專利名稱：一種ct偽影的綜合校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CT偽影的綜合校正方法，屬于CT技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CT (Computed Tomography)技術(shù)利用射線(一般為X射線)透射被檢測(cè)物體，并在 探測(cè)器上獲取一組投影圖像，再配合相應(yīng)的重建算法得到物體的切片圖像。目前研究 和應(yīng)用的CT可分為二維CT和三維CT兩大類，根據(jù)掃描和重建方式的不同又可進(jìn)行 相應(yīng)的細(xì)分。CT技術(shù)具有對(duì)物體整體(外部和內(nèi)部)進(jìn)行檢測(cè)的能力，在醫(yī)學(xué)和工業(yè)等 領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。
從CT系統(tǒng)的成像原理可知，許多因素會(huì)影響CT圖像的質(zhì)量，其中偽影是一個(gè)重 要方面。根據(jù)CT切片偽影的不同表現(xiàn)形式，可以將其大致劃分為以下四種(1) Streaking (可稱為條狀偽影)，主要與探測(cè)器(包括暗電流、增益、非線性和輻射損傷 等)、檢測(cè)對(duì)象的移動(dòng)和金屬物質(zhì)引起的數(shù)據(jù)損失等因素有關(guān)；(2) Shading (可稱為 陰影偽影)，主要與部分容積效應(yīng)、散射效應(yīng)、探測(cè)器的余暉效應(yīng)和物體截?cái)嗟纫蛩赜?關(guān)；(3) Rings (可稱為環(huán)狀偽影)，主要與探測(cè)器的響應(yīng)不一致、響應(yīng)不穩(wěn)定等因素 有關(guān)；(4) Cupping (可稱為杯狀偽影)，主要與射束硬化有關(guān)。
可見，CT切片的主要偽影來自于射線數(shù)字成像(Digital Radiography, DR)過程， 即將獲取的非理想投影圖像直接用于CT重建所造成的。DR成像的一般過程為射線 機(jī)發(fā)射射線照射物體，射線與物體相互作用(包括瑞利散射、光電效應(yīng)、康普頓散射和 電子對(duì)效應(yīng)等)而導(dǎo)致衰減，衰減后的透射射線以及由于衰減而生成的散射射線共同到 達(dá)平板探測(cè)器，射線與閃爍體作用產(chǎn)生可見光，然后可見光通過光電二極管、薄膜晶 體管、電荷放大器等電子器件由光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后由A/D轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象信號(hào)，并作為投影圖像保存到計(jì)算機(jī)硬盤。
關(guān)于CT偽影校正的文獻(xiàn)有很多，但絕大部分都是僅針對(duì)某一特定方面進(jìn)行研究， 而實(shí)際上要想基本消除切片圖像中的偽影以使圖像質(zhì)量接近理想狀態(tài)，"般不可能僅 通過某一種校正就能實(shí)現(xiàn)。因此，研究CT偽影的綜合校正方法就顯得非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)僅針對(duì)某一特定方面進(jìn)行校正的不足，本發(fā)明提供了一種CT偽較全面地考慮了量子噪聲、電路噪聲、暗場(chǎng)、 暗場(chǎng)波動(dòng)、增益不一致、增益波動(dòng)、散射和射束硬化等因素對(duì)投影圖像質(zhì)量的影響(投 影圖像的質(zhì)量直接影響到重建切片圖像的質(zhì)量)，避免了單獨(dú)考慮某種因素而進(jìn)行校正 的片面性，以使CT圖像的偽影得到盡可能地消除或減少，最終提高CT圖像的質(zhì)量。
本發(fā)明根據(jù)DR成像的一般過程，將引起偽影的相關(guān)因素分為四大部分探測(cè)器偽
影、散射偽影、射束硬化偽影和無處不在的噪聲，其中探測(cè)器偽影主要包括暗場(chǎng)、暗 場(chǎng)波動(dòng)、增益不一致和增益波動(dòng)，噪聲主要包括射線量子噪聲、探測(cè)器電路噪聲和校
正方法帶入的噪聲。針對(duì)DR成像過程中可能引起偽影的這些因素，本發(fā)明提出一種CT 偽影的綜合校正方法，包括下列步驟-
