專(zhuān)利名稱(chēng)：螺旋錐形束掃描計(jì)算機(jī)層析x射線攝影系統(tǒng)中立體圖象的再現(xiàn)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及計(jì)算機(jī)層析X射線攝影(CT)成象技術(shù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及螺旋錐形束掃描三維CT成象系統(tǒng)，它在提高效率的同時(shí)還能減少圖象的贗象。


圖1是傳統(tǒng)的第三代CT掃描儀10的軸向示意圖，其包括一個(gè)X輻射源12和一個(gè)固定到一環(huán)形盤(pán)16中沿直徑方向相對(duì)側(cè)的X射線探測(cè)系統(tǒng)14。盤(pán)16被旋轉(zhuǎn)地安裝在一個(gè)臺(tái)架(未示出)內(nèi)，以便在掃描的過(guò)程中，當(dāng)來(lái)自于輻射源12的x射線穿過(guò)一位于盤(pán)16開(kāi)口內(nèi)的手術(shù)臺(tái)56上的對(duì)象(諸如一個(gè)病人20)時(shí)，盤(pán)16連續(xù)地繞著縱向z軸旋轉(zhuǎn)。z軸垂直于圖1所在頁(yè)的平面，并且與掃描平面相交于盤(pán)16的機(jī)械旋轉(zhuǎn)中心18。盤(pán)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)中心18與再現(xiàn)圖象的等角點(diǎn)相應(yīng)。
在一個(gè)傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，探測(cè)系統(tǒng)14包括單個(gè)探測(cè)器22的一個(gè)陣列，其設(shè)在圓弧形狀的一行內(nèi)，該圓弧以點(diǎn)24為曲率中心，點(diǎn)24被稱(chēng)作“焦點(diǎn)”，在該焦點(diǎn)處從x輻射源12散發(fā)射線。輻射源12和探測(cè)器22陣列這樣設(shè)置，以使得輻射源和每個(gè)探測(cè)器之間的x射線軌跡都位于與z軸垂直的“掃描平面”內(nèi)。由于x射線軌跡源自實(shí)際上是點(diǎn)光源的某光源，并以不同的角度延伸到探測(cè)器，因此發(fā)散的x射線軌跡形成了一個(gè)“扇形束”26，其以一維線性投影的形式入射到探測(cè)器陣列14上。在掃描過(guò)程的一測(cè)量瞬間入射到單個(gè)探測(cè)器上的x射線通席被稱(chēng)作一個(gè)“射線”，并且每個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生表示其相應(yīng)射線強(qiáng)度的輸出信號(hào)?？臻g射線角取決于盤(pán)的旋轉(zhuǎn)角度和探測(cè)器陣列內(nèi)探測(cè)器的位置。由于每一射線都被其軌跡內(nèi)的所有物質(zhì)部分地衰減，因此由每個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)代表位于探測(cè)器和x輻射源之間的所有物質(zhì)的衰減量，即位于探測(cè)器的相應(yīng)射線軌跡內(nèi)的物質(zhì)的衰減量。通過(guò)對(duì)數(shù)函數(shù)，將由每個(gè)探測(cè)器測(cè)量的x射線強(qiáng)度予以轉(zhuǎn)換，來(lái)代表物體密度的線積分，即沿著x射線軌跡的物體的投影值。
由x射線探測(cè)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)通常通過(guò)CT系統(tǒng)的信號(hào)處理部分(未示出)進(jìn)行處理。信號(hào)處理部分一般包括一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，其將由x射線探測(cè)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)予以過(guò)濾，以提高它們的信號(hào)-噪聲比(SNR)。在一個(gè)測(cè)量間隔內(nèi)由DAS產(chǎn)生的輸出信號(hào)通常被稱(chēng)作一個(gè)“投影”，“投影輪廓”或“視圖”，并且與特定的投影輪廓相應(yīng)的盤(pán)16、輻射源12和探測(cè)器系統(tǒng)14的角方位被稱(chēng)作“投影角”。
如果探測(cè)器陣列包括N個(gè)探測(cè)器，那么對(duì)于每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，都采集N個(gè)投影值。就扇形射線來(lái)說(shuō)，這N個(gè)投影值被集中稱(chēng)作物體的一個(gè)扇形束投影輪廓。扇形束投影輪廓的數(shù)據(jù)通常被重組或改組，以成為平行束投影輪廓。平行束輪廓內(nèi)的所有射線都具有相同的角度，其被稱(chēng)作平行束投影視角φ。物體的圖象可在180°的視角范圍從平行束投影輪廓中再現(xiàn)。
在掃描過(guò)程中，盤(pán)16平穩(wěn)且連續(xù)地繞著被掃描的物體旋轉(zhuǎn)，并允許掃描儀10以相應(yīng)的一組投影角來(lái)產(chǎn)生一組投影。在傳統(tǒng)的掃描中，病人在掃描的過(guò)程中一直處于固定的z軸位置。當(dāng)獲得多次掃描時(shí)，病人便在掃描過(guò)程之間沿著縱向z軸被步進(jìn)式移動(dòng)。這些過(guò)程通常被稱(chēng)作“分步發(fā)射”掃描或者“固定z軸”(CZA)掃描。采用眾所周知的算法，例如反向氡轉(zhuǎn)換(Radon transform)，可從一組投影中產(chǎn)生層析X射線照片，這組投影都共用與z軸垂直的相同掃描平面。這個(gè)公共的掃描平面典型地被稱(chēng)為“切片平面”。
層析X射線照片代表了沿著被掃描物體的切片平面的二維切片的密度。既然層析X射線照片可被認(rèn)為是從投影數(shù)據(jù)中再現(xiàn)的，因此從投影中產(chǎn)生層析X射線照片的過(guò)程一般被稱(chēng)作“再現(xiàn)”。再現(xiàn)過(guò)程可包含若干個(gè)步驟，包括有重組，以從扇形束數(shù)據(jù)中形成平行束數(shù)據(jù)；回旋(convolution)，以使數(shù)據(jù)更清晰；以及背投影，其中從投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生相對(duì)于每一圖象像素的圖象數(shù)據(jù)。在CZA掃描中，就一個(gè)特定的圖象切片來(lái)說(shuō)，所有的投影都共用一個(gè)公共的掃描平面，所以這些投影可直接被用于回旋，并被應(yīng)用到背投影儀中，以產(chǎn)生層析X射線照片。
分步發(fā)射CZA掃描方法將是一個(gè)緩慢的過(guò)程。在這一耗時(shí)的方法中，病人被暴露在大量的x射線輻射下。而且，因?yàn)閽呙枧_(tái)是在每次掃描之間移動(dòng)的，因此，病人的移動(dòng)將造成移動(dòng)和錯(cuò)位所產(chǎn)生的贗象，從而會(huì)導(dǎo)致圖象質(zhì)量的降低。
已研制了好幾種方法來(lái)降低對(duì)一個(gè)物體完全掃描所需的時(shí)間。這些方法中的一種是螺旋或螺旋線掃描，其中當(dāng)盤(pán)16與輻射源12和線性探測(cè)器陣列14一起圍繞病人旋轉(zhuǎn)時(shí)，正被掃描的物體沿著z軸被輸送。在螺旋掃描中，投影通常是這樣獲得的，以使得z軸位置與視角線性相關(guān)。這種形式的螺旋掃描一般被稱(chēng)作恒速螺旋(CSH)掃描。
圖2A說(shuō)明了在傳統(tǒng)的CZA掃描中采集的數(shù)據(jù)，圖2B說(shuō)明了在CSH掃描中采集的數(shù)據(jù)。如圖2A所示，如果物體保持在一個(gè)固定的z軸位置，x輻射源12和探測(cè)器系統(tǒng)14都圍繞物體20旋轉(zhuǎn)的話，與由探測(cè)器系統(tǒng)14采集的所有投影有關(guān)的掃描平面都將位于一個(gè)公共的切片平面50中。如圖2B所示，如果當(dāng)盤(pán)圍繞物體20旋轉(zhuǎn)時(shí)，物體20在z軸的方向連續(xù)地被輸送的話，將沒(méi)有掃描平面是共面的。相反地，與每一投影有關(guān)的掃描平面將在一組螺旋軌跡上的焦點(diǎn)處沿z軸位于一個(gè)獨(dú)有的位置。圖2B表示出了掃描平面的z軸坐標(biāo)，其與在區(qū)間(0，10π)內(nèi)的螺旋投影角相對(duì)應(yīng)。
在CZA掃描中，所有的投影都共用一個(gè)公共的掃描平面，所以這些投影可以在回旋之后被應(yīng)用到背投影儀中，以產(chǎn)生層析X射線照片。然而在CSH掃描中，每個(gè)投影都有一個(gè)位于獨(dú)有的z軸坐標(biāo)位置的獨(dú)有的掃描平面，所以CSH投影不能被應(yīng)用到背投影儀中。然而，在CSH掃描中所采集到的數(shù)據(jù)可以用不同的方式內(nèi)插，以產(chǎn)生一組內(nèi)插投影，這些投影可確實(shí)共用一個(gè)垂直于z軸延伸的公共掃描平面。例如，可通過(guò)將在相等的投影角和在不同的z軸位置處獲得的兩個(gè)投影相組合，來(lái)產(chǎn)生每個(gè)內(nèi)插投影。這些內(nèi)插投影可被當(dāng)作CZA數(shù)據(jù)，并且在回旋之后，可被應(yīng)用到背投影儀中，以產(chǎn)生層析X射線照片。
