專利名稱：錐束ct動(dòng)態(tài)成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像，更特別地涉及使用加權(quán)函數(shù)增加時(shí)間分辨率的半 掃描成像技術(shù)。
背景技術(shù)：
近幾年來，半掃描方法在錐束CT中的使用成為一個(gè)熱門課題，這 是由于時(shí)間分辨率的提高。目前有多種不同類型的錐束半掃描方案，例 如基于FDK的，基于錐束濾波反向投影的(CBFBP),和基于Grangeat 的。每個(gè)方案使用平面掃描軌道(圓形的或非圓形的)來實(shí)施該半掃描 方案。理論上，只要該重建物體在某個(gè)尺寸大小內(nèi)，圓形半掃描可以基 于Grangeat公式的導(dǎo)數(shù)，根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)輻射數(shù)據(jù)可以近似獲得與圓形 完全掃描相同的Radon域信息。即使在圓形半掃描范圍內(nèi)，仍然存在冗 余。Grangeat型半掃描(GHS )將空間投影數(shù)據(jù)映射到一階導(dǎo)數(shù)輻射數(shù) 據(jù)并且在Radon域?qū)λ鼈兗訖?quán)。在通過線性內(nèi)插/外插圓形掃描不能進(jìn) 入的該Radon域的陰影區(qū)而添加丟失數(shù)據(jù)之后，^f吏用3DRadon逆乂>式來得到該重建圖像。當(dāng)前用于錐束CT的FDK型半掃描(FDKHSFW)方案^f吏用Parker或 者其他基于扇形束幾何的加權(quán)系數(shù)，其中對所有^r測行應(yīng)用相同的加權(quán) 系數(shù)。CBFBP算法使用該Radon域中的冗余投影數(shù)據(jù)，在濾波反向投影 (FBP)的結(jié)構(gòu)中完成半掃描重建并且獲得幾乎與FDKHSFW相同的性能。 當(dāng)該陰影區(qū)被填充線性內(nèi)插數(shù)據(jù)時(shí)，Grangeat型半掃描方案在校正未掃描(off-scanning)平面衰減系數(shù)降低上的性能超過了 FDK型半掃描方 案。然而，來自GHS的重建圖像的空間分辨率比FDKHSFW差，因?yàn)樵贔DK 中包含的數(shù)據(jù)內(nèi)插比GHS少。此外，GHS不能處理縱向方向上的^^皮截 (truncated)數(shù)據(jù)。CBFBP相關(guān)的半掃描和FDKHSFW在距離Z = 0最遠(yuǎn) 的重建圖像位置顯示了各種衰減系數(shù)降低偽像(artifacts),其中Z 是旋轉(zhuǎn)軸。該偽像是實(shí)踐中不希望出現(xiàn)的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是在一定程度上校正該降低問題。 本發(fā)明的另 一個(gè)目的是在這樣做的同時(shí)保持空間分辨率。 為了實(shí)現(xiàn)上述和其他目的，本發(fā)明提出了一種具有配合錐束幾何 (FDKHSCW)的新加權(quán)函數(shù)的FDK半掃描方案，其中該加權(quán)函數(shù)是與錐 束幾何相關(guān)的。該具有新錐束加權(quán)函數(shù)的FDK半掃描算法;f皮描述。實(shí)施 了 一種計(jì)算機(jī)模擬，并且評估該FDKHSCW以與FDKFS和FDKHSFW相比較。 對基于FDK的圓形半掃描重建(FDKHSCW)啟發(fā)式提出了一種新的 錐束加權(quán)方案，用于在一定程度上沿著該旋轉(zhuǎn)軸校正該密度降低偽像， 接著使用用于較大錐角的原始FDK算法。當(dāng)該錐角較大時(shí)，根據(jù)衰減系 數(shù)降低使用FDKHSCW來代替FDKFS和FDKHSFW時(shí)，對有噪聲和無噪聲的 Shepp-Logan幻象進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬顯示產(chǎn)生了改進(jìn)，同時(shí)維持相同的 虛擬圖象質(zhì)量。FDKHSCW需要在濾波前進(jìn)行額外的錐束加權(quán)，并且僅使 用[(3， 180+(3+2A]的掃描范圍，其中(3是X射線的起始投影角，A是完全 扇形角的一半，二者都被限定在該掃描平面中。該起始角一旦確定，就 可以處理每個(gè)投影圖像(對半掃描進(jìn)行錐束加權(quán)，由FDK繼承的像素加 權(quán)，濾波)。所以，與完全掃描方案相比較，重建物體需要更少的時(shí)間， 這在實(shí)踐中是一個(gè)非常希望具備的特征。這里，該半掃描被定義為180。 加上掃描幾何的錐角。此外，該半掃描方案提供了選擇任何起始點(diǎn)用于 重建的靈活性，只要該掃描范圍被確保即可，這是錐束CT動(dòng)態(tài)成像的 另一優(yōu)選特征。如果執(zhí)行完全圓形掃描，為了增加該系統(tǒng)和錐束CT重 建的時(shí)間分辨率，可以通過選擇不同的起始點(diǎn)來根據(jù)該完全圓形掃描執(zhí)行多個(gè)半掃描重建。