CN114820844A - Ct图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质，该减弱伪影的方法包括以下步骤：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；对术中CT三维图像VI中的任意横断面均进行减弱金属伪影处理。从而能够减弱CT图像中的金属伪影。

Description

CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质

技术领域

本发明涉及断层成像技术领域，尤其涉及一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质。

背景技术

断层成像(Computed Tomography，CT)设备的成像过程如下：X射线球管绕着人体做圆周运动，运动到不同角度时进行曝光，X光球管发出X射线，X射线经过人体组织吸收后衰减，剩余的X射线到达探测器，探测器将接收的光强信号转化为电信号记录下来。探测器上所有单元接收到的信号组成投影数据(投影图像)。投影数据通过图像重建算法生成最终的CT图像。业界最常用的重建算法为滤波反投影算法(Filtered Back Projection，FBP)。FBP算法是在傅立叶变换理论基础之上的一种空域处理技术。它的特点是在反投影前将每一个采集投影角度下的投影进行卷积处理滤波处理，补偿高频分量，从而改善直接反投影之后重建图像模糊的问题，重建的图像质量较好。

当CT成像视野范围内存在高密度的金属物体时，重建图像内会出现条纹状和带状的黑白相间的金属伪影。金属伪影的成因主要是：X射束硬化、散射效应、光子完全衰减和金属的部分容积效应。其中射束硬化是金属伪影的最主要成因。X光球管产生的X射线具有一定频谱宽度，即包含不同能量高低的X射线。当多能的X射线穿过物体后，低能量射线易被吸收，高能量射线较易穿过，接收到的射线的平均能量会变高，射线逐渐变硬，称之为射束硬化效应。当X射线遇到密度非常高的物质(金属)时，射束硬化的现象会加剧，采集到的投影数据在金属区域和非金属区域剧烈变化，经过滤波反投影重建之后，出现金属伪影。

金属伪影的存在严重干扰了日常诊断，尤其是当医生需要观察金属植入物或者介入物周围的组织形态时。

因此，如何减弱CT图像中的金属伪影，就成为一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种CT图像的减弱金属伪影的方法，包括以下步骤：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP＞ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP′设置所述三维坐标系XYZ；如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(，，z)包含有金属伪影的伪影图像I_A，则进行下述处理得到V_out(z)，否则，V_out(z)＝VI(，，z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(，，z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP′中的横断面VP′(，，z)中截取先验图像I_P，从三维金属图像VM中的横断面VM(，，z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP′(，，z)和VM(，，z)分别为术前CT三维图像VP’中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M；使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化处理、得到归一化的投影S_N；对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S_I；使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)；基于V_out(1)、V_out(2)、...、V_out(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。

作为本发明实施例的一种改进，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：

其中，th为常数，th＞0，x′、y′和z′均为自然数，1≤z′≤ZI，1≤x′≤H，1≤y′≤W，VM(x′，y′，z′)为三维金属图像VM中的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的像素值，VI(x′，y′，z′)为三维图像VI的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的CT值。

作为本发明实施例的一种改进，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM，之后对三维图像进行膨胀处理。

作为本发明实施例的一种改进，所述“将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′”具体包括：将术中CT三维图像VI中的金属区域的像素值设置为水的CT值，得到术中CT三维图像VIO，

VIO(x′，y′，z′)和VM(x′，y′，z′)分别为术中CT三维图像VIO和三维金属图像VM中的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的像素值，x′、y′和z′均为自然数，1≤z′≤ZI，1≤x′≤H，1≤y′≤W；将术前CT三维图像VP配准到CT三维图像VIO，得到配准后的术前CT三维图像VP′。

作为本发明实施例的一种改进，所述“得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M”具体包括：基于正投影算子得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，基于正投影算子得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，基于正投影算子得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M，S_A(s，θ)＝P(I_A(x′，y′))，S_P(s，θ)＝P(I_P(x′，y′))，S_M(s，θ)＝P(M(x′，y′))；其中，I_A(x′，y′)、I_P(x′，y′)和M(x′，y′)分别为伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M中的高为x′且宽为y′的像素的像素值；P()为正投影算子，θ是任意的旋转角度，s是探测器坐标系上的任意位置的坐标，S_A(s，θ)、S_P(s，θ)和S_M(s，θ)分别为投影S_A、先验投影S_P和金属投影S_M中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

