CN114199907A - 多分辨率ct成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多分辨率CT成像系统及方法，其中，成像系统包括：通过射线生成模块向待成像物体发出射线；通过至少两个分辨率探测器生成对高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，和对所需成像区域进行扫描的第二投影数据；通过扫描成像子系统确定高分辨率成像区域、分辨率探测器对应的成像扫描参数、扫描运动轨迹以及进行投影数据采集；图像重建子系统利用第二投影数据对第一投影数据进行补全或补偿，通过图像重建算法对补全或补偿后的投影数据进行自适应融合重建，得到重建结果。本申请的实施例使用多种分辨率的探测器，同时利用大视野测量的投影数据和小视野探测器的投影数据进行综合重建，达到实现大视野与局部高分辨率的重建效果。

Description

多分辨率CT成像系统及方法

技术领域

本申请涉及CT成像技术领域，特别涉及一种多分辨率CT成像系统及方法。

背景技术

X射线成像技术是无损检测的一种的重要方式，它现在已经广泛应用于众多领域，医疗与物体检测这两个具体应用方向对于重建空间分辨率提出了更高的需求，被扫描物体本身的尺寸决定了成像视野范围。现阶段的平板探测器受限于数据传输的带宽，单位时间内传送的数据量具有上限，在实际使用中为了保证一定采集频率，因此总像素数量有限，探测器清晰度越高，则像素尺寸越小，探测器覆盖范围越小，像素尺寸越大，则覆盖的范围越大。目前超高分辨率探测器视野都很小(小于100mm)，在实际应用中会面临被扫描物体投影数据采集不完整的情况，导致图像重建中面临截断问题，严重影响CT图像的质量；大视野探测器虽然能够采集被扫描物体的完整投影，但是空间分辨率却不能满足检查需求。在当前的技术手段下，由于无法兼顾高分辨率与大视野，相关技术中提出了一些技术方案，如采用两个独立模块来单独实现这两种功能。

例如，朗视仪器股份有限公司利用双源双探测器的锥形束CT系统，在一个扫描架上集成了两套X射线发生器与两块面阵探测器。其中，一块探测器可生成大视野CT图像，另一块可生成高分辨率小视野CT图像。但是，该系统每次扫描只使用一块探测器。同时，该公司也提出了一种装有多探测器的锥形束CT系统，这种方案与上一种相比省略了一个X射线发生器，但是每次扫描依然只使用一个探测器模块。斯托克斯检测技术有限公司也提出了双光源双探测器的类似结构。在这种结构中，光源与探测器的位置是固定的，高分辨率成像区域的相对位置无法在扫描中进行自适应调整，因此只能针对特定应用，在各行业的通用性不强。上述方案双源双探测器系统需要两个射线源，结构复杂成本高，两套系统一套实现高分辨率、一套实现大视野，不能同时工作，相互配合，在实现流程上比较繁琐。

天津三英精密仪器股份有限公司提出了一种多光路、跨尺度、高分辨率显微CT检测仪，其中包括了射线源切换滑台、探测器切换滑台、平板探测器和高分辨率探测器组，目的是在显微CT领域，为了使用不同大小样品、不同分辨率的需求、提高显微CT的测样范围。这种方案每次依然只使用一块探测器。但是，天津三英公司的目的是为了匹配被扫描物体的尺寸以及成像需求，进行自动切换的一种设计方案，在一次扫描中只能实现大视野或者高清分辨的单一目标。

江苏康众数字医疗科技股份有限公司提出了一种双能谱、双分辨率的X射线探测器、探测系统及成像方法。这个系统基于一种双层探测器，上下两层图像可以分别输出高分辨率图像和高能吸收图像，再将两种图像进行结合并重建。但是，康众数字医疗公司在探测器设计上进行了优化，其低能探测器与高能探测器在覆盖面积上是一样的，而其低能探测器的成像分辨率与本专利中所指的普通大视野探测器是一样的，因此不能更进一步的实现局部高分辨率成像。

