CN102727231B - 飞焦点ct机扫描数据采集方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及CT技术领域，公开了一种飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置，该方法包括：利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据。利用本发明，可以在机架旋转时间较快时，简单方便地实现CT机扫描数据采样，同时保证各方向的分辨率。

Description

飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置
技术领域
本发明涉及CT(ComputedTomography，计算机x射线断层扫描技术)技术领域，更具体地说，涉及一种飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置。
背景技术
飞焦点技术是不改变检测器的物理通道数和排数(即检测器在x轴方向和z轴方向的采样个数)的情况下，提高CT(ComputedTomography，计算机x射线断层扫描技术)在x轴和/或z轴方向分辨率的一种技术，它通过周期性偏移X射线焦点位置，使得在一次扫描中在x轴方向和z轴方向获得双倍采样密度的数据，从而提高x轴方向和/或z轴方向的分辨率。
飞焦点技术的基本原理如图1所示，其整个系统包括：机架100、球管101、检测器102。在球管101内包括阳极靶面，如图2所示。在工作中，阴极发射的电子流在高速飞向阳极的过程中，被偏转线圈产生的偏转磁场改变了其垂直入射点，在阳极靶面201上形成不同的焦点，如图2中所示的焦点A、B、C、D。每个焦点所形成的X射线分别通过位于扫描孔103内的被检体后被检测器102采集，经处理后获取相应的数据。
焦点在阳极靶面201上的移动方向只限于x射线绕人体转动的方向，即x轴方向和z轴方向。理论上，为了在x轴方向和z轴方向都获得较好的分辨率，需要球管101在一个周期循环中在x轴方向偏转两次，在z轴方向偏转两次，所以一个周期需要采样四次，同时还需要保证周向的采样，这就需要机架100旋转一周获得更多的周向采样。但是当数据采集速度较快时，单个周向采样受到积分时间的限制实现起来比较困难。
发明内容
本发明实施例针对现有技术中存在的上述问题，提供一种飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置，在机架旋转时间较快时，简单方便地实现CT机扫描数据采样，同时保证各方向的分辨率。
为此，本发明实施例提供如下技术方案：
一种飞焦点CT机扫描数据采集方法，包括：
利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；
对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据。
优选地，所述利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据包括：
在x轴方向偏转，获得焦点A和焦点B的扫描数据A1、B1；
在z轴方向偏转，获得焦点A和焦点D的扫描数据A2、D1；
在x轴方向偏转，获得焦点B和焦点A的扫描数据B2、A3；
在z轴方向偏转，获得焦点B和焦点D的扫描数据B3、D2。
优选地，所述在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据包括：
利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据；
利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据；
利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据；
利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据。
优选地，所述利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据包括：
由扫描数据A1、B1获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
优选地，所述利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据包括：
由扫描数据B1、A2获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z-位置x飞焦点后的数据。
优选地，所述利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据包括：
由扫描数据B2、A3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
优选地，所述利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据包括：
由扫描数据A3、B3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
一种飞焦点CT机扫描数据采集装置，包括：
扫描单元，用于利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；
插值处理单元，用于对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据。
优选地，所述扫描单元，具体用于：
在x轴方向偏转，获得焦点A和焦点B的扫描数据A1、B1；
在z轴方向偏转，获得焦点A和焦点D的扫描数据A2、D1；
在x轴方向偏转，获得焦点B和焦点A的扫描数据B2、A3；
在z轴方向偏转，获得焦点B和焦点D的扫描数据B3、D2。
优选地，所述插值处理单元包括：
第一插值子单元，用于利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据；
第二插值子单元，用于利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据；
第三插值子单元，用于利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据；
第四插值子单元，用于利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据。
本发明实施例飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置，利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据。从而既兼顾了x轴方向采样的增加，也增加了z轴方向的采样，利用这些投影视图数据进行图像重建，不仅可以提高z轴方向的分辨率，同时也可以提高x轴方向的分辨率。
附图说明
图1是现有飞焦点技术的基本原理示意图；
