图像重构处理方法、图像重构处理程序以及安装有该程序的断层摄影装置制造方法及图纸

技术编号:19395877 阅读:29 留言:0更新日期:2018-11-10 04:40
在本发明专利技术的图像重构处理方法中,在图像更新工序(步骤S2)中,通过逐次逼近法来更新重构图像,在权重系数映射图更新工序(步骤S4)中,根据通过在该图像更新工序(步骤S2)中更新图像所得到的重构图像来生成针对先验知识的权重系数映射图,基于该权重系数映射图调整针对各像素的先验知识的权重系数,由此更新权重系数映射图。这样,根据通过更新图像所得到的(估计中的)重构图像来生成针对先验知识的权重系数映射图,基于该权重系数映射图调整针对各像素的先验知识的权重系数,由此能够解决无法获得高画质的重构图像这一问题点。也就是说,通过调整针对各像素的先验知识的权重系数,能够避免对重构图像的像素施加过度的制约,能够获得高画质的重构图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像重构处理方法、图像重构处理程序以及安装有该程序的断层摄影装置
本专利技术涉及图像重构处理方法、图像重构处理程序以及安装有该程序的断层摄影装置中的基于逐次逼近法的重构伪像减少方法。
技术介绍
作为断层摄影装置,采用X射线CT(ComputedTomography:计算机断层扫描)装置为例来进行说明。在此之前,作为X射线CT中的标准的图像重构方法,使用了滤波校正反投影法(FBP:FilteredBackProjection)。近年来,伴随计算机的性能提高,使用了逐次逼近法的图像重构的研究和实用化也在推进。在X射线CT中由各种因素导致的伪像的产生成为长期以来的问题,但逐次逼近法的特征点在于,能够反映复杂的物理模型、先验信息(先验知识)等以减少伪像,在此之前提出了各种方法(例如,参照专利文献1、2以及非专利文献1)。其中,在专利文献1:日本特开2011-156302号公报和非专利文献1中提出的方法是一种利用基于贝叶斯理论进行的后验概率最大化的估计(MAP估计)的方法,提供与摄影样品的构成物质有关的信息(物质信息)来作为先验概率,由此尝试获得更好的解。也就是以下的方法:发挥使重构像素具有事先指定的物质的像素值(表现了X射线衰减系数的值)的效果,由此尝试减少伪像。基于图像直方图的观点来说明该物质信息的效果。此外,在说明中使用的图7~图9的直方图的纵轴以利用像素数的最大值进行标准化的方式表现,直方图的横轴的像素值随着趋向右而变高。作为例子,考虑由具有互不相同的X射线衰减系数的四种材质构成的摄影样品。当假设材质是纯物质且为不存在噪声等理想的状况时,如图7所示,在重构图像的直方图中存在四个峰。但是,实际上由于各种因素产生伪像,直方图中的各峰成为如图8所示那样具有宽度的分布。另一方面,物质信息以重构像素可取的像素值集合(四个物质制约值)的形式提供,各像素值分布的中心与一个物质制约值对应。物质信息发挥作用,由此分布周边的像素值如图9所示那样朝向分布中心靠拢。其结果,具有宽度的像素值分布接近陡峭的峰,能够获得理想的图像、也就是减少伪像后的图像。图10是应用事例,判断为在不存在物质信息的制约的图10的(a)中产生了斜左方向的伪像,但在存在物质信息的制约的图10的(b)中伪像减少。上述方法能够认为是基于目标函数最大化的逐次逼近法。该方法通过将用下述式(1)表示的目标函数F最大化来求出重构图像。F(μ,y)=D(μ,y)+βR(μ)…(1)其中,上述式(1)中的μ是重构图像矢量,y是投影数据。D被称为“数据项”,表示与实测数据的匹配度,用根据实测投影(由X射线检测器得到的实测的投影数据)和估计参数(用上述式(1)估计出的估计图像)计算的似然度等来定义。此外,μ、y是矢量,因此实际上需要留意用粗体字表示的情况。R一般被称为“罚项”等,反映估计参数(估计图像)的合理性。在本说明书中,为了方便,之后将R称为“合理性项”。上述物质信息反映为该合理性项,例如利用如图11那样的分段高斯函数。此外,β是控制合理性项R的强度的系数,大多凭经验来决定。此外,在上述(1)的实际的计算中,使用仅根据函数的斜率(一阶导数)搜索函数的最小值的梯度法的算法(也被称为“最速下降法”)、Newton法等最优化算法。另外,为了避免陷于局部解,也可以编入遗传算法、退火法等组合最优化法。在使用了最速下降法作为最优化算法的情况下,基于上述目标函数的重构图像的更新式用下述式(2)表示。其中,上述式(2)中的是梯度,是与估计参数(重构图像)有关的偏微分。第j个像素的更新式用下述式(3)表示。【数1】专利文献1:日本特开2011-156302号公报专利文献2:美国专利第8,958,660号公报非专利文献1:C.Lemmens:SuppressionofMetalArtifactsinCTUsingaReconstructionProcedureThatCombinesMAPandProjectionCompletion,IEEETransactionsonMedicalImaging,Volume:28Issue:2(2009)