因此，本發(fā)明的另一目的是，使用半掃描算法根據(jù) 物體的一個(gè)或多個(gè)圓形掃描投影圖像重建多個(gè)半掃描重建，以增加錐束 CT動(dòng)態(tài)成像掃描的時(shí)間分辨率?；赟ilver提出的思想(M. D. Silver, "A method for including redundant data in computed tomography", 餘^. 尸力"，27， 773-774 (2000))，我們甚至能夠通過使得掃描范圍大于180+2A來實(shí)施擴(kuò)展的半 掃描方案，應(yīng)用該新錐束加權(quán)函數(shù)以獲得更好的噪聲特性。該圓形錐束半掃描加權(quán)方案對于低對比度物體工作得更好。我們從 Shepp-Logan幻象的才莫擬中可以看到，最大補(bǔ)償位于0.03的衰減系數(shù) 內(nèi)。我們預(yù)期，F(xiàn)DKHSCW能夠顯示高對比度幻象例如Defrise盤幻象中 的強(qiáng)度降低的改進(jìn)。但是它對于低對比度幻象更有前途。其他提出的改進(jìn)的FDK方法稱為T-FDK和FDK-SLANT,它們也在一 定程度上以更大的錐角校正FDK中繼承的沿著旋轉(zhuǎn)軸衰減系數(shù)降低。在 這些方法和FDKHSCW之間存在不同。雖然這些方法的結(jié)果顯示了與 FDKHSCW相似的校正，但是FDK-SLANT和T-FDK需要根據(jù)錐束數(shù)據(jù)平行 重排(rebinned)。這意味著，直到整組數(shù)據(jù)采集和平行重排序過程完 成才開始該濾波部分，然后進(jìn)行反向投影以進(jìn)行圖像重建。FDKHSCW的 優(yōu)點(diǎn)在于， 一旦獲得2D投影數(shù)據(jù)，該濾波部分就能開始并且立即進(jìn)行 反向投影。只要托架速度和讀出速率足夠高，這個(gè)方案就能在實(shí)施連續(xù) 動(dòng)態(tài)成^f象時(shí)實(shí)現(xiàn)幾乎實(shí)時(shí)監(jiān)測。Wang(G. Wang， "X-ray mi cro-CT wi th a displaced detector array", U.腳義29， 1634-1636 (2002)) 研發(fā)了一種在移位的(displaced)檢測器陣列上進(jìn)行錐束完全圓形掃 描重建而不需要重排該投影數(shù)據(jù)以重建的加權(quán)方案。對于該冗余區(qū)域， 可以通過調(diào)節(jié)掃描范圍中的加權(quán)條件來將我們的方案應(yīng)用到這個(gè)算法中。近來，提出了一種新的圓形3D加權(quán)重建算法，基于對直接射線與 其共軛射線之間的數(shù)據(jù)不一致的研究來減少錐束偽像。其基本思想是在 反向投影期間將濾波的投影數(shù)據(jù)乘以與錐束幾何相關(guān)的校正系數(shù)。但是 它校正的偽像不是這里FDKHSCW試圖校正的，即衰減系數(shù)降低。然而， 這兩種方案可以相結(jié)合。總之，通過結(jié)合新的錐束加權(quán)方案，基于一個(gè)平板檢測器提出了一 種新的基于FDK的探索性的圓形軌道半掃描近似算法，數(shù)值模擬證實(shí)了 它的可4亍性。由于可以以更少的時(shí)間來完成該數(shù)據(jù)的掃描和處理，所以可以更'決 地完成成像。因而，四維掃描(三維空間和一維時(shí)間)就變得可能。在以下美國專利中公開了相關(guān)的系統(tǒng)和方法6987831號， "Apparatus and method for cone beam volume computed tomography breast imaging" ; 6618466號,"Apparatus and method for x-ray scatter reduction and correction for fan beam CT and cone beam volume CT，， ； 6504892號，"Apparatus and method for cone beam volume computed tomography using circle-plus-multiple-arc orbit，，； 6480565號,"Apparatus and method for cone beam volume computed tomography breast imaging" ; 6477221號,"System and method for fast parallel cone—beam reconstruction using one or more microprocessors" ; 62981 10號,"Cone beam volume CT angiography imaging system and method" ; 6075836號,"Method of and system for intravenous volume tomographic digital angiography imaging"; 和5999587號,"Method of and system for cone-beam tomography reconstruction"。這里通過引用將它們的全部內(nèi)容結(jié)合到本說明書中。


