[发明专利]基于四阶全变分流的CT图像归一化的金属伪影校正法

说明书

技术领域

本发明属于医学影像处理领域，涉及CT图像处理领域，特别是一种金属伪影校正方法。

背景技术

目前，CT的应用越来越广泛，随之而来的是一系列的新问题，重建图像中的金属伪影就是其中之一。金属伪影在图像中表现为明暗相间的条状伪影，这些伪影降低图像质量，严重影响图像的后续处理和分析。金属伪影的形成主要是由于射束硬化。CT实际产生的X射线覆盖了一个很宽的频谱，而大多数材料的线性衰减系数又是和能量相关的，当具有多能谱的X射线射向一软组织时，能量较低的光子比能量较高的光子被吸收得更多，导致高能光子的比率变大，X射线变“硬”。射线通过金属物质这种高吸收系数的物质后，能量大大降低，这时射束硬化效果会越来越明显，最后的透射强度位于数据电子设备动态范围的底部，导致投影数出现跳跃变化，经过滤波处理后，这种弱连续性进一步扩大，就在图像中形成明暗相间的“条状”伪影。

在此之前，人们也提出了很多方法来校正金属伪影。这些方法基本上可以分为以下几类：正弦图修补法、迭代法、统计学方法和滤波法。最为常用的是正弦图修补法，首先确定金属投影区域，将金属影响的数值视为丢失数据，然后对它们进行修补，最后重建图像。这类方法较为简单，便于实际操作，修补的方法不同，也会带来二次的伪影。迭代法能有效去除金属伪影和抑制噪声，而且能很好的呈现金属物体的结构，但其运算量非常大，速度很慢，难以实用化。统计学方法和滤波法对噪声不太敏感，可很好呈现金属物体的结构，但操作复杂，在现实医用CT中有很大局限性。

发明内容

本发明的目的是针对当前主流算法存在的不足，提出一种新的金属伪影校正方法，可以保留金属结构的边缘信息，使正弦图修补过程中原始数据和修补数据之间足够平滑，最大程度抑制重建后金属结构周围的二次伪影。

其包括，基于四阶全变分流的CT图像归一化的金属伪影校正法，基于四阶全变分流的CT图像归一化的金属伪影校正法，包括以下步骤：

（1）原始扫描数据采集

利用微计算机断层成像系统采集360°的生物体投影数据，得到正弦图g(m,n),m=1,…M,n=1,…N，其中M是探测器总个数，N是投影角度总数；

（2）确定金属区域

利用步骤（1）中得到的扇束投影数据g(m,n)，对投影数据用FBP重建，得到含有金属伪影的CT图像f_Ω(x,y)，并选择阈值h_m提取金属区域：

式中(x,y)表示金属区域的像素值；

（3）计算先验图像

对步骤（2）中重建的图像进行高斯平滑滤波，然后通过阈值分割出空气区域、软组织区域和骨骼区域，将空气区域的CT值设定为-1000HU，软组织区域的CT值设定为0HU，骨骼区域的CT值保持不变，金属区域的CT值用其周围的值来填充；

（4）对金属区域和先验图像进行重投影

利用Joseph投影法分别对金属区域和先验图像进行前向投影，得到每个投影角度下的重投影即正弦图，确定金属投影数据的范围g_metal和先验图像的前向投影g_prior；

g_metal(n)={[s(i,n),e(i,n)]},i=1,…l(n)

其中l(n)是金属区域在角度n下总的投影点数，s(i,n),e(i,n)是金属投影数据在每个角度下的起始和结束位置，先验图像的前向投影g_prior(m,n),m=1,…M,n=1,…N，用来对原始扫描数据归一化；

（5）原始扫描数据的归一化

原始扫描数据g除以先验图像的前向投影g_prior，得到归一化后的数据g_norm：

gnorm=ggprior+teps]]>

其中t_eps为正数以避免除数为零；

（6）对金属区域投影数据进行校正