[发明专利]三源马鞍线轨迹锥形束CT精确重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理技术领域的成像方法，具体地说，是一种多源马鞍线轨迹锥形束CT精确滤波反投影重建方法。

背景技术

锥形束CT的工作原理是这样的：X射线球管在一点发出锥形束X射线，穿过被测对象后，衰减的X射线被对侧的检测器检测，并将X光转化为电信号，送至计算机的模数转换器和数据采集器，转化为数字信号并存储在计算机中。这只是完成一次的曝光和采集过程，为了得到重建被测对象所需的投影数据，X射线源需要沿一定的轨迹扫描，并在每个位置完成一次曝光和数据采集过程。从扫描轨迹来看，目前实际应用的最广的是沿螺旋线扫描的锥形束CT。为了减少冗余的投影数据，研究人员提出了各种新型的扫描轨迹并建立了相应的精确重建算法，这些扫描轨迹包括马鞍线、正交的双圆、直线加圆等等。另一方面，为了提高投影数据采集速度，研究人员又提出了多源CT的概念，与传统的单源CT相比，多源CT具有多个X射线球管和与之对应的多个检测器，可以同时工作，大大节省了投影数据采集的时间。

经对现有技术的文献检索发现，Haiquan Yang，Meihua Li等人在Physics inMedicine and biology[医学与生物中的物理](2006年第51期，第1157页至1172页)上发表的“Exact cone beam reconstruction for a saddle trajectory”[基于马鞍线轨迹的锥形束精确重建方法]，提出了一种基于马鞍线扫描轨迹的锥形束CT精确滤波反投影重建方法。该方法的缺点是投影数据采集速度慢，由于只具有单个X射线源，只有当它沿马鞍线完成一个周期的扫描后才能完整重建出被测对象的图像。在某些场合下，被测对象的状态随时间变化很快，此时单源CT的数据采集速度就不能满足需要，导致重建的图像具有很严重的运动伪迹。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种三源马鞍线轨迹锥形束CT精确重建方法。本发明重建精度高，成像速度快，在投影数据滤波时算法具有移不变的性质，即检测器上的投影数据在进行希尔伯特滤波时，只与当前X射线源的位置有关，与被测对象无关；投影数据采集速度快，数据采集时间只有单源CT的三分之一。

本发明是通过以下技术方法实现的，本发明采用三个X射线源，三个检测器的结构，每个X射线源沿各自的马鞍线轨迹进行扫描，相应的检测器采集投影数据，多条马鞍线轨迹相互之间有交点，这些交点将采集的投影数据分为若干区间，每个区间的数据按设定的方向进行希尔伯特滤波，最后对滤波后的数据进行反投影重建，获得重建的图像。

本发明的具体包括以下步骤：

(1)第n个X射线源在一点发出锥形束X射线，经准直器，穿过被测对象后，衰减的X射线被对侧的第一个检测器检测。n从1一直取到3。

(2)3个X射线源至Z轴的距离相等，3个检测器中心至Z轴的距离相等。3个X射线源都处于同一个平面上。

(3)3个X射线源、3个检测器同时绕Z轴转动。3个X射线源相对于被测对象的轨迹是3条马鞍线。

检测器及相对应的投影数据采集系统采集投影数据。

所述的马鞍线，是指：满足ρ(s)＝(R(s)cos(s)，R(s)sin(s)，A(s)cos(2s))的函数曲线，其中ρ是螺旋马鞍线上任一点的坐标，s是角度参数，R(s)是马鞍线上角度参数为s的那一点在X-Y平面上的投影到原点间的距离，A(s)是马鞍线的振幅。

所述的马鞍线的振幅，是指：马鞍线在Z轴方向偏离X-Y平面的最大距离。

所述的投影数据采集系统是指把检测器上的数据记录下来并转化成数字信号传给计算机处理的系统。

(4)在一个完整的扫描周期内，三条马鞍线轨迹相互间共有12个交点，将这些交点按其所对应角度参数的大小，由小到大记为P1，P2，…，P12。每条马鞍线有四个极值点，三条马鞍线共12个极值点，将这些点按其所对应角度参数的大小，由小到大记为PN1，PN2，…，PN12。

所述的扫描周期，是指：三个X射线源和相应的检测器都完成360°的沿马鞍线的扫描过程。

(5)将所有上述这些点分为4组。第一组为P1，P5，P9，PN3，PN7，PN11；第二组为P2，P6，P10，PN4，PN8，PN12；第三组为P3，P7，P11，PN5，PN9，PN1；第四组为P4，P8，P12，PN6，PN10，PN2。

(6)按每一组的交点划分三条马鞍线轨迹，得到4条连续曲线，每条连续曲线都由三段属于不同马鞍线的区间构成。这些连续曲线分别代表了不同时间段下采集的投影数据，每一条连续曲线的投影数据都是完整的。