可减少图像中的伪影的医学成像方法和装置
阅读：20发布：2020-05-13
专利汇可以提供可减少图像中的伪影的医学成像方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了可减少图像中的伪影的医学成像方法和装置，其中涉及的一种医学成像方法，在该方法中，沿一个或多个不同的扫描方向对包括背景部分和高衰减部分的客体进行扫描以产生复数个投影图像。对每一投影图像进行以下操作：对投影图像进行滤波，以产生原始滤波图像；将投影图像中的高衰减部分中的靠近边界的 像素 点沿着扫描方向或扫描方向的反方向向着高衰减部分内部收缩，并在所述向内部收缩的高衰减部分原来所在的区域中填充与相邻背景部分相接近的像素灰度值，以产生收缩图像；对所述收缩图像进行滤波，以产生收缩滤波图像；融合所述原始滤波图像和收缩滤波图像以产生下冲减少的滤波图像。反向投影所述下冲减少的滤波图像以获得重建图像。此外，本发明还涉及用来实现所述方法的医学成像装置。，下面是可减少图像中的伪影的医学成像方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种医学成像方法，其包括：
沿一个或多个不同的扫描方向对客体进行扫描以产生复数个投影图像，其中所述客体包括背景部分和高衰减部分；
对于每一个所述投影图像：
对投影图像进行滤波，以产生原始滤波图像；
将投影图像中的高衰减部分中的靠近高衰减部分和背景部分的边界的像素点沿着扫描方向或扫描方向的反方向向着高衰减部分内部收缩，并将所述向内部收缩的高衰减部分原来所在的原高衰减部分区域中的像素灰度值替换成与其相邻背景部分相接近的像素灰度值，以产生收缩图像；
对所述收缩图像进行滤波，以产生收缩滤波图像；以及
融合所述原始滤波图像和收缩滤波图像以产生下冲减少的滤波图像；以及
反向投影所述复数个投影图像所产生的下冲减少的滤波图像，以获得重建图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
对于每一个所述投影图像，其进一步包括：
为所述投影图像中的每一像素点计算权重，以产生权重图像；以及将所述下冲减少的滤波图像与所述权重图像相乘以产生下冲减少的加权滤波图像；
反向投影所述复数个投影图像所产生的下冲减少的滤波图像包括：
反向投影所述复数个投影图像产生的下冲减少的加权滤波图像，以产生暂时重建图像；
反向投影所述复数个投影图像的权重图像，以产生权重重建图像；以及
将暂时重建图像中的各像素点的灰度值除以权重重建图像中对应的像素点的灰度值，获得用于输出的重建图像。
3.一种用来给客体成像的医学成像装置，其包括：
射线源和射线探测器，其中所述射线探测器用来接收由所述射线源发出后穿过被扫描的客体的射线，所述射线源和射线探测器用来沿一个或多个不同的扫描方向对包括背景部分和高衰减部分的客体进行扫描；
数据采集系统，用来在扫描客体时接收来自所述射线探测器的数据，以产生相应的投影数据；
处理器，用来接收来自所述数据采集系统的投影数据，以产生投影图像，用以重建所述客体的图像，其包括：
收缩模块，用来将所述投影图像中的高衰减部分中的靠近高衰减部分和背景部分的边界的像素点沿着扫描方向或扫描方向的反方向向着高衰减部分内部收缩，并将所述向内部收缩的高衰减部分原来所在的原高衰减部分区域中的像素灰度值替换成与其相邻背景部分相接近的像素灰度值，以产生收缩图像；
滤波模块，用来对所述投影图像进行滤波以产生原始滤波图像，对所述收缩图像进行滤波以产生收缩滤波图像；
融合模块，用来融合所述原始滤波图像和收缩滤波图像以产生下冲减少的滤波图像；
以及
反向投影模块，用来反向投影所述下冲减少的滤波图像，以获得重建图像；以及显示装置，通过响应所述处理器来显示所述获得的图像。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述处理器进一步包括：
