[发明专利]使用基于校准体模的旋转中心建立算法在不理想等中心3D旋转X射线扫描器系统中进行环形伪影校正的校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及供在计算机断层摄影(CT)中使用的3D旋转X射线成像系统，特别涉及一种快速、准确并且数学稳健的校准方法，其用于在不完美等中心3D旋转C型臂系统中确定有效旋转中心，并用于在使用这种CT扫描器系统采集待三维重建的感兴趣对象的一组2D投影图像时，充分消除圆形环状伪影。为此，基于C型臂的旋转CT扫描器包括至少一个旋转探测器，该旋转探测器具有接受至少一个X射线管发射的X射线束的X射线敏感表面，每个X射线管都沿不理想圆形轨迹围绕(从一组2D投影图像进行三维重建的)感兴趣对象进行旋转，以用于通过从多个不同的投影方向扫描校准体模来提供几何校准数据，并为每个投影方向计算X射线管焦斑和X射线探测器中心的3D位置。为了近似至少一个X射线管和至少一个辐射探测器旋转所围绕的旋转轴的准确3D位置和角度方向，采用了使用大量数学稳健的最小二乘拟合的圆形回归技术。

背景技术

如今，断层摄影X射线成像技术已经在诸如临床诊断、工业探查和安全扫测等不同领域获得了广泛的认同。在临床领域，专业的高分辨率CT成像系统近期已经成为用于癌症研究的重要的新工具，这是因为CT扫描器对于患者身体内部感兴趣区域(例如内部器官、心血管系统和/或任何其他解剖或病理结构)的无创检查是基本的医疗图像模态。断层成像系统因此从大量的不同投影方向上围绕患者采集一组2D投影图像，然后将其用于生成解剖结构的三维重建以实现可视化。

最近，随着螺旋CT(新一代的CT扫描器)的使用，放射学家能够在一次屏住呼吸期间，通过对患者的快速检查而节省大量的时间，从而可利用当今旋转CT成像系统的3D成像能力。在如多层螺旋CT中所用的旋转扫描架类型的常规等中心3D旋转X射线扫描器系统中，对X辐射敏感的探测器阵列受到与所属探测器阵列对径布置的X射线管发射的扇形或锥形X射线束的照射，其中，所述X射线管和所述探测器阵列置于能连续围绕患者旋转的旋转扫描架上。为了采集一组2D投影图像(其可用于重建待无创检查的患者体内解剖结构的三维图像)，当患者躺在沿旋转轴向前推进的患者台上时，所述X射线管和探测器阵列沿圆形轨迹围绕患者身体旋转。

面束探测器3D成像系统可通过在围绕中央旋转轴的圆形路径上旋转X射线管和探测器进行操作。将所述旋转轴定位在患者解剖结构的感兴趣区域/体积的中心。X射线管和X射线探测器(例如图像增强器)典型地安置在旋转的C型臂支持组件的相对端。所述X射线管对患者照射X射线，该X射线撞击感兴趣区域(ROI)并被内部解剖结构衰减。所述X射线穿过患者并被患者的内部解剖结构所衰减，然后衰减的X射线撞击X射线探测器。当X射线管/C型臂/探测器组件围绕以患者体内感兴趣区域为中心的旋转轴进行旋转时，通过进行一系列图像来采集3D图像数据。将多个二维(2D)截面图像进行处理和结合以生成扫描对象的3D图像。

常规的移动C型臂组件利用简单的支持结构和几何结构将X射线管和X射线探测器安置在C型臂上。该支持结构将X射线管和X射线探测器固定在C型臂上，并在X射线管和X射线探测器之间保持预定的恒定距离。这样，X射线管和旋转轴之间的距离以及探测器和旋转轴之间的距离保持恒定且固定。

在当前的C型臂X射线荧光透视成像系统中，通过在围绕感兴趣对象的半圆形弧中对C形臂进行扫视，可进行3D断层图像重建。使用跨臂运动，弧是圆形的，并因此是等中心的。例如，使用C型臂，X射线束可围绕患者的头部进行扫视(例如，在围绕所述头部的圆弧内进行的CT扫描)。通过2D投影扫描图像进行体积图像重建。随着位于患者台头端的C型臂围绕患者台头端进行扫视，在跨臂运动上实现多次扫视。这样，对象处于中心点处(等中心运动)。

不考虑所使用的技术，感兴趣对象的三维重建图像(其从旋转CT扫描器在若干不同投影方向上采集的一组2D投影图像中计算得到)常常受到CT伪影的严重失真，所述CT伪影由采集的CT图像中各探测强度值与待可视化对象各期望衰减系数之间的差异所产生。这归因于将在下面章节中进行简要解释的多个原因。这些伪影(其如在常规断层摄影X射线成像中存在的那样，在螺旋CT中仍会存在)会严重恶化重建CT图像的图像质量，并在诊断精度上扮演着重要的角色。不幸的是，并非总能断定CT图像中是否实际存在伪影，因为这常常取决于放射学家的判断。然而，一旦存在严重的伪影，医生常常不能给出可靠的诊断，这是因为感兴趣的解剖结构可能被隐藏和完全受到失真。