能谱CT的图像重建方法、系统、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及医学成像，特别涉及一种能谱ct的图像重建方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、能谱ct(computed tomography，电子计算机断层扫描)因其能量分辨和物质区分能力而具备广阔的临床应用前景。重建高质量的能谱图像是实现精确物质分解的关键之一。然而，由于每个能段所接收到的光子数目较少(仅为常规ct的1/2～1/8)，单一能段图像的信噪比较低，尤其在骨骼、肩膀等高衰减区域会出现严重的光子饥饿现象，从而在重建图像(特别是低能段图像)中产生明显的条状伪影。因此，能谱ct重建对图像重建算法的降噪和去伪影能力具备很高的要求。

2、已有研究证明，利用能谱图像所固有的先验信息能够有效提高重建质量。分片常数(piece-wise constant)是ct重建领域中最为常用的先验知识之一。基于此，现有技术开发了全变分(total variation,tv)、结构张量tv等正则项用于能谱ct迭代重建。但这些方法仅考虑了单一能段图像内的空间先验，而忽略了不同能段之间的相关性。显然，不同能段的图像具备高度相似的形态结构和纹理特征，仅在ct数值上有所差异。为了充分利用能段间的强相关性，基于低秩的先验信息被用于能谱ct重建中，先后提出了先验秩、强度和稀疏模型(prior rank,intensity and sparsity model,prism)、张量prism、基于张量的字典学习算法、图谱张量中的自相似性辅助的重建模型、四阶非局部张量分解模型等方法。然而，这些方法有的忽略了位于不同空间位置的图像块的相似性，有的则因在进行低秩正则化时将张量展开成矩阵而导致了多维数据结构信息的损失。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中基于张量的能谱ct图像重建方法导致多维数据结构信息的损失的缺陷，提供一种能谱ct的图像重建方法、系统、电子设备及存储介质。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、本发明提供一种能谱ct的图像重建方法，所述图像重建方法包括：

4、获取能谱投影数据，并将所述能谱投影数据输入到图像重建模型以得到待更新的能谱图像；

5、从所述待更新的能谱图像中提取出相似图像块以构造超复数矩阵；

6、基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型，并基于更新后的图像重建模型得到更新的能谱图像。

7、较佳地，基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型，并基于所述更新后的图像重建模型得到更新的能谱图像的步骤包括：

8、迭代更新所述图像重建模型，即在每次迭代中基于上一次重建得到的能谱图像的超复数矩阵更新所述图像重建模型；

9、在迭代更新所述图像重建模型的步骤之后，所述图像重建方法还包括：

10、当迭代更新过程满足预设的收敛条件时，停止迭代重建并将当前的能谱图像确定为最终能谱图像。

11、较佳地，基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型的步骤包括：

12、基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型的正则项；

13、所述正则项为若干子正则项之和，所述子正则项包括所述超复数矩阵的秩之和。

14、较佳地，所述相似图像块为包含不同能段的具有相似结构的图像块。

15、较佳地，所述超复数矩阵包括四元数矩阵或八元数矩阵；

16、从所述待更新的能谱图像中提取出相似图像块以构造超复数矩阵的步骤包括：

17、将所述待更新的能谱图像切割为若干第一三维图像块；

18、对每个所述第一三维图像块分别搜索出最相似的预设数量的一组第一三维图像块；

19、将每组所述最相似的第一三维图像块进行拉伸和堆叠以得到第二三维图像块；

20、将所述第二三维图像块的能段分别代入超复数矩阵的实部和/或虚部以得到若干超复数矩阵。

21、较佳地，所述迭代更新过程满足预设的收敛条件包括迭代更新次数达到预设的迭代次数阈值；和/或，

22、基于更新后的图像重建模型得到更新的能谱图像的步骤包括：

23、采用交替最小化算法求解所述图像重建模型的最小化问题，获得更新的能谱图像。

24、较佳地，基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型的正则项的步骤之后，所述图像重建方法还包括：

25、利用秩函数的替代函数近似所述正则项的秩函数；所述秩函数用于表征所述超复数矩阵的秩之和。

26、本发明还提供一种能谱ct的图像重建系统，所述图像重建系统包括：

27、能谱投影数据获取模块，用于获取能谱投影数据，并将所述能谱投影数据输入到图像重建模型以得到待更新的能谱图像；

28、超复数矩阵构造模块，用于从所述待更新的能谱图像中提取出相似图像块以构造超复数矩阵；

29、重建模型更新模块，用于基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型，并基于更新后的图像重建模型得到更新的能谱图像。

30、较佳地，所述重建模型更新模块还用于迭代更新所述图像重建模型，即在每次迭代中基于上一次重建得到的能谱图像的超复数矩阵更新所述图像重建模型；

31、所述图像重建系统还包括：

32、能谱图像确定模块，用于当迭代更新过程满足预设的收敛条件时，停止迭代重建并将当前的能谱图像确定为最终能谱图像。

33、较佳地，所述重建模型更新模块具体用于基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型的正则项；

34、所述正则项为若干子正则项之和，所述子正则项包括所述超复数矩阵的秩之和。

35、较佳地，所述相似图像块为包含不同能段的具有相似结构的图像块。

36、较佳地，所述超复数矩阵包括四元数矩阵或八元数矩阵；

37、所述超复数矩阵构造模块具体用于将所述待更新的能谱图像切割为若干第一三维图像块；

38、所述超复数矩阵构造模块具体用于对每个所述第一三维图像块分别搜索出最相似的预设数量的一组第一三维图像块；

39、所述超复数矩阵构造模块具体用于将每组所述最相似的第一三维图像块进行拉伸和堆叠以得到第二三维图像块；

40、所述超复数矩阵构造模块具体用于将所述第二三维图像块的能段分别代入超复数矩阵的实部和/或虚部以得到若干超复数矩阵。

41、较佳地，所述能谱图像确定模块中的预设的收敛条件包括迭代更新次数达到预设的迭代次数阈值；和/或，

42、所述重建模型更新模块具体还用于采用交替最小化算法求解所述图像重建模型的最小化问题，获得更新的能谱图像。

43、较佳地，所述重建模型更新模块还用于利用秩函数的替代函数近似所述正则项的秩函数；所述秩函数用于表征所述超复数矩阵的秩之和。

44、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的能谱ct的图像重建方法。

45、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的能谱ct的图像重建方法。

46、本发明的积极进步效果在于：

47、本发明提供的能谱ct的图像重建方法提供从所述待更新的能谱图像中提取出相似图像块以构造超复数矩阵，基于所述超复数矩阵更新所述图像重建模型，并基于所述更新后的图像重建模型得到更新的能谱图像。在此迭代过程中，采用了超复数矩阵表示多维度的能谱图像，在超复数空间中以一种整体的方式编码了能谱图像内在的低秩性，弥补了基于张量表示的重建模型在将张量沿各个方向展开为矩阵时会破坏其内在结构的缺陷，更好地保留了多维数据结构的完整性；充分刻画了蕴含在所有能段图像中的跨空间的非局部自相似性和沿能谱的全局相关性，抑制了量子噪声和减弱了光子饥饿导致的条状伪影，实现了更高质量的重建。