CN102362292A - 用于计算机断层摄影图像重建的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据的方法和设备。根据本发明的一方面，提供了一种重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据的方法，其包括以下步骤：(i)匹配在采集轨线的相对侧测量到的投影数据并将其拼接在一起，以生成完整的、非删节的投影数据集；(ii)区分所述投影数据；(iii)利用例如Hilbert滤波器的滤波器对经区分的投影数据进行滤波；(iv)向经滤波的投影数据应用冗余加权；以及(v)反投影经冗余加权的投影数据以生成图像数据。

Description

用于计算机断层摄影图像重建的方法和设备

本申请总体涉及医学成像领域。更具体而言，其提供了用于重建计算机断层摄影(CT)图像的方法和设备。本申请主题至少与x射线CT成像一起使用并将具体参考其加以描述。然而，其还具有与其他成像方法以及在其他领域中更为一般的应用，诸如单光子发射计算机断层摄影(SPECT)或正电子发射断层摄影(PET)。

常规的CT成像装置包括x射线源和设置在检查区域对侧的x射线敏感探测器。人类患者或其他待检查对象在检查区域中由合适的支撑物支撑。源发射x射线辐射，x射线辐射贯穿检查区域并在源和探测器关于旋转中心旋转时由探测器进行探测。能够具有补偿设置(offset)探测器几何结构的CT成像装置包括可以在特定构造中的横断平面内横向偏离旋转中心的x射线源和x射线敏感探测器。这样的补偿设置探测器几何结构CT成像装置是所希望的，因为它们能够实现增大的视场或者允许使用更小尺寸的探测器。

然而，如果这种补偿设置探测器几何结构CT成像装置的探测器未跨越被成像对象的全部宽度，则所获得的投影数据被删节。伪影，诸如锥形射束和阴影伪影，常常在重建这种被删节的投影数据的过程中被引入。在非对称对象和不同心的对象的情况下尤其如此。

目前，已知两种通用方法用于重建从在原始锥形射束几何结构中具有补偿设置探测器的CT成像系统获得的投影数据。Ge Wang在Med.Phys.29(7)，July 2002，第1634-1636页的X-Ray Micro-CT With a Displaced DetectorArray一文中描述了第一种已知的方法。根据Wang的方法，在使用Feldkamp-Davis-Kress(FDK)重建算法或一些其他重建算法重建被删节的投影数据之前，向测量到的线积分应用冗余加权。

Cho等人在Phys.Med.Biol.40(1995)，第1863-1883页的Cone-beam CTfor Radiotherapy Applications一文中描述了第二种常规的方法。根据Cho等人的这种方法，在FDK算法的滤波步骤之前，通过使用采集轨线(trajectory)对侧上的探测器测量到的投影数据扩展被删节的投影，作为估计的投影数据，并将其与实际测量到的投影数据拼接，以生成未删节的投影数据。在根据Cho等人的这种方法获得估计的未删节的投影数据之后，对所述投影数据进行滤波。然后在滤波步骤之后并且在FDK重建算法中的反投影之前向所述投影数据应用冗余加权。Cho等人的这种方法的冗余加权去除了在反投影步骤之前与实际测量到的投影数据拼接的估计的投影数据。

希望提供一种更为有效地重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据，并防止或减轻通常会在重建这种投影数据的过程中出现的伪影的方法和设备。

本发明的各方面解决了这些问题和其他问题。

根据本发明的一个方面，提供了用于改善重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据的方法和设备。根据本发明的特定方面，提供了一种包括以下步骤的方法：(i)匹配在采集轨线的对侧测量到的投影数据并将其拼接在一起，以生成完整的、未删节的投影数据集；(ii)区分所述投影数据；(iii)利用滤波器，诸如Hilbert滤波器，对经区分的投影数据进行滤波；(iv)向经滤波的投影数据应用冗余加权；以及(v)反投影经冗余加权的投影数据，以生成图像数据。根据这一方面，能够防止或减轻通常随着重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的成像数据而出现的伪影。

