[发明专利]基于扇束虚拟平移的脊柱横断面图像合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机成像技术，特别涉及一种基于扇束虚拟平移的脊柱横断面图像合成方法。

背景技术

在医院外科临床应用中，尤其是脊柱外科领域，C臂机是一种常用的设备。借助C臂机获取的图像，医生可对患者脊柱的病损状况进行判断，还可对患者进行手术规划和植入锥弓根螺钉等手术操作。但是，通过普通C臂机仅可获取患者的投影图像，而临床上对病情的判断及引导手术操作意义重大的脊柱横断面图像却不能通过C臂机直接获取。

计算机断层成像技术利用X线对患者进行扫描获取投影图像序列，利用特定的算法以投影图像序列为基础合成人体横断面图像。经对现有技术的文献检索发现，Feldkamp等人提出的FDK算法(Practical cone-beam reconstruction，J.Opt.Soc.Am.A1，612-619，1984)适用基于扇束和锥束投影的断层图像合成，但其要求具备360°范围内全扫描路径投影数据，而普通C臂旋转扫描角度范围一般不超过180°，不能直接采用FDK算法。Noo和Kudo等人提出的超短扫描路径断层图像合成算法(Image reconstruction from fan-beam projections on less than a short scan，J.Phys.Med.Biol.47，2525-2546，2002；New Super-Short-Scan Algorithms for Fan-Beam and Cone-Beam Reconstruction，IEEE Nuclear Science and Medical Imaging Symposium，Record，Norfolk，USA，2003，2：902-906)允许扫描范围低于180°，但其要求设备必须满足等中心旋转扫描条件，而普通C臂锥束中轴线一般不通过C臂旋转中心，其并不满足等中心旋转扫描条件，也不能直接采用这些算法。

发明内容

本发明的目的，就在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于扇束虚拟平移的脊柱横断面图像合成方法，以便依托目前国内大多数医院都具备的普通C臂机合成在临床上意义重大的横断面图像。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于扇束虚拟平移的脊柱横断面图像合成方法，包括以下步骤：

步骤一、对普通C臂机获得的2D锥束投影图像进行预处理，得到1D扇束投影数据；

步骤二、对步骤一得到的扇束进行虚拟平移再处理，计算得到虚拟扇束投影数据；

步骤三、对2D断层图像合成方法中的相关参数进行调整，采用调整后的方法基于虚拟扇束投影数据合成脊柱横断面图像。

步骤一中所述的预处理，是指首先对2D锥束投影图像进行中值滤波除噪，然后提取出图像中间的3列或2列像素的灰度值，对提取的像素的灰度值取均值构成1D扇束投影数据；

所述1D扇束投影与普通C臂机获得的2D锥束投影的关系为：扇束光源点与C臂X线锥束光源点重合，扇束中轴线与C臂X线锥束中轴线重合，扇束光源点到其成像直线之间的距离等于C臂X线锥束光源点到其成像平面之间的距离，扇束成像直线位于C臂X线锥束成像平面上，扇束的扇形角等于C臂X线锥束的锥角γ_m。

步骤二中所述的再处理，是指对步骤一所得扇束进行虚拟平移得到虚拟扇束，虚拟平移方向与步骤一所得扇束中轴线垂直且朝向C臂旋转中心，通过计算后得到对应的虚拟扇束投影数据；

所述虚拟扇束与扇束的关系为：虚拟扇束光源点到其成像直线之间的距离等于扇束光源点到其成像直线之间的距离D，虚拟扇束光源点到其成像直线的垂线通过C臂旋转中心；设R为扇束光源点到C臂旋转中心之间的距离，扇束光源点和C臂旋转中心之连线与扇束中轴线之间的夹角为θ；对虚拟扇束投影和扇束投影分别建立笛卡尔坐标系，令两个坐标系的原点分别位于光源点在各自成像直线上的垂足，且令虚拟扇束投影坐标轴正向与扇束投影坐标轴正向相同，则两个坐标系下投影像素坐标及灰度值对应关系为：