專利名稱：傾斜臺(tái)架計(jì)算層析x射線攝影法的重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及診斷成像技術(shù)。特別涉及使用幾何配置的螺旋體積計(jì)算層析X射線攝影法(CT)成像，其中臺(tái)架相對(duì)于它的轉(zhuǎn)動(dòng)軸傾斜，并將對(duì)其特定的參考進(jìn)行描述。但是本發(fā)明還將在使用傾斜幾何配置的其他類型的層析X射線攝影法體積測(cè)定成像中找到應(yīng)用。
計(jì)算層析X射線攝影法(CT)成像使用輻射源，通常是x射線源，它產(chǎn)生x射線的扇形束或者錐形束，該射線束穿過檢查區(qū)域。安置在檢查區(qū)域中的物體與穿越的x射線相互作用，并吸收一部分穿越的x射線。在體積成像中，對(duì)著x射線源安置一個(gè)2維檢測(cè)器陣列，用以檢測(cè)和測(cè)量發(fā)射的x射線的強(qiáng)度。通常，x射線源和檢測(cè)器陣列安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架的相對(duì)兩側(cè)，并在臺(tái)架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以獲取投射視圖的一個(gè)角度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。
在螺旋CT成像中，物體沿垂直于臺(tái)架轉(zhuǎn)動(dòng)平面的方向通過檢查區(qū)域沿直線前進(jìn)，使得x射線源相對(duì)于物體按一個(gè)螺旋軌線移動(dòng)。使用幾種公知的3維重建方法中的任何一種來重建在螺旋軌道期間獲得的x射線吸收數(shù)據(jù)，所述方法例如有近似n-PI過濾背投重建方法、精確n-PI重建方法、或類似方法。被選擇的重建生成了物體或其所選擇的一部分的一個(gè)3維圖像描述。
在螺旋CT成像的某些醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用中，希望使用傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)，其中臺(tái)架轉(zhuǎn)動(dòng)平面相對(duì)于病人的線性前進(jìn)方向傾斜。例如，在頭部成像中，最大到30°的臺(tái)架傾斜將有利地減少對(duì)輻射敏感的眼組織的輻射曝光。對(duì)于像脊骨這樣的曲線的解剖結(jié)構(gòu)的成像，在成像期間使臺(tái)架動(dòng)態(tài)地傾斜以保持被掃描的結(jié)構(gòu)總體上垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)的臺(tái)架是有利的。
因?yàn)閮A斜的幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)致x射線源的剪切的螺旋軌線而產(chǎn)生問題。這種剪切在常規(guī)螺旋計(jì)算層析X射線攝影法重建技術(shù)中是未加考慮的，從而導(dǎo)致顯著的圖像的惡化。
本發(fā)明考慮一個(gè)改進(jìn)的裝置和方法，它能克服上述限制和別的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種方法，用于從使用傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)獲得的體積測(cè)定螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生被成像物體的圖像描述。所述成像數(shù)據(jù)被變換為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)。變換后的成像數(shù)據(jù)被重新裝入(rebinned)一個(gè)非剪切檢測(cè)器窗口。重建該變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生一個(gè)3維圖像描述。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開了一種裝置，用于從使用傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)獲得的體積測(cè)定螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生被成像物體的圖像描述。提供一個(gè)裝置來變換所述成像數(shù)據(jù)為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)。提供一個(gè)裝置來將變換后的成像數(shù)據(jù)重新裝入一個(gè)非剪切檢測(cè)器窗口。提供一個(gè)裝置來重建變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一個(gè)3維圖像描述。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化了的對(duì)使用傾斜臺(tái)架配置獲得的計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)的重建。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于將傾斜臺(tái)架計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)變換為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)，它可以很容易地由任何各種重建技術(shù)重建。
