一种CBCT金属伪影校正方法

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种CBCT金属伪影校正方法。

背景技术

近二十年来，X射线计算机断层成像技术迅猛发展，牙科领域也对重建图像的质量提高了要求。金属伪影是牙科CBCT重建图像不可避免的，现在的金属伪影校正主要分为3类：第一类为投影插值法，第二类为迭代重建法，第三类为混合法。具体来说，由于第二类和第三类耗时较长，并且迭代重建法对系统几何误差较FDK重建敏感，所以现在发展的较好的是第一类的投影插值法。

现有的金属伪影校正技术大多被各大公司视为商业机密，不轻易外泄。现有的公开技术基本是学术论文的方法，且多数只给出二维的校正结果，对三维数据处理有借鉴意义。大部分论文对投影误差以及重建误差并未处理。在二维到三维的过程中，表面只增加了一维，但实际上几何误差在二维时影响不大，但三维时却相当影响校正效果。本发明致力于研究提供一种三维的金属伪影校正方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种CBCT金属伪影校正方法，主要解决背景技术中的问题。

本发明提出一种CBCT金属伪影校正方法，包括以下步骤：

S1、采用FDK算法对输入的投影图像P1进行重建得到F1；

S2、采用阈值分割法对F1进行分割得到金属图像M1；

S3、对M1通过区域生长法得到M2；

S4、对M2进行扩展得到M3；

S5、对M3进行正投影得到金属投影区域MPR；

S6、对MPR进行模板匹配，误差椭圆拟合和偏移校正后得到MPR1；；

S7、对MPR1进行扩展得到MPR2，再对MPR2进行几何校正得到MPR3；

S8、对投影图像P1在MPR3区域中进行几何校正得到P2；

S9、对P2进行插值得到P3；

S10、对P3进行重建得到F2；

S11、结合M3对F2金属区域的像素值进行替换得到F3，得到最终图像F3。

进一步改进在于，所述步骤S3具体包括：

S31、求出金属图像M1的均值mu1和方差sigma1；

S32、以金属图像M1中的金属区域点为中心，求其4邻域，并判断邻域的平均灰度值是否大于mu1+pa1*sugma1，若大于mu1+pa1*sugma1，则把该金属区域点加入金属图像M1，并更新均值mu1；

S33、依次遍历金属图像M1中的所有金属区域点；

其中，pa1＝1.01*pa0，pa0＝(mu1-metal_value)/sugma1，metal_value为分割金属图像M1所用的阈值。

进一步改进在于，所述步骤S4具体包括：为了校正分割误差对M2进行扩展，且以M2中金属区域点为中心，offset2为半径进行扩展得到M3。

进一步改进在于，所述步骤S6具体包括：

S61、将MPR与P1进行匹配，以offset为匹配半径，求出两个图像梯度模的自相关函数，进而得到偏移量dm，其中：

其中M

S62、将偏移量dm进行椭圆拟合得到dm1，且dm1的椭圆参数方程为：

x＝x0+acos(θ)

y＝y0+bsin(θ)

由dm拟合椭圆得到：

S63、把MPR偏移dm1得到MPR1。

进一步改进在于，所述步骤S7具体包括：对MPR1进行扩展，以MPR1中金属区域为中心，offset1为半径进行扩展，同时对边缘进行修整得到MPR2。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明属于医学成像技术领域，提供了一种CBCT金属伪影去除算法。该算法基于原始投影图像，直接在3维基础上去除金属伪影。时间花费小，效果好，对于金属伪影严重的图像，可以大大提高CBCT重建图像的质量。与现有的公开的算法相比，该算法考虑了正投影误差及系统几何误差的影响，鲁棒性强。同时插值算法和正投影算法比一般算法更精确，校正效果好。

附图说明

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

图1为本发明一实施方式的整体流程示意图；

图2为本发明一实施方式的步骤S2过程示意图；

图3为本发明一实施方式的步骤S3过程示意图；

图4为本发明一实施方式的步骤S4过程示意图；

图5为本发明一实施方式的步骤S5过程示意图；

图6为本发明一实施方式的过程示意图；

图7为本发明一实施方式的过程示意图；

图8为本发明一实施方式的M2图像示意图；

图9为本发明一实施方式的M3图像示意图；

图10为本发明一实施方式的校正前后体模图像示意图；

图11为本发明一实施方式的校正前后真人图像示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

参照图1到图11，一种CBCT金属伪影校正方法，包括以下步骤：

S1、采用FDK算法对输入的投影图像P1进行重建得到F1；

S2、采用阈值分割法对F1进行分割得到金属图像M1；

S3、对M1通过区域生长法得到M2；

S4、对M2进行扩展得到M3；

S5、对M3进行正投影得到金属投影区域MPR；

S6、对MPR进行模板匹配，误差椭圆拟合和偏移校正后得到MPR1；；

S7、对MPR1进行扩展得到MPR2，再对MPR2进行几何校正得到MPR3；

S8、对投影图像P1在MPR3区域中进行几何校正得到P2；

S9、对P2进行插值得到P3；

S10、对P3进行重建得到F2；

S11、结合M3对F2金属区域的像素值进行替换得到F3，得到最终图像F3。

作为本发明一优选实施方案，所述步骤S3具体包括：

S31、求出金属图像M1的均值mu1和方差sigma1；

S32、以金属图像M1中的金属区域点为中心，求其4邻域，并判断邻域的平均灰度值是否大于mu1+pa1*sugma1，若大于mu1+pa1*sugma1，则把该金属区域点加入金属图像M1，并更新均值mu1；

S33、依次遍历金属图像M1中的所有金属区域点；

其中，pa1＝1.01*pa0，pa0＝(mu1-metal_value)/sugma1，metal_value为分割金属图像M1所用的阈值。

作为本发明一优选实施方案，所述步骤S4具体包括：为了校正分割误差对M2进行扩展，且以M2中金属区域点为中心，offset2为半径进行扩展得到M3。

作为本发明一优选实施方案，所述步骤S6具体包括：

S61、将MPR与P1进行匹配，以offset为匹配半径，求出两个图像梯度模的自相关函数，进而得到偏移量dm，其中：

其中M

S62、将偏移量dm进行椭圆拟合得到dm1(容易证明，偏移量dm的轨迹近似为椭圆)，且dm1的椭圆参数方程为：

x＝x0+acos(θ)

y＝y0+bsin(θ)

由dm拟合椭圆得到：

S63、把MPR偏移dm1得到MPR1。

作为本发明一优选实施方案，所述步骤S7具体包括：对MPR1进行扩展，以MPR1中金属区域为中心，offset1为半径进行扩展，同时对边缘进行修整(置0)得到MPR2。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明属于医学成像技术领域，提供了一种CBCT金属伪影去除算法。该算法基于原始投影图像，直接在3维基础上去除金属伪影。时间花费小，效果好，对于金属伪影严重的图像，可以大大提高CBCT重建图像的质量。与现有的公开的算法相比，该算法考虑了正投影误差及系统几何误差的影响，鲁棒性强。同时插值算法和正投影算法比一般算法更精确，校正效果好。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。