專利名稱：錐束ct系統(tǒng)的金屬偽影校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法。
背景技術(shù)：
錐束CT(Computed Tomography)以掃描速度快、射線利用率高、劑量低、空間分辨率各向同性等優(yōu)勢(shì)在口腔疾病診斷、人體局部器官成像、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)展迅速。但是，CT成像時(shí)高衰減系數(shù)物質(zhì)的存在(如人體內(nèi)的金屬整形器件、病人必須攜帶的活檢劑、芯片中金屬等)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的金屬偽影，表現(xiàn)為條紋狀亮紋、暗帶或陰影，嚴(yán)重破壞了 CT圖像的真實(shí)性，極大的限制了其在醫(yī)學(xué)與工業(yè)領(lǐng)域的高精度檢測(cè)。因此去除或最大程度的減少金屬偽影是十分必要的。中國專利申請(qǐng)?zhí)?01010616842.1提出的“一種去除CT圖像中金屬偽影的圖像后處理方法”。在該專利中，將CT的原始圖像由直角坐標(biāo)圖像轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)圖像，在極坐標(biāo)圖像中確定金屬投影區(qū)域，在極坐標(biāo)圖像中建立模型，采用上述的模型進(jìn)行模型修正，修正上述模型修正中引入的正反投影誤差，將極坐標(biāo)圖像轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)圖像。由于要進(jìn)行坐標(biāo)變換，所以會(huì)大大損失圖像空間分辨率，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。中國專利申請(qǐng)?zhí)?01110123647. X提出的“用于減少CT圖像數(shù)據(jù)中的圖像偽影、尤其是金屬偽影的方法”。在該專利中，在不同的平均X射線能量時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)CT圖像數(shù)據(jù)組。通過將這兩個(gè)CT圖像數(shù)據(jù)組加權(quán)地組合來計(jì)算出新的CT圖像數(shù)據(jù)組。在此在加權(quán)的組合中所采用的加權(quán)因子被選擇為，使得在該新的CT圖像數(shù)據(jù)組中的圖像偽影與在兩個(gè)原始CT圖像數(shù)據(jù)組中的圖像偽影相比明顯減少。由于要在不同能量時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)CT圖像數(shù)據(jù)組，需要重復(fù)掃描兩次，增加了病人所承受的輻射劑量，而且由于病人掃描時(shí)間加長，可能會(huì)帶來潛在的運(yùn)動(dòng)偽影。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對(duì)上述金屬偽影校正方法存在的缺陷，提供一種圖像質(zhì)量高的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法。一種錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，包括下述步驟從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)；對(duì)所述金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT圖像Xsfetal ；將所述原始正投影圖像f(x，y)減去所述金屬投影圖像M(x，y)，即得到不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)；對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像f_(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖
像Xres ;及將所述金屬部分CT圖像Xsfetal與所述不含金屬部分的CT圖像Xres相加，即得到金屬偽影校正后的最終CT重建圖像x—m。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，其中，從原始正投影圖像f (X，y)中分離出金屬投影圖像M(x, y),包括下述步驟步驟Sll :定義初始閥值Itl，所述初始閥值為Itl = (Imax+Imin)/2，其中，Imax為所述原始正投影圖像f(x，y)中像素最大灰度值，Imin為所述原始正投影圖像f(x，y)中最小灰度值；步驟S12:基于所述初始閥值Itl，將所述原始正投影圖像f(x，y)分為兩組圖像T1U, y)、T2(x，y)，其中，T1 (X，y)的所有像素灰度值大于I。，T2(x, y)的所有像素灰度值均小于或等于Itl ;步驟S13 :計(jì)算所述圖像T1(Xj)內(nèi)所有像素的均值及圖像T2 (x，y)內(nèi)所有像素的均值，并分別記為E1和E2 ；步驟S14 :定義新閥值I,所述新閥值I = (E^E2)/2 ； 步驟S15:判斷Il-1cJ是否大于ε，若“是”則進(jìn)行下一步，若“否”則將所述I賦予Itl,并返回步驟S12，其中，所述ε為O. 5;步驟S16 :將所述新閥值I賦予所述初始閥值Itl ;及步驟S17 :所述金屬投影圖像M(x，y)為原始正投影圖像f(x，y)中的像素灰度值大于Itl的像素。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，其中，對(duì)所述金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT重建圖像Xsfetal，是采用下述構(gòu)造公式進(jìn)行重建min 丨 cp(XMetal) I η其中，AXMetal = M(x,y), XMetal 彡 0
