錐束ct圖像域快速散射修正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錐束CT圖像域快速散射修正方法，包括：采用濾波反投影算法根據(jù)實(shí)測(cè)投影重建三維蝶形濾波器掩膜和原始三維CT圖像；所述的原始三維CT圖像包括m層二維CT圖像，所述的三維蝶形濾波器掩膜包括m層蝶形濾波器掩膜；針對(duì)每層二維CT圖像設(shè)定一個(gè)修正因子，并構(gòu)建基于修正因子、三維蝶形濾波器掩膜和原始三維CT圖像的修正函數(shù)，用于對(duì)原始三維CT圖像進(jìn)行修正；針對(duì)修正因子構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，所述的優(yōu)化函數(shù)包括優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化約束函數(shù)；求解所述的優(yōu)化函數(shù)得到各個(gè)修正因子的最優(yōu)值，并將所述修正因子的最優(yōu)值代入優(yōu)化函數(shù)得到修正后的三維CT圖像。本發(fā)明的錐束CT快速散射偽影修正方法得到的修正結(jié)果精度高，且修正速度快。
【專利說(shuō)明】錐束CT圖像域快速散射修正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種錐束CT圖像域快速散射修正方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前的散射修正可以在投影域或圖像域?qū)崿F(xiàn)。投影域散射修正是傳統(tǒng)方法，根據(jù)散射信號(hào)屬于加性污染且呈現(xiàn)空間低頻分布的特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量、模擬仿真或解析計(jì)算等方法估計(jì)散射分布，再?gòu)臏y(cè)量到的總信號(hào)中減去，得到散射修正后的投影。修正后的投影可以采用標(biāo)準(zhǔn)的CT重建算法，如濾波反投影等，重建出三維物體。主要包括如下方法:減少探測(cè)器對(duì)光源所張立體角(即加大空氣隙法)、抑制散射光子的準(zhǔn)直器法(即反散射線柵法)、解析法、蒙特卡洛模擬、散射信號(hào)測(cè)量算法和源信號(hào)調(diào)制方法等。
[0003]前兩種方法往往不單獨(dú)使用，因?yàn)樗鼈兎椒ㄖ荒茉谝欢ǔ潭壬辖档蜕⑸湮廴居绊?，需要增加病患輻射劑量以補(bǔ)償投影信號(hào)信噪比損失。解析法在臨床實(shí)踐中倍受關(guān)注，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔且計(jì)算高效；但遇到復(fù)雜物體時(shí)散射估計(jì)精度會(huì)變差，主要是因?yàn)樯⑸浜吮徽J(rèn)為是線性或平移不變的。蒙特卡洛模擬方法通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法估算散射分布，其精度很高但計(jì)算量很大，通常要與解析法合用以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)用的散射修正算法。散射測(cè)量方法通過(guò)在光源與物體之間放置小尺寸射束阻擋器來(lái)衰減源信號(hào)，然后測(cè)量探測(cè)器陰影區(qū)內(nèi)信號(hào)作為散射分布抽樣。基于散射信號(hào)空間低頻分布特性，全場(chǎng)散射分布通過(guò)對(duì)上述抽樣進(jìn)行插值得到。這種方法實(shí)現(xiàn)精確的散射分布，但代價(jià)是造成源信號(hào)損失，因而通常需要在每幅投影中采集兩組數(shù)據(jù)，一組有阻擋器而另一組沒有。源調(diào)制方法根據(jù)散射和源信號(hào)對(duì)調(diào)制器不同響應(yīng)特征分離它們，然而該方法嚴(yán)重依賴系統(tǒng)標(biāo)定精度，需要根據(jù)臨床環(huán)境進(jìn)行算法優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0004]圖像域散射修正無(wú)需訪問原始投影數(shù)據(jù)，直接對(duì)標(biāo)準(zhǔn)重建后含有散射偽影的圖像進(jìn)行處理。該策略一般分為兩類，一類借助圖像變形配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)齊同一病人兩組CT圖像中解剖結(jié)構(gòu)，再用計(jì)劃CT灰度值取代錐束CT數(shù)做劑量計(jì)算等應(yīng)用。這類“替代”算法的明顯缺陷是完全依賴變形配準(zhǔn)精度，而精確的變形配準(zhǔn)很難做到，在很多情況下甚至理論上證明不可行。