作为本发明实施例的一种改进，所述“使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化，得到归一化的投影S_N”具体包括：使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化，得到归一化的投影S_N，S_N(s，θ)＝S_A(s，θ)/S_P(s，θ)，S_N(s，θ)为投影S_N中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

作为本发明实施例的一种改进，所述“对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理，得到投影S_I”具体包括：

其中，Interp()为一次线性插值函数，S_I(s，θ)为投影S_I中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

作为本发明实施例的一种改进，所述“使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)”具体包括：S_C(s，θ)＝S_I(s，θ)*S_P(s，θ)，I_C(x′，y′)＝P^*(S_C(s，θ))，S_C(s，θ)为投影S_C中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值，I_C(x′，y′)为图像I_C中高为x′且宽为y′的像素的像素值，得到V_out(z)＝I_C，其中，P^*()为滤波反投影算子。

本发明实施例还提供了一种CT图像的减弱金属伪影的装置，包括以下模块：

数据获取模块，用于获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP＞ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；

第一处理模块，用于对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP′设置所述三维坐标系XYZ；

第二处理模块，用于如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(，，z)包含有金属伪影的伪影图像I_A，则进行下述处理得到V_out(z)，否则，V_out(z)＝VI(，，z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(，，z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP′中的横断面VP′(，，z)中截取先验图像I_P，从三维金属图像VM中的横断面VM(，，z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP′(，，z)和VM(，，z)分别为术前CT三维图像VP’中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M；使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化处理、得到归一化的投影S_N；对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S_I；使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)；

汇总模块，用于基于V_out(1)、V_out(2)、...、V_out(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。

本发明实施例还提供了一种终端，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述的减弱金属伪影的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的减弱金属伪影的方法的步骤。

本发明实施例所提供的CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质具有以下优点：本发明实施例公开了一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质，该减弱伪影的方法包括以下步骤：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；对术中CT三维图像VI中的任意横断面均进行减弱金属伪影处理；从而能够减弱CT图像中的金属伪影。

附图说明

图1为本发明实施例提供的减弱金属伪影的方法的流程示意图；

图2、图3A、图3B、图3C、图4A、图4B、图4C、图5A、图5B和图5C是本发明实施例中的结果图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在CT成像中物体对X线的吸收起主要作用，在一均匀物体中，X线的衰减服从指数规律。

在X线穿透人体器官或组织时，由于人体器官或组织是由多种物质成分和不同的密度构成的，所以各点对X线的吸收系数是不同的。将沿着X线束通过的物体分割成许多小单元体(体素)，令每个体素的厚度相等(l)。设l足够小，使得每个体素均匀，每个体素的吸收系数为常值，如果X线的入射强度I0、透射强度I和体素的厚度l均为已知，沿着X线通过路径上的吸收系数之和μ1+μ2+......+μn就可计算出来(X线通过的路径即为上下方向，进而得到从下至上方向和从上至下方向)。为了建立CT图像，必须先求出每个体素的吸收系数μ1、μ2、μ3......μn.为求出n个吸收系数，需要建立如上式那样n个或n个以上的独立方程。因此，CT成像装置要从不同方向上进行多次扫描，来获取足够的数据建立求解吸收系数的方程。吸收系数是一个物理量，CT影像中每个像素所对应的物质对X线线性平均衰减量大小的表示。实际应用中，均以水的衰减系数为基准，故CT值定义为将人体被测组织的吸收系数μi与水的吸收系数μw的相对值，用公式表示为：

再将横断面上各像素的CT值转换为灰度(在实际中，在横断面上，像素通常排列成多行和多列，于是，就可以将行方向和列方向中的一个定义为高度方向、另一个定义为宽度方向)，就得到横断面上的灰度分布，就是CT影像。

本发明实施例一提供了一种CT图像的减弱金属伪影的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP>ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；

这里，在实际中，在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高度一般是相同，每个横断面的宽度一般也是相同的，且术前CT的视野范围一般比术中CT大，有ZP>ZI。

步骤102：对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP′设置所述三维坐标系XYZ；

步骤103：如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(，，z)包含有金属伪影的伪影图像I_A，则进行下述处理得到V_out(z)，否则，V_out(z)＝VI(，，z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(，，z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；术中CT三维图像VI中并不是所有的二维的CT图像(即横断面)中都含有金属伪影，减弱金属伪影的处理只需要在存在金属伪影的层上处理，之后将减伪影后的图像替代原图得到减伪影后的CT图像V_out。

