專利名稱：X射線ct設(shè)備、圖像重建方法和x射線成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線CT設(shè)備、用于X射線CT成像的圖像重建方 法和使用該圖像重建方法的X射線CT成像方法，尤其涉及一種能夠縮 短成像時(shí)間、提高成像精度的X射線CT設(shè)備、圖像重建方法和X射線 CT成像方法。
背景技術(shù)：
1989年，螺旋CT (computed tomography,計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)) 開始投入臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用，由于螺旋CT的巨大優(yōu)勢，使得它逐步替代 了以前的斷層CT。螺旋CT相對于斷層CT的優(yōu)勢在于螺旋CT可 以連續(xù)不間斷地采集投影數(shù)據(jù)，并通過專門設(shè)計(jì)的重建算法得到物體 的三維體數(shù)據(jù)，使得CT掃描的時(shí)間大大縮短，提供了重建圖像的Z 軸分辨率，減少了運(yùn)動偽跡。1991年，Elscint公司在單層螺旋CT基 礎(chǔ)上，首先推出了雙層螺旋CT，從此揭開了多層螺旋CT飛速發(fā)展 的序幕。
多層螺旋CT與單層螺旋CT的主要區(qū)別在于單層螺旋CT的檢 測器是單排的，每次只能采集一層扇束投影數(shù)據(jù)，而多層螺旋CT的 檢測器是多排的，可以同時(shí)采集多層錐束投影數(shù)據(jù)；因此，多層螺旋 CT和單層螺旋CT相比在性能上有了很大的提升，大大增加了 X射 線束的覆蓋范圍，有效地提高X射線的利用率，縮短了掃描時(shí)間， 能夠得到更高質(zhì)量的三維重建圖像。1998年，GE、 Siemens、 Toshiba、 Philips公司推出了 4層螺旋CT; 2001年，GE公司率先推出了8層； 2002年，GE、 Siemens、 Toshiba、 Philips公司分別推出了 16層螺旋 CT; 2005年，Toshiba公司推出了 256層螺旋CT; 2007年，在美
5國芝加哥的第93屆北美放射學(xué)會議上Toshiba公布了其最新推出的 320層螺旋CT產(chǎn)品。目前的多層螺旋CT掃描速度己經(jīng)超過了每秒3 周，已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于人體三維成像、血管造影成像、心臟成像、 腦灌注成像等領(lǐng)域。在多層螺旋CT技術(shù)上還發(fā)展起來了計(jì)算機(jī)輔助 手術(shù)、虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)和輔助放射治療等新技術(shù)。
盡管多層螺旋CT技術(shù)已經(jīng)在臨床上取得了巨大的成功，但該技 術(shù)仍然具有其固有的弊端由于多層螺旋CT采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的滑環(huán)技 術(shù)，環(huán)上的X射線發(fā)生裝置和多排探測器所需的電源都通過高速滑 環(huán)供給，特別是多排探測器在掃描過程中產(chǎn)生的大量投影數(shù)據(jù)需要通 過無線射頻技術(shù)高速傳輸?shù)江h(huán)下的計(jì)算機(jī)中，因此，數(shù)據(jù)傳輸速度慢， 容易受到電磁干擾。結(jié)果，極大地增加了滑環(huán)及電傳部分的技術(shù)難度 和成本，使得多層螺旋CT產(chǎn)品的價(jià)格據(jù)高不下，限制了該產(chǎn)品的普 及。

發(fā)明內(nèi)容
由此，提出了本發(fā)明，用于至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上 述技術(shù)問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種X射線CT設(shè)備、用于X射線CT成 像的圖像重建方法及使用該圖像重建方法的X射線CT成像方法，能 夠縮短成像時(shí)間、提高成像精度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種X射線CT設(shè)備，包括支撐 裝置；可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述支撐裝置上的旋轉(zhuǎn)裝置；X射線發(fā)生裝置， 設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)裝置上，用于向被檢測對象輻射X射線；探測裝置， 所述探測裝置固定在所述旋轉(zhuǎn)裝置上并且與X射線發(fā)生裝置相對， 用于探測透射通過所述被檢測對象的X射線作為投影數(shù)據(jù)；驅(qū)動裝 置，所述驅(qū)動裝置與旋轉(zhuǎn)裝置連接，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)裝置使其連續(xù) 往復(fù)地做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)；控制裝置，用于控制X射線CT 掃描過程；以及與所述探測裝置之間通過線纜通信的數(shù)據(jù)處理裝置， 用于接收和處理通過所述線纜從所述探測裝置傳輸來的所述投影數(shù) 據(jù)，以重建被檢測對象的三維立體圖像。和傳統(tǒng)多層螺旋CT不同，本發(fā)明的X射線CT設(shè)備拋棄了現(xiàn)有
