[发明专利]相衬锥束CT成像

说明书

相关申请的引用

本申请要求2006年2月27日提交的美国临时专利申请第60/776684号的权益，这里通过引用将其公开内容结合到本说明书中。

政府利益声明

研发本发明的工作部分由NIH Grants 8 R01 EB 002775、R01 9HL078181和4 R33 CA94300支持。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明涉及相衬成像，特别是使用同轴全息的技术的相衬成像。

背景技术

在过去几十年间，相衬方法在X射线成像领域得到了快速发展。通常，X射线通过仅获得物体的衰减系数图来对物体进行成像，而相衬成像同时使用相位系数和衰减系数对物体进行成像。因此，在投影图像中，相衬成像可以分辨一些具有与周围环境相似的衰减系数但是具有不同相位系数的结构。在大多数情况下，相衬成像还由于其相干性和干涉性，是一种边缘增强的成像技术。从而，可以很容易地确定小结构内的边界。相衬是一种特别适于弱衰减情况下的很有前景的技术，在这种情况下的当前的基于衰减的X射线CT图像不能显示足够的分辨率或对比度。因而，这种方法可以作为常规X射线成像失败时的替代选项和/或提供额外的信息。

通常，相衬方法可以被分成三类。第一，X射线干涉测量法，直接通过干涉计测量投影的相位。第二，衍射增强成像(DEI)，沿着轴向测量相位梯度。这两种方法不仅需要同步加速器作为相干单色X射线源，而且还需要相对复杂的光学设置。第三，同轴全息术，主要测量投影相位系数的拉普拉斯算子(Laplacian)。在这种情况下，可以使用一种具有多色X射线谱的微焦(micro-focus)X射线管。用于同轴全息术的光学设置可以被布置成像常规的X射线锥束CT(CBCT)或微CT那样。这些优点使得它成为实际应用的一种很有前景的技术。

对于使用相衬投影的重建方案已经进行了一些研究。在DEI和同轴全息术的情况下，由于不能直接测量投影相位，会有两种重建。第一种是首先获得投影相位系数，然后对目标区域中的每个点重建局部相位系数。第二种是直接重建其他相关量例如局部相位系数的梯度或拉普拉斯算子，而不是获得原始的相位系数。

发明内容

因此，本领域需要将该同轴方法结合到当前的CBCT或微CT系统中。因此本发明的一个目的是提供这种系统。

为了实现上述和其他目的，本发明提出了一种使用相位系数而不是仅仅使用衰减系数来成像物体的锥束方法和系统。本发明可以分辨一些具有与周围环境相似的衰减系数但是具有不同相位系数的结构。相衬成像还是一种边缘增强的成像技术。因而，可以很容易地确定小结构内部的边界。

本发明将该相衬同轴方法结合到当前的锥束CT(CBCT)系统中来。从同轴全息术的干涉公式开始，可以进行一些数学假定，从而可以将该干涉公式中的项近似表示为一个线积分，这是所有CBCT算法的需要。所以，CBCT重建算法例如FDK算法可以被应用到同轴全息术投影中，伴有一些数学缺陷(imperfection)。

假定使用点X射线源和高分辨率检测器以进行计算机模拟。锥束CT成像的重建被研究。结果显示，该数字幻象(numerical phantom)中的所有损伤都能被观察到增强的边缘。然而，由于该同轴全息投影的边缘增强特性，该重建图像具有各种条纹伪像(artifacts)和数值误差。可以通过在滤波过程期间使用哈明(Hamming)窗来改善该图像质量。在存在噪声的情况下，该同轴全息投影的重建显示出比通常的CT重建更清晰的边缘。最后，它定性地显示出优选地使用较小的锥角和弱衰减。