CN101512380A - 使用静止计算机x射线断层造影几何学的投影数据的采集和再现 - Google Patents

Abstract

提供了一些系统和方法用于采集和再现投影数据，其中所述投影数据是使用计算机X射线断层造影(CT)的系统采集的并且是在数学上完备或足够的。在一个实施例中，分布源被设置为在X－Y平面中和沿着所述Z轴偏移的弧形段。在另一实施例中，一组表示圆柱形表面的取样部分的投影数据被提供。该组投影数据是使用合适的锥形束再现算法予以再现的。在另一实施例中，使用螺旋插值而处理两个或多个组在空间上交错的螺旋投影数据。使用二维轴向再现算法或三维再现算法使螺旋插值的所述组投影数据再现。

Description

使用静止计算机X射线断层造影几何学的投影数据的采集和再现

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年8月30日提交的名称为“使用静止CT几何学的投影数据的采集和再现”的美国临时专利申请No.60/841,010的优先权，其在此全部以参考的方式被并入。

技术领域

本发明总的涉及计算机X射线断层造影(CT)的成像系统，确切地说，涉及静止CT系统的源和检测器结构以便于测量更多数学上完备的投影数据用于图像再现。

背景技术

CT投影数据集包含来自相对于成像的病人或者物体的X-射线管和检测器的众多角位置或视角的投影测量数据。一组数学上完备的投影数据包括在数据采集系统的约束内的不用人为因素足以再现成像空间(imagingvolume)的测量数据。数学上的不完备会起因于投影数据的完全缺失投影、一部分图像内的缺失投影数据或者选择不合适的几何成像参数例如在螺旋采集模式下穿过台架(gantry)的病人或物体的速度。重要的是所述投影数据数学上是完备的，否则，不可能以特定应用所需要的逼真度再现图像数据。

CT是一种建立二维横截面图像或者三维结构的三维立体图像的技术。这种X射线断层造影技术对非侵害的成像例如对于安全甄别、行李和包裹检查、制造质量控制以及医疗评估是特别有用的。

传统的CT成像系统可包括CT台架和用于将物体移动到所述台架内由X-射线准直器限定的成像空间内以便被扫描或从该成像空间内被移出。在该系统中，所述台架一般是可移动的框架，该框架包含X-射线源，其一般为包括在其一侧上的准直器和滤波器的X-射线管；以及在相对侧上的检测器，该检测器具有相关的数据采集系统(DAS)。所述台架一般还包括需要滑环系统的旋转部件以及所有相关的电子设备，例如台架测角电机和定位激光。

例如，在所谓的“第三代”CT系统中，X-射线源和所述检测器阵列成固定结构，该固定结构是由台架在成像平面内并围绕要被成像的物体旋转，以使X-射线与所述物体相交的角度恒定地变化。X-射线检测器包括晶体或电离的气体，当被X-射线量子碰撞时该气体产生能被检测到和采集到用于产生预定图像的光或者电能。该旋转CT系统在旋转速度、系统的机械平衡性以及电和热条件具有限制，由于需要旋转柔性部件这些条件变得日益复杂。此外，这些限制制约了所述台架的可能的旋转速度，使得该旋转系统不适合于要求较好的瞬时清晰度和高吞吐量的应用中。

其他类型的CT结构不是旋转的，即是静止的，并且包括提供高扫描速度的结构。例如，在一个这样的静止CT系统中，X-射线源和检测器都是静止的并包围成像空间。在该系统中，X-射线源可以是分布X-射线源，包括沿其长度的多个分立的电子发射器以及分布阳极。

既然X-射线源和检测器在该静止CT结构中都是静止的，它们需要被设计成以便于合适的扫描协议。例如，在一个可能的轴向扫描结构中，在位于中心的检测器的两个纵向长度的分布X-射线会相对于区域检测器阵列稍微(垂直和/或径向地)偏离。结果，成像系统的视野的中心内的空间(volume)不会经受X-射线，阻止在该空间内再现。同样地，在螺旋扫描结构中，分布X-射线源会被放置在围绕整个成像空间的两个区域检测器之间。X-射线穿过两个检测器阵列之间的间隙以将X-射线通量发射到所述成像空间。因为X-射线源还被分布在所述台架的进入孔周围，所述间隙包围整个成像空间，其防止数学上完备的CT投影数据的测量以及所述空间的非人为图像再现。例如，对于螺旋采集，每个再现切片具有一些缺失的投影数据。结果，采集的投影数据在数学上是不完备的。

因此希望提供一种用于静止CT系统的改进的源和检测器结构或者修改的数据采集协议，以便测量用于图像再现的数学上更完备的数据以及提供用于通过该技术采集的再现数据的合适算法。

发明内容

提供了一种成像系统。该成像系统包括两个或多个弧形源。每个弧形源被配置成以从多个可寻址的位置发射X-射线。所述成像系统还包括两个或多个检测器阵列。由各个弧形源发出的X-射线通常入射到至少一个对应的检测器阵列上。

提供了一种用于对一空间成像的方法，该方法包括起动多个可寻址X-射线源位置的动作。每个X-射线源位置与扫描仪的分布弧形源有关。该扫描仪包括两个或多个分布弧形源。在起动时从由测量所述X-射线源位置发出的X-射线产生的投影数据得以采集。还提供了对应的权利要求，涉及可感知的可机读的介质，该介质包含能执行的代码以执行这些动作。