螺旋CT普遍使用的使旋轉(zhuǎn)裝置沿同一方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)。在本發(fā) 明中，將X射線CT設(shè)備的旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)路徑與被檢測對象的勻速 直線運(yùn)動路徑相結(jié)合而得到的X射線CT設(shè)備的掃描路徑不是一條連 續(xù)光滑的螺旋線，而是一個(gè)圓周或是一條由多段連續(xù)光滑螺旋弧線組 成的連續(xù)非光滑螺旋折線。通過被檢測對象的勻速直線運(yùn)動和X射 線發(fā)生裝置往復(fù)地^360度旋轉(zhuǎn)掃描就能夠獲得全部所需的投影數(shù) 據(jù)，重建得到被照射部位的三維斷層圖像。
由于旋轉(zhuǎn)裝置無需連續(xù)多周旋轉(zhuǎn)，不用擔(dān)心由于連續(xù)多周的旋轉(zhuǎn) 而使線纜絞纏在一起，因此，探測裝置上采集的海量投影數(shù)據(jù)可以通 過光纜、網(wǎng)線等線路傳輸?shù)胶蠖说臄?shù)據(jù)處理裝置中。相比無線傳輸， 有線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號傳輸速度更快，信噪比更高，其抗電磁干擾能力 更強(qiáng)，從而能夠更快的成像，并且數(shù)據(jù)信號的質(zhì)量也得到提高，從而 提高成像精度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于利用前述的X射線CT設(shè) 備對被檢測對象進(jìn)行X射線CT成像的圖像重建方法，包括步驟(a)
設(shè)置重建被檢測對象的斷層圖像的層數(shù)i: 1一N，其中N為正整數(shù)； (b)對已獲得的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；(C)選擇第i個(gè)斷層所在的完
整的單方向螺旋掃描角度內(nèi)的投影數(shù)據(jù)，其中單方向螺旋掃描角度小
于或等于360度；(d)將所選擇的第i個(gè)斷層的投影數(shù)據(jù)反投影到第
i個(gè)斷層圖像的對應(yīng)像素點(diǎn)上，完成第i個(gè)斷層的圖像重建；(e)重 復(fù)步驟(c) 一 (d)，直到i=N，從而完成被檢測對象整個(gè)圖像的重 建。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供一種X射線CT成像方法，包括步
驟驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置連續(xù)往復(fù)地做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；通過
隨旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)的X射線發(fā)生裝置向被檢測對象提供X射線輻射，
同時(shí)探測通過被檢測對象的X射線作為投影數(shù)據(jù)；利用線纜將所探 測到的投影數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理裝置；以及在所述數(shù)據(jù)處理裝置處對
所傳輸?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行處理，以重建物體的三維立體圖像。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備的示意性框圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備的掃描示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備的一種示例； 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備的X射線掃描路徑 示意圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備中采用脈沖方式的X 射線發(fā)生裝置的操作、旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)、以及探測裝置的數(shù)據(jù)采集的 同步示意圖6是在做^360度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描以對被檢測對象進(jìn)行檢測的 情況下選擇用于重建其中 一個(gè)斷層的投影數(shù)據(jù)的方法示例；
