CN101175439B - 执行超短扫描和对最新数据的更强加权的连续计算机层析成像 - Google Patents

Abstract

提供了用于实时检查对象或病人的感兴趣区域(ROI)的计算机层析成像设备和方法、计算机可读介质和程序单元。当仅仅要重构感兴趣的区域时，旋转辐射源和检测器元件以便它们覆盖外延小于π+α的圆弧(其中α是辐射源的束角)是足够的。此扫描范围称为超短扫描。超短扫描产生更少的数据。因此，图像重构更快，这非常适用于实时CT。然后可以进一步对CT数据加权，以便在超短扫描结尾处检测到的数据比在超短扫描开始处检测到的数据得到更强的加权。

Description

执行超短扫描和对最新数据的更强加权的连续计算机层析成像

本发明涉及X射线成像领域。具体地，本发明涉及计算机层析成像设备，涉及利用计算机层析成像设备检查感兴趣对象的方法，涉及计算机可读介质以及涉及程序单元。

计算层析成像(CT)是使用数字处理来根据围绕单一旋转轴获得的一系列二维X射线图像生成来对象内部的三维图像的处理。可通过采用适当的算法来完成CT图像的重构。

Noo，F，Defrise，M，Clackdoyle，R，Kudo，H，2002，“Imagereconstruction from fan-beam projections on less than a shortscan”，Phys.Med.Biol.47，2525-2546公开了根据扇束投影的二维图像重构，其实现了被导出以便根据使用计算层析成像(CT)设备获取的数据来重构图像的滤波背投影算法。

Kudo，H，Noo，F，Defrise，M和Rodet，T，2003“New approximatefiltered backprojection algorithm for cone-beam helical CT withredundant data”，In：Nuclear Science Symposium Conference Record，IEEE公开了一种用于锥束螺旋计算层析成像的滤波背投影算法。

CT荧光透视法是尤其在连续成像模式中使用CT以辅助活组织检查和其他图像引导过程的处理。然而，在也可称为连续CT系统(CCT)的已知CT荧光透视法系统中，实时显示感兴趣对象已确定的图像是困难的，这是因为巨大量的数据和重构算法的复杂度需要相当长的时间来根据所获取的数据来重构图像。因此，延迟(latency)是CCT最重要的问题之一。

可能存在对这样的计算机层析成像设备的需要，其在根据所获取的数据确定图像时具有足够低的有效延迟。

根据本发明，提供了具有根据独立权利要求的特征的计算机层析成像设备、利用计算机层析成像设备检查感兴趣对象的方法、计算机可读介质和程序单元。

根据本发明，提供了一种用于检查感兴趣对象的计算机层析成像设备，包括电磁辐射源，适用于绕着感兴趣对象旋转，并且适用于向感兴趣对象发出具有预定束角的电磁辐射束。另外，该计算机层析成像设备可包括检测元件，适用于绕着感兴趣的对象旋转，并且适用于重复检测由电磁辐射源发出的且穿过感兴趣对象的电磁辐射的扫描段，其中，所述扫描段具有小于180°和覆盖整个感兴趣对象所需的束角的总和的角度。该计算机层析成像设备还可包括确定单元，适用于重复地基于对所检测到的扫描段的分析来确定感兴趣对象的图像。

根据本发明，还提供了一种利用计算机层析成像设备检查感兴趣对象的方法，其中该方法包括步骤：围绕着感兴趣对象旋转电磁辐射源和检测元件；借助于电磁辐射源向感兴趣对象发出具有预定束角的电磁辐射束；以及借助于检测元件重复地检测由电磁辐射源发出且穿过感兴趣对象的电磁辐射的扫描段。该扫描段可具有小于180°和覆盖整个感兴趣对象所需的束角的总和的角度。此外，可基于对所检测到的扫描段的分析来重复确定感兴趣对象的图像。

根据本发明，提供了一种计算机可读介质，其中存储了利用计算机层析成像设备检查感兴趣对象的计算机程序，其在由处理器执行时适用于控制或执行上述方法步骤。

另外，根据本发明，提供了一种检查感兴趣对象的程序单元，其在由处理器执行时适用于控制或执行上述方法步骤。

可由计算机程序即由软件，或通过使用一个或多个专门电子优化电路即使用硬件，或以混合形式即借助于软件部件和硬件部件，来实现根据本发明对感兴趣对象的检查。计算机可读介质和程序单元可以在用于控制计算机层析成像设备的控制系统中实现。

