快速分层X线断层造影方法和装置制造方法及图纸

通过反投射（１００）选定投射以生成中间图像（Ｉ↓［１］，ｍ），并执行数字图像坐标变换（１０２）和／或对选定中间图像重新采样（图３１的１８６、１９２、１９６），像素图像ｆ从投射（ｑ↓［１］…ｑ↓［ｐ］）创建。数字图像坐标变换（１０２）被选为说明中间图像的构成投射的视角、并说明其傅立叶特征，从而中间图像可由稀疏样本准确地表示。结果中间图像被聚合成子集（１０４），且该过程以递归方式重复直到已处理和聚合了足以形成像素图像ｆ的投射和中间图像。数字图像坐标变换可包括旋转（图１８的１０２）、切变（图１０Ｂ的１２０、１２２）、拉伸、收缩（１０９）等。重新采样可包括上采样（１０１、１０６）、下采样（１０９）等。通过执行数字图像坐标变换（２０２）和／或重新采样（２０４）和／或抽选（图３２的２０４；图３３的２１２）、和／或重新投射最终中间图像（２０８），投射（图３２的Ｐ↓［θ１］…Ｐ↓［θ１８］）可从像素图像（ｆ）创建。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及X线断层造影，尤其涉及用于从投射创建像素图像的方法和装置。
技术介绍
断层图像重建是一种众所周知的技术，几乎是所有诊断显像医疗器械的基础，包括计算机X线断层造影(CT)、正电子断层扫描仪(PET)、单光子断层扫描仪(SPET)、以及用于磁振造影(MRI)的某些获得方法。它还发现在关于非破坏性评价(NDE)、安全扫描的制造业、合成孔径雷达(SAR)、射电天文学、地球物理学和其它区域中的应用。断层图像数据有若干种主要格式(i)平行光束，其中沿多组平行线执行线积分；(ii)发散光束，其中沿多组发散为扇形或圆锥形的线执行线积分；(iii)曲线，其中沿多组诸如圆、椭圆或其它闭合或开曲线的曲线执行积分。断层图像重建的一个问题是从其线积分投射集中重建2D或3D图像。断层图像重建的另一个问题是从其面积分投射集(即其在曲面族上的积分)中重建3D图像。例如，3D Radon变换涉及图像在距离原点各个方位和距离的2D平面族上的积分。断层图像重建的一些问题、以及一些重建方法在标准参考书中描述，诸如F.Natterer的“TheMathematics of Computerized Tomography”(计算机X线断层造影的数学)，1986年John Wiley出版社在Chichester出版；F.Natterer和F.Wubbeling的“MathematicalMethods in Image Reconstruction”(图像重建中的数学方法)，2001年在费城工业与应用数学学会发表；A.C.Kak和M.Soaney的“Principles of ComputerizedTomographic Imaging”(计算机X线断层造影的原理)，1988年IEEE出版社在纽约出版；以及S.R.Deans的“The Radon Transform and Some of Its Applications”(“Radon变换及其一些应用”)，1983年Wiley出版社在纽约出版。选择用于断层图像重建的方法是过滤反投射(FBP)或回旋反投射(CBP)，使用不加权的(平行光束或Radon变换情形中)或加权的(大多数其它情形中)反投射步骤。该步骤是技术中的计算瓶颈，其中计算需求规模为对2D的N×N像素图像为N3，对3D的N×N×N体素图像为至少N4。因而，从N到2N倍增图像的分辨率导致计算量增加约8倍(或者3D中为16倍)。当计算机已变得快得多时，同时出现了能够实时收集更大量数据的新技术(例如使用多行检测器的心脏成像、介入成像)、以及3D采集几何结构的盛行，对快速重建技术有越来越多的需求。快速重建可加快成像过程、降低专用图像重建计算机的成本，或两者皆可。反投射的二元操作是再投射(reprojection)，它是计算电子存储图像的投射的过程。该过程也在断层图像重建中起了基本作用。反投射和再投射的组合也可用来构建对螺旋型锥面光束几何结构中长对象问题的快速重建算法，这对人体的实际3D成像是关键的。此外，在各种应用中，使用迭代重建算法是有利甚至必要的，其中对单个图像的重构执行反投射和再投射步骤若干次。加快反投射和再投射步骤将确定这些迭代方法的经济可行性。这些年来已提出了若干种加快重建的方法。例如，Brandt等人的美国专利5,778,038描述了使用多层分解、每个阶段产生覆盖整个视野且分辨率递增的图像的2D平行光束断层造影方法。Nillson等人的美国专利6,151,377揭示了其它分层反投射方法。尽管这些系统都具有价值，但仍然需要产生更准确图像、提供准确度和速度之间的更大灵活性的方法和装置。因此，本专利技术的一个目的是提供用于计算机X线断层造影(CT)扫描的新颖和经改进的方法和装置。另一个目的是提供产生更准确图像、并提供准确度和速度之间的更大灵活性的、用于CT扫描的新颖和经改进的方法和装置。
