锥束CT动态成像的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种锥束CT动态成像的方法和设备，其中通过使用锥束发射器和检测器执行圆形加稀疏螺旋扫描几何或部分圆形加稀疏螺旋扫描几何以获得投影数据，而在扫描平面内执行对所述物体的锥束扫描，其中所述扫描几何包括圆形加螺旋扫描几何或部分圆形扫描几何加螺旋扫描几何，以及其中所述投影数据包括仅在沿着所述螺旋扫描几何的离散点获取的投影数据，其中所述部分螺旋扫描包括4π角度的覆盖；以及根据所述投影数据形成所述锥束重建图像。从而实现图像数据是实时采集的。

【技术实现步骤摘要】
锥束CT动态成像的方法和设备本申请是申请号为200780013865.X、申请日为2007年2月27日、专利技术名称为“锥束CT动态成像的方法和设备”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的引用本申请要求2006年2月27日提交的美国临时专利申请第60/776666号的权益，这里通过引用将其公开内容结合到本说明书中。政府利益声明研发本专利技术的工作部分由NIHGrants8R01EB002775、R019HL078181 和4R33CA94300支持。政府拥有本专利技术中的某些权利。
本专利技术涉及成像，更特别地涉及使用加权函数增加时间分辨率的半扫描成像技术。
技术介绍
近几年来，半扫描方法在锥束CT中的使用成为一个热门课题，这是由于时间分辨率的提高。目前有多种不同类型的锥束半扫描方案，例如基于FDK的，基于锥束滤波反向投影的(CBFBP),和基于Grangeat的。每个方案使用平面扫描轨道(圆形的或非圆形的)来实施该半扫描方案。理论上，只要该重建物体在某个尺寸大小内，圆形半扫描可以基于Grangeat公式的导数，根据一阶导数辐射数据可以近似获得与圆形完全扫描相同的Radon域信息。即使在圆形半扫描范围内，仍然存在冗余。Grangeat型半扫描(GHS)将空间投影数据映射到一阶导数辐射数据并且在Radon域对它们加权。在通过线性内插/外插圆形扫描不能进入的该Radon域的阴影区而添加丢失数据之后，使用3DRadon逆公式来得到该重建图像。当前用于锥束CT的FDK型半扫描(FDKHSFW)方案使用Parker或者其他基于扇形束几何的加权系数，其中对所有检测行应用相同的加权系数。CBFBP算法使用该Radon域中的冗余投影数据，在滤波反向投影(FBP)的结构中完成半扫描重建并且获得几乎与FDKHSFW相同的性能。当该阴影区被填充线性内插数据时，Grangeat型半扫描方案在校正未扫描(off-scanning)平面衰减系数降低上的性能超过了 FDK型半扫描方案。然而,来自GHS的重建图像的空间分辨率比FDKHSFW差，因为在FDK中包含的数据内插比GHS少。此外，GHS不能处理纵向方向上的被截(truncated)数据。CBFBP相关的半扫描和FDKHSFW在距离Z = O最远的重建图像位置显示了各种衰减系数降低伪像(artifacts)，其中Z是旋转轴。该伪像是实践中不希望出现的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是在一定程度上校正该降低问题。 本专利技术的另一个目的是在这样做的同时保持空间分辨率。[0011 ] 为了实现上述和其他目的，本专利技术提出了一种具有配合锥束几何(FDKHSCW)的新加权函数的FDK半扫描方案，其中该加权函数是与锥束几何相关的。该具有新锥束加权函数的FDK半扫描算法被描述。实施了一种计算机模拟，并且评估该FDKHSCW以与FDKFS和FDKHSFW相比较。对基于FDK的圆形半扫描重建(FDKHSCW)启发式提出了一种新的锥束加权方案，用于在一定程度上沿着该旋转轴校正该密度降低伪像，接着使用用于较大锥角的原始FDK算法。当该锥角较大时，根据衰减系数降低使用FDKHSCW来代替FDKFS和FDKHSFW时，对有噪声和无噪声的Shepp-Logan幻象进行的计算机模拟显示产生了改进，同时维持相同的虚拟图象质量。