圖7是在做^ 360度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描以對被檢測對象進(jìn)行檢測的 情況下的一種示例性重建方法的流程圖；以及
圖8是將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備應(yīng)用于口腔部位掃 描的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖描述本發(fā)明。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相 同的部件。對本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述旨在解釋本發(fā)明，而并不是 對本發(fā)明范圍的限定。
如圖1一2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備，包括支 撐裝置l、旋轉(zhuǎn)裝置2、 X射線發(fā)生裝置3、探測裝置4、驅(qū)動裝置5、 控制裝置6和數(shù)據(jù)處理裝置7。所述旋轉(zhuǎn)裝置2可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述 支撐裝置1上。所述X射線發(fā)生裝置3設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)裝置2上， 用于向被檢測對象P輻射X射線，其中所述X射線發(fā)生裝置3可以 釆用諸如X射線加速器、X光機(jī)、或者放射性同位素等任何適當(dāng)?shù)?形式。X射線發(fā)生裝置3也可以采用弧形的靶面，利用電磁場控制電 子束快速掃描打靶，產(chǎn)生沿弧形靶面掃描的X射線束，代替沿旋轉(zhuǎn) 裝置2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的X射線發(fā)生裝置3。由于這種電磁場控制的電子束 能夠?qū)崿F(xiàn)快速掃描打靶，因此這種X射線發(fā)生裝置能夠完成快速的
8圓周掃描。
此外，在X射線發(fā)生裝置3采用X光機(jī)形式的情況下，優(yōu)選地
可以采用脈沖工作方式。即，在X射線CT設(shè)備中設(shè)置觸發(fā)器(未示 出)。只有當(dāng)觸發(fā)器觸發(fā)X射線發(fā)生裝置3時(shí)才有脈沖式的X射線發(fā) 出，同時(shí)觸發(fā)探測裝置4進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種工作方式能夠大大降低 了被檢測對象受到的X射線照射劑量。
所述探測裝置4固定在所述旋轉(zhuǎn)裝置2上并且與X射線發(fā)生裝 置3之間呈180度相對布置。在進(jìn)行CT掃描時(shí)，放置在載床8上的 被檢測對象P通過載床8的運(yùn)動勻速直線通過X射線發(fā)生裝置3與 探測裝置4之間，探測裝置4探測由X射線發(fā)生裝置3發(fā)射并透射 通過所述被檢測對象P的X射線作為投影數(shù)據(jù)。所述探測裝置4可 以采用諸如平板探測器或探測器陣列等任何適當(dāng)?shù)男问?，并且可以?固體探測器、閃爍體探測器、氣體探測器或者半導(dǎo)體探測器。
所述驅(qū)動裝置5與旋轉(zhuǎn)裝置2連接，用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置2使其連 續(xù)往復(fù)地做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)?？刂蒲b置6用于控制X射線 CT掃描過程。數(shù)據(jù)處理裝置7與所述探測裝置4之間通過線纜通信， 用于接收和處理通過所述線纜從所述探測裝置4傳輸來的所述投影 數(shù)據(jù)，以重建被檢測對象的三維立體圖像。
根據(jù)本發(fā)明的X射線CT設(shè)備還包括用于承載所述線纜的線纜承 載裝置9，所述線纜承載裝置9固定在旋轉(zhuǎn)裝置2上，并且隨著旋轉(zhuǎn) 裝置2的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動。在一種簡單的示例中，所述線纜承載裝置9采 用橡膠軟管的形式，不僅可以包裹住連接在數(shù)據(jù)處理裝置7與探測裝 置4之間的線纜，而且可以包裹所有與固定在旋轉(zhuǎn)裝置2上并且將隨 旋轉(zhuǎn)裝置2 —起轉(zhuǎn)動的部件相關(guān)聯(lián)的線纜，諸如與固定在旋轉(zhuǎn)裝置2 上的X射線發(fā)生裝置3和探測裝置4相關(guān)聯(lián)的供電線纜等。在另一 個(gè)示例中，如圖1中所示，所述線纜承載裝置9采用拖鏈的形式。所 述拖鏈?zhǔn)侵锌盏?，用于容納前述的各種線纜。此外，所述拖鏈具有一 定的剛性和強(qiáng)度，然而，也能夠按照要求彎曲地安裝。所述拖鏈的一 端固定在旋轉(zhuǎn)裝置2上(如圖1中A點(diǎn)所示)，隨著旋轉(zhuǎn)裝置2的旋 轉(zhuǎn)，拖鏈以及容納在其中的各個(gè)線纜被拖動。所述拖鏈的另一端固定
