專利名稱：一種雙排或多排螺旋ct中的圖象重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙排甚至多排螺旋CT中的圖像重建方法，尤其是涉及一種在縱向上應(yīng)用兩點(diǎn)非線性插值方法，生成重建位置上重建數(shù)據(jù)的方法，這種方法可應(yīng)用于基于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法的雙排或多排螺旋CT中，用于在重建位置上進(jìn)行重建數(shù)據(jù)的生成。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療器械中出現(xiàn)了無(wú)須解剖人體即可成像的CT設(shè)備。CT設(shè)備的原理是當(dāng)高速電子流撞擊金屬時(shí)，將產(chǎn)生X-射線，它能穿透人體組織，從而產(chǎn)生透射效果。但X-射線在透射的過(guò)程中，不同的組織對(duì)射線的吸收程度不盡相同，例如骨骼相比于肌肉，對(duì)X-射線的吸收程度要高。為了描述不同的組織對(duì)X-射線的吸收程度，每一種組織對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的吸收系數(shù)，從而根據(jù)位置r上的吸收系數(shù)μ(r)，就可知道此位置上的組織情況。為了了解某一層面上μ(r)的分布情況，CT成象系統(tǒng)是根據(jù)此層面中的許多方位上，μ(r)沿此方位路徑的投影(即透射結(jié)果)間接得到的，其中μ(r)沿此方位路徑的投影是指細(xì)束X-射線沿此路徑穿過(guò)人體組織后，用所接收到的射線強(qiáng)度去除射線穿入人體組織之前的強(qiáng)度，并將這個(gè)比值取自然對(duì)數(shù)后得到的結(jié)果。
為了實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，在目前的單排CT成象系統(tǒng)上，產(chǎn)生X-射線的球管中的陰極與陽(yáng)極之間加有很高的電壓，陰極端產(chǎn)生的電子束經(jīng)過(guò)高壓場(chǎng)之后，以很快的速度打到陽(yáng)極金屬板上，從而產(chǎn)生扇束的X-射線。而與球管相對(duì)的位置上安裝著一排探測(cè)器，用以接收從球管發(fā)出的X-射線。為了采樣密度的需要，這排探測(cè)器的數(shù)目通常達(dá)到了上千個(gè)。這樣，當(dāng)從球管發(fā)出的扇束射線到達(dá)探測(cè)器上時(shí)，每個(gè)探測(cè)器檢測(cè)出位于此探測(cè)器上經(jīng)過(guò)衰減的射線強(qiáng)度，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換為模擬輸出電流。而模數(shù)轉(zhuǎn)換電路則將從每個(gè)探測(cè)器輸出的模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將此信號(hào)送入濾波電路板進(jìn)行濾波，從而得到當(dāng)前方位上的采集信號(hào)。
不過(guò)，僅根據(jù)一個(gè)方位上的采集信號(hào)是不夠了解一個(gè)層面上μ(r)的分布情況。為此，通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)裝有球管及探測(cè)器的DISC裝置，從而使得CT成象系統(tǒng)能在足夠多的方位上采集到信號(hào)。這樣，在獲取這些方位角上的數(shù)據(jù)之后，CT成象系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行圖象重建，從而得到此層面中μ(r)的分布圖。
但根據(jù)CT成象系統(tǒng)的掃描方式不同，CT成象系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行圖象重建的方法也不一樣。在平掃方式下，數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，病床是靜止不動(dòng)的，只有當(dāng)前層面上的數(shù)據(jù)全部采集完之后，病床才移動(dòng)到下一個(gè)確定的位置。因此，以這種方式采集到的數(shù)據(jù)是位于同一層面上，CT成象系統(tǒng)能夠直接對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、濾波、反投影等處理過(guò)程，從而生成當(dāng)前層面上的圖象，這種圖象生成方法稱為濾波反投影方法。然而，對(duì)螺旋掃描方式來(lái)說(shuō)，在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，病床仍勻速運(yùn)動(dòng)。由于這種方式中的數(shù)據(jù)是連續(xù)采集，從而螺旋掃描能在較短的時(shí)間內(nèi)獲取全部的數(shù)據(jù)，大大提高工作效率，這促進(jìn)了螺旋掃描的廣泛應(yīng)用。但是，以這種方式采集到的不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)不位于同一層面上。為了生成一層面上的正確圖象，CT成象系統(tǒng)必須根據(jù)位于此層面前后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行縱向插值，從而近似出此層面上的重建數(shù)據(jù)，之后再對(duì)此近似數(shù)據(jù)利用平掃方式下的圖象重建方法生成圖象。采用不同的縱向插值方法，所生成的圖象效果是不同的，其中重要的一個(gè)方面是對(duì)縱向分辨率的影響。
在單螺旋掃描中，快速獲取體數(shù)據(jù)與得到較高的縱向分辨率(Longitudinal Resolution)是很難同時(shí)兼顧的。為此，人們開(kāi)發(fā)了雙排及多排螺旋CT。多排螺旋CT中在病床移動(dòng)的方向上安裝有許多排緊密相連的探測(cè)器，每排探測(cè)器的寬度，根據(jù)廠商的需要，可以設(shè)計(jì)為相等，也可以依照一定的規(guī)律而改變。通過(guò)對(duì)這些探測(cè)器進(jìn)行排之間的組合，CT成象系統(tǒng)就可以在數(shù)據(jù)采集中的同一時(shí)刻，采集到幾個(gè)縱向位置上的數(shù)據(jù)。利用這種方法，加之采用滑環(huán)及并行處理技術(shù)，在快速獲取體數(shù)據(jù)的同時(shí)，縱向分辨率可以得到很大程度的提高。
