[发明专利]基于跨尺度多能谱CT标签的锥束CT图像质量改善方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于跨尺度多能谱CT标签的锥束CT图像质量改善方法和装置，包括以下步骤：基于跨尺度多能谱诊断CT图像构建以散射污染投影数据和散射信号为一个样本对的样本数据集，利用样本数据集优化包含用于估计散射信号的生成器和用于区分散射信号的鉴别器的生成式对抗网络的参数，提取参数优化好的生成器作为跨尺度多能谱散射估计模型；利用跨尺度多能谱散射估计模型对测量锥束CT投影数据进行散射估计，根据估计散射信号和锥束CT投影数据实现对锥束CT散射校正。从各种成像部位和x射线能谱下获得锥束CT投影中估算准确的散射分布，实现跨尺度多能谱锥束CT的图像质量提升，满足临床的需求。

技术领域

本发明属于医学工程技术领域，具体涉及一种基于跨尺度多能谱CT标签的锥束CT图像质量改善方法和装置。

背景技术

锥束CT在放射治疗和外科手术的图像引导中占据着主导地位。锥束CT继承了传统的基于多层探测器的诊断CT的高清结构成像功能的特征，保留了常规多排诊断CT解剖结构无畸变的成像特性，可真实反映病灶形态和位置。相较于诊断CT，锥束CT设备结构简单，关键部件体积小；且探测器成像单元线度小，则成像系统空间分辨率高；同时总辐射剂量较低，有助于降低患者辐射损伤风险。它还提供了机载和术中成像功能，可在治疗过程中准确提供目标感兴趣区域(ROI)的位置和形态。因此，锥束CT普遍用于常规临床应用，例如术中患者摆位，每日或每周患者靶区验证，治疗监测，肿瘤定位等。锥束CT已进一步应用于先进的临床应用包括在线靶区勾画，剂量累积，机载治疗计划以及诊断决策。锥束CT可以在低x射线照射剂量下有效地获得三维(3D)体积信息。然而，由于大锥角照射过程中的散射污染，锥束CT的图像质量会因阴影和/或条纹伪影而降低。当需要对具有复杂结构的人体进行成像时，按照信号与处理理论，这些结构本身将对散射信号叠加复杂调制，如果不进行相应的补偿和修正，直接重建结果中将受到严重的伪影污染，CT影像质量也将大大降低。利用放疗设备上装载的锥束CT系统获得的腹腔锥束CT图中有明显的阴影伪影存在，不仅会影响CT影像中的软组织区域分辨，甚至连皮肤边界区域也无法准确识别，进而影响和限制锥束CT系统的患者摆位等临床应用。需要注意的是，此时放疗设备上已经装载了包括蝶形滤波器以及抗散射滤线栅等辅助散射抑制硬件，但仍存在显著的伪影问题。这些问题限制了锥束CT成像在临床上的使用。

目前提出的散射修正方法均未考虑成像物体尺寸和成像能谱对散射分布的影响。锥束CT投影中散射分布的主要影响因素为扫描物体的体积和扫描x射线的能谱。研究发现，散射信号强度随着x射线辐照体积的增加而单调增强。在轴向(即z方向)锥角超过11度的临床用锥束CT系统(如Varian的Trilogy系统)上，中等尺寸的人体器官平均散原信号比(SPR)大约为2-3，引起的CT数误差高达350Hounsfield Unit(HU)。在Alexander Malusek等人的研究中，对于头部尺寸的物体，在30keV时，x射线的散原信号比比60keV时高2.42倍，比90keV时高3.24倍。对于一个人体大小的物体，在30keV时的SPR是60keV时的2倍，而在90keV时则是2.65倍。跨尺度物体体积的差异和射线能谱的差异成为目前散射修正无法避免的问题。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于跨尺度多能谱CT标签的锥束CT图像质量改善方法和装置，从各种成像部位和x射线能谱下获得锥束CT投影中估算准确的散射分布，实现跨尺度多能谱锥束CT的图像质量提升，满足临床的需求。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，一种基于跨尺度多能谱CT标签的锥束CT图像质量改善方法，包括以下步骤：

基于跨尺度多能谱诊断CT图像构建以散射污染投影数据和散射信号为一个样本对的样本数据集，利用样本数据集优化包含用于估计散射信号的生成器和用于区分散射信号的鉴别器的生成式对抗网络的参数，提取参数优化好的生成器作为跨尺度多能谱散射估计模型；

利用跨尺度多能谱散射估计模型对测量锥束CT投影数据进行散射估计，根据估计散射信号和锥束CT投影数据实现对锥束CT散射校正。