CN106551702A - Ct图像的射束硬化伪影校正装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CT图像的射束硬化伪影校正装置及方法，该装置包括骨组织图像获取模块、第一校正模块、正投影模块以及校正图像获取模块。骨组织图像获取模块用于从重建的原始图像中提取骨组织图像；第一校正模块用于调整该骨组织图像的当前的CT值；正投影模块用于对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取骨组织图像的正投影数据；校正图像获取模块用于根据骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

Description

CT图像的射束硬化伪影校正装置及方法

技术领域

本发明涉及X射线检测领域，尤其涉及一种CT图像的射束硬化伪影校正装置及方法。

背景技术

由于X射线是多色能谱射线，在计算机断层(Computed Tomography，CT)医学成像技术中，较高能量的X射线比较低能量的X射线具有较小的衰减，随着X射线投射厚度的增加，使得高能量的X射线变多，产生了射束硬化现象，因此在重建的图像中存在射束硬化伪影。

目前，可以通过一些校正方法来减少射束硬化伪影，但是对于骨组织引起的射束硬化伪影效果不理想。

例如，现有技术中，根据原始投影数据进行重建获取原始图像，在重建的原始图像中提取骨组织图像，对提取的骨组织图像进行投影，并基于该骨组织图像的投影数据来校正射束硬化伪影。

但是由于射束硬化，获取的原始投影数据本身是不准确的，从而在原始图像中提取的骨组织图像以及该骨组织图像的投影数据都不准确，因此难以得到更准确的校正数据。

图12a和图12b均为现有技术中对人体脑部图像进行射束硬化校正后获得的图像，如图12a和图12b所示，利用现有的校正方法校正图像之后，射束硬化伪影较少，但是脑部周围骨组织与软组织连接的地方依然比较模糊。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种CT图像的射束硬化伪影校正装置及方法，可以准确地校正CT图像中的射束硬化伪影，获得更清晰的CT图像。

本发明的示例性实施例提供了一种CT图像的射束硬化伪影校正装置，该装置包括骨组织图像获取模块、第一校正模块、正投影模块以及校正图像获取模块。骨组织图像获取模块用于从重建的原始图像中提取骨组织图像；第一校正模块用于调整该骨组织图像的当前的CT值；正投影模块用于对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取骨组织图像的正投影数据；校正图像获取模块用于根据骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

本发明的示例性实施例还提供了一种CT图像的射束硬化伪影校正方法，该方法包括：从重建的原始图像中提取骨组织图像；调整骨组织图像的当前的CT值；对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取骨组织图像的正投影数据；以及，根据骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。

附图说明

通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的CT图像的射束硬化伪影校正装置的框图。

图2为本发明一个示例性实施例中，由图1中的第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行调整的曲线图。

图3为本发明另一个示例性实施例中，由图1中的第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行调整的曲线图。

图4为本发明另一实施例提供的CT图像的射束硬化伪影校正装置的框图。

图5、图6、图7、图8和图9分别为本发明的示例性实施例中通过图4中的第二校正模块130对骨组织图像的当前的CT值进行调整的曲线图。

图10是本发明一个实施例提供的CT图像的射束硬化伪影校正方法的流程图。

图11-图14分别为采用本发明的技术方案以及采用现有技术获取的人体脑部的CT图像的对比图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

图1为本发明一个实施例提供的CT图像的射束硬化伪影校正装置的框图。如图1所示，该装置包括骨组织图像获取模块110、第一校正模块120、正投影模块140以及校正图像获取模块160。

骨组织图像获取模块110用于从重建的原始图像中提取骨组织图像。上述“重建的原始图像”可为，例如基于从探测器采集的原始数据进行图像重建所获得的图像。

第一校正模块120用于调整上述骨组织图像的当前的CT值。

正投影模块140用于对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取骨组织图像的正投影数据。

校正图像获取模块160用于根据上述骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。例如，根据该正投影数据并结合原始数据进行图像重建以获取扫描对象的校正图像。

上述实施例中，通过提取骨组织图像并对其当前的CT值进行调整，能够补偿由于骨组织射束硬化造成的CT值减小的误差，或者补偿由于图像重建过程中对射束硬化过校正造成的CT值增大的误差，获取更准确的骨组织图像的正投影数据，使得根据该正投影数据重建的校正图像更准确。

进一步，为了补偿由于骨组织射束硬化造成的CT值减小的误差，上述第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行调整时，可对骨组织图像的当前的CT值进行增大，并且，该骨组织图像的调整后的CT值与对应的当前的CT值之差的绝对值随该当前的CT值的增大而增大。