同方威视技术股份有限公司提出了一种CT成像系统与方法。首先对物体进行普通CT扫描得到普通CT图像，然后从该图像中确定感兴趣区域，调整扫描几何后用高分辨率光子计数探测器再进行扫描，得到关于感兴趣区域的高分辨率图像与能谱信息。但是。同方威视的单源双探测器系统虽然能够实现对射线源的重复使用，但是在流程上大视野探测器主要起定位目的，而后需要进行几何位置的调整，才能进行高清小视野重建。这种方案也需要多次扫描、流程复杂，不便于使用。

综上，目前实现大视野与局部高分辨率的CT成像方案大都基于多次扫描，这不仅扫描时间长，增加了剂量，同时提高了成本，不够便捷快速。领域内尚没有方案能够在一次扫描中兼顾大视野与高分辨率这两方面需求，需要创新性地将大视野探测器与超高分辨率探测器进行结合成像，提出更先进的成像手段来满足以上需求。

发明内容

本申请提供一种多分辨率CT成像系统及方法，使用多种分辨率的探测器，同时利用大视野测量的投影数据和小视野探测器的投影数据，并将数据进行综合重建，达到实现大视野与局部高分辨率的重建效果。

本申请第一方面实施例提供一种多分辨率CT成像系统，包括：

射线生成模块，用于向待成像物体发出射线；

至少两个分辨率探测器，用于生成对所述待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对所述待成像物体的所述所需成像区域进行扫描的第二投影数据；

扫描成像子系统，用于自适应确定所述高分辨率成像区域范围和所述至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，控制所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹，以及采集所述待成像物体的投影数据；

图像重建子系统，用于利用所述第二投影数据对所述第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的所述第一投影数据和所述第二投影数据进行自适应融合重建，得到所述待成像物体的重建结果。

可选地，在本申请的一个实施例中所述射线生成模块包括：一个射线源或分布式射线源组成的一个射线源阵列。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述至少两个分辨率探测器并排摆放为相邻或相接关系，通过偏置扫描对所述待成像物体进行探测，且所述至少两个分辨率探测器的偏置方向相同或不同；或，至少一个分辨率探测器位于其中一个分辨率探测器内部。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述至少两个分辨率探测器单独设置或通过探测器像素分割和/或合并将所述至少两个分辨率探测器集成为一个探测器。可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：定位模块，用于确定所述待成像物体的高分辨率成像区域。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述扫描成像子系统，包括：控制模块，用于根据所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹控制所述至少两个分辨率探测器运动。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述扫描成像子系统，包括：定位模块，用于通过可见光定位方式确定所述高分辨率成像区域，和/或，通过预设分辨率探测器对所述待成像物体的所需成像区域进行预扫描，根据预扫描数据确定所述高分辨率成像区域。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述扫描成像子系统，包括：参数选取模块，用于根据所述高分辨率成像区域的成像分辨率需求、扫描剂量的多少及截断伪影的抑制效果确定所述至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述图像重建子系统进一步用于通过FDK算法或迭代重建算法对所述待成像物体进行自适应融合重建。

本申请第二方面实施例提供一种多分辨率CT成像方法，利用上述实施例所述的多分辨率CT成像系统，该方法包括以下步骤：

确定所述待成像物体的高分辨率成像区域；

根据所述高分辨率成像区域的成像分辨率需求、扫描剂量的多少及截断伪影的抑制效果确定至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，以及生成所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹；

根据所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹控制所述至少两个分辨率探测器运动，以生成对所述待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对所述待成像物体的所述所需成像区域进行扫描的第二投影数据；

利用所述第二投影数据对所述第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的所述第一投影数据和所述第二投影数据进行自适应融合重建，得到所述待成像物体的重建结果。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述确定所述待成像物体的高分辨率成像区域，包括：