在閱讀下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明后，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人將顯然了解本發(fā)明的另外大量的優(yōu)點(diǎn)和益處。
本發(fā)明可以采取各種部件和部件的安排的形式，和以各種步驟和步驟的安排的形式。附圖僅為說明優(yōu)選實(shí)施例的目的提供，而并不理解為限制本發(fā)明。


圖1原理表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例計(jì)算層析X射線攝影法(CT)成像裝置。CT臺(tái)架的多個(gè)部分是以被部分切開的形式表示的，以便揭示安裝在該臺(tái)架上的選擇的輻射源和檢測(cè)器部件。
圖2A表示在零傾斜螺旋體積計(jì)算層析X射線攝影法幾何成像掃描中的一個(gè)純螺旋輻射源路徑的透視圖。
圖2B表示在傾斜臺(tái)架螺旋體積計(jì)算層析X射線攝影法幾何成像掃描中的一個(gè)剪切的螺旋輻射源路徑的透視圖。
圖3表示沿圖2B的剪切的螺旋輻射源路徑的Z方向看去的視圖。
圖4表示用以重建傾斜臺(tái)架計(jì)算層析X射線攝影法數(shù)據(jù)的一個(gè)優(yōu)選方法。
圖5原理表示從傾斜臺(tái)架計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)的線性變換。
圖6圖示在非傾斜幾何結(jié)構(gòu)中以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器表面的位置確定。
圖7圖示在數(shù)據(jù)獲取、線性變換和重新裝入期間以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器窗口的演化。
參考圖1，計(jì)算層析X射線攝影法(CT)成像裝置或掃描器10包括可傾斜的靜止臺(tái)架12，它內(nèi)裝支持x射線源16和準(zhǔn)直儀18(以被部分切割的方式表示)的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架14。x射線源16和準(zhǔn)直儀18合作以產(chǎn)生導(dǎo)向檢查區(qū)域20的扇形、圓錐形、楔形或者其他形狀的x射線束。應(yīng)該理解，也可以使用除x射線源以外的其他類型的輻射源。通過角坐標(biāo)或位置α指定x射線源16圍繞靜止臺(tái)架12的角度定向。病人或者其他物體安排在物體支架22上，該支架在Z方向可線性運(yùn)動(dòng)。
跨過檢查區(qū)域20對(duì)著x射線源16安排了一個(gè)2維檢測(cè)器陣列24(以被部分切割的形式表示)，用以接收由x射線源16產(chǎn)生的穿過檢查區(qū)域20之后的x射線。x射線源16和檢測(cè)器陣列24以固定的相對(duì)位置來安排，并隨轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架14一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
檢測(cè)器陣列24通過將接收的x射線變換為電信號(hào)、光信號(hào)或其他信號(hào)來檢測(cè)發(fā)射的x射線強(qiáng)度。在一個(gè)合適的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)中，閃爍器將x射線變換為閃爍事件，其位置和強(qiáng)度由光電二極管、光電檢測(cè)器等陣列測(cè)量。檢測(cè)器信號(hào)使用滑環(huán)結(jié)構(gòu)、射頻電磁發(fā)射機(jī)或類似設(shè)備(未示出)從轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架14輸出。在一個(gè)合適的結(jié)構(gòu)中，電光檢測(cè)器信號(hào)被變換為光信號(hào)，該光信號(hào)經(jīng)由滑環(huán)的一根或者多根光纖耦合從臺(tái)架傳輸出來。也可以使用電滑環(huán)耦合。X射線數(shù)據(jù)連同臺(tái)架角度、病人支持、和檢測(cè)器坐標(biāo)被格式化，并存儲(chǔ)在CT圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器30中。
