一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统，具体涉及X射线CT成像技术领域。该系统在校正过程中，先分割CT图像中高密度区域，获得边缘信息；然后计算高密度区域的投影数据；再近似计算物质对射线的衰减系数，获得高密度区域引起的伪影数据；最后利用经典的滤波反投影算法重建伪影数据，并用原始图像减去重建的伪影图像获得校正后的CT图像。该系统可为工业CT和医学CT检测提供高质量图像，与以往CT图像射束硬化伪影校正方法比较，该系统能快速、有效地消除硬化伪影，并且不需要先验知识。

A beam hardening artifact correction system of CT image based on adjustable two factors

The invention discloses a beam hardening artifact correction system of CT image based on adjustable double factors, in particular to the technical field of X-ray CT imaging. In the process of correction, the system first segmented the high-density area of CT image to obtain the edge information; then calculated the projection data of the high-density area; then approximately calculated the attenuation coefficient of the material to the ray to obtain the artifact data caused by the high-density area; finally, reconstructed the artifact data with the classical filter back projection algorithm, and subtracted the reconstructed artifact image from the original image to obtain the correction CT image after. The system can provide high-quality images for industrial CT and medical CT detection. Compared with the beam hardening artifact correction methods in the past, the system can eliminate the hardening artifact quickly and effectively without prior knowledge.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统
本专利技术涉及X射线CT成像
，具体涉及一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统。
技术介绍
X射线CT(ComputedTomography，简称CT)是一种先进的无损检测技术，目前已广泛应用于工业、医学、材料检测等多个领域。其根据不同物质对X射线的吸收程度不同，重建出射线经过路径上的断层图像。但是由于X射线管发出的射线是多色的，当其穿过被测对象时与其发生相互作用，其中低能量的X光子优先被吸收，导致X射线高能部分在被穿过物质中的比例明显增加，射线的平均能量升高。这种现象可理解为能谱变“硬”了，并称之为射束硬化现象，其会导致CT投影值与穿过物质的厚度之间成非线性的关系。并且，物质衰减性越强，非线性关系表现越强，如骨头、金属等高密度物质。这种非线性投影关系使得重建的CT图像出现射束硬化伪影，图中可观察到“杯状”和“条状”伪影。国内外文献中X射束硬化校正方法主要可以分为重建前校正和重建后校正。前者是在CT图像重建前，线性化采集的多色投影数据，对单一成分的“杯状”伪影可以得到不错的校正效果。而后者可用于校正更复杂的CT检测对象，首先对多色投影数据直接进行重建，获得包含硬化伪影的CT图像；然后进行图像分割，得到不同种类的物质；再对分割后的各个检测部分尤其是高密度部分进行重新投影，最后将这些部分材料的重投影数据与待校正的投影数据一起代入提出的校正表达式进行校正后的CT重建，如可在校正过程中引入迭代方法以改善校正效果，如骨校正算法，对骨组织引起的“条状”伪影有良好的校正效果，在CT上被广泛使用。目前的校正方法大都需要先验知识，并且适用于成分组成简单的检测物体，如医学CT中，人体可以认为由软组织和骨质两种物质组成，工业CT中，待扫描的工件通常由单一的已知材料组成。而当医学CT人体成像中含有一些附属物(如人工假肢、金属附属物、造影剂等)，或工业CT成像中待检测的工件由多种未知的材料组成，这时由于没有太多的先验知识，CT图像射束硬化伪影的校正难度增大。国内外一些专利技术专利中也涉及到CT图像射束伪影硬化校正技术，主要包括：专利号为CN201210229538.0的中国专利公开了一种术中CT图像射束硬化伪影校正方法及装置，其首先从重建图像中分离出高密度组织部分和其他组织部分，并对它们分别进行重投影；然后对重投影数据进行校正，使用校正后的重投影数据进行图像重建得到误差CT图像，利用该误差CT图像对原始CT图像进行校正；最后获得校正CT图像。专利号为CN201310092214.1的中国专利公开了一种基于卷积的X射线CT系统射束硬化校正方法，其首先将铅箔过滤片紧贴后准直器放置进行散射校正；然后设置CT系统扫描参数，不开射线源，采集系统的本底值；其次打开射线源，对当前实验室下的空气进行扫描，获取当前空气射线强度；再次扫描一组标准件，采集不同厚度下的投影数据，并进行拟合曲线，得到硬化模型和卷积校正模型；最后利用卷积校正模型函数进行硬化校正，得到校正后的射线强度数据，进行图像重建获得校正后的图像。