專利名稱：使用經(jīng)移位的幾何結(jié)構(gòu)改進(jìn)ct圖像采集的方法和設(shè)備的制作方法
使用經(jīng)移位的幾何結(jié)構(gòu)改進(jìn)CT圖像采集的方法和設(shè)備本申請(qǐng)涉及計(jì)算斷層攝影(“CT”)。具體而言，本申請(qǐng)應(yīng)用于針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用的CT。本申請(qǐng)還應(yīng)用于物品和安全檢查、非破壞性試驗(yàn)、臨床前成像以及其他能夠通過 CT數(shù)據(jù)提供有關(guān)對(duì)象的結(jié)構(gòu)或功能的有用信息的情況。CT成像系統(tǒng)獲得廣泛接受的一個(gè)領(lǐng)域是醫(yī)療領(lǐng)域，其中放射科醫(yī)師和其他醫(yī)療專業(yè)人員廣泛地將CT掃描器用于疾病的診斷和治療。2006年8月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/822678描述了一種在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域中的對(duì)象的多個(gè)角位置采集投影數(shù)據(jù)的CT設(shè)備和方法，該專利文獻(xiàn)以引用方式并入本申請(qǐng)。該CT設(shè)備包括在過軸平面中從旋轉(zhuǎn)中心橫向移位(即，偏離中心、偏移或偏離焦點(diǎn))的X射線源和探測(cè)器。具有偏移幾何結(jié)構(gòu)的CT設(shè)備是合乎需要的，因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)了增大的視場(chǎng)。X射線源和探測(cè)器繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)且彼此保持固定的機(jī)械關(guān)系，以便在多個(gè)投影角采集投影數(shù)據(jù)。X射線源發(fā)射具有橫向扇角的輻射，對(duì)橫向視場(chǎng)進(jìn)行全角采樣需要在大于180度加扇角的角范圍上采集投影數(shù)據(jù)。CT設(shè)備利用重建技術(shù)，例如濾波反投影，重建由 CT設(shè)備產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生表示被檢查對(duì)象的體數(shù)據(jù)。在X射線源處于單一位置時(shí)，具有偏移的X射線源和探測(cè)器的CT設(shè)備可能無(wú)法完全照射整個(gè)被檢查對(duì)象。此外，在重建期間對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波涉及完全投影。因此，在重建期間，利用單一位置的源所采集的投影數(shù)據(jù)可以使用在過軸平面中位于相對(duì)位置的源所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展。由于錐束幾何結(jié)構(gòu)的射線是發(fā)散的，所以來(lái)自相對(duì)錐體的X射線在過軸平面外部不能彼此補(bǔ)充，除非對(duì)象的形狀在軸向方向上是恒定且均勻的。X射線在過軸平面之外的這種發(fā)散在濾波期間導(dǎo)致誤差。此外，更大的X射線源和探測(cè)器偏移可能使重建圖像的質(zhì)量劣化。希望找到一個(gè)偏移，針對(duì)每個(gè)被檢查對(duì)象實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量和視場(chǎng)尺寸之間期望的平衡。本發(fā)明的各個(gè)方面解決了這些和其他問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種使用經(jīng)移位的采集幾何結(jié)構(gòu)以改進(jìn)CT圖像采集的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域中的對(duì)象的多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)的設(shè)備。該設(shè)備包括輻射源和用于探測(cè)由所述源所發(fā)射的輻射的輻射敏感探測(cè)器。在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間所述源和所述探測(cè)器的橫向中心可以從橫向視場(chǎng)的中心橫向移位?？梢曰谒鰧?duì)象的尺寸確定所述源和所述探測(cè)器的橫向中心距所述橫向視場(chǎng)的中心的橫向位移的量。這樣一來(lái)，可以確定能夠?qū)崿F(xiàn)圖像質(zhì)量和視場(chǎng)尺寸之間期望平衡的偏移。根據(jù)另一方面，提供了一種用于在多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)的計(jì)算斷層攝影方法。在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間使用的CT設(shè)備具有從橫向視場(chǎng)的中心橫向移位的源和探測(cè)器的橫向中心?？梢曰趯?duì)象的尺寸確定所述源和所述探測(cè)器的橫向位移的量。 這樣一來(lái)，可以確定能夠?qū)崿F(xiàn)圖像質(zhì)量和視場(chǎng)尺寸之間期望平衡的偏移?？梢哉{(diào)節(jié)所述源和探測(cè)器以改變橫向視場(chǎng)的尺寸。可以在第一投影角從所述源發(fā)射輻射。探測(cè)器可以采集表示在第一投影角的第一輻射的計(jì)算斷層攝影投影數(shù)據(jù)?？梢栽诙鄠€(gè)投影角的每個(gè)重復(fù)這個(gè)過程以采集CT數(shù)據(jù)集。根據(jù)另一方面，提供了一種用于校正由CT設(shè)備所生成的斷層攝影投影數(shù)據(jù)的方法，其中在投影數(shù)據(jù)的采集期間CT設(shè)備具有從橫向視場(chǎng)的中心橫向移位的源和探測(cè)器的橫向中心。從所述源發(fā)射輻射，探測(cè)器采集在多個(gè)投影角的每個(gè)的計(jì)算斷層攝影投影數(shù)據(jù)以采集第一 CT數(shù)據(jù)集。重建第一 CT數(shù)據(jù)集以生成表示被檢查對(duì)象的體數(shù)據(jù)?？