变焦距的静态CT系统及图像重建方法技术方案

本申请公开一种变焦距的静态CT系统及图像重建方法，其中，系统包括：圆弧排布的柱面探测器阵列和预设形状排布的X射线源阵列，射线源阵列和探测器阵列在扫描时保持静止，不同射线源的依次出束实现在不同角度下获取投影数据，射线源到探测器的距离是变化的；数据采集系统，数据采集系统用于控制探测器采集数据；控制系统，控制系统控制射线源的出束与探测器采集数据；图像处理系统，图像处理系统利用图像重建算法处理获取的图像投影数据。本申请实施例中的图像重建算法采用加权滤波反投影重建算法，可以优化系统几何，提升重建图像的效率和准确性，并且提升系统的适用性和可靠性。并且提升系统的适用性和可靠性。并且提升系统的适用性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
变焦距的静态CT系统及图像重建方法


[0001]本申请涉及计算机断层扫描
，特别涉及一种变焦距的静态CT系统及图像重建方法。

技术介绍

[0002]相关技术中，传统的等角探测器CT系统射线源位于探测器圆弧圆心，焦距固定不变，因而每个探测器单元对于射线源的张角是相等的，其图像重建也可以通过使用FBP(Filter Back
‑
Projection，滤波反投影重建)算法实现。
[0003]另外，如图1所示，为等焦距的等角探测器静态CT系统结构示意图，在固定焦距的静态CT中，探测器阵列组成圆环且静止不动，射线源也是组成完整圆环且静止不动，射线源等角分布，类似于子母环结构，传统的第四代CT与之类似。
[0004]然而，相关技术中当射线源距离探测器的距离变化时，由于每个探测器单元对于射线源的张角并不相等，因而无法保持时移不变性，无法使用FBP实现精确重建，降低了系统的适用性和可靠性，亟待解决。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种变焦距的静态CT系统及图像重建方法，以解决相关技术中当射线源距离探测器的距离变化时，由于每个探测器单元对于射线源的张角并不相等，因而无法保持时移不变性，无法使用FBP实现精确重建，降低了系统的适用性和可靠性等问题。
[0006]本申请第一方面实施例提供一种变焦距的静态CT系统，包括：圆弧排布的柱面探测器阵列和预设形状排布的X射线源阵列，所述X射线源阵列中的射线源到探测器的距离可变化，所述X射线源阵列和所述探测器阵列在扫描时保持静止，所述X射线源阵列通过依次出束，以在不同角度下获取投影数据；数据采集系统，所述数据采集系统用于控制探测器采集数据；控制系统，所述控制系统控制射线源的出束与探测器采集数据；图像处理系统，所述图像处理系统利用图像重建算法处理获取的图像投影数据。
[0007]可选地，在本申请的一个实施例中，所述圆弧排布的柱面探测器阵列由多个探测器单元等角排布组成，或者由所述多个探测器单元组成模块并由所述模块按等角度排布组成；所述预设形状排布的X射线源阵列为平滑曲线或者多段折线且根据目标应用情景与被扫描物体设计组成，其中，形状与不同射线源的焦距对应设置；所述图像重建算法为使用三个权重因子的加权滤波反投影重建算法，以对投影数据进行加权滤波，其中，第一个权重因子对原始投影数据在滤波前进行加权修正，得到预加权修正后的投影数据；第二个权重因子对卷积核函数进行加权修正，以在使用加权修正后的卷积核函数与所述预加权修正后的投影数据进行卷积，得到滤波后的投影数据；第三个权重因子对所述滤波后的投影数据进行加权修正，得到最终加权滤波后的投影数据，以使用所述最终加权滤波后的投影数据进行反投影重建，得到最终的重建图像。
[0008]可选地，在本申请的一个实施例中，所述图像重建算法的加权滤波反投影公式为：
[0009][0010]其中，β是旋转角，γ是探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角，是由系统扫描所得在旋转角为β、探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角为γ、探测器单元高度为时的投影数据，f(x，y，z)是坐标为(x，y，z)的重建值，γ
m
为探测器单元相对探测器圆弧圆心的最大扇角；
[0011]其中，R是探测器圆弧的半径，γ0是重建像素点所经过射线对应的探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角，L为：
[0012][0013]其中，D是射线源到原点的距离，
[0014]h(t)是标准的卷积核函数，所述卷积核函数为且使用S
‑
L滤波器，离散形式为：
[0015][0016]其中，cosη是三维投影因子：
[0017][0018]J是变焦距系统的积分变换的雅可比行列式：
[0019]J＝(Dcos(α)
‑
Rk
′
(β)sin(α))g
′
(γ)
[0020]其中，α是探测器单元相对射线源的扇角，k
′
(β)是k(8)的导函数，k为射线源到探测器圆弧圆心的距离与探测器到探测器圆弧圆心的距离R的比值，g
′
(Y)是α＝g(γ)的导函数；
[0021]所述探测器对于所述探测器圆弧圆心的扇角γ与对于所述射线源的扇角α存在如下关系：
[0022][0023]所述三个权重因子依次为A(γ)、B(γ0‑
γ)、C(γ0)，A(γ)对滤波前的投影数据进行加权，B(γ0‑
γ)对滤波核函数进行加权，C(γ0)对滤波后的投影数据进行加权，其中，所述三个权重因子表示为：
[0024][0025][0026]其中，P
A
(γ)和P
B
(γ)是用来估算的多项式。
[0027]可选地，在本申请的一个实施例中，其中，所述多项式P
A
(γ)和P
B
(γ)可以是：
