CN105608720B - 计算机断层成像伪影校正方法及装置 - Google Patents

计算机断层成像伪影校正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计算机断层成像骨硬化伪影校正方法及装置，该方法包括：接收扫描数据，并基于扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像；对该参照图像像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图；对该第一物质基图及该参照图像进行投影，获取该投影操作每一投影射线对应的该第一物质等效长度；根据所述每一投影射线对应的该第一物质等效长度，确定伪影校正系数；使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正。本发明方案能够在具备良好普适性的前提下，高效地去除骨硬化伪影。

Description

计算机断层成像伪影校正方法及装置
【技术领域】
本发明涉及计算机断层成像技术领域，尤其涉及一种计算机断层成像骨硬化伪影的校正方法及装置。
【背景技术】
计算机断层成像是利用射线对被扫描物体的特定部位按一定厚度的层面进行扫描，根据不同的物体、组织对射线的吸收能力不同，利用计算机重建出断层面图像的技术。
在利用X射线进行计算机断层扫描及重建过程中，因球管产生的X射线具有一定频谱宽度，物质对X射线的吸收系数随X线能量的增大而减小，连续能谱的X射线穿过如人体等被扫描物体后，低能量射线易被吸收，高能量射线较易穿过，射束平均能量会变高，射线逐渐变硬。该种效应称之为射束硬化效应。射束硬化效应的存在，会使图像重建时出现伪影，影响图像的重建质量。因而现有技术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，但无法消除由于如人体骨头等较高密度物质引起的射线硬化伪影，即骨硬化伪影。
已知存在各种针对骨硬化伪影的校正方法：一种是基于图像后处理技术，通过经验参数来消除骨硬化伪影(如：Jiang Hsieh et al,“An iterative approach to thebeam hardening correction in cone beam CT”,Med.Phys.27 1,January 2000)，其弊端在于矫正系数的来源缺乏理论依据，校正准确性及效率较差；另一种是通过预先扫描特制的骨组织仿体来产生矫正系数(如：专利CN01124649.9-计算机层析X射线摄影设备)，其弊端在于通过扫描骨组织仿体得到的系数往往缺乏普适性(不同年龄人群的骨组织成分差异很大，往往不能用同样的矫正系数)。因而，上述方案均不能很好的解决骨硬化的伪影问题。
因此，需要提出一种新的计算机断层成像骨硬化伪影校正方法及实施该方法的装置，能够在具备良好普适性的前提下，高效地去除骨硬化伪影。
【发明内容】
本发明解决的是计算机断层成像图像中出现骨硬化伪影的问题。
为解决上述问题，本发明提出一种计算机断层成像骨硬化伪影校正方法，包括：接收扫描数据，并基于扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像；对该参照图像像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图；对该第一物质基图及该参照图像进行投影，获取该投影操作每一投影射线对应的该第一物质等效长度；根据所述每一投影射线对应的该第一物质等效长度，确定伪影校正系数；使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正。
可选地，基于第一视野重建待校正图像，基于第二视野重建所述参照图像，所述第二视野不小于第一视野。
可选地，根据该参照图像每一像素点所属的组织类型及CT值对该像素点赋予第一物质比例。
可选地，赋予所述像素点的第一物质比例随该像素点的CT值的增大而减小。
可选地，还包括：赋予该每一像素点第二物质比例。
可选地，当所述组织为骨组织时，第一物质为水，第二物质为磷酸钙。
可选地，以小于或等于所述参照图像重建时的通道数及投影角度数，对该参照图像及第一物质基图进行投影。
可选地，所述每一投影射线对应的第一物质等效长度，为该投影射线对第一物质基图的投影值与该射线经过的第一物质CT值的比值。
可选地，所述使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正包括：根据所述参照图像的投影图像及所述校正系数获取伪影图像；从所述待校正图像中去除伪影图像。
本发明还提供一种计算机断层成像伪影校正装置，包括：接收单元，用于接收扫描数据；重建单元，用于根据重建设定基于扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像；赋值单元，用于对该参照图像的像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图；投影单元，用于对该第一物质基图及该参照图像进行投影，以获取该投影操作每一投影射线对应的该第一物质等效长度；校正单元，用于根据所述每一投影射线对应的该第一物质等效长度确定伪影校正系数，并使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：
本发明将骨组织认为由基材料物质组成，在重建过程中，无需根据扫描对象的差异调整校正系数，具有较高的普适性，同时可得到较好的骨硬化伪影校正效果。