梢允褂迷擉w數(shù)據(jù)模擬由探測(cè)器在一個(gè)或多個(gè)投影角不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)?？梢允褂盟M的投影數(shù)據(jù)獲得針對(duì)投影角中的至少一個(gè)的第二 CT數(shù)據(jù)集。利用所述第二 CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)校正的CT數(shù)據(jù)集。重建所述經(jīng)校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)校正的體數(shù)據(jù)。在閱讀并理解說(shuō)明書后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的其他方面。通過閱讀下文中對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，更多額外的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為各種部件或部件布置，以及各種過程操作或過程操作的安排。附圖僅僅是為了對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行圖示說(shuō)明，不應(yīng)認(rèn)為其對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的經(jīng)移位的CT采集幾何結(jié)構(gòu)的過軸視圖；圖2繪示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)；圖3繪示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像方法；圖4繪示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像重建方法；以及圖5A和5B是繪示出圖4的圖像重建方法的所模擬的掃描的投影數(shù)據(jù)的過軸視圖。本申請(qǐng)總體上涉及使用經(jīng)移位的采集幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行CT圖像采集的方法和設(shè)備。 圖1繪示出示范性CT設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)100，其具有諸如X射線管的X射線源102和諸如在橫向方向和軸向方向上延伸的平板區(qū)域探測(cè)器陣列的X射線敏感探測(cè)器104，所述X射線源 102和X射線敏感探測(cè)器104在過軸平面中從旋轉(zhuǎn)中心114發(fā)生橫向位移位或偏移。如圖 1所示，旋轉(zhuǎn)中心114也可以充當(dāng)橫向視場(chǎng)(“F0V”)118的中心。不過，不必在每種應(yīng)用中都這樣對(duì)準(zhǔn)這兩個(gè)軸。如圖所示，對(duì)象支撐110在檢查區(qū)域106中支撐著被檢查對(duì)象108。 X射線束112的中央射線或投影116垂直于探測(cè)器的橫向中心119，但與旋轉(zhuǎn)中心114有移位。盡管附圖和論述集中于使用平板探測(cè)器，但也可以使用拱式探測(cè)器。此外，盡管附圖和論述集中于源102是X射線管焦斑，因此基本為點(diǎn)源的X射線CT系統(tǒng)，但也可以想到其他選擇。例如，可以將源102實(shí)現(xiàn)為線源。也想到了楔形和其他射束幾何結(jié)構(gòu)。也可以使用伽馬和其他輻射源。也可以提供多個(gè)源102和探測(cè)器104，在這種情況下，各組對(duì)應(yīng)的源和探測(cè)器可以彼此在角度上和/或沿縱向偏移。如圖1所示，X射線源102和X射線敏感探測(cè)器104繞著旋轉(zhuǎn)中心114旋轉(zhuǎn)。一般將源102和探測(cè)器104安裝到旋轉(zhuǎn)掃描架(未示出)，以繞著檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)。不過， 在一些實(shí)施例中，在移動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)對(duì)象108時(shí)，源102和探測(cè)器104可以保持在恒定角位置，以產(chǎn)生必要的角采樣。如圖所示，CT設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)100的X射線源102和探測(cè)器104被繪示為過軸平面中兩個(gè)相對(duì)位置。在位置A，X射線束112的中央射線116從旋轉(zhuǎn)中心114偏移距離D。在位置B，X射線源102和探測(cè)器104從位置A繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)180度。不過，X射線束112 的中央射線116 (被示為帶陰影)保持從旋轉(zhuǎn)中心114偏移距離D。對(duì)于給定尺度的探測(cè)器104以及源102和旋轉(zhuǎn)中心114之間的徑向距離，能夠通過改變中央射線116和旋轉(zhuǎn)中心114之間的距離D來(lái)改變橫向FOV 118的尺寸。例如，全射束幾何結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于中央射線116與旋轉(zhuǎn)中心114相交的情況(即D = 0)。最大FOV配置對(duì)應(yīng)于距離D等于探測(cè)器寬度一半的情況。在這種配置下，需要旋轉(zhuǎn)大約360度以獲得完全的角采樣，而旋轉(zhuǎn)180度加扇角或錐角在配置成全射束幾何結(jié)構(gòu)時(shí)提供完全的角采樣。中間配置的必需角范圍在180度加扇角和360度之間變化，并且能夠容易從系統(tǒng)100的幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算得到。如2006年8月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/82沈78中所述，可以通過多種方式改變中央射線116和旋轉(zhuǎn)中心114之間的距離D，以改變橫向FOV 118的尺寸?？