附图说明

当参照在所有附图中同样的附图标记表示相同的部件阅读以下详细的描述时，本发明的这些和其他特征、方面以及优点将变得更明显，其中：

图1是根据本发明的实施例的示例性静止CT系统的示意图；

图2是和示于图1的该种类型的系统一起使用的示例性源-检测器结构的示意图；

图3是用于图2的分布源的示例性发射位置的示意图；

图4是和图1的系统一起使用的另一示例性源-检测器结构的示意图；

图4A是图4的示例性源-检测器结构的立体图；

图5A是描述非倾斜源-检测器结构的源轨迹或物体位置的曲线示意图；

图5B是描述图4的倾斜源-检测器结构的源轨迹或物体位置的曲线示意图；

图6是和图1的系统一起使用的另一示例性源-检测器结构的示意图；

图7是和图1的系统一起使用的再一示例性源-检测器结构的示意图；

图8是和图1的系统一起使用的再一示例性源-检测器结构的示意图；

图9是和图1的系统一起使用的另一示例性源-检测器结构的示意图；

图10是描述用于再现根据本发明的实施例的投影数据的示例性逻辑步骤的流程图；以及

图11是描述用于再现根据本发明的实施例的投影数据的示例性逻辑步骤的流程图。

具体实施方式

现在参照图1，CT系统总地由附图标记10图示和表示。CT系统10包含扫描仪12，其形成为圆柱形台架并包含一个或多个静止的X-射线分布源14以及一个或多个静止数字检测器阵列16，如下更详细地描述。扫描仪12被配置成以接收支承构件18，该支承构件18穿过成像空间并且其上放置有要被扫描的物体。支承构件18能被移动而穿过扫描仪12中的孔以便将一个物体或多个物体合适地定位在成像序列(imaging sequence)过程中扫描的成像空间中。在一个实施例中，所述支承构件18是传送带，该传送带被配置成使得经历成像的物体连续或近似连续的通过扫描仪12。在其他实施例中，支承构件18是台或支承体，它们被配置成以将物体或病人移动到扫描仪12内。

所述系统还包括辐射源控制器24、支承体控制器26和数据采集电路28，其中的一些或者所有的可在系统控制器30的指导下起作用。辐射源控制器24调节从X-射线源位置34围绕分布X-射线源14朝相对侧上的检测器段发射X-射线的定时。在示例性的静止CT应用中，辐射源控制器24会以特定的时间间隔触发一个或多个可寻址电子发射器，该可寻址电子发射器提供从分布X-射线源14的源位置34发射的X-射线以便于透射的X-射线强度数据的多重采集。在某些实施例中，例如，辐射源控制器24会按顺序可寻址地触发X-射线源位置34以便围绕扫描仪12相邻或者不相邻的获取透射的X-射线强度。许多这种测量数据以成像顺序得以收集，并且耦接到如下所述的检测元件的检测器采集电路28从所述检测元件接收信号并处理这些信号用于储存和/或图像再现。在其他结构中，这些信号会被实时处理以将在扫描仪12的成像空间内的成像物体再现。支承体控制器26然后用来将支承构件18和物体适当地定位以在发射射线的平面或立体空间内成像。支承构件18会在成像序列过程中或之间移动，这取决于采用的成像协议。

系统控制器30一般调整辐射源控制器24、支承体控制器26和检测器采集电路28的操作。系统控制器30因此会使辐射源控制器24触发以发射X-射线辐射，以及在由系统控制器30限定的成像序列过程中协调这些发射。系统控制器30还会与这些发射配合调整支承构件18的运动以便测量感兴趣的不同物体或体积的透射的X-射线强度数据或者以便实现不同模式的成像，例如轴向或螺旋模式。系统控制器30还接收由检测器采集电路28采集的数据并协调采集到的投影数据的存储、处理和/或传输。虽然在图1中被表示为系统控制器30的一个部件，但是在实际实施中，辐射源控制器24、支承体控制器26和检测器采集电路28可以被设置在相同的物理结构中或可以不设置在相同的物理结构中。

应当认识到，这些控制器，以及在此描述的确实不同的电路，会被实施为硬件电路、固件和/或软件。例如用于成像序列的特定协议一般将被由系统控制器30执行的代码限定。而且，在由扫描仪12采集的透射的X-射线强度数据上进行的初始处理、调节(conditioning)、滤波以及其他操作可以在图1描述的一个或多个部件中执行。例如，如下所述，设置在检测器阵列16的多排多列中的检测元件36会产生表示光电二极管中的电荷耗尽的模拟信号以使这些模拟信号一般对应于在规定的取样时间期间入射到相应的检测元件36上的X-射线能量。在一个实施例中，这些模拟信号被扫描仪12内的电子设备转化为数字信号并被检测器采集电路28采集到。部分处理可以在此刻发生，这些信号最终被发送到系统控制器30，用于在一个该实施例中进一步滤波和处理。

系统控制器30还会包括或被耦接到操作员接口以及到一个或多个存储设备。所述操作员接口可与所述系统控制器集成，并且一般将包括操作工作站和/或键盘用于初始化成像序列、控制该序列以及操纵在成像序列过程中采集的数据。所述存储设备可以在成像系统10中或者部分地或完全地远离系统10。因此，存储设备可包括本地的、磁存储器或光存储器，或者本地或远程的存储库，用于成像数据的再现。而且，这些存储设备可被配置成以接收原始的、部分处理的或完全处理的数据，以便再现。

