錐形束ct成像。

背景技術(shù)：

錐形束ct由于對(duì)患者的輻射劑量低、在軸向方向有更高的分辨率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和便于小型化等優(yōu)點(diǎn)，已在越來(lái)越多的醫(yī)院使用。但是由于錐形束ct射線源的容積成像原理決定了散射線將在很大程度上降低圖像質(zhì)量。如何去除散射，充分發(fā)揮平板探測(cè)器ct圖像分辨率高的優(yōu)勢(shì)，是獲得高分辨錐形束ct圖像的關(guān)鍵。目前，根據(jù)散射光子獲得的方式，去除散射光子的方法可以分為如下兩類(lèi)：

一類(lèi)是基于軟件的圖像矯正算法，包括噪聲抑制重構(gòu)算法、散射分布解析算法或基于統(tǒng)計(jì)的散射算法。該類(lèi)方法可以取得一定的效果，但也有各自的缺點(diǎn)，例如解析方法欠缺精度，而基于統(tǒng)計(jì)的蒙特卡羅算法受制于計(jì)算速度，臨床應(yīng)用受到限制。

另一類(lèi)是基于硬件的散射校正方法。一部分基于硬件的方法直接減少到達(dá)平板探測(cè)器的散射線，比如增加成像目標(biāo)和探測(cè)器之間的距離；在成像目標(biāo)和探測(cè)器之間添加反散射網(wǎng)格；在射線源和成像目標(biāo)之間添加蝶形衰減板等。在實(shí)際應(yīng)用中，成像目標(biāo)和平板探測(cè)器之間的距離常常是受限的。反散射網(wǎng)格對(duì)散射導(dǎo)致的杯狀偽影有效，但對(duì)散射導(dǎo)致的條狀偽影效果有限，有些情況下還會(huì)降低對(duì)比度噪聲比。蝶形衰減板可以降低投影中心的散射線主射線比，同時(shí)也會(huì)增加邊緣的散射線主射線比。還有一部分基于硬件的方法通過(guò)設(shè)計(jì)具有各種形狀縫隙的遮擋板來(lái)估計(jì)散射分布，但是這類(lèi)方法要么需要對(duì)遮擋部分額外的掃描，增加掃描時(shí)間；要么需要通過(guò)插值計(jì)算遮擋部分，損失分辨率。謝世鵬提出的《一種基于衰減板的散射校正》（電子學(xué)報(bào)2011年第7期）采用2mm均勻鋁材質(zhì)衰減板，衰減板位于射線源和成像目標(biāo)之間，其需要帶有衰減板和不帶有衰減板兩次成像，增加患者受到的輻射。

有些去散射方案則綜合使用上述軟硬件方法，但各種方法固有的不足仍限制其去散射的效果和臨床應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在錐形束ct成像過(guò)程中，由于x光主射線比散射線有更高的能量，因此主射線比散射線有更強(qiáng)的穿透能力。本發(fā)明通過(guò)在成像目標(biāo)和平板探測(cè)器之間設(shè)置均勻材質(zhì)的衰減板來(lái)阻擋來(lái)自成像目標(biāo)的散射線。衰減板具有一定的厚度阻擋大部分來(lái)自成像目標(biāo)的散射線，同時(shí)允許足夠的主射線通過(guò)。主射線通過(guò)衰減板的過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生散射線，這使得平板探測(cè)器上投影圖像的散射線成分主要來(lái)自衰減板。由于衰減板具有已知的形狀，材質(zhì)均勻，且與平板探測(cè)器之間的距離固定。因此通過(guò)投影圖像可以快速和較準(zhǔn)確的計(jì)算投影圖像中來(lái)自衰減板散射線的成分。從投影圖像中減去來(lái)自衰減板散射線的成分既為穿過(guò)衰減板的主射線成分。通過(guò)衰減板的材料和厚度計(jì)算衰減板的衰減系數(shù)，可以獲得未穿過(guò)衰減板前的主射線分布。成像系統(tǒng)利用未穿過(guò)衰減板前的主射線分布重建三維ct數(shù)據(jù)。此方法不需要二次掃描，可以減少散射線的影響，獲得清晰的三維錐形束ct影像。

衰減板可以根據(jù)成像目標(biāo)或掃描方式的不同，而對(duì)應(yīng)不同的形狀。

在計(jì)算每張投影圖像中來(lái)自衰減板的散射成分時(shí)，為減少計(jì)算量通常會(huì)產(chǎn)生降采樣的散射貢獻(xiàn)矩陣。但是大幅度的降采樣會(huì)損失散射貢獻(xiàn)中的高頻成分，實(shí)施例2中提供了一種星形散射貢獻(xiàn)矩陣，在減少計(jì)算量的同時(shí)可以較好的保留散射貢獻(xiàn)中心處的高頻成分。

附圖說(shuō)明：

圖1實(shí)施例1衰減板位置示意圖；

圖2實(shí)施例2衰減板位置和截面示意圖；

圖3實(shí)施例2星形散射貢獻(xiàn)矩陣示意圖；

圖4實(shí)施例3衰減板位置和截面示意圖。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于衰減板的錐形束ct成像系統(tǒng)，成像系統(tǒng)由成像裝置和圖像重建軟件組成。成像裝置包含有機(jī)架和固定在機(jī)架上的x射線源（101）、衰減板（103）和平板探測(cè)器（104）。x射線源（101）發(fā)出的x線穿過(guò)成像目標(biāo)（102）和衰減板（103）后在平板探測(cè)器（104）上成像（見(jiàn)圖1）。成像系統(tǒng)在采集圖像時(shí)，通過(guò)機(jī)架?chē)@成像目標(biāo)旋轉(zhuǎn)，以獲取成像目標(biāo)不同角度的投影圖像。成像目標(biāo)（102）和平板探測(cè)器（104）之間設(shè)置有均勻材質(zhì)衰減板（103），此衰減板沒(méi)有任何縫隙和孔。機(jī)架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，衰減板（103）隨機(jī)架一同旋轉(zhuǎn)，其到平板探測(cè)器（104）之間的距離不變。對(duì)于100kev的x光源，衰減板（103）為均勻水等效密度材料，厚度為3cm。