图2为本发明一个示例性实施例中，由图1中的第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行调整的曲线图；图3为本发明另一个示例性实施例中，由图1中的第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行调整的曲线图；在图2、图3所示的曲线图中，x轴表示骨组织图像的当前的CT值，y轴表示骨组织图像经第一校正模块120进行增大后的CT值，由图2、图3可知，骨组织图像的当前的CT值越大，第一校正模块120对其增大的幅度也越大。

例如，由图2所示，在骨组织图像的多个互相不重合的当前的CT值的范围内，第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行线性增长。即，在第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行增大时，可将骨组织图像的当前的CT值分为多个数值范围，且该多个数值范围不重合，例如图2中的范围(α₁～α₂)(α₂～α₃)…(α_n-1～α_n)，在每个数值范围内，CT值都呈线性增长。

因此，本实施例中，可通过以下公式(1)来对骨组织图像的当前的CT值进行调整：

上式(1)中，x、α₁、α₂…α_n表示骨组织图像的当前的CT值，y、β₁、β₂…β_n表示骨组织图像经第一校正模块120进行调整后的CT值，n大于1。

又如，由图3所示，第一校正模块120也可根据以下公式(2)调整骨组织图像的当前的CT值：

上式(2)中，x为骨组织图像的当前的CT值，y为骨组织图像经第一校正模块120进行调整后的CT值，α_k为调整系数，n多项式的项数，n大于或等于1。

并且，为了补偿由于图像重建过程中对射束硬化过校正造成的CT值增大的误差，上述第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行调整时，还可减小骨组织图像的当前的CT值，并且，该骨组织图像的调整后的CT值与对应的当前的CT值之差的绝对值随该当前的CT值的增大而增大，骨组织图像的当前的CT值越大，第一校正模块120对其减小的幅度也越大。

例如，在骨组织图像的多个互相不重合的当前的CT值的范围内，第一校正模块120对骨组织图像的当前的CT值进行线性减小，例如根据公式(1)来减小骨组织图像的当前的CT值。

又如，第一校正模块120也可根据公式(2)减小骨组织图像的当前的CT值。图4为本发明另一实施例提供的CT图像的射束硬化伪影校正装置的框图。由于在CT扫描装置中，X射线发出后要经过滤线器过滤之后再发射到扫描对象，不同的扫描装置上采用的滤线器的形状不同，并且同一滤线器不同位置的厚度也有可能不同，使得X射线在穿过滤线器时，穿过较厚部分的射线产生较多的射束硬化，而穿过较薄部分的射线产生的射束硬化较少。如图4所示，本实施例中，为了进一步补偿由于滤线器引起的射束硬化造成的CT值减小的误差，上述CT图像的射束硬化伪影校正装置还包括第二校正模块130，用于根据骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度来调整该当前的CT值。

其中，第二校正模块130对穿透滤线器的最薄部分的射线之外的射线所对应的当前的CT值的进行增大，并且，随着骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透滤线器的厚度增大，第二校正模块130对该当前的CT值增大的幅度变大。

图5、图6、图7、图8和图9分别为本发明的示例性实施例中通过图4中的第二校正模块130对骨组织图像的当前的CT值进行调整的曲线图。如图5-图10所示，本发明的实施例中，以蝴蝶结形滤线器(bowtie)为例进行说明，蝴蝶结形滤线器(bowtie)中间部分最薄，从中间部分向两侧逐渐变厚。

上述曲线中，横轴表示射线距离ISO中心的距离，其中射线束中心的射线经过该ISO中心，并且穿过蝴蝶结形滤线器的中心(即蝴蝶结形滤线器的最薄部分)，对应于于曲线横轴的“0”处，因此在图5-图8中，与射线束中心的射线所对应的CT值不变，即第二校正模块130对该射线束中心的射线所对应的CT值不进行增大。从射线束中心向其两侧的射线距ISO中心越来越远，对应地，穿过蝴蝶结形滤线器的厚度也越大，因此，对应的CT值的增大幅度也越大。因此，第二校正模块130可按照例如图5-图8所示的曲线对骨组织图像的当前的CT值进行调整。

可选地，如图9所示，第二校正模块130还可对穿透滤线器的最薄部分的射线所对应的当前的CT值进行增大，即按照例如图9所示的曲线对骨组织图像的当前的CT值进行调整。

上述“骨组织图像的当前的CT值”是指第一校正模块120或第二校正模块130进行调整前骨组织图像的CT值，本实施例中，提取骨组织图像之后，可先由第一校正模块120对其CT值进行调整，第一校正模块120调整完成后，得到调整后的CT值，该调整后的CT值作为“当前的CT值”，可再由第二校正模块130对其进行进一步调整。或者，可先由第二校正模块130进行调整，再由第一校正模块120进行调整。

