專利名稱：多片層限制投影角度正電子發(fā)射斷層照相術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療成象領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及利用限制投影角度的正電子發(fā)射照相術(shù)進(jìn)行圖象重構(gòu)。
發(fā)明
背景技術(shù)：
按照被稱為發(fā)射計算機斷層照相術(shù)的醫(yī)療成象技術(shù)，根據(jù)對從一個物體中發(fā)射出的伽馬射線的監(jiān)測結(jié)果創(chuàng)建該物體的圖象。按照正電子發(fā)射斷層照相術(shù)(PET)，在成象物體中發(fā)生的正電子湮滅產(chǎn)生成對的伽馬射線，每一對的兩束伽馬射線彼此成180度分離。由每對伽馬射線形成的路徑表示一條直線，這種直線有時被稱作“重合線”。通過計算這些重合線的位置可以確定物體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的具體位置。
與PET系統(tǒng)涉及有關(guān)的兩個主要問題是成象設(shè)備的成本和采集原始數(shù)據(jù)所需時間。一種使重構(gòu)圖象數(shù)據(jù)所需時間最少的方案是采用大型的、靜止的探測器圍繞著病人，這些探測器同時覆蓋住橫斷面(垂直于視場內(nèi)縱軸、或z軸的平面)內(nèi)的所有投影角度。但是，大型的探測器成本可能相當(dāng)高。另一種方案是采用可以繞z軸旋轉(zhuǎn)的較小的探測器每次僅僅探測投影角度的一部分。這種方法降低了設(shè)備成本，但是增加了采集數(shù)據(jù)所需時間。所以，需要有一種技術(shù)能夠在不增加設(shè)備成本的前提下減少采集數(shù)據(jù)所需時間。
與現(xiàn)有的PET系統(tǒng)相關(guān)的其它問題包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)重構(gòu)圖象的方法的精確度和執(zhí)行這種重構(gòu)所需的計算時間。在PET成象系統(tǒng)中，重合線不限于垂直于視場z-軸的平面(即，橫斷面平面)；事實上，大部分這類重合線相對于該橫向平面是斜交的。所以，PET系統(tǒng)中的圖象重構(gòu)技術(shù)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)發(fā)射的伽馬射線的這種三維特性。已經(jīng)有幾種方法用于重構(gòu)這類三維數(shù)據(jù)，包括迭代法和非迭代法。例如，“單片層重新分組”方法為每一條重合線指定一個特定的兩維“竇腔X線照相圖形”(sinogram)。但是，單片層重新分組方法的缺點在于必須使用某種幾何近似。某些“完全三維”重構(gòu)方法避免使用幾何近似，但是計算量增大，所需相當(dāng)多的處理時間。
所以，需要一種PET系統(tǒng)圖象重構(gòu)技術(shù)，其在減少計算時間的同時具有完全三維方法的精確度。此外，還要求這種技術(shù)能夠在不增加設(shè)備成本的前提下減少采集原始數(shù)據(jù)所需時間。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了用于在醫(yī)療成象系統(tǒng)中重構(gòu)圖象的一種方法。還提供了用于探測橫向射線和斜向射線的探測器。然后將所探測的射線轉(zhuǎn)換成表示所探測射線的一組數(shù)據(jù)。之后將這些數(shù)據(jù)重新分組(rebin)以創(chuàng)建相應(yīng)于各個橫向片層圖象的大量兩維數(shù)據(jù)組，這些片層圖象結(jié)合構(gòu)成一幅三維圖象。射線的探測是這樣進(jìn)行的，使得對于每個數(shù)據(jù)組，包括在該數(shù)據(jù)組中的數(shù)據(jù)表示該數(shù)據(jù)組對應(yīng)的片層圖象的全部可能的投影角度的一部分。為了根據(jù)這些數(shù)據(jù)組，逐個片層地重構(gòu)一幅三維圖象，對于每個數(shù)據(jù)組應(yīng)用了一種兩維迭代重構(gòu)算法。此外，對于重新分組的數(shù)據(jù)進(jìn)行軸向濾波。
在本發(fā)明的一個實施例中，將數(shù)據(jù)重新分組的步驟包括以下步驟對于每個傾斜射線，從橫向數(shù)據(jù)組中確定和該射線相交的圖象，和對于與和該射線相交的圖象相關(guān)的每一個數(shù)據(jù)組應(yīng)用代表該射線的一個增量。
在一個實施例中，使用限制投影角度是通過使探測器不圍繞z軸旋轉(zhuǎn)而實施第一掃描動作而實現(xiàn)的。在另一個實施例中，使用限制投影角度是通過使探測器沿圍繞z軸的一條螺旋形路徑實施第一掃描運行而實現(xiàn)的。
通過附圖和以下的詳細(xì)描述可以了解本發(fā)明的其它特征。
附圖簡介本發(fā)明僅是以附圖所示特征為例進(jìn)行解釋，但是并不局限于此，在附圖中相同的標(biāo)號表示相同的單元，在這些附圖中

圖1為使用本發(fā)明的圖象重構(gòu)技術(shù)的一個成象系統(tǒng)的方塊圖。
圖2為表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和圖象重構(gòu)的一系列步驟的方塊圖。
圖2a是根據(jù)本發(fā)明圖象重構(gòu)步驟的替代性系列步驟的部分框圖。
圖3為表示用于在PET系統(tǒng)中重新組織(“重新分組”)原始重合數(shù)據(jù)的一種已知技術(shù)的橫向幾何示意圖。
圖4表示如圖3所示設(shè)置的一個點源的竇腔X線照相圖形。
圖5為表示用于在PET系統(tǒng)中重新組織原始重合數(shù)據(jù)的新技術(shù)的橫向幾何示意圖。
圖6為表示圖5所示技術(shù)的軸向幾何示意圖。
圖7表示顯示重組原始數(shù)據(jù)的各種技術(shù)性質(zhì)的竇腔X射線照相，具體地說就是采用單片層重新分組的已知技術(shù)，和采用多片層重新分組的本發(fā)明技術(shù)。
圖8以曲線形式表示根據(jù)本發(fā)明獲得的軸向(z)擴散函數(shù)。
圖9以曲線形式表示采用本發(fā)明的和其它圖象重構(gòu)技術(shù)所得的一個點源形成的軸向(z)斷面圖的數(shù)據(jù)。
圖10表示用于實施限制投影角度PET成象的一種設(shè)備。
圖11為表示使用限制投影角度進(jìn)行多片層數(shù)據(jù)重新分組和軸向數(shù)據(jù)濾波的一種方法的流程圖。
圖12為表示使用螺旋形掃描從限制投影角度采集數(shù)據(jù)的一種方法的流程圖。
圖13A表示在采用螺旋形掃描的PET成象中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的一種技術(shù)。
圖13B表示在采用螺旋形掃描的PET成象中采集正交數(shù)據(jù)組的一種技術(shù)。
圖14為一表示一種迭代圖象空間重構(gòu)方法的流程圖。
