本发明专利技术公开了基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方法，包括步骤(1)读取初始的肺部4D-CT图像，该肺部4D-CT图像由多个不同相位的肺部3D-CT图像组成，任意选择其中某一相位的肺部3D-CT图像作为待重建肺部3D-CT图像；(2)将肺部4D-CT图像中除去待重建肺部3D-CT图像后的肺部3D-CT图像相对于待重建肺部3D-CT图像进行初始运动估计，得到他们之间的初始运动矢量场；(3)对获得的初始运动矢量场进行精度优化，获得亚像素运动矢量场；(4)以亚像素运动矢量场为基础，对待重建肺部3D-CT图像进行重建，得到与待重建肺部3D-CT图像相对应的相位相同的重建后的高分辨率肺4D-CT图像。该方法能够提高肺4D-CT图像分辨率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方法，包括步骤(1)读取初始的肺部4D-CT图像，该肺部4D-CT图像由多个不同相位的肺部3D-CT图像组成，任意选择其中某一相位的肺部3D-CT图像作为待重建肺部3D-CT图像；(2)将肺部4D-CT图像中除去待重建肺部3D-CT图像后的肺部3D-CT图像相对于待重建肺部3D-CT图像进行初始运动估计，得到他们之间的初始运动矢量场；(3)对获得的初始运动矢量场进行精度优化，获得亚像素运动矢量场；(4)以亚像素运动矢量场为基础，对待重建肺部3D-CT图像进行重建，得到与待重建肺部3D-CT图像相对应的相位相同的重建后的高分辨率肺4D-CT图像。该方法能够提高肺4D-CT图像分辨率。【专利说明】基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方 法
本专利技术涉及医学图像处理
，具体是指一种基于快速亚像素运动估计的肺 4D-CT图像超分辨率重建方法。
技术介绍
肺4D-CT图像在肺癌放射治疗中发挥着重要的作用，它能提供了一个全面的高精 度放射治疗呼吸运动表征，有助于跟踪肿瘤运动，实施精确放射治疗，并减少对正常组织 的损伤。然而，由于CT固有的高剂量照射，故往往只能降低沿纵向（Z轴方向）的采样来减 少肺4D-CT扫描时间以求降低辐射量，从而导致肺4D-CT图像层间分辨率远低于层内分辨 率，造成数据显著的各向异性。这使得对数据进行多平面观察（冠矢状面等）时，需进行插 值运算以获得正确的显示，这一操作易导致图像的模糊。 在超分辨率重建过程中，图像间运动场的估计是影响重建精度和速度的主要因 素。 申请人:之前提出的基于运动估计的超分辨率技术采用了全搜索运动估计法，估计不同 帧图像之间的运动场。该方法能够重建出较传统插值方法更清晰的肺冠（矢）状面图像， 但其主要缺点是：速度慢，且只能是固定搜索步长。这样既影响重建速度，也影响重建精度。 因此，提供一种基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方法以克服现有技 术的不足甚为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率 重建方法，该方法能够提高肺4D-CT图像分辨率。 本专利技术的目的可通过下述技术措施来实现：基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT 图像超分辨率重建方法，该方法包括以下步骤： (1)读取初始的肺部4D-CT图像，该肺部4D-CT图像由多个不同相位的肺部3D-CT 图像组成，任意选择其中某一相位的肺部3D-CT图像作为待重建肺部3D-CT图像； (2)将肺部4D-CT图像中除去待重建肺部3D-CT图像后的多个不同相位的肺部 3D-CT图像相对于待重建肺部3D-CT图像进行初始运动估计，得到肺部4D-CT图像中除去待 重建肺部3D-CT图像后的多个不同相位的肺部3D-CT图像与待重建肺部3D-CT图像之间的 初始运动矢量场，该初始运动矢量场的精度为整数； (3)对获得的初始运动矢量场进行精度优化，使其精确到亚像素，获得亚像素运动 矢量场； (4)以步骤（3)得到的亚像素运动矢量场为基础，对待重建肺部3D-CT图像进行重 建，得到与待重建肺部3D-CT图像相对应的相位相同的重建后的高分辨率肺4D-CT图像。 本专利技术中，所述步骤（2)中采用三步搜索法进行初始运动估计，搜索肺部4D-CT图 像中除去待重建肺部3D-CT图像后的多个不同相位的肺部3D-CT图像与待重建肺部3D-CT 图像之间的整数像素位移。该算法通过由粗到精的搜索模式，从搜索窗中心点开始，按一定 步长取周围8个点构成每次搜索的点群，然后按照匹配准则进行匹配计算，找到误差最小 的匹配块中心点。具体过程包括： (2. 