一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法技术

本发明专利技术提供一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，包括如下步骤：针对N各角度，在每个角度下获得一幅高分辨率投影图像与若干幅低分辨率投影图像，高分辨率图像与低分辨率投影图像之间存在几何上的平移关系；将每一角度下高、低分辨投影图像的像素点作为训练集，进行神经网络训练，得到高分辨率投影图像区域块各像素点对低分辨率投影图像中对应像素点的贡献值；根据贡献值及每一角度下高、低分辨率投影图像之间的几何平移关系，计算出偏移量；利用偏移量对实际检测中的低分辨率投影图像进行位移校正，最终得到真实高分辨率图像。本发明专利技术在不改变检测器中准直器孔径大小的前提下，能够提高平行束图像的分辨率。

A Method for Calculating High and Low Resolution Projection Relations in Parallel Beam Superfractional Reconstruction

【技术实现步骤摘要】
一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法
本专利技术涉及一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，属于医学图像重建

技术介绍
单光子发射计算机断层成像(SPECT)是核医学成像中的一项重要技术，放射性示踪剂通过辐射伽马光子，穿过人体后被检测器检测，最终重建得到断层图像。目前广泛应用在临床上，并成为疾病诊断和治疗中最重要的工具。超分辨率算法是一种使用多个低分辨率图像生成更高分辨率图像的软件技术，将超分辨率算法与平行束SPECT成像结合，可以在不改变检测器中准直器孔径大小的前提下，有效提高SPECT的成像分辨率，利于对小目标进行检测及重建。以平行光采样为例，在SPECT成像的每个采样角度下，通过在检测器平面内将低分辨率检测器在不同方向平移整数个对应高分辨率像素大小的位移量，采集若干个不同位置的低分辨率投影图像。根据不同位置的低分辨率投影图像可通过对应角度下高分辨率投影图像在检测器平面内向对应方向平移对应位移量后进行降采样操作得到，通过假设待求高分辨率投影图像初值，对应于不同位置的低分辨率投影图像，将待求高分辨率投影图像平移相应的位移量后，进行降采样操作得到低分辨率图像，与对应位置下采集到的低分辨率投影图像比较获得高分辨率投影图像调节权值，乘以调节步长，对高分辨率初值图像进行调节，得到新的高分辨率投影图像初值，并进行下一位置或角度的迭代调节，当满足迭代条件后，获得最终高分辨率投影图像，进而获得高分辨率重建图像。在实际应用中，低分辨率检测器平移位移量的精度受系统硬件物理参数的限制，无法准确平移整数个高分辨率像素大小的位移量，若在超分辨率算法中忽略该位移误差，将对获得的高分辨率投影图像产生较大的影响，甚至无法得到高分辨率图像。由于系统硬件的改进要受系统复杂度和成本的限制，那么如何通过软件方法获得实际应用中低分辨率检测器平移的真实位移量，成为一个急需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决实际应用中，低分辨率检测器平移位移量的精度受系统硬件物理参数的限制，无法准确平移整数个高分辨率像素大小的位移量的问题，本专利技术公开的一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，通过投影关系得到低分辨率检测器平移的真实位移偏差，并将位移偏差应用于超分辨率算法中，在不改变检测器中准直器孔径大小的前提下，提高平行束图像的分辨率。本专利技术是通过下述技术方案实现的。一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，包括如下步骤：步骤一,获得N个角度下的高分辨率投影图像和低分辨率投影图像，在每个角度下获得一幅高分辨率投影图像与若干幅低分辨率投影图像，所述高分辨率图像与所述低分辨率投影图像之间存在几何上的平移关系；步骤二，将每一角度下高、低分辨投影图像的像素点作为训练集，进行神经网络训练，得到高分辨率投影图像区域块各像素点对低分辨率投影图像中对应像素点的贡献值；步骤三，根据所述贡献值及每一角度下高、低分辨率投影图像之间的几何平移关系，计算出偏移量；利用所述偏移量对实际检测中的低分辨率投影图像进行位移校正，最终得到真实高分辨率图像。进一步地，本专利技术设计三维点源模型，并在其上不同区域随机放置L个模拟伽马放射源。进一步地，本专利技术所述L个模拟伽马放射源的位置、形状、强弱互不相同。进一步地，本专利技术所述L个模拟伽马放射源像素大小不小于2×2×2，且所述L为5。进一步地，本专利技术所述高分辨率投影图像通过投影算法计算获得。进一步地，本专利技术所述高分辨率投影图像也可采用X射线照射三维点源模型实物(放射源相应位置换为金属块)获得。进一步地，本专利技术采集N个角度下的低分辨率投影图像为：低分辨率检测器绕物体中心进行旋转，每次旋转个角度；在每个旋转角度下，低分辨率检测器在其所在的平面内平移设定偏移量，获得若干幅低分辨率投影图像。进一步地，本专利技术优选平移的偏移量为高分辨率投影图像上一个像素大小的距离。