CN111710013B - 一种ct图像的分离重建方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请属于医学CT成像技术领域，特别是涉及一种CT图像的分离重建方法及应用。稀疏角度的X射线扫描方案可以显著降低重复扫描带来的辐射剂量，但针对稀疏角度图像采集数据的图像重建缺乏有效可行的方法。本申请提供了一种CT图像的分离重建方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：从动态灌注扫描图像中分离出由显像剂引入的对比增强扫描图像；步骤2：利用所述对比增强扫描图像重建增强图像；步骤3：将所述增强图像与全采样基线图像采集图像重建得到的基线图像融合，得到灌注CT重建图像。融合后的动态灌注图像中的伪影可以很大程度被消除。
Description
技术领域
本申请属于医学CT成像技术领域，特别是涉及一种CT图像的分离重建方法及应用。
背景技术
CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X线断层扫描技术简称。应用于计算机轴向断层扫描(CAT)中的扫描仪可产生X光，这是一种强大的电磁能。X光的光子与普通可见光的光子基本相同，但是它们携带的能量更多。这种较高的能量水平可以使X光直接穿过人体大多数的软组织(请参阅X光浅说以了解X光穿透软组织的原理，以及X光机是如何产生X光光子的)。常规的X光成像技术利用的是光影原理。从人体一侧照射"光线"，此时，人体另一侧的胶片可记录骨骼的轮廓。
心肌灌注显像主要适用于冠心病的诊断以及危险性分层、疗效判断。这个检查具有很重要的应用价值，不同于一般的CTCA或者CAG冠脉造影，它是从形态学改变来判断有没有冠心病。心肌灌注显像反映的是心肌有没有缺血，可以准确诊断心肌是否缺血。其原理是通过介入试验或药物负荷，或者运动负荷来观测心肌的血流储备，可以准确判断患者有没有冠心病，以及冠心病的部位、程度，这样就可以对病人的诊断以及应该采取的方法提供有价值的信息。所以心肌灌注显像对冠心病诊断以及治疗决策、危险性分层都有重要的应用，使用这个方法可以达到对冠心病准确的诊疗。
心肌动态灌注CT成像是一种临床上十分重要的心脏病无创检查的医学成像技术。但显像剂到达行人心肌组织后对病人进行的多次扫描不可避免的会带来对辐射剂量过大的担忧。稀疏角度的X射线扫描方案可以显著降低重复扫描带来的辐射剂量，但针对稀疏角度图像采集数据的图像重建缺乏有效可行的方法。
发明内容
1.要解决的技术问题
基于现有动态灌注CT图像重建方法只能够基于全采样的扫描数据进行图像重建，在对病人同一部位进行重复扫描过程中，存在短时间内辐射剂量大量累积的现象而带来不可知的X射线辐射危险的问题，本申请提供了一种CT图像的分离重建方法及应用。
2.技术方案
为了达到上述的目的，本申请提供了一种CT图像的分离重建方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：从动态灌注扫描图像中分离出由显像剂引入的对比增强扫描图像；
步骤2：利用所述对比增强扫描图像重建增强图像；
步骤3：将所述增强图像与全采样基线图像采集图像重建得到的基线图像融合，得到灌注CT重建图像。
本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤1中所述动态灌注扫描图像包括全采样的基线扫描图像、稀疏角度的灌注扫描图像和下采样后的稀疏基线扫描图像。
本申请提供的另一种实施方式为：所述全采样的基线扫描图像为在显像剂到达心脏组织之前，使用正常辐射剂量的X射线扫描方案采集得到；所述稀疏角度的灌注扫描图像为在显像剂到达心脏组织后采用稀疏角度的低剂量图像采集得到。
本申请提供的另一种实施方式为：所述下采样后的稀疏基线扫描图像为对全采样的基线扫描图像按照灌注扫描的稀疏角度方案进行下采样，保留与稀疏灌注扫描图像扫描角度相同的基线扫描图像得到。
本申请提供的另一种实施方式为：所述下采样后的稀疏基线扫描图像与每一帧的灌注扫描图像具有相同的图像尺寸，且对应扫描角度相同。