梢砸黄鸹虮舜霜?dú)立地轉(zhuǎn)移源和探測(cè)器(例如，源保持在中心位置，僅轉(zhuǎn)移探測(cè)器)。例如，可以沿方向144或146轉(zhuǎn)移源102和探測(cè)器104，同時(shí)保持旋轉(zhuǎn)中心114不變。源102和探測(cè)器104 也可以沿與橫向FOV 118相切的方向144轉(zhuǎn)移，同時(shí)旋轉(zhuǎn)中心114沿垂直于橫向FOV或探測(cè)器的主平面的方向150移位。此外，探測(cè)器104可以繞樞軸148樞轉(zhuǎn)，使得與探測(cè)器橫向中心119相交的X射線束112的射線垂直于探測(cè)器的平面?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)手段轉(zhuǎn)移和/或樞轉(zhuǎn)源102和探測(cè)器104以改變橫向FOV 118 的尺寸。例如，可以由人類用戶手工移動(dòng)源102和探測(cè)器104。源102和探測(cè)器104可以附接于可調(diào)節(jié)的滑座，其允許源和探測(cè)器在相對(duì)于旋轉(zhuǎn)掃描架和旋轉(zhuǎn)中心114的各種方向上移動(dòng)。此外，源102和探測(cè)器104可以附接于驅(qū)動(dòng)器，例如微步電動(dòng)機(jī)，其提供必需的動(dòng)力， 使得源和探測(cè)器可以自動(dòng)移動(dòng)和/或樞轉(zhuǎn)。可以將源102和探測(cè)器104安裝到公共支架或以其他方式安裝，使得從一種FOV 配置到另一種配置，源和探測(cè)器之間的物理關(guān)系不變。不過，在一些實(shí)施例中，可以從一種 FOV配置到另一種配置獨(dú)立地轉(zhuǎn)移和/或樞轉(zhuǎn)源102和探測(cè)器104?？赡鼙匦栳槍?duì)各種源 102和探測(cè)器104的位置校準(zhǔn)系統(tǒng)，這可能需要獨(dú)立的空白(blank)或校準(zhǔn)掃描。如上所述，希望找到能夠?qū)崿F(xiàn)圖像質(zhì)量和視場(chǎng)尺寸之間期望的平衡或折中的偏移。較大的偏移會(huì)增大視場(chǎng)，但可能劣化所重建圖像的質(zhì)量。另一方面，較小的偏移會(huì)減小視場(chǎng)，但可以改進(jìn)所重建圖像的質(zhì)量。最佳偏移常常是將對(duì)象維持在FOV之內(nèi)所需的最小偏移?？梢酝ㄟ^各種方式確定包括針對(duì)被檢查對(duì)象的最小X射線源102和探測(cè)器104偏移同時(shí)保持對(duì)象在FOV 118之內(nèi)的掃描配置。例如，如果被檢查對(duì)象的尺寸和形狀是已知的或估計(jì)的，能夠確定容納對(duì)象所需的FOV 118的最小尺寸。如上所述，可以改變中央射線 116和旋轉(zhuǎn)中心114之間的距離D，以產(chǎn)生具有最小尺寸的FOV 118。此外，可以直接確定X 射線源102和探測(cè)器104的最小偏移。可以利用各種方法確定被檢查對(duì)象的尺寸和形狀。例如，可以從對(duì)對(duì)象的初始掃描的結(jié)果確定對(duì)象的尺寸和形狀?？梢允褂镁哂写笃频娜S低劑量定位掃描(例如，用于衰減校正的自由呼吸采集)的結(jié)果。也可以使用最大偏移下低劑量平面X射線圖像的結(jié)果。如果被檢查對(duì)象為人，一對(duì)前后(AP)視圖和后前(PA)視圖可能就足夠了，因?yàn)槿梭w一般是橢圓形的。此外，可以利用初始單光子發(fā)射CT( “SPECT”)掃描、正電子發(fā)射斷層攝影 (“PET”)掃描或磁共振圖像(“MRI”)的結(jié)果確定對(duì)象的尺寸和形狀。也可以通過對(duì)對(duì)象的范圍(例如高度、寬度、周長(zhǎng)等)的手動(dòng)測(cè)量確定對(duì)象的尺寸和形狀?？梢灾苯邮褂霉鈱W(xué)裝置，例如附接于旋轉(zhuǎn)掃描架的激光器和附接于探測(cè)器的光電二極管，確定X射線源102和探測(cè)器104的最小偏移?？梢詫⒓す馄髋cX射線源102 —起安裝或在其附近安裝。例如，可以跨越被檢查對(duì)象移動(dòng)激光器、或者繞被檢查對(duì)象樞轉(zhuǎn)激光器。被成像對(duì)象，可能還有關(guān)聯(lián)的對(duì)象支撐，將防止從激光器發(fā)射的光束到達(dá)光電二極管。 當(dāng)激光束移動(dòng)超過對(duì)象的范圍時(shí)，光電二極管將探測(cè)到光束，可以測(cè)量對(duì)象的范圍。因此， 能夠確定最小FOV 118和偏移。可以通過任何適當(dāng)?shù)氖侄问惯@個(gè)過程自動(dòng)化，例如，可以利用電動(dòng)機(jī)跨越對(duì)象移動(dòng)激光器和/或探測(cè)器、或者繞對(duì)象樞轉(zhuǎn)激光器和/或探測(cè)器。如上所述，源102和探測(cè)器104可以附接于驅(qū)動(dòng)器，例如微步電動(dòng)機(jī)，其提供必需的動(dòng)力，使得源和探測(cè)器可以自動(dòng)移動(dòng)和/或樞轉(zhuǎn)。因此，在進(jìn)行掃描且掃描架旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以針對(duì)每次投影改變?cè)?02和探測(cè)器104的偏移或角度。此外，可以在沿著縱軸416的不同位置改變?cè)?02和探測(cè)器104的偏移或角度。使用通過上述方法等生成的最小FOV 118 和偏移信息，可以由驅(qū)動(dòng)器針對(duì)每次投影或沿著縱軸相應(yīng)地改變?cè)?02和探測(cè)器104的偏移或角度。圖2繪示出適用于示范性CT設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)100的成像系統(tǒng)202。系統(tǒng)202包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)204、重建器206、圖像處理器208、用戶界面210和控制器212。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)204包括CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)214，其中將源102和探測(cè)器104安裝到旋轉(zhuǎn)掃描架216，以繞著檢查區(qū)域旋轉(zhuǎn)。