在多排螺旋CT中，為了得到重建位置(或?qū)用?上的圖象，通常的做法是根據(jù)多排螺旋CT所采集的數(shù)據(jù)，插值出此位置上的重建數(shù)據(jù)，之后，再利用平掃方式下的重建方法生成圖象。因此，生成重建位置上的重建數(shù)據(jù)是非常重要的，它直接影響到重建圖象的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，評(píng)估重建方法的指標(biāo)有許多項(xiàng)，如層靈敏度曲線SSP(Slice Sensitivity Profile)、圖象噪聲、偽影等。其中，根據(jù)層靈敏度曲線中的半值全寬FWHM(Full Width atHalf Maximum)，可以反映出圖象所利用的實(shí)際有效層厚(Effective SliceThickness)，進(jìn)而了解縱向分辨率的情況。
對(duì)于基于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法的雙排及多排螺旋CT成象系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為生成目標(biāo)重建位置上的重建數(shù)據(jù)，CT成象系統(tǒng)首先利用兩點(diǎn)線性插值方法，生成位于目標(biāo)重建位置所對(duì)應(yīng)的濾波寬度(filter width)范圍內(nèi)一些中間采樣位置上的數(shù)據(jù)，然后再對(duì)這些中間采樣位置上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，從而得到目標(biāo)位置上的最終重建數(shù)據(jù)，請(qǐng)見(jiàn)2001年9月份東芝醫(yī)學(xué)雜志，Y.Ogawa的“縱向分辨率-從單排螺旋CT到多排螺旋CT”(Y.Ogawa，“Helical Reconstruction-From Single-slice CT to Multislice CT，”ToshibaMedical Review，Sept.2001)。在生成某個(gè)中間采樣位置上的數(shù)據(jù)時(shí)，兩點(diǎn)線性插值方法所利用的數(shù)據(jù)，是位于此中間采樣位置兩邊，距離此采樣位置最近的實(shí)際接收數(shù)據(jù)。然而，由于這種多排螺旋CT成象系統(tǒng)，所利用的兩點(diǎn)線性插值方法對(duì)應(yīng)的層靈敏度響應(yīng)曲線較寬，因此降低了縱向分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法，基于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法，改進(jìn)層靈敏度響應(yīng)曲線，從而提高縱向分辨率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法，其包括以下步驟a)對(duì)來(lái)自于探測(cè)器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；b)進(jìn)行重建位置上的數(shù)據(jù)生成，對(duì)重建位置前后的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向插值，近似出重建位置上的數(shù)據(jù)；c)進(jìn)行重排過(guò)程，將扇束投影轉(zhuǎn)化為平行投影；d)對(duì)重排后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；e)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反投影生成CT圖象。
所述的圖象重建方法，其中，所述步驟b)中設(shè)置有為生成重建位置上的數(shù)據(jù)而對(duì)投影數(shù)據(jù)計(jì)算的第一權(quán)值和第二權(quán)值，以及綜合該第一權(quán)值和第二權(quán)值的綜合系數(shù)。
所述的圖象重建方法，其中，所述步驟b)還包括以下步驟b1)運(yùn)用線性插值方法計(jì)算第一權(quán)值；b2)根據(jù)探測(cè)器數(shù)據(jù)所處的射線源旋轉(zhuǎn)角度β，及射線源到此探測(cè)器連線與射線源到扇束旋轉(zhuǎn)中心連線間的夾角α，計(jì)算出此探測(cè)器數(shù)據(jù)的第二權(quán)值；b3)根據(jù)探測(cè)器序號(hào)計(jì)算對(duì)第一及第二權(quán)值進(jìn)行綜合的系數(shù)；b4)計(jì)算探測(cè)器數(shù)據(jù)的最終插值權(quán)重。
所述的圖象重建方法，其中，所述步驟b1)中的第一權(quán)值計(jì)算方法為所述雙排探測(cè)器中第一及第二排探測(cè)器位于重建位置z0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度分別為β1及β2，其中β1＜β2，將重建平面上2π的方位角劃分成兩部分角度范圍，設(shè)第一排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度為β1時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角為0，由此該第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度為β2，重建平面上對(duì)應(yīng)的方位角為β2-β1，為生成重建平面上0～β2-β1方位角范圍內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，第一排與第二排探測(cè)器都利用β1到β2之間的數(shù)據(jù)，利用線性插值方法計(jì)算的第一排探測(cè)器的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝1.0-(β-β1)/(β2-β1)，及第二排探測(cè)器的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝(β-β1)/(β2-β1)；而為生成重建平面上β2-β1到2π方位角范圍內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，第一排探測(cè)器利用β2-2π到β1之間的數(shù)據(jù)，利用線性插值方法計(jì)算的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝[β-(β2-2π)]/[β1-(β2-2π)]，而第二排探測(cè)器利用β2到β1+2π之間的數(shù)據(jù)，其第一個(gè)權(quán)值為whi2＝1.0-(β-β2)/(β1+2π-β2)。