圖15為一表示一種迭代投影空間重構(gòu)方法的流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述下面介紹以限制投影角度生成圖象的、采用多片層數(shù)據(jù)重新分組的正電子發(fā)射斷層照相術(shù)(PET)方法和裝置。在以下描述中，僅僅是為了解釋，介紹了大量的具體細(xì)節(jié)，以便于對本發(fā)明有完整的理解。但是，很顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，即使沒有這些具體細(xì)節(jié)，也能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。在其它例子里，以方塊示意圖形式表示已知的結(jié)構(gòu)和裝置，以避免造成對本發(fā)明的模糊理解。
圖1為表示使用本發(fā)明在成象系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和處理的簡化方塊示意圖。成象系統(tǒng)10包括一個機架12，在該機架中設(shè)置有一個六角形探測器陣列，下面將詳細(xì)介紹該探測器陣列。機架12具有一個中央開口14，待成象者可以放置在其中。與機架12相聯(lián)的部分可以包括電子電路16，該電子電路通常包括前置放大器和加法放大器，其接收并對由探測器產(chǎn)生的原始模擬重合數(shù)據(jù)進(jìn)行初始調(diào)整。與機架12相關(guān)的電路16輸出傳送到數(shù)字化轉(zhuǎn)換器和積分器18，其類型是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，所得信號又傳送到一個電路板20，其上的電路用于計算正電子源的位置和將數(shù)據(jù)重新組織成所需的數(shù)據(jù)組，例如一些竇腔X線照相圖形。電路板22接收位置計算電路板20的輸出，并用于根據(jù)已知的算法消除畸變。所得數(shù)據(jù)傳送到一個電路板24，在該電路板執(zhí)行如下詳述的多片層重新分組操作。前置放大器和加法放大器16還與鑒別器和重合電路18相連，其選擇那些重合的伽馬射線并將它們標(biāo)記為湮滅事件，和一個主控制器28，其用于控制該重合系統(tǒng)的操作。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，數(shù)字化轉(zhuǎn)換器和積分器18、位置計算電路板20、畸變消除電路板22、多片層重新分組電路板24、鑒別器和重合電路26和主控制器28實際上都安裝在一個在圖中未示出的電路箱中。
中央處理器(CPU)和存儲器與一臺主計算機30相連。陣列處理器和圖象顯示站也與該主計算機30相連。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和圖象重構(gòu)的流程圖。下面詳細(xì)介紹圖2所示的各個步驟和操作過程。
現(xiàn)在參見圖2，在該程序的數(shù)據(jù)采集過程，在步驟32檢測射線兩端的坐標(biāo)x1、z1、x2、z2。然后在步驟34將x坐標(biāo)(x1,x2)轉(zhuǎn)換成其它方便使用的數(shù)據(jù)組，例如，平面極坐標(biāo)(r,θ)。在步驟36將表示端點的z坐標(biāo)(z1,z2)進(jìn)行相關(guān)和轉(zhuǎn)換為被射線橫穿的起始片層和結(jié)束片層。然后，在步驟38利用多片層重組技術(shù)，在本說明書的其它部分對此作過介紹，相對于被射線橫穿的片層，將這些數(shù)據(jù)組(在這里為竇腔X線照相圖形)進(jìn)行增量處理。
在完成上述的數(shù)據(jù)采集之后，進(jìn)行圖象重構(gòu)。在優(yōu)選實施例中，在步驟40將這些竇腔X線照相圖形傳送到主計算機30；然后按照兩種可選擇的順序之一執(zhí)行重構(gòu)運算。按照其中一種順序，其表示在圖2中，并且為了方便將其稱為“圖象濾波”，在步驟42，根據(jù)這些竇腔X線照相圖形組重構(gòu)成初始圖象，然后進(jìn)行軸向濾波(在步驟44)以便在步驟46獲得最終的圖象。按照另一種可選擇的方法，其表示在圖2a中，在重構(gòu)一組圖象之前，在步驟48對于這些竇腔X線照相圖形組進(jìn)行軸向濾波。這種方法也被稱為“竇腔X線照相圖形濾波法”。然后在步驟50可以重構(gòu)出一組圖象，以獲得最終的圖象46’。下面更加詳細(xì)地討論重構(gòu)的具體方法。
將一次成象中的重合數(shù)據(jù)壓縮的通用方法是將數(shù)據(jù)重新組織，或“重新分組”為投影數(shù)據(jù)，或竇腔X線照相圖形的若干矩陣，使得這些投影數(shù)據(jù)矩陣對應(yīng)于穿過被成象者的若干平行片層。
圖3和圖4表示建立表示兩維空間中點源的竇腔X線照相圖形的已知技術(shù)。在圖3中一個點源“P”位于被六角形探測器陣列52-62圍繞著的視場中。重合線“L”被探測器54和62探測到，為了便于解釋，該重合線位于垂直于視場縱軸(z)的一個平面內(nèi)，因此處于一個待研究的片層空間內(nèi)。通過根據(jù)重合線“L”的端點d1,d2相對于探測器62和54的位置進(jìn)行計算，可以確定通過點源“P”的一條重合線。同樣可以確定從視場中心(z軸)到點P的半徑。此外，還可以確定P點相對于水平線或其它基準(zhǔn)線的坐標(biāo)角θ。相對于距中心的距離(r)繪出坐標(biāo)角θ，如圖4所示，就得到圖4中的一個竇腔X線照相圖形，它是r和θ(兩維竇腔X線照相圖形的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo))的函數(shù)。因此，對于在掃描儀視場內(nèi)縱軸(z)上指標(biāo)I(z)處的重構(gòu)片層，存在一個對應(yīng)的竇腔X線照相圖形，其可以標(biāo)記為“sino(r,θ,I(z))”，該函數(shù)可以輸入到重構(gòu)算法中。
現(xiàn)在參見圖5和圖6,(d1,z1)和(d2,z2)為根據(jù)一對共線伽馬射線的探測所得的探測器坐標(biāo)。從(d1,z1)到(d2,z2)的重合線“L2”投影到z=0的橫向平面(x,y)中，從中確定投影線和投影線中點“M”的參數(shù)(r,θ)。對于投影線中點M，可以求得投影到這個點的線L2的z坐標(biāo)。參見圖6，這個z坐標(biāo)標(biāo)記為Z，可以看出Z=(z1+z2)/2。I(Z)表示包含Z點的片層指標(biāo)，竇腔X線照相圖形中位置的增量可以用incr表示。因此，對于每一條重合線，可以如上所述求出r,θ,Z，并且將incr加入sino(r,θ,I(z))中。
