專利名稱：前向投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及前向投影(forward projection)設(shè)備、前向投影方法、以及用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的計算機(jī)程序。本發(fā)明還涉及用于迭代地重建感興趣的區(qū)域的圖像且包括該前向投影設(shè)備的重建設(shè)備，以及用于生成感興趣的區(qū)域的圖像且包括該重建設(shè)備和用于采集投影數(shù)據(jù)的采集單元的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了根據(jù)能夠通過使用計算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)采集的投影數(shù)據(jù)來迭代地重建圖像，在迭代步驟中，能夠執(zhí)行穿過實際圖像的前向投影，用于生成模擬的投影數(shù)據(jù)，能夠確定模擬的投影數(shù)據(jù)與采集的投影數(shù)據(jù)之間的差，并且能夠?qū)υ摬钸M(jìn)行后向投影，用于更新實際圖像。能夠執(zhí)行這些迭代步驟中的數(shù)個步驟直至滿足終止條件。能夠如P.M.Joseph的以下論文中公開的那樣實施前向投影:“An ImprovedAlgorithm for Reprojecting Rays Through Pixel Images，，, IEEE TMI, M1-1,第 192-196頁(1982)，其中，圖像分成布置在矩形網(wǎng)格中的圖像元，并且其中，內(nèi)插核用于內(nèi)插沿平行于網(wǎng)格的主軸的線布置的圖像元，以計算位于沿以執(zhí)行前向投影的射線上的內(nèi)插值。對位于相同射線上的內(nèi)插值求和，用于生成投影值。對數(shù)條射線確定的投影值形成模擬的投影數(shù)據(jù)。使用上述前向投影的迭代重建可以導(dǎo)致圖像偽影，由此降低重建的圖像的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的前向投影設(shè)備、前向投影方法、以及計算機(jī)程序，其中，能夠提高模擬的投影數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并且從而提高通過使用模擬的投影數(shù)據(jù)迭代地重建的圖像的質(zhì)量。本發(fā)明的另外的目的是提供用于迭代地重建感興趣的區(qū)域的圖像且包括該前向投影設(shè)備的重建設(shè)備，以及用于生成感興趣的區(qū)域的圖像且包括該重建設(shè)備的成像設(shè)備。在本發(fā)明的第一方面，介紹了用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的前向投影設(shè)備，其中，所述前向投影設(shè)備包括:-射線提供單元，用于提供穿過所述圖像的射線，所述射線是沿從虛構(gòu)輻射源發(fā)出的直線布置的虛構(gòu)射線，-內(nèi)插單元，用于確定位于所提供的射線上的內(nèi)插值，其中，所述內(nèi)插單元適于將內(nèi)插核施加于所述圖像的多個圖像元以確定所述內(nèi)插值，-求和單元，用于對位于相應(yīng)射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行求和，以確定對于所述相應(yīng)射線的投影值，其中，提供的射線的數(shù)量、所提供的射線之間的射線間隔以及所述內(nèi)插核的核寬度中的至少之一取決于相對于所述圖像的所述圖像元之間的有效圖像元間隔的射線寬度而變化，其中，所述圖像元 布置在網(wǎng)格中，并且其中，對于射線的所述有效圖像元間隔定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸的圖像元間隔在垂直于所述射線的線上的投影。因為提供的射線數(shù)量、提供的射線之間的射線間隔以及內(nèi)插核的核寬度中的至少之一取決于相對于有效圖像元間隔的射線寬度而變化，所以能夠減少形成投影數(shù)據(jù)的模擬的投影值中的偽影，并且從而減少通過使用模擬的投影數(shù)據(jù)迭代地重建的圖像中的偽影，由此提高了模擬的投影數(shù)據(jù)和迭代地重建的圖像的質(zhì)量。例如，如果提供的射線的數(shù)量和/或提供的射線之間的射線間隔取決于相對于有效圖像元間隔的射線寬度而變化，則能夠減少混疊偽影。此外，如果提供的射線之間的射線間隔和/或內(nèi)插核的核寬度取決于相對于有效圖像元間隔的射線寬度而變化，則能夠減少由變化的有效核寬度引起的偽影。虛構(gòu)輻射源優(yōu)選地對應(yīng)于真實輻射源，以模擬真實前向投影。網(wǎng)格優(yōu)選地是具有矩形主軸的矩形網(wǎng)格。所述矩形網(wǎng)格能夠是二維網(wǎng)格或三維網(wǎng)格。