加权模块，用来为所述投影图像中的每一像素点计算权重，以产生权重图像，并将所述下冲减少的滤波图像与所述权重图像相乘以产生加权滤波图像，且
所述反向投影模块用来：
反向投影所述复数个投影图像产生的下冲减少的加权滤波图像，以产生暂时重建图像；
反向投影所述复数个投影图像的权重图像，以产生权重重建图像；以及
将暂时重建图像中的各像素点的灰度值除以权重重建图像中对应的像素点的灰度值，获得用于输出的重建图像。
5.如权利要求2所述的方法或者如权利要求4所述的装置，其中，所述权重图像为其中e为自然指数，p(i，j)为像素点(i,j)的灰度值，t和s为
对应扫描步骤中的一个或多个曝光参数的参数。
6.如权利要求1所述的方法或者如权利要求3所述的装置，其中，所述高衰减部分包括金属，所述背景部分包括非金属。
7.如权利要求1所述的方法或者如权利要求3所述的装置，其中，所述投影图像和收缩图像是通过重建内核进行滤波的。
8.如权利要求1所述的方法或者如权利要求3所述的装置，其中，所述高衰减部分中的向内收缩的各像素点的收缩长度是通过其梯度强度确定的。
9.如权利要求8所述的方法或者装置，其中，像素点(i,j)的收缩长度L(i,j)是通过方程式L(i，j)＝H(i，j)，kernel)确定的，其中dy(i,j)是像素点(i,j)在扫描方向上的灰度值梯度，H是一个用来映射梯度dy(i,j)到收缩长度L(i,j)的函数，kernel是用来对所述投影图像和收缩图像进行滤波的重建内核。
10.如权利要求1所述的方法或者如权利要求3所述的装置，其中，所述下冲减少的滤波图像IUSfree是所述原始滤波图像Iforiginal和收缩滤波图像Ifshrunken通过方程式IUSfree＝(
1-mask)*Ifshrunken+madk*Iforiginal融合在一起而产生的，其中，mask为一种点阵图，该点阵图中对应扫描方向上从(i,j)到(i+/-C*L,j)的像素点的区域的值为0，其余区域的值为1，L为像素点(i,j)的收缩长度，C为常数参数，其对应于用来对所述投影图像和收缩图像进行滤波的重建内核。
可减少图像中的伪影的医学成像方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种医学成像的方法和装置，具体地，涉及一种可减少图像中的伪影的医学成像方法和装置。
背景技术
[0002] 医学影像技术可在不需要物理穿透皮肤的情况下获得患者或待观察对象的内部结构的图像，因而在临床上被广泛应用。投影摄片技术(projection radiography)是一种常用的医学影像技术，其基于X射线的特性(即，在不同的材料中具有不同的吸收率)，利用X射线来产生二维图像。比如，层析成像技术(tomosynthesis)便是这样一种投影摄片技术，其采用不同的物理原理，如X射线穿过目标物体时的微分传输(differential transmission)，来获得图像数据，构建层析图像(例如，人体或其他待成像结构的内部三维再现)。
[0003] 层析成像技术的一些局限或限制可能导致重建图像中产生伪影或其他缺陷，比如，患者体内或身体上的具有高X射线吸收率的高衰减部分，如金属材料部件(例如假体、植入物、螺钉、针等)可能导致层析成像过程中形成伪影。举例来说，在以反向投影(backprojection)作为重建算法的层析成像过程中，具有高X射线吸收率的物体如金属，会导致在不同的重建平面上产生如同该金属的副本的伪影，即，纹波(ripple)伪影。伪影将严重降低最终图像的质量，有时甚至导致图像无法用于诊断，因此降低图像中的伪影具有非常重要的作用。
发明内容
