一种基于水平集的锥束ct中杯状伪影的校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用水平集算法的锥束CT切片图像中杯状伪影的校正方法，属 于图像处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 锥束CT具有很好的扫描速度和辐射利用率，能有效的减少X射线管的负载输出， 降低扫描成本，也能快速获得高分辨率三维断层图像数据。
[0003]目前，影响锥束CT重建图像质量的因素有很多，如：X线散射、噪声、几何误差、能 谱、探测单元响应不一致等。但由于锥束平板CT使用大范围的X射线平板探测器，这使得 成像质量与传统CT相比较更易受到X射线散射及射束硬化的影响。因散射和射束硬化而 形成的伪影、CT数的不准确等严重影响对重建图像的分析与判断。在针对人体的锥束CT 重建图像中，这些伪影主要表现为CT值不均匀性伪影，该伪影的大多表现为杯状的伪影。 这些伪影对于基于阈值的可视化显示方面和基于阈值的锥束CT图像分割方面影响非常严 重。因此，针对锥束CT杯状伪影的校正显得尤为必要。
[0004] 为了减少杯状伪影（即：CT值不均匀性伪影）的影响，目前，大多数的校正方法主 要是考虑因散射造成的杯状伪影，并且现有技术或文献资料的研宄主要集中在对投影图像 上的散射校正。可以将这些方法分成两类：一类是基于软件，另一类是基于硬件。大多数以 软件为基础的方法是基于蒙特卡罗仿真，它是一种对锥束CT散射校正非常有效的方法。但 它是特别耗时。近年来，人们已经提出一些改进的蒙特卡洛仿真算法，如：基于GPU的方法 等。但是，即使采用快速算法，繁重的计算还是阻碍了其实际的应用。许多基于硬件的校正 方法是也不错的，例如：部分射线遮挡、初级调制等。
[0005] 现有技术的缺点主要包括：
[0006] (1)现有技术主要是针对投影图像校正，没有直接针对重建后切片图像的校正。
[0007] (2)现有技术大多数集中在因散射而造成的伪影校正的方法中，并且大多需要添 加硬件设备，如：专利200710019084和201310039298,这两个专利都需要在昂贵的锥束CT 设备上添加硬件设备，增加了操作的复杂性和对设备造成潜在的安全风险。特别是专利 200710019084需要两次扫描被测物体，这样无疑增加的被测物的辐射量。
[0008] 综上所述，在现有技术或文献资料的方法中，蒙特卡洛模拟方法非常耗费时间，初 级射线调制方法中校正结果受限于调制板自身的结构，基于部分散射射线测量方法，有些 需要增加照射剂量，有些方法对散射分布的估计准确度不高。而本发明能够很好地解决上 面的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明目的在于提出了一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，该方 法应用于锥束CT切片图像校正。该方法能够自适应的进行锥束CT的杯状伪影校正，无需 人工干预就可以自动完成校正。该方法不需要重复扫描被测物体；不增加锥束CT系统的复 杂度；针对重建后的切片图像，能够直接面向用户，不需要对原有锥束CT的原有设备进行 任何改动，就可以完成校正工作，该方法能够高效地进行锥束CT的杯状伪影校正，同时还 能够提尚图像的对比度。
[0010] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于水平集的锥束CT中杯状 伪影的校正方法，该方法包括如下步骤：
[0011] 步骤1:获取带有伪影的锥束CT切片数据；
[0012] 步骤2:根据公式（7)和公式⑶计算全局量函数e((i>，fs，p)和水平集约束方 程F((i>，p，fs);
[0013] 步骤3:对带有伪影的锥束CT切片数据，根据公式（10)，固定p*fs，使用有限差 分方法迭代演化出^ ;
[0014] 步骤4:根据公式（11)，固定巾和4，计算p变量值的估计值乡；
[0015] 步骤5:根据公式（12)，固定（i)和P，计算f/变量值的估计值义；
[0016] 步骤6:若义不收敛或达未到迭代次数，则令> = p=彡，乂=又，且回到步骤 3 ；
[0017] 步骤7:根据公式（13)，计算校正后的锥束CT切片图像。
[0018] 有效效果：
[0019]1、本发明能够直接针对重建后的切片图像的杯状伪影校正。
[0020] 2、本发明计算量相对较小，能够高效地进行锥束CT切片图像杯状伪影校正的同 时，也能够很好地提高图像的对比度。
[0021] 3、本发明能够直接面向CT切片需求用户，不需要对原有锥束CT原有设备进行任 何改动就能完成校正工作。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的方法流程图。
[0023] 图2为图像切片的示意图。
[0024] 标识说明：（a)表示CTP486原始切片图；(b)表示使用本发明方法校正后的 CTP486切片图；（c)表示CTPTop原始切片图；（d)表示使用本发明方法校正后的CTPTop 切片图。
