专利名称：一种自动去除黑心伪影的x－射线计算机层析成像机的制作方法
技术领域：
本发明属于一种医学影像处理的技术领域。特别是涉及到一项对X-射线计算机层析成像机摄影中图像伪影的处理技术。
背景技术：
X-射线计算机层析摄影图像(以下简称为CT图像)，常常存在黑心伪影，黑心伪影给CT图像定量分析带来困难。通常认为X-射线射束硬化是产生黑心伪影的一个主要原因，用硬化校正可以去除一些类似杯状效应的图像伪影。实验发现，对于头部CT，硬化校正可以比较好的去除图像的黑心伪影，但对于腹部CT，尽管经过了常规的硬化校正，图像中的黑心伪影仍然存在。比较头部和体部两种扫描方式的不同之处，头部扫描不需要使用床板，而扫描体部则必须依靠床板。正是由床板的射线散射对体部图像产生的影响，因此引入了此类黑心伪影。
如何解决这个问题，直观的想法是从CT图像中直接去除床板图像。虽然这样做确能使图像中的黑心伪影有所消减，但仍存在如下问题(1)直接去除床板效应，会导致图像失真；(2)直接减除床板效应图像中会出现不规则的环，这是因为扫描空床板的扫描条件、环境因素与扫描患者体部时不同；(3)患者CT图像的重建视野可能和床板重建视野不同，直接减去床板图像会导致伪影图像和真实图像之间尺寸不匹配，这也会影响图像的质量，而且会引入新的伪影。
发明内容
本发明的目的是寻求一种去除CT图像中黑心伪影的方法。针对不同扫描方式的CT机建立一套可普遍适用的计算程序和处理步骤，相应地寻求一种安装在X射线计算机层析摄像机上能自动去除黑心伪影的装置。
本发明提供了一种去除CT图像中黑心伪影的方法，其特征在于将射线束的硬化效应和CT机的床板散射效应两者综合处理后进行图像校正，这种校正方法克服了从CT图像中直接去除床板图像所引起的各种图像失真。
本发明的方法对CT图像的处理是按下述步骤进行的(1)在不同床高扫描床板，重建床板图像，获得床板伪影数据校正表。
(2)根据患者体位的实际情况，判断患者数据中是否包含床板数据，再按各部位的床高判断使用相应的床板伪影数据校正表；(3)从CT图像中，先作空气校正和线束硬化校正后，再用床板伪影校正表获得校正图像。
具体地说，对于各种不同扫描方式的CT机来说，本发明的床板伪影校正表均可按如下程序获取(1)扫描床板；(2)对扫描数据进行空气校正和硬化校正；(3)由投影重建床板图像；(4)计算图像差分，并对差分图像归一化建立伪影图像采样集合；(5)拟合伪影曲面；(6)对伪影曲面作正向投影，存储正投影数据作出伪影校正表。
本发明还提供了一种自动实施去除CT图像中黑心伪影的方法的CT机，它包含至少一个辐射源，至少一个辐射探测器、扫描床和耦联到至少一个辐射源、至少一个辐射探测器和扫描床上用于操作和控制上述系统的至少一个计算机，其特征在于计算机中(a)输入了床板高度和相应的床板伪影校正表数据；(b)安有根据扫描协议判断是否含有床板伪影的自动转换开关；(c)安有自动测量床板高度，并读取相应高度伪影校正表数据的组件；(d)连接该组件与计算机的图像输出组件的单元。
下面将对本发明的技术方案再加以详细的说明。
1、如何建立床板伪影校正表a)扫描床板使用与正常扫描患者腹部相同的扫描协议(如电压，毫安秒，切片厚度)，扫描床板，得到床板数据Raw0。因为不同胖瘦的患者可能扫描时需要的床高位置不同，扫描床板需要在不同的床高位置进行扫描；b)校正床板扫描数据对扫描数据进行空气校正和硬化校正。空气校正使用的公式是
Raw1=-logRaw0Air]]>其中，Air为相应扫描条件下扫描空气的数据。
硬化校正是用以补偿在测量投影过程中射线束硬化引起的误差，采用公式Raw2=Σi=03hardi(Raw1)i]]>其中，Hardi是机器自带硬化校正表中的数据。
c)重建床板图像。重建图像可以使用任何由投影重建图像的方法，例如卷积反投影方法，获得CouchImg；也可以采用代数重建算法或者付立叶重建算法。