1)确定一个中心点，设定最大搜索长度，以最大搜索长度的1/2作为步长，将 中心点及周围距离相同步长的8个检测点根据匹配准则，找到最小块误差点，如果最小块 误差点位于原中心点，则算法结束，否则，进行步骤（2.2); (2. 2)步长减半，在上一步确定的最小块误差点及其周围相同步长的8个检测点 中找到最小误差匹配块的中心点； (2. 3)重复（2. 1)和（2. 2)直到步长达到搜索精度要求，即得到最佳匹配点。 本专利技术采用的是常用的最小绝对误差匹配准则定义为： 【权利要求】1. 基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方法，该方法包括以下步 骤： (1) 读取初始的肺部4D-CT图像，该肺部4D-CT图像由多个不同相位的肺部3D-CT图像 组成，任意选择其中某一相位的肺部3D-CT图像作为待重建肺部3D-CT图像； (2) 将肺部4D-CT图像中除去待重建肺部3D-CT图像后的多个不同相位的肺部3D-CT 图像相对于待重建肺部3D-CT图像进行初始运动估计，得到肺部4D-CT图像中除去待重建 肺部3D-CT图像后的多个不同相位的肺部3D-CT图像与待重建肺部3D-CT图像之间的初始 运动矢量场，该初始运动矢量场的精度为整数； (3) 对获得的初始运动矢量场进行精度优化，使其精确到亚像素，获得亚像素运动矢量 场； (4) 以步骤（3)得到的亚像素运动矢量场为基础，对待重建肺部3D-CT图像进行重建， 得到与待重建肺部3D-CT图像相对应的相位相同的重建后的高分辨率肺4D-CT图像。2. 根据权利要求1所述的基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方 法，其特征在于：所述步骤（2)中采用三步搜索法进行初始运动估计，搜索肺部4D-CT图像 中除去待重建肺部3D-CT图像后的多个不同相位的肺部3D-CT图像与待重建肺部3D-CT图 像之间的整数像素位移，该算法通过由粗到精的搜索模式，从搜索窗中心点开始，按一定步 长取周围8个点构成每次搜索的点群，然后按照匹配准则进行匹配计算，找到误差最小的 匹配块中心点，具体过程包括： (2. 1)确定一个中心点，设定最大搜索长度，以最大搜索长度的1/2作为步长，将中心 点及周围距离相同步长的8个检测点根据匹配准则，找到最小块误差点，如果最小块误差 点位于原中心点，则算法结束，否则，进行步骤（2.2); (2. 2)步长减半，在上一步确定的最小块误差点及其周围相同步长的8个检测点中找 到最小误差匹配块的中心点； (2. 3)重复（2. 1)和（2. 2)直到步长达到搜索精度要求，即得到最佳匹配点； 本专利技术采用的是常用的最小绝对误差匹配准则，定义为：It (p + i,q + j) - It_A (p + vx +i,q + vy + y)|......式（1) 式中，图像块的大小为NXN，左上角的坐标为（p，q)，本专利技术选取的块大小为16X16 ; 运动矢量为（vx，vy) ;It(i，j)和（λ,(~/)分别为当前帧和参考帧在像素（i，j)处的值，在搜 索区域内使S(v x，vy)值最小的运动矢量即为当前块的最优运动矢量。3. 根据权利要求1所述的基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建方 法，其特征在于：所述步骤（3)中利用光流法对初始运动矢量进行精度优化，使其精确到亚 像本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于快速亚像素运动估计的肺4D‑CT图像超分辨率重建方法，该方法包括以下步骤：(1)读取初始的肺部4D‑CT图像，该肺部4D‑CT图像由多个不同相位的肺部3D‑CT图像组成，任意选择其中某一相位的肺部3D‑CT图像作为待重建肺部3D‑CT图像；(2)将肺部4D‑CT图像中除去待重建肺部3D‑CT图像后的多个不同相位的肺部3D‑CT图像相对于待重建肺部3D‑CT图像进行初始运动估计，得到肺部4D‑CT图像中除去待重建肺部3D‑CT图像后的多个不同相位的肺部3D‑CT图像与待重建肺部3D‑CT图像之间的初始运动矢量场，该初始运动矢量场的精度为整数；(3)对获得的初始运动矢量场进行精度优化，使其精确到亚像素，获得亚像素运动矢量场；(4)以步骤(3)得到的亚像素运动矢量场为基础，对待重建肺部3D‑CT图像进行重建，得到与待重建肺部3D‑CT图像相对应的相位相同的重建后的高分辨率肺4D‑CT图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张煜，肖珊，王婷婷，
申请(专利权)人：南方医科大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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