一种优化有限角度CT成像边缘伪影的方法技术

本发明专利技术公开了一种有限角度CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)成像优化边缘伪影的方法，具有如下步骤：在目标组织上、下分别放置X射线发射器和接收器；在有限角度内使发射器绕组织移动并发射X射线，同时采集投影数据；利用SART算法进行一次重建，获得成像区域的更新值；对步骤三获得的更新值进行平滑操作；将步骤四得到的补偿后的更新值更新到成像区域；重复步骤三至步骤五，直到满足一定条件，得到质量提高的有限角度CT成像结果。本发明专利技术通过优化的SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique，同步代数重建技术)，解决了有限角度CT重建后具有边缘伪影的问题，具有创新性。

A method for optimizing edge artifact in CT imaging with limited angle

The invention discloses a limited view CT (Computed Tomography, computed tomography) imaging method to optimize the edge artifacts, has the following steps: placing X ray emitter and receiver respectively in the target tissue, in the limited angle; moving around the organization and transmitter emitting X rays, while collecting projection data; a reconstruction algorithm using SART to obtain the imaging region update value; step three on the updated values obtained by smoothing operation; step four will get compensation after the updated to the imaging region; repeat step three to step five, until certain conditions are met by limited angle to improve the quality of CT imaging results. Through the optimization of SART (Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique, simultaneous algebraic reconstruction technique), to solve the limited angle CT reconstruction has edge artifacts, innovative.

