一种用动态胸部数字仿真模型检测图像重建算法性能的方法，包括以下步骤：（１）用椭球和椭圆柱体排列组合构成三维动态胸部数字仿真模型；（２）获取仿真投影数据；（３）用需要检测的重建算法，对第（２）步中获得的仿真投影数据进行图像重建；（４）利用第（３）步的重建算法的按实际需要，计算各方面性能指标检测重建算法的重建性能；（５）改变模型中的参数，重复（１）－（４）步，进一步检测重建算法对动态物体在不同参数条件下性能变化情况。本发明专利技术对动态物体的重建性能，以确定重建算法是否适用于动态物体重建或对算法的部分参数进行调整始之适用于实际情况，或进一步确定不同算法间的优劣。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种生物医学成像
的方法，具体地说，是一种。
技术介绍
图像重建算法性能有精度、密度分辨率、空间分辨率、时间分辨率、对噪声的敏感性、伪迹程度、鲁棒性等。在检测图像重建算法性能时，直接用人体或小动物测试，因人体或小动物内的密度分布的正确值无法事先知道，重建值无法与之比较，重建算法的许多性能指标无法定量表示。所以一般采用事先设定好密度分布的数字模型或实物模型，对其仿真投影、再用仿真投影重建，来检测重建算法性能。模型可分为二维和三维两种，最常见的如Shepp-Logan三维头部模型还有胸部、腹部等模型。经对现有技术的文献检索发现，典型的采用事先设定好密度分布的胸部数字模型来检测重建算法性能的方法，如Jed D Pack和Frédéric Noo，Cone-beamreconstruction using 1D filtering along the projection of M-lines，Inverse Problem，Vol.21(2005)，pp.1105-1120。其中使用的模型为Katia Sourbelle提出的The FORBILD CT-simulation phantoms，Proc.of the1999 Int.Meeting on Fully 3D Image Reconstruction。FORBILD仿真模型是由椭球，长方体，圆柱体及半环形圆管道等规则几何结构，通过空间的分布组合构成心，肺，骨骼及血管等人体各组织三维结构。采用FORBILD仿真模型来检测重建算法性能的方法的不足在于FORBILD模型是静态的，采用此模型，不能检测重建算法对动态物体(如心脏)的重建性能。这与现今针对动态成像、小动物成像的算法研究日益重视的背景很不相称。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种，使其采用三维动态胸部(心脏模型是动态的)数字模型检测重建算法对动态物体的重建性能，以确定重建算法是否适用于动态物体重建或对算法的部分参数进行调整始之适用于实际情况，或进一步确定不同算法间的优劣。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术采用包含动态心脏的三维动态胸部数字模型，通过对该模型计算仿真投影，再用得到的仿真投影重建，来检测重建算法性能，特别对动态物体的重建性能。本专利技术包括以下步骤(1)用椭球和椭圆柱体排列组合构成三维动态胸部数字仿真模型。所述三维动态胸部数字仿真模型，包括模拟心脏的动态椭球，各轴长分别是一个随时间变化的周期函数，分别是A＝A(t)，B＝B(t)，C＝C(t)，以及由椭球组成的肺、手臂、胸骨和腹腔，由椭圆柱组成的肱骨，由椭球和椭圆柱合并而成的脊椎骨。所述的用椭球和椭圆柱体排列组合构成三维动态胸部数字仿真模型，其具体过程如下设该数字模型整体为一长方体结构，定义其三维直角坐标系的原点位于该长方体的中心，X轴、Y轴、Z轴分别延长方体各棱，并以LX、LY、LZ分别代表长方体X轴、Y轴和Z轴的各棱长。以下所表示的各几何结构的参数均以该坐标系内归一化数值描述。所述归一化数值a是指，a=PL,]]>其中P指是指坐标系中某一分量的实际坐标值，L指该分量P所属的坐标轴的半棱长。●定义空间椭球方程为x2A2+y2B2+z2C2≤1,]]>一般情况下，椭球中心坐标位于(EX，EY，EZ)，A、B、C分别代表椭球各轴长，椭球在X-Z平面内轴A与X轴夹角为α。●定义空间椭圆柱方程为x2A2+y2B2≤1,|z|≤ZLim,]]>一般情况下，椭圆中心坐标位于(CX，CY，CZ)，A、B分别代表椭圆各轴长，椭圆柱在X-Z平面内轴A与X轴夹角为β。●以椭圆柱建立身体部分，椭圆柱中心坐标(0，0，0)；轴长A＝0.6，B＝0.35；ZLim＝1.0；β＝0°；密度d＝1.00。所述的密度d代表各组织的相对平均密度结构，不同的密度将反映不同的灰度级，这里设身体的密度为1.00，其它各组织密度参考此密度给出。