[0004] 本发明的实施例的一方面涉及一种医学成像方法。在该方法中，沿一个或多个不同的扫描方向对客体进行扫描以产生复数个投影图像，其中所述客体包括背景部分和高衰减部分。对每一投影图像进行以下操作：对投影图像进行滤波，以产生原始滤波图像；将投影图像中的高衰减部分中的靠近高衰减部分和背景部分的边界的像素点沿着扫描方向或扫描方向的反方向向着高衰减部分内部收缩，并将所述向内部收缩的高衰减部分原来所在的原高衰减部分区域中的像素灰度值替换成与其相邻背景部分像素灰度值相接近的像素灰度值，以产生收缩图像；对所述收缩图像进行滤波，以产生收缩滤波图像；再融合所述原始滤波图像和收缩滤波图像以产生下冲减少的滤波图像。反向投影所述复数个投影图像所产生的复数个下冲减少的滤波图像，以获得重建图像。
[0005] 本发明的实施例的另一方面涉及一种用来给客体成像的医学成像装置。该装置包括射线源和射线探测器、数据采集系统、处理器和显示装置。所述射线探测器用来接收由所述射线源发出后穿过被扫描的客体的射线，所述射线源和射线探测器用来沿一个或多个不同的扫描方向对包括背景部分和高衰减部分的客体进行扫描。所述数据采集系统用来在扫描客体时接收来自所述射线探测器的数据，以产生相应的投影数据。所述处理器用来接收来自所述数据采集系统的投影数据，以产生投影图像，用以重建所述客体的图像。该处理器包括收缩模块、滤波模块、融合模块和反向投影模块，其中，收缩模块用来将所述投影图像中的高衰减部分中的靠近高衰减部分和背景部分的边界的像素点沿着扫描方向或扫描方向的反方向向着高衰减部分内部收缩，并将所述向内部收缩的高衰减部分原来所在的原高衰减部分区域中的像素灰度值替换成与其相邻背景部分像素灰度值相接近的像素灰度值，以产生收缩图像；滤波模块，用来对所述投影图像进行滤波以产生原始滤波图像，对所述收缩图像进行滤波以产生收缩滤波图像；融合模块，用来融合所述原始滤波图像和收缩滤波图像以产生下冲减少的滤波图像；反向投影模块，用来反向投影所述下冲减少的滤波图像，以获得重建图像。所述显示装置通过响应所述处理器来显示所述获得的图像。附图说明
[0006] 通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
[0008] 图2为一个示例性实施例中的数字X射线照相层析成像系统的立体框图，该系统配备有一个墙面。
[0010] 图4显示了本发明一个实施例的成像方法的流程图。
[0011] 图5A和5B分别显示了一个实施例中的一组对应的原始投影图像和高衰减部分向内收缩后在收缩的区域填充了近似背景部分的像素灰度值后的投影图像。
[0012] 图6中较细的实线和虚线分别表示了一个实施例中一组对应的原始滤波图像Iforiginal和收缩滤波图像Ifshrunken在高衰减部分和背景部分的边界附近的像素灰度值曲线，较粗的实线表示了通过一定方式将Iforiginal和Ifshrunken融合后获得的消除了下冲伪影的滤波图像IUSfree在该边界附近的像素灰度值曲线。
[0013] 图7A和7B分别显示了一个实施例中一组对应的原始滤波图像和消除了下冲伪影的滤波图像。
[0014] 图8示意性地显示了一个实施例中对含金属的客体进行反向投影的情况。
[0015] 图9显示了本发明另一个实施例的成像方法的流程图。
[0016] 图10A和10B分别显示了一个实施例中一组对应的原始滤波图像和消除了纹波伪影的滤波图像。
具体实施方式
[0017] 以下将对本发明的具体实施例进行描述。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”是指包括所列举的元件或者物件中的任一个或全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。
[0018] 本发明实施例中提供了一种成像方法，其可通过层析成像系统获得目标客体的医学图像。在该方法中，可采用反向投影算法、滤波反投影算法等算法来重建层析成像的图像，在滤波过程中可通过内移并填充边界的方法来减少或消除下冲(undershooting)和上冲(overshooting)等平面内伪影，在反向投影过程中可通过针对不同像素点施加不同权重的方法来减少或消除纹波等平面外伪影，通过这些手段，可减少或消除重建图像中的由于金属等高衰减物体的存在而产生的伪影缺陷。