成像系统10可包括用于图像处理和再现的软件、硬件和/或固件，它们一般被描述为图像处理电路40。图像处理电路40可被配置成以与系统控制器30通信或者可被设置为系统控制器30的一部分。另外，图像处理电路40可被配置成以与连接的本地或远程系统或工作站42或连接的图像存档和通信系统(PACS)44通信或者被实施为连接的本地或远距系统或工作站42的一部分或者被实施为连接的图像存档和通信系统(PACS)44的一部分，其中所述PACS被配置成以存储处理过和/或未被处理的投影数据。如本领域内的那些技术人员将会认识到的，该图像处理电路40会通过各种数学操作、算法和技术处理采集的CT投影数据。例如，传统的滤波后的反投影(back-projection)技术会被用来处理和再现由成像系统10采集的数据。还可采用其他技术以及和滤波后的反投影结合使用的技术。

在一个实施例中，成像系统10还包括图像显示电路48，其会使所述处理过的图像数据分别以电子或印刷形式显示，例如在显示器50或打印机52上。本领域内的一般技术人员将会认识到此，该图像显示电路48会被实施为软件、硬件和/或固件以及会被设置为系统控制器30的一部分、操作员接口的一部分或者连接的工作站的一部分。

静止CT系统10的扫描仪12优选包括一个或多个分布X-射线源14以及一个或多个数字检测器16，用于接收辐射和处理对应信号，以产生投影数据。图2图示一部分的示例性扫描仪12，该扫描仪12限定了具有Z轴的成像空间，沿着Z轴，被成像的一个或多个物体穿过或进入到成像空间中。如图2所示，在示例性的实施中，分布X-射线源14会包括一组可寻址的X-射线源位置34，该X-射线源位置34被耦接到图1所示的辐射源控制器24，并在扫描仪12操作期间被源控制器24触发。在一个实施例中，分布源14的可寻址的X-射线源位置34是使用发射被朝向目标加速的电子束的电子束发射器予以实施。该目标在电子束碰撞于其上时发射X-射线辐射60，例如是钨条或钨元件。X-射线源会以反射或透射的形式得以操作。在反射模式下，X-射线意味着主要产生在和所述电子撞击相同的所述目标的侧部。在透射模式下，X-射线意味着产生在电子束撞击所述目标的相对侧部。所述X-射线束会在进入到成像空间之前被准直以使它们横越所述成像空间时X-射线60被形成为希望的锥形，如被描述的扇形，或其他形状。

尽管以上描述了具有多个可寻址的X-射线源位置34的分布X-射线源14的一个可能的实施方式，但也可能是其他的实施方式。例如，在一个实施例中，设想了一种冷阴极发射器，该冷阴极发射器将被罩在真空外壳内。分布静止阳极然后被布置在所述外壳内并与所述发射器间隔开。其他材料、结构以及操作原理当然会被用于分布源14。例如，一个发射装置可被配置成以将电子束发送到所述目标上的多个位置以便产生多个X-射线辐射束。该发射装置可以是许多可用的电子发射装置之一，例如，热离子发射器、冷阴极发射器、基于碳的发射器、光发射器、铁电发射器、激光二极管、单体半导体等。

如在此所述，本静止CT技术是基于使用多个分布和可寻址的电子发射源用于沿着一个或多个辐射源14产生大量可寻址的、分布X-射线源位置34。而且，每个分布辐射源14可与被设计成协同操作的单个的单一真空罩或者多个真空罩相关联。单独的X-射线源位置34能独立地和分别地寻址以使在由所述成像协议定义的成像序列过程中能实时从一些点处的每个X-射线源位置34触发所述辐射。在其他结构中，X-射线源位置34在一个逻辑组中是可寻址的，例如成对的或三个一组X-射线源位置34可被一起触发。在需要时，不只一个X-射线源位置34可实时在任何时刻同时予以触发，或者X-射线源位置34能以特定顺序予以触发来模拟围绕所述成像空间旋转，或者围绕所述成像空间或平面以任何希望的顺序予以触发。

返回到图2，可寻址的X-射线源位置34围绕所述成像空间的圆周定位，当被触发时，使X-射线60穿过所述成像空间发射到检测器阵列16的对应部分62上。检测器阵列16中X-射线入射到其上的那部分检测元件36产生可被图1的检测器采集电路28读取的信号。在一个实施例中，检测元件36包括闪烁型的装置、光电二极管以及有关的薄膜晶体管。撞击检测元件36的X-射线辐射60通过闪烁体被转化为能量较低的光子，这些光子撞击所述光电二极管。在所述光电二极管两侧保持的电荷因此被耗尽。晶体管可被控制以给光电二极管再充电并因此测量耗尽的电荷。通过顺序地测量各个光电二极管中的电荷耗尽，其中的每个都对应于每次采集的收集数据中的检测元件36或象素，数据被收集，该数据是在每个象素位置处穿过物体的穿透辐射的能量的编码。该采集的数据可被处理以将所述模拟信号转化为数字值，并被转换为表示线性衰减系数的线积分，且有可能被滤波后，被发送到如上所述的成像系统10的图像处理电路40。虽然根据基于闪烁体的能量积分装置已经描述了检测器阵列16，但是其他检测器类型例如气体电离、直接变换、光子计数或分辨能量的检测器是同样适合的。

如图2所示，间隙66设置在接口处的分布源14和检测器阵列16之间。特别地，为了允许从分布源14的X-射线位置34适当地发射X-射线，检测元件36没有邻近源14，围绕分布源14在检测器阵列16中产生间隙66。该间隙66会由于在间隙66中没有检测元件36因此导致采集到数学上不完备的投影数据，因此会导致图像伪影或者产生比希望的图像质量要低的其他质量的图像。

