圖像質(zhì)量驅(qū)動的錐形束CT幾何校正方法研究.pdf

1、X射線計算機(jī)斷層成像技術(shù)(Computed Tomography,CT)是一種利用物體不同角度的射線投影來重建物體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的成像技術(shù)。其中，錐形束CT(Cone-beam CT,CBCT)相比傳統(tǒng)的二維CT(螺旋CT)，具有掃描速度快、射線利用率高、空間分辨率高、重建三維圖像等優(yōu)點。
　　CBCT利用平板探測器采集被檢測物體在不同角度的X射線投影數(shù)據(jù)，采用重建算法重構(gòu)出被檢測物體的三維斷層圖像。在重建算法中，機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)需要滿

2、足:第一，射線源中心射線應(yīng)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸并垂直于平板探測器的中心;第二，旋轉(zhuǎn)中心軸與探測器的列方向平行。但是，實際情況中，由于機(jī)械設(shè)計和安裝水平等原因，CBCT的幾何結(jié)構(gòu)與重建算法要求的理想幾何結(jié)構(gòu)之間存在一定程度的偏移，導(dǎo)致重建圖像中產(chǎn)生幾何偽影。幾何偽影嚴(yán)重影響圖像的細(xì)節(jié)和醫(yī)生對病人病情的診斷。
　　針對CBCT圖像中的幾何偽影問題，本文以優(yōu)化重建圖像質(zhì)量為目標(biāo)，進(jìn)行以下三方面的研究:
　　第一，提出一種幾何校正效果的評價模

3、體和方法。評價模體由低密度正方體和高密度球體組成。首先通過CT掃描模體獲取三維圖像并通過Hough變換計算出中心層圖像高低密度的邊界，然后將高低密度區(qū)域CT平均值的差值的絕對值作為評價幾何校正效果的指數(shù)。通過設(shè)置不同幾何參數(shù)的數(shù)字模體和真實模體實驗，結(jié)果表明提出的評價指數(shù)能夠客觀評價CT圖像的幾何校正效果，可為評價幾何校正效果提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
　　第二，提出一種圖像質(zhì)量驅(qū)動的單投影幾何校正方法。通過引入上文中的評價指數(shù)作為衡量幾何

4、偽影嚴(yán)重程度的目標(biāo)函數(shù)，通過迭代修正校正模體上標(biāo)記點的坐標(biāo)，最終達(dá)到校正幾何參數(shù)和消除CBCT圖像幾何偽影的目的。為提高運行效率，采用GPU對CBCT圖像重建部分進(jìn)行加速。通過仿真實驗、bench-top CBCT、口腔CT數(shù)據(jù)實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)幾何參數(shù)的誤差由19.07％降到0.115％，消除了CBCT圖像的幾何偽影。該方法還降低了校正模體加工誤差對校正精度的影響，大幅度減少校正模體制作成本。
　　第三，提出一種基于簡易模體的整

5、體投影幾何校正方法。在圓軌道CBCT下，由機(jī)械運動和安裝調(diào)試引起的幾何誤差，雖與真實值有一定的偏差但每個角度下投影的幾何參數(shù)比較相近。該方法通過采集簡易模體的整體投影，解析計算系統(tǒng)的幾何參數(shù)，并以評價指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，對幾何參數(shù)進(jìn)一步迭代修正。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)幾何參數(shù)的誤差由2.2％降到0.105％，該方法進(jìn)一步提高了現(xiàn)有解析幾何校正方法的校正精度，改善重建圖像的質(zhì)量。
　　本文針對CBCT幾何偽影問題，提出了一種評價幾何校正效果