一种CBCT图像截断伪影抑制方法与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其是一种cbct图像截断伪影抑制方法。

背景技术：

1、cbct成像技术因其快速、精确、三维可视化等优点广泛应用于医学领域，临床应用中常采用小视野扫描模式完成高分辨率成像，但由扫描视野不够大，无法覆盖患者的整个横截面，导致采集的投影数据被截断。cbct重建过程中涉及滤波步骤，信号强度的突变(从有效视野内部的非零值到视野外部的零值)将被放大，这种放大的信号强度变化将错误地传播到有效视野内边界附近的像素，并提升其灰度值。反投影后，投影数据中的信号突变将被传输到重建的cbct图像，导致有效视野外边界附近的ct值激增，即图像外围出现高亮伪影，不仅影响外边界结构信息的诊断，还降低了ct值的准确性。如何有效地去除截断伪影成为亟待解决的问题。

2、为了减少重建图像截断伪影，目前已经开发了各种投影数据补全方法，以使投影数据在现视野边界上更平滑地过渡。如数据外推方法，其原理是利用投影图像边界像素作为指导，用余弦函数或者线性递减等方法生成数据替换视野外丢失的投影数据，以便投影数据可以平滑地降到零。这类伪影去除方法能一定程度改善伪影，但因补全的数据与真实结构信息相差太大导致重建图像靠近边缘的ct值与实际组织结构的密度相差较大。

3、有相关技术提出直接使用获取的真实投影数据补全小视野投影数据，以实现截断伪影抑制。但在临床应用中为了扩大成像视野常使用探测器偏置设计，获取的大视野投影数据不能完全覆盖被扫描对象，又因共轭补全的几何关系计算只有在锥形束ct中心层才完全准确，非中心层补全位置计算误差会导致组织结构发生错开现象，因此利用真实投影数据的共轭数据补全小视野投影数据依然存在不准确问题。也有专利提出的双源双探ct系统的小视野重建方法利用图像配准算法进行数据补全，会受到投影图像质量及结构特征清晰度的制约，需进一步提高算法在临床应用中的适应性与稳定性。

技术实现思路

1、本发明需要解决问题为：1)探测器偏置设计获取的锥形束扫描数据用共轭补全法得到的完整投影并不准确；2)用图像配准方法计算数据补全位置受限于投影图像质量，适应性、稳定性有待提升。本发明针对以上的问题给出了合理可行的解决方案。

2、本发明的技术方案为：一种cbct图像截断伪影抑制方法，包括如下步骤：

3、步骤1、通过两次锥形束ct利用大小不同的视野扫描采集同一扫描对象，获得大小视野两组投影数据，大视野投影数据覆盖扫描对象的部分投影区域，小视野投影数据对应扫描对象内部roi区域的投影；其中，由于探测器偏置设计，采集的大视野投影数据覆盖扫描对象的部分投影区域，其中roi区域位于扫描对象内部；

4、步骤2、对大视野投影数据使用重建算法得到重建图像，重建图像覆盖扫描对象；所述重建算法包括fdk重建算法、迭代重建算法；

5、步骤3、对重建图像进行前向投影得到覆盖扫描对象的完整投影图像；

6、步骤4、通过两次扫描区域的几何位置关系计算出小视野区域在大视野投影上的投影位置，结合大视野重建图像的前向完整投影图像对小视野投影图像进行补全；

7、步骤5、最后对小视野投影图像补全位置进行后处理，重建得到最终图像。

8、进一步的，所述步骤1包括：

9、通过两次锥形束ct利用大小不同的视野扫描采集同一患者身体上的同一扫描对象，获得大小视野两组投影数据。

10、进一步的，所述步骤4包括：

11、利用前向投影的几何关系计算roi区域在大视野投影域的分布区域，计算roi投影区域外接矩形，并记录roi投影区域起始点位置p(u1,v1)、以及分布区域的宽度w和高度h，用于图像的配准。

12、进一步的，cbct成像过程中，探测器与射线源绕着被扫对象旋转一周，旋转过程中探测器到roi区域的距离一直在变，而探测器到射线源的距离不变；所述步骤4中结合大视野重建图像的前向完整投影图像对小视野投影图像进行补全，包括：对大视野完整投影数据缩放处理，使其与小视野投影图像上相同结构影像大小一致，并用缩放后的大视野完整投影数据补全小视野投影数据。

13、根据投影高度h与实际获取的小视野投影图像高度h计算缩放比r＝h/h，然后基于该缩放比对大视野投影数据进行缩放处理，然后用缩放后的大视野投影图像数据补全小视野投影图像数据。

14、进一步的，所述的步骤5包括：对补全后小视野投影图像进行补全数据灰度值调整，与补全位置像素融合处理得到最后的投影数据补全图像，使补全位置灰度值平滑过度。

15、进一步的，所述步骤1包括：所述扫描对象为患者的头部。

16、进一步的，所述步骤3中，利用前向投影对大视野扫描重建获取的cbct图像进行计算得到准确的完整投影数据，其中大视野的重建视野在轴向面能完整覆盖患者头部。

17、有益效果：

18、本发明提出了一种全投影数据获取方法，即设置大视野系统的重建视野在轴向面能完整覆盖患者头部，然后进行大视野扫描并重建得到三维重建图像，再利用前向投影法获取准确的完整投影数据用以小视野的补全；本发明提出用几何位置关系计算更准确的投影数据配准位置，实现用携带真实结构完整信息的数据与小视野投影数据的补全，且不受获取投影数据质量的影响，本发明使重建图像截断伪影的抑制取得了更优的效果。

技术特征：

1.一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述步骤1包括：

3.根据权利要求1所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述步骤4包括：

4.根据权利要求1所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述步骤4中，结合大视野重建图像的前向完整投影图像对小视野投影图像进行补全，包括：对大视野完整投影数据缩放处理，使其与小视野投影图像上相同结构影像大小一致，并用缩放后的大视野完整投影数据补全小视野投影数据。

5.根据权利要求4所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述的步骤5包括：对补全后小视野投影图像进行补全数据灰度值调整，与补全位置像素融合处理得到最后的投影数据补全图像，使补全位置灰度值平滑过度。

7.根据权利要求1所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述步骤1包括：所述扫描对象为患者的头部。

8.根据权利要求7所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，利用前向投影对大视野扫描重建获取的cbct图像进行计算得到准确的完整投影数据，其中大视野的重建视野在轴向面能完整覆盖患者头部。

9.根据权利要求1所述的一种cbct图像截断伪影抑制方法，其特征在于：所述步骤2的重建算法包括fdk重建算法、迭代重建算法。

技术总结
本发明涉及一种CBCT图像截断伪影抑制方法，包括如下步骤：步骤1、通过两次锥形束CT利用大小不同的视野扫描采集同一扫描对象，获得大小视野两组投影数据，其中大视野投影数据覆盖扫描对象的部分投影区域，小视野投影数据对应扫描对象内部的ROI区域；步骤2、对大视野投影数据使用重建算法得到重建图像；步骤3、对重建图像进行前向投影得到覆盖扫描对象的完整投影；步骤4、通过两次扫描区域的几何位置关系计算出小视野区域在大视野投影图上的投影位置，结合大视野重建图像的前向完整投影实现投影图像补全；步骤5、最后对图像补全位置进行后处理，重建得到最终图像。

技术研发人员：易前娥,张康平,孙宇,吴宏新,张文宇,王亚杰
受保护的技术使用者：北京朗视仪器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13