在一个实施方式中，分布源14的X-射线源位置34的单独触发顺序被改进以增加使用支承构件18穿过扫描仪12的成像空间的物体的投影数据的数学完备性。特别地，在一个实施例中，分布源14的X-射线源位置34是以非顺序的型式被单独触发的，即邻近X-射线源的位置不会在触发所述触发主方向中的第一X-射线源位置之后被触发。在一个实施例中，触发类型可被选择成或者配置成以使由触发的X-射线源位置34发射的X-射线不会入射到检测器阵列16上由先前或随后触发的X-射线源位置34发射的X-射线也入射到的那部分检测器阵列16上。

在另一实施例中，第一X-射线源位置可被触发，随之以第二X-射线源位置触发，其中所述第二X-射线源位置围绕扫描仪12以逆时针方向从第一X-射线源位置偏移固定角度，例如90°。接着，在逆时针方向上邻近第一X-射线源位置的X-射线源位置被触发，随之以在逆时针方向上邻近第二X-射线源位置的X-射线源位置被触发，等等。以这种方式，用围绕圆形扫描仪的角位置表示X-射线源位置，一个可能的X-射线源位置起动或触发型式会是围绕扫描仪12的0°、90°、1°、91°、2°、92°等。尽管整数角描述在此是通过例子予以提供的并且是为了简化解释，但是本领域内的一个技术人员会认识到不只一个X-射线源位置34会间隔在扫描仪12上的整数角位置之间，即多于360个X-射线源位置34会被设置在分布源14上。而且，角偏移不是90°，例如45°、120°、60°等，也会被采用。而且，会想到顺时针或者逆时针触发X-射线源位置34。

现在回到图3，该技术的另一实施例是以简化的例子的方式予以描述的，其中只有八个X-射线源位置72、74、76、78、80、82、84、86被描述。在该例子中，所述X-射线源位置按照下面的次序被分别触发。

 

1	X-射线源位置72
		2	X-射线源位置76
3	X-射线源位置74
		4	X-射线源位置78
5	X-射线源位置76

 

6	X-射线源位置80
		7	X-射线源位置78
8	X-射线源位置82
		9	X-射线源位置80
10	X-射线源位置84
		11	X-射线源位置82
12	X-射线源位置86
		13	X-射线源位置84
14	X-射线源位置72
		15	X-射线源位置86
16	X-射线源位置74

本领域内的一般技术人员将认识到，数百个X-射线源位置34可实际出现在分布源14上；本例子被简化并被提供仅用于图示目的。由所述例子图示的触发型式的类型是能按照比例绘制的并可被应用于具有任何数量的X-射线源位置34的扫描仪12。

以上描述的触发型式的类型对应于基本同时采集的两个螺旋扫描；其他合适的非顺序(或甚至为任意的)触发型式允许以任意方式采集投影数据和/或允许所述投影数据沿着限定所述成像空间的表面被取样，而不是仅沿着一个或多个螺旋轨迹。在本例子中，然而，对应于两个螺旋扫描的投影数据在空间上交叉并对使用支承构件18穿过扫描仪12的图像空间的成像物体的采集的投影数据的数学完备性。特别地，在这些实施例中，X-射线源位置34在和其他X-射线源位置34相同的X-Y平面内，但是由于使用支承构件8移动物体，相对于其他X-射线源位置34在Z方向中实际上具有不同的位置。由于所述X-Y平面内的偏移以及由于沿着Z轴的位移，损失的投影数据能通过使用与所述第二螺旋投影数据集对应的投影数据得以补偿。一般地，所述补偿射线来自与如上所述的未测量的射线相同的X-Y位置中或共轭X-Y位置的源位置34，本领域内的一般技术人员将认识到此。

例如，对于使用上述技术采集的投影数据，由于存在间隙66而缺失的一个螺旋投影数据集中的投影数据会通过使用来自第二螺旋投影数据集的投影数据得以补偿。特别地，在一个实施例中，对于与缺失的投影数据对应的每个X-射线源位置34，X-射线源位置将被投影到间隙66的所述第一螺旋的π节部分得以确定。然而，不是反投影这些X-射线源位置的插值数值，而是对于该位置，从对应但偏移的其他螺旋体的X-射线源位置反投影缺失的投影数据。

以这种方式，两个、三个，或总的来说，n个X-射线源位置34提供检测器阵列16上的投影，与第一X-射线源位置相比，在该检测器阵列16处，间隙66沿着Z轴偏移，并允许利用其他缺失的投影数据。在一个实施例中，再现可被执行为单独的再现，其中两个螺旋的“指定”(即，偏移的或者初始的)被交换。所述两个再现可以是平均的，这等同于在反投影过程中施加与三维象素有关的权重。本领域内的一般技术人员将认识到此，两个螺旋之间的偏移应当被选择成以使每个螺旋的投影间隙区域彼此不重叠或者重叠最小。

另外，现在回到图4和图4A，在另一实施例中，分布源14以及可能的检测器阵列16，相对于所述扫描仪的主圆柱轴倾斜倾角θ，相对于扫描仪的Z轴。本领域内的一般技术人员将认识到此，在该实施例中，分布源14可以是半径足以采集所需要的投影数据的椭圆形的或倾斜圆形。在该结构中，发射的射线会两次通过所述成像区域。通过改变倾角θ以及支承构件18的平移速度，该冗余能得以优化或增加。这样，否则会由于间隙66而缺失的投影数据会得以补偿或恢复。单个的检测元件36的垂直和水平边界可被定向为如图4A所示，或者它们可分别与由所述扫描仪几何形状所限定的轴向和横跨轴向的方向对准。

例如，现在参照图5A，Z值与旋转角a的关系曲线图被用于描述扫描仪12的传统结构，其中分布源14无倾斜角即θ＝0。线94表示给定的Z位置。当物体通过支承构件18横跨扫描仪12时，这由源轨迹线96表示，对于物体每个部分沿着螺旋源轨迹仅采集一次数据，导致在检测器阵列16中对应于间隙66的缺失数据。源轨迹线96和Z位置线94的交叉表示当其通过给定的Z位置时所述源的角位置。仅存在一个这样的交叉点。