【技术实现步骤摘要】
一种优化有限角度CT成像边缘伪影的方法
本专利技术涉及医学影像的图像处理
，具体涉及一种有限角度X射线CT的优化重建方法。
技术介绍
X射线CT扫描技术已经广泛应用于临床生物医学影像诊断，在譬如脑成像，乳腺成像等诊断具有很大优势。CT成像技术主要根据目标组织不同部分对X射线的衰减系数不同这一特性来重建物体内部的三维结构。传统CT成像技术主要是利用一对锥束型X射线发射器和X射线接收器环绕目标组织一周，每隔一定角度发射X射线，并在目标组织的另一边用X射线接收器接收，从而得到若干组投影数据。从投影数据重建获得到目标组织的三维图像的方法有很多，其中相对比较成熟的一种是SART(SimultaneousAlgebraicReconstructionTechnique，同步代数重建技术)。SART可以有效重建出目标组织的内部构成，且具有分辨率高、边缘清晰、噪声小的优点。但是，过高的X射线辐射剂量本身存在致癌风险。为了降低CT扫描的损害，如何在保证成像质量的同时最大限度降低X射线使用剂量已经成为医学CT成像领域的关键研究技术之一。为了降低X射线辐射剂量，也由于实际使用过程中，重建时间等因素的制约，往往很难满足条件对目标组织进行360°的扫描，取而代之的是在某一有限角度范围内每隔一定角度进行一次投影，这就是有限角度CT成像技术。与传统CT成像不同的是，该技术保持X射线接收器平面和目标组织保持静止，在目标组织的正上方的一个有限角度内使X射线发射器围绕目标组织弧形移动，从而采集若干投影数据。与传统CT成像的全角度投影相比，由于X射线接收器有限的尺寸和采集过程中的位置保持不动，接收器可能在某些角度，特别是远离目标组织正上方的位置，会出现无法接收到完整的X射线经过物体的数据。正由于这部分数据的缺失，直接使用SART算法进行成像重建后会出现边缘伪影，大大影响了此技术在各领域的有效运用，亟需优化改善。因此，针对现有技术不足，提供一种有限角度X射线CT成像的优化方法以解决现有技术不足甚为必要。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对有限角度CT成像结果在成像平面内边缘不清晰，伪影严重的问题，提供一种基于SART的优化重建算法以提高有限角度CT成像质量的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于SART优化有限角度CT成像后出现的成像平面内边缘伪影的方法，包括以下步骤：步骤一，在目标组织上、下分别放置X射线发射器和接收器；步骤二，在有限角度内使发射器绕组织移动并发射X射线，同时采集投影数据；步骤三，利用SART算法进行一个角度的重建，获得成像区域的更新值；步骤四，对步骤三获得的更新值进行平滑操作；步骤五，将步骤四得到的平滑后的更新值更新到成像区域；步骤六，重复步骤三至步骤五，直到满足一定条件，得到质量提高的有限角度CT成像结果。本专利技术中，优选地，所述步骤一中的X射线发射器发射锥束型的X射线，目标组织贴近X射线接收器的平面，且目标组织尺寸应小于接收器尺寸，使得通过物块的X射线尽可能被接收器所接收到。X射线发射器投影覆盖角度的中心位置位于接收器的正上方，且与接收器达到一定的垂直距离，使得X射线尽可能覆盖目标组织。本专利技术中，优选地，所述步骤二中以X射线发射器在接收器平面上的投影点为旋转中心，以发射器的初始位置为运动中心，过此旋转中心且平行于接收器某一条边的直线为旋转轴，X射线发射器在垂直于接收器的平面内绕旋转此轴作范围有限的弧形移动。该范围由弧形所对的圆心角表示，即旋转中心与发射器移动范围的左、右边界点所确定的圆心角，并且其中左、右边界点关于运动中心对称。采集过程中，X射线发射器从运动中心开始，先向某一边界点移动，每移动一定的角度向接收器发射X射线，接收器接收后视为采集到一组投影数据，到达该方向的边界点后将发射器移回运动中心，再向另一边界点移动，经过同样的发射、接收过程，发射器到达另一边界点后，采集过程结束，采集到若干组投影数据。本专利技术中，优选地，所述步骤三中使用SART重建算法，对重建区域进行投影-反投影迭代，利用估计的投影值与步骤二中所测得的实际投影值修正重建区域体素的值。系数矩阵根据实验装置的参数决定，不受其他参数的影响。系数矩阵用当前的迭代结果(或初始值)估算投影值，与实际的投影值比较所得的差可以用以计算当前迭代结果的更新值。更新值指需要在当前结果上增加或减少的值，而不是更新之后的值。本专利技术中，优选地，所述步骤四中对更新值进行平滑的算法。算法需要保持更新数据平滑的同时，不影响之前的迭代结果。平滑算法可以是但不限于直接复制更新值不为零的区域的边界值，从而平滑整个更新值区域。本专利技术中，优选地，所述步骤五将更新值更新到成像区域的方法，直接将更新值与当前迭代结果相加获得新的迭代结果。本专利技术中，优选地，所述步骤六中满足的一定条件指完成所有角度的投影信息更新之后，迭代到达一定次数，从而达到成像要求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本专利技术方法的流程图。图2是一种有限角度CT成像投影采集过程的示意图。图3是对目标组织体素的标号示意图。图4是有限角度CT成像边缘伪影的产生示意图。图5是SART算法需要优化更新值的零项部分的示意图。具体实施方式：本专利技术以传统的SART重建方法为基础，通过加入超声重建图像的有效梯度信息，解决了有限角度CT成像在成像平面边缘区域出现伪像的问题，提高了重建图像的质量。如图1所示，本专利技术公开了一种结合超声图像提高有限角度CT成像质量的方法，包括以下步骤：步骤一，在目标组织上、下分别放置X射线发射器和接收器；步骤二，在有限角度内使发射器绕组织移动并发射X射线，同时采集投影数据；步骤三，利用SART算法进行一次重建，获得成像区域的更新值；步骤四，对步骤三获得的更新值进行平滑操作；步骤五，将步骤四得到的平滑后的更新值更新到成像区域；步骤六，重复步骤三至步骤五，直到满足一定条件，得到质量提高的有限角度CT成像结果。本专利技术中，步骤一，目标组织是一个长22.225cm，宽12.7cm，高5.08cm的长方体物块，物块中包含若干大小不等的与背景不同的球形及菱形肿块。X射线接收器平面长23.04cm，宽19.02cm，接收器由2304×1902个接收传感器单元组成，即每个接收器单元为一个边长为0.1mm的正方形。在实验中，为了减少不必要的运算量从而缩短图像重建时间，切除了无用的数据，并将分辨率减低为原来的二分之一。因此每次接收到的一组投影数据为一幅分辨率为1152×600的图片。将该物块放置于X射线发射器与X射线接收器之间，贴近X射线接收器平面，物块的底面与接收器平面之间有0.65cm的间隙。X射线发射器位于物块正上方，与接收器的垂直距离为90cm，使得发射器发射的X射线能尽可能覆盖整个目标组织。图2所示为一种X射线发射器、目标组织、X射线接收器的放置示意图。本专利技术中，步骤二，如图2所示，X射线发射器初始位置(运动中心)在点P，P′为点P在X射线接收器平面内的投影。点P位于目标组织的一个侧面OADG所确定的平面内，以这个平面作为X射线发射器的运动平面，以P′为圆心，使X射线发射器在点P左右作弧形移动，该弧所对的圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化有限角度CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)边缘伪影的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在目标组织上、下分别放置X射线发射器和接收器；步骤二，在有限角度内使发射器绕组织移动并发射X射线，同时采集投影数据；步骤三，利用SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique，同步代数重建技术)算法进行一个角度的重建，获得成像区域的更新值；步骤四，对步骤三获得的更新值进行平滑操作；步骤五，将步骤四得到的平滑后的更新值更新到成像区域；步骤六，重复步骤三至步骤五，直到满足一定条件，得到质量提高的有限角度CT成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种优化有限角度CT(ComputedTomography，计算机断层扫描)边缘伪影的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在目标组织上、下分别放置X射线发射器和接收器；步骤二，在有限角度内使发射器绕组织移动并发射X射线，同时采集投影数据；步骤三，利用SART(SimultaneousAlgebraicReconstructionTechnique，同步代数重建技术)算法进行一个角度的重建，获得成像区域的更新值；步骤四，对步骤三获得的更新值进行平滑操作；步骤五，将步骤四得到的平滑后的更新值更新到成像区域；步骤六，重复步骤三至步骤五，直到满足一定条件，得到质量提高的有限角度CT成像结果。2.根据权利要求1所述的一种优化有限角度CT成像边缘伪影的方法，其特征在于，所述步骤一中X射线发射器距离X射线接收器要达到一定距离，使得发射器发射的X射线能基本覆盖整个目标组织。3.根据权利要求1所述的一种优化有限角度CT成像边缘伪影的方法，其特征在于，所述步骤二中X射线发射器围绕接收器在垂直于接收器的平面内作弧形移动，在有...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁杰，顾鹏，叶濛，王学鼎，陶超，刘晓峻，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32