●以椭球建立左手臂部分，椭球中心坐标(0.8，0，0)；轴长A＝0.17，B＝0.17，C＝2.2；α＝4°；d＝1.00。●以椭球建立右手臂部分，椭球中心坐标(-0.8，0，0)；轴长A＝0.17，B＝0.17，C＝2.2；α＝-4°；d＝1.00。●以内外相套的两椭圆柱建立左臂肱骨部分，外椭圆柱中心坐标(0.79，0，0)；轴长A＝0.06，B＝0.06；ZLim＝2.2；β＝4°；d＝1.50。内椭圆柱中心坐标(0.79，0，0)；轴长A＝0.04，B＝0.04；ZLim＝2.2；β＝4°；d＝0.98。●以内外相套的两椭圆柱建立右臂肱骨部分，外椭圆柱中心坐标(-0.79，0，0)；轴长A＝0.06，B＝0.06；ZLim＝2.2；β＝-4°；d＝1.50。内椭圆柱中心坐标(-0.79，0，0)；轴长A＝0.04，B＝0.04；ZLim＝2.2；β＝-4°；d＝0.98。●以椭球建立左肺部分，椭球中心坐标(0.3，0.01，0.08)；轴长A＝0.25，B＝0.2，C＝0.8；α＝3°；d＝0.26。●以椭球建立右肺部分，椭球中心坐标(-0.28，0.01，0.08)；轴长A＝0.25，B＝0.2，C＝0.8；α＝-5°；d＝0.26。●以内外相套的两椭球建立胸骨部分，外椭球中心坐标(0，0.25，0)；轴长A＝0.05，B＝0.02，C＝0.6；α＝0°；d＝1.25。内椭球中心坐标(0，0.25，0)；轴长A＝0.04，B＝0.01，C＝0.55；α＝0°；d＝0.98。●以内外相套的两椭圆柱及两相切的椭球共同构成一节脊椎骨，外椭圆柱中心坐标(0，-0.2，Z)；轴长A＝0.05，B＝0.05；ZLim＝0.06；β＝0°；d＝1.92。内椭圆柱中心坐标(0，-0.2，Z)；轴长A＝0.03，B＝0.03；ZLim＝0.04；β＝0°；d＝1.18。椭球1中心坐标(0，0.26，Z)；轴长A＝0.08，B＝0.01，C＝0.06；α＝0°；d＝1.92。椭球2中心坐标(0，0.29，Z)；轴长A＝0.01，B＝0.02，C＝0.06；α＝0°；d＝1.92。●按上步中的方法在不同的坐标位置Z处，建立互不重叠的若干脊椎骨。●以椭球建立腹腔部分，椭球中心坐标(0，0.07，-1)；轴长A＝0.52，B＝0.2，C＝0.7；α＝0°；d＝0.95。●以椭圆球建立心脏部分，椭球中心坐标(0.05，0，0.07)；α＝30°；d＝1.10；为满足心脏的动态变化，这里椭球各半径将是关于时间变化的一个周期函数，A＝A(t)，B＝B(t)，C＝C(t)。(2)根据需要检测的CT(计算机断层成像术)，SPECT(单光子发射计算机断层成像术)，PET(正电子发射计算机断层成像术)等重建算法，按照算法要求的扫描模式(如在CT重建算法中，使用扇形束圆轨迹的滤波反投影重建算法和由Feidkamp，Dewis和Kress提出的基于锥束圆轨迹的重建算法，简称FDK算法)，根据实际中数据采集的原理，获取仿真投影数据。如在CT重建算法中，数据是通过X射线管采得的，其原理如公式p＝∫ρ·dl(其中，dl为空间内某一X射线经过的路径，ρ为该路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用动态胸部数字仿真模型检测图像重建算法性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）用椭球和椭圆柱体排列组合构成三维动态胸部数字仿真模型，所述三维动态胸部数字仿真模型，包括模拟心脏的动态椭球，各轴长分别是一个随时间变化的周期函数， 分别是Ａ＝Ａ（ｔ），Ｂ＝Ｂ（ｔ），Ｃ＝Ｃ（ｔ），以及由椭球组成的肺、手臂、胸骨和腹腔，由椭圆柱组成的肱骨，由椭球和椭圆柱合并而成的脊椎骨；（２）根据需要检测的重建算法，按照重建算法要求的扫描模式，根据实际中数据采集的原理，获取仿真投 影数据；（３）用需要检测的重建算法，对第（２）步中获得的仿真投影数据进行图像重建；（４）利用第（３）步中获得的重建结果对需要检测的重建算法的按实际需要，计算各方面性能指标检测重建算法的重建性能；（５）改变模型中的用于 描述心脏的动态方程的参数和仿真投影中的参数，重复（１）－（４）步，进一步检测重建算法对动态物体在不同参数条件下性能变化情况。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊，刘尊钢，庄天戈，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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