CT圖像的主要偽影

1、陳永麗主要內容1CT圖像的主要偽影2CT圖像偽影的產生原因3偽影校正算法介紹4總結 廣義上講：又稱偽影或偽跡，可以定義為圖像重建過程中測量到的衰減系數(shù)與受檢物體斷層真實衰減系數(shù)的差異。什么是偽影？什么是偽影？狹義上講：偽影是指在CT斷層成像過程中，所有不同類型非隨機性的干擾在圖像上的表現(xiàn)，它對應的是受檢體中根本不存在的組織和病灶。偽影在圖像上的表現(xiàn)形式偽影在圖像上的表現(xiàn)形式條狀偽影條狀偽影陰影陰影環(huán)狀偽影環(huán)狀偽影CT圖像的主要偽影圖像的主要偽影CT圖像偽影的危害圖像偽影的危害 偽影會使圖像發(fā)生退化，使得切片內的結構、密度、特征尺寸、成分變化等物理、化學性質無法精確地判讀和計量，在醫(yī)學上會導致某

2、些病變組織的漏診，在工業(yè)上則會則將細微裂紋、疏松等缺陷掩蓋起來。 1.整體系統(tǒng)設計整體系統(tǒng)設計2.X 射線源射線源 3. X 射線探測器射線探測器 4.探測對象探測對象 1.分布掃描模式2.螺旋模式概括起來說概括起來說CT圖像偽圖像偽影的產生原因影的產生原因不同的數(shù)不同的數(shù)據(jù)采集方據(jù)采集方式式CT系統(tǒng)系統(tǒng)CT圖像偽影的產生原因圖像偽影的產生原因 同樣一種表現(xiàn)形式的偽影，可以由很多的同樣一種表現(xiàn)形式的偽影，可以由很多的因素引起。但是在一個特定的因素引起。但是在一個特定的 CT 系統(tǒng)中，總系統(tǒng)中，總會有一個引起偽影的主導因素。因而，我們應會有一個引起偽影的主導因素。因而，我們應該針對這個主導因素，

3、尋求最合適的抑制或消該針對這個主導因素，尋求最合適的抑制或消除偽影的方法。除偽影的方法。CT圖像偽影的產生原因圖像偽影的產生原因偽影校正算法偽影校正算法從抑制不同表現(xiàn)形從抑制不同表現(xiàn)形式的偽影的角式的偽影的角度，可把現(xiàn)有的度，可把現(xiàn)有的算法大致分為算法大致分為校正校正rings狀偽影狀偽影校正校正streaking狀偽影狀偽影校正校正shading狀偽影狀偽影校正rings狀(cupping狀)偽影偽影校正算法偽影校正算法主要成因：由射束硬化導致常用用校正算法雙能法預處理法多項式擬合法迭代法 X射線管發(fā)出的射線是由能量大小不等具有寬能譜的光子組成。由于光電效應的作用，當多色X射線束與物質相互作

4、用時，能量高的射線穿透力強，能量低的穿透力較弱,隨著透照厚度的增加, 射束中的低能部分所占的比例變得越來越低，射束有效能量向高能量方向移動,射束變得更難衰減、變得更“硬”,這就是“射束硬化”什么是射束硬化？偽影校正算法偽影校正算法rrdxExuIrIm),()(ln00偽影校正算法偽影校正算法穿透長度與投影數(shù)據(jù)成線性關系穿透長度與投影數(shù)據(jù)成非線性關系0Ex x r 當射線源為多色時，此時多色投影數(shù)據(jù)變?yōu)椋寒斏渚€源為多色時，此時多色投影數(shù)據(jù)變?yōu)椋?ErrEdEdxExuESdEdxExuESIrIrp),()(),(exp)(ln)(ln)(0為射線的能譜分布為射線的能譜分布)(ESrkdxEx