[0019] 本文所述方法广泛适用于各种层析重建系统。由于这些方法特别适用于各种X射线层析成像技术，如放射层析成像技术或数字客体层析成像技术(rad or digital object tomosynthesis)，为了描述的方便，本文将主要结合一种如申请人于2007年9月10日申请的题为“System and method for a digital x-ray radiographic tomosynthesis user interface”的美国专利申请US 2009/0003679中所描述的层析成像系统对本发明实施例的方法进行示例性的讨论和描述，但应理解，本发明的方法也可适用于其他层析成像系统或其他层析重建系统。
[0020] 图1和2分别显示了数字X射线照相层析成像系统100、200的实施方式的示例。系统100、200包括数字层析成像系统120、220。图1显示了一种具有平台的结构形式，其包括装在机构160的X射线源102、以及位于平台116内的台面118之下的X射线探测器
104。图2显示了一种具有墙面的结构形式，其包括装在机构260的X射线源202和设置在墙面216上的X射线探测器204。待检查的患者被置于由X射线源102、202发射出来的X射线束108、208的辐射下，所述X射线束108、208射到待检查的患者106、206的身上，其中部分的辐射穿过或是绕过患者到达并撞击探测器104、204。
104。图2显示了一种具有墙面的结构形式，其包括装在机构260的X射线源202和设置在墙面216上的X射线探测器204。待检查的患者被置于由X射线源102、202发射出来的X射线束108、208的辐射下，所述X射线束108、208射到待检查的患者106、206的身上，其中部分的辐射穿过或是绕过患者到达并撞击探测器104、204。
[0022] 所述待检查的患者106或206被置于所述X射线源102、202和所述探测器104、204之间。在层析过程中，如图1和2所示，所述X射线源102、202沿平面110、210移动，同时也发生转动，以确保在该过程中X射线束108、208始终对准探测器104、204。如前所述，所述X射线源102、202通常是沿着与所述探测器104、204的平面112、212平行的平面110、
210移动的，尽管它也可能会移出平面外，但其大体上是平行于所述探测器104、204的。在获取射线照片时，所述探测器104、204可保持在一个固定的位置。在X射线源102、202沿着平面110、210移动的过程中，在离散的不同位置上可通过所述探测器104、204可获得患者106、206的一系列离散的投影射线照片(投影视图)。从所述投影视图中可获得投影图像数据，用于重建切片图像。
210移动的，尽管它也可能会移出平面外，但其大体上是平行于所述探测器104、204的。在获取射线照片时，所述探测器104、204可保持在一个固定的位置。在X射线源102、202沿着平面110、210移动的过程中，在离散的不同位置上可通过所述探测器104、204可获得患者106、206的一系列离散的投影射线照片(投影视图)。从所述投影视图中可获得投影图像数据，用于重建切片图像。
[0023] 在所述数字X射线照相层析成像过程中，X射线源102、202通过弧转动或线形移动而对准固定的探测器104、204所完成的一次在一定的角度范围114、214(扫描角度)内的扫描中，包括了一系列低剂量曝光(low dose exposures)。在一次从不同的投影角度进行的扫描中，所述X射线源102、202发出多个曝光。所述扫描角度114、214是指从第一投影曝光到最后投影曝光的角度。所述扫描角度114、214通常在20到60度的范围内。
[0024] 在一个实施例中，所述探测器104、204可包括一系列的探测元件，通常对应像素，用来感知穿过或绕过患者的X射线的强度，并产生表示在每个探测元件上的入射X射线束的强度的电子信号。对获得的这些电子信号进行处理，用来重建患者的解剖结构的三维体积图像。所述撞击各探测元件的X射线的强度会发生改变，取决于X射线的衰减和干预结构的吸收率。