例如，通過與旋轉(zhuǎn)掃描架216的旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)地沿縱向移動(dòng)對(duì)象支撐110，可以實(shí)現(xiàn)圓形360度或其他角采樣范圍以及軸向、螺旋形、圓形和線性、 馬鞍形或其他期望的掃描軌跡。在一種實(shí)施方式中，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)掃描架216固定地安裝源102和探測(cè)器104，使得采集幾何結(jié)構(gòu)是固定的。在另一種實(shí)施方式中，將源102和探測(cè)器104可移動(dòng)地安裝到旋轉(zhuǎn)掃描架216，使得采集幾何結(jié)構(gòu)是可變的，例如允許上述相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在這樣的實(shí)施方式中， 一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器218可以提供所需的動(dòng)力?；蛘撸梢杂扇祟愑脩羰止ひ苿?dòng)源102和探測(cè)器104。重建器206使用重建技術(shù)重建由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)204所生成的數(shù)據(jù)，以生成表示被檢查對(duì)象的體數(shù)據(jù)。重建技術(shù)包括諸如濾波反投影的分析技術(shù)以及迭代技術(shù)。下文參考圖 4描述了更多本發(fā)明的重建技術(shù)。圖像處理器208根據(jù)需要處理體數(shù)據(jù)，例如，用于在用戶界面210上以期望樣式顯示，其可以包括一個(gè)或多個(gè)諸如監(jiān)視器和打印機(jī)的輸出裝置以及一個(gè)或多個(gè)諸如鍵盤和鼠標(biāo)的輸入裝置。有利地，使用由通用或其他計(jì)算機(jī)執(zhí)行的軟件指令實(shí)現(xiàn)用戶界面210以便提供圖形用戶界面(“GUI”)，允許用戶例如通過選擇期望的FOV配置或尺度、發(fā)起和/或終止掃描、選擇期望的掃描或重建協(xié)議、操縱體數(shù)據(jù)等來(lái)控制或以其他方式與成像系統(tǒng)202交互。 在一種實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)202基于用戶選擇的掃描協(xié)議自動(dòng)確立FOV配置和重建協(xié)議之一或兩者。作為又一范例，用戶界面210可以提示用戶或以其他方式允許用戶輸入期望的橫向半徑、直徑或其他FOV尺度。在這樣的實(shí)施方式中，使用來(lái)自用戶的信息自動(dòng)計(jì)算源 102和/或探測(cè)器104的(一個(gè)或多個(gè))必需位置?？刂破?12操作性地連接到用戶界面210，控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)204的運(yùn)行，例如，執(zhí)行期望的掃描協(xié)議，令(一個(gè)或多個(gè))驅(qū)動(dòng)器218定位源102和/或探測(cè)器104以便提供期望的FOV等?？梢詫⑸鲜龉δ軋?zhí)行為軟件邏輯，上述功能例如是選擇期望的FOV配置或尺度、 發(fā)起和/或終止掃描、選擇期望的掃描或重建協(xié)議、操縱體數(shù)據(jù)等。如這里使用的，“邏輯” 包括但不限于硬件、固件、軟件和/或每種的組合，以執(zhí)行(一個(gè)或多個(gè))功能或動(dòng)作和/ 或令另一部件執(zhí)行功能或動(dòng)作。例如，基于期望的應(yīng)用或需要，邏輯可以包括軟件控制的微處理器、諸如專用集成電路(ASIC)的離散邏輯或其他程序控制邏輯器件。也可以將邏輯完全實(shí)現(xiàn)為軟件。如這里使用的，“軟件”包括但不限于一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀和/或可執(zhí)行指令，其使計(jì)算機(jī)或其他電子器件按照期望方式執(zhí)行功能、動(dòng)作和/或行為。指令可以實(shí)現(xiàn)成各種形式，例如例程、算法、模塊或程序，包括來(lái)自動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的獨(dú)立應(yīng)用程序或代碼。也可以將軟件實(shí)現(xiàn)為各種形式，例如獨(dú)立的程序、函數(shù)調(diào)用、小服務(wù)程序、小應(yīng)用程序、存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的指令、操作系統(tǒng)的一部分或其他類型的可執(zhí)行指令。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，軟件的形式取決于例如期望應(yīng)用的要求、運(yùn)行其的環(huán)境和/或設(shè)計(jì)人員/程序員的希望等。可以在各種平臺(tái)上實(shí)施本文所述的系統(tǒng)和方法，例如包括聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)和獨(dú)立的控制系統(tǒng)。此外，本文所示和所述的邏輯、數(shù)據(jù)庫(kù)或表優(yōu)選駐留在諸如成像系統(tǒng)202的部件的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中或上。不同計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括閃速存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、可編程只讀存儲(chǔ)器(PR0M)、電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、 電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、磁盤或磁帶、包括CD-ROM和DVD-ROM的光學(xué)可讀介質(zhì)等。再者，可以將本文所述的過程和邏輯合并成一個(gè)大的工藝流程或分成很多子工藝流程。 