现在回到图5B，Z值与旋转角a的类似关系曲线图被用于描述扫描仪12的结构，在此分布源14相对于Z轴倾斜，即θ≠0。在该实施例中，对于一些Z值有多个倾斜旋转角a，如线94和线96的交叉点所示。当物体通过支承构件18横跨扫描仪12时，这由源轨迹线96表示，所述最终获得的数据具有一些冗余，其能在再现过程中被使用以补偿所述数据的数学上的不完备性。事实上，再现部分的某些区域能被增加有另外的投影数据以使改进数学上的完备性。

现在参考图6和7，在本技术的另一实施例中，分布源14被设置为U形或大致为半圆形的源100，其具有近似180°或更大的角跨度。例如，在一个实施例中，大致为半圆形源100的角跨度为180°加上发射X-射线的扇形角。在该实施例的一个实施方式中，描述于图6中，圆柱形的检测器阵列102被设置成围绕扫描仪12大约为360°的跨度。间隙66设置在检测器阵列102中以容纳大致为半圆形的分布源100，但在不需要容纳大致半圆形的源100的地方没有出现在检测器阵列102上。在该实施例的另一实施方式中，示于图7，部分检测器阵列104围绕扫描仪12的足够跨度设置，以当大致半圆形的源100的端点X-射线源位置34活动时采集投影数据，即部分的检测器阵列104跨过的角度范围至少等同于大致为半圆形的源100的角度加上另外的范围以包含发射X-射线的扇形角。间隙66被设置在部分的检测器阵列104中以适应所述大致为半圆形的分布源100但没有出现在部分的检测器阵列104中的不需要适应大致为半圆形的源100的那些部分中。以这种方式，对于图6和7的描述的两个实施例，检测间隙66在扫描仪12的较大角度范围内被除去，这改进了采集的投影数据的数学上的完备性。

关于图6和7描述的实施例，完备集的投影数据能在某些情况下被获得。例如，如果对于视野内的每个点，子组X-射线源位置34形成路径的密集取样，当这些相应的X-射线源位置34中的每一个被触发时，相应的点被投影在检测器102、104上，连接该路径的端点的线段包括各个点，会获得完备集的投影数据。

而且，使用所描述的大致为半圆形源100结构，至于可获得的冗余数据的程度，所述冗余数据可被用来减小再现图像中的噪音。例如，噪声减小能通过从多通道(可能重叠)上获得的数据组合再现予以实现。本领域内的一般技术人员将认识到，这些通道的存在取决于在大致为半圆形的分布源100上的X-射线源位置34的触发顺序。例如，具体参考图6和7，多重准螺旋数据采集是通过从大致为半圆形的源100的一端到另一端顺序触发X-射线源位置34而获得的。并且，通过确定在触发顺序中是否跳过一个或多个X-射线源位置34，例如通过沿着大致为半圆形的源100依次每隔一个或每三个触发X-射线源位置34能选择或者修改螺距。特别地，通过在这种触发顺序中跳过X-射线源位置34，可减小螺旋体的有效螺距。由于所述螺距被减小了，因此在其上放置有所有源位置的局部圆柱形的Z方向上增加了采集投影数据的相对位置的密度。同时，在横跨轴向的方向上即X-Y平面上的相对X-射线源位置的密度减小。

记住前述内容，螺旋体和螺距可被配置成以使对于通过再现点的每个平面，X-射线源位置34在其附近。例如，希望在靠近非圆形再现视野的弧形部分取样更密集。这是通过改变在相应触发顺序中跳过的X-射线源位置34的数量予以实现的。照这样，准螺旋扫描可以被给定可变的螺距，该可变螺距在整个视野内或者在视野的感兴趣部分提供完备的投影数据。同样地，通过在多个X-射线源位置触发顺序之间交替，能产生准螺旋段，这些准螺旋段在它们沿着Z轴的范围内重叠。

图6和7所述的实施例的优点在于，由于所述取样在横跨轴向的方向较稀少而在轴向方向较密集，因此相对X-射线位置能被看作表面的二维取样而不是被看作单独螺旋段的一组一维取样。另外，触发顺序能被设计成和/或配置成在螺旋采集之间跳转以便于采集完备集的投影数据。

在另一实施例中，投影数据的数学上的完备性是通过将分布源14分隔成多个、有可能偏移的段得以改进的。例如，现在参照图8，描述了一个实施例，其中所述分布源被设置为在扫描仪12的Z方向偏移的三个分布弧形源110，每个跨过扫描仪12的不同的角度范围，例如120°，但是一般地，分布弧形源110会跨度小于180°。在描述的例子中，每个分布弧形源110跨过由扫描仪12限定的总360°的不同的120°范围，但是本领域内的一般技术人员将认识到，如果希望的话，总的分布弧形源110会实际上跨度小于或大于360°。例如，在一个实施例中，总的分布弧形源110实际上会跨度180°加上发射辐射60的扇形角。对于该结构，能够使用两个或多个弧形源110采集必要的投影数据。