9在支撐裝置l上(如圖1中B點(diǎn)所示)，在旋轉(zhuǎn)裝置2的旋轉(zhuǎn)過程中， 拖鏈的該固定端保持不同，并且容納在拖鏈中的各個(gè)線纜通過該固定 端連接到其他相對應(yīng)的裝置上，諸如數(shù)據(jù)處理裝置等。應(yīng)該指出的是，
盡管在圖1中兩個(gè)固定點(diǎn)被示出在A點(diǎn)和B點(diǎn)位置，然而，兩個(gè)固 定點(diǎn)可以分別設(shè)在旋轉(zhuǎn)裝置2和支撐裝置1上的任意合適點(diǎn)處。還應(yīng) 該指出的是，在拖鏈的兩個(gè)固定端之間的長度是能夠跟隨旋轉(zhuǎn)裝置2 至少轉(zhuǎn)過360度而不會對旋轉(zhuǎn)裝置2的旋轉(zhuǎn)造成影響的任何適當(dāng)?shù)拈L 度。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備的一種示例，其中 在所示的示例中，除了以上所述的各個(gè)裝置之外，還包括固定在所述 支撐裝置1上并且與所述控制裝置6通信連接的角度測量裝置10， 用于檢測所述旋轉(zhuǎn)裝置2圍繞旋轉(zhuǎn)中心所轉(zhuǎn)過的角度。所述驅(qū)動裝置 5包括電動機(jī)51和驅(qū)動部件52。所述驅(qū)動部件52連接在電動機(jī)51 的驅(qū)動軸(未示出)與旋轉(zhuǎn)裝置2之間，以通過電動機(jī)51的驅(qū)動軸 的旋轉(zhuǎn)帶動旋轉(zhuǎn)裝置2旋轉(zhuǎn)。其中，所述控制裝置根據(jù)角度測量裝置 10的檢測結(jié)果，控制電動機(jī)51的驅(qū)動軸、從而控制旋轉(zhuǎn)裝置2的旋 轉(zhuǎn)方向和角度。在圖3中以驅(qū)動帶的形式示出了驅(qū)動部件52，然而， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，驅(qū)動部件52也可以采用驅(qū)動齒輪的 形式。例如，在旋轉(zhuǎn)裝置的外圍設(shè)置第一齒輪，在電動機(jī)的驅(qū)動軸上 設(shè)置與第一齒輪嚙合的第二齒輪，由此，通過齒輪間的嚙合，將驅(qū)動 力從電動機(jī)上傳遞至旋轉(zhuǎn)裝置上，從而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)。
應(yīng)該指出的是，所述驅(qū)動裝置5還可以采用其他適當(dāng)?shù)男问奖粚?shí) 現(xiàn)。例如，所述角度測量裝置10也可以安裝在電動機(jī)51上，通過測 量電動機(jī)51的驅(qū)動軸所轉(zhuǎn)過的角度來間接地測量旋轉(zhuǎn)裝置2所轉(zhuǎn)過 的角度。此外，可以理解的是，所述角度測量裝置IO可以是諸如編 碼器等任何適當(dāng)?shù)哪軌驅(qū)崿F(xiàn)角度測量的裝置，這種裝置在本領(lǐng)域現(xiàn)有 技術(shù)中是已知的。
下面將參考附圖2和4 — 5描述利用本發(fā)明的X射線CT設(shè)備進(jìn) 行X射線CT成像的過程。
首先，如圖2所示，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置2連續(xù)往復(fù)地做小于或等于
10360度的圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在旋轉(zhuǎn)裝置2做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時(shí)，載床 8承載著被檢測對象P (在圖2中的示例，被檢測對象是人體)沿直 線勻速運(yùn)動，并勻速地通過X射線發(fā)生裝置3與探測裝置4之間。 在被檢測對象P勻速通過X射線發(fā)生裝置3與探測裝置4之間的過 程中，X射線發(fā)生裝置3發(fā)射的X射線透射通過被檢測對象P，然后 到達(dá)探測裝置4。探測裝置4接收包含有被檢測信息的X射線作為投 影數(shù)據(jù)。在該過程中，被檢測對象P勻速通過探測裝置4和X射線 發(fā)生裝置3之間的運(yùn)動路徑與旋轉(zhuǎn)裝置2的連續(xù)往復(fù)地做小于或等于 360度的圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動路徑的合成構(gòu)成如圖4所示的X射線發(fā)生裝置 的掃描路徑。該掃描路徑不是現(xiàn)有技術(shù)中所公開的一條連續(xù)光滑的螺 旋線，而是一個(gè)圓周(在被檢測對象P能夠被一次掃描覆蓋，因而不 需要沿直線被勻速移動的情況下)或是一條由多段連續(xù)光滑螺旋弧線 組成的連續(xù)非光滑螺旋折線。
