CT图像的主要伪影
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补偿金属区域部分
伪影校正算法
校正shading状伪影
成因：多由散射导致
常用校 正算法
硬件校正方法
软件 校正 法
Monte Carlo模拟法
结合散射模型的有 序子集凸面法 卷积法
反卷积法
伪影校正算法
什么是 康普顿散射？
X射线与物质相互作用 时，部分光子会发生康普 顿散射。散射光子会偏离 原来的运动路径，其能量 要比入射的初始光子能量 低，这样进入探测器的光 子既包含初始光子也包括 散射光子，散射光子会使 探测器探测到虚假信息导 致重建图像中的像素CT值 偏高，形成伪像。
穿透长度与 投影数据成 非线性关系
p (r ) lI n I ( 0 r ) ln E S ( { E )ex r u (x p ,E )d [] d x } E rE S (E ) u (x ,E )dEd
S(E) 为射线的能谱分布
ru(x,Ek)dx
多项式拟合法本质就是建立 投影数据与透射厚度之间的关系 多项式，将被测物厚度与投影值 的曲线从非线性的关系调整到线 性的对应关系，利用原始的多能 数据 得到相应的单能数据
概括起来说CT图像伪 影的产生原因
CT系统
不同的数 据采集方
式
1.分布扫描模式 2.螺旋模式
1.整体系统设计 2.X 射线源 3. X 射线探测器 4.探测对象
CT图像伪影的产生原因
同样一种表现形式的伪影，可以由 很多的因素引起。但是在一个特定的 CT 系统中，总会有一个引起伪影的主 导因素。因此，我们应该针对这个主 导因素，寻求最合适的抑制或消除伪 影的方法。
伪影校正算法
根据beer定律，当射线能量是恒定或 是单能时，强度为 ,能量为 的射 线穿过物体时,获得的单色投影数据 表示为：
mr lnII(0r)ru(x,E0)dx
穿透长度与 投影数据成 线性关系
u(x, E)表示能量为 E 0的射线rx在 x 处的线性衰减系数
r 表示X射线穿过待测物体的路径 当射线源为多色时，此时多色投影数据变为：
初级调制校正板
伪影校正算法
初级调制方法的基本过程可分为以 下几步：
1. 由射线源发出的初级射线被校 正片“调制编码”，再穿过被照物；
2. 在频域上，被探测器接收的透 射射线带有编码信息，散射射线为 低频噪声；
3. 用高通滤波器对投影滤波，扣 除散射。
总结
实际的CT系统，应根据其具体的系统设计，分析形成伪 影的主要因素，选择合适的校正方案。
伪影校正算法
多项式拟合法
选择梯状或饼形 工件模型
在一定射线管 电压下测得几 组多色投影数 据p与穿透厚 度x的数据
伪影校正算法
利用多项式进行拟合,得 到投影数据p与穿透厚 度x间的关系，
Panxnan 1xn 1.. .a 1 .x. .a 0
（1）
x 将等效投影厚度 代
入下式得到等效的单ຫໍສະໝຸດ 色投影数据分割后的金属图像
伪影校正算法
正投影
金属区域的正投影
对分割出的金属区域在相同的几何结构条件下进行正 投影，便可以得到投影空间中金属投影区域在每个不
同角度下的边界 [ p , q ]
伪影校正算法
在某一特定的扫描角度 下，投影空间 {g}中 RM内的投影
值由金属投影
gM
和相应扫描角度下的非金属投影
g
N
主要内容
1
CT图像的主要伪影
2
CT图像伪影的产生原因
3
伪影校正算法介绍
4
总结
什么是伪影？
➢ 广义上讲：又称伪影或伪迹，可以定义为图像 重建过程中测量到的衰减系数与受检物体断层 真实衰减系数的差异。
➢狭义上讲：伪影是指在CT断层成像过程中，所 有不同类型非随机性的干扰在图像上的表现，它 对应的是受检体中根本不存在的组织和病灶。
表示能量为的射线在x处的线性衰减系数伪影校正算法多项式拟合法本质就是建立投影数据与透射厚度之间的关系多项式将被测物厚度与投影值的曲线从非线性的关系调整到线性的对应关系利用原始的多能数据得到相应的单能数据多项式拟合法伪影校正算法选择梯状或饼形工件模型在一定射线管电压下测得几组多色投影数据p与穿透厚度x的数据利用多项式进行拟合得到投影数据p与穿透厚度x间的关系利用等效投影数据进行ct图像的重建入下式得到等效的单色投影数据将实验得到的多色投影代入2式求得等效的透射厚度校正streaking状伪影主要成因
