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CT图像射束硬化伪影校正方法研究

张学松  
【摘要】:在标准的CT图像重建过程中,被忽视的X射线多能谱特性及其对图像重建算法的影响导致了重建后图像中出现射束硬化伪影,其中包括杯状伪影、条状伪影以及退化的骨边界伪影。这些伪影很大程度上降低了病灶的清晰度,给疾病诊断带来了困扰。同时,在CT机性能评价过程中,图像中的射束硬化伪影会致使测量值偏离实际值,进而影响检测结果。本课题针对射束硬化伪影展开研究,其工作内容包括以下三个方面:首先,针对已有水硬化预校正方法在实际工程应用中的不灵活性,实现了一种以拉东变换为基础的杯状伪影后处理校正方法。使用阈值方法对水模体横断面CT图像进行分割,将分离出的水部分进行拉东变换以获取不同角度下的观测信息;利用该信息进行数学建模并与预先构建好的无杯状伪影模板比较,当两者对比结果的均方误差达到最小时,可计算出所建模型的关键参数。在实际应用中,将临床CT图像软组织的拉东变换结果输入到已求解的校正模型,该模型的输出即为杯状伪影校正后图像。计算机仿真结果表明,所提方法对射束硬化杯状伪影具有较好的抑制效果且对被校正物体的大小及外形无硬性需求。其次,鉴于已有骨硬化伪影校正方法存在校正速度慢或校正过程繁琐的缺点,提出了一种基于校正模体的快速骨伪影校正方法。以人体头部解剖结构为依据构造校正模体,将模体图像中的高衰减物质分割出来并通过单能正投影方法获取相应的投影信息;利用图像的熵与骨硬化伪影存在程度的关系构建数学模型并通过一系列算法确定校正系数;然后平均由5台CT机求解得到的校正系数作为一组通用的校正系数。在实际临床应用中,利用通用校正系数重建伪影图像,将伪影图像叠加在原始图像上得到校正后的CT图像。通过模体和临床数据验证,所提骨硬化伪影校正方法具有校正效果好、校正速度快的优点。所提方法对于被校正图像的卷积核和层厚无要求,具有一定的临床和工程实现价值。最后,将射束硬化校正应用于CT性能指标测量,研究了射束硬化效应对医用全身16排CT机性能测量准确度的影响。实验结果表明,射束硬化对测量平面内空间分辨率的影响与建像参数有关,不同建像参数下的影响趋势基本不同;在层厚测量中,射束硬化会致使测量值大于实际值;而在低对比度分辨率测量方面,射束硬化对其影响甚微。


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