[发明专利]由锥形束投影数据再现物体三维CT图象的方法

说明书

本申请是1991年12月20日提交的发明名称为“由锥形束投影数据再现物体三维CT图象的方法和装置”中国专利申请91111691.5的分案申请。

在此公开及请求保护的本发明，涉及的是以下共同指定的专利申请主题，因而这些专利申请全部的公开，在此合并引作参考：

并此同时由Kwok C.Tam提交的申请号为91111689.3，发明名称为“由锥形束投影数据或由平面积分再现物体三维CT图象用的平行处理方法和装置”的专利申请[RD-19564]，以及

并此同时由Kwok C.Tam提出的申请号为91111690.7，发明名称为“由不完全锥形束投影数据再现物体三维CT图象用的方法和装置”[RD-19695]的专利申请。

技术领域

本发明总地涉及三维计算机X射线断层摄影术(CT)，更确切地说，涉及将X射线锥形束数据变换为平面积分，通过逆拉冬变换(inverse Radontransformation)再现三维图象用的方法和装置。

背景技术

在传统的既为医学且为工业应用的CT中，采用的是扇形束的X射线和线性列阵的检测器。所获得的是二维成象。当数据组分完整的，而且象质也相当高时，只有物体的单一切片(Slice)能被同时成象。在需要三维图象时，采用的是“切片堆叠”的方法。同时取得三维数据组的二维切片，本来就是缓慢而费时的。此外，在医学应用中，由于相邻的切片无法同时成象，所以会产生移动的赝象。而且，由于切片之间的距离通常都比X射线准直器的孔径小，所以能利用的辐射剂量要比最佳剂量低，其结果是使身体的许多部位要被双重照射。

比较更新一些的基于所谓的锥形束几何结构基础上的方法，所采用的是二维列阵的检测器来替代线性列阵的检测器，以及锥形束的X射线源来替代扇形束的X射线源。整个物体随时都被锥形束的X射线源照射，因而锥形束扫描要比使用扇形束或平行束进行一个切片一个切片地扫描要快得多。而且，由于物体上的每个“点”是靠X射线以三维而不是二维的方式进行观察的，故所达到的对比度要比使用传统的二维X射线CT可能达到的高得多。为了获得锥形束投影数据，最好对物体在360°的角度范围内进行扫描，或者通过让X射线源在适当的扫描轨道(例如围绕该物体的圆形轨道上)上运动，同时保持此二维列阵检测器参照此X射线源固定不动；或者通过转动该物体，同时让X射线源和检测器保持不动。在两种情况下，都是靠X射线源和物体之间的相对运动来实现扫描的。

大多数X射线CT中的图象再现过程，都是基于拉冬的逆变换(inversion)过程基础上的，其中的物体图象是由物体的拉冬变换总额再现的。二维物体的拉冬变换，是由贯穿该物体的各条线上物体密度的积分构成的。三维物体的拉冬变换，是由平面积分构成的。然而锥形束数据是不能和通过逆拉冬变换再现图象直接兼容的，它需要使用物体的平面积分作为输入。所以，通过逆变换由锥形束扫描数据再现出图象，一般要包括两个步骤，即(1)将锥形束数据变换为平面积分，以及(2)在平面积分上完成逆拉冬变换，以获得图象。本发明主要致力于用来将X射线锥形束数据变换成对于拉冬空间内的一组适宜平面的平面积分或代表平面积分值的有效方法和装置。上述联案申请91111689.3[RD-19564]公开了用于完成逆拉冬变换的两步法，首先从对于拉冬空间中的一组共轴的垂直平面的平面积分开始。因而，在此公开的本发明，可被利用来将X射线维形束数据变换成能代表对于拉冬空间中的一组共轴的垂直平面的平面积分的值，而且申请号为91111689.3[RD-19564]的发明，可被利用来完成三维图象再现的逆拉冬变换部分。

一种用来将锥形束数据变换成平面积分的方法，已被公开在Gerald N.Minerbo的“由锥形束投影数据进行卷积再现”一文中，参见IEEE Trans.Nucl.Sci.，NS-26卷，No.2，第2682～2684页(1979.4)。然而遗憾的是，如在L.A.Feldkamp.L.C.Davis以及J.W.Kress的“实际锥形束算法”一文中(参见J.Opt.Soc.Am.A.，1卷，No.6，第612-619页，1984，6)讨论过的那样，Minerbo的求导包含有不容易矫正的误差，而且提供的结果不能成立。