CSH掃描需要一些形式的內(nèi)插以產(chǎn)生層析X射線照片，并且因此，由CSH掃描產(chǎn)生的層析X射線照片趨向于以圖象的贗象為特征。另外，由于CSH掃描投影數(shù)據(jù)被組合起來(lái)以產(chǎn)生內(nèi)插CZA掃描數(shù)據(jù)，該CSH掃描投影數(shù)據(jù)是在z軸位置的一個(gè)間距內(nèi)被采集的，所以與由CZA掃描產(chǎn)生的層析X射線照片相比，在CSH掃描中產(chǎn)生的層析X射線照片具有一個(gè)較寬的有效切片平面寬度，且因此具有較低的z軸分辨率。然而，有利的是，螺旋掃描允許對(duì)病人進(jìn)行大體積的快速掃描。例如，在一個(gè)允許病人能舒服得屏住呼吸(且因此保持相對(duì)不運(yùn)動(dòng))的較短時(shí)間段中，螺旋掃描便可采集足夠的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)諸如腎這樣的整個(gè)器官進(jìn)行完全掃描。
另一種在CZA掃描中降低掃描時(shí)間的方法一般被稱(chēng)作“錐形束掃描”，其中物體或病人的三維體積被立刻掃描。在錐形束掃描中，探測(cè)器系統(tǒng)包括一個(gè)代替用在傳統(tǒng)掃描中一維陣列的二維探測(cè)器陣列。從輻射源輸出的x射線在二維空間發(fā)散，以沿著z軸方向產(chǎn)生等量的多個(gè)扇形束(稱(chēng)作“錐形束”)，其照亮多行探測(cè)器，且因此在陣列上形成二維投影。
在一種形式的錐形束系統(tǒng)中，病人或物體保持在一個(gè)固定的z軸位置，同時(shí)輻射源和二維探測(cè)器陣列都圍繞病人或物體旋轉(zhuǎn)。然后，病人被移動(dòng)到一個(gè)新的z軸位置，并且重復(fù)進(jìn)行掃描。在這種類(lèi)型的分步發(fā)射或“固定錐形束”系統(tǒng)中，對(duì)象的一個(gè)體積被掃描，而不是一個(gè)平面被掃描。在掃描了一個(gè)體積之后，輻射源和探測(cè)器便沿著z軸步進(jìn)，以對(duì)下一個(gè)體積掃描。又一種用于降低掃描時(shí)間的方法是螺旋錐形束(HCB)掃描，其中當(dāng)病人在z軸方向上被連續(xù)地輸送時(shí)，一個(gè)錐形束結(jié)構(gòu)(即一個(gè)輻射源和二維探測(cè)器陣列)均圍繞病人旋轉(zhuǎn)。
一種再現(xiàn)立體圖象數(shù)據(jù)的方法是將其分為一疊切片。諸如2D過(guò)濾背投影(FBP)的標(biāo)準(zhǔn)二維再現(xiàn)技術(shù)被用來(lái)再現(xiàn)非錐形束系統(tǒng)內(nèi)的CZA和內(nèi)插CSH數(shù)據(jù)。FBP要求用于切片再現(xiàn)的一組投影都位于同一平面上。這種情況在CZA掃描中是可以滿(mǎn)足的，并且內(nèi)插方法被用在CSH掃描中，以產(chǎn)生一組能有效地滿(mǎn)足這個(gè)需求的內(nèi)插或模擬線性投影。在任一情況下，2D FBP是一個(gè)從1D扇形束投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖象數(shù)據(jù)的有效手段。
存錐形束幾何結(jié)構(gòu)中，所需的情況僅僅對(duì)于與輻射源共面的探測(cè)器行(通常是中心探測(cè)器行)是可以滿(mǎn)足的，其位于與z軸垂直的平面內(nèi)。一個(gè)與z軸垂直的圖象數(shù)據(jù)切片在這里被稱(chēng)作一個(gè)垂直切片。其它的切片，即與z軸有一個(gè)非垂直角度的切片，在這里被稱(chēng)作傾斜切片或斜切片。在錐形束CT中，當(dāng)臺(tái)架旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)由輻射源確定的1D投影和一個(gè)給定的探測(cè)器行將與物體內(nèi)不同的切片相交。就螺旋錐形束掃描來(lái)說(shuō)，沒(méi)有切片與所有視角內(nèi)的射線共面。通過(guò)將每一行視為獨(dú)立的1D投影，傳統(tǒng)的2D FBP可被用于再現(xiàn)錐形束數(shù)據(jù)。這種近似忽略了錐形束幾何結(jié)構(gòu)，并且導(dǎo)致諸如條紋和再現(xiàn)密度降低了的圖象贗象。
這種近似可通過(guò)選擇一定的用于2D再現(xiàn)的傾斜切片而得以改善。一種這樣的方法被披露在美國(guó)專(zhuān)利5，802，134(‘134專(zhuān)利)中，其發(fā)明名稱(chēng)為“盤(pán)旋切片CT圖象再現(xiàn)的裝置和方法”，該專(zhuān)利的全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此作為參考。在‘134專(zhuān)利所描述的方法中，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角，一個(gè)2D扇形束投影輪廓可以從每個(gè)切片的錐形束數(shù)據(jù)內(nèi)插。切片可在足夠量的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)從扇形束投影輪廓中予以再現(xiàn)。在這種現(xiàn)有的方法中，投影輪廓直接從實(shí)際的錐形束數(shù)據(jù)內(nèi)插。關(guān)于投影輪廓的內(nèi)插射線和原始射線之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式是復(fù)雜的。由于這種復(fù)雜性，現(xiàn)有方法包括一個(gè)這樣的過(guò)程，該過(guò)程建立在計(jì)算機(jī)模擬掃描傾斜切片，以確定內(nèi)插射線位置的基礎(chǔ)上。模擬的結(jié)果取決于模擬的準(zhǔn)確性。
一種用于再現(xiàn)固定錐形束數(shù)據(jù)的近似方法已知為Feldkamp算法，并且在L．A．Feldkamp等所著的“實(shí)用錐形束算法”，J．Opt．Soc．Am．1，第612-619頁(yè)(1984)中予以描述。
在Feldkamp算法中，射線是在三維錐形中被背投影的。諸如Feldkamp算法(其嘗試結(jié)合數(shù)據(jù)的真實(shí)錐形束幾何結(jié)構(gòu))的算法被稱(chēng)作三維過(guò)濾背投影(3D-FBP)算法。同樣，也已研究出再現(xiàn)HCB數(shù)據(jù)的三維算法。這些算法的實(shí)例在下面的論文中作了描述。
1、H．Kudo和T．Saito撰寫(xiě)的“采用錐形束投影的三維螺旋掃描計(jì)算機(jī)層析X射線攝影”，《電子、信息和通訊社會(huì)》期刊，J74-D-Ⅱ，1108-1114，(1991)。
2、D．X．Yan和R．Leahy撰寫(xiě)的“具有圓形、橢圓形和螺旋形軌道的錐形束計(jì)算機(jī)層析X射線攝影”，Phys．Med．Biol．37，493-506，(1992)。
3、S．Schaller，T．Flohr和P．Steffen撰寫(xiě)的“用于螺旋錐形束，小錐形角的CT內(nèi)近似圖象再現(xiàn)的新型有效的傅立葉再現(xiàn)方法”，關(guān)于醫(yī)療成象的SPIE國(guó)際研討會(huì)，1997年2月。
4、G．Wang，T-H Lin，P．Cheng和D．M．Shinozaki撰寫(xiě)的“一種通用的錐形束算法”，IEEE Trans．Med．Imag．12，486-496，(1993)。
對(duì)于錐形束螺旋掃描，一種采用3D背投影的錐形束再現(xiàn)方法在1998年3月11日提交的、由C．M．Lai發(fā)明的待審美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09／038，320中得到描述，其發(fā)明名稱(chēng)為“用于采用多行探測(cè)器的螺旋掃描計(jì)算機(jī)層析X射線攝影系統(tǒng)中立體圖象再現(xiàn)的方法和裝置”。在所描述的方法中，在每一個(gè)視角處，投影輪廓從對(duì)與z軸垂直的切片所采集的錐形束數(shù)據(jù)中內(nèi)插。然后，對(duì)于所有視角，使這樣內(nèi)插的投影輪廓圍繞一個(gè)與2D圖象再現(xiàn)中相同的眾所周知的中心(核心)回旋。然后，來(lái)自連續(xù)的z軸位置的大量切片的回旋投影輪廓被背投影到一個(gè)3D矩陣上，以再現(xiàn)物體的立體圖象。在這個(gè)3D背投影中，回旋投影值沿著被測(cè)量的射線被背投影到多個(gè)三維像素中，并且每個(gè)三維像素在每一視角處從一個(gè)回旋投影值被背投影。在這一錐形束再現(xiàn)方法中，背投影被準(zhǔn)確地計(jì)算，但回旋操作是近似的。
如果只是將投影輪廓簡(jiǎn)單地從所有的視角背投影，而沒(méi)有回旋操作的話，空間圖象分辨率將會(huì)大大降低，就好象圖象被一個(gè)低通濾波器過(guò)濾了?；匦哪康氖菫榱搜a(bǔ)償這樣的低通過(guò)濾效應(yīng)。相對(duì)于這樣的補(bǔ)償可得到一個(gè)精確的回旋中心，并且通過(guò)繞這個(gè)中心回旋投影輪廓，可以再現(xiàn)一個(gè)準(zhǔn)確的圖象。然而，在所有視角中，要求所有投影輪廓的射線位于相同的平面上。這種共面情況的偏差將把錯(cuò)誤信息引入回旋投影數(shù)據(jù)。在具有單行探測(cè)器的傳統(tǒng)CT掃描儀中，所有的投影或者從同一切片被測(cè)量，或者從兩個(gè)平行的切片被內(nèi)插到用來(lái)回旋的同一切片中。因此，可以再現(xiàn)準(zhǔn)確的圖象。
