【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種計(jì)算機(jī)斷層成像偽影的校正方法及裝置。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)斷層成像是用射線對(duì)人體的特定部位按一定厚度的層面進(jìn)行掃描，根據(jù)不同的人體組織對(duì)射線的吸收能力不同，對(duì)掃描數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)重建出斷層面圖像的技術(shù)。

在計(jì)算機(jī)斷層掃描過(guò)程中，因被掃描物體中含有金屬或其它高密度物質(zhì)導(dǎo)致重建后的圖像中存在的偽影稱為金屬偽影。金屬偽影的存在會(huì)降低圖像質(zhì)量，并且可能會(huì)影響醫(yī)生的診斷。因此，在計(jì)算機(jī)斷層掃描的成像中，去金屬偽影(Metal Artifact Reduction,MAR)即金屬偽影校正，所要解決的就是去除由于金屬的存在而引入的偽影，恢復(fù)被偽影破壞或掩蓋的組織，以便于用戶觀察。

現(xiàn)有技術(shù)中，存在各種金屬偽影的校正方法.這些校正方法大致可以分為迭代重建方法(迭代法)及投影插值方法(插值法)。但無(wú)論現(xiàn)有技術(shù)中何種形式的偽影校正，都有可能引入新的偽影，這部分新引入的偽影同樣會(huì)影響圖像質(zhì)量，因而需要對(duì)其進(jìn)行校正。

因此，需要提出一種新的計(jì)算機(jī)斷層成像偽影校正方法，在現(xiàn)有偽影去除方法的基礎(chǔ)上，有效抑制因偽影校正新引入偽影，進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)斷層成像圖像偽影校正方法實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)新引入偽影的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種計(jì)算機(jī)斷層成像偽影校正方法，包括：接收待校正圖像；對(duì)所述待校正圖像進(jìn)行偽影校正，以獲取第一校正后圖像；獲取待校正圖像相對(duì)于第一校正后圖像的誤差圖像；根據(jù)第一校正后圖像引入偽影的程度，調(diào)整所述誤差圖像的權(quán)重，并從所述待校正圖像中去除調(diào)整權(quán)重后的誤差圖像，以獲取第二校正后圖像；對(duì)所述待校正圖像及第二校正后圖像進(jìn)行頻率分割及融合，獲得第三校正后圖像。

可選地，所述第一校正后圖像引入偽影的程度，由所述第一校正后圖像的信息熵進(jìn)行確定。

可選地，所述信息熵的獲取包括：劃分所述誤差圖像與待校正圖像每個(gè)像素的鄰域矩陣；調(diào)整所述誤差圖像像素鄰域矩陣的權(quán)重，并根據(jù)調(diào)整權(quán)重后的所述誤差圖像像素鄰域矩陣與所述待校正圖像像素鄰域矩陣之差獲取所述信息熵。

可選地，獲取使所述信息熵最小時(shí)相對(duì)應(yīng)的所述誤差圖像鄰域矩陣的權(quán)重，將該權(quán)重作為所述誤差圖像的權(quán)重。

可選地，根據(jù)所述誤差圖像中偽影去除的程度，確定所述鄰域矩陣的尺寸。

可選地，根據(jù)所述待校正圖像中的金屬圖像形態(tài)，確定所述鄰域矩陣的尺寸。

可選地，所述鄰域矩陣的尺寸范圍為9-31單位像素。

可選地，還包括根據(jù)設(shè)定的視場(chǎng)對(duì)所述待校正圖像、誤差圖像、第一校正后圖像、第二校正后圖像中的至少一種進(jìn)行壓縮。

可選地，所述頻率分割及融合包括：分割出所述待校正圖像的高頻部分圖像及所述第二校正后圖像的低頻部分圖像，并對(duì)所述高頻部分圖像及低頻部分圖像進(jìn)行融合。

