專利名稱：章動(dòng)斷層面ct圖象重建的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及CT成象，特別涉及效率提高、圖象的偽影(artifact)減少的三維CT成象。
背景技術(shù)：


圖1為一典型的傳統(tǒng)CT掃描器10的軸向簡(jiǎn)示圖，包括固定在一環(huán)形轉(zhuǎn)盤16直徑方向兩邊上的一x線源12和一x線檢測(cè)系統(tǒng)14。轉(zhuǎn)盤16可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在一機(jī)架(未示出)中，從而轉(zhuǎn)盤16在掃描過(guò)程中圍繞z軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)x線從線源12穿透一物體，例如一躺在轉(zhuǎn)盤16的孔中一病床56上的病人20。z軸與圖1紙面垂直而在轉(zhuǎn)盤16機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)中心18與掃描平面相交。轉(zhuǎn)盤的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)中心18相當(dāng)于重建圖象的＂等角點(diǎn)＂(“isocenter”)。
在一傳統(tǒng)系統(tǒng)中，檢測(cè)系統(tǒng)14包括一弧形單行檢測(cè)器22陣列，其曲率中心24稱為＂焦點(diǎn)＂，x線源12的射線從該點(diǎn)射出。x線源12和檢測(cè)器22陣列的位置布置成線源與每一檢測(cè)器之間的x線線路都位于一與z軸垂直的＂掃描平面＂中。由于各x線線路從一點(diǎn)線源射出并以不同角度射到各檢測(cè)器上，因此各x線路形成一＂扇形光束＂26以一維線性投影的形式入射在檢測(cè)器陣列14上。掃描時(shí)在一測(cè)量時(shí)刻入射在一檢測(cè)器上的x線通常稱為一＂射線＂，每一檢測(cè)器生成一表示其相應(yīng)的射線強(qiáng)度的輸出信號(hào)。由于每一射線都被其通路中的所有物質(zhì)吸收，因此每一檢測(cè)器生成的輸出信號(hào)表示位于該檢測(cè)器與x線源之間所有物質(zhì)對(duì)x射線的吸收即位于該檢測(cè)器對(duì)應(yīng)線路中的物質(zhì)的吸收。
x射線檢測(cè)器生成的輸出信號(hào)通常由該CT系統(tǒng)的一信號(hào)處理部(未示出)處理。該信號(hào)處理部一般包括一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，該系統(tǒng)對(duì)x射線檢測(cè)器生成的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，以提高信噪比(SNR)。DAS在一測(cè)量時(shí)段中生成的輸出信號(hào)通常稱為一＂投影＂或＂視圖＂，轉(zhuǎn)盤16、線源12和檢測(cè)系統(tǒng)14與一投影對(duì)應(yīng)的角稱為＂投影角＂。
圖2示出轉(zhuǎn)盤16、線源12和檢測(cè)系統(tǒng)14在一投影角β和一檢測(cè)角γ生成一扇形光束數(shù)據(jù)點(diǎn)Pf(β，γ)的方位。一用來(lái)限定基準(zhǔn)方位的中心線40從x線源12的焦點(diǎn)在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)中心18處穿過(guò)z軸。投影角β定義為一垂直軸線與該中心線40的夾角。檢測(cè)系統(tǒng)14中的每一檢測(cè)器與中心線之間也形成一檢測(cè)角γ。根據(jù)定義，中心線40在0°基準(zhǔn)檢測(cè)角γ處與檢測(cè)系統(tǒng)14相交。圖2所示對(duì)稱檢測(cè)系統(tǒng)14的檢測(cè)角從-δ到+δ，其中，δ為半扇形角。由對(duì)稱檢測(cè)系統(tǒng)14生成的一扇形光束視圖或投影Pf(β，γ)包括由從-δ到+δ檢測(cè)角的所有檢測(cè)器在投影角β生成的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)Pf(β，γ)。非對(duì)稱檢測(cè)系統(tǒng)也是公知的。
在掃描時(shí)，轉(zhuǎn)盤16圍繞受掃描物體平穩(wěn)、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得掃描器10對(duì)應(yīng)一組投影角β生成一組投影Pf(β，γ)。在傳統(tǒng)掃描中，掃描時(shí)病人在z軸上的位置保持不變。在多次掃描時(shí)，病人在各次掃描之間沿z軸步進(jìn)。這些過(guò)程通常稱為＂步進(jìn)-照射＂掃描或＂常z軸＂(CZA)掃描。使用反Radon變換之類公知算法，可從與垂直于z軸的同一掃描平面對(duì)應(yīng)的一組投影生成一x線斷層圖(tomogram)。這一共同掃描平面一般稱為＂斷層面平面＂(sliceplane)。
一x線斷層圖表示沿受掃描物體的斷層面平面一個(gè)兩維斷層面的密度。從各投影生成一x線斷層圖的這一過(guò)程通常稱為＂重建＂，因?yàn)樵搙線斷層圖可看作從投影數(shù)據(jù)重建。該重建過(guò)程可包括若干步驟，包括使數(shù)據(jù)清晰的卷積、從扇形光束射線數(shù)據(jù)形成平行射線數(shù)據(jù)的再接收和從投影數(shù)據(jù)生成每一圖象象素的圖象數(shù)據(jù)的反向投影。在CZA掃描中，對(duì)于一特定的圖象斷層面，所有投影共有一掃描平面，因此這些投影可直接用于反向投影器，以生成一x線斷層圖。
步進(jìn)-照射CZA掃描方法可是一很慢過(guò)程。在這一消耗時(shí)間的方法中，病人受到大量x射線的照射。此外，掃描床在各次掃描之間的移動(dòng)可造成病人移動(dòng)，從而發(fā)生運(yùn)動(dòng)和錯(cuò)位偽影，使圖象質(zhì)量下降。
已有若干方法用來(lái)縮短對(duì)一物體完成掃描所需時(shí)間。其中一個(gè)方法是螺旋掃描，其中，在轉(zhuǎn)盤16與線源12和線性檢測(cè)器陣列14一起圍繞病人轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)受掃描物體沿z軸平動(dòng)。在螺旋掃描中，投影Pf(β，γ)是正常獲得的，因而z與投影角β線性相關(guān)，從而z(β)＝cβ，其中c為常數(shù)。這種螺旋掃描通常稱為恒速螺旋(CSH)掃描。
圖3A示出在傳統(tǒng)CZA掃描中收集的數(shù)據(jù)，圖3B示出在CSH掃描中收集的數(shù)據(jù)。如圖3A所示，如果物體20在z軸上的位置固定而x線源12和檢測(cè)系統(tǒng)14圍繞該物體轉(zhuǎn)動(dòng)，與由檢測(cè)系統(tǒng)14收集的所有投影有關(guān)的掃描平面都位于一共同斷層面平面50中。如圖3B所示，如轉(zhuǎn)盤在圍繞物體20轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)物體在z軸方向上連續(xù)移動(dòng)，所有掃描平面都不共平面。而是與每一投影有關(guān)的掃描平面位于沿z軸一螺旋線上一軌跡點(diǎn)處獨(dú)有位置上。圖3B示出與在區(qū)間(0，10π)上螺旋投影角對(duì)應(yīng)的掃描平面的z軸坐標(biāo)。由于每一投影的值決定于病人在z軸上的位置，因此每一投影為兩變量β和z的函數(shù)。
