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专利号: 2023105264503
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种同时稀疏角度CT重建及金属伪影高精度校正方法,其特征在于包括以下步骤:S1,模拟稀疏角度采样下受射束硬化影响的投影数据,即获得稀疏采样且含金属迹的正弦图样;

S2,对正弦图样插值处理得到全采样尺寸的正弦图,并将该正弦图作为正弦域的初始正弦图;

S3,根据伪影的可加性性质,对含大量伪影的CT图像进行初步分解,得到图像域的初始估计图像和伪影域的初始伪影图像;

S4,建立多域优化模型,对构建的多域优化问题进行交替迭代最小化求解;

多域优化模型的建立:受金属影响的归一化正弦图是均匀的,选择校正归一化正弦图,干净正弦图 写成 ,其中 是从先前正弦图获得的归一化系数, 则是归一化正弦图,多域SVMAR优化问题公式化为:      (1)

其中 为二元金属迹掩膜,金属投影区域为1,非金属投影区域为0, 为拉东变换,即正向投影, 为二元稀疏采样矩阵,其中稀疏采样采集到的部分为1,未采集部分为0, 为归一化系数, 表示l1范数,并且紧框架 满足紧属性 ;

S5,分别对正弦域、图像域和伪影域进行迭代更新;

具体过程为:

利用交替迭代方法来求解定义的多域SVMAR优化问题,并利用近端算子来解决每个子问题,在第t+1次迭代时, 、和 交替更新如下:固定 、 ,更新 :

    (2)

对上式进行二次逼近并用近端算子表示后得到:

                     (3)其中 ,

为与正则化项 相关的近端算子;

固定 、 ,更新 :

                (4)

的更新规则写为:

                       (5)其中 ,紧框架W满足紧性质 ,因

此,式(5)表示为:

                     (6)其中 是软阈值函数, 是阈值;利用一种深度阈

值网络来从伪影图像的系数自适应地确定阈值,即 , 表示提出的深度阈值网络;

固定 、 ,更新 :

   (7)

的更新规则写为:

                         (8)其中 ;

S6,输出重建的高精度CT图像。

2.根据权利要求1所述的一种同时稀疏角度CT重建及金属伪影高精度校正方法,其特征在于:步骤S1中模拟SVCT数据采集,首先模拟X射线束对含金属植入物的待测物体进行稀疏角度扫描;其次在穿透过程中射线强度发生不同程度衰减;最后由探测器接收得到高度不完备的投影数据;规定以360×641大小的投影数据为全采样投影数据,即在0到360度之间均匀地采样360个投影视图,通过下采样的方式得到欠采样率为×6、×4、×2的投影数据,即投影视图大小分别为60×641、90×641、180×641。

3.根据权利要求2所述的一种同时稀疏角度CT重建及金属伪影高精度校正方法,其特征在于:步骤S1中基于稀疏角度CT设备成像系统的投影数据主要特征有:投影数据的y轴代表投影视图的个数,投影数据的x轴代表探测器元件的数量。

4.根据权利要求1所述的一种同时稀疏角度CT重建及金属伪影高精度校正方法,其特征在于:步骤S2通过对测量的投影数据进行预处理,获得全视图采集数据,插值模型描述为,其中 通过对输入正弦图进行零填充来扩大投影角度的数量,将其恢复为全采样正弦图的大小,使用线性插值LI方法校正正弦图的金属迹,以获得初始输入的正弦图,其公式为 。

5.根据权利要求4所述的一种同时稀疏角度CT重建及金属伪影高精度校正方法,其特征在于:步骤S3使用滤波反投影FBP从正弦图中获得具有严重伪影的CT图像 ,表示为,根据金属伪影的可加性性质,受伪影影响的CT图像能够分解为底层图像和伪影图像,因此 分解为其底层的CT图像和伪影图像;金属植入物的CT图像有两个区域:金属部分和非金属部分,由于金属比正常组织具有更高的CT值,分解模型推导为,其中 是二进制非金属掩模,金属掩膜区域等于0,其他区域为1,是底层的无伪影CT图像, 是伪影图像, 表示元素乘积,通过以上图像预处理步骤,初步得到了正弦域、图像域和伪影域的初始输入图像。