繼續(xù)參考圖1，靜止臺(tái)架12，并因而還有轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架14，是圍繞傾斜軸32可傾斜的，它相應(yīng)于圖2中的Y方向，Y方向與Z方向正交。臺(tái)架的傾斜由相對(duì)于X方向的傾斜角χ指定，X方向與Y和Z方向正交。在一個(gè)優(yōu)選的螺旋CT成像配置中，x射線源16和檢測(cè)器陣列24一起以選定的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和固定的相對(duì)位置轉(zhuǎn)動(dòng)。另外可選擇的方案是，x射線源16隨轉(zhuǎn)動(dòng)支架14轉(zhuǎn)動(dòng)，而以靜止方式在圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架的靜止臺(tái)架上安裝一個(gè)檢測(cè)器帶。在x射線源16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物體支架22同時(shí)使病人或其他物體在Z方向前進(jìn)以規(guī)定一個(gè)螺旋軌線。
繼續(xù)參考圖1并進(jìn)而參考圖2A、2B和3，在零臺(tái)架傾斜配置χ＝0°而轉(zhuǎn)動(dòng)和線性前進(jìn)速率均為均勻的情況下(亦即固定的dα/dt和dz/dt速率)將導(dǎo)致x射線源16相對(duì)物體有一個(gè)純或正螺旋軌線35，其螺旋軸平行于Z方向。對(duì)于非零的臺(tái)架傾斜，χ≠0°，它和均勻的臺(tái)架轉(zhuǎn)動(dòng)和物體前進(jìn)速率，將導(dǎo)致x射線源16的剪切的螺旋軌線，其中螺旋在X方向上以傾斜角度χ剪切。由于這個(gè)原因，傾斜角度χ在這里也稱為剪切角度χ。在當(dāng)今現(xiàn)有的傾斜臺(tái)架CT成像掃描器中，臺(tái)架通?？梢詢A斜的角度范圍大約為χ＝-30°到χ＝+30°。然而，也可以考慮更大的傾斜角度χ。
繼續(xù)參考圖1、2A、2B和3，純的和被剪切的螺旋軌線35、37具有節(jié)距P，由x射線源16的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和物體支架22的線性前進(jìn)速率之間的相互關(guān)系決定。節(jié)距P由下式給出P＝2πp(1)，式中，p是常數(shù)，節(jié)距P是轉(zhuǎn)動(dòng)360°時(shí)x射線源沿Z方向移動(dòng)的線性距離。
為說明螺旋CT幾何結(jié)構(gòu)，使用形如(x y z)T的坐標(biāo)，其中x相應(yīng)于在X方向的坐標(biāo)，y相應(yīng)于在Y方向的坐標(biāo)，z相應(yīng)于在Z方向的坐標(biāo)，T是矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算符。在輻射源16的純螺旋軌線35的場(chǎng)合，在X-、Y-、和Z-方向的坐標(biāo)系統(tǒng)中x射線源16的位置由下式給出S→(α)=ScosαSsinαpα---(2),]]>式中，α是x射線源16先前定義的角位置，S是源16和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的距離，它通常相應(yīng)于檢查區(qū)域20的中心，p是先前參照公式(1)定義的螺旋常數(shù)。
在剪切螺旋軌線37的場(chǎng)合，在X-、Y-、和Z-方向的坐標(biāo)系中的x射線源16的位置由下式給出
S→(α)=Scosα+pαtanχSsinαpα---(3),]]>這里，應(yīng)該指出，只有X方向的坐標(biāo)被臺(tái)架傾斜χ所修改。因此，這里稱x坐標(biāo)為剪切坐標(biāo)。
繼續(xù)參考圖1，使用線性變換處理器40處理傾斜幾何結(jié)構(gòu)成像數(shù)據(jù)，線性變換處理器40把成像數(shù)據(jù)變換為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)，這將在下面詳細(xì)說明。變換后的成像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在經(jīng)變換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器42中。使用重新裝入處理器50處理變換后的數(shù)據(jù)，把變換后的數(shù)據(jù)重新裝入由零傾斜幾何結(jié)構(gòu)定義的以焦點(diǎn)為中心(FC)的檢測(cè)器窗口。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，重新裝入處理器50訪問檢測(cè)器重新裝入查閱表52以獲得用于重新裝入的與射線源角度α相關(guān)的檢測(cè)器坐標(biāo)。
使用重建處理器54以適當(dāng)?shù)靥幚碜儞Q后并重新裝入檢測(cè)器的成像數(shù)據(jù)，所述重建處理器54優(yōu)選實(shí)施n-PI重建，諸如精確n-PI重建或者n-PI近似過濾背投重建，以產(chǎn)生圖像描述。