對于射線的有效圖像元間隔優(yōu)選地定義為平行于網(wǎng)格的主軸的圖像元間隔在垂直于射線的線上的投影，該主軸能夠視為網(wǎng)格的內(nèi)插軸。內(nèi)插軸是圖像元沿以布置或所平行布置的軸，該圖像元用于確定位于相應(yīng)射線上的內(nèi)插值，即內(nèi)插核沿內(nèi)插軸或平行于內(nèi)插軸布置。射線優(yōu)選地發(fā)散,使得射線間隔隨距虛構(gòu)輻射源的距離增大而增大。還有,射線寬度可以隨距虛構(gòu)輻射源的距離增大而增大，或射線寬度可以隨距虛構(gòu)輻射源的距離增大而恒定。優(yōu)選地，所述射線提供單元適于:a)在距所述虛構(gòu)輻射源具有較小距離的第一區(qū)域內(nèi)提供第一數(shù)量的射線，使得所述第一數(shù)量的射線的所述射線寬度小于或等于所述有效圖像元間隔；以及b)在距所述虛構(gòu)輻射源具有較大距離的第二區(qū)域內(nèi)提供第二數(shù)量的射線，使得所述第二數(shù)量的射線的所述射線寬度小于或等于所述有效圖像元間隔，其中，所述第二數(shù)量的射線大于所述第一數(shù)量的射線，其中，所述內(nèi)插單元能夠適于確定所述第一數(shù)量的射線上和所述第二數(shù)量的射線上的內(nèi)插值。所述第一數(shù)量的射線中和所述第二數(shù)量的射線中的射線分配給探測 單元的探測元，其中，所述求和單元適于通過對所述第一數(shù)量的射線和所述第二數(shù)量的射線中的分配給相應(yīng)探測元的射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行求和來確定對于所述相應(yīng)探測元的投影值。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二數(shù)量的射線是所述第一數(shù)量的射線的兩倍。因為在第一區(qū)域中和第二區(qū)域中，射線的數(shù)量不同，其中在這些區(qū)域中的每一個中，射線的數(shù)量選擇為使得該數(shù)量的射線的射線寬度小于或等于虛構(gòu)圖像元間隔，所以在兩個區(qū)域中均不引起混疊偽影，即使射線寬度在第一和第二區(qū)域中不同。例如，如果提供的射線發(fā)散，則較靠近虛構(gòu)輻射源的第一區(qū)域內(nèi)的第一數(shù)量的射線的射線寬度能夠較小，而更遠(yuǎn)離虛構(gòu)輻射源的第二區(qū)域中的第二數(shù)量的射線的射線寬度能夠較大，而不會引起混置偽影。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域在過渡區(qū)域中交疊，其中，所述求和單元適于對所述過渡區(qū)域中的所述第一數(shù)量的射線上和所述第二數(shù)量的射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)求和。這確保了第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的平滑過渡，并且從而，進(jìn)一步提高了形成投影數(shù)據(jù)的模擬的投影值的質(zhì)量，該投影數(shù)據(jù)能夠用于迭代地重建感興趣的區(qū)域的圖像。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述射線提供單元適于提供分配給探測單元的探測元的射線，其中，多條射線分配給相同的探測元，其中，分配給相同的探測元的所述多條射線之間的射線間隔選擇為使得，如果相對于所述有效圖像元間隔的射線寬度較大，則所述射線間隔較大。在此實施例中，射線寬度優(yōu)選地恒定，即隨著有效圖像元間隔減小，相對于有效圖像元間隔的射線寬度增大。進(jìn)一步優(yōu)選地，每一條射線與有效核寬度相關(guān)，其中，所述有效核寬度定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸布置的所述核寬度在垂直于所述相應(yīng)射線的線上的投影，其中，分配給相同探測元的所述射線的所述有效核寬度定義有效探測元核寬度，并且其中，分配給相同的探測元的所述射線的所述射線間隔選擇為使得，多個探測元的所述有效探測元核寬度類似。優(yōu)選地，分配給相同探測元的射線的射線間隔選擇為使得多個探測元的有效探測元核寬度相同。這容許減少，特別是，消除，可以由不同有效核寬度引起的偽影。進(jìn)一步優(yōu)選地，如果相對于所述有效圖像元間隔的所述射線寬度較大，則所述內(nèi)插單元適于提供具有較大寬度的內(nèi)插核。還有，在此實施例中，射線寬度優(yōu)選地恒定，即隨著有效圖像元間隔的減小，相對于有效圖像元間隔的射線寬度增大。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述內(nèi)插單元適于提供所述內(nèi)插核，使得所述有效核寬度對于每一條射線類似，其中，所述有效核寬度定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸布置的所述核寬度在垂直于所述相應(yīng)射線的線上的投影。