通过可见光定位方式确定所述待成像物体的高分辨率成像区域，和/或，

通过预设分辨率探测器对所述待成像物体进行预扫描，根据预扫描数据确定所述待成像物体的高分辨率成像区域。

本申请实施例的多分辨率CT成像系统及方法，利用至少两个探测器的组合，同时利用大视野测量的投影数据和小视野探测器的投影数据，将数据进行综合重建，达到实现大视野与局部高分辨率的重建效果。相比双源双探测器系统，更加节约空间、节省成本、降低制造难度，相比于传统单源双探测器系统，在一次曝光出束中获得完备数据，降低被扫描物体的剂量，提高扫描速度，能够同时获得大视野CT重建数据以及局部高清小视野CT重建数据。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种多分辨率CT成像系统结构示意图；

图2为根据本申请实施例提供的CT扫描光路图；

图3为根据本申请实施例提供的成像扫描参数的自动优化流程图；

图4为根据本申请实施例提供的第一分辨率探测器与第二分辨率探测器的拼接方式示意图；

图5为根据本申请实施例提供的多分辨率CT成像系统的三维结构示意图；

图6为根据本申请实施例提供的方案1的结构以及其对应重建区域示意图；

图7为根据本申请实施例提供的方案1中第一分辨率探测器沿轴向运动的结构以及其对应重建区域示意图；

图8为根据本申请实施例提供的方案2的结构以及其对应重建区域示意图；

图9为根据本申请实施例提供的方案3的结构以及其对应重建区域示意图；

图10为根据本申请实施例提供的线积分投影示意图；

图11为根据本申请实施例提供的迭代算法流程示意图；

图12为根据本申请实施例提供的多分辨率CT成像方法流程图；

图13是本申请实施例的多分辨率CT成像方法流程逻辑图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的多分辨率CT成像系统及方法。针对上述背景技术中心提到的在同时实现高分辨率和大视野成像时，成像系统结构复杂，操作不便，扫描时间长，且成本较高的问题，本申请提供了一种多分辨率CT成像系统，在该系统中，射线生成模块向待成像物体发出射线；至少两个分辨率探测器生成对待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对待成像物体的所需成像区域进行扫描的第二投影数据；扫描成像子系统自适应确定高分辨率成像区域范围和至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，控制至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹，以及采集待成像物体的投影数据；图像重建子系统利用第二投影数据对第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的第一投影数据和第二投影数据进行自适应融合重建，得到待成像物体的重建结果，本申请实施例同时利用大视野测量的投影数据和小视野探测器的投影数据，将数据进行综合重建，达到实现大视野与局部高分辨率的重建效果。由此，解决了相关技术中在同时实现高分辨率和大视野成像时，成像系统结构复杂，操作不便，扫描时间长，且成本较高的问题。

具体而言，图1为根据本申请实施例提供的一种多分辨率CT成像系统结构示意图。

如图1所示，该多分辨率CT成像系统包括：射线生成模块100、至少两个分辨率探测器200、扫描成像子系统300和图像重建子系统400。

射线生成模块100，用于向待成像物体发出射线。

在本申请的实施例中，射线生成模块可以为一个射线源或分布式射线源组成的射线源阵列，其中，射线源可以为连续型X射线源或者脉冲型X射线源，其他射线源也可以用于本申请的实施例中，不作具体限定。

至少两个分辨率探测器200，用于生成对待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对待成像物体的所需成像区域进行扫描的第二投影数据。

为了实现同时测量大视野的投影数据和局部高分辨率投影数据的探测，在本申请的实施例中，利用至少两个分辨率的探测器进行探测，如图1所示，示出了两个探测器，其中一个为大视野探测器，用于对待成像物体所需成像区域进行扫描生成第二投影数据，另一个为高清探测器，对待成像物体的高分辨率成像区域进行单独扫描生成第一投影数据。在成像方式上，利用大视野探测器对高清小视野探测器的投影数据进行补全或补偿，解决数据截断问题并进行综合重建，对感兴趣区域实现高清重建同时其他区域实现普通重建。

