[发明专利]一种结合超声图像提高有限角度CT成像质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学及图像处理领域，特别是一种结合超声图像提高有限角度CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)成像质量的方法。

背景技术

传统的CT成像技术根据目标组织的不同部分对X射线的衰减系数不同这一特性来重建物体内部的三维结构。该方法主要是利用锥束型X射线发射器环绕目标组织360°，每隔一定角度发射一次X射线，并在每次发射时用X射线接收器在目标组织的另一边接收，从而得到若干组投影数据。从这些投影数据重建得到目标组织的三维图像的方法有很多，其中比较成熟的一种是同步代数重建技术(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique，以下简写为SART)。该技术可以有效重建出目标组织的内部构成，且具有分辨率高、边缘清晰、噪声小的优点。然而在实际使用时，由于重建时间、X射线剂量等因素的制约，从360°对目标物体进行全面扫描这一条件往往很难得到满足，取而代之的是在某一有限角度范围内每隔一定角度进行一次X射线的发射与接收，也就是有限角度CT成像技术。该技术使探测器平面和目标组织保持静止，在目标组织的正上方的一个有限角度内使X射线发射器围绕目标组织弧形移动，从而采集到若干投影数据。然而与全角度CT成像相比，由于数据量的大量缩减，有限角度CT成像结果在垂直于接收器的方向上(以下称z方向)伪影严重，分辨率低，与实际被重建组织的差别很大，大大影响了此技术在各领域的有效运用，亟需优化改善。

三维超声图像重建作为对X射线图像重建的一种补充和辅助，其结果在z方向的分辨率高，边缘清晰，并且伪影比CT成像结果弱，恰恰可以弥补有限角度CT成像在z方向的不足，有效提高有限角度CT成像结果在z方向的质量。通过这种方法代入超声图像的边缘信息后，可以在保留X射线所成图像优点的前提下，大大提高其图像质量，对于有限角度CT成像技术的实际运用具有重大意义。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对有限角度CT成像结果在z方向上边缘不清晰，伪影严重的问题，提供一种结合超声图像提高有限角度CT成像质量的万法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种结合超声图像提高有限角度CT成像质量的方法，包括以下步骤：

步骤一，在目标组织上、下分别放置X射线发射器和接收器；

步骤二，在有限角度内使发射器绕组织移动并发射X射线，同时采集投影数据；

步骤三，利用SART算法进行初次重建；

步骤四，获取组织的三维超声图像；

步骤五，结合初次CT重建结果，对超声图像配准；

步骤六，提取超声图像的有效梯度信息；

步骤七，使用改进的SART算法进行再次重建，得到质量提高的有限角度CT成像结果。

本发明中，优选地，所述步骤一中的X射线发射器发射锥束型X射线，目标组织贴近X射线接收器的面的尺寸应小于接收器尺寸，使得通过物块的X射线基本都被接收器所接收到。X射线发射器位于接收器的正上方，且与接收器达到一定的垂直距离，使得X射线能够完全覆盖目标组织。

本发明中，优选地，所述步骤二中以X射线发射器在接收器平面上的投影点为旋转中心，以发射器的初始位置为运动中心，过此旋转中心且平行于接收器某一条边的直线为轴，X射线发射器在垂直于接收器的平面内绕此轴作范围有限的弧形移动。该范围由弧形所对的圆心角表示，即旋转中心与发射器移动范围的左、右边界点所确定的圆心角，其中左、右边界点关于运动中心对称。采集过程中，X射线发射器从运动中心开始，先向某一边界点移动，每移动一定的角度向接收器发射X射线，接收器接收后视为采集到一组投影数据，到达该方向的边界点后将发射器移回运动中心，再向另一边界点移动，经过同样的发射、接收过程，发射器到达另一边界点后，采集过程结束，采集到若干组投影数据。

本发明中，优选地，所述步骤三中使用SART重建算法，对重建区域进行反复的投影-反投影迭代，不断利用估计的投影值与步骤二中所测得的实际投影值修正重建区域体素的值，最终使得结果满足最优化条件，获得初次有限角度CT成像结果。

本发明中，优选地，所述步骤四中超声传感器分别在目标组织上表面与下表面移动并向目标组织内部发射、接收超声波，从而获得上表面及下表面两组超声成像数据。超声传感器的移动范围要覆盖整个目标组织区域，以便于有限角度CT成像结果与超声成像结果的配准。