專利名稱：一種用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及圖像處理，并且更特別地涉及用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在進行放射治療時，一方面，對于具有金屬植入體(諸如假牙、合金股骨頭)的病人，得到的醫(yī)學(xué)圖像(例如CT圖像)中會產(chǎn)生嚴重的陰影偽影。這種情況在腦部或前列腺腫瘤病人中非常常見。另一方面，醫(yī)生通常用很小的金屬標(biāo)記物來對腫瘤進行放療定位，這同樣引入了金屬偽影。在腫瘤的放射治療中，由計算機斷層攝影(CT)圖像提供的腫瘤位置的準確度是非常重要的，因此有必要減少金屬偽影的影響。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法100的流程圖。方法開始于步驟110，其中對CT圖像首先進行一次預(yù)重建。這種預(yù)重建是含有金屬偽影的普通重建，具有大的重建區(qū)域(DFOV)(固定為50cm，通常與用戶最終選用的DFOV不同)。在步驟120中，進行金屬分割。其中，將通過手動指定的閾值從預(yù)重建圖像中得到原始的金屬掩膜。然后，在對原始金屬掩膜進行腐蝕之后，再通過膨脹來移除斑點并填充空洞。在步驟130中，進行二進制前向投影(BFP)。其中，將金屬掩膜前向投影以找到將包含金屬的投影的探測器單元。這些探測器單元稱為含有金屬投影的通道。在步驟140中，進行投影數(shù)據(jù)修正。其中，在找出含有金屬投影的通道之后，通過沿探測器通道、探測器排和投影方向的插值來修正這些探測器的投影值。在步驟150中，進行最終的圖像重建。最終重建將使用經(jīng)修正的投影數(shù)據(jù)和用戶定義的重建參數(shù)。所得到的重建圖像將不再包含金屬物體的偽像。在步驟160中，進行金屬回填。為了使金屬重新出現(xiàn)，將利用原始掩膜來確定體素是否是屬于金屬的。通過平滑處理來避免鋸齒的效果。這種金屬偽影減少(MAR)技術(shù)能夠很好地處理大部分臨床情況。但是，其具有某些缺點，特別是在某些放射治療的臨床應(yīng)用中，諸如病人身上含有不同尺寸的金屬時。這在放射治療中非常普遍，例如，身上帶有合金股骨頭的前列腺癌患者。具體而言，現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法在處理含有不同尺寸的金屬時存在以下主要缺點。第一，如果病人身上有很小的金屬物體，則現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法會降低圖像質(zhì)量。事實上，小金屬引起的光子饑渴現(xiàn)象并不十分嚴重，但現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法仍然在投影數(shù)據(jù)修正步驟中對其進行了處理。這使得在線性插值之后的正弦圖比原始數(shù)據(jù)更不準確。于是，重建圖像具有更多條紋狀陰影，特別是在具有高密度物質(zhì)(諸如骨骼)的地方。因此，當(dāng)涉及到小金屬時，經(jīng)MAR處理的圖像的質(zhì)量反而比沒有經(jīng)過MAR處理的圖像更差。圖2示出了當(dāng)涉及到小金屬時，用圖1的MAR方法處理后的圖像與未MAR處理的圖像之間的對比)。
第二，如果通過調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)來忽略小金屬物體，則不能完全消除由大金屬物體引起的偽影。如果金屬很小，則能夠通過適當(dāng)?shù)卦黾痈g次數(shù)來將其完全消除。但是，更多的腐蝕次數(shù)也消除了屬于大金屬的某些體素。也就是說，屬于大金屬的體素不能被完全找出，這將影響投影數(shù)據(jù)修正步驟中的插值的結(jié)果。圖3A-圖3D示意性地示出了用圖1的MAR方法處理后來自大金屬的殘留金屬偽影。其中圖3A是在圖1的MAR方法的投影數(shù)據(jù)修正之后的一個角度的投影圖，圖3B是圖3A中的投影圖在腐蝕之后的BFP圖像，圖3C示意性地示出了腐蝕之后的重建圖像，圖3D示意性地示出了與圖3A和圖3B中相同的像素的剖面圖。從圖3A可以看出，在投影數(shù)據(jù)修正之后的投影圖中，仍然可以明顯地看到大金屬的投影。從圖3B和圖3C可以看出，來自BFP的含有金屬投影的通道不能覆蓋所有真正的含有金屬投影的通道。因此，在重建中存在殘留的金屬偽影，如圖3C所示。第三，投影數(shù)據(jù)修正(步驟140)中的插值將導(dǎo)致小金屬的數(shù)據(jù)丟失，這將引入額外的偽影。如圖4A-圖4C所示，投影修正可以完全消除大金屬的投影，但位于小金屬和大金屬投影的重疊處的小金屬也會被消除。也就是說，如果小金屬和大金屬在同一光子投影路徑上，小金屬的信息在插值之后將會丟失，如圖4B中的箭頭所示。然后，沿連接小金屬和大金屬的方向出現(xiàn)嚴重的偽影，如圖4C所示。第四，在金屬回填步驟(步驟160)中，單一平滑半徑不能保證對于小金屬和大金屬都具有足夠好的圖像質(zhì)量。當(dāng)執(zhí)行金屬回填時，原始掩膜(在腐蝕和膨脹之前)被用于進行平滑。這將影響最終重建圖像(步驟150)中的金屬表象?？