本文描述工藝流程的次序不是關(guān)鍵的，可以重新安排，仍然實(shí)現(xiàn)同樣的結(jié)果。實(shí)際上，可以根據(jù)授權(quán)或希望，在其實(shí)施期間重新安排、合并和/或重新整理本文所述的工藝流程。例如，在圖3中示出了這樣的過程300。一開始，如圖3所示，在步驟302為初始角位置確定掃描配置。掃描配置包括在將對(duì)象維持在FOV 118之內(nèi)的同時(shí)用于被檢查對(duì)象的最小χ射線源102和探測(cè)器104偏移?？梢允褂萌魏紊鲜龇椒ɑ蚱渌椒óa(chǎn)生的數(shù)據(jù)來(lái)確定最小偏移。最小偏移也可以在關(guān)于檢查區(qū)域106的各種角位置且沿著縱軸進(jìn)行的掃描之間有所變化。在步驟304調(diào)節(jié)源102和探測(cè)器104的位置以提供當(dāng)前角位置的期望FOV配置。在步驟306進(jìn)行掃描，以在當(dāng)前角位置采集投影數(shù)據(jù)。在步驟308確定步驟306的當(dāng)前角位置是否是獲得完全角采樣所需的關(guān)于檢查區(qū)域106的多個(gè)角位置的最后一個(gè)。對(duì)橫向FOV 118采樣所需的角范圍再次是系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。如果步驟306的當(dāng)前角位置是最后一個(gè)，那么在步驟314重建掃描數(shù)據(jù)并在步驟 316以期望格式顯示。如果不是，在步驟310將掃描架216旋轉(zhuǎn)到下一角位置。在步驟312確定在步驟310的下一角位置的FOV配置是否與上一 FOV配置相同。 如果是這樣的話，在步驟306進(jìn)行掃描，以在下一角位置采集投影數(shù)據(jù)。不過，如果FOV配置是不同的，則在步驟302為下一角位置確定掃描配置。在步驟304調(diào)節(jié)源102和探測(cè)器 104的位置以提供下一角位置的期望FOV配置。在步驟306進(jìn)行掃描，以在下一角位置采集投影數(shù)據(jù)。在步驟318，根據(jù)需要重復(fù)過程，例如以掃描一系列患者。注意，可以在重建和/或顯示在給定掃描中采集的數(shù)據(jù)之前獲得(一次或多次)額外掃描。
圖4中示出了重建掃描數(shù)據(jù)的示范性過程400。一開始，如圖4所示，在步驟402 采集初始掃描或第一通掃描。在步驟402中使用來(lái)自關(guān)于檢查區(qū)域106的多個(gè)角位置的投影數(shù)據(jù)以獲得完全的角采樣數(shù)據(jù)集(即，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))。在步驟404，重建器206使用重建技術(shù)重建步驟402的投影數(shù)據(jù)集以生成表示被檢查對(duì)象108的體數(shù)據(jù)。初始重建技術(shù)包括諸如濾波反投影的分析技術(shù)以及迭代技術(shù)。如上所述，在源處于單一位置時(shí)，具有偏移X射線源102和探測(cè)器104的CT設(shè)備可能無(wú)法完全照射整個(gè)被檢查對(duì)象108。此外，在重建期間對(duì)投影數(shù)據(jù)的濾波涉及完全投影。因此，在步驟404中重建期間，使用單一位置(例如，圖1中的位置A)的源102所采集的投影數(shù)據(jù)可以使用在過軸平面中位于相對(duì)位置(例如圖1中的位置B)的源所采集的數(shù)據(jù)得到擴(kuò)展。 由于錐束幾何結(jié)構(gòu)的射線是發(fā)散的，所以來(lái)自相對(duì)錐體的X射線不能在過軸平面外部彼此補(bǔ)充，除非對(duì)象的形狀在軸向方向上是恒定且均勻的。X射線在過軸平面之外的這種發(fā)散在濾波期間導(dǎo)致誤差。為了改進(jìn)濾波步驟的質(zhì)量，在步驟406使用步驟404的所重建圖像完成所模擬的掃描或第二通掃描，以模擬針對(duì)利用偏移源102和探測(cè)器104不能采集的每個(gè)角位置的缺失投影數(shù)據(jù)。將來(lái)自所模擬的掃描的數(shù)據(jù)重新分組到普通平面探測(cè)器。例如，在圖5A中示出了利用位置A處的源102和探測(cè)器104進(jìn)行的所模擬的掃描。如圖所示，使用來(lái)自步驟 404初始重建的所模擬的投影數(shù)據(jù)504擴(kuò)展來(lái)自步驟402的初始掃描的實(shí)測(cè)投影數(shù)據(jù)502。 類似地，圖5B示出了利用位置B的源102和探測(cè)器104進(jìn)行的所模擬的掃描。在圖5B中， 使用來(lái)自步驟404初始重建的所模擬的投影數(shù)據(jù)508擴(kuò)展來(lái)自步驟402的初始掃描的實(shí)測(cè)投影數(shù)據(jù)506。在步驟408中，使用來(lái)自關(guān)于檢查區(qū)域106的多個(gè)角位置的步驟406的所模擬的掃描的投影數(shù)據(jù)以獲得完全的角采樣數(shù)據(jù)集(即，所模擬的數(shù)據(jù))。所模擬的數(shù)據(jù)集的投影數(shù)據(jù)是完整的，這允許在重建期間對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。在步驟410，利用步驟408的所模擬的投影數(shù)據(jù)或所模擬的數(shù)據(jù)補(bǔ)充步驟402的初始掃描數(shù)據(jù)集或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生更好地表示被檢查對(duì)象的經(jīng)校正的數(shù)據(jù)集。例如，可以將所模擬的數(shù)據(jù)添加到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。此外，可以在交疊區(qū)域中進(jìn)行平滑加權(quán)或某種其他形式的處理，以允許從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)向所模擬的數(shù)據(jù)平滑過渡。在步驟412，使用在步驟404中上文所述的重建技術(shù)重建經(jīng)校正的數(shù)據(jù)集以生成表示被檢查對(duì)象的體數(shù)據(jù)。在步驟414確定從步驟412中重建經(jīng)校正的數(shù)據(jù)集所生成的圖像是否包含誤差或不令人滿意。