一种图像迭代重建方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种图像迭代重建方法及装置。该方法包括：获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵；依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵；依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。通过上述技术方案，实现了在图像迭代重建的过程中逐步进行骨硬化伪影的消除，能够有效减少迭代重建图像中的骨硬化伪影，保证了迭代重建图像的质量。

Image iterative reconstruction method and apparatus

The embodiment of the invention discloses an image iterative reconstruction method and an image reconstruction device. The method comprises: acquiring projection data after water hardening correction were ray scanning target object, and on the basis of the projection data to generate the initial image noise and weight matrix; according to the initial image reconstruction, regularization matrix to obtain the initial segmentation of the penalty factor and the initial bone image; according to the projection data, the the initial image reconstruction, the initial bone image segmentation matrix, the noise weight matrix and the initial regularization penalty factor for iterative image reconstruction using iterative reconstruction model of bone sclerosis pre established, a reconstructed image after correction of bone sclerosis. The technical scheme can eliminate gradually hardening artifacts in the bone in the process of iterative image reconstruction, which can effectively reduce the bone hardening artifacts in the reconstructed image iteration, to ensure the quality of iterative image reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
一种图像迭代重建方法及装置
本专利技术实施例涉及医学图像处理技术，尤其涉及一种图像迭代重建方法及装置。
技术介绍
目前的计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)系统中所用的X射线不是理想的单色源，而是具有一定频谱宽度的X射线源，这就使得X射线投影值与X射线经过物体的长度之间不再满足线性关系，进而导致重建的图像中出现X射线硬化伪影。通常在图像重建之前会对原始投影数据进行基于水模的射线硬化校正，即水硬化校正，水硬化校正会将软组织的X射线硬化现象消除，但无法消除由于人体骨头引起的射线硬化伪影，即骨硬化伪影。现有的骨硬化伪影校正方法大致有两种。一种方法是图像预处理方法，即预骨硬化校正方法，这种方法类似于水硬化校正方法，是在进行图像迭代重建之前从原始数据中剔除骨硬化数据，如此，迭代重建模型的输入数据就是经过骨硬化校正的投影数据，从而达到消除骨硬化伪影的目的。另一种方法是图像后处理方法，即后骨硬化校正方法，这种方法先从初始重建的图像中分割出只包含骨头信息的图像，然后对骨头图像进行正投影及多项式拟合变换，得到骨头的投影误差数据，再对骨头投影误差数据进行反投影，得到骨硬化伪影图像，最后从初始重建的图像中减去骨硬化伪影图像，获得骨硬化校正图像。但是上述第一种方法可能从原始投影数据中错误地剔除有用目标物信息，造成信息丢失；而第二种方法无法完全消除骨硬化伪影，还可能在校正的过程中引入其他伪影。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种图像迭代重建方法及装置，以实现更好地去除重建图像中的骨硬化伪影，保证重建图像的质量。第一方面，本专利技术实施例提供了一种图像迭代重建方法，包括以下步骤：获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵；依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵；依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。可选地，获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵包括：对所述目标对象进行射线扫描获得原始投影数据，并利用水模型校正算法对所述原始投影数据进行水硬化校正，获得经过水硬化校正的投影数据；对所述投影数据进行图像重建，获得所述目标对象的所述初始重建图像；对所述投影数据进行噪声估计，获得所述噪声权重矩阵。可选地，依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵包括：依据临床测试数据，获得所述初始重建图像的初始正则化惩罚因子；对所述初始重建图像进行阈值分割，获得所述初始骨图像分割矩阵。可选地，上述骨硬化迭代重建模型通过如下方式预先建立：构建骨硬化迭代重建模型的目标函数如下：其中，FP是将图像域转换至投影域的正投影算子，XBC是骨硬化校正后的重建图像，FP(XBC)是骨硬化校正后的重建图像的投影数据，f是是对骨硬化投影数据进行变换，以获得骨硬化误差投影数据的多项式函数，mask是与重建图像具有相同维度的骨图像分割矩阵，YWC是经过水硬化校正的投影数据，f(FP(mask·XBC))是理想投影数据与骨硬化校正投影数据之间的误差投影数据，W是噪声权重矩阵，β是控制数据相似性和图像平滑性之间达到平衡的参数，R是正则化惩罚因子；利用优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数，作为所述骨硬化迭代重建模型。其中，利用优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数包括：利用牛顿优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数。可选地，依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像包括：依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型和常规迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。其中，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型和常规迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像包括：先利用至少一次所述常规迭代重建模型进行图像重建，获得中间重建图像，再依据所述中间重建图像，利用至少一次所述骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像；或，先利用至少一次所述骨硬化迭代重建模型进行图像重建，获得中间重建图像，再依据所述中间重建图像，利用至少一次所述常规迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像；或，交替利用一次所述常规迭代重建模型及一次所述骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，直至获得骨硬化校正后的重建图像；或，交替利用一次所述骨硬化迭代重建模型及一次所述常规迭代重建模型进行图像迭代重建，直至获得骨硬化校正后的重建图像。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种图像迭代重建装置，该装置包括：第一初始数据获取模块，用于获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵；第二初始数据获取模块，用于依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵；重建图像获取模块，用于依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。可选地，第一初始数据获取模块具体用于：对所述目标对象进行射线扫描获得原始投影数据，并利用水模型校正算法对所述原始投影数据进行水硬化校正，获得经过水硬化校正的投影数据；对所述投影数据进行图像重建，获得所述目标对象的所述初始重建图像；对所述投影数据进行噪声估计，获得所述噪声权重矩阵。可选地，第二初始数据获取模块具体用于：依据临床测试数据，获得所述初始重建图像的初始正则化惩罚因子；对所述初始重建图像进行阈值分割，获得所述初始骨图像分割矩阵。可选地，在上述装置的基础上，上述装置还包括：骨硬化迭代重建模型建立模块，用于预先建立骨硬化迭代重建模型；上述骨硬化迭代重建模型建立模块包括：目标函数构建子模块，用于构建骨硬化迭代重建模型的目标函数如下：其中，FP是将图像域转换至投影域的正投影算子，XBC是骨硬化校正后的重建图像，FP(XBC)是骨硬化校正后的重建图像的投影数据，f是是对骨硬化投影数据进行变换，以获得骨硬化误差投影数据的多项式函数，mask是与重建图像具有相同维度的骨图像分割矩阵，YWC是经过水硬化校正的投影数据，f(FP(mask·XBC))是理想投影数据与骨硬化校正投影数据之间的误差投影数据，W是噪声权重矩阵，β是控制数据相似性和图像平滑性之间达到平衡的参数，R是正则化惩罚因子；骨硬化迭代重建模型获取子模块，用于利用优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数，作为所述骨硬化迭代重建模型。进一步地，骨硬化迭代重建模型获取子模块具体用于：利用牛顿优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像迭代重建方法，其特征在于，包括：获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵；依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵；依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。