如本技術(shù)領(lǐng)域中公知的，n-PI重建適合重建使用輻射源16的純螺旋軌道35獲得的螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)。如這里所使用的，n-PI重建方法包括n＝1的方法，它通常也稱為PI重建方法。在裝置10中，由重建處理器54把n-PI重建適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于傾斜臺(tái)架成像數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)已由線性變換處理器40變換為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)并由重新裝入處理器50重新裝入到在零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器中。
雖然優(yōu)選的是n-PI重建方法，但是也可以由重建處理器54執(zhí)行適合于重建純螺旋CT成像數(shù)據(jù)的其他體積測(cè)定螺旋計(jì)算層析X射線攝影法重建方法所取代。
繼續(xù)參考圖1，可以認(rèn)識(shí)到由重建處理器54產(chǎn)生的圖像描述將由于線性變換處理器40的作用在X方向剪切一個(gè)角度χ。因此，圖像變換處理器56優(yōu)選地把零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的圖像描述變換回到傾斜的臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)。把在傾斜的臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)中的圖像描述存儲(chǔ)在3維圖像存儲(chǔ)器58中，并可選地進(jìn)行處理以構(gòu)建3維顯示、提取選中的切片、計(jì)算最大強(qiáng)度投影或類似操作，它們可以在視頻、有源矩陣、CCD、監(jiān)視器60或者其他顯示設(shè)備上顯示。
繼續(xù)參考圖1并進(jìn)而參考圖4，它們說明由線性變換處理器40、重新裝入處理器50、重建處理器54和圖像變換處理器56的組合所恰當(dāng)?shù)貙?shí)施的圖像重建方法70。在步驟74由線性變換處理器40處理在CT圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器30中存儲(chǔ)的傾斜臺(tái)架CT成像數(shù)據(jù)72，以便將成像數(shù)據(jù)72線性變換為非剪切坐標(biāo)系以產(chǎn)生在零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的非剪切成像數(shù)據(jù)76，后者存儲(chǔ)在變換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器42中。比較上面的公式(2)和(3)表示，傾斜臺(tái)架坐標(biāo)(x’，y’，z’)T由下面的線性變換而與零傾斜坐標(biāo)系(x，y，z)T相關(guān)x′y′z′=x+pαtanχyz=x+ztanχyz---(4)]]>應(yīng)該指出，只有在X方向的坐標(biāo)由等式(4)的坐標(biāo)變換進(jìn)行了線性變換。在Y和Z方向的坐標(biāo)y和z不變。因此，在傾斜臺(tái)架圖像數(shù)據(jù)72的X方向中的剪切坐標(biāo)根據(jù)下式被線性變換xzt＝xsh-pα tan(χ)＝xsh-z tan(χ)(5)式中，xsh是在圖像數(shù)據(jù)72中在X方向上的剪切坐標(biāo)，z是在Z方向上的坐標(biāo)(z在剪切的和零傾斜坐標(biāo)系中具有同樣的值)，χ是剪切角，xzt是變換到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)的在X方向的坐標(biāo)。
等式(4)和(5)的變換在圖中用圖形表示。X射線源16所遵循的源路徑81由等式(4)和(5)變換為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的純螺旋路徑83。此外，因?yàn)榈仁?4)和(5)的坐標(biāo)系變換是純線性的，因此結(jié)果是，在推導(dǎo)PI和n-PI重建中使用的PI線、PI表面、和PI和n-PI檢測(cè)器也存在于變換后的零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中。換句話說，變換后的射線仍然是射線。
繼續(xù)參考圖1、4和5，等式(4)和(5)的變換使檢測(cè)器窗口變形。圖5示出以焦點(diǎn)為中心的物理檢測(cè)器的兩個(gè)位置85、87，它們相應(yīng)于x射線源16的兩個(gè)位置。為簡(jiǎn)化物理構(gòu)造和減少通常圖像重建的復(fù)雜性，在計(jì)算層析X射線攝影法中的物理輻射檢測(cè)器通常包括直線的邊，亦即是矩形。然而，在零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)檢測(cè)器位置95、97被剪切。