【附图说明】
图1是本发明一实施例的骨硬化伪影校正方法流程示意图；
图2是本发明一实施例中校正各阶段输出图像示例；
图3是本发明一实施例中投影射线空间示意图；
图4是本发明一实施例中校正系数表示例。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
当受检对象在如计算机断层成像设备中进行扫描成像时，因射束硬化效应的存在会导致骨硬化伪影的存在，影响图像成像质量及导致阅图不便，因而需对此类伪影进行校正。在X射线扫描过程中，根据基材料分解理论，任何组织的线性衰减系数可以表示为两种基材料的质量衰减系数的线性组合。本发明假设受检对象(如人体组织)由一种以上基材料构成。基材料的选择可较优地为对X射线的衰减特性与人体组织相似的物质，例如，其中一种基材料(第一物质)接近于软组织(比如水)，另外一种基材料(第二物质)接近于骨组织(比如磷酸钙)。基材料所占的比例可由所属组织的类型和图像像素的CT值进行确定。
因此，如图1所示，根据本发明的一个实施例，该伪影校正可依据以下步骤实现：
执行步骤S1，接收扫描数据，并基于扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像。
此处，扫描数据可通过计算机断层成像设备对受检对象进行扫描直接获得，也可通过读取事先存储的扫描数据获得。接收扫描数据后，首先以用户设定的视野进行重建，得到含骨硬化伪影的原始图像，即待校正图像(如图2-(a)所示)；再以不小于用户设定的视野进行再次重建，得到待校正图像的参照图像(如图2-(b)所示)，参照图像不小于用户设定视野的目的在于，使参照图像包含待校正图像用户设定的扫描视野中所有被扫描的物体。
执行步骤S2，对该参照图像像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图。
此处，根据该参照图像每一像素点所属的组织类型及CT值对该像素点赋予第一物质比例。每一像素点所属的组织类型，可通过对参照图像进行图像分割获知。例如，可使用如阈值分割等任一或多种分割方法组合确定像素点的组织类型(软组织，骨组织，头托/床板….)。获取像素点所属组织类型后，根据该组织中像素点的CT值赋予像素点第一物质(即设定的某种基材料)比例，赋予比例的规则为：赋予所述像素点的第一物质比例随该像素点的CT值的增大而减小。例如：例如对于骨组织，认为是由第一物质水和第二物质磷酸钙以一定比例混合而成，骨组织CT值越大，则水的比例越低(磷酸钙的比例越高)，例如：对于CT值为10的像素点，其第一物质(水)的比例为5％，对于CT值为20的像素点，其第一物质(水)的比例为10％(值得说明的是，此处第一物质比例与像素点正相关，可体现出赋值差异即可，并非必然为正比关系)。将参照图像中每一像素点的CT值乘以第一物质(水)的比例，即得到参照图像的第一物质基图(水基图，如图2-(c)所示)。
执行步骤S3，对该第一物质基图及该参照图像进行投影，获取该投影操作每一投影射线对应的该第一物质等效长度。
此步骤中，可对该第一物质基图及该参照图像以小于或等于重建图像时所用的通道数和投影角度数进行正投影操作，得到每一正投影射线沿投影方向的第一物质(水)投影值ProjWater和原始投影值ProjOrig。此处较优地，正投影的通道数和投影角度数以后续反投影重建图像不产生混叠伪影为原则进行选择，可以提高重建速度，并且不会有明显的图像质量下降。
之后，确定每条正投影射线对应的通道索引号，以及投影射线经过路径上第一物质(水)的等效长度，具体地：
假设在x-y坐标系(如图3所示)中，某一具体投影射线的方程可表示为Ax+By+C＝0,则CT机架的旋转中心(ISO)到该射线的距离D可表示为：
则该条投影射线对应的通道为：
其中ChnIndxmiddle为中心通道索引号，SID为CT机的焦点(Focal spot)到旋转中心(ISO)的距离，ChnWidth为探测器单元的平均宽度。由于CT机的滤过相对于中心通道几乎对称，因此可以任选ChnIndx1和ChnIndx2中的一个作为正投影射线对应的通道索引号ChnIndx。
正投影射线上经过第一物质(水)的等效长度可利用前述步骤中的第一物质(水)投影值ProjWater得到：
其中，LH2O表示第一物质(水)的等效长度，CTNumH2O表示第一物质(水)的CT值(此处假设空气的CT值为0)。即，每一投影射线对应的第一物质等效长度，为该投影射线对第一物质基图的投影值与该射线经过的第一物质CT值的比值。
执行步骤S4，根据所述每一投影射线对应的该第一物质等效长度，确定伪影校正系数。
此处，根据前述步骤得到的每一投影射线对应的该第一物质等效长度(即通道索引号ChnIndx及其对应的第一物质(水)的等效长度LH2O)，查找相应的骨硬化多项式校正系数αi,i＝0,…,N(此处，N表示多项式的阶数)。
校正系数可通过计算机断层扫描设备预先对模体进行扫描获得，并以表格形式(如图4所示形式)存储于计算机断层扫描设备重建单元中(例如，对于骨组织的校正系数可以通过以下方式获得：使用计算机断层设备进行模体扫描；设定骨组织由第一物质及第二物质组成，获取不同厚度的所述第一及第二物质组合在断层扫描系统的理论投影值；对该理论投影值进行第一物质硬化校正，获取第一物质硬化校正后投影值；计算不同厚度的所述第一物质及第二物质组合在该断层扫描系统的理想投影值；根据所述第二物质的厚度、第一及第二物质的理想投影值及第一物质硬化校正后投影值，获得骨硬化校正系数表)。校正系数表中存储了不同长度组合的各种基材料(如本实施例中的水及磷酸钙)的原始投影值和理想投影值的关系(此处，在对物体进行计算机断层扫描过程中，测量投影值表示探测器实际测到的被扫描物体投影值，理论投影值表示考虑X射线光子能量分布而计算得到的该被扫描物体的投影值，理想投影值表示光子能量均为E0时的X射线经过该物体时的投影值，其中E0为可配置参数，代表光子能量为单一的该特定值)。