本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)斷層成像偽影校正裝置，其特征在于，包括：

輸入單元，用于接收待校正圖像；第一處理單元，用于對(duì)待校正圖像進(jìn)行偽影校正，以生成第一校正后圖像；第二處理單元，用于獲取待校正圖像相對(duì)于第一校正后圖像的誤差圖像，及根據(jù)第一校正后圖像引入偽影的程度，調(diào)整所述誤差圖像的權(quán)重，并從所述待校正圖像中去除調(diào)整權(quán)重后的誤差圖像，以獲取第二校正后圖像；第三處理單元，用于獲得所述待校正圖像的高頻部分圖像及所述第二校正后圖像的低頻部分圖像，并對(duì)所述高頻部分圖像及低頻部分圖像進(jìn)行融合，獲得第三校正后圖像。

本發(fā)明方案根據(jù)原有偽影校正引入偽影的程度，調(diào)整誤差圖像的權(quán)重，并在待校正圖像中去除調(diào)整權(quán)重后的誤差圖像以形成新的校正后圖像，有效抑制了新偽影的產(chǎn)生，提高了圖像質(zhì)量；同時(shí)該方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程對(duì)原偽影校正方法及裝置依賴性低，因而適用范圍廣，可在任何可能會(huì)引入新偽影的現(xiàn)有金屬偽影校正方法及裝置基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)；進(jìn)一步地，頻率分割及融合減少了由于權(quán)重系數(shù)的差異引起的圖像馬賽克現(xiàn)象，使得校正后圖像更加自然；進(jìn)一步地，對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，及根據(jù)誤差圖像中偽影去除的程度對(duì)鄰域矩陣進(jìn)行劃分，降低了系統(tǒng)的計(jì)算量，提升了校正速度。

【附圖說(shuō)明】

圖1是本發(fā)明的計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中偽影校正方法流程示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中第一校正后圖像信息熵的求取流程示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中偽影校正裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是一種計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)100包括機(jī)架110，所述機(jī)架110具有圍繞系統(tǒng)軸線旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的部分130?？尚D(zhuǎn)的部分130具有相對(duì)設(shè)置的X射線源131和X射線探測(cè)器132的X射線系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)100還具有檢查床120，在進(jìn)行檢查時(shí)，患者在該檢查床120上可以沿著Z軸方向被推入到掃描腔體中。X射線源131繞S軸旋轉(zhuǎn)，探測(cè)器132相對(duì)于X射線源131一起運(yùn)動(dòng)，以采集投影測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在之后被用于重建圖像。還可以進(jìn)行螺旋掃描，在螺旋掃描期間，通過(guò)患者沿著S軸的連續(xù)運(yùn)動(dòng)和X射線源131的同時(shí)旋轉(zhuǎn)，X射線源131相對(duì)于患者產(chǎn)生螺旋軌跡。

所述計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)100還可以包括控制單元和圖像重建單元，所述控制單元用于在掃描過(guò)程中根據(jù)特定的掃描協(xié)議控制計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)100的各部件。所述圖像重建單元用于根據(jù)探測(cè)器132采樣的待校正數(shù)據(jù)重建出圖像。

以上，僅以示例方式闡釋了可使用本發(fā)明所提供金屬偽影校正方法的計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，如使用X射線的C型臂系統(tǒng)等設(shè)備，或組合式醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)(例如：組合式正電子發(fā)射斷層成像-計(jì)算機(jī)斷層成像，Positron Emission Tomography-Computed tomography Tomography,PET-CT)，或使用其它類型射線的斷層成像設(shè)備等，均可適用本發(fā)明所述校正方法及裝置，本發(fā)明對(duì)計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備的類型與結(jié)構(gòu)并不做具體限定。

當(dāng)受檢對(duì)象在上述任一種類的計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備中進(jìn)行掃描成像時(shí)，因金屬或高密度物體的存在會(huì)導(dǎo)致偽影的存在，影響圖像成像質(zhì)量及導(dǎo)致用戶閱圖不便，因而需對(duì)此類偽影進(jìn)行校正。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中偽影校正方法流程示意圖。參照?qǐng)D2，在該實(shí)施例中：

執(zhí)行步驟S1，接收待校正圖像。該待校正圖像由上述計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備掃描重建獲得。

