一种断层图像迭代重建方法与流程

技术特征：
1.一种断层图像迭代重建方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤s1、获取目标图像的成像目标三维空间分布数据和投影数据，对所述投影数据进行降噪处理并获得降噪后投影数据；步骤s2、对所述成像目标三维空间分布数据到所述降噪后投影数据的过程进行建模并产生系统传输矩阵；步骤s3、通过所述系统传输矩阵进行断层图像迭代重建；所述断层图像迭代重建的目标为结合了降噪后投影数据匹配度与所述目标图像的先验估计的代价函数最小化问题，在利用梯度下降法进行迭代求解的过程中，根据每一所述投影数据单元与当前所述目标图像的像素的关联性强弱与匹配度强弱进行预设的权重函数计算，其中，所述权重函数根据所述迭代求解的次数进行相应的更新。2.根据权利要求1所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述降噪处理为二维数据降噪。3.根据权利要求2所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述降噪处理的降噪方法采用高斯滤波、butterworth滤波以及应用基于数据训练的滤波函数中的任意一种；如果使用的是基于规则的滤波方法，则在所述步骤s2中，对所述降噪处理所采用的所述滤波函数进行建模。4.根据权利要求3所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述降噪后投影数据y(θ,x,z)为角度θ、向量x以及向量z三个方向的函数；所述降噪处理为对不同的角度θ，在(x,z)方向分别独立应用的二维降噪处理。5.根据权利要求4所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述系统传输矩阵为a，并满足公式：ax＝y(1)；其中，向量y为所述降噪后投影数据的向量，向量x为所述目标图像的向量。6.根据权利要求5所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述系统传输矩阵a的第i行、第j列的元素为a
ij
，所述元素a
ij
为图像向量的第j个体素的信号对投影数据第i个像素的贡献概率；所述建模根据元素a
ij
对衰减、散射以及导致系统分辨率降低的因素进行数学建模。7.根据权利要求6所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述断层图像迭代重建将公式(1)方程求解转化为一个代价函数最小化的问题，并满足如下公式：其中，为所述目标图像的向量x的最优化估计，argmin
x
为寻找最小化上述公式的x，l(y，ax)为实测投影数据与基于当前所述目标图像x估计的投影数据的匹配程度；f
p
(x)为对所述目标图像x的图像估计的先验概率或者惩罚项，用于约束图像中的噪声和伪影。8.根据权利要求7所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述步骤s3中，将公式(2)的最优化问题通过梯度下降类的数值方法求解，再经过多次迭代，并满足如下公式：其中，为第n次迭代的图像估计，为对x求梯度函数，为沿梯度方向搜索的
步长。9.根据权利要求8所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，对于每一个体素j，公式(2)等效如下公式：定义为采样角度θ方向的投影数据中与x
j
相关的单元集合，定义为图像体素中与y
i
相关的单元集合，定义为：其分量形式为：公式(2a)进一步表述为：10.根据权利要求9所述的断层图像迭代重建方法，其特征在于，所述步骤s3中，将公式(6)引入权重函数以提升图像分辨率，如以下公式：

技术总结
本发明提供一种断层图像迭代重建方法，包括：获取目标图像的成像目标三维空间分布数据和投影数据，对投影数据进行降噪处理并获得降噪后投影数据；对成像目标三维空间分布数据到降噪后投影数据的过程进行建模并产生系统传输矩阵；通过系统传输矩阵进行断层图像迭代重建；断层图像迭代重建的目标为结合了降噪后投影数据匹配度与目标图像的先验估计的代价函数最小化问题，在利用梯度下降法进行迭代求解的过程中，根据每一投影数据单元与当前目标图像的像素的关联性强弱与匹配度强弱进行权重函数的计算与调整。与相关技术相比，本发明的断层图像迭代重建方法的重建图像的分辨率高且信噪比高。且信噪比高。且信噪比高。


技术研发人员：陈思 李琨
受保护的技术使用者：京心禾（北京）医疗科技有限公司
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2022/12/1