[发明专利]一种基于张量补全的多能CT成像方法、装置及其存储设备

权利要求书

1.一种基于张量补全的多能CT成像方法，其特征在于，具有如下步骤：

S1、构建基于GATE的多能CT模拟系统；所述多能CT模拟系统包括光源模块、模体和探测器；所述光源模块用于发射X射线到模体，其中，发射到模体上的X射线将进一步穿过模体，通过探测器对其进行接收并探测当前X射线的强度，通过所述X射线的强度生成对应的投影值；

S2、确定一定电压下的连续X射线能谱，并对所述连续X射线谱抽样得到若干段相邻的窄束能谱，其中，将每段窄束能谱输入到步骤S1构建的多能CT模拟系统中，通过所述探测器模拟得到每段窄束能谱对应的投影值；

S3、使用FDK算法，对步骤S2得到的所述每段窄束能谱的投影值，分别进行预加权、一维滤波和反投影处理后，得到每个能量段的重建图像；

S4、将步骤S3所得的每个能量段的重建图像建模为3阶张量，建立张量核范数和全变分正则化的最小化模型，其中，所述最小化模型用于修复在投影过程中由于存在外界因素的干扰而引起失真的数据，提高各能量段重建图像的精度；

S5、在能量维度下，将步骤S4建模所得张量中的每一个切片按加权融合算法进行优化加权，得到最终的成像图像；

步骤S5中，在使用加权融合算法进行优化加权之前，首先需提取各能量段重建图像的噪声和对比噪声比信息，噪声水平σ和对比噪声比CNR的数学表达式分别为：

其中,j＝1,2,…,M；M为像素个数；和为第j个能量段重建图像的像素值及其均值，x_c和x_b分别为第一、第二衰减系数材料对应的像素值。

2.根据权利要求1所述的一种基于张量补全的多能CT成像方法，其特征在于，步骤S1中，所述光源类型为锥束，其中，锥束角度为6.8°，使用gamma粒子，每次投影粒子数为2×10⁶；探测器为50*50mm²的面探测器，由200×200个0.25×0.25×1mm³的硅探测元组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于张量补全的多能CT成像方法，其特征在于，步骤S4中，基于张量核范数和全变分正则化建立的最小化模型为：

其中，χ为各能量段重建图像构建的张量，bcirc(χ)为张量χ的块循环矩阵，TV(χ)为对张量χ进行全变分正则化；||·||*表示求解“·”的矩阵核范数。

4.根据权利要求1所述的一种基于张量补全的多能CT成像方法，其特征在于，在提取出各能量段重建图像的噪声和对比噪声比后，利用对比噪声方差比来表示每个能量段的加权权重因子w_n：

其中，k为能量段的总数，表示第n个能量段的噪声方差；C_n＝|x_c,n-x_b,n|为第n个能量段重建图像中，第一、第二衰减系数材料的像素差异值。

5.根据权利要求4所述的一种基于张量补全的多能CT成像方法，其特征在于，在步骤S5中，根据所得的每个能量段的加权权重因子w_n，利用加权融合算法对各能量段的重建图像进行优化加权，得到最终的成像图像x：

其中，k为能量段总数，ω_k为第k个能量段的重建图像的权重，x^k为第k个能量段重建的图像，x为各能量段加权融合后形成的最终成像图像。

6.根据权利要求1所述的一种基于张量补全的多能CT成像方法，其特征在于，针对步骤S3得到的各个能量段的重建图像，使用加权融合算法对所得的每个重建图像进行优化加权，获得对应的第一全能谱图；将所述第一全能谱图与步骤S5中得到的最终成像图像进行对比，进一步判断当前张量补全的算法的计算精度。

7.一种存储设备，其特征包括：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～6任一项所述的一种多能CT成像方法。