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述內(nèi)插單元適于提供具有取決于所述相應(yīng)射線與垂直于所述網(wǎng)格的主軸的線之間的角的余弦的核寬度的內(nèi)插核，所述主軸優(yōu)選地為內(nèi)插軸。這也減少,特別是消除，可以由變化的核寬度引起的偽影。在本發(fā)明的另一方面，介紹了一種重建設(shè)備，用于根據(jù)采集的投影數(shù)據(jù)來迭代地重建感興趣的區(qū)域的圖像，所述重建設(shè)備包括:-如權(quán)利要求1所述的用于執(zhí)行穿過感興趣的區(qū)域的圖像的前向投影的前向投影設(shè)備，用于生成模擬的投影數(shù)據(jù)，-后向投影(backprojection)單元，用于對基于所采集的投影數(shù)據(jù)和所模擬的投影數(shù)據(jù)中的至少之一的數(shù)據(jù)進(jìn)行后向投影，以生成圖像，-控制單元，用于控制所述前向投影設(shè)備和所述后向投影單元，使得在迭代步驟中執(zhí)行前向投影和后向投影。 在本發(fā)明的另一方面，介紹了一種用于生成感興趣的區(qū)域的圖像的成像設(shè)備，其中，所述成像設(shè)備包括:采集單元，用于采集所述感興趣的區(qū)域的投影數(shù)據(jù)；以及如權(quán)利要求10所述的用于根據(jù)所采集的投影數(shù)據(jù)來迭代地重建所述感興趣的區(qū)域的圖像的重建設(shè)備。所述成像設(shè)備優(yōu)選地是計算機(jī)斷層攝影設(shè)備。然而，成像設(shè)備也能夠是如核成像設(shè)備的別的成像形態(tài)，例如，正電子發(fā)射斷層攝影設(shè)備或單光子發(fā)射計算機(jī)斷層攝影設(shè)備，或X射線C臂設(shè)備。成像設(shè)備能夠是采集投影數(shù)據(jù)并根據(jù)投影數(shù)據(jù)來迭代地重建圖像的任何設(shè)備，其中在迭代重建期間，使用上述前向投影設(shè)備和后向投影單元。在本發(fā)明的另一方面，介紹了一種用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的前向投影方法，所述圖像包括多個圖像元，其中，所述前向投影方法包括:-提供穿過所述圖像的射線，所述射線是沿從虛構(gòu)輻射源發(fā)出的直線布置的虛構(gòu)射線，-確定位于提供的所述射線上的內(nèi)插值，其中，將內(nèi)插核施加于所述圖像的多個圖像元以確定所述內(nèi)插值，以及-對位于所述相應(yīng)射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行求和，以確定用于所述相應(yīng)射線的投
影值，
其中，提供的射線的數(shù)量、所提供的射線之間的射線間隔以及所述內(nèi)插核的核寬度中的至少之一取決于相對于所述圖像的所述圖像元之間的有效圖像元間隔的射線寬度而變化，其中，所述圖像元布置在網(wǎng)格中，并且其中，對于射線的所述有效圖像元間隔定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸的圖像元間隔在垂直于所述射線的線上的投影。在本發(fā)明的另一方面，介紹了一種用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的計算機(jī)程序，其中，所述計算機(jī)程序包括程序代碼模塊，用于在所述計算機(jī)程序運(yùn)行于控制如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備的計算機(jī)上時，使得如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求12所述的前向投影方法的步驟。應(yīng)當(dāng)理解，如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備、如權(quán)利要求10所述的重建設(shè)備、如權(quán)利要求11所述的成像設(shè)備、如權(quán)利要求12所述的前向投影方法、以及如權(quán)利要求13所述的計算機(jī)程序具有類似和/或相同的優(yōu)選實施例，特別是，如從屬權(quán)利要求所述的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例也能夠是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任何組合。根據(jù)以下描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯，并且將參照以下描述的實施例闡述本發(fā)明的這些和其它方面。