在所述实施例中，检测器阵列16也是分段的，以使对于每个分布弧形源110，在扫描仪的每个分布弧形源110的相对侧上提供了对应的检测器段112。在所述的实施例中，检测器段112跨过比它们对应的分布弧形源110的角度范围更大。特别地，检测器段112被描述为包含对应的分布弧形源110的角度范围加上不论其他的角度范围如何需要考虑到发射的X-射线的扇形角。换句话说，在该实施例中，检测器段112的角范围等于分布弧形源110的角范围加上容纳由弧形源110发射的X-射线的扇形角的范围。由于测量的有关信息是在被成像的物体内的线性衰减系数的X-射线通道的积分的汇集，所以检测器部分可以被源部分替代，反之亦然。本领域内的一般技术人员将认识到，这些替代会取决于各种系统限制条件，例如分布X-射线源和检测器部分的相对成本。在分布弧形源110跨度小于180°且对应的检测器段112不会与分布弧形源110重叠的实施例中，如图8所示，由于分布弧形源110不需要被容纳在相应检测器段112的范围内，因此可以毫无间隙地构成检测器段112。因为在检测器段112中没有间隙，因此数学上完备的投影数据是通过检测器段112予以采集的。在其他的实施例中，检测器段112可被简单设置为检测环，该检测环具有为分布弧形源110提供的间隙但是没有间隙与每个各自的弧形源相对，因此可以改进数据的完备性。

如上所述和图8所示，分布弧形源110和检测器段112在Z方向即物体随着它们被成像如通过支承构件18被平移的方向偏移。在所述的实施例中，分布弧形源110和检测器段112被偏移以使它们彼此不能干涉，即由分布弧形源110发射的X-射线仅被入射在对应的检测器段112上，而没有入射在其他的检测器段上。在另一实施例中，现在参考图9，分布弧形源110和检测器段112可在Z方向被偏移较小的范围以使检测器段112具有重叠的或相邻的区域。在该实施方式中，对于各个分布弧形源110的一些或所有的X-射线源位置34，可以从不只一个检测器段112采集投影数据，然而，分布弧形源110仍没有和检测器段112干涉，即在检测器段112内不需要有容纳分布弧形源110的间隙。

在一个实施例中，图8和图9的各个分布弧形源110上的X-射线源位置34可以按顺序单独触发或者以提供或接近一个或多个偏移螺旋扫描的结构单独触发，即对于通过所述成像空间的物体，通过扫描仪12采集螺旋投影数据。例如，为了简化，基于角度再次描述扫描仪12的X-射线源位置34，扫描仪12上的0°位置处的X-射线源位置会被首先触发，随后是90°的X-射线源位置34、180°的X-射线源位置34、270°的X-射线源位置34、1°的X-射线源位置34以及91°的X-射线源位置34等。也可以采用90°之外的角度偏移，例如45°、120°、60°。本领域内的一般技术人员将认识到，该触发顺序将获得对应于多个螺旋轨迹的投影数据，其中所述螺旋轨迹在空间上是相互交叉的，即在空间上相互交错，或者在空间上彼此偏移。将会进一步地认识到此，沿着Z方向的弧形源110的螺距和间隔是相关的。如果弧形源110没有被分隔开与在螺旋整数圈数期间跨过的距离相等的距离，给定的触发顺序(即，0°、90°、180°、270°、1°、91°...)将产生分离的螺旋段而不是一组连续螺旋。因此，在一些实施例中，所述弧形源间隔被固定成以使检测器的使用最优化(或任何其他希望的因素)。在这些实施例中，在确定所述弧形源间隔之后，可确定螺距和螺旋的数量，以及确定所述对应的触发顺序。

而且，取决于提供的分布弧形源110的数量以及每个弧形源的角范围，连续的X-射线源位置触发会偶尔地发生在相同的分布弧形源110上或者在相同的分布弧形源110上从不发生。如上所述，因为在各个检测器段112中没有间隙，因此采集的投影数据在数学上是完备的。另外，既然分布弧形源110和检测器段112能沿着所述成像系统的Z轴交错，因此能够同时触发每个分布弧形源110上的一个或多个X-射线源位置34，即在1°、91°、181°和271°的位置能被同时触发，因为它们没有发射在各自的检测器范围上彼此重叠的X-射线。上述的扫描过程使得随着物体跨过成像空间，获得多个交叉螺旋的投影数据。

对于图8和9中描述的实施例还可采用其他触发顺序。例如，可实现模拟传统的第三代旋转CT系统的触发顺序。在该实施方式中，扫描仪12上的0°位置处的X-射线源位置34会首先被触发，随后是1°处的X-射线源位置34、2°处的X-射线源位置34、3°处的X-射线源位置34、4°处的X-射线源位置34等。在该实施方式中，除了当达到分布弧形源110的角范围时过渡到下一个分布弧形源110时刻之外，连续的X-射线源位置触发一般将发生在相同的分布弧形源110上。如前所述，因为在各个检测器段112中没有间隙，因此采集的投影数据在数学上是完备的。该顺序的扫描过程允许采集单个的螺旋投影数据集。而且，由于每个分布弧形源110上的X-射线源位置34是分布式的，因此它们能以任何希望的顺序甚至是随机顺序被触发以实现特定的成像目的。该随机或任意触发顺序会允许所述投影数据沿着形成所述成像空间的圆柱形表面被取样，而不是仅沿着一个或多个螺旋轨迹。

本领域内的一般技术人员将认识到此，上述结构针对轴向的、螺旋的或者其他合适的扫描模式构想。然而，取决于具体的应用，某些结构会更适合于一个或多个的这些模式，例如所述轴向模式用于医疗应用，螺旋模式用于例如行李扫描的用途。而且，以上结构中描述的这些源和检测器可具有不同的直径、尺寸、范围等。而且，这些源和检测器可由线性部分、平面部分或其他空间分布的部分构成，其接近上述结构。而且，使用上述的触发方案，其他或相关源和/或检测器结构可通过被采用，或者允许图像数据如上述被采集。该其他源和/或检测器结构的例子在2005年5月26日出版的名称为“静止计算机X射线断层造影的系统和方法”的美国专利申请2005/0111210中找到，其整体以引用方式被并入在此。

