[发明专利]一种CBCT图像环形伪影消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除CBCT图像环形伪影方法，属于医学图像处理领域。

背景技术

近年来，锥形束计算机断层成像系统(Cone-beamComputedTomography)在临床诊断、3D植入物等医疗领域得到了广泛的应用。作为断层成像的一种，锥形束CT具有成像精准、对射线利用率高等众多优点。但是，由于系统工艺、设计以及重建算法等多重因素的限制，锥形束CT图像中往往存在有一系列以重建中心为圆心且灰度值区别于周围像素的同心圆环，即环形伪影。环形伪影的出现严重的影响了图像的质量与真实性，干扰了进一步的临床诊断与处理。由此，如何在不影响图像分辨率的情况下对环形伪影进行去除成为了目前业界研究的重点。

从锥形束CT成像系统出现至今，业界已出现了多种针对环形伪影的矫正方法并取得了一定的效果。近年来，环形伪影的去除工作主要在图像上进行且大致分为两个大类，分别是：

(1)基于投影正弦图的前处理方法；

(2)基于重建图像的后处理方法；

对于第一类矫正方法，其的主要原理为在图像被重建前所得到的投影正弦图中，环形伪影通常表现为竖直方向上多条相互平行的直线。相比于同心圆环，竖直条纹有着更加易于被检测并且消除等特点。2009年，BeatMunch等人提出了将小波分解和傅里叶低通滤波器相结合的方法，为了使图像的伪影信息与原始信息得到更加严格的区分，首先对CT图像的投影正弦图做多尺度小波分解，从而得到不同尺度下含有图像在竖直方向上部分信息的竖直频带。其后，对所有的竖直频带做空间域上的快速傅里叶变换并进行低通滤波，最后通过反小波分解的方法就可以得到细节信息保留更加完好的处理后图像。这个方法虽然在很大程度上消除了低通滤波过程中滤波函数对于原始信息的影响，但作为前处理方法的通病，由于投影正弦图所占的存储空间巨大，由此这一系列复杂的操作将耗费一定的时间；同时针对不同的图片，还需要对多个不同的参数进行人为的选择从而在多个方面导致了重建效率的下降。并且，在某些情况下，这个方法可能造成伪影的残留和新伪影的产生。

为了节省存储空间，提高伪影去除的效率，使图像的矫正结果有着更加直观的体现。近年来，业界逐渐出现了多种针对重建图像的后处理方法。与基于投影正弦图的前处理方法相似，为了改变环形伪影的几何特性，减少伪影检测与去除过程中的难度，需首先对重建后图像进行极坐标变换。根据此类变换的数学性质，笛卡尔坐标系中的环状伪影将在极坐标系中表现为条纹型伪影，经过后续的一系列处理以及逆坐标变换，就可以得到环形伪影校正后的重建CT图像。目前已有的针对重建图像的后处理方法大多采用了不同方式的滤波，由此造成了图像的边缘模糊与细节损失。2007年，夏雄军等人提出的基于单向自适应平滑处理的方法，在消除CT图像中环形伪影的同时尽量保持了图像中的原始细节信息，降低了对其边缘的模糊，是一种优良的基于重建图像的后处理方法。但由于参数的选择与需考虑伪影去除与细节保留的平衡等问题，在环形伪影强度变换较大的情况下，此种方法会造成一定程度上的伪影残留。

发明内容

本发明的目的是针对目前具有较强发展前景的后处理方法中所存在的问题，提出一种CBCT图像环形伪影消除方法，该方法在后处理方法的基础上，将L₀范数滤波、OSTU阈值分割与伪影模板提取相结合，在保留图像边缘与细节信息的情况下，对CT图像中的环形伪影进行有效的去除。

本发明方法是通过以下技术方案实现的：

一种CBCT图像环形伪影消除方法，其方案步骤如下：

步骤一，将原始图像I由笛卡尔坐标系变换到伪影表现为竖直方向上平行直线的极坐标系得到极坐标系下的图像P；

作为优选，在得到步骤一所述图像P后采用最邻近差值方法对其进行补偿以达到分辨率要求。

步骤二，采用L₀范数滤波的方法在极坐标系下对图像P进行平滑处理得到平滑图像P'；

步骤三，通过将极坐标系下的原始图像P与滤波后所得到的平滑图像P'相减得到存在有部分原始细节信息的伪影信息图P_k，然后对P_k进行伪影模板的提取与去除得到P_k'，最后将去除了伪影模板只包含细节信息的P_k'补偿回滤波后图像P′；

作为优选，对P_k进行伪影模板的提取与去除通过以下过程完成：

(1)采用OSTU多阈值分割方法对存在有明显条纹形伪影的感兴趣区域进行提取；