可以理解的是，本申请的实施例可以配备多个(大于2)不同分辨率的探测器以实现多分辨率CT成像系统，其中探测器面积越小的模块分辨率越高。

扫描成像子系统300，用于自适应确定高分辨率成像区域范围和至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，控制至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹，以及采集待成像物体的投影数据。

在本申请中，以两个探测器为例进行说明，一个为高清小视野探测器下述称第一分辨率探测器，另一个为大视野的探测器，下述称第二分辨率探测器。在一次扫描过程中自适应使用，通过第一分辨率探测器对感兴趣区域进行超高清成像，其他区域通过第二分辨率探测器进行普通成像，同时兼顾扫描视野与高清成像这两方面功能，提高现有CT的重建效果。

可以理解的是，在利用第一分辨率探测器进行探测前，首先要确定待成像物体的高分辨率感兴趣区域的位置。

在本申请的实施例中，扫描成像子系统300，包括：定位模块，用于通过可见光定位方式确定高分辨率成像区域，和/或，通过预设分辨率探测器对待成像物体的所需成像区域进行预扫描，根据预扫描数据确定高分辨率成像区域。

本申请的实施例可以使用两种方式对其进行定位，分别是可见光或者基于第二分辨率探测器进行X射线的预扫描。

其中，基于可见光的定位方式具体可以通过人眼定位、激光十字准星定位或者摄像头监测定位等方式。例如对于工业部件的高分辨率检测中，可以在外观上对感兴趣区域进行定位，使用摄像头就能够监测物体位置；在人体头部的大脑检测中，在感兴趣区域相对确定的情况下，可以使用激光十字准星的方式，并由操作员将患者移至检测位置。在被检测物体感兴趣区域外观特征明显的情况下，基于可见光的定位方式既准确又快速，同时还不会产生额外的剂量，是一种合理有效的定位方式。

基于X射线预扫描的定位方式主要基于第二分辨率探测器来，可以为DR定位或者CT定位，主要是针对被检测物体感兴趣区域外观特征不明显的情况。基于DR定位的方式主要适合被检测物体感兴趣区域在投影图上具有明显特征的情况，例如在检测柱状工业产品时，感兴趣区域无法通过可见光的方式定位，但是通过DR图像，能够快速定位到感兴趣区域。基于CT定位是最准确的定位方式，首先在低剂量模式下对被检测物体进行CT预扫描，重建后找到感兴趣区域，然后进行定位，主要针对可见光和DR都无法定位的复杂场景。例如在颞骨检测中，由于颞骨部位处于头部内部，无法进行可见光定位，同时在DR投影图上也没有清晰结构，因此只能通过CT预扫描的方式进行定位。

在本申请的实施例中，扫描成像子系统300，包括：参数选取模块，用于根据高分辨率成像区域的成像分辨率需求、扫描剂量的多少及截断伪影的抑制效果确定至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数。

可以理解的是，在进行探测获取投影数据时，探测器的成像扫描参数将影响探测效果，因此，本申请的实施例在探测前需要确定多个探测器对应的成像扫描参数。

具体地，在成像扫描参数的设置与选取上，本申请的实施例将着重考虑三个影响因素，分别是：感兴趣区域的成像分辨率需求、扫描剂量的最优化方案与截断伪影的抑制。

影响成像分辨率的因素有很多，除了探测器像素尺寸以外，光源的尺寸、测量的几何条件以及曝光的剂量都会对其产生影响。CT扫描光路图如图2所示，计算空间分辨率性能的公式如下式

其中

其中，a为射线源焦斑尺寸，d为探测器像素尺寸，M为放大比，DSD与DSO分别为源探距离和源到扫描通道中心距离。通过公式可以看到，光源的焦点越小，成像分辨率越高，反之亦然。在实际中扫描剂量越高，重建噪声越小，重建也就更清晰。高空间分辨率与扫描时间呈正相关关系，一般情况下空间分辨率越高，达到相同噪声所需剂量也越高，光源焦点小导致电流也减小，此时扫描时间会大大增长。因此应当根据感兴趣区域成像分辨率的具体需求，综合光源焦点大小、放大比设置、物体尺寸、探测器像素和噪声大小等多种因素平衡扫描时间，给出扫描过程中的合理参数。

