減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種減少CT圖像重構(gòu)中偽像的方法和裝置。該方法包括以下步驟:首先獲取原始重構(gòu)圖像;然后對原始重構(gòu)圖像進行全變分處理，生成全變分重構(gòu)圖像;接著對原始重構(gòu)圖像進行初始的金屬偽像減少處理，生成初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像;再根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像生成加權(quán)圖像，其中所述加權(quán)圖像體現(xiàn)原始重構(gòu)圖像中存在白帶偽像;然后通過加權(quán)圖像將所述原始重構(gòu)圖像的一部分和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像的一部分相結(jié)合以生成最終圖像，其中最終圖像沒有白帶偽像。
【專利說明】減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及計算機斷層掃描（Computed Tomography, CT)，更特別地涉及減 少CT重構(gòu)圖像中偽像的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 輔助診斷裝置包括磁共振（Magnetic Resonance,MR)系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、計算X射線 斷層掃描系統(tǒng)、正電子發(fā)射X射線斷層攝影（PET)系統(tǒng)、核醫(yī)療和其他類型的成像系統(tǒng)。
[0003] 例如，在采用CT系統(tǒng)對病人進行CTX射線成像中，X射線用于對病人身體的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)和感興趣區(qū)（ROI)的特征進行成像。該成像由CT掃描器完成。操作時，對攝影對象進 行掃描并收集原始數(shù)據(jù)，而后根據(jù)原始數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像。
[0004] 具有高X射線吸收特性的物體，例如金屬物質(zhì)等，會在重構(gòu)的CT圖像中造成偽像， 影響診斷結(jié)果。例如金屬假牙、關(guān)節(jié)替代物，活檢針、外科小夾鉗等在圖像的重構(gòu)過程中會 生成細線或四射的亮光。
[0005] 這些偽像可以通過現(xiàn)有的金屬偽像減少（Metal Artifact Reduction, MAR)技術(shù) 來減少。但某些現(xiàn)有的金屬偽像減少技術(shù)在減少偽像的同時存在可能降低圖像的分辨率等 問題?；蛘哳櫦傲朔直媛实膯栴}，但有留存了金屬偽像的問題，如白帶偽像。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個實施例提供一種減少CT圖像重構(gòu)中偽像的方法。該方法包括以下 步驟：首先獲取原始重構(gòu)圖像；然后對原始重構(gòu)圖像進行全變分處理，生成全變分重構(gòu)圖 像；接著對原始重構(gòu)圖像進行初始的金屬偽像減少金屬偽像減少處理，生成初始金屬偽像 減少重構(gòu)圖像；再根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像生成加權(quán) 圖像，其中所述加權(quán)圖像體現(xiàn)原始重構(gòu)圖像中存在白帶偽像；然后通過加權(quán)圖像將所述原 始重構(gòu)圖像的一部分和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像的一部分相結(jié)合以生成最終圖像， 其中最終圖像中沒有白帶偽像。
[0007] 本發(fā)明的另一個實施例提供一種減少CT圖像重構(gòu)中偽像的裝置。該裝置包括：獲 取裝置、全變分處理裝置、初始金屬偽像減少處理裝置、加權(quán)圖像生成裝置和最終圖像生成 裝置。獲取裝置主要用于獲取原始重構(gòu)圖像；全變分處理裝置主要用于對獲取的原始重構(gòu) 圖像進行全變分處理，生成全變分重構(gòu)圖像；初始金屬偽像減少處理裝置主要用于對原始 重構(gòu)圖像進行初始的金屬偽像減少金屬偽像減少處理，生成初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像； 加權(quán)圖像生成裝置主要用于根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像 生成加權(quán)圖像，其中所述加權(quán)圖像體現(xiàn)原始重構(gòu)圖像中存在白帶偽像；最終圖像生成裝置 主要用于通過加權(quán)圖像將所述原始重構(gòu)圖像的一部分和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像 的一部分相結(jié)合以生成最終圖像，其中最終圖像中沒有白帶偽像。
