【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锥形束计算机断层成像，具体为片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法及系统。
技术介绍
1、锥形束计算机断层成像系统中搭载的x射线图像传感器的分辨能力是决定重建体素的分辨能力关键因素之一。目前，受限于x射线图像传感器成像机理与半导体工艺水平，x射线图像传感器的分辨能力逐渐达到瓶颈，难以进一步提高。同时，基于深度学习的图像超分辨率技术缺乏理论基础与医学依据，难以避免伪影误诊，在医学影像领域临床应用困难。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：如何在不改变现有x射线图像传感器硬件结构的前提下，提高其成像分辨能力，从而获得高分辨率的三维断层图像。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其包括如下步骤，
4、根据锥形束计算机断层成像设备，确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸；
5、对编码像素阵列的编码像素进行“0”和“1”的随机编码，输出编码掩膜板；
6、对锥形束计算机断层设备进行改造，基于x射线成像原理，将锥形束计算机断层设备中x射线图像传感器与编码掩膜板进行片上集成设计与制作；
7、根据x射线传输方程，构建片上集成编码孔径x射线图像传感器成像模型；
8、根据锥形束计算机断层成像原理，构建片上集成编码孔径高分辨率锥形束计算机断层成像模型；
10、对重建获得的一组二维高分辨率投影图像，通过feldkamp-davis-kress开源方法重建获得高分辨率三维体素图像。
11、作为本专利技术所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的一种优选方案，其中：所述确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸是根据x射线图像传感器的面阵规模、单个像元尺寸以及所期望得到的高分辨率重建体素的规模与尺寸，确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸；
12、若x射线图像传感器面阵规模为m1×n1个像素，单个传感器像元尺寸为m×n，编码掩膜板包含m2×n2个像素，单个编码掩膜板像元尺寸为a×b，期望的高分辨率图像的放大倍数在x轴方向和y轴方向分别为z1和z2，取值为大于等于2的自然数，x轴方向为垂直于x射线图像传感器扫描方向，y轴方向为平行于x射线图像传感器扫描方向；
13、x图像传感器与编码掩模版的面阵规模需满足m2＝z1m1、n2＝z2n1，单个传感器像元尺寸和单个编码掩膜板像元尺寸也应满足m＝z1a，n＝z2b，x射线图像传感器中每个像素与编码掩膜板中z1×z2个像素一一对应。
14、作为本专利技术所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的一种优选方案，其中：所述编码掩膜板的图案取决于由闭合元素和非闭合元素组成的编码矩阵，编码掩膜板中m2×n2个像素只存在闭合元素和非闭合元素，分别记为“0”和“1”；
15、编码掩膜板集成在x射线图像传感器上，编码掩膜板成像模型决定编码矩阵的构造。
16、作为本专利技术所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的一种优选方案，其中：所述对锥形束计算机断层设备进行改造是根据待改造的计算机断层成像设备所搭载的x射线图像传感器的结构，制定不同的改造方法；
17、若计算机断层成像设备所搭载的x射线图像传感器为含闪烁体的x射线图像传感器，则有两种改造方式，包括：
18、编码掩模板紧贴x射线图像传感器的闪烁体表面，编码掩膜以片上集成的方式紧贴闪烁体表面，与闪烁体之间距离为0，当前编码掩模版中“0”为x射线无法穿透部分，“1”为x射线可穿透部分；
19、编码掩模板紧贴x射线图像传感器的光电图像传感器表面，编码掩膜以片上集成的方式紧贴光电图像传感器表面，与光电图像传感器之间距离为0，当前编码掩模版中“0”为闪烁体吸收x射线后发出的光无法穿透部分，“1”为闪烁体吸收x射线后发出的光可穿透部分；
20、若计算机断层成像设备所搭载的x射线图像传感器为无闪烁体的x射线光子计数探测器，则将编码掩模板紧贴无闪烁体x射线图像传感器的光电图像传感器表面，编码掩膜板以片上集成的方式紧贴光电图像传感器表面，与光电图像传感器之间距离为0，当前编码掩模版中“0”为x射线无法穿透部分，“1”为x射线可穿透部分。
21、作为本专利技术所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的一种优选方案，其中：所述构建片上集成编码孔径x射线图像传感器成像模型是将二维编码图像中每个像元对应的二维空间中的z1×z2像元映射到三维空间中，记为三维向量1×1×z1z2，期望的高分辨率图像表示为
22、对每一张采集获得的x射线二维编码图像，分别从各个x射线图像传感器像元对应的z1z2个编码像元中依次取对应位置的一个编码像元对应的数据重新形成一个二维向量，得到z1z2个二维向量；再将z1z2个二维向量堆叠形成三维向量，得到三维编码图像；
23、x射线图像传感器的每个像元与编码掩膜板中z1×z2个像素一一对应，对于x射线图像传感器在工作模式下采集获得一张分辨率为x×y的低分辨率图像中第(x,y)个像素的测量值l(x,y)，表达式为：
24、
25、其中，f(xi,yj)是编码掩膜板上第(xi,yi)个像素位置的值，取值为“0”或“1”，s1(xi,yj)是x射线图像传感器在期望的高分辨率下扫描得到的图像像素值；
26、编码掩膜板成像模型，表达式为：
27、y＝fx