繼續(xù)參考圖5，并進(jìn)而參考圖6，圖6表示在純螺旋軌道(χ＝0)中以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器的對(duì)由X和Y方向定義的平面的投影100，以焦點(diǎn)為中心的矩形檢測(cè)器表面由下式給出x→FC(α,β,g,χ=0)=Scosα-(S+D)cos(α+β)Ssinα-(S+D)sin(α+β)g+pα---(6),]]>式中，D是轉(zhuǎn)動(dòng)中心(圖6中X和Y方向的交點(diǎn)，通常相應(yīng)于檢查區(qū)域20的中心)和以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器100的中心之間的距離，S是前面定義的x射線源16和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的距離，α是前面定義的x射線源16的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，β是撞擊在坐標(biāo)(-x，-y)處的檢測(cè)器100的射線的角位置，g是在Z方向的檢測(cè)器坐標(biāo)。
x射線束的扇形角是2βmax，其中βmax和-βmax是x射線束扇形中的最外邊射線的角位置。以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器以扇形角范圍[-βmax，βmax]和在Z方向的邊界[-gmax，gmax]為界限。
在傾斜臺(tái)架的場(chǎng)合，以x射線源16的位置修正等式(6)的檢測(cè)器表面，所述位置由為傾斜臺(tái)架的等式(3)給出。以焦點(diǎn)為中心的矩形檢測(cè)器表面85、87由下式給出x→FC(α,β,g,χ)=Scosα-(S+D)cos(α+β)+pαtanχSsinα-(S+D)sin(αβ)g+pα---(7),]]>式中，對(duì)參數(shù)β和g的界限分別由扇形角范圍[-βmax，βmax]和由[-gmax，gmax]給出。變換
x′y′z′=x-pαtanχyz=x-ztanχyz---(8)]]>將剪切的螺旋變換回到非剪切螺旋。對(duì)于剪切的以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器，坐標(biāo)z＝g+pα和變換因此成為x′y′z′=x-(g+pα)tanχyz---(9),]]>使得變換后的以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器表面95、97具有形狀x→FC(α,β,g,χ)=Scosα-(S+D)cos(α+β)-gtanχSsinα-(S+D)sin(α+β)g+pα---(10),]]>其中，再次對(duì)參數(shù)β和g的界限分別由扇形角范圍[-βmax，βmax]和由[-gmax，gmax]給出。在等式(10)中看到，以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器表面95、97的列變成了被剪切過的，在圖5中也可以看到。就是說，由選中的(α，β)給出的列在X方向具有依賴于g的坐標(biāo)。這些列以傾斜角χ被剪切。
繼續(xù)參考圖1和圖4并進(jìn)而參考圖7，在步驟110把被變換為零傾斜坐標(biāo)的投影數(shù)據(jù)76由重新裝入處理器50重新裝入到一個(gè)以焦點(diǎn)為中心的非剪切檢測(cè)器以產(chǎn)生在零傾斜坐標(biāo)系中的重新裝入的圖像數(shù)據(jù)112。參考圖7說明了在零傾斜坐標(biāo)系中合適的以焦點(diǎn)為中心的非剪切檢測(cè)器的計(jì)算。把以焦點(diǎn)為中心的物理檢測(cè)器的邊界113根據(jù)等式(9)變換為根據(jù)等式(10)的剪切的檢測(cè)器坐標(biāo)邊界115。一個(gè)用于重新裝入的合適的窗口具有在圖7中表示的邊界117，它由去除了圖7中用網(wǎng)狀線指示的非矩形剪切延伸部分119而獲得。
重新裝入窗口邊界117與物理檢測(cè)器窗口邊界113的比較表示，重新裝入窗口具有減小的可用扇形角，減少量121由圖7中表明。然而，對(duì)于具有小高/寬比的以焦點(diǎn)為中心的典型的檢測(cè)器(例如，沿Z方向有20行和沿β方向有960列的檢測(cè)器20具有大約0.04的高/寬比)，非矩形剪切的延伸119和在扇形角中的相應(yīng)減少量121將很小。優(yōu)選地要把由結(jié)合x射線源16和準(zhǔn)直儀18產(chǎn)生的扇形束減少以與重新裝入窗口117的減少了的可用扇形角一致，從而減少物體的輻射曝光。
返回來參考圖5，可以看到變換后的、以焦點(diǎn)為中心的剪切的檢測(cè)器窗口95、97具有不同數(shù)量的剪切量。一般，檢測(cè)器窗口的剪切依賴于x射線源16的轉(zhuǎn)動(dòng)位置α。
