CT图像重建方法、CT图像重建装置及CT系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供CT图像重建方法、CT图像重建装置及CT系统，用于减少有物体运动的情况下的CT图像的运动伪影。CT图像重建方法根据通过X射线扫描而得到的投影数据重建CT图像，包括：运动物体位置检测步骤，检测运动物体在CT图像中的位置；部分角度选择步骤，根据运动物体的所述位置选择视角点和角度范围，并根据所述视角点和角度范围选择所述投影数据中的部分角度的数据；部分角度约束步骤，根据所述部分角度的数据，生成部分角度约束条件；以及迭代重建步骤，使用所述部分角度约束条件，通过迭代重建来生成CT图像。由此，能够提高运动物体的CT图像的时间分辨率，减少运动伪影。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及CT图像重建方法、CT图像重建装置及CT系统，特别涉及有物体运动 的情况下的CT图像重建方法、CT图像重建装置及CT系统。
技术介绍
X射线计算机断层成像（CT)技术正在得到越来越广泛的应用。例如，CT技术被广 泛利用于科学研究、生物体数据获取、人体检查等多个领域。其中，CT图像例如作为中间数 据用于疾病诊断已有30年的历史。对CT图像重建方式进行研究以降低辐射剂量、提高CT 图像质量、降低图像伪影，一直是研究中的热点问题。 实际应用中，CT图像重建方式主要包括滤波反投影方式和迭代重建方式。其中，滤 波反投影方式是CT图像重建的传统方式，已经在目前的CT产品中得到了广泛的应用。但 在滤波反投影方式中，重建图像的投影数据被假设为无噪声干扰的。而实际上，噪声是伴随 着投影数据始终存在的，尤其是在低剂量扫描的情况下更是如此。因此，通过滤波反投影方 式难以获得高质量的CT图像。 然而，随着CT技术的各应用领域的发展，CT应用的广度和深度都日渐达到了前所 未有的高度。在这种新的形势背景下，业界对CT使用的安全性考虑与图像质量均有了新 的、更高的要求。这便使得滤波反投影方式难以满足新的需求。 针对以上新的需求，在高端应用中，迭代重建方式被重视并研究。迭代重建方式 可以很好地处理电子噪声和其它物理因素所导致的图像伪影，从而在保证图像质量的情况 下，降低扫描时的X射线剂量。但是由于其庞大的计算量导致成像速度缓慢而难以实际应 用。近年，但随着计算机硬件和计算科学的飞速发展，迭代重建方式应用于实际产品成为了 可能。 图像重建过程可以公式1表示，其中Μ表示CT的系统矩阵，X为需要重建的图像， Ρ为CT扫描得到的投影数据。 MX = Ρ (公式 1) 迭代重建方式是通过迭代的过程求公式2中最小化目标函数0art来得到最终的图 像X，即最终重建得到的图像X要满足CT扫描得到的投影数据的一致性条件。 〇art = | |MX-P| |2 (公式 2) 近年来，压缩感知（Compress sensing)理论在CT图像重建领域得到了广泛研究 (参见现有技术文献1)。根据压缩感知理论，在CT图像的迭代重建中引入先验知识作为约 束条件，能够有效的减少迭代重建方式的迭代次数，提高图像重建质量。 压缩感知（Compress sensing)理论的CT图像重建过程可以用公式3表示。公式 3表示在满足公式1所示的数据一致性条件下，最小化先验知识的约束项目标函数，即约束 重建的图像在稀疏变换后L1范数最小。其中Ψ为稀疏变换矩阵，常用的有各种小波变换。 min | | ΨΧ | | 丨，s. t. MX = P (公式 3) 在现有技术文献1的方法中，已经证实了 Ψ为TV(总变分：Total Variation)变 换时的有效性。 现有技术文献2在现有技术文献1的基础上过引入已知先验图像作为约束条件， 能够在稀疏的投影数据的情况下重建清晰的图像，其约束项增加了先验图像约束项，如公 式4所示。 min[a | ΙΨΑ-Χρ) | |1+(1-(1) | |Ψ"Χ) | (公式 4) 其中ΨρΨ2均为稀疏变换矩阵，Xp为通过一定方法估计得到的先验基本图像，a 为权重。