锥束CT重建中金属伪影去除算法研究

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锥束CT(Cone Beam Computed Tomography)扫描是CT领域较为广泛研究的CT成像技术。和常见的单排探测器CT扫描系统相比,锥束CT扫描仪能够提高扫描的速度和重建图像的质量,在图像引导放射治疗和工业探伤等领域,锥束CT扫描都是十分重要的工具。由于扫描区域内存在金属物体或其他高衰减物体等一系列原因,会使得锥束CT重建的图像中存在伪影,金属伪影的存在会严重影响CT图像的质量和价值,因此金属伪影抑制(Metal Artifact Reduction,MAR)一直是CT成像研究的重点,本文主要研究如何改善锥束CT成像中的金属伪影问题。本文首先介绍了CT成像基础和锥束CT重建的基础理论知识,分析讨论了锥束CT金属伪影产生的原因,然后详细介绍和比较了经典的CT金属伪影抑制方法。针对现有金属伪影抑制方法的不足,本文又研究了一种基于投影融合的锥束CT金属伪影抑制方法。研究人员早在二维CT成像时期就提出了很多金属伪影抑制方法,金属伪影抑制的方法大致可以分为两类:投影数据校正法和迭代重建法,本文重点研究了投影数据校正法。投影校正法的主要目的是将被金属污染的投影区域的数据进行有效替换,传统的金属伪影抑制方法会使用插值法来替换数据,虽然这种方法可以一定程度的抑制金属伪影,但是也会引入新的伪影,并且由于使用了插值的方法,无法将有效信息从金属区域中恢复。针对使用投影插值法修复后重建图像中组织结构信息的丢失,研究人员提出了先验图像的方法。构造先验图像后,对先验图像进行正向投影,用先验投影图中对应金属投影区域的数据来替换原始投影中的金属投影区域,本文使用了图像融合的方法来获得先验图像。在金属投影数据替换的阶段,很多现有的替换方法会造成边界过渡不平滑,导致重建图像中出现伪影,针对这一问题,本文提出了将先验投影图和原始投影图融合的方式来获得校正后的投影数据。最终使用临床数据来进行实验验证,并且和其他的金属伪影抑制方法进行实验对比,通过实验的结果可以看出,本文提出的锥束CT金属伪影抑制方法可以应用于金属大小、形状和个数各异的多种场合,有效的抑制金属伪影,保护重建图像中的组织信息,在对比实验中本文的方法具有较好的金属伪影抑制效果表现。
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