本领域内的一般技术人员会认识到，在此描述的结构克服了或者另外补偿了例如在静止CT系统的螺旋扫描结构中、数学上不完备的投影数据测量的限制。确切地说，在螺旋扫描模式下，对于一定角范围的有效源旋转，数学上不完备的投影数据的限制被减小或消除。该效果导致投影数据测量在数学上更完备，用于改进静止CT应用的锥形束再现的图像质量。

本领域内的一般技术人员会认识到，在一些实施例中，前面的扫描仪结构和X-射线源触发方案允许多组交错螺旋投影数据被采集。该交错螺旋投影数据会提供各种再现机会。例如，两个再现策略在图10和11所述的示例性逻辑中被概括。这些策略的各个方面可以通过图1的图像处理电路40被酌情实施。图10的示例性再现策略在于使用平行束近似以及使用各自的二维再现算法，而图11的示例性再现策略利用修改的三维精确锥形束再现算法。本领域内的一般技术人员会认识到，与利用前面的扫描仪结构和X-射线源触发方案获取的数据一起可以使用其他或相关再现技术。这些其他再现技术的例子可在2005年8月30日授权的、名称为“用于分布X-射线源CT系统中方法和装置”的美国专利6,937,689中，该专利通过引用整体结合于此。

现在回到图10，投影数据120首先被采集(块122)。投影数据120可以是由一个或多个上述技术或者由适合于采集多交错螺旋的投影数据的其他技术而采集到的多交错螺旋的投影数据的信息密集投影数据集合。该投影数据120是螺旋插值的，即使被近似(块124)以产生一组插值投影126。本领域内的一般技术人员会认识到，插值步骤124是一种近似法，当系统结构的锥角不太时该近似法比较适合。一般地，该近似法对于锥角小于或等于2°将是能够接受的。插值后的投影126然后被再现(块128)以产生再现图像130。再现步骤128可执行一种适合的二维再现算法，例如二维轴向再现算法。这些二维再现算法计算强度低于它们的三维等同物，因此可提供非常高的再现率。如果所述成像系统的锥角仍过大，能够应用近似或精确的锥形束再现原理再现所述空间。

另外，图10中概括的再现算法允许改进CT成像系统10的可靠性。特别地，如果一部分的分布源14或者检测器阵列16(例如图8和9中描述的弧形源110或者检测器段112)失灵，能使用短的扫描技术例如部分再现技术操作扫描仪12，其中所述再现技术对于适当的图像质量需要小于360°的投影数据。因此系统10能保持操作直到分布源14或检测器阵列16能被修理或被替换。

现在转向图11，描述了替代的再现技术。在该示例性的实施例中，沿着分布源14(例如图8和9的扫描仪实施例的弧形源110)，使用无序的触发顺序的X-射线源位置34采集投影数据132(块134)，其中所述分布源14导致形成投影数据集132，该投影数据集132是通过在图像容积的表面被取样的而不是沿着一条路径。在步骤134用于采集的无序的触发顺序是通过将X-射线源位置34编号、将这些编号转化为二进制的、颠倒二进制位的次序并且按照这些修改的编号的顺序触发X-射线源位置34予以实现的。该触发方法被称为位反转触发(BRF)。另外，固定(一般较小，即小于10)数量的X-射线源位置34可在每个触发之间跳过。该触发方法被称为超低螺距螺旋(SLPH)技术。在另一选择方法中，每个发射源位置34(第一个之后)的角位置是通过近似将D(sqrt(5)+1)/2度增加到以前触发的源位置34的角位置上而予以确定的(其中D是单个弧形源的总的角范围，角度为单位)。在最终角大于D的情况下，D可以从该角度中被减去以使所述结果在0到D之间。该触发方法被称为黄金比例触发(GRF)技术。如果源位置34在角度上是等间隔开的并且每个弧形源110或其他分布源14结构中的源位置34的数量选自斐波那奇序列(即1，1，2，3，5，8，13，21，34，55等)，该技术容易实施。在此情况下，要前进的(to advance)源位置的数量总是等于斐波那奇序列中的前面的数字。换句话说，如果我们定义F_n为第n个斐波那奇数字，在每个弧形源110中存在377(即，F₁₄)源位置34，在每个步骤中，源位置的指数会被前进233(即，F₁₃)。由于每个斐波那奇数字是以前两个之和，当存在F_n个总源位置时，在一个方向上前进F_n-1等于在相反方向上前进F_n-2。

本领域内的一般技术人员会认识到，因为发射焦点，即触发的X-射线源位置34，围绕限定所述成像空间的表面移动，表面被取样而不是路径。因此，投影数据132能被再现(块136)以产生使用三维锥形束再现算法的再现图像138，其中所述算法已被修改成包含取样方法。例如，在块136采用的再现算法可被设计成或配置成适应X-射线源位置34沿着一部分圆柱表面的取样而不是沿着螺旋路径取样。

关于图10和11的上述扫描技术的优点之一在于在一些扫描仪实施例中(例如图8和9中所述的)，扫描仪12中的各个检测器阵列16的纵向范围大致减少弧形源110的数量那么多，这是因为弧形源110能同时操作。例如，如果纵向长度为60厘米的检测器是螺旋采集协议的第三代结构所需要，4个弧形源110被包括在相当的静止结构中，检测器段112的纵向长度可被减小到15厘米，即被减小了4倍。本领域内的一般技术人员会认识到，其他扫描仪的几何条件、吞吐量参数以及扫描仪和成像协议因素也影响检测器范围能减小的程度。在检测器范围被减小的实施例中，分散也会用于检测器范围的减小而减小。

