一種去除ct圖像金屬偽影的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)CT圖像處理方法。特別是涉及一種去除CT圖像金屬偽影的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著X射線的發(fā)現(xiàn)和使用，雙能X射線理論在1953年由Jacobson提出。近年來，隨著CT技術(shù)的發(fā)展，雙能X射線理論逐漸應(yīng)用于放射診斷和治療中。雙能CT成像則是雙能X射線理論應(yīng)用于CT成像領(lǐng)域的產(chǎn)物，其最主要的作用是可以去除普通CT圖像中普遍存在的金屬偽影。
[0003]目前廣泛應(yīng)用的雙能CT理論是Robert Ε.Alvarez和Albert Macovski于1976年在〈〈Physics in Medicine and B1logy〉〉雜志發(fā)表的“Energy-selective Reconstruct1nsin X-ray ComputerizedTomography” 一文中所提到的“能量選擇性重建方法”:將X光與人體組織的相互作用簡(jiǎn)單地劃分為光電子效應(yīng)和康普頓效應(yīng)兩種，當(dāng)兩種不同峰值的能量譜的X射線照射在同一區(qū)域時(shí)，由于不同物質(zhì)對(duì)于不同能量的X射線有不同的、特異性的衰減系數(shù)，通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以得到虛擬的單能CT圖像。簡(jiǎn)而言之，雙能CT理論是使用兩種不同峰值的能量譜的X射線照射，計(jì)算出不同的虛擬單能CT圖像。這一理論已經(jīng)被應(yīng)用到現(xiàn)有的商用雙能CT掃描機(jī)器中(如美國(guó)通用公司的Discovery CT750HD)。但是該應(yīng)用受限于硬件的發(fā)展，相關(guān)設(shè)備的價(jià)格非常高昂。而現(xiàn)有的普通CT掃描機(jī)器，只能發(fā)出單一峰值的能量譜的X射線(即混合能量X射線)，只能得到一種混合能量CT圖像。因此，探索一種從現(xiàn)有普通的混合能量CT圖像獲得雙能CT圖像，再通過圖像處理消除金屬偽影的方法，是具有極大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。
[0004]Chuanyong Bai, Ling Shao, Angela J.Da Silva 等人于 2003 年在《IEEETransact1ns on Nuclear Science》發(fā)表的文章“A Generalized Model for theConvers1n from CT Numbers to Linear Attenuat1n Coefficients，，中提到一種用于正電子發(fā)射斷層攝影(PET)/CT成像中對(duì)衰減系數(shù)進(jìn)行校正的雙線性方法。該方法實(shí)現(xiàn)的是單能CT圖像之間的轉(zhuǎn)換，并將混合能量CT圖像看成是其有效能量下的CT圖像，即混合能量可以理解為一種單能能量。所采用的線性轉(zhuǎn)換方法則是將物質(zhì)看成水和某種物質(zhì)按一定的比例混合而成:先求出該混合比例，再求出轉(zhuǎn)換系數(shù)，最終求出該物質(zhì)對(duì)應(yīng)的線性衰減系數(shù)，再轉(zhuǎn)化為CT值。對(duì)于不同的能量，其混合比例也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過上述的方法，可以將普通的混合能量的CT轉(zhuǎn)換為單能CT圖像，因?yàn)楦鱾€(gè)組織的轉(zhuǎn)換系數(shù)不同，通過圖像減影可以選擇性的保留某組織，為消除金屬偽影，所以選擇去除其他組織保留金屬，得到只含有金屬的CT圖像，疊加到原圖像中則可以去除CT圖像的金屬偽影。而由于金屬的存在，CT圖像中某些軟組織的CT值呈現(xiàn)為負(fù)值狀態(tài)，需要對(duì)其進(jìn)行CT值填充，仍然通過減影保留軟組織，去除骨骼組織和金屬，然后疊加到原CT圖像，可以填充軟組織的CT值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以使普通CT掃描機(jī)器獲得單能CT圖像，并且獲得雙能CT功能的去除CT圖像金屬偽影的方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種去除CT圖像金屬偽影的方法，包括如下步驟:
[0007]1)測(cè)定待使用CT機(jī)的X光管發(fā)射的混合能量的有效能量，所測(cè)量的有效能量記為Eeff；
[0008]2)使用所述的CT機(jī)的混合能量X射線獲取一幅含有金屬偽影的CT圖像，把所獲取的圖像看成有效能量Erff下的單能CT圖像，表示為I rff;
[0009]3)讀取有效能量Erff的單能CT圖像I 中的CT值；
[0010]4)將單能CT圖像1#的CT值轉(zhuǎn)換為目標(biāo)單能能量E下的線性衰減系數(shù)；
[0011]5)根據(jù)步驟4)得到的目標(biāo)單能能量E下的線性衰減系數(shù)，計(jì)算CT值，再將CT值映射到灰度范圍內(nèi)并顯示出來即為目標(biāo)單能能量E下的CT圖像，表示為1_;
[0012]6)將有效能量Erff下的單能CT圖像I #和目標(biāo)單能能量E下的CT圖像I 對(duì)軟組織部分作減影，保留圖像中的金屬部分，得到減影金屬圖像，表示為IMtal;
[0013]7)將有效能量Erff下的單能CT圖像I #和目標(biāo)單能能量E下的CT圖像I 對(duì)金屬部分作減影，保留圖像中的軟組織部分，得到減影軟組織圖像，表示為Isclfttls.;
[0014]8)將有效能量Erff下的單能CT圖像I 中大于250的CT值與減影金屬圖像I retal中對(duì)應(yīng)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換有效能量Erff下的單能CT圖像Irff中對(duì)應(yīng)位置的CT值，得到去除偽影的CT圖像，表示為I 1;
[0015]9)將去除偽影的CT圖像L中小于0的CT值與減影軟組織圖像I sc]fttls.中對(duì)應(yīng)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換去除偽影的CT圖像1中對(duì)應(yīng)位置的CT值，得到含填充值的CT圖像，表示為12。
[0016]步驟4)所述的轉(zhuǎn)換為目標(biāo)單能能量E下的線性衰減系數(shù)，是通過如下公式獲得:
[0017]μχ(Ε) = [l+(pAXRA-l)XHUx(Eeff)/HUA(Eeff)]X yw(E) (1)
[0018]公式中的參數(shù)說明如下:
[0019]A:肺或骨骼或軟組織；
[0020]μχ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε的線性衰減系數(shù)；
[0021]μκ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε下水的線性衰減系數(shù)；
[0022]HUX (Eeff):有效能量Erff的單能CT圖像I 中的CT值；
[0023]HUa (Eeff):有效能量Erff下A物質(zhì)的CT值；
[0024]Pa:A物質(zhì)的密度；
[0025]RA:質(zhì)量衰減系數(shù)之比。
[0026]步驟5)所述的計(jì)算CT值，是通過如下公式獲得:
[0027]HUX (E) = ( μ x (E) - μ w (E)) / μ w (Ε) X 1000 (2)
[0028]公式中的參數(shù)說明如下:
[0029]μχ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε下的線性衰減系數(shù)；
[0030]μκ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε下水的線性衰減系數(shù)；
[0031 ] HUX(E):目標(biāo)單能能量E下的CT值。
[0032]步驟6)所述的減影，是通過如下公式獲得:
[0033]Imetal= I eff_CJni^Ires ⑶
[0034]公式中的參數(shù)說明如下:
[0035]1?^1:減影金屬圖像；
[0036]Ieff:有效能量E #下的單能CT圖像；
[0037]Iras:目標(biāo)單能能量E下的CT圖像；
[0038]ωη:減影金屬系數(shù)。
[0039]步驟7)所述的減影，是通過如下公式獲得:
[0040]ISOfttissue= I eff- ω s ^ Ires ⑷