所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP′中的横断面VP′(，，z)中截取先验图像I_P，从三维金属图像VM中的横断面VM(，，z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP′(，，z)和VM(，，z)分别为术前CT三维图像VP’中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；这里，可以理解的是，在该三维坐标系XYZ中，伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M所处的横截面的层数是相同的，均为z；假设伪影图像I_A中的任意一点的坐标为(x，y，z)，则在先验图像I_P和金属掩膜图像M中也存在一个点的坐标为(x，y，z)；同样，假设先验图像I_P中的任意一点的坐标为(x，y，z)，则在伪影图像I_A和金属掩膜图像M中也存在一个点的坐标为(x，y，z)；同样，假设金属掩膜图像M中的任意一点的坐标为(x，y，z)，则在先验图像I_P和伪影图像I_A中也存在一个点的坐标为(x，y，z)。

得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M；使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化处理、得到归一化的投影S_N；对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S_I；使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)；

步骤103：基于V_out(1)、V_out(2)、...、V_out(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。

这里，可以理解的是，将层数，横断面的高和横断面的宽分别作为三个维度，则可以将(x′，y′，z′)和(x，y，z)均看成是一个三维坐标。

本实施例中，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：

其中，th为常数，th＞0，x′、y′和z′均为自然数，1≤z′≤ZI，1≤x′≤H，1≤y′≤W，VM(x′，y′，z′)为三维金属图像VM中的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的像素值，VI(x′，y′，z′)为三维图像VI的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的CT值。

在CT三维图像中，每个像素的CT值的单位为HU(Hounsfield Unit，亨氏单位)，该CT值与该像素上的平均衰减系数相关，因此，可以通过设置阈值th，从术中CT三维图像VI中分割出二值化的三维金属图像VM，金属所在区域的像素值为1，其它区域的像素值为0。

可以理解的是，将层数，横断面的高和横断面的宽分别作为三个维度，则可以将(x′，y′，z′)看成是一个三维坐标。当将三维金属图像VM中每个三维坐标的像素值均计算完毕之后，就可以得到三维金属图像VM。

本实施例中，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM，之后对三维图像进行膨胀处理。

这里，可以理解的是，由于容积导体效应，分割出的金属可能比实际情况下小，可以对三维金属图像VM进行膨胀处理，即三维金属图像VM的像素值为1的区域的相邻的像素点的像素值置为1等，使得像素值为1的区域扩张。

本实施例中，所述“将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′”具体包括：将术中CT三维图像VI中的金属区域的像素值设置为水的CT值，得到术中CT三维图像VIO，

VIO(x′，y′，z′)和VM(x′，y′，z′)分别为术中CT三维图像VIO和三维金属图像VM中的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的像素值，x′、y′和z′均为自然数，1≤z′≤ZI，1≤x′≤H，1≤y′≤W；这里，当将CT三维图像VIO中每个三维坐标的像素值均计算完毕之后，就可以得到CT三维图像VIO。

将术前CT三维图像VP配准到CT三维图像VIO，得到配准后的术前CT三维图像VP′。

这里，现将术中CT三维图像VI中的金属区域的像素值设置为水的CT值，得到术中CT三维图像VIO，可以理解的是，这能够有效的避免CT值很高的金属对于后续配准产生干扰。可以理解的是，VP′包含有ZI层横断面，每个横断面的高为H且宽为W。

这里，步骤“将术前CT三维图像VP配准到CT三维图像VIO，得到配准后的术前CT三维图像VP′”中的配准算法可以为刚性配准算法或非刚性配准算法。

本实施例中，所述“得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M″具体包括：

基于正投影算子得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，基于正投影算子得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，基于正投影算子得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M，S_A(s，θ)＝P(I_A(x′，y′))，S_P(s，θ)＝P(I_P(x′，y′))，S_M(s，θ)＝P(M(x′，y′))；

其中，I_A(x′，y′)、I_P(x′，y′)和M(x′，y′)分别为伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M中的高为x′且宽为y′的像素的像素值；P()为正投影算子，θ是任意的旋转角度，s是探测器坐标系上的任意位置的坐标，S_A(s，θ)、S_P(s，θ)和S_M(s，θ)分别为投影S_A、先验投影S_P和金属投影S_M中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

这里，可以理解的是，金属投影S_M中像素值大于0的区域代表被金属污染的光路，像素值等于0的区域代表未被金属污染的光路，在平行光束下，正投影算子的具体表达形式如下：

