[发明专利]基于配准的肺4D-CT图像呼气过程中间相位图像的重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域，具体涉及一种基于配准的肺4D-CT图像呼气过程中间相位图像的重建方法。

背景技术

4D-CT是近年来出现的一种评价肿瘤和器官运动的一项新技术。与传统的3D-CT相比，4D-CT加入了时间轴，它动态的采集了病人呼吸时的CT图像，然后通过图像的重建和重新排列得到病人在不同呼吸相位的3D-CT图像。肺4D-CT真实地再现了肿瘤和器官的空间结构及运动情况，较好的解决了运动伪影和呼吸运动导致的剂量误差，成为放射治疗中目标精确定位的关键。

然而，肺4D-CT数据的获取通常要采集多个相位的3D-CT图像，这使得扫描时间长，需要包含整个呼吸周期，导致病人将接受高于常规CT扫描几倍的剂量。其次，最终获取的一组4D-CT数据就包括1000～3000张图片，每一组数据就要占去上百兆的空间。另外，实时相位处理系统(RPM)与扫描设备是否准确同步，也会对获取的CT图像质量有较大影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于配准的肺4D-CT图像呼气过程中间相位图像的重建方法，该方法利用已知的两个特殊相位图像，就可重建肺4D-CT图像呼气过程的中间相位图像，避免了肺4D-CT数据因采集相位多，扫描时间长，导致病人吸收剂量高的缺点。

本发明的目的可以通过以下的技术措施来实现：基于配准的肺4D-CT图像呼气过程中间相位图像的重建方法，该方法包括如下步骤：

(1)由肺4D-CT图像数据获得吸气末和呼气末两个相位的肺3D-CT图像；

(2)选定吸气末相位的肺3D-CT图像作为参考图像，呼气末相位的肺3D-CT图像作为浮动图像，对两个相位图像进行配准，得到两个相位图像之间的运动变形场；

(3)以步骤(2)得到的运动变形场为基础，重建出肺4D-CT图像呼气过程的中间相位图像。

本发明中，所述步骤(2)采用Active Demons配准方法对参考图像和浮动图像这两个相位图像进行配准，得到两个相位图像之间的运动变形场，具体过程如下：

(2.1)Active Demons配准方法是在光流场理论基础上提出的一种弹性配准方法，该理论的前提假设是呼吸运动过程中肺部图像的灰度值不变，即：

I(x(t),y(t),z(t),t)＝C……式(1)

式中，I表示肺部图像的灰度值，t为时间，(x,y,z)表示坐标，C为一常量；

(2.2)根据(1)式得到驱动力：

v=(If-Ir)▿Ir▿Ir2+(If-Ir)2]]>……式(2)

其中，下标为r的代表参考图像的参数，下标为f的代表浮动图像的参数，ν表示任一点从I_f到I_r所需的偏移量，I_r和I_f分别代表参考图像和浮动图像的灰度值，▽I_r是参考图像的灰度梯度矢量；

(2.3)当参考图像梯度信息不足时会引起配准误差，故引入浮动图像的灰度梯度信息作为新作用力，得到Active Demons算法的驱动力：