[0008] 本發(fā)明的又一個實施例，提供了一種計算機程序產(chǎn)品，包括存儲在非易失性記錄 介質(zhì)上的指令，當該指令在處理器中執(zhí)行時，實施本發(fā)明實施例中所揭示的方法的步驟。
[0009] 根據(jù)實施例的第四方面，提供了一種非易失存儲介質(zhì)，其存儲了當在處理器中執(zhí) 行時實施本發(fā)明實施例中所揭示的方法的步驟的指令。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 為了更透徹地理解本公開的內(nèi)容，下面參考結(jié)合附圖所進行的下列描述，在附圖 中：
[0011] 圖1是根據(jù)本公開的CT成像系統(tǒng)的構(gòu)造圖；
[0012] 圖2是圖1中所示的系統(tǒng)的示意框圖；
[0013] 圖3是根據(jù)本公開實施例的金屬偽像減少技術(shù)的處理流程圖；
[0014] 圖4是未采用金屬偽像減少技術(shù)所原始重構(gòu)圖像；
[0015] 圖5是采用現(xiàn)有的金屬偽像減少技術(shù)所重構(gòu)的圖像；
[0016] 圖6是根據(jù)本公開實施例的對原始重構(gòu)圖像采用全變分處理所生成的圖像； [0017] 圖7是根據(jù)本公開實施例的生成的加權(quán)圖像；
[0018]圖8是采用根據(jù)本公開實施例的金屬偽像減少技術(shù)所重構(gòu)的最終圖像；及 [0019] 圖9是根據(jù)本公開實施例的用于圖像重構(gòu)中金屬偽像減少的裝置的框圖。

【具體實施方式】
[0020] 在下面的詳細描述中，參考作為其一部分的附圖，其中以圖示的方式示出了其中 可以實現(xiàn)本公開的具體實施例。以足夠的細節(jié)描述這些實施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 實現(xiàn)本公開，并且應(yīng)該理解在不脫離本公開各個實施例的范圍的情況下，可對實施例進行 組合，或者可以利用其他實施例并且可以做出結(jié)構(gòu)、邏輯和電氣上的變化。因此，下面的詳 細描述不應(yīng)該被視作限制性的，而應(yīng)是說明性的。本發(fā)明的范圍是由隨附的權(quán)利要求書及 其等同物限定的。
[0021] 參考圖1和2,計算機X射線斷層攝影（CT)成像系統(tǒng)10示出為包括掃描架12。在 一個非限定示例中，系統(tǒng)10包括"第三代" CT掃描儀。掃描架12具有X射線源14,其將X 射線束16朝檢測器組裝件18投射在掃描架12的相反側(cè)上。檢測器組裝件18由多個檢測 器20和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)（DAS) 32形成。所述多個檢測器20感測穿過醫(yī)療患者22的投影的X 射線，其中每個檢測器20產(chǎn)生模擬電信號，其表示碰撞X射線束以及由此當其通過患者22 時的衰減束的強度。檢測器20通常包括用于使在檢測器接收的X射線束準直的準直器、鄰 近準直器的用于將X射線轉(zhuǎn)換為光能的閃爍體（scintillator)、以及用于接收來自于鄰近 閃爍體的光能以及從其產(chǎn)生電信號的光電二極管。通常，閃爍體陣列的每個閃爍體將X射 線轉(zhuǎn)換為光能。每個閃爍體將光能釋放至鄰近其的光電二極管。每個光電二極管檢測光能 并生成對應(yīng)的電信號檢測器陣列18的每個檢測器20產(chǎn)生單獨的電信號，該電信號代表撞 擊輻射束（例如X射線束）的強度并且因此可以用于估計在輻射束穿過物體或患者22是 福射束的哀減。
[0022] 在獲取X射線投影數(shù)據(jù)的掃描期間，掃描架12和其上安裝的組件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24 旋轉(zhuǎn)。掃描架12的旋轉(zhuǎn)和X射線源14的操作可通過CT系統(tǒng)10的控制機構(gòu)26來管控?？?制機構(gòu)26包括X-射線控制器28,其提供電力和定時信號給X射線源14和機架電機控制 器30,該機架電機控制器30控制掃描架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置?？刂茩C構(gòu)26中的數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)DAS32采樣來自檢測器20的模擬數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供后續(xù)處理。DAS32 輸出包括在特定機架旋轉(zhuǎn)角度（例如視角）獲得的衰減測量的投影數(shù)據(jù)集。在掃描架12 旋轉(zhuǎn)時，可以在單個旋轉(zhuǎn)期間獲得多個視圖。單個旋轉(zhuǎn)是掃描架12的一個完整的360度旋 轉(zhuǎn)。每個視圖具有對應(yīng)的視角，和在掃描架12上的特定位置。
[0023] 重構(gòu)的圖像應(yīng)用為對計算機36的輸入，該計算機36將圖像存儲在海量存儲裝置 38中。