在医疗检测中，本申请的实施例应当基于辐射防护最优化原则，在满足检查质量的情况下尽可能的降低剂量。高空间分辨率与高剂量呈正相关关系，成像分辨率越高，达到相同噪声所需剂量也越高，人体辐射防护的原则是尽可能降低剂量，所以在医疗中需要平衡这两方面因素。比如在脑部扫描中，对于正常区域可以采用低剂量扫描，而只针对感兴趣区域采用较高剂量以获得高清图像。在颞骨扫描中，CT的预扫描可以作为低剂量扫描，在第二次高分辨率检测中视野只覆盖第一分辨率探测器范围。

截断伪影的产生原因是第一分辨率探测器的测量视野不能完全覆盖被扫描物体，往往会导致内重建问题及重建准确性降低。在检测中，如果数据越完备，则数据缺失就越少，截断伪影的影响也就越小，但是越完备的数据第二分辨率探测器所需视野范围也就越大，对应的总吸收剂量也就越高。因此截断伪影影响越小，患者所受剂量越高，在扫描中应当去平衡这对矛盾，比如可以根据大数据建立相应的查找表，训练人工神经网络并对覆盖范围的参数进行优化，用尽可能低的剂量来实现伪影的抑制。同时在抑制截断伪影的问题上，应当移动第二分辨探测器至最优位置，使它能够完全覆盖被扫描物体的视野范围，有效对第一探测器覆盖不到的范围进行数据补充。

综合考虑以上三方面的影响因素，对于被检测物体，给出优化后的扫描方案。在医疗检测中，应多考虑低剂量情况下获取高质量图像。在工业检查领域，应平衡扫描时间与扫描效果，如果获取高分辨低噪声的图像，则需要焦点小，电流小，剂量大，这时扫描时间势必会增长，如果适当降低扫描指标，则扫描时间可以降低。具体考虑的流程图如图3所示。

在本申请的一个实施例中，扫描成像子系统300包括：控制模块，用于根据至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹控制至少两个分辨率探测器运动。

可以理解的是，为了探测器能够扫描待成像物体的投影数据，本申请的实施例需要控制至少两个分辨率探测器运动，使得探测器可以采集相应位置的投影数据。

在本申请的一个实施例中，至少两个分辨率探测器并排摆放为相邻或相接关系，通过偏置扫描对待成像物体进行探测，且至少两个分辨率探测器的偏置方向相同或不同；或，至少一个分辨率探测器位于其中一个分辨率探测器内部。

可以理解的是，本申请实施例的探测器可以偏置以增大高清成像的视野，也可以不偏置以增加数据的完备性。

在本申请的一个实施例中，至少两个分辨率探测器单独设置或通过探测器像素分割和/或合并将至少两个分辨率探测器集成为一个探测器。

进一步地，本申请实施例中的多分辨率探测器具备多种运动方式，以第一分辨率探测器和第二分辨率探测器为例，两种分辨率的探测器可以并排摆放，并且均使用偏置扫描方案，两块探测器偏置方向不同，在重建中两块探测器数据互相补充，可抑制第一分辨率探测器的截断伪影获得高质量的局部图像，同时获得第二分辨率探测器覆盖范围的重建图像；或者两种分辨率的探测器并排摆放，均使用偏置扫描方案，两块探测器偏置方向相同，在重建中进行数据补全，达到目标效果；再或者第一分辨率探测器位于第二分辨率探测器的内部，在图像重建中综合利用两块探测器数据，实现局部的高清重建。

