基于投影空间的CT射束硬化校正方法

针对医用X线CT成像系统的多色能谱X线在成像过程中出现的CT图像硬化伪影,会降低图像质量,干扰诊断等问题,需要对CT硬化伪影进行校正.本文对于单介质水和水骨混合物分别提出了一种基于投影空间优化的多项式拟合校正方法.首先,构建投影校正模型和理想投影模型;然后,将构建的投影校正模型与理想投影模型做对比,差异最小时确定校正系数;最后,把校正系数代入投影校正模型中再重建图像.经仿真实验结果表明,所提出的多项式拟合校正方法能够很好地去除CT硬化伪影,提高图像精度,对CT的精准定量分析具有重大意义.     

一种射束硬化伪影校正方法

提出了一种医用CT图像射束硬化伪影校正后处理算法。CT扫描机扫描得到的投影数据重建CT图像,对此图像进行分割,得到仅包含高密度物质的图像。分别对原始图像和高密度物质图像进行投影,并对投影数据进行校正。使用校正后的投影数据进行图像重建,得到包含校正信息的校正图像。对原始CT图像,使用校正图像进行CT值校正,得到校正后的CT图像。通过实验,验证了该后处理校正算法的有效性和稳定性。     

基于最优投影逼近法的X射线硬化校正

射束硬化是导致CT重建图像下降的物理原因之一.该文分析了射束硬化校正的常用方法,比如线性化方法、基于原始投影正弦图的校正方法,并在此基础上提出了一种适用于非圆形检测对象的最优投影逼近法.该方法将射线穿透距离最短的扫描角度作为最优投影角度,将该角度下的原始投影作为校正标准,并建立硬化校正方程,通过牛顿迭代法解得各个投影角度下的校正值.实验结果表明,采用本文方法进行硬化校正后,由射束硬化引起的杯状伪影得到较好地抑制.该方法具有自适应性,执行效率高,并且可以推广到多材质扫描对象的硬化校正.     

射束硬化对CT系统平面内空间分辨率的影响

探讨射束硬化对于测量CT系统平面内空间分辨率的影响,在两台相同型号规格的全身16排螺旋CT机上,进行射束硬化校正和不进行射束硬化校正两种情况下,分别计算由被测CT扫描所得小针图像的MTF曲线,然后取MTF曲线幅值的0%,2%,10%以及50%处所对应的空间分辨率线对数进行对比,进而分析射束硬化对与测量扫描系统的平面内空间分辨率的影响。结果表明,在不同层厚以及不同卷积核重建小针图像情况下,是否对图像进行射束硬化校正对于测量平面内空间分辨率的影响存在差异性不同的重建图像场景,射束硬化带来的影响趋势不同。     

CT模体投影解析计算及其在射束硬化校正中的应用

为了开发出有效的医学诊断X射线CT(计算机断层扫描)射束硬化校正方法,结合X射线源能谱分布以及数学CT模体内各区域的几何形状和材料成分,提出一种宽能谱X射线投影解析计算方法.首先在仅考虑人体组织的前提下将CT值映射为材料成分,然后采用解析方法确定区域边界,最后根据X射线能谱分布计算投影数据.与线积分投影比较,该方法不但能够生成更真实的投影,而且能够为射束硬化校正与CT重建研究提供统一的投影数据.FORBILD头部模体实验结果表明,骨校正的骨区域CT值不一致误差比水校正的小4～5Hu,比单能谱重建的大5～6Hu.     

基于单成分被测物体的射束硬化校正算法

经典的CT重建算法基于X射线源为单色源的假设,而实际上由于工业CT机或医用CT机的X射线是多色的,通常只能得到多色投影数据。若直接用多色投影数据来重建图像,就会出现射束硬化伪迹,这种硬化伪迹如果不校正就会影响医学诊断和工业检测的结果。本文通过对计算机断层成像中射束硬化产生的原因分析,给出了基于单成分被测物体的射束硬化校正算法,并对算法进行了数值模拟。     

锥束X射线CT投影的蒙特卡罗仿真

提出了一种锥束X射线CT(计算机断层扫描)投影的蒙特卡罗计算方法,对X光子逐次抽样并以随机步长跟踪,将探测器区域内的沉积能量转化为投影信号,使用蒙特卡罗计算工具EGSnrc执行后台批处理计算,得到符合成像物理学的仿真投影.经过合理加速和参数优化,计算量较通用默认设置降低了2个数量级.对生成的锥束投影进行重建,结果显示出预期的射束硬化和散射伪影.该方法易于进行二次开发,贴近真实设备,是锥束X射线CT原型机散射校正的基础.将仿真投影与真实的物理设备测量数据进行比较,平均误差为1.18%.     

基于重建图像全角度前投影的硬化校正方法

现有的硬化效应校正方法依赖于射线频谱等先验条件,校正过程较为复杂,因此提出一种基于重建图像全角度前投影的硬化校正方法.对重建后的图像进行区域分割,提取出杯状伪影主要影响的组织区域;然后进行基于像素点的全角度前投影,获得校正基算子;再将校正基算子及其高次方乘积进行线性组合获得校正算子,并将此校正算子应用于原图像从而达到校正的目的.水模、头模和西瓜的校正结果显示,本方法对单物质及近人体的物质重建图像的硬化效应均有较好的校正效果.     

