[发明专利]一种使用能量函数方法的锥束CT中杯状伪影的校正方法

说明书

本发明公开了一种使用通过最优化能量函数对锥束CT中杯状伪影进行校正的方法，该方法针对重建后的切片图像，直接面向用户，不对原有锥束CT设备进行任何改动，就可以完成校正工作，能够高效地进行锥束CT的杯状伪影校正的同时还能够提高重建图像的同种物质的CT值均匀性，从而有助于重建图像中，完善的体可视化和基于阈值的可视化技术的发展。该方法应用于锥束CT重建图像(即图像域)校正技术领域。

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域，尤其涉及锥束CT图像杯状伪影校正、灰度不均匀校正医学图像处理技术领域。

背景技术

锥束CT作为近年来发展的医疗及工业检测仪器，常用于图像引导治疗、上腹部检查、口腔检查、工业检测等方面。基于平板探测器的锥束CT(CBCT)与传统的二维CT相比，具有突出的优点，主要表现在锥束CT一次圆周扫描周期内，可以得到完成数百甚至上千个断层图像的投影，具有更高的扫描速度和辐射利用率，并有效的减少X射线管的负载输出，降低扫描成本。影响锥束CT重建图像质量的因素有很多，如X线散射、噪声、几何误差、能谱、探测单元响应不一致等。但由于锥束平板CT使用大范围的X射线平板探测器，这使得成像质量与传统CT相比较更易受到X射线散射及射束硬化的影响。因散射和射束硬化而形成的伪影(主要包括杯状伪影和条纹状伪影)严重影响对重建图像的分析与判断。在医疗级别的锥束CT重建图像中，杯状伪影占有很大比重，这些伪影对于基于阈值的可视化显示方面和基于阈值的锥束CT图像分割方面影响非常严重。且杯状伪影的校正可以为其他伪影校正提供反馈参考，为其他无先验的锥束CT散射及射束硬化校正提供验证信息。因此本发明关于锥束CT中的杯状伪影的校正非常有意义。

为了减少杯状伪影(即：CT值不均匀性伪影)的影响，目前，现有技术或文献资料的研究主要集中在对投影图像上的散射校正。早期的伪影校正主要体现在基于硬件的校正，如X射线滤线器、准直器或金属栅格、空气隙方法、扫描狭缝技术和铅条或铅板技术等。最近几年伪影校正研究主要体现在基于蒙特卡洛方法、散射分析估计方法和基于部分散射射线测量的散射校正方法。蒙特卡洛仿真在CBCT散射校正中是很有效的方法，但是计算量巨大。近年来，一些改进的蒙特卡洛仿真算法也被提出来，如使用GPU加速技术,基于模型的体恢复方法等。这些基于蒙特卡洛仿真的思想，都试图在模拟精度和计算代价上建立一个较好的平衡点。但始终局限于计算代价太高，而不易于使用。

基于部分射线遮挡的锥束CT伪影校正的方法，早期的有BSA散射校正板方法，是通过测量在射线遮挡阵列下方的散射量，来插值出到达探测器上的整体散射分布。然后再进行不含射线遮挡阵列的正常扫描，从扫描的投影图像中减去散射分布图像，就得到了校正后的图像。这种方法要进行两次扫描，增加了扫描时间的同时也增加了X射线照射剂量。后来出现了可移动遮挡快的方法，能解决两次扫描问题。

也有对在锥束CT重建后图像进行伪影校正的研究。该研究主要借助CT图像中的解剖结构。这类方法完全依赖变形配准精度，且需要CT图像数据。

现有技术的缺点主要包括：

(1)目前现有技术主要是针对投影图像校正，没有直接针对重建后切片图像的校正，如专利CN104408753A。

(2)现有技术大多数集中在因散射而造成的伪影校正的方法中，并且大多需要添加硬件设备，如：专利200710019084和201310039298，这两个专利都需要在昂贵的锥束CT设备上添加硬件设备，增加了操作的复杂性和对设备造成潜在的安全风险。特别是专利200710019084需要两次扫描被测物体，这样无疑增加的被测物的辐射量。

综上所述，在现有技术或文献资料的方法中，蒙特卡洛模拟方法非常耗费时间，初级射线调制方法中校正结果受限于调制板自身的结构，基于部分散射射线测量方法，需要增加照射剂量，现有方法对散射分布的估计准确度不高。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容