如图3所示，可选地，为了进一步减小骨组织射束硬化伪影，本发明的CT图像的射束硬化伪影校正装置还包括第三校正模块150，第三校正模块150用于对骨组织图像的正投影数据进行二次多项式拟合或者四次多项式拟合，以得到更准确的正投影数据，此时，校正图像获取模块160用于根据骨组织图像的拟合后的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

例如，通过对骨组织图像的正投影数据进行多项式拟合，可获得射束硬化引起的误差数据，校正图像获取模块160可从正投影数据中去除该误差数据来获得更准确的正投影数据，并结合原始数据进行图像重建。对数据进行多项式拟合的方法是公知常识，不再赘述。

作为可选的实施例，第二校正模块130也可在获取骨组织图像的正投影数据之后，根据正投影数据中的骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度，来对正投影数据中的骨组织图像的当前的CT值进行增大，此时，校正图像获取模块160是根据调整其中CT值之后的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。具体地，上述“正投影数据中的骨组织图像的当前的CT值”是指沿每条射线方向的像素点的CT值之和，第二校正模块130通过对该CT值之和进行增大，以实现对骨组织图像的当前的CT值进行增大。

图10是本发明一个实施例提供的CT图像的射束硬化伪影校正方法的流程图。如图10所示，该方法包括以下步骤：

步骤S100：从重建的原始图像中提取骨组织图像；

步骤S103：调整该骨组织图像的当前的CT值；

步骤S106：对调整了了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取骨组织图像的正投影数据；以及，

步骤S109：根据骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

可选地，在步骤S103中，该骨组织图像的调整后的CT值与对应的当前的CT值之差的绝对值随该当前的CT值的增大而增大。例如，步骤S103中，可对骨组织图像的当前的CT值进行减小处理，也可按照图2或图3所示的曲线对骨组织图像的当前的CT值进行增大处理。

进一步，在步骤S103中，可按照公式(1)对骨组织图像的当前的CT值进行调整，以图2为例，可在骨组织图像的多个互相不重合的当前的CT值的范围内，使骨组织图像的当前的CT值呈线性增长；也可在骨组织图像的多个互相不重合的当前的CT值的范围内，使骨组织图像的当前的CT值呈线性减小。

在步骤S103中，也可根据上述公式(2)调整骨组织图像的当前的CT值。

可选地，在步骤S103之前、步骤S106之前(例如步骤S103与S106之间)、或者步骤S106与步骤S109之间还可包括以下步骤：

根据骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度来调整该当前的CT值，其中包括：对穿透滤线器的最薄部分的射线之外的射线所对应当前的CT值的进行增大，并且，随着骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透滤线器的厚度增大，对该当前的CT值增大的幅度变大；例如，当滤线器的形状为蝴蝶结形时，可按照图5-图8所示的任一种曲线来对骨组织图像的当前的CT值进行调整，使得由于射线穿过滤线器引起的射束硬化所带来的CT值的误差得以减小或消除。

具体地，上述“根据骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度来调整该当前的CT值”还可包括：对穿透滤线器的最薄部分的射线所对应的当前的CT值的进行增大；例如，可按照图9所示的曲线来对骨组织图像的当前的CT值进行校正。

可选地，在步骤S109之前还可包括以下步骤：

对骨组织图像的正投影数据进行多项式拟合。此时，在步骤S106中，可根据骨组织图像的拟合后的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

本发明的实施例中，通过提取骨组织图像并对其当前的CT值进行调整，使得骨组织射束硬化造成的CT值减小或者在图像重建过程中由于对射束硬化过校正造成的CT值增大的误差能够减小或消除，能够获取更准确的骨组织图像的正投影数据，使得根据该正投影数据重建的校正图像更准确。

图11-图14分别为采用本发明的技术方案以及采用现有技术获取的人体脑部的CT图像的对比图。在图11-图14中，左侧的图像为采用现有技术获得的CT图像，右侧的图像为采用本发明的技术方案获得的CT图像。通过图11的对比可知，现有技术中获取的图像中，脑部周围骨组织和软组织连接的部分比较模糊，而采用本发明的技术方案获得的CT图像中，脑部周围骨组织和软组织连接的部分变得清晰。通过图12的对比可知，采用本发明的技术方案所获得图像的均匀性更好。通过图13的对比可知，采用本发明的技术方案获得的图像中，眼部图像均匀性更好。通过图14的对比可知，采用本发明的技术方案获得的图像中，低对比分辨率较高。通过图15的对比可知，采用本发明的技术方案获得的图像中，去除了蝶骨(sphenoid)部分的射束硬化伪影。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种CT图像的射束硬化伪影校正装置，包括：