本领域技术人员通过阅读和理解下文的详细描述，应当意识到本发明的其他方面。本领域技术人员通过阅读对优选实施例的详细描述，诸多附加优点和益处将变得显而易见。

本发明可以具体化为不同的部件和部件的布置，以及不同的处理操作和处理操作的安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应解释为其对本发明的构成限制。

图1A是根据本发明实施例的补偿设置探测器CT采集几何结构的示意性透视图；

图1B是根据本发明实施例的补偿设置探测器CT采集几何结构的横断视图，其中源和探测器图示处在相对位置；

图2是根据本发明实施例的成像系统；

图3描绘了根据本发明实施例的图像重建方法；

图4是根据本发明实施例的补偿设置探测器CT采集几何结构的横断视图，其图示了从采集轨线上的相对位置获得的投影数据被匹配和拼接在一起，以生成完整的、未删节的投影数据；

图5A是由模拟匀质球的软件程序生成的示范性重建图像，模拟匀质球直径为200mm，定位在偏离同心40mm处，探测器重叠为66mm，并以L/W 0/105HU沿中心轴平面拍摄，其中图像1根据Wang的方法重建，图像2根据Cho等人的方法重建，而图像ID根据本发明的实施例重建；

图5B是由与图5A中相同的模拟匀质球的软件程序生成的示范性重建图像，但沿中心径向平面拍摄，其中图像1根据Wang的方法重建，图像2根据Cho等人的方法重建，而图像ID根据本发明的实施例重建；

图6A是由头部体模的软件程序生成的示范性重建图像，头部体模定位在偏离同心大约60mm处，探测器重叠为20mm，并以L/W 0/200HU沿中心轴平面拍摄，其中图像1根据Wang的方法重建，图像2根据Cho等人的方法重建，而图像ID根据本发明的实施例重建；以及

图6B是由如图6A中头部体模的软件程序生成的示范性重建图像，但沿中心径向平面拍摄，其中图像1根据Wang的方法重建，图像2根据Cho等人的方法重建，而图像ID根据本发明的实施例重建。

本发明的一方面总体涉及用于CT图像采集的方法和设备，并且更具体而言，涉及用于重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据的方法和设备。

图1A描绘了示范性补偿设置探测器几何结构100的透视示意性视图。示范性补偿设置探测器几何结构100具有绕y轴旋转的x射线源102和x射线敏感探测器104。源102和探测器104之间的距离被指定为D，并且从源102到旋转轴的距离由R表示。成像系统的同心标记为I。圆轨道由路径长度λ∈Λ＝[0，2πR]参数化。探测器104上的投影同心位于D(λ)处并限定探测器系统的原点。探测器104v轴平行于旋转轴并且具有范围v_最小≤v≤v_最大。相应地，u轴平行于的轨线切矢量，并且具有u_最小≤u≤u_最大。锥形射束投影数据由X(u，v，λ)表示：

$X(u,v,\mathrm{\λ})={\∫}_0^{\∞}f(S\left(\mathrm{\λ}\right)+l\hat{e}(u,v,\mathrm{\λ}))\mathrm{dl},$

其中，

是从源位置S(λ)到探测器元件E(u，v，λ)的单位矢量。对应的长度由

表示。探测器104定位在偏中心的几何结构上。探测器104的重叠区域O(λ)＝{(u，v)∈R²|u_-0≤u≤u₊₀，v_最小≤v≤v_最大}被限定为绕D(λ)的对称区域，其中测量的投影值为X(u，v，λ)。重叠区域的宽度为Δu＝u₊₀-u_-0。

图1B描绘了用于成像设备的示范性补偿设置探测器几何结构105的横断视图。对于图1A的补偿设置采集几何结构，补偿设置探测器几何结构105具有x射线源102，诸如x射线管，以及x射线探测器104，诸如在横向和轴向延伸的平面区域探测器阵列。对象支撑物110支撑检查区域106内待检查的对象108。示范性补偿设置探测器几何结构105的探测器104的探测器中心112在横断平面中横向偏离或偏移旋转中心114距离“d”。

x射线源102和x射线敏感探测器104关于旋转中心114旋转。源102和探测器104通常被安装至旋转机架(未示出)，用于关于检查区域106旋转。在图1B中通过虚线圈图示了源102的示范性采集轨线120。然而，在一些实施例中，源102和探测器104可以保持在恒定角位置处，而移动和/或旋转对象108以产生所需的角采样。如图1B中所图示的，示范性补偿设置探测器几何结构105具有横向视场(“FOV”)118。