替代上述的X射線發(fā)射和接收方式，在一個(gè)示例中，所述X射 線CT設(shè)備設(shè)置有觸發(fā)器，并且所述旋轉(zhuǎn)裝置2 (或者驅(qū)動裝置5) 上設(shè)置有諸如編碼器等角度測量裝置10。在旋轉(zhuǎn)裝置2旋轉(zhuǎn)的同時(shí)， 角度測量裝置10檢測旋轉(zhuǎn)裝置2 (或驅(qū)動裝置5轉(zhuǎn)過的角度，從而 間接得到旋轉(zhuǎn)裝置2轉(zhuǎn)過的角度)轉(zhuǎn)過的角度。當(dāng)檢測到旋轉(zhuǎn)裝置2 轉(zhuǎn)過預(yù)定角度(該角度值可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而被設(shè)定)時(shí)，觸 發(fā)器觸發(fā)X射線發(fā)生裝置3使其發(fā)射X射線，同時(shí)觸發(fā)探測裝置4 使其進(jìn)行探測，即采用脈沖式發(fā)射和接收方式。
可選地，如圖5所示，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備 中采用脈沖方式的X射線發(fā)生裝置的操作、旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)、以及 探測裝置的數(shù)據(jù)采集之間的一個(gè)同步示例的示意圖，其中圖5 (a) 是安裝在旋轉(zhuǎn)裝置2上的位置觸發(fā)器、X射線發(fā)生裝置、探測裝置、 數(shù)據(jù)處理裝置之間信號控制傳輸線的一種連接方式，而圖5 (b)是 掃描過程中一次X射線曝光和數(shù)據(jù)采集時(shí)序的示圖。當(dāng)旋轉(zhuǎn)裝置2 轉(zhuǎn)過一預(yù)定角度時(shí)，位置觸發(fā)器發(fā)出一個(gè)很窄的觸發(fā)信號I，該信號 的下降沿通知X射線發(fā)生裝置3和探測裝置4，使X射線發(fā)生裝置3 發(fā)出一定時(shí)間長度的脈沖X射線II，同時(shí)探測裝置4對曝光進(jìn)行數(shù)據(jù)采集III， X射線發(fā)生裝置曝光信號II的下降沿通知探測裝置4曝光
完畢，探測裝置4在時(shí)序IV內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置6。 在CT掃描過程中采用了脈沖式X射線發(fā)生裝置的情況下，只有 在X射線曝光過程中才有X射線入射到人體，因此，相比于X射線 連續(xù)入射的CT設(shè)備，能夠在很大程度上減少不必要的X射線輻射劑 量。并且，由于每個(gè)掃描角度下的曝光過程可以控制到很小(例如幾 個(gè)毫秒的曝光時(shí)間)，這就使得在單次曝光時(shí)間內(nèi)所述旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn) 動角度范圍很小，大大減小了曝光采用過程中的運(yùn)動偽影，提高了 CT斷層圖像的分辨率。
接著，在探測裝置4通過連接在探測裝置4與數(shù)據(jù)處理裝置7之 間的線纜將投影數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理裝置7之后，數(shù)據(jù)處理裝置7對 所述投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以重建被檢測對象P的三維立體圖像。所述 數(shù)據(jù)處理裝置7可以采用計(jì)算機(jī)工作站的形式，也可以是高性能的 PC。并且，可以采用以下兩種方法重建被檢測對象的三維斷層圖像 (1)在僅單向旋轉(zhuǎn)一次即可完成對被檢測對象的檢測的情況下， 采用以下單一圓軌道CT重建算法。當(dāng)被檢測對象能夠在一次圓周 CT掃描中被探測裝置和X射線束完全覆蓋，則此時(shí)的掃描軌道是圓 軌道；可以用下面的方法重建出斷層圖像。重建公式如下
7tt "^1 /— /7< /f 、11
2;r *i Z)|; — 5(
丄 泥
(i)
其中，
gA (A， & 。 = f" (7 — w,。
" 、 V。 +w" 、
其中，^W，"，v)表示由平板探測器(g卩，探測裝置4釆用平板探 l器的形式)上采集到的投影數(shù)據(jù)；A表示投影采樣的角度參數(shù)，積
12分范圍4 A， 4表示掃描的起始角度，^表示掃描的終止角度。當(dāng) 義2-4=360°時(shí)，為完整的圓軌道掃描；當(dāng)^-氺=180。+扇束扇角時(shí)， 為CT半掃描和短掃描；當(dāng)180°+扇束扇角<^-不< 360°時(shí)，掃描角度 大于CT半掃描和短掃描；當(dāng)義2-A^S0。 +扇束扇角時(shí)，為CT超短掃 描。這四種掃描情況，上述公式均能夠完成CT圖像重建。