執(zhí)行步驟S2，對(duì)待校正圖像進(jìn)行偽影校正,獲取第一校正后圖像。此步驟中，并不限定該偽影校正的具體實(shí)現(xiàn)方案。因本發(fā)明方案的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種金屬偽影的校正方法所存在的新引入偽影缺陷，任意一種去金屬偽影算法或多種去金屬偽影算法的組合(無(wú)論迭代法還是插值法，亦或其它種類的偽影校正方法)，只要有可能引入新的偽影，均可應(yīng)用于此。對(duì)待校正圖像進(jìn)行偽影校正后，可獲取第一校正后圖像。

執(zhí)行步驟S3，獲取待校正圖像相對(duì)于第一校正后圖像的誤差圖像。在本實(shí)施例中，定義Iori為待校正圖像，Ico_rr為第一校正后圖像，I_err為誤差圖像。則：

Ierr＝Iori-Icorr

即，可通過(guò)比較待校正圖像與第一校正后圖像的差異來(lái)獲取誤差圖像。

執(zhí)行步驟S4，根據(jù)第一校正后圖像引入偽影的程度，調(diào)整誤差圖像的權(quán)重，并從待校正圖像中去除調(diào)整權(quán)重后的誤差圖像，獲取第二校正后圖像。第一校正后圖像引入偽影的程度可以通過(guò)對(duì)誤差圖像的判斷得出，因此，通過(guò)對(duì)誤差圖像的每個(gè)像素點(diǎn)分配權(quán)重(分配的原則是，對(duì)新引入的偽影區(qū)域分配少的權(quán)重，待校正圖像原有的偽影分配多的權(quán)重)，再在待校正圖像中去除調(diào)整權(quán)重后的誤差圖像，即可實(shí)現(xiàn)抑制新引入偽影的效果。

在本實(shí)施例中，第一校正后圖像新引入偽影的程度，可通過(guò)第一校正后圖像的信息熵進(jìn)行確定。圖3示出了第一校正后圖像信息熵的求取流程：

首先，執(zhí)行步驟S401，劃分誤差圖像與待校正圖像每個(gè)像素的鄰域矩陣。具體地，如對(duì)于一個(gè)N×N像素的圖像I而言，對(duì)其圖像的每個(gè)像素(投影角為p，通道為k)計(jì)算一個(gè)鄰域矩陣N_p，k(I)。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該鄰域矩陣的尺寸(MxM)不僅影響著運(yùn)算速度，而且會(huì)直接影響到之后步驟中權(quán)重的分配，所以鄰域大小的劃分可選取經(jīng)驗(yàn)值的方式確定。例如，在本實(shí)施例中，鄰域的大小根據(jù)誤差圖像中偽影去除的程度分配不同的值。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于步驟S2中對(duì)待校正圖像偽影去除較多的應(yīng)用場(chǎng)景，鄰域劃分可以稍大，反之則可以稍小。進(jìn)一步地，鄰域的取值范圍可在9-31單位像素之間。此外，在對(duì)圖像邊緣像素取鄰域矩陣時(shí)，可以在圖像邊緣填零擴(kuò)充圖像邊緣。

此處，作為本實(shí)施例的一個(gè)變化例，鄰域的尺寸還可以根據(jù)金屬形態(tài)信息進(jìn)行確定。此處的金屬形態(tài)信息，指待校正圖像中金屬物質(zhì)或較高密度物質(zhì)的形態(tài)信息，其直接影響到待校正圖像中數(shù)據(jù)破壞的程度：理論上，僅當(dāng)金屬或高密度物體為一規(guī)則圓形時(shí)，現(xiàn)有校正方案可通過(guò)完全替換原有數(shù)據(jù)的方式有效去除金屬偽影(即新引入偽影較少)。而實(shí)際中很少有規(guī)則的物體，如常見(jiàn)的脊柱釘子等植入物的形狀多以不規(guī)則形態(tài)呈現(xiàn)。

