為原始圖像，vj1f(2)為濾波后圖像，為自定義閾值，w(i J)為為 依賴于中心像素I與鄰域像素j相似程度的權(quán)值，定義中心像素1與鄰域像素J之間的歐式 距離越大，它們的相似程度越低；如果中心像素i與鄰域像素J之間CT值超過固定閾值，則 定義它們間的相似度為〇,即鄰域像素J不參與中心像素I的計算。A為濾波參數(shù)，用以控制 濾波強度。況為局部窗口半徑，取值太小則不能有效的抑制條狀偽影和噪聲，取值太大則 會使濾波后圖像模糊，r和A的設(shè)定由原始CT圖像的偽影強度決定。實驗結(jié)果表明：F取 10能取得最佳圖像質(zhì)量；T取80HU，A取10,能有效抑制原CT圖像中的條狀偽影，同時濾波 結(jié)果具有較清晰的軟組織邊緣。
[0022] 步驟4 :運行骨骼提取單元104,提取金屬區(qū)域周邊的骨骼結(jié)構(gòu)信息。在本發(fā)明中 采用閾值分割的方法□提取金屬區(qū)域周邊的骨骼區(qū)域5,閾值我們選擇為80(T900HU，對 應(yīng)的骨骼結(jié)構(gòu)信息可以表示為，其中(風(fēng)《)為圖像像素下標(biāo)。
[0023] 步驟5 :運行軟組織恢復(fù)單元105,恢復(fù)金屬區(qū)域周邊偽影區(qū)的軟組織信息。采用 區(qū)域生長的方法提取靠近金屬的偽影區(qū)S，對偽影區(qū)內(nèi)的像素按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行軟組 織信息恢復(fù)：
其中D為賦值像素點距離最近的金屬像素的歐氏距離，為偽影區(qū)域邊界處 的最小值；2表示軟組織CT值的浮動范圍；c是曲線參數(shù)。在本實施方式中，取值如下： =-50HU, A=150HU, C =0. 02〇
[0024] 步驟6 :運行先驗圖像合成單元106,合成先驗圖像。
[0025] 按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式構(gòu)造先驗圖像：
其中石是閾值分割出的骨骼區(qū)域，/萬(叫《)是骨骼結(jié)構(gòu)信息，是先驗圖像。
[0026] 步驟7 :運行前向投影單元107,生成原始CT圖像、金屬圖像及先驗圖像的投影數(shù) 據(jù)。前向投影的實現(xiàn)可以參考Jacobs等人提出的方法。
[0027] 步驟8 :運行插值單元108,對金屬區(qū)域的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插值校正。利用金屬圖像 的投影數(shù)據(jù)和先驗圖像的投影數(shù)據(jù)對原始圖像投影數(shù)據(jù)中的金屬區(qū)域進(jìn)行插值校正是按 如下數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行校正：
其中g(shù)代表原始圖像的投影數(shù)據(jù)，對于任意投影視角丨細(xì)i?€[)+w+i]丨為原始圖像的 投影數(shù)據(jù)中對應(yīng)的金屬投影區(qū)域，幻，S/+A+1為金屬鄰域投影，g#為先驗圖像的投影數(shù) 據(jù)，ggm為原始圖像投影與先驗圖像投影在金屬投影區(qū)域的平滑過渡，為校正后的投 影數(shù)據(jù)。
[0028] 步驟9 :運行圖像重建單元109,重建校正后投影數(shù)據(jù)的CT圖像。重建方法采用濾 波反投影類算法實現(xiàn)，也可以采用迭代方法重建。
[0029] 步驟10 :運行圖像融合單元110,生成最終金屬偽影校正后的CT圖像。將校正后 投影數(shù)據(jù)的CT圖像與金屬圖像融合得到最終的校正圖像，按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行：
其中為用校正后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到的圖像，為分割出的金屬區(qū)域圖 像，G為分割出的金屬區(qū)域，辦為校正后的圖像，a為融合系數(shù)。最終得到金屬偽影校正的 圖像。
[0030] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種CT圖像的金屬偽影校正方法，其特征在于，包括： 步驟1，分割出CT圖像中的金屬區(qū)域，構(gòu)造金屬圖像； 步驟2,提取金屬區(qū)域周邊的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)造先驗圖像； 步驟3,對原始CT圖像、金屬圖像和先驗圖像進(jìn)行前向投影； 步驟4,利用金屬圖像的投影數(shù)據(jù)和先驗圖像的投影數(shù)據(jù)對原始圖像投影數(shù)據(jù)中的金 屬區(qū)域進(jìn)行插值校正； 步驟5,對校正后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，并將重建結(jié)果與金屬圖像融合得到最終的校正 圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中是采用基于馬爾科夫隨機場 模型的方法分割出CT圖像中的金屬區(qū)域，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式如下：其中i(x)是對CT圖像的一個分類，巧代表像素,的標(biāo)簽，巧,將整個圖 像的像素可以分為r類。 