面向双能CT成像的医用X射线能谱重构解析方法

现有能谱CT在不同的扫描过程中有效能量窗口通常固定不变,限制了CT成像系统的动态范围.为了提高能谱CT成像精度,提出了一种面向双能CT成像的重构解析医用X射线能谱的方法.利用不同能量的X射线光子在硅半导体中吸收的差异,通过积分不同深度的半导体内的光生电荷并重构解析方程,经一次辐射可以获得同一物体在不同能量组合下的投影信息并用于图像重建.仿真结果表明:图像重建质量受有效能量窗口、待测物质成分及尺寸影响,方法在降低辐射剂量的同时获得了物质在不同能量组合下的成像结果,并可以针对不同物体选择最优能量组合进行成像.     

基于阈值的平板探测器增益校正方法

为了更好地提高平板探测器在齿科CT中采集图像的质量,去除由于探测器制造缺陷等因素而导致的CT重建切片中的条状和环状伪影,提出了一种基于阈值的平板探测器增益校正方法.利用采集的相同放射条件下的空气数据,通过归一化方法计算得到增益系数矩阵.考虑到物体对射线的衰减性,先通过阈值区分出图像的不同部分,然后根据增益系数矩阵和阈值判断结果,对图像的每个像素逐一进行校正.实验结果表明:在校正后的图像中,由于探测器制造缺陷等因素所引起的重建切片中的大量条纹以及环状伪影被有效地清除,且未出现新引入的条纹,重建切片的图像质量得到明显改善.     

基于阈值的平板探测器增益校正方法

为了更好地提高平板探测器在齿科CT中采集图像的质量,去除由于探测器制造缺陷等因素而导致的CT重建切片中的条状和环状伪影,提出了一种基于阈值的平板探测器增益校正方法.利用采集的相同放射条件下的空气数据,通过归一化方法计算得到增益系数矩阵.考虑到物体对射线的衰减性,先通过阈值区分出图像的不同部分,然后根据增益系数矩阵和阈值判断结果,对图像的每个像素逐一进行校正.实验结果表明:在校正后的图像中,由于探测器制造缺陷等因素所引起的重建切片中的大量条纹以及环状伪影被有效地清除,且未出现新引入的条纹,重建切片的图像质量得到明显改善.     

基于投影的CT图像金属伪影非线性权重校正

为抑制计算机层析造影(CT)系统重建图像中出现的金属伪影,提高图像的质量,采用一种基于金属投影非线性权重衰减的方法进行校正。对原始的投影直接重建,在得到的图像中利用阈值分离出金属区域,并重新对该金属区域进行投影,便得到原始的投影中金属投影的区间。只对该金属投影进行合适的非线性衰减。再用传统的滤波反投影方法重建图像。数值模拟表明,该方法不但能基本消除由射线硬化和射线剧烈衰减而引起的金属伪影,而且能保留金属信息,同时能增强金属区域不同部分之间的对比度,使得重建图像的质量得到很大的提高。该算法计算复杂度较小,实现简单,具有较高的实用价值。     

基于冗余表达的CT图像中金属伪影校正

针对CT图像中存在的金属伪影,提出了一种新的基于冗余表达的校正方法.首先分割出CT图像中的金属区域,将其投影得到金属投影区域;然后从原始投影数据中去除金属投影区域部分的投影数据;最后利用冗余表达的算法恢复金属部分的投影数据,经过滤波反投影后,重建出校正后的图像.校正结果显示,本方法对含有多块金属模体的重建图像的金属伪影有较好的校正效果.     

SPECT影像呼吸运动参数辨识与伪影校正的体模研究

为了提出一种单光子发射断层扫描成像(SPECT)影像呼吸运动参数估计和伪影校正方案,该文通过对伪影图像的方向微分和自相关分析分别辨识出体模的运动方向和幅度,根据匀速运动和正弦振动拟合的系统点扩散函数,运用Wiener滤波和Richardson-Lucy盲反卷积(RL)算法校正伪影。结果表明:5个典型运动方向和幅度辨识的结果均与实际值接近,RL算法校正伪影经过5次迭代后图像质量总体优于维纳滤波。通过图像后处理估计运动参数,运用迭代反卷积可以有效的校正图像伪影,可能成为一种更方便实用SPECT/PET(正电子发射断层扫描成像)图像呼吸伪影解决方案。     

第3代双源CT虚拟单能量成像去除腰椎金属 内固定伪影的效果评估

目的:评估双源CT虚拟单能量成像对腰椎椎弓根螺钉内固定术后腰椎金属伪影的去除效果.方法:对40例腰椎椎弓根螺钉内固定术后患者使用Force双源CT行双能量扫描复查,并将图像进行标准线性融合(M_0.6)、FAST DE、虚拟单能量图像重建6组(虚拟能级为40～190 keV,间隔为30 keV)共8组.分别对8组图像的主观质量按照4分法评分.使用Friedman(M)检验评价8组图像的主观质量评分之间差异;用Kappa检验评价主观评分的一致性;客观评分为有、无伪影层面腰大肌CT值,并对其进行配对t检验.结果:130 keV及160 keV图像主观评分明显优于其他组重建图像(P0.01),其中130 keV图像评分均值显著高于160 keV图像(P0.01);130 keV图像中腰大肌CT值,在有、无伪影层面无统计学差异(P0.05).结论:双源CT虚拟单能量重建技术可以减少腰椎内固定金属伪影,得到高质量的重建图像,最佳成像条件为130 keV单能量重建.     