下面參照附圖具體給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1示出了第一優(yōu)選實(shí)施例的掃描幾何；圖2示出了圖1的掃描幾何中的冗余區(qū)域；圖3A-3D示出了加權(quán)系數(shù)；圖4A-4C示出了幻象的重建矢狀圖像；圖4D示出了該幻象；圖4E和4F沿著圖4D中所示的線對圖4A - 4C中的圖j象的線剖面 (profile )進(jìn)4亍比壽支；圖5A和5B示出了具有不同噪聲水平的結(jié)果；圖5C和5D示出了對于圖5A和5B的結(jié)果的剖面比舉交；圖6示出了第二優(yōu)選實(shí)施例中的Radon域；和圖7A和7B示出了第二優(yōu)選實(shí)施例中的掃描幾何。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖具體給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中相似的參考數(shù)字表示相似的部件或步驟。通過對所有傾斜扇形波束對物體的作用求和而在扇形波束算法的基礎(chǔ)上擴(kuò)展FDK算法。該重建是基于濾波和在該錐形內(nèi)反向投影單個(gè)扇 形波束的?；趫D1中的錐束幾何，其中顯示了錐束發(fā)射器或其他X射 線源102和平板檢測器104的平面的相對位置，F(xiàn)DK的公式為h z) = +〖\ 碼("JP, O , 2 : 2 2〗*力(印)}W (1)= —;c sin戶+ jv cos*號表示巻積；so表示從X射線源到起點(diǎn)(origin)的距離；n, m 表示整數(shù)值，其中n=0和m=0對應(yīng)于經(jīng)過該起點(diǎn)的中心射線；(3表示限 定在該掃描平面中的投影角；p表示沿著t軸的虛擬檢測器采樣間隔； g表示沿著Z軸的虛擬檢測器采樣間隔；Rp (叩，m。表示實(shí)際的離散 2D投影數(shù)據(jù)；h(np)表示沿著t軸的離散一維斜坡濾波器沖擊響應(yīng)。預(yù)加權(quán)項(xiàng) w 可以分解為兩個(gè)余弦項(xiàng)，即^o2 + w2《2 + w2/ 2,,; w 。這意味著FDK將未掃描平面投影數(shù)據(jù)投影到該掃描平面中，然后執(zhí)行該2D扇形波束重建算法。在公式(l)中，積分前面的因子丄被用于抵消當(dāng)實(shí)施完全圓形掃描時(shí)的投影冗余。這就 2表示該未掃描平面投影數(shù)據(jù)具有與掃描平面中的投影數(shù)據(jù)相同的冗余度。該錐束半掃描方案也是與FDK相結(jié)合的扇形波束半掃描的擴(kuò)展，其 中將從掃描平面幾何計(jì)算的加權(quán)系數(shù)應(yīng)用到所有投影行，如下/(x z) - g+2A ' {[必09,印), <，,O' , ， : J * (2)C50-" 一2+OT2《2+n2.這是FDKHSFW方案，其中A是沿著t軸的中心掃描平面的完全扇形 角的一半。該未掃描平面投影數(shù)據(jù)仍然被作為它們具有相同冗余度進(jìn)行 處理。co(P， np)是基于該掃描平面幾何計(jì)算的離散加權(quán)系數(shù)，可以表示 為Parker加權(quán)函數(shù)或其他任何加權(quán)函數(shù)，只要它能夠在雙重和單獨(dú)采 樣區(qū)域之間產(chǎn)生平滑過渡以避免這些區(qū)域邊界處的不連續(xù)。毫無1€問， FDKHSFW保持了 FDK完全掃描方案所具有的所有特性。然而，對于該掃描平面之外的錐束投影數(shù)據(jù)，即使在360。采樣投影， 單次圓形軌道采集也不能獲得完全雙重采樣的投影。換句話說，當(dāng)投影 行距離該掃描平面更遠(yuǎn)時(shí)，該投影冗余度就變得越來越少。如果FDK算 法被直接應(yīng)用到未加權(quán)的半掃描投影數(shù)據(jù)上，那么重建圖像將不可避免 地具有偽像。 一種處理遠(yuǎn)離掃描平面的更少冗余投影行數(shù)據(jù)的加權(quán)方式 ^口下聲斤示<formula>formula see original document page 13</formula>p'是錐形加權(quán)角度。p'依賴于z方向(旋轉(zhuǎn)軸)上的行投影數(shù)據(jù)的4立置。A'是G. T. Gullberg與G. L. Zeng， "A cone—beam filter backprojection reconstruction algorithm for cardiac single photon emission computed tomography", /f朋7ya/ 51. #( 0^ T/77a《/;^ 11， 91-101 (1992)中所采用的傾斜扇形角的一半。要注意當(dāng)m為零時(shí)， 該加權(quán)函數(shù)實(shí)際上是用于扇形波束的Parker加權(quán)函數(shù)。