【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及計算機斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種計算機斷層成像偽影的校正方法及裝置。

背景技術(shù)：

計算機斷層成像是用射線對人體的特定部位按一定厚度的層面進行掃描，根據(jù)不同的人體組織對射線的吸收能力不同，利用計算機重建出斷層面圖像的技術(shù)。

在利用X射線進行計算機斷層掃描及重建過程中，因球管產(chǎn)生的X射線具有一定頻譜寬度，物質(zhì)對X射線的吸收系數(shù)隨X線能量的增大而減小，連續(xù)能譜的X射線穿過如人體等被掃描物體后，低能量射線易被吸收，高能量射線較易穿過，射束平均能量會變高，射線逐漸變硬。該種效應(yīng)稱之為射束硬化效應(yīng)。射束硬化效應(yīng)的存在，會使圖像重建時出現(xiàn)偽影，影響圖像的重建質(zhì)量。因而現(xiàn)有技術(shù)在重建圖像之前會對投影數(shù)據(jù)進行基于水模的射線硬化校正，這種校正會將軟組織的X射線硬化現(xiàn)象消除，但無法消除由于人體骨頭引起的射線硬化偽影，即骨硬化偽影。

已知存在各種針對骨硬化偽影的校正方法：一種是基于圖像后處理技術(shù)，通過經(jīng)驗參數(shù)來消除骨硬化偽影(如：Jiang Hsieh et al,“An iterative approach to the beam hardening correction in cone beam CT”,Med.Phys.27 1,January 2000)，其弊端在于矯正系數(shù)的來源缺乏理論依據(jù)，校正準確性及效率較差；另一種是通過預(yù)先掃描特制的骨組織仿體來產(chǎn)生矯正系數(shù)(如：專利CN01124649.9-計算機層析X射線攝影設(shè)備)，其弊端在于通過掃描骨組織仿體得到的系數(shù)往往缺乏普適性(不同年齡人群的骨組織成分差異很大，往往不能用同樣的矯正系數(shù))。因而，上述方案均不能很好的解決骨硬化偽影問題。

因此，需要提出一種新的計算機斷層成像骨硬化偽影校正方法及實施該方法的裝置，能夠在具備良好普適性的前提下，高效地去除骨硬化偽影。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的是計算機斷層成像圖像中出現(xiàn)骨硬化偽影的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種計算機斷層成像骨硬化偽影校正方法，包括：使用計算機斷層設(shè)備進行模體掃描；設(shè)定骨組織由第一物質(zhì)及第二物質(zhì)組成，獲取不同厚度的所述第一及第二物質(zhì)組合在斷層掃描系統(tǒng)的理論投影值；對該理論投影值進行第一物質(zhì)硬化校正，獲取第一物質(zhì)硬化校正后投影值；計算不同厚度的所述第一物質(zhì)及第二物質(zhì)組合在該斷層掃描系統(tǒng)的理想投影值；根據(jù)所述第二物質(zhì)的厚度、第一及第二物質(zhì)的理想投影值及第一物質(zhì)硬化校正后投影值，獲得骨硬化校正系數(shù)；使用所述骨硬化校正系數(shù)進行偽影校正。

可選地，還包括：獲取使所述模體的測量投影值與理論投影值相等時的每個探測單元對應(yīng)的等效濾過厚度。

可選地，所述模體為厚度及材料已知的均勻模體。

可選地，所述模體的材料為水或有機玻璃。

可選地，所述第一物質(zhì)硬化校正包括：計算不同厚度第一物質(zhì)在該斷層掃描系統(tǒng)的理論投影值及理想投影值；對該理論投影值及理想投影值進行多項式擬合，獲得第一物質(zhì)硬化校正系數(shù)；使用該第一物質(zhì)硬化校正系數(shù)進行校正。

可選地，所述根據(jù)所述第二物質(zhì)厚度、理想投影值及第一物質(zhì)硬化校正后投影值，獲得骨硬化校正系數(shù)包括：以第二物質(zhì)厚度為自變量，以理想投影值及第一物質(zhì)硬化校正后投影值之差為因變量進行多項式擬合，獲得骨硬化校正系數(shù)。

可選地，所述根據(jù)所述第二物質(zhì)厚度、理想投影值及第一物質(zhì)硬化校正后投影值，獲得骨硬化校正系數(shù)包括：以第一物質(zhì)厚度、第二物質(zhì)厚度為自變量，以理想投影值及第一物質(zhì)硬化校正后投影值之差為因變量進行曲面擬合，獲得骨硬化校正系數(shù)。