所述的圖象重建方法，其中，所述步驟b2)中的第二權(quán)值計(jì)算方法為對(duì)位于采樣位置一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)，如縱向坐標(biāo)小于重建位置的數(shù)據(jù)，在很大的角度變化范圍內(nèi)，其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)為零，而對(duì)于權(quán)重系數(shù)為非零時(shí)，隨著β及α值的遞增而遞增，當(dāng)?shù)谝慌盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β2-2π到β1之間與第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β1到β2之間時(shí)，其縱向坐標(biāo)值都小于重建平面的Z值，該第一排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的一種計(jì)算方法為whh＝[(β+2π)-β1-π+2α]/(π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0，及第二排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的計(jì)算方法為whh＝(β-β1-π+2α)/(π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0；而對(duì)于位于采樣位置另一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，如縱向坐標(biāo)大于重建位置的數(shù)據(jù)，當(dāng)其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)為非零時(shí)，隨著β及α值的遞增而遞減，當(dāng)?shù)谝慌盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β1到β2之間與第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β2到β1+2π之間時(shí)，其縱向坐標(biāo)值都大于重建平面的Z值，所述第一排與第二排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的計(jì)算方法同為whh＝(β-β1-π+2α)/(-π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0。
所述的圖象重建方法，其中，所述步驟b3)中的綜合系數(shù)的計(jì)算方法為
依探測(cè)器在投影中所處的位置，一排探測(cè)器被劃分成四個(gè)子區(qū)域，如果系數(shù)f所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器位于A1～A2及A3～num區(qū)間內(nèi)，那么系數(shù)f的值分別被置0與1.0，而對(duì)位于其它兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的情形，f值的計(jì)算是根據(jù)此探測(cè)器距離當(dāng)前子區(qū)域一端的長(zhǎng)度與此子區(qū)域長(zhǎng)度的比值x，依如下三次多項(xiàng)式f＝３*x*x-2*x*x*x計(jì)算而成的，對(duì)位于0～A1區(qū)域內(nèi)的情況，比值x的計(jì)算為x＝(A1-d)/feather，其中feather為當(dāng)前子區(qū)域的長(zhǎng)度，d為探測(cè)器的序號(hào)；并且所述步驟b4)中計(jì)算探測(cè)器數(shù)據(jù)的最終插值權(quán)重為2.0*[f*whi2+(1.0-f)*whh]，其中，當(dāng)探測(cè)器位于0～A1區(qū)域時(shí)，whi2重置為0，并且其中上述num值為每排探測(cè)器的個(gè)數(shù)，A3的值由基于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法中探測(cè)器偏移度n的值所決定，即等于旋轉(zhuǎn)角度相差π的兩組平行投影所重合的區(qū)域大小，數(shù)據(jù)A1的取值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，而A2的取值依賴于A1的值，兩過(guò)渡子區(qū)域0～A1與A2～A3的大小相等。
所述的圖象重建方法，其中，對(duì)于多排螺旋CT所述的第一及第二權(quán)值的計(jì)算方法為將重建平面上2π的方位角被劃分成更多的子方位角范圍(γ0＝0)～γ1，γ1～γ2，γ2～γ3，...，γm～2π，為生成重建平面上γk～γk+1方位角內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，設(shè)此時(shí)距離重建平面最近的兩排探測(cè)器序號(hào)分別為r，s，其中第r排探測(cè)器對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的Z值小于重建平面的Z值，第s排探測(cè)器對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的Z值大于重建平面的Z值，并且第r排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度變化范圍為βr1～βr2，第s排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度變化范圍為βs1～βs2，那么此時(shí)第r排投影數(shù)據(jù)的第一、第二權(quán)值分別為whi2＝(β-βr1)/(βr2-βr1)，及whh＝(γ-π+2α)/(π+2α)，其中γ為第r排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度為β時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角，并且當(dāng)whh為負(fù)數(shù)時(shí)，置whh為0；所述第s排探測(cè)器投影數(shù)據(jù)的第一、第二權(quán)值分別為whi2＝1.0-(β-βs1)/(βs2-βs1)，及whh＝(γ-π+2α)/(-π+2α)，其中γ為第s排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度為β時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角，并且當(dāng)whh為負(fù)數(shù)時(shí)，置whh為0。
本發(fā)明提供的一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法，與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明由于采用了在應(yīng)用兩點(diǎn)插值方法計(jì)算中間采樣位置上的數(shù)據(jù)時(shí)，不光考慮了探測(cè)器距離采樣平面的距離(體現(xiàn)為第一個(gè)權(quán)值)，而且還考慮了探測(cè)器在投影中所處的位置因素(體現(xiàn)為第二個(gè)權(quán)值)，這樣加重距離中間采樣位置近的投影數(shù)據(jù)的權(quán)重，而削減距離中間采樣位置遠(yuǎn)的投影數(shù)據(jù)的權(quán)重，從而改善層靈敏度響應(yīng)曲線的寬度，提高縱向分辨率。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。