d)去除重建图像中的床板成分。
计算差分图像CouchImgCouchImg(i，j)＝CouchImg(i+1，j)-CouchImg(i，j)，其中，i＝0，..，IMGSIZE-1，j＝0，...，IMGSIZE，i，j分别对应平行和垂直于床板的方向。
将差分图像归一化CouchImg1(i,j)=CouchImg1(i,j)Maxj{CouchImg1(i,j)}]]>设定阈值Threshold计算伪影曲面采样点坐标集合X和采样点数据集合Y，阈值可取0.2～0.5。
(i，j)∈X CouchImg′1(i，j)＜Threshold(CouchImg′(i，j))∈Y，CouchImg′1(i，j)＜Thresholde)合采样点X，Y计算伪影曲面ArtifactsCurve，拟合曲面，使得曲面和采样点集合Y吻合。
ArtifactsCurve=Σi=0p-1Σj=0q-1ai,jxiyj,i,j=0,···,ImgSize]]>拟合伪影曲面的方法可采用最小二乘法，也可以采用正交函数或正交多项式逼近法。
f)正向投影伪影曲面ArtifactsCurve获得伪影生数据CouchAritfacts，此伪影数据即为床板伪影校正数据表。
将上述床板伪影校正数据表输入CT机的计算机中，在对患者进行疾病诊断时，让患者躺在诊断床上进行扫描。由于计算机中安有根据扫描协议判断是否含有床板伪影的自动转换开关，当患者扫描部位不含有床板伪影(如头部)，则计算机通过开关自动切换后，按正常重建方式输出CT图像；当患者扫描部位含有床板伪影(如腹部)，则计算机通开关自动切换后接入自动测量床板高度并读取相应高度的床板伪影校正表数据的组件。此时CT机便会(1)根据患者扫描时的床高判断并寻找离此床高最接近的一组校正表数据；(2)将进行过空气校正、硬化校正的患者扫描生数据RawPatient中减去伪影数据，获得校正图像RawFinal＝RawPatient-CouchArtifacts(3)重建RawFinal图像并通过计算机图像输出组件自动输出经过校正后的CT图像。
图1为本发明建立床板伪影校正表的流程图；图2为本发明的CT机诊断患者疾病时的自动执行校正程序的流程图；图3为本发明的CT机的结构示意图，其中1测量装置，2X-辐射管，3射线光阑，4检测器，5检测系统，6床板，7信号序列发生器，8图像计算机，9重建单元，10图像数据储存器，11自动切换开关，12图像显示屏，13发电机单元，14控制计算机，15键盘，16鼠标；图4为用本发明的方法对腰部所作的CT图像的对比图，4a未作校正CT图，4b经去除黑心伪影后的CT图；图5为用本发明的方法对腹部所作的CT图像对比图，5a未作校正的CT图；5b经去除黑心伪影后的CT图。
具体实施例方式
下面将结合具体实施方式
对本发明的内容作进一步的补充和说明。尽管在不同形式的CT机中实施本发明时其硬件的具体构造在细节上会有所差异，但由于采用的方法是相同的，所以它们的基本构造只能是大同小异。故在以下的叙述中为避免过多的重复，将会作必要的省略。
实施例1在双层CT机上实施本发明，扫描床板数据，床高445mm，体部扫描协议120KV，150mA，最短扫描时间2秒，层厚7mm，断层扫描模式。
系统自动执行空气校正和硬化校正后，获得生数据Raw，对生数据Raw进行卷积反投影重建，得到床板图像CouchImg。因为球管处于零点的位置，因此沿图像从上至下，进行差分操作，计算CouchImg差分图像得到CouchImg′。
CouchImg(i，j)＝CouchImg(i+1，j)-CouchImg(i，j)，其中，i＝0，..，IMGSIZE-1，j＝0，...，IMGSIZE，i，j分别对应平行和垂直于床板的方向。
归一化差分图像CouchImg进行归一化的操作CouchImg′1(n,1)=CouchImg′(n,i)Max(CouchImg′(n,i))]]>设定阈值Threshold＝0.5，建立采样点集合。
