[發明專利]在投影圖像中分割金屬對象的方法、設備、程序和介質

在審

• 申請號: 202010079569.7
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111524200A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: H.孔澤;P.費希爾;B.克雷厄;T.戈特沙爾克;M.曼哈特
• 申請（專利權）人: 西門子醫療有限公司
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張貴東

一種計算機實現的方法，用于在使用不同投影幾何采集的多個二維投影圖像中分割金屬對象(8、9)，每個投影圖像顯示感興趣區域(7)，其中，從所述感興趣區域(7)中的二維投影圖像重建三維X射線圖像，所述方法包括以下步驟：?使用訓練的人工智能分割算法為每個投影圖像計算第一二進制金屬掩模，?對于中間數據集的每個體素，通過將與穿過體素的射線相關聯的像素中的顯示金屬的第一二進制金屬掩膜的數量確定為金屬值，對重建區域(10)的三維中間數據集進行重建，所述重建區域大于所述感興趣區域(7)，?確定三維二進制金屬掩模，其中當所述金屬值大于閾值時，體素顯示金屬，而在所有其他情況下體素均不顯示金屬，?通過使用相應的投影幾何對所述三維二進制金屬掩模進行正向投影，為每個投影圖像確定第二二進制金屬掩模。

技術領域

本發明涉及一種用于在使用不同投影幾何采集的多個二維投影圖像中分割金屬對象的計算機實現的方法，每個投影圖像顯示感興趣的區域，其中，從感興趣區域中的二維投影圖像重建三維X射線圖像。本發明還涉及評估設備、計算機程序和電子可讀存儲介質。

背景技術

在X射線成像中，從使用X射線成像設備和不同投影幾何采集的較低維投影圖像重建較高維圖像是已知的。例如，濾波反投影(filtered back-projection，FBP)或代數重建可以用于從二維投影圖像重建三維X射線圖像。例如可以使用計算機斷層攝影(tomography)設備來采集投影圖像，其中，通常X射線源和可選的X射線探測器在機架內部旋轉，或者使用C型臂(c-arm)設備來采集投影圖像，其中，X射線源和可選的X射線探測器安裝在C型臂上的相對端。在采集投影圖像期間，可以根據通常選擇為圓形的采集軌跡來改變投影幾何，從而可以通過投影角來描述投影幾何。

在從二維投影圖像重建三維X射線圖像的計算機斷層攝影和其他應用中，金屬偽影是一個主要問題。對于互操作采集(interoperative acquisition)，例如在整形外科手術期間采集的X射線圖像，尤其如此。這種金屬偽影是由要成像的感興趣區域中的金屬對象/金屬結構引起的，但也由感興趣區域之外的金屬對象引起，這些金屬對象僅出現在具有相應投影幾何的部分投影圖像中，在這些投影幾何中，X射線貫穿金屬對象。為了減少這些眾所周知的金屬偽影，已經描述了不同的方法。這些方法通常是標題為金屬偽影減少(MAR)的方法，并旨在提高重建體積(即，X射線圖像)的質量。

在大多數這些方法中，尤其是在平板錐束計算機斷層攝影中，估計金屬對象的位置，從投影圖像或重建的三維X射線圖像中去除相應的圖像值，并且進行插值處理，這通常稱為“修補(inpainting)”。通常使用初始三維重建來進行金屬對象的分割，即金屬對象的定位，因此仍然包含金屬偽影。例如可以通過閾值化和/或其他體積處理算法來確定顯示金屬的體素。在金屬對象已被分割之后，使用投影幾何正向投影三維分割，以產生描述顯示被分割的金屬對象的像素的二進制金屬掩模。對于這些像素，可以進行插值。

例如，在Esther Meyer等人的文章“計算機斷層攝影中的歸一化金屬偽影減少(NMAR)(Normalized metal artefact reduction(NMAR)in computed tomography)”(醫學物理學37(10)，2010年，第5482-5493頁)中公開了一種被稱為歸一化金屬偽影減少(NMAR)的算法。這里，也在圖像域中分割金屬，圖像域即使用原始投影圖像進行的初步三維重建。該分割被正向投影以識別原始投影中的金屬痕跡。然而，在插值之前，基于先前圖像的3D正向投影對投影進行歸一化。插值之后，原始的初始數據(raw data)將再次被取消歸一化。本文還討論了一些可能的修補方法。

在另一種可能的方法中，可以對已在投影域中的金屬對象進行分割，投影域即原始的二維投影圖像。例如，人工智能分割算法可以用于分割金屬并計算包含像素是否含有金屬的信息的二進制金屬掩模。然而，正如申請人的內部研究所表明的，這種方法不會產生預期的魯棒性(robustness)和可靠性。