附圖中，圖1示出的是本發(fā)明的雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法的雙排螺旋CT系統(tǒng)示意圖；圖2A和圖2B分別示出的是本發(fā)明方法中經(jīng)過(guò)重排后平行投影在重建平面上的投影的探測(cè)器分布圖和旋轉(zhuǎn)角度相差π的兩組平行投影在重建平面上的投影相組合的示意圖；圖3示出的是本發(fā)明方法的圖象重建的流程示意圖；圖4為本發(fā)明方法的生成重建位置上重建數(shù)據(jù)中插值數(shù)據(jù)權(quán)重的計(jì)算方法；圖5為本發(fā)明方法的雙排螺旋CT的數(shù)據(jù)采集方式示意圖；圖6為本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)的效果對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
下文，將詳細(xì)描述本發(fā)明的一較佳實(shí)施例。
本發(fā)明的一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法，設(shè)計(jì)了一種兩點(diǎn)間進(jìn)行非線性插值的方法，以生成位于目標(biāo)重建位置所對(duì)應(yīng)的濾波寬度范圍內(nèi)，中間采樣位置上的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的計(jì)算探測(cè)器數(shù)據(jù)插值權(quán)重的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案為首先利用線性插值方法，計(jì)算出探測(cè)器數(shù)據(jù)的第一個(gè)權(quán)重系數(shù)。位于同一組扇束投影內(nèi)的所有探測(cè)器數(shù)據(jù)，此系數(shù)值相同。然后，再根據(jù)探測(cè)器數(shù)據(jù)所處的射線源旋轉(zhuǎn)角度β，及射線源到此探測(cè)器連線與射線源到扇束旋轉(zhuǎn)中心連線間的夾角α，計(jì)算出此探測(cè)器數(shù)據(jù)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)。設(shè)β值位于0到2π之間，對(duì)位于采樣位置一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)(比如縱向z坐標(biāo)值小于采樣位置值的數(shù)據(jù))，只有當(dāng)β+2α的值大于π時(shí)，其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)才為非零，并且隨著β及α值的遞增而遞增。而對(duì)于位于采樣位置另一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)(比如縱向z坐標(biāo)值大于采樣位置值的數(shù)據(jù))，第二個(gè)權(quán)重系數(shù)的變化情況正好相反，即只有當(dāng)β+2α的值小于π時(shí)，其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)才為非零，并且隨著β及α值的遞增而遞減。這樣，在獲取這兩個(gè)加權(quán)系數(shù)之后，將根據(jù)探測(cè)器序號(hào)而計(jì)算出的，對(duì)這兩個(gè)權(quán)值進(jìn)行綜合的系數(shù)f及1-f，分別作為第一個(gè)及第二個(gè)權(quán)值的修正系數(shù)，并將這兩個(gè)修正后的權(quán)值相加，作為此探測(cè)器的最終權(quán)重。由于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法的特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)角度相差π的兩組平行投影(扇束投影可以通過(guò)重排算法，轉(zhuǎn)化為平行投影的情況)所采集的區(qū)域有一部分是不重合的，而對(duì)于重合的區(qū)域，又可分為兩端的過(guò)渡區(qū)域及中間區(qū)域。這樣，一個(gè)投影區(qū)域可分成四個(gè)子區(qū)域，根據(jù)探測(cè)器所處的子區(qū)域，對(duì)第一個(gè)及第二個(gè)權(quán)值進(jìn)行綜和的系數(shù)f的計(jì)算方法也不一樣。如果探測(cè)器位于重合區(qū)域的兩端，那么將此探測(cè)器距離此子區(qū)域一端的長(zhǎng)度，與此子區(qū)域整個(gè)長(zhǎng)度的比值，作為一個(gè)三次多項(xiàng)式的自變量值，進(jìn)行計(jì)算后的多項(xiàng)式結(jié)果便為綜合系數(shù)f的值。如果探測(cè)器位于重合區(qū)域的中間段，那么f的值置為0。如果探測(cè)器位于不重合區(qū)域，那么f的值為1。此外，如果探測(cè)器位于重合區(qū)域內(nèi)，且此區(qū)域位于整個(gè)投影區(qū)域的一端，那么第一個(gè)權(quán)值重置為0。
本發(fā)明的一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法中，在本較佳實(shí)施例是基于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法的雙排螺旋CT系統(tǒng)，對(duì)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)得到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖象重建時(shí)，生成重建位置上重建數(shù)據(jù)的方法。
本發(fā)明方法的所述雙排螺旋CT系統(tǒng)的框圖如圖1所示，由一操作臺(tái)110控制一主控系統(tǒng)120，該主控系統(tǒng)120與一CT主體系統(tǒng)130和一圖象重建子系統(tǒng)140通訊連接，所述CT主體系統(tǒng)130包括一基座131以及在該基座131上的框架裝置132，在該框架裝置132內(nèi)部為可旋轉(zhuǎn)的DISC旋轉(zhuǎn)裝置133，在該DISC旋轉(zhuǎn)裝置133的內(nèi)部容置空間中設(shè)置有一X射線球管134以及與該X射線球管134相對(duì)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)135，所述X射線球管134產(chǎn)生X-射線，透過(guò)位于所述DISC旋轉(zhuǎn)裝置的容置腔內(nèi)的被掃描者，由與該X射線球管134相對(duì)的安裝有兩排探測(cè)器的所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)135進(jìn)行信號(hào)接收。