[0041]公式中的參數(shù)說明如下:
[0042]Isc]fttlssue:減影軟組織圖像；
[0043]Ieff:有效能量E eff下的單能CT圖像；
[0044]Iras:目標(biāo)單能能量E下的CT圖像；
[0045]cos:減影軟組織系數(shù)。
[0046]本發(fā)明的一種去除CT圖像金屬偽影的方法，通過建立合理有效、簡(jiǎn)單快捷的數(shù)學(xué)模型去除混合能量下的CT圖像中的金屬偽影。具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0047]1、形式簡(jiǎn)單，參量少，計(jì)算速度快，便于應(yīng)用；
[0048]2、在現(xiàn)有混合能量CT成像的基礎(chǔ)上通過軟件方法去除金屬偽影，節(jié)約成本，提升原有CT機(jī)的診斷能力；
[0049]3、生成的單能CT圖像與其它雙能CT機(jī)生成的單能圖像相比，圖像質(zhì)量相當(dāng)；
[0050]4、對(duì)CT機(jī)型號(hào)和CT圖像的電壓、電流和曝光時(shí)間不作要求，只需確定相應(yīng)的有效能量即可，應(yīng)用比較廣泛；
[0051]5、過程和正常CT掃描一致，無需其他掃描，不會(huì)給病人帶來額外的劑量輻射。
【附圖說明】
[0052]圖1是GE Optima CT580 CT掃描儀在峰值電壓120kVp、管電流269mA和曝光時(shí)間1782ms下的一幅病人頭頸部位置的含有金屬牙齒的CT圖像效果圖；
[0053]圖2是使用本發(fā)明的方法得到的目標(biāo)單能能量140keV下的CT圖像1_的效果圖；
[0054]圖3為使用本發(fā)明的方法得到的僅去除偽影CT圖像^的效果圖；
[0055]圖4為使用本發(fā)明的方法得到的含填充值CT圖像12的效果圖，即為最終的處理結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0056]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種去除CT圖像金屬偽影的方法做出詳細(xì)說明。
[0057]本發(fā)明的一種去除CT圖像金屬偽影的方法，包括如下步驟:
[0058]1)測(cè)定待使用CT機(jī)的X光管發(fā)射的混合能量的有效能量，所測(cè)量的有效能量記為Eeff；
[0059]2)使用所述的CT機(jī)的混合能量X射線獲取一幅含有金屬偽影的CT圖像，把所獲取的圖像看成有效能量Erff下的單能CT圖像，表示為I rff;
[0060]3)讀取有效能量Erff的單能CT圖像I 中的CT值；
[0061]4)將單能CT圖像1#的CT值轉(zhuǎn)換為目標(biāo)單能能量E下的線性衰減系數(shù)，是通過如下公式獲得:
[0062]μχ(Ε) = [l+(pAXRA-l)XHUx(Eeff)/HUA(Eeff)]X yw(E) (1)
[0063]公式中的參數(shù)說明如下:
[0064]A:肺或骨骼或軟組織；
[0065]μχ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε的線性衰減系數(shù)；
[0066]μκ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε下水的線性衰減系數(shù)；
[0067]HUX (Eeff):有效能量Erff的單能CT圖像I 中的CT值；
[0068]HUa (Eeff):有效能量Erff下A物質(zhì)的CT值；
[0069]Pa:A物質(zhì)的密度；
[0070]RA:質(zhì)量衰減系數(shù)之比:
[0071]5)根據(jù)步驟4)得到的目標(biāo)單能能量E下的線性衰減系數(shù)，計(jì)算CT值，再將CT值映射到灰度范圍內(nèi)并顯示出來即為目標(biāo)單能能量E下的CT圖像，表示為Iras，所述的計(jì)算CT值，是通過如下公式獲得:
[0072]HUX (Ε) = ( μ χ (Ε) - μ w (Ε)) / μ w (Ε) X 1000 (2)
[0073]公式中的參數(shù)說明如下:
[0074]μχ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε下的線性衰減系數(shù)；
[0075]μκ(Ε):目標(biāo)單能能量Ε下水的線性衰減系數(shù)；