在图1B中，示范性补偿设置探测器几何结构105的x射线源102和探测器104被描绘为处在横断平面的两个相对位置，即以实线绘出的位置A和以点线绘出的位置B。在如图所示的源位置A，源102被设置在对象108的上方而探测器104被设置在对象108的下方。在源位置B中，x射线源102和探测器104关于旋转中心114从位置A被旋转180度，从而使源被设置在对象108的下方。如图1B中所示，探测器中心112在横断平面中在两个方向上都偏离于旋转中心114距离“d”。

如图1B所示，源102在源位置A生成辐射的锥122并在源位置B生成辐射的锥124。当源102处在从源位置C到源位置D的采集轨线120的弧段146上时，探测器104测量针对源位置A的冗余投影数据。在图1B中以粗线示出了接收重叠或冗余辐射的探测器104的区域144。随着探测器104关于旋转中心114旋转，重叠区域144保持在相对于探测器中心112的相同位置中。术语“冗余射线”、“冗余”或“冗余的”在下文中还将用于未包含在圆形旋转面内的射线，即，用于具有相同锥形角大小和旋转面内同样的投影的射线。对于圆形采集轨线而言，由于补偿设置几何结构，这一投影数据是不同的。

重叠的量可以通过改变探测器中心112和旋转中心114之间的距离“d”而改变。这一重叠区域144可以基于各种因素进行优化，诸如待检查对象108的估计尺寸、扫描协议和其他因素。然而，增加重叠的量会减小横向FOV 118的尺寸。因此，减小距离“d”增加重叠的量并减小横向FOV 118的尺寸。相反地，增加距离“d”减小重叠的量并增加横向FOV 118的尺寸。

辐射的最大重叠在全射束几何结构处发生。全射束几何结构对应于探测器104的探测器中心112与横向旋转中心114相交的情况(即，“d”＝0时)。当距离“d”等于或大于探测器104的一半的宽度时将存在辐射的零重叠。零重叠提供横向FOV 118的最大尺寸。此外，在零重叠配置中，需要大约360度的旋转以获得完整的角采样。另一方面，当被配置在完整射束几何结构中，假设探测器104足够宽以跨越图1B的横向面中的整个对象108时，180度加上扇形或锥形角的旋转提供完整的角采样。针对中间配置所需的角度范围在180度加上扇形角和360度之间变化，并且能够根据系统105的几何结构容易地计算得出。

尽管附图和说明书聚焦于平面探测器的使用，还可以使用弓形探测器或具有其他形状的探测器。此外，尽管附图和说明书聚焦于其中源102是点源的CT系统，也预期了其他备选方案。例如，源102可以是线源。还可以使用伽马(gamma)和其他辐射源。还可以提供多个源102和探测器104，在所述情况下，对应组的源和探测器可是彼此成角度地和/或纵向偏移。

在本发明的不同实施例中，探测器中心112可以在横断平面中与旋转中心114偏移不同的距离“d”。可以通过任意合适的方式移动探测器104以改变横向FOV 118的尺寸。例如，可以通过人类用户手动地或者通过机器化驱动在各个方向上相对于旋转机架和旋转中心114移动探测器104。探测器104可以被线性移动，如与平面探测器一起使用时；或者旋转地移动，如用于曲线探测器时。尽管所描述的示范性补偿设置探测器几何结构105包括中心源和补偿设置探测器，应当理解，还预期了包括补偿设置源或补偿设置源和补偿设置探测器的附加的CT成像装置几何结构。

图2描绘了CT成像系统200，其适于与上述示范性补偿设置探测器几何结构105一起使用。CT成像系统200包括CT数据采集系统202、重建器204、图像处理器206、用户界面208和用户输入210。CT数据采集系统202包括源102和探测器104，其被安装到旋转机架212，用于关于检查区域旋转。也想到了圆形或其他角度采样范围以及轴向、螺旋、圆和线、鞍形或其他期望的扫描轨线。在图2中图示的CT成像装置系统200的实施例包括驱动214，诸如微型步进电机，其提供移动源102和/或探测器104所需的力。

