CN103186883A - 一种ct图像重建中骨硬化伪影的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，包括如下步骤：采用临床选用的重建参数由原始投影数据重建实际图像；接着采用CT支持的最大扫描视野、机架的旋转中心及标准重建卷积核作为重建参数由原始投影数据重建目标图像；从目标图像中提取骨头图像；对骨头图像进行正投影获得骨头投影数据，对骨头投影数据进行多项式拟合获得骨硬化误差投影数据；采用临床选用的参数作为重建参数由骨硬化误差投影数据重建骨硬化伪影图像；从重建的实际图像去除骨硬化伪影图像获得校正图像。本发明重建的目标图像中包含所有扫描的骨头信息，进而使获得的骨硬化误差投影数据与实际扫描过程中穿过骨头的真实投影数据一致，从而达到良好的骨硬化伪影校正效果。

Description

一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法

技术领域

本发明涉及医学影像处理的技术领域，尤其涉及一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法。

背景技术

由于X射线CT系统中所用的X射线源均不是单色源，而是具有一定频谱宽度的X线源，即X线光子能量不一。并且对一般材料来说，X光子在物体中的吸收系数随X线光子能量的增大而减小，即高能光子衰减小，低能光子衰减大。这样就导致X射线投影值与所经过物体的长度不再是线性关系，进而在重建后的图像上产生“帽状”伪影，即X线硬化伪影。

一般来说在重建图像之前会对投影数据进行基于水模的射线硬化校正，这种校正会将软组织的X射线硬化现象消除，但无法消除由于人体骨头引起的射线硬化伪影，即骨硬化伪影。通常骨硬化伪影有两类表现，一类是致密物体之间和骨的延长线方向的暗色条带，这是由于穿过骨组织较多的射线和穿过骨组织较少的射线的差异造成的；另一类是退化的骨边界，在软组织和骨组织边界处的像素点的CT值(CT值代表X射线穿过组织被吸收后的衰减值)会被抬高，产生一个模糊的边界。

目前骨硬化伪影的校正一般都是采用图像后处理的方法，包括如下步骤：首先对重建图像进行阈值分割，提取出只包含骨头信息的图像；接着对骨头图像进行正投影，得到骨头的投影数据；接着对骨头的投影数据进行多项式拟合获得骨头投影误差数据；然后对骨头投影误差数据进行反投影，得到骨硬化伪影图像；最后从重建图像中减去骨硬化伪影图像获得校正图像。

但是该方法存在以下问题：当建像中心偏心或重建视野小于实际扫描范围大小进行重建图像时，会使得重建的图像只会包含一部分实际扫描中的骨头信息，进而使得拟合得到的骨头投影误差数据只包含了部分骨头的硬化误差，从而使得反投影得到的骨硬化伪影图像不是真实的骨硬化伪影信息，以致造成校正图像中存在没有去除掉的骨硬化伪影图像或存在因校正引入的伪影。此外，由于重建图像的每个像素对应实际扫描人体部位的一个很小的三维体素，当这个很小的三维体素包含部分的骨头时，所穿过该三维体素的射线必然会产生X射线硬化现象，但由于该三维体素所包含的骨头的信息很少，在对应的重建图像的像素上表现出来的CT值是比骨头CT值更小的CT值，在采用阈值分割的方法时不会提取该信息，也就不会对该图像进行骨硬化伪影校正，进而严重影响重建图像的质量与临床诊断。

鉴于上述状况，本发明确实有必要提供一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，以解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，可以去除重建图像中骨硬化伪影，保证图像质量，不影响临床诊断。

为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，包括如下步骤：由原始投影数据重建实际图像，所述重建实际图像中采用的重建参数为临床选用的重建参数；由原始投影数据重建目标图像，所述重建目标图像中采用的重建视野为CT所支持的最大扫描视野，建像中心为机架旋转中心，重建卷积核为标准卷积核；从目标图像中提取骨头图像；对骨头图像进行正投影获得骨头投影数据，并对骨头投影数据进行多项式拟合获得骨硬化误差投影数据；由骨硬化误差投影数据重建骨硬化伪影图像；从实际图像中去除骨硬化伪影图像获得校正图像。