专利号为CN201510639130.4的中国专利公开了CT图像的射束硬化伪影校正装置及方法，包括骨组织图像获取模块、第一校正模块、正投影模块以及校正图像获取模块，其中骨组织图像获取模块用于从重建的原始图像中提取骨组织图像，第一校正模块用于调整该骨组织图像的当前的CT值，正投影模块用于对调整了CT值之后的骨组织图像进行正投影以获取骨组织图像的正投影数据，校正图像获取模块用于根据骨组织图像的正投影数据进行图像重建并获取校正图像。专利号为KR20170026984(A)的韩国专利公开了一种X射线CT射束硬化伪影校正方法，其将含有高密度材料的区域进行分割，并利用该区域和伪影校正参数来校正射束硬化图像伪影。专利号为US2016242726(A1)的美国专利针对微分相位增强CT公开了一种基于先验知识的射束硬化校正方法及装置，首先获得衰减数据、相位梯度数据或是小角度散射数据；然后通过将设计的函数应用于衰减数据，根据从衰减数据计算校正值；最后将校正值与相位梯度数据或小角度散射数据相结合实现校正。上述专利技术均涉及到X射线CT图像射束硬化伪影校正方法，但是大都需要先验知识或是硬件装置，对于由多种材料或是未知材料构成的检测对象，难以获得好的校正效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述不足，提出一种不需要先验知识的基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统。本专利技术具体采用如下技术方案：一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统，包括边缘信息获取模块、投影数据获取模块、伪影数据近似计算模块和校正图像获取模块，在校正过程中，具体包括以下步骤：通过边缘信息获取模块获取CT图像中高密度区域的边缘信息，对带硬化伪影的原始图像使用阈值方法，分割出高密度区域，然后利用活动轮廓分割方法精确获得边缘信息，最后提取出高密度区域的轮廓τ(D)；通过投影数据获取模块获取高密度区域的投影数据，基于高密度区域轮廓τ(D)设置特征函数，利用前向投影法对特征函数进行正投影，获得其Radon投影数据Rτ(D)(X)；通过伪影数据近似计算模块近似计算基于物理特性设计的伪影数据，由高密度区域引起的伪影数据近似为式(1)所示：其中，S(E)为在整个能量段上积分是1的能谱函数，μ1为一个与金属部分区域的衰减系数和能量有关的可调因子；通过近似积分给出可用的伪影数据表现形式为式(2)所示：式(2)满足式(3)其中其中，μ2是另一个可调因子；通过校正图像获取模块获取校正图像，对式(2)中的伪影数据利用滤波反投影重建方法进行图像重建，得到硬化伪影图像，再由原图减去伪影图像获得校正后的CT图像。优选地，CT图像中高密度区域的边缘信息获取中，首先对带硬化伪影的原始图像使用阈值和活动轮廓分割相结合法方法进行分割。优选地，通过伪影数据近似计算模块近似计算基于物理特性设计的伪影数据过程中，高密度部分的质量衰减系数只与X射线能量的吸收有关，与康普顿散射无关。本专利技术具有如下有益效果：该系统可以有效地校正射束硬化伪影，其先分割CT图像中高密度区域，获得边缘信息；然后计算高密度区域的正投数据；再近似计算物质对射线的衰减系数，获得高密度区域引起的伪影数据；最后利用滤波反投影算法重建伪影数据，并用原始图像减去重建的伪影图像获得校正后的CT图像，可为工业CT和医学CT检测提供高质量图像；与以往CT图像射束硬化伪影校正比较，该系统能快速、有效地消除伪影，并且不需要先验知识。附图说明图1a为本专利技术中使用的未含钢钉的腰椎某截面的CT重建图像；图1b为本专利技术中使用的含有两个钢钉的腰椎某截面的CT重建图像；图2为本专利技术中选取校正因子后S′(E)与S(E)的差的示意图；图3a为本专利技术中校正后的CT图像；图3b为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统，其特征在于，包括边缘信息获取模块、投影数据获取模块、伪影数据近似计算模块和校正图像获取模块，在校正过程中，具体包括以下步骤：/n通过边缘信息获取模块获取CT图像中高密度区域的边缘信息，对带硬化伪影的原始图像使用阈值方法，分割出高密度区域，然后利用活动轮廓分割方法精确获得边缘信息，最后提取出高密度区域的轮廓τ(D)；/n通过投影数据获取模块获取高密度区域的投影数据，基于高密度区域轮廓τ(D)设置特征函数，利用前向投影法对特征函数进行正投影，获得其Radon投影数据R

【技术特征摘要】
1.一种基于可调双因子的CT图像射束硬化伪影校正系统，其特征在于，包括边缘信息获取模块、投影数据获取模块、伪影数据近似计算模块和校正图像获取模块，在校正过程中，具体包括以下步骤：
通过边缘信息获取模块获取CT图像中高密度区域的边缘信息，对带硬化伪影的原始图像使用阈值方法，分割出高密度区域，然后利用活动轮廓分割方法精确获得边缘信息，最后提取出高密度区域的轮廓τ(D)；
通过投影数据获取模块获取高密度区域的投影数据，基于高密度区域轮廓τ(D)设置特征函数，利用前向投影法对特征函数进行正投影，获得其Radon投影数据Rτ(D)(X)；
通过伪影数据近似计算模块近似计算基于物理特性设计的伪影数据，由高密度区域引起的伪影数据近似为式(1)所示：



其中，S(E)为在整个能量段上积分是1的能谱函数，μ1为一个与金属部分区域的衰减系数和能量有关的可调因子；
通...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，张秀琰，李刚，韩景奇，郑永果，李涌，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37