[0005]這樣錐束CT投影中與病人直接相關(guān)的最新信息沒有用到，最終圖像信息完全被計(jì)劃CT主導(dǎo)，無(wú)法發(fā)揮錐束CT的治療監(jiān)控特性。另一類方法基于對(duì)錐束CT中陰影偽影的空間頻率特征觀察，假設(shè)該偽影在圖像域中主要是低頻分布信號(hào)，通過(guò)計(jì)劃CT產(chǎn)生圖像域修正映射圖，對(duì)錐束CT灰度值進(jìn)行數(shù)字圖像校正。這類方法可以有效保持錐束CT中病患信息，但需要借助已有的計(jì)劃CT圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)映射圖，無(wú)法成為通用算法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種錐束CT圖像域快速散射修正方法。
[0007]一種錐束CT圖像域快速散射修正方法，包括:
[0008](I)采用濾波反投影算法根據(jù)實(shí)測(cè)投影重建三維蝶形濾波器掩膜和原始三維CT圖像；
[0009]所述的原始三維CT圖像包括m層二維CT圖像，所述的三維蝶形濾波器掩膜包括m層蝶形濾波器掩膜；
[0010](2)針對(duì)每層二維CT圖像設(shè)定一個(gè)修正因子，并構(gòu)建基于所述的修正因子、三維蝶形濾波器掩膜和原始三維CT圖像的修正函數(shù)，用于對(duì)所述的原始三維CT圖像進(jìn)行修正；
[0011](3)針對(duì)修正因子構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，所述的優(yōu)化函數(shù)包括優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化約束函數(shù)；
[0012](4)求解所述的優(yōu)化函數(shù)得到各個(gè)修正因子的最優(yōu)值，并將所述修正因子的最優(yōu)值代入優(yōu)化函數(shù)得到修正后的三維CT圖像。
[0013]本發(fā)明中m的大小取決于CT掃描儀和掃描對(duì)象的大小，通常m = 200。
[0014]實(shí)測(cè)投影包括掃描對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)和蝶形濾波器的投影數(shù)據(jù)，所述步驟(I)中根據(jù)掃描對(duì)象的原始投影采用濾波反投影算法重建出原始三維CT圖像；根據(jù)蝶形濾波器的實(shí)測(cè)投影采用濾波反投影算法重建出三維蝶形濾波器掩膜。
[0015]其中，蝶形濾波器的投影數(shù)據(jù)為CT掃描儀空載(無(wú)掃描對(duì)象)時(shí)的測(cè)量得到的投影數(shù)據(jù)。
[0016]通過(guò)以上方法獲取三維蝶形濾波器掩膜操作簡(jiǎn)單，且與現(xiàn)有技術(shù)相比大大提高了構(gòu)建速率，有利于降低整個(gè)修正過(guò)程的時(shí)間損耗。
[0017]這樣選擇修正函數(shù)的原因在于Mx本身的形狀給出了偽影的形狀信息，但是Mx本身的亮度信息和偽影亮度還有著一定的差距，這種亮度差距可以通過(guò)Mx乘修正因子來(lái)去除，即修正因子乘Mx就可以同時(shí)得到偽影的形狀信息和亮度信息。
[0018]作為優(yōu)選，所述步驟⑵構(gòu)建的修正函數(shù)如下:
[0019]L = Vta1, a 2，......，a J.[M1, M2,......，Mm]；
[0020]L為修正后的三維CT圖像，Ltl為原始三維CT圖像，a x為原始三維CT圖像中第x層二維CT圖像對(duì)應(yīng)修正因子，Mx為三維蝶形濾波器掩膜中第X層二維蝶形濾波器掩膜，其中，X = 1,2，......，m。[Cipa2,......，a J 和[MpM2,......，Mm]表示向量。
[0021]本發(fā)明中修正后的三維CT圖像L和原始三維CT圖像Ltl實(shí)際上均包括m層二維CT圖像。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)通過(guò)如下方法構(gòu)建優(yōu)化函數(shù):
[0023](3-1)以采用所述修正函數(shù)進(jìn)行修正后的三維CT圖像的直方圖函數(shù)的最大值作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
[0024](3-2)以相鄰兩層二維CT圖像的CT數(shù)的差值小于預(yù)設(shè)閾值作為優(yōu)化約束函數(shù)。
[0025]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲取修正因子的層間強(qiáng)制約束條件所具有一定的主觀性因素的干擾，本發(fā)明中修正因子的原則應(yīng)該能夠滿足縱切圖不會(huì)產(chǎn)生亮度信息的跳變，來(lái)對(duì)層間修正因子的偏差進(jìn)行約束。
[0026]計(jì)算直方圖函數(shù)的最大值具有較小的計(jì)算復(fù)雜度，有利于提高修正速度，另外，因?yàn)槿SCT圖像中像素點(diǎn)數(shù)目是一定的，因而直方圖函數(shù)的最大值越大，說(shuō)明直方圖越“瘦長(zhǎng)”，即更多的像素點(diǎn)處在類似的灰度值上，即平坦，相應(yīng)的修正后的結(jié)果也更加精確。
[0027]進(jìn)一步優(yōu)選，所述的預(yù)設(shè)閾值為30?50HU。預(yù)設(shè)閾值的大小直接關(guān)系到最終修正結(jié)果的精度和修正的時(shí)耗。
[0028]所述步驟(4)通過(guò)如下步驟所述的優(yōu)化函數(shù):