Λ Metol上述式中，A表示系統(tǒng)矩陣，Xsfetal表示金屬部分CT圖像，M(x, y)表示分離出的金屬部分投影圖像，|(p(XMetal)|E1表示Xsfetal的11范數(shù)，表示需滿足Xsfetal取最小值。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，其中，對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像f_(X，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms，是采用FDK重建方法進(jìn)行重建。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，其中，對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像f_(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms，是采用BPF重建方法進(jìn)行重建。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，其中，對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像f_(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms，是采用FBP重建方法進(jìn)行重建。本發(fā)明提供的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，首先從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y);對(duì)金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT圖像Xfctal;并將原始正投影圖像f(x，Y)減去所述金屬投影圖像M(x，y)，即得到不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y);對(duì)不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms ;最后將金屬部分CT圖像Xsfetal與不含金屬部分的CT圖像Xms相加，即得到金屬偽影校正后的最終CT重建圖像xMmc;ti()n。上述校正方法由于不進(jìn)行坐標(biāo)變換，所以不會(huì)損失圖像空間分辨率，提高了圖像質(zhì)量。另外，由于上述校正方法提供的從原始正投影圖像f (X，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)的方法，采用自適應(yīng)閥值分割方法，所以能夠適用于金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況。同時(shí)，上述校正方法提供的對(duì)金屬投影圖像M(x，y)的重建方法，運(yùn)算量小，速度快，易于實(shí)用化。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法的步驟流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的從原始正投影圖像f (X，y)中分離出金屬投影圖像M (X, y)的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法的步驟流程圖，包括下述步驟步驟SlO :從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)。請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明實(shí)施例提供的從原始正投影圖像f (x，y)中分離出金屬投影 圖像M(x，y)的步驟流程圖，步驟SlO具體為步驟Sll :定義初始閥值V其中，初始閥值為Itl = (Imax+Imin)/2，上述式中，Imax為原始正投影圖像f(x，y)中像素最大灰度值，Imin為原始正投影圖像f(x，y)中最小灰度值。步驟S12 :基于初始閥值Id，將原始正投影圖像f (X，y)分為兩組圖像T1 (X, y)及T2 (X，y)。其中，圖像T1U, y)的所有像素灰度值大于I。，圖像T2 (X，y)的所有像素灰度值均小于或等于Ιο。步驟S13 :計(jì)算圖像1^，y)內(nèi)所有像素的均值及圖像T2(x，y)內(nèi)所有像素的均值，并分別記為E1和E2。即E1 = (1/η) Σ T1, E2 = (1/η) Σ T2，上述式中，T1, T2分別為圖像T1(Xiy)及圖像T2(x，y)的像素，η為像素的數(shù)量。步驟S14 :定義新閥值I。其中，新閥值I= (E^E2)/2ο步驟S15:判斷Il-1cJ是否大于ε，若“是”則進(jìn)行下一步，若“否”則將新閥值I賦予初始閥值Itl,并返回步驟S12。其中，ε為預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，可根據(jù)不同金屬物體的屬性(如人體內(nèi)的金屬整形器件、病人必須攜帶的活檢劑、芯片中金屬等)，依照經(jīng)驗(yàn)選取。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，ε優(yōu)選為O. 5?？梢岳斫猓?dāng)Il-1cJ大于ε時(shí)，執(zhí)行下一步；當(dāng)1-10I小于或等于ε時(shí)，返回步驟S12，并將此時(shí)I值賦予Itl值，執(zhí)行后續(xù)步驟。步驟S16 :將新閥值I賦予初始閥值Itlt5可以理解，基于步驟S15，當(dāng)|1-1cJ大于ε時(shí)，將新閥值I賦予初始閥值Ιο。步驟S17 :金屬投影圖像M(x，y)為原始正投影圖像f(x，y)中的像素灰度值大于