(i，j)∈X CouchImg′1(i，j)＜Threshold(CouchImg′(i，j))∈Y，CouchImg′1(i，j)＜Threshold利用最小二乘运算计算伪影曲面系数，使得 计算伪影曲面ArtifactsCurve=Σi=0p-1Σj=0q-1ai,jxiyj,i,j=0,Λ···,ImgSize]]>正向投影伪影曲面ArtifactsCurve得到伪影生数据RawArtifacts，将此生数据存储作为校正表。
使用时将此数据校正表和床板高度关系数据输入计算机中，通过自动转换开关，连接到CT机的计算机的图像输出组件中。扫描患者，如果扫描采用体部扫描方式，则装载校正表RawArtifacts；对患者数据进行扫描，同时系统自动执行空气校正和硬化校正后，得到RawPatient；对此数据进行校正RawFinal＝RawPatient-RawArtifacts重建后的图像即是去除黑心伪影校正后的校正图像。
实施例2在单层CT机上实施本发明。扫描床板数据，床高400mm，体部扫描协议80KV，35mA，最短扫描时间5秒，层厚10mm，断层扫描模式。系统自动执行空气校正和硬化校正后，获得生数据Raw，对生数据用代数重建算法得到床板图像CouchImg。因为球管处于零点的位置，因此沿图像从上而下，进行差分计算，计算CouchImg差分图像得到CouchImg′。
CouchImg(i，j)＝CouchImg(i+1，j)-CouchImg(i，j)，其中，i＝0，..，IMGSIZE-1，j＝0，...，IMGSIZE，i，j分别对应平行和垂直于床板的方向。
归一化差分图像CouchImg进行归一化的操作CouchImg′1(n,1)=CouchImg′(n,i)Max(CouchImg′(n,i))]]>设定阈值Threshold＝0.3，建立采样点集合。
(i，j)∈X CouchImg′1(i，j)＜Threshold(CouchImg′(i，j))∈Y，CouchImg′1(i，j)＜Threshold利用正交多项式逼近法，计算伪影曲面ArtifactsCurve=Σi=0p-1Σj=0q-1ai,jxiyj,i,j=0,Λ···,ImgSize]]>正向投影伪影曲面ArtifactsCurve得到伪影生数据RawArtifacts，将此生数据存储作为校正表。
使用时将此数据校正表和床板高度关系数据输入计算机中，通过自动转换开关，连接到CT机的计算机的图像输出组件中。扫描患者，如果扫描采用体部扫描方式，则装载校正表RawArtifacts；对患者数据进行扫描，同时系统自动执行空气校正和硬化校正后，得到RawPatient；对此数据进行校正RawFinal＝RawPatient-RawArtifacts重建后的图像即是去除黑心伪影校正后的校正图像。
实施例3在多层CT机上实施本发明，扫描床板数据，床高550mm，体部扫描协议140KV，300mA，最短扫描时间0.8秒，层厚1mm，断层扫描模式。系统自动执行空气校正和硬化校正后，获得生数据Raw进行傅立叶重建算法重建，得到床板图像。因为球管处于零点的位置，因此沿图像从上至下，进行差分操作，计算CouchImg差分图像得到CouchImg′。
CouchImg(i，j)＝CouchImg(i+1，j)-CouchImg(i，j)，其中，i＝0，..，IMGSIZE-1，j＝0，...，IMGSIZE，i，j分别对应平行和垂直于床板的方向。
归一化差分图像CouchImg进行归一化的操作
CouchImg′1(n,1)=CouchImg′(n,i)Max(CouchImg′(n,i))]]>设定阈值Threshold＝0.2，建立采样点集合。