重建器204使用重建技术重建通过数据采集系统202生成的数据，以生成指示被成像受检者的体积数据。图像处理器206根据需要处理所述体积数据，例如，用于在用户界面208上以预期的方式进行显示，其可以包括一个或多个输出装置，诸如监视器和打印机。

用户界面208，其使用由通用或其他计算机执行的软件指令有利地实现，以便提供图形用户界面(“GUI”)，从而允许用户控制或以其他方式与成像系统200交互，例如，通过选择预期的FOV配置或尺度、开始和/或终止扫描、选择预期的扫描或重建协议、操控体积数据等。

可操作地连接到用户界面208的用户输入210控制CT数据采集系统202的操作，例如，从而执行预期的扫描协议、任选地定位探测器104和/或源102以提供预期的FOV，等等。

正如先前所描述的，如果探测器未跨越被成像对象的全部宽度，从具有补偿设置探测器的CT成像系统获得的投影数据将被删节。例如，如在图1B中所图示的，稍微大于一半的患者躯体或其他被成像对象在每次投影中被成像。这种被删节的投影数据的经滤波的反投影重建可以引入强烈的锥形射束和阴影伪影，对于非对称被成像对象和不是最佳同心的被成像对象尤其如此。这是由于对于陡峭切变边缘的高通滤波，其中以零值替代缺失数据，增强了高频分量并产生了伪影。

在图3中图示了根据本发明的一个方面的示范性图像重建过程300。示范性过程300比Wang的方法或Cho等人的方法更为有效地重建从具有补偿设置探测器几何结构的CT成像装置获得的投影数据。在步骤302中，CT成像系统200被用于利用在示范性补偿设置探测器几何结构105中的源102和探测器104执行对被成像对象的扫描。在这一步骤中，在关于检查区域106的足够多个角位置处采集被成像受检者108的投影数据304，以获得预期的图像分辨率。正如先前描述的，如果探测器未跨越横断平面中被成像对象108的完整宽度，从具有示范性补偿设置探测器几何结构105的CT成像系统200获得的投影数据304将被删节。

在步骤306中，来自通过探测器104在采集轨线120的对侧测量到的两个或多个投影的投影数据被匹配，并之后将其拼接在一起以生成估计的、未删节的投影数据308。为了图示说明步骤306，图4描绘了图1B的示范性补偿设置探测器几何结构105位置A的x射线源102和探测器104。正如可以在图1B和4中所能看到的，位置A投影未完全包含对象108。事实上，对象108左侧的小部分(从各附图中示出的观察点)未被覆盖。当源102被设置在相对于位置A的对侧并且在弧段148上时，由源102和探测器104收集到的数据可以被用于估计源位置A中缺失的投影数据E。然后可以将所述估计与由探测器104在位置A实际测量到的投影数据拼接在一起。

例如，被删节的投影数据可以使用来自采集轨线120对侧的补偿射线重新组合成未删节的投影数据。再次参考图1A，特定射线u的扇形角α由(u)＝atan(u/D)给出，而源角由β＝λ/R给出。利用这些坐标重写投影数据，给出： $\tilde{X}(\mathrm{\α},v,\mathrm{\β})=X(a\tan (u/D),v,\mathrm{\λ}/R).$ 被删节的投影能够在其中u_最小＝-u_最大的区域u_最小≤u≤u_-0中与来自补偿射线的投影数据拼接在一起：

${\tilde{X}}_1(\mathrm{\α},v,\mathrm{\β})=\tilde{X}(-\mathrm{\α},v,\mathrm{\β}\±2\mathrm{\α}+\mathrm{\π})$