[0025] 图1和2进一步示意性地显示了一个连接到所述数字层析成像系统120、220的计算机工作站130、230，其提供了用户界面140、240，用来为本文所述的数字X射线照相层析成像过程设定至少一个重建、剂量和(或)采集获取方面的参数。
[0026] 所述数字层析成像系统120、220可用于获取和处理投影图像数据，并重建患者的体积图像或三维图像。所述数字层析成像系统120、220设置来获取投影图像数据，并处理这些数据来进行查看和分析。
[0027] 所述计算机工作站130、230包括至少一个计算机132、232，该计算机具有控制器134、234、处理器136、236、存储器138、238和用户界面140、240。所述处理器136、236可连接于所述控制器134、234、所述存储器138、238和所述用户界面140、240。用户150、250通过计算机工作站130、230控制所述数字X射线照相层析成像系统100、200的操作。在一个实施例中，所述存储器138、238可以是存储装置、存储板、数据存储器以及本领域已知的任何其他存储形式。
[0028] 所述数字层析成像系统120、220通过控制器134、234进行控制，该控制器不仅可提供能量，还可提供数字层析检查序列(digital tomosynthesis examination sequences)的控制信号，该信号中包括X射线源相对于患者和探测器的位置。所述控制器134、234可通过指令获得探测器内产生的信号，还可执行各种信号处理和滤波的功能，比如，对动态范围的初始调节、数字图像数据的交错等。一般地，所述控制器134、234通过指令操作所述数字层析成像系统120、220，来执行检查方案，处理所获取的数据。在一个实施例中，所述控制器134、234接收来自计算机132、232的指令。在一个实施例中，所述控制器134、234可以是所述数字层析成像系统120、220的一部分，代替所述计算机工作站130、
230。在一个实施例中，所述计算机132、232包括或者是连接到所述用户界面140、240，来与用户150、250进行交互作用，以选择和(或)改变与临床相关的参数，例如剂量、切片布置(重建设定)和采集参数等等。在一个实施例中，所述数字X射线照相层析成像系统100、
200通过下载或整合于计算机132、232内的软件或算法的使用来实现运作。
230。在一个实施例中，所述计算机132、232包括或者是连接到所述用户界面140、240，来与用户150、250进行交互作用，以选择和(或)改变与临床相关的参数，例如剂量、切片布置(重建设定)和采集参数等等。在一个实施例中，所述数字X射线照相层析成像系统100、
200通过下载或整合于计算机132、232内的软件或算法的使用来实现运作。
[0029] 在一个实施例中，所述用户界面140、240是一个可视界面，其可包括复数个预定义的工具，这些工具允许用户150、250查看、选择和编辑重建参数(设置)，查看和选择剂量参数，以及查看、选择和编辑层析参数。所述用户界面140、240还允许所述用户150、250查看重建的图像。
[0030] 在一个实施例中，所述用户界面140、240可包括至少一个输入装置，用来输入和(或)选择用户界面140、240的显示器上显示的所述复数个预定义的工具上的信息。在一个实施例中，所述至少一个输入装置可以是触摸屏、鼠标、键盘、至少一个按钮或本领域已知的其他任何输入装置。
[0031] 在使用时，患者106、206处于一定位置，以使目标客体(例如身体的一部分)的投影视图能通过探测器104、204获得，从所述投影视图获得投影图像数据后，可基于所述投影图像数据获得所述目标客体的复数个切片图像，作为该客体的三维影像学表示。在实践中，所述复数个切片图像可通过不同的重建算法获得，包括但不限于反向投影算法和滤波反投影算法。