康普顿散射示意图
伪影校正算法
Monte Carlo模拟法
1) 采集n 幅投影图像，重建。对 重建图像的每个体素，根据强度值 分配相应的密度材料，转换为一个 可用于MC 计算的体模；
2) 编写MC代码，模拟光子在MC 体模内的传输过程，获取n 幅投影 图像的散射粒子分布；
蒙特卡罗(MonteCarlo， MC)模拟方法采用计算 机模拟来得到图像的散 射分布，进而扣除散射 影响，应用此方法的前 提是要求已知被检测物 的材料
将实验得到的多色投 影代入 2式，求得等
效的透射厚度 x
pa1*x
利用等效投影数据 p
进行CT图像的重建
得到1式的反函数
x f 1(P)
（2）
伪影校正算法
校正streaking状伪影
主要成因：多由金属引起，也 称此类伪影为金属伪影
髋关节假体 CT 扫描图
常用校正算法
插值法 迭代法
金属伪影的产生原因
对于金属条状伪影（streaking），迭代法计算量比较大 ，小波方法的参数难以调节，所以选用插值法具有现实意义；
对于硬化环状（或称为杯状）伪影，采用多项式拟合法， 方法简单，适合检测对象为给定的若干种类型的物质的硬化校 正；
对于散射的shading状伪影，初级射线调制的校正方法 （Beam-Stop Technique）和Scanning Lead-Strip Technique，利用特定位置的铅条或铅条阵列吸收X射线，分 析重建后的效果，进行散射估计。进而从原始的重建效果去除 散射影响，达到校正的目的。在医学CT上有比较好的散射校 正效果，具有一定的实用价值。
伪影校正算法
在临床上,有时会碰到如病 人口腔镶牙或肾脏插有银夹等 情况,由于金属对X射线的吸收 率非常高,X射线透过金属时,几 乎都被吸收,从而使对面的探测 器探测不到X射线,因此读取的 投影值异常地大.
口腔金属假牙部位的断层图像
插值法校正流程图
伪影校正算法
含有金属伪影的图像
伪影校正算法
一幅含有金属伪影的图像 fMI (x, y)通过合适的灰度域值s分割 出只含有金属区域的灰度的图像 。
CT图像的主要伪影
伪影在图像上的表现形式
条状伪影
环状伪影
阴影
CT图像伪影的危害
伪影会使图像发生退化，使得切 片内的结构、密度、特征尺寸、成 分变化等物理、化学性质无法精确 地判读和计量，在医学上会导致某 些病变组织的漏诊，在工业上则会 则将细微裂纹、疏松等缺陷掩盖起 来。
CT图像伪影的产生原因
从抑制不同表现形 式的伪影的角 度，可把现有的 算法大致分为
伪影校正算法
校正streaking状伪影 校正shading状伪影 校正rings状伪影
伪影校正算法
校正rings状(cupping状)伪影
主要成因：由射束硬化导致
常用用校正算法
预处理法 多项式拟合法 迭代法
双能法
什么是射束硬化？
伪影校正算法
两
部分组成。g 可N 由线性插值后的结果 g L来代替：
表示探测器的位置
既然金属伪影是由金属很大的投影值引起， 那么，简单的取
伪影校正算法
经过校正后，每个扫描角度 β 下用来重建的投影数据为：
校正之前与校正之后投影数据正弦图对比：
伪影校正算法
对校正后的投影数据利用滤波反投影算法得到图像 ，图中的暗 斑就是原来的金属区域
3) 在最初采集到的投影减去MC模 拟获取的散射投影，得到所需要的 散射校正投影；
4) 用重建算法对扣除过散射的投影 进行重建，最终的校正结果。
伪影校正算法
初级射线调制校正方法
在初级调制方法中，需要制作一个校正片， 如图所示。在一片厚度为2 mm 的铝板上均 匀布满正方形凸部，凸部边长为2 mm、间距 2 mm、厚度1 mm。该校正片作为调制编码 器，放于射线源与被照物之间。
X射线管发出的射线是由能 量大小不等具有宽能谱的光子组 成。由于光电效应的作用，当多 色X射线束与物质相互作用时， 能量高的射线穿透力强，能量低 的穿透力较弱,随着透照厚度的 增加, 射束中的低能部分所占的 比例变得越来越低，射束有效能 量向高能量方向移动,射束变得 更难衰减、变得更“硬”,这就 是“射束硬化”