对于α(u_最小)≤α≤α(u_-0)，

其中，符号取决于源102的旋转方向。估计的投影数据可以交替地生成，作为在源位置B或沿弧146或148的任意其他离散位置处的源102的单个视图的近似。

为了实现拼接的投影数据和原始测量的投影数据之间的平滑过渡，可以任选地应用蜕变的附加补偿设置校正。切换返回到探测器坐标，给出：

其中，δ＝X(u_-0，v，λ)-X₁(u_-0，v，λ)限定补偿设置并且蜕变区域被选择为Δ＝u₊₀-u_-0。

通过这种方式，生成估计的并且无删节的投影数据集，其包括针对完整被成像对象108的投影数据。拼接在一起的投影数据模拟图4中示出的跨越整个被成像对象108的虚拟探测器V，并且对应于图4中图示虚拟的辐射150锥。根据探测器104在位置A测量到的实际投影数据生成的虚拟探测器V的区域被指定为“M”。当源102沿弧148行进时或者当源102位于弧148上的任意分离位置时，根据探测器104测量到的投影数据估计的虚拟探测器V的区域被指定为“E”。图4中示出的源102和探测器104的位置A仅仅是示范性位置，用于图示说明步骤306的匹配和拼接在一起的投影数据。采集轨线120上的任意位置可以被用于这一程序。例如，在特定实施例中，在采集轨线120中拍摄的每个投影可以与在采集轨线120的对侧拍摄的一个或多个投影匹配和拼接在一起。在附加实施例中，可以仅将投影的部分匹配和拼接在一起。

如上文关于图1B所论述的，探测器104的区域144(在粗线中示出的)在相对位置接收重叠或冗余辐射。探测器的这一区域，其收集相对位置中的冗余或重叠投影数据，在图4中被图示为虚拟探测器V的区域O。

返回到图3，估计的投影数据对缺失投影数据的替换得到完整的、未删节的投影数据308。完整的、未删节的投影数据308在步骤310中相对于采集轨线120被区分，以生成经区分的投影数据312。在区分步骤310期间，在沿具有相同扇形角的采集轨线120的不同位置处由源102测量到的相邻射线被区分。由Noo等人在A New Scheme for View-Dependent DataDifferentiation in Fan-Beam and Cone-Beam Computed Tomography，Phys.Med.Biol.52(2007)，第5393-5414页的一文中公开了这种取决于视图的数据区分，在此通过引用将其全文并入。

在步骤314中，诸如Hilbert滤波器或经修改的Hilbert滤波器的滤波器被应用到经区分的投影数据312，以生成经区分和滤波的投影数据316。区分步骤310和滤波步骤314共同作为两个步骤的滤波步骤。

在步骤318处将冗余加权应用于经区分和滤波的投影数据316，以生成经区分、滤波和加权的投影数据320。事实上，与在滤波314之前应用相反，在滤波314之后应用冗余加权是有利的，因为其增加了滤波的效力。冗余加权被限制到重叠区域，得到从测量到的数据到零的相当陡峭的变换。对在经滤波的反投影中集成的投影的高通滤波放大了预期为冗余的数据的任意种类的数据不一致性(例如被扫描的X射线辐射、几何结构不稳定、锥形射束近似等等)。因此，对完整的、未删节的平滑剖面(profile)进行滤波并在滤波之后应用冗余加权，对数据中任意种类的不完整性较不敏感。对区分步骤310和滤波步骤314中实现的这一详细说明的两个步骤的滤波，在滤波之后提供这样的冗余加权的应用。

因为被成像对象108的一些点由于由探测器104在采集轨线120(诸如图4的虚拟探测器V的部分O图示的)的相对位置测量到的投影数据的冗余被两次扫描，将冗余加权关连到这些重叠像素。能够利用各种不同的已知加权函数来为经区分和滤波的投影数据316中的冗余或重叠像素分配权重。该加权优选确保每对冗余射线的总和贡献等于一。例如，可以采用由Parker(Optimal Short Scan Convolution Reconstruction for Fanbeam CT，Med.Phys.9(2)，MarchJApril 1982，254-257页)提出的或以上论述的Cho等人的冗余加权函数。例如，可以根据下式引入冗余权重ω(u)：

在冗余加权步骤318过程中，为零的权重被关连到与实际投影数据拼接的所估计的投影数据。其可用于在反投影之前从经区分和滤波的投影数据316中去除所估计的投影数据，以防止由所估计的投影数据的反投影引入伪影。为了使伪影最小化，仅来自实际测量像素位置的数据被反投影。本质上讲，所估计的投影数据优选用于区分步骤310和滤波步骤314，然后将其舍弃。