優(yōu)選地把重新裝入?yún)?shù)存儲(chǔ)在重新裝入坐標(biāo)查閱表52中。對(duì)于每一螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)的投影視圖的數(shù)目Nα，一般使用Nα個(gè)集合的重新裝入系數(shù)。這一重新裝入系數(shù)的數(shù)目要比在通常類型的重新裝入諸如扇形對(duì)平行、等距、或高度重新裝入中所使用的系數(shù)數(shù)目大得多。因此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，重新裝入變換系數(shù)以函數(shù)方式成為對(duì)于α的參數(shù)，使得在重新裝入坐標(biāo)查閱表52中存儲(chǔ)的參數(shù)的數(shù)目大大減少。因?yàn)闄z測(cè)器剪切隨x射線源角坐標(biāo)α以連續(xù)方式變化，因此一個(gè)使用擬合的連續(xù)函數(shù)的適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)參數(shù)化通常是很容易計(jì)算的。
參考圖1和圖4，在步驟130由重建處理器54處理變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)112以產(chǎn)生剪切的圖像重建132。適當(dāng)?shù)厥褂昧藶榧兟菪?jì)算層析X射線攝影法數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的重建方法。在該優(yōu)選實(shí)施例中，使用了n-PI重建方法，其中n是奇整數(shù)諸如n＝1，n＝3等。
如在本技術(shù)中公知的，PI重建使用一個(gè)Tam-Danielsson檢測(cè)器窗口，也稱為PI檢測(cè)器窗口，它在螺旋源軌道的相鄰兩匝之間延伸。在n-PI重建架構(gòu)中，Tam-Danielsson窗口也稱為n＝1的n-PI窗口。在n-PI重建中，Tam-Danielsson窗口包容奇數(shù)匝，例如一個(gè)1-PI窗口(和PI窗口一樣)從第一匝延伸而在相鄰匝結(jié)束，而3-PI窗口從第一匝延伸通過相鄰和第二相鄰匝，在第三相鄰匝結(jié)束。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人將看出，n-PI窗口對(duì)于螺旋計(jì)算層析X射線攝影法圖像重建具有有利的特征。當(dāng)n-PI檢測(cè)器掃過螺旋軌道時(shí)，在感興趣的區(qū)域內(nèi)的每一點(diǎn)都在過180°處被采樣，而沒有冗余采樣。180°采樣對(duì)執(zhí)行精確重建已足夠，并且在n-PI重建中冗余采樣的消除對(duì)于精確和近似重建方法兩者都改善了重建速度和計(jì)算效率。
利用n-PI檢測(cè)器窗口的各種n-PI重建方法都是已知的，包括精確n-PI重建和近似n-PI過濾背投重建方法。因?yàn)樽儞Q過的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)112是通過由純線性變換的處理獲得的，因此PI線、PI表面、和在零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中對(duì)重新裝入數(shù)據(jù)112操作的n-PI檢測(cè)器窗口保持了它們有益的屬性。
重建步驟130產(chǎn)生剪切的圖像描述132。因?yàn)閿?shù)據(jù)是以傾斜的臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)獲得的并在步驟74中被變換為零傾斜幾何結(jié)構(gòu)，因此重建的圖像描述132展現(xiàn)出具有傾斜或者剪切角χ的大小的剪切。因此，在步驟134圖像變換處理器56將被剪切的圖像描述132變換回到原來的傾斜臺(tái)架坐標(biāo)系以產(chǎn)生非剪切的圖像描述136。
變換步驟134適當(dāng)?shù)厥褂昧司€性變換，它是等式(4)和(5)的線性變換的逆變換。根據(jù)下式只變換了在剪切的X方向的坐標(biāo)xsh＝xzt+pα tan(χ)＝xzt+z tan(χ)(11)它是等式(5)的變換的逆變換。優(yōu)選地把非剪切圖像描述136存儲(chǔ)到3維圖像存儲(chǔ)器58以便進(jìn)一步處理，諸如圖形顯示處理。然而，對(duì)于小剪切角χ和可容許小圖像剪切的診斷任務(wù)，還可考慮省略逆變換步驟134并在圖像存儲(chǔ)器58中存儲(chǔ)剪切的圖像描述132。
權(quán)利要求
1.一種用于從使用傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)獲得的體積測(cè)定螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)(72)中產(chǎn)生成像物體的圖像描述的方法，該方法包括將成像數(shù)據(jù)(72)變換(74)到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)；將變換后的成像數(shù)據(jù)(76)重新裝入(110)到非剪切檢測(cè)器窗口中；和重建(130)變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)(112)以產(chǎn)生3維圖像描述(132)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，變換步驟(74)包括線性變換剪切的坐標(biāo)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，剪切的坐標(biāo)垂直