在CZA掃描中，所有投影共有一掃描平面，因此這些投影可直接用于反向投影器而生成x線斷層圖。但在CSH掃描中，每一投影有一位于一獨(dú)有z軸坐標(biāo)上的掃描平面，因此CSH無(wú)法直接用于反向投影。但在CSH掃描中收集的數(shù)據(jù)可以各種方式內(nèi)插而生成一組內(nèi)插投影，這些投影共有一與z軸垂直的掃描平面。例如，每一內(nèi)插投影可通過(guò)組合投影角相等、z軸位置不同的兩投影而生成。這些內(nèi)插投影可作為CZA數(shù)據(jù)用于反向投影器而生成x線斷層圖。
CSH掃描需要某種方式的內(nèi)插生成x線斷層圖，因此由CSH掃描生成的x線斷層圖的特點(diǎn)在于圖象偽影。此外，由于在z軸位置一區(qū)間上收集的CSH掃描投影數(shù)據(jù)組合生成內(nèi)插CZA掃描數(shù)據(jù)，因此CSH掃描生成的x線斷層圖的斷層面平面的有效寬度更寬，因此z軸分辨率比CZA掃描生成的x線斷層圖差。但是，螺旋掃描有利于對(duì)病人進(jìn)行大體積快速掃描。例如，在足以使病人從容屏住呼吸(從而保持不動(dòng))的短時(shí)內(nèi)螺旋掃描就足以收集到完成掃描腎之類整個(gè)器官的數(shù)據(jù)。
比CZA縮短掃描時(shí)間的另一種方法通常稱為＂錐形光束掃描＂，在該掃描中，一次掃描物體或病人的三維體積。在錐形光束掃描中，檢測(cè)系統(tǒng)包括兩維檢測(cè)器陣列而不是傳統(tǒng)掃描使用的一維陣列。從x線源發(fā)出的x射線以兩維發(fā)散，在z軸維度上生成多個(gè)相同扇形光束照射到多行檢測(cè)器上，從而在該陣列上生成一兩維投影。
在一種錐形光束系統(tǒng)中，在線源和兩維檢測(cè)器陣列圍繞病人或物體轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)病人或物體在z軸上的位置保持不變。然后病人在z軸上移動(dòng)到一新位置重復(fù)掃描。在這種步進(jìn)一照射或＂固定錐形光束＂系統(tǒng)中，不是掃過(guò)一平面，而是對(duì)物體的一體積掃描。在掃描一體積后，線源和檢測(cè)器沿z軸步進(jìn)，掃描下一個(gè)體積?？s短掃描時(shí)間的又一種方法為螺旋錐形光束(HCB)掃描，在這種掃描中，在一錐形光束結(jié)構(gòu)即一線源和一兩維檢測(cè)器陣列圍繞病人轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)病人在z軸上連續(xù)移動(dòng)。
2D濾波反向投影(FBP)之類的標(biāo)準(zhǔn)兩維重建技術(shù)在非錐形光束系統(tǒng)中用來(lái)重建CZA數(shù)據(jù)和內(nèi)插CSH數(shù)據(jù)。FBP要求用來(lái)重建的該組投影位于同一平面中。CZA掃描滿足這一要求，在CSH掃描中使用內(nèi)插生成一組內(nèi)插或模擬線性投影，因此有效地滿足這一要求。在這兩種情況中，2DFBP是用1D扇形光束投影數(shù)據(jù)生成圖象數(shù)據(jù)的一種有效方法。
在錐形光束圖形中，只有與z軸垂直的一平面中與線源共平面的一檢測(cè)器行即中心檢測(cè)器行滿足所需條件。在固定錐形光束CT中，由線源和給定檢測(cè)器行形成的1D投影隨著機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)與物體中的不同斷層面相交。把每一行作為一獨(dú)立的1D投影，可用傳統(tǒng)2D FBP重建錐形光束數(shù)據(jù)。這一近似忽略錐形光束圖形，從而造成條紋之類圖象偽影和重建密度的下降。用來(lái)重建錐形光束數(shù)據(jù)的一種更好的近似方法稱為費(fèi)爾德坎普(Feldkamp)算法，見L.A.Feldkamp等，＂實(shí)用錐形束算法＂，美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)雜志，pp.612-619，(1984)。
在Feldkamp算法中，射線被在三維錐形中反向投影。Feldkamp之類試圖使用真正錐形光束圖形數(shù)據(jù)的算法稱為三維濾波反向投影(3D FBP)算法。三維算法重構(gòu)HCB數(shù)據(jù)也已被開發(fā)出來(lái)。這些算法的例子見下列論文。
1、H.庫(kù)多和T.塞圖，＂使用錐形束投影的三維螺旋掃描CT，＂電子、信息及通信協(xié)會(huì)雜志，J74-D-II，1108-1114，(1991)。
2、D.X.嚴(yán)和R.里希，＂帶有圓形、橢圓和螺旋軌道的錐形束X射線斷層術(shù)，物理醫(yī)學(xué)生物雜志，37，493-506，(1992)。
3、S.沙勒，T.弗勞和P.史蒂文，＂用于在螺旋錐形束CT中以小錐角進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D象重建的新的高效付立葉重建方法，＂關(guān)于醫(yī)學(xué)成象的SPIE國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)，1997年2月。
4、G.王，T-H林，P.程和D.M.Shinozaki，＂通用錐形束算法，＂IEEE醫(yī)學(xué)圖象，12，486-496，(1993)。
3D重建算法的一個(gè)缺點(diǎn)是無(wú)法使用普通2D重建硬件，因此必須定制3D反向投影硬件。
本發(fā)明目的本發(fā)明的一個(gè)目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種減少圖象偽影的CT系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種CT系統(tǒng)，它可使用兩維重建硬件獲得三維重建算法的圖象質(zhì)量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在一螺旋錐形光束掃描CT系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明概述本發(fā)明涉及生成一區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)的CT設(shè)備和方法。該區(qū)域有一縱軸和與之正交的橫軸。用一放射源和一檢測(cè)器陣列掃描該區(qū)域，生成表示該區(qū)域的掃描數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，使用螺旋錐形光束掃描方法掃描該區(qū)域。在縱軸上多個(gè)位置的每一位置或相當(dāng)于在多個(gè)投影角的每一個(gè)投影角上，形成一兩維圖象數(shù)據(jù)斷層面。每一數(shù)據(jù)斷層面的斷層面平面相對(duì)該區(qū)域的縱軸傾斜。即，每一斷層面平面的法線與該區(qū)域的縱軸斜交成一斜角。該法線還與該區(qū)域的橫軸形成一轉(zhuǎn)動(dòng)角?？v軸上相繼斷層面的法線與該區(qū)域的縱軸的斜角相同。相繼斷層面的轉(zhuǎn)動(dòng)角沿縱軸增大。斜角不變和轉(zhuǎn)動(dòng)角的增大的結(jié)果是相繼斷層面的法線圍繞該區(qū)域的縱軸旋進(jìn)和章動(dòng)。在這種幾何形狀中，可以說(shuō)各斷層面彼此相對(duì)章動(dòng)。用對(duì)各圖象斷層面掃描的數(shù)據(jù)計(jì)算圖象數(shù)據(jù)，從而生成該區(qū)域的圖象。對(duì)相繼斷層面的該重建過(guò)程下面稱為＂章動(dòng)斷層面重建＂(NSR)方法。
