[发明专利]一种端对端的三维医学图像超分辨率重建方法及系统

说明书

本发明公开了一种端对端的三维医学图像超分辨率重建方法及系统。所述方法包括(1)将原始取得的各向异性的三维医学图像在矢状面和冠状面方向上进行切片；(2)分别输入多通道超分辨率成像网络同时进行等比例的超分辨率重建、以及等比例高度方向重采样，获得高度方向分辨率调整后的超分辨率矢状面图像序列和超分辨率冠状面图像序列；(3)进行三维数据融合，获得分辨率各向同性的超分辨率重建三维图像。所述系统包括切片模块、二维超分辨率重建模块、以及融合模块。本发明在对各向异性三维数据进行超分辨率重建之前，不需要先对其进行插值放大，节省了插值过程所耗费的实际，运算速度更快、精度更高。

技术领域

本发明属于医学图像技术领域，更具体地，涉及一种端对端的三维医学图像超分辨率重建方法及系统。

背景技术

三维医学图像拥有更多维度的信息，在临床诊断中能够为医生提供更丰富的空间结构信息。目前三维医学图像是通过二位断层扫描获取的一些列图像，经过图像处理、配准、以及插值的过程获得的。生成被扫描部位的三维图像，并采用体绘制或者面绘制技术进行显示，从而可以辅助医生对病变体和周围组织进行三维分析，提高医疗诊断的准确性和科学性。对于三维图像数据，我们通常将每一层切片内部的分辨率称为层内分辨率(intra-sclieresolution)，不同切片间的扫描厚度称为层间分辨率(inter-sclie resolution)。而受到成像原理如部分容积效应和图像采集设备扫描精度等影响，我们得到的三维图像中的层间分辨率往往要低于层内分辨率。如常见的MRI设备层内分辨率通常为1mm×1mm，而层间分辨率为3mm，这种各个方向分辨率不同的三维数据称为各向异性的三维数据。如果直接将各向异性的三维数据用于三维绘制和显示，会导致扫描方向的信息被压缩，从而无法反映真实的结构信息。因此需要先通过特定的处理手段将各向异性的数据转换为各向同性的数据，然后再进行体绘制。

现有的三维医学超分辨率重建方法，首先要将原始采集的各向异性三位数据通过插值获得各向同性的三维图像数据，再次基础之上重新采样获得二维的医学图像，将二维的医学图像进行超分辨率重建之后，合成超分辨率的三维医学图像。这个过程处理步骤繁多，包括插值、采样、超分辨率重建、以及三维合成的过程，难以并行化处理，加之三维数据计算量太大，因此目前三维医学图像的超分辨率重建速度太慢，需要对图像进行插值处理和采样处理，不是一种端到端的过程，一方面带来更复杂的程序，另一方面更重要的是由于插值和采样引入的误差，不能靠后期的超分辨率重建消除，造成整体精度的下降，严重者影响医学判断。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种端对端的三维医学图像超分辨率重建方法及系统，其目的在于，通过端到端的重建方法，同时完成超分辨率重建和分辨率各向同性转化，从而在不需要图像预处理的前提下进行，进行快速的三维图像超分辨率重建，由此解决现有的医学三维图像超分辨率成像程序复杂、精度不高以及耗时长的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种端对端的三维医学图像超分辨率重建方法，其包括以下步骤：

(1)将原始取得的各向异性的三维医学图像在矢状面和冠状面方向上进行切片，获得矢状面图像序列和冠状面图像序列；

(2)将步骤(1)中获取的矢状面图像序列和冠状面图像序列分别输入多通道超分辨率成像网络同时进行等比例的超分辨率重建、以及等比例高度方向重采样，从而获得高度方向分辨率调整后的超分辨率矢状面图像序列和超分辨率冠状面图像序列；

(3)将步骤(2)中获得的高度方向分辨率调整后的超分辨率矢状面图像序列和超分辨率冠状面图像序列进行三维数据融合，获得分辨率各向同性的超分辨率重建三维图像。

优选地，所述端对端的三维医学图像超分辨率重建方法，其步骤(2)中对于一副矢状面图像序列或冠状面图像序列中的原始低分辨率图像，按照以下方法同时进行等比例的二维超分辨率重建、以及等比例高度方向重采样具体包括：