C臂CT優(yōu)質(zhì)重建中若干關鍵問題研究.pdf

1、C臂CT成像系統(tǒng)是圖像引導手術導航系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)成為當前手術導航技術領域的一個重要分支，是計算機輔助手術領域研究的熱點問題之一。C臂CT也是三維錐形束CT系統(tǒng)的一個重要發(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：一次掃描就能對物體進行三維重建，而且可以保證在各個方向獲得同樣的分辨率，數(shù)據(jù)采集時間短，X線利用效率高等。作為錐形束CT發(fā)展的一個重要方向，介入式C臂CT得到了越來越廣

2、泛地關注。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)的構建過程中，無論是獲取的投影數(shù)據(jù)質(zhì)量，還是對投影數(shù)據(jù)進行重建時算法設計，以及重建后偽影消除算法的設計都對最終CT圖像的質(zhì)量起著關鍵性的作用。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器圖像扭曲。投影數(shù)據(jù)獲取后，系統(tǒng)重建時所使用的算法，以及相關參數(shù)的設置對重建出的CT圖像質(zhì)量也有關鍵性的影響。偽影也是影響CT圖像質(zhì)量的主要方面，因此設計用來消除偽影的算法也是影響最終CT圖像質(zhì)量的一個關鍵因素。
　　本文就是在這種情況下探索性地研究了在C臂CT系統(tǒng)構建過程中的相關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)量的若干關鍵性問題，其主要研究內(nèi)容集中在X線影像增強器圖像幾何

4、扭曲校正、短掃描FDK算法和金屬偽影消除算法三個方面。研究順序是基于C臂CT使用時的順序，即先獲取并處理投影數(shù)據(jù)，然后重建形成CT圖像，最后對圖像上的金屬偽影進行消除。具體內(nèi)容如下：
　　首先，針對幾何扭曲的X線影像增強器圖像給C臂CT成像系統(tǒng)實時標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合的X線影像增強器圖像扭曲校正算法。在分析校正靶自身特征的基礎上，使用了Otsu算法與形態(tài)學相結合的算法提取了校

5、正靶網(wǎng)格線交叉點坐標，然后擬合提取出的網(wǎng)格線交叉點坐標，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)被探測器采集兩次，而有的投影數(shù)據(jù)被探測器采集一次，為了使有投影數(shù)據(jù)在重建時具有同樣的作用，就必須對采集來的投影數(shù)據(jù)進行規(guī)范化。在經(jīng)典的短掃描FDK重建算法中，采用加權函數(shù)里含有平面角和平面扇角的方式對所有采集來的投影數(shù)據(jù)進行規(guī)范化，

6、當CT機為扇形束時，這種做法是合適的；但是當采用錐形束時，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，首先對采集來的投影數(shù)據(jù)使用經(jīng)典短掃描FDK算法對其進行重建，然后根據(jù)實際需要對重建之后的CT圖像從冠狀面、矢狀面和橫斷面上進行判斷，如果所判斷的斷層面是需要的且又含有金屬偽影，最后就使用基于導數(shù)和移動區(qū)域填充的二維金屬偽影