带有不对称检测器系统的螺旋计算的X线断层术技术方案

一种在加权的螺旋（２１０）扫描期间利用不对称的检测器阵列（１４）重构Ｘ线断层图象的计算的Ｘ线断层术系统（２００）及方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及螺旋计算的X线断层扫描。更具体地，本专利技术涉及用于减少用不对称配置的检测器系统螺旋扫描生成的X线断层图中的赝象的方法与装置。
技术介绍
附图说明图1示出包含分别固定在环形盘16的径向对侧上的X线源12及X线检测器系统14的典型第三代计算的X线断层术(CT)扫描器10的轴向视图。该盘是可转动地安装在门式支架(未示出)中的，以便在扫描期间该盘绕Z轴(它垂直于图1中的页面且在盘的机械转动中心上与扫描平面相交，盘的机械转动中心18对应于重构的图像的“等角点”)连续地转动，同时X线从源12穿过诸如放置在盘的开口内的患者台上的患者20等物体到达检测器系统14。检测器系统14通常包含以具有在称作“焦点”的点24上的曲率中心的园弧形状配置成单行的单个检测器22的阵列，X线源12的辐射便是在点24上发出的。X线源与检测器阵列定位成使源与各检测器之间的X线路径都位于垂直Z轴的“扫描平面”中。由于X线路径始发于基本上一个点源且在不同角度上延伸到检测器，这些X线形成入射在检测器阵列14上的“扇形束”26。在扫描期间的测量瞬间上入射在单个检测器上的X线通常称作“射线”，而各检测器生成指示其对应的射线的强度的输出信号。由于各射线被其路径中的物质部分地衰减，各检测器生成的输出信号表示位于该检测器与X线源之间的所有物质的密度(即位于检测器的对应射线路径中的物质的密度)。X线检测器所生成的输出信号通常由CT系统的信号处理部分(未示出)处理。信号处理部分通常包含数据采集系统(DAS)，它滤波X线检测器所生成的输出信号以改善它们的信噪比。例如在美国专利号NO4,547,893中描述了这种DAS。通常将DAS在测量间隔中生成的输出信号称作“投影”或“像”，而将对应于特定投影的盘16(及安装在盘16上的源12及检测器系统14)的角方向称作“投影角”。图2示出在投影角β及检测角γ上生成扇形束数据点Pf(β,γ)的盘16(以及安装在盘上的X线源12及检测器系统14)的朝向。用于定义基准朝向的中心线40从X线源12的焦点延伸通过在机械转动中心18上的Z轴。投影角β定义为垂直轴与中心线40之间的角。系统14中的各单个检测器具有也相对于中心线40定义的相关检测器角γ。根据定义，中心线40在0°的基准检测器角γ上与检测器系统14相交。如图2中所示的对称检测器系统14从-γm的检测器角扩展到+γm。如下面将更详细地讨论的，可将不对称的检测器系统说成是从检测角-γm+α扩展到γm的。对称检测器系统14所生成的扇形束投影Pf(β,γ)包含所有检测器为投影角β在从-γ至γm的检测器角上生成的数据点Pf(β,γ)的集合。在扫描期间，盘16平滑与连续地绕被扫描的物体转动，使得扫描器10在对应的投影角β的集合上生成投影Pf(β)集合。在传统的扫描中，扫描期间患者保持在不变的Z轴位置上，而在螺旋CT扫描中，患者沿Z轴平移，同时盘绕患者转动(并将以这一方式描述；虽然作为替代患者可保持静止而盘沿Z轴平移同时绕患者转动)。图3A示出在传统扫描期间采集的数据，而图3B示出在螺旋扫描期间采集的数据。如图3A中所示，如果X线源12及检测器系统14绕物体20转动同时物体20保持在固定的Z轴位置上，与检测器系统14采集的所有投影关联的扫描平面将全部位于公共的“切片平面”50中。如图3B中所示，如果物体20连续地在Z轴的方向上平移同时盘绕物体20转动，没有扫描平面是共面并从而位于公共切片平面中。而是与各投影关联的扫描平面将位于在沿螺旋轨迹集合上的轨迹点上的Z轴的唯一位置上。图3B示出对应于在间隔(0,10π)中的螺旋投影角的扫描平面的Z轴坐标。由于各投影的值取决于患者的Z轴位置，各投影可认为是两个变量β与Z的函数。由于在传统扫描期间患者保持在不变的Z轴位置上，这种扫描通常称作“不变Z轴位置扫描”或CZA扫描。在螺旋扫描中，投影Pf(β,γ)是通常使得Z与视角β线性相关地取得的从而Z(β)=Cβ，其中C为常数。这一形式的螺旋扫描通常称作匀速螺旋(CSH)扫描。