在上述步驟中，對于每一條重合線，僅僅將增量施加到一個竇腔X線照相圖形中。在這種情況下，其可以被稱為“單片層數(shù)據(jù)重組”，將增量(incr)設(shè)定為1。但是，在多片層數(shù)據(jù)重組中，根據(jù)本發(fā)明，增加了以下步驟不僅僅考慮投影線L2上的中點“M”，而且還求出重合線L2進(jìn)入和離開待成象體積層的z坐標(biāo)。再參見圖6，重合線L2的z坐標(biāo)表示為“zlo”和“zhi”。將六角形上兩個探測器之間的距離，即，從探測器坐標(biāo)(d1,0)到(d2,0)的線段長度表示為t。則可以看到zlc=Z-(s/2)︱z2-z1︱/t和zhi=Z+(s/2)︱z2-z1︱/t
其中“s”(參見圖5和圖6)被設(shè)定等于橫向視場的直徑。
使在I(zlo)和I(zhi)之間的每個片層i的竇腔X線照相圖形sino(r,θ,i)遞增。對于給定的重合線，對于在該范圍內(nèi)的所有的片層給出相同增量，但是對于不同的重合線，根據(jù)遞增的竇腔X線照相圖形的數(shù)量的不同，這個增量是不同的。因此，增量反比于所增加的竇腔X線照相圖形的數(shù)量，即incr=maxincrl(zhi)-l(zlo)+1]]>在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，竇腔X線照相圖形和增量都用整數(shù)表示，最大增量設(shè)定為64。在所有的重合線數(shù)據(jù)都重新分組之后，加入一個歸一化因子，從而使得竇腔X線照相圖形的總計數(shù)等于經(jīng)過數(shù)據(jù)重組的事件數(shù)目。
圖7表示了單片層和多片層數(shù)據(jù)重組的兩種方法的性質(zhì)。這個圖表示相對于由兩個小(6毫米直徑)球形源，一個中心在(0,0,0)，另一個中心在(100,0,0)，構(gòu)成的放射性分布，根據(jù)模擬的重合數(shù)據(jù)(厚度2毫米的片層)的重組所得到的竇腔X線照相圖形。
上面一排竇腔X線照相圖形幀用一組從單片層重組獲得的竇腔X線照相圖形表示一定范圍的片層，其中包含兩個源中心的片層(即z=0的片層)位于這一行的右手末端。從這些竇腔X線照相圖形可以看出，逐個片層的重構(gòu)構(gòu)成了源(0,0,0)的精確圖象，但是所生成的源(100,0,0)的圖象具有畸變。對于該源的偏離中心的圖象，竇腔X線照相圖形在角度上(圖7中垂直方向)是不均勻的，因為在某些角度的計數(shù)已經(jīng)指定給不包含該源的片層。根據(jù)不均勻的竇腔X線照相圖形例如這些圖形進(jìn)行重構(gòu)將導(dǎo)致畸變的圖象。對于一個典型的點源，沿x,y和z方向的斑點數(shù)量強烈地依賴于源的位置。
再參見圖7，圖6中中間一排竇腔X線照相圖形表示按照多片層數(shù)據(jù)重組獲得的相應(yīng)片層。與單片層數(shù)據(jù)重組(上面討論的最上一排)比較，竇腔X線照相圖形在角度上均勻得多，但是可以看到，沿z方向存在很強的斑點，如下所述，這些斑點可以根據(jù)本發(fā)明通過軸向濾波處理加以校正。圖7中下面一排竇腔X線照相圖形幀表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行多片層數(shù)據(jù)重組和軸向濾波的效果。
再參見圖7，應(yīng)當(dāng)指出，對于未經(jīng)濾波的多片層數(shù)據(jù)重組，一個點源的重構(gòu)圖象比較合理的定位于x和y方向，但是沿z方向擴散。該圖象之所以位于x和y方向，是因為對于每個z值重組的竇腔X線照相圖形在角度θ的整個范圍內(nèi)都是比較合理地均勻的。對于軸向視場的中央片層中的點源，其沿z方向的擴散是最大的，因為對于這樣的點，所探測的重合線的斜率范圍最大。隨著這個點沿z-方向向軸向視場的邊緣移動，其沿z方向的擴散程度穩(wěn)定下降，直到在軸向視場的邊緣擴散變?yōu)榱?，在那里探測不到傾斜的重合線。這種關(guān)系在圖8中表現(xiàn)得很明顯，圖8以曲線形式表示在一個示例性掃描器中z軸上的七個點的擴散函數(shù)(按照如下所述方式求得)。這些點分布在從z=0(圖8中軸向位置64)至z=60(圖8中軸向位置124)的范圍內(nèi)。軸向位置64表示沿視場軸向(z)的中點。
沿z方向的模糊程度強烈地依賴于點源的z坐標(biāo)，這阻礙了使用消除竇腔X線照相圖形或重構(gòu)圖象沿z方向的模糊的最有效的重疊合法。但是，這個問題可以利用更為普通的方法解決。更為基本的問題是模糊程度與x’和y’的相關(guān)性，這個問題的產(chǎn)生是由于具有一定r,θ，和斜率(其中斜率=(z1-z2)/t)、并且通過z=z’平面中遠(yuǎn)離z軸的一個點的一條線所增加的片層組與具有相同r,θ，和斜率、而通過(0,0,z’)點，即通過在同一平面上但是在z軸上的一個點的一條線不同。這個問題可以在成象空間中采用通常的、如下所述的去模糊方法而解決。但是，對于在竇腔X線照相圖形空間中實施的方法，它是一個基本的問題，因為在數(shù)據(jù)處理或數(shù)據(jù)重組過程中，通過許多不同的橫截面點(x’,y’)的重合線會集在竇腔X線照相圖形的同一位置(r,θ)。因此，校正該竇腔X線照相圖形的程序必須假定模糊函數(shù)對于不同點(x’,y’)是相同的。
如上所述，對于重合數(shù)據(jù)的重組有效地生成了一組竇腔X線照相圖形，每個圖形都可以利用一種兩維重構(gòu)算法獨立地重構(gòu)出來以生成一組片層圖象?？偟恼f來，為了方便可以將這些圖象稱為初始圖象。如上所述，對于傾斜重合線的多片層數(shù)據(jù)重組會導(dǎo)致竇腔X線照相圖形沿z方向，進(jìn)而在三維重構(gòu)體元中產(chǎn)生模糊。
根據(jù)本發(fā)明，軸向濾波找到并消除了在重構(gòu)體元中存在的不被接受的模糊，現(xiàn)在詳細(xì)介紹這種比較可取的技術(shù)。
(a)圖象濾波術(shù)語“目標(biāo)空間”和坐標(biāo)(x’,y’z’)可以用于描述包含表示為f’的未知放射性分布的三維空間。術(shù)語“圖象空間”和坐標(biāo)(x,y,z)可以用于描述包含表示為f的重構(gòu)的放射性分布估算值和表示為g的初始圖象的三維空間?？梢约俣ㄌ綔y程序是線性的，使得在重合數(shù)據(jù)與函數(shù)f’之間存在線性關(guān)系。因為多片層數(shù)據(jù)重組和逐片層重構(gòu)為線性運算，初始圖象g可以用放射性分布f’項表示為g(x,y,z)=∫∫∫f(x′,y′,z′)h(x,y,z,x′,y′,z′)dx′dy′dz′其中h為點響應(yīng)函數(shù)。更具體地說，h(x,y,z,x’y’,z’)為由于在(x’,y’z’)存在一個分離點源在初始圖象中(x,y,z)點的重構(gòu)值。上述方程的離散形式可以表示為g=Hf’其中g(shù)和f’為N×1矢量，H為N×N矩陣。
在三維模糊的情況下，N為體元圖象中矩陣元的總數(shù)。但是，在圖示的僅僅沿z方向存在明顯模糊的情況下，N為片層數(shù)目，對于該橫向平面中的每個點(x,y)有一個分立的方程系。因為濾波運算的計算量比處理三維模糊的情況小得多，以及因為，如上所述，由于多片層數(shù)據(jù)重組產(chǎn)生的模糊大部分集中在z方向，所以將注意力集中在僅僅在z-方向存在模糊的情況是切實可行的。
