CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质，该减弱伪影的方法包括以下步骤：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP

Method, device, terminal and storage medium for reducing metal artifacts of CT images

【技术实现步骤摘要】
CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质


[0001]本专利技术涉及断层成像
，尤其涉及一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质。

技术介绍

[0002]断层成像(Computed Tomography，CT)设备的成像过程如下：X射线球管绕着人体做圆周运动，运动到不同角度时进行曝光，X光球管发出X射线，X射线经过人体组织吸收后衰减，剩余的X射线到达探测器，探测器将接收的光强信号转化为电信号记录下来。探测器上所有单元接收到的信号组成投影数据(投影图像)。投影数据通过图像重建算法生成最终的CT图像。业界最常用的重建算法为滤波反投影算法(Filtered Back Projection，FBP)。FBP算法是在傅立叶变换理论基础之上的一种空域处理技术。它的特点是在反投影前将每一个采集投影角度下的投影进行卷积处理滤波处理，补偿高频分量，从而改善直接反投影之后重建图像模糊的问题，重建的图像质量较好。
[0003]当CT成像视野范围内存在高密度的金属物体时，重建图像内会出现条纹状和带状的黑白相间的金属伪影。金属伪影的成因主要是：X射束硬化、散射效应、光子完全衰减和金属的部分容积效应。其中射束硬化是金属伪影的最主要成因。X光球管产生的X射线具有一定频谱宽度，即包含不同能量高低的X射线。当多能的X射线穿过物体后，低能量射线易被吸收，高能量射线较易穿过，接收到的射线的平均能量会变高，射线逐渐变硬，称之为射束硬化效应。当X射线遇到密度非常高的物质(金属)时，射束硬化的现象会加剧，采集到的投影数据在金属区域和非金属区域剧烈变化，经过滤波反投影重建之后，出现金属伪影。
[0004]金属伪影的存在严重干扰了日常诊断，尤其是当医生需要观察金属植入物或者介入物周围的组织形态时。
[0005]因此，如何减弱CT图像中的金属伪影，就成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种CT图像的减弱金属伪影的方法、装置、终端和存储介质。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种CT图像的减弱金属伪影的方法，包括以下步骤：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP＞ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP
配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP
′
；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP
′
设置所述三维坐标系XYZ；如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(，，z)包含有金属伪影的伪影图像I
A
，则进行下述处理得到V
out
(z)，否则，V
out
(z)＝VI(，，z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(，，z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP
′
中的横断面VP
′
(，，z)中截取先验图像I
P
，从三维金属图像VM中的横断面VM(，，z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP
′
(，，z)和VM(，，z)分别为术前CT三维图像VP
’
中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I
A
、先验图像I
P
和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I
A
对应的含伪影的投影S
A
，得到先验图像I
P
对应的先验投影S
P
，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S
M
；使用先验投影S
P
对投影S
A
进行归一化处理、得到归一化的投影S
N
；对投影S
N
内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S
I
；使用先验投影S
P
对投影S
I
进行去归一化处理、得到投影S
C
，对投影S
C
进行图像重建处理、得到V
out
(z)；基于V
out
(1)、V
out
(2)、...、V
out
(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。
[0008]作为本专利技术实施例的一种改进，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：其中，th为常数，th＞0，x
′
、y
′
和z
′
均为自然数，1≤z
′
≤ZI，1≤x
′
≤H，1≤y
′
≤W，VM(x
′
，y
′
，z
′
)为三维金属图像VM中的第z
′
层横断面、且横断面的高为x
′
且宽为y
′
的像素的像素值，VI(x
′
，y
′
，z
′
)为三维图像VI的第z
′
层横断面、且横断面的高为x
′
且宽为y
′
的像素的CT值。
[0009]作为本专利技术实施例的一种改进，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM，之后对三维图像进行膨胀处理。