整個(gè)CT系統(tǒng)的操作是通過(guò)所述操作臺(tái)110控制所述主控系統(tǒng)120進(jìn)行的。而所述主控系統(tǒng)120負(fù)責(zé)整個(gè)掃描系統(tǒng)的工作，其中包括啟動(dòng)與關(guān)閉所述X射線球管134中的X-射線發(fā)射、啟動(dòng)與停止裝有所述X射線球管134與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)135的所述DISC旋轉(zhuǎn)裝置133的旋轉(zhuǎn)、指揮所述圖象重建子系統(tǒng)140接收來(lái)自所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)133中的原始數(shù)據(jù)及進(jìn)行圖象重建、圖象到所述操作臺(tái)110的傳輸?shù)取Ｋ鰯?shù)據(jù)采集系統(tǒng)133負(fù)責(zé)檢測(cè)經(jīng)過(guò)衰減了的X-射線的強(qiáng)度，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)，并把該數(shù)字信號(hào)傳輸給所述圖象重建子系統(tǒng)140。其中所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)135的探測(cè)器并不是以射線源與旋轉(zhuǎn)中心的連線呈對(duì)稱分布的，而是偏移n+1/4個(gè)探測(cè)器夾角增量，其中n為整數(shù)，這樣使得扇束投影在經(jīng)過(guò)重排過(guò)程轉(zhuǎn)換為平行投影后，一組平行投影在重建平面上的投影的探測(cè)器分布如圖2A所示的，旋轉(zhuǎn)角度相差π的兩組投影在重建平面上的投影相互錯(cuò)交，從而在橫向上不僅增加了一倍的采樣密度，而且采樣的范圍也擴(kuò)大了，如圖2B所示的。其中num的值為每排探測(cè)器的個(gè)數(shù)，A3的值由上述n的值所決定，數(shù)據(jù)A1的取值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，而A2的取值依賴于A1的值，兩過(guò)渡子區(qū)域0～A1與A2～A3的大小是相等的。
本發(fā)明方法的所述主控系統(tǒng)120啟動(dòng)所述圖象重建子系統(tǒng)140進(jìn)行圖象重建過(guò)程如圖3所示步驟1對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；由于磁瀉、空氣、非線性、余輝等原因，所述圖象重建子系統(tǒng)接收到的原始數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，必須進(jìn)行校正。
步驟2進(jìn)行重建位置上的數(shù)據(jù)生成；如前所述，雙排螺旋CT采集的體數(shù)據(jù)不位于同一層面上，而為了生成重建位置上的圖象，就必須通過(guò)對(duì)重建位置前后的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向插值，近似出重建平面上的數(shù)據(jù)，否則圖象將有偽影。
步驟3進(jìn)行重排過(guò)程；通過(guò)重排過(guò)程，將扇束投影轉(zhuǎn)化為平行投影，使得之后的處理能按照平行投影的情形進(jìn)行，簡(jiǎn)化處理過(guò)程。
步驟4濾波過(guò)程；按照濾波反投影的重建方法，在數(shù)據(jù)進(jìn)行反投影之前，必須進(jìn)行濾波過(guò)程，以能得到正確的圖象。
步驟5反投影過(guò)程；經(jīng)過(guò)反投影過(guò)程之后，即生成了最終的CT圖象。
由于所述步驟2的實(shí)現(xiàn)方法對(duì)層靈敏度響應(yīng)曲線的影響非常大，因此如圖4所示的給出實(shí)現(xiàn)此步驟中數(shù)據(jù)權(quán)重的計(jì)算方法步驟21將校正后的體數(shù)據(jù)運(yùn)用線性插值方法計(jì)算第一個(gè)權(quán)重；雙排螺旋CT的數(shù)據(jù)采集方式如圖5所示，不失一般性，設(shè)第一排與第二排探測(cè)器位于重建位置z0時(shí)，射線源所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度分別為β1及β2(β1及β2的含義與圖1中旋轉(zhuǎn)角度β的相同)，其中圖中的螺距p大于1.0及β1＜β2。這時(shí)，重建平面上2π的方位角被劃分成兩部分角度范圍，如圖5所示設(shè)第一排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度為β1時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角為0，那么當(dāng)?shù)诙盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度為β2時(shí)，重建平面上對(duì)應(yīng)的方位角為β2-β1。此外，設(shè)每排探測(cè)器的層厚為d，螺距比為p，則旋轉(zhuǎn)一周后每排探測(cè)器在縱向上的位置將增加或減少p*d。為生成重建平面上0～β2-β1這部分方位角范圍內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，第一排與第二排探測(cè)器都利用了β1到β2之間的數(shù)據(jù)，這時(shí)，對(duì)第一排探測(cè)器利用線性插值方法計(jì)算的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝1.0-(β-β1)/(β2-β1)，及對(duì)第二排探測(cè)器的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝(β-β1)/(β2-β1)。
而為生成重建平面上β2-β1到2π方位角范圍內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，第一排探測(cè)器利用了β2-2π到β1之間的數(shù)據(jù)，利用線性插值方法計(jì)算的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝[β-(β2-2π)]/[β1-(β2-2π)]，第二排探測(cè)器利用了β2到β1+2π之間的數(shù)據(jù)，其第一個(gè)權(quán)值為whi2＝1.0-(β-β2)/(β1+2π-β2)。
步驟22根據(jù)探測(cè)器數(shù)據(jù)所處的射線源旋轉(zhuǎn)角度β，及射線源到此探測(cè)器連線與射線源到扇束旋轉(zhuǎn)中心連線間的夾角α，如圖1所示，計(jì)算出此探測(cè)器數(shù)據(jù)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)。
