基于射线一致性的螺旋锥形束数据的重建制造技术

一种CT成像系统，包括：计算机，其被编程来基于最优化射线一致性 方法，将锥形束投影数据重排为一系列二维正弦图。所述计算机从检测器阵 列接收锥形束数据，并且被编程来指定锥形束数据的多个视角。所述计算机 为多个指定的视角的每一个选择多条测量射线，所述多条测量射线具有近似 于通过最优化射线一致性确定的指定视角的视角。所述计算机还基于选择的 多条测量射线，为多个指定视角的每一个形成二维正弦图。然后所述计算机 基于选择的多条测量射线为多个指定视角的每一个定义图像表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及计算机断层成像(CT)系统中的图像重建领域，并且更 具体地涉及用于基于最优化射线一致性(consistency)方法，将锥形束投影数 据重排(rebining)为一系列二维正弦图(sinogram)的方法和装置。
技术介绍
计算机断层成像(CT)成像系统通过将扇形或锥形X-射线束投影通过 目标来运行。X-射线束通过X-射线源生成，并且通常在通过被扫描的目标之 前被校准。然后通过一组检测器元件检测衰减的束。检测器元件基于衰减的 X-射线束的强度产生信号，并且该信号被处理以产生投影。通过使用如滤波 反向投影(filtered backprojection)的重建技术，从这些投影形成有用的图像。计算机能够处理和重建造成放射衰减的目标的各部分的图像。如本领域 的技术人员将理解的，通过处理一系列角移位的投影图像计算这些图像。然 后重建该数据来产生重建的图像，其典型地显示在显示监视器上，然后可以 打印或再现在胶片上或进一步由其它软件(如计算机辅助检测软件)处理。 当执行其中锥形束的X-射线向目标投影的CT扫描时，图像重建中引入了特 别的挑战。也就是说，锥形束投影的3D图像重建造成关于精确和有效地产 生CT图像的重建算法的重大挑战。这对于螺旋扫描几何形状(geometry)特 别适用，其中X-射线源相对于目标沿着一段螺旋线移动。以前，已经开发了若干算法来重建锥形束数据。 一种这样的算法是 Feldkamp算法，其是用于螺旋锥形束CT的近似重建算法。Fddkamp算法是 3D滤波反向投影(FBP)算法，其中使用全扫描或短扫描数据组、执行锥形 束反向投影和每个投影的ID逐行滤波来重建横切面切片。该锥形束反向投影导致FDK算法的重建中的数值低效率。已经开发来重建锥形束数据的另一算法是PHI算法。PHI算法是通过离 散化用于3D发散束X-射线转换的精确解析反演公式来产生精确重建的精确/ 准精确算法。该精确或准精确算法即使对于非常大的锥角值也产生精确的重 建。然而，与二维(2D)重建方法相比，其包含复杂的数据处理，并且这种 复杂性将重建时间增加了多于一个数量级。因而，尽管精确，但是PHI算法 是緩慢并且在数值上复杂的。为了减少上述技术和其它类似技术上用于螺旋锥形束CT的重建时间， 重排通常用来将锥形束凝:据转换为一系列近似的2D正弦图。这允许多个2D 正弦图的重建，其比3D重建的计算强度低，因而是更加有效的。然而，当 前的重排方法的一个缺点是2D正弦图所需的大多数射线没有被实际测量。 而是，正弦图中使用的大多数射线使用从锥形束接收的可用数据近似。这种 近似引入了可能导致最终重建图像中的重大误差的误差。在通过2D重建算法重建在螺旋锥形束CT扫描中获得的凄t据的情况下， 从锥形束数据生成一组2D正弦图。如果使用2D平行束重建，则锥形束数据 从锥形束重排为锥形平行几何形状。在此重排后，数据由函数g((3,s，力描述， 其中卩是(平行)视角，s表示旋转轴和射线之间的带符号距离，而y是射线 的锥角。注意，变量卩对于螺旋的每个旋转增加2兀，它例如不在每个旋转后 绕回到0。该数据可以如下重排为在一系列z位置(zn)的2D平行数据p(e,S，Zn) = Wr(。,S)g((3n+ Usj(。,S)) + Wr(;2,-S)g(Pn + ;2,-S，Y(;2 ，-S))，有。=mod(e-pn+7i， 2兀)-兀并且；2= mod(e-卩n，2兀)-兀，并且卩n是与Zn相关联的平 行视角，并且其中y(;,s)是覆盖；从-兀到7C并且s从-Ro到Ro的范围的锥角， 其中Ro是视野的半径，并且其中Wr(;,S)是覆盖相同范围的冗余权重，并且具 有当；<0时Wr(;，S) + Wr(;+7l,-S) = 1的特性。