[发明专利]一种低剂量能谱CT投影数据的恢复方法

说明书

本发明涉及一种低剂量能谱CT投影数据的恢复方法，其主要技术特点是：构建投影域及图像域的双域生成对抗网络框架，通过两个生成网络模型的耦合得到投影域与图像域双域联合分布,将完备的虚拟单能投影数据及虚拟单能图像输入两个判别网络模型，通过判别网络模型进行判断得到基于投影域‑图像域联合分布的低剂量能谱CT投影域数据恢复模型；对双域生成对抗网络框架进行训练，得到基于双域联合分布的低剂量能谱CT投影域数据恢复模型并训练，最终得到消除了射束硬化伪影的高质量低剂量能谱CT重建单能图像。本发明设计合理，有效地消除了低剂量能谱CT中因降低X射线剂量和射束硬化效应导致的严重射束硬化伪影，大幅度提高最终的图像重建质量。

技术领域

本发明属于计算机断层扫描技术领域，尤其是一种低剂量能谱CT投影数据的恢复方法。

背景技术

X射线计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)技术已被广泛应用于工业探测与医学诊断等领域，但CT检查一直被伪影所困扰，伪影给临床检查和诊断带来了很大的困难。同时，不容忽视的是CT检查中X射线较高的辐射剂量对人体健康会造成不利的影响，因此，CT发展的重要方向之一便是降低CT扫描时对人体的辐射剂量，降低X射线管电压是低剂量的主流手段之一，但该方法会引起射线穿透能力降低，导致重建图像产生严重的射束硬化伪影。

实际X射线能谱的多色性导致的射束硬化伪影对重建断层的质量的影响很大。实际的X射线源产生的射线的能量不是单一的，具有能谱连续分布的特性。而X射线穿过物体与物体发生相互作用时，能量比较低的光子很容易被物质吸收，反映在衰减系数上就是物质在低能量下的衰减系数比较大，在高能量下衰减系数比较小，使穿过物体的射线能谱组成发生了变化。穿过物体后的X射线的平均能量比没有穿过物体前的平均能量高，这种现象我们称之为“射束硬化”现象。常用的CT重建滤波反投影算法(FBP)基于一种假设：X射线是单能的，这样导致重建图像中呈现一定的伪影。利用多能投影直接重建得到的断层图像中呈现的伪影我们称之为射束硬化伪影，在CT低剂量条件下，得到的CT影像中存在的射束硬化伪影会更加严重。

近年来对物质区分能力更强的能谱CT逐渐成为了当前研究的热点。能谱CT能够区分多种不同能量的X射线光子，可以利用物质在不同X射线能量下产生的不同的吸收来提供比常规CT更多的影像信息，利用物质对不同能量的X射线光子的吸收差异进行图像重建，得到多能量段下的CT重建图像。

能谱CT在临床上的重要应用之一是能谱CT技术具备的虚拟单能成像功能，能谱CT可以充分地获得并利用被扫描物质的能量信息，能谱CT高低能图像的组合在理论上是可以获得任意单能X射线源扫描得到的CT图像的。假使X射线源是单能的，那么扫描得到的CT图像中不会存在射束硬化伪影，这为消除低剂量能谱CT图像中存在的严重射束硬化伪影提供了解决方案：利用能谱CT可以获得被扫描物体多个能量段下物质信息的优势，得到虚拟单能图，以期消除低剂量能谱CT存在的严重射束硬化伪影问题。

被扫描区域存在的高密度物质导致的射束硬化效应实际上会造成能谱CT投影域数据的残缺，由于能谱成像为投影数据空间重建方法，投影数据的残缺会对后续的图像重建以及诊断工作造成相当大的影响，将残缺的投影数据补充完备将会在后续的图像重建过程中有效消除图像中存在的严重射束硬化伪影；单纯地在能谱CT的图像域准确并有效地消除因射束硬化效应造成的伪影并进行高质量能谱CT图像重建是非常困难的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种低剂量能谱CT投影数据的恢复方法，其利用深度生成对抗卷积神经网络实现低剂量能谱CT的投影数据恢复，通过将能谱CT投影数据补充完备消除CT影像中存在的射束硬化伪影及金属伪影。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种低剂量能谱CT投影数据的恢复方法，包括以下步骤：

步骤1、获取高能能量段投影数据集合P_N和低能能量段投影数据集合P_L；