在錐形束系統(tǒng)中，因?yàn)殄F形角的原因，從不同視角測(cè)量的投影輪廓不在同一平面上。就分步發(fā)射掃描來(lái)說(shuō)，在所有的視角內(nèi)，被中間行探測(cè)器測(cè)量的投影輪廓確實(shí)處于同一平面上。因而，中心切片可被準(zhǔn)確地再現(xiàn)。然而，由于共面情況偏差的結(jié)果，其它切片將包含錯(cuò)誤信息。在螺旋掃描中，這種情況更加惡劣。在每一個(gè)視角處，不得不將投影輪廓從由不同行探測(cè)器測(cè)量的投影值內(nèi)插到用于回旋的一所選切片中。因此，即便對(duì)于中心切片來(lái)說(shuō)，內(nèi)插投影輪廓并不能對(duì)所有的視角滿(mǎn)足共面的情況。
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)一個(gè)具有一縱向軸的區(qū)域再現(xiàn)圖象數(shù)據(jù)的方法和裝置。一個(gè)輻射源和一個(gè)探測(cè)器陣列位于該區(qū)域的相對(duì)側(cè)。輻射源向探測(cè)器陣列發(fā)射射線，以產(chǎn)生多個(gè)被探測(cè)器陣列接收的發(fā)散射線束。輻射源和探測(cè)器陣列中的至少一個(gè)可圍繞縱向軸旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過(guò)多個(gè)投影角，以掃描該區(qū)域，從而產(chǎn)生該區(qū)域的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)。該區(qū)域的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成平行束掃描數(shù)據(jù)。至少該區(qū)域的一個(gè)數(shù)據(jù)切片被這樣確定，以使得相對(duì)縱向軸來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)切片是傾斜的。該區(qū)域的平行束掃描數(shù)據(jù)的至少一部分被用來(lái)產(chǎn)生與至少一個(gè)傾斜數(shù)據(jù)切片有關(guān)的投影數(shù)據(jù)。對(duì)與傾斜切片有關(guān)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行回旋，以產(chǎn)生該區(qū)域的回旋投影數(shù)據(jù)。然后，將與至少一個(gè)傾斜切片有關(guān)的回旋投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維背投影，以產(chǎn)生該區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器陣列是一個(gè)二維探測(cè)器陣列。在該實(shí)施例中，多個(gè)發(fā)散的射線束形成錐形射線束。在該實(shí)施例中，對(duì)于由螺旋錐形束掃描獲得的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明是適用的。
選擇一個(gè)由傾斜切片和縱向軸形成的角度，以使得對(duì)于至少一個(gè)投影角來(lái)說(shuō)，切片與輻射源共面。具體地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，這樣選擇傾斜切片的角度，以使得對(duì)于三個(gè)投影角來(lái)說(shuō)，切片與輻射源共面。更具體地說(shuō)，可這樣選擇切片，以使得它在0°、90°和180°的投影角度下與輻射源共面。
在一個(gè)實(shí)施例中，與至少一個(gè)傾斜切片有關(guān)的投影數(shù)據(jù)是通過(guò)采用與該至少一個(gè)傾斜切片相交的射線的平行束掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生的。在一具體實(shí)施例中，該射線與傾斜切片的中部相交。或者，與至少一個(gè)傾斜切片有關(guān)的投影數(shù)據(jù)是通過(guò)采用與該至少一個(gè)傾斜切片相交的射線的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生的。
本發(fā)明關(guān)于3D圖象再現(xiàn)的方法提供了超越現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)。與垂直切片相反，傾斜切片的采用減少了錯(cuò)誤信息，并因此在實(shí)際上減少了所產(chǎn)生圖象中的贗象。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這樣選擇傾斜切片的角度，以允許切片從多個(gè)投影角度與輻射源共面，從而減少了圖象的贗象。另外，因?yàn)椴捎昧似叫惺鴴呙钄?shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生傾斜切片的數(shù)據(jù)，所以與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，該方法的計(jì)算復(fù)雜性要小得多。
在這里所描述的方法中，已研究出了一種更好的近似方法來(lái)改善回旋操作。對(duì)于3D背投影來(lái)說(shuō)，它產(chǎn)生了更準(zhǔn)確的回旋投影輪廓，且因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，再現(xiàn)了更準(zhǔn)確的立體圖象。
在本發(fā)明中，被選擇用來(lái)回旋的是傾斜切片，而不是垂直切片。投影數(shù)據(jù)可被內(nèi)插到用來(lái)回旋的任一切片上。只要知道所有的內(nèi)插射線，就可從內(nèi)插和回旋投影數(shù)據(jù)中進(jìn)行3D背投影。為了在所有視角內(nèi)使切片的射線共面，在所有視角處焦點(diǎn)必須位于切片平面上。不幸的是，在螺旋掃描的恒速傳輸下，沒(méi)有切片能滿(mǎn)足這種需求。因而，代替尋找一個(gè)合適的共面切片，本發(fā)明的技術(shù)在于盡可能地尋找到與射線共面的切片。對(duì)于回旋和背投影來(lái)說(shuō)，投影輪廓從采集的數(shù)據(jù)中內(nèi)插，以盡可能地靠近切片。
與垂直切片相比，特定的傾斜切片可更好地與射線共面。本方法在連續(xù)的z軸位置選擇一組傾斜切片來(lái)內(nèi)插投影數(shù)據(jù)。如果內(nèi)插的投影輪廓完全與這些切片共面，圖象將被再現(xiàn)，再現(xiàn)精度與一個(gè)具有零度錐形角的系統(tǒng)相同。由于這些切片不滿(mǎn)足完全共面的情況，所以這些圖象的再現(xiàn)仍然只是一個(gè)近似。然而，它是一個(gè)良好的近似，比起選擇垂直切片來(lái)回旋的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，要好得多。
因?yàn)橥队爸凳且詢(xún)A斜角度被內(nèi)插到所選的切片的，內(nèi)插的射線不處于同一切片內(nèi)的固定z軸位置。而且，所選的傾斜切片彼此不平行。內(nèi)插到這些傾斜切片的射線在z方向不具有相等的間隔。盡管在這些投影輪廓的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)3D背投影是可能的，但是，比起建立在垂直切片的內(nèi)插投影輪廓基礎(chǔ)上的現(xiàn)有方法來(lái)說(shuō)，計(jì)算量要大得多。根據(jù)本發(fā)明的一方面，應(yīng)用了一種預(yù)內(nèi)插技術(shù)來(lái)處理這種復(fù)雜性。根據(jù)本發(fā)明的這一預(yù)內(nèi)插技術(shù)，對(duì)于3D背投影來(lái)說(shuō)，在z方向的回旋投影數(shù)據(jù)的間隔是相等的。
通過(guò)在下面對(duì)附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作更為具體的說(shuō)明，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在所有的不同視圖中，同樣的參考符號(hào)代表同一部件。附圖沒(méi)有必要按比例繪制，其重點(diǎn)在于說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖1是一典型的計(jì)算機(jī)層析X射線攝影(CT)掃描系統(tǒng)的軸向示意圖。
圖2A表示CT掃描系統(tǒng)中固定z軸(CZA)掃描模式的掃描軌跡。
圖2B表示CT掃描系統(tǒng)中恒速螺旋(CSH)掃描的掃描軌跡。
圖3是一個(gè)示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明的CT掃描系統(tǒng)中的掃描物體、焦點(diǎn)和探測(cè)器陣列。
圖4是一個(gè)示意圖，表示對(duì)圖3的系統(tǒng)作45°旋轉(zhuǎn)后的情況。
圖5是一個(gè)示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明對(duì)由平行的N個(gè)縱向扇形區(qū)組成的重組后的射線。
圖6為根據(jù)本發(fā)明，對(duì)圖5的一個(gè)中心橫向扇形區(qū)作出詳細(xì)說(shuō)明的示意圖。
圖7是來(lái)自螺旋掃描的重組的射線的示意圖，表示由沿著縱向軸線的輸送而引起的楔形微小變形。
圖8是一個(gè)示意圖，表示垂直切片內(nèi)的偏差角。
圖9A和圖9B分別是在0°和90°視角，對(duì)傾斜切片內(nèi)的偏差角作出說(shuō)明的示意圖。
