C臂CT優(yōu)質(zhì)重建中若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、C臂CT成像系統(tǒng)是圖像引導(dǎo)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)成為當(dāng)前手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，是計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。C臂CT也是三維錐形束CT系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展分支。同單層螺旋CT系統(tǒng)、多層螺旋CT系統(tǒng)和扇形束CT系統(tǒng)相比，三維錐形束CT有以下優(yōu)勢(shì)：一次掃描就能對(duì)物體進(jìn)行三維重建，而且可以保證在各個(gè)方向獲得同樣的分辨率，數(shù)據(jù)采集時(shí)間短，X線利用效率高等。作為錐形束CT發(fā)展的一個(gè)重要方向，介入式C臂CT得到了越來越廣

2、泛地關(guān)注。本文旨在研究和試圖解決C臂CT在使用過程中出現(xiàn)的影響CT圖像質(zhì)量的若干關(guān)鍵性“瓶頸”問題，如幾何扭曲、重建算法選擇、金屬偽影等。
　　在C臂CT系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，無論是獲取的投影數(shù)據(jù)質(zhì)量，還是對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建時(shí)算法設(shè)計(jì)，以及重建后偽影消除算法的設(shè)計(jì)都對(duì)最終CT圖像的質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。其中影響投影數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要因素有投影數(shù)據(jù)的偏離，即由于C臂CT自身重力、慣性，以及系統(tǒng)本身震動(dòng)等造成了在投影數(shù)據(jù)采集過程中這些投影數(shù)據(jù)

3、偏離了原有位置，其呈現(xiàn)形式之一就是影像增強(qiáng)器圖像扭曲。投影數(shù)據(jù)獲取后，系統(tǒng)重建時(shí)所使用的算法，以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置對(duì)重建出的CT圖像質(zhì)量也有關(guān)鍵性的影響。偽影也是影響CT圖像質(zhì)量的主要方面，因此設(shè)計(jì)用來消除偽影的算法也是影響最終CT圖像質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。
　　本文就是在這種情況下探索性地研究了在C臂CT系統(tǒng)構(gòu)建過程中的相關(guān)理論和算法用來抑制或消除可能產(chǎn)生的影響CT圖像質(zhì)量的若干關(guān)鍵性問題，其主要研究?jī)?nèi)容集中在X線影像增強(qiáng)器圖像幾何

4、扭曲校正、短掃描FDK算法和金屬偽影消除算法三個(gè)方面。研究順序是基于C臂CT使用時(shí)的順序，即先獲取并處理投影數(shù)據(jù)，然后重建形成CT圖像，最后對(duì)圖像上的金屬偽影進(jìn)行消除。具體內(nèi)容如下：
　　首先，針對(duì)幾何扭曲的X線影像增強(qiáng)器圖像給C臂CT成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)標(biāo)定帶來不利影響的問題，探索性研究了基于校正靶特征和雙調(diào)和樣條曲面插值相結(jié)合的X線影像增強(qiáng)器圖像扭曲校正算法。在分析校正靶自身特征的基礎(chǔ)上，使用了Otsu算法與形態(tài)學(xué)相結(jié)合的算法提取了校

5、正靶網(wǎng)格線交叉點(diǎn)坐標(biāo)，然后擬合提取出的網(wǎng)格線交叉點(diǎn)坐標(biāo)，最后使用雙調(diào)和樣條曲面插值算法校正扭曲的X線影像增強(qiáng)器圖像。
　　其次，研究了基于傾斜角和斜面扇角的短掃描FDK算法。在短掃描過程中，有的投影數(shù)據(jù)被探測(cè)器采集兩次，而有的投影數(shù)據(jù)被探測(cè)器采集一次，為了使有投影數(shù)據(jù)在重建時(shí)具有同樣的作用，就必須對(duì)采集來的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化。在經(jīng)典的短掃描FDK重建算法中，采用加權(quán)函數(shù)里含有平面角和平面扇角的方式對(duì)所有采集來的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，

6、當(dāng)CT機(jī)為扇形束時(shí)，這種做法是合適的；但是當(dāng)采用錐形束時(shí)，由于含有錐角，因此必須使用傾斜角和斜面扇角來分別代替經(jīng)典短掃描FDK算法中的平面角和平面扇角。
　　最后，研究了三維金屬偽影消除算法。該算法的基本思想是，首先對(duì)采集來的投影數(shù)據(jù)使用經(jīng)典短掃描FDK算法對(duì)其進(jìn)行重建，然后根據(jù)實(shí)際需要對(duì)重建之后的CT圖像從冠狀面、矢狀面和橫斷面上進(jìn)行判斷，如果所判斷的斷層面是需要的且又含有金屬偽影，最后就使用基于導(dǎo)數(shù)和移動(dòng)區(qū)域填充的二維金屬偽影