[发明专利]放疗中基于MVCBCT和KVCT的金属伪影去除方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种放疗中基于MVCBCT和KVCT的金属伪影去除方法。

背景技术

CT图像广泛应用于疾病诊断和放射治疗中，起着至关重要的作用。在设计放射治疗计划时，患者靶区和正常组织的勾画、吸收剂量的计算等都基于患者的CT图像。然而，在患者体内有金属植入物时，其CT图像中会出现金属伪影，表现为或明或暗的区域和条纹状的伪影，这对患者的诊断和放疗的剂量计算精度都带来严重影响。消除金属伪影具有重要意义。

在过去几十年中，基于KVCT提出了很多种消除金属伪影的方法，其大致可以分为两类：基于建模的迭代重建方法和基于投影修正的方法。在建模方法中，往往需要对射线产生、能谱硬化、探测器接收及系统噪声进行建模，然后通过迭代重建的方法得出CT图像。其过程非常复杂，要求对CT机的整个运转过程有详细的认识，这在临床中一般难以实现。投影修正法是一种更加可行的伪影校正方法，认为射线穿过金属得到的投影是不可靠的，当作是缺失的投影数据，一般通过插值或先验图像正向投影进行补充。插值法利用金属投影区周围的正常组织投影来修补缺失投影数据，由于插值数据与原始投影不连续，在消除金属伪影的同时它往往会引入新的伪影。先验图像一般是在原始CT图像或预处理图像的基础上通过分割、滤波等方法得到的不含伪影的图像。先验图像进行正向投影得到的投影值取代原始CT中金属投影区，然后FBP重建得到修正后图像。在先验图像方法中，往往会出现错误分割影响先验图像的质量，而先验图像的准确性对伪影校正效果又起着决定性作用。

这些方法在一定程度上消除了金属伪影，它们大多基于诊断用的KVCT。当存在较大金属植入物时，KVCT射线能量较小，探测器接收到的射线很少，光子饥饿效应非常严重，所以CT图像中会出现严重的伪影。MVCBCT的射线能量较高，能够穿过金属物质被探测器接收到，光子饥饿效应和射线硬化效应要小很多，所以MVCBCT的金属伪影要比KVCT小很多。可是MVCBCT在噪声大小和组织分辨率方面要显著的差于KVCT。结合MVCBCT和KVCT可以较好的校正金属伪影。Paudel把MVCBCT作为先验图像运用到KVCT的NMAR方法中，分析了伪影校正效果及吸收剂量的分布情况，得到了较好的效果。Wu用穿过金属的MVCBCT投影来对KVCT投影作修正，分别运用FBP法和迭代法重建图像，在假牙及人工股骨头的CT图中去除了较多的金属伪影。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种放疗中基于MVCBCT和KVCT的金属伪影去除方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种放疗中基于MVCBCT和KVCT的金属伪影去除方法，包括以下步骤：

(1)扫描图像：在模体中插入金属棒，分别扫描得到模体的KVCT和MVCBCT图像；

(2)图像融合：MVCBCT图像中分割出金属部分，将去除金属部分的MVCBCT和KVCT图像融合，得到先验图像；

(3)投影修正：对先验图像进行正向投影来取代原始KVCT图像的金属投影区，得到修正的先验图像；

(4)图像重建：将步骤(3)得到的修正的先验图像和步骤(2)分隔出的金属部分通过FBP法重建，得到修正后的CT图像；

(5)设计放疗计划：基于步骤(4)中修正后的CT图像计算剂量分布，在TPS中设计放疗计划。

进一步地，步骤(2)中采用阈值分割的方法在MVCBCT中分割出金属部分。

进一步地，步骤(2)中将MVCBCT和KVCT各像素CT值按一定权重进行融合，如式(1)所示，由此得到融合后图像，

I_fused(i,j)＝w(i,j)×I_KV(i,j)+[1-w(i,j)]×I_MV(i,j)(1)

(1)中I_fused表示先验图像，I_KV为KVCT，I_MV为MVCBCT，w(i,j)为各像素对应的权重系数。w(i,j)可由式(2)、(3)得到，

其中，R(i,j)为MVCBCT与KVCT中各对应像素的相对偏差。

进一步地，步骤(3)中投影修正为将步骤(2)中分割出的金属部分的CT值设为零，得到金属部分先验图像，对金属部分先验图像进行正向投影来取代原始KVCT的金属投影区。