Ct成像方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種CT成像方法和系統(tǒng)。該方法包括步驟：利用雙能CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合，在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合；基于第一投影數(shù)據(jù)集合重建物體的第一衰減系數(shù)圖像，并且從第一衰減系數(shù)圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱；利用提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二衰減系數(shù)圖像。所述方法利用被成像物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為重建過程的約束條件，可以大幅度降低重建所需要的數(shù)據(jù)量，對(duì)于病態(tài)的有限角和內(nèi)重建問題也具有良好的效果。
【專利說明】CT成像方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及輻射成像，具體涉及一種利用先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息的CT成像方法 和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] X射線CT成像系統(tǒng)在醫(yī)療、安檢、工業(yè)無損檢測(cè)等領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。射 線源和探測(cè)器按照一定的軌道采集一系列的投影數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像重建算法的復(fù)原可以得到 物體的某個(gè)斷層的線性衰減系數(shù)的空間分布。圖像重建是從線性衰減系數(shù)的線積分?jǐn)?shù)據(jù)中 恢復(fù)原始的衰減系數(shù)的過程，是一個(gè)反演問題。目前，在實(shí)際應(yīng)用中使用最廣泛的是傳統(tǒng)的 濾波反投影算（FBP)法，它是一種基于連續(xù)信號(hào)處理的解析算法。隨著計(jì)算機(jī)處理速度的 飛速提高，迭代重建技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展。與解析算法相比，迭代算法適用條件更加廣 泛，對(duì)于各種非標(biāo)準(zhǔn)掃描軌道，低劑量，投影數(shù)據(jù)缺失，有限角度等都能取得較好的重建結(jié) 果。
[0003] 基于壓縮感知的CT圖像重建方法是近年來CT成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。根據(jù)壓 縮感知理論，在滿足某些條件的情況下，如果被測(cè)量的信號(hào)在某個(gè)變換下呈現(xiàn)稀疏性，則只 需要極少的測(cè)量值就能夠以極大的概率精確重建出原始信號(hào)。假設(shè)原始信號(hào)有η個(gè)分量， 而測(cè)量數(shù)據(jù)為m個(gè)，則如何重建原始信號(hào)/?先驗(yàn)信息和"好的"測(cè)量矩陣是必不可少的。 這里，先驗(yàn)信息就是變換Ψ的稀疏性，它要求信號(hào)經(jīng)過稀疏變換之后的非零分量的個(gè)數(shù)不 大于對(duì)信號(hào)進(jìn)行不相干測(cè)量的次數(shù)：
[0004] ||Ψχ*||0<-- (1)
[0005] 測(cè)量矩陣則要求盡量是隨機(jī)的，例如高斯隨機(jī)矩陣就是滿足隨機(jī)性條件的測(cè)量矩 陣。
[0006] 而原始信號(hào)通過求解一個(gè)帶約束的零范數(shù)最小化問題得到，在所有滿足數(shù)據(jù)測(cè)量 條件的可行解集合中，求出零范數(shù)下最稀疏的解：
[0007] X* = argmin {I I Ψχ I 10 :Ax = b} (2)
[0008] 但是，零范數(shù)優(yōu)化問題難以求解，因此通常使用1范數(shù)來逼近上述問題：
[0009] X* = argmin {| | Ψ x | I1 ：Ax = b} (3)
[0010] 在CT重建中，常用全變分（TV :Total Variation)作為稀疏變換。全變分是對(duì)信 號(hào)的梯度的模的積分。在所有滿足CT投影數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)保真性的可行解集合中，求出使全 變分最小的解，這就是最基本的TV約束的重建方法：
[0011] minlVxl
[0012] s. t. Ax = b (4)
[0013] 基于TV最小化約束的重建方法在稀疏采樣、低劑量、內(nèi)重建問題中都取得了很 好的效果。除了稀疏性作為先驗(yàn)信息外，也可以利用先驗(yàn)圖像的信息來加強(qiáng)重建圖像的 質(zhì)量。例如，基于先驗(yàn)圖像的壓縮感知的重建方法（Prior image constrained compress Sensing，PICCS)，利用先驗(yàn)圖像和目標(biāo)圖像之間的相似性進(jìn)行重建。當(dāng)先驗(yàn)圖像x p與目標(biāo) 圖像X的差分圖像Xp-X具有一定稀疏性，或者經(jīng)過某個(gè)變換進(jìn)行稀疏化時(shí)，則可以利用先 驗(yàn)圖像來加強(qiáng)重建效果。PICCS在心臟動(dòng)態(tài)成像，灌注成像，雙能CT，C-arm CT中都取得了 成功的應(yīng)用。PICCS要求先驗(yàn)圖像和目標(biāo)圖像具有較高的相似性，尤其是兩者在數(shù)值上要接 近，這樣差分圖像才具有更好的稀疏性。當(dāng)先驗(yàn)圖像與目標(biāo)圖像的數(shù)值差異較大時(shí)，PICCS 算法則不再適用，例如MeV-keV雙能CT。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題，提出了一種基于先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息的CT成像 方法和系統(tǒng)。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種CT成像方法，包括步驟：利用雙能CT系統(tǒng)對(duì)物 體進(jìn)行CT掃描，在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合，在第二掃描模式下得到 非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合；基于第一投影數(shù)據(jù)集合重建物體的第一衰減系數(shù)圖像，并且 從第一衰減系數(shù)圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱；將 提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二衰 減系數(shù)圖像。
