一種從ct圖像中去除金屬偽影的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及CT圖像的增強或復原，具體設及一種從CT圖像中去除金屬偽影的方 法。
【背景技術】
[0002] 醫(yī)學上應用金屬植入物對人體進行修復已經(jīng)有400余年的歷史，很早的時候醫(yī)生 就用純金板來修補煩骨和鑲牙，其后陸續(xù)使用了銀、鐵、鐵基合金等來固定骨折關節(jié)，近代 又使用了鉆基合金作為人體植入物，隨后不誘鋼也被大量使用，隨著稀有金屬工業(yè)的發(fā)展， 加工鐵和鑄鐵、妮等稀有金屬被臨床應用于人體，現(xiàn)如今鐵合金由于其強度高、耐腐蝕性 好、耐熱性高等特點而被作為用于人體植入物的首選，得到了廣泛的應用。
[0003] MRI是一種生物磁自旋成像技術，它是利用原子核自旋運動的特點，在外加磁場 內(nèi)，經(jīng)射頻脈沖激光產(chǎn)生信號，用探測器檢測并輸入計算機，經(jīng)過計算機處理轉換后在屏幕 上顯示圖像。
[0004] 磁共振成像(MRI)檢查是骨科，尤其是脊柱外科疾病診斷的有效工具。
[0005] 但是當存在金屬植入物的人體進行核磁檢查時會有如下的兩個弊端：
[0006] 1)由于在核磁共振機器及核磁共振檢查室內(nèi)存在非常強大的磁場，因此，裝有屯、 臟起搏器者，W及血管手術后留有金屬夾、金屬支架者，或其他的冠狀動脈、食管、前列腺、 膽道進行金屬支架手術者，絕對嚴禁作核磁共振檢查，否則，由于金屬受強大磁場的吸引而 移動，將可能產(chǎn)生嚴重后果W致生命危險。
[0007] 2)對于帶有金屬植入物的患者，檢查時在MRI圖像金屬植入物區(qū)上可出現(xiàn)大量偽 影，W致影響圖像診斷性能。采用鐵、不誘鋼等作為骨科植入物材料，偽影十分明顯，嚴重干 擾了圖像的質(zhì)量。
[000引因此有些醫(yī)院規(guī)定體內(nèi)含有金屬的患者一律不做核磁共振檢查，尤其是體內(nèi)的金 屬植入物是不誘鋼的而非鐵合金的情況。正是由于MRI在臨床應用如上的弊端，CT作為另一 種醫(yī)學檢查手段就有了明顯的優(yōu)勢。
[0009] CT作為常規(guī)的醫(yī)學檢查手段在患者體內(nèi)有金屬植入物的情況下比MRI有更好的應 用，但是由于金屬植入物的存在仍然會對其掃描的重構圖像有一定的影響。典型的情況就 是金屬物的存在使得重建之后的圖像在金屬周圍產(chǎn)生大量的黑色和明亮的放射狀條紋偽 影，當金屬植入物比較大時會嚴重影響醫(yī)生對檢查結果的判斷。
[0010] 金屬偽影產(chǎn)生的原因主要有如下幾點：當人體中被植入密度較大的金屬時，由于 其衰減系數(shù)遠遠大于人體內(nèi)其他組織的衰減系數(shù)，當射線穿過金屬時就會大量減弱，產(chǎn)生 射束硬化現(xiàn)象導致投影數(shù)據(jù)的一階導數(shù)在某一段呈現(xiàn)出弱平滑性，產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)的跳躍， 經(jīng)過濾波處理后，運種弱平滑性會被進一步放大，從而最終在重建圖像中形成明暗相間的 條狀偽影。同時由于X射線硬化問題，產(chǎn)生非線性部分容積效應，并且會使散射現(xiàn)象加劇，運 些都會引起重構圖像的失真，尤其在金屬周圍形成大量的干擾。
[0011] 為了能夠恢復被金屬偽影污染的重構圖像，大量的金屬偽影消除算法被提出來。 目前主要的方法可W分成如下=類：1.用迭代重建算法進行金屬偽影的消除，2.在投影域 進行金屬偽影的消除。3.在圖像域進行金屬偽影的消除。