通過將該錐束加權(quán)函數(shù)與FDK相結(jié)合，可以獲得FDKHSCW如下1 Cyo-s)2 - > +m《+WP請注意，該投影數(shù)據(jù)在濾波前必須被加權(quán)。因?yàn)镕DKHSFW是半掃描 重建的公知的方案，所以對于FDKHSCW的需要是它不應(yīng)產(chǎn)生比FDKHSFW 更多的偽像。現(xiàn)在將說明對于半掃描錐束加權(quán)的進(jìn)一步研究。在圓形扇形波束半 掃描中，按照投影角度(3,在掃描平面中有兩個(gè)冗余區(qū)域。圖2顯示在 區(qū)域I中采集的投影射線數(shù)據(jù)具有區(qū)域II中的共軛射線數(shù)據(jù)。在這兩 個(gè)區(qū)域中，投影射線數(shù)據(jù)是整體或部分冗余的。如果完全扇形角的一半 是A度，根據(jù)限定在掃描平面內(nèi)的投影角而定的半掃描范圍是從0°到 180。+2A。第一和第二冗余區(qū)域分別是從0。到4A和從180。-2A到 180。+2A。在傳統(tǒng)的FDK錐束半掃描方案中，所有行投影數(shù)據(jù)被限定在 掃描平面內(nèi)的同 一 組系數(shù)加權(quán)，因?yàn)橄Ｍ搾呙杵矫嫱獾男型队皵?shù)據(jù)具 有與掃描平面內(nèi)的行投影數(shù)據(jù)相同的冗余度。該圓形錐束半掃描加權(quán)方案的提出是基于這樣的思想，對于不同行 的投影數(shù)據(jù)，加權(quán)系數(shù)應(yīng)該不同，并且對于距離掃描平面最遠(yuǎn)的行投影 數(shù)據(jù)，應(yīng)該加權(quán)最少。至今為止，我們還沒有看到任何討論這個(gè)問題的 文獻(xiàn)。我們發(fā)現(xiàn)，如果使用〃'4 11 +作為不同行投影數(shù)據(jù)的加權(quán)角，那么在掃描平面外的第 一 冗余區(qū)域 中的加權(quán)系數(shù)將不會(huì)與該掃描平面內(nèi)計(jì)算的加權(quán)系數(shù)有很大不同；如果 厶=15°且半錐角也是15。，則最大差別低于百分之0.2。另一方面，當(dāng) (3'被用作第二冗余區(qū)域中的加權(quán)角時(shí)，掃描平面外的加權(quán)系數(shù)將顯著不 同于該掃描平面內(nèi)的加權(quán)系數(shù)并且在不同行互相不同，從而在重建圖像 中對于該掃描平面外的位置的密度降低產(chǎn)生了補(bǔ)償。該加權(quán)角(3'具有兩 個(gè)特性第一，它具有由mg反應(yīng)的行位置依賴性，間接與錐角信息相 關(guān)聯(lián)；第二，當(dāng)(3在第一冗余區(qū)域時(shí)它與(3的差別比(3在第二冗余區(qū)域時(shí)更小。從而，在第二冗余區(qū)域?qū)嵤┰撳F角相關(guān)的加權(quán)系數(shù)對于實(shí)現(xiàn)我們 的方案是有利的。為了使計(jì)算機(jī)模擬更接近于實(shí)際的CBCT配置，將幾何的參數(shù)根據(jù) 其物理長度(毫米)設(shè)置而不是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的(normalized)單位。從 X射線源到該重建的等角點(diǎn)(iso-center )和到檢測器的距離分別是780 mm和1109 mm。該完全扇形和錐形角是30度。檢測器面積是595x595 mm2, 具有512乘512的矩陣大小。體元(voxel )大小是0. 816 mm3。笛卡爾 坐標(biāo)(X, Y, Z)被用于描述該物體，其中Z是旋轉(zhuǎn)軸。投影角的采樣速 率是Q. 8°,對于完全掃描投影圖像總數(shù)是450,對于半掃描是262。低 對比度Shepp-Logan幻象被使用(幾何參數(shù)見參考文獻(xiàn)7 ),其所有幾 何參數(shù)被乘以200以沖莫擬該幻象的物理長度(毫米)?；谏鲜龆x的掃描幾何參數(shù)，通過選取在冗余區(qū)域I中^ = 46°和 在冗余區(qū)域II中卩=192。來比較與FDKHSFW和FDKHSCW相關(guān)的加權(quán)系數(shù) 分布。圖3A-3D分別顯示了 FDKHSFW ((3 = 46。) ， FDKHSCW ( p = 46° ), FDKHSFW ( (3 = 192。)和FDKHSCW ( p = 192。)。圖4A-4C以顯示窗口 [1.005 1.05]示出了不同F(xiàn)DK方案(分別為 FDKFS、 FDKHSFW、 FDKHSCW )在X = 0 mm時(shí)的重建矢狀圖像。圖4D示出 了幻象。圖4E和4F示出了沿著圖4D中的幻象圖像中的白色垂直和水 平實(shí)線的剖面比較。在反向投影之前對無噪聲的加權(quán)投影數(shù)據(jù)使用斜坡 濾波器。為了測試這種新方案對于實(shí)際CBCT數(shù)據(jù)采集中常見的量子噪聲的 性能，我們生成了被量子噪聲干擾的數(shù)據(jù)。100 kVp的X射線被選擇， 其對應(yīng)于2. 9972*1 07光子/cm2.mR的有效光子通量。每個(gè)投影的曝光水 平浮皮設(shè)定為4 mR, FDKFS和FDKHSCW的總曝光水平分別是1800 mR和1048 mR。