對于特定的掃描器幾何結(jié)構(gòu)，通過模擬在目標(biāo)空間中一個網(wǎng)格上相應(yīng)位置的一個點源的多片層數(shù)據(jù)重組過程，可以求得矩陣H中的每個矩陣元h?？梢岳斫?，由于g和H是已知的，對于我們想要獲得f(放射性分布的一個估算值)的圖象空間中的每一列(每個x和y)有一個線性方程系，所說f中的矩陣元對應(yīng)于這一列的N片層。
求解在處理去模糊問題時列出的線性方程系的方法在許多書(例如，P.A.Jansson，解相關(guān)在譜測量方面的應(yīng)用Orlando,Fla.:Academic Pres,1984；S.Twomey，遙測和間接測量中反演數(shù)學(xué)介紹Amsterdam:E1sevier,1977)和研究論文(例如，B.R.Frieden，圖象增強和復(fù)原，“Chapter 5in.圖象處理和數(shù)字濾波，T.S.Huang,Ed.Beriln:Springer-Verlag,1979,pp.177-248)中都有論及。解決這些問題的傳統(tǒng)線性方法獲得一個矢量解f，這個解是滿足方程和滿足某些平滑條件之間的折衷解。這些線性方法的優(yōu)點在于可以預(yù)先計算并存儲相關(guān)矩陣的逆，然后用于濾波不同組的數(shù)據(jù)。解決去模糊問題的非線性方法實質(zhì)上是迭代法，通常需要比線性方法更多的計算量，但是它們的優(yōu)點在于可以在矢量解f的矩陣元上施加正約束條件。
在實施本發(fā)明時，可取的是采用一種迭代去模糊方法，這種方法被稱為黃金比率法，P.A.Jansson,supra，或Chahine弛豫法，W.P.Chu,Limb觀看遙測用chahine非線性弛豫逆方法的收斂問題，”Appl.Opt.,vol.24,pp.445-447。從該程序第k次迭代獲得的估算值標(biāo)記為f(k)，在該程序開始時設(shè)定f(0)=g。該算法的第(k+1)’次迭代(k≥0)由下式給出f1(k,l)=fi(k)[gf(Hf(k))i],i=1,...,N]]>實際上，該算法可以僅僅進(jìn)行很少幾次迭代，在達(dá)到較好的數(shù)值收斂時停止。通過改變迭代次數(shù)，可以實現(xiàn)初始圖象的去模糊和噪聲放大之間的不同的折衷要求。
由于系統(tǒng)矩陣H中沒有負(fù)的矩陣元，因此，如果數(shù)據(jù)矢量g的矢量元也是非負(fù)的，則校正的乘法特性可以確保所有矩陣元f(k+l)都是非負(fù)的。為了獲得這種所需特性，可以使用初始圖象作為矢量g，并將其中所有負(fù)值設(shè)定為零。(b)竇腔X線照相圖形濾波已經(jīng)解釋過，位于(x’,y’z’)的點源使得竇腔X線照相圖形沿z方向出現(xiàn)模糊，這種現(xiàn)象強烈地依賴于z’，而與x’和y’的關(guān)系很弱。如果假定點擴散函數(shù)僅僅與z’相關(guān)，而與x’和y’無關(guān)，則初始圖象可以利用放射性分布表示為g(x,y,z)=∫f′(x,y,z′)h3(z,z′)dz′其中h3(z,z’)為由于在(x,y,z’)點存在一個點源而在初始圖象中點(x,y,z)的重構(gòu)值。由上述方程表示的圖象空間模糊可以利用坐標(biāo)(r,θ,z)表示為等價的竇腔X線照相圖形模糊值。通過取上述方程兩邊的投影(逐片層)，可以從圖象空間轉(zhuǎn)換到竇腔X線照相圖形空間。所得的竇腔X線照相圖形空間表示為q(r,e,z)=∫P′(r,e,z′)h3(z,z′)dz應(yīng)當(dāng)指出，p’,p和q與上述圖象濾波情況中f’,f和g類似。使上述關(guān)于N片層情形的方程離散化，得到q=H3P′其中q和p為N×1矢量(對于每個r和θ)，H3為一個N×N矩陣。通過對于位于N個不同的z-位置點的一個點源模擬多片層數(shù)據(jù)重組過程可以求得關(guān)于一種特定掃描器結(jié)構(gòu)的矩陣H3的矩陣元。由于q和H3是已知的，現(xiàn)在我們對于每一r和θ得到一個線性方程系，從這個方程系我們可以計算出每一片層的未知p’(r,θ,z)。
利用上述用于圖象濾波的相同迭代方法，我們可以獲得p’的一個估算值，即p(k+1)=p(k)[q(H3p(k))]]]>其中，如前所述，該方程應(yīng)當(dāng)解釋為從矢量p(k)的第i’分量、q、和(H3p(k))求得p(k+1)的第i’分量，該算法在初始時設(shè)定p(o)=q。由于數(shù)據(jù)矢量q或系統(tǒng)矩陣H3沒有負(fù)的矢量元或矩陣元，這種校正的乘法特性能夠確保所有p(k+l)矩陣元都是非負(fù)的。所以這種技術(shù)具有所需的特性，即它自動產(chǎn)生具有實際意義的解，而不會在去模糊的竇腔X線照相圖形中出現(xiàn)負(fù)的計數(shù)。
現(xiàn)在描述利用竇腔X線照相圖形濾波和圖象濾波進(jìn)行軸向濾波的具體實施過程。在描述中所引用的數(shù)值適于UGM PENN-PET掃描器(6個探測器，865毫米的探測器有效間隔，128毫米有效軸向視場)的幾何結(jié)構(gòu)，其具有通常所選擇的數(shù)據(jù)重組和重構(gòu)參數(shù)(例如，2毫米片層厚度、6.5度軸向接收角、256毫米直徑重構(gòu)視場、2毫米象素尺寸)。
為了進(jìn)行竇腔X線照相圖形濾波，我們求得從z’=0(掃描器的中央橫截面片層)至z’=64毫米(在軸向視場末端的片層)相隔2毫米(即，片層厚度)的33個z’值的H3(z,z’)。z采樣值的數(shù)量依賴于接收角和在軸向視場中的位置z’。對于6.5度的接收角，擴散函數(shù)的總寬度在z’=0處為15片層，在z’=64毫米處下降至零寬度。每個z’的擴散函數(shù)值通過模擬數(shù)據(jù)的多片層重組獲得，如下所述。
在(0,0,z’)點放置一個模擬點源，模擬10000條通過該點源和位于y-z平面的直線。這些直線在接收角所限定的角度范圍內(nèi)(例如，平面z=z’兩側(cè)±6.5度)是均勻分布的。對與一對探測器相交的每一條模擬直線進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，將竇腔X線照相圖形空間中每一片層的總累積值存儲在存儲器中，作為這個z’值的擴散函數(shù)。然后將模擬點沿z軸移動通過等于片層厚度的一段距離，重復(fù)這種多片層數(shù)據(jù)重組過程，以產(chǎn)生下一個擴散函數(shù)。
在已經(jīng)計算出一個擴散函數(shù)表之后，利用上述的迭代方法進(jìn)行竇腔X線照相圖形濾波。對于一系列竇腔X線照相圖形中每個橫截面位置(r,θ)，有一長度為N(片層數(shù)目)的軸向列。選擇這一軸向列中的竇腔X線照相圖形值作為矢量q的矢量元，并且在開始執(zhí)行這種計算p’的迭代方法時設(shè)定p(0)=q。經(jīng)過K次迭代(通常從2至5)之后，將矢量p(k)存儲在這一(r,θ)的軸向列中，重復(fù)這個過程以求得這些竇腔X線照相圖形中的下一個(r,θ)列。