附图说明图1为低分辨率检测器理想状态下平移示意图；图2为高分辨率投影图像与理想低分辨率投影图像之间关系示意图；图3为高分辨率投影图像与实际低分辨率投影图像之间关系示意图；图4为高分辨率像素点与实际低分辨率像素点之间关系示意图；图5为神经网络模型示意图；图6为三维点源模型示意图；图7为低分辨率图像像素组成示意图；图8为检测器旋转采集示意图；图9为三维点源模型投影结果；图10为高分辨率图像与低分辨率图像间的实际计算关系；图11为第1个角度下不同方法获得三维点源模型投影结果；图12为第1个角度下三维点源模型投影图数据走势；图13为不同方法重建三维点源模型结果；图14为sheep-logan模型投影示意图；图15为sheep-logan模型投影结果；图16为第1个角度下不同方法获得sheep-logan模型投影结果；图17为第1个角度下sheep-logan模型投影图数据走势；图18为不同方法重建sheep-logan模型结果。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本专利技术的设计思想为：在低分辨率检测器硬件确定的情况下，由系统硬件所产生的检测器平移偏差是固定的，由于不同位置的低分辨率投影图像可通过该角度下高分辨率投影图像在检测器平面内平移相应位移量后进行降采样操作得到，因此可以通过寻找高低分辨率投影图像间的实际位移偏差得到低分辨率检测器平移的真实位移量。利用获得的真实位移量对不同位置的穿过人体后被检测器检测到的低分辨率投影图像(断层图像)进行位移校正，更准确地实现超分辨率算法，最终得到真实高分辨率图像。本专利技术实施例提供一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，本实施例针对SPECT超分重建，适用于检测器受系统硬件物理参数的限制，检测器无法精确实现平移设定值的前提下，对低分辨率检测器移动距离进行位移校正，具体过程为：步骤一、获得N个角度下的高分辨率投影图像和低分辨率投影图像，所述高分辨率图像与所述低分辨率投影图像之间存在几何上的平移关系。本实施例中，可以采取设计三维点源模型的方式，通过不同方法来采集N个角度下的高、低分辨率投影图像，N为低分辨率检测器绕物体旋转的次数。三维点源模型可以为：根据所需的高、低分辨率图像像素的大小，设计一个Sh×Sh×Sh像素大小的三维点源模型，Sh为模型像素个数，三维模型中不同区域随机放置L个形状、强弱不同的模拟伽马放射源，L为伽马放射源个数。本实施例中，在上述设计的三维点源模型中，在不同区域随机放置L个模拟伽马放射源，优选所放置的模拟伽马放射源图形大小不同、像素强度不同、位置不同，为保证准确寻找点源模型的高低分辨率投影图像之间的位移关系，伽马放射源像素大小不小于2×2×2，个数L进一步优选为5。本实施例中，获得N个角度下的高分辨率投影图像与低分辨率投影图像，针对高分辨率投影图像的采集，可以通过方法1实现；方法1高分辨率投影图像采集：假设存在一高分辨率检测器，令高分辨率检测器绕物体中心进行旋转，每次旋转个角度；在每个旋转角度下，由投影公式计算得到一个高分辨率投影图像。或者，还可以通过X射线照射三维点源模型实物(放射源相应位置换为金属块)得到其高分辨率投影图像。方法2低分辨率投影图像采集：在不改变低分辨率检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一,在每个角度下获得一幅高分辨率投影图像与若干幅低分辨率投影图像，获得N个角度下的高分辨率投影图像和低分辨率投影图像，所述高分辨率图像与所述低分辨率投影图像之间存在几何上的平移关系；步骤二，将每一角度下高、低分辨投影图像的像素点作为训练集，进行神经网络训练，得到高分辨率投影图像区域块各像素点对低分辨率投影图像中对应像素点的贡献值；步骤三，根据所述贡献值及每一角度下高、低分辨率投影图像之间的几何平移关系，计算出偏移量；利用所述偏移量对实际检测中的低分辨率投影图像进行位移校正，最终得到真实高分辨率图像。

【技术特征摘要】
1.一种在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一,在每个角度下获得一幅高分辨率投影图像与若干幅低分辨率投影图像，获得N个角度下的高分辨率投影图像和低分辨率投影图像，所述高分辨率图像与所述低分辨率投影图像之间存在几何上的平移关系；步骤二，将每一角度下高、低分辨投影图像的像素点作为训练集，进行神经网络训练，得到高分辨率投影图像区域块各像素点对低分辨率投影图像中对应像素点的贡献值；步骤三，根据所述贡献值及每一角度下高、低分辨率投影图像之间的几何平移关系，计算出偏移量；利用所述偏移量对实际检测中的低分辨率投影图像进行位移校正，最终得到真实高分辨率图像。2.根据权利要求1所述在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，其特征在于，设计三维点源模型，并在其不同区域随机放置L个模拟伽马放射源。3.根据权利要求1所述在平行束超分重建中计算高低分辨率投影关系的方法，其特征在于，所述L个模拟伽马放射源...

【专利技术属性】
技术研发人员：温俊海，程志彪，雷丙震，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11