[发明专利]一种X射线CT图像的增广拉格朗日迭代重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学影像的图像处理技术领域，具体涉及一种X射线CT图像的增广拉格朗日迭代重建方法。 

背景技术

X射线CT扫描已经广泛应用于临床医学影像诊断，但是X射线辐射剂量（Radiation Dose）会对人体造成辐射损伤、甚至诱发恶性肿瘤等不可预测的伤害。为了降低对使用者的损害,在保证重建图像质量的前提下，最大限度地降低X射线剂量已成为医学CT成像领域的迫切要求。 

为了降低X射线辐射剂量，可以通过各种硬件技术及软件技术降低CT扫描中的X射线使用剂量。常见的方法有降低管电流、降低X射线曝光时间以及减少投影数据的采集角度。但是，通过降低X射线辐射剂量进行低剂量（Low Dose）X射线CT图像重建时会因投影数据中存在大量噪声而导致重建图像质量严重退化，难以满足临床诊断需求。 

目前，CT厂商提出了许多低剂量成像新技术，如管电流调制TCM（Tube Current Modulation）技术，可以在保证图像质量的前提下，一定程度上减少辐射剂量。除了CT厂商采用的硬件技术和优化的扫描协议来降低剂量外，在不改变现有硬件设备的情况下，基于软件的低剂量重建技术受到广泛研究，整体可分为三种策略进行：策略一是直接对CT图像进行噪声滤波；策略二是先对CT投影数据（Projection Data）进行滤波，再采用传统的滤波反投影法进行重建；策略三是CT图像迭代重建。 

策略一未考虑CT图像噪声的来源，属于后处理技术，存在的主要问题是：CT图像噪声分布特性复杂，难以实现高性能的滤波器。策略二直接对投影数据进行恢复，可以将投影数据的统计特性纳入到滤波器的设计中，使得这类算法具有高效且重建图像均匀性好等优点。策略三充分考虑投影数据的统计特性和CT系统的物理模型，特别适合于低剂量CT图像迭代重建。 

通过策略三实现CT图像重建，需要对相应的目标函数（Objective Function）进行正则化（Regularization）设计，并给出相应的求解技术。 

现有CT图像迭代重建中的正则化分为两类:非光滑的正则化和光滑的正 则化。CT图像迭代重建中的非光滑的正则化项，比如全变分和l₁正则化，使得相应的目标函数无法用传统的梯度下降（Gradient Descend）方法进行求解。虽然可以使用光滑的正则化函数进行近似，但是相应算法的计算量大且收敛速度慢。对于CT图像迭代重建中的光滑正则化，虽然可以用传统的梯度下降方法求解，比如非线性共轭梯度方法（NCG），但是计算量也往往很大且收敛速度较慢。因此，针对现有技术不足，提供一种适用性宽、计算简单的X射线CT图像重建方法以解决现有技术不足甚为必要。 

发明内容

本发明提供一种X射线CT图像的增广拉格朗日迭代重建方法,该方法适用性宽、迭代次数少，成像质量高。 

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。 

一种X射线CT图像的增广拉格朗日迭代重建方法，依次包括如下步骤： 

（1）、获取CT设备的系统参数和低剂量扫描协议下的投影数据y； 

（2）、对步骤（1）中的投影数据y进行逐个数据点上的方差估计，并对步骤（1）中的投影数据y进行滤波反投影得到初始图像； 

（3）、以步骤(2)中得到的初始图像作为迭代的初始图像进行迭代重建，获得最终的重建图像。 

上述步骤（3）中迭代重建采用如下方法进行， 

所述迭代重建针对如下X射线CT图像重建模型： 

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