在圖象濾波的情況下，我們求得從z’=0(掃描器中央橫截面片層)至z’=64毫米(軸向視場末端處片層)相隔2毫米的33個z’值的hi(x,y,z,z’)。對于每個z’值，我們求出在間隔為20毫米的一個7×7網(wǎng)格上49個x和y采樣值的hi(x,y,z,z’)，使得該網(wǎng)格沿x和y方向從0延伸到120毫米。這些采樣值沿x和y方向的間隔i大于沿z’方向的間隔，因為函數(shù)hi的沿z’方向的變化率比沿x和y方向大得多。z方向采樣值的數(shù)量依賴于接收角和位置(x,y,z’)。如下所述，每個位置的擴散函數(shù)值通過模擬數(shù)據(jù)的多片層重組而獲得。
在(x,y,z’)點設(shè)置一個模擬點源，并且模擬通過該點源的直線，這些直線在由接收角限定的角度范圍(例如z=z’平面兩側(cè)±6.5度)和直線在橫向平面上投影的0至180度角度范圍內(nèi)均勻分布。將與一對探測器相交的每一條模擬直線進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，將竇腔X線照相圖形空間中每一片層的總累積值存儲作為這個(x,y,z’)點的擴散函數(shù)。然后將模擬點移動到下一個網(wǎng)格點，重復(fù)多片層數(shù)據(jù)重組過程以求得下一個擴散函數(shù)。我們現(xiàn)在模擬相對于點源的7×7×33=1617個位置中每一個位置的192×256個角度(橫向×軸向)的直線。在其處擴散函數(shù)被計算的這些位置分布在x≥0,y≥0,z≥0的圖象空間八分之一象限中。如果需要某些任意點(x,y,z)的模糊函數(shù)hi，可以使用最接近(︱x︱,︱y︱,︱z︱)點位置處的預(yù)先計算的擴散函數(shù)。
圖8表示了z’軸上各點的點擴散函數(shù)hi的實例。圖8清楚地表示了當(dāng)模擬點源沿z’軸移動時，由于軸向接收角的減小，軸向擴散函數(shù)高度和寬度的減小。濾波程序調(diào)整了hi函數(shù)相對高度的數(shù)據(jù)，從而自動進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軸向歸一化，以及軸向去模糊處理。如所解釋的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)擴散函數(shù)在橫向上基本是不變的，但是在z方向急劇變化。
上述的圖象濾波方法以與實施上述竇腔X線照相圖形濾波相似的方式獨立地應(yīng)用于圖象空間中的每一個軸向列?？梢哉J(rèn)為上述的圖象濾波比竇腔X線照相圖形濾波更加通用，因為竇腔X線照相圖形濾波基于在(x’,y’,z’)點的點源的擴散函數(shù)獨立于x’和y’的假定。另一方面，這個假定意味著對于竇腔X線照相圖形濾波只需要幾個不同的擴散函數(shù)，所以為生成擴散函數(shù)表需要相對較少的計算量。當(dāng)用于各種方法的擴散函數(shù)表產(chǎn)生之后，實施竇腔X線照相圖形濾波所用時間近似等于圖象濾波所用時間的四倍，因為所涉及的矩陣的相對大小不同。對于上述的幾何結(jié)構(gòu)，每一片層的竇腔X線照相圖形矩陣為192角度×256射線，而每一片層的重構(gòu)圖象為一個直徑128象素的圓形區(qū)域。利用一個非優(yōu)化程序，在一臺Sun Microsystems SparcStation330工作站上(利用一個預(yù)先計算的擴散函數(shù)表)，對于一個63片層的空間圖象的5次迭代圖象濾波運算可以在少于3分鐘時間內(nèi)完成。
圖9表示利用單片層重構(gòu)獲得的與一個點源相關(guān)的曲線，其中表示了一條具有較低幅值但是較寬的曲線，以及利用竇腔X線照相圖形和圖象軸向濾波重構(gòu)的相同數(shù)據(jù)。后兩條曲線具有較高的幅值，一條較窄的曲線表明在采用多片層數(shù)據(jù)重組之后再進(jìn)行軸向濾波所達(dá)到的改進(jìn)特性。
在數(shù)據(jù)采集過程中可以實時進(jìn)行多片層數(shù)據(jù)重組的運算，從而可以相對于前面所述的方法減少存儲量和計算量。
在PET成象中，通常在圍繞z軸180度的投影范圍內(nèi)采集重合數(shù)據(jù)。到目前為止，對于本發(fā)明的描述基于在圍繞z軸的所有投影角度(即對于整個180度范圍)采集數(shù)據(jù)的假定。但是，由于時間和成本限制，從所有投影角度采集數(shù)據(jù)可能是不實用的。如下面所述的，本發(fā)明包括僅僅使用限制投影角度進(jìn)行多片層數(shù)據(jù)重組和軸向濾波以減少采集和重構(gòu)數(shù)據(jù)所需的總時間的一種方法。但是，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明使用限制投影角度并不限于用于多片層數(shù)據(jù)重組。
還應(yīng)當(dāng)理解，由于使用限制范圍的投影角度，導(dǎo)致所獲得的數(shù)據(jù)組不完整。濾波背投影(FBP)重構(gòu)技術(shù)基于可以獲得完整數(shù)據(jù)組的假定，所以不適用于這個目的。但是，通過使用迭代重構(gòu)算法，可以大大減少所用的投影角度范圍。
圖10表示一種裝置，該裝置具有兩個探測器100和101，用于在投影角度為θ的范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)，該角度小于180度。應(yīng)當(dāng)指出，在使用限制投影角度時，通常并不使用六角形探測器陣列，例如圖1、3和5所示的那種。雖然這樣的限制投影角度在橫向(x-y)平面獲得的數(shù)據(jù)組是不完整的，但是在冠狀(x-z)平面所采集的數(shù)據(jù)是相對完整的。因此，可以利用一種迭代重構(gòu)算法補償數(shù)據(jù)組的不完整，這種算法只需要在兩維空間中，即在橫向平面內(nèi)執(zhí)行迭代。投影角度可以限制在小到當(dāng)探測器靜止時由探測器100和101所對的角度θ的范圍內(nèi)，如圖10所示，這個角度一般為20至30度?；蛘撸綔y器100和101可以相對于沿z軸的每一個位置旋轉(zhuǎn)小于180度角，以獲得較大的投影角度范圍；這種結(jié)果是通過使用靜止探測器而節(jié)省時間/成本與通過利用全范圍的投影角度實現(xiàn)的數(shù)據(jù)完整性之間的折衷。
現(xiàn)在參見圖11，其中表示了將多片層數(shù)據(jù)重組、迭代重構(gòu)、和軸向濾波相結(jié)合的圖象重構(gòu)方法。在步驟72，首先利用相對于沿z軸的每個位置的限制投影角度采集重合數(shù)據(jù)。接著，在步驟74，如上所述進(jìn)行多片層數(shù)據(jù)重組，從而生成一組部分增加的竇腔X線照相圖形。這些竇腔X線照相圖形由于使用限制投影角度范圍而僅僅部分增加。在步驟76應(yīng)用一種兩維迭代重構(gòu)算法重構(gòu)一組初始軸向橫斷圖象，其后在步驟78進(jìn)行軸向圖象濾波，或者，可以如上所述在步驟80直接對一組部分增加的竇腔X線照相圖形進(jìn)行軸向濾波，其后在步驟82利用兩維迭代算法重構(gòu)最終圖象。