圖10A，圖10B和圖10C分別是在0°，90°和180°視角，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的傾斜切片作出說(shuō)明的示意圖。
圖11從多個(gè)視角示出了根據(jù)本發(fā)明一疊傾斜切片的形成過(guò)程。
圖12示意性地示出了從根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)縱向扇形區(qū)內(nèi)插的射線。
圖13是對(duì)與傾斜切片相交的射線之間的不等間距作出說(shuō)明的示意圖。
在本發(fā)明中，錐形束投影數(shù)據(jù)首先被重組(重新排序)或改組到平行束數(shù)據(jù)中。由每行探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)被重組到平行束投影中。在連續(xù)的z軸位置處的一疊傾斜切片被選作這樣的基準(zhǔn)，以用來(lái)從重組的投影數(shù)據(jù)中內(nèi)插投影輪廓。每一切片被盡可能地選作與射線共面。在每一視角處，投影輪廓從與傾斜切片最共面的射線的重組投影數(shù)據(jù)中被內(nèi)插。在不同視角處內(nèi)插到同一傾斜切片的投影輪廓象單行探測(cè)器系統(tǒng)的投影輪廓一樣處理，以進(jìn)行回旋。然后，在每一個(gè)視角處，一疊每一個(gè)都內(nèi)插到一傾斜切片的回旋投影輪廓被一起用來(lái)進(jìn)行3D背投影?；匦龜?shù)據(jù)沿著內(nèi)插射線的軌跡被背投影到一個(gè)3D圖象矩陣中。
在所有視角中，為了使參照切片與射線共面，焦點(diǎn)或輻射源必須位于該切片平面上。然而，在具有恒定輸送速度的螺旋掃描中，沒(méi)有切片能滿(mǎn)足這個(gè)需求。因而，對(duì)于回旋和3D背投影，一個(gè)與射線最共面的切片被選作一個(gè)用來(lái)內(nèi)插投影數(shù)據(jù)的參照切片。投影輪廓從采集的數(shù)據(jù)中被內(nèi)插，以最好地代表該切片。
圖3包括一個(gè)示意圖，表示了在θ=0的起始旋轉(zhuǎn)角處，一被掃描物體20相對(duì)于旋轉(zhuǎn)系內(nèi)的焦點(diǎn)24和探測(cè)器陣列22的的位置和方向，其包括一個(gè)代表被掃描物體20的圖象密度的3D矩陣。焦點(diǎn)24和探測(cè)器陣列22被固定在一個(gè)基準(zhǔn)為x’y’z’的旋轉(zhuǎn)系內(nèi)，而3D矩陣則是參照基準(zhǔn)xyz的實(shí)驗(yàn)系，其中第一切片位于z=z0處。假定在掃描的過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)系圍繞z軸作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，3D矩陣則相對(duì)于旋轉(zhuǎn)系圍繞z軸作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在螺旋掃描的過(guò)程中，3D矩陣還相對(duì)于實(shí)驗(yàn)系在z方向上以恒速行進(jìn)。例如，旋轉(zhuǎn)角為θ=45°的3D矩陣的幾何結(jié)構(gòu)被描述在圖4所示的旋轉(zhuǎn)系內(nèi)。螺旋掃描的間距被定義為在360°旋轉(zhuǎn)中物體沿著z軸的輸送距離。如果間距為2p，3D矩陣的第一切片便位于z(θ)=z0-pθ／π (1)探測(cè)器陣列22包括M行探測(cè)器。對(duì)于每一行來(lái)說(shuō)，有N個(gè)探測(cè)器或通道。來(lái)自于不同行的同一通道的探測(cè)器構(gòu)成一列。因而，探測(cè)器陣列也可被描述為N列探測(cè)器。通常來(lái)說(shuō)，N比M大得多。由每行探測(cè)器測(cè)量的N個(gè)射線將在這里被稱(chēng)作橫向扇形區(qū)，這是由于它們是從焦點(diǎn)24輻射的，并且位于基本上橫切z軸的平面。由每列探測(cè)器測(cè)量的M個(gè)射線將被稱(chēng)作“縱向”扇形區(qū)，這是由于它們也是從焦點(diǎn)24輻射的，但位于基本上與z軸平行的平面上。在本發(fā)明的典型系統(tǒng)中，橫向扇形區(qū)的扇形角為2γmax，最好和傳統(tǒng)單行探測(cè)器系統(tǒng)中的相同，約為60°，而縱向扇形區(qū)的扇形角為錐形角2βmax，最好約為幾度。錐形束系統(tǒng)可被考慮為在大的扇形角中具有M個(gè)橫向扇形區(qū)或在小的扇形角中具有N個(gè)縱向扇形區(qū)。
在每一個(gè)旋轉(zhuǎn)角處，和在傳統(tǒng)單行探測(cè)器系統(tǒng)中相同，橫向扇形區(qū)的數(shù)據(jù)包括一個(gè)扇形束投影輪廓。每個(gè)投影輪廓中的投影值是沿著相對(duì)于y軸上通道(如果假定為對(duì)稱(chēng)陣列，為中心通道)的射線呈角度γj的射線被測(cè)量的。最好是如用于單行探測(cè)器系統(tǒng)的2D圖象的平行束再現(xiàn)那樣，將每個(gè)扇形束投影輪廓重組到平行束投影輪廓中。重組是在獨(dú)立于其它行內(nèi)數(shù)據(jù)的每一行上進(jìn)行的。重組的射線包括平行的N個(gè)縱向扇形區(qū)，如圖5中分步發(fā)射掃描所示。在圖5中，中心縱向扇形區(qū)的焦點(diǎn)位于y’=-r處，而典型扇形區(qū)j＞j0的焦點(diǎn)位于y’=-aj，且aj＜r處。每一個(gè)縱向扇形區(qū)是從實(shí)際錐形束結(jié)構(gòu)中的縱向扇形區(qū)中繪制的虛擬扇形區(qū)。因而，重組的射線包括N個(gè)虛焦點(diǎn)，并具有一個(gè)楔形的輪廓。
相對(duì)于中心縱向扇形區(qū)j0的虛擬縱向扇形區(qū)j的準(zhǔn)確位置，可由圖6所示的中心橫向扇形區(qū)看出，其中每一射線是縱向扇形區(qū)的中心射線。在圖6中，直線OXj于交點(diǎn)Cj處與縱向扇形區(qū)j垂直相交，且它被繪制到圖5內(nèi)重組的幾何結(jié)構(gòu)中的x’軸上。距離aj是焦點(diǎn)S和點(diǎn)Cj之間的距離，且aj=rcosγj=rcos((j-j0)δ)(2)其中δ是相鄰探測(cè)器通道間的角間距，其中，給出了角度γj=(j-j0)δ。距離OCj是縱向扇形區(qū)j和中心縱向扇形區(qū)j0之間的距離。它與rsinγj或rsin((j-j0)δ)相等。因?yàn)榫嚯xaj取決于j，所以重組的幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)的虛焦點(diǎn)不在一條直線上。另外，由于OCj與j非線性相關(guān)，虛擬縱向扇形區(qū)也并不沿著x’軸等間隔地布置。
螺旋掃描的重組射線從楔形形狀稍微有點(diǎn)變形，如圖7在視角φ=0°處所示。與分步發(fā)射掃描不同，虛擬縱向扇形區(qū)不再位于同一z軸位置。這是因?yàn)槊恳惶摂M縱向扇形區(qū)的數(shù)據(jù)實(shí)際上是在不同的時(shí)間采集的。中心縱向扇形區(qū)(j0列)僅僅是在旋轉(zhuǎn)角θ=0°處采集的。第一虛擬縱向扇形區(qū)(j=1列)是在旋轉(zhuǎn)角θ=0°之前的一時(shí)刻采集的，并且它在+z方向上偏離了中心扇形區(qū)。同樣地，最后一個(gè)虛擬縱向扇形區(qū)(j=N列)是在旋轉(zhuǎn)角θ=0°以后的一時(shí)刻采集的，且因此它在-z方向上偏離了中心扇形區(qū)。如果螺旋掃描的間距是2p，虛擬縱向扇形區(qū)j在z方向的偏移可由下列公式給出dj=-pγj／π=-p(j-j0)δ／π (3)一個(gè)切片被選作用于回旋的公共平面，并且投影數(shù)據(jù)被內(nèi)插到這一平面。然而，由于錐形角的原因，沒(méi)有切片在所有視角中與射線共面。也就是說(shuō)，不止一個(gè)縱向扇形區(qū)的射線與切片相交。通過(guò)切片中點(diǎn)的射線可被認(rèn)為與切片最接近，并且它將是從縱向扇形區(qū)內(nèi)插的射線。
在切片上有N個(gè)中點(diǎn)，其中每一個(gè)與一個(gè)縱向扇形區(qū)相對(duì)應(yīng)。這些中點(diǎn)確定了一條中心線，它是一條位于切片上通過(guò)z軸并與縱向扇形區(qū)相垂直的直線。它的方位隨視角改變。假定一個(gè)垂直切片被選擇用來(lái)回旋。中心線是φ=0°視角處的直線y=0，如圖8所示。切片和與中心線相交的射線之間的角度被稱(chēng)作偏差角。它隨通道和視角改變。通道j的偏差角在圖8中作了說(shuō)明，為εj。
與所有通道的偏差的角度大小表明了與射線共面的切片的接近程度。用來(lái)回旋的最佳切片是具有最小偏差角的一個(gè)。一個(gè)傾斜切片與垂直切片相比，可具有較小的偏差角。一傾斜切片的偏差角εj如圖9A中φ=0°視角處所示，和圖9B中φ=90°視角處所示。如圖9A所示，φ=0°視角處的傾斜切片的偏差角要比那些垂直切片中的小。如圖9B所示，φ=90°視角處的傾斜切片的偏差角也要比那些垂直切片中的小。
為易于理解所作的說(shuō)明，下面將僅僅對(duì)將一個(gè)傾斜切片用于進(jìn)行投影輪廓內(nèi)插的過(guò)程作出描述。將會(huì)理解，所作的說(shuō)明可以延及任何數(shù)量的切片。設(shè)定(u，v)是切片上的一個(gè)直線坐標(biāo)，u軸與xy平面相交。傾斜切片可被認(rèn)為是一垂直切片圍繞u軸作α角度旋轉(zhuǎn)的結(jié)果。角度α是切片的傾斜角度。