本申请实施例的两块探测器可以单独制造，并在方案中进行相应的拼接；也可是定制的一块探测器，其中此探测器的局部分辨率要高于别的区域，在第三种运动方案中进行应用。

两种分辨率探测器的可能运动方式如图4所示，其中大框为第一分辨率探测器的覆盖范围，小框为第二分辨率探测器的覆盖范围。图4的(a)中所示的为第一分辨率探测器在第二分辨率探测器外的情况，此时需要两个独立的探测器模块，两个探测器模块可以增加平移电机并进行相对运动，称为方案1；图4的(b)中所示的为第一分辨率探测器在第二分辨率探测器内部边沿的情况，需要两个独立的探测器模块或者一个定制的探测器模块，如果是两个探测器模块可以增加平移电机并进行相对运动，称为方案2；图4的(c)中所示的为第一分辨率探测器在第二分辨率探测器内部靠近中心的情况，需要两个独立的探测器模块或者一个定制的探测器模块，如果是两个探测器模块可以增加平移电机并进行相对运动，称为方案3。

多分辨率CT成像系统的几何结构示意图如图5所示。其中第一分辨率探测器扫描的是需要高清重建的感兴趣区域，第二分辨率探测器扫描的是更大的区域，其作用是对第一分辨率探测器的数据进行补充，并对整体进行重建。

在方案1中，采用图6的(a)的布置方式，其中虚线为旋转中心在探测器上的投影。第一分辨率探测器与第二分辨率探测器在扫描过程中均为偏置排布，并且偏置方向不一样。图6的(b)所展示的是各探测器的重建范围，其中大的实线圆柱是第二分辨率探测器的反投影重建范围，而小的虚线圆柱则是第一分辨率探测器的反投影重建区域。第一分辨率探测器与第二分辨率探测器的相对位置可以沿竖直方向运动，如图7所示。在图7的(a)中，第一分辨率探测器相对第二分辨率探测器上下运动，与此相对应的，图7的(b)的高清小视野重建范围也上下运动。

第一分辨率探测器相对第二分辨率探测器的调整原则为：第一分辨率探测器对准需要高清重建的感兴趣区域，第二分辨率探测器对准其他区域，用以进行数据补偿，综合提高多分辨率系统的兼容性。

在方案2中，探测器采用图8的(a)的布置方式，其中虚线为旋转中心在探测器上的投影。第一分辨率探测器与第二分辨率探测器在扫描过程中均为偏置排布，并且偏置方向相同。图8的(b)所展示的是各探测器的重建范围，其中大的实线圆柱是第二分辨率探测器的反投影重建范围，而小的虚线圆柱则是第一分辨率探测器的反投影重建区域。如果第一分辨率探测器与第二分辨率探测器是由一块晶体实现的，则其位置是相对固定的，需要整体移动使第一探测器对准感兴趣区域；如果高清探测器与大视野探测器是由两个独立的探测器模块实现，可以根据调整原则对高度进行调整，使第一探测器的视野范围对准感兴趣区域。

在方案3中，探测器采用图9的(a)的布置方式，其中虚线为旋转中心在探测器上的投影。第一分辨率探测器位于第二分辨率探测器内部，并且基本没有偏置。图9的(b)所展示的是各探测器的重建范围，其中大的实线圆柱是第二分辨率探测器的反投影重建范围，而小的虚线圆柱则是第一分辨率探测器的反投影重建区域。如果第一分辨率探测器与第二分辨率探测器是由一块晶体实现的，则其位置是相对固定的，需要整体移动使第一探测器对准感兴趣区域；如果高清探测器与大视野探测器是由两个独立的探测器模块实现，可以根据调整原则对高度进行调整，使第一探测器的视野范围对准感兴趣区域。

通过上述的探测器放置位置以及运动方式，可以探测到的待成像物体的全部位置的投影数据以及感兴趣区域的高分辨率投影数据。

图像重建子系统400，用于利用第二投影数据对第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的第一投影数据和第二投影数据进行自适应融合重建，得到待成像物体的重建结果。