在从属权利要求中公开了本发明的示例实施例。

根据本发明的示例实施例，提供了一种用于检查感兴趣对象的计算机层析成像设备，包括：电磁辐射源，适用于围绕着感兴趣对象旋转，并且适用于向感兴趣对象发出电磁辐射束；以及检测元件，适用于围绕着感兴趣对象旋转，并且适用于重复地检测由电磁辐射源发出且穿过感兴趣对象的电磁辐射的扫描段。该计算机层析成像设备还可包括确定单元，适用于重复地基于对所检测到的扫描段的分析来确定感兴趣对象的图像，以便将图像提供为可基本实时显示。该确定单元还适用于以下方式：其数据在扫描段检测时间区间的结尾部分检测到的、与扫描段相关的数据比在扫描检测时间区间的开始部分检测到的数据得到更强的加权。

根据本发明的另一示例实施例，提供了一种利用计算机层析成像设备来检查感兴趣对象的方法，该方法包括以下步骤：围绕着感兴趣对象旋转电磁辐射源和检测元件；借助于电磁辐射源向感兴趣对象发出电磁辐射束；以及借助于检测元件重复地检测由电磁辐射源发出的且穿过感兴趣对象的电磁辐射的扫描段。另外，重复地基于对所检测到的扫描段的分析来确定感兴趣对象的图像，以便将图像提供为可基本实时显示，其中其数据在扫描段检测时间区间的结尾部分检测到的、与扫描段有关的数据比在扫描检测时间区间的开始部分检测到的数据得到更强的加权。

根据本发明的一个方面，提供了允许实时显示从连续捕获的检测数据中导出的图像的计算机层析成像设备。通过将扫描段调整为所谓的超短扫描段来实现这一点，其中超短扫描段具有小于π(也就是半个圆周)加上可覆盖整个感兴趣对象的束角(例如，束的扇角)的(在可安装在台架上的电磁辐射源和检测元件的旋转期间扫描的)扫描角。换言之，仅仅估算与感兴趣对象的局部(例如，感兴趣对象的中心圆形区域)有关的数据，以便仅仅考虑与感兴趣对象的这个减少部分有关的高度相关数据用于分析，也就是说，来确定或重构感兴趣对象的至少一部分的图像。根据本发明，在连续CT系统(或CT荧光透视系统)的框架下实现了已经由Noo等人2002年的上述参考文献在另一上下文中引入的超短扫描的概念，以允许几乎实时地显示所确定的图像。因而，根据本发明的计算机层析成像荧光透视设备允许生成感兴趣对象的感兴趣部分的某类“电影”，其可(例如)被提供给放射线学者来计划或控制或执行例如活组织检查之类的治疗(treatment)。较少数据要被分析意味着更短的分析时间，以及由此减少的延迟。

根据本发明的另一方面，提供了对所获取的数据进行加权的有利方案。根据这个加权方案，优选和主要选择扫描段中这样的数据用于图像的后续重构，这些数据已在仅仅短时间之前(即，在获取与扫描段有关的数据的过程的结尾)获取，而已在相当长时间之前(即，在获取与扫描段有关的数据的过程的开始)获取的扫描段的数据被优先排序为更低。

本发明涉及不同但非常相关的方面。根据一个方面，通过提供允许利用减少量的数据进行处理的超短扫描，减少了实际延迟，由此加速了分析或重构。根据另一方面，通过主要使用最近(即，在扫描结尾处)获取的数据来进行分析，而减少了有效延迟。独立或组合地采用这两个措施都允许在CT荧光透视系统的框架中减少延迟。

可能出现这样的场景，其中放射线学者可能期望获得病人的肺部组织的样本。为此目的，放射线学者必须将针插入肺部。为了在这个危险的过程中帮助放射线学者，有利的是向放射线学者提供要由该放射线学者处置的有机体(如，肺)的可时间分辨的图像。根据本发明，通过提供显著简化且加速的重构算法(其包括减少的要处理的数据量，即仅仅包括与感兴趣对象内部的感兴趣区域有关的数据)来实现这一点。另外，通过主要估算非常新近的数据，增加了图像的可靠性。换言之，可在CCT设备的框架下实现超短扫描和/或可实现改进的加权方案。