这样，即使在投影数据较少（稀疏）的情况下，由于先验图像的约束，也能重建出 清晰的图像，从而可以有效地减少X射线的辐射剂量。 如上所述，CT技术特别是CT图像重建技术这些年发展迅速。但是，在实际的CT应 用中，对于有运动物体的情况，往往还是会有较大的伪影。这是由于在CT旋转扫描过程中， 运动的物体导致了 CT扫描的数据具有不一致性，因此难以重建一致性好的清晰的图像。例 如，在对心脏进行扫描的过程中，由于CT在旋转一周扫描的过程中心脏在跳动，这样每个 角度扫描时内部结构发生了变化。因此，在利用所有角度进行图像重建时就会产生运动伪 影，难以重建出清晰的图像。然而，针对心脏等运动物体的CT扫描的需求这些年来越来越 大，因此该技术问题急需得到研究和解决。 现有技术文献 1 :Sidky E Y, Pan X. Image reconstruction in circular cone-beam computed tomography by constrained, total-variation minimization. Physics in medicine and biology, 2008, 53(17):4777. 现有技术文献 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. Medical physics, 2008, 35(2) :660-663.
技术实现思路
本申请针对现有技术中的上述技术问题，提出了一种CT图像重建方法、CT图像重 建装置及CT系统，用于减少有物体运动的情况下的CT图像的运动伪影。 本专利技术提供一种CT图像重建方法，根据通过X射线扫描而得到的投影数据重建CT 图像，其特征在于，包括：运动物体位置检测步骤，检测运动物体在CT图像中的位置；部分 角度选择步骤，根据运动物体的所述位置选择视角点和角度范围，并根据所述视角点和角 度范围选择所述投影数据中的部分角度的数据；部分角度约束步骤，根据所述部分角度的 数据，生成部分角度约束条件；以及迭代重建步骤，使用所述部分角度约束条件，通过迭代 重建来生成CT图像。 根据本专利技术的CT图像重建方法，将部分角度投影数据作为数据一致性的约束条 件引入迭代重建算法中。由于部分角度的投影数据能够限制在扫描过程中图像的不一致 性，因此将部分角度的投影数据作为整个重建结果的约束，则能让迭代重建的结果向着符 合一致性的方向进行，也就是运动伪影较小的方向进行。由此，能够提高运动物体的CT图 像的时间分辨率，减少运动伪影。 在上述CT图像重建方法中，也可以在所述运动物体的位置不属于CT图像的中心 区域的情况下，所述部分角度选择步骤选择相对于CT图像的中心与所述运动物体的位置 处于不同侧的视角点；在所述运动物体的位置属于CT图像的中心区域的情况下，所述部分 角度选择步骤选择任意的视角点。 其中，也可以在所述运动物体的位置不属于CT图像的中心区域的情况下，所述部 分角度选择步骤选择距离所述运动物体的位置最远的视角点。 由此，在运动物体的位置不属于CT图像的中心区域的情况下，选择相对于CT图像 的中心与运动物体的位置处于不同侧的视角点、例如距离运动物体的位置最远的视角点， 能够减少运动物体的运动对投影数据的影响，从而进一步减少运动伪影。<当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CT图像重建方法，根据通过X射线扫描而得到的投影数据重建CT图像，其特征在于，包括：运动物体位置检测步骤，检测运动物体在CT图像中的位置；部分角度选择步骤，根据运动物体的所述位置选择视角点和角度范围，并根据所述视角点和角度范围选择所述投影数据中的部分角度的数据；部分角度约束步骤，根据所述部分角度的数据，生成部分角度约束条件；以及迭代重建步骤，使用所述部分角度约束条件，通过迭代重建来生成CT图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛兴东，韩颖婕，后藤大雅，山川惠介，
申请(专利权)人：株式会社日立医疗器械，
类型：发明
国别省市：日本;JP