[发明专利]一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法

权利要求书

1.一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取初始重建图像及初始形变矢量场；

利用给定的呼吸信号对4D-CBCT投影数据进行相位划分，获得划分后的投影数据，其中T为总相位数，为t相位下投影数据；对划分后的投影数据进行EM-TV重建，获得初始的重建图像，其中为t相位下的初始重建图像，上标0表示初始值；并利用初始重建图像及demons配准算法获得初始的形变矢量场，其中，表示相位到相位下重建图像的形变矢量场；

S2、构建时空张量增强表示的4D-CBCT图像重建模型；

4D-CBCT图像重建模型为：

其中为相位下的投影矩阵，为相位下的重建图像，为相位下的投影数据，表示所有相位下的重建图像，为（）相位到相位下重建图像的形变矢量场集合，表示相位下补偿后的重建图像集合，及均为正则化参数，为四维梯度算子，为L0范数，和C分别表示第c个张量块组及张量块组总数，表示分解处理后的第c个张量块组，为第c个张量块组的分解权重函数，（）表示张量分解后第i维度上的归一化向量，表示张量分解过程；

S3、构建4D-CBCT图像运动估计模型；

S4、求解重建模型及运动估计模型获得最终的重建图像；

对于重建模型及运动估计模型进行分别求解，并采用交替更新的方式对重建图像及形变矢量场进行迭代更新，获得最终的重建图像。

2.根据权利要求1所述的一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法，其特征在于：S3中的4D-CBCT图像运动估计模型为：

其中为相位下的投影矩阵，为相位下的重建图像，为相位下的投影数据，为相位图像在相位下补偿后的重建图像，为正则化参数，为TV正则化约束项，用于减小噪声干扰，获得边界增强的形变矢量场。

3.根据权利要求1所述的一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法，其特征在于：S1中相位划分是以呼吸信号强度进行均匀划分的；且EM-TV重建最大迭代次数为150次。

4.根据权利要求1所述的一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法，其特征在于：S2中为补偿后的重建图像集合的梯度L0范数，具体表示为：

其中，，与分别表示x, y, z和时间t方向上的梯度算子，为计数算子，J为总像素，表示相位下补偿后的重建图像集合。

5.根据权利要求1所述的一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法，其特征在于：S2中张量块组获得的步骤为：首先对运动补偿后的重建图像集合进行分块，得到时空张量图像块集合；然后对这些张量图像块集合进行分组，最后获得分组后的张量块组，其中为的第c个张量块组。

6.根据权利要求5所述的一种联合运动估计与时空张量增强表示的4D-CBCT重建方法，其特征在于：S2中张量图像块集合分组是按照K均值算法进行相似性分组。