由此，通过利用CT扫描仪从尺度降低的感兴趣部分和/或利用高的最新程度来连续捕捉数据和重构图像，使得CT图像的实时显示成为可能。由此，非常短的延迟是可实现的，并且例如为了活组织检查的目的，可向放射线学者提供感兴趣对象或区域的高度可靠数据。换言之，本发明提供了允许快速扫描时间和快速图像重构的实时CT或CT荧光透视设备。可使用实时图像来指导如损伤、活组织检查和排泄之类的干涉过程。可利用特定帧频(例如每秒12帧)来重构图像。然后，可向监视器提供实时重构的数据以便查看CT荧光透视输出。

在也被称为CT荧光透视的连续CT(CCT)中，在台架旋转的同时连续获取病人的X射线投影。重构一系列图像/体积(volume)，其中假设最新的图像/体积表示病人的目前状态，以便允许例如活组织检查的在线指导。根据本发明，作为CCT中最重要问题之一的延迟被显著降低了。与基于沿着所谓短扫描段获取的数据来进行重构且不考虑数据的时间线的现有技术相反，根据本发明的重构可实现所谓超短扫描段和/或可集中关注新的数据。

并到本专利申请的公开中且公开了可用于在根据本发明的系统的框架中分析数据的算法的上述参考文献Noo等人(2002年)，公开了需要甚至少于短扫描段以重构感兴趣区域的2D重构算法。根据本发明，通过将这个算法应用于CCT技术，可显著降低延迟。当应用于CT荧光透视系统时，根据Noo等人(2002年)的算法的另一优点是可在对数据滤波之后执行对数据的加权。由此，根据本发明，与在重组之后利用Parker加权或并行束重构的传统方法相比，可更有效地执行滑动窗口重构。

根据本发明的一个方面，可在CT荧光透视中实现超短扫描。根据CT荧光透视，可显示通过CT管的连续旋转而产生的恒定更新的图像。由此，根据本发明，通过使用小于π加上覆盖整个感兴趣对象的扇角的扫描角来执行CT数据的实时分析。

参照从属权利要求，将描述本发明的其他示例实施例。

接着，将描述用于检查感兴趣对象的计算机层析成像设备的示例实施例。这些实施例还可应用于利用计算机层析成像设备之一来检查感兴趣对象的方法、计算机可读介质、以及程序单元。

计算机层析成像设备可适用于这样的方式，即确定单元确定感兴趣对象的仅仅一部分图像。通过采用这个措施，可减少要分析的数据量，这是因为仅仅使用与感兴趣对象的一部分(例如，仅仅病人的有机体或有机体的一部分)有关的数据。特别地，所分析的感兴趣对象部分可以是感兴趣对象的中心部分。这样的中心部分可以是感兴趣对象的中心圆形部分。感兴趣对象的这部分应该具有凸形几何形状，例如可以是椭圆。

确定单元可适用于重复地基于所检测到的扫描段的滑动窗口重构分析来确定感兴趣对象的图像。换言之，例如，可使用与检测器中的X射线管在其上旋转的圆形轨迹上的不同段有关的数据用于重构感兴趣对象或其部分的图像。

计算机层析成像设备还可包括显示器，用于实时地显示感兴趣对象结构所确定的图像。例如，可为放射线学者提供监视器，以允许放射线学者监视感兴趣对象的结构的时间依赖性，以例如计划或执行活组织检查。例如，这样的显示器可以是阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)或等离子显示装置。

可提供控制单元，适用于基于可实时显示的感兴趣对象的结构的图像来控制对感兴趣对象的处置。特别地，控制单元可适用于基于可实时显示的感兴趣对象的图像来控制对感兴趣对象的活组织检查。这允许用户连续监视被处置对象的新结构，这允许对感兴趣对象更可靠和更低危险的处置。

确定单元可适用于重复地基于这样的分析来确定感兴趣对象的图像，该分析包括对与扫描段有关的已检测到数据的滤波、以及随后对与扫描段有关的经滤波数据进行加权。换言之，根据本发明，可在滤波之后应用加权。这个特征可允许减少用于重构(特别是用于滑动窗口重构)的计算成本，以便可进一步提高延迟特性。

确定单元还可适用于使用不连续的加权函数来对与扫描段有关的数据进行加权。换言之，在本发明的情况下，可实现非光滑的加权函数(例如步进函数)，这允许用更少的计算负担并因此以更快的方式来重构图像。可能有利的是，以抑制假象这样的方式来选择加权函数。