FDKHSCff需要在滤波前进行额外的锥束加权，并且仅使用[β，180+ β +2 Λ ]的扫描范围，其中β是X射线的起始投影角，△是完全扇形角的一半，二者都被限定在该扫描平面中。该起始角一旦确定，就可以处理每个投影图像(对半扫描进行锥束加权，由FDK继承的像素加权，滤波)。所以，与完全扫描方案相比较，重建物体需要更少的时间，这在实践中是一个非常希望具备的特征。这里，该半扫描被定义为180°加上扫描几何的锥角。此外，该半扫描方案提供了选择任何起始点用于重建的灵活性，只要该扫描范围被确保即可，这是锥束CT动态成像的另一优选特征。如果执行完全圆形扫描，为了增加该系统和锥束CT重建的时间分辨率，可以通过选择不同的起始点来根据该完全圆形扫描执行多个半扫描重建。因此，本专利技术的另一目的是，使用半扫描算法根据物体的一个或多个圆形扫描投影图像重建多个半扫描重建，以增加锥束CT动态成像扫描的时间分辨率。基于Silver 提出的思想(Μ.D.Silver, “Amethodforincluding redundantdataincomputedtomography”，Med.Phys.27，773-774 (2000))，我们甚至能够通过使得扫描范围大于180+2 △来实施扩展的半扫描方案，应用该新锥束加权函数以获得更好的噪声特性。该圆形锥束半扫描加权方案对于低对比度物体工作得更好。我们从Shepp-Logan幻象的模拟中可以看到，最大补偿位于0.03的衰减系数内。我们预期，FDKHSCW能够显示高对比度幻象例如Defrise盘幻象中的强度降低的改进。但是它对于低对比度幻象更有前途。其他提出的改进的FDK方法称为T-FDK和FDK-SLANT，它们也在一定程度上以更大的锥角校正FDK中继承的沿着旋转轴衰减系数降低。在这些方法和FDKHSCW之间存在不同。虽然这些方法的结果显示了与FDKHSCW相似的校正，但是FDK-SLANT和T-FDK需要根据锥束数据平行重排(rebinned)。这意味着，直到整组数据采集和平行重排序过程完成才开始该滤波部分，然后进行反向投影以进行图像重建。FDKHSCW的优点在于，一旦获得2D投影数据，该滤波部分就能开始并且立即 进行反向投影。只要托架速度和读出速率足够高，这个方案就能在实施连续动态成像时实现几乎实时监测。Wang (G.Wang, “X-raymicro-CTwithadispIaceddetectorarray, Med.Phys.29, 1634-1636 (2002))研发了 一种在移位的(displaced)检测器阵列上进行锥束完全圆形扫描重建而不需要重排该投影数据以重建的加权方案。对于该冗余区域，可以通过调节扫描范围中的加权条件来将我们的方案应用到这个算法中。近来，提出了一种新的圆形3D加权重建算法，基于对直接射线与其共轭射线之间的数据不一致的研究来减少锥束伪像。其基本思想是在反向投影期间将滤波的投影数据乘以与锥束几何相关的校正系数。但是它校正的伪像不是这里FDKHSCW试图校正的，即衰减系数降低。然而，这两种方案可以相结合。总之，通过结合新的锥束加权方案，基于一个平板检测器提出了一种新的基于FDK的探索性的圆形轨道半扫描近似算法，数值模拟证实了它的可行性。由于可以以更少的时间来完成该数据的扫描和处理，所以可以更快地完成成像。因而，四维扫描(三维空间和一维时间)就变得可能。在以下美国专利中公开了相关的系统和方法:6987831号，“Apparatusandmethodforconebeamvolumecomputedtomography breastimaging” ；6618466 号，“Apparatusandmethodforx-ray scatterreductionandcorrectionforfanbeamCTandconebearn vo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成物体的锥束重建图像的方法，所述方法包括： （a）通过使用锥束发射器和检测器执行圆形加稀疏螺旋扫描几何或部分圆形加稀疏螺旋扫描几何以获得投影数据，而在扫描平面内执行对所述物体的锥束扫描，其中所述扫描几何包括圆形加螺旋扫描几何或部分圆形扫描几何加螺旋扫描几何，以及其中所述投影数据包括仅在沿着所述螺旋扫描几何的离散点获取的投影数据，其中所述部分螺旋扫描包括4π角度的覆盖；以及 （b）根据所述投影数据形成所述锥束重建图像。