(1) 在滿足CT投影圖像基本要求的前提下，根據(jù)CT設(shè)備性能與掃描情況，采取適 當(dāng)?shù)囊衷氪胧杉唤MCT重建所需的投影圖像；
(2) 對(duì)上一步中的投影圖像進(jìn)行暗場(chǎng)校正，校正方法為各投影圖像分別與平均暗場(chǎng) 圖像相應(yīng)象素的灰度相減，平均暗場(chǎng)圖像由CT掃描前采集的若干幅暗場(chǎng)圖像按對(duì)應(yīng)象 素灰度疊加求和并平均來得到；
(3) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行暗場(chǎng)波動(dòng)校正，校正方法采用公開的"錐束 CT系統(tǒng)中平板探測(cè)器圖像的抗千擾校正方法"；
(4) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行增益不一致校正；
(5) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行增益波動(dòng)校正；
(6) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行壞象素校正，校正方法可根據(jù)公知技術(shù)進(jìn)
行；
(7) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行散射校正，校正方法可根據(jù)公知技術(shù)進(jìn)行；
(8) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行射束硬化校正，校正方法可根據(jù)公知技術(shù)進(jìn)
行；
(9) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行數(shù)字圖像濾波降噪，以進(jìn)一步降低原始的噪
聲和上述校正處理可能帶入的噪聲，濾波方法可根據(jù)公知技術(shù)進(jìn)行；
(10) 對(duì)經(jīng)上述綜合處理后的投影圖像進(jìn)行CT重建，得到偽影減少質(zhì)量改善的切片 圖像。
上述的CT偽影的綜合校正方法不僅可以應(yīng)用于二維CT，還可以應(yīng)用于三維CT。
5在上述方法第l步中，CT投影圖像的基本要求是在采集的所有投影圖像中，射 線均可有效穿透被掃描物體，并在無物體投影的空白區(qū)域不達(dá)到曝光飽和。抑噪主要 是為了減少射線量子噪聲和探測(cè)器電路噪聲對(duì)投影圖像質(zhì)量的影響，措施包括增大射 線源管電流、增大積分時(shí)間和投影圖象多幅疊加三種，具體采用哪一種或者哪幾種需 根據(jù)CT設(shè)備性能與掃描情況而定。
在上述方法第4步中，投影圖像增益不一致校正的公式為
G3, (x，力.~^~ y y 5(jc，力
G3, (x,力=-=-=~^-
S(x,力-5(x，力
其中5(X,力丄t^(X,力為平均無物體空白曝光圖像中位于(X,力的象素灰度，
《(x，力是第j幅無物體空白曝光圖像中位于(x,力的象素灰度，n是圖像幅數(shù)， 一般取值
為10 50;》(x,力為平均暗場(chǎng)圖像中位于(x,力的象素灰度，G3,(x，少)為第3步處理后的
第/幅投影圖像中位于(x,力的象素灰度，G3:0c，少)為增益不一致校正后的象素灰度，
MxiV為圖像分辨率。
在上述方法第5步中，考慮到增益波動(dòng)一般是整幅投影圖像的灰度整體變大或者變 小，因此采用的增益波動(dòng)校正方法為在投影圖像中無物體投影的空白區(qū)域選取若干 個(gè)5x5至15xl5的小矩形區(qū)域(一般在投影圖像的上側(cè)和下側(cè)各選取一個(gè)相同大小的 矩形區(qū)域)，然后對(duì)該組所有投影圖像中位于選取區(qū)域的象素灰度求平均，得到一個(gè)表 示正常灰度水平的灰度值P;設(shè)第/幅投影圖像中位于選取區(qū)域的象素灰度均值為f，
則增益波動(dòng)校正的計(jì)算式為
其中GA(x,力為第4步處理后的第；幅投影中位于(x，;;)的象素灰度，G4:(x,力為增 益波動(dòng)校正后的象素灰度。
本發(fā)明的有益效果是從DR成像的角度比較全面地依次對(duì)CT系統(tǒng)中的量子與電 路噪聲、暗場(chǎng)、暗場(chǎng)波動(dòng)、增益不一致、增益波動(dòng)、壞象素、散射、射束硬化和處理 過程帶入的噪聲等不利因素進(jìn)行了抑制和校正，避免了單獨(dú)考慮某種因素而進(jìn)行校正