可選地，所述第一物質(zhì)為水，所述第二物質(zhì)為含鈣物質(zhì)。

可選地，所述第二物質(zhì)為磷酸鈣。

本發(fā)明還提供一種計算機斷層成像骨硬化偽影校正裝置，包括：存儲單元，存儲有使用上述方法所獲得的骨硬化偽影校正系數(shù)；校正單元，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)選擇所述校正系數(shù)進行骨硬化偽影校正。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：

本方案基于基材料理論，將骨組織認為由兩種基材料物質(zhì)組成，通過一次模體掃描，即可產(chǎn)生具有普適性的矯正系數(shù)，只需要在重建過程中應(yīng)用合適的組織模型，即可得到較好的骨硬化偽影校正效果。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的計算機斷層成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例的骨硬化偽影校正方法流程示意圖；

圖3是本發(fā)明一實施例中利用水硬化校正系數(shù)進行校正的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例中校正系數(shù)表示例。

【具體實施方式】

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

圖1是一種計算機斷層成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，計算機斷層成像系統(tǒng)100包括機架110，所述機架110具有圍繞系統(tǒng)軸線旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的部分130?？尚D(zhuǎn)的部分130具有相對設(shè)置的X射線源131和X射線探測器132的X射線系統(tǒng)。

計算機斷層成像系統(tǒng)100還具有檢查床120，在進行檢查時，患者在該檢查床120上可以沿著Z軸方向被推入到掃描腔體中。X射線源131繞S軸旋轉(zhuǎn)，探測器132相對于X射線源131一起運動，以采集投影測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在之后被用于重建圖像。還可以進行螺旋掃描，在螺旋掃描期間，通過患者沿著S軸的連續(xù)運動和X射線源131的同時旋轉(zhuǎn)，X射線源131相對于患者產(chǎn)生螺旋軌跡。

所述計算機斷層成像系統(tǒng)100還可以包括控制單元和圖像重建單元，所述控制單元用于在掃描過程中根據(jù)特定的掃描協(xié)議控制計算機斷層成像系統(tǒng)100的各部件。所述圖像重建單元用于根據(jù)探測器132采樣的待校正數(shù)據(jù)重建出圖像。

以上，僅以示例方式闡釋了可使用本發(fā)明所提供骨硬化偽影校正方法的計算機斷層成像設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，其它如使用X射線的C型臂系統(tǒng)等設(shè)備，或組合式醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)(例如：組合式正電子發(fā)射斷層成像-計算機斷層成像，Positron Emission Tomography-Computed tomography Tomography,PET-CT)，或使用其它類型射線的斷層成像設(shè)備等，均可適用本發(fā)明所述校正方法及裝置，本發(fā)明對計算機斷層成像設(shè)備的類型與結(jié)構(gòu)并不做具體限定。

當受檢對象在上述任一種類的計算機斷層成像設(shè)備中進行掃描成像時，因射束硬化效應(yīng)的存在會導(dǎo)致骨硬化偽影的存在，影響圖像成像質(zhì)量及導(dǎo)致閱圖不便，因而需對此類偽影進行校正。以下，是根據(jù)本發(fā)明公布方案對骨硬化偽影進行校正的具體實施方式舉例：

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的骨硬化偽影校正方法流程示意圖：

執(zhí)行步驟S1，使用計算機斷層設(shè)備進行模體掃描。此處的模體可選擇使用厚度及材料已知的均勻模體，優(yōu)選地，模體的材料可選擇與人體軟組織化學(xué)成分相似的材料，例如水或有機玻璃。

執(zhí)行步驟S2，獲取不同厚度的第一物質(zhì)及第二物質(zhì)組合在斷層掃描系統(tǒng)的理論投影值。在X射線掃描中，根據(jù)基材料分解理論，任何組織的線性衰減系數(shù)可以表示為兩種基材料的質(zhì)量衰減系數(shù)的線性組合。本方案中設(shè)定骨組織由兩種不同的物質(zhì)(基材料)組成，例如，將骨組織認為是一定比例水和另外一種成分的物質(zhì)混合構(gòu)成。另外一種成分可優(yōu)選為含鈣量較高的物質(zhì)(本實施例中選擇磷酸鈣)。

