CN113100805A - 一种减小被扫描对象移动影响提高锥束ct成像质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，包括如下步骤：步骤1、选择和制作预定形状的校准靶；步骤2、将校准靶固定在被扫描对象被扫描对象预定部位，保持稳固连接，使得所述校准靶与被扫描对象身体保持同步移动；步骤3、对被扫描对象被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，将理论预期的固定靶位置与形状信息加入反演计算方法中，对被扫描对象被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像。
Description
技术领域
本发明涉及锥束CT技术，CT图像反演技术，尤其是一种减小病人移动影响提高锥束CT成像质量的方法。
背景技术
锥束CT(CBCT)在临床医学上有广泛的应用。其原理是采用锥形X线束和二维探测器代替传统的扇形X线束和一维探测器，参见图1，锥束CT原理示意图，锥束X射线源与平板探测器同步绕病人旋转扫描，获得一系列图像，经反演后可得CT扫描图像(图中以牙科CT为例)。
锥束CT可以同时扫描多层组织，提高了CT扫描的速度和X射线的利用率。可以获得比较高分辨的体积图像。因为以上优点，锥束CT被用于牙科，乳腺，四肢等。
在实际使用中，因为病人移动造成锥束CT成像质量和成像分辨率的下降是一个常见问题。目前采用的是通过一定的固定装置将患者的头部或身体固定或者让患者咬住特殊的固定装置减小口腔的移动等办法来减小移动带来的影响。但是即使采取了这些措施，依然不能完全消除患者身体移动的影响。特别是对于某些病人人群，包括老年人、帕金森病患者，身体会不受控制的发生震颤，导致CT检查时系统无法正常工作获取清晰的图像，影响后续的诊断。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明利用了定位修正技术来解决因为病人身体移动造成锥束CT系统成像质量和分辨率下降的问题，可以产生高分辨率的CT图像，提高诊断精度。该发明设计了一种特殊的锥束CT成像方法，将若干特殊材料制成的微型校准靶固定在病人身体需要成像的部分。通过选取合适的固定位置可以使校准靶与需要成像的身体部位相对位置不随身体移动而改变。在成像过程中校准靶可以在CT扫描产生的图像中生成一系列高对比度的矫正靶点。在反演CT图像的算法中，利用靶点之间的相对位置固定这一重要约束条件将扫描过程中产生的一些图像或数据精确对齐，抵消由于病人移动造成图像错位的影响，提高图像空间分辨率，最终获得高质量的CT图像。
本发明的技术方案为：一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，包括如下步骤：
步骤1、选择和制作预定形状的校准靶；
步骤2、将校准靶固定在被扫描对象被扫描对象预定部位，保持稳固连接，使得所述校准靶与被扫描对象身体保持同步移动；
步骤3、对被扫描对象被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，将理论预期的固定靶位置与形状信息加入反演计算方法中，对被扫描对象被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像。
进一步的，所述的步骤1，选择和制作预定形状的校准靶；具体如下：
校准靶用在X射线成像中能够产生清晰图像的材料制成，所述材料为金属，包括不锈钢、钨、铜；校准靶的形状为规则的几何形状，包括，球形、长方体、矩形薄片、圆形薄片。
进一步的，所述步骤2、将校准靶固定在被扫描对象身体预定部位，具体的为使用可去除粘合剂将校准靶临时固定于被扫描对象预定位置；
所述预定位置包括：
对于口腔CT，校准靶固定在牙冠上，或采用能够将校准靶安装于固定在牙冠上的夹具上；
对于脑部CT，校准靶紧贴被扫描对象头皮，保证与颅骨相对位置固定；
对于胸部CT，校准靶贴附于肋骨上方软组织位置的皮肤上，保证与肋骨相对位置固定。
进一步的，所述步骤3、对被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，通过反演计算方法，对被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像，具体包括：