[0016] 在本發(fā)明的另一方面，提出了一種CT成像方法，包括步驟：從反映物體的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)的第一圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱；利用CT系 統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，得到投影數(shù)據(jù)集合；以及將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從 所述投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二圖像。
[0017] 在本發(fā)明的再一方面，提出了一種CT成像系統(tǒng)，包括：射線源，產(chǎn)生雙能X射線； 探測(cè)和采集裝置，接收透射物體的雙能X射線；控制設(shè)備，控制所述射線源以及所述探測(cè)和 采集裝置對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合，在第二掃 描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合；重建設(shè)備，基于第一投影數(shù)據(jù)集合重建物體的 第一衰減系數(shù)圖像，并且從第一衰減系數(shù)圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu) 信息指示邊緣的強(qiáng)弱，以及將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從非完備的第二投影數(shù) 據(jù)集合重建所述物體的第二衰減系數(shù)圖像。
[0018] 在本發(fā)明的又一方面，提出了一種CT成像系統(tǒng)，包括：射線源，產(chǎn)生X射線；探測(cè) 和采集裝置，接收透射物體的雙能X射線；控制設(shè)備，控制所述射線源以及所述探測(cè)和采集 裝置對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，得到投影數(shù)據(jù)集合；重建設(shè)備，從反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的第一圖 像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱；以及將提取的先驗(yàn)結(jié) 構(gòu)信息作為約束條件，從所述投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二圖像。
[0019] 上述實(shí)施例的方案利用被成像物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為重建過程的約束條件，可 以大幅度降低重建所需要的數(shù)據(jù)量。此外，該方案對(duì)于病態(tài)的有限角和內(nèi)重建問題也具有 良好的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 下面的附圖表明了本發(fā)明的實(shí)施方式。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉 性的方式提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中：
[0021] 圖IA和圖IB分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)中涉及到的圖像和先驗(yàn) 結(jié)構(gòu)信息的例子；
[0022] 圖2是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)采用的有限角CT掃描的示意圖；
[0023] 圖3是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)中采用的角度稀疏采樣CT掃描的示 意圖；
[0024] 圖4是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)中采用的內(nèi)重建CT掃描的示意圖；
[0025] 圖5是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)中采用的探測(cè)器欠采樣CT掃描的示 意圖；
[0026] 圖6是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)中涉及的不完備投影數(shù)據(jù)的示意圖；
[0027] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)在角度稀疏采樣CT掃描情況下的仿 真結(jié)果；
[0028] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)在有限角度CT掃描情況下的仿真結(jié) 果；
[0029] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和系統(tǒng)在探測(cè)器欠采樣CT掃描情況下的仿 真結(jié)果；
[0030] 圖10是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有限角度掃描情況下的雙能CT探測(cè)器的示 意圖；
[0031] 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖12是描述根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的探測(cè)器欠采樣情況下的雙能CT探測(cè)器的示 意圖；
[0033] 圖13是描述根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的內(nèi)重建情況下的雙能CT探測(cè)器的示意圖；
[0034] 圖14示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CT成像方法的流程圖；以及