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而,既然要处理离散信号,就存在利用上述方法无法获得高画质的重构图像的问题。具体地说,既然要处理离散信号,就会例如图12所示那样存在位于物体边界等且混合有多种物质的像素(以下,将该像素称为“混合像素”)。混合像素具有将各物质的像素值以固定比率求和所得到的像素值(中间像素值)。物质信息对于产生了伪像的非混合像素而言有效地发挥了作用,但对于这种具有中间像素值的混合像素而言发挥了具有特定的物质的像素值那样的作用,因此获得不恰当的效果。具体地说,在图13的(a)是不存在物质信息时,图13的(b)是存在物质信息时,细微的构造消失(参照图13的(b)的物体中央部),原本应该平滑的物质信息不自然地动荡(参照图13的(b)的物体轮廓部)。在现有技术中,没有区分非混合像素和混合像素,无论对于哪一个像素都以固定的强度施加物质信息的制约,因此难以避免该现象。如果在上述式(1)中试着考虑该问题,则能够视为在没有假设存在混合像素的意图下,恰当的先验知识不能被目标函数反映。本专利技术是鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供能够获得高画质的重构图像的图像重构处理方法、图像重构处理程序以及安装有该程序的断层摄影装置。用于解决问题的方案本专利技术为了实现这种目的而采用如下的结构。即,本专利技术的图像重构处理方法是用于进行重构处理的图像重构处理方法,其特征在于,具备:图像更新工序,通过逐次逼近法来更新图像;以及权重系数映射图更新工序,根据通过在该图像更新工序中更新图像所得到的重构图像来生成针对先验知识的权重系数映射图,基于该权重系数映射图调整针对各像素的先验知识的权重系数,由此更新所述权重系数映射图,其中,将在该权重系数映射图更新工序中更新后的所述权重系数映射图应用于先验知识并通过所述图像更新工序中的逐次逼近法更新图像来进行重构处理。根据本专利技术的图像重构处理方法,根据通过更新图像所得到的(估计中的)重构图像来生成针对先验知识的权重系数映射图,基于该权重系数映射图调整针对各像素的先验知识的权重系数,由此能够解决无法获得高画质的重构图像这一问题点。也就是说,能够通过调整针对各像素的先验知识的权重系数,来避免对重构图像的像素施加过度的制约,能够获得高画质的重构图像。此外,关于专利文献2:美国专利第8,958,660号公报中提出的方法,将用于计算体素依赖型比例因子的系数映射图应用于目标函数的梯度(参照专利文献2的权利要求1、4)。也就是说,专利文献2与本专利技术的不同点在于,针对根据整个目标函数计算的更新量生成权重系数映射图。另外,在专利文献2中,当想要针对整个目标函数调整权重系数时,甚至对数据项乘以权重系数,甚至抑制了数据项的更新量,逐次逼近法中的重构的处理速度变慢。其结果,必须增加逐次逼近法中的重复次数(迭代次数)。与此相对地,在本专利技术的情况下,将权重系数映射图仅应用于先验知识,因此逐次逼近法中的重构的处理速度变快,能够减少逐次逼近法中的重复次数(迭代次数)。在上述本专利技术的图像重构处理方法中,(a)既可以针对互不相同的多个先验知识应用相同的权重系数映射图,(b)也可以本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种图像重构处理方法,用于进行重构处理,所述图像重构处理方法的特征在于,包括以下工序:图像更新工序,通过逐次逼近法来更新图像;以及权重系数映射图更新工序,根据通过在该图像更新工序中更新图像所得到的重构图像来生成针对先验知识的权重系数映射图,基于该权重系数映射图调整针对各像素的先验知识的权重系数,由此更新所述权重系数映射图,其中,将在该权重系数映射图更新工序中更新后的所述权重系数映射图应用于先验知识并通过所述图像更新工序中的逐次逼近法更新图像来进行重构处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种图像重构处理方法,用于进行重构处理,所述图像重构处理方法的特征在于,包括以下工序:图像更新工序,通过逐次逼近法来更新图像;以及权重系数映射图更新工序,根据通过在该图像更新工序中更新图像所得到的重构图像来生成针对先验知识的权重系数映射图,基于该权重系数映射图调整针对各像素的先验知识的权重系数,由此更新所述权重系数映射图,其中,将在该权重系数映射图更新工序中更新后的所述权重系数映射图应用于先验知识并通过所述图像更新工序中的逐次逼近法更新图像来进行重构处理。2.根据权利要求1所述的图像重构处理方法,其特征在于,(a)针对互不相同的多个所述先验知识应用相同的所述权重系数映射图。3.根据权利要求1所述的图像重构处理方法,其特征在于,(b)针对互不相同的多个所述先验知识应用各不相同的所述权重...

【专利技术属性】
技术研发人员:知野见健太
申请(专利权)人:株式会社岛津制作所
类型:发明
国别省市:日本,JP

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