对于锥束CT，反演图像采用的算法是FDK算法；对于二维的CT，反演图像采用的算法包括有滤波反投影(FBP)和迭代重建算法。
进一步的，所述迭代重建算法计算过程如下：
1)通过反投影算法获得第i次迭代的图像，根据对比度识别该图像中校准靶的部分，
2)将反演的校准靶图像与理论计算的理想校准靶图像比较，包括校准靶的形状和若干校准靶之间的相对位置，利用误差函数定量刻画反演图像与实际的偏离，调整参数使偏离变小；
3)利用调整过的参数进行第i+1次迭代，得到新的重建图像；
4)重复步骤(1)-(3)，直至误差收敛到希望的范围内，得到最终的重建图像。
有益效果：
本发明将特殊材料制成的微型校准靶固定在病人身体需要成像的部分，形成位置固定的参考点。在CT扫描产生的图像中生成一系列高对比度的矫正靶点。在反演CT图像的算法中，利用靶点形状已知和相对位置固定这些约束条件将扫描过程中产生的一些图像或数据精确对齐，抵消由于病人移动造成的图像错位或模糊，最终获得高质量的CT图像，提高成像的空间分辨率。
附图说明
图1为锥束CT原理示意图；
图2为在病人身体上固定多个微型校准靶示意图；(a)扫描角度1。除了病人口腔的图像外，3个固定在病人牙冠上的微型校准靶A、B、C在平板探测器上形成A’、B’、C’上校准靶图像；(b)扫描角度2，除了病人口腔的图像外，3个固定在病人牙冠上的微型校准靶A、B、C在平板探测器上形成A”、B”、C”上校准靶图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，提出一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，包括如下步骤：
步骤1、选择和制作预定形状的校准靶；
步骤2、将校准靶固定在被扫描对象被扫描对象预定部位，保持稳固连接，使得所述校准靶与被扫描对象身体保持同步移动；
步骤3、对被扫描对象被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，将理论预期的固定靶位置与形状信息加入反演计算方法中，对被扫描对象被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像。根据本发明的一个实施例，所述步骤2将校准靶固定在被扫描对象被扫描对象预定部位，保持稳固连接，使得所述校准靶与被扫描对象身体保持同步移动；
参见图2，这里以牙科锥束CT进行举例，通过在病人口腔中安装微型校准靶在CT扫描图像中获得一些高质量的校准靶图像，后期在反演过程中利用校准靶图像点数据在CT图像的反演过程中去除由病人移动带来的图像模糊等影响，提高CT空间分辨率和成像质量。
具体包括：
图2(a)是扫描角度1，除了病人口腔的图像外，3个固定在病人牙冠上的微型校准靶A、B、C在平板探测器上形成A’、B’、C’上校准靶图像。图2(b)是扫描角度2。除了病人口腔的图像外，3个固定在病人牙冠上的微型校准靶A、B、C在平板探测器上形成A”、B”、C”上校准靶图像。
微型校准靶A、B、C在病人身体移动导致口腔移动时会随着口腔一同移动。它们之间的相对位置以及与病人口腔的相对位置不随口腔移动而移动。因此在CT图像反演算法中利用微型校准靶A、B、C在不同扫描角度获得的图像中产生的校准靶点的位置计算出病人的移动，将图像对齐，抵消由于病人移动带来的影响，提高图像空间分辨率和成像质量。
根据本发明的另一个实施例，所述方法用于头部CT，可以将病人头部部分头发移除，在头皮处贴上若干微型校准靶。同样可以利用校准靶数据在CT图像的反演过程中去除由病人移动带来的图像模糊等影响，提高CT空间分辨率和成像质量。
根据本发明的实施例，所述步骤3、对被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，通过反演计算方法，对被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像。
在实际使用过程中，可以将若干校准靶固定于病人身体需要做CT成像的部分。以下以牙科CT为例(但不限于牙科CT的应用，其他类型CT同样可以采用)。
