一种低剂量CT图像重建方法技术

本发明专利技术提供一种低剂量CT图像重建方法，包括以下步骤：步骤（1），获取不同投影角度θ的等斜率增量的投影数据；步骤（2），对所述投影数据进行修正；步骤（3），对修正后的所述投影数据执行傅里叶变换，以使其转换成极坐标系下的频域空间数据；步骤（4），将所述极坐标系下的频域空间数据转换成伪极坐标系下的频域空间数据；步骤（5），通过迭代法使所述步骤（4）中的所述频域空间数据在伪极坐标系下的频域空间与笛卡尔坐标下的时域空间之间重复转换，直至满足预设的最终条件；步骤（6），输出满足最终条件时的时域图像。本发明专利技术的方法在保证重建图像质量的同时，还能有效降低样品所受到的辐射剂量。

【技术实现步骤摘要】
一种低剂量CT图像重建方法
本专利技术涉及一种图像重建方法，尤其涉及一种低剂量CT图像重建方法。
技术介绍
计算机断层成像（ComputerTomography,CT）是一种有效的无损三维检测技术，它能从样品的二维投影中解出断层切片，实现三维可视化，在医学、材料学、地球物理学、考古学及生物学等科学领域以及工业无损检测领域发挥着重要的作用。参见图1和2，典型的CT成像系统包括具有一定穿透能力的辐射源（平行束110、扇形束210及锥束）和探测器（平面探测器130和非平面探测器230），两者之间是样品台120，通过样品与辐射线和探测器之间的相对旋转（旋转中心O），获取样品不同角度的投影图像140，然后将投影图像输入计算机150，通过图像重建算法计算出断层切片，即重建图像160。其中辐射源包括X射线、伽玛射线、中子、质子、电子、声波和离子束等等。对于传统的医用X射线CT及荧光造影，控制辐射剂量是必须考虑的一个关键问题，病人受到的辐射剂量随着获取投影数呈近似线性关系，长时间接受电离辐射增加了对病人的伤害。另外，对于电子显微技术来说，由于样品必须被放置在衬底上，导致某些角度的投影无法获取到，最终导致重建结果分辨率的降低。传统CT重建方法中，投影数据是按照等角度增量的方式进行获取，即不同的投影构成一个极坐标系，而待重建的断层切片是笛卡尔坐标，因此在数据重建过程中不可避免地使用到插值，从而增加了重建结果的误差，降低了重建结果的分辨率和信噪比。传统CT重建方法中使用最为广泛的是滤波反投影（FBP），该方法较容易实现且重建速度快，但是当投影角度不完全时，滤波反投影往往不能给出满意的结果。同时由于该方法在反投影过程中使用插值算法，重建结果中会不可避免地出现伪影，最终导致图像质量的降低，更重要的是，FBP算法需要大量的投影角度，使得数据获取过程中样品接收较大的辐射剂量，在医用CT应用中，将给受检者带来辐射伤害。其他的CT重建算法，如代数迭代算法（ART）及期望最大化算法（EM）等，虽然可以有效解决投影角度不完全的问题，并能利用少量投影实现图像重建，有效降低样品受到的辐射剂量，但是其重建过程只涉及笛卡尔坐标系和极坐标系，因而需要大量的插值，降低了重建结果的精确性，同时重建速度慢，限制了其使用范围。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种低剂量CT图像重建方法，在保证重建图像质量的同时，还能有效降低样品所受到的辐射剂量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种低剂量CT图像重建方法，该方法包括以下步骤：步骤（1），获取不同投影角度θ的等斜率增量的投影数据；步骤（2），对所述投影数据进行修正；步骤（3），对修正后的所述投影数据执行傅里叶变换，以使其转换成极坐标系下的频域空间数据；步骤（4），将所述极坐标系下的频域空间数据转换成伪极坐标系下的频域空间数据；步骤（5），通过迭代法使所述步骤（4）中的所述频域空间数据在伪极坐标系下的频域空间与时域空间之间重复转换，直至满足预设的最终条件；步骤（6），输出满足最终条件时的时域图像。进一步地，所述步骤（1）中的所述投影数据为通过等斜率增量方式获取的数据。进一步地，所述步骤（1）中的所述投影数据为通过等角度增量方式获取并从获取的数据中选取出的近似等斜率增量的数据。优选地，所述步骤（1）中的所述投影角度θ满足以下公式：其中，N×N为待重建图像的像素。优选地，所述步骤（1）中的所述投影数据为在平行束辐射源下采集的数据。进一步地，所述步骤（1）中的所述投影数据为在扇形束或锥束辐射源下采集并转换为平行投影的数据。进一步地，所述步骤（1）包括通过重排算法将在所述扇形束或锥束辐射源下采集的数据转换为平行投影的数据。进一步地，所述步骤（2）通过对所述投影数据执行归一化、补零、配准和/或相位恢复操作实现修正。优选地，所述步骤（3）中的所述傅里叶变换为快速傅里叶变换、非均匀傅里叶变换或者分数阶傅里叶变换。前述一种低剂量CT图像重建方法，其中，所述步骤（5）包括以下步骤：步骤（51），对所述伪极坐标系下的频域空间数据执行逆伪极坐标快速傅里叶变换，以使其转换成时域空间图像；步骤（52），判断是否满足所述预设的最终条件，如果满足，则执行所述步骤（6），否则，执行步骤（53）；步骤（53），对所述步骤（51）中的所述时域空间图像进行修正；步骤（54），将所述步骤（53）修正的所述时域空间图像转换成伪极坐标系下的频域空间数据；步骤（55），对所述步骤（54）中的所述伪极坐标系下的频域空间数据进行修正，然后返回步骤（51）。进一步地，所述步骤（54）包括对所述时域空间图像执行伪极坐标快速傅里叶变换。前述一种低剂量CT图像重建方法，所述步骤（54）包括以下步骤：步骤（541），根据所述时域空间图像计算各投影角度的投影数据；步骤（542），对所述步骤（541）中的所述投影数据进行修正；步骤（543），对所述步骤（542）修正的所述投影数据执行傅里叶变换，以使其转换为极坐标系下的频域空间数据；步骤（544），将所述步骤（543）中的所述极坐标系下的频域空间数据转换成伪极坐标系下的频域空间数据。优选地，所述步骤（543）中的所述傅里叶变换为快速傅里叶变换、非均匀傅里叶变换或者分数阶傅里叶变换。优选地，所述步骤（53）通过执行边界约束条件、非负约束条件、实数约束条件、极值约束条件和/或滤波对所述时域空间图像进行修正。前述一种低剂量CT图像重建方法，所述步骤（55）通过执行基于实验数据的约束条件以及滤波对所述伪极坐标系下的频域空间数据进行修正，其中，所述执行基于实验数据的约束条件是利用所述步骤（1）中获取的的投影数据所对应的伪极坐标系下的频域空间数据替换步骤（54）中所计算得到的对应角度的频域空间数据。前述一种低剂量CT图像重建方法，其中，所述步骤（52）中的所述预设的最终条件为下列条件中的至少一种：所述步骤（5）循环的最大次数；一图像参数的数值范围；误差函数的最小值；以及所述误差函数随迭代次数增加不再减小，其中，所述误差函数为所述步骤（54）中计算得到的所述伪极坐标系下的频域空间数据与所述步骤（1）中获取的投影数据所对应的伪极坐标系下的频域空间数据相比较所得到的误差函数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的重建方法在笛卡尔坐标、极坐标和伪极坐标三个坐标系之间转换，即，首先获取等斜率增量投影数据，再利用傅里叶变换将该投影数据映射到极坐标系下的频域空间，然后利用傅里叶切片定理将极坐标系下的频域空间数据转换为伪极坐下的频域空间数据，最后使该频域空间数据在伪极坐标系下的频域空间与笛卡尔坐标系下的时域空间来回迭代，从而实现时域空间图像重建。由于迭代过程是在笛卡尔坐标系和伪极坐标系之间进行，并且这两个坐标系之间存在精确的傅里叶变换关系，因此本专利技术的重建过程不需要插值算法，提高了CT重建图像的精确性。2、传统的滤波反投影算法利用不同角度的投影数据进行插值运算以实现重建，因此需要获取大量角度的投影数据才能实现满意的图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低剂量CT图像重建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤（1），获取不同投影角度θ的等斜率增量的投影数据；步骤（2），对所述投影数据进行修正；步骤（3），对修正后的所述投影数据执行傅里叶变换，以使其转换成极坐标系下的频域空间数据；步骤（4），将所述极坐标系下的频域空间数据转换成伪极坐标系下的频域空间数据；步骤（5），通过迭代法使所述步骤（4）中的所述频域空间数据在伪极坐标系下的频域空间与时域空间之间重复转换，直至满足预设的最终条件；步骤（6），输出满足最终条件时的时域图像。