图2是现有飞焦点CT中阳极靶面的示意图；
图3是现有技术中x轴方向飞焦点的原理示意图；
图4是现有技术中z轴方向飞焦点的原理示意图；
图5是现有技术中二焦点方式实现z轴方向飞焦点的示意图；
图6是现有技术中基于二焦点飞行方式的插值处理流程图；
图7是本发明实施例中焦点飞行方式的示意图；
图8是本发明实施例飞焦点CT机扫描数据采集方法的流程图；
图9是本发明实施例飞焦点CT机扫描数据采集装置的一种结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
本发明飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置，利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出一圈的投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据，从而重组出投影视图数据。
下面首先对现有技术中飞焦点的原理做简单说明。
在飞焦点技术中，主要使用焦点A，B，C，D，其几何位置分别记为：
A(x-z-)、B(x+z-)、C(x-z+)、D(x+z+)。
x轴方向飞焦点的原理如图3所示，其中，各参数含义如下：
RF：机架旋转半径；
FD：旋转中心到检测器的距离；
RFD：球管到检测器的距离，RFD＝RD+RF；
Δβ：扇束通道间夹角；
z轴方向飞焦点，两焦点在阳极靶面上的偏移距离。
机架旋转后，焦点偏转半个通道角后又能正好偏回原来的位置，从而获得二倍于原始通道的采样。
z轴方向飞焦点的原理如图4所示，其中，各参数含义如下：
Rf：机架旋转半径；
RD：旋转中心到检测器的距离；
RFD：球管到检测器的距离，RFD＝RD+RF；
z轴方向飞焦点时，两个焦点在z轴方向上的距离，即两焦点在z轴方向的偏差；
S：旋转中心处的切片厚度；
Δb：每层检测器的厚度；
z轴方向飞焦点时，两个焦点到旋转中心的距离差，即两焦点旋转半径偏差。
射束在z方向上偏移，从A(或B)偏转至C(或D)，使得C(或D)的各层在旋转中心处，穿过A(或B)相邻两层的正中心，即在旋转中心所处的直线上，C(或D)的各通道穿过A(或B)的半层点，从而获得二倍于原始层的采样。
在现有技术中，根据机架旋转速度的不同，理论上有两种飞行方式实现z轴方向飞焦点，分别为：二焦点飞行方式和四焦点飞行方式。
图5是二焦点方式实现z轴方向飞焦点的示意图。
基于二焦点飞行方式的插值处理过程如图6所示，包括以下步骤：
步骤601，获得扫描数据；
步骤602，对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出视图数据，每个基本操作单元的处理过程包括以下步骤：
步骤602-1，利用焦点A、D的数据得到z-位置的x飞焦点后的数据；
具体地，可以先利用焦点D的数据恢复出焦点B的数据，然后将焦点B的数据结合焦点A的数据得到z-位置的x飞焦点后数据；
步骤602-2，利用焦点A、D的数据得到z+位置的x飞焦点后的数据；
具体地，可以先利用焦点A的数据恢复出焦点C的数据，然后将焦点C的数据结合焦点D的数据得到z+位置的x飞焦点后数据；
步骤602-3，利用z-位置的x飞焦点后的数据和z+位置的x飞焦点后的数据，得到z位置x飞焦点插值后的数据。
从图5中的二焦点飞行方式可以看出，焦点A和焦点D不在一个旋转半径上，它可以对z轴方向的分辨率有更好的贡献，但是对于x轴方向分辨率的贡献较少，对于对x轴方向分辨率要求较高的需求不能得到足够的满足。
为此，本发明实施例提供一种飞焦点CT机扫描数据采集方法及装置，采用一种新的焦点飞行方式，如图7所示，利用三焦点(即焦点A、焦点B和焦点D)飞行方式，即A-B-A-D-B-A-B-D的8焦点周期循环方式。一次循环的8焦点通过插值处理得到四个兼顾x轴方向和z轴方向分辨率的投影视图。
如图8所述，本发明实施例飞焦点CT机扫描数据采集方法的流程图，包括以下步骤：
步骤801，利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；
前面提到，理想的四焦点飞行方式(即A-B-C-D)需要球管在一个周期循环中x轴方向偏转两次，在z轴方向偏转两次，但由于单个周向采样受到积分时间的限制，实现起来比较困难。
为此，本发明实施例中采用三焦点飞行方式，具体地，可以使用焦点A，B，D，其几何位置分别记为：A(x-z-)、B(x+z-)、D(x+z+)。
飞行方式按照以下顺序进行：A-B-A-D-B-A-B-D，即首先在x轴方向偏转，获得焦点A和焦点B的扫描数据A1、B1；然后在z轴方向偏转，获得焦点A和焦点D的扫描数据A2、D1；然后在x轴方向偏转，获得焦点B和焦点A的扫描数据B2、A3；然后在z轴方向偏转，获得焦点B和焦点D的扫描数据B3、D2。
步骤802，对获得的扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点采样插值出四个投影视图的数据。
按照如此的插值方法，如果飞行一圈采集得到2320个投影视图的数据，经过插值后可以得到1160个投影视图的数据，从而重组出一圈的投影视图数据，不仅兼顾了x轴方向采样的增加，而且也增加了z轴方向的采样，利用这些投影视图数据进行图像重建，不仅可以提高z轴方向的分辨率，同时也提高了x轴方向的分辨率。
前面提到，在插值处理过程中，需要通过不同的焦点采样插值出四个投影视图的数据，下面对该过程做详细说明。
(1)利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据。
首先，由扫描数据A1、B1获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
(2)利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据；
首先，由扫描数据B1、A2获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
(3)利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据；
首先，由扫描数据B2、A3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
(4)利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据。
首先，由扫描数据A3、B3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
经过上述插值处理，可以重组出所需的投影视图数据，不仅兼顾了x轴方向采样的增加，而且也增加了z轴方向的采样，利用这些投影视图数据进行图像重建，不仅可以提高z轴方向的分辨率，同时也提高了x轴方向的分辨率。
需要说明的是，上述三焦点飞行方式以使用焦点A，B，D为例进行了说明，但本发明实施例不仅限于采用A、B、D三个焦点，也可以使用其他三个焦点，比如，焦点A、B、C等，飞行方式及插值处理的具体过程与上述类似，在此不再赘述。