一种基于层选择的弥散张量优化算法

为了从带伪影的弥散加权数据中重建更准确的张量,提出了一种基于层选择的张量优化算法.首先对弥散加权图像中常见的3种伪影(波状、层间运动和对比度伪影)进行定性分析,分别提取3种对应的特征(小波标记、相似度和相关性)来识别这些伪影,从而区分出正常图层和伪影图层.然后,利用正常图层数据进行张量重建.模拟实验结果验证了这3种特征对弥散加权图像中相关伪影判断的有效性,且对波状伪影和层间运动伪影的判断率均大于90%.真实数据实验结果表明,与类似算法相比,所提算法可以更好地改善部分各向异性伪彩图中的偏色现象,在白质结构分析中提供了更准确的方向信息.     

改进Canny的核磁共振图像伪影校正算法

核磁共振图像伪影校正是当前图像处理领域的研究重点,为了有效消除核磁共振图像中的伪影,提高医学图像质量,该文提出一种基于改进Canny的核磁共振图像伪影校正算法。首先对当前核磁共振图像伪影校正的研究现状进行分析、指出存在的不足,然后采用Canny算法对伪影边缘进行检测和识别,并采用双边滤波代替高斯滤波消除核磁共振图像中的噪声、增强核磁共振图像中的伪影信息,采用Otsu法选定图像分割的最优阈值,最后采用B样条法校正异常投影数据,并采用仿真实验对算法性能进行分析。结果证明,该文算法有效抑制了核磁共振图像中的伪影,视觉效果和客观结果均要优于其它伪影校正算法,更加有利于核磁共振图像的后续处理。     

基于对抗式多任务学习的医学CT图像金属伪影去除方法

人体中的金属植入物会导致X射线计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)图像中存在金属伪影,使图像质量大幅降低,目前已有许多利用深度学习(Deep Learning,DL)的方法一次针对一帧CT图像来去除金属伪影(Metal Artifact Reduction,MAR),但患者经CT扫描后得到的大量连续CT切片图像会使计算成本和时间成本十分高昂.为了能同时处理连续的CT伪影图像,提出一种基于对抗式多任务学习的连续CT图像MAR方法(Adversarial Multi-Task Learning MAR,AMTL-MAR),可以充分利用连续CT图像的空间相关性和解剖组织相似性,并行地处理多张连续的伪影图像.利用共享编码器提取连续伪影图像的共享特征,同时使用多个解码器重建相应的无伪影图像,整个任务的目标函数由各个平权的MAR子任务的损失函数线性组合而成,可以提高整个任务的图像重建质量.实验结果表明,该方法可以并行地去除连续图像中的金属伪影,准确恢复原始图像的组织结构.与现有方法相比,提出的方法处理连续伪影图像的效率更高,处理一组伪影图像耗时小于0.02 s,有效提升了MAR方法实时处理伪影图像的速度.     

一种快速自旋回波的受激回波伪影校正方法

研究了快速自旋回波产生受激回波的原理,以及受激回波与射频脉冲相位角之间的关系.针对快速自旋回波脉冲序列提出了一种受激回波伪影校正方法.通过两次激发分离出自旋回波与受激回波,然后调整预散相梯度的面积使受激回波与自旋回波中心重合,并修改180°回聚脉冲相位角使受激回波与自旋回波同相位.在1.5T超导磁共振成像系统对校正方法进行了验证,经过受激回波伪影校正后,快速自旋回波图像的信噪比提高了57.08%,图像伪影降低了76.12%.实验结果表明,所提出的方法可以有效抑制受激回波对快速自旋回波成像的影响,提高了图像质量.     

X射线质量厚度测量研究

拟合了能量在200 keV以下的中低能光子质量减弱系数的实验数据,发现基于光电效应,瑞利散射和康普顿散射的半经验公式能够精确地模拟光子质量减弱系数的实验数据.计算了X射线管发出的连续能谱X射线经过吸收片过滤后的能谱分布,发现能谱呈峰形.将它用作物质的透射模拟实验,发现在一定厚度范围内,它与某单能光子的强度减弱规律相同而等效.利用拟合求得的减弱系数半经验公式,求出并讨论了这一等效能量的数值和规律.讨论了X射线束的光电流和光子计数两种探测方式,计算发现经过低能过滤后的X射线,两者都能够反映强度减弱规律.进行了吸收实验,证明低能过滤X射线束的能量探测的确可以用来进行物质的质量厚度测量.