根據(jù)本發(fā)明，在φ=0°視角處的傾斜切片在圖10A中得到描述，其中傾斜角度α是v軸和y’軸之間的角度。在一實(shí)施例中，最好選擇這樣的傾斜角度α，以使得v軸與中心縱向扇形區(qū)的射線一致。在這種情況下，中心通道的偏差角為零值，即εj0=0。傾斜切片被選擇在p／2的中心位置，在+y’方向上具有tanα的傾斜度。因?yàn)樵谥亟M的平行束幾何結(jié)構(gòu)中，任何其它縱向扇形區(qū)的z軸位置與中心縱向扇形區(qū)偏離由方程式(3)所給出的距離dj，所以其它通道的偏差角為非零值。不過(guò)，它們的值很小，并且當(dāng)通道越接近中心通道，它們的值越小。遠(yuǎn)離中心通道的通道j的偏差角εj在圖10A中得到描述。
在螺旋掃描的節(jié)距為2p時(shí)，傾斜切片最好選擇在沿著z軸、中心在z=p／2處的位置。然后，在φ=π／2的視角處，切片的中心將行進(jìn)p／2的節(jié)距，到達(dá)圖10B所示的等角點(diǎn)的位置。傾斜切片行進(jìn)到z=0處，在-x’方向上的傾斜度為tanα。u軸與中心縱向扇形區(qū)的中心射線重合。中心通道的偏差角再一次為零值，即εj0=0，而其它通道的εj≠0。
在視角φ=π處，傾斜切片的幾何結(jié)構(gòu)如圖10C所示。在這里，v軸與中心縱向扇形區(qū)的另一條射線相重合，并且εj0=0。傾斜切片已行進(jìn)了一個(gè)距離p。傾斜切片進(jìn)一步行進(jìn)到z=p／2處，在-y’方向上的傾斜度為tanα。為了從半掃描中再現(xiàn)圖象，視角φ=π處的數(shù)據(jù)與視角φ=0處的數(shù)據(jù)重復(fù)。附圖在這里對(duì)傾斜切片作了更好的說(shuō)明，一般而言，φ=π處的傾斜切片的投影數(shù)據(jù)是不需要的。
應(yīng)該注意，當(dāng)傾斜切片與中心縱向扇形區(qū)的射線相重合時(shí)，焦點(diǎn)位于切片平面上。在這種情況下，傾斜切片將與包含這個(gè)射線的橫向扇形區(qū)共面。因此圖10所示的傾斜切片在旋轉(zhuǎn)角θ=0，π／2和π處，與發(fā)散錐形束數(shù)據(jù)的橫向扇形區(qū)共面。
在φ=0，φ=π／2和φ=π處，在中心通道選擇一個(gè)偏差角剛好為零的傾斜切片是不必要的。任一接近于這里所描述的傾斜角的傾斜切片是可以被接受的?？蓮母綀D中看出，傾斜角α與錐形角的一半大致相等，也就是說(shuō)，α≌βmax。實(shí)際上，α最好小于βmax，因?yàn)樵诘冉屈c(diǎn)處，間距2p通常要比探測(cè)器陣列的z尺寸短。
實(shí)際上，投影數(shù)據(jù)在沿z軸方向上的順次位置處被內(nèi)插到多個(gè)傾斜切片上，以進(jìn)行回旋處理。例如，假定四個(gè)切片被選作在z方向長(zhǎng)度為p的范圍內(nèi)內(nèi)插的基準(zhǔn)，p是旋轉(zhuǎn)系作180°旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中物體的輸送距離。如圖10A所示，在視角φ=0處，選擇第一切片A，并在圖11中相同。在視角φ=π／4處，選擇第二切片B，其如同處于和圖10A中相同的零視角處。同時(shí)，第一切片行進(jìn)p／4，并相對(duì)于旋轉(zhuǎn)系x’y’z’定向在方位角45°處，如圖11中φ=π／4處所示。同樣地，分別在φ=π／2和φ=3π／4處，選擇第三切片C和第四切片D，它們?nèi)缤挥诹阋暯翘?。在視角?π處，選擇第五切片E，此時(shí)第一切片A投影輪廓的內(nèi)插已經(jīng)完成。
由上所述，在每隔π／4處，便選擇一個(gè)新的切片，并且當(dāng)如圖11所示φ=5π／4時(shí)，一個(gè)切片已經(jīng)完成了π的視角范圍。因而，在從φ=3π／4開(kāi)始的每個(gè)視角處，存在四個(gè)用于投影輪廓內(nèi)插的切片。這四個(gè)切片位于z方向上長(zhǎng)度為p的范圍內(nèi)。
一般來(lái)說(shuō)，如果在每個(gè)視角處，都需要m個(gè)傾斜切片用于內(nèi)插的話，選擇新切片的視角間隔是π／m。設(shè)定φk為第一次選擇k切片的視角，如同其處于零視角處，從而得到φk=kπ／m (4)其中k=0，1，2…，mk-1，且mk是在物體的整個(gè)長(zhǎng)度上選擇的切片的總量。在視角φ=π-π／m處及其后，在每一視角處，長(zhǎng)度p內(nèi)將有m個(gè)切片。給定一個(gè)視角φ，這m個(gè)切片便是φk在φ-π＜φk≤φ范圍內(nèi)的切片。它們都具有相同的傾斜角α。然而，它們沿著z軸被p／m的恒定距離分開(kāi)，并且都位于相隔π／m的不同方位角處。
這些被選擇的傾斜切片并不完全與射線共面。除了幾個(gè)視角內(nèi)的一些射線外，沒(méi)有射線與傾斜切片完全重合。對(duì)每一個(gè)通道來(lái)說(shuō)，與切片中心位置相交的射線被認(rèn)為是與切片最接近的一條射線，并且它是將從由探測(cè)器陣列測(cè)量的原始射線內(nèi)插的射線。N個(gè)通道中這些最近射線的交點(diǎn)位于切片的一條直線上，該直線被稱(chēng)作中心線。為了從每一通道的原始射線內(nèi)插最近的射線，在每一視角處必須知道旋轉(zhuǎn)系內(nèi)中心線的位置。
在重組的平行束幾何結(jié)構(gòu)中，投影數(shù)據(jù)Pij(φ)可被認(rèn)為是由N個(gè)縱向扇形區(qū)組成的，如圖7所示。縱向扇形區(qū)j的射線位于一個(gè)y’z’平面上，該平面與中心縱向扇形區(qū)j0的平面平行，但在x’方向上以一個(gè)rsin((j-j0)δ)的距離隔開(kāi)。如上所述，縱向扇形區(qū)j還在z’方向上以dj的距離，以及在y’方向上以r-aj的距離從中心縱向扇形區(qū)j0隔開(kāi)。傾斜切片k的中心線與縱向扇形區(qū)j垂直。它位于y’=0的x’z’平面上。給定傾斜角α和視角φ，在x’z’平面上中心線的傾斜度可以確定。以?xún)A斜度為基礎(chǔ)，通道j處中心線的z軸位置可從中心通道j0處中心線的z軸位置導(dǎo)出。
首先，由于傾斜切片是以p／m的距離被分開(kāi)的，并以在π視角范圍內(nèi)距離為p的速率沿著z軸輸送，在中心通道處中心線的z軸位置可寫(xiě)成zkj0=z0+Kp／m-φp／π (5)其中z0是一個(gè)常量，代表在φ=0的起始視角處的第一切片的z軸位置，且k是切片的數(shù)量，k=0，1，2，…，mk-1。其次，為了找到中心線的傾斜度，當(dāng)在φ=φk處選擇傾斜切片時(shí)，我們從傾斜切片的簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)開(kāi)始。從圖10A和圖11中φ=0處的視圖可以看出，傾斜切片的傾斜度是沿著y’方向傾斜的，值為tanα。因而，在φ=φk處的傾斜切片的z’坐標(biāo)可寫(xiě)成z’(φk)=zkj0+y’tanα(6)中心線是切片上y’=0處的直線?？梢钥闯鲈讦?φk處的中心線具有z’=zkj0的固定坐標(biāo)，并且中心線與圖10A所示的x’軸平行。
在隨后的視角φ＞φk處，可通過(guò)使傾斜切片圍繞z’軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度φ-φk來(lái)定位中心線，并且將y’坐標(biāo)設(shè)為0。當(dāng)傾斜切片圍繞z軸旋轉(zhuǎn)φ-φk時(shí)，傾斜切片的z’坐標(biāo)便變?yōu)閦’(φ)=zkj0-x’tanαsin(φ-φk)+y’tanαcos(φ-φk)(7)
中心線由方程式(7)在y’=0時(shí)給出。此外，我們知道對(duì)于通道j來(lái)說(shuō)，中心線的x’坐標(biāo)是rsin((j-j0)δ)。因而，通過(guò)進(jìn)一步在方程式(7)中將x’設(shè)為rsin((j-j0)δ)，對(duì)視角φ＞φk處的傾斜切片k來(lái)說(shuō)，便得到了在通道j處的中心線的z軸位置，即zkj(φ)=zkj0-rtanαsin(φ-φk)sin((j-j0)δ) (8)采用關(guān)于zkj0的方程式(5)，則變?yōu)閦kj(φ)=z0+kp／m-φp／π-rtanαsin(φ-φk)sin((j-j0)δ) (9)中心線的此點(diǎn)是中心線與被內(nèi)插的射線相交的點(diǎn)。因而，zkj(φ)也被認(rèn)為是內(nèi)插射線的z軸位置。一般來(lái)說(shuō)，從y’z’平面上縱向扇形區(qū)內(nèi)插的射線的z軸位置是由y’=0處的射線的z坐標(biāo)確定的。
為了從縱向扇形區(qū)內(nèi)插射線，我們注意到對(duì)于φ=φk和φ=φk+π之間的角度范圍，傾斜切片k是由探測(cè)器陣列測(cè)量的。在這一角度范圍內(nèi)，與中心線相交射線相應(yīng)的探測(cè)器的行數(shù)與zkj(φ)有關(guān)，關(guān)系式如下i’=i0+(zkj-dj)R／aj(10)假定zkj和dj是根據(jù)探測(cè)器的行數(shù)確定的。相對(duì)縱向扇形區(qū)j的射線的幾何結(jié)構(gòu)在圖12中示出，其中i0是中心行數(shù)，且R是從焦點(diǎn)Sj到探測(cè)器M列的距離。方程式(10)中的i’值不是整數(shù)。它可寫(xiě)為一個(gè)截尾整數(shù)q和一個(gè)小數(shù)部分f的總數(shù)，即i’=q+f(11)其中0≤f＜1。如果線性?xún)?nèi)插法被用于傾斜切片投影的內(nèi)插，對(duì)于通道j，內(nèi)插的投影值Pi’j(φ)將被計(jì)算為Pi’j(φ)=(1-f)Pqj(φ)+fPq+1，j(φ) (12)盡管線性?xún)?nèi)插法提供了一種獲取投影值Pi’j(φ)的方法，但對(duì)于內(nèi)插而言，它并不是唯一可能的選擇。例如，如果切片的寬度比一個(gè)探測(cè)器的高度(沿z軸的長(zhǎng)度)大的話，數(shù)據(jù)便會(huì)在z方向內(nèi)被過(guò)采樣。一種再采樣方法，諸如描述在與此申請(qǐng)同一天提交的、待審美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中的方法可被用于計(jì)算投影值Pi’j(φ)，所述申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為“一種改進(jìn)的、采用過(guò)采樣探測(cè)器陣列和再采樣技術(shù)的錐形束CT系統(tǒng)”，發(fā)明人為C．M．Lai，該專(zhuān)利結(jié)合在此作為參考。
