專利名稱：基于衰減濾波的ct圖像去金屬偽影混合重建法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CT圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是消除金屬偽影技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CT采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，如果被掃描物體中含有高吸收系數(shù)的金屬物體，導(dǎo)致投影 數(shù)據(jù)躍變，投影數(shù)據(jù)由兩部分組成一部分是組織衰減系數(shù)。另一部分是金屬的衰減系數(shù)， 這部分投影數(shù)據(jù)一般被認(rèn)為是"被破壞的"并應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行校正，這樣通過(guò)FPB重建時(shí)金屬 偽影被大大削弱。差值法和混合法都是移出金屬區(qū)域的投影數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單的使用鄰域插值的 數(shù)據(jù)代替金屬區(qū)域的組織，這樣并不能真實(shí)反映被金屬區(qū)域覆蓋的組織的衰減系數(shù)，因此 通過(guò)這些算法重建的圖像，會(huì)出現(xiàn)金屬區(qū)域附近細(xì)節(jié)失真。重建的圖像會(huì)包含明暗相間的 條狀偽影，這些偽影降低圖像質(zhì)量，嚴(yán)重影響圖像的后續(xù)處理和分析。如何消除這些條狀偽 影以提高圖像質(zhì)量，是當(dāng)前CT應(yīng)用研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。 插值法是一種常用的去金屬偽影算法。清華大學(xué)的谷建偉等學(xué)者提出了快速線 性插值法，微軟的林宙辰等學(xué)者采用多項(xiàng)式插值。插值類重建算法首先判斷金屬投影區(qū) 域，然后對(duì)金屬投影進(jìn)行插值，最后重建圖像。該方法簡(jiǎn)單快速，但是只適用于金屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單的情況，而且會(huì)使金屬周圍的區(qū)域圖像形變。迭代法是一種常用的CT圖像重建算法， EM (Expectation Maximization)迭代法和Deblurring迭代算法都是典型代表。迭代重建 算法能有效去除金屬偽影和抑制噪聲，而且能很好的呈現(xiàn)金屬物體的結(jié)構(gòu)，但其運(yùn)算量非 常大，重建速度很慢，難以實(shí)用化。EM混合重建算法，僅對(duì)金屬區(qū)域進(jìn)行EM迭代重建，對(duì)非 金屬區(qū)域直接濾波反投影重建(FBP :filteredback pro jection)，該算法速度較快，能有效 反映金屬物體結(jié)構(gòu)，不足之處是金屬周圍的區(qū)域重建后失真，使其在醫(yī)用CT應(yīng)用中存在很 大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)當(dāng)前主流算法存在的不足重建圖像金屬周圍區(qū)域失真；或算 法運(yùn)算量非常大，導(dǎo)致重建時(shí)間很長(zhǎng)難以實(shí)用。本發(fā)明提出一種去CT圖像中金屬偽影自適 應(yīng)衰減濾波混合重建法，本發(fā)明旨在有效去除金屬偽影。 本發(fā)明首先判斷金屬投影區(qū)域，確定金屬投影區(qū)域，對(duì)該局域進(jìn)行自適應(yīng)衰減和 濾波；然后通過(guò)濾波反投影重建(FBP)重建整幅圖像，再利用原始投影數(shù)據(jù)對(duì)金屬區(qū)域進(jìn) 行EM迭代重建，并對(duì)自適應(yīng)衰減濾波重建后的金屬區(qū)域進(jìn)行校正，對(duì)金屬區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。
效果數(shù)值模擬的CT實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明可以有效的去除金屬偽影，并很好的保留 了金屬及其周圍組織的信息，其效果優(yōu)于插值法和EM混合法。特別是在多金屬物體的情況 下，本發(fā)明的效果更是優(yōu)于其它算法。而且本發(fā)明計(jì)算復(fù)雜度小，有很高的實(shí)用價(jià)值。


下面結(jié)合附圖與實(shí)施案例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
圖1衰減和濾波前后的投影數(shù)據(jù)原始投影數(shù)據(jù)； 圖2衰減和濾波前后的投影數(shù)據(jù)衰減和濾波后投影數(shù)據(jù)； 圖3本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施案例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。 以上提到，現(xiàn)有技術(shù)中差值法和混合法都是移出金屬區(qū)域的投影數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單的使 用鄰域插值的數(shù)據(jù)代替金屬區(qū)域的組織。在本發(fā)明中試圖去保留這部分?jǐn)?shù)據(jù)，并通過(guò)線性 衰減技術(shù)校正金屬區(qū)域投影數(shù)據(jù)，減小其在濾波反投影算法中對(duì)周邊區(qū)域的影響，然后通 過(guò)濾波可以減小由于投影數(shù)據(jù)的跳變產(chǎn)生的條狀偽影，最后再對(duì)金屬區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。下面 介紹本發(fā)明的主要步驟
