双能CT图像的基物质优化分解方法技术

本发明专利技术涉及双能CT图像的基物质优化分解方法，通过计算像素点中各基物质的体积分数来确定各像素点的基物质组分，像素点中各基物质的体积分数使用包含所有三元组基物质组合的三元组基物质列表进行计算，然后基于分解得到的基物质组分的次（）范数确定最终的基物质组分；当基物质的体积分数无解时，将像素点和各基物质在两种不同能量下的线性衰减系数在同一个平面内定义为多个点，再将像素点对应的点投影到由各基物质对应的点构成的凸包上，采用投影点代替像素点求得像素点中各基物质的体积分数的近似解。本发明专利技术无需在物质分解前对三元组基物质列表中的三元组基物质元素的数量及先后顺序进行人为规定，提高并保证了分解结果的准确性和客观性。保证了分解结果的准确性和客观性。保证了分解结果的准确性和客观性。

【技术实现步骤摘要】
双能CT图像的基物质优化分解方法


[0001]本专利技术涉及双能CT图像的基物质优化分解方法，属于医学影像


技术介绍

[0002]随着双能CT造影技术在临床上越来越多的应用，临床对双能CT图像在多个基物质下的分解要求越来越高。例如在脂肪肝的定量化课题中，临床需要分析肝脏双能CT图像每一个像素点中肝组织、血、脂肪和造影增强剂(如碘海醇)共四种基物质的分布情况。但由于双能CT技术只使用两个不同能量来进行造影，本质上无法满足多个基物质(＞2)分解的要求。
[0003]目前的双能CT图像多个基物质分解技术发展状况可以简单概述如下：通过假设质量守恒和/或体积守恒，建立一个数学模型，通过求解这个数学模型可以对双能CT图像来进行多个基物质分解。具体的求解方法是对图像中的每一个像素点按照其对应的线性衰减系数所在空间位置进行指定的三个基物质分解
[2]，对于不同的像素点，按照其对应的线性衰减系数所在空间位置不同指定不同的三个基物质来求解，从而实现对双能CT图像像素点进行多个基物质分解的目的。例如在脂肪肝的定量化课题中，可以对像素点一进行肝组织、血和脂肪三种基物质分解，对像素点二进行肝组织、血和造影剂三种基物质分解，这样达到肝脏图像像素点中肝组织、血、脂肪和造影剂这四种基物质的定量化的要求。此种基物质分解方法采用三元组列表法求解数学模型(方程)，硬性的规定双能CT图像中每一个像素点最多只能有三种基物质组分，不同的像素点可以有不同的三种基物质组分，并给定一个三元组列表(表里的元素是三元组基物质)，当数学模型依据三元组列表中在前的三元组元素求得可行解后，则不再继续依据三元组列表中在后的三元组元素求解，因此事先给定的三元组列表和列表中基物质三元组的排列顺序很重要，决定了数学模型的解的存在性和唯一性，那么究竟选择哪些三元组进入列表以及如何确定三元组之间的先后顺序，传统的解决方法是在做基物质分解前人为利用先验知识进行规定，人为因素在其中占主导作用，难免会影响数学模型可行解的准确性和客观性。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了双能CT图像的基物质优化分解方法，使用所有可能的三元组基物质组合进行物质分解，无需在物质分解前严格规定三元组基物质列表中的三元组基物质元素的先后顺序，且更有利于反应实际情况。
[0005]本专利技术实现上述目的的技术方案是：双能CT图像的基物质优化分解方法，以下列公式为用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式，计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数：
[0006][0007]s.t.
[0008]μ
M
(E1)＝α1μ1(E1)+α2μ2(E1)+μ3(E1)
[0009]μ
M
(E2)＝α1μ1(E2)+α2μ2(E2)+α3μ3(E2)
[0010]α1+α2+α3＝1
[0011]and
[0012]α1≥0，α2≥0，α3≥0
[0013]{基物质1，基物质2，基物质3}∈三元组基物质列表
[0014]其中，
[0015]μ
M
(E
j
)是在能量E
j
下的线性衰减系数实测值；
[0016]μ
i
(E
j
)是基物质i在能量E
j
下的线性衰减系数；
[0017]α
i
为像素点对应位置的基物质i的体积分数；
[0018]i＝1，2，3，为同组基物质的顺序编号；
[0019]j＝1，2，为能级的顺序编号；
[0020]0＜p＜1为可调因子，可依据实验或经验值确定，
[0021]所述三元组基物质列表的元素为三元组基物质(或称三元基物质组)，且列表包括所用的所有基物质的所有三元组合，其中，所用的基物质的总数N≥3。
[0022]通过计算获得像素点中各基物质的体积分数，即可确定或分析像素点对应区域的物质构成。
