[发明专利]一种基于先验图像约束的自适应步长锥束CT有限角重建算法

说明书

本发明提供了一种基于先验图像约束的自适应步长锥束CT有限角重建算法，有效去除了在小角度的扫描范围下锥束CT图像中的有限角伪影，满足了在放疗计划中图像引导配准的任务。本发明首先按同样的扫描范围生成计划CT的模拟投影，然后使用FDK算法重建出计划CT有限角图像和锥束CT有限角图像，接着使用刚性配准获得计划CT的变换矩阵，将变换矩阵应用于计划CT获得先验图像，最后将锥束CT图像和先验图像的均方误差作为正则项，结合全变分等迭代重建出锥束CT图像。本发明大大缩短了配准任务的锥束CT扫描角度，提高了配准效率。

技术领域

本发明属于锥束CT图像重建的技术领域，涉及一种基于先验图像约束的自适应步长锥束CT有限角重建算法。

背景技术

CT(Computed Tomography，计算机断层成像技术)是通过获取物体在不同视角下的投影信息，结合图像重建算法，获得物体内部结构信息的一种无损检测手段，在医学、航空、工业检测等多种领域有广泛的应用。

锥束CT成像系统广泛应用于图像引导放射治疗任务中，对肿瘤治疗起到了非常积极的作用。通常，锥束CT系统成像需要缓慢地围绕病人旋转360°，然后通过FDK算法，重建出引导图像，从而与计划CT进行配准，对病人进行摆位。可是，在这个过程中，裸露在外地锥束CT成像系统必须以非常缓慢的速度进行扫描，浪费了大量的治疗时间，也给病人带来了更多的痛苦。因此，本发明尝试通过缩小锥束CT的扫描角度，重建出符合配准要求的锥束CT图像，从而减少不必要的剂量照射，节省扫描时间和重新引导时间。

传统的锥束CT的有限角重建通常采用迭代方法，结合全变分等正则项，重建出令人满意的图像，然而以往的方法在小于90°的扫描范围下，仍然难以重建出符合要求的图像。本发明结合具体的应用需求，实现了一种能够在小于90°的扫描范围下，重建出满足配准要求的图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于先验图像约束的自适应步长锥束CT有限角重建算法，满足图像引导放疗任务的图像配准要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于先验图像约束的自适应步长锥束CT有限角重建算法，所述算法包括以下步骤：

步骤1、将计划CT按照锥束CT同样的扫描方式生成模拟投影CT_proj，首先对照提前测量的HU值与衰减系数表，将计划CT的灰度值转换为衰减系数，与CBCT重建图像的灰度范围保持一致，其次为了加快模拟投影速度，采用Siddon算法进行正向投影，

步骤2、将计划CT的模拟投影CT_proj重建得到有限角CT图像CT_limit，对CT_proj使用FDK算法，得到有限角CT图像CT_limit，

步骤3、将锥束CT的实际投影重建得到有限角CBCT图像CBCT_limit。需要对CBCT实际投影进行杯型伪影校正，重建过程中还需要进行截断伪影校正，然后采用与步骤2相同的方式，得到CBCT_limit。杯型伪影校正的具体方法为在水模投影上，测量射线路径l，与对应射线的投影积分p，通过4次函数拟合两者，

l＝ap⁴+bp³+cp²+dp+e

将拟合好的函数用于实际投影，获得校正后的投影。截断伪影校正的具体方法为在FDK重建过程中，边缘扩展实际投影，

步骤4、对有限角CT图像和有限角CBCT图像进行刚性配准获得计划CT的变换矩阵，由于拍摄计划CT和进行放疗拍摄CBCT的时间不一样，病人姿态不一样，两者存在一定程度的摆位误差。所以将CBCT_limit作为参考图像，CT_limit作为浮动图像，通过刚性配准，最小化CT_limit和CBCT_limit视场角内的均方误差，获得变换矩阵T，即：