1.一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤S1、模拟有限角度采样下金属影响的CT投影数据,即获得有限角度采样且含金属迹的正弦图,并对投影数据进行滤波反投影FBP操作,得到待重建的CT图像初始估计;
步骤S2、将待重建的CT图像进行分解,得到卡通分量和纹理分量图像;
步骤S3、建立基于卡通分量和纹理分量的优化模型;
步骤S4、对构建的优化模型进行交替迭代最小化求解,分别对卡通分量、纹理分量和CT图像进行迭代更新;
步骤S5、输出重建的高精度CT图像。
2.根据权利要求1所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:所述步骤S1中模拟有限角度CT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扫描;其次探测器接收得到投影数据;规定全采样投影数据大小为360×641,其中360和641分别表示投影视图和探测器数目,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大小为120×641的有限角度含金属迹的投影数据,即有限角度为0到120度。
3.根据权利要求2所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:步骤S1中对下采样得到有限角度采样含金属迹的正弦图slama,通过FBP算法得到含大量伪影的CT图像xlama作为待重建CT图像的初始值,表示为xlama=FBP(slama)。
4.根据权利要求1所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:步骤S2中将待重建的CT图像x分解为卡通分量u和纹理分量v,即x=u+v,同时,使用综合稀疏表示将纹理分量建模为: 其中, 表示卷积滤波器,为稀疏特征图。
5.根据权利要求1所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:步骤S3中建立基于卡通分量和纹理分量的优化模型的过程为:首先,建立LAMAR优化模型,公式如下:
其中,*表示卷积操作,||·||1表示l1范数,λ1和λ2表示权衡参数,紧框架W满足紧属性e为单位向量,通过交错稀疏特征图 来构建全局表示系数向量α=(α1,Nmα1,…,αNm)∈R ;
n×m
其次,设计一个由局部字典DL∈R 的N个移位构成的全局卷积字典其中局部字典DL的列向量为 则基于卡通分量和
纹理分量的优化模型为:
6.根据权利要5所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:步骤S4利用交替迭代方法来求解构建的优化模型:在第t次迭代时,u、Dc和α交替更新如下:
更新u,给定噪声图像 经过紧框架滤波后的图像可表示为:其中,soft(u,ε)=sign(u)max(|u|‑ε,0)表示软阈值函数,利用一种深度阈值网络DTN从噪声图像 中自适应学习阈值,即 f(·)表示提出的DTN,更新α,Dc,式<4>可以通过迭代求解表示系数α和卷积字典Dc两个子问题来解决;使用邻近梯度下降算子更新表示系数α,第k+1次迭代为:(k)
其中,ζk表示阈值;L是卷积字典Dc 的最大特征值;使用Ak和Bk来参数化K个邻近梯度下降算子来构建深度字典网络,其中Ak和Bk分别为可学习的解析和综合卷积算子:则:
t
其中 使用DTN网络从 中自适应学习阈值; 卷积字典Dc在训练阶段通过反向传播进行学习,
更新x:
t t t
x=u+v <9>。
7.根据权利要5所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:使用图像损失和卡通分量损失以及纹理分量损失来约束输出结果,损失函数为:其中,xgt、ugt、vgt分别对应真实CT图像及其卡通分量、纹理分量;ω1、ω2是平衡不同损失项的权重参数;mask是二进制非金属掩膜,金属区域等于1,非金属区域为0,⊙表示逐元T T T素相乘;x、u和v分别表示最后一个阶段重建的CT图像、卡通分量和纹理分量。
8.根据权利要求5所述的一种卡通纹理字典网络的有限角度CT金属伪影校正方法,其特征在于:步骤S4中利用交替迭代算法对优化模型进行求解,并将迭代过程展开成为深度神经网络,深度展开网络由T个阶段组成,对应于迭代算法的T次迭代,每个阶段均包含U‑0
Net和V‑Net,U‑Net由具有自适应阈值的紧标架构成,V‑Net采用深度字典网络架构;其中xt t t=xlama,u和v分别基于式<5>和<8>由U‑Net与V‑Net更新,x由式<9>更新。