一種用于c形臂cbct的圖像預(yù)處理方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]錐形束計(jì)算機(jī)斷層重建(CBCT)是采用錐形束投影計(jì)算機(jī)重組斷層影像的技術(shù)，其原理是X線發(fā)生器以較低的射線量圍繞目標(biāo)體做環(huán)形DR (數(shù)字放射曝光)，然后將圍繞目標(biāo)體多次曝光后的數(shù)據(jù)集在計(jì)算機(jī)中重建三維體數(shù)據(jù)，CBCT相對于傳統(tǒng)的螺旋CT差異主要在探測器上，傳統(tǒng)螺旋CT采用線陣傳感器而CBCT采用面陣傳感器，螺旋CT采用一維數(shù)據(jù)重建出二維的切片數(shù)據(jù)，由各二維切片數(shù)據(jù)建立三維體數(shù)據(jù)，而CBCT直接采用二維投影數(shù)據(jù)重建出三維體數(shù)據(jù)，故CBCT相對于螺旋CT顯著提高X線的利用率，該技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于口腔科檢查中，但在骨科等其它科室中應(yīng)用較少，尤其是采用C形臂X光機(jī)進(jìn)行CBCT目前國際上只有西門子和齊目等少數(shù)幾家大公司可以實(shí)現(xiàn)，利用C形臂X光機(jī)進(jìn)行CBCT在骨科手術(shù)中具有很大的應(yīng)用前景，患者可以在手術(shù)室中現(xiàn)場進(jìn)行術(shù)前CT掃描，由醫(yī)師根據(jù)重建圖像制定手術(shù)方案，在術(shù)中可以利用C形臂X光機(jī)傳統(tǒng)的透視功能實(shí)時查看打釘或穿刺的效果，在術(shù)后再次CT掃描檢查手術(shù)結(jié)果是否符合預(yù)期要求。
[0003]目前常見的C形臂X光機(jī)的探測器主要由影像增強(qiáng)器、相機(jī)及鏡頭組成，該探測器采集到的圖像具有噪聲大，圖像亮度不均勻，對比度低等不利因素，若直接進(jìn)行CBCT重建得到的三維體數(shù)據(jù)效果不佳，需要一種預(yù)處理方案改善圖像質(zhì)量，便于后續(xù)三維體數(shù)據(jù)重建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種用于C形臂X光機(jī)CBCT的圖像預(yù)處理方案，實(shí)現(xiàn)同時改善二維投影圖像和三維體數(shù)據(jù)圖像的對比度與細(xì)節(jié)信息。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:對采集到的二維投影圖像進(jìn)行校正處理，排除探測器自身的各種缺陷與不足，再對圖像進(jìn)行去除響應(yīng)不均勻的增益校正，然后對圖像進(jìn)行伽瑪處理后，對圖像進(jìn)行基于拉普拉斯金字塔多分辨率分解的圖像增強(qiáng)處理，該方案主要基于GPU運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，實(shí)時完成處理，實(shí)現(xiàn)同時改善二維投影圖像和三維體數(shù)據(jù)圖像的對比度與細(xì)節(jié)信息。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:提高二維投影圖像質(zhì)量，使得醫(yī)師在CBCT掃描過程中即可看到高質(zhì)量的投影圖像，對掃描部位有較好的二維認(rèn)知；提高三維體數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量，顯著增強(qiáng)重建后三維體數(shù)據(jù)的對比度與細(xì)節(jié)信息，使得醫(yī)師對掃描部位有更好的三維認(rèn)知，所有處理基于GPU實(shí)時完成，低成本而高效率。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明殘次校正原理。
[0008]圖2為本發(fā)明增益校正原理。
[0009]圖3為本發(fā)明伽瑪處理原理。
[0010]圖4為本發(fā)明基于拉普拉斯金字塔的多分辨率分解的圖像增強(qiáng)處理原理。
【具體實(shí)施方式】
[0011]參照附圖，該方案對采集到的二維投影圖像進(jìn)行校正處理，排除探測器自身的各種缺陷與不足，再對圖像進(jìn)行去除響應(yīng)不均勻的增益校正，然后對圖像進(jìn)行伽瑪處理后，對圖像進(jìn)行基于拉普拉斯金字塔多分辨率分解的圖像增強(qiáng)處理，該方案主要基于GPU運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，實(shí)時完成處理，實(shí)現(xiàn)同時改善二維投影圖像和三維體數(shù)據(jù)圖像的對比度與細(xì)節(jié)信息，【具體實(shí)施方式】為:
1、參見附圖1，對采集到的二維投影圖像進(jìn)行校正處理，排除探測器自身的各種缺陷與不足。處理主要包括:去除探測器自身壞點(diǎn)和壞線的殘次校正，校正方法是采用事先測試得到的一張校正映射表，表中每個單元為對應(yīng)像素的殘次半徑值，為0時說明不是壞點(diǎn)或壞線，為1時代表校正該像素所需像素塊半徑為1，即在一個3x3的范圍內(nèi)取非壞像素的像素平均值作為該壞像素的校正后結(jié)果，半徑為2時在5x5的范圍內(nèi)進(jìn)行處理，其它情況以此類推。
[0012]2、參見附圖2，對圖像進(jìn)行去除響應(yīng)不均勻的增益校正。由于探測器中有光學(xué)鏡頭，該器件對偏離光軸的入射光線有衰減，偏離中心越多則衰減越大，同時X射線發(fā)生器并非完美的面光源，故探測器接收面上受到的照射也分布不均，這些不均勻綜合起來導(dǎo)致本應(yīng)均勻的圖像會產(chǎn)生類似穹頂狀的不均勻分布，該不均勻性在后續(xù)三維體數(shù)據(jù)重建中會在體數(shù)據(jù)圖像上產(chǎn)生由中心向四周逐漸變厚的霧狀偽影，嚴(yán)重影響體數(shù)據(jù)圖像的對比度，對于該問題本方案采用分段線性標(biāo)定的方法對圖像進(jìn)行增益校正。
[0013]3、參見附圖3，對圖像進(jìn)行伽瑪處理。X射線圖像大多表現(xiàn)為有效信息壓縮在一個范圍很小的低亮度區(qū)域中，而無效的背景信息占據(jù)在圖像的較大范圍的高亮度區(qū)域中，通常對X射線圖像需要進(jìn)行所謂的“白壓縮”處理，壓縮無效的背景信息，擴(kuò)展有用的低亮度信息，最常見和有效的“白壓縮”處理就是伽瑪處理，傳統(tǒng)伽瑪處理方法通過建立一張查看對照表，即LUT來進(jìn)行伽瑪處理，由于處理輸出受到亮度波動影響嚴(yán)重，即當(dāng)射線亮度變化時，輸出的處理圖像不能保證最佳效果，本方案采用一種特殊的動態(tài)伽瑪處理方法，對每一幅圖像單獨(dú)進(jìn)行伽瑪處理，排除亮度波動的影響，在臨床上無論是二維投影圖像還是三維的體數(shù)據(jù)圖像均獲得較好的效果。
[0014]4、參見附圖4，對圖像進(jìn)行基于拉普拉斯金字塔多分辨率分解的圖像增強(qiáng)處理。對圖像進(jìn)行低通濾波得到低頻分量，繼而求取圖像中剩余的高頻分量完成一層圖像分解，再對分離出的低頻分量在減采樣后繼續(xù)進(jìn)行前述分解，直到達(dá)到特定的條件為止，由此得到各個尺度上的由低頻分量組成的高斯金字塔和由高頻分量組成的拉普拉斯金字塔，然后對分解后的圖像金字塔各層按照設(shè)置的處理參數(shù)進(jìn)行處理，以降低噪聲、增強(qiáng)細(xì)節(jié)及壓縮動態(tài)范圍等，這種處理會根據(jù)不同的圖像內(nèi)容有所差異，之后對處理后的子帶圖像進(jìn)行合成，得到增強(qiáng)處理后的圖像；合成方法是將高斯金字塔尺寸最小的層進(jìn)行增采樣，然后與上一層處理后的拉普拉斯金字塔層相加得到的圖像作為上一層的高斯金字塔層，再對各層圖像依次進(jìn)行同樣的處理，將高斯金字塔的最高一層結(jié)果輸出作為增強(qiáng)處理后的圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于C形臂CBCT的圖像預(yù)處理方案，其特征在于:對采集到的二維投影圖像進(jìn)行校正處理，排除探測器自身的各種缺陷與不足，再對圖像進(jìn)行去除響應(yīng)不均勻的增益校正，然后對圖像進(jìn)行伽瑪處理后，對圖像進(jìn)行基于拉普拉斯金字塔多分辨率分解的圖像增強(qiáng)處理，該方案主要基于GPU運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，實(shí)時完成處理，實(shí)現(xiàn)同時改善二維投影圖像和三維體數(shù)據(jù)圖像的對比度與細(xì)節(jié)信息。
【專利摘要】一種用于C形臂CBCT的圖像預(yù)處理方案，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于：對采集到的二維投影圖像進(jìn)行校正處理，排除探測器自身的各種缺陷與不足，再對圖像進(jìn)行去除響應(yīng)不均勻的增益校正，然后對圖像進(jìn)行伽瑪處理后，對圖像進(jìn)行基于拉普拉斯金字塔多分辨率分解的圖像增強(qiáng)處理，該方案主要基于GPU運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，實(shí)時完成處理，實(shí)現(xiàn)同時改善二維投影圖像和三維體數(shù)據(jù)圖像的對比度與細(xì)節(jié)信息。其優(yōu)點(diǎn)是：提高二維投影圖像質(zhì)量，顯著增強(qiáng)重建后三維體數(shù)據(jù)的對比度與細(xì)節(jié)信息，使得醫(yī)師對掃描部位有更好的三維認(rèn)知，低成本而高效率。
【IPC分類】G06T17/00, G06T11/00, A61B6/00, G06T5/00
【公開號】CN105279776
【申請?zhí)枴緾N201410358433
【發(fā)明人】劉金虎, 谷宇
【申請人】南京普愛射線影像設(shè)備有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月25日