[0035] 圖15示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的CT成像方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例 說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特 定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā) 明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0037] 在整個(gè)說明書中，對(duì)" 一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、" 一個(gè)示例"或"示例"的提及意味 著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。 因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語"在一個(gè)實(shí)施例中"、"在實(shí)施例中"、"一個(gè)示例" 或"示例"不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特 定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，這里使用的術(shù)語"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0038] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，發(fā)明的實(shí)施例提出利用先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束來從 完備的或非完備的投影數(shù)據(jù)中重建物體的圖像。例如，在CT重建過程中利用先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信 息對(duì)圖像進(jìn)行約束，以達(dá)到在保證圖像質(zhì)量的條件下用完備的或非完備數(shù)據(jù)進(jìn)行重建的目 的。在一些實(shí)施中，圖像的結(jié)構(gòu)信息指的是圖像中具有明顯灰度差異的邊界和細(xì)節(jié)信息，結(jié) 構(gòu)信息最常見的應(yīng)用是圖像的邊緣提取和分割。從如圖IA所示的圖像中提取的結(jié)構(gòu)信息 在圖IB中示出，例如使用拉普拉斯算子、Candy算子、離散梯度變換、自適應(yīng)閾值等來提取 結(jié)構(gòu)信息。在一些實(shí)施例中，先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息與目標(biāo)圖像的結(jié)構(gòu)具有較高的相似性，而不管先 驗(yàn)圖像與目標(biāo)圖像的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍是否相近。
[0039] 在一些實(shí)施例的CT成像方法中，利用雙能CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，在第一掃 描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合，在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集 合?；诘谝煌队皵?shù)據(jù)集合重建物體的第一衰減系數(shù)圖像，并且從第一衰減系數(shù)圖像中提 取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱。接下來，將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信 息作為約束條件，從非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二衰減系數(shù)圖像。在上 述實(shí)施例中，利用雙能CT系統(tǒng)中得到的低能或者高能圖像之一來得到先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，然后 將該先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束來重建另一能量下的圖像，這樣能夠允許從非完備的投影數(shù)據(jù) 中重建得到質(zhì)量較高的圖像。
[0040] 在另外一些實(shí)施例的CT成像方法中，從反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的第一圖像中提取 物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱。利用CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行CT掃 描，得到投影數(shù)據(jù)集合。接下來，將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從所述投影數(shù)據(jù)集 合重建所述物體的第二圖像。在上述實(shí)施例中，第一圖像可以是從該物體的之前的CT成像 過程中得到的圖像，從相似的斷層圖像中提取，也可以是人工生成的圖像，例如人工涉及的 圖紙圖像（如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖紙）等等，只要能夠反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都可以用來作為 產(chǎn)生上述的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息的圖像。
[0041] 一些實(shí)施例的方案可應(yīng)用于無損檢測(cè)、醫(yī)療診斷、安檢等領(lǐng)域。本發(fā)明的一些實(shí)施 例中利用重建物體的結(jié)構(gòu)信息作為先驗(yàn)信息，可以大幅度降低圖像重建所需要的投影數(shù)據(jù) 數(shù)量的要求，同時(shí)可以對(duì)先驗(yàn)圖像的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍不作要求。例如，該方法可用于解決如圖 2所示的有限角度CT掃描問題、如圖3所示的稀疏角度采樣CT掃描問題、如圖4所示的內(nèi) 重建CT掃描問題、以及如圖5所示的探測(cè)器欠采樣CT掃描問題等等非完備數(shù)據(jù)帶來的圖 像重建質(zhì)量問題，并具有良好的效果。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的那樣，本發(fā)明實(shí)施 例的方法可用于醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)無損檢測(cè)和安檢領(lǐng)域。
