[发明专利]用于X射线成像中的金属伪影避免的方法

说明书

提供了一种用于3D x射线成像中的金属伪影避免的系统和方法。该方法包括：确定金属在要扫描的感兴趣物体或体积中的3D位置；估计将减小金属伪影的严重性的源‑探测器轨道；将成像系统移动到与所估计的源‑探测器轨道一致的位置；以及根据该源‑探测器轨道扫描该物体。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月6日提交的美国临时申请号62/944,615的优先权，该美国临时申请的全部披露内容特此通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本教导总体上涉及x射线成像，并且更具体地涉及一种用于x射线成像中的金属伪影避免的系统和方法。

背景技术

3D体积x射线成像(例如，x射线计算机断层扫描(CT)或锥形束CT(CBCT))是在诊断和图像引导医疗程序中对人体成像的一种普遍手段。CT是诊断放射学的支柱，CBCT系统的出现用于多种专业应用(包括牙科、耳鼻喉科、骨科和乳腺成像的诊断成像)，并用于图像引导手术、介入放射学和图像引导放射治疗的介入引导。这种CBCT系统具有以下益处：便携性、占地面积小、成本低、并且具有透视和3D成像两者的功能。下文描述的本发明的主要应用领域是CBCT图像引导手术，其中，人体中的金属植入物通常会限制图像质量。次要应用包括CBCT成像的其他领域(例如，牙科、耳鼻喉科或骨科成像中的专业诊断成像系统)以及CT的一些潜在应用(例如，介入性CT和/或诊断性CT)。

在CT和CBCT中挑战图像质量的因素包括来自高密度物体(例如金属)的图像伪影，这些物体诸如手术夹和手术钉、牙科填充物、手术器械、骨科植入物等。这类物体会引起各种图像伪影(一般称为“金属伪影”)，这些图像伪影会掩盖成像组织的有用信息，并妨碍金属物体本身的轮廓。术中成像的示例场景是需要精确地可视化金属器械(例如植入的螺钉)相对于周围解剖结构的放置，以引导、导航和确认手术器械的放置。视场(FOV)中大量和/或高密度的金属物体会严重降低图像质量，并混淆附近解剖结构的可视化以及设备放置的确认。

上述伪影包括通常称为金属伪影的暗带和亮带以及条纹。这种伪影可归因于几种效应，包括射束硬化(在探测器信号中引入误差或偏差的x射线能谱偏移)、x射线散射(在金属物体的高度衰减区域中对探测器信号有贡献的高比例散射x射线)以及光子饥饿(在金属物体的高度衰减区域中对探测器信号有贡献的少量x射线光子)。此外，这种效应对成像系统的几何不稳定性和几何校准误差敏感(尤其是对于移动式CBCT系统，与固定龙门架CT或CBCT系统相比，其机械稳定性较差)。

认识到与金属伪影相关联的重要挑战，已经提出并实施了许多方法来进行金属伪影去除(MAR)，每种方法具有不同的优点和一些缺点。MAR算法通常基于软件，可以分为以下几大类：(1)通过校正探测器像素值(例如，插值/修补)来修改在受金属影响区域内测得的投影数据。此类方法通常称为投影域金属伪影校正(PMAC)；2)调用伪影来源(例如x射线谱射束硬化)的物理学模型，并使用基于模型的迭代图像重建(MBIR)来改善图像质量；以及(3)与(1)和/或(2)相结合来使用金属物体(例如，物体的确切形状)或患者的先前信息(例如，先前的CT/MRI扫描)。

这种MAR方法的缺点包括：(1)受金属影响区域的定位和/或探测器像素值校正中的误差；(2)x射线束建模或伪影源的其他物理过程中的误差；(3)对可能不可用或难以获得的有关金属物体或患者的先前信息的要求；以及(4)如果涉及迭代算法，则可能会产生较大的计算负担。尽管对MAR方法进行了数十年的研究和开发，并将其部署在各种可商购的临床CT和CBCT系统中，但金属伪影仍然是图像劣化的主要来源。