将通过上述多分辨率探测器得到投影数据进行综合处理，利用图像重建算法进行重建，可以得到待成像物体的重建结果，同时实现了大视野与高分辨率成像的效果。

在本申请的一个实施例中，通过FDK算法或迭代重建算法对待成像物体进行自适应融合重建。

具体地，由于第一分辨率探测器不能获得被扫描物体的完整投影，在重建中面临数据截断问题，因此在重建前，使用第二分辨率探测器的数据对小视野探测器的缺失数据进行部分补全，从而解决第一分辨率探测器数据截断的问题，提高CT重建的准确性和稳定性。例如在旋转轴不偏置的情况下(如方案3)的情况下，本申请的实施例可以用第二分辨率探测器的数据直接对第一分辨率探测器进行数据补全。在旋转轴偏置的情况下(如方案1与方案2)，本申请的实施例可以基于投影的共轭数据对投影图像进行数据补全，几何关系如图10所示，式(2)为对应的补全公式。

g(θ，t)＝g(θ+π，-t) (2)

在重建算法的选择上，可以根据重建质量的需求，选择多种重建算法。例如在数据较为完备、扇角较小的情况下使用FDK算法，如式(3)所示；

上面的第一个式子是数据加权与滤波的过程，第二个式子是反投影的过程。(a,b)是(x,y,z)在β角度下在探测器上投影的位置，U还是源到重建点与源到投影点的比值。

FDK方法中滤波的方向在探测器上是沿直

方向进行的，但是反投影的过程中却不是沿着

方向，从而会导致重建准确度下降，在扇角方向较大时影响更加明显。为了解决FDK算法中的滤波方向和反投影方向不一致的问题，可以对它进行改进，例如T-FDK重建算法，这种方法先把数据重排成为虚拟平面上的平行数据，再进行平行的滤波、反投影，这样就可以保证滤波方向和反投影的方向一致。重排过程如下：

然后就是加权滤波与反投影的过程，如式(4)所示。

在数据不完备的情况下可以使用迭代重建算法，其迭代步骤如图11所示，实现重建。

在综合利用大视野探测器与小视野探测器的采集数据后，能够实现大视野重建，同时对局部感兴趣区域实现高清重建。

可以理解的是，在实际执行过程中，本申请的系统还可以包括机架及机电控制、数据采集、图像处理与显示等模块。

进一步地，本申请实施例的系统可以安装在CBCT或者C-armCT中，其中CBCT可以是立式的也可以是卧式的。在C-armCT中如果不能进行完整角度扫描，在探测器偏置系统中能够采集240°的数据，在探测器不偏置的系统中下能够采集120°的数据，并通过有限角度进行扫描。

根据本申请实施例提出的多分辨率CT成像系统，利用至少两个探测器的组合，同时利用大视野测量的投影数据和小视野探测器的投影数据，并将数据进行综合重建，达到实现大视野与局部高分辨率的重建效果。相比双源双探测器系统，更加节约空间、节省成本、降低制造难度，相比于传统单源双探测器系统，在一次曝光出束中获得完备数据，降低被扫描物体的剂量，提高扫描速度，能够同时获得大视野CT重建数据以及局部高清小视野CT重建数据。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的多分辨率CT成像方法。

图12为根据本申请实施例提供的多分辨率CT成像方法流程图，图13是本申请实施例的多分辨率CT成像方法流程逻辑图。

如图12和图13所示，该多分辨率CT成像方法用于上述实施例的多分辨率CT成像系统，该方法包括以下步骤：

步骤S101，确定待成像物体的高分辨率成像区域。

步骤S102，根据高分辨率成像区域的成像分辨率需求、扫描剂量的多少及截断伪影的抑制效果确定至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，以及生成至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹。

步骤S103，根据至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹控制至少两个分辨率探测器运动，以生成对待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对待成像物体的所需成像区域进行扫描的第二投影数据。

步骤S104，利用第二投影数据对第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的第一投影数据和第二投影数据进行自适应融合重建，得到待成像物体的重建结果。