确定单元可适用于以下方式：使得其中数据在扫描段检测时间区间的结尾部分检测到的、在与扫描段有关的的数据比在扫描检测时间区间的开始部分检测到的数据得到更强的加权。在扫描段(例如超短扫描段)内，X射线管和检测器可覆盖超过π的角。在这个角范围结尾处捕捉的数据比在开始处捕捉的数据更为新。根据本发明的加权方案，可主要使用那些相当新近捕捉的数据用于分析，以便所重构和显示的图像与不久前时间处的感兴趣对象的几何形状有关。换言之，可以这样的方式来选择加权函数，即使用扫描段的“年轻”数据用于分析，而忽略或以不那么强的方式来使用相对“老”的数据。

确定单元还可适用于重复地确定感兴趣对象的结构的三维图像。可根据二维投影来计算这样的空间排列或三维图像。

特别地，根据本发明的计算机层析成像设备可适用为计算机层析成像荧光透视设备或连续计算的层析成像设备。在这个技术的框架下，提供受调查对象的实时图像是特别有利的。

根据本发明的计算机层析成像设备可适用于以下方式：电磁辐射源和检测元件沿着圆形轨迹围绕感兴趣对象旋转。换言之，可执行圆形扫描，即，可将电磁辐射源和检测元件布置在台架上，以绕着受调查对象旋转。当使用多片检测器时，圆形扫描特别有利。然而，也可使用单片检测器。

计算机层析成像设备可包括布置在电磁辐射源和检测元件之间的准直仪，该准直仪适用于对准由电磁辐射源发出的电磁辐射束以形成具有所述预定束角的扇束或锥束。因此，这样的准直仪允许限定辐射轮廓。本发明主要针对扇束几何体，但是也可应用于锥束几何体。

计算机层析成像设备中的检测元件可形成单片检测器阵列。这个配置允许以低工作量来构造计算机层析成像设备。

作为选择，检测元件可形成多片检测器阵列。当与圆形扫描相组合时，这个配置可特别有利。

计算机层析成像设备还被配置为包括以下的群组之一：医学应用设备、材料测试设备和材料科学分析设备。本发明创建了高质量的自动化系统，其可以以时间分辨的方式来自动识别特定类型的材料。这样的系统可采用根据本发明的计算机层析成像设备，其具有用于向检测器发出透过或穿过所检查对象或人的X射线的X射线辐射源，这允许高准确度地检测感兴趣对象内部的感兴趣区域。

本发明的上述和其他方面根据下文描述的实施例的示例而变得清楚，并且参照这些实施例的示例来解释。

下文中，将参照实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于此。

图1A示出了根据本发明示例实施例的计算机层析成像设备。

图1B示出了利用图1A的计算机层析成像设备执行的超短扫描的几何体系的示意图。

图2说明了根据本发明示例实施例的射线几何体系。

图3A示出了在利用计算机层析成像设备检查感兴趣对象的方法期间获取的数据。

图3B针对传统的并行重组(rebinning)示出了在扫描期间获取的数据(点)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。

图3C针对利用根据本发明示例实施例的计算机层析成像设备检查感兴趣对象的方法、示出了用于预处理但不用于背投影的数据(叉)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。

图3D针对传统的利用缩小视场(fov)的重构的并行重组、示出了在扫描期间获取的数据(点)、用于预处理但不用于背投影的数据(叉)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。

图3E针对利用根据本发明示例实施例的计算机层析成像设备并利用缩小视场(fov)的重构来检查感兴趣对象的方法、示出了在扫描期间获取的数据(点)、用于预处理但不用于背投影的数据(叉)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。

图4示出了要在本发明的计算机层析成像设备中实现的数据处理装置的示例实施例。

附图中的图示是示意性的。在不同的图中，类似或相同的元件具有相同的附图标记。

图1A示出了根据本发明的计算机层析成像设备的示例实施例。

参照此示例实施例，将针对在人类病人有机体的检查中的应用来描述本发明。然而，应注意的是，本发明不限于这个应用，而是还可以应用于医学成像的其他领域中、或诸如材料测试之类的其他工业应用中。

图1A所描述的计算机层析成像设备100是扇束CT扫描仪。然而，还可利用锥束几何体来执行本发明。图1A所描述的CT扫描仪包括台架101，其可绕着旋转轴102旋转。借助于电机103来驱动台架101。参考数字104指示诸如X射线源之类的辐射源，根据本发明的一个方面，其发出多色或实质上单色的辐射。