[0032] 在用所述系统进行成像的过程中，可沿着不同的扫描角度和方向对客体进行扫描，以获得不同角度的投影图像，再通过不同的方法对所述投影图像进行重建，获得所需要的重建图像。在一些实施例中，所述客体包括高衰减部分和背景部分。在本文中，高衰减部分是指待扫描客体内或其上的具有高衰减特征的部分。所述高衰减部分对X射线的吸收率可能比客体的其余部分，即背景部分高得多，比如，高衰减部分在大约1厘米的距离内对X射线的吸收率，至少2倍或3倍于背景部分；或者，在吸收X射线后，高衰减部分的像素灰度值至少比其邻域的像素灰度值小20或10左右。典型地，所述高衰减部分涉及高密度材料，比如金属、牙齿填充物、骨骼等等。特别地，所述高衰减部分涉及在临床应用中植入患者体内或安装在患者身体上的部件，比如，用来纠正骨骼的部件，其可能广泛地包括各种临床应用的涉及金属的物件，如用来纠正骨骼的螺钉和钉子等、以及牙齿、脊柱、股骨和膝盖等假体。而背景部分通常是指患者的组织。特别地，高衰减部分为金属而背景部分为非金属。
[0033] 在用滤波反投影算法对所述包括高衰减部分和背景部分的客体的投影图像进行重建时，可能在高衰减部分和背景部分的边界出现下冲或上冲。
[0035]
[0036] 其中，滤波器内核kernel(t)在其中心(t＝0处)为正值，其他位置为负值。在很强的边界(如植入的金属部件与身体组织之间的边界)处，x(i)与x(i-1)或x(i+1)之间的差异很大，在这种情况下，尽管kernel(1)或kernel(-1)比kernel(0)小得多，Xc(i)受x(i-1)或x(i+1)的影响仍然会很大，从而会出现下冲或上冲。
[0037] 比如，图3A显示了空域内的一种斜变滤波器内核的示例，图3B显示了该空域像素灰度值曲线，其中的较高的平台阶段表示金属等高衰减部分，其余表示背景部分。所述滤波通常是空域内的一个卷积过程，在该过程中，如图3A所示的内核被施加到如图3B所示的曲线中。滤波后获得如图3C所示的曲线。但是，由于高衰减部分如金属具有高X射线吸收率，可能导致其边缘附近产生激烈的强度变化，这可能会导致滤波后产生下冲或上冲的问题，上冲或下冲将导致在重建图像中出现伪影。比如，如图7A所示，在重建图像中，通常会在高衰减部分(如植入金属部件)和人体组织结构连接处附近的一些明暗对比边界处出现由于下冲或上冲导致的伪影缺陷(如图中所示的黑边701)，伪影的存在妨碍了对这些连接处的观察。由于投影图像通常是沿着X射线源的扫描方向进行滤波的，所以下冲伪影一般是沿着该扫描方向产生的。
[0038] 在本发明的一方面的实施例中，可通过以下方法来减少下冲等伪影。如图4所示，在步骤41中，沿一个或多个不同的扫描方向对包括背景部分和高衰减部分的客体进行扫描产生了复数个投影图像后，基于所述投影图像用滤波反投影算法对所述客体进行重建时，在步骤42中，针对每一投影图像进行以下操作：在步骤421中，对投影图像(Ioriginal)进行滤波，以产生原始滤波图像(Iforiginal)；在步骤422中，将投影图像中的高衰减部分中靠近边界的像素点沿着扫描方向或扫描方向的反方向向高衰减部分内部收缩，并在所述向内收缩的高衰减部分原本所在的区域，即，原高衰减部分区域中填充与其相邻的背景部分的像素灰度值接近(相等或相近)的像素灰度值，以产生收缩图像(Ishrunken)；在步骤423中，对所述收缩图像进行滤波，以产生收缩滤波图像(Ifshrunken)；在步骤424中，融合所述原始滤波图像和收缩滤波图像以产生下冲减少的滤波图像(IUSfree)。这样，针对每一投影图像都可获得对应的一个下冲减少的滤波图像。在步骤43中，基于这些下冲减少的滤波图像进行反向投影，便可获得减少或消除了下冲的重建图像。相对于原始的投影图像，在收缩图像中，由于靠近边界的高衰减部分向内收缩并在其中填充了接近背景部分的像素灰度值，高衰减部分和背景部分的边界向高衰减部分内部移动，因而基于对收缩图像进行滤波产生的收缩滤波图像中的下冲缺陷也向高衰减部分内部偏移，而在原来的边界处不再出现下冲，因此，若用一定方式将所述原始滤波图像与缩滤波图像融合，以使原始滤波图像中产生了下冲伪影的边界附近区域用所述收缩滤波图像中的对应区域取代，便可获得既消除了下冲伪影又最大程度地保留了原结构特征的滤波图像。
