用于螺旋扫描立体计算的X断层照相系统的改进的探测器阵列的几何形状技术方案

在一个用于锥形光束重构的改进的方法和装置中，提供了一个改进的探测器阵列，这一探测器阵列相对于平移轴呈非对称形状。在第一个实施例中，一个标准的对称阵列以倾角α围绕光束轴旋转。在第二个实施例中，构造了一个拥有较大螺转断面的阵列。在这一方式中，探测器元件得以有效使用、系统的螺旋线间距增大、图象质量进一步提高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关的申请本申请对1997年7月1日申请的60/051,409号U.S.(美国临时申请)的权益提出要求，并将其内容并入此处，以作参考。本专利技术的背景在现代计算的X断层照相(CT)扫描仪系统中，一个X-射线源生成一个探询物体的X-射线光束，并入射于一个传感器阵列。在第三代CT系统中，能量源和传感器阵列安装在一个围绕物体旋转的台架上。按逐步递增的台架的旋转角对物体的连续的投影集加以记录。在台架完成一次半旋转("半扫描"系统)或一次全旋转("全扫描"系统)之后，把来自连续旋转角度的数据结合于一个名为重构的过程，以创建物体的一个横断面图象。在一个静态扫描配置中，每次扫描期间，物体固定在相应的位置上。然而在一个平移扫描或"螺旋"扫描中，物体和台架在旋转扫描期间互相相对平移，并改进了系统的处理能力。在一个传统的二维CT扫描仪中，如先有技术附图说明图1中所示，X-射线光束51在位于点源54和传感器阵列52之间的一个平面的扇形50中传播。传感器阵列52包括一个一维探测器元件53阵列。扇形光束50叫做"平移轴扇形"，因为这一扇形的平面与旋转轴(即z轴)相垂直。一个二维图象重构过程收集处于每一旋转角的初始数据，在一次半扫描或全扫描之后，这些数据将转换成物体55的一部分的一个平面象素图象，X-射线将流经这一物体。每次扫描后，可将物体沿z轴平移，以生成物体55的相邻的横断面图象或"切片"，可以把这些横断面图象或"切片"组合在一起，以产生一个三维的图象。在一个三维的CT扫描仪中，如先有技术图2中所示，在点源54处生成的锥形X-射线光束61(也叫做"锥形光束")，沿光束轴y穿过物体55投影，并入射于一个二维的传感器阵列63。阵列63包括多行探测器56(行1…M)和多列探测器62(列1...N)，它们位于于一个柱面58上。在这一配置中，X-射线锥形光束61不仅沿xy平面岔开，而且也沿z轴岔开。每一个锥形光束61由多个平移轴扇形光束层组成，其中的三个由60A、60B以及60C加以指示。每一个平移轴光束定义在X-射线点源54和1...M行探测器元件56A、56B以及56C之中的某一行之间。注意，平移轴扇形光束60B例外，它沿xy平面布置，余下的平移轴扇形光束，例如光束60A、60C，不垂直于旋转的z轴，因此并不是最严格意义上的"平移轴"。即其余的每一扇形光束，例如光束60A或60C都相对xy平面以一个很小的倾斜角β，这一倾角叫做"锥形角"，如先有技术图3所示。在这一定义中，沿xy平面投影的平移轴扇形光束60B，可视为一个拥有0°锥形角的平移轴扇形光束。X-射线点源54和探测器元件62的1...N各列也定义了"轴"扇形光束，其中的三个由符号64A、64B和64C指示，如先有技术图4中所示。每一个轴扇形光束64位于于一个平行于旋转轴的平面。探测器j0列的扇形光束64B例外，它直接在yz平面上布置，所以能穿过z轴以所有旋转角加以投影。余下的1...N列的轴扇形以一个"轴角"γ从yz平面岔开。可把沿yz平面投影的中心轴扇形光束64B视为一个拥有0°轴角γ的轴扇形光束。当处于旋转状态时，将会在台架的一系列连续旋转角中的每一个角位置提供一组线投影。在xy平面上所测得的一个线投影的角叫做该投影的一个视角。因而，在旋转角θ位置，处于轴角γ处的每一轴扇形光束中的线投影将与处于相同角度的视角φ=θ+γ处的轴扇形光束中的线投影相关联。在实践中，传统的二维重构算法不适用于根据一个二维探测器阵列所收集的锥形光束数据来重构三维立体图象。三维锥形光束数据不能沿z轴精确地分解为独立的平行层，以插进二维重构，因为如上所述的每一扇形光束都位于相对于z轴的一个锥形角β位于于z轴。所以对于每一扇形光束数据集来说，使用这样的数据执行二维重构将会导致重构误差，但沿xy平面的中心扇形光束60B例外。