一种CBCT影像去金属伪影的方法、系统及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种CBCT影像去金属伪影的方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

传统CT的X线球管和探测器旋转一周采集数据后重建能够得到一个二维图像，也就是这一层面的图像。经过多层扫描(不管是螺旋扫描还是轴扫)，不停地重复采集，最后得到多层的断面CT图像，也就是最后得到一个三维数据图像。

而CBCT则是锥形束旋转一周，类似于一个三维的投影，经过算法重建出三维图像。也就是CBCT不需要经过多次断层切面，采用锥形束射线旋转一周就可以重建出三维的图像数据，也就是不同断层的数据。因此CBCT技术是采用X射线光源和平板探测器对物体进行旋转扫描，获取物体在不同角度下的投影，然后运用锥形束反投影重建算法获取物体三维图像的技术。

不论是CT图像中还是CBCT图像中，若在被重建物体中存在金属物品，由于金属本身具有高衰减特性，会导致在反投影重建的过程中引入放射状或环状的金属伪影，影响最终的重建效果。

因此传统的CT图像中去金属伪影的方法是在重建的三维数据图像中，先通过阈值等方法分割出金属部分，再通过雷登变换将金属部分投影回原始采集的二维图像数据上，通过插值等方法消除原始数据上的金属部分，再做反投影重建三维图像得到不含金属和金属伪影的结果；最后将分割出来的三维金属部分重新融合到重建结果中得到不含金属伪影的重建结果，其过程依次为：CT 2D图像、重建为3D图像、分割出3D金属部分、投影为2D金属部分、插值替换2D金属部分、反重影重建为3D金属部分、融合到原3D图像，得到不含金属伪影的重建结果。

但这种方法存在如下不足：

1、由于重建前的图像为环扫线图组合，无法直接识别其上的金属区域，需要从重建后的图像(3D图像)上提取金属区域再投影到原始图像上，这种方法就需要保证3D金属提取的完整性(但金属重建本身就会导致畸变而无法完整提取)和投影几何的准确性，否则则无法从原始图像上完整得去掉金属，从而产生金属伪影残留；

2、对大块金属或多金属情况去伪影效果较差，过多的金属本身会对重建过程形成干扰，导致重建图像不佳，并不能有效识别和去除；另外对于在三维重建区域外的金属，因为无法从三维图像上进行识别从而无法消除其影响。

发明内容

发明目的：为解决上述问题，本发明提供一种CBCT影像去金属伪影的方法、系统及计算机可读存储介质，可以通过在二维图像中直接提取金属，规避了3D图像无法完整地提取金属和投影几何误差的问题，将金属区域并剔除后进行重建得到没有金属影像的重建结果，并添加金属部分，得到更好的去金属伪影效果。

技术方案：

一种CBCT影像去金属伪影的方法，包括：

S1、获取原始投影序列图像，并对各序列图像进行分割得到各序列图像对应的金属区域；

S2、根据S1对原始投影序列图像的各序列图像中的金属区域的像素点进行线性插值替换，得到去除金属及金属伪影的序列图像，并据此进行滤波反投影重建得到去除金属及金属伪影的三维影像；

S3、对S1得到的原始投影序列图像进行滤波反投影重建得到包含金属伪影的三维影像，并通过阈值法从包含金属伪影的三维图像中提取得到金属区域影像，将其与S2得到的去除金属及金属伪影的三维影像进行融合得到最终去除金属伪影的三维影像。

具体地，所述S1中，对各序列图像进行分割得到各序列图像对应的金属区域，具体为：

通过梯度法识别各序列图像中的金属区域的边缘轮廓并对其进行填充得到金属区域。

更具体地，在得到所述金属区域后，判断所述金属区域中各像素点的灰度值是否小于金属区域的周边设定范围内的区域中各像素点的灰度值的均值，剔除金属区域中大于所述均值的像素点。

更具体地，所述通过梯度法识别各序列图像中的金属区域的边缘轮廓，具体为：

通过梯度法识别各序列图像中的各区域的边缘轮廓，对所述边缘轮廓进行膨胀扩展，再对扩展之后的区域进行自适应阈值分割，对阈值分割后的图像进行连通域识别，将其中满足设定大小条件的连通域作为金属区域，进而得到金属区域的边缘轮廓。

更具体地，所述梯度法具体为：通过计算各序列图像中各像素点的梯度，遍历并筛选其中梯度大于设定阈值的像素点，得到金属区域的边缘轮廓。

具体地，所述S2中，在得到去除金属及金属伪影的图像后，还包括对其修正步骤：

遍历比对所述去除金属及金属伪影的图像P

具体地，所述S2中，所述线性插值具体为：

遍历所有待插值点，针对某一插值点，遍历计算该插值点沿各个方向与金属区域边界的距离之和，选取其中距离之和最小对应的方向作为插值方向，以该方向上过该插值点的直线与金属区域边界交点的像素值作为基础进行线性插值，得到插值点的像素值。

具体地，所述通过阈值法从包含金属伪影的三维图像中提取得到金属区域影像具体为：设置高于金属边缘或金属伪影的CT值的阈值，以此从包含金属伪影的三维图像中筛选出CT值大于所述阈值的金属区域，得到金属区域影像。

一种CBCT影像去金属伪影系统，包括：

获取模块，用于获取原始投影序列图像；

校正模块，用于对获取模块获取的原始投影序列图像执行如前述S2的线性插值替换，得到去除金属及金属伪影的序列图像；

影像重建模块，用于对原始投影序列图像和去除金属及金属伪影的序列图像进行滤波反投影重建得到包含金属伪影的三维影像和去除金属及金属伪影的三维影像；

影像融合模块，用于提取影像重建模块得到的包含金属伪影的三维影像中的金属区域，并将其与去除金属及金属伪影的三维影像进行融合得到最终去除金属伪影的三维影像。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的方法的步骤。

