改进的先验图像约束的压缩感知重建方法用于低剂量X线CT.docx

技术方法改进的先验图像约束的压缩感知重建方法用于低剂量Ｘ-线 CT郭 宏 1，边兆英 2，黄 静 2，马建华 21 天津医科大学总医院放射科，天津 300052；2 南方医科大学生物医学工程学院，广东 广州 510515An improved prior image constrained compressed sensing reconstruction for low- dosecomputed tomographyGUO Hong1, BIAN Zhaoying2, HUANG Jing2, MA Jianhua21Department of Radiology, General Hospital, Tianjin Medical University, Tianjin 300052, China; 2School of BiomedicalEngineering, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China自 20 世纪 70 年代问世以来，X-线计算机断层成像技术（CT）已在医学影像诊断领域取得了巨大成就。然 而，随着 CT 技术的发展和应用的进一步扩展，高剂量的 X-线照射对人体潜在的辐射风险受到人们越来越多的 关注。虽然降低 CT 扫描过程中的管电流是一种降低辐 射剂量简单易行的手段，但是相应的成像数据将受到量子噪声的影响，使得重建的 CT 图像质量出现严重退化， 从而影响影像诊断的准确性［1］。当前，除了先进的硬件技术外，诸多 CT 重建方法相 继被提出以实现优质的低剂量成像［2-9］，其中以统计迭代 算法具代表性。统计迭代算法通过对 CT 成像系统的准 确建模（包括 X 线源、探测器、电子噪声、成像物体等）和对投影数据的统计建模，可以实现优质的低剂量图像重建。值得强调的是，待重建图像的先验信息是统计迭代 算法卓越性能的有力保障，尤其对含有丰富解剖结构的 图像重建。传统的二次平滑先验将会引起 CT 图像中解 剖结构边缘信息的丢失。因此，一些具备边缘保持的先 验模型被引入到低剂量 CT 统计迭代重建中，如 Wang 等［7］针对锥束 CT 图像重建提出的各向异性边缘保持先 验；Ma 等［8］针对脑灌注 CT 图像重建提出的预扫描图像 引导的边缘保持先验。近来，Chen 等［9-10］提出一种图像 后处理技术引导的先验图像约束的压缩感知（PICCS） 重建方法用于低剂量 CT 重建，称为 DR-PICCS。DR- PICCS 方法可以有效地去除图像噪声并保持图像空间 分辨率，然而由于后处理降噪方法不能有效地去除图像 中的条形伪影，因此基于图像后处理的先验信息将使 DR-PICCS 算法难以处理其重建图像中的条形伪影。在低剂量 CT 图像重建中，基于投影数据恢复的解 析重建方法可以很好地抑制噪声引起的条形伪影。其 中，基于惩罚最小二乘投影数据恢复（penalized weighted least-squares based sinogram restoration, PWLS-SR）技收稿日期：2013-08-14基金项目：国家自然科学基金81371544）；国家 973 重点基础 研究发展计划（2010CB732503）；国家科技支撑计划项目（2011BAI12B03） Supported by National Natural Science Foundation of China 81371544).作者简介：郭 宏，硕士，工程师，E-mail:mailto:guohong99@163.com guohong99@163.com 通信作者：黄 静，副教授，硕士生导师，电话：020-E- mail: mailto:hjing@hjing@Abstract: Low- dose computed tomography (CT) reconstruction has become the focus of X- ray CT imaging study. In this paper, we propose an improved prior image constrained compressed sensing (PICCS) reconstruction approach. A penalized weighted least- squares approach was adopted to realize the line integral projection (sinogram) data restoration, followed by filt