[0029](4-1)確定各個(gè)修正因子的初始值，具體如下:
[0030]采用松弛法的將優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中未知數(shù)(修正因子)的個(gè)數(shù)松弛為1:令每一層二維CT圖像對(duì)應(yīng)的修正因子相同，對(duì)該優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解即得到各個(gè)修正因子的初始值；
[0031](4-2)基于所述修正因子的初始值，對(duì)所述的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，即得各個(gè)修正因子的最優(yōu)值。
[0032]基于所述修正因子的初始值，對(duì)所述的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，即得各個(gè)修正因子的最優(yōu)值。
[0033]將將未知數(shù)個(gè)數(shù)松弛為I后，由于每層修正因子已經(jīng)被設(shè)定為完全相同，因而按照修正因子進(jìn)行修正時(shí)，得到修正后的三維CT圖像中相鄰兩層二維CT圖像的CT數(shù)的差異基本為零，進(jìn)而導(dǎo)致優(yōu)化約束函數(shù)失效。
[0034]在實(shí)際應(yīng)用中如果能夠獲取X光管本身的放射強(qiáng)度，可以通過(guò)硬件手段獲取修正因子的初始值。
[0035]為提高求解效率，作為優(yōu)選，所述步驟(4-2)中通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法對(duì)所述的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。
[0036]為進(jìn)一步加快求解速度，所述步驟(2)中可以為每3?6層二維CT圖像設(shè)置一個(gè)相同的修正因子，求解得到各個(gè)修正因子的最優(yōu)值后，進(jìn)一步對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行B-樣條插值來(lái)保持層間的一致性)。
[0037]本發(fā)明的錐束CT圖像域快速散射修正方法，還包括對(duì)三維蝶形濾波器掩膜進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜；
[0038]預(yù)處理時(shí)依次消除所述三維蝶形濾波器掩膜的外圍亮環(huán)偽影和波紋偽影；
[0039]相應(yīng)所述修正函數(shù)中對(duì)應(yīng)的三維蝶形濾波器掩膜為預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜。
[0040]預(yù)處理時(shí)采用霍夫變換法去除外圍亮環(huán)偽影:
[0041](Sl-1)采用霍夫變換識(shí)別蝶形濾波器掩膜中的圓，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果確定識(shí)別蝶形濾波器掩膜的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域；
[0042](S1-2)將外圍亮環(huán)偽影區(qū)域中所有像素點(diǎn)的灰度值置為零進(jìn)而消除蝶形濾波器掩膜中的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域，得到去偽影蝶形濾波器掩膜。
[0043]本發(fā)明中進(jìn)行霍夫變換時(shí)進(jìn)行遍歷時(shí)僅以蝶形濾波器掩膜中與中心點(diǎn)的距離大于200像素的區(qū)域。
[0044]本發(fā)明中的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域?yàn)榈螢V波器掩膜中像素點(diǎn)灰度值大于0.1mnT1 (即 CT 數(shù)大于 5000HU)。
[0045]預(yù)處理時(shí)采用均值濾波法去除外圍亮環(huán)偽影:
[0046]對(duì)所述去偽影蝶形濾波器掩膜的中心區(qū)域進(jìn)行均值濾波，消除蝶形濾波器掩膜的中心區(qū)域的波紋偽影。由于該波紋偽影具有顯著的高頻特性。
[0047]本發(fā)明的中心區(qū)域?yàn)橐韵螢V波器掩膜的中心為圓心，半徑為η個(gè)像素點(diǎn)的區(qū)域。對(duì)于大小為512X512蝶形濾波器掩膜而言，所述η = 50?200。
[0048]本發(fā)明中進(jìn)行均值濾波時(shí)采用的鄰近像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為9。
[0049]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的錐束CT圖像域快速散射修正方法得到的修正結(jié)果精度高，且修正速度快，對(duì)于大小為512 X 512的原始三維CT圖像，所花費(fèi)的修正時(shí)間為2min。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0050]圖1為本實(shí)施例的錐束CT圖像域快速散射偽影修正方法的流程圖；