在步骤322中，经区分、滤波和加权的投影数据320通过重建器204使用卷积反投影进行反投影，诸如距离加权的反投影或其他反投影算法，以生成指示被成像受检者108的体积数据。图像处理器206然后可以根据需要处理体积数据，例如，用于以预期的方式在用户界面208上显示。

与对冗余数据不正确的处理相关联的问题可以通过使用在滤波步骤之后应用冗余加权的算法来缓解。在滤波之后应用冗余加权能够通过各种不同的方式实现。例如，这或者可以通过重新组合成具有后续标准滤波的反投影(FBP)的并行几何结构来实现，或者可以通过向循环采集数据应用Katsevich型算法来实现。例如，可以使用以下Katsevich型算法：

X_d(u′，v，λ)h_H(u-u′)du′(1/R)dλ，

其中

$h_H\left(\mathrm{\ρ}\right)=-\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{isgn}\left(P\right)e^{j2\mathrm{\π\ρP}}\mathrm{dP},$

并且， $X_d(u,v,\mathrm{\λ})=(\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂u}\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂v}\frac{\∂v}{\∂\mathrm{\λ}})(u,v,\mathrm{\λ})$

是沿具有固定射线方向的源轨线的导数。针对上文引用的由Noo等人导出的任意探测器取向，这一导数能够使用混合链规则计算得出。在中心平面内，这一算法归纳为Noo等人提出的扇形射束算法，Image Reconstructionfrom Fan-Beam Projections on Less Than a Short Scan，Phys.Med.Biol.47(2002)，2525-2546页。注意，与Yu等人在Feldkamp-ope VOI Reconstructionfrom Super-Short-Scan Cone Beam Data，Med.Phys.31(6)，June 2004，1357-1362页上提出的Noo等人的2D扇形射束算法的一般化的3D变体稍微不同，其在区分步骤之前而非在其之后应用锥形角加权。

现在参考图5A、5B、6A和6B，图示了利用Wang的方法、Cho等人的方法和本发明的实施例重建的示范性重建图像。在图5A、5B、6A和6B中，标记为1的图像是根据Wang的方法重建的，而标记为2的图像是根据Cho等人的方法重建的，标记为“ID”的图像是根据本发明的实施例重建的。根据Wang的方法和Cho等人的方法重建的图像表现出伪影，由图6A和6B中的箭头指出。根据本发明的实施例重建的图像表明在减少这样的伪影的过程中本发明的实施例更为有效。

上述功能，诸如，例如选择期望的FOV配置或尺度、开始和/或终止扫描、选择期望的扫描或重建协议、操纵体积数据等，能够作为软件逻辑来执行。本文所使用的“逻辑”一词包括但不限于，硬件、固件、软件和/或每种组合，以执行(一个或多个)功能或(一个或多个)动作，和/或引起来自另一部件的功能或动作。例如，基于期望的应用或需求，逻辑可以包括软件控制的微控制器、诸如专用集成电路(ASIC)的离散逻辑、或其他编程控制的逻辑装置。逻辑还可以完全具体化为软件。

本文所使用的“软件”包括但不限于，一个或多个计算机可读或可执行指令，其令计算机或其他电子装置已预期的方式执行功能、动作和/或行为。所述指令可以具体化为各种形式，诸如进程、算法、模块或包括来自动态链接库的分立应用或代码的程序。软件还可以实施为各种形式，诸如单机程序、函数调用、小服务程序、Java程序、存储在存储器中的指令、操作系统的一部分或其他类型的可执行指令。本领域普通技术人员应当认识到，软件的形式取决于例如预期应用的要求、其运行的环境和/或设计者和/或程序员的希望等。

