[发明专利]一种焦点移动式CT机、扫描方法及图像重建方法

说明书

本发明实施例涉及一种计算机断层扫描装置，包括固定架(1)、旋转架(2)、光源发生装置(3)、信号探测装置(4)以及被扫描目标支撑装置(5)，光源准直装置(8)；所述旋转架(2)可围绕X‑Y平面某固定点旋转；所述光源发生装置(3)安装在所述旋转架(2)上，能输出锥形束的扫描光线，并且焦点沿Z向连续移动；所述信号探测装置(4)安装在所述旋转架(2)上，与所述光源发生装置(3)位置相对固定；所述信号探测装置(4)为适应采集锥形束的面阵结构，包括多个感光元件；所述光源准直装置(8)随所述光源发生装置(3)焦点位置的变化沿Z方向作平移。

技术领域

本发明涉及医用计算机断层摄影技术领域，尤其涉及断层扫描模式下一种新的X光源动态焦点控制方式和对应的图像重建方法，以及采用该扫描方式和重建方法的CT机。

背景技术

CT(Computed Tomography)，也称计算机断层扫描设备。随着面阵探测器以及锥束重建方法等技术的成熟和发展，CT机的数据获得由单层探测器物理单元构成的扇形束采集方式发展为多层探测器物理单元构成的锥形束采集方式。CT机成像模式也随之由传统的单切片和二维成像方式，即在旋转平面内成像(这里称为X-Y平面)，逐步发展为三维(体积)成像方式，即具备在旋转轴所在方向(这里称为Z方向)上连续成像的能力。

当前CT机广泛采用第三代架构，即X光光源位置(球管)和X射线探测器在彼此相对的方向进行安装，在旋转过程中的相对位置保持不变。

当前CT机的主流扫描模式有断层扫描和螺旋扫描两种模式，断层扫描定义为在采集数据的时间内球管和探测器保持旋转状态而扫描床保持静止不动；螺旋扫描定义为在采集数据的时间内球管和探测器保持旋转状态而扫描床持续行进。

随着三维图像显示方式(MPR，VR等)在临床诊断中的广泛应用，CT机的螺旋扫描模式和成像方式日渐成为CT机的主流诊断方法。

螺旋成像模式相较于断层成像模式的主要优点在于它更好的三维成像的能力和扫描速度，但螺旋扫描在开始和结束一段时间内存在一定的数据扫描冗余，因此剂量效率上的劣势非常明显，扫描重复能力(即在一定覆盖范围内重复进行成像的时间周期间隔，也称时间分辨能力)也不如断层成像模式。尤其是心脏冠脉造影和灌注成像等临床应用上，剂量上有几倍的差别。

随着采集技术的进步，CT机探测器物理层数逐渐增多，目前主流厂商CT 产品已经普遍使用了256层以上和Z向覆盖范围达到16cm的探测器，这使得断层扫描的覆盖范围达到了器官级，使得断层扫描在器官级的应用上的扫描速度相比螺旋扫描成为了优势。加上断层扫描在剂量效率和时间分辨能力上的优势，这让断层扫描模式在一定的应用条件下代替螺旋扫描模式进行三维成像成为可能。

传统的断层扫描方式下光源的焦点在旋转平面(X-Y平面)的圆形轨道上移动，且在旋转过程中与光源的相对位置不发生变化，采集获得的是基于锥形束圆形轨道的投影数据，重建算法可以使用公知的FDK重建方法进行三维成像。

该技术方案的局限在于，上述采集方式在每个投影角度下，Z方向的采样间隔要大于层方向探测器单元的宽度，远远不能满足采样定理，不仅造成了分辨率的损失，而且使用FDK等三维重建算法重建的图像会产生严重的混叠伪影(常见的临床表现为风车状伪影)，给医生诊断带来了干扰和不便。这个问题只在焦点轨道所在的平面不存在，在其它Z位置的平面都有可能存在，而且焦点轨道所在的平面成像虽然没有这个问题，但代价是分辨率的损失换来的，这也一定程度上带来了三维图像在Z方向上空间分辨率分布不均的问题。这些都会限制三维成像在断层扫描模式下的应用。

总之，现有技术尚无较好的方案，能够发挥出系统在Z向的极限分辨能力的同时，又能有效消除混叠伪影，这很大程度上阻碍了CT机在容积成像上的临床应用前景。

发明内容

本发明实施例提供了一种计算机断层扫描装置、方法及图像重建方法，以解决现有CT扫描系统混叠伪影的技术问题。