将若干微小校准靶固定于病人口腔内牙冠上。这些校准靶的相对位置是确定的，不会随着病人头部或者口腔上下颌的移动而改变。对病人口腔进行CT扫描，扫描获得的每一帧的图像中除了含有病人口腔内牙齿和颌骨的图像外还有校准靶的图像。将校准靶的几何形状已知和相对位置固定这些信息作为额外的约束条件加入到CT图像重建算法中。根据本发明的实施例，对于锥束CT，反演图像采用的算法是FDK(Feldkamp-Davis-Kress)算法。对于二维的CT，例如平行束或扇形束CT，本发明实施例反演图像采用的算法包括有滤波反投影(FBP)和迭代重建算法。这几种算法都建立在三维或二维中心切片定理上。这里以迭代重建算法为例说明一种可能的计算过程。
1)通过反投影算法获得第i次迭代的图像，识别该图像中校准靶的部分，由于校准靶与人体组织区别很大(X射线很难透过校准靶，因此会形成对比度很强的图像)，在图像上可以很轻易的将其选择出来。
2)将反演的校准靶图像与理论计算的理想校准靶图像比较(包括校准靶的形状和若干校准靶之间的相对位置)，利用误差函数定量刻画反演图像与实际的偏离，调整参数使偏离变小。
3)利用调整过的参数进行第i+1次迭代，得到新的重建图像。
4)重复步骤(1)-(3)，直至误差收敛到希望的范围内，得到最终的重建图像。
根据本发明的其他实施例，还可以采用FDK算法和FBP算法；对于FDK算法和FBP算法的应用与上述步骤类似，都是通过比较重建图像中校准靶与理论计算的理想校准靶图像的区别来确定被扫描对象移动造成的误差，然后调整反演参数来修正误差，得到更加精确和高分辨的图像。可以在反演重建三维CT图像的过程中消除CT扫描过程中病人身体移动带来的影响，获得空间分辨率更高的重建图像。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (5)
1.一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、选择和制作预定形状的校准靶；
步骤2、将校准靶固定在被扫描对象被扫描对象预定部位，保持稳固连接，使得所述校准靶与被扫描对象身体保持同步移动；
步骤3、对被扫描对象被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，将理论预期的固定靶位置与形状信息加入反演计算方法中，对被扫描对象被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像。
2.根据权利要求1所述的一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，其特征在于，所述的步骤1，选择和制作预定形状的校准靶；具体如下：
校准靶用在X射线成像中能够产生清晰图像的材料制成，所述材料为金属，包括不锈钢、钨、铜；校准靶的形状为规则的几何形状，包括，球形、长方体、矩形薄片、圆形薄片。
3.根据权利要求1所述的一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，其特征在于，所述步骤2、将校准靶固定在被扫描对象身体预定部位，具体的为使用可去除粘合剂将校准靶临时固定于被扫描对象预定位置；所述预定位置包括：
对于口腔CT，校准靶固定在牙冠上，或采用能够将校准靶安装于固定在牙冠上的夹具上；
对于脑部CT，校准靶紧贴被扫描对象头皮，保证与颅骨相对位置固定；
对于胸部CT，校准靶贴附于肋骨上方软组织位置的皮肤上，保证与肋骨相对位置固定。
4.根据权利要求1所述的一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，其特征在于，所述步骤3、对被扫描对象进行多角度成像，获得固定靶在多张图像中的位置，通过反演计算方法，对被扫描对象的移动量进行补偿，获得重建后的图像，具体包括：
对于锥束CT，反演图像采用的算法是FDK算法；对于二维的CT，反演图像采用的算法包括有滤波反投影(FBP)和迭代重建算法。
5.根据权利要求4所述的一种减小被扫描对象移动影响提高锥束CT成像质量的方法，其特征在于，所述迭代重建算法计算过程如下：
1)通过反投影算法获得第i次迭代的图像，根据对比度识别该图像中校准靶的部分，
2)将反演的校准靶图像与理论计算的理想校准靶图像比较，包括校准靶的形状和若干校准靶之间的相对位置，利用误差函数定量刻画反演图像与实际的偏离，调整参数使偏离变小；
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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