本领域内的一般技术人员会认识到，在此描述的扫描仪几何尺寸和再现技术克服了或另外补偿了例如在静止CT系统的螺旋扫描结构的数学上不完备的投影数据测量的限制。确切地说，在螺旋扫描模式下，对于一定角范围的有效源旋转，数学上不完备的投影数据的限制被减小或消除。该效果导致投影数据测量在数学上更完备，其能被在此描述的技术再现，来用于改进图像质量。

尽管对本发明可进行各种修改和采用其他形式，但是已经通过附图中的例子图示和详细描述了特定实施例。然而，应当认识到本发明不意在局限于所公开的具体形式，而本发明要包含落入由下面的附属权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物以及替代。

Claims (25)

1.一种成像系统，包括：

两个或多个弧形源，每个弧形源被配置成从多个可寻址的位置发射X-射线；以及

两个或多个检测器阵列，其中由相应弧形源发出的X-射线通常入射到至少一个对应的检测器阵列上。

2.如权利要求1的成像系统，其中两个或多个弧形源的组合角长度是至少180度加上所述X-射线束的扇形角。

3.如权利要求1的成像系统，其中两个或多个检测器阵列具有重叠或相邻的部分。

4.如权利要求1的成像系统，其中每个检测器阵列具有至少对应的弧形源的弧形长度的弧形长度以及容纳与由所对应的弧形源发射的X-射线相关的扇形角的附加长度。

5.如权利要求1的成像系统，其中所述两个或多个弧形源沿着成像空间轴相对于彼此被位移，其中要被成像的一个或多个物体沿着所述成像空间轴被平移。

6.如权利要求1的成像系统，其中所述两个或多个弧形源被配置成被触发以产生一组螺旋投影数据。

7.如权利要求1的成像系统，其中所述两个或多个弧形源被配置成被触发以产生多个组交错的螺旋投影数据。

8.如权利要求1的成像系统，其中所述两个或多个弧形源被配置成被触发以产生表面取样的投影数据。

9.一种对一空间成像的方法，包括：

触发多个可寻址的X-射线源位置，其中每个X-射线源位置与扫描仪的分布弧形源相关，并且所述扫描仪包括两个或多个分布弧形源；以及

采集从X-射线的测量数据产生的投影数据，其中当所述X射线是在X-射线源位置被触发时发射的。

10.如权利要求9的方法，其中所述触发多个可寻址的X-射线源位置包含围绕所述扫描仪的圆周按顺序触发连续的X-射线源位置。

11.如权利要求9的方法，其中所述触发多个可寻址的X-射线源位置包含围绕所述扫描仪圆周无序地触发连续的X-射线源位置。

12.如权利要求9的方法，其中所述触发多个可寻址的X-射线源位置包括同时触发两个或多个的X-射线源位置，其中由同时触发所述X-射线源位置发射的X-射线不会在一个或多个的各个检测器阵列上重叠。

13.如权利要求9的方法，其中所述触发多个可寻址的X-射线源位置包括以随机顺序触发所述X-射线源位置以便从所述成像空间的表面取样。

14.一种用于再现投影数据的方法，包括：

提供一组投影数据，该组投影数据表示圆柱形表面的取样部分；以及

使用锥形束再现算法使所述组投影数据再现。

15.如权利要求14的方法，其中所述锥形束再现算法被设计成再现在布置于两个或多个弧形源上的X-射线源位置处采集的投影数据，其中所述X-射线源位置是根据位反转触发技术、超低螺距螺旋技术或者黄金比例触发技术中的至少一种被触发的。

16.如权利要求14的方法，其中所述锥形束再现算法被设计成再现在布置于半圆形的弧形源上的X-射线源位置处采集的投影数据。

17.如权利要求14的方法，包含无序地触发分布源的多个X-射线源位置以产生一组表示所述圆柱形表面的取样部分的投影数据。

18.一种图像分析系统，包括：

处理电路，该处理电路被配置成再现表示所述圆柱形表面的取样部分的投影数据，其中所述图像处理电路使用锥形束再现算法使该组投影数据再现。

19.如权利要求18的图像分析系统，其中所述圆柱形表面的部分是通过布置于两个或多个弧形源上的X-射线源位置被取样的，其中所述X-射线源位置是根据位反转触发技术、超低螺距螺旋技术或者黄金比例触发技术中的至少一种被触发的。

20.如权利要求18的图像分析系统，其中所述圆柱形表面的部分是通过布置于半圆形的弧形源上的X-射线源位置被取样的。

21.如权利要求18的图像分析系统，其中所述圆柱形表面部分是通过无序地触发分布源的多个X-射线源位置被取样的。

22.一种用于使投影数据再现的方法，包括

使用螺旋插值而处理两个或多个组空间上交叉的螺旋投影数据；以及

使用二维轴向再现算法或三维再现算法使螺旋插值的所述组投影数据再现。

23.如权利要求22的方法，其中所述两个或多个组空间上交叉的螺旋投影数据是使用每个都包含多个X-射线源位置的两个或多个弧形源而被采集的。

24.一种图像分析系统，包括：

处理电路，该处理电路被配置成使用多个交错的弧形源和多个检测器阵列而螺旋地插值投影数据以及以使用二维轴向再现算法或三维再现算法使螺旋插值的投影数据再现。

25.如权利要求24的图像分析系统，其中所述投影数据包含两个或多个组空间上交叉的螺旋投影数据。

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