骨组织图像获取模块，用于从重建的原始图像中提取骨组织图像；

第一校正模块，用于调整所述骨组织图像的当前的CT值；

正投影模块，用于对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取所述骨组织图像的正投影数据；

校正图像获取模块，用于根据所述骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

2.根据权利要求1所述的CT图像的射束硬化伪影校正装置，其特征在于，第一校正模块对所述骨组织图像的当前的CT值进行调整时，所述骨组织图像的调整后的CT值与对应的当前的CT值之差的绝对值随所述当前的CT值的增大而增大。

3.根据权利要求2所述的CT图像的射束硬化伪影校正装置，其特征在于，在所述骨组织图像的多个互相不重合的当前的CT值的范围内，所述第一校正模块对所述骨组织图像的当前的CT值进行线性增长或线性减小。

4.根据权利要求2所述的CT图像的射束硬化伪影校正装置，其特征在于，所述第一校正模块根据以下公式调整所述骨组织图像的当前的CT值：

$y=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_k{x}^k,$

其中，x为所述骨组织图像的当前的CT值，y为所述骨组织图像的调整后的CT值，α_k为调整系数，n多项式的项数，n大于或等于1。

5.根据权利要求1所述的CT图像的射束硬化伪影校正装置，其特征在于，所述CT图像的射束硬化伪影校正装置还包括：

第二校正模块，用于根据所述骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度来调整该当前的CT值，其中：

所述第二校正模块对穿透所述滤线器的最薄部分的射线之外的射线所对应的当前的CT值的进行增大，并且，随着所述骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透滤线器的厚度增大，所述第二校正模块对该当前的CT值增大的幅度变大。

6.根据权利要求5所述的CT图像的射束硬化伪影校正装置，其特征在于，所述第二校正模块还对穿透所述滤线器的最薄部分的射线所对应的当前的CT值进行增大。

7.根据权利要求1所述的CT图像的射束硬化伪影校正装置，其特征在于，所述CT图像的射束硬化伪影校正装置还包括第三校正模块，所述第三校正模块用于对所述骨组织图像的正投影数据进行多项式拟合，所述校正图像获取模块用于根据所述骨组织图像的拟合后的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

8.一种CT图像的射束硬化伪影校正方法，包括：

从重建的原始图像中提取骨组织图像；

调整所述骨组织图像的当前的CT值；

对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取所述骨组织图像的正投影数据；

根据所述骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。

9.根据权利要求8所述的CT图像的射束硬化伪影校正方法，其特征在于，在所述“调整所述骨组织图像的当前的CT值”的步骤中，所述骨组织图像的调整后的CT值与对应的当前的CT值之差的绝对值随所述当前的CT值的增大而增大。

10.根据权利要求9所述的CT图像的射束硬化伪影校正方法，其特征在于，在所述“调整所述骨组织图像的当前的CT值”的步骤中，在所述骨组织图像的多个互相不重合的当前的CT值的范围内，使所述骨组织图像的当前的CT值呈线性增长或线性减小。

11.根据权利要求9所述的CT图像的射束硬化伪影校正方法，其特征在于，在所述“调整所述骨组织图像的当前的CT值”的步骤中，根据以下公式调整所述骨组织图像的当前的CT值：

$y=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_k{x}^k,$

其中，x为所述骨组织图像的当前的CT值，y为所述骨组织图像的调整后的CT值，α_k为调整系数，n多项式的项数，n大于或等于1。

12.根据权利要求8所述的CT图像的射束硬化伪影校正方法，其特征在于，在所述“调整所述骨组织图像的当前的CT值”之前、在所述“对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取所述骨组织图像的正投影数据”之前、或者在所述“对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取所述骨组织图像的正投影数据”与所述“根据所述骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像”之间还包括：

根据所述骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度来调整该当前的CT值，其中包括：对穿透所述滤线器的最薄部分的射线之外的射线所对应当前的CT值的进行增大，并且，随着所述骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透滤线器的厚度增大，对该当前的CT值增大的幅度变大。

13.根据权利要求12所述的CT图像的射束硬化伪影校正方法，其特征在于，所述“根据所述骨组织图像的当前的CT值所对应的射线穿透的滤线器的厚度来调整该当前的CT值”还包括：对穿透所述滤线器的最薄部分的射线所对应的当前的CT值的进行增大。

14.根据权利要求8所述的CT图像的射束硬化伪影校正方法，其特征在于，在所述“根据所述骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像”之前还包括：

对所述骨组织图像的正投影数据进行多项式拟合；

所述“根据所述骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像”的步骤是根据所述骨组织图像的拟合后的正投影数据进行图像重建并获取校正图像的。