在對物體進行計算機斷層掃描過程中，測量投影值表示探測器實際測到的被掃描物體投影值，理論投影值表示考慮X射線光子能量分布而計算得到的該被掃描物體的投影值，而理想投影值則表示光子能量均為E0時(E0為可配置參數(shù)，代表光子能量為單一的該特定值)的X射線經(jīng)過該物體時的投影值。例如，測量投影值projMeas可表示如下：

公式(1)中，I₀和I分別表示入射被掃描物體和透射出被掃描物體的X射線強度。

步驟S1中的模體的理論投影值ProjCal計算公式可表示如下：

公式(2)中，E代表X射線光子能量，S(E)為球管發(fā)出的X射線譜，D(E)為斷層掃描系統(tǒng)的探測器響應(yīng)，μ_filter(E)和μ_phan(E)分別為等效濾過材料和模體材料的線性衰減系數(shù)，L_filter為每一探測單元對應(yīng)的等效濾過厚度，L_phan為步驟S1中掃描的模體厚度。

進一步地，該實施例中，L_filter為使模體的測量投影值與理論投影值相等時(可在允許誤差范圍內(nèi))的每個探測單元所對應(yīng)的等效濾過厚度。其可通過迭代的方法求取，例如，迭代修改該厚度值并根據(jù)公式(2)計算模體的理論投影值，直到該理論投影值與測量投影值相等時(允許誤差范圍內(nèi))為止。

在步驟S2中，定義ProjCal_i,j為不同厚度的第一物質(zhì)及第二物質(zhì)組合在斷層掃描系統(tǒng)的理論投影值，則對于本實施例中的水與磷酸鈣組合，其不同厚度組合的理論投影值可通過下述公式計算獲得：

其中，μ_H2O(E)表示水的線性衰減系數(shù)，L_H2O,i(i＝0,1,2,…)表示不同的水厚度，μ_phospca(E)表示磷酸鈣的線性衰減系數(shù)，L_phospca,j(j＝0,1,2,…)表示不同的磷酸鈣厚度(本說明書公式中，如未做特殊說明，相同符號變量含義均與其它公式相同)。

執(zhí)行步驟S3，對該理論投影值進行第一物質(zhì)硬化校正，獲取第一物質(zhì)硬化校正后投影值。對于本實施例中的水與磷酸鈣組合，則進行水硬化校正，其可通過產(chǎn)生水硬化校正系數(shù)的方法進行。

圖3示出了本實施例中利用水硬化校正系數(shù)進行水硬化校正的流程：

首先，執(zhí)行步驟S301，確定不同厚度水的理論投影值。該值ProjCal_H2O,i可通過以下公式獲得：

其中,μ_H2O(E)表示水的線性衰減系數(shù)，L_H2O,i(i＝0,1,2,…)表示不同的水厚度。

執(zhí)行步驟S302，確定不同厚度水的理想投影值。該理想投影值ProjIdeal_H2O,i可通過以下公式獲得：

ProjIdeal_H2O,i＝μ_H2O(E0)L_H2O,i (5)

式(5)中，μ_H2O(E0)表示水對于能量為E0的X光子的線性衰減系數(shù)，L_H2O,i(i＝0,1,2,…)表示不同的水厚度。

執(zhí)行步驟S303，對不同厚度水的理想投影值及理論投影值進行多項式擬合，獲得水硬化校正系數(shù)。該水硬化校正系數(shù)α_k可通過以下公式獲得：

式(6)中，N1表示多項式階數(shù)，α_k(k＝0,1,…)。

最后，執(zhí)行步驟S304，使用該水硬化校正系數(shù)進行校正。針對步驟S2所獲得的不同組合的水及磷酸鈣組合的理論投影值ProjCal_i,j，其校正后投影值ProjCorrected_i,j可通過以下公式獲得：

其中，α_k為步驟S303中得到的水硬化矯正系數(shù)，k＝0,1,…。

完成第一物質(zhì)硬化校正后，繼續(xù)如圖2所示，執(zhí)行步驟S4，計算不同厚度的第一物質(zhì)及第二物質(zhì)組合在該斷層掃描系統(tǒng)的理想投影值。本實施例中，該理想投影值ProjIdeal_i,j可通過以下公式獲得：