参考数字105指示孔径系统，其将从辐射源发出的辐射束形成为扇形辐射束106。这样引导扇束106以便其穿透布置在台架101中央(即，在CT扫描仪的检查区域中)的感兴趣对象107，并撞击到检测器108上。可从图1A得知，检测器108布置在面对辐射源104的台架101上，这样使得检测器108的表面由扇束106所覆盖。图1A所描述的检测器108包括多个检测器元件123，每个检测器元件123都能够检测已经穿过了感兴趣对象107的X射线。

在扫描感兴趣对象107期间，辐射源104、孔径系统105和检测器108沿着台架101在箭头116所指示的方向上旋转。对于带着辐射源104、孔径系统105和检测器108的台架101的旋转，电机103连接到电机控制单元117，其连接到确定单元118(其也可以被称为计算单元)。

在图1A中，感兴趣对象107是放在安装台119上的人类病人。在扫描感兴趣对象107期间，台架101绕着人类病人107旋转。安装台119可沿着平行于台架101的旋转轴102的方向移动感兴趣的对象107。可验证圆形扫描路径来扫描感兴趣的对象107。

另外，应强调，作为对图1A所示的扇束配置的替代，可通过锥束配置来实现本发明。为了生成主扇束，可将孔径系统105配置为狭缝准直仪。

检测器108连接到确定单元118。确定单元118从检测器108中的检测器元件123接收检测结果即读数，并基于这些读数确定扫描结果。另外，确定单元118与电机控制单元117进行通信，以便通过电机103调整台架101的移动，并且可与X射线源104通信以控制辐射剂量和曝光时间。

确定单元118适用于根据检测器108的读数重构图像。可通过显示器130输出由控制单元118生成的重构图像，显示器130还可包括用于用户交互的装置，例如键盘、计算机鼠标等。

可通过数据处理器来实现确定单元118以处理来自检测器108的检测器元件123的读数。

计算机层析成像设备100包含适用于向感兴趣对象107发射X射线的X射线源104。在电磁辐射源104和检测元件123之间提供的准直仪105适用于校准从电磁辐射源104发出的电磁辐射束以形成扇束。检测元件123形成多片检测器阵列108。计算机层析成像设备100被配置为医学检查设备。

用于检查病人107的计算机层析成像设备100包括X射线管104，其适用于被安装在台架101上以绕着病人107旋转，并适用于向病人107发出具有预定束角α的X射线。另外，检测元件123可被安装在台架101上以绕着病人107旋转，并重复地检测从X射线管104发出并穿过病人107的电磁辐射的扫描段。检测元件123所捕捉的扫描段具有小于180°和覆盖整个病人107所必须的束角总和的角。

确定单元118重复地基于对所检测到的扫描段的分析来确定病人107的结构的图像，以便使得可将图像提供为可实时地在显示装置130上显示。特别地，确定单元118适合于这样的方式：仅仅考虑与病人107的感兴趣部分125(例如，作为受研究有机体的肺，或病人107内的圆形部分)有关的检测数据用于图像重构。由此，必须由确定单元118处理减少的数据量，以确定要在显示器107上连续显示的感兴趣部分125的三维图像。通过对所检测到的扫描段的滑动窗口重构分析，确定单元118可确定感兴趣部分125的三维图像。

计划或同时执行病人107的活组织检查的放射线学者可连续地在显示装置130上监视感兴趣部分125的新近图像，这允许放射线学者以高准确度以及对病人107健康的降低风险来执行活组织检查。计算机层析成像设备100适用为计算机层析成像荧光透视设备或者连续计算机层析成像设备。

当重复确定病人107结构的图像时，确定单元118执行分析，该分析包括对与所检测的扫描段有关的数据进行滤波、以及随后对经滤波的、与所检测的扫描段有关的数据进行加权。通过在滤波之后进行加权，改善了用于重构图像的计算负担，以及由此的系统实时功能性。

如将在下文中描述的那样，确定单元使用不连续加权函数(即，一种阶跃函数)来对与扫描段有关的数据进行加权。具体地，其数据在扫描段检测时间区间的结尾部分检测到的、与扫描段有关的数据比在扫描检测时间区间的开始部分检测到的数据得到更强的加权。因此，在显示器130上显示的图像是非常新的、感兴趣部分125的图示。