于成像物體的線性運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2和3中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，被剪切的坐標(biāo)的線性變換包括xzt＝xsh-ztan(X)式中，xsh是剪切的坐標(biāo)，z是成像物體的線性運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)，χ是剪切角，xzt是變換到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)的剪切的坐標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，變換步驟(74)包括施加3維變換x′y′z′=x+ztanχyz]]>式中，x、y、和z是零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的坐標(biāo)，x’、y’、和z’是傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)坐標(biāo)，χ是傾斜幾何結(jié)構(gòu)的剪切角。
6.如權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)所述的方法，其中，重建步驟(130)包括執(zhí)行變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)(112)的n-PI重建，其中n是大于等于1的奇正整數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，n從1和3組成的整數(shù)組中選擇。
8.如權(quán)利要求6和7中任何一個(gè)所述的方法，其中，n-PI重建從一組中選擇，該組包括精確的n-PI重建，和近似的n-PI經(jīng)過濾的背投重建。
9.如權(quán)利要求1到8中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，選擇體積測(cè)定螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像的螺旋節(jié)距，使得成像物體內(nèi)的一點(diǎn)在輻射源(16)的連續(xù)180°轉(zhuǎn)動(dòng)中在物理檢測(cè)器(24)上成像。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，物理檢測(cè)器(24)是以焦點(diǎn)為中心的檢測(cè)器。
11.如權(quán)利要求1到10中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，重新裝入步驟(110)包括接收在成像中使用的物理檢測(cè)器(24)的坐標(biāo)；將物理檢測(cè)器(24)的坐標(biāo)變換成零傾斜幾何結(jié)構(gòu)，其中物理檢測(cè)器(24)的變換后的坐標(biāo)相應(yīng)于剪切的檢測(cè)器坐標(biāo)；和根據(jù)剪切的檢測(cè)器坐標(biāo)將變換后的成像數(shù)據(jù)(76)重新裝入為非剪切的檢測(cè)器坐標(biāo)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用包含變換系數(shù)的查閱表(52)來執(zhí)行重新裝入步驟(110)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，變換系數(shù)包括依賴于輻射源角坐標(biāo)(α)的函數(shù)參數(shù)。
14.如權(quán)利要求1到13中任何一個(gè)所述的方法，其中，重新裝入步驟(110)減少成像數(shù)據(jù)的扇形角度。
15.如權(quán)利要求1到14中任何一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括把3維圖像描述(132)變換(134)到傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在把3維圖像描述(132)變換(134)到傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)中使用的變換是在把成像數(shù)據(jù)(72)變換到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中使用的變換(74)的逆變換。