28、其中，是由x射线图像传感器扫描获得的图像的向量化表示，是期望的高分辨率图像的向量化表示，是编码掩膜板的编码感知矩阵；
29、所述编码感知矩阵，表达式为：
30、
31、其中，整个编码感知矩阵覆盖范围为x射线图像传感器面阵上所有的像素，即整个编码掩膜板由编码感知矩阵组成。
32、作为本专利技术所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的一种优选方案，其中：所述构建片上集成编码孔径高分辨率锥形束计算机断层成像模型包括改造后的计算机断层成像设备在工作模式时，x射线源发出x射线以不同角度穿透物体不同部位时产生不同程度吸收衰减，在x射线图像传感器上形成二维投影图像，同时x射线图像传感器和x射线源以物体为圆心进行旋转扫描，得到一组二维投影图像，当前获得的图像为经过编码掩模版调制的x射线二维编码图像，储存图像时将一次扫描获得的所有图像保存为一组待重建的二维编码图像。
33、作为本专利技术所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的一种优选方案，其中：所述获得一组二维高分辨率投影图像是通过使用自然图像本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸是根据X射线图像传感器的面阵规模、单个像元尺寸以及所期望得到的高分辨率重建体素的规模与尺寸，确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸；
3.如权利要求2所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述编码掩膜板的图案取决于由闭合元素和非闭合元素组成的编码矩阵，编码掩膜板中M2×N2个像素只存在闭合元素和非闭合元素，分别记为“0”和“1”；
4.如权利要求3所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述对锥形束计算机断层设备进行改造是根据待改造的计算机断层成像设备所搭载的X射线图像传感器的结构，制定不同的改造方法；
5.如权利要求4所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述构建片上集成编码孔径X射线图像传感器成像模型是将二维编码图像中每个像元对应的二
6.如权利要求5所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述构建片上集成编码孔径高分辨率锥形束计算机断层成像模型包括改造后的计算机断层成像设备在工作模式时，X射线源发出X射线以不同角度穿透物体不同部位时产生不同程度吸收衰减，在X射线图像传感器上形成二维投影图像，同时X射线图像传感器和X射线源以物体为圆心进行旋转扫描，得到一组二维投影图像，当前获得的图像为经过编码掩模版调制的X射线二维编码图像，储存图像时将一次扫描获得的所有图像保存为一组待重建的二维编码图像。
7.如权利要求6所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述获得一组二维高分辨率投影图像是通过使用自然图像或者X射线图像训练得到的Snapshot-Compressive-Imaging开源重建算法模型，对于计算机断层成像设备在工作模式下获得的一组二维高分辨率投影图像进行重建，获得一组二维高分辨率投影图像；
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的系统，其特征在于：包括编码掩膜板生成模块、集成设计模块、数据采集系统、图像重建模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的步骤。
10.一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权利要求1至7中任一项所述片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸是根据x射线图像传感器的面阵规模、单个像元尺寸以及所期望得到的高分辨率重建体素的规模与尺寸，确定编码掩膜板的编码像素阵列中编码像元的规模和单个编码像元的尺寸；
3.如权利要求2所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述编码掩膜板的图案取决于由闭合元素和非闭合元素组成的编码矩阵，编码掩膜板中m2×n2个像素只存在闭合元素和非闭合元素，分别记为“0”和“1”；
4.如权利要求3所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述对锥形束计算机断层设备进行改造是根据待改造的计算机断层成像设备所搭载的x射线图像传感器的结构，制定不同的改造方法；
5.如权利要求4所述的片上集成编码孔径锥形束计算机断层成像方法，其特征在于：所述构建片上集成编码孔径x射线图像传感器成像模型是将二维编码图像中每个像元对应的二维空间中的z1×z2像元映射到三维空间中，记为三维向量1×1×z1z2，期望的高分辨率图像表示为对每一张采集获得的x射线二维编码图像，分别从各个x射线图像传感器像元对应的z1z2个编码像元中依次取对应位置的一个编码像元对应的数据重新形成一个二维向量，得到z1z2个二维向量；再将z1z2个二维向量堆叠形成三维向量，得到三维编码图像；
6.如权利要求5所述的片上...
【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，冒添逸，梁磊，戴修斌，朱书进，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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