設(shè)金屬形態(tài)信息可用形態(tài)指數(shù)來(lái)進(jìn)行表征：在某一斷層面中，射線經(jīng)過(guò)該斷層面一規(guī)則的圓形物體，則無(wú)論從任一角度進(jìn)行投影，其面積均是一致的，可將此理想的金屬投影域面積定義為理想面積，并作為判斷金屬形態(tài)的一項(xiàng)參照，其獲取公式可為：

該公式中，S_Imetal指的是金屬圖像中像素個(gè)數(shù)；Space_channel為通道分辨率，Space_pixel為像素分辨率，N_view為投影角個(gè)數(shù)，S_IdealPmetal是指規(guī)則金屬圖像(金屬圖像域像素個(gè)數(shù)和實(shí)際金屬圖像的金屬像素個(gè)數(shù)相同)投影后的非零像素個(gè)數(shù)(即理想面積)。

通過(guò)比較金屬圖像投影數(shù)據(jù)的理想面積與實(shí)際面積可獲得金屬形態(tài)指數(shù)。進(jìn)一步地，設(shè)S_Pmetal為實(shí)際金屬圖像投影后的非零像素個(gè)數(shù)(即金屬圖像實(shí)際面積)，則金屬形態(tài)指數(shù)RD的獲取公式為：

根據(jù)本實(shí)施例的一個(gè)變化實(shí)施例，步驟S2中的偽影校正方法為投影域加權(quán)校正：金屬形態(tài)信息會(huì)影響到步驟S2的投影域加權(quán)校正是否進(jìn)行及加權(quán)的強(qiáng)度，進(jìn)而影響第一校正后圖像的質(zhì)量，因而，第一校正后圖像信息熵求取時(shí)鄰域的大小，可依據(jù)金屬形態(tài)信息進(jìn)行劃分。一般來(lái)說(shuō)，若金屬圖像實(shí)際面積與理想面積較為接近(如金屬形態(tài)指數(shù)RD小于或接近于1)，則進(jìn)行較少?gòu)?qiáng)度的加權(quán)甚至強(qiáng)度為零的加權(quán)，對(duì)應(yīng)選擇較大的鄰域；若與理想面積相差較大(如金屬形態(tài)指數(shù)RD為2左右)，則進(jìn)行較高強(qiáng)度的加權(quán)校正，對(duì)應(yīng)選擇較小的鄰域。

完成劃分誤差圖像與待校正圖像每個(gè)像素的鄰域矩陣后，繼續(xù)如圖3所示，執(zhí)行步驟S402，基于劃分的鄰域矩陣進(jìn)行圖像域加權(quán)。具體地，對(duì)于每一個(gè)誤差圖像中每個(gè)像素的鄰域矩陣進(jìn)行加權(quán)，和待校正圖像的鄰域矩陣做差得到第一校正后圖像的鄰域矩陣：

N_p，k(Icw)＝N_p，k(Iori)-w_p，k×N_p，k(Ierr)

式中，Icw指第一校正后圖像，w_p，k為鄰域矩陣中每個(gè)像素的權(quán)重，其大小決定了對(duì)誤差圖像中偽影的加重或減輕。

執(zhí)行步驟S403，計(jì)算第一校正后圖像的信息熵。本實(shí)施例中采用信息熵來(lái)表征第一校正后圖像中的結(jié)構(gòu)信息。具體地，第一校正后圖像的信息熵為：

其中，Entropy(N_p，k(Icw))表示第一校正后圖像像素鄰域矩陣的信息熵，P(N_p，k(Icw))表示第一校正后圖像像素的鄰域矩陣的先驗(yàn)概率函數(shù)(該函數(shù)可通過(guò)直方圖方式獲取)，i表示鄰域矩陣中的像素下標(biāo)，n表示像素總數(shù)。

根據(jù)S402及S403中第一校正后圖像信息熵的求取過(guò)程可知，不同的像素權(quán)重w_p，k對(duì)應(yīng)不同的信息熵，通過(guò)調(diào)整w_p，k，可求出使第一校正后圖像信息熵Entropy(N_p，k(Icw))最小時(shí)的權(quán)重即arg w min(Entropy(N_p，k(Icw)))。將該權(quán)重作為誤差圖像調(diào)整后的權(quán)重，并從待校正圖像中去除按該權(quán)重進(jìn)行調(diào)整后的誤差圖像，以得到第二校正后圖像。

