，其中是梯度算子，||·||1代表1范数，β是用来平衡保真项和正则项的正常数。该基于平板射线源的随机射线成像方法，采用交替方向乘子算法进行分解得到式(3)至式(5)，并进行迭代求解；其中b和d是引入的辅助变量，k代表迭代次数，λ>0是中间参数；式(3)是一个最小二乘问题，用经典的梯度下降法或是共轭梯度法来求解；式(4)采用如下收缩算子解决：本专利技术的一种基于平板射线源的随机射线成像方法，既能达到降低辐射剂量的目的，又能避免重建图像质量出现较大失真。实施例2。一种基于平板射线源的随机射线成像方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平板射线源的随机射线成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)设置处于关闭状态的射线源单元数量和产生射线的射线源单元数量；然后使用平板射线源随机产生射线分布，采集得到具有缺失数据的投影；(2)使用霍夫变换找出每一张投影中的黑色圆圈区域，分割出投影中的黑色圆圈所代表的缺失数据；(3)根据第(2)步霍夫变换分割出的结果，生成一个黑色圆圈的模具并从中提取出每个圆圈的中心；(4)用第(3)步的圆圈分布结果标定出原始投影中黑色圆圈的范围，生成无效投影区域模板，并且分离出有效射线投影；(5)利用有效射线投影，在最小二乘模型上加入一个全变差正则项，然后使用交替方向乘子算法求解最小二乘TV正则化模型，完成图像重建。

【技术特征摘要】
1.一种基于平板射线源的随机射线成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)设置处于关闭状态的射线源单元数量和产生射线的射线源单元数量；然后使用平板射线源随机产生射线分布，采集得到具有缺失数据的投影；(2)使用霍夫变换找出每一张投影中的黑色圆圈区域，分割出投影中的黑色圆圈所代表的缺失数据；(3)根据第(2)步霍夫变换分割出的结果，生成一个黑色圆圈的模具并从中提取出每个圆圈的中心；(4)用第(3)步的圆圈分布结果标定出原始投影中黑色圆圈的范围，生成无效投影区域模板，并且分离出有效射线投影；(5)利用有效射线投影，在最小二乘模型上加入一个全变差正则项，然后使用交替方向乘子算法求解最小二乘TV正则化模型，完成图像重建。2.根据权利要求1所述的基于平板射线源的随机射线成像方法，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：(5.1)建立最小二乘模型，其中A代表系统矩阵，x是需要求得图像衰减系数，y是测量得到的有效射线投影；(5.2)进行正则化处理，得到正则化模型；(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐圆，周凌宏，马健晖，李斌，
申请(专利权)人：南方医科大学，
类型：发明
国别省市：广东,44