一种去除CT图像金属伪影的方法技术

一种去除CT图像金属伪影的方法：测定混合能量X射线的有效能量并获取一幅含有金属伪影的CT图像，即有效能量下的单能CT图像；读取上述CT图像中的CT值并转换为目标单能能量下的线性衰减系数，再计算目标单能能量下的CT值，得到单能能量下的CT图像；将有效能量下的单能CT图像和目标单能能量下的CT图像作减影，分别保留金属部分和软组织部分，得到减影金属图像和减影软组织图像；通过相关计算替换有效能量下的单能CT图像中伪影部分的CT值，得到去除伪影的CT图像；通过相关计算替换去除伪影的CT图像中黑色伪影部分的CT值，得到含填充值的CT图像。本发明专利技术通过建立合理有效、简单快捷的数学模型去除混合能量下的CT图像中的金属伪影。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医学CT图像处理方法。特别是涉及一种去除CT图像金属伪影的方法。
技术介绍
随着X射线的发现和使用，双能X射线理论在1953年由Jacobson提出。近年来，随着CT技术的发展，双能X射线理论逐渐应用于放射诊断和治疗中。双能CT成像则是双能X射线理论应用于CT成像领域的产物，其最主要的作用是可以去除普通CT图像中普遍存在的金属伪影。目前广泛应用的双能CT理论是Robert Ε.Alvarez和Albert Macovski于1976年在〈〈Physics in Medicine and B1logy〉〉杂志发表的“Energy-selective Reconstruct1nsin X-ray ComputerizedTomography” 一文中所提到的“能量选择性重建方法”:将X光与人体组织的相互作用简单地划分为光电子效应和康普顿效应两种，当两种不同峰值的能量谱的X射线照射在同一区域时，由于不同物质对于不同能量的X射线有不同的、特异性的衰减系数，通过相应的数学运算，可以得到虚拟的单能CT图像。简而言之，双能CT理论是使用两种不同峰值的能量谱的X射线照射，计算出不同的虚拟单能CT图像。这一理论已经被应用到现有的商用双能CT扫描机器中(如美国通用公司的Discovery CT750HD)。但是该应用受限于硬件的发展，相关设备的价格非常高昂。而现有的普通CT扫描机器，只能发出单一峰值的能量谱的X射线(即混合能量X射线)，只能得到一种混合能量CT图像。因此，探索一种从现有普通的混合能量CT图像获得双能CT图像，再通过图像处理消除金属伪影的方法，是具有极大的实际应用价值的。Chuanyong Bai, Ling Shao, Angela J.Da Silva 等人于 2003 年在《IEEETransact1ns on Nuclear Science》发表的文章“A Generalized Model for theConvers1n from CT Numbers to Linear Attenuat1n Coefficients，，中提到一种用于正电子发射断层摄影(PET)/CT成像中对衰减系数进行校正的双线性方法。该方法实现的是单能CT图像之间的转换，并将混合能量CT图像看成是其有效能量下的CT图像，即混合能量可以理解为一种单能能量。所采用的线性转换方法则是将物质看成水和某种物质按一定的比例混合而成:先求出该混合比例，再求出转换系数，最终求出该物质对应的线性衰减系数，再转化为CT值。对于不同的能量，其混合比例也会发生相应的变化。通过上述的方法，可以将普通的混合能量的CT转换为单能CT图像，因为各个组织的转换系数不同，通过图像减影可以选择性的保留某组织，为消除金属伪影，所以选择去除其他组织保留金属，得到只含有金属的CT图像，叠加到原图像中则可以去除CT图像的金属伪影。而由于金属的存在，CT图像中某些软组织的CT值呈现为负值状态，需要对其进行CT值填充，仍然通过减影保留软组织，去除骨骼组织和金属，然后叠加到原CT图像，可以填充软组织的CT值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种可以使普通CT扫描机器获得单能CT图像，并且获得双能CT功能的去除CT图像金属伪影的方法。本专利技术所采用的技术方案是:一种去除CT图像金属伪影的方法，包括如下步骤:1)测定待使用CT机的X光管发射的混合能量的有效能量，所测量的有效能量记为Eeff；2)使用所述的CT机的混合能量X射线获取一幅含有金属伪影的CT图像，把所获取的图像看成有效能量Erff下的单能CT图像，表示为I rff;3)读取有效能量Erff的单能CT图像I 中的CT值；4)将单能CT图像1#的CT值转换为目标单能能量E下的线性衰减系数；5)根据步骤4)得到的目标单能能量E下的线性衰减系数，计算CT值，再将CT值映射到灰度范围内并显示出来即为目标单能能量E下的CT图像，表示为1_;6)将有效能量Erff下的单能CT图像I #和目标单能能量E下的CT图像I 对软组织部分作减影，保留图像中的金属部分，得到减影金属图像，表示为IMtal;7)将有效能量Erff下的单能CT图像I #和目标单能能量E下的CT图像I 对金属部分作减影，保留图像中的软组织部分，得到减影软组织图像，表示为Isclfttls.;8)将有效能量Erff下的单能CT图像I 中大于250的CT值与减影金属图像I retal中对应位置的CT值作平均，得到CT值的平均值，并用所述的平均值替换有效能量Erff下的单能CT图像Irff中对应位置的CT值，得到去除伪影的CT图像，表示为I 1;9)将去除伪影的CT图像L中小于0的CT值与减影软组织图像I sc]fttls.