[0039] 基于滤波的特性，在一些具体的实施例中，可通过梯度强度来确定下冲伪影区域的宽度，从而确定出高衰减部分中各像素点应向内收缩的距离(收缩长度)。假设扫描方向为y轴方向，图像在扫描方向上的梯度可用dy表示：
[0040]
[0041] 其中，fy为输入的X射线图像。那么，像素点(i,j)收缩长度L(i,j)可通过以下方程式计算出来：
[0042] L(i，j)＝H(dy(i，j)，kernel)，
[0043] 其中，H为收缩长度L(i,j)对梯度dy(i,j)的函数，是梯度dy(i,j)和重建过程中的滤波器内核kernel的函数。梯度越大的像素点的收缩长度越大。对于梯度很小的像素点，其收缩长度接近0，基本不发生收缩。在强边界区域的像素点的梯度较大，其收缩长度也较大。
[0044] 在一些具体的实施例中，在所述向内收缩的高衰减部分原本所在的区域(原高衰减部分区域)中填充的像素灰度值可用与其相邻的背景部分的像素灰度值进行估算。特别地，在一个具体实施例中，所述原高衰减部分区域中填充的像素灰度值是与其相邻的背景部分的像素灰度值的平均值。
[0045] 图5A和5B分别显示了一个实施例中的一组对应的原始投影图像(Ioriginal)和收缩图像(Ishrunken)。可以看出，与原始投影图像相比，在收缩图像中，高衰减部分(图中黑色部分)沿扫描方向A发生了收缩，即，收缩图像中高衰减部分在扫描方向上的尺寸小于原始投影图像中的高衰减部分在扫描方向上的尺寸。
[0046] 在一些具体的实施例中，可通过以下方程式将原始滤波图像Iforiginal与收缩滤波图像Ifshrunken融合以产生下冲减少的滤波图像IUSfree：
[0047] IUSfree＝(1-mask)*Ifshrunken+mask*Iforiginal，
[0048] 其中，mask(“掩码”)是指一种点阵图，其中的一定区域为1而其余区域为0，其可用来与目标图像相乘来获得滤波图像。在一个具体的实施例中，mask中对应扫描方向上从(i,j)到(i+/-C*L,j)的像素点的区域的值为0，其余区域的值为1，其中L为像素点(i,j)的收缩长度，C为常数参数，其对应于所述用来对投影图像和收缩图像进行滤波的内核。在像素点(i,j)处，在扫描方向上的一个小区域内，可找出Iforiginal和Ifshrunken之间差别最小之处，并将其用作像素点(i,j)的掩码mask的开始点，沿扫描反向从该点开始向高衰减部分内直至像素点(i,j)的收缩长度范围内mask为0。
[0049] 图6中较细的实线601和虚线602分别表示的是一个实施例中一组对应的原始滤波图像Iforiginal和收缩滤波图像Ifshrunken在高衰减部分和背景部分的边界附近的像素灰度值曲线，所述较粗的实线603表示的是通过上述方程式将Iforiginal和Ifshrunken融合后获得的滤波图像IUSfree在所述边界附近的像素灰度值曲线，其中较高的平台阶段和较低的平台阶段分别表示高衰减部分和背景部分，除了高衰减部分和背景部分的边界附近部分，601、602与603大致重合。可以看出，601和602中较高的平台阶段和较低的平台阶段之间都有向下突伸的部分，该向下突伸的部分表示边界处的下冲伪影，而融合后获得的像素灰度值曲线603中则没有下冲伪影存在，从而可以保持高衰减部分的边界的清晰度和锐度。
[0050] 图7A和7B分别显示了一个实施例中原始滤波图像(Iforiginal)和利用所述方法消减了下冲伪影的滤波图像(IUSfree)。在图7A所示的图像中，高衰减部分的边界处有一条黑边701，即下冲伪影，而在图7B中所示的图像中不存在这样的伪影，因而能更加清晰地显示边界附近的组织结构。