[0025] 图3为图像切片的水平剖面图。
[0026] 标识说明：（a)、（b)表示中间行的水平剖面图。
[0027] 图4为CTP486杯状伪影指标t_计算区域的示意图。
[0028] 图5为CTPTop杯状伪影指标teup计算区域。
[0029] 图6为灰度不均匀校正前图像（左侧）和灰度不均匀校正后图像（右侧）的示意 图。
[0030] 图7为图6头部锥束CT切片的1维水平剖面图。
[0031] 图8为乳房锥束CT切片图像灰度不均匀校正实验，左列为校正前图像（a,c)，右 列为校正后图像（b，d)的示意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
[0033] 如图1所示，一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，该方法包括如下 步骤：
[0034] 步骤1:获取带有伪影的锥束CT切片数据；
[0035] 步骤2:根据公式（7)和公式⑶计算全局量函数e((i>，fs，p)和水平集约束方 程F((i>，p，fs);
[0036]步骤3:对带有伪影的锥束CT切片数据，根据公式（10)，固定p和fs，使用有限差 分方法迭代演化出
[0037] 步骤4:根据公式（11)，固定巾和fs，计算p变量值的估计值.;
[0038] 步骤5:根据公式（12)，固定巾和p，计算f/变量值的估计值又；
[0039] 步骤6:若又不收敛或达未到迭代次数，则令> = p=彡，/s=义，且回到步骤 3 ；
[0040] 步骤7:根据公式（13)，计算校正后的锥束CT切片图像。
[0041] 本发明的校正方法具体包括：
[0042] 重建切片图像分解包括：
[0043] 锥束CT中重建算法是以FDK算法为基础的，重建图像集f可以写成
[0044]
【主权项】
1. 一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在于，所述方法包括如下 步骤： 步骤1:获取带有伪影的锥束CT切片数据； 步骤2:根据公式（7)和公式⑶计算全局量函数e((i>，fs，p)和水平集约束方程F〇，p，fs); 步骤3:对带有伪影的锥束CT切片数据，根据公式（10)，固定p和fs，使用有限差分方 法迭代演化出 步骤4:根据公式（11)，固定巾和4，计算p变量值的估计值/〃 步骤5:根据公式（12)，固定巾和p，计算f/变量值的估计值又； 步骤6:若又不收敛或达未到迭代次数，则令4 = #，/?=多，= 且回到上述步骤 3 ； 步骤7:根据公式（13)，计算校正后的锥束CT切片图像。
2. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述步骤2的公式（7)为：
所述步骤2的公式（8)为： F(<i>,p,fs) =e(<i>,fs,p)+vL() +yRq () 〇
3. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述步骤3的公式（10)为：
4. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述步骤4的公式（11)为：
5. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述步骤5的公式（12)为：
6. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述步骤7的公式（13)为： fp: f - }s °
7. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述方法自适应的进行锥束CT的杯状伪影校正，无需人工干预就可以自动完成校正； 所述方法不需要重复扫描被测物体；不增加锥束CT系统的复杂度；针对重建后的切片图 像，能够直接面向用户，不需要对原有锥束CT的原有设备进行任何改动，就能完成校正工 作。
8. 根据权利要求1所述的一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，其特征在 于，所述方法应用于锥束CT切片图像校正。
【专利摘要】本发明公开了一种基于水平集的锥束CT中杯状伪影的校正方法，该方法应用于锥束CT切片图像校正。该方法能够自适应的进行锥束CT的杯状伪影校正，无需人工干预就可以自动完成校正。该方法不需要重复扫描被测物体；不增加锥束CT系统的复杂度；针对重建后的切片图像，能够直接面向用户，不需要对原有锥束CT的原有设备进行任何改动，就可以完成校正工作，该方法能够高效地进行锥束CT的杯状伪影校正，同时还能够提高图像的对比度。
【IPC分类】G06T5-00
【公开号】CN104778667
【申请号】CN201510176350
【发明人】谢世朋, 丁铭晨, 李海波, 葛琦, 闫瑞菊
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月14日