在每一個(gè)視角處存在被計(jì)算的N個(gè)投影值Pi’j(φ)。這些內(nèi)插投影的射線與傾斜切片大致共面。因而，以與回旋傾斜切片的投影數(shù)據(jù)同樣的方式來(lái)回旋內(nèi)插投影是一個(gè)良好的近似。然而，它們將沿著內(nèi)插射線的軌跡被背投影，而不是沿著傾斜切片的投影軌跡被背投影。將Pi’j(φ)表示為Pkj(φ)是方便的，以表明Pi’j(φ)是如同傾斜切片k的投影數(shù)據(jù)那樣被回旋處理。也就是說(shuō)，Pkj(φ)=Pi’j(φ) (13)其中k=0，1，2…，mk-1，且j=1，2，…，N。在視角φ處，存在m個(gè)由探測(cè)器陣列測(cè)量的傾斜切片，每一個(gè)的φk都在φ-π＜φk≤φ的范圍內(nèi)。因而，在每個(gè)視角處，對(duì)于N個(gè)通道內(nèi)的m個(gè)切片來(lái)說(shuō)，存在mN個(gè)投影值Pkj(φ)。
在每一個(gè)視角處，m個(gè)投影輪廓是根據(jù)m個(gè)參照切片被內(nèi)插的。每個(gè)投影輪廓包含N個(gè)投影值Pkj(φ)，其中對(duì)于傾斜切片k，j=1，2，…，N。這些N個(gè)投影值的射線在橫向(x’方向)上以一個(gè)變化的間距被分開(kāi)。這是因?yàn)榭v向扇形區(qū)j位于距離中心縱向扇形區(qū)j0為一個(gè)非線性距離為rsinγj=rsin((j-j0)δ)的位置，如圖5和7所示。
對(duì)于隨后的回旋操作而言，要求這些投影值相隔固定的橫向間距被采樣。因此，在每一個(gè)視角處，投影數(shù)據(jù)Pkj(φ)被內(nèi)插到相等的橫向間距中，同傳統(tǒng)單行探測(cè)器系統(tǒng)的平行束投影數(shù)據(jù)一樣。中心通道處的橫向間距是rsinδ≌rδ。如果相對(duì)所有的通道，rδ被選擇作為固定的空間間隔，投影數(shù)據(jù)Pkj(φ)將被內(nèi)插到一固定的間距rδ中。內(nèi)插在每個(gè)切片的N個(gè)通道中進(jìn)行，與其它的切片無(wú)關(guān)。
在被用于計(jì)算傾斜切片的投影值之前，這一相等橫向間距的內(nèi)插也可在由每行探測(cè)器采集的原始數(shù)據(jù)Pij(φ)上進(jìn)行。在這種情況下，從每行重組的平行投影Pij(φ)被內(nèi)插到所述值為rδ的相等橫向間距中。就等間距的N個(gè)通道來(lái)說(shuō)，方程式(9)中的通道j的z軸位置便成為zkj(φ)=z0+kp／m-φp／π-rtanαsin(φ-φk)(j-j0)δ (14)建立在等間距的Pij(φ)和方程式(14)的基礎(chǔ)上，內(nèi)插到傾斜切片k的投影數(shù)據(jù)Pkj(φ)將具有值為rδ的相等橫向間距。
然后，相隔等間距處的Pkj(φ)的N個(gè)投影值通過(guò)2D圖象再現(xiàn)中眾所周知的回旋中心進(jìn)行回旋處理。回旋是在相對(duì)每個(gè)切片的每一視角處進(jìn)行的，與在具有單行探測(cè)器的傳統(tǒng)系統(tǒng)采用的方式相同。設(shè)定回旋投影值是Qkj(φ)?；匦队癚kj(φ)在相鄰的通道之間具有相等的間距rδ。不論這一相等的橫向間距是在傾斜切片投影Pkj(φ)的產(chǎn)生之前還是之后進(jìn)行的，回旋投影Qkj(φ)的z軸位置是由方程式(14)中的zkj(φ)給定的，其中N個(gè)通道都相隔rδ的固定橫向間距。
回旋投影數(shù)據(jù)Qkj(φ)被用于3D背投影。計(jì)算通常是由三維像素驅(qū)動(dòng)的，其中在每個(gè)視角處，3D矩陣中所有的三維像素都是按序被處理的。在每一個(gè)三維像素處，穿過(guò)三維像素的射線被確定，并且這一射線相應(yīng)的回旋投影值是從最近的Qkj(φ)值內(nèi)插的，且被添加到三維像素中。
每個(gè)Qkj(φ)的射線是連接焦點(diǎn)和一個(gè)傾斜切片的中心線上的點(diǎn)的一條直線。相對(duì)同一通道j的不同切片的Qkj(φ)的射線來(lái)自于同一縱向扇形區(qū)。由于傾斜切片彼此不平行，Qkj(φ)的射線在縱向扇形區(qū)上相隔間距不等。唯一的例外是中心通道內(nèi)的Qkj(φ)的射線。從不等間隔的中點(diǎn)可以看出射線的間距，這些中點(diǎn)在圖13中沿z’方向以圓點(diǎn)形式標(biāo)出。
縱向平面上的這些射線的不等間隔使得Qkj(φ)的背投影耗時(shí)。所有位于與縱向扇形區(qū)相同平面上的三維像素將不得不內(nèi)插不等間隔射線內(nèi)的Qkj(φ)。所需的計(jì)算量要比內(nèi)插相等間隔射線內(nèi)的Qkj(φ)大。在這里描述了一種技術(shù)，即把同一縱向扇形區(qū)內(nèi)的Qkj(φ)預(yù)內(nèi)插到等間距射線的數(shù)據(jù)中。通過(guò)采用這些等間距的數(shù)據(jù)，將大大簡(jiǎn)化3D背投影的計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明的這一方面，中心通道的z軸位置zkj0在方程式(5)中給出，相鄰切片之間具有固定的間距p／m，該固定間距p／m被標(biāo)記在沿著圖13的z’軸的等間距區(qū)段內(nèi)。最好將其它通道的Qkj(φ)預(yù)內(nèi)插到與中心通道一樣的間距中。然后，在等間距的z軸位置處，將m行數(shù)據(jù)Qkj(φ)預(yù)內(nèi)插到m行Rkj(φ)中，在每一個(gè)視角處zij=zij0。應(yīng)該注意到射線的z軸位置被稱(chēng)作射線在y’=0位置處的z坐標(biāo)。
為了內(nèi)插通道j的射線i，與Rij(φ)的z軸位置相鄰的Qkj(φ)的兩個(gè)z軸位置，即zij，必須被得到，關(guān)系式如下zkj≤zij’＜zk+1，j(15)采用zij=zij0與方程式(5)和(14)，上述的關(guān)系式也可寫(xiě)為k-rtanαsin(φ-φk)sinδm／p≤i＜k-rtanαsin(φ-φk+1)sinδm／p (16)其中k已確定，并且Qkj(φ)和Qk+1，j(φ)兩個(gè)值用于內(nèi)插Rij(φ)。
如果采用了一種線性?xún)?nèi)插法，就有了下面的公式Rij(φ)=(1-g)Qkj(φ)+gQk+1，j(φ) (17)其中g(shù)=(zij-zkj)／(zk+1，j-zkj)(18)上述方程式描述了一種從Qkj(φ)內(nèi)插Rij(φ)的簡(jiǎn)單方法。另一方面，一種較高數(shù)量級(jí)的內(nèi)插方法可被用于作從Qkj(φ)產(chǎn)生等間距的Rij(φ)。
當(dāng)?shù)乳g距的Rij(φ)被用于3D背投影時(shí)，被背投影到一個(gè)三維像素的數(shù)值仍然需要從Rij(φ)內(nèi)插。因?yàn)檫@個(gè)操作的重復(fù)性，線性?xún)?nèi)插法通常被用于節(jié)省計(jì)算時(shí)間。在線性?xún)?nèi)插下，假定數(shù)值在Rij(φ)的兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間線性變化。然而，它們不必是線性的，特別是當(dāng)Rij(φ)和Ri+1，j(φ)這兩個(gè)數(shù)值是從Qkj(φ)的不同數(shù)值內(nèi)插的時(shí)候。背投影數(shù)值的準(zhǔn)確性可通過(guò)從Qkj(φ)預(yù)內(nèi)插更多行的Rij(φ)而得到提高。
例如，如果Qkj(φ)的m行被預(yù)內(nèi)插到Rij(φ)的4m行中，Rij(φ)的z軸位置在p／4m的固定間距處，就有了下列關(guān)系式
zij=zij0=z0+ip／4m-φp／π (19)采用方程式(15)，就有了下面的關(guān)系式來(lái)得到Qkj(φ)的行數(shù)，關(guān)系式如下4k-rtanαsin(φ-φk)sinδ4m／p≤i＜4k-rtanαsin(φ-φk+1)sinδ4m／p (20)然后，從行數(shù)k，通過(guò)方程式(17)和(18)中給定的線性?xún)?nèi)插，或者通過(guò)更高數(shù)量級(jí)的內(nèi)插，以產(chǎn)生Rij(φ)。在現(xiàn)有的方法中，采集的投影數(shù)據(jù)被內(nèi)插到用于回旋的垂直切片中，例如在待審的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09／038，320中得到描述，其發(fā)明名稱(chēng)為“用于具有多行探測(cè)器的螺旋掃描計(jì)算機(jī)層析X射線攝影系統(tǒng)中立體圖象再現(xiàn)的方法和裝置”，發(fā)明人為C．M．Lai，申請(qǐng)日為1998年3月11日，該專(zhuān)利結(jié)合在此作為參考。在本方法中，采集的投影數(shù)據(jù)被內(nèi)插到用來(lái)回旋的傾斜切片中，并且回旋數(shù)據(jù)被進(jìn)一步預(yù)內(nèi)插到具有等間距z軸位置的Rij(φ)中。Rij(φ)中射線的幾何結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有方法的回旋數(shù)據(jù)中射線的幾何結(jié)構(gòu)相似。因此，在一實(shí)施例中，背投影的現(xiàn)有技術(shù)可被用來(lái)將數(shù)據(jù)Rij(φ)背投影到一個(gè)3D圖象矩陣上。