其中θ是旋转的角度，s是探测器坐标系上的位置坐标，δ()为狄拉克函数，在除了零以外的点函数值都等于零，而其在整个定义域上的积分等于1，正投影算子P()的作用为将密度图I(x，y)沿着光路(s，θ)做积分转换得到投影数据S(s，θ)。图2展示了描述平行光束时正投影过程的坐标系。

本实施例中，所述“使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化，得到归一化的投影S_N″具体包括：使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化，得到归一化的投影S_N，S_N(s，θ)＝S_A(s，θ)/S_P(s，θ)，S_N(s，θ)为投影S_N中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

由于手术前和手术中被成像物体的差别只有金属的插入，经过配准之后，成像的物体已经被对齐，因此，S_N内未被金属污染的投影数据的像素值都在1附近小幅波动，代表了含伪影图像与术前图像在金属区域之外组织的细微差别，而在投影光路上存在金属的投影数据的值都远大于1，这是由于金属的密度远大于正常人体组织的密度导致的。

本实施例中，所述“对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理，得到投影S_I”具体包括：

其中，Interp()为一次线性插值函数，S_I(s，θ)为投影S_I中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

这里，在每个投影角度上，对投影数据进行一次线性插值，具体为使用金属区域投影数据外侧的两个临近点的线性拟合来计算插值，得到插值后的归一化投影S_I。

本实施例中，所述“使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)”具体包括：S_C(s，θ)＝S_I(s，θ)*S_P(s，θ)，I_C(x′，y′)＝P^*(S_C(s，θ))，S_C(s，θ)为投影S_C中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值，I_C(x′，y′)为图像I_C中高为x′且宽为y′的像素的像素值，得到V_out(z)＝I_C，其中，P^*()为滤波反投影算子。这里，将将插值后的归一化投影数据与先验投影数据相乘，得到恢复的减弱伪影后的投影数据S_C，然后通过图像重建，从减弱伪影后的投影数据得到减弱伪影后的图像I_C。

为了验证算法的效果，发明人在一例真实数据上测试了减伪影的效果。含有金属伪影的图像如图5A图所示，该图是在肝脏中穿刺的病灶的术中CT图，可以看见在穿刺针周围有黑白相间的放射状伪影，沿着针的方向还有很明显的黑色伪影，由于伪影极强，在穿刺针周围很难观测到病灶的存在。图5B展示了配准后的术前CT，从图中可以看出，在伪影区域应存在一个低密度病灶。图3A、图3B和图3C展示图5A、图5B和图5C中CT图的投影数据，投影数据的横轴为探测器轴，纵轴为角度。图3A展示了含有金属伪影的投影数据，图中受金属污染的区域呈现高亮的特征，其区域为带状；而图3B展示的先验投影数据中则不存在此类现象；图3C展示了减伪影后的投影数据，在此图中，高亮区域被校正。发明人沿着图3A、图3B和图3C中的水平线观测探测器不同接收单元上的投影数据的强度，曲线图在图4A、图4B和图4C中展示。图4A展示了含有金属伪影的投影数据，箭头所指的地方代表了由金属引起的异常值，图4B展示了先验投影数据的曲线图，该图中不存在异常值，在减伪影后，投影数据(图4C)内的异常值被校正，而其他区域不变。将图3C中的减伪影后的投影数据重建后可以得到图5C中的减伪影图像，从图中可见，大部分的黑色白色伪影都被抑制，同时图像上恢复了低密度的病灶。这说明了发明人的算法有很好的减伪影效果，同时能够恢复金属周边的软组织细节。

本发明实施例二提供了一种CT图像的减弱金属伪影的装置，包括以下模块：

数据获取模块，用于获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP＞ZI，所述预设方向为从下至上方向和从下至上方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；

第一处理模块，用于对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP′设置所述三维坐标系XYZ；

第二处理模块，用于如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(，，z)包含有金属伪影的伪影图像I_A，则进行下述处理得到V_out(z)，否则，V_out(z)＝VI(，，z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(，，z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP′中的横断面VP′(，，z)中截取先验图像I_P，从三维金属图像VM中的横断面VM(，，z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP′(，，z)和VM(，，z)分别为术前CT三维图像VP’中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M；使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化处理、得到归一化的投影S_N；对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S_I；使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)；

汇总模块，用于基于V_out(1)、V_out(2)、...、V_out(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。

本发明实施例三提供了一种终端，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如实施例一中的减弱金属伪影的方法的步骤。

