C形臂非圆轨道：几何标定、图像质量与金属伪影规避
医学物理
2020-10-02 v1 图像与视频处理
摘要
金属伪影是锥形束CT（CBCT）在图像引导手术中经常面临的挑战，会遮挡金属器械及邻近解剖结构的显影。移动式C形臂系统的最新进展已实现非圆轨道的3D成像能力。我们扩展了先前提出的金属伪影规避（MAA）方法，通过前瞻性地定义一条非圆轨道来避免投影域中金属引起的偏差，从而降低金属伪影的影响。精确的几何标定是此类轨道准确3D图像重建的重要挑战。我们研究了基于插值的标定方法，利用圆形轨道库对任意非圆轨道进行标定。我们将该方法应用于为MAA获取的非圆扫描，其包括：（i）仅通过两个 scout 视图使用端到端训练的神经网络对金属物体进行粗粒度3D定位；（ii）计算所有可能视图下金属引起的X射线能谱偏移；（iii）识别使能谱偏移变化最小的非圆轨道。采用基于插值的几何标定的非圆轨道实现了相当准确的3D图像重建。端到端神经网络仅用两个 scout 视图即可准确局部化金属植入物，即使在复杂解剖场景中，相较于更传统的分别训练的U-net级联，Dice系数提高了约42%。在带有椎弓根螺钉内固定的脊柱体模中，由MAA方法确定的非圆轨道使CBCT重建中金属“晕状”伪影（螺钉杆 apparent 宽度）的幅度降低了约70%。所提出的成像与标定方法提供了一种实用手段，通过确定非圆扫描协议来改善移动式C形臂CBCT中的图像质量，这些协议改善了采样并减少了投影数据中的金属引起偏差。
引用
@article{arxiv.2010.00175,
title = {C-Arm Non-Circular Orbits: Geometric Calibration, Image Quality, and Avoidance of Metal Artifacts},
author = {Pengwei Wu and Niral Sheth and Alejandro Sisniega and Tongyu Wang and Ali Uneri and Runze Han and Rohan Vijayan and Prasad Vagdargi and Bjoern Kreher and Holger Kunze and Gerhard Kleinszig and Sebastian Vogt and Sheng-Fu Larry Lo and Nicholas Theodore and Jeffrey Siewerdsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.00175},
year = {2020}
}
备注
This work was presented at the 6th International Conference on Image Formation in X-Ray Computed Tomography, August, 2020, Regensburg, Germany