在本發(fā)明的3D背投影中，旋轉(zhuǎn)系(x’，y’，z’)內(nèi)的一三維像素的坐標(biāo)第一次從其在實(shí)驗(yàn)系(x，y，z)內(nèi)的位置上被計(jì)算為x’=xcosφ-ysinφy’=xsinφ+ycosφz’=z (21)假定3D矩陣包括mq個(gè)垂直切片，切片寬度為t。如果三維像素在切片q內(nèi)，q為0，1，2，…，mq-1。相對(duì)第一垂直切片的z方向上的三維像素的位置為qt。θ=φ時(shí)采用關(guān)于第一垂直切片的方程式(1)，三維像素的z’坐標(biāo)便成為z’=qt+z0-pφ／π (22)
通過(guò)三維像素的射線的通道數(shù)j可從x’坐標(biāo)確定。首先，這一射線的z軸位置由下式計(jì)算zv=z’(aj-y’)／aj=(qt＋z0-pφ／π)(aj-y’)／aj(23)建立在z軸位置zv的基礎(chǔ)上，被背投影到三維像素的回旋投影值是從兩相鄰射線Rij(φ)和Ri+1，j(φ)內(nèi)插的，z軸位置與zv最接近，即zij≤z＜zi+1，j(24)由于z軸位置zij處于相等的間距，行數(shù)i可被計(jì)算為zv的截尾整數(shù)。
盡管最好將多個(gè)傾斜切片的回旋投影數(shù)據(jù)Qkj(φ)預(yù)內(nèi)插到Rij(φ)中，但將數(shù)據(jù)Qkj(φ)直接背投影到3D圖象矩陣中也是可能的。既然如此，通過(guò)下列關(guān)系式來(lái)確定兩相鄰的射線Qkj(φ)和Qk+1，j(φ)，該相鄰的射線被用作內(nèi)插通過(guò)三維像素的射線，關(guān)系式如下Zkj≤zv＜zk+1，j(25)內(nèi)插是以與方程式(16)，(17)和(18)中給定方式相同的方式進(jìn)行的。然而，z軸位置zkj在這里沒(méi)有固定的間距，因此內(nèi)插將會(huì)引起大量的運(yùn)算。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，研究出一種更準(zhǔn)確的方法，以從錐形束投影數(shù)據(jù)再現(xiàn)立體圖象數(shù)據(jù)。一組傾斜切片是在再現(xiàn)體積內(nèi)被選擇的，并且投影數(shù)據(jù)被內(nèi)插到與這些傾斜切片最共面的射線中。以這樣的角度選擇每一切片，以使得在所有的視角處使得焦點(diǎn)與切片的平面最接近。這些傾斜切片具有相同的傾斜角，但因?yàn)椴煌姆轿唤?，它們彼此不平行。比起現(xiàn)有方法來(lái)，對(duì)于立體圖象的再現(xiàn)而言，基于這些內(nèi)插投影數(shù)據(jù)的回旋要準(zhǔn)確得多，現(xiàn)有方法中的回旋是建立在與一組垂直切片最接近的內(nèi)插投影數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的。
與采集數(shù)據(jù)的射線一樣，這些內(nèi)插射線從焦點(diǎn)發(fā)散。既然明確地了解了這些內(nèi)插射線的幾何結(jié)構(gòu)，便可進(jìn)行準(zhǔn)確的3D背投影。然而，這些內(nèi)插射線在z方向上不等距。為了加快背投影，采用了一種技術(shù)，即將回旋數(shù)據(jù)預(yù)內(nèi)插到z方向的相等間距中。
再現(xiàn)立體圖象的計(jì)算時(shí)間是受3D背投影控制的。盡管向傾斜切片內(nèi)插或再采樣投影數(shù)據(jù)，以及回旋數(shù)據(jù)的預(yù)內(nèi)插都不是直接簡(jiǎn)明的，但與3D背投影比起來(lái)，計(jì)算時(shí)間可以忽略。而且，檢查臺(tái)可被用來(lái)儲(chǔ)存內(nèi)插的地址和系數(shù)，這可減少這兩個(gè)操作的計(jì)算時(shí)間。
對(duì)于所有行的探測(cè)器而言，在這里假定探測(cè)器陣列的探測(cè)器具有相等的高度，即沿著z軸具有相等的長(zhǎng)度。實(shí)際上，探測(cè)器陣列的探測(cè)器在探測(cè)器的不同行之間具有不同的高度，這在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09／159，067中得到描述，該發(fā)明名稱(chēng)為“包括一個(gè)空間編碼探測(cè)器陣列的CT掃描儀的布置及方法”，發(fā)明人為Bernard M．Gordon，申請(qǐng)日為1998年9月23日，該專(zhuān)利結(jié)合在此作為參考。在這種情況下，一種可能性就是首先把采集數(shù)據(jù)組合到或再采樣到每一高度內(nèi)的投影數(shù)據(jù)的多行中，這在名稱(chēng)為“一種改進(jìn)的、具有過(guò)采樣探測(cè)器陣列和再采樣技術(shù)的錐形束CT系統(tǒng)”的待審美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中得到描述，其發(fā)明人為C．M．Lai。另外一個(gè)可能性就是直接把采集的投影數(shù)據(jù)內(nèi)插或再采樣到被選擇的傾斜切片中，其中投影數(shù)據(jù)是從z方向的一個(gè)不等間距被內(nèi)插或再采樣到另一個(gè)不等間距中。
在這里所描述的本發(fā)明中，從探測(cè)器每行中采集的投影數(shù)據(jù)首先被重組到平行束投影中，如上所述。在重組之前，將采集的投影數(shù)據(jù)內(nèi)插到傾斜切片也是可能的，這與實(shí)際用在授權(quán)美國(guó)專(zhuān)利5，802，134中的情況相同，該專(zhuān)利發(fā)明名稱(chēng)為“盤(pán)旋切片CT圖象再現(xiàn)裝置和方法”，由G．L．Larson，C．Cruth，C．R．Crawford發(fā)明。然而，有關(guān)投影數(shù)據(jù)的內(nèi)插和回旋數(shù)據(jù)的預(yù)內(nèi)插的數(shù)學(xué)方程式將更加復(fù)雜。
雖然本發(fā)明已參照優(yōu)選實(shí)施例作了具體的展示和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可對(duì)本發(fā)明作出不同形式和細(xì)節(jié)上的變換，而不脫離所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍。
例如，雖然實(shí)施例已參照第三代CT機(jī)作了描述，但發(fā)明的原則可適用于諸如第四代機(jī)器的其它類(lèi)型的CT掃描儀。
權(quán)利要求
1．一種再現(xiàn)具有一縱向軸的區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)的方法，包括在該區(qū)域的相對(duì)側(cè)設(shè)置一個(gè)輻射源和一個(gè)探測(cè)器陣列，輻射源向探測(cè)器陣列發(fā)射射線，以產(chǎn)生多個(gè)被探測(cè)器陣列接收的發(fā)散射線束，輻射源和探測(cè)器陣列中的至少一個(gè)圍繞縱向軸旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)多個(gè)投影角，以掃描該區(qū)域，從而產(chǎn)生該區(qū)域的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)；將該區(qū)域的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平行束掃描數(shù)據(jù)；確定至少一個(gè)用于該區(qū)域的傾斜切片，所述傾斜切片相對(duì)于縱向軸是傾斜的；利用該區(qū)域的平行束掃描數(shù)據(jù)的至少一部分，以產(chǎn)生與該至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)；對(duì)與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行回旋處理，以產(chǎn)生該區(qū)域的回旋投影數(shù)據(jù)；對(duì)與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的回旋投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維背投影，以產(chǎn)生該區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括產(chǎn)生與在縱向上具有等間距的射線相關(guān)的回旋投影數(shù)據(jù)，以進(jìn)行三維背投影。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于探測(cè)器陣列是一個(gè)二維探測(cè)器陣列。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述多個(gè)發(fā)散射線束形成一個(gè)錐形射線束。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行螺旋錐形束掃描而得到的。