圖5A-5D示出了不同噪聲水平下的重建結(jié)果和剖面比較。在濾波 期間使用哈明窗來抑制噪聲。更特別地，圖5A和5B分別示出了總曝光 水平為1800 mR的FDKFS和總曝光水平為1048 mR的FDKHSCW,而圖5C 和5D示出了沿著圖4D中的垂直和水平實(shí)線在FDKFS、 FDKHSCW和幻象 之間的剖面比專交。下面將給出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)變體。如圖6所示，在Radon域 中，該圓形(區(qū)域602 )中的點(diǎn)表示在圓形掃描中采集的該物體的radon值，而該圓形(區(qū)域604 )中的陰影區(qū)域表示通過圓形掃描不能采集到 的丟失的Radon點(diǎn)組。如Hu所主張的，在圓形掃描中，F(xiàn)DK僅使用該物 體圓形內(nèi)和點(diǎn)線弧邊界上的冗余點(diǎn)，而不使用該物體圓形內(nèi)的實(shí)線弧邊 界上的非冗余點(diǎn)。因而，使用以下校正式( / , " O =--—， 「" Y 。 -5~"tt"~ W -j = 一 x sin + 咖(- x cos/7 + j sin /7尸;r ("1& <T - ( g )如果把上述重建表示為f\(t, s, z),那么最終重建是現(xiàn)在將說明特別應(yīng)用于胸部成像的第二優(yōu)選實(shí)施例。基于當(dāng)前CBBCT的幾何參數(shù)，我們設(shè)計(jì)了 一種新的CBBCT掃描方案。 如圖7A和7B所示，在圓形掃描期間，X射線源102的位置在z= 0 cm。 在圓形掃描后，X射線源102和檢測器104同時(shí)降低，同時(shí)它們?nèi)匀辉?旋轉(zhuǎn)。當(dāng)該X射線源到達(dá)z-10的點(diǎn)時(shí)，它開始發(fā)射并且在間歇A/之間 保持發(fā)射直到它在該螺旋掃描中完成八次發(fā)射。對于該螺旋掃描期間的 每次發(fā)射，該X射線源保持與它在圓形掃描中相同的準(zhǔn)直。這種方案稱 為稀疏螺旋掃描。實(shí)際上，為了高效實(shí)施稀疏螺旋掃描，該系統(tǒng)需要包 括位于托架上的滑環(huán)，用于提供電源到托架上部件的連接以及二維檢測 器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信，和用于沿著旋轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)該托架或該物 體所在的物體支架的電機(jī)。圖7B示出了與螺旋線掃描相關(guān)的投影角。在螺旋掃描期間有八個(gè) 發(fā)射點(diǎn)，覆蓋了 4Ti的角度范圍，Z方向上的移動(dòng)是從48 imi到128 mm, 遞增間隔為10 mm，基于該才莫擬胸部幻象的尺寸。從這種額外的掃描軌道獲得的Radon數(shù)據(jù)點(diǎn)中的一些仍然可以通過 圓形掃描獲得，這在Radon域中#皮稱為冗余采樣點(diǎn)，并且可以被冗余窗 函數(shù)(RWF)有效消除，并且如在HL掃描期間的準(zhǔn)直器的幾何設(shè)置能夠 避開該螺旋線上的那些發(fā)射點(diǎn)之間的冗余采樣Radon點(diǎn)。由于該螺旋線掃描期間的準(zhǔn)直不可避免地導(dǎo)致縱向截?cái)啵詫⑹褂门c幾何相關(guān)的截 斷窗函數(shù)(TWF)來處理這種情況。復(fù)合的重建框架也許是對于CBCTBI最優(yōu)選的算法。重建物體是 /。，并且可以用如下公式數(shù)學(xué)描述其中根據(jù)單次圓形掃描重建的物體， /2(F):基于單次圓形掃描根據(jù)Hui的方式重建的物體， /m(0:根據(jù)稀疏螺旋線掃描[5]重建的物體， 基于圖7A, 乂(f)和y;(F)的數(shù)學(xué)公式可以描述為<formula>formula see original document page 17</formula>用于螺旋線掃描的重建項(xiàng)可以設(shè)計(jì)成一種濾波反向投影(FBP):<formula>formula see original document page 17</formula>^,(/,p)是用于對通過螺旋線掃描采集的但是已經(jīng)被圓形掃描獲得的Radon數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊(block out)的窗函數(shù)。基于該掃描設(shè)計(jì)，螺 旋線掃描在該掃描期間將不可避免地遭遇縱向截?cái)唷Ｋ杉囊恍?radon點(diǎn)不能反映實(shí)際的Radon數(shù)據(jù)，應(yīng)該在反向投影期間被消除。窗口 M^,(/,^)用于實(shí)現(xiàn)這一目的。雖然上面已經(jīng)公開了優(yōu)選實(shí)施例及其變體，但是閱讀了本說明書的 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)^f艮容易認(rèn)識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以實(shí)現(xiàn)其他 實(shí)施例。