中对应位置的CT值作平均，得到CT值的平均值，并用所述的平均值替换去除伪影的CT图像1中对应位置的CT值，得到含填充值的CT图像，表示为12。步骤4)所述的转换为目标单能能量E下的线性衰减系数，是通过如下公式获得:μχ(Ε) = X yw(E) (1)公式中的参数说明如下:A:肺或骨骼或软组织；μχ(Ε):目标单能能量Ε的线性衰减系数；μκ(Ε):目标单能能量Ε下水的线性衰减系数；HUX (Eeff):有效能量Erff的单能CT图像I 中的CT值；HUa (Eeff):有效能量Erff下A物质的CT值；Pa:A物质的密度；RA:质量衰减系数之比。步骤5)所述的计算CT值，是通过如下公式获得:HUX (E) = ( μ x (E) - μ w (E)) / μ w (Ε) X 1000 (2)公式中的参数说明如下:μχ(Ε):目标单能能量Ε下的线性衰减系数；μκ(Ε):目标单能能量Ε下水的线性衰减系数； HUX(E):目标单能能量E下的CT值。步骤6)所述的减影，是通过如下公式获得:Imetal= I eff_CJni^Ires ⑶公式中的参数说明如下:1?^1:减影金属图像；Ieff:有效能量E #下的单能CT图像；Iras:目标单能能量E下的CT图像；ωη:减影金属系数。步骤7)所述的减影，是通过如下公式获得:ISOfttissue= I eff- ω s ^ Ires ⑷公式中的参数说明如下:Isc]fttlssue:减影软组织图像；Ieff:有效能量E eff下的单能CT图像；Iras:目标单能能量E下的CT图像；cos:减影软组织系数。本专利技术的一种去除CT图像金属伪影的方法，通过建立合理有效、简单快捷的数学模型去除混合能量下的CT图像中的金属伪影。具有如下优点:1、形式简单，参量少，计算速度快，便于应用；2、在现有混合能量CT成像的基础上通过软件方法去除金属伪影，节约成本，提升原有CT机的诊断能力；3、生成的单能CT图像与其它双能CT机生成的单能图像相比，图像质量相当；4、对CT机型号和CT图像的电压、电流和曝光时间不作要求，只需确定相应的有效能量即可，应用比较广泛；5、过程和正常CT扫描一致，无需其他扫描，不会给病人带来额外的剂量辐射。【附图说明】图1是GE Optima CT580 CT扫描仪在峰值电压120kVp、管电流269mA和曝光时间1782ms下的一幅病人头颈部位置的含有金属牙齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除CT图像金属伪影的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)测定待使用CT机的X光管发射的混合能量的有效能量，所测量的有效能量记为Eeff；2)使用所述的CT机的混合能量X射线获取一幅含有金属伪影的CT图像，把所获取的图像看成有效能量Eeff下的单能CT图像，表示为Ieff；3)读取有效能量Eeff的单能CT图像Ieff中的CT值；4)将单能CT图像Ieff的CT值转换为目标单能能量E下的线性衰减系数；5)根据步骤4)得到的目标单能能量E下的线性衰减系数，计算CT值，再将CT值映射到灰度范围内并显示出来即为目标单能能量E下的CT图像，表示为Ires；6)将有效能量Eeff下的单能CT图像Ieff和目标单能能量E下的CT图像Ires对软组织部分作减影，保留图像中的金属部分，得到减影金属图像，表示为Imetal；7)将有效能量Eeff下的单能CT图像Ieff和目标单能能量E下的CT图像Ires对金属部分作减影，保留图像中的软组织部分，得到减影软组织图像，表示为Isofttissue；8)将有效能量Eeff下的单能CT图像Ieff中大于250的CT值与减影金属图像Imetal中对应位置的CT值作平均，得到CT值的平均值，并用所述的平均值替换有效能量Eeff下的单能CT图像Ieff中对应位置的CT值，得到去除伪影的CT图像，表示为I1；9)将去除伪影的CT图像I1中小于0的CT值与减影软组织图像Isofttissue中对应位置的CT值作平均，得到CT值的平均值，并用所述的平均值替换去除伪影的CT图像I1中对应位置的CT值，得到含填充值的CT图像，表示为I2。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯远明，王刚，杨成文，撒昱，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12