[0024] 計算機36還經(jīng)操作者控制臺40接收來自操作者的命令和掃描參數(shù)，操作者控制 臺40具有某種形式的操作者接口，例如鍵盤、鼠標、語音激活的控制器、或任何其他適合的 輸入設(shè)備。關(guān)聯(lián)的顯示器42允許操作者觀察來自計算機36的其他數(shù)據(jù)和重構(gòu)的圖像。操 作者提供的命令和參數(shù)可由計算機36用于向DAS32、X-射線控制器28和機架電機控制器 30提供控制信號和信息。此外，計算機36操作臺電機控制器44,其控制機動化的臺46以 放置患者22和掃描架12。尤其是，臺46將患者22整體或部分地移動穿過圖1的機架開口 48。
[0025] 在一個實施例中，計算機36包括設(shè)備50,例如，軟盤驅(qū)動器、⑶-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū) 動器、磁光盤（MOD)設(shè)備，或包括諸如以太網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的任何其他數(shù)字設(shè)備，用 于從計算機可讀介質(zhì)52讀取指令和/或數(shù)據(jù)，所述計算機可讀介質(zhì)52例如軟盤、CD-ROM、 DVD或例如網(wǎng)絡(luò)或英特網(wǎng)的另一個數(shù)字源，以及要開發(fā)的數(shù)字裝置。在另一個實施例中，計 算機36執(zhí)行存儲在固件（未示出）中的指令。在一些配置中，計算機36和/或圖像重構(gòu) 器34被編程為執(zhí)行此處所述的功能。
[0026] 下面的實施例以對臀部投影為例來說明本公開。在該示例中，雙側(cè)的腿部骨頭均 存在金屬。圖4是未采用金屬偽像減少技術(shù)所原始重構(gòu)圖像I OTig，可以看出存在無數(shù)的細 線，以及兩道粗的白線，即白帶偽像。
[0027] 圖3是根據(jù)本公開的金屬偽像減少技術(shù)的處理流程圖。首先，在步驟302,獲取原 始重構(gòu)圖像I rarig。該原始重構(gòu)圖像Irarig可以是對DAS32的投影數(shù)據(jù)在圖像重構(gòu)器34中進 行重構(gòu)后輸入的，也可以是從海量存儲裝置38獲取的，可選地，也可以是從計算機36獲取 的。而后，在步驟304,使用全變分方法處理原始重構(gòu)圖像I OTig。使用全變分方法處理的一 個目的是消除原始重構(gòu)圖像中的細線和噪聲，且在去噪的同時保留部分細節(jié)。全變分處理 后的圖像I tv如圖6所示，可以明顯看出的是，經(jīng)過全變分處理，細線偽像減少了，而粗的白 帶偽像保留，以便生成加權(quán)圖像。一個全變分處理是通過梯度下降技術(shù)實現(xiàn)的。將全變分 定義為每個點的圖像梯度的所有像素之和，可以表示為：
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的方法，包括步驟： 獲取原始重構(gòu)圖像； 對原始重構(gòu)圖像進行全變分處理，生成全變分重構(gòu)圖像； 對原始重構(gòu)圖像進行初始的金屬偽像減少MAR處理，生成初始金屬偽像減少重構(gòu)圖 像； 根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像生成加權(quán)圖像，其中所述 加權(quán)圖像體現(xiàn)原始重構(gòu)圖像中存在白帶偽像；及 通過加權(quán)圖像將所述原始重構(gòu)圖像的一部分和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像的一 部分相結(jié)合以生成最終圖像；其中最終圖像中沒有白帶偽像。
2. 如權(quán)利要求1所述的減少計算機斷層掃描CT圖像重構(gòu)中偽像的方法，其特征在于， 所述根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像生成加權(quán)圖像進一步包 括如下步驟： 將所述全變分重構(gòu)圖像矩陣減去所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像生成初始加權(quán)圖像 矩陣； 對初始加權(quán)圖像矩陣應(yīng)用高斯模糊處理，生成高斯加權(quán)圖像矩陣； 對高斯加權(quán)圖像矩陣再應(yīng)用歸一化處理，生成所述加權(quán)圖像。
3. 如權(quán)利要求2所述的減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的方法，其特征在于，所 述歸一化處理是：用高斯加權(quán)圖像矩陣除以所述高斯加權(quán)圖像的CT值的最大值。
4. 如權(quán)利要求1所述的減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的方法，其特征在于，其 中生成最終圖像的方法是：用所述加權(quán)圖像與所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像的矩陣相 乘，并與1減去所述加權(quán)圖像矩陣的結(jié)果與原始重構(gòu)圖像矩陣的乘積相加。
