[发明专利]一种基于余弦积分的CT图像金属轨迹预测和伪影去除方法

摘要

本发明是一种基于余弦积分的CT图像金属轨迹预测和伪影去除方法。它是针对金属伪影去除算法中的分割金属区部分，与普通阈值算法(需要利用原始正弦图数据重建出图像，再图像域分割金属像素，进而将分割后的金属像素投影到正弦图域来定位金属轨迹)相比，该方法首先根据余弦投影关系得到多种投影轨迹，将每条轨迹上的投影加和，其中大于阈值的被看做金属，从而得到了金属轨迹。该方法无需重建原始图像，大大的节省了时间，且能尽可能的保持图像中金属区域的准确定位，保证重建出图像尽可能少的伪影引入。结果显示此方法可以用于CT医学图像的金属伪影去除算法中，修复后的图像金属伪影去除的效果较好。

主权项

一种基于余弦积分的CT图像金属轨迹预测和伪影去除方法，其特征在于步骤如下：1)根据CT机对人体某个部位的断层扫描，得到一幅原始扫描数据，称为原始正弦图S；2)输入此幅正弦图S；根据正弦图与人体断层图像间的投影数据间的余弦投影关系，定义了如下余弦投影公式： Sino ( i ) = Num Channel 2 - Ratio * len * Cos ( θ i - θ 0 ) - - - ( 1 ) 公式(1)中，Sino(i)为CT机扫描某点时，在第i个角度下投影落在了探测器通道上的位置，NumChannel为探测器的通道总数；Ratio为图像上每个像素宽度对应于CT物理探测器上几个通道的比例系数；len和θ0分别为某点离坐标系原点距离及偏转角，θi为不同角度下X射线与坐标轴的夹角；以一条余弦轨迹线为例，具体步骤如下：①建立坐标系：CT机扫描断层图像时，以人体切片中心为原点建立坐标系；②假设某点坐标为(row,col)，那么该点离坐标系原点距离为： len = row 2 + col 2 - - - ( 2 ) 该点与坐标轴的夹角为：θ0=arccot(col/row)(3)③X射线断层扫描时，将360°扫描分成了Vsum个角度，这样每个角度下，X射线与坐标轴的夹角可以表示为：θi=i*2*π/Vsum;其中i取1至Vsum(4)④根据以上公式，得出Ratio*len*Cos(θi‑θ0)为该点落在探测器上的位置距离探测器中心的距离；其中Ratio为图像上每个像素宽度对应于CT物理探测器上几个通道的比例系数；⑤实际中，CT机扫描时需要设定各个参数，其中Δθ为开始扫描的角度位置，扫描时应记下参数设置以备使用,所以距离为Ratio*len*Cos(θi‑θ0+Δθ)；根据公式(1)，即可得到该点在Vsum所有角度下的投影所在的探测器通道Sino(i)，其中i取1至Vsum； Sino ( i ) = Num Channel 2 - Ratio * len * Cos ( θ 1 - θ 0 + Δθ ) - - - ( 5 ) 3)定义一幅NumChannel*Vsum的零值正弦图P，对像素执行P(Sino(i),i)=1，其中i取1至Vsum，P(Sino(i),i)代表在第i个角度下被Sino(i)探测器接收的X射线的衰减程度，此图中的亮线，就是该点(row,col)在360°扫描下的投影余弦轨迹线；4)将零值正弦P与原始正弦图S执行按位相乘，其中非零值为该轨迹上所有的CT值，并将这些数据积分加和，得到在所有角度下经过该点(row,col)的X射线所累积的衰减程度，即CT值；5)已知金属对X射线的衰减程度要远远大于肌肉组织和骨骼，得知金属360°投影的衰减系数的积分也同样大于其他人体组织结构的衰减系数积分；取阈值Threshold=CT#bone*Vsum，CT#bone为骨头对X射线的衰减系数，若该轨迹线上的像素积分，大于阈值Threshold，则该余弦轨迹线保留，否则剔除，并同时记录下该点坐标(row,col)；6)假定人体切片图像尺寸为Row*Col，当点坐标(row,col)中，row取1至Row，col取1至Col时，重复以上步骤，得到的所有保留的余弦轨迹图P进行加和，其中大于零的部分即为金属物体在正弦图中的投影轨迹区域；所有的(row,col)即为人体切片中的所有金属像素；7)对步骤6)得到的金属轨迹区域进行插值修复；8)对步骤7)中修复好的正弦图，进行滤波反投影重建，得到利用金属伪影去除算法后的重建图像；9)将6)中得出的金属区像素（row,col）坐标的CT值，即金属区，置为统一的类金属CT值，此CT值大于最大的CT#bone即可。