CN116128753A - 一种三维影像的金属伪影校正方法 - Google Patents

一种三维影像的金属伪影校正方法 Download PDF

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刘娟娟
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Abstract

本发明公开了一种三维影像的金属伪影校正方法，包括：扫描得到带金属植入物的原始投影序列图像并对其进行反投影重建，对重建后图像进行分割得到其中金属区域图像和非金属区域图像；分别对所述金属区域图像和非金属区域图像进行前向投影得到对应区域的投影图像，根据非金属区域图像的像素值对所述原始投影序列图像的金属区域的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像；对所述无金属的投影序列图像进行反投影重建，并将其中位于金属区域各点的CT值通过所述金属区域图像中对应点的CT值进行替换，得到金属伪影校正后的影像。本发明可以有效避免插值误差导致的图像质量降低问题，提升了CT影像的对比度及组织边界清晰度。

Description

一种三维影像的金属伪影校正方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种三维影像的金属伪影校正方法。
背景技术
C臂机由于其辐射剂量低、空间分辨率高等优点，越来越多的被各大医院所采用。同时，也越来越多的应用于骨科手术机器人领域，为医生或手术机器人提供三维影像引导。
在使用过程中，需要保证C臂提供的清晰精确的三维影像。而实际上会因为各种原因引入各种图像伪影，导致图像质量变差，从而导致误判。其中，金属伪影就是一种常见的图像伪影，由于在手术种需要对病人进行金属植入(如金属支架、骨板、长钉等)，因此在CBCT进行临床运用中难免会有金属植入物的干扰。目前金属校正最常用的校正方法都是以插值算法为基础进行的，但是当金属植入物体积较大时，插值算法得到校正值会严重偏离其准确值。
发明内容
发明目的：针对上述不足，本发明提出一种无需插值的三维影像的金属伪影校正方法，避免了由于插值误差导致的图像质量降低问题。
技术方案：
一种三维影像的金属伪影校正方法，包括：
扫描得到带金属植入物的原始投影序列图像并对其进行反投影重建，对重建后图像进行分割得到其中金属区域图像和非金属区域图像；
分别对所述金属区域图像和非金属区域图像进行前向投影得到对应区域的投影图像，根据非金属区域图像的像素值对所述原始投影序列图像的金属区域的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像；
对所述无金属的投影序列图像进行反投影重建，并将其中位于金属区域各点的CT值通过所述金属区域图像中对应点的CT值进行替换，得到金属伪影校正后的影像。
所述根据非金属区域图像的像素值对所述金属区域图像的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像具体为：
将原始投影序列图像中非金属区域与所述非金属区域的投影图像进行按点的像素值的除法操作，计算得到对应的平均值，并据此将原始投影序列图像中金属区域各点的像素值采用所述平均值与所述金属区域的投影图像对应点的像素值的乘积替代，由此得到无金属的投影序列图像。
根据所述金属区域的图像投影图像将所述原始投影序列图像中的金属区域各点的像素值置为0，得到初步投影序列图像，根据非金属区域图像的像素值对所述初步投影序列图像的金属区域的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像。
在得到所述初步投影序列图像后，对其进行中值滤波。
在得到所述非金属区域的投影图像后对其进行归一化处理。
所述归一化处理具体为：
Figure BDA0004026372290000021
其中，P(x,y,i)为第i张投影图像在点(x，y)处的像素值，Pmax和Pmin分别为前向投影得到的投影序列图像的所有图像中点的像素值的最大值和最小值，
Pnorm(x,y,i)为归一化后第i张投影图像在点(x，y)处的像素值。
有益效果：本发明无需进行插值，可以有效避免插值误差导致的图像质量降低问题，有效提升了CT影像的对比度及组织边界清晰度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为存在金属植入物的投影图像示意图；
图3为通过阈值分割将金属植入物位置用空气代替后的投影图像示意图；
图4为通过图2所示的投影图像进行重建得到的切片图像示意图；
图5为通过图3所示的投影图像进行重建并进行校正后的切片图像示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明的三维影像的金属伪影校正方法如图1所示，包括如下步骤：