下圖中:圖1示意性和范例性地示出了用于生成感興趣的區(qū)域的圖像的成像設(shè)備的實施例；

圖2示例射線數(shù)量的變化；圖3范例性地示出了用于射線上的內(nèi)插值的加權(quán)的權(quán)；圖4示意性和范例性地示例了有效圖像元間隔；圖5示意性和范例性地示例了已知的前向投影方法；圖6和7示意性和范例性地示例了用于減小變化的有效內(nèi)插核寬度的影響的前向投影配置；圖8示出了范例性地示例用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的前向投影方法的實施例的流程圖；以及圖9范例性地示出了示例用于生成感興趣的區(qū)域的圖像的成像方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式圖1示意性和范例性地示出了用于生成感興趣的區(qū)域的圖像的成像設(shè)備。在此實施例中，成像設(shè)備是計算機(jī)斷層攝影設(shè)備18。計算機(jī)斷層攝影設(shè)備18包括臺架1，臺架I能夠繞平行于z方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)。在此實施例中為X射線管的輻射源2安裝于臺架I上。輻射源2設(shè)置有準(zhǔn)直器3，準(zhǔn)直器3在此實施例中從由輻射源2生成的輻射形成圓錐形輻射束4。輻射穿過諸如患者的對象(未示出)，和檢查區(qū)5中的優(yōu)選地位于對象內(nèi)的感興趣的區(qū)域，檢查區(qū)5在此實施例中為圓柱。在穿過檢查區(qū)5之后，輻射束4入射到探測器裝置6上，探測裝置6包括二維探測表面。探測裝置6安裝于臺架I上。計算機(jī)斷層攝影設(shè)備18包括兩個馬達(dá)7、8。臺架由馬達(dá)7以優(yōu)選地恒定但是可調(diào)整的角速度驅(qū)動。馬達(dá)8設(shè)置為移置例如患者的對象，對象平行于旋轉(zhuǎn)軸R或z軸的方向布置在檢查區(qū)5中的患者臺上。馬達(dá)7、8受到控制單元9的控制，例如使得輻射源2和檢查區(qū)5并且從而檢查區(qū)5內(nèi)感興趣的區(qū)域沿螺旋軌跡相對于彼此移動。然而，對象或檢查區(qū)5不移動，而僅輻射源2旋轉(zhuǎn)，即輻射源沿圓形軌跡相對于對象或檢查區(qū)5移動，也是可能的。此外，在另一實施例中，準(zhǔn)直器3能夠適于形成另一束形狀，特別是扇形束，并且探測裝置6能夠包括探測表面，探測表面成形為對應(yīng)于另外的束形狀，特別是對應(yīng)于扇形束。在輻射源2和檢查區(qū)5的相對移動期間，探測裝置6生成取決于入射到探測裝置6的探測表面上的輻射的投影數(shù)據(jù)。因此，輻射源2，用于相對于檢查區(qū)5移動輻射源2的元件和探測裝置6形成用于采集感興趣的區(qū)域的投影數(shù)據(jù)的采集單元19，該元件特別是馬達(dá)7、8和臺架I。將投影數(shù) 據(jù)提供給重建設(shè)備10用于根據(jù)采集的投影數(shù)據(jù)來迭代地重建感興趣的區(qū)域的圖像。重建設(shè)備I包括:前向投影設(shè)備11，用于執(zhí)行穿過感興趣的區(qū)域的圖像的前向投影，以生成模擬的投影數(shù)據(jù)；后向投影單元12，用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行后向投影以生成圖像，該數(shù)據(jù)基于采集的投影數(shù)據(jù)和模擬的投影數(shù)據(jù)中的至少之一；以及控制單元16，用于控制前向投影設(shè)備11和后向投影單元12，使得在迭代步驟中，執(zhí)行前向投影和后向投影。在此實施例中，利用初始預(yù)定的圖像初始化迭代重建，初始預(yù)定圖像能夠例如僅包括零作為圖像元。在迭代步驟中，在起始為初始圖像的實際圖像由前向投影設(shè)備前向投影，以生成模擬的投影數(shù)據(jù)。采集的投影數(shù)據(jù)和模擬的投影數(shù)據(jù)能夠彼此相減，并且在相同的迭代步驟中，能夠由后向投影單元后向投影該差以更新實際圖像。如果終止條件滿足，則控制單元16優(yōu)選地適于終止迭代重建。終止條件是例如已經(jīng)達(dá)到預(yù)定數(shù)量的迭代或當(dāng)前迭代步驟中更新的實際圖像和更新之前的實際圖像的偏離小于預(yù)定的閾值。