1、確定金屬投影區(qū)域 本發(fā)明使用的是平行射線投影數(shù)據(jù)P(m，n)，m二 1，…M， n = 1，…N。M是探測(cè) 器總數(shù)，N是投影角度總數(shù)。使用FBP重建圖像，獲得原始圖像，選擇適當(dāng)?shù)拈撝堤崛〗饘?區(qū)域，然后對(duì)金屬區(qū)域利用旋轉(zhuǎn)像素坐標(biāo)系的方法，在每個(gè)投影角度下進(jìn)行重投影，確定金 屬區(qū)域在投影數(shù)據(jù)中的范圍。L(n) = {[s(i，n)，e(i，n)]}， i = 1， ... I (n) I(n)是金屬區(qū)域在角度n下總的投影點(diǎn)數(shù)，s(i，n)，e(i，n)是金屬投影數(shù)據(jù)在每 個(gè)角度下的起始和結(jié)束位置。雖然只有一個(gè)金屬物體時(shí)可以直接從投影數(shù)據(jù)中分割出金屬 投影區(qū)域，但是重投影方法才是最穩(wěn)定的分割金屬投影數(shù)據(jù)的方法，它適用于多金屬情況。
2、自適應(yīng)衰減調(diào)節(jié)和濾波 通過(guò)對(duì)[s(i，n)，e(i，n)]插值法對(duì)金屬區(qū)域的背景區(qū)域的投影值b(m，n)mGL(n)
進(jìn)行粗略的估計(jì)，求出金屬的投影值Mm :Mm Oii， r0 = [P On,—b On,] ， m G L Cn) 對(duì)取出的金屬投影值進(jìn)行自適應(yīng)衰減調(diào)節(jié)Ml Oii， r0 = XcXb On,Mm Oii， n) ， m G L Cn) Xb(m，n)是衰減因子，根據(jù)投影數(shù)據(jù)Mm(m， n)的振幅計(jì)算[6]，用于修正由金屬物 體引起的射束硬化。Xc是一個(gè)常量縮放因子，其值小于l，用于減少金屬投影數(shù)據(jù)的振幅， 金屬區(qū)域投影數(shù)據(jù)的振幅越小，在FBP重建時(shí)產(chǎn)生的金屬偽影越小，Xc可取0. 1-0. 5，Xc越 小，金屬偽影也越小，但是會(huì)導(dǎo)致金屬背景區(qū)域的細(xì)節(jié)失真。在很多實(shí)際情況中，x射線的 光譜和金屬信息是不可知的，所以我們可以簡(jiǎn)單的令Xb(m，n) = l，這樣自適應(yīng)衰減調(diào)節(jié)其 實(shí)就是線性衰減，在仿真程序中也只提供一個(gè)縮放因子X(jué)c = 0. 1。 此外還要通過(guò)濾波進(jìn)一步減小數(shù)據(jù)的波動(dòng)，這里我們對(duì)衰減后的金屬投影數(shù)據(jù) Ml(m， n)使用自適應(yīng)濾波，進(jìn)一步降低噪聲，得到較平滑的金屬投影數(shù)據(jù)M2(m， n)，這個(gè)濾 波過(guò)程可以表示為M2(m,n) = Ml(m，n) K(m)，meL(n) K(m)是一個(gè)濾波函數(shù)，可以是均值濾波，中值濾波和裁減中值濾波，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，中 值濾波也能很好的去除金屬偽影和光子饑渴噪聲。中值濾波函數(shù)窗寬的選取是由探測(cè)器總 數(shù)決定的。
仿真實(shí)驗(yàn)中對(duì)于180個(gè)探測(cè)器的CT，窗寬可以取5，隨著探測(cè)器數(shù)的增大，應(yīng)適當(dāng) 加大窗寬，但也不能過(guò)大，否則會(huì)使金屬物體邊緣形變。圖1、圖2為衰減和濾波前后投影數(shù) 據(jù)對(duì)比圖(The projection data before and after scaling andfiltering)，其中，圖1 為原始投影數(shù)據(jù)，中間突出部分就是金屬局域投影數(shù)據(jù)。圖2是經(jīng)過(guò)自適因衰減和濾波后 的投影數(shù)據(jù)(Xc = 0. 1)，由圖2可見(jiàn)，投影數(shù)據(jù)的躍變明顯削弱，重建圖像后基本消除金屬 偽影，但是由于對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行衰減導(dǎo)致金屬細(xì)節(jié)模糊和邊界失真，因此還要進(jìn)行金屬區(qū) 域補(bǔ)償。 3、對(duì)金屬區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償 金屬投影數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)衰減和濾波，再把修正過(guò)的金屬投影數(shù)據(jù)加入背景數(shù)據(jù) 中M3 (m， n) = M2 (m， n) +b (m， n) ， m G L (n)， 金屬區(qū)域外的投影數(shù)據(jù)保持不變，對(duì)P3使用FBP重建圖像Fnew(i， j) ， i， j = 1， 2，3…M，M是探測(cè)器總數(shù)。