[0051]圖2 (a)為原始三維CT圖像中的二維CT圖像；
[0052]圖2 (b)為三維蝶形濾波器掩膜中的二維蝶形濾波器掩膜；
[0053]圖3(a)為預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜中的二維蝶形濾波器掩膜；
[0054]圖3 (b)為修正后的三維CT圖像中的二維CT圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0055]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0056]圖1為本實(shí)施例的錐束CT圖像域快速散射偽影修正方法的流程圖，包括如下步驟:
[0057](I)采用濾波反投影算法根據(jù)實(shí)測(cè)投影重建原始三維CT圖像和三維蝶形濾波器掩膜:原始三維CT圖像包括m層二維CT圖像，所述的三維蝶形濾波器掩膜包括m層二維蝶形濾波器掩膜；
[0058]本實(shí)施例中m= 200，得到的原始三維CT圖像中的二維CT圖像如圖2(a)所示，可見該原始三維CT圖像具有較大的散射偽影污染暗圈。
[0059]本實(shí)施例的三維蝶形濾波器掩膜中的二維蝶形濾波器掩膜如圖2(b)所示。
[0060]本實(shí)施例中原始三維CT圖像和三維蝶形濾波器掩膜的大小為512 X 512 (實(shí)際上應(yīng)該是每層二維CT圖像和二維蝶形濾波器掩膜的大小)。
[0061](2)采用霍夫變換法和均值濾波法對(duì)步驟(I)得到的三維蝶形濾波器掩膜進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜。
[0062](2-1)采用霍夫變換對(duì)所述的蝶形濾波器掩膜進(jìn)行修正，具體如下:
[0063](2-11)采用霍夫變換識(shí)別蝶形濾波器掩膜中的圓，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果確定識(shí)別蝶形濾波器掩膜的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域(包括識(shí)別出的圓)；
[0064]外圍亮環(huán)偽影區(qū)域?yàn)榈螢V波器掩膜中像素點(diǎn)灰度值大于0.1mm-1O
[0065]霍夫變換時(shí)進(jìn)行遍歷時(shí)僅以蝶形濾波器掩膜中與中心點(diǎn)的距離大于200像素的區(qū)域。
[0066](2-12)將外圍亮環(huán)偽影區(qū)域中所有像素點(diǎn)的灰度值置為零進(jìn)而消除蝶形濾波器掩膜中的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域，得到去偽影蝶形濾波器掩膜。
[0067](2-2)由于該波紋偽影具有顯著的高頻特性，對(duì)去偽影蝶形濾波器掩膜的中心區(qū)域進(jìn)行均值濾波，即可消除蝶形濾波器掩膜的中心區(qū)域的波紋偽影，得到預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜。
[0068]中心區(qū)域?yàn)橐韵螢V波器掩膜的中心為圓心，半徑為η個(gè)像素點(diǎn)的區(qū)域。本實(shí)施例中蝶形濾波器掩膜的大小為512 X 512，此時(shí)η = 200。
[0069]本實(shí)施例中進(jìn)行均值濾波時(shí)采用的鄰近像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為9。
[0070]本實(shí)施例中對(duì)三維蝶形濾波器掩膜進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)際上應(yīng)理解為對(duì)每層上的二維蝶形濾波器掩膜進(jìn)行預(yù)處理。得到的預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜的二維蝶形濾波器掩膜如圖3(a)所示，與圖2(b)所示的三維蝶形濾波器掩膜的二維蝶形濾波器掩膜比較，可見外部的亮環(huán)偽影和中間區(qū)域的波紋偽影被消除，這樣在整個(gè)修正過(guò)程中不會(huì)將這樣的偽影引入原圖像。同時(shí)也不會(huì)干擾直方圖的計(jì)算(如果是亮環(huán)偽影可能對(duì)直方圖計(jì)算有一定干擾)。
[0071](3)針對(duì)每層二維CT圖像設(shè)定一個(gè)修正因子，并構(gòu)建基于所述的修正因子、三維蝶形濾波器掩膜(為預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜)和原始三維CT圖像的修正函數(shù)，用于對(duì)原始三維CT圖像進(jìn)行修正；
[0072]本實(shí)施例中構(gòu)建的修正函數(shù)如下:
[0073]L = Vta1, a 2，......，a J.[M1, M2,......，Mm]；
[0074]L為修正后的三維CT圖像，Ltl為原始三維CT圖像，a x為原始三維CT圖像中第x層二維CT圖像對(duì)應(yīng)修正因子，Mx為預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜中第X層二維蝶形濾波器掩膜，其中，X = 1，2，......，m。