本文所描述的系统和方法能够在包括例如联网的控制系统和单机控制系统的各种平台上实施。此外，本文示出和描述的逻辑、数据库或表格优选驻留在计算机可读介质内或其上面，诸如像重建器204或图像处理器206的成像系统200的部件。不同计算机可读介质的范例包括闪速存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘或磁带、包括CD-ROM和DVD-ROM的光学可读介质，等等。此外，本文所描述的处理和逻辑可以被整合到一个大的处理流中或者被分为许多子处理流。本文所描述的处理流中的顺序并非关键，并且能够被重新安排，同时仍得到相同的结果。事实上，本文所描述的处理流可以被重新安排、整理和/或重新组织，根据其想要或希望进行实施。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人通过阅读和理解先前的详细描述能够做出各种修改或变更。旨在将本发明解释为包括所述此类修改或变更，只要其落在权利要求书或其等效物的范围内。

Claims (22)

1.一种成像方法，包括以下步骤：

利用成像设备(200)采集对象(108)的投影数据(304)，所述成像设备(200)包括偏离旋转中心(114)的探测器(104)；

匹配来自所述投影数据(304)的至少一个第一投影与来自所述投影数据(304)的至少一个第二投影，其中，所述至少一个第二投影是在采集轨线(120)上与所述至少一个第一投影的近似对侧测量到的；

拼接根据所述至少一个第二投影的所述投影数据导出的估计的投影数据与所述第一投影的投影数据，以生成完整的、未删节的投影数据集(308)；

相对于所述采集轨线(120)区分所述未删节的投影数据集(308)，以生成经区分的投影数据(312)；

向所述经区分的投影数据(312)应用滤波器(314)，以生成经区分和滤波的投影数据(316)；

向所述经区分和滤波的投影数据(316)应用冗余加权(318)，以生成经区分、滤波和加权的投影数据(320)；以及

反投影(322)所述经区分、滤波和加权的投影数据(320)，以生成指示所述对象(108)的体积数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述未删节的投影数据集(308)对应于由能够跨越被成像对象(108)的单个虚拟探测器测量到的虚拟投影。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述冗余加权被应用于所述经区分和滤波的投影数据(316)的像素，所述经区分和滤波的投影数据(316)是通过所述第一投影和在所述采集轨线(120)的近似对侧的所述至少一个第二投影冗余测量到的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述冗余加权包括向根据所述至少一个第二投影拼接的所述估计的投影数据应用零权重。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述冗余加权包括根据下式应用冗余权重ω(u)：

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述滤波器是Hilbet滤波器或经修改的Hilbet滤波器。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个第二投影是根据下式在其中u_最小＝-u_最大的区域u_最小≤u≤u_-0中选择的：

${\tilde{X}}_1(\mathrm{\α},v,\mathrm{\β})=\tilde{X}(-\mathrm{\α},v,\mathrm{\β}\±2\mathrm{\α}+\mathrm{\π})$ 对于α(u_最小)≤α≤α(u_-0)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述成像方法包括根据下式的重建算法：

X_d(u′，v，λ)h_H(u-u′)du′(1/R)dλ，

其中

$h_H\left(\mathrm{\ρ}\right)=-\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{isgn}\left(P\right)e^{j2\mathrm{\π\ρP}}\mathrm{dP},$

并且， $X_d(u,v,\mathrm{\λ})=(\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂u}\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂v}\frac{\∂v}{\∂\mathrm{\λ}})(u,v,\mathrm{\λ}).$

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述成像设备(200)是锥形射束计算机断层摄影成像装置。

10.一种用于相对于被设置在检查区域(106)中的对象(108)在多个角位置处采集投影数据的设备，所述设备包括：

辐射源(102)；

辐射敏感探测器(104)，其探测由所述源(102)发射的贯穿所述检查区域(106)的辐射，其中，所述探测器偏离旋转中心(114)；以及

重建器(204)；

其中，所述设备适于执行对所述对象(108)的扫描程序以获取投影数据(304)；

其中，匹配来自所述投影数据(304)的至少一个第一投影数据与来自所述投影数据(304)的至少一个第二投影数据，其中，所述至少一个第二投影是在采集轨线(120)上与所述至少一个第一投影的近似对侧测量到的；