[0012] 迭代重建算法理論上是非常好的去金屬偽影方法，該算法能有效去除金屬偽影和 抑制噪聲，而且能很好的呈現(xiàn)金屬物體的結構，但其運算量非常大，速度很慢，難W實用化。 投影域去除金屬偽影是一種前處理的方法并且有一定的優(yōu)勢，因為圖像域去金屬偽影的后 處理方法需要經(jīng)過FBP等反投影算法，運會加大金屬偽影對真實數(shù)據(jù)的影響，并且包含金屬 偽影的重構圖像由于其已經(jīng)被大量污染，在此基礎上進行處理必然會帶來較大的誤差。但 是目前的主流算法大部分還是基于重構圖像的后處理算法，原因主要有如下兩個方面：1. 基于重構圖像的后處理方法不需要原始生數(shù)據(jù)，只需要DICOM格式的重構圖像即可完成金 屬偽影的消除，數(shù)據(jù)獲取相對簡單。2.基于投影域的前處理方法有很多技術難點，首先投影 數(shù)據(jù)量非常大，其次投影域中很難有精確的方法將金屬部分從其他人體部分中分割出來， 因此很難精確恢復被金屬污染的投影數(shù)據(jù)，所W盡管從投影域進行金屬偽影消除有其優(yōu)勢 但是其應用性并不如圖像域的后處理算法。
[0013] 金屬偽影的圖像域后處理方法主要分為如下=類：1.插值校正法2.濾波加權校正 法3.模型校正法。插值校正法是最公知的方法，其主要思想是用金屬周圍的投影數(shù)據(jù)插值 出被金屬污染的投影數(shù)據(jù)，其后進行濾波反投影得到重構圖像，最后再將分割出的金屬部 分圖像疊加到重構圖像中得到最終的校正圖像。該方法簡單實用，能對金屬偽影有一定的 消除作用，不過由于其只是簡單的通過插值法恢復被金屬污染的投影數(shù)據(jù)，并沒有考慮到 金屬部分的細節(jié)，并且即使選擇高階插值函數(shù)也很難保證投影數(shù)據(jù)在金屬邊緣的平滑性， 另外由于其算法最后需要將分割出的金屬部分圖像疊加到最終重構圖像中，使得在金屬區(qū) 域的邊緣并不能有很好的過度，因此插值校正法對金屬偽影的處理效果并不理想。濾波加 權法是將多種已知的去金屬偽影方法(如nmar等)校正后的圖像進行高通和低通濾波處理， 然后進行加權融合，從而得到最終的校正圖像，該算法能取得一定的效果，不過比較依賴其 運用的基礎去偽影算法，實際效果并不理想。模型校正法是近些年比較流行的校正方法，其 基本思想是通過建立模型圖像來更好的還原真實圖像，將模型圖像的投影數(shù)據(jù)替代原始投 影數(shù)據(jù)中被金屬污染的部分，最終得到?jīng)]有金屬污染的重構圖像。該方法計算復雜度低，并 且在能比較好的去除金屬偽影的同時保留金屬的細節(jié)，尤其是在金屬邊緣過度很自然。該 方法的難點是如何建立精確的模型圖像來還原真實的圖像，運也是不同模型校正算法的根 本區(qū)別所在。
[0014] 模型校正法有比插值校正法和濾波加權法更好的精確性和實用性，所W本發(fā)明也 是基于模型校正法來對金屬偽影進行去除。模型校正法的根本是如何精確的建立模型圖 像，運既是不同模型校正法的區(qū)別所在更是此類校正法的難點所在。
[0015] 為了能有效的去除金屬偽影本發(fā)明提出了更精確的模型校正方法，該方法在模型 圖像的建立過程中，充分考慮了不同組織的細節(jié)特征W及金屬物體的特性，不僅充分應用 了模型校正法的優(yōu)勢，更根據(jù)實際臨床數(shù)據(jù)對其進行了改進和完善，從而得到了更好的金 屬偽影去除效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是提供一種從CT圖像中去除金屬偽影的方法，首先通過圖像自適應 濾波進行預處理，得到去除了噪聲和部分條狀偽影的原始重構圖像;然后通過聚類的方法 將原始重構圖像進行分割，得到不同組織的區(qū)域，并建立模型圖像，同時將分割出的金屬區(qū) 域通過正投影得到其在投影域中的位置;接下來將模型圖像通過正投影得到其投影數(shù)據(jù)， 之后根據(jù)先前得到的金屬區(qū)域在投影域中的位置用模型圖像的投影域數(shù)據(jù)替代原始重構 圖像的投影域數(shù)據(jù);最后將修復后的投影域數(shù)據(jù)通過濾波反投影得到最終的校正圖像。
[0017]本發(fā)明的目的是由下述技術方案實現(xiàn)的：一種從CT圖像中去除金屬偽影的方法， 所述去除金屬偽影的步驟包括：
[001引A、圖像預處理:使用自適應濾波法去除CT圖像中的噪聲和部分條狀偽影，得到原 始重構圖像；