紤]到小金屬，其通常在原始掩膜中僅包含1-2個像素。如果平滑半徑(R)大于I個像素，則小金屬將從最終重建圖像中消失，因為鄰域的像素值較低，平滑使得金屬的像素值變得很小。另一方面，如果金屬具有稍大于I個像素的尺寸，則由于部分容積效應(yīng)，仍然只存在一個大于制定的閾值的像素。然后，只有這一個金屬像素將變?yōu)檩^低值，而其他金屬像素在利用大的R進行平滑之后保持不變。在小金屬的中心將出現(xiàn)異常的“空洞”，如圖5C所示。為避免這一點，平滑半徑必須小于一個像素，如圖5A所示。然而，圖5B示出，當(dāng)采用了小的R時，大金屬的邊緣將出現(xiàn)鋸齒狀。如上所述，在傳統(tǒng)的MAR中，當(dāng)圖像同時包含小金屬和大金屬時，會發(fā)生嚴重的沖突。也就是說，保證大金屬邊緣的平滑將使得小金屬消失，或者保留小金屬將會把鋸齒引入大金屬物體的邊緣。這是傳統(tǒng)的MAR的主要缺點。因此，當(dāng)前RT中的MAR方法不能保證在大金屬具有平滑邊緣的同時很好地保留小金屬。本發(fā)明的目的正是解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的方法，其中該醫(yī)學(xué)圖像的同一斷層同時包含具有不同尺寸的大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影，該方法包括步驟:以不同的方式處理同一斷層圖像中大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影。本發(fā)明還提供了一種用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的設(shè)備，其中該醫(yī)學(xué)圖像的同一斷層同時包含具有不同尺寸的大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影，該設(shè)備包括用于以不同的方式處理同一斷層圖像中大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影的裝置。根據(jù)本發(fā)明，能夠自動地將小金屬物體排除在MAR處理之外，同時又能夠盡可能地去除大金屬物體引起的偽影(例如條紋)。對于RT臨床應(yīng)用，無論是對于同一圖像層面中的小金屬物體還是大金屬物體，都能夠同時獲得臨床可接受的圖像質(zhì)量。本發(fā)明容易實現(xiàn)，相對于現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法基本上不需要增加額外的成本，同時又能提供更好的圖像質(zhì)量。


根據(jù)下文中參考附圖而進行的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他的目的和特征將變得明顯，其中:圖1示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法100的流程圖；圖2示意性地示出了當(dāng)涉及到小金屬時用圖1的MAR方法處理后的圖像的質(zhì)量與未經(jīng)MAR處理的圖像的質(zhì)量之間的對比；圖3A示意性地示出了在圖1的MAR方法的投影數(shù)據(jù)修正之后投影的一個視圖；圖3B示意性地示出了圖3A中的投影圖在腐蝕之后的BFP圖像；圖3C示意性地示出了腐蝕之后的重建圖像；圖3D示意性地示出了圖3A和圖3B中的相同像素的剖面圖；圖4A示意性地示出了原始的正弦圖；圖4B示意性地示出了插值之后的正弦圖；圖4C示意性地示出了來自圖4B的正弦圖的重建圖像；圖5A-圖示意性地示出了不同的平滑半徑對不同尺寸的金屬的影響；圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的方法600的流程圖；圖7A示意性地示出了原始掩膜；圖7B示意性地示出了使用根據(jù)本發(fā)明的方法對掩膜進行腐蝕之后的結(jié)果；圖7C示意性地示出了使用根據(jù)本發(fā)明的方法對掩膜進行膨脹之后的結(jié)果；圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于正弦圖中的小金屬恢復(fù)的插值策略；圖9A示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明在小金屬重新填充之前的正弦圖；圖9B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明在小金屬重新填充之后的正弦圖；圖9C示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明在小金屬重新填充之前的重建圖像；圖9D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明在小金屬重新填充之后的重建圖像；圖9E示意性地示出了圖9C和圖9D的相減鄰域；圖10示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的原始掩膜和修改后的掩膜(膨脹之后的掩膜)的交集；圖1lA-圖1lC以對照方式示意性地示出了本發(fā)明的方法相對于現(xiàn)有技術(shù)的MAR方法而言如何改善了圖像質(zhì)量；并且圖12示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的設(shè)備1200的結(jié)構(gòu)框圖。