I。的像素。基于步驟S16中的Itl，金屬投影圖像M(x，y)為原始正投影圖像f(x，y)中的像素灰度值大于Itl的像素。上述實(shí)施例提供的從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)的方法，由于采用自適應(yīng)閾值分割方法，尤其適用于金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況。步驟S20:對(duì)金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT圖像XMrtal。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，對(duì)于分離出的金屬部分投影圖像M(x，y)，采用下述構(gòu)造公式進(jìn)行重建，得到金屬投影圖像M(x，y)的CT重建圖像Xsfetalmin | Cp(Xfctal) I 其中，AXfctal = M(x, y)，XMetal 彡 O
Λ M,-ml上述式中，A表示系統(tǒng)矩陣，Xlfetal表示金屬部分CT圖像，M(x，y)表示分離出的金屬部分投影圖像，|cp(XMetal)|ei表示Xsfetal的11范數(shù)，藝士表示需滿足Xsfetal取最小值。上述對(duì)金屬投影圖像M(x，y)重建的方法，采用稀疏數(shù)據(jù)重建方法，運(yùn)算量小，速度快，易于實(shí)用化。步驟S30 :將原始正投影圖像f(x，y)減去步驟SlO得到的金屬投影圖像M(x，y)，即得到不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)，即不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y) = f(x，y)-M(x, y)。步驟S40 :對(duì)不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，對(duì)不含金屬部分的投影圖像f_(x，y)進(jìn)行重建，優(yōu)選采用FDK重建方法進(jìn)行重建。具體為，對(duì)投影圖像f_(x，y)序列集進(jìn)行反log操作，即通過下述公式-log {(物體圖像-平均暗場(chǎng)圖像)/ (平均亮場(chǎng)圖像-平均暗場(chǎng)圖像)}得到處理后的投影圖像。對(duì)投影圖像中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，用以修正像素到射線源的距離及角度引起的誤差，然后對(duì)不同投影角度的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行水平方向上的一維濾波，最后進(jìn)行三維反投影得到重建的圖像。其中，重建的體素值是通過該體素的所有投影角度的射線的貢獻(xiàn)之和。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，對(duì)不含金屬部分的投影圖像f_(x，y)進(jìn)行重建，還可以采用BPF重建方法進(jìn)行重建。具體為，對(duì)投影圖像fMS(x，y)序列集進(jìn)行反log操作，即通過下述公式-log {(物體圖像-平均暗場(chǎng)圖像)/ (平均亮場(chǎng)圖像-平均暗場(chǎng)圖像)}得到處理后的投影圖像。在投影圖像中，對(duì)每個(gè)角度下的錐束投影數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)，并由求導(dǎo)后的投影數(shù)據(jù)對(duì)螺旋軌道內(nèi)每條PI線上的投影圖像進(jìn)行加權(quán)反投影。對(duì)于加權(quán)反投影得到的PI線上的數(shù)據(jù)，沿著該條PI線求Hilbert變換(希爾伯特變換)，得該條PI線上的重建結(jié)果。最后對(duì)螺旋軌道內(nèi)所有PI線上的重建結(jié)果進(jìn)行重采樣，得到重建的圖像。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，對(duì)不含金屬部分的投影圖像f_(x，y)進(jìn)行重建，還可以采用FBP重建方法進(jìn)行重建。具體為，對(duì)投影圖像fres(X，y)序列集進(jìn)行反log操作，即通過下述公式-log {(物體圖像-平均暗場(chǎng)圖像)/ (平均亮場(chǎng)圖像-平均暗場(chǎng)圖像)}得到處理后的投影圖像。再對(duì)投影圖像進(jìn)行加權(quán)、卷積濾波、加權(quán)反投影后獲得重建的圖像。步驟S40 :將金屬部分CT圖像Xsfetal與不含金屬部分的CT圖像Xms相加，即得到金屬偽影校正后的最終CT重建圖像x—m。上述實(shí)施例提供的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，首先從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(X，y);對(duì)金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT圖像Xsfetal ;并將原始正投影圖像f (X，y)減去所述金屬投影圖像M(x，y)，即得到不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y);對(duì)不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms ;最后將金屬部分CT圖像Xsfetal與不含金屬部分的CT圖像Xms相加，即得到金屬偽影校正后的最終CT重建圖像xMmc;tim。