(i，j)∈X CouchImg′1(i，j)＜Threshold(CouchImg′(i，j))∈Y，CouchImg′1(i，j)＜Threshold利用正交多项式逼近法，计算伪影曲面ArtifactsCurve=Σi=0p-1Σj=0q-1ai,jxiyj,i,j=0,Λ···,ImgSize]]>正向投影伪影曲面ArtifactsCurve得到伪影生数据RawArtifacts，将此生数据存储作为校正表。
使用时将此数据校正表和床板高度关系数据输入计算机中，通过自动转换开关，连接到CT机的计算机的图像输出组件中。扫描患者，如果扫描采用体部扫描方式，则装载校正表RawArtifacts；对患者数据进行扫描，同时系统自动执行空气校正和硬化校正后，得到RawPatient；对此数据进行校正RawFinal＝RawPatient-RawArtifacts重建后的图像即是去除黑心伪影校正后的校正图像。
可以看出，用本发明的CT机通过本发明的方法可以自动地去除CT图像中的黑心伪影；使用本发明的CT机进行诊断时，患者腰椎和腹部的图像质量均有明显的提高，对医生的诊断很有帮助。
权利要求
1.一种自动去除X-射线计算机层析图像(CT图像)中黑心伪影的方法，其特征在于将射线束的硬化效应和床板散射效应两者综合处理后进行图像校正。
2.按权利要求1所述的去除CT图像中黑心伪影的方法，其特征在于所说的对床板散射效应的校正按下述步骤进行(1)在不同床高扫描床板，重建床板图像，获得床板伪影数据校正表；(2)判断患者数据中是否包含床板数据，根据床高判断使用相应的床板伪影数据校正表；(3)从图像中先经空气校正和硬化校正后，再用床板伪影校正表获得校正图像。
3.按权利要求2所述的去除CT图像中黑心伪影的方法，其特征在于所说的床板伪影校正表是以如下程序获得的(1)扫描床板；(2)对扫描数据进行空气校正和硬化校正；(3)重建床板图像；(4)计算图像差分，并对差分图像归一化，建立伪影图像采样集合；(5)拟合伪影曲面；(6)对伪影曲面作正向投影校正表。
4.按权利要求3所述的去除CT图像中黑心伪影的方法，其特征在于所说的由投影重建床板图像的方法可以是卷积反投影法；也可以是代数重建算法，或者是傅立叶重建算法。
5.按权利要求3所述的去除CT图像中黑心伪影的方法，其特征在于所说的拟合伪影曲面的方法可以是最小二乘法；也可以是正交函数或正交多项式逼近法。
6.一种自动实施按权利要求1的方法去除CT图像中黑心伪影的CT机，包含至少一个辐射源、至少一个辐射探测器、扫描床、耦联到至少一个辐射源、至少一个辐射探测器和扫描床上用于操作和控制上述系统的至少一个计算机，其特征在于计算机中(a)输入了床板高度和相应的床板伪影校正表数据；(b)安有根据扫描协议判断是否含有床板伪影的自动转换开关；(c)安有自动测量床板高度，并读取相应高度伪影校正表数据的组件；(d)连接该组件与计算机的图像输出组件的单元。
全文摘要
本发明提供了一种自动去除CT图象中黑心伪影的方法，其特征在于将射线束的硬化效应和床板散射效应两者综合处理后进行图像校正。先在不同床高扫描床板，对扫描数据进行空气校正和硬化校正后重建床板图像，经过差分和归一处理，再经曲面拟合和正向投影生成校正表以供去除黑心伪影时使用。本发明还提供了一种用此方法自动去除黑心伪影的CT机，其特征在于其计算机中安有输入上述校正表的组件、自动转换开关等单元，使用时能根据患者的扫描协议获得去除黑心伪影后的CT图像。使用本发明的CT机进行诊断时，患者腰椎腹部的图像质量均有明显的提高，对医生的诊断很有帮助。
文档编号G06T1/00GK1657011SQ200510046070
公开日2005年8月24日 申请日期2005年3月22日 优先权日2005年3月22日
发明者孙海宁, 楼珊珊, 张坚, 刘晋军, 李双学 申请人:东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司