CN1934586A - 多焦点采集 - Google Patents

Abstract

图像质量对于CT扫描、特别是对于螺旋线圆锥波束扫描是重要的特性。通过使用在辐射波束的焦点的两个不同位置处采集的投影数据和把该投影数据从第一几何图形重新归类到第二几何图形，投影数据的两个子组被组合成一个重新归类的投影数据组，由此提高数据组的径向分辨率。有利地，按照本发明的一个方面，可以执行从第二几何图形返回到第一几何图形的另外的重新归类，从而导致在初始几何图形中具有更高的径向分辨率的投影数据组。

Description

多焦点采集

本发明涉及例如在医疗应用中的图像处理领域。特别地，本发明涉及处理感兴趣的物体的投影数据组的方法，数据处理设备，CT扫描仪系统，和相应的计算机程序。

已经可以清楚地认识到高端CT系统的当前的发展趋势。检测器行的数目和圆锥角度不断增加，与其关联的是越来越短的机架旋转时间。从重建的观点看来，必须在涉及它们的数值稳定性、速度和它们对于各种各样系统缺陷的灵敏度方面来评估不同的算法。用于螺旋扫描的重建算法可大致划分成两个组，近似算法和精确算法。

近似算法是对于速度而被优化的，即重建时间短。然而，从商业观点看来，图像质量和存在着一种在CT扫描仪系统中实施的精确算法的事实对于销售量有重大的影响。该精确算法是基于保证一个连续数学函数被无误差地重建的数学公式。这些公式通常是通过使用有关Radon反演的知识而得到的。精确的方法具有速度慢的和对于离散化误差敏感的缺点。

然而，由于最近Alexander Katsevich公布用于螺旋线CT的新的精确的重建算法，情形已发生改变，该算法在A.Katsevich，“Analysis ofan exact inversion algorithm for spiral cone-beam CT(对用于螺旋圆锥波束CT的精确逆算法的分析)”，Physics in Medicine and Biology，vol47，pp 2583-2597(2002)中描述。

用于圆锥波束CT的数值上高效的滤波的后向投影型算法(例如，对于PI或3-PI采集)是基于Katsevich的工作。这些方法通常具有：在第一预处理步骤中，必须计算平行波束的偏转，随后与圆锥波束几何图形的1/sinγ(γ是在Katsevich平面内的角度)进行卷积。更多的细节可以在Bontus，Koehler，and Proksa“A quasiexact reconsturctionalgorithm for helical CT using a 3-Pi acquisition(使用3-Pi采集的螺旋CT的准精确重建算法)”，Medical Physics，vol 30，pp 2493-2502(2003)，的文章中找到，该文章在此引用以供参考。所有这些方法当前都限于所谓的低分辨率模式，其中既没有使用多焦点采集也没有使用方位检测器偏移来得到比起检测器分辨率更高的分辨率的图像。

本发明的目的是提供改进的最后图像。

按照如权利要求1中阐述的本发明的示例性实施例，以上目的是通过一种处理感兴趣的物体的投影数据组的方法而达到的，其中藉助于生成波束的电磁辐射源和藉助于检测波束的辐射检测器采集投影数据。按照本发明的这个示例性实施例，投影数据组从第一几何图形被重新归类(rebin)到第二几何图形，以形成第一重归类的投影数据组，其中在第二几何图形中的第一重归类的投影数据组的第二径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

换句话说，通过例如执行内插而进行投影数据组的重新分类，导致重归类的投影数据组的改进的分辨率。

按照如权利要求2中阐述的本发明的示例性实施例，在第一几何图形中的投影数据组包括第一聚焦数据组和第二聚焦数据组，其中第一聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第一位置处采集的，以及其中第二聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第二位置处采集的。

所以，按照本发明的示例性实施例，采集了两个数据组，其中第一数据组相应于辐射源的第一焦点设置以及第二数据组相应于辐射源的第二焦点设置。因此，通过用不同的焦点设置采集两个数据组，和通过在重归类步骤中组合这两个数据组，可以达到投影数据组的径向分辨率的提高。有利地，使焦点位置移位是一种容易和快速执行的过程，它不需要任何机械动作，所以可以在正常数据采集期间执行。

如权利要求3中阐述的本发明的示例性实施例，还包括把第一重归类的投影数据组从第二几何图形再重归类到第三几何图形，从而导致第二重归类的投影数据组。第二重归类的投影数据组包括第三聚焦数据组，其中第三聚焦数据组的第三径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