由于衰減板形狀規(guī)則，材質(zhì)均勻，且與平板探測(cè)器之間的距離固定。因此通過(guò)預(yù)先計(jì)算的衰減板散射核函數(shù)可以快速和較準(zhǔn)確的計(jì)算投影圖像中來(lái)自衰減板的散射成分（文獻(xiàn)”joshstar-lack,mingshansun,et.al.efficientscattercorrectionusingasymmetrickernels.procspie7258,medicalimaging2009:physicsofmedicalimaging,72581z”中有散射計(jì)算的詳細(xì)步驟）。從投影圖像中減去來(lái)自衰減板散射成分既為穿過(guò)衰減板的主射線成分。通過(guò)衰減板的材料和射線穿過(guò)的厚度計(jì)算對(duì)應(yīng)的衰減系數(shù)，可以獲得未穿過(guò)衰減板前的主射線分布。最后利用未穿過(guò)衰減板前的主射線分布重建三維ct數(shù)據(jù)，重建算法采用fdk算法。

實(shí)施例2：

此實(shí)施例中硬件部分除了衰減板外其它與實(shí)施例1相同（見(jiàn)圖2）。此實(shí)施例中的衰減板（201）為均勻水等效密度材料，因?yàn)閳D像的中心常常有更大比例的散射線，因此將衰減板的表面設(shè)計(jì)為弧形，中間有更大的厚度以更好的阻擋散射線。對(duì)于100kev的x光源，衰減板邊緣厚度為2.5mm，中心厚度為3.5mm（見(jiàn)圖2下部衰減板截面示意圖）。

一個(gè)筆形束主射線在平板探測(cè)器上的散射貢獻(xiàn)矩陣通常是圖3左側(cè)的形式，a44為筆形束的中心，既此筆形束對(duì)所有像素（或降采樣后像素）的散射貢獻(xiàn)都要被計(jì)算，計(jì)算量很大。為減少計(jì)算量，我們參照劑量計(jì)算中的clapsedcone算法（見(jiàn)文獻(xiàn)”collapsedconeconvolutionofradiantenergyforphotondosecalculationinheterogeneousmedia,medcalphysics,volume16,issue4,1989,pages577-592”），設(shè)計(jì)了在平板探測(cè)器二維平面上的星形散射貢獻(xiàn)矩陣（見(jiàn)圖3右側(cè)），以減小計(jì)算量。圖3右側(cè)是星形散射貢獻(xiàn)矩陣的示意圖，以b44為中心的筆形束的散射貢獻(xiàn)被分割為灰白相間的8個(gè)方向的cone，每個(gè)cone中相鄰弧線間的散射被集中到cone中心軸線的像素上（例如左上角灰色cone的散射貢獻(xiàn)就被集中到b33、b22、b11、b00等像素上）。這樣疊加或者卷積運(yùn)算只需要在cone方向上進(jìn)行，大大減少了運(yùn)算量。利用星形散射貢獻(xiàn)矩陣計(jì)算得到來(lái)自衰減板散射成分后，采用和實(shí)施例1中相同的方法計(jì)算未穿過(guò)衰減板前的主射線分布，最后采用迭代的壓縮感知算法重建三維ct數(shù)據(jù)。

此實(shí)施例雖然采用了8個(gè)方向cone的星形散射貢獻(xiàn)矩陣，但是實(shí)際應(yīng)用中并不局限于8個(gè)方向cone?？梢愿鶕?jù)計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間要求在不同的方向添加或減少cone，更多的cone方向?qū)?yīng)更高的計(jì)算準(zhǔn)確性，但也需要更多的計(jì)算時(shí)間。

實(shí)施例3：

許多錐形束ct具有full-fan和half-fan兩種掃描模式，對(duì)較小的成像目標(biāo)通常采用full-fan模式，對(duì)較大的成像目標(biāo)則需要采用half-fan模式。實(shí)施例1和實(shí)施例2均為full-fan掃描，平板探測(cè)器在中央位置。此實(shí)施例為half-fan掃描，平板探測(cè)器向一側(cè)偏移（見(jiàn)圖4），衰減板（401）為均勻鎢材質(zhì)，表面為偏心弧面，最厚處1.3mm，較薄的邊緣厚1.0mm，較厚的邊緣厚1.2mm（見(jiàn)圖4下部衰減板截面示意圖）。half-fan掃描模式下，每張投影圖像可獲得大于一半的成像目標(biāo)（402）的投影，整個(gè)掃描需要采集360度的投影圖像。散射線的計(jì)算和去除方法和實(shí)施例2相同，通過(guò)未穿過(guò)衰減板前的主射線分布重建三維ct數(shù)據(jù)則采用half-fan模式專(zhuān)用的重建算法（見(jiàn)文獻(xiàn)”shuaileng,et.al.,exactfan-beamimagereconstructionalgorithmfortruncatedprojectiondataacquiredfromanasymmetrichalf-sizedetector,physicsinmedicineandbiology,volume50,2005,pages1805-1820”）。