一种图像重建方法及其应用技术

本申请属于图像扫描技术领域，特别是涉及一种图像重建方法及其应用。现有的图像重建想要重建出达到临床诊断标准的动态图像序列，就必须对病人进行重复多次相同剂量CT扫描，这会给病人带来很大的X‑射线辐射剂量，并存在潜在的引发被扫描部位辐射病变的危险。本申请基于动态灌注增强图像的分离重建方法和动态图像序列的稀疏角度图像采集方案，对由显像剂引起的心脏组织对比增强图像借助动态图像序列中自然包含的显像剂时间演变信息进行重建，并将重建增强图像叠加到正常剂量采集方案得到的基线图像，获得最终的动态灌注扫描图像序列。显著降低动态灌注成像对病人的辐射剂量。

【技术实现步骤摘要】
一种图像重建方法及其应用
本申请属于图像扫描
，特别是涉及一种图像重建方法及其应用。
技术介绍
图像重建是通过物体外部测量的数据，经数字处理获得三维物体的形状信息的技术。图像重建技术开始是在放射医疗设备中应用，显示人体各部分的图像，即计算机断层摄影技术，简称CT技术，后逐渐在许多领域获得应用。主要有投影重建、明暗恢复形状、立体视觉重建和激光测距重建。心肌灌注动态CT成像(DMP-CT)是临床上诊断冠状动脉疾病的有效检查方法。现有临床DMP-CT成像需要再对比增强显像剂到达病人心脏各组织后对病人进行重复多次的CT扫描以获取动态的显像剂时间演变信息。图像重建一般借助于商用滤波反投影算法(FBP)对每一帧的图像分别进行重建。现有的图像重建想要重建出达到临床诊断标准的动态图像序列，就必须对病人进行重复多次相同剂量CT扫描，这会给病人带来很大的X-射线辐射剂量，并存在潜在的引发被扫描部位辐射病变的危险。
技术实现思路
1.要解决的技术问题基于现有的图像重建想要重建出达到临床诊断标准的动态图像序列，就必须对病人进行重复多次相同剂量CT扫描，这会给病人带来很大的X-射线辐射剂量，并存在潜在的引发被扫描部位辐射病变的危险的问题，本申请提供了一种图像重建方法及其应用。2.技术方案为了达到上述的目的，本申请提供了一种图像重建方法，所述方法包括如下步骤：1)采集动态灌注图像序列和基线图像序列；2)对基线图像投影数据序列进行降采样，在每一帧动态灌注图像序列中减去降采样的基线图像投影数据序列，得到增强投影数据时间序列；3)对所述增强投影数据时间序列进行迭代预重建，得到预重建对比增强图像序列；4)对每一个图像像素点均提取一个与之对应的像素特征向量；5)基于所述像素特征向量构建时间序列信息先验矩阵；6)将所述时间序列信息先验矩阵以“图像遮罩”的形式引入对比增强图像序列的重建迭代中，得到重建的对比增强图像；7)将所述对比增强图像投影数据序列逐帧与所述基线图像投影数据相加，得到重建的动态灌注图像时间序列。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤1)中基线图像序列为显像剂到达人体组织之前进行的扫描图像，所述动态灌注图像序列为显像剂到达人体组织之后进行的连续扫描图像。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤1)中所述动态灌注图像采用稀疏的降采样扫描方案进行扫描得到；所述基线图像采用非稀疏的全采样扫描方案进行扫描得到。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤3)中采用全变分正则化的最大似然期望最大化算法进行预重建。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤4)中所述像素特征向量与显像剂时间演变相关。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤4)中所述像素特征向量的提取方法为：将所述预重建对比增强图像序列中的每一帧图像的对应像素点像素值用于组成图像像素点的像素特征向量。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤5)中构建时间序列信息先验矩阵包括：对于每一个像素特征向量在像素特征集合中确定k个与之建立联系的相近像素特征向量；对处在的k-最邻近簇中的k个像素特征向量与通过一个预先设计的高斯连接函数建立联系，不处在的k-最邻近簇中的其他像素特征向量与的连接函数值定义为0；将基于像素特征向量计算的所有连接函数值ψ((i,j),(p,q))重排为一个长度为512×512的列向量。本申请提供的另一种实施方式为：相近像素特征向量的确定方法为：计算每一个像素特征向量与被考虑的像素特征向量之间的欧几里得距离，与的欧几里得距离最近的k个像素特征向量即构成的k-最邻近簇。本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤7)中基线图像为从全采样基线投影数据经过滤波反投影算法重建的正常剂量基线图像。本申请还提供一种图像重建方法的应用，将所述的图像重建方法应用于动态心肌灌注扫描CT图像、脑部动态灌注CT成像与磁共振灌注成像。3.有益效果与现有技术相比，本申请提供的一种图像重建方法的有益效果在于：本申请提供的图像重建方法，针对医学图像。本申请提供的图像重建方法，为一种时间序列信息协助的动态灌注CT图像重建方法。