有利地，按照本发明的这个示例性实施例，投影数据组的第二重归类可以允许重归类回到初始的几何图形。但这时经二次重归类的投影数据组，按照本发明的这个示例性实施例的一个方面，只包括一个聚焦数据组而不包括两个聚焦数据组(正如在两个重归类步骤之前的情形)。因此，按照本发明的这个示例性实施例，数据组可以在初始几何图形中生成，它是电磁辐射源的焦点的一个位置的数据组，但具有更高的，例如加倍的径向分辨率。

按照如权利要求4中阐述的本发明的示例性实施例，第一几何图形是扇形波束几何图形和圆锥波束几何图形之一，而第二几何图形是平行波束几何图形。另外，第三几何图形是扇形波束几何图形和圆锥波束几何图形之一。

有利地，按照本发明的这个示例性实施例，投影数据组是在圆锥波束几何图形中采集的，然后被重归类到更高的径向分辨率的平行波束几何图形。在第二重归类步骤中，投影数据组被重归类回到圆锥波束几何图形。这里，保持了平行投影的高的分辨率，从而导致比起原先的圆锥波束投影具有更高分辨率的圆锥波束投影组。

按照如权利要求5和6中阐述的本发明的另一个示例性实施例，投影数据组从第一几何图形到第二几何图形的重归类是通过第一角度内插而实行的，以及投影数据组从第二几何图形到第三几何图形的重归类是通过第二角度内插而执行的，其中第一角度内插和第二角度内插是沿具有恒定扇形角度的视角方向执行的。

有利地，这可以允许投影数据组的快速处理。

而且，按照如权利要求7中阐述的本发明的另一个示例性实施例，感兴趣的物体的重建是通过经滤波的后向投影算法执行的。数据在此或者通过使用与体素有关的放大而被直接后向投影的，或者被施加另一个并行的重归类，跟随着不带有放大的简单的后向投影。

有利地，按照本发明的示例性实施例，经滤波的后向投影过程可以是一个确切的算法，诸如基于A.Katsevich，“Analysis of an exactinversion algorithm for spiral cone-beam CT(对用于螺旋圆锥波束CT的精确逆算法的分析)”，Physics in Medicine and Biology，vol 47，pp2583-2597(2002)的工作的算法，该文章在此引用以供参考。这可以提供投影数据组的快速的和精确的处理。

按照如权利要求8中阐述的本发明的另一个示例性实施例，电磁辐射源是多色X射线源，其中该辐射源围绕感兴趣的物体沿螺旋线运动，以及其中波束具有扇形波束几何图形和圆锥波束几何图形之一。

应用多色X射线源是有利的，因为多色X射线源易于生成和提供良好的图像分辨率。应当指出，因为CT扫描仪系统的几何图形可以具有不同的设计，诸如，例如圆锥波束或扇形波束几何图形，本发明的示例性实施例的方法可用到多个不同的扫描仪系统和不限于CT扫描仪系统，而是可应用到PET(正电子放射层析X射线照相术)扫描仪系统或SPECT(单光子放射计算的层析X射线照相术)扫描仪系统。

如权利要求9和10中阐述的本发明的其它示例性实施例提供一种数据处理设备，用于通过把投影数据组从第一几何图形重归类到第二几何图形而处理感兴趣的物体的投影数据组，这可导致投影数据组的径向分辨率的提高。

按照如权利要求11和12中阐述的本发明的其它示例性实施例，提供了一种CT扫描仪系统，包括用于存储数据的存储器，和用于按照本发明的方法的示例性实施例对感兴趣的物体的投影数据组进行处理的数据处理器。

本发明还涉及例如可以在诸如图像处理器那样的处理器上执行的计算机程序。这样的计算机程序例如可以是CT扫描仪系统的一部分。按照本发明的示例性实施例的计算机程序是在权利要求13和14中阐述的。计算机程序优选地可被装载到数据处理器的工作存储器。数据处理器因此被配备来实行本发明的方法的示例性实施例。计算机程序可以以任何适当的编程语言，例如以C++被编写，以及可被存储在诸如CD-ROM那样的计算机可读的媒体。另外，这些计算机程序是可以从网络可得到的，诸如万维网，这些程序可以通过该网络下载到图像处理单元或处理器，或任何适当的计算机。

作为本发明的示例性实施例的要点，可以看到，从第一几何图形到第二几何图形执行对包括多个数据子组的投影数据组的重归类，其中每个子组是在不同的焦点的位置采集的。通过重归类投影数据组，多个子组被组合成一个被重归类的投影数据组，由此，提高从数据组重建的图像的径向分辨率。按照本发明的示例性实施例，第一几何图形是圆锥波束几何图形，和第二几何图形是平行波束几何图形。有利地，按照本发明的一个方面，可以执行从平行波束几何图形返回到圆锥波束几何图形的另外的重归类，从而导致在具有更高径向分辨率的初始几何图形中的投影数据组。