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這樣選擇一個(gè)由傾斜切片和縱向軸形成的角度，以使得對(duì)于至少一個(gè)投影角來(lái)說(shuō)，傾斜切片與輻射源共面。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這樣選擇一個(gè)由傾斜切片和縱向軸形成的角度，以使得對(duì)于三個(gè)投影角來(lái)說(shuō)，傾斜切片與輻射源共面。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于對(duì)于至少一個(gè)傾斜切片來(lái)說(shuō)，傾斜切片和輻射源共面的三個(gè)投影角是0°，90°和180°。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)采用與至少一個(gè)傾斜切片相交的射線的平行束掃描數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該射線與至少一個(gè)傾斜切片的中部相交。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)采用與至少一個(gè)傾斜切片相交的射線的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于該射線與至少一個(gè)傾斜切片的中部相交。
13．一種用于再現(xiàn)具有一縱向軸的區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)的裝置，包括位于該區(qū)域相對(duì)側(cè)的一個(gè)輻射源和一個(gè)探測(cè)器陣列，輻射源向探測(cè)器陣列發(fā)射射線，以產(chǎn)生多個(gè)被探測(cè)器陣列接收的發(fā)散射線束，輻射源和探測(cè)器陣列中的至少一個(gè)圍繞縱向軸旋轉(zhuǎn)，以掃描該區(qū)域，從而產(chǎn)生該區(qū)域的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)；一個(gè)處理器，用于(ⅰ)將該區(qū)域的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成該區(qū)域的平行束掃描數(shù)據(jù)；(ⅱ)確定至少一個(gè)用于該區(qū)域的傾斜切片，所述傾斜切片相對(duì)于縱向軸是傾斜的；(ⅲ)利用該區(qū)域的平行束掃描數(shù)據(jù)中的至少一部分來(lái)產(chǎn)生與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)；(ⅳ)對(duì)與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行回旋處理，以產(chǎn)生該區(qū)域的回旋投影數(shù)據(jù)；(ⅴ)對(duì)與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行三維背投影，以產(chǎn)生該區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于處理器產(chǎn)生與在縱向上具有等間距的射線相關(guān)的回旋投影數(shù)據(jù)，以進(jìn)行三維背投影。
15．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于探測(cè)器陣列是一個(gè)二維探測(cè)器陣列。
16．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于所述多個(gè)發(fā)散射線束形成一個(gè)錐形射線束。
17．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)區(qū)域進(jìn)行螺旋錐形束掃描而獲得的。
18．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于這樣選擇一個(gè)由傾斜切片和縱向軸形成的角度，以使得對(duì)于至少一個(gè)投影角來(lái)說(shuō)，傾斜切片與輻射源共面。
19．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于這樣選擇一個(gè)由傾斜切片和縱向軸形成的角度，以使得對(duì)于三個(gè)投影角來(lái)說(shuō)，傾斜切片與輻射源共面。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于對(duì)于至少一個(gè)傾斜切片來(lái)說(shuō)，傾斜切片和輻射源共面的三個(gè)投影角是0°，90°和180°。
21．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于通過(guò)采用與至少一個(gè)傾斜切片相交的射線的平行束掃描數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于該射線與至少一個(gè)傾斜切片的中部相交。
23．根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于通過(guò)采用與至少一個(gè)傾斜切片相交的射線的發(fā)散束掃描數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生與至少一個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于該射線與至少一個(gè)傾斜切片的中部相交。
25．一種CT掃描儀，包括一個(gè)產(chǎn)生錐形射線束的輻射源；多個(gè)探測(cè)器，其相對(duì)于輻射源這樣設(shè)置和定位，以便當(dāng)輻射源圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，錐形束作為多個(gè)發(fā)散束投射到探測(cè)器上，并從探測(cè)器中采集投影數(shù)據(jù)；一個(gè)處理器，其這樣設(shè)置，以使得(a)將投影數(shù)據(jù)內(nèi)插到代表傾斜切片的切片數(shù)據(jù)中；(b)將切片數(shù)據(jù)回旋到回旋數(shù)據(jù)中；(c)將回旋數(shù)據(jù)預(yù)內(nèi)插到重組的投影數(shù)據(jù)中，該投影數(shù)據(jù)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸具有等間距的軸向位置。
26．一種CT掃描儀，包括一個(gè)產(chǎn)生錐形射線束的輻射源；多個(gè)探測(cè)器，其相對(duì)于輻射源這樣設(shè)置和定位，以便當(dāng)輻射源圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，錐形束作為通過(guò)一掃描體積的射線被投射到探測(cè)器上，以產(chǎn)生錐形束投影數(shù)據(jù)；一個(gè)處理器，其這樣構(gòu)造和設(shè)置，以將投影數(shù)據(jù)內(nèi)插到與通過(guò)被掃描體積的一組預(yù)選傾斜切片最共面的射線中；其中，這樣選擇所述一組預(yù)選傾斜切片，以使得每個(gè)傾斜切片具有相同的傾斜角。
27．根據(jù)權(quán)利要求26所述的CT掃描儀，其特征在于在掃描過(guò)程中，輻射源旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)多個(gè)視角，并且這樣選擇所述一組預(yù)選傾斜切片，以使得在所有的視角處，每個(gè)切片相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的角度導(dǎo)致焦點(diǎn)與切片平面最接近。
全文摘要
一種再現(xiàn)一區(qū)域中圖象數(shù)據(jù)的裝置和方法。位于該區(qū)域相對(duì)側(cè)的一輻射源和一探測(cè)器陣列用來(lái)從多個(gè)發(fā)散射線束中產(chǎn)生該區(qū)域的掃描數(shù)據(jù)。該區(qū)域的錐形束掃描數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為平行束掃描數(shù)據(jù)。重組的平行束掃描數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生與該區(qū)域的一組傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù),該傾斜切片與該區(qū)域的縱向軸形成一非垂直角度。將與每個(gè)傾斜切片相關(guān)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行回旋處理。然后沿內(nèi)插射線的軌跡進(jìn)行回旋投影數(shù)據(jù)的三維背投影,以產(chǎn)生該區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)A61B6/03GK1290513SQ00124249
公開(kāi)日2001年4月11日 申請(qǐng)日期2000年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月16日
發(fā)明者賴(lài)景明 申請(qǐng)人:模擬技術(shù)公司