17.一種用于根據(jù)使用傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)獲得的體積測(cè)定螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)(72)產(chǎn)生成像物體的圖像描述的設(shè)備，該設(shè)備包括用于將成像數(shù)據(jù)(72)變換(74)成零傾斜幾何結(jié)構(gòu)的裝置(40)；用于將變換后的成像數(shù)據(jù)(76)重新裝入(110)到非剪切檢測(cè)器窗口的裝置(50)；和用于重建(130)變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)(112)以產(chǎn)生3維圖像描述(132)的裝置(54)。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，用于進(jìn)行變換(74)的裝置(40)線性變換成像數(shù)據(jù)(72)的剪切坐標(biāo)以去除剪切。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，被剪切的坐標(biāo)的線性變換包括xzt＝xBh-pαtan(X)式中，xsh是剪切過的坐標(biāo)，p是在成像數(shù)據(jù)獲取期間與成像物體的線性運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的常數(shù)，α是在成像數(shù)據(jù)獲取期間使用的輻射源(16)的角位置，χ是傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)的剪切角，xzt是變換到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)的剪切過的坐標(biāo)。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，進(jìn)行變換(74)的裝置(40)施加3維變換x′y′z′=x+pαtanχyz]]>式中，x、y、和z是零傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的坐標(biāo)，x’、y’、和z’是傾斜幾何結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)坐標(biāo)，p是在成像數(shù)據(jù)獲取期間與成像物體的線性運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的常數(shù)，α是在成像數(shù)據(jù)獲取期間的輻射源(16)的角位置，χ是傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)的剪切角。
21.如權(quán)利要求17到20中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，用于進(jìn)行重建(130)的裝置(54)執(zhí)行變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)(112)的n-PI重建，其中n是大于等于1的奇正整數(shù)。
22.如權(quán)利要求17到21中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括與用于重新裝入(110)的裝置(50)通信的重新裝入查閱表(52)，該用于重新裝入(110)的裝置(50)從重新裝入查閱表(52)獲取變換參數(shù)。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，變換參數(shù)包括依賴于在成像數(shù)據(jù)獲取中使用的輻射源(16)的轉(zhuǎn)動(dòng)角(α)的重新裝入系數(shù)。
24.如權(quán)利要求17到23中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于將3維圖像描述(132)變換(134)回到傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)的圖像變換裝置(56)。
全文摘要
用于執(zhí)行體積測(cè)定螺旋成像的計(jì)算層析X射線攝影法裝置(10)使用傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)獲取螺旋計(jì)算層析X射線攝影法成像數(shù)據(jù)(72)。在該傾斜臺(tái)架幾何結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)動(dòng)輻射源(16)的轉(zhuǎn)動(dòng)平面相對(duì)于物體的線性運(yùn)動(dòng)的一個(gè)方向(Z)傾斜角度(7)。變換處理器(40)將成像數(shù)據(jù)(72)變換(74)到零傾斜幾何結(jié)構(gòu)。重新裝入處理器(50)重新裝入(110)變換后的成像數(shù)據(jù)(76)到非剪切檢測(cè)器窗口。重建處理器(54)重建(130)變換后的和重新裝入的成像數(shù)據(jù)(112)以產(chǎn)生3維圖像描述(132)?？蛇x地，圖像變換處理器(56)使用零傾斜幾何結(jié)構(gòu)變換(74)的逆變換來變換(134)重建的圖像描述(132)。
文檔編號(hào)G06T11/00GK1675656SQ03818855
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者P·G·范德哈爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司