【技术特征摘要】
2006.02.27 US 60/7766661.一种用于形成物体的锥束重建图像的方法，所述方法包括: (a)通过使用锥束发射器和检测器执行圆形加稀疏螺旋扫描几何或部分圆形加稀疏螺旋扫描几何以获得投影数据，而在扫描平面内执行对所述物体的锥束扫描，其中所述扫描几何包括圆形加螺旋扫描几何或部分圆形扫描几何加螺旋扫描几何，以及其中所述投影数据包括仅在沿着所述螺旋扫描几何的离散点获取的投影数据，其中所述部分螺旋扫描包括4角度的覆盖；以及 (b)根据所述投影数据形成所述锥束重建图像。2.如权利要求1所述的方法，其中所述物体包括胸部。3.如权利要求2所述的方法，其中所述圆形或部分圆形扫描几何是围绕所述胸部的，并且所述螺旋扫描几何是沿着所述胸部的。4.如权利要求3所述的方法，其中步骤(b)包括添加来自所述圆形和螺旋扫描几何，或来自部分圆形扫描几何和所述螺旋扫描几何的项。5.如权利要求4所述的方法，其中步骤(b)还包括添加表示通过圆形扫描不能采集到的Radon空间中的信息的校正项。6.一种用于形成物体的锥束重建图像的系统，所述系统包括: 锥束发射器； 检测器； 托架，用于引起所述发射器和所述检测器的相对移动以通过使用锥束发射器和检测器来执行圆形加稀疏螺旋扫描几何或部分圆形加稀疏螺旋扫描几何以获得投影数据，而在扫描平面内执行对所述物体的锥束扫描，其中所述扫描几何包括圆形加螺旋扫描几何或部分圆形扫描几何加螺旋扫描几何，以及其中所述投影数据包括仅在沿着所述螺旋扫描几何的离散点获取的投影数据，其中所述部分螺旋扫描包括4 π角度的覆盖；以及 处理器，接收所述投影数据，用于根据所述投影数据来形成所述锥束重建图像。7.如权利要求6所述的系统，其中所述处理器添加来自所述圆形和所述螺旋扫描几何，或来自所述部分圆形扫描几何和所述螺旋扫描几何的项。8.如权利要求7所述的系统，其中所述处理器还添加表示通过圆形扫描或部分圆形扫描几何不能采集到的Radon空间中的信息的校正项。9.如权利要求6所述的系统，其中所述托架围绕旋转轴旋转，以进行所述圆形或部分圆形扫描几何，以及其中所述托架框架二者都围绕所述旋转轴旋转并且沿着所述旋转轴移动以进行螺旋扫描几何。10.一种用于产生患者胸部的锥束计算机断层扫描(CT)图像的设备，所述设备包括: 托架框架； 至少一个电机，用于移动所述托架框架以形成数据采集几何； 附着到所述托架框架以随着所述托架框架移动的锥束辐射源； 附着到所述托架框架以随着所述托架框架移动的二维检测器，所述二维检测器被设置在所述福射的路径上； 支架，当获取所述胸部的投影图像时所述患者靠在所述支架上，所述支架支撑所述患者以使得所述胸部被设置在所述锥束辐射源和所述二维检测器之间；和 至少一个计算机系统，用于控制对所述胸部的扫描、执行对所述胸部的重建和对所述胸部的一组半扫描重建以及对图像的图像分析； 所述设备其特征还在于: 所述辐射源是锥束辐射源； 所获取的图像是所述胸部图像的锥束CT投影； 所述至少一个电机移动所述托架框架以便通过使所述源和所述检测器围绕经过所述胸部的轴同步旋转，以形成锥束CT的数据采集几何，从而获取所述胸部的体积扫描，所述体积扫描得到一组二维(2D)锥束CT投影图像； 通过根据一组所述锥束CT投影图像来执行锥束CT重建以产生所述胸部的三维(3D)衰减系数分布，从而形成三维锥束CT图像； 所述至少一个电机包括用于移动所述源和二维检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁若拉，D杨，
申请(专利权)人：罗切斯特大学，
类型：发明
国别省市：美国;US