[发明专利]一种肺4D-CT图像数据层间插值方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学图像处理领域，具体是指一种肺4D-CT图像数据层间插值方法。

背景技术

由于肺部4D-CT数据提供了与呼吸运动相关的信息，对引导精确放射治疗有重要意义，因此在肺癌放射治疗中越来越受重视。然而，考虑到辐射的风险，肺4D-CT数据通常只能获得有限个扫描层，这样使得数据层间分辨率过大，导致低的纵向（Z轴方向）分辨率。这种低分辨率的数据常常引入视觉伪影，例如血管的不连续性以及部分容积效应，4D-CT图像数据是由多个相位不同的3D-CT图像数据构成。

提高图像层间分辨率的方法主要是插值。常用的插值方法有线性插值、三次样条插值等。这些插值方法的主要优势是计算的简便。然而，不可避免的会产生模糊边缘和不良伪影，且其血管不连续性和部分容积效应不能得到有效改善。

发明内容

本发明的目的在于提出一种肺4D-CT图像数据层间插值方法，该方法能通过插值，提高肺4D-CT图像的层间分辨率。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：一种肺4D-CT图像数据层间插值方法，包括以下步骤：

（1）读取肺部4D-CT图像，该图像由多个相位不同的肺部3D-CT图像组成；

（2）通过线性插值计算方法重建出每个3D-CT图像的多个中间层图像；

（3）将重建的多个中间层图像中的每一层图像分成多个原始图像块y；

（4）对于每个3D-CT图像中的每一个原始图像块y，在4D-CT图像除去该3D-CT图像后所剩下的其它多个3D-CT图像范围内，搜索与该原始图像块y最相似的若干相似图像块y′；

（5）对搜索到的若干相似图像块y′进行加权平均计算，得出最终输出图像块

（6）用步骤（5）计算输出的最终输出图像块替换相应的原始图像块y；

（7）对所有原始图像块y进行步骤（4）、（5）、（6）操作，最终完成所有3D-CT图像的插值过程。

本发明中，所述步骤（2）中的线性插值计算公式为：Y＝（Y^u+Y^d)/2，其中Y为每个3D-CT图像的中间层图像，Y^u和Y^d为每个3D-CT图像的相邻两层图像。

本发明中，所述步骤（4）中，对于每个3D-CT图像中的每一个原始图像块y，搜索与该原始图像块y相似的若干相似图像块y′的搜索方法为计算原始图像块y和相似图像块y′之间的D(y,y′)值，选取D(y,y′)计算值最小的几个图像块为最终选择的相似图像块y′，D(y,y′)的计算公式为：D(y,y′)=Σi=1mΣj=1n(y(i,j)-y′(i,j))2,]]>其中：D(y,y′)为两个图像块y和y′之间的相似性测度，y(i,j)为原始图像块y中的像素，y′(i,j)为相似图像块y′中的像素，原始图像块y和相似图像块y′的宽度和高度相同，n,m分别为图像块宽度和高度。

本发明中，所述步骤（5）中的图像加权平均计算公式为：其中为最终输出图像块，w(y,y′)为由图像相似性测度D(y,y′)计算得到的权值，图像块越相似，权值w(y,y′)越大，反之越小，w(y,y′)为权计算公式：σ为指数函衰减控制参数。