[发明专利]基于傅里叶和小波正则化的同轴相衬图像恢复方法

说明书

所属技术领域

本发明属于生物医学工程及医学影像学领域，涉及一种图像恢复方法，

背景技术

乳腺癌是当前妇女第一大“杀手”，据世界卫生组织统计，2000年全世界约有120万妇女被诊断出患有乳腺癌，50万人死于乳腺癌。乳腺癌不仅危及患者生命，而且造成女性性征器官的损毁，严重危害女性身心健康。中国虽然不是乳腺癌高发国家，但近十年来年均增长速度高出高发国家1-2个百分点，以每年3%-4%的速度递增。由于我国人口众多，乳腺癌的诊治已经成为日益沉重并亟需解决的社会问题，而实现早期诊断是解决这一社会问题、提高患者生存率和生活质量的关键。

当前乳腺常规检查的主要手段为钼（铑）靶X射线乳房成像术，然而长期临床实践表明，该技术在灵敏度，特异性，安全性和舒适性等方面均存在重大缺欠：一方面该技术存在高达10-15%的漏检率；另一方面由该技术诊断为阳性而最终的活检确诊率为25-29%。尤其严重的是，由于年轻女性的乳房过于致密，导致诊断准确性严重降低。

直到上世纪末，X射线相位衬度成像理论（X-ray phase contrast imaging,XPCI）的提出，打破了传统的X射线成像理念，为实现理想的早期乳腺癌解剖成像诊断技术带来了新的曙光。研究表明，在相同辐射剂量下，相衬成像的衬度分辨率较之传统X线吸收衬度成像提高10倍左右，显著提高了软组织成像的图像可见度。目前，欧、美、日本、澳大利亚等各国均在大力开展X射线相衬成像方面的研究，X线相衬成像已被广泛认为“能给放射诊断医学带来巨大变革”显微成像技术。

当前可用于X射线相衬成像的技术按照成像原理不同可分为干涉成像法(inteeferometry)、衍射增强成像法(diffraction enhanced imaging,DEI)、同轴成像法(in-line holography)、光栅差分相位衬度成像法(Differential phase contrast,DPC)以及编码孔径相衬成像法（Coded-aperture based x-ray phase contrast imaging），这些方法在X光源、实验装置、探测器以及成像性能指标等方面有很大的不同。干涉成像法和衍射增强成像法均需要精密的单色晶体，由此导致它们在实际应用中至少存在三个问题：1、系统中的单色晶体必须进行高精度对准，因此成像系统对环境扰动非常敏感；2、单色晶体意味着单色X射线束，这就导致大部分光源无法满足成像系统的光通量需求，目前主要通过同步辐射源来解决这一问题，但是同步辐射源耗资巨大，占地面积大，不利于临床应用和推广；3、晶体会吸收一部分从被测对象出射后的X射线，因此很难控制最佳成像剂量。光栅差分相位衬度成像法是近年来发展起来的相衬成像技术，由于该方法可以采用普通X线光源，因此具备较大的临床应用潜力，但其目前仍存在一些亟需解决技术问题，比如，DPC方法需要引入高精度的平行光栅(光源光栅、相位光栅和吸收光栅)，增加了系统精度和稳定性的要求；由于光线接收角度有限，降低了系统光通量，不可避免的导致系统曝光时间变长；另外，一些外部因素如患者体温也会对光栅精度带来不可忽视的影响。编码孔径相衬成像法可以采用相对较大的编码孔径间隔（比DPC方法中的栅栏间隔大1～2个数量级），改善了DPC方法中对系统精度的要求，但其仍然面临着DPC方法中亟需解决的其他问题。同轴相衬成像不需要引入额外的光学装置即可直接获得物体内部精细结构信息，其成像方式又被称为自由空间传播相衬成像(free-space propagation)，Wilkins等人在早期研究中已经证明同轴相衬成像可以采用多色X射线光源，从而避免了成像系统光通量方面的问题。另一方面，同轴相衬成像系统投资小，占地面积不超过常规X射线摄影，因此推广性强，可望替代常规X射线摄影成为乳腺癌普查的主要手段。在当前各类相衬成像技术中，同轴成像法、光栅差分相位衬度成像法以及编码孔径相衬成像法所采用的光源都是工程可行的X光源，具有临床应用的相对优势。其中，同轴成像法可视为光栅差分相位衬度成像法以及编码孔径相衬成像法的基础，后两种方法相当于在同轴成像光路中引入了额外的光学装置（平行光栅或编码孔径）。由此可见，同轴成像法的技术发展必然能够有效促进光栅差分相位衬度成像法以及编码孔径相衬成像法的发展。