[发明专利]三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法及装置

说明书

本发明提供三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法及装置，利用基于光流估计配准信息对CT图像进行层间插值,由于光流估计的运动场不同,原图像中多个像素可能映射到插值图像中的同一位置,从而导致在插值图像中存在没有原图像像素映射到的区域,这样会使得插值图像存在细小孔洞。所以本发明进一步对插值产生的层间切片进行修复,提高插值图像质量。基于光流估计进行层间插值的基础上,对插值产生的中间切片利用图像的非局部自相似性进行图像修复,可以增加CT切片数量,提高CT图像层间分辨率,从而提升MFSR重建CT图像的质量,帮助患者在不接受不必要的辐射剂量的情况下得到准确的诊断和治疗。

技术领域

本发明涉及CT图像处理技术领域，尤其涉及三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法及装置。

背景技术

电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)图像是探测器与X线束、超声波等一起围绕人体的某一部位作连续的断面扫描得到的。CT作为一种常用的医学成像方法,因其能够显示人体内某一部位的细节,近年来在中枢神经系统疾病、胸部疾病等的诊断治疗中发挥着极其重要的作用,但是CT图像的分辨率与X射线剂量的多少有着紧密的联系。如果减少X射线剂量,就很有可能出现严重的伪影,病灶部位也很难在CT图像上清楚地呈现出来,降低了诊断的可靠性；如果增加X射线剂量,可能造成免疫系统的损伤,有诱发癌症的潜在风险。

其中CT图像超分辨率重建方法发展迅速,近年来的方法主要分为以下两种:1)单个图像超分辨(single image super resolution,SISR)。它只参考当前低分辨率图像,而不依赖其他相关图像。例如Ledig等人使用生成对抗性网络的真实感进行单幅图像超分辨。Lim等人将增强的深度残差网络用于单幅图像超分辨。使用反卷积深度神经网络实现医学图像超分辨率重建,也是对单幅图像进行操作。2)多个图像超分辨(multi-frame superresolution,MFSR)。就是用同一场景相邻的图像序列代替单幅图像,并参考这些图像的互补信息,将这一系列低分辨率的图像融合生成一幅高分辨的图像。

一般来讲,MFSR相较于SISR具有更充分的可参考信息,能够获得更高质量的高分辨率重建图像。但是为减少X射线对病人的辐射和现有装置的限制,沿上、下方向进行密集采样往往不实际,通常只能获取有限的CT段,导致CT图像序列的层间距较大。CT图像沿上、下方向缺乏足够的结构信息可能使得相邻两层CT图像存在局部结构上的较大差异,因此在MFSR重建的过程中,这些差异可能会对重建的高分辨率图像造成干扰,导致肿瘤前期诊断不够准确,从而对患者的后续治疗造成影响。

发明内容

本发明将视频处理过程中插帧的思想应用于医学图像超分辨研究。在原有的相邻两个CT切片中插入一个新的切片,解决相邻两层CT图像在局部结构上有较大差异问题。

本发明方法包括：

步骤一，通过CLG-TV光流估计模型求解CT图像相邻切片间像素的对应关系；

步骤二，通过像素间对应关系的映射函数找到目标位置，并用图像翘曲方式来插值出中间切片；

步骤三，利用4D-CT图像固有的帧间非局部自相似性,对插值过程中产生的细小孔洞和模糊进行图像修复。

本发明还提供一种实现三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法的装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序及三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法；

处理器，用于执行所述计算机程序及三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法，以实现三维CT层间图像插值修复与超分辨处理方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：