在本申请的一个实施例中，确定待成像物体的高分辨率成像区域，包括：

通过可见光定位方式确定待成像物体的高分辨率成像区域，和/或，

通过预设分辨率探测器对待成像物体进行预扫描，根据预扫描数据确定待成像物体的高分辨率成像区域。

在本申请的一个实施例中，通过FDK算法或迭代重建算法对待成像物体进行自适应融合重建。

需要说明的是，前述对多分辨率CT成像系统实施例的解释说明也适用于该实施例的多分辨率CT成像方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的多分辨率CT成像方法，利用至少两个探测器的组合，同时利用大视野测量的投影数据和小视野探测器的投影数据，并将数据进行综合重建，达到实现大视野与局部高分辨率的重建效果。相比双源双探测器系统，更加节约空间、节省成本、降低制造难度，相比于传统单源双探测器系统，在一次曝光出束中获得完备数据，降低被扫描物体的剂量，提高扫描速度，能够同时获得大视野CT重建数据以及局部高清小视野CT重建数据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

Claims (10)

1.一种多分辨率CT成像系统，其特征在于，包括：

射线生成模块，用于向待成像物体发出射线；

至少两个分辨率探测器，用于生成对所述待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对所述待成像物体的所述所需成像区域进行扫描的第二投影数据；

扫描成像子系统，用于自适应确定所述高分辨率成像区域范围和所述至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，控制所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹，以及采集所述待成像物体的投影数据；

图像重建子系统，用于利用所述第二投影数据对所述第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的所述第一投影数据和所述第二投影数据进行自适应融合重建，得到所述待成像物体的重建结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述射线生成模块包括：一个射线源或分布式射线源组成的一个射线源阵列。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述至少两个分辨率探测器并排摆放为相邻或相接关系，通过偏置扫描对所述待成像物体进行探测，且所述至少两个分辨率探测器的偏置方向相同或不同；或

至少一个分辨率探测器位于其中一个分辨率探测器内部。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个分辨率探测器单独设置或通过探测器像素分割和/或合并将所述至少两个分辨率探测器集成为一个探测器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描成像子系统，包括：

控制模块，用于根据所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹控制所述至少两个分辨率探测器运动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描成像子系统，包括：

定位模块，用于通过可见光定位方式确定所述高分辨率成像区域，和/或，通过预设分辨率探测器对所述待成像物体的所需成像区域进行预扫描，根据预扫描数据确定所述高分辨率成像区域。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描成像子系统，包括：

参数选取模块，用于根据所述高分辨率成像区域的成像分辨率需求、扫描剂量的多少及截断伪影的抑制效果确定所述至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像重建子系统进一步用于通过FDK算法或迭代重建算法对所述待成像物体进行自适应融合重建。

9.一种多分辨率CT成像方法，其特征在于，用于权利要求1-7任一项所述的多分辨率CT成像系统，该方法包括以下步骤：

确定所述待成像物体的高分辨率成像区域；

根据所述高分辨率成像区域的成像分辨率需求、扫描剂量的多少及截断伪影的抑制效果确定至少两个分辨率探测器对应的成像扫描参数，以及生成所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹；

根据所述至少两个分辨率探测器的扫描运动轨迹控制所述至少两个分辨率探测器运动，以生成对所述待成像物体的所需成像区域中的高分辨率成像区域进行单独扫描的第一投影数据，以及生成对所述待成像物体的所述所需成像区域进行扫描的第二投影数据；

利用所述第二投影数据对所述第一投影数据进行投影数据补全或补偿，并通过图像重建算法对补全或补偿后的所述第一投影数据和所述第二投影数据进行自适应融合重建，得到所述待成像物体的重建结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定所述待成像物体的高分辨率成像区域，包括：

通过可见光定位方式确定所述待成像物体的高分辨率成像区域，和/或，

通过预设分辨率探测器对所述待成像物体进行预扫描，根据预扫描数据确定所述待成像物体的高分辨率成像区域。

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