如果該圖像包含誤差或不令人滿意，在步驟406可以使用步驟412的所重建圖像完成第二模擬掃描或第三通掃描，以模擬針對(duì)利用偏移源102和探測(cè)器104不能采集的每個(gè)角位置的缺失投影數(shù)據(jù)?？梢远啻瓮瓿蛇@一過程，直到圖像質(zhì)量令人滿意為止。如果從步驟412中重建經(jīng)校正的數(shù)據(jù)集產(chǎn)生的圖像令人滿意，在步驟416完成重建。已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。在閱讀并理解說(shuō)明書后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到修改和變化。這意味著，應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解為包括所有此類落在權(quán)利要求及其等同要件的范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域(106)中的對(duì)象(108)的多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括輻射源(102)；用于探測(cè)由所述源所發(fā)射的輻射(112)的輻射敏感探測(cè)器(104)，其中，所述輻射已經(jīng)穿過所述檢查區(qū)域；其中，在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間所述源和所述探測(cè)器的橫向中心(119)中的至少一個(gè)從橫向視場(chǎng)(118)的中心(114)橫向移位；并且其中，至少部分基于所述對(duì)象的尺寸確定所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心(119) 中的至少一個(gè)距所述橫向視場(chǎng)的所述中心的橫向位移的量(D)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，相對(duì)于所述橫向視場(chǎng)的所述中心移動(dòng)所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心以改變所述橫向視場(chǎng)的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，由人類用戶手動(dòng)移動(dòng)所述源和探測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，由驅(qū)動(dòng)器018)自動(dòng)移動(dòng)所述源和探測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述源和探測(cè)器是一起移動(dòng)的，使得所述源和探測(cè)器之間的物理關(guān)系不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述源和探測(cè)器是分別移動(dòng)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，在相對(duì)于設(shè)置于所述檢查區(qū)域中的所述對(duì)象的角位置之間改變所述橫向位移的量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，沿著所述設(shè)備的縱軸改變所述橫向位移的量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，確定所述橫向位移的量以使橫向視場(chǎng)最小化，同時(shí)仍然將所述對(duì)象保持在所述橫向視場(chǎng)之內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，使用對(duì)所述對(duì)象的初始掃描確定所述對(duì)象的所述尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述初始掃描包括三維低劑量定位掃描。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述初始掃描包括獲得低劑量平面X射線圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述初始掃描包括單光子發(fā)射計(jì)算斷層攝影掃描、正電子發(fā)射斷層攝影掃描和磁共振掃描中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，使用對(duì)所述對(duì)象的手動(dòng)測(cè)量確定所述對(duì)象的所述尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，使用附接于旋轉(zhuǎn)掃描架016)的激光器和附接于所述探測(cè)器的光電二極管確定所述橫向位移的量。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括重建器006)，所述重建器重建由所述探測(cè)器所采集的第一 CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的第一體數(shù)據(jù)，使用所述第一體數(shù)據(jù)模擬由所述探測(cè)器在每個(gè)角位置不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)，使用所模擬的投影數(shù)據(jù)獲得針對(duì)所述多個(gè)角位置中的至少一個(gè)的第二 CT數(shù)據(jù)集，利用所述第二 CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集，并重建所述經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)校正的體數(shù)據(jù)。