最好使用本發(fā)明NSR方法用傳統(tǒng)兩維濾波反向投影重建螺旋錐形光束數(shù)據(jù)。在NSR中，使用內(nèi)插從2D錐形光束投影數(shù)據(jù)組中獲得一組1D扇形光束投影。因此NSR涉及從3D錐形光束數(shù)據(jù)中選擇2D扇形光束數(shù)據(jù)。該1D投影組相當(dāng)于重建一傾斜斷層面，其幾何形狀選擇成，在使用2D FBP時(shí)盡可能減小錐角對(duì)圖象質(zhì)量的負(fù)效應(yīng)。
通常，在重建一系列斷層面時(shí)，各斷層面為沿z軸不同位置上的x-y平面。即，該系列中的所有斷層面互相平行。在NSR中，重建的斷層面的平面的法向矢量與z軸斜交成一小角度。在用NSR重建的一系列相鄰斷層面中，斷層面平面的的法向矢量圍繞z軸旋進(jìn)，這些斷層面不互相平行。NSR中的＂章動(dòng)＂一詞指相鄰斷層面的相對(duì)方位。如需要平行斷層面，可內(nèi)插所得NSR圖象數(shù)據(jù)而生成平行斷層面。
在一實(shí)施例中，x線源為一錐形光束源，檢測(cè)器陣列為一兩維陣列。每一投影的掃描數(shù)據(jù)用該陣列上的預(yù)定一維檢測(cè)器確定。用于一給定投影或斷層面的檢測(cè)器與投影角或縱軸上的位置有關(guān)。在每一位置或投影角，選擇測(cè)量誤差最小的一組檢測(cè)器。因此每一斷層面與一投影角、一縱軸位置以及在兩維檢測(cè)器陣列上生成一維＂扇形光束＂投影的一組檢測(cè)器有關(guān)。在重建一特定斷層面時(shí)，從該兩維陣列中與其有關(guān)的檢測(cè)器中生成其掃描數(shù)據(jù)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳述中可清楚看出本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，各附圖中，相同部件用同一標(biāo)號(hào)表示。附圖為示意圖，只是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明原理。
圖1為典型的傳統(tǒng)CT掃描器的軸向圖。
圖2為示出一CT掃描系統(tǒng)的投影角和檢測(cè)角的簡(jiǎn)示圖。
圖3A示出一CT掃描器中的常z軸(CZA)掃描方式的掃描路徑。
圖3B示出一CT掃描器中的恒速螺旋(CSH)掃描的掃描路徑。
圖4為示出本發(fā)明一CT掃描器中的線源、檢測(cè)器與掃描物體之間的空間關(guān)系的簡(jiǎn)示圖。
圖5簡(jiǎn)示出一傾斜斷層面在一兩維檢測(cè)器陣列上的投影。
圖6簡(jiǎn)示出本發(fā)明一傾斜斷層面的斜角和轉(zhuǎn)動(dòng)角。
圖7為一傾斜斷層面在一平面檢測(cè)器陣列上的投影的簡(jiǎn)示圖。
圖8為一傾斜斷層面在一曲面檢測(cè)器陣列上的投影的簡(jiǎn)示圖。
圖9為一傾斜斷層面和一垂直斷層面的總投影面積隨投影角而變的曲線圖。
圖10為一曲面檢測(cè)器陣列上的斷層面投影的簡(jiǎn)示圖。
圖11簡(jiǎn)示出一兩維曲面陣列上的各斷層面投影線，投影角以20°的增量從0°到240°。
圖12為示出按照本發(fā)明斷層面在z軸方向上間隔的曲線圖。
附圖的詳細(xì)說(shuō)明圖4簡(jiǎn)示出本發(fā)明CT掃描系統(tǒng)100一實(shí)施例的工作情況。該系統(tǒng)包括一向一兩維x線檢測(cè)器陣列112發(fā)射x線的x線源110。該檢測(cè)器陣列112為一有坐標(biāo)z′和q的平面陣列。也可使用曲面陣列。X線發(fā)散成錐形光束透射受掃描物體116。被物體116衰減的x線被檢測(cè)器陣列112中各檢測(cè)器118的檢測(cè)。檢測(cè)器陣列112包括z′軸上多行120、q軸上多列124的檢測(cè)器構(gòu)成。因此錐形光束114可看成由沿q軸展開、沿z′軸相鄰的多個(gè)扇形光束構(gòu)成。物體116限定一z軸(也稱為縱軸)和一與之正交的x軸(也稱為橫軸)。
如前所述，x線源100和檢測(cè)器陣列112固定在一環(huán)形轉(zhuǎn)盤(未示出)直徑方向上的兩邊上。該轉(zhuǎn)盤可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在一機(jī)架(未示出)中，因此線源110和檢測(cè)器陣列112可同時(shí)圍繞z軸、從而圍繞受掃描物體116轉(zhuǎn)動(dòng)。
在一實(shí)施例中，該系統(tǒng)100使用螺旋錐形光束這樣掃描，隨著機(jī)架圍繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)架和物體116還沿z軸相對(duì)平動(dòng)。隨著機(jī)架沿z軸平動(dòng)機(jī)架連同線源和檢測(cè)器陣列在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中投影角β增大。檢測(cè)器陣列收集每一投影角的掃描數(shù)據(jù)。然后用投影數(shù)據(jù)重建作為一系列圖象斷層面的圖象數(shù)據(jù)。每一斷層面定義圖象數(shù)據(jù)的一平面構(gòu)形并用線源和檢測(cè)器陣列轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中收集的掃描數(shù)據(jù)的預(yù)定集合生成。
在本發(fā)明中，即使使用三維掃描方法即螺旋錐形光束掃描，也可用兩維重建方法生成圖象數(shù)據(jù)。為此，本發(fā)明把一兩維數(shù)據(jù)斷層面投影到該兩維檢測(cè)器陣列上，從而斷層面在每一投影角的投影可看成一維扇形光束投影。一般情況下，該陣列上的投影落在一組不必是單行或單列中的檢測(cè)器上。事實(shí)上，一般來(lái)說(shuō)，該投影占據(jù)若干行和列。在本發(fā)明中，為每一投影角確定這些行和列。在一實(shí)施例中，通過(guò)內(nèi)插投影數(shù)據(jù)從投影數(shù)據(jù)生成每一投影角、每一位置的一值。因此，對(duì)于每一投影角，與在使用線性檢測(cè)器陣列的兩維扇形光束掃描中生成扇形光束數(shù)據(jù)非常相象，生成一＂扇形光束＂檢測(cè)器數(shù)據(jù)。結(jié)果是每一投影角有一組＂扇形光束＂數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，這些數(shù)據(jù)一旦生成，即可看作實(shí)際扇形數(shù)據(jù)而用于任何合適的兩維反向投影算法，以重建圖象斷層面。