参照此后描述的实施例将明白和阐述本发明的这些和其它方面。

下面参照附图描述本发明的示例性实施例。

图1显示按照本发明的计算层析X射线照相术(CT)的实施例的简化的示意图。

图2显示按照本发明的示例性实施例的第一重归类步骤的示意图。

图3显示按照本发明的示例性实施例的第二重归类步骤的示意图。

图4显示按照本发明的方法的示例性实施例的流程图。

图5显示用于执行按照本发明的方法的示例性实施例的、按照本发明的图像处理设备的示例性实施例。

图1显示按照本发明的计算层析X射线照相术(CT)扫描系统的示范性实施例的简化的示意图。参考这个示例性实施例，本发明是对于医疗成像的应用描述的。然而，应当指出，本发明不限于医疗成像领域的应用，而是可被使用于诸如行李检查的应用，以用于检测在行李物品中的诸如爆炸物的危险物品，或使用于诸如材料测试的其它工业应用。

图1所示的扫描仪是圆锥波束CT扫描仪。图1所示的CT扫描仪包括机架1，它可以围绕旋转轴2旋转。机架藉助于电动机3驱动。标号4表示诸如X射线源的辐射源，它按照本发明的一个方面发射多色辐射。

标号5表示孔径系统，它把从辐射源发射的辐射形成为圆锥形辐射波束6。

圆锥波束6被引导，使得它穿透被安排在机架1的中心即在CT扫描仪的检查区域中的感兴趣物体7，并且投射到检测器8。正如可以从图1看到的，检测器8被安排在机架1上在辐射源4的对面，以使得检测器8的表面被圆锥波束6覆盖。图1所示的检测器8包括多个检测器单元。

在对感兴趣物体7的扫描期间，辐射源4、孔径系统5和检测器8沿机架1以箭头16所示的方向旋转。为了使带有辐射源4、孔径系统5和检测器8的机架1旋转，电动机3被连接到电动机控制单元17，该控制单元又被连接到计算单元18。

在图1上，感兴趣物体被放置在传送带19上。在对感兴趣物体7进行扫描期间，在机架1围绕病人7旋转时，传送带19把感兴趣物体7沿平行于机架1的旋转轴2的方向位移。通过这样做，感兴趣物体7被沿螺旋线扫描路径进行扫描。传送带19在扫描期间也可以停止。在医疗应用中，例如，其中感兴趣物体7是病人，可使用可移动的台面以代替提供传送带19。然而应当看到，在描述的各种情形下，也有可能执行圆形扫描，这时平行于旋转轴2的方向上没有移位，而只有机架1围绕旋转轴2的旋转。

检测器8被连接到计算单元18。计算单元18接收检测结果，即来自检测器8的检测器单元的读出值，和根据读出值确定扫描结果。检测器8的检测器单元可以适合于测量由感兴趣物体对圆锥波束造成的衰减。而且，计算单元18与电动机控制单元17通信，以便通过电动机3和20或传送带19协调机架1的运动。

计算单元18可以适合于从检测器8的读出值重建图像。由计算单元18生成的图像可以经由接口22输出到显示器(图1上未示出)。

可以由数据处理器实现的计算单元18也可以适合于执行对感兴趣物体的投影数据组的处理，在其中投影数据组是藉助于辐射源和来自检测器8的检测器单元的读出值而采集的。按照本发明的一个方面，投影数据组的处理可以通过根据在视角方向的角度内插而把投影数据组从圆锥波束几何图形重归类到平行波束几何图形来实现。可以执行从平行波束几何图形返回到圆锥波束几何图形的另一个重归类，从而导致具有更高径向分辨率的数据组。

另外，正如可以从图1看到的，计算单元18被连接到扬声器21以便例如自动输出报警。

图2显示按照本发明的示例性实施例的采集的数据的几何图形和第一重归类步骤的示意图。图2显示如何用多个焦点采集来提高最后的图像的分辨率。每一行方块代表一个圆锥(扇形)波束投影。在这里显示的双焦点采集中，焦点被调整以使得每隔一个投影对在不同的扇形角度位置β处的线积分进行采样。

图2和3显示双焦点采集的情形，但应当看到，按照本发明的示例性实施例，在数据采集期间可以采用两个以上的不同的聚焦。

如在标准WEDGE重建中那样，两个聚焦数据组的圆锥波束数据(对于第一聚焦数据组由标号31，32，33代表，以及对于第二聚焦数据组由标号34，35，36代表)被平行重新分选或重归类到两倍径向分辨率的平行投影45。