【技术特征摘要】
1.一种低剂量CT图像重建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤(1)，获取不同投影角度θ的等斜率增量的投影数据；步骤(2)，对所述投影数据进行修正；步骤(3)，对修正后的所述投影数据执行傅里叶变换，以使其转换成极坐标系下的频域空间数据；步骤(4)，将所述极坐标系下的频域空间数据转换成伪极坐标系下的频域空间数据；步骤(5)，通过迭代法使所述步骤(4)中的所述伪极坐标系下的频域空间数据在伪极坐标系下的频域空间与时域空间之间重复转换，直至满足预设的最终条件；步骤(6)，输出满足最终条件时的时域图像；所述步骤(5)包括以下步骤：步骤(51)，对所述伪极坐标系下的频域空间数据执行逆伪极坐标快速傅里叶变换，以使其转换成时域空间图像；步骤(52)，判断是否满足所述预设的最终条件，如果满足，则执行所述步骤(6)，否则，执行步骤(53)；步骤(53)，对所述步骤(51)中的所述时域空间图像进行修正；步骤(54)，将所述步骤(53)修正的所述时域空间图像转换成伪极坐标系下的频域空间数据；步骤(55)，对所述步骤(54)中的所述伪极坐标系下的频域空间数据进行修正，然后返回步骤(51)。2.根据权利要求1所述的低剂量CT图像重建方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述投影数据为通过等斜率增量方式获取的数据。3.根据权利要求1所述的低剂量CT图像重建方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述投影数据为通过等角度增量方式获取并从获取的数据中选取出的近似等斜率增量的数据。4.根据权利要求2或3所述的低剂量CT图像重建方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述投影角度θ满足以下公式：其中，N×N为待重建图像的像素。5.根据权利要求1所述的低剂量CT图像重建方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述投影数据为在平行束辐射源下采集的数据。6.根据权利要求1所述的低剂量CT图像重建方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述投影数据为在扇形束或锥束辐射源下采集并转换为平行投影的数据。7.根据权利要求6所述的低剂量CT图像重建方法，其特征在于，所述步骤(1)包括通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光照，杜国浩，佟亚军，陈荣昌，任玉琦，王玉丹，谢红兰，邓彪，肖体乔，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31