在本發(fā)明中，在實(shí)際進(jìn)行掃描前確定檢測(cè)器陣列接收與每一投影角有關(guān)的扇形光束的行和列。在一實(shí)施例中，可進(jìn)行模擬或校準(zhǔn)掃描，即對(duì)一不透明圓盤模擬螺旋錐形光束掃描。在每一投影角上，圓盤在該陣列上的模擬投影記錄在檢測(cè)器數(shù)據(jù)中。在整個(gè)圓盤被掃描后，分析該投影數(shù)據(jù)以確定該陣列的那些行列接收?qǐng)A盤在每一投影角上的投影。該模擬過(guò)程生成一＂z-內(nèi)插表＂，在該表中，每一投影角與其后為生成1D扇形光束數(shù)據(jù)而對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行掃描過(guò)程中應(yīng)被讀取的一組檢測(cè)器行列相關(guān)。在重建所需斷層面時(shí)，每一投影角的扇形光束數(shù)據(jù)用存儲(chǔ)在z-內(nèi)插表中的有關(guān)行列檢測(cè)。在另一實(shí)施例中，可用一實(shí)際x線源和檢測(cè)器陣列對(duì)一實(shí)際不透明圓盤進(jìn)行螺旋錐形光束掃描而生成該z-內(nèi)插表。
為重建每一斷層面收集許多扇形光束投影。例如，在一實(shí)施例中，所收集數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)半周(180°)加上檢測(cè)器陣列所對(duì)角。在一實(shí)施例中，陣列所對(duì)角為60°，因此，每一斷層面由機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)240°過(guò)程中收集的數(shù)據(jù)生成。在一實(shí)施例中，每一度投影角生成一投影。因此，在該實(shí)施例中，每一斷層面由240個(gè)扇形光束投影生成。沿z軸相繼斷層面的投影組可互相重疊。例如，斷層面可每轉(zhuǎn)動(dòng)12°生成。因此，在上述實(shí)施例中，每對(duì)相鄰斷層面共有240個(gè)投影中的228個(gè)投影。
如上所述，一般來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)非錐形光束掃描不同，本發(fā)明所重建的斷層面不與z軸垂直，而是相對(duì)z軸傾斜或章動(dòng)，相繼斷層面的法線圍繞z軸旋進(jìn)。每一斷層面平面的法線與掃描系統(tǒng)圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的縱軸或z軸形成一角度。使用傾斜斷層面可減小重建斷層面數(shù)據(jù)中的誤差。該斜角可使用上文所述、下文還要詳述的模擬掃描確定。該角選擇成由不透明圓盤在陣列上的投影生成的圖象重建的誤差最小。
圖5簡(jiǎn)示出使用一由傾斜不透明圓盤132代表的傾斜重建圖象斷層面在模擬掃描過(guò)程中對(duì)在一角度上的一投影收集數(shù)據(jù)。線源110發(fā)出的x線的錐形光束114穿透該物體(未示出)照射到兩維平面檢測(cè)器陣列112上。如圖所示，斷層面或圓盤132的平面與一和z軸正交的軸線成一角θ，即斷層面平面的法線與z軸成θ角。
傾斜圓盤132在檢測(cè)器陣列112上投射成一橢圓形投影130。圓盤132的投影130的位置和形狀隨線源110和檢測(cè)器陣列112沿z軸運(yùn)動(dòng)并圍繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)而變。當(dāng)圓盤132運(yùn)動(dòng)通過(guò)掃描體積時(shí)，或相當(dāng)于當(dāng)線源和檢測(cè)器陣列掃過(guò)斷層面時(shí)，橢圓形投影的面積變動(dòng)。斜角θ在圓盤132平動(dòng)地經(jīng)過(guò)檢測(cè)器陣列時(shí)保持不變。
該橢圓在每一投影角的展開(其短軸長(zhǎng)度)表示在該投影角上重建斷層面發(fā)生的誤差。圓盤幾何形狀應(yīng)選擇成對(duì)所重建的傾斜斷層面來(lái)說(shuō)，在比方說(shuō)240°的所有投影角上的橢圓投影總面積最小。為使該面積最小，重建傾斜斷層面的平面的法線應(yīng)傾斜一小θ角。
圖6簡(jiǎn)示出傾斜斷層面132與該掃描系統(tǒng)各軸之間的關(guān)系。如上所述，斷層面平面的法線140與z軸形成一稱為斜角或章動(dòng)角的角θ。法線140還與該掃描系統(tǒng)的x軸或橫軸形成一轉(zhuǎn)動(dòng)角φ。
如上所述，每一斷層面可用其投影角為0°-180°加上陣列角(60°)的投影重建。在每投影1°時(shí)，每一斷層面用240個(gè)投影重建。對(duì)于任何給定斷層面，一特定斷層面斜角θ和轉(zhuǎn)動(dòng)角φ可在所有240個(gè)投影上生成最小誤差。在一實(shí)施例中，從移位12°的240個(gè)投影的重疊組每轉(zhuǎn)動(dòng)12°重建相鄰斷層面。每一斷層面的斜角θ和轉(zhuǎn)動(dòng)角φ使得該斷層面的重建誤差最小。在一實(shí)施例中，相繼斷層面的斜角θ保持不變，轉(zhuǎn)動(dòng)角φ增大或減小，從而斷層面的法線圍繞z軸如圖6中箭頭142所示轉(zhuǎn)動(dòng)或旋進(jìn)。每一斜角的誤差由在全部240°數(shù)據(jù)上所有圓盤投影的總面積確定。把產(chǎn)生最小總誤差的斜角作為斜角。在一實(shí)施例中，使用約為1.45°的斜角。
圖7示出斜角為1.4°的圓盤132通過(guò)掃描區(qū)的投影。該曲線示出投影角β＝0°、60°、120°、180°和240°的投影。該例中使用平面檢測(cè)器陣列。
如上所述，也可使用曲面檢測(cè)器陣列。在這種情況下，圓盤或斷層面在陣列上的投影不是圖7所示橢圓。它們變成圖8所示彎曲圖形。圖8與圖7為相同的投影，其斜角也為1.4°，只是使用曲面檢測(cè)器陣列。
圖9例示出隨投影角而變的投影總面積曲線。虛線示出斜角為1.45°時(shí)的面積，實(shí)線示出斜角為0°時(shí)的面積。斜角選擇成使得總面積最小，在一實(shí)施例中確定為1.45°。