17.一種計(jì)算斷層攝影方法，包括如下步驟使用輻射源(10 和用于探測(cè)由所述源所發(fā)射的輻射(11 的輻射敏感探測(cè)器(104)， 在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域(106)中的對(duì)象(108)的多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)，其中，在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間所述源和所述探測(cè)器的橫向中心(119)中的至少一個(gè)從橫向視場(chǎng)(118)的中心(114)橫向移位；基于被成像對(duì)象的尺寸確定所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心中的至少一個(gè)距所述橫向視場(chǎng)的所述中心的橫向位移的量⑶；調(diào)節(jié)所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心中的至少一個(gè)以對(duì)應(yīng)于所確定的橫向位移的量；以及使用所采集的斷層攝影投影數(shù)據(jù)生成所述被成像對(duì)象的CT圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括在所述多個(gè)角位置中的每個(gè)重復(fù)基于所述對(duì)象的所述尺寸確定所述橫向位移的量，并調(diào)節(jié)所述源和所述探測(cè)器中的至少一個(gè)以對(duì)應(yīng)于所確定的橫向位移的步驟，以采集第一 CT數(shù)據(jù)集。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括重建由所述探測(cè)器所采集的第一CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的第一體數(shù)據(jù)，使用所述第一體數(shù)據(jù)模擬由所述探測(cè)器在每個(gè)角位置不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)，使用所模擬的投影數(shù)據(jù)獲得針對(duì)所述多個(gè)角位置中的至少一個(gè)的第二 CT數(shù)據(jù)集，利用所述第二 CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)初始校正的CT 數(shù)據(jù)集，并重建所述經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)校正的體數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在相對(duì)于所述被成像對(duì)象的角位置之間改變所述橫向位移的量。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，沿著縱軸改變所述橫向位移的量。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，確定所述橫向位移的量以使所述橫向視場(chǎng)最小化，同時(shí)仍然將所述對(duì)象保持在所述橫向視場(chǎng)之內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，使用所述對(duì)象的初始掃描確定所述對(duì)象的所述尺寸。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，使用對(duì)所述對(duì)象的手動(dòng)測(cè)量確定所述對(duì)象的所述尺寸。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，使用附接于旋轉(zhuǎn)掃描架(216)的激光器和附接于所述探測(cè)器的光電二極管確定所述橫向位移的量。
26.一種計(jì)算斷層攝影方法，包括如下步驟使用輻射源(10 和用于探測(cè)由所述源所發(fā)射的輻射(11 的輻射敏感探測(cè)器(104)， 在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域(106)中的對(duì)象(108)的多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)以采集第一 CT數(shù)據(jù)集，其中，在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間所述源和所述探測(cè)器的橫向中心 (119)中的至少一個(gè)從橫向視場(chǎng)(118)的中心(114)橫向移位； 重建所述第一 CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的第一體數(shù)據(jù)； 使用所述第一體數(shù)據(jù)模擬由所述探測(cè)器在每個(gè)角位置不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)； 使用所模擬的投影數(shù)據(jù)獲得針對(duì)所述多個(gè)角位置中的至少一個(gè)的第二 CT數(shù)據(jù)集； 利用所述第二 CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集；以及重建所述經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)第一校正的體數(shù)據(jù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，還包括如下步驟使用所述經(jīng)第一校正的體數(shù)據(jù)模擬由所述探測(cè)器在每個(gè)角位置不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)；使用來(lái)自所述經(jīng)第一校正的體數(shù)據(jù)的所模擬的投影數(shù)據(jù)獲得針對(duì)所述多個(gè)角位置中的至少一個(gè)的第三CT數(shù)據(jù)集；利用所述第三CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)第二校正的CT數(shù)據(jù)集；以及重建所述經(jīng)第二校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)第二校正的體數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，還包括基于被成像對(duì)象的尺寸確定所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心中的至少一個(gè)距所述橫向視場(chǎng)的所述中心的橫向位移的量(D)，并且調(diào)節(jié)所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心中的至少一個(gè)以對(duì)應(yīng)于所確定的橫向位移的量。