[0075]本實(shí)施例中修正后的三維CT圖像L和原始三維CT圖像Ltl實(shí)際上均包括m層二維CT圖像:
[0076]L= [Ij1, I'2)……，I’m]，L。= [I 1； I2,……，Im]，I’JP I x分別為修正后的三維 CT圖像L和原始三維CT圖像中第X層的二維CT圖像。
[0077](4)采用數(shù)學(xué)優(yōu)化的方法得到圖像域的修正因子:
[0078](4-1)構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，優(yōu)化函數(shù)包括優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化約束函數(shù):
[0079](4-11)為了使用此優(yōu)化對(duì)圖像本身的平坦程度進(jìn)行反映，以采用所述修正函數(shù)進(jìn)行修正后的三維CT圖像L的直方圖函數(shù)的最大值作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
[0080](4-12)以相鄰兩層二維CT圖像的CT數(shù)的差值小于預(yù)設(shè)閾值作為優(yōu)化約束函數(shù)；
[0081]所述預(yù)設(shè)閾值的閾值為0.005mm 1 (即CT數(shù)大于25HU)。
[0082](4-2)采用松弛優(yōu)化的確定各個(gè)修正因子的初始值，具體如下:
[0083]松弛優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中未知數(shù)(修正因子)的個(gè)數(shù)松弛為1:令每一層二維CT圖像對(duì)應(yīng)的修正因子相同。采用所述的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解即得到各個(gè)修正因子的初始值。
[0084](4-3)使用步驟(4-2)各個(gè)修正因子的初始值，通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法對(duì)的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，即得各個(gè)修正因子的最優(yōu)值；
[0085](5)將各個(gè)修正因子的最優(yōu)值代入修正函數(shù)即得到修正后的三維CT圖像L。
[0086](6)對(duì)修正后的三維CT圖像L的CT數(shù)進(jìn)行標(biāo)定:
[0087](6-1)從修正后的三維CT圖像L選擇3種組織作為目標(biāo)組織，根據(jù)各個(gè)目標(biāo)組織在對(duì)應(yīng)峰值電壓下的CT數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)相應(yīng)目標(biāo)組織在修正后的三維CT圖像L中的CT數(shù)進(jìn)行線性擬合得到標(biāo)定曲線，
[0088](6-2)利用所述的標(biāo)定曲線將修正后的三維CT圖像L的CT數(shù)恢復(fù)至CT數(shù)基線，得到標(biāo)定三維CT圖像。其中，CT數(shù)基線為人體組成材料所對(duì)應(yīng)CT數(shù)。
[0089]本實(shí)施例中峰值電壓為lOOkVp，對(duì)應(yīng)的CT標(biāo)準(zhǔn)值(即CT標(biāo)準(zhǔn)數(shù))為軟組織是0.021mm 、
[0090]利用CT機(jī)(即CT掃描儀)采集到的三維圖像數(shù)據(jù)(在展示的時(shí)候只對(duì)特定層的二維圖像進(jìn)行了展示)對(duì)算法的有效程度進(jìn)行測(cè)試。
[0091]本實(shí)施例中得到對(duì)圖2(a)所示的原始三維CT圖像進(jìn)行修正，所花費(fèi)的修正時(shí)間為2min，對(duì)應(yīng)得到的修正結(jié)果(即修正后的三維CT圖像)如圖3(b)所示，可見經(jīng)過(guò)修正后原始三維CT圖像中的散射偽影造成的暗環(huán)已經(jīng)基本被消除，不會(huì)對(duì)正常臨床使用造成影響。
[0092]以上所述的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，包括: (1)采用濾波反投影算法根據(jù)實(shí)測(cè)投影重建三維蝶形濾波器掩膜和原始三維CT圖像； 所述的原始三維CT圖像包括m層二維CT圖像，所述的三維蝶形濾波器掩膜包括m層蝶形濾波器掩膜； (2)針對(duì)每層二維CT圖像設(shè)定一個(gè)修正因子，并構(gòu)建基于所述的修正因子、三維蝶形濾波器掩膜和原始三維CT圖像的修正函數(shù)，用于對(duì)所述的原始三維CT圖像進(jìn)行修正； (3)針對(duì)修正因子構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，所述的優(yōu)化函數(shù)包括優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化約束函數(shù)； (4)求解所述的優(yōu)化函數(shù)得到各個(gè)修正因子的最優(yōu)值，并將所述修正因子的最優(yōu)值代入優(yōu)化函數(shù)得到修正后的三維CT圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，所述步驟(2)構(gòu)建的修正函數(shù)如下:
L — L0+[ Q 1； α 2，......，a m].[M1, M2，......，Mm]； L為修正后的三維CT圖像，Ltl為原始三維CT圖像，α χ為原始三維CT圖像中第χ層二維CT圖像對(duì)應(yīng)的修正因子，ΜΧ為三維蝶形濾波器掩膜中第X層二維蝶形濾波器掩膜，其中，χ — I，2，......，π?ο
3.如權(quán)利要求1所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，所述步驟(3)通過(guò)如下方法構(gòu)建優(yōu)化函數(shù): (3-1)以采用所述修正函數(shù)進(jìn)行修正后的三維CT圖像的直方圖函數(shù)的最大值作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)； (3-2)以相鄰兩層二維CT圖像的CT數(shù)的差值小于預(yù)設(shè)閾值作為優(yōu)化約束函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，所述的預(yù)設(shè)閾值為30?50HU。
5.如權(quán)利要求1所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，所述步驟(4)通過(guò)如下步驟求解所述的優(yōu)化函數(shù): (4-1)確定各個(gè)修正因子的初始值； (4-2)基于所述修正因子的初始值，對(duì)所述的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，即得各個(gè)修正因子的最優(yōu)值。
6.如權(quán)利要求5所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，所述步驟(4-1)具體如下: 采用松弛法將優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中未知數(shù)的個(gè)數(shù)松弛為I后，再求解松弛后的優(yōu)化函數(shù)即得到各個(gè)修正因子的初始值。
7.如權(quán)利要求5所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，所述步驟(4-2)中通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法對(duì)所述的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。
8.如權(quán)利要求1?7中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，還包括對(duì)三維蝶形濾波器掩膜進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜； 預(yù)處理時(shí)依次消除所述三維蝶形濾波器掩膜的外圍亮環(huán)偽影和波紋偽影； 所述修正函數(shù)中對(duì)應(yīng)的三維蝶形濾波器掩膜為預(yù)處理后的三維蝶形濾波器掩膜。
9.如權(quán)利要求8所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，預(yù)處理時(shí)采用霍夫變換法去除外圍亮環(huán)偽影: (S1-1)采用霍夫變換識(shí)別蝶形濾波器掩膜中的圓，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果確定識(shí)別蝶形濾波器掩膜的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域； (S1-2)將外圍亮環(huán)偽影區(qū)域中所有像素點(diǎn)的灰度值置為零進(jìn)而消除蝶形濾波器掩膜中的外圍亮環(huán)偽影區(qū)域，得到去偽影蝶形濾波器掩膜。
10.如權(quán)利要求9所述的錐束CT圖像域快速散射修正方法，其特征在于，預(yù)處理時(shí)采用均值濾波法去除外圍亮環(huán)偽影: 對(duì)所述去偽影蝶形濾波器掩膜的中心區(qū)域進(jìn)行均值濾波，消除蝶形濾波器掩膜的中心區(qū)域的波紋偽影。由于該波紋偽影具有顯著的高頻特性。 外圍亮環(huán)偽影區(qū)域?yàn)榈螢V波器掩膜中像素點(diǎn)灰度值大于0.1mm-1O 霍夫變換時(shí)進(jìn)行遍歷時(shí)僅以蝶形濾波器掩膜中與中心點(diǎn)的距離大于200像素的區(qū)域。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK104504656SQ201410757244
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】牛田野, 吳蓬威 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)