5、u),(根據(jù)根據(jù)beerbeer定律，當射線能量是恒定或定律，當射線能量是恒定或是單能時，強度為是單能時，強度為 , ,能量為能量為 的的射線穿過物體時射線穿過物體時, ,獲得的單色投影數(shù)據(jù)獲得的單色投影數(shù)據(jù) 表示為：表示為： 表示能量為表示能量為 的射線在的射線在 x x 處的線性衰減系數(shù)處的線性衰減系數(shù) r 表示表示X射線穿過待測物體的路徑射線穿過待測物體的路徑),(Exu偽影校正算法偽影校正算法 多項式擬合法本質就是建立多項式擬合法本質就是建立投影數(shù)據(jù)與透射厚度之間的關投影數(shù)據(jù)與透射厚度之間的關系多項式，將被測物厚度與投系多項式，將被測物厚度與投影值的曲線從非線性的關系調影值的曲線從非線

6、性的關系調整到線性的對應關系，利用原整到線性的對應關系，利用原始的多能數(shù)據(jù)始的多能數(shù)據(jù) 得到相應的單得到相應的單能數(shù)據(jù)能數(shù)據(jù)多項式擬合法偽影校正算法偽影校正算法選擇梯狀或餅形選擇梯狀或餅形工件模型工件模型在一定射線管在一定射線管電壓下測得幾電壓下測得幾組多色投影數(shù)組多色投影數(shù)據(jù)據(jù)p p與穿透厚與穿透厚度度x x的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)利用多項式進行擬合利用多項式進行擬合, ,得到投影數(shù)據(jù)得到投影數(shù)據(jù)p p與穿透與穿透厚度厚度x x間的關系，間的關系，0111axa.xaxaPnnnn（1）1()xfP得到得到1式的反函數(shù)式的反函數(shù)（2）利用等效投影數(shù)據(jù)利用等效投影數(shù)據(jù)進行進行CTCT圖像的重建圖像的重建p

7、x將等效投影厚度將等效投影厚度 代代入下式得到等效的單入下式得到等效的單色投影數(shù)據(jù)色投影數(shù)據(jù)xap*1將實驗得到的多色投將實驗得到的多色投影代入影代入 2式，求得等式，求得等效的透射厚度效的透射厚度x校正streaking狀偽影主要成因：多由金屬引起，也稱此類偽影為金屬偽影偽影校正算法偽影校正算法常用校正算法插值法迭代法 髖關節(jié)假體 CT 掃描圖 在臨床上,有時會碰到如病人口腔鑲牙或腎臟插有銀夾等情況,由于金屬對X射線的吸收率非常高,X射線透過金屬時,幾乎都被吸收,從而使對面的探測器探測不到X射線,因此讀取的投影值異常地大.偽影校正算法偽影校正算法金屬偽影的產生原因口腔金屬假牙部位的斷層圖像口

8、腔金屬假牙部位的斷層圖像偽影校正算法偽影校正算法插值法校正流程圖),( yxfIM一幅含有金屬偽影的圖像 通過合適的灰度域值s分割出只含有金屬區(qū)域的灰度的圖像。偽影校正算法偽影校正算法含有金屬偽影的圖像含有金屬偽影的圖像分割后的金屬圖像分割后的金屬圖像,qp正投影正投影對分割出的金屬區(qū)域在相同的幾何結構條件下進行正投影，便可以得到投影空間中金屬投影區(qū)域在每個不同角度下的邊界 金屬區(qū)域的正投影偽影校正算法偽影校正算法MR在某一特定的掃描角度 下，投影空間 g中 內的投影值由金屬投影 和相應掃描角度下的非金屬投影 兩部分組成。 可由線性插值后的結果 來代替：MgNgLg表示探測器的位置表示探測器的

9、位置既然金屬偽影是由金屬很大的投影值引起，既然金屬偽影是由金屬很大的投影值引起，那么，簡單的取那么，簡單的取偽影校正算法偽影校正算法Ng經過校正后，每個掃描角度 下用來重建的投影數(shù)據(jù)為：校正之前與校正之后投影數(shù)據(jù)正弦圖對比：偽影校正算法偽影校正算法對校正后的投影數(shù)據(jù)利用濾波反投影算法得到圖像 ，圖中的暗斑就是原來的金屬區(qū)域補償金屬區(qū)域部分補償金屬區(qū)域部分偽影校正算法偽影校正算法校正shading狀偽影偽影校正算法偽影校正算法成因：多由散射導致常用校正算法硬件校正方法軟件校正法卷積法反卷積法Monte Carlo模擬法結合散射模型的有序子集凸面法 X射線與物質相互作用時，部分光子會發(fā)生康普頓散射