("，"表示平板探測器上投影數(shù)據(jù)的直角坐標(biāo)。、W表示Ramp 濾波器，^一)表示Hilbert濾波器。w^，。是反投影權(quán)重函數(shù)，該函 數(shù)的取值保證每條X射線對于重建圖像的反投影操作只有一次貢獻(xiàn)， 即當(dāng)某條X射線被采集2次或2次以上時(shí)，該X射線對應(yīng)的權(quán)重函 數(shù)值為采集次數(shù)的倒數(shù)。 一種特殊情況是，當(dāng)閉合圓軌道掃描時(shí)，此 時(shí)的重建權(quán)重函數(shù)對所有的射線均取值為w(A，W = ^ 。
上述重建被檢測對象的圖像的方法已經(jīng)在本發(fā)明發(fā)明人于2004 年發(fā)表的名稱為"ANew Super-Short-Scan Algorithm for Fan-beam and Cone-beam reconstruction"的論文中公開(Image Reconstruction from Incomplete Data III, Pro" of SPIE， Vol. 5562, Pages 80-87， 2004 )，在此 以引用的方式將全文合并于此。
(2)在做^360度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描以對被檢測對象進(jìn)行檢測的 情況下，采用以下重建算法。在這種掃描方式下進(jìn)行斷層圖像重建首 先需要選擇該斷層重建所需哪些角度下的投影數(shù)據(jù)，這是一個(gè)關(guān)鍵問 題。本發(fā)明發(fā)明人通過研究得出選擇該斷層所在的完整單方向螺旋 掃描角度內(nèi)的投影數(shù)據(jù)來重建該斷層圖像，能夠獲得較好的重建效 果。
具體地，如圖6所示，示出在做^360度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描以對被 檢測對象進(jìn)行檢測的情況下選擇用于重建其中一個(gè)斷層的投影數(shù)據(jù) 的方法示例。待重建的斷層平面與X射線CT設(shè)備的X射線掃描路 徑有且僅有一個(gè)交點(diǎn)W，選擇該交點(diǎn)W所在的完整的單方向螺旋掃 描角度內(nèi)的投影數(shù)據(jù)作為重建數(shù)據(jù)，附圖6中待重建斷層平面中的虛 線為選定的重建斷層圖像所需的完整單方向螺旋掃描軌跡在該斷層
13上的投影。
圖7示出在做^360度的往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描以對被檢測對象進(jìn)行檢測
的情況下的一種示例性重建方法的流程圖。具體地，在步驟S1中， 設(shè)置重建被檢測對象的斷層圖像的層數(shù)i: 1一N，其中N為正整數(shù)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以根據(jù)需要以及實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)選擇該斷層
圖像的層數(shù)。接著，在步驟S2中，對已獲得的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。 可以采用任何適當(dāng)?shù)默F(xiàn)有技術(shù)對已獲得的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，例如可 以采用按行濾波。
接著，在步驟S3中，選擇第i個(gè)斷層所在的完整的單方向螺旋 掃描角度內(nèi)的投影數(shù)據(jù)，其中單方向螺旋掃描角度小于或等于360 度。具體如圖4和6所示，當(dāng)探測裝置4和X射線發(fā)生裝置3連續(xù) 往返做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，形成如圖4所示的X射線 掃描路徑。當(dāng)選擇其中一個(gè)斷層時(shí)(例如第i個(gè)斷層)，該斷層與X 射線掃描路徑有且僅有唯一的交點(diǎn)W，選擇W交點(diǎn)所在的完整的單 方向掃描角度內(nèi)的投影數(shù)據(jù)。
繼續(xù)到步驟S4，將所選擇的第i個(gè)斷層的投影數(shù)據(jù)反投影到第i 個(gè)斷層圖像的對應(yīng)像素點(diǎn)上，完成第i個(gè)斷層的圖像重建。該反投影 方法為本領(lǐng)域中公知的，這里不再贅述。
重復(fù)步驟(S3) — (S4)，直到i=N，從而完成被檢測對象整個(gè) 圖像的重建，繼而完成X射線CT成像。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線CT設(shè)備以及X射線CT成像的一個(gè) 應(yīng)用示例如圖8所示，被用于掃描人的口腔齒弓部分。
