一种基于运动估计的肺4D‑CT图像的超分辨率冠矢状面图像重建方法

摘要

一种基于运动估计的肺4D‑CT图像的超分辨率冠矢状面图像重建方法，依次包括：（1）读取由多个不同相位的肺部3D图像组成的肺部4D‑CT图像数据；（2）根据肺部4D‑CT图像数据，对每个相位提取同一肺部部位对应的冠矢状面图像；（3）采用基于完全搜索块匹配算法估计不同“帧”肺部冠矢状面图像之间的运动矢量场；（4）以步骤（3）得到的运动矢量场为基础，采用迭代反投影法重建高分辨率肺4D‑CT冠矢状面图像。本发明获得的肺4D‑CT图像的超分辨率冠矢状面重建图像的分辨率有明显的提高，局部放大图中，肺实质中的血管和周边组织的亮度和清晰度有明显增强,可以克服由采集时间和放射剂量造成的图像分辨率低的限制，能够有效引导肺癌的精确放射治疗。

主权项

一种基于运动估计的肺4D‑CT图像的超分辨率冠矢状面图像重建方法，其特征在于：依次包括如下步骤，（1）读取由多个不同相位的肺部3D图像组成的肺部4D‑CT图像数据；（2）根据肺部4D‑CT图像数据，对每个相位提取同一肺部部位对应的冠矢状面图像；（3）估计不同“帧”肺部冠矢状面图像之间的运动矢量场；（4）以步骤（3）得到的运动矢量场为基础，重建高分辨率肺4D‑CT冠矢状面图像；所述步骤（3）是采用基于完全搜索块匹配算法估计不同“帧”肺部冠矢状面图像之间的运动矢量场，具体包括：（3.1）在当前帧中选取一子块，根据最小绝对误差匹配准则，在参考帧的给定的搜索区域内找出与当前帧中的当前块最相似的块作为匹配块；根据匹配块与当前块的相对位置计算运动位移作为当前块的运动矢量，所述运动矢量亦为全局最优的相对运动矢量；（3.2）所述最小绝对误差匹配准则如下：…… 式（Ⅰ）其中，当前块分辨率的大小为，当前块左上角的坐标为；运动矢量为；和分别为当前帧和参考帧在像素处的值，在搜索区域内使值最小的运动矢量即为当前块的最优运动矢量；(3.3）对不同的帧，依次重复上述步骤（3.1）和（3.2），获得不同“帧”的肺部冠矢状面图像之间的运动矢量场；所述步骤（4）具体是采用迭代反投影法重建高分辨率肺4D‑CT冠矢状面图像；具体是包括：（4.1）将需要重建的原始低分辨率图像插值放大为初始高分辨率图像，为迭代次数；（4.2）根据退化模型将初始高分辨率图像模拟成像过程得到低分辨图像的集合，表示原始序列低分辨率图像的数量；所述退化模型具体为：；其中：表示幅低分辨率图像中的第幅，表示需要重建的初始高分辨率图像；表示下采样矩阵；是系统加性噪声；表示几何变换，为由运动估计求得的运动矢量；表示模糊矩阵，是由光学系统本身、成像系统与原始场景的相对运动，以及低分辨率传感器的点扩散函数而造成的；具体的，在第次迭代过程中，的成像过程由退化模型模拟得到：；其中：表示第次迭代过程中假设的高分辨率图像；表示次迭代后由退化模型得到的低分辨率图像；表示从到的二维几何变换，即为步骤（3）获得的运动矢量；是高斯模糊算子；是下采样算子；（4.3）判断误差是否达到最小值，如果达到最小值，停止迭代，以当前估计的高分辨率图像作为最终所求的超分辨率图像；如果误差未达到最小值，则进入步骤（4.4）；（4.4）根据误差对当前高分辨率图像进行更新，更新过程具体如下式：其中，表示上采样算子；表示背投影算子，由和决定；（4.5）将更新后的高分辨率图像作为初始高分辨率图像，进入步骤（4.2）；所述步骤（4.3）中判断误差是否达到最小值具体是通过判断误差函数是否小于设定的阈值来进行的，误差函数的具体计算公式是：；所述步骤（4.3）中判断误差是否达到最小值具体是通过判断是否达到最大迭代次数来判定的，当迭代次数达到时,判定误差达到最小值，否则判定误差未达到最小值。