例如，數(shù)值是示例性的而非限制性的。而且，本發(fā)明可以在任 意適當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備上實(shí)現(xiàn)，包括波束發(fā)射器、平板或其他二維檢測器或 其他適當(dāng)檢測器以及用于該二者相對移動(dòng)的托架的任意適當(dāng)?shù)慕M合，以 及用于處理該圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生圖像的計(jì)算機(jī)和適當(dāng)輸出(例如顯示器或 打印機(jī))或用于該圖像的存儲(chǔ)介質(zhì)。用于執(zhí)行本發(fā)明的軟件可以在任意 介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)為任意適當(dāng)?shù)母袷剑?，物理介質(zhì)如CD-ROM或通過因特 網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的連接。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被解釋為僅由所附的權(quán)利要求限 定。
權(quán)利要求
1.一種用于形成物體的圖像的方法，該方法包括(a)通過使用錐束發(fā)射器和檢測器執(zhí)行半圓形掃描幾何以獲得多行的投影數(shù)據(jù)，從而在掃描平面內(nèi)執(zhí)行該物體的錐束掃描；(b)利用加權(quán)因子對該投影數(shù)據(jù)加權(quán)以產(chǎn)生加權(quán)投影數(shù)據(jù)，其中隨著該行遠(yuǎn)離該掃描平面，該加權(quán)因子減?。灰约?c)根據(jù)該加權(quán)投影數(shù)據(jù)形成該圖像。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟(c)包括濾波該加權(quán)投影 數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該加權(quán)因子是加權(quán)角的函數(shù)，該加權(quán)角是該行和掃描角的函數(shù)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中該加權(quán)角是其中(3是掃描角，m是行數(shù)，g是該檢測器的虛擬檢測采樣間隔，so 是從該發(fā)射器到該掃描幾何的起點(diǎn)的距離。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該加權(quán)因子是<formula>formula see original document page 2</formula>M0是該檢測器的一半寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在步驟(b)和(c)之間， 向該加權(quán)投影數(shù)據(jù)中添加表示通過圓形掃描不能采集到的Radon空間中 的信息的一l正項(xiàng)。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟(a)、 (b)和(c)實(shí)時(shí) 執(zhí)行。
8. —種用于形成物體的圖像的方法，該方法包括(a )通過使用錐束發(fā)射器和檢測器執(zhí)行圓形或部分圓形加螺旋掃 描幾何以獲得投影數(shù)據(jù)，從而在掃描平面內(nèi)執(zhí)行該物體的錐束掃描，其 中該掃描幾何包括圓形或部分圓形掃描幾何和螺旋掃描幾何，其中該投 影數(shù)據(jù)包括僅在沿著該螺旋掃描幾何的離散點(diǎn)獲取的投影數(shù)據(jù)；和(b)根據(jù)該投影數(shù)據(jù)形成該圖像。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該物體包括胸部。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中該圓形或部分圓形掃描幾何是 圍繞胸部的，并且該螺旋掃描幾何是沿著胸部的。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(b)包括添加來自該圓形或部分圓形掃描幾何和螺旋掃描幾何的項(xiàng)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(b)還包括添加表示通 過圓形掃描不能采集到的Radon空間中的信息的校正項(xiàng)。