技术实现思路
这些目的由本专利技术实现或超越。通过反投射选定投射来产生中间图像、并执行数字图像坐标变换和/或对中间图像重新采样，像素图像得以根据投射创建。数字图像坐标变换被选择用来说明中间图像的组成投射的视角、及其傅立叶特征，从而中间图像可通过稀疏样本来准确地表示。结果的中间图像被聚合成子集，且该过程以递归方式重复，直到已处理和聚合了足够的投射和中间图像，以形成像素图像。数字图像坐标变换可包括旋转、切变、拉伸、收缩等。重新采样可包括上采样、下采样等。通过执行数字图像坐标变换和/或重新采样和/或抽选，并重新投射最后的中间图像，投射可得以从像素图像创建。附图说明通过参阅附图和本专利技术一实施例的以下描述，本专利技术的上述和其它特征以及获得它们的方式将变得显而易见，且本专利技术本身将得到最佳的理解，在附图中图1是用于本专利技术的装置的框图；图2A、2B和2C是用于本专利技术一些实施例中的采样图(sampling pattern)的示图；图3A、3B和3C是用于本专利技术一些实施例中的其它采样图；图4是示出一种已知反投射方法的示图；图5A是示出本专利技术一实施例的算法的示图；图5B是示出在图5A的实施例中产生中间图像的方式的示图；图6是示出用于产生图5A的中间图像的傅立叶特征的示图；图7A、7B和7C是示出当坐标变换是数字图像旋转时用于图5A中示出的反投射算法的中间图像的傅立叶支持的示图；图8是示出用于本专利技术的另一实施例中的算法的示图；图9是示出图8算法中光谱支持的演变的示图，其中框(1……9)对应于图8中的相应各点；图10A是描述用于本专利技术实施例的一种算法的示图；图10B示出用于图10A的实施例中的图像坐标变换；图11A是示出切变比例反投射的示图，而图11B是示出分层切变比例反投射的示图；图12A和12B是示出图像在中间图像的光谱支持上的切变效果的示图；图13是示出本专利技术另一个实施例的算法的示图；图14是找出最优切变因子的算法；图15示出用于本专利技术另一实施例的算法；图16示出用于本专利技术又一实施例的算法；图17是示出具有圆形扫描轨迹的通用扇形光束几何结构的示图；图18示出用于本专利技术再一实施例的算法；图19示出图18中所述的算法中中间图像的加权； 图20A、20B和20C示出图18的第二分层结构层的采样点；图21A和21B是用于图18算法中的采样图的示图；图22是示出使用图20A-22C中所示方法获得的原始交点的示图；图23A、23B、23C和23D示出用于图18中使用的上采样的旋转采样点；图24示出在由图18的算法产生的中间图像的一点上的本地光谱支持；图25是在图18的算法中使用的不统一采样图的示图；图26A和26B示出用于再次采样和坐标变换的采样图；图27A和27B示出可用于本专利技术的选择性采样方案；图28包括用于本专利技术的发散光束的两个示图；图29A是示出锥面光束的示图，而图29B是示出再次采样的示图；图30是用于再次采样投射的算法的示图；图31是用于在本专利技术一实施例中再次采样的另一种算法；图32是用于快速分层再投射的算法的示图；图33是用于快速分层再投射的另一种算法的示图；图34是示出使用本专利技术的实验结果的示图；图35包括用本专利技术产生的样本图像；图36A是使用常规算法的重建图像的显示，而图36B显示使用本专利技术的快速算法获得的结果；以及图37A和37B是与常规算法相类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从投射（ｑ↓［１］…ｑ↓［ｐ］）创建像素图像＊的方法（图５Ａ），包括以下步骤：（ａ）从选定投射（ｑ↓［１］…ｑ↓［ｐ］）产生（１００）中间图像（Ｉ↓［１］，Ｐ）；（ｂ）对选定中间图像（Ｉ↓［１］，Ｐ）执行数字图像坐标 变换（１０２），坐标变换的参数被选为说明从中产生中间图像的投射的视角、并说明所述中间图像的傅立叶特征；（ｃ）聚合在步骤（ｂ）中生成的变换后中间图像的子集（１０４），以生成聚合中间图像（Ｉ↓［２］，Ｐ／２）；以及（ｄ）用递归方 式重复步骤（ｂ）、（ｃ），直到已处理和聚合所有投射和中间图像以形成像素图像＊；其中坐标变换参数被选为中间图像的聚合（１０４）可由稀疏样本用所需准确度表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AK乔治，Y布瑞斯勒，
申请(专利权)人：伊利诺斯州立大学托管会，
类型：发明
国别省市：US[美国]