一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法技术

本发明专利技术提供了一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法，涉及医学影像技术领域，其中z向高分辨率的CT扫描方式包括z向飞焦点采样、调节相邻两个焦点的位置、选定最佳螺距，螺旋扫模式下旋转机架轴180度；其中图像重建方法包括以下：对两个焦点的数据分别进行重新排列，使其排列成两个平行束，在角度方向进行插值，使两个飞焦点的扫描数据角度相同，在径向方向进行插值，使两个焦点的非等距离平行束变为等距离的平行束，对两个平行束分别进行滤波操作，进行反投影计算。因此本发明专利技术在z向两个焦点之间切换的技术和特殊的螺旋扫描螺距相结合，以达到z向4倍采样率，减少混叠伪影使z向分辨率得到提升。

A z-direction high resolution CT scanning method and image reconstruction method

【技术实现步骤摘要】
一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法
本专利技术涉及医学影像
，尤其涉及一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法。
技术介绍
第三代CT系统的主要组成部分包括Tube(球管)，Collimator(限束器)，Detector(探测器)。X射线球管发出X光，经过限束器限制形成一个锥形的光束。锥形光束照射到探测器上经过探测器转化为电信号并经过数据采集和转换单元转换为数字信息存储在图像处理系统中。图像处理系统经过一系列的校正算法和图像重建算法生成图像显示在显示器上。从成本和技术成熟程度来说，主流探测器都采用了由很多个探测器模块排列在一个弧形或者多边形的面上来形成整个探测器，每个探测器模块中规则排列一个探测器单元形成的矩阵。现有探测器像素设计一般都为在扫描平面内（X方向）探测器像素较大，而z向探测器像素较小。在扫描平面内像素较大是为了兼顾几何探测效率和空间分辨率而设计。扫描平面内可以使用探测器1/4偏移，主射线和相隔180度机架旋转角的共轭射线结合做到2倍采样率。或者进一步和X射线焦点平面内摆动技术结合做到4倍采样率。这些技术可以做到扫描平面内的奈奎斯特采样频率大幅提升增加了平面内的空间分辨率并减少了混叠伪影。虽然探测器像素在z方向较小，但是相比人体组织的细微结构仍然偏大，在螺旋扫描时会由于在z向采样率不够造成z向空间分辨率较低并且由此造成的螺旋扫描风车状伪影增加。可以通过进一步减少探测器像素在z方向的大小来提高采样率，但是减少探测器像素大小会造成探测器像素之间的缝隙在探测器总面积的占比提高。探测器像素之间的缝隙是不能吸收和转化X光的，因此单纯减少探测器像素大小会造成探测器几何效率过低、图像噪声增大、软组织的低密度分辨率降低。现有技术中为了提高z向分辨率的方式包括：仅减少探测器像素在z方向的大小、单独使用特殊的螺旋扫描螺距、单独使用z方向飞焦点技术，但上述方法分别存在以下缺陷：1、减少探测器像素在z方向的大小会导致探测器排与排之间的缝隙占探测器总面积的比例增加，因而探测器几何效率减少导致图像噪声增加而低密度分辨率降低。2、使用特殊的螺旋扫描螺距可以增加z向采样率，但在扫描平面内此措施有效的范围较小，即射线有效交错的平面内扫描FOV减少。3、使用z向飞焦点技术可以使采样加倍，但是z向分辨率提高的比例理论上不超过两倍。当然，为了进一步提高z向采样率，理论上可以采用z向4个焦点切换，即，可以在z向设置4个焦点位置，而使相邻的4个采样时刻采用不同的4个焦点位置。调节焦点位置可以使相邻采样时刻射线在机架旋转轴上的采样间隔等于探测器像素的1/4因而使采样率提升到原来的4倍。但是为了减少平面内角度方向采样造成的混叠伪影，每个焦点在机架旋转一周需要的采样数目有限制，使用4个焦点会造成采样数目提升到4倍，对探测器的数据采集、滑环的数据传输、重建的计算资源消耗是很大的挑战，技术难度大幅增加，因而成本会大大增加。基于此，本案由此产生。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法，可以达到z向4倍采样率，进而提升z向采样的奈奎斯特频率为现有技术的两倍，从而减少混叠伪影，使z向分辨率得到提升。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法，其中z向高分辨率的CT扫描方式包括以下：（1）z向飞焦点采样：相邻的两个采样采用不同的两个焦点，相应得到从焦点到探测器单元像素中心的两组主射线；（2）调节相邻两个焦点的位置，使得主射线之间的距离为采用一个焦点时的一半；（3）选定最佳螺距，螺旋扫模式下旋转机架轴180度：相应得到两组共轭射线；对于一个N排探测器，所述最佳螺距为M/2N，其中N和M均为自然数，M小于2N；其中图像重建方法包括以下：（1）对两个焦点的数据分别进行重新排列，使其排列成两个平行束；（2）在角度方向进行插值，使两个飞焦点的扫描数据角度相同；（3）在径向方向进行插值，使两个焦点的非等距离平行束变为等距离的平行束；（4）对两个平行束分别进行滤波操作；（5）进行反投影计算。