根據(jù)以上的內(nèi)容可以理解，本發(fā)明公開了 一種X射線CT設(shè)備、 用于利用X射線CT設(shè)備對被檢測對象進(jìn)行X射線CT成像的圖像重 建方法、以及使用該重建方法的X射線CT成像方法，其中與現(xiàn)有技 術(shù)相比，由于本發(fā)明的X射線CT設(shè)備的旋轉(zhuǎn)裝置無需連續(xù)多周旋轉(zhuǎn)， 因此，不用擔(dān)心由于連續(xù)多周的旋轉(zhuǎn)而使線纜絞纏在一起，這樣一來， 探測裝置上采集的海量投影數(shù)據(jù)可以通過光纜、網(wǎng)線等線路傳輸?shù)胶?端的數(shù)據(jù)處理裝置中。相比無線傳輸，有線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號傳輸速度 更快，信噪比更高，其抗電磁干擾能力更強(qiáng)，從而能夠更快的成像，
14并且數(shù)據(jù)信號的質(zhì)量也得到提高，從而提高成像精度。
應(yīng)該指出的是，以上的描述是說明性的，而不是限制性的。因此， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍的 條件下，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種X射線CT設(shè)備，包括支撐裝置；可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述支撐裝置上的旋轉(zhuǎn)裝置；X射線發(fā)生裝置，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)裝置上，用于向被檢測對象輻射X射線；探測裝置，所述探測裝置固定在所述旋轉(zhuǎn)裝置上并且與X射線發(fā)生裝置相對，用于探測透射通過所述被檢測對象的X射線作為投影數(shù)據(jù)；驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與旋轉(zhuǎn)裝置連接，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)裝置使其連續(xù)往復(fù)地做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)；控制裝置，用于控制X射線CT掃描過程，以及與所述探測裝置之間通過線纜通信的數(shù)據(jù)處理裝置，用于接收和處理通過所述線纜從所述探測裝置傳輸來的所述投影數(shù)據(jù)，以重建被檢測對象的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT設(shè)備，其中，所述驅(qū)動裝置包括電動機(jī)；驅(qū)動部件，所述驅(qū)動部件連接在電動機(jī)的驅(qū)動軸與旋轉(zhuǎn)裝置之 間，以通過電動機(jī)的驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)帶動旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)；以及安裝在電動機(jī)上并且與所述控制裝置通信連接的角度測量裝置， 用于檢測電動機(jī)的驅(qū)動軸所轉(zhuǎn)過的角度；其中，所述控制裝置根據(jù)角度測量裝置的檢測結(jié)果，控制旋轉(zhuǎn)裝 置的旋轉(zhuǎn)方向和角度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT設(shè)備，還包括固定在所述 支撐裝置上并且與所述控制裝置通信連接的角度測量裝置，用于檢測 所述旋轉(zhuǎn)裝置圍繞旋轉(zhuǎn)中心所轉(zhuǎn)過的角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的X射線CT設(shè)備，所述角度測量裝置是編碼器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線CT設(shè)備，所述驅(qū)動裝置包括 電動機(jī)；以及驅(qū)動部件，所述驅(qū)動部件連接在電動機(jī)的驅(qū)動軸與旋轉(zhuǎn)裝置之間，以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)；其中，所述控制裝置根據(jù)所述角度測量裝置的檢測結(jié)果，控制旋 轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)方向和角度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的X射線CT設(shè)備，所述驅(qū)動部件是驅(qū)動帶或者驅(qū)動齒輪。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT設(shè)備，還包括用于承載所 述線纜的線纜承載裝置，所述線纜承載裝置固定在旋轉(zhuǎn)裝置上，并且 隨著旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線CT設(shè)備，所述線纜承載裝置是橡膠軟管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線CT設(shè)備，所述線纜承載裝置 是具有柔韌性的中空拖鏈，所述拖鏈的一端固定在旋轉(zhuǎn)裝置上，而另一端固定在所述支撐裝置上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的X射線CT設(shè)備，還包括觸發(fā)器， 當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)過預(yù)定的角度時(shí)，所述觸發(fā)器觸發(fā)X射線發(fā)生 裝置發(fā)射X射線，同時(shí)觸發(fā)探測器，對經(jīng)過被檢測對象的X射線進(jìn) 行探測。