如上所述，也可使用模擬掃描確定不同投影角的投影使用的象素行列。圖10例示出傾斜斷層面在曲面檢測(cè)器陣列上的一個(gè)投影。讀取該陣列上的所有檢測(cè)器以確定該投影150的位置，從而確定在將來(lái)對(duì)實(shí)際物體掃描時(shí)在該投影角上應(yīng)讀取的檢測(cè)器行列。在該實(shí)施例中，該陣列包括10行i，每行252個(gè)檢測(cè)器j。虛線150表示該陣列上彎曲橢圓投影的展開。實(shí)線152標(biāo)出在其后掃描時(shí)在該投影角上讀取的檢測(cè)器線。線152由計(jì)算每行上檢測(cè)器值的心軌線確定。正是由這一實(shí)線152確定其后對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行掃描時(shí)讀取的檢測(cè)器。對(duì)待重建的斷層面的每一投影角都要進(jìn)行這一過(guò)程。該模擬或校準(zhǔn)過(guò)程使每一投影角與一行列值對(duì)應(yīng)，然后把它們一起存儲(chǔ)在一＂z軸內(nèi)插表＂中。在其后的掃描中讀取該表以確定用來(lái)重建實(shí)際斷層面的掃描數(shù)據(jù)。圖11示出圓盤在一兩維曲面檢測(cè)器陣列上的一組投影，斷層面斜角為1.45°，投影角為0°-240°，各投影角之間相差20°。這些線為在校準(zhǔn)掃描中生成的每一投影角的陣列行/列線。每一投影角的行/列數(shù)存儲(chǔ)在z內(nèi)插表中。該曲線圖使用的陣列為標(biāo)準(zhǔn)陣列，由24行i、每行252個(gè)檢測(cè)器j構(gòu)成。如上所述，每一曲線由計(jì)算每一投影角上在該陣列上的投影的心軌線確定。
在如上所述進(jìn)行模擬掃描生成z內(nèi)插表后，可按照下列順序?qū)?shí)際物體掃描。首先，用螺旋錐形光束掃描獲得投影數(shù)據(jù)。然后可對(duì)投影數(shù)據(jù)的位置偏差、增益誤差和非線性影響進(jìn)行校正。然后，該HCB數(shù)據(jù)用于z內(nèi)插過(guò)程而獲得所需扇形光束數(shù)據(jù)。對(duì)每一投影角，從z內(nèi)插表檢索出檢測(cè)器行列數(shù)，在該確定的檢測(cè)器行列處的x射線強(qiáng)度值記錄為扇形光束數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，可如下進(jìn)行z內(nèi)插過(guò)程對(duì)每一投影，該過(guò)程每次步進(jìn)一檢測(cè)器j。對(duì)每一檢測(cè)器，從z內(nèi)插表確定行數(shù)I，該行數(shù)一般為某一實(shí)數(shù)。當(dāng)行數(shù)i不是整數(shù)時(shí)，可在合適行數(shù)處對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)值進(jìn)行內(nèi)插，以便如下文所述確定該檢測(cè)器的值。在一實(shí)施例中，使用線性內(nèi)插，但也可使用其他形式的內(nèi)插。
在剩下的重建過(guò)程中，內(nèi)插數(shù)據(jù)值可看作在傳統(tǒng)兩維掃描順序中獲得的扇形光束值。它們也可用于再回收(rebinning)過(guò)程以生成平行射線數(shù)據(jù)。再回收的兩維數(shù)據(jù)然后可用于傳統(tǒng)一維卷積程序。最后該平行-卷積數(shù)據(jù)可用于傳統(tǒng)兩維反向投影算法。對(duì)該區(qū)域中的每一斷層面重復(fù)上述過(guò)程。
下面對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)描述。
設(shè)連續(xù)錐形光束數(shù)據(jù)組表示為C(β，z’，q)，其中，β為機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)角(或投影角)，如圖4所示，q和z’為在檢測(cè)器上的位置。為重建一斷層面，β的范圍必須至少為180°加上扇形角。使用最少數(shù)量投影的重建稱為半掃描。設(shè)βh為用于半掃描重建的投影角范圍。如需要過(guò)掃描校正可使用更多投影。下面詳述過(guò)掃描方法。
NSR方法可總結(jié)如下1、對(duì)于給定β，其中0≤β＜βh，從錐形光束數(shù)據(jù)C(β，z’，q)獲得一扇形光束投影F(β，q)。該扇形光束數(shù)據(jù)由下式得出
F(β，q)＝C(β，L(β，q)，q) (1)其中，L(β，q)為所需1D投影線(z’＝L(β，q))。F(β，q)在此階段也可再回收成平行數(shù)據(jù)。再回收由于對(duì)平行視圖而非扇形視圖進(jìn)行反向投影的計(jì)算效率而為優(yōu)選方法。下文詳述再回收過(guò)程。
2、用合適卷積核卷積F(β，q)。
3、使用2D-FBP反向投影卷積數(shù)據(jù)。
下面說(shuō)明確定L(β，q)和斜角最優(yōu)化的方法。
事實(shí)上，錐形光束數(shù)據(jù)不以連續(xù)形式存在，因此使用離散處理方法。確切說(shuō)，必須從離散檢測(cè)器通過(guò)內(nèi)插確定線L(β，q)上的數(shù)據(jù)。設(shè)錐形光束數(shù)據(jù)表示為C(v，r，d)，其中，v為投影數(shù)(在β方向上)，r為檢測(cè)器行數(shù)(在z方向上)，d為在給定行中的檢測(cè)器通道數(shù)(在q方向上)。同時(shí)設(shè)0≤v＜Nh，0≤r＜Nr，0≤d＜Nd，其中，Nh為半掃描投影數(shù)，Nr為行數(shù)，Nd為每行檢測(cè)器數(shù)。離散和連續(xù)變量之間的關(guān)系為β＝vΔβ(2)z’＝(r-rc)wr(3)q＝(d-dc)wd(4)其中，Δβ為各投影之間的角，wr為各行之間的距離，wd為給定行中各檢測(cè)器之間的距離，rc為z’＝0的行的位置，dc為q＝0的檢測(cè)器通道位置。
rc＝(Nr-1)/2 (5)dc＝(Nd-1)/2 (6)
與連續(xù)情況一樣，所需數(shù)據(jù)位于與橢圓相交的一線上。設(shè)F(v，d)為從C(v，r，d)中選出的扇形光束數(shù)據(jù)。在r方向上的內(nèi)插稱為z內(nèi)插。設(shè)r’(v，d)為一對(duì)給定v和d給出r中所需點(diǎn)的位置的查看表?？稍趓中使用線性內(nèi)插獲得扇形數(shù)據(jù)。即F(v，d)＝(1-p)C(v，r0，d)+pC(v，r0+1，d)(7)其中，r0為小于或等于r’的最大整數(shù)值，p＝r’-r0。
Z內(nèi)插表可如上所述用模擬傾斜圓盤的模擬投影數(shù)據(jù)確定。該模擬圓盤的厚度等于投影到等角點(diǎn)上的檢測(cè)器行的寬度。整個(gè)圓盤的衰減系數(shù)不變，光子能量為單一能量。這樣，通過(guò)圓盤測(cè)量的給定投影射線直接與橫穿厚度成比例。圓盤中心位于等角點(diǎn)處，其斜角θ不變。圓盤在z軸方向上以掃描器的預(yù)定病床速度行進(jìn)。圓盤中心在數(shù)據(jù)收集開始和結(jié)束時(shí)的位置(即v＝0和v＝Nh-1)相對(duì)z＝0對(duì)稱。圓盤的半徑等于由下式給出的掃描半徑R＝rssinδ (8)其中，rs為從x線源到等角點(diǎn)的距離，δ為由下式給出的半扇形角δ＝(ΔγNd)/2 (9)其中，Δγ為給定行中的檢測(cè)器之間的角。檢測(cè)器在z方向上等角點(diǎn)處的整個(gè)寬度為
D＝wrNr(rs/rd) (10)其中，rd為從x線源到檢測(cè)器的距離。節(jié)距p定義為病床在機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)360°中的平動(dòng)與D的比例。即，p＝stT/D (11)其中，st為病床速度，T為機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)周期。例如，如節(jié)距為1，病床在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈中移動(dòng)距離D。