ProjIdeal_i,j＝μ_H2O(E0)L_H2O,i+μ_phospca(E0)L_phospca,j (8)

其中，μ_H2O(E0)表示水對于能量為E0的X光子的線性衰減系數(shù)，μ_phospca(E0)表示磷酸鈣對于能量為E0的X光子的線性衰減系數(shù)，L_H2O,i(i＝0,1,2,…)表示不同的水厚度，L_phospca,j(j＝0,1,2,…)表示不同的磷酸鈣厚度。

執(zhí)行步驟S5，根據(jù)所述第二物質(zhì)的厚度、第一及第二物質(zhì)的理想投影值及第一物質(zhì)硬化校正后投影值，獲得骨硬化校正系數(shù)。本實施例中，針對水與磷酸鈣的組合，分別以水的厚度L_H2O,i(i＝0,1,2,…)，磷酸鈣的厚度L_phospca,j(j＝0,1,2,…)為自變量，以步驟S4中獲取的不同厚度的水和磷酸鈣組合的理想投影值和步驟S3中獲得的水硬化矯正后投影值之差為因變量，進行曲面擬合，獲得擬合參數(shù)作為骨硬化矯正系數(shù)，該過程可依據(jù)以下公式實現(xiàn)：

ProjError_i,j＝ProjIdeal_i,j-ProjCorrected_i,j＝f(L_H2O,i,L_phospca,j) (9)

式(9)中，f(L_H2O,i,L_phospca,j)為以L_H2O,i(i＝0,1,2,…)和L_phospca,j(j＝0,1,2,…)為自變量的曲面函數(shù)。

根據(jù)本實施例的一個變化例，也可以磷酸鈣厚度L_phospca,j(j＝0,1,2,…)為自變量，以步驟S4中獲取的不同厚度的水和磷酸鈣組合的理想投影值和步驟S3中獲得的水硬化矯正后投影值之差為因變量進行多項式擬合，產(chǎn)生骨硬化矯正系數(shù)，該變化例過程可依據(jù)以下公式實現(xiàn)：

式(10)中，下標i0表示水的厚度為固定值L_H2O,i0，N2為多項式階數(shù)，β_k(k＝0,1,…,N2)為多項式系數(shù)。

執(zhí)行步驟S6，使用該骨硬化偽影校正系數(shù)進行偽影校正。根據(jù)步驟S5獲取的校正系數(shù)可以圖4所示形式存儲于計算機斷層掃描設(shè)備重建單元中，掃描重建時，根據(jù)掃描對象選擇相應(yīng)的骨組織模型(不同成分比例組合的基材料模型)，再根據(jù)骨組織模型提取原始圖像中X射線經(jīng)過的基材料的等效厚度，來選擇對應(yīng)的骨偽影校正系數(shù)進行校正，即可得到較好的骨硬化偽影去除效果。

例如，使用該偽影校正系數(shù)進行校正的一種實施方式可以為：接收掃描數(shù)據(jù)，并基于該掃描數(shù)據(jù)重建待校正圖像及該待校正圖像的參照圖像；對該參照圖像的像素點賦予第一物質(zhì)比例，并基于該第一物質(zhì)比例獲取該參照圖像的第一物質(zhì)基圖；對該第一物質(zhì)基圖及該參照圖像進行投影，獲取該投影操作每一投影射線對應(yīng)的第一物質(zhì)等效長度；根據(jù)所述每一投影射線對應(yīng)的第一物質(zhì)等效長度，確定偽影校正系數(shù)表中的偽影校正系數(shù)；使用該偽影校正系數(shù)對所述待校正圖像進行偽影校正。

相應(yīng)地，本發(fā)明也提出了一種骨硬化偽影校正裝置，包括：存儲單元，存儲有根據(jù)上述方法所獲得的骨硬化偽影校正系數(shù)；校正單元，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)選擇所述校正系數(shù)進行骨硬化偽影校正。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括但不限于：軟盤、光盤、CD-ROM、磁光盤、ROM(只讀存儲器)、RAM(隨機存取存儲器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)、EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)、磁卡或光卡、閃存、或適于存儲機器可執(zhí)行指令的其他類型的介質(zhì)/機器可讀介質(zhì)。

本發(fā)明中，各實施例采用遞進式寫法，重點描述與前述實施例的不同之處，各實施例中的相同方法或結(jié)構(gòu)參照前述實施例的相同部分。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。