能夠使用前向投影設(shè)備11的此和其它迭代重建的更詳細(xì)的描述公開于例如以下文獻(xiàn)中:Fessler的Handbookof Medical Imaging, Vol.2, SPIE Press,由 J.M.Fritzpatrick 和 M.Sonka 編輯，第1-70 頁(2000)的章“Statistical image reconstruction methods for transmissiontomography”和Nielsen等的論文“Cardiac cone-beam CT volume reconstruction usingART”，Medical Physics, vol32, no4,第 851-860 頁(2005)，或 Thibault 等的論文 “Athree-dimensional statistical approach to improved image quality for multislicehelical CT”，Medical Physics, vol34, noil,第 4526-4544 頁(2007)。重建設(shè)備10生成的圖像提供給用于顯示生成的圖像的顯示器17。還有，重建設(shè)備10優(yōu)選地由控制單元9控制。在另一實施例中，控制單元9也能夠執(zhí)行在此實施例中由控制單元16執(zhí)行的控制。在該情況下，重建設(shè)備10可以不包括控制單元16。前向投影設(shè)備11包括射線提供單元13，用于提供穿過實際圖像的射線以生成形成模擬的投影數(shù)據(jù)的投影值。射線是從虛構(gòu)輻射源發(fā)出的虛構(gòu)射線。射線提供為使得它們對真實測得的投影數(shù)據(jù)的采集進(jìn)行模擬。虛構(gòu)的輻射源因此對應(yīng)于真實輻射源2。模擬虛構(gòu)輻射源的移動，該移動對應(yīng)于采集真實測得的投影數(shù)據(jù)時，真實輻射源2執(zhí)行的真實移動。從而，前向投影設(shè)備適于模擬采集真實測得的投影數(shù)據(jù)時使用的采集幾何結(jié)構(gòu)。前向投影設(shè)備還包括:內(nèi)插單元14，用于確定位于提供的射線上的內(nèi)插值，其中，內(nèi)插單元14適于將內(nèi)插核施加于圖像的多個圖像元，用于確定內(nèi)插值；以及求和單元15，用于對位于相應(yīng)的射線上的內(nèi)插值進(jìn)行求和，以確定對于相應(yīng)射線的投影值。提供的射線的數(shù)量、提供的射線之間的射線間隔、以及內(nèi)插核的核寬度中的至少之一根據(jù)相對于圖像的圖像元之間的有效圖像元間隔的射線寬度變化，其中，圖像元布置在具有數(shù)個主軸的網(wǎng)格中，并且其中，有效圖像元間隔定義為平行于網(wǎng)格的主軸的圖像元間隔在垂直于相應(yīng)射線的線上的投影。以下將參照圖2至7對此更詳細(xì)地進(jìn)行示例。在圖2中，在距虛構(gòu)輻射源23具有較小距離的第一區(qū)域29中，提供第一數(shù)量的射線20，使得第一數(shù)量的射線20的射線寬度小于或等于有效圖像元間隔。此外，在距虛構(gòu)輻射源23具有較大距離的第二區(qū)域30中，提供第二數(shù)量的射線21，使得第二數(shù)量的射線21的射線寬度小于或等于有效圖像元間隔，其中，第二數(shù)量的射線21大于第一數(shù)量的射線20。特別是，第二數(shù)量的射線21是第一數(shù)量的射線20的兩倍。在圖2中，圖像22包括布置在具有矩形主軸25、26的矩形網(wǎng)格中的圖像元24。射線20、21發(fā)散，使得對于相同數(shù)量的射線，即第一數(shù)量的射線20或第二數(shù)量的射線21，射線間隔隨距虛構(gòu)輻射源23的距離增大而增大。還有，射線寬度隨距虛構(gòu)輻射源23的距離增大而增大,在此范例中由至直接相鄰的射線的距離的一半定義射線寬度。在圖2中所示的范例中，內(nèi)插單元14確定第一數(shù)量的射線20上和第二數(shù)量的射線21上的內(nèi)插值，并且第一數(shù)量的射線20和第二數(shù)量的射線21中的射線分配給探測單元32的探測元31，其中，求和單元15通過對分配給相應(yīng)探測元31的第一數(shù)量的射線20和第二數(shù)量的射線21中的射線上的內(nèi)插值進(jìn)行求和來確定對于相應(yīng)探測元31的投影值。

第一區(qū)域29和第二區(qū)域30在過渡區(qū)域33中交疊，并且求和單元15適于對過渡區(qū)域33中的第一數(shù)量的射線20上和第二數(shù)量的射線21上的內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)求和。此加權(quán)范例性地示例于圖3中。圖3示出了取決于距虛構(gòu)輻射源23的距離d的權(quán)W，權(quán)w用于對被引導(dǎo)至某一探測元31的射線上的內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)。在第一區(qū)域29中，以如第一曲線91指示的1.0對第一數(shù)量的射線20中的射線上的內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)。在第二區(qū)域30中，以如第二曲線90指示的0.5對第二數(shù)量的射線21中的被引導(dǎo)至相同的相應(yīng)探測元31的兩條射線上的內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)。