上述校正方法由于不進(jìn)行坐標(biāo)變換，所以不會(huì)損失圖像空間分辨率，提高了圖像質(zhì)量?？梢岳斫猓景l(fā)明上述實(shí)施例提供的金屬偽影校正方法，除應(yīng)用于錐束CT系統(tǒng)外，做適當(dāng)變后，也可應(yīng)用于PET、SPECT系統(tǒng)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，其特征在于，包括下述步驟從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)；對(duì)所述金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT圖像Xsfetal ；將所述原始正投影圖像f(x，y)減去所述金屬投影圖像M(x，y)，即得到不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)；對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像 X .及將所述金屬部分CT圖像Xsfetal與所述不含金屬部分的CT圖像Xms相加，即得到金屬偽影校正后的最終CT重建圖像X—m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，其特征在于，其中，從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)，包括下述步驟步驟Sll :定義初始閥值Itl，所述初始閥值為Itl = (Imax+Imin)/2，其中，Imax為所述原始正投影圖像f(x，y)中像素最大灰度值，Imin為所述原始正投影圖像f(x，y)中最小灰度值；步驟S12:基于所述初始閥值Itl，將所述原始正投影圖像f(x，y)分為兩組圖像T1 (X， y)、T2(x，y)，其中，T1(^y)的所有像素灰度值大于Id(^y)的所有像素灰度值均小于或等于I。；步驟S13:計(jì)算所述圖像T1U, y)內(nèi)所有像素的均值及圖像T2 (X，y)內(nèi)所有像素的均值，并分別記為E1和E2 ；步驟S14 :定義新閥值I，所述新閥值I = (EJE2)/2 ；步驟S15:判斷Il-1cJ是否大于ε，若“是”則進(jìn)行下一步，若“否”則將所述I值賦予 Itl值，并返回步驟S12，其中，所述ε為O. 5;步驟S16 :將所述新閥值I賦予所述初始閥值Itl步驟S17:所述金屬投影圖像M(x，y)為原始正投影圖像f(x，y)中的像素灰度值大于 I0的像素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，其特征在于，其中，對(duì)所述金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT重建圖像Xsfetal，采用下述構(gòu)造公式進(jìn)行重建^ 1 Ψ(Χ—)卜唭中，AXsfetal = M(x, y)，XMetal 彡 O上述式中，A表不系統(tǒng)矩陣，Xletal表不金屬部分CT圖像，M(x, y)表不分離出的金屬部分投影圖像，|(p(XMetal)|tl表示XsfetaI的11范數(shù)，5^表示需滿足XsfetaI取最小值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，其特征在于，其中，對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像fMS(x，Y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms，是采用 FDK重建方法進(jìn)行重建。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，其特征在于，其中，對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms，是采用 BPF重建方法進(jìn)行重建。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，其特征在于，其中，對(duì)所述不含金屬部分的投影圖像fMS(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xms，是采用FBP重建方 法進(jìn)行重建。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錐束CT系統(tǒng)的金屬偽影校正方法，包括下述步驟從原始正投影圖像f(x，y)中分離出金屬投影圖像M(x，y)；對(duì)金屬投影圖像M(x，y)進(jìn)行重建，得到金屬部分的CT重建圖像XMetal；將原始正投影圖像f(x，y)減去金屬投影圖像M(x，y)，即得到不含金屬部分的投影圖像fres(x，y)；對(duì)不含金屬部分的投影圖像fres(x，y)進(jìn)行重建，得到不含金屬部分的CT圖像Xres；及將金屬部分CT圖像XMetal與不含金屬部分的CT圖像Xres相加，即得到金屬偽影校正后的最終CT重建圖像Xcorrection。上述校正方法由于不進(jìn)行坐標(biāo)變換，所以不會(huì)損失圖像空間分辨率，提高了圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G06T5/50GK103020928SQ20121047548
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者胡戰(zhàn)利, 鄭海榮, 夏丹 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院