在下文中，参照图1B，示出了图1A的计算机层析成像设备100的部分示意图，以说明该设备的几何体系。

如可从图1B看出，X射线管104和检测器108在台架101上旋转。在旋转期间，X射线源104在基本覆盖病人107的整个直径的角度为α的分段内发出电磁辐射。然而，对于图像的后续分析和重构，例如，在缩小的视场是足够的情况下(例如，当仅仅应当确定与角β有关的、对象107的经减少部分125的图像时)，仅仅需要使用所捕获图像的一部分。对病人107的圆形中央部分125的限制将X射线管104和检测器108必须沿着台架101旋转的角范围减少到超短(super-short)。

下文中，将描述根据本发明示例实施例的重构图像和执行测量的方法。

根据此示例实施例，用于CCT设备100的方法是超短扫描算法，其类似于提供2D方法的上述参考文献Noo等人(2002)和Kudo等人(2003)，但已用通常的方式推广到3D。

图2中示出了此重构方案的几何体系。

令

是加权函数，其在所测得的射线的投影值上起作用，以使得根据他们的重数(multiplicity)来对冗余射线进行加权

$\underset{i}{\overset{N(\stackrel{\→}{n},s)}{\mathrm{\Σ}}}w(\stackrel{\→}{n},\mathrm{\λ})=1$

(1)

$s=\stackrel{\→}{n}\·\stackrel{\→}{a}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

(2)

通过使用斜坡和Hilbert滤波器之间的关系

(3)

以及所谓Hamaker关系(见Hamaker，C等“The divergent beamx-ray transform”，Rocky Mountain Journal of Mathematcics，6：253-283，1980)：

$P_H(\stackrel{\→}{n},s){|}_{s=\stackrel{\→}{a}\left(\mathrm{\λ}\right)\·\stackrel{\→}{n}}=g_H(\stackrel{\→}{n},\mathrm{\λ})$

(4)

据此，可导出以下准确的重构算法(见Noo等人(2002)，特别是等式(26)和(38))：

$f\left(\stackrel{\→}{x}\right)=\∫\mathrm{d\λ}\frac{1}{R-x\cos \mathrm{\λ}-y\sin \mathrm{\λ}}w(u,\mathrm{\λ})g^F(u,\mathrm{\λ})$

(5)

$g^F(u,\mathrm{\λ})=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\∫d{u}^{\′}{h}_H(u-u^{\′})\frac{R}{\sqrt{R^2+u^2}}(\frac{\∂}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂u^{\′}}{\∂\mathrm{\λ}}\frac{\∂}{\∂u^{\′}})g(u^{\′},\mathrm{\λ})$

(6)

在等式(5)、(6)中，g^F是滤波函数，w是加权函数。

与标准扇束重构相反，根据本发明当前实施例的重构方案，在滤波之后进行加权。这暗示着不需要(如在Parker加权中那样)使用光滑的加权函数来避免假象。

在下文中将利用这个认识。

将Noo等人2002的算法应用于CCT，会有利地认识到，对于CCT应用，对于空间分辨率的要求不是非常苛刻。因此，足以通过减去后续投影来近似相对于λ的导数，以便实现此步骤在预处理上的微不足道的附加延迟。

假设感兴趣区域(ROI)完全拟合具有半径r_fov的中央圆形区域，其一般比具有半径R_fov的系统的扫描视场(fov)要小。

以λ₁和λ₂为界的短扫描段(其中λ₂＞λ₁)具有长度：

λ₂-λ₁＝π+2arcsin(R_fov/R)

(7)

而超短扫描段具有长度

λ₂-λ₁＝π+2arcsin（r_fov/R)

(8)

对于使用Noo等人2002的算法的、在感兴趣区域(ROI)内的对象的重构，仅仅需要超短扫描段。

对于CCT，目标是尽可能强地使用最新的数据。这可通过使用以下加权函数来在Noo等人2002的算法的框架下实现：

(9)

其中

α(u)＝arctan(u/R)

(10)

α(u)是在u处击中检测器的射线的扇角。

下文中，参照图3A到图3E，将描述如何利用根据本发明的方案来降低延迟。

图3A到图3E所示的图沿横坐标绘出了源角λ，并沿纵坐标绘出了扇角α。

可以说，沿图3A到图3E中的图的横坐标所绘出的源角λ与测量时间轴有关。图3A到图3E中的图的横坐标的右手侧的数据在扫描结尾处获取，而图3A到图3E中的图的横坐标的左手侧的数据在扫描开始处获取。