[0028][0029][0030]本申请第二方面实施例提供一种图像重建方法，采用如上述的变焦距的等角探测器静态CT系统，其中，所述方法包括以下步骤：射线源依次出束，获取不同角度下的投影数据；计算在相应的变焦距系统下的三个权重因子；基于所述的三个权重因子，对所述投影数据加权滤波反投影重建，得到最终的重建图像，其中，所述加权滤波反投影重建包括，第一个权重因子对原始投影数据在滤波前进行加权修正，得到预加权修正后的投影数据，第二个权重因子对卷积核函数进行加权修正，在使用加权修正后的卷积核函数与所述预加权修正后的投影数据进行卷积，得到滤波后的投影数据，第三个权重因子对所述滤波后的投影数据进行加权修正，得到最终加权滤波后的投影数据，所述滤波后的投影数据进行反投影重建，得到最终的重建图像。
[0031]可选地，在本申请的一个实施例中，所述图像重建算法的加权滤波反投影公式为：
[0032][0033]其中，β是旋转角，γ是探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角，是由系统扫描所得在旋转角为β、探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角为γ、探测器单元高度为时的投影数据，f(x，y，z)是坐标为(x，y，z)的重建值，γ
m
为探测器单元相对探测器圆弧圆心的最大扇角；
[0034]其中，R是探测器圆弧的半径，γ0是重建像素点所经过射线对应的探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角，L为：
[0035][0036]其中，D是射线源到原点的距离，
[0037]h(t)是标准的卷积核函数，所述卷积核函数为且使用S
‑
L滤波器，离散形式为：
[0038][0039]其中，cosη是三维投影因子：
[0040][0041]J是变焦距系统的积分变换的雅可比行列式：
[0042]J＝(Dcos(α)
‑
Rk
′
(β)sin(α))g
′
(γ)
[0043]其中，α是探测器单元相对射线源的扇角，k
′
(β)是k(8)的导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变焦距的静态CT系统，其特征在于，包括：圆弧排布的柱面探测器阵列和预设形状排布的X射线源阵列，所述X射线源阵列中的射线源到探测器的距离可变化，所述X射线源阵列和所述探测器阵列在扫描时保持静止，所述X射线源阵列通过依次出束，以在不同角度下获取投影数据；数据采集系统，所述数据采集系统用于控制探测器采集数据；控制系统，所述控制系统控制射线源的出束与探测器采集数据；图像处理系统，所述图像处理系统利用图像重建算法处理获取的图像投影数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述圆弧排布的柱面探测器阵列由多个探测器单元等角排布组成，或者由所述多个探测器单元组成模块并由所述模块按等角度排布组成；所述预设形状排布的X射线源阵列为平滑曲线或者多段折线且根据目标应用情景与被扫描物体设计组成，其中，形状与不同射线源的焦距对应设置；所述图像重建算法为使用三个权重因子的加权滤波反投影重建算法，以对投影数据进行加权滤波，其中，第一个权重因子对原始投影数据在滤波前进行加权修正，得到预加权修正后的投影数据；第二个权重因子对卷积核函数进行加权修正，以在使用加权修正后的卷积核函数与所述预加权修正后的投影数据进行卷积，得到滤波后的投影数据；第三个权重因子对所述滤波后的投影数据进行加权修正，得到最终加权滤波后的投影数据，以使用所述最终加权滤波后的投影数据进行反投影重建，得到最终的重建图像。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述图像重建算法的加权滤波反投影公式为：其中，β是旋转角，γ是探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角，是由系统扫描所得在旋转角为β、探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角为γ、探测器单元高度为时的投影数据，f(x,y,z)是坐标为(x,y,z)的重建值，γ
m
为探测器单元相对探测器圆弧圆心的最大扇角；其中，R是探测器圆弧的半径，γ0是重建像素点所经过射线对应的探测器单元相对探测器圆弧圆心的扇角，L为：其中，D是射线源到原点的距离；h(t)是标准的卷积核函数，所述卷积核函数为且使用S
‑
L滤波器，离散形式为：其中，cosη是三维投影因子：
J是变焦距系统的积分变换的雅可比行列式：J＝(Dcos(α)
‑
Rk
′
(β)sin(α))g
′
(γ)其中，α是探测器单元相对射线源的扇角，k
′
(β)是k(β)的导函数，k为射线源到探测器圆弧圆心的距离与探测器到探测器圆弧圆心的距离R的比值，g
′
(γ)是α＝g(γ)的导函数；所述探测器对于所述探测器圆弧圆心的扇角γ与对于所述射线源的扇角α存在如下关系：所述三个权重因子依次为A(γ)、B(γ0‑
)、C(γ0)，A(γ)对滤波前的投影数据进行加权，β(γ0‑
)对滤波核函数进行加权，C(γ0)对滤波后的投影数据进行加权，其中，所述三个权重因子表示为：权重因子表示为：其中，P
A
()和P
B
()是用来估算的多项式。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，高河伟，夏颖贤，张丽，邢宇翔，李亮，邓智，王振天，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：