[发明专利]锥束CT动态成像的方法和设备

说明书

本申请是申请号为200780013865.X、申请日为2007年2月27日、发明名称为“锥束CT动态成像的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

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60/776666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NIHGrants8R01EB002775、R019HL078181和4R33CA94300支持。政府拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明涉及成像，更特别地涉及使用加权函数增加时间分辨率的半扫描成像技术。

背景技术

近几年来，半扫描方法在锥束CT中的使用成为一个热门课题，这是由于时间分辨率的提高。目前有多种不同类型的锥束半扫描方案，例如基于FDK的，基于锥束滤波反向投影的（CBFBP），和基于Grangeat的。每个方案使用平面扫描轨道（圆形的或非圆形的）来实施该半扫描方案。理论上，只要该重建物体在某个尺寸大小内，圆形半扫描可以基于Grangeat公式的导数，根据一阶导数辐射数据可以近似获得与圆形完全扫描相同的Radon域信息。即使在圆形半扫描范围内，仍然存在冗余。Grangeat型半扫描（GHS）将空间投影数据映射到一阶导数辐射数据并且在Radon域对它们加权。在通过线性内插／外插圆形扫描不能进入的该Radon域的阴影区而添加丢失数据之后，使用3DRadon逆公式来得到该重建图像。

当前用于锥束CT的FDK型半扫描（FDKHSFW）方案使用Parker或者其他基于扇形束几何的加权系数，其中对所有检测行应用相同的加权系数。CBFBP算法使用该Radon域中的冗余投影数据，在滤波反向投影（FBP）的结构中完成半扫描重建并且获得几乎与FDKHSFW相同的性能。当该阴影区被填充线性内插数据时，Grangeat型半扫描方案在校正未扫描（off-scanning）平面衰减系数降低上的性能超过了FDK型半扫描方案。然而，来自GHS的重建图像的空间分辨率比FDKHSFW差，因为在FDK中包含的数据内插比GHS少。此外，GHS不能处理纵向方向上的被截（truncated）数据。CBFBP相关的半扫描和FDKHSFW在距离Z＝0最远的重建图像位置显示了各种衰减系数降低伪像（artifacts），其中Z是旋转轴。该伪像是实践中不希望出现的。

发明内容

本发明的一个目的是在一定程度上校正该降低问题。

本发明的另一个目的是在这样做的同时保持空间分辨率。

为了实现上述和其他目的，本发明提出了一种具有配合锥束几何（FDKHSCW）的新加权函数的FDK半扫描方案，其中该加权函数是与锥束几何相关的。该具有新锥束加权函数的FDK半扫描算法被描述。实施了一种计算机模拟，并且评估该FDKHSCW以与FDKFS和FDKHSFW相比较。

对基于FDK的圆形半扫描重建（FDKHSCW）启发式提出了一种新的锥束加权方案，用于在一定程度上沿着该旋转轴校正该密度降低伪像，接着使用用于较大锥角的原始FDK算法。当该锥角较大时，根据衰减系数降低使用FDKHSCW来代替FDKFS和FDKHSFW时，对有噪声和无噪声的Shepp-Logan幻象进行的计算机模拟显示产生了改进，同时维持相同的虚拟图象质量。FDKHSCW需要在滤波前进行额外的锥束加权，并且仅使用[β,180+β+2Δ]的扫描范围，其中β是X射线的起始投影角，Δ是完全扇形角的一半，二者都被限定在该扫描平面中。该起始角一旦确定，就可以处理每个投影图像（对半扫描进行锥束加权，由FDK继承的像素加权，滤波）。所以，与完全扫描方案相比较，重建物体需要更少的时间，这在实践中是一个非常希望具备的特征。这里，该半扫描被定义为180°加上扫描几何的锥角。此外，该半扫描方案提供了选择任何起始点用于重建的灵活性，只要该扫描范围被确保即可，这是锥束CT动态成像的另一优选特征。如果执行完全圆形扫描，为了增加该系统和锥束CT重建的时间分辨率，可以通过选择不同的起始点来根据该完全圆形扫描执行多个半扫描重建。因此，本发明的另一目的是，使用半扫描算法根据物体的一个或多个圆形扫描投影图像重建多个半扫描重建，以增加锥束CT动态成像扫描的时间分辨率。