29.一種計(jì)算斷層攝影方法，包括如下步驟使用輻射源(10 和用于探測(cè)由所述源所發(fā)射的輻射(11 的輻射敏感探測(cè)器(104)， 在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域(106)中的對(duì)象(108)的多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)以采集第一 CT數(shù)據(jù)集，其中，在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間所述探測(cè)器的橫向中心(119)從橫向視場(chǎng)(118)的中心(114)橫向移位；重建由經(jīng)橫向移位的探測(cè)器所采集的所述第一 CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的第一體數(shù)據(jù)；使用所述第一體數(shù)據(jù)模擬由所述經(jīng)橫向移位的探測(cè)器在每個(gè)角位置不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)，其中，將所模擬的數(shù)據(jù)集重新分組給橫向中心基本與所述橫向視場(chǎng)的所述中心對(duì)準(zhǔn)的平坦探測(cè)器；使用所述所模擬的投影數(shù)據(jù)擴(kuò)展由所述經(jīng)橫向移位的探測(cè)器所采集的所述第一 CT數(shù)據(jù)集，以獲得針對(duì)所述多個(gè)角位置中的至少一個(gè)的第二 CT數(shù)據(jù)集；利用所述第二 CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述經(jīng)橫向移位的探測(cè)器所采集的所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集；以及重建所述經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)第一校正的體數(shù)據(jù)。
30.一種用于在相對(duì)于設(shè)置于檢查區(qū)域(106)中的對(duì)象(108)的多個(gè)角位置采集斷層攝影投影數(shù)據(jù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括輻射源(102)；用于探測(cè)由所述源所發(fā)射的輻射(11 的輻射敏感探測(cè)器(104)，其中，所述輻射已經(jīng)穿過所述檢查區(qū)域；其中，在所述投影數(shù)據(jù)的采集期間所述源和所述探測(cè)器的橫向中心(119)中的至少一個(gè)從橫向視場(chǎng)(118)的中心(114)橫向移位；以及重建器006)，所述重建器重建由所述探測(cè)器所采集的第一 CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的第一體數(shù)據(jù)； 使用所述第一體數(shù)據(jù)模擬由所述探測(cè)器在每個(gè)投影角度不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)； 使用所模擬的投影數(shù)據(jù)獲得針對(duì)所述多個(gè)投影角中的至少一個(gè)的第二 CT數(shù)據(jù)集； 利用所述第二 CT數(shù)據(jù)集補(bǔ)充所述第一 CT數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集；以及重建所述經(jīng)初始校正的CT數(shù)據(jù)集以生成表示所述對(duì)象的經(jīng)第一校正的體數(shù)據(jù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括圖像處理器008)，所述圖像處理器處理所述經(jīng)校正的體數(shù)據(jù)以在用戶界面(210)上顯示。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，至少基于所述對(duì)象的尺寸確定所述源和所述探測(cè)器的所述橫向中心中的至少一個(gè)距所述橫向視場(chǎng)的所述中心的橫向位移的量(D)。
全文摘要
提供了一種使用經(jīng)移位的采集幾何結(jié)構(gòu)以改進(jìn)CT圖像采集方法和設(shè)備。可以使用的CT設(shè)備在投影數(shù)據(jù)的采集期間具有從視場(chǎng)(118)的中心(114)橫向移位的源(102)和探測(cè)器(104)。可以基于對(duì)象(108)的尺寸確定橫向位移的量?？梢哉{(diào)節(jié)源和探測(cè)器以改變橫向視場(chǎng)的尺寸。由探測(cè)器所采集的第一數(shù)據(jù)集可以被重建并用于由模擬探測(cè)器在每個(gè)投影角不能采集的缺失投影數(shù)據(jù)?？梢允褂脤?shí)測(cè)投影數(shù)據(jù)和所模擬的投影數(shù)據(jù)獲得第二數(shù)據(jù)集?？梢詫⒌诙?shù)據(jù)集與第一數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較以產(chǎn)生經(jīng)校正的數(shù)據(jù)集。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102177430SQ200980139576
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者C·施雷特, M·貝爾特拉姆, P·福斯曼, S·維斯納, T·克勒, U·范斯特文達(dá)勒 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司