[发明专利]旋转光栅锥形束CT

说明书

技术领域

X线成像设备。

背景技术

目前，锥形束CT已经广泛的应用于口腔医学和肿瘤放疗，具有开放式结构，使用方便的优点。但是，与扇形束CT相比，仍存在图像密度信息不准确的缺点。

锥形束CT在获取投影图像时，散射光子对投影图像的影响，是导致扇形束CT图像密度不准确的主要原因。目前，主要有两类方法用来减少散射光子的影响：一类是物理的方法。比如采用限束装置限制锥形束的范围。因为锥形束CT的锥角越小，投影图像中散射光子的成分也越少。但是限制锥形束的范围的同时也限制了成像的范围。对于较大的成像目标此方法就不能适用。另一种物理的方法是在成像目标和平板探测器之间加反散射栅格。反散射栅格虽然可以抑制投影图像中的散射光子，但是也会引入噪声，对于成像目标到探测器距离较小的情况其效果较好。但对于成像目标到探测器距离较大的情况（比如图像引导放疗中使用的集成到加速器上的锥形束CT），添加反散射栅格的效果有限。另一类方法是在投影图像采集后的后处理方法。比如采用monte carlo算法，可以准确的估计投影图像中散射光子的分布。从而从投影图像中减去散射光子的影响，但是即便采用一些简化计算技术， monte carlo算法超大的计算量使其不能在临床可接受的时间内产生高分辨率的散射分布。采用解析模型计算散射光子的分布，虽然具有较快的计算速度，但是对于复杂的成像目标，会产生较大的计算偏差。再比如噪声抑制重构算法在重构图像时将投影图像中的散射光子作为噪声，也可以在一定程度上减少它的影响。

虽然上述技术在减少散射光子的影响方面有其作用，但也都有其局限性。目前,锥形束CT重建图像密度准确性仍明显不及传统的扇形束CT。

考虑到，锥形束CT的锥角越小，投影图像中散射光子的成分也越少。我们发明了一种旋转光栅锥形束CT成像设备，利用光栅将射线源发出的X线限制为多个窄角锥形束或扇形束，再通过光栅的旋转移动窄角锥形束或扇形束的位置，获取成像目标不同区域的投影图像，从而大大减少了散射光子对图像质量的影响。

发明内容

受到扇形束CT的启发，考虑到越小的射束（或越窄的射束）散射光子的成分越小,我们发明了一种旋转光栅锥形束CT成像设备。

此成像设备由机架及其驱动装置、机架角度传感器、装有旋转光栅的X射线源、平板探测器、主控制器和图像重建工作站组成。机架驱动装置在图像采集过程中驱动机架围绕成像目标旋转。装有旋转光栅的X射线源和平板探测器安装在机架上，可随机架一同旋转。装有旋转光栅的X射线源由X射线源、旋转光栅驱动装置、光栅角度传感器和旋转光栅组成。旋转光栅限制射线源中发出的X线为多个窄角锥形束或扇形束，且位于不同旋转角度上的光栅缝隙位置不同，使得在旋转光栅转动时可以变换透过光栅的窄角锥形束或扇形束的位置。在采集投影图像的过程中，装有旋转光栅的X射线源在随机架旋转的同时，旋转光栅也在围绕X射线源旋转，使透过光栅的窄角锥形束或扇形束的投影图像扫描整个平板探测器，以获取整个容积图像的投影信息。这样，投影图像不是由一个锥形束投影得到的，而是通过多个窄锥形束不断往复扫描的方式得到的，窄锥形束可以使更多的散射线被去除，减少散射光子对投影图像的影响，从而重建出高清晰的CT图像。

旋转光栅角度传感器实时检测光栅的旋转角度，并将此角度信息传输给主控制器。主控制器用来同步光栅旋转和平板探测器的图像采集。

机架角度传感器实时检测机架的旋转角度，并将此角度信息传输给主控制器。主控制器记录每一幅投影图像采集时的机架角度。

获取的投影图像，被光栅遮挡部分被认为是散射信号，没有被光栅遮挡的部分被认为是主X线信号和散射信号的叠加。采用插值算法，比如三次样条插值，可以通过光栅遮挡部分的散射信号估计没有被光栅遮挡部分的散射信号。这样，没有被光栅遮挡部分的投影信号减去估计的散射信号，就可以得到主X线的投影信号。

图像重建工作站利用这些主X线投影信号、从主控制器获取的对应的机架角度,采用FDK重建算法、压缩感知重建算法或迭代优化重建算法重建三维容积图像。

此成像设备通过旋转光栅的方式，即利用了窄锥形束或扇形束可以抑制散射光子产生高品质图像的优点，又获得了锥形束CT成像设备的开放式结构。

附图说明

图 1 实施例1各部分间数据通信示意图

图 2 实施例1旋转光栅图

图 3 实施例1旋转光栅工作示意图

具体实施方式

具体实施例1

图1展示了一个旋转光栅锥形束CT成像设备的实施例。