在過渡區(qū)域33中，以如第一曲線91指示的隨距虛構(gòu)輻射源23的距離的增大而降低的權(quán)對第一數(shù)量的射線20中的被引導(dǎo)至相應(yīng)探測元31的射線上的內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)，并且用于第二數(shù)量的射線中的被引導(dǎo)至相同的相應(yīng)探測元31的兩條射線上的內(nèi)插值的權(quán)隨距虛構(gòu)輻射源23的距離增大而增大。位于被引導(dǎo)至相同的相應(yīng)探測元31的射線上的加權(quán)的內(nèi)插值相加，以生成對于相應(yīng)探測元31的投影值。權(quán)優(yōu)選地選擇為使得對于距虛構(gòu)輻射源的某一距離山用于被引導(dǎo)至相同的探測元31的射線上的內(nèi)插值的權(quán)的和為一。圖4范例性地示例有效圖像元間隔b。圖4示出了沿包括圖像元24的網(wǎng)格的第一主軸25和第二主軸26布置的一些圖像元24。為清楚原因，圖4中未示出另外的圖像元24。此外，范例性地示出了射線27，其與第二主軸26圍成角a。圖像元間隔a投影到垂直于射線27的直線28上，用于確定有效圖像元間隔b。圖5示例已知的前向投影程序，其中，數(shù)條虛構(gòu)射線穿過包括圖像元49的圖像39，該數(shù)條虛構(gòu)射線自虛構(gòu)輻射源40發(fā)出并且僅范例性地示出了兩條來自虛構(gòu)輻射源40的虛構(gòu)射線41、42。通過使用具有核寬度44的內(nèi)插核43來對平行于圖像元49構(gòu)成的網(wǎng)格的主軸38布置的圖像元進(jìn)行內(nèi)插。針對射線41的有效核寬度小于針對射線42的有效核寬度，針對射線41的有效核寬度定義為平行于網(wǎng)格的主軸38布置的核寬度44在垂直于相應(yīng)射線41的線上的投影。圖5中，這分別由具有不同寬度的三角形47和48指示。為確定用于探測器45的探測元46的投影值，通過使用內(nèi)插核43來計算位于相應(yīng)射線41或42上的內(nèi)插值，其中，對位于射線41上的內(nèi)插值進(jìn)行求和用于生成第一投影值，并對位于射線42上的內(nèi)插值進(jìn)行求和用于生成第二投影值。因為內(nèi)插核的有效核寬度針對射線41、42不同，所以在計算的投影值中引起了偽影，這可以在最終重建的圖像中導(dǎo)致偽影。為減小，特別是為消除，偽影的此可能原因，射線提供單元13能夠適于提供分配給探測單元61的探測元62的射線50、51，如圖6中示意性和范例性地示出的。多條射線分配給相同的探測元62。分配給相同的探測元62的多條射線之間的射線間隔選擇為使得，如果相對于有效圖像元間隔的射線寬度較大，則射線間隔較大，其中，在此實施例中，射線寬度假定為恒定，即隨著有效圖像元間隔減小，相對于有效圖像元間隔的射線寬度增大。圖6中，射線51具有較大的相對于有效圖像元間隔的射線寬度，并且從而，射線51之間的間隔比射線50之間的間隔大,對于射線50，相對于有效圖像元間隔的射線寬度較小。類似于圖5中所示的布置，內(nèi)插核布置為使得核寬度平行于網(wǎng)格的主軸55布置，該網(wǎng)格中安置有圖像52的圖像元54。自虛構(gòu)輻射源53發(fā)出的射線50、51中的每一個與有效核寬度相關(guān)，其中，有效核寬度定義為平行于網(wǎng)格的主軸55布置的核寬度在垂直于相應(yīng)射線的線上的投影。分配給相同的探測元的射線的有效核寬度定義有效探測元核寬度59、60，其中，分配給探測單元61的相同探測元62的射線的射線間隔選擇為使得多個探測元的有效探測元核寬度59、60相等。圖7中示意性和范例性地示例了另外的實施例，其容許實現(xiàn)垂直于被引導(dǎo)至探測單元81的相應(yīng)探測元82的相應(yīng)射線70、71的相等有效核寬度。在此實施例中，如果，相對于有效圖像元間隔的射線寬度較大，則內(nèi)插單元14適于提供具有較大寬度的內(nèi)插核77、78。還有，在此實施例中，射線寬度假定為恒定，即隨有效圖像元間隔的減小，相對于有效圖像元間隔的射線寬度增大。內(nèi)插單元14還適于提供內(nèi)插核77、78，使得有效核寬度對于每一條射線70、71相等，特別是，使得它們的核寬度取決于相應(yīng)射線與垂直于網(wǎng)格的主軸75的線之間的角α的余弦。圖像能夠由多維凱塞-貝塞爾窗(Kaiser-Bessel Window)描繪，如例如以下論文中公開的:“Multi_dimensional digital image representation using generalizedKaiser-Bessel window functions，，，Lewitt, J.0pt.Soc.Am.A, vol7, nolO (2000)。在此情
況下，圖像描繪基于以下形式的基函數(shù):
權(quán)利要求