圖12、13A、和13B表示使用限制投影角度進(jìn)行PET成象的其它方法。一種采集重合數(shù)據(jù)的普通方法是在逐個片層的基礎(chǔ)上采集數(shù)據(jù)；即，每一次采集z軸上一個位置的限制投影角度的數(shù)據(jù)。這種技術(shù)包括每當(dāng)對于給定z位置完成了整個范圍的投影之后將病人或探測器沿z軸不連續(xù)地移動一段距離的步驟。這種不連續(xù)的移動可能使某些病人感到不舒服。因此，本發(fā)明采用螺旋形掃描采集重合數(shù)據(jù)以減少病人的不舒適感，而且仍然使用限制投影角度。這種螺旋形掃描可以與上述的多片層數(shù)據(jù)重組和軸向濾波技術(shù)相結(jié)合。
參見圖12和圖13A，探測器100和101首先成180度角分開設(shè)置，以進(jìn)行重合探測，使得探測器100處于一個起始位置103。在步驟92，進(jìn)行第一掃描。在第一掃描中，在使探測器100和101圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，并且使病人與探測器之間沿z軸相對平移(例如移動病人、探測器、或者同時移動兩者)的同時采集重合數(shù)據(jù)。其結(jié)果是使探測器相對于病人沿一條螺旋形路徑移動。在優(yōu)選實施例中，探測器還圍繞z軸旋轉(zhuǎn)360度，使得探測器100停止在位置104?？梢允褂靡环N迭代方法補償數(shù)據(jù)組的不完整。應(yīng)當(dāng)指出可能還需要一種運動補償算法與這里所述的螺旋形掃描相結(jié)合。
雖然在目前的優(yōu)選實施例中探測器精確地圍繞z軸旋轉(zhuǎn)一周(總轉(zhuǎn)動角度為360度)，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不要求精確地旋轉(zhuǎn)一周。例如，可以轉(zhuǎn)動多周，或者轉(zhuǎn)動少于一周。例如，可能需要探測器僅僅轉(zhuǎn)動180度。
在采用螺旋形掃描的另一個實施例中，其表示在圖13B中，進(jìn)行第二掃描以獲得更加完整的數(shù)據(jù)組。在圖13B所示的實施例中，探測器在第一掃描之后轉(zhuǎn)動90度(步驟94)，使得探測器停止在位置105。然后沿著以z軸與第一掃描相反的方向進(jìn)行第二次螺旋形掃描(步驟96)。可取的是，探測器100和101再旋轉(zhuǎn)360度，當(dāng)然其它范圍的轉(zhuǎn)動也是可以的。所以，第一掃描和第二掃描共同獲得了兩組正交數(shù)據(jù)。這種方法比圖13A所示方法耗費更多的時間，但是由于采集更多數(shù)據(jù)，精確度提高。
在本領(lǐng)域中進(jìn)行三維圖象重構(gòu)所需的各種迭代重構(gòu)算法都是已知的。在本發(fā)明的一些特殊實施例中，如果需要，可以采用這些算法進(jìn)行僅僅兩維的迭代運算。迭代重構(gòu)算法包括圖象空間方法，例如由M.Daube-Witherspoon和G.Muehllehner在“體元ECT適用的迭代圖象空間重構(gòu)算法，IEEE Transaction on Medical Imaging”,vol.MI-5,No.2,June1986中所述的圖象空間重構(gòu)算法(ISRA)。此外，迭代重構(gòu)算法包括投影空間算法，例如最大或然率估算法(MLE),L.Shepp和Y.Vardi在“發(fā)射層析X射線攝影法的最大或然重構(gòu)”，IEEETranaction on Medical Imaging,vol.MI-1,No.2,october1986中所述。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明，不論是圖象空間算法，還是投影空間算法都可以使用。
圖14表示了ISRA算法，作為迭代圖象空間法的一個實例。在步驟120產(chǎn)生一個初始估算圖象。在步驟122，將重合數(shù)據(jù)背投影，以生成一個數(shù)據(jù)圖象。在步驟124，將初始估算圖象正向投影以產(chǎn)生一組計算投影值。然后在步驟126將這些計算投影值背投影以獲得一個計算圖象。在步驟128，將數(shù)據(jù)圖象與計算圖象比較以生成一個誤差圖象。在步驟130根據(jù)誤差圖象將估算圖象更新，并利用更新的估算圖象重復(fù)步驟124以后的程序。
圖15表示ML算法，作為迭代投影空間法的一個實例。在步驟142，生成一個初始估算圖象。然后在步驟144將這個估算圖象正向投影以產(chǎn)生一組估算投影值。在步驟146，將估算投影值與實際的測量投影值比較，并在步驟148更新估算投影值。然后在步驟150將更新的估算投影值背投影，以生成一個更新的估算圖象。然后利用更新的估算圖象重復(fù)步驟144以后的程序。
至此，已經(jīng)介紹了根據(jù)限制投影利用多片層數(shù)據(jù)重組生成PET圖象的方法和裝置。雖然已經(jīng)參照具體的實施例介紹了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然在不脫離由權(quán)利要求書所提出的本發(fā)明較寬的構(gòu)思和范圍前提下可以作出各種改進(jìn)和改變。因此，說明書和附圖只能被認(rèn)為是一種示例性解釋，而不是一種限制性描述。
權(quán)利要求
1.以一種醫(yī)療成象系統(tǒng)重構(gòu)圖象的一種方法，該方法包括以下步驟提供能夠探測在一定投影角度范圍內(nèi)出現(xiàn)的若干射線的一組探測器，所說射線包括橫向射線和傾斜射線；利用所說探測器探測所說射線；將所探測的射線轉(zhuǎn)換成表示所探測射線的一組數(shù)據(jù)；將所說數(shù)據(jù)重組以生成對應(yīng)于各個橫向片層圖象的若干兩維數(shù)據(jù)組，其中所說的若干片層圖象總體表示一個三維圖象，對于每個數(shù)據(jù)組來說，包含在所說數(shù)據(jù)組中的數(shù)據(jù)對應(yīng)于比相應(yīng)的片層圖象的全部可能投影角度小的投影角度；對每一數(shù)據(jù)組應(yīng)用一種兩維迭代重構(gòu)算法，以根據(jù)所說的若干數(shù)據(jù)組逐片層地重構(gòu)一個三維圖象；和將重組的數(shù)據(jù)進(jìn)行軸向濾波。
2.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于將數(shù)據(jù)重組的步驟包括以下步驟對于每條傾斜射線，從所說的橫向數(shù)據(jù)組中確認(rèn)與所說射線相交的圖象；和對與和該射線相交的這些圖象相關(guān)的每一數(shù)據(jù)組施加表示該射線的一個增量。
3.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于每一數(shù)據(jù)組包括對應(yīng)于基本小于180°的投影角度利用范圍的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于在探測所說射線的步驟中，探測器不圍繞z軸轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于每一個探測器具有一橫向尺度，投影角度的范圍限制在當(dāng)一個探測器保持靜止時所述一個探測器橫向尺度所對的角度。