此外，在9从0到71并且S从-Ro 到Ro的范围计算pfe,S力。在一个之前已知的技术中，对于|;|<兀/2, Wr(;,S)=l。这意味着Wr在别处等于0。此外，对于函数Y,设置该函数的值使得tan(力=(zn - zs) /々(R2-s2) ,其中Zs是当测量射线g((3n+;,S)时源的Z位置。函数Y的这种选择对应于传统的螺旋内插并且导致图像体积的轴向切片的2D正弦图的近似。尽管计算上 比3D重建算法更有效率，但这种技术的缺点在于在近似2D正弦图中存在的近似误差非常高。如此，在最终重建图像中出现分辨率的损失。在Larson等人在美国专利5,802,134中提出的另一已知技术中，定义了 成像体积中的平面轴向切片(即，图像切片)，使得它们定义了相对于旋转轴 (即，z轴或纵向轴)的倾斜角和旋转角。连续的平面切片具有相等的倾斜角 但是变化的旋转角，使得连续切片的垂直轴定义关于旋转轴的章动(nutation) 和进动(precession)。也就是说，选择函数Y(;,s)使得锥形束中的射线尽可能 地与预先选择的平面切片一致。因而，通过尝试选择与预先定义的平面几乎 一致的射线，仍然近似了重建平面图像切片的2D正弦图所用的多条射线， 这可能导致最终重建图^f象中的误差。因此，期望设计改进的装置和方法，其生成多个2D正弦图来减少用于 螺旋锥形束数据的重建时间。还希望设计装置和方法，用于重排减少与重排 处理相关联的误差的锥形束数据。
技术实现思路
本专利技术是用于基于最优化的射线一致性方法，将锥形光线投影数据重排 为一 系列二维正弦图的定向方法和装置。根据本专利技术的一个方面， 一种CT成像系统包括具有用于接收要扫描 的目标的开口的可旋转机架(gantry);配置来将高频电磁射线的锥形束投影 到目标的高频电磁能量投影源；以及用于检测高频电磁射线的锥形束并且从 此生成锥形束数据的检测器阵列。所述CT成像系统还包括计算机，所述计 算机被编程用于从所述检测器阵列接收锥形束数据，指定多个视角，并且 为多个指定的视角的每一个选择多条测量射线，所述多条测量射线具有近似 于通过最优化射线一致性确定的指定视角的视角。所述计算机还编程来基于 选择的多条测量射线为多个指定视角的每一个形成二维正弦图，并且基于选 择的多条测量射线为多个指定视角的每一个定义图像表面。根据本专利技术的另 一个方面， 一种计算机可读存储介质包括存储在其上、 表示一组指令的计算机程序，当其由计算机执行时，使得计算机从由检测器 阵列检测的X-射线的锥形束获取投影数据、为成像体积获取的锥形束投影数 据，并且将所述锥形束投影数据重排为平行几何形状锥形数据，其中所述平 行几何形状锥形数据中的X-射线定义为锥角、相对于旋转轴的平面内位移和 视角的函数。所述指令还使得计算机从具有最小化各X-射线之间的不一致性8的锥角和冗余权重的平行几何形状锥形数据选择X-射线，从选择的X-射线确 定多个图像表面，并且为所述多个图像表面的每一个形成二维正弦图。冲艮据本专利技术的另一个方面， 一种锥形束CT数据的图像重建的方法包括 以下步骤为沿着纵轴的多个点接收螺旋模式中的X-射线锥形束数据，并且 指定关于纵轴的多个视角，在所述多个视角形成二维正弦图。对于多个指定 视角的每一个，所述方法还包括以下步骤基于锥形束数据中各X-射线之间 最优化的射线一致性，从具有接近指定视角的视角的锥形束数据选择多条X-射线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＴ成像系统包括：　具有用于接收要扫描的目标的开口的可旋转机架；　配置来将锥形束的高频电磁射线投影到目标的高频电磁能量投影源；　用于检测所述锥形束的高频电磁射线并且从其生成锥形束数据的检测器阵列；以及　计算机，所 述计算机被编程用于：　从所述检测器阵列接收所述锥形束数据；　指定多个视角；　为多个指定的视角的每一个选择多条测量射线，所述多条测量射线每一个具有近似于通过最优化射线一致性确定的指定视角的视角；　基于选择的多条测量射线 为多个指定视角的每一个形成二维正弦图；以及　基于选择的多条测量射线为多个指定视角的每一个定义图像表面。

【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：杰德·D·帕克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US