(1)启动C臂机，将带金属植入物的被扫描物体放置在C臂机的视野中央，进行三维扫描操作，得到原始投影序列图像，如图2所示；
(2)对步骤(1)得到的原始投影序列图像进行反投影重建，得到未进行金属校正的重建图像，如图4所示；
(3)对步骤(2)得到的重建图像进行阈值分割，得到对应的金属区域图像与非金属区域图像；
(4)对步骤(3)得到的非金属区域图像通过相应的投影模型进行前向投影得到非金属区域的投影序列图像，并对其进行归一化处理；
所述归一化如下：
Figure BDA0004026372290000031
其中，P(x,y,i)为第i张投影图像在点(x，y)处的像素值，Pmax和Pmin分别为前向投影得到的投影序列图像的所有图像中点的像素值的最大值和最小值，Pnorm(x,y,i)为归一化后第i张投影图像在点(x，y)处的像素值；
(5)对步骤(3)得到的的金属区域图像通过相应的投影模型进行前向投影得到金属区域的投影序列图像，据此将步骤(1)得到的原始投影序列图像中的金属区域各点的像素值置为0得到初步投影序列图像，并对其进行中值滤波以去除散粒噪声，如图3所示；
(6)对步骤(5)得到的初步投影序列图像中的非金属区域各点的像素值与步骤(4)得到的图像进行按点的除法操作，并计算得到各点对应像素值的平均值Pm；
(7)将步骤(5)得到的图像中的金属区域各点的像素值用Pm与步骤(4)中得到的金属区域的投影序列图像中对应点的像素值的乘积替代，由此计算得到位于金属区域各点的像素值，据此得到无金属的投影序列图像；
(8)根据步骤(7)得到的无金属的投影序列图像进行反投影重建，获得无金属的重建图像，如图5所示；
(9)用步骤(3)得到的金属区域图像中金属区域各点的CT值将步骤(8)得到的无金属的重建图像中对应区域各点的CT值替换掉，得到金属抑制后的图像。
本发明解决了由于金属植入物导致重建的三维CT影像存在严重的金属伪影，导致CT影像质量降低，使CT影像作为医疗诊断依据的可靠性降低的问题。本发明避免了常规金属校正方法中由于插值点与被插值金属点的组织衰减系数的偏差以及插值误差导致的组织边界模糊问题，有效的改善了被插值金属点图像CT值的准确性，有效提升了CT影像的对比度及组织边界清晰度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三维影像的金属伪影校正方法，其特征在于：包括：
扫描得到带金属植入物的原始投影序列图像并对其进行反投影重建，对重建后图像进行分割得到其中金属区域图像和非金属区域图像；
分别对所述金属区域图像和非金属区域图像进行前向投影得到对应区域的投影图像，根据非金属区域图像的像素值对所述原始投影序列图像的金属区域的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像；
对所述无金属的投影序列图像进行反投影重建，并将其中位于金属区域各点的CT值通过所述金属区域图像中对应点的CT值进行替换，得到金属伪影校正后的影像。
2.根据权利要求1所述的三维影像的金属伪影校正方法，其特征在于：所述根据非金属区域图像的像素值对所述金属区域图像的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像具体为：
将原始投影序列图像中非金属区域与所述非金属区域的投影图像进行按点的像素值的除法操作，计算得到对应的平均值，并据此将原始投影序列图像中金属区域各点的像素值采用所述平均值与所述金属区域的投影图像对应点的像素值的乘积替代，由此得到无金属的投影序列图像。
3.根据权利要求1或2所述的三维影像的金属伪影校正方法，其特征在于：根据所述金属区域的图像投影图像将所述原始投影序列图像中的金属区域各点的像素值置为0，得到初步投影序列图像，根据非金属区域图像的像素值对所述初步投影序列图像的金属区域的像素值进行替换得到无金属的投影序列图像。
4.根据权利要求3所述的三维影像的金属伪影校正方法，其特征在于：在得到所述初步投影序列图像后，对其进行中值滤波。
5.根据权利要求1所述的三维影像的金属伪影校正方法，其特征在于：在得到所述非金属区域的投影图像后对其进行归一化处理。
6.根据权利要求5所述的三维影像的金属伪影校正方法，其特征在于：所述归一化处理具体为：
Figure FDA0004026372280000011
其中，P(x,y,i)为第i张投影图像在点(x，y)处的像素值，Pmax和Pmin分别为前向投影得到的投影序列图像的所有图像中点的像素值的最大值和最小值，Pnorm(x,y,i)为归一化后第i张投影图像在点(x，y)处的像素值。
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