模擬掃描可使用用于實(shí)際掃描的同一掃描器幾何形狀。模擬也可使用更多檢測(cè)器行，以在確定z內(nèi)插表時(shí)提高分辨率。見表1。
表1參數(shù)值和定義對(duì)照表
如上所述，內(nèi)插線由計(jì)算所得投影數(shù)據(jù)行方向上的心軌線確定。設(shè)m為模擬時(shí)行的位標(biāo)，其中0≤m＜Nm(12)如下通過(guò)計(jì)算心軌線得出內(nèi)插點(diǎn)m’(v，d)m′[v,d]=Σm=0Nm-1mC[v,m,d]Σm=0Nm-1C[v,m,d]---(13)]]>然后把m’(v，d)的值轉(zhuǎn)換成真正檢測(cè)器行變量r’(v，d)，其中，0≤r’＜Nr。m’的z’位置由下式給出z’＝(m’-mc)wm(14)
其中，mc為z’＝0的行的位置，wm為模擬時(shí)給定行中檢測(cè)器之間的距離。然后將方程(14)代入方程(3)求解r后得出r’的值r′[v,d]=wmwr(m′[v,d]-mc)---(15)]]>z內(nèi)插表為斜角、掃描器幾何形狀和節(jié)距的函數(shù)。節(jié)距用方程(11)由病床速度、機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)速度和檢測(cè)器大小確定。斜角可用下述方法選擇。
設(shè)從掃描器的視圖范圍為0≤v＜∞ (16)使用一組Nh投影重建一斷層面。為了重建一系列相鄰斷層面，對(duì)每一斷層面不同組Nh投影重復(fù)上述步驟1-3。設(shè)j為Nj斷層面系列中的斷層面數(shù)，0≤j＜Nj。并設(shè)voj為給定斷層面j中第一個(gè)投影，使得給定斷層面j使用投影voj≤v＜voj+Nh。
Voj＝j(luò)Δvj(17)其中，Δvj為投影中相鄰斷層面之間間隔。如下從錐形光束數(shù)據(jù)中得出斷層面j的扇形數(shù)據(jù)F[vh，d]＝C[vj，r′[vh，d]，d] (18)其中，vj＝vh+v0j(19)
其中，0≤vh＜Nh。注意各斷層面的z內(nèi)插表可相同。
傾斜斷層面的平面可用兩轉(zhuǎn)動(dòng)描述。第一轉(zhuǎn)動(dòng)為圍繞x軸的角θ，第二轉(zhuǎn)動(dòng)為圍繞z軸的角φ。章動(dòng)平面的方程為xsinφsinθ+ycosφsinθ+(z-z0)cosθ＝0(20)其中，z0為該平面的中心在z上的位置(即，在圖6中，z0＝0)在一系列斷層面中，旋進(jìn)角φ與投影角β有關(guān)。設(shè)與voj對(duì)應(yīng)的機(jī)架角表示為βoj。斷層面j的旋進(jìn)角為φj=βoj+δ-π2---(21)]]>其中，δ為圖2所示半扇形角，用方程(9)算出。
章動(dòng)斷層面幾何形狀使得斷層面在z上的間隔為在x和y上的位置和節(jié)距的函數(shù)。在中心(x，y，)＝(0，0)處，在z上的位置為zoj=(j-Nj-12)Δz0---(22)]]>其中，Δz0為由下式給出的斷層面間隔Δz0=Δvj(siTNv)---(23)]]>其中，Nv為每圈投影數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，任何點(diǎn)(x，y)上兩相鄰斷層面的間隔由解方程(20)求出z后相減而得，即Δzj＝zj-zj-1(24)
Δzj為正弦波，圍繞等角點(diǎn)處為常量的標(biāo)稱間隔振蕩。圖12示出位于(x，y)＝(0，0)、(R，0)和(0，R)的象素的斷層面間隔，其中，R為掃描半徑。該曲線上的每一點(diǎn)表示一系列36個(gè)斷層面中的不同斷層面。這些斷層面間隔10個(gè)投影。(R，0)和(0，R)的曲線的振幅最大。R中的象素的斷層面間隔的振幅最小。
一旦對(duì)給定傾斜斷層面選出扇形光束投影數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就可再回收成平行光束投影數(shù)據(jù)。連續(xù)變量的一種再回收過(guò)程見作為參考包括在此的美國(guó)專利No.Re30，947。下面說(shuō)明離散數(shù)據(jù)的再回收。
考慮把扇形數(shù)據(jù)再回收成180°平行數(shù)據(jù)。如上所述，形成180°平行投影所需扇形投影等于機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)180+2δ所含扇形投影數(shù)。如使用過(guò)掃描校正，如下所述需要更多扇形投影。但是，再回收過(guò)程不管使用不使用過(guò)掃描都相同。
再回收可分兩步，即分開進(jìn)行徑向(q方向)和切向(v方向)內(nèi)插。扇形與平行投影之間的關(guān)系為βp＝βf+γf(25)其中，βp為平行投影角，βf為扇形投影角，γf為扇形檢測(cè)器角。設(shè)vp為平行投影位標(biāo)(0≤vp＜Np)，vf為扇形投影位標(biāo)(0≤vf＜Nh)。平行投影角為βp[vp]＝vpΔβ+δ(26)其中，Δβ為投影角間隔，δ為半扇形角。對(duì)每一平行投影和扇形檢測(cè)器df，扇形投影中的內(nèi)插點(diǎn)由下式計(jì)算vf′=1Δβ(βp[vp]-γ[df])---(27)]]>其中，γ(df)為由下式給出的扇形檢測(cè)器角γ[df]＝Δγ(df-dcf) (28)其中，dcf為中心扇形檢測(cè)器。用扇形投影方向上內(nèi)插獲得的混合平行投影Ph(vp，df)為Ph[vp，df]＝F[v′f，df](29)如下進(jìn)行徑向內(nèi)插。設(shè)t為所需等間隔平行檢測(cè)器的位置。
t[dp]＝wdiso(dp-dcp) (30)其中，wdiso為等角點(diǎn)處檢測(cè)器通道間隔(在q上)，dp為平行檢測(cè)器通道數(shù)(0≤dp＜Mp)，dcp為中心平行檢測(cè)器。每投影的平行檢測(cè)器數(shù)為Mp=2Rwdiso---(31)]]>t在扇形檢測(cè)器陣列中的位置為df′[dp]=sin-1(t[dp]R)---(32)]]>內(nèi)插df中混合投影數(shù)據(jù)得出平行投影P(vp，dp)P[vp，dp]＝Ph[vp，d′f](33)z內(nèi)插與再回收的組合由錐形光束數(shù)據(jù)在所有三個(gè)方向即vf、d和r方向上的內(nèi)插構(gòu)成。z內(nèi)插可首先進(jìn)行，也可插入在再回收過(guò)程中。
在固定CT中，平行投影應(yīng)在180°范圍上對(duì)稱。即，0°處的投影和180°處的投影應(yīng)由于對(duì)稱在不存在運(yùn)動(dòng)時(shí)包含相同信息。物體(或病人)的運(yùn)動(dòng)破壞該對(duì)稱性，造成隔開180°投影的投影數(shù)據(jù)不連續(xù)。這一不連續(xù)在重建圖象中造成偽影，因此人們研制出校正方法，例如作為參考包括在此的美國(guó)專利No.4,580,219所述校正方法。