优选地，所述CT图像重建方法还包括如下步骤：在提取骨头图像时对目标图像中CT值位于软组织CT值与骨头CT值之间的像素点进行权重加权处理。

优选地，所述骨头图像是通过目标图像与权重加权因子做乘积处理获得的。

优选地，所述权重加权因子为

$f(z;t^L,w^L)=\left\{\begin{array}{cc}0& z<t^L-\frac{w^L}{2}\\ {\sin }^2(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}*\frac{z-(t^L-\frac{w^L}{2})}{w^L})& t^L-\frac{w^L}{2}<z<t^L+\frac{w^L}{2}\\ 1& z>t^L+\frac{w^L}{2}\end{array}\right.,$ 其中t^L为骨头阈值范围的中间值，w^L为骨头阈值范围的阈值宽度，z为目标图像的CT值。

优选地，所述骨硬化误差投影数据是通过以骨头投影数据为自变量的二次多项式进行拟合获得的。

优选地，所述重建骨硬化伪影图像中采用的重建参数为临床所选的重建参数。

优选地，所述原始投影数据为将CT机的等角扇束重排为等间距的平行束后获得的投影数据。

优选地，所述校正图像是通过实际图像与骨硬化伪影图像相减获得的。

本发明在重建目标图像时采用的重建视野为CT支持的最大扫描视野、建像中心为CT机架的旋转中心，重建卷积核为标准重建卷积核，使得重建的目标图像中包含所有扫描的骨头信息，并且对CT值小于骨头CT值的像素点进行适当的权重加权，使这些像素点也参与到骨头图像正投影的过程中，可使骨头投影数据与实际穿过骨头的真实投影数据相吻合，即使得从骨头图像中提取的骨头信息与实际扫描的骨头信息一致，进而使获得的骨硬化误差投影数据与实际扫描过程中穿过骨头的真实投影数据一致，从而可将实际图像中的骨硬化伪影图像最大限度的去除，达到良好的骨硬化伪影校正效果，以保证重建图像的质量，不影响临床诊断。

附图说明

图1为本发明CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法中重建的目标图像是以CT机所支持的最大扫描视野为重建视野，并且以CT机架的旋转中心为建像中心，以标准卷积核作为重建卷积核建立的，该目标图像中包含实际扫描中的全部骨头信息，使拟合得到的骨硬化误差投影数据包含全部骨头的硬化误差信息，进而使反投影得到的骨硬化伪影图像反映真实的骨硬化伪影信息，最终使校正的结果能够最大限度地去除掉伪影；此外，从目标图像中提取的骨头图像中包括CT值小于骨头CT值的像素点，使这些像素点参与到正投影过程中，可获得与实际穿过骨头的真实投影数据相符的骨头投影数据，进而得到与实际扫描过程中穿过骨头的真实投影数据一致的骨头误差投影数据，进而达到最优的骨硬化伪影的校正效果。

图1为本发明CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法的流程示意图。该CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法包括以下步骤：

S11、由原始投影数据重建实际图像

所述重建实际图像中采用的重建参数为临床选用的重建参数，所述原始投影数据是将CT机的等角扇束重排为等间距的平行束后获得的投影数据；

S12、由原始投影数据重建目标图像

所述重建目标图像中采用的重建参数中的重建视野为CT机所支持的最大扫描视野F_max，建像中心为CT机架的旋转中心，重建卷积核为标准卷积核K；

S13、从目标图像

中提取骨头图像

所述骨头图像是通过将目标图像与权重加权因子f(z；t^L，w^L)做乘积处理获得的，计算公式为

其中f(z；t^L，w^L)的计算公式为

$f(z;t^L,w^L)=\left\{\begin{array}{cc}0& z<t^L-\frac{w^L}{2}\\ {\sin }^2(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}*\frac{z-(t^L-\frac{w^L}{2})}{w^L})& t^L-\frac{w^L}{2}<z<t^L+\frac{w^L}{2}\\ 1& z>t^L+\frac{w^L}{2}\end{array}\right.,$ t^L为骨头阈值范围的中间值，w^L为骨头阈值范围的阈值宽度，z为目标图像的CT值；