伪影校正算法
校正shading状伪影
成因：多由散射导致
常用校 正算法
硬件校正方法
软件 校正 法
Monte Carlo模拟法
结合散射模型的有 序子集凸面法 卷积法
反卷积法
伪影校正算法
什么是 康普顿散射？
X射线与物质相互作用 时，部分光子会发生康普 顿散射。散射光子会偏离 原来的运动路径，其能量 要比入射的初始光子能量 低，这样进入探测器的光 子既包含初始光子也包括 散射光子，散射光子会使 探测器探测到虚假信息导 致重建图像中的像素CT值 偏高，形成伪像。
穿透长度与 投影数据成 非线性关系
p (r ) lI n I ( 0 r ) ln E S ( { E )ex r u (x p ,E )d [] d x } E rE S (E ) u (x ,E )dEd
S(E) 为射线的能谱分布
ru(x,Ek)dx
多项式拟合法本质就是建立 投影数据与透射厚度之间的关系 多项式，将被测物厚度与投影值 的曲线从非线性的关系调整到线 性的对应关系，利用原始的多能 数据 得到相应的单能数据
概括起来说CT图像伪 影的产生原因
CT系统
不同的数 据采集方
式
1.分布扫描模式 2.螺旋模式
1.整体系统设计 2.X 射线源 3. X 射线探测器 4.探测对象
CT图像伪影的产生原因
同样一种表现形式的伪影，可以由 很多的因素引起。但是在一个特定的 CT 系统中，总会有一个引起伪影的主 导因素。因此，我们应该针对这个主 导因素，寻求最合适的抑制或消除伪 影的方法。
伪影校正算法
根据beer定律，当射线能量是恒定或 是单能时，强度为 ,能量为 的射 线穿过物体时,获得的单色投影数据 表示为：
mr lnII(0r)ru(x,E0)dx
穿透长度与 投影数据成 线性关系
u(x, E)表示能量为 E 0的射线rx在 x 处的线性衰减系数
r 表示X射线穿过待测物体的路径 当射线源为多色时，此时多色投影数据变为：
初级调制校正板
伪影校正算法
初级调制方法的基本过程可分为以 下几步：
1. 由射线源发出的初级射线被校 正片“调制编码”，再穿过被照物；
2. 在频域上，被探测器接收的透 射射线带有编码信息，散射射线为 低频噪声；
3. 用高通滤波器对投影滤波，扣 除散射。
总结
实际的CT系统，应根据其具体的系统设计，分析形成伪 影的主要因素，选择合适的校正方案。
伪影校正算法
多项式拟合法
选择梯状或饼形 工件模型
在一定射线管 电压下测得几 组多色投影数 据p与穿透厚 度x的数据
伪影校正算法
利用多项式进行拟合,得 到投影数据p与穿透厚 度x间的关系，
Panxnan 1xn 1.. .a 1 .x. .a 0
（1）
x 将等效投影厚度 代
入下式得到等效的单ຫໍສະໝຸດ 色投影数据分割后的金属图像
伪影校正算法
正投影
金属区域的正投影
对分割出的金属区域在相同的几何结构条件下进行正 投影，便可以得到投影空间中金属投影区域在每个不
同角度下的边界 [ p , q ]
伪影校正算法
在某一特定的扫描角度 下，投影空间 {g}中 RM内的投影
值由金属投影
gM
和相应扫描角度下的非金属投影
g
N
主要内容
1
CT图像的主要伪影
2
CT图像伪影的产生原因
3
伪影校正算法介绍
4
总结
什么是伪影？
➢ 广义上讲：又称伪影或伪迹，可以定义为图像 重建过程中测量到的衰减系数与受检物体断层 真实衰减系数的差异。
➢狭义上讲：伪影是指在CT断层成像过程中，所 有不同类型非随机性的干扰在图像上的表现，它 对应的是受检体中根本不存在的组织和病灶。
表示能量为的射线在x处的线性衰减系数伪影校正算法多项式拟合法本质就是建立投影数据与透射厚度之间的关系多项式将被测物厚度与投影值的曲线从非线性的关系调整到线性的对应关系利用原始的多能数据得到相应的单能数据多项式拟合法伪影校正算法选择梯状或饼形工件模型在一定射线管电压下测得几组多色投影数据p与穿透厚度x的数据利用多项式进行拟合得到投影数据p与穿透厚度x间的关系利用等效投影数据进行ct图像的重建入下式得到等效的单色投影数据将实验得到的多色投影代入2式求得等效的透射厚度校正streaking状伪影主要成因