图3A作为点示出了在利用计算机层析成像设备检查感兴趣对象的方法期间获取的数据。

图3B针对传统的并行重组图像重构方法而示出了在扫描期间获取的数据(点)，以及用于预处理和背投影的数据(粗点)。小点指示根本不使用的经测得的数据。粗点涉及用于预处理和背投影的数据。然而，未使用许多非常新的数据(见图3B右手测的非粗点的三角形)。因此，在传统并行重组图像重构方法的情况下，延迟相当大。

图3C针对利用根据本发明示例实施例的图像重构方法而示出了用于预处理但不用于背投影的数据(叉)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。如可从图3C看出，主要使用非常新的数据用于重构，这使得减少了有效延迟。

比较图3B和图3C，两个方法都使用相同范围的投影，但根据图3C的方法使用平均起来更新的数据，因此有效延迟较小。图3B和图3C涉及其中不是研究缩小的视场、而是研究整个视场(r_fov＝R_fov)的情形。

图3D和图3E涉及其中研究缩小的视场的情形，也就是说r_fov＜R_fov。下文中，将针对图3D和图3E描述用于图像重构的数据使用。

图3D针对传统利用缩小的视场(fov)的重构而进行的并行重组而示出了在扫描期间获取的数据(点)、用于预处理但不用于背投影的数据(叉)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。然而，不使用非常新的数据(见图3D右手侧的非粗点的三角形)。因此，在传统并行重组图像重构方法的情况下，延迟相当大。

图3E针对利用用于缩小的视场(fov)的重构的、利用根据本发明示例实施例的计算机层析成像设备来检查感兴趣对象的方法而示出了在扫描期间获取的数据(点)、用于预处理但不用于背投影的数据(叉)和用于预处理及背投影的数据(粗点)。如可从图3E中看出，主要使用非常新的数据用于重构，这使得减少了有效延迟。另外，根本不需要四个左边列的数据(即，非常旧的数据)用于重构，以使得必须处理更少的数据，这使得减少了处理时间。因而，在图3E的情况下显著地降低了有效和实际延迟二者。

总之，根据图3D的并行重组方法仍使用全部投影，而根据图3E的方法不需要使用最后四个投影。因此，进一步降低了延迟。

如可从图3C、图3E中看出，在右手侧(也就是说，高源角λ的)的非常新的数据被以比图3B、图3D的情况更强的方式来使用以用于重构，以使得所接收的图像是感兴趣对象的非常新的图像。

对于完全fov重构，对于传统方法和新方法，都需要相同范围的投影角。然而，新方法所使用的数据的平均年龄(age)较小，这导致了更小的有效延迟。对于更小的ROI，使用根据本发明的方法需要更少的扇束投影，这导致进一步减少的实际延迟。

应注意到，在相当大范围的源角λ上，加权是常数。这意味着可在后续图像中共享常数加权的投影的部分背投影，以减少整体计算成本。

具体而言，根据本发明的示例实施例，利用等式(5)和(6)的公式来执行重构。

在这些等式中，h_H表示Hilbert变换的卷积核。根据本发明的这个算法的两个主要特征是其有助于使用少于短扫描的数据进行重构，以及在滤波之后应用加权。第一个特征可用于与其他构建技术相比减少CCT中的延迟，而第二个特征减少了用于CCT中强制的滑动窗口重构的计算成本。对于完全拟合半径r_fov的中央圆形区域的感兴趣区域的连续重构，超短扫描段以根据等式(8)的投影角为界限定。根据所述发明，可使用根据等式(9)的加权函数，其导致最小的可能延迟。

图4描绘了用于执行按照本发明的方法的示例实施例的、根据本发明的数据处理装置400的示例实施例。图4中描绘的数据处理装置400包括中央处理单元(CPU)或图像处理器401，其连接到用于存储图像的存储器402，该图像绘出了感兴趣的对象，如病人或包裹项。数据处理器401可连接到多个输入/输出网络或如MR装置或CT装置之类的诊断装置。数据处理器401还可连接到显示装置403，例如，计算机监视器，用于显示在数据处理器401中计算或适配的信息或图像。操作员或用户可经由键盘404和/或其他输出装置(未在图4中绘出)而与数据处理器401交互。另外，经由总线系统405，还可以将图像处理和控制处理器401连接到(例如)监视感兴趣对象的运动的运动监视器。例如，在对病人的肺进行成像的情况下，运动传感器可以是呼气传感器。在对心脏成像的情况下，运动传感器可以是心电图(ECG)。