执行步骤S5，使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正。
此处，使用选取的校正系数，并根据前述步骤中得到的参照图像原始投影值ProjOrig进行多项式运算，如下式所示：
其中，ProjCorrected表示多项式运算的输出，即将参照图像每一投影射线的原始投影值与相应的校正系数计算所获得的调整后投影数据。将ProjCorrected以用户设定的视野进行反投影重建，即可得到伪影图像(如图2-(d)所示)。进一步地，在待校正图像中，去除该伪影图像，即可得到校正后图像(如图2-(e)所示)。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括但不限于：软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。
例如，在上述实施例伪影方法的基础上，本发明还提供一种计算机断层成像伪影校正装置，包括：接收单元，用于接收扫描数据；重建单元，用于根据重建设定基于扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像；赋值单元，用于对该参照图像的像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图；投影单元，用于对该第一物质基图及该参照图像进行投影，以获取该投影操作每一投影射线对应的该第一物质等效长度；校正单元，用于根据所述每一投影射线对应的该第一物质等效长度确定伪影校正系数，并使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种计算机断层成像伪影校正方法，其特征在于，包括：
接收扫描数据，并基于该扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像；
对该参照图像的像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图；
对该第一物质基图及该参照图像进行投影，获取该投影操作每一投影射线对应的第一物质等效长度；
根据所述每一投影射线对应的第一物质等效长度，确定伪影校正系数；
使用该伪影校正系数对所述待校正图像进行伪影校正；
所述对该第一物质基图及该参照图像进行投影，获取该投影操作每一投影射线对应的第一物质等效长度的步骤，具体包括：
以后续反投影重建图像不产生混叠伪影为原则选择正投影的通道数和投影角度数；以及
对该第一物质基图及该参照图像以小于或等于重建图像时所用的通道数和投影角度数进行正投影操作，得到每一正投影射线沿投影方向的第一物质投影值和原始投影值。
2.根据权利要求1所述的伪影校正方法，其特征在于，基于第一视野重建待校正图像，基于第二视野重建所述参照图像，所述第二视野不小于第一视野。
3.根据权利要求1所述的伪影校正方法，其特征在于，根据该参照图像每一像素点所属的组织类型及CT值对该像素点赋予第一物质比例。
4.根据权利要求3所述的伪影校正方法，其特征在于，赋予所述像素点的第一物质比例随该像素点的CT值的增大而减少。
5.根据权利要求3所述的伪影校正方法，其特征在于，还包括：赋予该每一像素点第二物质比例。
6.根据权利要求5所述的伪影校正方法，其特征在于，当所述组织为骨组织时，第一物质为水，第二物质为磷酸钙。
7.根据权利要求1所述的伪影校正方法，其特征在于，以小于或等于所述参照图像重建时的通道数及投影角度数，对该参照图像及第一物质基图进行投影。
8.根据权利要求1所述的伪影校正方法，其特征在于，所述每一投影射线对应的第一物质等效长度，为该投影射线对第一物质基图的投影值与该射线经过的第一物质CT值的比值。
9.根据权利要求1所述的伪影校正方法，其特征在于，所述使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正包括：
根据所述参照图像的投影图像及所述校正系数获取伪影图像；
从所述待校正图像中去除伪影图像。
10.一种计算机断层成像伪影校正装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收扫描数据；
重建单元，用于根据重建设定基于扫描数据重建待校正图像及该待校正图像的参照图像；
赋值单元，用于对该参照图像的像素点赋予第一物质比例，并基于该第一物质比例获取该参照图像的第一物质基图；
投影单元，用于对该第一物质基图及该参照图像进行投影，以获取该投影操作每一投影射线对应的该第一物质等效长度；
校正单元，用于根据所述每一投影射线对应的该第一物质等效长度确定伪影校正系数，并使用该伪影校正系数对待校正图像进行伪影校正；
所述投影单元具体用于：
以后续反投影重建图像不产生混叠伪影为原则选择正投影的通道数和投影角度数，对该第一物质基图及该参照图像以小于或等于重建图像时所用的通道数和投影角度数进行正投影操作，得到每一正投影射线沿投影方向的第一物质投影值和原始投影值。
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