进一步的，所述图像重建方法的步骤（5）中，反投影时根据需要重建的像素点找出与其最接近的两条主射线和两条共轭射线，在此四条射线中找出距离此像素点最近的两条射线进行线性插值，得到穿过被重建点的射线数值进行反投影。进一步的，在机架旋转过程中，奇数编号的采样对应一个焦点得到采样组一，偶数编号的采样对应另外一个焦点得到采样组二。进一步的，所述z向飞焦点扫描方式的步骤中，在机架扫描过程中患者床和球管相位位置保持不变。本专利技术的原理及效果：本专利技术提出的方法是结合飞焦点扫描模式并且使用特殊的螺距的扫描方法，以及在重建阶段的滤波反投影阶段结合两条主射线和两条共轭射线，在最紧邻的两条射线间进行Z向插值的图像重建方法。结合飞焦点和特殊螺距的方式可以使Z向采样率提高到4倍减少混叠伪影。在最紧邻的两条射线间进行Z向插值减少了因为Z向插值所对应的平滑滤波效应造成的Z向空间分辨率的降低。因此本专利技术在z向两个焦点之间切换的技术和特殊的螺旋扫描螺距相结合，以达到z向4倍采样率，进而提升了z向采样的奈奎斯特频率为现有技术的两倍，从而减少混叠伪影（螺旋扫描中的风车伪影），使z向分辨率得到提升。附图说明图1为传统的没有Z向飞焦点的采样中焦点与探测器相对位置示意图（探测器侧视图）；图2为飞焦点模式示意图（探测器侧视图）；图3为螺距为2/16的主射线和共轭射线相对位置示意图（探测器侧视图）；图4为螺距为5/32的z向飞焦点模式扫描主射线和共轭射线相对位置示意图（探测器侧视图）。标注说明：0度位置1，180度位置2，机架旋转轴3，探测器阵列4，主射线5，共轭射线6。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：本实施例的一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法，其中z向高分辨率的CT扫描方式包括以下：（1）z向飞焦点采样：相邻的两个采样采用不同的两个焦点，相应得到从焦点到探测器单元像素中心的两组主射线；在机架旋转过程中，奇数编号的采样对应一个焦点得到采样组一，偶数编号的采样对应另外一个焦点得到采样组二。z向飞焦点扫描方式的步骤中，在机架扫描过程中患者床和球管相位位置保持不变。（2）调节相邻两个焦点的位置，使得主射线之间的距离为采用一个焦点时的一半；（3）选定最佳螺距，螺旋扫模式下旋转机架轴180度：相应得到两组共轭射线；对于一个N排探测器，最佳螺距为M/2N，其中N和M均为自然数，M小于2N。如图2所示，采用Z向飞焦点时，在相邻的两个采样采用不同的两个焦点。在机架旋转过程中，奇数编号的采样对应一个焦点而偶数编号的采样对应另外一个焦点。相邻两个焦点的位置调节使得焦点与每个探测器像素中心的连线之间的距离减少到一半，因此Z向采样率提升一倍而使混叠伪影减少表现出来Z向的主观可分辨的线对数目增加。螺旋扫描时，相隔180度旋转角的两个射线称为互相共轭。如在机架旋转中心附近最紧邻的位置，0度机架旋转角在探测器中心的射线和180度机架旋转角时在探测器中心的射线互为共轭。一条射线称为主射线，另外一条称为共轭射线。当结合Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法，其特征在于：其中z向高分辨率的CT扫描方式包括以下：（1）z向飞焦点采样：相邻的两个采样采用不同的两个焦点，相应得到从焦点到探测器单元像素中心的两组主射线；（2）调节相邻两个焦点的位置，使得主射线之间的距离为采用一个焦点时的一半；（3）选定最佳螺距，螺旋扫模式下旋转机架轴180度：相应得到两组共轭射线；对于一个N排探测器，所述最佳螺距为M/2N，其中N和M均为自然数，M小于2N；其中图像重建方法包括以下：（1）对两个焦点的数据分别进行重新排列，使其排列成两个平行束；（2）在角度方向进行插值，使两个飞焦点的扫描数据角度相同；（3）在径向方向进行插值，使两个焦点的非等距离平行束变为等距离的平行束；（4）对两个平行束分别进行滤波操作；（5）进行反投影计算。

【技术特征摘要】
1.一种z向高分辨率的CT扫描方式和图像重建方法，其特征在于：其中z向高分辨率的CT扫描方式包括以下：（1）z向飞焦点采样：相邻的两个采样采用不同的两个焦点，相应得到从焦点到探测器单元像素中心的两组主射线；（2）调节相邻两个焦点的位置，使得主射线之间的距离为采用一个焦点时的一半；（3）选定最佳螺距，螺旋扫模式下旋转机架轴180度：相应得到两组共轭射线；对于一个N排探测器，所述最佳螺距为M/2N，其中N和M均为自然数，M小于2N；其中图像重建方法包括以下：（1）对两个焦点的数据分别进行重新排列，使其排列成两个平行束；（2）在角度方向进行插值，使两个飞焦点的扫描数据角度相同；（3）在径向方向进行插值，使两个焦点的非等距离平行束变为等距离的平行束；（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，王瑶法，黄俊杰，陈婷，
申请(专利权)人：四川明峰医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51