康普顿散射示意图
伪影校正算法
Monte Carlo模拟法
1) 采集n 幅投影图像，重建。对 重建图像的每个体素，根据强度值 分配相应的密度材料，转换为一个 可用于MC 计算的体模；
2) 编写MC代码，模拟光子在MC 体模内的传输过程，获取n 幅投影 图像的散射粒子分布；
蒙特卡罗(MonteCarlo， MC)模拟方法采用计算 机模拟来得到图像的散 射分布，进而扣除散射 影响，应用此方法的前 提是要求已知被检测物 的材料
将实验得到的多色投 影代入 2式，求得等
效的透射厚度 x
pa1*x
利用等效投影数据 p
进行CT图像的重建
得到1式的反函数
x f 1(P)
（2）
伪影校正算法
校正streaking状伪影
主要成因：多由金属引起，也 称此类伪影为金属伪影
髋关节假体 CT 扫描图
常用校正算法
插值法 迭代法
金属伪影的产生原因
对于金属条状伪影（streaking），迭代法计算量比较大 ，小波方法的参数难以调节，所以选用插值法具有现实意义；
对于硬化环状（或称为杯状）伪影，采用多项式拟合法， 方法简单，适合检测对象为给定的若干种类型的物质的硬化校 正；
对于散射的shading状伪影，初级射线调制的校正方法 （Beam-Stop Technique）和Scanning Lead-Strip Technique，利用特定位置的铅条或铅条阵列吸收X射线，分 析重建后的效果，进行散射估计。进而从原始的重建效果去除 散射影响，达到校正的目的。在医学CT上有比较好的散射校 正效果，具有一定的实用价值。
伪影校正算法
在临床上,有时会碰到如病 人口腔镶牙或肾脏插有银夹等 情况,由于金属对X射线的吸收 率非常高,X射线透过金属时,几 乎都被吸收,从而使对面的探测 器探测不到X射线,因此读取的 投影值异常地大.
口腔金属假牙部位的断层图像
插值法校正流程图
伪影校正算法
含有金属伪影的图像
伪影校正算法
一幅含有金属伪影的图像 fMI (x, y)通过合适的灰度域值s分割 出只含有金属区域的灰度的图像 。
CT图像的主要伪影
伪影在图像上的表现形式
条状伪影
环状伪影
阴影
CT图像伪影的危害
伪影会使图像发生退化，使得切 片内的结构、密度、特征尺寸、成 分变化等物理、化学性质无法精确 地判读和计量，在医学上会导致某 些病变组织的漏诊，在工业上则会 则将细微裂纹、疏松等缺陷掩盖起 来。
CT图像伪影的产生原因
从抑制不同表现形 式的伪影的角 度，可把现有的 算法大致分为
伪影校正算法
校正streaking状伪影 校正shading状伪影 校正rings状伪影
伪影校正算法
校正rings状(cupping状)伪影
主要成因：由射束硬化导致
常用用校正算法
预处理法 多项式拟合法 迭代法
双能法
什么是射束硬化？
伪影校正算法
两
部分组成。g 可N 由线性插值后的结果 g L来代替：
表示探测器的位置
既然金属伪影是由金属很大的投影值引起， 那么，简单的取
伪影校正算法
经过校正后，每个扫描角度 β 下用来重建的投影数据为：
校正之前与校正之后投影数据正弦图对比：
伪影校正算法
对校正后的投影数据利用滤波反投影算法得到图像 ，图中的暗 斑就是原来的金属区域
3) 在最初采集到的投影减去MC模 拟获取的散射投影，得到所需要的 散射校正投影；
4) 用重建算法对扣除过散射的投影 进行重建，最终的校正结果。
伪影校正算法
初级射线调制校正方法
在初级调制方法中，需要制作一个校正片， 如图所示。在一片厚度为2 mm 的铝板上均 匀布满正方形凸部，凸部边长为2 mm、间距 2 mm、厚度1 mm。该校正片作为调制编码 器，放于射线源与被照物之间。
X射线管发出的射线是由能 量大小不等具有宽能谱的光子组 成。由于光电效应的作用，当多 色X射线束与物质相互作用时， 能量高的射线穿透力强，能量低 的穿透力较弱,随着透照厚度的 增加, 射束中的低能部分所占的 比例变得越来越低，射束有效能 量向高能量方向移动,射束变得 更难衰减、变得更“硬”,这就 是“射束硬化”