[0042] 在利用先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束來從非完備的投影數(shù)據(jù)中重建圖像的過程中，可以 利用迭代計(jì)算的方法，例如使用代數(shù)重建技術(shù)（ART :Algebra reconstruction Technique) 方法。設(shè)目標(biāo)圖像表示為f = ，CT掃描得到的投影數(shù)據(jù)表示為p = (P1, p2，…， P1J，線積分投影過程表示為H = IhJmxn，投影數(shù)據(jù)的噪聲方差為σ2 =·(σ,2，σ22，··'，σ^ _則直 接進(jìn)行統(tǒng)計(jì)迭代重建的問題為求解一個(gè)加權(quán)最小二乘問題，權(quán)重就是投影數(shù)據(jù)的噪聲方差 的倒數(shù)：
[0043] min | | Hf-p Mff = min (Hf-p) Tff (Hf-p) (5)
[0044] "T"表示轉(zhuǎn)置操作，加權(quán)矩陣W反映了投影數(shù)據(jù)的噪聲特性，通?？扇。?br>
【權(quán)利要求】
1. 一種CT成像方法，包括步驟： 利用雙能CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集 合，在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合； 基于第一投影數(shù)據(jù)集合重建物體的第一衰減系數(shù)圖像，并且從第一衰減系數(shù)圖像中提 取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱； 將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的 第二衰減系數(shù)圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述雙能CT系統(tǒng)包括多排低能探測(cè)器和在部分排的低能探測(cè)器后設(shè)置的高能探測(cè) 器； 在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合具體為用第一能量的射線對(duì)物體進(jìn) 行360度圓周CT掃描或螺旋CT掃描，得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合； 在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合具體為用不同于第一能量的第二 能量的射線對(duì)物體進(jìn)行有限角度CT掃描，得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述雙能CT系統(tǒng)包括多個(gè)低能探測(cè)器和設(shè)置在所述低能探測(cè)器后的多個(gè)高能探測(cè) 器； 在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合具體為用第一能量的射線對(duì)物體進(jìn) 行360度圓周CT掃描或螺旋CT掃描，得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合； 在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合具體為用不同于第一能量的第二 能量的射線對(duì)物體進(jìn)行角度稀疏采樣CT掃描，得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述雙能CT系統(tǒng)包括至少一排低能探測(cè)器和多個(gè)高能探測(cè)器，所述多個(gè)高能探測(cè)器 均勻設(shè)置在部分低能探測(cè)器后； 在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合具體為用第一能量的射線對(duì)物體進(jìn) 行360度圓周CT掃描或螺旋CT掃描，得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合； 在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合具體為用不同于第一能量的第二 能量的射線對(duì)物體進(jìn)行探測(cè)器欠采樣CT掃描，得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述雙能CT系統(tǒng)包括至少一排低能探測(cè)器和多個(gè)高能探測(cè)器，所述多個(gè)高能探測(cè)器 集中設(shè)置在部分低能探測(cè)器后； 在第一掃描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合具體為用第一能量的射線對(duì)物體進(jìn) 行360度圓周CT掃描或螺旋CT掃描； 在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合具體為用不同于第一能量的第二 能量的射線對(duì)物體進(jìn)行內(nèi)重建CT掃描，得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中從第一衰減系數(shù)圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息的 步驟包括： 對(duì)所述第一衰減系數(shù)圖像進(jìn)行邊緣提取操作，得到所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中從非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二 衰減系數(shù)圖像的步驟包括： 利用下式計(jì)算第二衰減圖像f: minlGVfH +^?[ = min||(G + ^l)Vf[ s. t. I I Hf-p I I w 彡 ε 其中，ε是與第二投影數(shù)據(jù)集合中的噪聲總體水平有關(guān)的量，λ則是用來平衡先驗(yàn)結(jié) 構(gòu)信息約束和全變分TV約束，當(dāng)λ < 1時(shí)以先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息為主要約束，而當(dāng)λ > 1時(shí)以 TV最小化為主要約束；第二衰減圖像表示為f = {f\，f2，…，fn}，CT掃描得到的第二投影 數(shù)據(jù)集合表示為P = {Pi，P2，…，Pm}，線積分投影過程表示為H = {hijku,先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息 表示為g= {gl，g2，…，gn}，W為反映投影數(shù)據(jù)的噪聲特性的加權(quán)矩陣，I為單位矩陣，由先 驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息生成加權(quán)矩陣G = diag(g) = diagig^g^ --'gjji越大表示邊緣越弱，越小 表示邊緣越強(qiáng)。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述邊緣提取操作是利用如下之一進(jìn)行的：拉普拉 斯算子、Candy算子、離散梯度變換、自適應(yīng)閾值。