該第二個(gè)權(quán)值不僅與探測(cè)器的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)，而且與探測(cè)器在扇束中的位置也有關(guān)。這個(gè)權(quán)值加重了距離重建平面近的投影數(shù)據(jù)的影響，而對(duì)距離重建平面遠(yuǎn)的投影數(shù)據(jù)，則正好相反。對(duì)位于采樣位置一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，如縱向坐標(biāo)小于重建位置的數(shù)據(jù)，在很大的角度變化范圍內(nèi)，其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)為零，而對(duì)于權(quán)重系數(shù)為非零時(shí)，隨著β及α值的遞增而遞增。如圖5所示，當(dāng)?shù)谝慌盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β2-2π到β1之間與第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β1到β2之間時(shí)，其縱向坐標(biāo)值都小于重建平面的Z值。這時(shí)，第一排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的一種計(jì)算方法為whh＝[(β+2π)-β1-π+2α]/(π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0(以下處理相同)，及第二排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的計(jì)算方法為whh＝(β-β1-π+2α)/(π+2α)。
而對(duì)于位于采樣位置另一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，如縱向坐標(biāo)大于重建位置的數(shù)據(jù)，當(dāng)其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)為非零時(shí)，隨著β及α值的遞增而遞減。根據(jù)圖5，當(dāng)?shù)谝慌盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β1到β2之間與第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β2到β1+2π之間時(shí)，其縱向坐標(biāo)值都大于重建平面的Z值。這時(shí)，第一排與第二排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的計(jì)算方法同為whh＝(β-β1-π+2α)/(-π+2α)。
步驟23根據(jù)探測(cè)器序號(hào)計(jì)算對(duì)第一及第二個(gè)權(quán)值進(jìn)行綜合的系數(shù)；將兩種權(quán)值進(jìn)行綜合的系數(shù)f的計(jì)算方法依賴于探測(cè)器在投影中所處的位置，如附圖2B所示，一組探測(cè)器被劃分成四個(gè)子區(qū)域，如果系數(shù)f所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器位于A1～A2-1及A3～num區(qū)間內(nèi)，那么系數(shù)f的值分別被置0與1.0，而對(duì)位于其它兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的情形，f值的計(jì)算是根據(jù)此探測(cè)器距離當(dāng)前子區(qū)域一端的長(zhǎng)度與此子區(qū)域長(zhǎng)度的比值x，依如下三次多項(xiàng)式f＝3*x*x-2*x*x*x計(jì)算而成的。對(duì)位于0～A1-1區(qū)域內(nèi)的情況，比值x的計(jì)算為x＝(A1-d)/feather其中feather為當(dāng)前子區(qū)域的長(zhǎng)度，d為探測(cè)器的序號(hào)。
步驟24計(jì)算探測(cè)器數(shù)據(jù)的最終插值權(quán)重；根據(jù)以上步驟的計(jì)算結(jié)果，插值數(shù)據(jù)的最終的權(quán)重為2.0*[f*whi2+(1.0-f)*whh]其中，當(dāng)探測(cè)器位于0～A1-1區(qū)域時(shí)，whi2重置為0。
對(duì)于多排螺旋CT，重建平面上2π的方位角則被劃分成更多的子方位角范圍(γ0＝0)～γ1，γ1～γ2，γ2～γ3，...，γm～2π，如同在雙排螺旋CT中2π的方位角被劃分成0～(γ1＝β2-β1)與(γ1＝β2-β1)～2π兩個(gè)子方位角范圍一樣，如步驟21所述。為生成重建平面上γk～γk+1方位角內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，設(shè)此時(shí)距離重建平面最近的兩排探測(cè)器序號(hào)分別為r，s，其中第r排探測(cè)器對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的Z值小于重建平面的Z值，第s排探測(cè)器對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的Z值大于重建平面的Z值，并且第r排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度變化范圍為βr1～βr2，第s排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度變化范圍為βs1～βs2，那么此時(shí)第r排投影數(shù)據(jù)的第一、第二權(quán)值分別為whi2＝(β-βr1)/(βr2-βr1)，whh＝(γ-π+2α)/(π+2α)，其中γ為第r排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度為β時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角，并且當(dāng)whh為負(fù)數(shù)時(shí)，置whh為0(對(duì)第s排探測(cè)器中的whh處理相同)。而此時(shí)第s排投影數(shù)據(jù)的第一、第二權(quán)值分別為whi2＝1.0-(β-βs1)/(βs2-βs1)，whh＝(γ-π+2α)/(-π+2α)，其中γ為第s排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度為β時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角。之后，再根據(jù)上述步驟23、24計(jì)算根據(jù)探測(cè)器序號(hào)對(duì)第一及第二個(gè)權(quán)值進(jìn)行綜合的系數(shù)及探測(cè)器數(shù)據(jù)的最終插值權(quán)重。