其中，来自所述至少一个第二投影的投影数据被用于导出估计的投影数据，拼接所述估计的投影数据与所述第一投影的投影数据，以生成完整的、未删节的投影数据集(308)；

其中，然后相对于所述采集轨线(120)区分所述完整的、未删节的投影数据集(308)，以生成经区分的投影数据(312)；

其中，然后对所述经区分的投影数据(312)滤波，以生成经区分和滤波的投影数据(316)；

其中，向所述经区分和滤波的投影数据(316)应用冗余加权，以生成经区分、滤波和加权的投影数据(320)；并且

其中，然后通过所述重建器(204)反投影所述经区分、滤波和加权的投影数据(320)，以生成指示所述对象(108)的体积数据。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述完整的、为删节的投影数据集(308)对应于由能够跨越所述被成像对象(108)的单个虚拟探测器测量到的虚拟投影。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述冗余加权被应用于所述经区分和滤波的投影数据(316)的像素，所述经区分和滤波的投影数据(316)是通过所述第一投影和在所述采集轨线(120)的近似对侧的所述至少一个第二投影冗余测量到的。

13.根据权利要求10、11或12所述的设备，其中，所述冗余加权向根据所述至少一个第二投影拼接的所述估计的投影数据应用零权重。

14.根据权利要求10、11、12或13所述的设备，其中，所述冗余加权包括应用根据下式的冗余权重ω(u)：

15.根据权利要求10、11、12、13或14所述的设备，其中，所述至少一个第二投影是根据下式在其中u_最小＝-u_最大的区域u_最小≤u≤u_-0中选择的：

${\tilde{X}}_1(\mathrm{\α},v,\mathrm{\β})=\tilde{X}(-\mathrm{\α},v,\mathrm{\β}\±2\mathrm{\α}+\mathrm{\π})$ 对于α(u_最小)≤α≤α(u_-0)。

16.根据权利要求10、11、12、13、14或15所述的设备，其中，所述滤波器是Hilbet滤波器或经修改的Hilbet滤波器。

17.根据权利要求10、11、12、13、14、15或16所述的设备，其中，所述辐射敏感探测器(104)是平板探测器。

18.根据权利要求10、11、12、13、14、15、16或17所述的设备，其中，所述设备(200)是锥形射束计算机断层摄影成像装置。

19.根据权利要求10、11、12、13、14、15、16、17或18所述的设备，还包括用于相对于所述辐射源(102)移动所述辐射敏感探测器(104)的机械驱动(214)。

20.根据权利要求10、11、12、13、14、15、16、17、18或19所述的设备，还包括图像处理器(206)、用户界面(208)和用户输入(210)，并且其中，所述图像处理器(206)处理所述体积数据，以在所述用户界面(208)上显示。

21.根据权利要求10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20所述的设备，其中，所述重建器应用根据下式的重建算法：

X_d(u′，v，λ)h_H(u-u′)du′(1/R)dλ，

其中

$h_H\left(\mathrm{\ρ}\right)=-\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}\mathrm{isgn}\left(P\right)e^{j2\mathrm{\π\ρP}}\mathrm{dP},$

并且， $X_d(u,v,\mathrm{\λ})=(\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂u}\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\λ}}+\frac{\∂{\mathrm{\χ}}_2}{\∂v}\frac{\∂v}{\∂\mathrm{\λ}})(u,v,\mathrm{\λ}).$

22.一种用于对对象成像的设备(400)，所述设备包括：

辐射源(102)和偏离旋转中心(114)的辐射探测器(104)，对所述对象执行CT成像扫描(302)，以生成CT投影成像数据(304)，其中，所述CT投影成像数据(304)包括至少一个第一投影和至少一个第二投影，并且所述至少一个第一投影是在采集轨线的与所述第一投影的近似对侧测量到的；以及

计算机可读介质(204)，其包括执行以下功能的逻辑：

匹配和拼接(306)所述第一投影与从所述至少一个第二投影导出的估计的投影数据并生成完整的、未删节的投影数据集(308)；

区分所述完整的、为删节的投影数据集(308)，以生成经区分的投影数据(312)；

对所述经区分的投影数据(312)滤波，以生成经区分和滤波的投影数据(316)；

向所述经区分和滤波的投影数据(316)应用冗余加权(318)，以生成经区分、滤波和加权的投影数据(320)；以及

反投影所述经区分、滤波和加权的投影数据(320)，以生成指示所述对象(108)的体积数据。

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