利用诸如逆Radon变换等公知的算法，可从全部共用同一扫描平面的投影集合中生成X线断层图，而上述公共扫描平面称作“切片平面”。X线断层图表示被扫描的物体沿切片平面的二维“切片”的密度。从投影生成X线断层图的过程通常称作“滤波的背投影”或“重构”，因为可将X断层图想象成是从投影数据重构的。CT扫描器的信号处理部分通常包含用于从投影生成X线断层图的背投影器。在CZA扫描中，所有投影共用公共的扫描平面，因此可将这些投影直接应用在背投影上用于生成X线断层图。在CSH扫描中，各投影具有位于唯一的Z轴坐标上的唯一扫描平面，因此CSH投影不能直接应用在背投影器上。然而，众所周知，在CSH扫描期间采集的数据可以各种方式内插以生成全部共用垂直于Z轴延伸的公共扫描平面的内插的投影集合。例如，可通过组合在相等的投影角上及在不同的Z轴位置上所取的两个投影来生成各内插投影。可将这些内插的投影作为CZA数据处理并可将其应用在背投影器上以生成X线断层图。CSH扫描不利地需要某种形式的内插来生成X线断层图。因此CSH扫描生成的X线断层图趋向于具有图像赝象的特征。并且由于是组合在Z轴位置上的间隔上采集的CSH扫描投影数据来生成内插的CZA扫描数据，在CSH扫描中生成的X线断层图具有比用CZA扫描生成的X线断层图宽的有效“切片平面宽度”。然而，CSH扫描有利地允许快速扫描大体积的患者。例如，在短到足以使患者能舒服地屏住他们的呼吸(从而保持相相对静止)的时间间隔中，CSH扫描便可采集到全面扫描诸如肾等整个器官的足够数据。在实践中，在单个螺旋扫描中，盘可在诸如40π弧度(即20次全转动)的数量级上转动，并可将采集的数据用于生成多个切片平面上的X线断层图。可从扇形束投影Pf(β,γ)的集合中重构X线断层图，其中β在范围(0,βmax)中。βmax的选择部分地取决于X线断层图所要求的信噪比及部分地取决于X线断层图所要求的切片平面宽度。由于CT扫描器的转动性质，用来测定数据点Pf(β,γ)的射线是与用来测定数据点Pf(β+2π,γ)的射线重合的。因此，在平行于Z轴的方向上没有患者运动时，投影数据是以周期2π循环的，且数据点Pf(β,γ)等于数据点Pf(β+2π,γ)。从CZA扫描数据生成X线断层图的一种方法采用等于2π的βmax°由于盘16完整地绕患者转动，通常将这种扫描称作“全扫描”。没有必要将βmax设定为大于2π，因为由于投影数据的周期性，这将导致采集冗余的数据。然而，可以采集这种冗余数据并能用来改善X线断层图的信噪比。除了上述全扫描周期性或冗余性，CT扫描器还具有用下面式(1)描述的相关“半扫描”冗余性。Pf(β,γ)=Pf(β+π-2γ,-γ) (1)式(1)在没有患者运动时是成立的，因为用来测定数据点Pf(β,γ)的射线与用来测定数据点Pf(β+π-2γ,-γ)的射线重合且逆平行(因为X线源与检测器相对位置是倒置的，所以射线是“逆平行”的)。已知的CT“半扫描”技术利用式(1)允许从用βmax等于π+2γm采集的CZA扇形束投影集中生成X线断层图。然而，这种半扫描X线断层图具有比βmax等于2π的全扫描X线断层图低的信噪比。螺旋内插或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在包括下述装置的类型的Ｘ线断层成象系统上获取投影数据的方法：（ａ）用于从绕成象平面内的机械转动中心的Ｚ轴旋转的Ｘ射线源的多个角度上的被成象物体的一系列扇形束投影获取数据的装置；（ｂ）用于沿Ｚ轴互相相对地平移被成象的物体与成象平面的装置，其中各扇形束投影分别相对于连接扇形束的顶点与机械转动中心的线对向最大角Φ↓［１］与Φ↓［２］，其中Φ↓［１］与Φ↓［２］是不同的，所述方法包括下述步骤：在沿Ｚ轴相对于被成象的物体的一个位置上标识一个切片平面；沿Ｚ轴互相相对地平移该物 体与成象平面，以将切片平面移动通过成象平面；获取包括来自多个投影的数据的Ｘ线断层数据集合；以及在切片平面上重构Ｘ线断层图象。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗C鲁思，约翰M多布斯，卡尔R克劳福德，
申请(专利权)人：模拟技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]