如圖6所示顯示了利用本發(fā)明方法兩點(diǎn)非線性內(nèi)插方法生成重建數(shù)據(jù)的層靈敏度曲線與現(xiàn)有技術(shù)相比較的效果示意圖，這里的螺距比p為1.2，其中的響應(yīng)值相對(duì)于中心位置上的響應(yīng)值進(jìn)行了歸一化處理。由該圖可見(jiàn)，本發(fā)明方法能夠改善層靈敏度曲線，并且由圖中反映有效層厚的半值全寬，可以看出本發(fā)明方法提高了縱向分辨率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通常的線性內(nèi)插方法相對(duì)于本發(fā)明方法來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)的半值全寬，擴(kuò)大了大約11％。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本發(fā)明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思進(jìn)行各種可能的改變或替換，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明后附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法，其包括以下步驟a)對(duì)來(lái)自于探測(cè)器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；b)進(jìn)行重建位置上的數(shù)據(jù)生成，對(duì)重建位置前后的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向插值，近似出重建位置上的數(shù)據(jù)；c)進(jìn)行重排過(guò)程，將扇束投影轉(zhuǎn)化為平行投影；d)對(duì)重排后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；e)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反投影生成CT圖象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖象重建方法，其特征在于，所述步驟b)中設(shè)置有為生成重建位置上的數(shù)據(jù)而對(duì)投影數(shù)據(jù)計(jì)算的第一權(quán)值和第二權(quán)值，以及綜合該第一權(quán)值和第二權(quán)值的綜合系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖象重建方法，其特征在于，所述步驟b)還包括以下步驟b1)運(yùn)用線性插值方法計(jì)算第一權(quán)值；b2)根據(jù)探測(cè)器數(shù)據(jù)所處的射線源旋轉(zhuǎn)角度β，及射線源到此探測(cè)器連線與射線源到扇束旋轉(zhuǎn)中心連線間的夾角α，計(jì)算出此探測(cè)器數(shù)據(jù)的第二權(quán)值；b3)根據(jù)探測(cè)器序號(hào)計(jì)算對(duì)第一及第二權(quán)值進(jìn)行綜合的系數(shù)；b4)計(jì)算探測(cè)器數(shù)據(jù)的最終插值權(quán)重。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖象重建方法，其特征在于，所述步驟b1)中的第一權(quán)值計(jì)算方法為所述雙排探測(cè)器中第一及第二排探測(cè)器位于重建位置z0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度分別為β1及β2，其中β1＜β2，將重建平面上2π的方位角劃分成兩部分角度范圍，設(shè)第一排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度為β1時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角為0，由此該第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度為β2，重建平面上對(duì)應(yīng)的方位角為β2-β1，為生成重建平面上0～β2-β1方位角范圍內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，第一排與第二排探測(cè)器都利用β1到β2之間的數(shù)據(jù)，利用線性插值方法計(jì)算的第一排探測(cè)器的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝1.0-(β-β1)/(β2-β1)，及第二排探測(cè)器的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝(β-β1)/(β2-β1)；而為生成重建平面上β2-β1到2π方位角范圍內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，第一排探測(cè)器利用β2-2π到β1之間的數(shù)據(jù)，利用線性插值方法計(jì)算的第一個(gè)權(quán)值為whi2＝[β-(β2-2π)]/[β1-(β2-2π)]，而第二排探測(cè)器利用β2到β1+2π之間的數(shù)據(jù)，其第一個(gè)權(quán)值為whi2＝1.0-(β-β2)/(β1+2π-β2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖象重建方法，其特征在于，所述步驟b2)中的第二權(quán)值計(jì)算方法為對(duì)位于采樣位置一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)，如縱向坐標(biāo)小于重建位置的數(shù)據(jù)，在很大的角度變化范圍內(nèi)，其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)為零，而對(duì)于權(quán)重系數(shù)為非零時(shí)，隨著β及α值的遞增而遞增，當(dāng)?shù)谝慌盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β2-2π到β1之間與第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β1到β2之間時(shí)，其縱向坐標(biāo)值都小于重建平面的Z值，該第一排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的一種計(jì)算方法為whh＝[(β+2π)-β1-π+2α]/(π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0，及第二排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