1.一種前向投影設(shè)備，用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影，所述前向投影設(shè)備(11)包括: -射線提供單元(13)，用于提供穿過所述圖像(22 ；52 ；72)的射線(20，21 ；50,51 ;70，71)，所述射線(20，21 ；50,51 ;70，71)是沿從虛構(gòu)輻射源(23 ；53 ;73)發(fā)出的直線布置的虛構(gòu)射線， -內(nèi)插單元(14)，用于確定位于所提供的射線(20，21 ；50,51 ；70,71)上的內(nèi)插值，其中，所述內(nèi)插單元(14)適于將內(nèi)插核施加于所述圖像(22 ；52 ；72)的多個圖像元(24 ；54 ；74)以確定所述內(nèi)插值， -求和單元(15)，用于對位于相應(yīng)射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行求和，以確定對于所述相應(yīng)射線的投影值， 其中，所提供的射線的數(shù)量、所提供的射線之間的射線間隔以及所述內(nèi)插核的核寬度中的至少之一取決于相對于所述圖像(22 ；52 ；72)的所述圖像元(24 ；54 ；74)之間的有效圖像元間隔的射線寬度而變化，其中，所述圖像元(24 ；54 ;74)布置在網(wǎng)格(25，26 ;55，56 ；75,76)中，并且其中，對于射線的所述有效圖像元間隔定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸(25 ；55 ；75)的圖像元間隔在垂直于所述射線的線上的投影。
2.如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備，其中， -所述射線提供單元(13)適于 -在距所述虛構(gòu)輻射源(23)具有較小距離的第一區(qū)域(29)內(nèi)提供第一數(shù)量的射線 (20)，使得所述第一數(shù)量的射線的所述射線寬度小于或等于所述有效圖像元間隔， -在距所述虛構(gòu)輻射源(23)具有較大距離的第二區(qū)域(30)內(nèi)提供第二數(shù)量的射線(21)，使得所述第二數(shù)量的射線(21)的所述射線寬度小于或等于所述有效圖像元間隔，其中，所述第二數(shù)量的射線(21)大于所述第一數(shù)量的射線(20)， -所述內(nèi)插單元(14)適于確定所述第一數(shù)量的射線(20)上和所述第二數(shù)量的射線(21)上的內(nèi)插值， -所述第一數(shù)量的射線中和所述第二數(shù)量的射線中的射線分配給探測單元(32)的探測元(31)，其中，所述求和單元(15)適于通過對所述第一數(shù)量的射線(20)和所述第二數(shù)量的射線(21)中的分配給相應(yīng)探測元的射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行求和來確定對于所述相應(yīng)探測元的投影值。
3.如權(quán)利要求2所述的前向投影設(shè)備，其中，所述第二數(shù)量的射線(21)是所述第一數(shù)量的射線(20)的兩倍。
4.如權(quán)利要求2所述的前向投影設(shè)備，其中，所述第一區(qū)域(29)和所述第二區(qū)域(30)在過渡區(qū)域(33)中交疊，并且其中，所述求和單元(15)適于對所述過渡區(qū)域(33)中的所述第一數(shù)量的射線(20)上和所述第二數(shù)量的射線(21)上的所述內(nèi)插值進(jìn)行加權(quán)求和。
5.如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備，其中，所述射線提供單元(13)適于提供分配給探測單元(61)的探測元(62)的射線(50，51)，其中，多條射線分配給相同的探測元，其中，分配給相同的探測元的所述多條射線之間的所述射線間隔選擇為使得，如果相對于所述有效圖像元間隔的所述射線寬度較大，則所述射線間隔較大。
6.如權(quán)利要求5所述的前向投影設(shè)備，其中，每一條射線與有效核寬度相關(guān)，其中，所述有效核寬度定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸布置的所述核寬度在垂直于所述相應(yīng)射線的線上的投影，其中，分配給相同探測元的所述射線的所述有效核寬度定義有效探測元核寬度(59，60)，并且其中，分配給相同的探測元的所述射線的所述射線間隔選擇為使得，多個探測元的所述有效探測元核寬度(59，60 )類似。
7.如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備，其中，如果相對于所述有效圖像元間隔的所述射線寬度較大，則所述內(nèi)插單元(14)適于提供具有較大寬度的內(nèi)插核(77，78)。