[0010]作为本专利技术实施例的一种改进，所述“将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP
′”
具体包括：将术中CT三维图像VI中的金属区域的像素值设置为水的CT值，得到术中CT三维图像VIO，VIO(x
′
，y
′
，z
′
)和VM(x
′
，y
′
，z
′
)分别为术中CT三维图像VIO和三维金属图像VM中的第z
′
层横断面、且横断面的高为x
′
且宽为y
′
的像素的像素值，x
′
、y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CT图像的减弱金属伪影的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取同一人体组织的术前CT三维图像VP、以及术中CT三维图像VI，所述术前CT三维图像VP包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZP层横断面，所述术中CT三维图像VI包含有沿预设方向依次排列的第1层横断面、第2层横断面、...、第ZI层横断面；在术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI中，每个横断面的高均为H且宽均为W；其中，ZP、ZI、H和W均为自然数，ZP>ZI，所述预设方向为从下至上方向和从上至下方向中的任一；为所述术前CT三维图像VP和术中CT三维图像VI设置相同的三维坐标系XYZ，其中，X坐标为横断面的高度方向，Y坐标为横断面的宽度方向，Z坐标为横断面的层数；对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM；将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP
′
；为三维金属图像VM和术前CT三维图像VP
′
设置所述三维坐标系XYZ；如果术中CT三维图像VI中的任意横断面VI(,,z)包含有金属伪影的伪影图像I
A
，则进行下述处理得到V
out
(z)，否则，V
out
(z)＝VI(,,z)，其中，z为自然数，1≤z≤ZI，VI(,,z)为术中CT三维图像VI中第z层横断面；所述处理具体包括：从术前CT三维图像VP
′
中的横断面VP
′
(,,z)中截取先验图像I
P
，从三维金属图像VM中的横断面VM(,,z)截取二维的金属掩膜图像M，其中，VP
′
(,,z)和VM(,,z)分别为术前CT三维图像VP
’
中的和三维金属图像VM中的第z层横断面，所述伪影图像I
A
、先验图像I
P
和金属掩膜图像M在所述三维坐标系XYZ中覆盖相同的区域；得到伪影图像I
A
对应的含伪影的投影S
A
，得到先验图像I
P
对应的先验投影S
P
，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S
M
；使用先验投影S
P
对投影S
A
进行归一化处理、得到归一化的投影S
N
；对投影S
N
内被金属污染的投影数据进行插值处理、得到投影S
I
；使用先验投影S
P
对投影S
I
进行去归一化处理、得到投影S
C
，对投影S
C
进行图像重建处理、得到V
out
(z)；基于V
out
(1)、V
out
(2)、...、V
out
(ZI)，生成减弱金属伪影后的CT三维图像。2.根据权利要求1所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：其中，th为常数，th>0，x
′
、y
′
和z
′
均为自然数，1≤z
′
≤ZI，1≤x
′
≤H，1≤y
′
≤W，VM(x
′
,y
′
,z
′
)为三维金属图像VM中的第z
′
层横断面、且横断面的高为x
′
且宽为y
′
的像素的像素值，VI(x
′
,y
′
,z
′
)为三维图像VI的第z
′
层横断面、且横断面的高为x
′
且宽为y
′
的像素的CT值。3.根据权利要求1所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM”具体包括：对术中CT三维图像VI中进行金属分割处理，得到三维金属图像VM，之后对三维图像进行膨胀处理。4.根据权利要求1所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“将术前CT三维图像VP配准到术中CT三维图像VI，得到配准后的术前CT三维图像VP
′”
具体包括：将术中CT三维图像VI中的金属区域的像素值设置为水的CT值，得到术中CT三维图像VIO，VIO(x
′
,y
′
,z
′
)和VM(x
′
,y
′
,z
′
)分别
为术中CT三维图像VIO和三维金属图像VM中的第z
′
层横断面、且横断面的高为x
′
且宽为y
′
的像素的像素值，x
′
、y
′
和z
′
均为自然数，1≤z
′
≤ZI，1≤x
′
≤H，1≤y
′
≤W；将术前CT三维图像VP配准到CT三维图像VIO，得到配准后的术前CT三维图像VP
′
。5.根据权利要求4所述的减弱金属伪影的方法，其特征在于，所述“得到伪影图像I
A
对应的含伪影的投影S
A
，得到先验图像I
P
对应的先验投影S
P
，得到金属掩膜图像M对应的金属投影S
M”具体包括：基于正投影算子得到伪影图像I
A
对应的含伪影的投影S
A
，基于正投影算子得到先验图像I
P
对应的先验投影S
P
，基于正投影算子得到金属掩膜图像M对应的金属投影S
M
，S
A
(s,θ)＝P(I
A
(x
′
,y
′
)),S
P
(s,θ)＝P(I
P
(x
′
,y
′
)),S
M
(s,θ)＝P(M(x
′
,y
′
))；其中，I
A<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕元媛，傅家俊，周少华，
申请(专利权)人：苏州工业园区智在天下科技有限公司，
类型：发明
国别省市：