可有利地应用本发明的示例技术领域包括包裹探测、医学应用、材料测试、以及材料科学。可以较少的工作来实现改善的图像质量和减少的计算量。此外，本发明还可应用于心脏扫描领域以检测心脏病。

应注意，短语“包括”不排除其他元件和步骤，“一”或“一个”不排除多个。此外，可组合与不同实施例相关联地描述的单元。

还应注意，权利要求中的(参考符号)不应构成对权利要求范围的限制。

Claims (19)

1.一种用于检查感兴趣对象(107)的计算机层析成像设备(100)，该计算机层析成像设备(100)包括：

电磁辐射源(104)，适用于围绕感兴趣对象(107)旋转，并且适用于向感兴趣对象(107)发出具有预定束角的电磁辐射束；

检测元件(123)，适用于围绕着感兴趣对象(107)旋转，并且适用于重复地检测由电磁辐射源(104)发出且穿过感兴趣对象(107)的电磁辐射的扫描段，其中，所述扫描段具有小于180°和覆盖整个感兴趣对象(107)所需的束角的总和的角；

确定单元(118)，适用于重复地基于对所检测到的扫描段的分析来确定感兴趣对象(107)的图像，

其中所述确定单元(118)适用于以下方式：其数据在扫描段检测时间区间的结尾部分检测到的、与扫描段有关的数据比在扫描检测时间区间的开始部分检测到的数据得到更大的加权。

2.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于确定感兴趣对象(107)的仅仅一部分的图像。

3.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于确定感兴趣对象(107)的仅仅中央部分的图像。

4.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于确定感兴趣对象(107)的仅仅中央圆形部分的图像。

5.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于确定感兴趣对象(107)的仅仅具有凸形几何形状的部分的图像。

6.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于重复地基于对所检测到的扫描段的滑动窗口重构分析来确定感兴趣对象(107)的图像。

7.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，包括显示器(130)，用于基本实时地显示感兴趣对象(107)的所确定的图像。

8.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，包括控制单元，适用于基于可基本实时显示的感兴趣对象(107)的图像来控制对感兴趣对象(107)的处置。

9.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，包括控制单元，适用于基于可基本实时显示的感兴趣对象(107)的图像来控制对感兴趣对象(107)的活组织检查。

10.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于重复地基于这样的分析来确定感兴趣对象(107)的图像，该分析包括对与检测到的扫描段有关的数据进行滤波，以及接着对经滤波的、与检测到的扫描段有关的数据进行加权。

11.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于使用不连续加权函数来对与扫描段有关的数据进行加权。

12.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述确定单元(118)适用于重复地确定感兴趣对象(107)的三维图像。

13.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，适用为计算机层析成像荧光透视设备。

14.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，适用于以下方式：电磁辐射源(104)和检测元件(123)沿着圆形轨迹围绕着感兴趣对象(107)旋转。

15.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，包括布置在所述电磁辐射源(104)和所述检测元件(123)之间的准直仪(105)，所述准直仪(105)适用于校准由电磁辐射源(104)发出的电磁辐射束，以形成具有所述预定束角的扇束或锥束。

16.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述检测元件(123)形成单片检测器阵列。

17.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，其中所述检测元件(123)形成多片检测器阵列(108)。

18.根据权利要求1的计算机层析成像设备(100)，被配置为包括以下设备的群组之一：医学应用设备、材料测试设备和材料科学分析设备。

19.一种利用计算机层析成像设备(100)检查感兴趣对象(107)的方法，

该方法包括以下步骤：

围绕着感兴趣对象(107)旋转电磁辐射源(104)和检测元件(123)；

借助于所述电磁辐射源(104)向感兴趣对象(107)发出具有预定束角的电磁辐射束；

借助于检测元件(123)来重复地检测由所述电磁辐射源(104)发出且穿过感兴趣对象(107)的电磁辐射的扫描段，其中所述扫描段具有小于180°和覆盖整个感兴趣对象(107)所需的束角的总和的角；

重复地基于对所检测到的扫描段的分析来确定感兴趣对象(107)的图像，

其中所述确定感兴趣对象(107)的图像适用于以下方式：其数据在扫描段检测时间区间的结尾部分检测到的、与扫描段有关的数据比在扫描检测时间区间的开始部分检测到的数据得到更大的加权。

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