的計(jì)算方法為whh＝(β-β1-π+2α)/(π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0；而對(duì)于位于采樣位置另一邊的探測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，如縱向坐標(biāo)大于重建位置的數(shù)據(jù)，當(dāng)其對(duì)應(yīng)的第二個(gè)權(quán)重系數(shù)為非零時(shí)，隨著β及α值的遞增而遞減，當(dāng)?shù)谝慌盘綔y(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β1到β2之間與第二排探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度位于β2到β1+2π之間時(shí)，其縱向坐標(biāo)值都大于重建平面的Z值，所述第一排與第二排探測(cè)器的第二個(gè)權(quán)值的計(jì)算方法同為whh＝(β-β1-π+2α)/(-π+2α)，其中當(dāng)whh為負(fù)時(shí)，whh置為0。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖象重建方法，其特征在于，所述步驟b3)中的綜合系數(shù)的計(jì)算方法為依探測(cè)器在投影中所處的位置，一排探測(cè)器被劃分成四個(gè)子區(qū)域，如果系數(shù)f所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器位于A1～A2及A3～num區(qū)間內(nèi)，那么系數(shù)f的值分別被置0與1.0，而對(duì)位于其它兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的情形，f值的計(jì)算是根據(jù)此探測(cè)器距離當(dāng)前子區(qū)域一端的長(zhǎng)度與此子區(qū)域長(zhǎng)度的比值x，依如下三次多項(xiàng)式f＝3*x*x-2*x*x*x計(jì)算而成的，對(duì)位于0～A1區(qū)域內(nèi)的情況，比值x的計(jì)算為x＝(A1-d)/feather，其中feather為當(dāng)前子區(qū)域的長(zhǎng)度，d為探測(cè)器的序號(hào)；并且所述步驟b4)中計(jì)算探測(cè)器數(shù)據(jù)的最終插值權(quán)重為2.0*[f*whi2+(1.0-f)*whh]，其中，當(dāng)探測(cè)器位于0～A1區(qū)域時(shí)，whi2重置為0，并且其中上述num值為每排探測(cè)器的個(gè)數(shù)，A3的值由基于擴(kuò)展了的高分辨率重建方法中探測(cè)器偏移度n的值所決定，即等于旋轉(zhuǎn)角度相差π的兩組平行投影所重合的區(qū)域大小，數(shù)據(jù)A1的取值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，而A2的取值依賴于A1的值，兩過(guò)渡子區(qū)域0～A1與A2～A3的大小相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖象重建方法，其特征在于，對(duì)于多排螺旋CT所述的第一及第二權(quán)值的計(jì)算方法為將重建平面上2π的方位角被劃分成更多的子方位角范圍(γ0＝0)～γ1，γ1～γ2，γ2～γ3，...，γm～2π，為生成重建平面上γk～γk+1方位角內(nèi)的重建數(shù)據(jù)，設(shè)此時(shí)距離重建平面最近的兩排探測(cè)器序號(hào)分別為r，s，其中第r排探測(cè)器對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的Z值小于重建平面的Z值，第s排探測(cè)器對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的Z值大于重建平面的Z值，并且第r排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度變化范圍為βr1～βr2，第s排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度變化范圍為βs1～βs2，那么此時(shí)第r排投影數(shù)據(jù)的第一、第二權(quán)值分別為whi2＝(β-βr1)/(βr2-βr1)，及whh＝(γ-π+2α)/(π+2α)，其中γ為第r排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度為β時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角，并且當(dāng)whh為負(fù)數(shù)時(shí)，置whh為0；所述第s排探測(cè)器投影數(shù)據(jù)的第一、第二權(quán)值分別為whi2＝1.0-(β-βs1)/(βs2-βs1)，及whh＝(γ-π+2α)/(-π+2α)，其中γ為第s排投影數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度為β時(shí)，重建平面上所對(duì)應(yīng)的方位角，并且當(dāng)whh為負(fù)數(shù)時(shí)，置whh為0。
全文摘要
本發(fā)明的一種雙排或多排螺旋CT中的圖象重建方法，其包括以下步驟對(duì)來(lái)自于探測(cè)器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；進(jìn)行重建位置上的數(shù)據(jù)生成，對(duì)重建位置前后的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向插值，近似出重建位置上的數(shù)據(jù)；進(jìn)行重排過(guò)程，將扇束投影轉(zhuǎn)化為平行投影；對(duì)重排后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反投影生成CT圖象。本發(fā)明由于采用了在應(yīng)用兩點(diǎn)插值方法計(jì)算中間采樣位置上的數(shù)據(jù)時(shí)，不光考慮了探測(cè)器距離采樣平面的距離，而且還考慮了探測(cè)器在投影中所處的位置因素，這樣加重距離中間采樣位置近的投影數(shù)據(jù)的權(quán)重，而削減距離中間采樣位置遠(yuǎn)的投影數(shù)據(jù)的權(quán)重，從而改善層靈敏度響應(yīng)曲線的寬度，提高縱向分辨率。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1669528SQ20041002659
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者孫文武, 陳思平, 葛遺林 申請(qǐng)人:深圳安科高技術(shù)股份有限公司