10、。散射光子會偏離原來的運動路徑，其能量要比入射的初始光子能量低，這樣進入探測器的光子既包含初始光子也包括散射光子，散射光子會使探測器探測到虛假信息導致重建圖像中的像素CT值偏高，形成偽像。 康普頓散射示意圖偽影校正算法偽影校正算法什么是 康普頓散射？Monte Carlo模擬法偽影校正算法偽影校正算法蒙特卡羅(MonteCarlo，MC)模擬方法采用計算機模擬來得到圖像的散射分布，進而扣除散射影響，應用此方法的前提是要求已知被檢測物的材料 1) 采集采集n 幅投影圖像，重建。對幅投影圖像，重建。對重建圖像的每個體素，根據(jù)強度值重建圖像的每個體素，根據(jù)強度值分配相應的密度材料，轉換為一個分配相應

11、的密度材料，轉換為一個可用于可用于MC 計算的體模；計算的體模；2) 編寫編寫MC代碼，模擬光子在代碼，模擬光子在MC體模內的傳輸過程，獲取體模內的傳輸過程，獲取n 幅投影幅投影圖像的散射粒子分布；圖像的散射粒子分布；3) 在最初采集到的投影減去在最初采集到的投影減去MC模模擬獲取的散射投影，得到所需要的擬獲取的散射投影，得到所需要的散射校正投影；散射校正投影；4) 用重建算法對扣除過散射的投用重建算法對扣除過散射的投影進行重建，最終的校正結果。影進行重建，最終的校正結果。初級射線調制校正方法初級射線調制校正方法偽影校正算法偽影校正算法在初級調制方法中，需要制作一個校正片，如下圖。在一片厚度為

12、2 mm 的鋁板上均勻布滿正方形凸部，凸部邊長為2 mm、間距2 mm、厚度1 mm。該校正片作為調制編碼器，放于射線源與被照物之間。初級調制校正板初級調制校正板偽影校正算法偽影校正算法 初級調制方法的基本過程可分為以初級調制方法的基本過程可分為以下幾步：下幾步： 1. 由射線源發(fā)出的初級射線被由射線源發(fā)出的初級射線被校正片校正片“調制編碼調制編碼”，再穿過被照，再穿過被照物；物； 2. 在頻域上，被探測器接收的在頻域上，被探測器接收的透射射線帶有編碼信息，散射射線透射射線帶有編碼信息，散射射線為低頻噪聲；為低頻噪聲； 3. 用高通濾波器對投影濾波，用高通濾波器對投影濾波，扣除散射?？鄢⑸?。

13、總結總結 實際的實際的CT系統(tǒng)，應根據(jù)其具體的系統(tǒng)設計，分析形成偽系統(tǒng)，應根據(jù)其具體的系統(tǒng)設計，分析形成偽影的主要因素，選擇合適的校正方案。影的主要因素，選擇合適的校正方案。 對于金屬條狀偽影對于金屬條狀偽影streaking），迭代法計算量比較大，），迭代法計算量比較大，小波方法的參數(shù)難以調節(jié)，所以選用插值法具有現(xiàn)實意義；小波方法的參數(shù)難以調節(jié)，所以選用插值法具有現(xiàn)實意義； 對于硬化環(huán)狀或稱為杯狀偽影，采用多項式擬合法，對于硬化環(huán)狀或稱為杯狀偽影，采用多項式擬合法，方法簡單，適合檢測對象為給定的若干種類型的物質的硬化校方法簡單，適合檢測對象為給定的若干種類型的物質的硬化校正；正； 對于散射的對于散射的shading狀偽影，初級射線調制的校正方法狀偽影，初級射線調制的校正方法Beam-Stop Technique