有益效果：本发明可以通过在二维图像中直接提取金属，规避了3D图像无法完整地提取金属和投影几何误差的问题，得到更好的去金属伪影效果。

附图说明

图1为本发明的去金属伪影方法的流程图；

图2为原始投影序列图像的示例图，分别为冠状图、矢状图和轴状图和对应的3D影像；

图3为从带有金属伪影的二维图像中提取得到的金属区域图像的示例图；

图4为对金属区域图像中的各像素点进行线性插值的示例图；

图5为原始投影序列图像去除伪影的图像的示例图，分别为冠状图、矢状图和轴状图和对应的3D影像。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明的CBCT影像去金属伪影的方法如图1所示，包括：

S1、获取原始投影序列图像W

本发明中，一般通过CBCT获取原始投影序列图像W

具体地，对原始投影序列图像W

在本发明中，对二维图像中的金属区域进行分割可采用如下方法，通过梯度法识别得到二维图像中的金属区域的边缘轮廓并对其进行填充得到金属区域，判断得到的金属区域中各像素点的灰度值是否小于金属区域的周边区域中各像素点的灰度值的均值，剔除金属区域中大于周边区域中各像素点的灰度值的均值的像素点，以剔除其中误识别的像素点，提高分割精度，得到最终金属区域；

本发明中，金属区域的周边区域可设为金属区域周边设定范围内的区域。

本发明中，前述填充可采用种子填充法。

具体地，通过梯度法识别二维图像中的金属区域的边缘轮廓并对其进行填充得到金属区域可进一步包括：

1)通过梯度法粗识别二维图像中的各区域的边缘轮廓，之后对边缘轮廓进行膨胀扩展，再对扩展之后的区域进行自适应阈值分割，从而可以对粗识别得到的区域的边缘轮廓进行一定程度的筛选，进而得到金属区域的边缘轮廓；其中，膨胀扩展的大小为经验值；

2)进行连通域识别，将其中满足设定大小条件的连通域作为金属区域。

更具体地，在粗识别各区域的边缘轮廓之前还包括：对二维图像进行低通滤波(如高斯滤波)减小图像噪声，降低对分割的干扰。

在本发明中，梯度法具体为：通过计算二维图像中各像素点的梯度，遍历并筛选其中梯度大于设定阈值的像素点，识别得到二维图像中的各区域的边缘轮廓。

S2、根据S1得到原始投影序列图像W

具体地，线性插值具体过程为：遍历所有待插值点，针对插值点Q，遍历计算该插值点Q沿各个方向与金属区域边界的距离之和，选取其中距离之和最小对应的方向作为插值方向，如图4中AB线段所示，以该方向上过该插值点Q的直线与金属区域边界交点的像素值作为基础进行线性插值，得到插值点Q的像素值。本发明采用前述插值方法可以使得插值点Q的像素值和金属区域边界的像素值尽可能接近，减小因像素关联度差导致插值效果不佳，增加插值后图像的平滑度。

S3、对S2得到的图像进行修正；

遍历比对S2得到的图像P

本步骤中，针对其中金属区域中可能存在的某些被S2误认为是金属区域的像素点进行二次判断，以防止S2将其中非金属区域的像素点误认为为金属区域的像素点，对其进行修正。

S4、对S3得到的去除金属区域的序列图像W

本发明中，滤波反投影重建采用FDK重建算法。

S5、对S1得到的原始投影序列图像W

S6、通过阈值法提取S5得到的包含金属伪影的三维影像D

其中，通过阈值法从包含金属伪影的三维影像D

本申请采用的融合方法可使用相应坐标直接替换方法，还可使用边缘滤波等融合算法，对此不作限制。

本发明还提供一种CBCT影像去金属伪影系统，包括：

获取模块，用于获取原始投影序列图像；

校正模块，用于对获取模块获取的原始投影序列图像执行如前述S1和S2的操作，得到去除金属及金属伪影的序列图像；

影像重建模块，用于对原始投影序列图像和去除金属及金属伪影的序列图像进行滤波反投影重建得到包含金属伪影的三维影像和去除金属及金属伪影的三维影像；

影像融合模块，用于提取影像重建模块得到的包含金属伪影的三维影像中的金属区域，并将其与去除金属及金属伪影的三维影像进行融合得到最终去除金属伪影的三维影像。

进一步地，本发明还包括修正模块，用于对校正模块得到的去除金属及金属伪影的序列图像执行如前述S3的操作，进而防止S2将其中非金属区域的像素点误认为为金属区域的像素点，对其进行修正。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前述CT影像去金属伪影方法的步骤。

本发明通过对CBCT采集的原始序列图像中的金属区域进行分割并剔除，经重建后得到去除金属及金属伪影的重建影像，将原始序列图像进行重建并将其金属区域提取出来，将该金属区域与去除金属及金属伪影的重建影像进行融合得到最终去除金属伪影的重建影像。本发明针对二维图像，可以通过图像识别分割的方式直接提取金属，规避了3D图像无法完整地提取金属和投影几何误差的问题，得到更好的去金属伪影效果。并且CBCT处理图像也规避了金属区域在2D视野中，不在3D视野中时，传统方法无法去除此金属导致的伪影的问题。此外，本方法仅分别涉及一次2D金属区域和去金属伪影的影像重建为3D影像的过程，尽可能避免了重建过程中的效率问题，流程简单，步骤精简，便于实现。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。