8.如權(quán)利要求7所述的前向投影設(shè)備，其中，所述內(nèi)插單元(14)適于提供所述內(nèi)插核(77，78)，使得所述有效核寬度對于每一條射線類似，其中，所述有效核寬度定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸布置的所述核寬度在垂直于所述相應(yīng)射線的線上的投影。
9.如權(quán)利要求7所述的前向投影設(shè)備，其中，所述內(nèi)插單元(14)適于提供具有取決于所述相應(yīng)射線與垂直于所述網(wǎng)格的主軸的線之間的角的余弦的核寬度的內(nèi)插核(77，78)。
10.一種重建設(shè)備，用于根據(jù)采集的投影數(shù)據(jù)來迭代地重建感興趣的區(qū)域的圖像，所述重建設(shè)備(10)包括: -如權(quán)利要求1所述的用于執(zhí)行穿過所述感興趣的區(qū)域的圖像的前向投影的前向投影設(shè)備(11)，用于生成模擬的投影數(shù)據(jù)， -后向投影單元(12)，用于對基于所采集的投影數(shù)據(jù)和所模擬的投影數(shù)據(jù)中的至少之一的數(shù)據(jù)進(jìn)行后向投影，以生成圖像， -控制單元(16)，用于控制所述前向投影設(shè)備(11)和所述后向投影單元(12)，使得在迭代步驟中執(zhí)行前向投影和后向投影。
11.一種用于生成感興趣的區(qū)域的圖像的成像設(shè)備，其中，所述成像設(shè)備(18)包括:采集單元(19)，用于采集所述感興趣的區(qū)域的投影數(shù)據(jù)；以及如權(quán)利要求10所述的用于根據(jù)所采集的投影數(shù)據(jù)來迭代地重建所述感興趣的區(qū)域的圖像的重建設(shè)備(10)。
12.一種用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的前向投影方法，所述圖像包括多個圖像元，所述前向投影方法包括:-提供穿過所述圖像(22 ；52 ;72)的射線(20，21 ；50,51 ;70，71 )，所述射線(20，21 ;50，51 ;70，71)是沿從虛構(gòu)輻射源(23 ；53 ；73)發(fā)出的直線布置的虛構(gòu)射線， -確定位于所提供的射線(20，21 ；50,51 ;70，71)上的內(nèi)插值，其中，將內(nèi)插核施加于所述圖像(22 ；52 ；72)的多個圖像元(24 ；54 ；74)以確定所述內(nèi)插值，以及 -對位于所述相應(yīng)射線上的所述內(nèi)插值進(jìn)行求和，以確定對于所述相應(yīng)射線的投影值， 其中，所提供的射線的數(shù)量、所提供的射線之間的射線間隔以及所述內(nèi)插核的核寬度中的至少之一取決于相對于所述圖像(22 ；52 ；72)的所述圖像元(24 ；54 ；74)之間的有效圖像元間隔的射線寬度而變化，其中，所述圖像元(24 ；54 ;74)布置在網(wǎng)格(25，26 ;55，56 ；75,76)中，并且其中，對于射線的所述有效圖像元間隔定義為平行于所述網(wǎng)格的主軸(25 ；55 ；75)的圖像元間隔在垂直于所述射線的線上的投影。
13.一種用于執(zhí)行穿過圖像的前向投影的計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序包括程序代碼模塊，用于在所述計算機(jī)程序運(yùn)行于控制如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備的計算機(jī)上時，使得如權(quán)利要求1所述的前向投影設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求12所述的前向投影方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種前向投影設(shè)備，用于執(zhí)行穿過圖像(22)的前向投影，其中，用于執(zhí)行前向投影的射線(20，21)的數(shù)量、射線之間的射線間隔以及用于計算位于射線上的內(nèi)插值的內(nèi)插核的核寬度中的至少之一取決于相對于圖像的圖像元(24)之間的有效圖像元間隔的射線寬度而變化。這容許減少模擬的投影數(shù)據(jù)中的偽影，并且從而減少通過使用模擬的投影數(shù)據(jù)迭代地重建的圖像中的偽影。例如，如果提供的射線的數(shù)量和/或提供的射線之間的射線間隔變化，則能夠減少混疊偽影。此外，如果提供的射線之間的射線間隔和/或內(nèi)插核的核寬度變化，則可以減少由變化的有效核寬度引起的偽影。
文檔編號G06T11/00GK103229211SQ201180056283
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者T·克勒, B·J·布倫德爾, H·施米特, R·D·比普斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司