6.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于所說數(shù)據(jù)組為竇腔X線照相圖形，每一竇腔X線照相圖形對應(yīng)于所說三維圖象的一個橫向片層。
7.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于所說探測器可以圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，探測射線的步驟包括沿z軸方向進(jìn)行第一掃描的步驟，進(jìn)行第一掃描的步驟包括將探測器圍繞z軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使探測器與成象物體之間沿z軸方向相對連續(xù)平移，以在探測器和成象物體之間形成一條螺旋形相對運動路徑的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的一種方法，其特征在于在進(jìn)行第一掃描的步驟中，每個探測器在所說的第一掃描中轉(zhuǎn)動的總角度基本為180度的整數(shù)倍。
9.如權(quán)利要求8所述的一種方法，其特征在于還包括以下步驟，在完成第一掃描之后，將探測器從第一靜止位置轉(zhuǎn)動大約90度到第二靜止位置。
10.如權(quán)利要求9所述的一種方法，其特征在于探測射線的步驟還包括沿z軸進(jìn)行第二掃描的步驟，所說第二掃描沿與所說第一掃描相反方向，所說進(jìn)行第二掃描的步驟包括將探測器從所說第二靜止位置圍繞z軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與所說成象物體之間沿z軸連續(xù)相對平移以形成探測器與成象物體之間的一條螺旋形相對運動路徑的步驟，所說第一掃描和第二掃描共同完成正交數(shù)據(jù)組的采集。
11.如權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法進(jìn)行圖象空間重構(gòu)。
12.如權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法進(jìn)行投影空間重構(gòu)。
13.如權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法為一種最大或然性估計(MLE)算法。
14.在醫(yī)療成象系統(tǒng)中重構(gòu)圖象的一種方法，該方法包括以下步驟提供能夠探測射線的一組探測器，所說射線包括處于一組橫向平面中的橫向射線和不處于所說橫向平面中的傾斜射線，所說探測器可以圍繞一條z軸轉(zhuǎn)動；沿z軸進(jìn)行第一掃描，使用探測器在一定投影角度范圍內(nèi)探測射線，所說投影角度限定在各個橫向平面內(nèi)，進(jìn)行第一掃描的步驟包括將所說探測器圍繞旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與成象物體之間沿旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)相對平移以形成所說探測器與成象物體之間的一條螺旋形相對運動路徑的步驟，對于每個橫向平面來說，所用投影角度的范圍基本小于180度；將所探測的射線轉(zhuǎn)換成表示所探測射線的一組數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)重組以建立對應(yīng)于各個橫向片層圖象的若干兩維數(shù)據(jù)組，這些片層圖象共同表示一個三維圖象，數(shù)據(jù)重組的步驟包括以下步驟對于每條傾斜射線，從所說橫向數(shù)據(jù)組中確定與所說射線相交的圖象；和向與和所說射線相交的圖象相關(guān)的每個數(shù)據(jù)組施加表示所說射線的一個增量；對每一數(shù)據(jù)組應(yīng)用一種迭代重構(gòu)算法以根據(jù)所說數(shù)據(jù)組逐片層地重構(gòu)一個三維圖象；和將重組的數(shù)據(jù)進(jìn)行軸向濾波。
15.如權(quán)利要求14所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法是兩維迭代算法。
16.如權(quán)利要求14所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法進(jìn)行圖象空間重構(gòu)。
17.如權(quán)利要求14所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法進(jìn)行投影空間重構(gòu)。
18.如權(quán)利要求14所述的一種方法，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法為一種最大或然性估計(MLE)算法。
19.如權(quán)利要求14所述的一種方法，其特征在于所說數(shù)據(jù)組為竇腔X線照相圖形，每一竇腔X線照相圖形對應(yīng)于所說三維圖象的一個橫向片層。
20.以一種醫(yī)療成象系統(tǒng)重構(gòu)圖象的一種裝置，它包括用于探測在一定投影角度范圍內(nèi)發(fā)射的橫向和傾斜射線的裝置，所說探測裝置包括一組探測器，所說橫向射線處于一組垂直于z軸的橫向平面內(nèi)，所說傾斜射線不處于所說橫向平面內(nèi)，所說投影角度限定在所說橫向平面內(nèi)，所說投影角度范圍小于180度；用于將所探測射線轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的裝置；用于采集和組合表示所探測射線的數(shù)據(jù)的裝置；用于將所說數(shù)據(jù)重組以生成表示各個橫向片層圖象的若干兩維數(shù)據(jù)組，使得所說片層圖象共同表示一個三維圖象的裝置，所說用于將數(shù)據(jù)重組的裝置包括用于相對于每一條傾斜射線，從所說橫向數(shù)據(jù)組中確定與所說射線相交圖象的裝置；和用于向與和所說射線相交圖象相關(guān)的每個數(shù)據(jù)組施加表示所說射線的一個增量；用于對每一數(shù)據(jù)組應(yīng)用一種兩維迭代重構(gòu)算法以根據(jù)這些數(shù)據(jù)組逐片層地重構(gòu)一個三維圖象；和用于對所說重組數(shù)據(jù)進(jìn)行軸向濾波的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的一種裝置，其特征在于對于每一數(shù)據(jù)組所用投影角度范圍小于90度。
22.如權(quán)利要求20所述的一種裝置，其特征在于每個探測器具有橫向尺度，在進(jìn)行第一掃描的步驟中，所說探測器不圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，使得所用投影角度范圍限制在由其中一個探測器的橫向尺度所對的、橫向平面中z軸周圍的角度。