[0023]应遍历所用基物质的所有三元组合(其中的三种基物质的组合)，在至少部分组合下有解的情形下，以最小的三元基物质组合下的解求解结果。
[0024]式是指对以三元基物质组为变量的函数求最小值。
[0025]当用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式在采用三元组基物质列表的部分元素(三元基物质组)无解时，忽略相应元素。
[0026]由于求解是针对具体像素点进行的，在一个像素点下无解的三元基物质组，在另一个像素点下未必也无解。
[0027]同理，各像素点求解获得的三元基物质组无需相同。实际上，由于人体物质的实际组成不同，在同一图像分析中，通常会获得若干种不同的基物质三元组合。
[0028]通常，应针对不同像素点分别求解基物质的体积分数。
[0029]通常，不同像素点对应的基物质互不依赖，相邻像素点对应的基物质组可以相同，也可以不同。
[0030]在用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式无解(对所有三元组基物质均无解)的情形下，在平面(μ(E1)，μ(E2))中将点D
M
(μ
M
(E1)，μ
M
(E2))投影至以所有的点D
n
(μ
n
(E1)，μ
n
(E2))为顶点的凸包，在该凸包上确定投影距离最小的投影点D
d
(μ
d
(E1)，μ
d
(E2))，
[0031]如D
d
与所述凸包中的任意一顶点D
k
(μ
k
(E1)，μ
k
(E2))重叠，则：
[0032][0033]如D
d
位于所述凸包中的任意两相邻顶点D
k1
(μ
k1
(E1)，μ
k1
(E2))和D
k2
(μ
k2
(E1)，μ
k2
(E2))之间的连线上，则：
[0034][0035]其中，n＝1，2，
……
，N，为所用的所有基物质的顺序编号。
[0036]可以在求解用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式之前，先在平面(μ(E1)，μ(E2))中采用left
‑
on算法判断点D
M
(μ
M
(E1)，μ
M
(E2))是否位于以所有的点D
n
(μ
n
(E1)，μ
n
(E2))为顶点的凸包内或凸包上，如点D
M
(μ
M
(E1)，μ
M
(E2))位于以所有的点D
n
(μ
n
(E1)，μ
n
(E2))为顶点的凸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双能CT图像的基物质优化分解方法，其特征在于以下列公式为用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式，计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数：s.t.μ
M
(E1)＝α1μ1(E1)+α2μ2(E1)+μ3(E1)μ
M
(E2)＝α1μ1(E2)+α2μ2(E2)+α3μ3(E2)α1+α2+α3＝1andα1≥0，α2≥0，α3≥0{基物质1，基物质2，基物质3}∈三元组基物质列表其中，μ
M
(E
j
)是在能量E
j
下的线性衰减系数实测值；μ
i
(E
j
)是基物质i在能量E
j
下的线性衰减系数；α
i
为像素点对应位置的基物质i的体积分数；i＝1，2，3，为同组基物质的顺序编号；j＝1，2，为能级的顺序编号；0＜p＜1为可调因子，所述三元组基物质列表的元素为三元组基物质，且列表包括所用的所有基物质的所有三元组合，其中，所用的基物质的总数N≥3。2.如权利要求1所述的双能CT图像的基物质优化分解方法，其特征在于当用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式在采用三元组基物质列表的部分元素无解时，忽略相应元素。3.如权利要求1所述的双能CT图像的基物质优化分解方法，其特征在于针对不同像素点分别求解基物质的体积分数，不同像素点对应的基物质互不依赖。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的双能CT图像的基物质优化分解方法，其特征在于在用于计算获得像素点对应位置的各基物质的体积分数的公式无解的情形下，在平面(μ(E1)，μ(E2))中将点D
M
(μ
M
(E1)，μ
M
(E2))投影至以所有的点D
n
(μ
n
(E1)，μ
n
(E2))为顶点的凸包，在该凸包上确定投影距离最小的投影点D
d
(μ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：施大新，邹宇，孙兆昌，
申请(专利权)人：辽宁开影医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：