本发明实施例四提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一中的减弱金属伪影的方法的步骤。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种CT图像的减弱金属伪影的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP>ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；

对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP′设置所述三维坐标系XYZ；

如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(,,z)包含有金属伪影的伪影图像I_A，则进行下述处理得到V_out(z)，否则，V_out(z)＝VI(,,z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(,,z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP′中的横断面VP′(,,z)中截取先验图像I_P，从三维金属图像VM中的横断面VM(,,z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP′(,,z)和VM(,,z)分别为术前CT三维图像VP’中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M；使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化处理、得到归一化的投影S_N；对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S_I；使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)；

基于V_out(1)、V_out(2)、...、V_out(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。

2.根据权利要求1所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：

其中，th为常数，th>0，x′、y′和z′均为自然数，1≤z′≤ZI，1≤x′≤H，1≤y′≤W，VM(x′,y′,z′)为三维金属图像VM中的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的像素值，VI(x′,y′,z′)为三维图像VI的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的CT值。

3.根据权利要求1所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：

对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM，之后对三维图像进行膨胀处理。

4.根据权利要求1所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP′”具体包括：

将术中CT三维图像VI中的金属区域的像素值设置为水的CT值，得到术中CT三维图像VIO，

VIO(x′,y′,z′)和VM(x′,y′,z′)分别为术中CT三维图像VIO和三维金属图像VM中的第z′层横断面、且横断面的高为x′且宽为y′的像素的像素值，x′、y′和z′均为自然数，1≤z′≤ZI，1≤x′≤H，1≤y′≤W；

将术前CT三维图像VP配准到CT三维图像VIO，得到配准后的术前CT三维图像VP′。

5.根据权利要求4所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M”具体包括：

基于正投影算子得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，基于正投影算子得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，基于正投影算子得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M，S_A(s,θ)＝P(I_A(x′,y′)),S_P(s,θ)＝P(I_P(x′,y′)),S_M(s,θ)＝P(M(x′,y′))；

其中，I_A(x′,y′)、I_P(x′,y′)和M(x′,y′)分别为伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M中的高为x′且宽为y′的像素的像素值；P()为正投影算子，θ是任意的旋转角度，s是探测器坐标系上的任意位置的坐标，S_A(s,θ)、S_P(s,θ)和S_M(s,θ)分别为投影S_A、先验投影S_P和金属投影S_M中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

6.根据权利要求5所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化，得到归一化的投影S_N”具体包括：

使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化，得到归一化的投影S_N，S_N(s,θ)＝S_A(s,θ)/S_P(s,θ)，S_N(s,θ)为投影S_N中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

7.根据权利要求6所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理，得到投影S_I”具体包括：

其中，Interp()为一次线性插值函数，S_I(s,θ)为投影S_I中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值。

8.根据权利要求7所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)”具体包括：

S_C(s,θ)＝S_I(s,θ)*S_P(s,θ)，I_C(x′,y′)＝P^*(S_C(s,θ))，S_C(s,θ)为投影S_C中旋转角度为θ且坐标为s的位置的像素值，I_C(x′,y′)为图像I_C中高为x′且宽为y′的像素的像素值，得到V_out(z)＝I_C，其中，P^*()为滤波反投影算子。

9.一种CT图像的减弱金属伪影的装置，其特征在于，包括以下模块：

数据获取模块，用于获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP>ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；

第一处理模块，用于对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP^′；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP′设置所述三维坐标系XYZ；

第二处理模块，用于如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(,,z)包含有金属伪影的伪影图像I_A，则进行下述处理得到V_out(z)，否则，V_out(z)＝VI(,,z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(,,z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP′中的横断面VP′(,,z)中截取先验图像I_P，从三维金属图像VM中的横断面VM(,,z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP′(,,z)和VM(,,z)分别为术前CT三维图像VP’中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I_A、先验图像I_P和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I_A对应的含伪影的投影S_A，得到先验图像I_P对应的先验投影S_P，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S_M；使用先验投影S_P对投影S_A进行归一化处理、得到归一化的投影S_N；对投影S_N内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S_I；使用先验投影S_P对投影S_I进行去归一化处理、得到投影S_C，对投影S_C进行图像重建处理、得到V_out(z)；

汇总模块，用于基于V_out(1)、V_out(2)、...、V_out(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。

10.一种终端，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的减弱金属伪影的方法的步骤。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的减弱金属伪影的方法的步骤。

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