過(guò)掃描校正是一種平滑該不連續(xù)和減小運(yùn)動(dòng)偽影的方法。這一方法測(cè)量額外投影后在卷積和反向投影之前對(duì)它們加權(quán)。額外投影數(shù)與在π中所含投影總數(shù)比較很小。設(shè)額外投影數(shù)為Nos，使得平行投影數(shù)據(jù)組為0≤vos＜Npos，其中，Npos＝Np+Nos首先數(shù)據(jù)乘以加權(quán)值得出加權(quán)數(shù)據(jù)Pw[vos，dp]＝w[vos]P[vos，dp] (34)其中，加權(quán)值w為
其中，x1=vos+1/2Nos---(36)]]>x2=vos+1/2-NpNos---(37)]]>得出加權(quán)數(shù)據(jù)后，進(jìn)一步至少有兩種方法。設(shè)Pout為要卷積和反向投影的輸出平行投影。在第一種方法中，輸出投影等于加權(quán)投影，即Pout[vos，dp]＝Pw[vos，dp](38)
投影數(shù)為Npos。在第二種方法中，輸出投影為
其中，d′＝Mp-1-d (40)其中，0≤vos＜Np。第二種方法的輸出投影比第一種方法少。初看從計(jì)算效率來(lái)說(shuō)反向投影的投影少是有利的。但是，在流水線結(jié)構(gòu)中，第一種方法的效率更高。這是由于在第二種方法中由Np隔開的兩投影加在一起。在一流水線中不可能保存一投影以便把它加到以后獲得的另一投影上。這兩種方法生成的最后圖象相同。
本發(fā)明CT和方法較之傳統(tǒng)方法有若干優(yōu)點(diǎn)。它以螺旋錐形光束掃描提供一種三維掃描方法，從而比使用線性檢測(cè)器陣列的傳統(tǒng)方法掃描時(shí)間大為縮短。它提供的重建過(guò)程獲得的圖象質(zhì)量與三維重建算法相同，但不需要三維重建硬件。而是使用簡(jiǎn)單得多的兩維重建硬件。
盡管以上結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例示出和說(shuō)明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難看出，可在由后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)作出種種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種重建一區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)的方法，該區(qū)域有一縱軸，所述方法包括用一檢測(cè)器陣列掃描該區(qū)域以生成代表該區(qū)域的掃描數(shù)據(jù)；限定與該區(qū)域的縱軸上許多位置對(duì)應(yīng)的許多圖象數(shù)據(jù)斷層面，相繼圖象數(shù)據(jù)斷層面不互相平行；以及使用掃描數(shù)據(jù)生成這許多圖象數(shù)據(jù)斷層面的圖象數(shù)據(jù)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用一CT裝置掃描該區(qū)域以生成掃描數(shù)據(jù)。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用一放射源掃描該區(qū)域，該放射源的射線穿透該區(qū)域到該檢測(cè)器陣列上。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該放射源為一錐形光束源。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，相繼圖象數(shù)據(jù)斷層面相對(duì)章動(dòng)。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該檢測(cè)器陣列為一兩維陣列。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維反向投影計(jì)算。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維重建計(jì)算。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用螺旋掃描生成掃描數(shù)據(jù)。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用螺旋錐形光束掃描生成掃描數(shù)據(jù)。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維反向投影計(jì)算。
12.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維重建計(jì)算。
13.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括把掃描數(shù)據(jù)再回收成平行射線掃描數(shù)據(jù)。
14.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)掃描校正。
15.一種重建一區(qū)域的CT圖象的圖象數(shù)據(jù)的方法，所述區(qū)域有一縱軸和一與該縱軸正交的橫軸，所述方法包括用一放射源和一檢測(cè)器陣列掃描該區(qū)域以生成一表示該區(qū)域的掃描數(shù)據(jù)；在該區(qū)域的縱軸上許多位置的每一位置上限定一圖象數(shù)據(jù)斷層面，所述圖家數(shù)據(jù)斷層面的斷層面平面的法線與該區(qū)域的縱軸形成一斜角，與該區(qū)域的橫軸形成一轉(zhuǎn)動(dòng)角，從而相繼圖象數(shù)據(jù)斷層面的斜角相同，但轉(zhuǎn)動(dòng)角不同；以及使用掃描數(shù)據(jù)生成這許多圖象斷層面的圖象數(shù)據(jù)。
16.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該放射源為一錐形光束源。
17.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該檢測(cè)器陣列為一兩維陣列。
18.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維反向投影計(jì)算。
19.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維重建計(jì)算。
20.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，使用螺旋掃描生成掃描數(shù)據(jù)。
21.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，使用螺旋錐形光束掃描生成掃描數(shù)據(jù)。
22.按權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，計(jì)算圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維反向投影計(jì)算。