因通過(guò)上述權(quán)重調(diào)整計(jì)算有可能會(huì)在第二校正后圖像中引入一些馬賽克效應(yīng)，因此，如圖2所示，還需執(zhí)行步驟S5，對(duì)待校正圖像及第二校正后圖像進(jìn)行頻率分割及融合。

具體地，可通過(guò)對(duì)待校正圖像及第二校正后圖像進(jìn)行頻率分割，獲取未校正圖像的高頻部分圖像和校正圖像的低頻部分圖像并對(duì)其進(jìn)行融合以實(shí)現(xiàn)，例如可選用高斯低通濾波器G(σ)通過(guò)頻域卷積實(shí)現(xiàn)低通濾波，其中：

loriLow＝Iori*G(σ)

Icorr2Low＝Icorr2*G(σ)

式中，σ為一經(jīng)驗(yàn)值，可選范圍為1.2-1.3之間，e表示指數(shù)函數(shù)的底，x表示距離，Iori代表待校正圖像，IoriLow代表待校正圖像的低頻部分圖像，Icorr2代表第二校正后圖像，Icorr2Low代表第二校正后圖像的低頻部分圖像。當(dāng)然，也可選用其它類型的低通濾波器。

優(yōu)選地，在待校正圖像做濾波之前，可做自適應(yīng)濾波處理以消除大部分的高頻細(xì)條偽影。得到待校正圖像和第二校正后圖像的低頻部分圖像后，可以通過(guò)像素相減得到對(duì)應(yīng)的第二校正后圖像的高頻部分圖像IoriHigh：

IoriHigh＝Iori-IoriLow

合并未校正圖像的高頻圖像和校正圖像的低頻圖像，即可得到第三校正后圖像。

在上述偽影校正的過(guò)程中，還可根據(jù)設(shè)定視場(chǎng)對(duì)所述待校正圖像、誤差圖像、第一校正后圖像、第二校正后圖像中的至少一種進(jìn)行壓縮，以提高計(jì)算效率。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，該程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括但不限于：軟盤(pán)、光盤(pán)、CD-ROM、磁光盤(pán)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、磁卡或光卡、閃存、或適于存儲(chǔ)機(jī)器可執(zhí)行指令的其他類型的介質(zhì)/機(jī)器可讀介質(zhì)。

圖4示出了本發(fā)明一實(shí)施例中計(jì)算機(jī)斷層成像偽影校正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。包括：

輸入單元，用于接收待校正圖像；

第一處理單元，用于對(duì)待校正圖像進(jìn)行偽影校正，以生成第一校正后圖像；

第二處理單元，用于獲取待校正圖像相對(duì)于第一校正后圖像的誤差圖像，及根據(jù)第一校正后圖像引入偽影的程度，調(diào)整所述誤差圖像的權(quán)重，并從所述待校正圖像中去除調(diào)整權(quán)重后的誤差圖像，以獲取第二校正后圖像；

第三處理單元，用于獲得所述待校正圖像的高頻部分圖像及所述第二校正后圖像的低頻部分圖像，并對(duì)所述高頻部分圖像及低頻部分圖像進(jìn)行融合，獲得第三校正后圖像；以及輸出單元，用于將校正后的圖像輸出至用戶或后續(xù)計(jì)算設(shè)備。

本實(shí)施例中的輸入單元、第一處理單元及輸出單元，可在現(xiàn)有技術(shù)中任意一種偽影校正裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，因而，本發(fā)明的提供的偽影校正裝置具備良好的兼容性及較低的實(shí)施成本。

本發(fā)明中，各實(shí)施例采用遞進(jìn)式寫(xiě)法，重點(diǎn)描述與前述實(shí)施例的不同之處，各實(shí)施例中的相同方法或結(jié)構(gòu)參照前述實(shí)施例的相同部分。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。