[发明专利]动态双能CT迭代重建方法、装置、电子设备及存储介质

说明书

本申请涉及CT重建技术领域，特别涉及一种动态双能CT迭代重建方法、装置、电子设备及存储介质，其中，方法包括：通过动态双能CT探测器进行CT扫描以获得动态双能CT投影数据；根据动态双能CT投影数据计算得到多能CT投影；对多能CT投影重建得到多能CT图像，并基于多能CT图像计算新的多能CT投影，并将新的多能CT投影替换多能CT投影，直至满足迭代结束条件，得到最终多能CT图像，并根据最终多能CT图像计算得到最终多能CT投影。由此，解决了相关技术中人为构建的正则项难以真正体现多能CT图像的内在特性的问题，对于不同类型、不同扫描参数下获得的多能CT图像都能有效地降低噪声，且不会在图像中产生额外的伪影。

技术领域

本申请涉及CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)重建技术领域，特别涉及一种动态双能CT迭代重建方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

近年来随着光子计数探测器的光子计数探测器的快速发展，基于此种类型探测器的多能CT成像开始在临床中有越来越广泛的应用。通过在光子计数探测器电路中设定多个电压阈值，不同能量的X射线光子可以被划分到不同能窗中分别计数，因而可以实现多能CT成像。光子计数探测器可以将不同能量的光子划分到多个不同的能窗当中，因而在实现多能成像的同时，亦可以避免不同能区数据的能谱混叠。因此，基于光子计数探测器的多能谱具有更好的能量分辨率；其可以在材料分解、虚拟单能成像、多对比剂成像、定量成像等应用中更好地发挥作用。

尽管多能CT具有前述优势，但其在现阶段仍然面临一些问题。其最主要的是以下两点：

1、统计噪声显著增加。在扫描剂量不变的前提下，全能量范围内入射到探测器中的X射线光子总数是恒定的；当能量维度增加时，每个能窗的光子计数会减少，其数据的统计噪声会因此增大。多能CT重建图像的质量会大幅下降。

2、探测器设计复杂度及成本增加。光子计数探测器的每一个像素晶体都会连接一个单独对应的处理电路。当能量维度增加时，每个像素晶体处理电路的比较器数量也会相应增加。这会加大电路的设计复杂度，探测器的成本也会随之大幅提高。因此在现有的光子计数探测器中阈值数量为2的探测器仍占据多数，少数具有多个阈值的探测器也是以牺牲空间分辨率为代价来实现的。

相关技术中，主要是迭代图像重建来解决对于多能CT图像统计噪声增加这一问题，在迭代图像重建方法中，通过将多能CT图像的先验知识以正则项的形式加入到迭代框架中，从而达到图像降噪的目的。关于多能CT图像的先验知识，则来源于其物理特性：对于同一条射线中不同能量的透射光子，其所穿过的路径是相同的，因而不同能量的CT图像具有极高的相关性；对于某一能量CT图像中的不同像素，由于CT图像所反映的是物体结构的变化信息，因此相邻像素间的像素值不应总是无规律的发生变化、应具有分段平滑的特性。以上两个关于多能CT图像的先验知识可以以正则项的形式加入到迭代重建框架中。其迭代框架可以用如下公式表示：

在上式中，第一项是数据保证项，其原理是基于所采集的数据来恢复出重建图像。然而由于采集的多能CT数据本身是具有较大噪声的，因而仅通过最小化第一项所得到的的多能CT重建图像亦是含有较大噪声的。为此，需要通过第二项，即正则项来抑制噪声。正则项的构建方法有很多；其构建基础都源于前述关于多能CT图像的两种先验知识。在众多正则项构建方法中，较为典型的正则项包括TV正则项和低秩正则项，其表达式如下所示：

||X||_Low-Rank＝σ_M(X)

上式中的第一项是TV正则项，其是对不同能窗的重建图像的梯度先求范数后再求和；第二项是低秩范数，其是对重建图像在做奇异值分解后其中最大的M个奇异值的和。

而对于在探测器设计复杂、成本较高这一问题，相关技术则没有很好的解决方法，因此大多数现有的光子计数探测器仅有两个能量阈值。