S14、对骨头图像进行正投影获得骨头投影数据P_B，并对骨头投影数据P_B进行二次多项式拟合获得骨硬化误差投影数据ΔP_B；

S15、由骨硬化误差投影数据ΔP_B重建骨硬化伪影图像

重建骨硬化伪影图像中采用的重建参数为临床选用的重建参数；

S16、从实际图像

中减去骨硬化伪影图像

获得校正图像

即

在步骤S12中采用CT机支持的最大扫描视野作为重建视野，采用CT机架的旋转中心作为冲减中心，并采用标准卷积核作为重建卷积核，可使重建的目标图像

包含所有扫描的骨头信息，使得根据该图像提取的骨头信息与实际扫描的骨头信息一致，这样得到的骨头投影数据P_B是完整的投影数据，不会丢失穿过骨头的投影数据，进而可保证能获得良好经校正过的校正图像，保证图像质量，便于临床准确诊断是否产生病灶。

另外，在步骤S13中，骨头图像

中骨头信息的提取通过阈值

完成，CT值大于

的像素点的权重值为1，即该像素点完全是骨头信息，CT值小于

的像素点的权重值为0，即该像素点为非骨头信息，对于CT值在范围

之间的像素点，则根据上述公式计算其权重，使该等像素点参与正投影以获得与实际穿过骨头的真实投影数据相吻合的骨头投影数据，进而可获得与实际扫描过程中穿过骨头的真实投影数据一致的骨硬化误差投影数据ΔP_B，从而获得良好的校正图像

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明的权利要求书及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

由原始投影数据重建实际图像，所述重建实际图像中采用的重建参数为临床选用的重建参数；

由原始投影数据重建目标图像，所述重建目标图像中采用的重建视野为CT所支持的最大扫描视野，建像中心为CT机架旋转中心，重建卷积核为标准卷积核；

从目标图像中提取骨头图像；

对骨头图像进行正投影获得骨头投影数据，并对骨头投影数据进行多项式拟合获得骨硬化误差投影数据；

由骨硬化误差投影数据重建骨硬化伪影图像；

从实际图像中去除骨硬化伪影图像获得校正图像。

2.如权利要求1所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，还包括如下步骤：在提取骨头图像时对目标图像中CT值位于软组织CT值与骨头CT值之间的的像素点进行权重加权处理。

3.如权利要求1或2所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，所述骨头图像是通过目标图像与权重加权因子做乘积处理获得的。

4.如权利要求3所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，所述权重加权因子为

$f(z;t^L,w^L)=\left\{\begin{array}{cc}0& z<t^L-\frac{w^L}{2}\\ {\sin }^2(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}*\frac{z-(t^L-\frac{w^L}{2})}{w^L})& t^L-\frac{w^L}{2}<z<t^L+\frac{w^L}{2}\\ 1& z>t^L+\frac{w^L}{2}\end{array}\right.,$ 其中t^L为骨头阈值范围的中间值，w^L为骨头阈值范围的阈值宽度，z为目标图像的CT值。

5.如权利要求4所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于：所述骨硬化误差投影数据是通过以骨头投影数据为自变量的二次多项式进行拟合获得的。

6.如权利要求1所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，所述重建骨硬化伪影图像中采用的重建参数为临床所选的重建参数。

7.如权利要求1所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，所述原始投影数据为将CT机的等角扇束重排为等间距的平行束后获得的投影数据。

8.如权利要求1所述的CT图像重建中骨硬化伪影的校正方法，其特征在于，所述校正图像是通过实际图像与骨硬化伪影图像相减获得的。

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