由于自適應(yīng)衰減會(huì)模糊金屬的細(xì)節(jié)，所以需要對(duì)圖像Fnew(i， j) 的金屬局域進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到細(xì)節(jié)增強(qiáng)的目的。先對(duì)原始投影數(shù)據(jù)P的金屬區(qū)域使用EM迭代， 獲取金屬區(qū)域的迭代像素值Fem(i， j)，i， j G S，S表示金屬區(qū)域。對(duì)金屬區(qū)域的補(bǔ)償公式 為F固(i， j) = (F固(i， j)+Wa*Fem(i， j))/Wd i， j G S Wa為常量權(quán)重因子，表示迭代的金屬像素值的補(bǔ)償度，由于EM迭代法是基于統(tǒng)計(jì) 理論的迭代法，受噪聲影響小，當(dāng)?shù)袼攸c(diǎn)較多時(shí)其計(jì)算的像素值可信度高，取Wa大于 等于1。但是當(dāng)金屬區(qū)域很小時(shí)，由于用于統(tǒng)計(jì)的像素點(diǎn)很少，導(dǎo)致可信度降低，此時(shí)Wa的 取值應(yīng)小于1。 Wd是一個(gè)調(diào)節(jié)顯示窗寬的參數(shù)，取值一般為10到20。雖然EM迭代法比較 慢，但是金屬物體一般較小，所以EM迭代金屬區(qū)域還是快速和有效的。
具體本發(fā)明流程如圖3所示。
權(quán)利要求
基于衰減濾波的CT圖像去金屬偽影混合重建法，其特征在于，包括以下步驟1)判斷金屬投影區(qū)域，確定金屬投影區(qū)域；2)對(duì)確定金屬投影區(qū)域自適應(yīng)衰減調(diào)節(jié)和濾波；3)通過(guò)FBP重建整幅圖像，再利用原始投影數(shù)據(jù)對(duì)金屬投影區(qū)域進(jìn)行EM迭代重建，并對(duì)自適應(yīng)衰減濾波重建后的金屬投影區(qū)域進(jìn)行校正；4)對(duì)金屬投影區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合重建法，其特征在于所述步驟1)使用FBP獲得原始圖 像，選擇適當(dāng)?shù)拈撝堤崛〗饘賲^(qū)域，然后對(duì)金屬區(qū)域利用旋轉(zhuǎn)像素坐標(biāo)系的方法，在每個(gè)投 影角度下進(jìn)行重投影，確定金屬區(qū)域在投影數(shù)據(jù)中的范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合重建法，其特征在于所述步驟2)對(duì)衰減后的金屬投影 數(shù)據(jù)使用自適應(yīng)濾波，進(jìn)一步降低噪聲，得到較平滑的金屬投影數(shù)據(jù)；由于對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行 衰減導(dǎo)致金屬細(xì)節(jié)模糊和邊界失真，需要進(jìn)行金屬區(qū)域補(bǔ)償，達(dá)到細(xì)節(jié)增強(qiáng)的目的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合重建法，其特征在于所述步驟4)金屬投影數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)自 適應(yīng)衰減和濾波，再把修正過(guò)的金屬投影數(shù)據(jù)加入背景數(shù)據(jù)中。
全文摘要
本發(fā)明為基于衰減濾波的CT圖像去金屬偽影混合重建法。CT采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，如果被掃描物體中含有高吸收系數(shù)的金屬物體，導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)躍變一是組織衰減系數(shù)；一是金屬的衰減系數(shù)，則被認(rèn)為是“被破壞的”并應(yīng)對(duì)其進(jìn)行校正，這樣通過(guò)FPB重建時(shí)金屬偽影被大大削弱。本發(fā)明確定金屬投影區(qū)域后，對(duì)確定金屬區(qū)域自適應(yīng)衰減調(diào)節(jié)和濾波；通過(guò)FBP重建整幅圖像，再利用原始投影數(shù)據(jù)對(duì)金屬區(qū)域進(jìn)行EM迭代重建，并對(duì)自適應(yīng)衰減濾波重建后的金屬區(qū)域進(jìn)行校正；對(duì)金屬投影區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)值模擬的CT實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明可以有效的去除金屬偽影，并很好的保留了金屬及其周圍組織的信息。特別是在多金屬物體的情況下，本發(fā)明計(jì)算復(fù)雜度小，有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101777177SQ20091024739
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者湯同奎, 陳豫 申請(qǐng)人:上海維宏電子科技有限公司;上海奈凱電子科技有限公司