3.J是待處理的CT圖像，假設(shè)每一類的像素值服從均值為巧，方差為的高斯分布， ，石為加權(quán)因子，A為以像素：為中心的3*3鄰域，#(心七）為鄰域正則函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的鄰域正則函數(shù)具有如下數(shù)學(xué)表達(dá) 形式：5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2包括： 步驟2. 1，對原始CT圖像進(jìn)行濾波處理，抑制圖像的條狀偽影； 步驟2. 2,采用閾值分割的方法提取金屬周圍的骨骼結(jié)構(gòu)信息； 步驟2. 3,恢復(fù)金屬周圍的軟組織結(jié)構(gòu)信息； 步驟2. 4,融合骨骼結(jié)構(gòu)信息構(gòu)造先驗圖像。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟2. 1中包括： 采用閾值約束的均值濾波器對原始CT圖像進(jìn)行濾波處理，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：其中：F= (V(〇|!'€ 為原始圖像，~(：〇為濾波后圖像，沒為方形局部濾波窗口的半邊 長，T為自定義閾值，為依賴于中心像素f與鄰域像素/相似程度的權(quán)值，中心像素I 與鄰域像素^之間的歐式距離越大，它們的相似程度越低；如果中心像素I與鄰域像素之 間CT值超過固定閾值，則它們間的相似度為0,即鄰域像素J不參與中心像素i的計算，A為 濾波參數(shù)，用以控制濾波強度。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟2. 3包括： 采用區(qū)域生長的方法提取靠近金屬的偽影區(qū)S，對偽影區(qū)內(nèi)的像素按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式 進(jìn)行軟組織信息恢復(fù)：其中D為賦值像素點距離最近的金屬像素的歐氏距離，為偽影區(qū)域邊界處的 最小值；3表示軟組織CT值的浮動范圍f是曲線參數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟2. 4包括： 按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式構(gòu)造先驗圖像其中S是閾值分割出的骨骼區(qū)域，是骨骼結(jié)構(gòu)信息，/￡(?>?)是先驗圖像。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4包括： 按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式對原始圖像投影數(shù)據(jù)中的金屬區(qū)域進(jìn)行插值校正其中g(shù)代表原始圖像的投影數(shù)據(jù)，對于任意投影視角丨細(xì)I^D'+W+A]丨為原始圖像的 投影數(shù)據(jù)中對應(yīng)的金屬投影區(qū)域，9，9+A+1為金屬鄰域投影，為先驗圖像的投影數(shù) 據(jù)，為原始圖像投影與先驗圖像投影在金屬投影區(qū)域的平滑過渡，為校正后的 投影數(shù)據(jù)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5包括： 按如下數(shù)學(xué)表達(dá)式將重建結(jié)果與金屬圖像融合其中為用校正后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到的圖像，為分割出的金屬區(qū)域圖 像，C?為分割出的金屬區(qū)域，/P*為校正后的圖像，a為融合系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種金屬偽影校正方法，首先采用基于馬爾科夫隨機場模型的方法分割金屬區(qū)域，解決了傳統(tǒng)金屬偽影去除算法中金屬區(qū)域分割不精的問題，避免由于金屬投影邊界定位不準(zhǔn)而出現(xiàn)更多的二次偽影；然后采用一種先驗插值算法，解決了線性插值后金屬投影區(qū)域邊界處不平滑的問題，并且把金屬邊緣的骨骼結(jié)構(gòu)信息反饋到校正后的投影數(shù)據(jù)中，以解決傳統(tǒng)的插值算法校正的結(jié)果會丟失金屬邊緣高對比度物質(zhì)的結(jié)構(gòu)問題。
【IPC分類】A61B6/03, G06T5/00, G06T7/00
【公開號】CN104992409
【申請?zhí)枴緾N201410522827
【發(fā)明人】李銘, 鄭健, 徐品, 劉敏, 袁剛
【申請人】中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2014年9月30日