5. 如權(quán)利要求1所述的減少CT圖像重構(gòu)中偽像的方法，其特征在于，所述初始金屬偽 像減少處理包括步驟： 確定原始重構(gòu)圖像中的金屬投影區(qū)域， 對所述金屬投影區(qū)域內(nèi)的投影值進行插值矯正處理，以及 對原始重構(gòu)圖像進行恢復(fù)重建處理。
6. -種減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的裝置，其特征在于，包括： 獲取裝置，用于獲取原始重構(gòu)圖像； 全變分處理裝置，用于對獲取的原始重構(gòu)圖像進行全變分處理，生成全變分重構(gòu)圖像； 初始金屬偽像減少處理裝置，用于對原始重構(gòu)圖像進行初始的金屬偽像減少處理，生 成初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像； 加權(quán)圖像生成裝置，用于根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像 生成加權(quán)圖像，其中所述加權(quán)圖像體現(xiàn)原始重構(gòu)圖像中存在白帶偽像； 最終圖像生成裝置，用于通過加權(quán)圖像將所述原始重構(gòu)圖像的一部分和所述初始金屬 偽像減少重構(gòu)圖像的一部分相結(jié)合以生成最終圖像，其中最終圖像中沒有白帶偽像。
7. 如權(quán)利要求6所述的減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的裝置，其特征在于，所 述加權(quán)圖像生成裝置進一步包括如下裝置： 初始加權(quán)計算裝置，用于將所述全變分重構(gòu)圖像矩陣減去所述初始金屬偽像減少重構(gòu) 圖像生成初始加權(quán)圖像矩陣； 高斯模糊處理裝置，用于對初始加權(quán)圖像矩陣應(yīng)用高斯模糊處理，生成高斯加權(quán)圖像 矩陣； 歸一化處理裝置，用于對高斯加權(quán)圖像矩陣再應(yīng)用歸一化處理，生成所述加權(quán)圖像。
8. 如權(quán)利要求7所述的減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的裝置，其特征在于，所 述歸一化處理是：用高斯加權(quán)圖像矩陣除以所述高斯加權(quán)圖像的CT值的最大值。
9. 如權(quán)利要求6所述的減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的裝置，其特征在于，最 終圖像生成裝置進一步用于將述加權(quán)圖像與所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像矩陣相乘，并 與1減去所述加權(quán)圖像矩陣的結(jié)果與原始重構(gòu)圖像矩陣的乘積相加以生成最終圖像。
10. 如權(quán)利要求6所述的減少計算機斷層掃描圖像重構(gòu)中偽像的裝置，其特征在于，所 述初始金屬偽像減少處理裝置進一步用于： -確定原始重構(gòu)圖像中的金屬投影區(qū)域， -對所述金屬投影區(qū)域內(nèi)的投影值進行插值矯正處理，以及 -對原始重構(gòu)圖像進行恢復(fù)重建處理。
11. 一種計算機斷層掃描設(shè)備，包括： 掃描裝置，用于利用X射線對對象進行掃描以獲得原始數(shù)據(jù)，以便生成原始重構(gòu)圖像； 處理器，可操作耦接到所述掃描裝置，并可編程以實現(xiàn)： 獲取原始重構(gòu)圖像； 對原始重構(gòu)圖像進行全變分處理，生成全變分重構(gòu)圖像； 對原始重構(gòu)圖像進行初始的金屬偽像減少處理，生成初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像； 根據(jù)所述全變分重構(gòu)圖像和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像生成加權(quán)圖像，其中所述 加權(quán)圖像體現(xiàn)原始重構(gòu)圖像中存在白帶偽像； 通過加權(quán)圖像將所述原始重構(gòu)圖像的一部分和所述初始金屬偽像減少重構(gòu)圖像的一 部分相結(jié)合以生成最終圖像，其中最終圖像中沒有白帶偽像。
12. -種計算機程序產(chǎn)品，包括存儲在非易失性記錄介質(zhì)上的指令，當該指令在處理器 中執(zhí)行時，實施如權(quán)利要求1-5中任一個所述的方法。
13. -種非易失存儲介質(zhì)，其存儲了當在處理器中執(zhí)行時實施根據(jù)如權(quán)利要求1-5中 任一個所述的方法的指令。
【文檔編號】G06T5/00GK104517263SQ201310461156
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】董淑琴, 董加勤, 李碩 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司