【技术特征摘要】
1.一种图像迭代重建方法，其特征在于，包括：获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵；依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵；依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵包括：对所述目标对象进行射线扫描获得原始投影数据，并利用水模型校正算法对所述原始投影数据进行水硬化校正，获得经过水硬化校正的投影数据；对所述投影数据进行图像重建，获得所述目标对象的所述初始重建图像；对所述投影数据进行噪声估计，获得所述噪声权重矩阵。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵包括：依据临床测试数据，获得所述初始重建图像的初始正则化惩罚因子；对所述初始重建图像进行阈值分割，获得所述初始骨图像分割矩阵。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述骨硬化迭代重建模型通过如下方式预先建立：构建骨硬化迭代重建模型的目标函数如下：其中，FP是将图像域转换至投影域的正投影算子，XBC是骨硬化校正后的重建图像，FP(XBC)是骨硬化校正后的重建图像的投影数据，f是是对骨硬化投影数据进行变换，以获得骨硬化误差投影数据的多项式函数，mask是与重建图像具有相同维度的骨图像分割矩阵，YWC是经过水硬化校正的投影数据，f(FP(mask·XBC))是理想投影数据与骨硬化校正投影数据之间的误差投影数据，W是噪声权重矩阵，β是控制数据相似性和图像平滑性之间达到平衡的参数，R是正则化惩罚因子；利用优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数，作为所述骨硬化迭代重建模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数包括：利用牛顿优化算法对所述目标函数进行优化求解，获得所述目标函数对应的更新函数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像包括：依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型和常规迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用预先建立的骨硬化迭代重建模型和常规迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像包括：先利用至少一次所述常规迭代重建模型进行图像重建，获得中间重建图像，再依据所述中间重建图像，利用至少一次所述骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像；或，先利用至少一次所述骨硬化迭代重建模型进行图像重建，获得中间重建图像，再依据所述中间重建图像，利用至少一次所述常规迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像；或，交替利用一次所述常规迭代重建模型及一次所述骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，直至获得骨硬化校正后的重建图像；或，交替利用一次所述骨硬化迭代重建模型及一次所述常规迭代重建模型进行图像迭代重建，直至获得骨硬化校正后的重建图像。8.一种图像迭代重建装置，其特征在于，包括：第一初始数据获取模块，用于获取针对目标对象进行射线扫描后的经过水硬化校正的投影数据，并依据所述投影数据生成初始重建图像及噪声权重矩阵；第二初始数据获取模块，用于依据所述初始重建图像，获得初始正则化惩罚因子及初始骨图像分割矩阵；重建图像获取模块，用于依据所述投影数据、所述初始重建图像、所述初始骨图像分割矩阵、所述噪声权重矩阵及所述初始正则化惩罚因子，利用预先建立的骨硬化迭代重建模型进行图像迭代重建，获得骨硬化校正后的重建图像。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一初始数据获取模块具体用于：对所述目标对象进行射线扫描获得原始投影数据，并利用水模型校正算法对所述原始投影数据进行水硬化校正，获得经过水硬化校正的投影数据；对所述投影数据进行图像重建，获得所述目标对象的所述初始重建图像；对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31