23.如權(quán)利要求20所述的一種裝置，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法在圖象空間中進(jìn)行重構(gòu)。
24.如權(quán)利要求20所述的一種裝置，其特征在于所說迭代重構(gòu)算法在投影空間中進(jìn)行重構(gòu)。
25.如權(quán)利要求20所述的一種裝置，其特征在于所說數(shù)據(jù)組為竇腔X線照相圖形，每個竇腔X線照相圖形對應(yīng)于所說三維圖象中的一個橫向片層。
26.如權(quán)利要求25所述的一種裝置，它還包括用于使所說探測器圍繞z軸轉(zhuǎn)動的裝置，所說進(jìn)行第一掃描的裝置包括用于使至少一個探測器圍繞z軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與成象物體之間沿z軸作連續(xù)相對平移，以形成探測器與成象物體之間的一條螺旋形相對運動路徑的裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的一種裝置，其特征在于所說用于進(jìn)行第一掃描的裝置還包括用于使所說探測器在第一掃描過程中繞z軸的轉(zhuǎn)動總角度大約為180度的整數(shù)倍的裝置。
28.如權(quán)利要求27所述的一種裝置，其特征在于它還包括用于在完成所說第一掃描之后，旋轉(zhuǎn)90度將所說探測器從第一靜止位置轉(zhuǎn)動到第二靜止位置的裝置；和用于利用所說探測器沿z軸進(jìn)行第二掃描以探測所說射線的裝置，所說第二掃描與所說第一掃描方向相反，所說用于進(jìn)行第二掃描的裝置包括將所說的每個探測器圍繞z軸從第二靜止位置連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與所說成象物體之間沿z軸連續(xù)相對平移，以在所說探測器與所說成象物體之間形成一條螺旋形相對運動路徑的裝置，所說第一掃描與第二掃描共同完成正交數(shù)據(jù)組的采集工作。
29.一種實施計算機發(fā)射斷層照相術(shù)的方法，它包括以下步驟提供一個探測器，用于探測從一個成象物體發(fā)射的輻射，所說探測器可以圍繞一個旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；探測在第一掃描中從所說物體發(fā)射的輻射，該探測步驟包括使所說探測器圍繞所說旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與所說物體之間沿旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)相對平移，以形成所說探測器與所說物體之間的一條螺旋形相對運動路徑的步驟。
30.如權(quán)利要求29所述的一種方法，其特征在于在進(jìn)行第一掃描的步驟中，使探測器圍繞所說旋轉(zhuǎn)軸總共轉(zhuǎn)動約為180度的整數(shù)倍的角度。
31.如權(quán)利要求30所述的一種方法，其特征在于它還包括在完成第一掃描之后，使所說探測器轉(zhuǎn)動90度從第一靜止位置轉(zhuǎn)動到第二靜止位置。
32.如權(quán)利要求31所述的一種方法，其特征在于它還包括在第二掃描中探測從所說物體發(fā)射的輻射的步驟，所說第二掃描與所說第一掃描方向相反，所說在第二掃描中探測從所說物體發(fā)射的輻射的步驟包括使所說探測器從第二靜止位置圍繞旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與所說物體之間沿所說旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)相對平移，以形成所說探測器與所說物體之間的一條螺旋形相對運動路徑，從而由第一掃描和第二掃描共同完成采集正交數(shù)據(jù)組的步驟。
33.如權(quán)利要求29所述的一種方法，其特征在于在所說探測器與所說物體之間沿旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)相對平移是通過使所說物體平移實現(xiàn)的。
34.用于實施計算機發(fā)射斷層照相術(shù)的一種裝置，它包括具有用于探測從成象物體中發(fā)射的輻射的一個探測器的裝置，所說探測器可以圍繞一條旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；用于在第一掃描中探測從所說物體發(fā)射的輻射的裝置，所說探測裝置包括使所說探測器圍繞旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與所說物體之間沿所說旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)相對平移，以形成所說探測器與所說物體之間的一條螺旋形相對運動路徑的裝置。
35.如權(quán)利要求34所述的一種裝置，其特征在于所說用于進(jìn)行第一掃描的裝置包括用于使所說探測器圍繞旋轉(zhuǎn)軸總共轉(zhuǎn)動大約360度的裝置。
36.如權(quán)利要求34所述一種裝置，其特征在于它還包括在完成所說第一掃描之后使所說探測器轉(zhuǎn)動大約90度的裝置。
37.如權(quán)利要求34所述的一種裝置，其特征在于它還包括用于在第二掃描中探測從所說物體中發(fā)射的輻射的裝置，所說第二掃描與第一掃描方向相反，所說用于在第二掃描中探測從所說物體中發(fā)射的輻射的裝置包括用于使所說探測器圍繞所說旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，同時使所說探測器與所說物體之間沿所說旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)相對平移，以形成所說探測器與所說物體之間的一條螺旋形相對運動路徑，從而由所說第一掃描和第二掃描共同完成采集正交數(shù)據(jù)組工作的裝置。
38.如權(quán)利要求34所述的一種裝置，其特征在于所說使探測器轉(zhuǎn)動裝置包括用于使所說物體平移的裝置。
全文摘要
一種醫(yī)療圖象重構(gòu)方法包括利用由探測器轉(zhuǎn)動范圍或一條螺旋形路徑限定的限制投影角度探測橫向和傾斜射線的步驟(72)。然后將所采集數(shù)據(jù)重組(74),通過將從傾斜射線獲得的數(shù)據(jù)加入到竇腔X線照相圖形中以生成部分完整的竇腔X線照相圖形。利用一種兩維迭代重構(gòu)算法(76、82)和軸向濾波(78、80)重構(gòu)圖象。
文檔編號G01T1/161GK1204402SQ96198964
公開日1999年1月6日 申請日期1996年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月25日
發(fā)明者G·慕勒納, P·考特賴曼, W·K·布雷梅 申請人:阿達(dá)克實驗室