当锥形角β加大时，重构误差也相应增大。一种叫做"针对静态扫描配置的锥形光束重构"的更精确的三维重构技术描述于1．L.A.Feldkamp、L.CDavis以及J.W.Kress所著的"实际的锥形光束算法"，1984年6月刊载于J.Opt.Soc.Am.A，第1卷，第1号，第612页。上述的讨论适用于扫描一个相对z轴静态不动的物体。在另一种技术上叫做"螺旋扫描"的扫描形式中，物体和台架沿一个平移轴相互间相对平移(典型的情况为，物体相对台架平移)，通常平行于z轴，并在台架旋转期间保持常速。从物体的角度来看，可认为在数据收集间X-射线源和传感器是以螺旋轨道围绕着物体加以旋转的。在一个具有单行探测器的传统系统的螺旋扫描过程中，首先把投影数据插值于每一切片的z位置，以生成切片的平面图象，并把这些平面图象沿z轴连续定位。可对连续的切片加以组合，供各种三维显示模式进一步加以处理。然而令人感到遗憾的是，在一个锥形光束系统中，z轴平移将会导致所收集到的数据进一步偏离那些标准二维或三维重构技术所要求的数据。因此，一个锥形光束系统的螺旋扫描所引发的重构误差，将高于静止扫描所引发的误差。用于锥形光束螺旋扫描的重构与增强方法描述于2．1994年3月1日授权给A.H.Pfoh的美国5,291,402号专利"螺旋扫描计算的X线断层照相装置"；3．1994年12月27日授权给H.Hu的美国5,377,250号专利"具有多行探测器阵列的螺旋扫描计算的X线断层照相装置的重构方法"；4．1995年7月4日授权给H.Hu、N.J.Pele以及A.HPfoh的美国5,430,783号专利"具有使用重叠光束的多行探测器阵列螺旋扫描计算的X断层照相装置的重构方法"；以及5．D.L.Parker所著的"用于扇形光束CT的最佳短扫描旋转重构"，于1982年3/4月刊载于Med.Phys第9卷，第2号，第254页。在上述的这些参照中，为了在所扫描的区域上重构立体图象，数据在台架进行一次完全旋转，即"全扫描"过程中加以收集的。然而，也可以根据在台架的半旋转，即"半扫描"过程中所收集到的数据对图象进行重构。半扫描图象处理具有双倍于全扫描吞吐率或"螺旋线间距"的优点，其中"螺旋线间距"是物体在台架的全旋转期间沿z轴平移的范围。在一个静态锥形光束系统中，全扫描重构技术提供的图象一般优于半扫描重构技术所提供的图象，其原因在于在全扫描过程中，在视角φ和φ+π处的轴扇形光束66、68分别以相反的方向岔开，如先有技术图5A中概略加以描述的。当把数据与来自其它相反视图的数据重新加以排序时，将有助于抵消某些重构误差。另一方面，在半扫描的每一视角φ处，不存在处于视角φ+π处的相应的可提供物体同一区域的相反视图的扇形光束68。在先有技术图5B所示的螺旋扫描中，分别在视角φ和φ+π处的相反的轴扇形光束66和68不对应于同一z位置。因此，与静态全扫描相比，螺旋全扫描包含更大的重构误差。无论在全扫描还是在半扫描锥形光束系统中，重构误差都将会随轴X-射线光束岔开度的增加而增长。如果使用更多的探测器行56，或如果每一行的宽度增加，则重构的误差将会变得更大，因为增大了锥形角β的角度。专利技术概述本专利技术旨在提供一种可用于锥形光束重构的改进的方法与装置，这一改进的方法与装置将可克服先有技术的诸多限制。本专利技术提供了一个改进的探测器阵列配置，它具有一种更有利的几何形状，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个用于重构物体立体图象的计算的Ｘ断层照相系统包括一个能量源，该能量源将以某一光束轴为中心的一个锥形光束穿过物体射向一个探测器阵列，上述的能量源和上述的探测器阵列可围绕物体加以旋转，从而当上述的物体和光束沿正交于光束轴的平移轴相互相对平移时，能够在连续的视角处探询物体，其中，探测器阵列包括一个传感器元件阵列，这些传感器元件以正交的行、列加以排列，定位在上述的光束的路径中，并以一个倾斜角α围绕光束轴旋转，其中α≠０，以便上述的列能够在一次扫描期间以倾角α相对于平移轴布置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖景明，
申请(专利权)人：模拟技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]