[發(fā)明專利]基于扇束虛擬平移的脊柱橫斷面圖像合成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210038779.7
• 申請(qǐng)日: 2012-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN103258336A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆士舉;聶生東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00;A61B6/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)成像技術(shù)，特別涉及一種基于扇束虛擬平移的脊柱橫斷面圖像合成方法。

背景技術(shù)

在醫(yī)院外科臨床應(yīng)用中，尤其是脊柱外科領(lǐng)域，C臂機(jī)是一種常用的設(shè)備。借助C臂機(jī)獲取的圖像，醫(yī)生可對(duì)患者脊柱的病損狀況進(jìn)行判斷，還可對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃和植入錐弓根螺釘?shù)仁中g(shù)操作。但是，通過普通C臂機(jī)僅可獲取患者的投影圖像，而臨床上對(duì)病情的判斷及引導(dǎo)手術(shù)操作意義重大的脊柱橫斷面圖像卻不能通過C臂機(jī)直接獲取。

計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)利用X線對(duì)患者進(jìn)行掃描獲取投影圖像序列，利用特定的算法以投影圖像序列為基礎(chǔ)合成人體橫斷面圖像。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eldkamp等人提出的FDK算法(Practical?cone-beam?reconstruction，J.Opt.Soc.Am.A1，612-619，1984)適用基于扇束和錐束投影的斷層圖像合成，但其要求具備360°范圍內(nèi)全掃描路徑投影數(shù)據(jù)，而普通C臂旋轉(zhuǎn)掃描角度范圍一般不超過180°，不能直接采用FDK算法。Noo和Kudo等人提出的超短掃描路徑斷層圖像合成算法(Image?reconstruction?from?fan-beam?projections?on?less?than?a?short?scan，J.Phys.Med.Biol.47，2525-2546，2002；New?Super-Short-Scan?Algorithms?for?Fan-Beam?and?Cone-Beam?Reconstruction，IEEE?Nuclear?Science?and?Medical?Imaging?Symposium，Record，Norfolk，USA，2003，2：902-906)允許掃描范圍低于180°，但其要求設(shè)備必須滿足等中心旋轉(zhuǎn)掃描條件，而普通C臂錐束中軸線一般不通過C臂旋轉(zhuǎn)中心，其并不滿足等中心旋轉(zhuǎn)掃描條件，也不能直接采用這些算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于扇束虛擬平移的脊柱橫斷面圖像合成方法，以便依托目前國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院都具備的普通C臂機(jī)合成在臨床上意義重大的橫斷面圖像。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于扇束虛擬平移的脊柱橫斷面圖像合成方法，包括以下步驟：

步驟一、對(duì)普通C臂機(jī)獲得的2D錐束投影圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到1D扇束投影數(shù)據(jù)；

步驟二、對(duì)步驟一得到的扇束進(jìn)行虛擬平移再處理，計(jì)算得到虛擬扇束投影數(shù)據(jù)；

步驟三、對(duì)2D斷層圖像合成方法中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，采用調(diào)整后的方法基于虛擬扇束投影數(shù)據(jù)合成脊柱橫斷面圖像。

步驟一中所述的預(yù)處理，是指首先對(duì)2D錐束投影圖像進(jìn)行中值濾波除噪，然后提取出圖像中間的3列或2列像素的灰度值，對(duì)提取的像素的灰度值取均值構(gòu)成1D扇束投影數(shù)據(jù)；

所述1D扇束投影與普通C臂機(jī)獲得的2D錐束投影的關(guān)系為：扇束光源點(diǎn)與C臂X線錐束光源點(diǎn)重合，扇束中軸線與C臂X線錐束中軸線重合，扇束光源點(diǎn)到其成像直線之間的距離等于C臂X線錐束光源點(diǎn)到其成像平面之間的距離，扇束成像直線位于C臂X線錐束成像平面上，扇束的扇形角等于C臂X線錐束的錐角γ_m。

步驟二中所述的再處理，是指對(duì)步驟一所得扇束進(jìn)行虛擬平移得到虛擬扇束，虛擬平移方向與步驟一所得扇束中軸線垂直且朝向C臂旋轉(zhuǎn)中心，通過計(jì)算后得到對(duì)應(yīng)的虛擬扇束投影數(shù)據(jù)；

所述虛擬扇束與扇束的關(guān)系為：虛擬扇束光源點(diǎn)到其成像直線之間的距離等于扇束光源點(diǎn)到其成像直線之間的距離D，虛擬扇束光源點(diǎn)到其成像直線的垂線通過C臂旋轉(zhuǎn)中心；設(shè)R為扇束光源點(diǎn)到C臂旋轉(zhuǎn)中心之間的距離，扇束光源點(diǎn)和C臂旋轉(zhuǎn)中心之連線與扇束中軸線之間的夾角為θ；對(duì)虛擬扇束投影和扇束投影分別建立笛卡爾坐標(biāo)系，令兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)分別位于光源點(diǎn)在各自成像直線上的垂足，且令虛擬扇束投影坐標(biāo)軸正向與扇束投影坐標(biāo)軸正向相同，則兩個(gè)坐標(biāo)系下投影像素坐標(biāo)及灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系為：