本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤1中的对比增强扫描图像包括稀疏角度的对比增强扫描图像。
本申请提供的另一种实施方式为：所述稀疏角度的对比增强扫描图像由稀疏角度的灌注扫描图像与下采样后的稀疏基线扫描图像相减得到。
本申请提供的另一种实施方式为：所述增强图像包括正常剂量基线图像重建，低剂量对比增强图像重建和动态灌注图像的融合。
本申请提供的另一种实施方式为：所述正常剂量基线图像重建采用商用重建算法，所述低剂量对比增强图像重建采用统计迭代算法；所述商用重建算法包括滤波反投影或者传统代数迭代算法，所述统计迭代算法包括全变分正则化的极大似然-期望值最大化或者全变分正则化的权重惩罚最小二乘法。
本申请还提供一种CT图像的分离重建方法的应用，所述方法应用于低剂量脑部动态灌注CT成像的图像重建或者低剂量心肌动态灌注CT成像的图像重建。
3.有益效果
与现有技术相比，本申请提供的一种CT图像的分离重建方法的有益效果在于：
本申请提供的CT图像的分离重建方法，为一种适用于稀疏角度的低剂量心肌动态灌注CT成像的图像采集方案与重建方法。
本申请提供的CT图像的分离重建方法，为一种低剂量的动态灌注扫描方案及其后续的图像分离重建方法。
本申请提供的CT图像的分离重建方法，在有效降低心肌动态灌注成像过程中的辐射剂量，使用稀疏角度的图像采集数据重建出符合临床诊断要求的心肌灌注CT图像。
本申请提供的CT图像的分离重建方法，可解决动态灌注CT成像中由于重复连续X射线扫描所导致的辐射剂量过大问题和使用传统方法进行稀疏角度图像采集数据重建所带来的图像伪影问题。
本申请提供的CT图像的分离重建方法，通过对基线扫描数据和对比增强扫描数据进行分离重建，在降低灌注连续扫描的辐射剂量的同时，充分借助正常剂量基线图像中的图像结构信息来帮助动态灌注图像的重建。使用稀疏角度的对比增强扫描数据重建对比增强图像的过程相比使用未经处理的稀疏灌注扫描数据直接重建灌注图像的过程更不容易产生图像伪影，因此融合后的动态灌注图像中的伪影可以很大程度被消除。
附图说明
图1是本申请的CT图像的分离重建方法总体流程示意图；
图2是本申请的动态灌注CT分离重建方法实验结果示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
临床的心肌动态灌注CT成像对病人的图像采集包括显像剂到达心脏组织(包括主动脉、冠状动脉、左右心室、左右心房与心肌组织等)前的基线扫描和显像剂到达心脏组织后的连续动态灌注扫描。在现有临床条件下，基线扫描与动态灌注扫描采用相同的全采样扫描方案，由此给病人带来较大的X射线扫描辐射剂量。
对于一个样值序列间隔几个样值取样一次，这样得到新序列就是原序列的下采样。
参见图1～2，本申请提供一种CT图像的分离重建方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：从动态灌注扫描图像中分离出由显像剂引入的对比增强扫描图像；
步骤2：利用所述对比增强扫描图像重建增强图像；
步骤3：将所述增强图像与全采样基线图像采集图像重建得到的基线图像融合，得到灌注CT重建图像。
在显像剂到达心脏组织之前，使用正常辐射剂量的X射线扫描方案对病人进行基线图像采集得到全采样的基线扫描数据y基线,全采样，在显像剂到达心脏组织后采用稀疏角度的低剂量图像采集方案对病人进行连续扫描得到稀疏角度的灌注扫描数据Y灌注,稀疏。对全采样的基线扫描数据按照灌注扫描的稀疏角度方案进行下采样，保留与稀疏灌注扫描数据扫描角度相同的基线扫描数据，保证下采样后的基线扫描数据y基线,稀疏与每一帧的灌注扫描数据
具有相同的数据尺寸，且对应扫描角度相同。将稀疏角度的灌注扫描数据与下采样后的稀疏基线扫描数据相减，得到稀疏角度的对比增强扫描数据/>
上述图像数据采集过程可以表示为：
其中，
为动态灌注扫描数据时间序列，同理，/>
为对比增强扫描数据时间序列。T为动态灌注图像的时间帧数。
进一步地，所述步骤1中所述动态灌注扫描图像包括全采样的基线扫描图像、稀疏角度的灌注扫描图像和下采样后的稀疏基线扫描图像。
进一步地，所述全采样的基线扫描图像为在显像剂到达心脏组织之前，使用正常辐射剂量的X射线扫描方案采集得到；所述稀疏角度的灌注扫描图像为在显像剂到达心脏组织后采用稀疏角度的低剂量图像采集得到。