13. —種用于形成物體圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 錐束發(fā)射器； 檢測器；托架，用于引起該發(fā)射器和檢測器的相對移動(dòng)以通過使用錐束發(fā)射 器和檢測器執(zhí)行半圓形掃描幾何以獲得多行的投影數(shù)據(jù)，從而在掃描平 面內(nèi)^丸行該物體的錐束掃描；和處理器，接收該投影數(shù)據(jù)，利用加權(quán)因子對該投影數(shù)據(jù)加權(quán)以產(chǎn)生 加權(quán)投影數(shù)據(jù)，其中隨著該行遠(yuǎn)離該掃描平面，該加權(quán)因子減小，以及 根據(jù)該加權(quán)投影數(shù)據(jù)形成該圖像。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該處理器濾波該加權(quán)投影數(shù)據(jù)。
15. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該加權(quán)因子是加權(quán)角的函數(shù)，該加權(quán)角是該行和掃描角的函數(shù)。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中該加權(quán)角是<formula>formula see original document page 3</formula>其中(3是掃描角，m是行數(shù)，《是該檢測器的虛擬檢測采樣間隔，so 是從該發(fā)射器到該掃描幾何的起點(diǎn)的距離。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中該加權(quán)因子是<formula>formula see original document page 4</formula>M0是該檢測器的 一半寬度。
18. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該處理器向該加權(quán)投影數(shù)據(jù) 中添加表示通過圓形掃描不能采集到的Radon空間中的信息的校正項(xiàng)。
19. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該發(fā)射器、檢測器、托架和 處理器實(shí)時(shí)運(yùn)行。
20. —種用于形成物體圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 錐束發(fā)射器；檢測器；托架，用于引起該發(fā)射器和檢測器的相對移動(dòng)以通過使用錐束發(fā)射 器和檢測器執(zhí)行圓形或部分圓形加螺旋掃描幾何以獲得投影數(shù)據(jù)，從而 在掃描平面內(nèi)執(zhí)行該物體的錐束掃描，其中該掃描幾何包括圓形或部分 圓形掃描幾何和螺旋掃描幾何，其中該投影數(shù)據(jù)包括僅在沿著該螺旋掃 描幾何的離散點(diǎn)獲取的投影數(shù)據(jù)；和處理器，接收該投影數(shù)據(jù)，用于根據(jù)該投影數(shù)據(jù)形成該圖像。
21. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中該處理器添加來自該圓形或 部分圓形掃描幾何和螺旋掃描幾何的項(xiàng)。
22. 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中該處理器還添加表示通過圓 形掃描不能采集到的Radon空間中的信息的校正項(xiàng)。
23.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中該托架圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以使得該圓形或部分圓形掃描幾何以及二者都圍繞該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并且沿 著該旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)螺旋掃描幾何。
24. —種用于產(chǎn)生物體的錐束CT圖像的設(shè)備，該設(shè)備包括 托架框架；至少一個(gè)用于移動(dòng)該托架框架以形成數(shù)據(jù)采集幾何的電機(jī)； 附著到該托架框架以隨著該托架框架移動(dòng)的錐束輻射源； 附著到該托架框架以隨著該托架框架移動(dòng)的二維檢測器，該二維枱r測器^C設(shè)置在該輻射路徑上；支架，當(dāng)獲取該物體的投影圖像時(shí)該物體支撐在其上，該支架支撐該物體以使得該物體被設(shè)置在該錐束輻射源和二維檢測器之間；和至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于控制物體掃描、執(zhí)行該物體重建和圖像 的圖像分析；其特征在于該輻射源是錐束輻射源；該獲取的圖像是該物體的錐束C T投影圖像；該至少 一 個(gè)電機(jī)移動(dòng)該托架框架以便能夠通過使該源和檢測器圍 繞經(jīng)過該物體的軸同步旋轉(zhuǎn)，以形成用于錐束體積計(jì)算機(jī)斷層掃描的數(shù) 據(jù)采集幾何，從而實(shí)現(xiàn)該物體的體積掃描，該體積掃描產(chǎn)生圖像信號；該至少一個(gè)電機(jī)上下移動(dòng)該托架框架或支架，同時(shí)該源和檢測器圍 繞經(jīng)過該物體的軸同步移動(dòng)，以形成用于錐束體積計(jì)算機(jī)斷層掃描的數(shù) 據(jù)采集幾何，該體積掃描產(chǎn)生圖像信號；通過對該圖像信號執(zhí)行錐束計(jì)算機(jī)斷層掃描重建以產(chǎn)生該物體的 三維衰減系數(shù)分布，從而根據(jù)該圖像信號形成該三維錐束CT圖像；和該至少一個(gè)電機(jī)包括用于移動(dòng)該源和二維檢測器以限定數(shù)據(jù)采集 幾4可的電才幾。
25. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征還在于該數(shù)據(jù)采集幾何是 定義為180。加上錐角圓形掃描的半掃描。
26. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征還在于該數(shù)據(jù)采集幾何是 圓形掃描幾何。
27. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征還在于該數(shù)據(jù)采集幾何是 螺旋幾何。
28. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征還在于該數(shù)據(jù)采集幾何是圓形加線形幾何。
29. 如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征還在于該圓形加線形幾何 包括單條線。
30. 如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征還在于圓形加線形幾何包 括多條線。
31. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征還在于該數(shù)據(jù)采集幾何是 360。掃描，從而可以通過選才爭不同的起始點(diǎn)而生成用于多個(gè)半掃描重建 的多組半掃描投影圖像。
32. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征還在于該數(shù)據(jù)采集幾何是 Nx360。的掃描，其中N是正整數(shù)。
33. —種用于產(chǎn)生物體的錐束CT圖像的設(shè)備，該設(shè)備包括 托架框架；至少一個(gè)用于移動(dòng)該托架框架以形成數(shù)據(jù)采集幾何的電機(jī)； 附著到該托架框架以隨著該托架框架移動(dòng)的輻射源； 附著到該托架框架以隨著該托架框架移動(dòng)的二維檢測器，該二維檢測器被設(shè)置在該輻射路徑上；支架，當(dāng)獲取該物體的投影圖像時(shí)該物體支撐在其上，該支架支撐該物體以使得該物體被設(shè)置在該輻射源和二維檢測器之間；和至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于控制胸部掃描、執(zhí)行該胸部重建和圖象的圖像分析； 其特征在于 該輻射源是錐束輻射源； 該獲取的圖像是錐束CT投影圖像；該至少一個(gè)電機(jī)移動(dòng)該托架框架以便能夠通過使該源和檢測器圍 繞經(jīng)過該物體的軸同步旋轉(zhuǎn)，以形成用于錐束體積計(jì)算機(jī)斷層掃描的數(shù) 據(jù)采集幾何，從而實(shí)現(xiàn)該物體的體積掃描，該體積掃描產(chǎn)生圖像信號；該至少一個(gè)電機(jī)上下移動(dòng)該托架框架或支架，同時(shí)該源和檢測器圍 繞經(jīng)過該物體的軸同步移動(dòng)，以形成用于錐束體積計(jì)算機(jī)斷層掃描的數(shù) 據(jù)采集幾何，該體積掃描產(chǎn)生圖像信號；通過對該圖像信號執(zhí)行錐束體積計(jì)算機(jī)斷層掃描重建以產(chǎn)生該胸 部的三維衰減系數(shù)分布，從而根據(jù)該圖像信號形成該三維錐束體積CT圖像；該至少一個(gè)電機(jī)移動(dòng)該托架框架以使得該二維檢測器對該物體進(jìn)行體積掃描；該設(shè)備還包括該托架框架上的滑環(huán)，用于提供電源到托架上部件的 連接和該二維檢測器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信；和該至少一個(gè)電機(jī)移動(dòng)該托架框架以使得該二維檢測器對該物體進(jìn) 行體積掃描。
全文摘要
一種錐束掃描系統(tǒng)沿著半圓形掃描。該重建使用了一個(gè)對于距離該掃描平面更遠(yuǎn)的行減小的加權(quán)函數(shù)以考慮投影數(shù)據(jù)的冗余度。另一實(shí)施例使用圓形加稀疏螺旋掃描幾何。圖像數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)采集的。
文檔編號A61B6/03GK101594825SQ200780013865
公開日2009年12月2日 申請日期2007年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者D·楊, R·凝 申請人:羅切斯特大學(xué)