6的片面性，系統(tǒng)地校正了CT圖像中由于DR成像的因素造成的偽影，顯著提高了CT圖 像的質(zhì)量。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明CT偽影綜合校正流程；
圖2為綜合校正過程中的切片圖像相同位置灰度比較。
具體實(shí)施例方式
對(duì)一個(gè)材質(zhì)為鐵的被檢測(cè)物體，應(yīng)用本發(fā)明方法對(duì)其CT偽影進(jìn)行綜合校正，執(zhí)行
以下步驟
(l)在滿足CT投影圖像基木要求的前提下，根據(jù)CT設(shè)備性能與掃描情況，采取增 大射線源管電流的抑噪措施，采集一組CT重建所需的投影圖像共360幅；
(2) 對(duì)上一步中的投影圖像進(jìn)行暗場(chǎng)校正，校正方法為各投影圖像分別與平均暗 場(chǎng)圖像相應(yīng)象素的灰度相減，平均暗場(chǎng)圖像由CT掃描前采集的12幅暗場(chǎng)圖像按對(duì)應(yīng)象 素灰度疊加求和并平均來得到；
(3) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行暗場(chǎng)波動(dòng)校正，校正方法采用公開的"錐 束CT系統(tǒng)中平板探測(cè)器圖像的抗干擾校正方法"；
(4) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行增益不一致校正，校正公式為
1 M w 一
其中虧(x,力-丄lX(:c,力為平均無物體空白曝光圖像中位于(x,力的象素灰度，
5(x,力為平均暗場(chǎng)圖像中位于(x,力的象素灰度，G3,(x,力為第3步處理后的第,'幅投影 圖像中位于(x,;;)的象素灰度，G3;(x,力為增益不一致校正后的象素灰度，"=16，
Af = 1024， TV = 1024。
(5)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行增益波動(dòng)校正，考慮到增益波動(dòng)一般是整幅 投影圖像的灰度整體變大或者變小，因此采用的增益波動(dòng)校正方法為在投影圖像的 上側(cè)和下側(cè)無物體投影的空白區(qū)域各選取一個(gè)9x9的小矩形區(qū)域，然后對(duì)該組所有投 影圖像中位于選取區(qū)域的象素灰度求平均，得到一個(gè)表示正常灰度水平的灰度值P ;設(shè)第/幅投影圖像中位于選取區(qū)域的象素灰度均值為f，則增益波動(dòng)校正的計(jì)算式為 G4;(X,,) = ^Z1
其中G4,(x,力為第4步處理后的第/幅投影中位于(x,力的象素灰度，G4"x,力為增
益波動(dòng)校正后的象素灰度；
(6) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行壞象素校正，校正方法采用公知的3X3壞像 素模板標(biāo)記査補(bǔ)法；
(7) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行散射校正，校正方法采用公開的"一種錐束 CT系統(tǒng)的散射測(cè)定和校正方法"；
(8) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行射束硬化校正，校正方法采用公開的"基于 切片輪廓重投影的錐束CT射束硬化校正方法"；
(9) 對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行數(shù)字圖像濾波降噪，以進(jìn)一步降低原始的噪 聲和上述校正處理可能帶入的噪聲，濾波方法為高斯加權(quán)；
(10) 對(duì)經(jīng)上述綜合處理后的投影圖像進(jìn)行CT重建，得到偽影減少質(zhì)量改善的切片 圖像。
圖2為綜合校正過程中的切片圖像相同位置灰度比較，可見隨著校正種類的增加， 切片圖像中的偽影逐漸減少，最后經(jīng)偽影綜合校正后的圖像中的偽影得到基本消除， 切片圖像的對(duì)比度和清晰度顯著提高，表明本發(fā)明方法是切實(shí)可行的。
權(quán)利要求