进一步地，所述下采样后的稀疏基线扫描图像为对全采样的基线扫描图像按照灌注扫描的稀疏角度方案进行下采样，保留与稀疏灌注扫描图像扫描角度相同的基线扫描图像得到。
进一步地，所述下采样后的稀疏基线扫描图像与每一帧的灌注扫描图像具有相同的图像尺寸，且对应扫描角度相同。
进一步地，所述步骤1中的对比增强扫描图像包括稀疏角度的对比增强扫描图像。
进一步地，所述稀疏角度的对比增强扫描图像由稀疏角度的灌注扫描图像与下采样后的稀疏基线扫描图像相减得到。
进一步地，所述增强图像包括正常剂量基线图像重建，低剂量对比增强图像重建和动态灌注图像的融合。
进一步地，所述正常剂量基线图像重建采用商用重建算法，所述低剂量对比增强图像重建采用统计迭代算法；所述商用重建算法包括滤波反投影或者传统代数迭代算法，所述统计迭代算法包括全变分正则化的极大似然-期望值最大化或者全变分正则化的权重惩罚最小二乘法。
基线图像的重建即为使用传统商用重建算法(滤波反投影、传统代数迭代算法等)对全采样的基线扫描数据y基线,全采样进行图像重建，得到正常剂量基线图像x基线,正常剂量。对比增强图像重建即为使用具有图像伪影抑制能力的正则化统计迭代算法(全变分正则化的极大似然-期望值最大化(MLEM-TV)，全变分正则化的权重惩罚最小二乘法(PWLS-TV)等)对稀疏角度的对比增强扫描数据
进行重建，得到低剂量对比增强图像/>
动态灌注图像融合即为将重建的/>
与x基线,正常剂量相加得到低剂量动态灌注图像
上述图像重建过程可以表示为：
全采样的基线图像只需重建一次，将其与对比增强图像时间序列X对比增强,低剂量中每一帧图像分别相加得到心肌动态灌注CT图像时间序列X灌注,低剂量。
本申请还提供一种CT图像的分离重建方法的应用，所述方法应用于低剂量脑部动态灌注CT成像的图像重建或者低剂量心肌动态灌注CT成像的图像重建。
动态灌注CT图像的分离重建方法经过计算机仿真实验验证，效果明显：
图2展示了本发明提出的心肌动态灌注CT图像分离重建方法的计算机仿真实验结果图。基线图像扫描方案为984幅/360°，灌注图像扫描方案为41幅/360°，由结果可见，本发明提出的分离重建算法能够正确重建稀疏角度低剂量心肌动态灌注CT图像，重建图像中无明显稀疏伪影。
尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。
Claims (4)
1.一种CT图像的分离重建方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：从动态灌注扫描图像中分离出由显像剂引入的对比增强扫描图像；
步骤2：利用所述对比增强扫描图像重建增强图像；
步骤3：将所述增强图像与全采样基线图像采集图像重建得到的基线图像融合，得到灌注CT重建图像；
在显像剂到达心脏组织之前，使用正常辐射剂量的X射线扫描方案对病人进行基线图像采集得到全采样的基线扫描图像y基线,全采样，在显像剂到达心脏组织后采用稀疏角度的低剂量图像采集方案对病人进行连续扫描得到稀疏角度的灌注扫描图像Y灌注,稀疏；对全采样基线扫描图像按照灌注扫描的稀疏角度方案进行下采样，保留与稀疏角度的灌注扫描图像扫描角度相同的基线扫描图像，保证下采样后的基线扫描图像y基线,稀疏与每一帧的灌注扫描数据
具有相同的数据尺寸，且对应扫描角度相同；将稀疏角度的灌注扫描图像与下采样后的稀疏基线扫描图像相减，得到稀疏角度的对比增强扫描图像/>
2.如权利要求1所述的CT图像的分离重建方法，其特征在于：所述图像重建包括正常剂量基线图像重建和低剂量对比增强图像重建，所述灌注CT重建图像由所述正常剂量基线重建图像与所述低剂量对比增强重建图像融合产生。
3.如权利要求2所述的CT图像的分离重建方法，其特征在于：所述正常剂量基线图像重建采用商用重建算法，所述低剂量对比增强图像重建采用统计迭代算法。
4.一种对权利要求1～3中任一项所述CT图像的分离重建方法的应用，其特征在于：所述方法应用于低剂量脑部动态灌注CT成像的图像重建或者低剂量心肌动态灌注CT成像的图像重建。
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