23.按權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，生成圖象數(shù)據(jù)的步驟包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維重建計(jì)算。
24.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括把掃描數(shù)據(jù)再回收成平行射線掃描數(shù)據(jù)。
25.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)掃描校正。
26.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在掃描該區(qū)域之前用一傾斜不透明圓盤進(jìn)行校準(zhǔn)掃描以確定該斜角。
27.按權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括計(jì)算該不透明圓盤在該檢測(cè)器陣列上的投影面積，以盡可能減少重建圖象數(shù)據(jù)中的誤差。
28.一種在一CT系統(tǒng)中生成圖象數(shù)據(jù)的一重建斷層面的方法，包括用一放射源和一檢測(cè)器陣列掃描一區(qū)域以生成許多掃描數(shù)據(jù)，該區(qū)域包括一軸線；確定該軸線與該重建斷層面限定的一斷層面平面之間的斷層面角，使得重建斷層面圖象數(shù)據(jù)中的誤差最??；以及使用該掃描數(shù)據(jù)計(jì)算重建斷層面在該斷層面角處的圖象數(shù)據(jù)。
29.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，該放射源為一錐形光束源。
30.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，該檢測(cè)器陣列為一兩維陣列。
31.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，使用兩維重建計(jì)算從掃描數(shù)據(jù)中計(jì)算出圖象數(shù)據(jù)。
32.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，使用螺旋掃描生成掃描數(shù)據(jù)。
33.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，使用螺旋錐形光束掃描生成掃描數(shù)據(jù)。
34.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，該斷層面角的確定包括在掃描該區(qū)域之前用一傾斜不透明圓盤進(jìn)行校準(zhǔn)掃描。
35.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括計(jì)算該不透明圓盤在該檢測(cè)器陣列上的投影面積，以盡可能減少重建圖象數(shù)據(jù)中的誤差。
36.一種生成一區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該區(qū)域有一縱軸，所述系統(tǒng)包括一檢測(cè)器陣列，用來(lái)掃描該區(qū)域以生成表示該區(qū)域的掃描數(shù)據(jù)；在該區(qū)域的該縱軸上的許多位置上限定許多圖象數(shù)據(jù)斷層面的處理裝置，使得相繼圖象數(shù)據(jù)斷層面不互相平行；以及計(jì)算這許多圖象斷層面的圖象數(shù)據(jù)的生成裝置。
37.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)為一CT系統(tǒng)。
38.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一放射源，該放射源的射線穿透該區(qū)域照射到該檢測(cè)器陣列上，從而掃描該區(qū)域。
39.按權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，該放射源為一錐形光束源。
40.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，該檢測(cè)器陣列為一兩維陣列。
41.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，該生成裝置包括生成圖象數(shù)據(jù)的兩維反向投影裝置。
42.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，該生成裝置包括生成圖象數(shù)據(jù)的兩維重建裝置。
43.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括生成圖象數(shù)據(jù)的兩維反向投影硬件。
44.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，該檢測(cè)器陣列可對(duì)該區(qū)域進(jìn)行螺旋掃描。
45.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，該檢測(cè)器陣列可對(duì)該區(qū)域進(jìn)行螺旋錐形光束掃描。
46.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括把掃描數(shù)據(jù)再回收成平行射線掃描數(shù)據(jù)的裝置。
47.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)掃描校正的裝置。
48.按權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括在對(duì)該區(qū)域掃描之前用一傾斜不透明圓盤進(jìn)行校準(zhǔn)掃描的裝置。
49.按權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括計(jì)算該不透明圓盤在該檢測(cè)器陣列上的投影面積以盡可能減小重建圖象數(shù)據(jù)中的誤差的裝置。
全文摘要
使用螺旋錐形光束掃描生成一組投影數(shù)據(jù)的章動(dòng)斷層面CT圖象重建裝置和方法。用該三維投影數(shù)據(jù)重建一系列平面圖象斷層面。這些斷層面(132)選擇成:它們與受掃描物體的縱軸形成一斜角和一轉(zhuǎn)動(dòng)角。相繼斷層面(132)的斜角(θ)相同,但轉(zhuǎn)動(dòng)角(Φ)變動(dòng),使得相繼斷層面(132)的法線(140)章動(dòng)而由所選一維扇形光束形成。因此,投影數(shù)據(jù)可用于傳統(tǒng)兩維重建方法而生成一圖象。
文檔編號(hào)G06T15/00GK1251975SQ98803951
公開日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1998年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月9日
發(fā)明者格雷戈里·L·拉森, 克里斯托弗·C·魯思, 卡爾·R·克勞福德 申請(qǐng)人:模擬技術(shù)公司