1、一種CT偽影的綜合校正方法，其特征在于包括下述步驟(1)在滿足CT投影圖像基本要求的前提下，根據(jù)CT設(shè)備性能與掃描情況采取抑噪措施，采集一組CT重建所需的投影圖像；(2)對(duì)上一步中的投影圖像進(jìn)行暗場(chǎng)校正，校正方法為各投影圖像分別與平均暗場(chǎng)圖像相應(yīng)象素的灰度相減，平均暗場(chǎng)圖像由CT掃描前采集的若干幅暗場(chǎng)圖像按對(duì)應(yīng)象素灰度疊加求和并平均來得到；(3)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行暗場(chǎng)波動(dòng)校正，校正方法采用公開的錐束CT系統(tǒng)中平板探測(cè)器圖像的抗干擾校正方法；(4)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行增益不一致校正；(5)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行增益波動(dòng)校正；(6)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行壞象素校正；(7)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行散射校正；(8)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行射束硬化校正；(9)對(duì)經(jīng)上一步處理后的投影圖像進(jìn)行數(shù)字圖像濾波降噪；(10)對(duì)經(jīng)上述綜合處理后的投影圖像進(jìn)行CT重建，得到偽影減少質(zhì)量改善的切片圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CT偽影的綜合校正方法，其特征在于所述 的步驟(1)中CT投影圖像的基本要求是在采集的所有投影圖像中，射線均 可有效穿透被掃描物體，并在無物體投影的空白區(qū)域不達(dá)到曝光飽和；抑噪措 施包括增大射線源管電流、增大積分時(shí)間和投影圖象多幅疊加。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CT偽影的綜合校正方法，其特征在于所述的步驟(4)中，投影圖像增益不一致校正的公式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中5(;c，力-丄^X(;c，力為平均無物體空白曝光圖像中位于(x,力的象素灰度， w戶i^(x,力是第j幅無物體空白曝光圖像中位于(x,力的象素灰度，n是圖像幅數(shù)， 》(x,力為平均暗場(chǎng)圖像中位于(x,力的象素灰度，G3,(x,力為第3步處理后的第/幅投影圖像中位于(x,力的象素灰度，G3:(x,力為增益不一致校正后的象素灰度， MxiV為圖像分辨率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CT偽影的綜合校正方法，其特征在于所述 的步驟(5)中采用的增益波動(dòng)校正方法為在投影圖像中無物體投影的空白 區(qū)域選取若干個(gè)5x5至15xl5的小矩形區(qū)域，然后對(duì)該組所有投影圖像中位于 選取區(qū)域的象素灰度求平均，得到一個(gè)表示正?；叶人降幕叶戎礟;設(shè)第/幅 投影圖像中位于選取區(qū)域的象素灰度均值為C ，則增益波動(dòng)校正的計(jì)算式為G4:0c，力-,G^"，力，其中CM,(x,力為第4步處理后的第/幅投影中位于(x,力 的象素灰度，G4;(x,力為增益波動(dòng)校正后的象素灰度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CT偽影的綜合校正方法，采集一組CT重建所需的投影圖像后依次進(jìn)行暗場(chǎng)校正、暗場(chǎng)波動(dòng)校正、增益不一致校正、增益波動(dòng)校正、壞像素校正、散射校正、射束硬化校正和數(shù)字圖像濾波降噪；對(duì)經(jīng)上述綜合處理后的投影圖像進(jìn)行CT重建，得到偽影減少質(zhì)量改善的切片圖像。本發(fā)明避免了單獨(dú)考慮某種因素而進(jìn)行校正的片面性，系統(tǒng)地校正了CT圖像中由于DR成像的因素造成的偽影，顯著提高了CT圖像的質(zhì)量。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101510298SQ20091002158
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者昆 卜, 張定華, 程云勇, 黃魁東 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)