本申请提供的图像重建方法，为一种基于灌注增强图像信息与基线图像信息分离的时间序列协助下的稀疏低剂量心肌灌注动态CT图像(DMP-CT)重建方法。。本申请提供的图像重建方法，用于精确重建通过稀疏低剂量扫描方案获取的动态灌注CT图像，在降低X射线扫描辐射剂量的条件下，重建图像达到临床冠状动脉疾病(CAD)诊断标准。本申请提供的图像重建方法，解决从稀疏投影角度数据重建心肌灌注动态CT图像的技术难题，从重建算法层面支撑稀疏投影角度的心肌灌注动态CT扫描方案的临床应用。本申请提供的图像重建方法，可以在减小心肌动态灌注CT扫描过程中的X射线扫描幅数的情况下获得达到临床诊断标准的重建图像，从而显著降低心肌动态灌注CT成像对病人的辐射剂量。本申请提供的图像重建方法，在算法性能方面，本申请算法能够有效避免由于稀疏采样导致的重建图像伪影与错误信息问题，在稀疏角度CT的场景下，成像质量明显高于现有商用算法重建结果。附图说明图1是本申请的时间序列信息协助的低剂量DMP-CT图像重建算法总体框架示意图；图2是本申请的时间序列信息协助的低剂量DMP-CT图像重建结果示意图。具体实施方式在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。使用稀疏角度对病人进行X射线是有效的降低CT扫描辐射剂量的方法，特别对于DMP-CT这种需要对病人进行多次扫描的医学影像检查。使用现有重建算法(滤波反投影、传统代数迭代重建)从稀疏采集的数据重建CT图像会由于数据的不完整性(incompleteness)和不一致性(inconsistency)，导致重建图像中存在大量的伪影，严重影响诊断。不失一般性地，CT成像过程在数学上可以用一个简单的矩阵方程描述：y＝Ax，(式1)其中y为CT扫描得到的投影数据(数据校准与对数变换之后)，A为与扫描系统对应的系统矩阵，表征从被扫描物体到投影数据的正投影过程，x为被扫描物(待重建图像)。CT成像的图像重建任务即是根据所获得的投影数据y，基于与成像系统对应的已知系统矩阵A，估算被扫描物体的X射线衰减系数值x。对于心肌灌注动态CT成像(DMP-CT)而言，若对于每一帧图像的投影几何(投影角度，投影幅数，投影角度间隔，管电压与管电流等)是完全相同的，那么每一帧图像的成像过程均可用上述(式1)表示，则DMP-CT成像可用下式描述：Y＝AX，(式2)其中，Y＝{y1,y2,…本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像重建方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：/n1)采集动态灌注图像序列和基线图像序列；/n2)对基线图像投影数据序列进行降采样，在每一帧动态灌注图像序列中减去降采样的基线图像投影数据序列，得到增强投影数据时间序列；/n3)对所述增强投影数据时间序列进行迭代预重建，得到预重建对比增强图像序列；/n4)对每一个图像像素点均提取一个与之对应的像素特征向量；/n5)基于所述像素特征向量构建时间序列信息先验矩阵；/n6)将所述时间序列信息先验矩阵以“图像遮罩”的形式引入对比增强图像序列的重建迭代中，得到重建的对比增强图像；/n7)将所述对比增强图像投影数据序列逐帧与所述基线图像投影数据相加，得到重建的动态灌注图像时间序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种图像重建方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)采集动态灌注图像序列和基线图像序列；
2)对基线图像投影数据序列进行降采样，在每一帧动态灌注图像序列中减去降采样的基线图像投影数据序列，得到增强投影数据时间序列；
3)对所述增强投影数据时间序列进行迭代预重建，得到预重建对比增强图像序列；
4)对每一个图像像素点均提取一个与之对应的像素特征向量；
5)基于所述像素特征向量构建时间序列信息先验矩阵；
6)将所述时间序列信息先验矩阵以“图像遮罩”的形式引入对比增强图像序列的重建迭代中，得到重建的对比增强图像；
7)将所述对比增强图像投影数据序列逐帧与所述基线图像投影数据相加，得到重建的动态灌注图像时间序列。


2.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于：所述步骤1)中基线图像序列为显像剂到达人体组织之前进行的扫描图像，所述动态灌注图像序列为显像剂到达人体组织之后进行的连续扫描图像。


3.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于：所述步骤1)中所述动态灌注图像采用稀疏的降采样扫描方案进行扫描得到；所述基线图像采用非稀疏的全采样扫描方案进行扫描得到。


4.如权利要求3所述的图像重建方法，其特征在于：所述步骤3)中采用全变分正则化的最大似然期望最大化算法进行预重建。


5.如权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦明，郑海荣，江洪伟，万丽雯，
申请(专利权)人：深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44