9. 一種CT成像方法，包括步驟： 從反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的第一圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指 示邊緣的強(qiáng)弱； 利用CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，得到投影數(shù)據(jù)集合；以及 將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從所述投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二圖 像。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行有限角度CT掃描，得到所 述投影數(shù)據(jù)集合。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行角度稀疏采樣CT掃描，得 到所述投影數(shù)據(jù)集合。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行探測(cè)器欠采樣CT掃描，得 到所述投影數(shù)據(jù)集合。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述CT系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行內(nèi)重建CT掃描，得到所述 投影數(shù)據(jù)集合。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中從第一圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息的步驟包 括： 對(duì)所述第一圖像進(jìn)行邊緣提取操作，得到所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中從所述投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二圖像的 步驟包括： 利用下式計(jì)算第二圖像f: minlGWl +AIWI =min|(G + lI)Vf| s. t. I I Hf-p I I w 彡 ε 其中，ε是與投影數(shù)據(jù)集合中的噪聲總體水平有關(guān)的量，λ則是用來平衡先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信 息約束和全變分TV約束，當(dāng)λ < 1時(shí)以先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息為主要約束，而當(dāng)λ > 1時(shí)以TV最 小化為主要約束；第二圖像表示為f = {f\，f2，…，fn}，CT掃描得到的投影數(shù)據(jù)集合表示 為p = {Pi,p2, ,線積分投影過程表示為Η = {hijkh,先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息表示為g = {gp g2，…，gj，W為反映投影數(shù)據(jù)的噪聲特性的加權(quán)矩陣，I為單位矩陣，由先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息生成 加權(quán)矩陣G = diag(g) = diagigp g2,…，gj，gi越大表示邊緣越弱，越小表示邊緣越強(qiáng)。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述邊緣提取操作是利用如下之一進(jìn)行的：拉普 拉斯算子、Candy算子、離散梯度變換、自適應(yīng)閾值。
17. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一圖像為物體在之前的CT掃描中重建得到 的圖像，或者為物體的設(shè)計(jì)圖。
18. -種CT成像系統(tǒng)，包括： 射線源，產(chǎn)生雙能X射線； 探測(cè)和采集裝置，接收透射物體的雙能X射線； 控制設(shè)備，控制所述射線源以及所述探測(cè)和采集裝置對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，在第一掃 描模式下得到完備的第一投影數(shù)據(jù)集合，在第二掃描模式下得到非完備的第二投影數(shù)據(jù)集 合； 重建設(shè)備，基于第一投影數(shù)據(jù)集合重建物體的第一衰減系數(shù)圖像，并且從第一衰減系 數(shù)圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱，以及將提取的先 驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從非完備的第二投影數(shù)據(jù)集合重建所述物體的第二衰減系數(shù)圖 像。
19. 一種CT成像系統(tǒng)，包括： 射線源，產(chǎn)生X射線； 探測(cè)和采集裝置，接收透射物體的雙能X射線； 控制設(shè)備，控制所述射線源以及所述探測(cè)和采集裝置對(duì)物體進(jìn)行CT掃描，得到投影數(shù) 據(jù)集合； 重建設(shè)備，從反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的第一圖像中提取物體的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息，所述先驗(yàn) 結(jié)構(gòu)信息指示邊緣的強(qiáng)弱；以及將提取的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息作為約束條件，從所述投影數(shù)據(jù)集 合重建所述物體的第二圖像。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第一圖像為物體在之前的CT掃描中重建得到 的圖像，或者為物體的設(shè)計(jì)圖。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK104240270SQ201310234787
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】沈樂, 邢宇翔, 張麗, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司