在這些附圖中，使用相同的參考標(biāo)號來表示相同或相似的部分。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步說明。圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的方法600的流程圖。在方法600中，以不同的方式處理同一斷層圖像中大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影，從而減少金屬偽影。方法600開始于步驟610，其中去除原始掩膜中屬于小金屬的體素。這種去除可以通過腐蝕來進行，也可以通過本領(lǐng)域人員公知的其他方法(例如低通濾波)來進行。根據(jù)RT中的臨床要求,用于腫瘤定位的金屬標(biāo)記物通常小于2mm。在以50cm的DFOV實現(xiàn)的重建圖像中，從基于閾值分割得到的原始金屬掩膜中僅包含1-2個像素?？梢酝ㄟ^將腐蝕次數(shù)(Ne)設(shè)置為I來完全去除孤立的屬于小金屬的像素。腐蝕操作將金屬掩膜體素Hii更新
為:
權(quán)利要求
1.一種用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的方法，其中所述醫(yī)學(xué)圖像的同一斷層同時包含具有不同尺寸的大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影，所述方法包括步驟: 以不同的方式處理同一斷層圖像中所述大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述以不同的方式處理同一斷層圖像中所述大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影的步驟進一步包括: 去除原始掩膜中屬于小金屬的體素； 擴展掩膜中的大金屬的區(qū)域； 利用相鄰角度的投影信息來重新填充被去除的小金屬區(qū)域以形成修正后的掩膜；以及 使用所述原始掩膜與所述修正后的掩膜的交集來進行金屬回填。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述去除原始掩膜中屬于小金屬的體素的步驟通過腐蝕來進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述利用相鄰角度的投影信息來重新填充被去除的小金屬區(qū)域以形成修正后的掩膜的步驟通過線性插值來進行。
5.一種用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的設(shè)備，其中所述醫(yī)學(xué)圖像的同一斷層同時包含具有不同尺寸的大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影，所述設(shè)備包括用于以不同的方式處理同一斷層圖像中所述大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述用于以不同的方式處理同一斷層圖像中所述大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影的裝置進一步包括: 用于去除原始掩膜中屬于小金屬的體素的裝置； 用于擴展掩膜中的大金屬的區(qū)域的裝置； 用于利用相鄰角度的投影信息來重新填充被去除的小金屬區(qū)域以形成修正后的掩膜的裝置；以及 用于使用所述原始掩膜與所述修正后的掩膜的交集來進行金屬回填的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述用于去除原始掩膜中屬于小金屬的體素的裝置通過腐蝕來進行所述去除。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述用于利用相鄰角度的投影信息來重新填充被去除的小金屬區(qū)域以形成修正后的掩膜的裝置通過線性插值來進行所述重新填充。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于減少醫(yī)學(xué)圖像中的金屬偽影的方法和設(shè)備。其中，該醫(yī)學(xué)圖像的同一斷層同時包含具有不同尺寸的大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影。該方法以不同的方式處理同一斷層圖像中大金屬物體和小金屬物體產(chǎn)生的偽影。根據(jù)本發(fā)明，能夠自動地將小金屬物體排除在算法處理之外，同時又能夠盡可能地去除大金屬物體引起的偽影。
文檔編號G06T5/00GK103186889SQ20111046290
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者李軍, 李碩, 孫智慧, 董加勤 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司