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT設(shè)備，其中，所述探測裝 置是平板探測器或探測器陣列。
12. —種用于利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線CT設(shè)備對被檢 測對象進(jìn)行X射線CT成像的圖像重建方法，包括步驟(a) 設(shè)置重建被檢測對象的斷層圖像的層數(shù)i: 1一N，其中N 為正整數(shù)；(b) 對已獲得的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；(c) 選擇第i個(gè)斷層所在的完整的單方向螺旋掃描角度內(nèi)的投 影數(shù)據(jù)，其中單方向螺旋掃描角度小于或等于360度；(d) 將所選擇的第i個(gè)斷層的投影數(shù)據(jù)反投影到第i個(gè)斷層圖像 的對應(yīng)像素點(diǎn)上，完成第i個(gè)斷層的圖像重建；(e) 重復(fù)步驟(c) 一 (d)，直到i-N，從而完成被檢測對象整個(gè)圖像的重建。
13. —種X射線CT成像方法，包括步驟(a) 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置連續(xù)往復(fù)地做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；(b) 通過隨旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)的X射線發(fā)生裝置向被檢測對象提供 X射線輻射，同時(shí)探測通過被檢測對象的X射線作為投影數(shù)據(jù)；(c) 利用線纜將所探測到的投影數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理裝置；以及(d) 在所述數(shù)據(jù)處理裝置處采用如權(quán)利要求12所述的圖像重 建方法對所傳輸?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行處理，以重建被檢測對象的圖像。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的X射線CT成像方法，其中在步驟 (b)中，檢測旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)過的角度，并且所述旋轉(zhuǎn)裝置每轉(zhuǎn)過預(yù)定的角度，觸發(fā)X射線發(fā)生裝置發(fā)出射線，同時(shí)觸發(fā)探測裝置對透射 通過被檢測對象的X射線進(jìn)行一次探測得到投影數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X射線CT設(shè)備、一種用于X射線CT成像的圖像重建方法和使用該圖像重建方法的X射線CT成像方法。所述設(shè)備包括支撐裝置；可旋轉(zhuǎn)地支撐在支撐裝置上的旋轉(zhuǎn)裝置；X射線發(fā)生裝置，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)裝置上，用于向被檢測對象輻射X射線；探測裝置，其固定在旋轉(zhuǎn)裝置上并且與X射線發(fā)生裝置相對，用于探測透射通過被檢測對象的X射線作為投影數(shù)據(jù)；與旋轉(zhuǎn)裝置連接的驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置使其連續(xù)往復(fù)地做小于或等于360度的旋轉(zhuǎn)；控制裝置，用于控制X射線CT掃描過程，以及與探測裝置之間通過線纜通信的數(shù)據(jù)處理裝置，用于接收和處理通過線纜從探測裝置傳輸來的投影數(shù)據(jù)，以重建被檢測對象的三維立體圖像。通過本發(fā)明，能夠縮短被檢測對象的成像時(shí)間，并且提高成像精度。
文檔編號A61B6/03GK101683271SQ20081022326
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者劉不腐, 孫尚民, 康克軍, 麗 張, 亮 李, 李元景, 光 楊, 邢宇翔, 陳志強(qiáng) 申請人:清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司