[0051] 另一方面，由于高衰减部分的存在，在反向投影的过程中可能还可能产生纹波伪影。图8示意性地显示了对含高衰减部分(下面以金属为例)和背景部分的客体的投影图像进行反向投影的过程。在进行反向投影时，可追踪各种角度的投影曲线(如L1和L2)，来获得探测器上的对应像素，在重建位置迭加。在一个三维空间有三种区域，它们的重建切片受客体内的金属的影响程度不同。其中第一种是金属所在的金属区域，所有穿过这一区域的投影视图载有金属信息；第二种是不受影响的背景区域，即，在任何投影视图中都没有被金属阻挡的非金属区域，所有穿过这一区域的投影视图都不包含金属信息，该区域内的像素是没有伪影的；第三种是受金属影响的背景区域，即在某些投影视图中会被金属阻挡的非金属区域。若基于包含这些被金属阻挡的投影视图在内的投影视图对这一区域进行重建，会将金属的信息带入这部分背景区域，从而产生纹波伪影。比如，如图10A所示，图像中出现了与组织重叠的如同金属假影的纹波。所述纹波伪影的出现降低了目标结构的对比度，降低了在金属/结构界面处的细微异常结构的可辨别度，可能会导致误诊断。
[0052] 在本发明的另一方面的实施例中，可通过以下方法减少纹波伪影。如图9所示，在步骤91中，沿一个或多个不同的扫描方向对包括背景部分和高衰减部分的客体进行扫描产生了复数个投影图像。在步骤92中，对每一投影图像进行以下操作：在步骤921中，对投影图像进行滤波，以产生滤波图像；在步骤922中，计算投影图像中的每一像素点的权重，以产生权重图像；在步骤923中，将所述滤波图像与权重图像相乘以产生加权滤波图像。在步骤93中，对所述复数个投影图像产生的加权滤波图像进行反向投影，以产生暂时重建图像。在步骤94中，对所述复数个投影图像的权重图像进行反向投影，以产生权重重建图像。在步骤95中，将暂时重建图像中的各像素点的灰度值除以权重重建图像中对应的像素点的灰度值，便可获得所需的重建图像用于输出。
[0053] 图10A和10B分别显示了一个实施例中原始滤波图像和利用所述方法消减了纹波伪影的滤波图像。在图10A所示的图像中，高衰减部分周围有一些纹波伪影901，而在图10B中所示的图像中不存在这样的伪影，因而能更加清晰地显示边界附近的组织结构。
[0054] 在一些实施例中，可以通过上述两种方法的结合来同时减少下冲伪影和纹波伪影，即，在滤波步骤中，为投影图像Iforiginal中的每一像素点计算权重，以产生权重图像，并将所述下冲减少的滤波图像(IUSfree)与所述权重图像相乘以产生下冲减少的加权滤波图像；在反向投影的步骤中，反向投影所述多个投影图像产生的下冲减少的加权滤波图像，以产生暂时重建图像；反向投影所述多个投影图像的权重图像，以产生权重重建图像；将暂时重建图像中的各像素点的灰度值除以权重重建图像中对应的像素点的灰度值，获得用于输出的重建图像。通过这种方法获得的重建图像没有下冲伪影和纹波伪影，可以清晰且准确地显示被扫描客体的组织结构。
[0055] 在一个实施例中，所述权重图像为 其中e为自然指数，p为像素点(i,j)的灰度值，t和s是对应扫描步骤中的一个或多个曝光参数的参数。
[0056] 前述实施例中所描述的方法可以消减由于高衰减部分的存在导致的伪影而不降低图像质量，也不引入其他伪影或缺陷，因此所述方法可在原来的伪影区域还原更多结构细节和特征，帮助提高可分辨度，从而提高诊断的准确性。
[0057] 本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，本发明的范围是由权利要求书界定，而不是由上述界定的，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
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