相应地，本发明实施例还提供一种飞焦点CT机扫描数据采集装置，如图9所示，是该装置的一种结构示意图。
在该实施例中，所述装置包括：
扫描单元901，用于利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据。具体地，可以采用三焦点飞行方式，按照以下顺序进行：A-B-A-D-B-A-B-D，即首先在x轴方向偏转，获得焦点A和焦点B的扫描数据A1、B1；然后在z轴方向偏转，获得焦点A和焦点D的扫描数据A2、D1；然后在x轴方向偏转，获得焦点B和焦点A的扫描数据B2、A3；然后在z轴方向偏转，获得焦点B和焦点D的扫描数据B3、D2。
插值处理单元902，用于对获得的扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据。
在本发明实施例中，所述插值处理单元902包括：
第一插值子单元921，用于利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据。具体地，首先由扫描数据A1、B1获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
第二插值子单元922，用于利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据。具体地，首先由扫描数据B1、A2获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
第三插值子单元923，用于利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据。具体地，首先由扫描数据B2、A3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
第四插值子单元924，用于利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据。具体地，首先由扫描数据A3、B3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；然后由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据，根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
本发明实施例飞焦点CT机扫描数据采集装置，利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；对获得的扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据。从而既兼顾了x轴方向采样的增加，也增加了z轴方向的采样，利用这些投影视图数据进行图像重建，不仅可以提高z轴方向的分辨率，同时也可以提高x轴方向的分辨率。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种飞焦点CT机扫描数据采集方法，其特征在于，包括：
利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；其中，三焦点为A、B和D，几何位置分别为A(x-z-)、B(x+z-)和D(x+z+)，飞行方式按照以下顺序进行：A-B-A-D-B-A-B-D，首先在x轴方向偏转，获得焦点A和焦点B的扫描数据A1、B1，然后从焦点A飞到焦点D，获得焦点A和焦点D的扫描数据A2、D1，然后在x轴方向偏转，获得焦点B和焦点A的扫描数据B2、A3，然后在z轴方向偏转，获得焦点B和焦点D的扫描数据B3、D2；
对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据；
其中，当采用的三焦点为A、B和D时，所述在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据包括：利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据；利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据；利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据；利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据包括：
由扫描数据A1、B1获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z+位置x飞焦点后的数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据包括：
由扫描数据B1、A2获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D1，得到z-位置x飞焦点后的数据。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据包括：
由扫描数据B2、A3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D2，得到z+位置x飞焦点后的数据。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据包括：
由扫描数据A3、B3获得z-位置的x轴方向飞焦点后的数据；
由获得的z-位置的x轴方向飞焦点后的数据插值获得z+位置的低频数据；
根据所述z+位置的低频数据及扫描数据D2，得到z+位置x飞焦点后的数据。
6.一种飞焦点CT机扫描数据采集装置，其特征在于，包括：
扫描单元，用于利用三焦点飞行方式对被检体进行扫描，获得扫描数据；其中，三焦点为A、B和D，几何位置分别为A(x-z-)、B(x+z-)和D(x+z+)，飞行方式按照以下顺序进行：A-B-A-D-B-A-B-D，首先在x轴方向偏转，获得焦点A和焦点B的扫描数据A1、B1，然后从焦点A飞到焦点D，获得焦点A和焦点D的扫描数据A2、D1，然后在x轴方向偏转，获得焦点B和焦点A的扫描数据B2、A3，然后在z轴方向偏转，获得焦点B和焦点D的扫描数据B3、D2；
插值处理单元，用于对获得的飞行扫描数据按照以每个循环周期的个数为基本操作单元进行循环处理，重组出投影视图数据，在每个基本操作单元的处理中通过不同的焦点的扫描数据插值出四个投影视图的数据；
其中，当采用的三焦点为A、B和D时，所处差值处理单元包括：第一插值子单元，用于利用扫描数据A1、B1、D1插值出第一个投影视图的数据；第二插值子单元，用于利用扫描数据B1、A2、D1插值出第二个投影视图的数据；第三插值子单元，用于利用扫描数据B2、A3、D2插值出第三个投影视图的数据；第四插值子单元，用于利用扫描数据A3、B3、D2插值出第四个投影视图的数据。
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