应当指出，在图2和3上，只表示了圆锥波束数据的一个扇形。

在每个数据组内只施加了角度内插，如由虚线所表示，例如线37和线41。按照Katsevich的精确重建算法，对这些数据计算第一导数。更多的细节可以在Bontus，Koehler，and Proksa“A quasiexactreconsturction algorithm for helical CT using a 3-Pi acquisition(使用3-Pi采集的螺旋CT的准精确重建算法)”，Medical Physics，vol 30，pp2493-2502(2003)的文章中找到，该文章在此引用以供参考。

为了得到以平行的视线在圆上采样的数据，例如在圆38上采样的，仅仅在视角的方向上执行角度内插。角度内插是沿虚线37的视角的方向上在数据点39与40之间执行的。而且，为了得到在圆44上采样的数据，例如角度内插是沿虚线31(再次在视角的方向s)在数据点42与43之间执行的。在内插期间，扇形角度β保持不变。然而，应当指出，也可以使用更高阶的内插，这将要求，有必要使用更多沿线41的数据。

图3显示按照本发明的示例性实施例的第二个重归类步骤的示意图。在第二个重归类步骤中，平行数据组54，55，56，57，58被重归类返回圆锥波束几何图形数据50，51，52。这里，平行投影的高分辨率被保持，导致具有两倍于原先圆锥波束投影31，32，33，34，35(如图2所示)分辨率的一组圆锥波束投影50，51，52。

正如可以从图3看到的，重归类的数据组50，51，52只代表焦点的一个位置，但具有两倍于原先的圆锥波束的分辨率。为了得到在小矩形的数据点的中心处采样的圆锥波束数据，仅仅在视角方向上执行内插。

例如，为了得到在圆锥波束几何图形中的数据点，来自平行投影54的数据点61和来自平行投影55的数据点60被使用来形成沿虚线59的内插(在视角方向s，扇形角度β保持为恒定的)。相邻的数据点66例如通过同样是以视角方向s在数据点64与数据点65之间进行内插而得到。所以，要进行从平行数据到圆锥波束的重归类，其中在圆锥波束几何图形中的数据这时只代表焦点的一个位置，但与原先的圆锥波束数据相比较具有两倍的分辨率。

图4显示按照本发明的方法的示例性实施例的流程图。在步骤S1开始后，在步骤S2，在焦点的两个位置处采集感兴趣物体的投影数据组。这例如可以通过使用适当的CT扫描仪或通过从贮存装置读取投影数据来完成。在随后的步骤S3，根据在视角方向的角度内插，把投影数据组从圆锥波束几何图形重归类到具有双分辨率的平行几何图形。这时应当指出，在原理上，可以在不同于角度方向的任何其它方向上执行内插。

然后，在步骤S4，执行投影数据的第二次重归类，这次是从平行几何图形返回到圆锥波束几何图形，导致只具有焦点的一个位置但具有两倍于原先圆锥波束数据的径向分辨率的重归类的投影数据。再次地，重归类根据在视角方向上的角度内插被执行，但按照本发明的示例性实施例，可以在不同于视角方向的任何其它方向执行。有利地，在第一次重归类步骤S3中角度内插的方向是与在第二次重归类步骤S4中角度内插的方向相同的。

以后，在步骤S5，执行具有1/sinγ的卷积，其中γ是在Katsevich平面内的角度。更多的细节可以在Bontus，Koehler，and Proksa“Aquasiexact reconsturction algorithm for helical CT using a 3-Piacquisition(使用3-Pi采集的螺旋CT的准精确的重建算法)”，MedicalPhysics，vol 30，pp 2493-2502(2003)的文章中找到，该文章在此引用以供参考。

在下一个步骤，这时或者根据与体素有关的放大使投影数据组被直接后向投影(步骤S6)，或者对投影数据施加从圆锥波束返回到平行波束几何图形的另一个平行的重归类(步骤S7)，随后在步骤S8，进行不带有放大的简单的后向投影。该方法在步骤S9结束。

图5显示用于执行按照本发明的方法的示例性实施例的、按照本发明的图像处理设备的示例性实施例。图5所示的数据处理设备包括中央处理单元(CPU)或图像处理器151，它被连接到用于存储描绘例如病人的感兴趣物体的图像的存储器152。数据处理器151可被连接到多个输入/输出网络或诊断设备，诸如MR设备或CT设备。数据处理器还可被连接到显示设备154，例如计算机监视器，用于显示信息或在数据处理器151中计算的或适配的图像。操作员或用户可以经由键盘155和或图5上未示出的其它输出设备与数据处理器151互动。

另外，经由总线系统153，也有可能把图像处理和控制处理器151连接到例如监视感兴趣物体的运动的运动监视器。在例如成像病人的肺的情形下，运动传感器可以是呼气传感器。在成像心脏的情形下，运动传感器可以是心电图(ECG)。

Claims (14)

1.一种处理感兴趣物体的投影数据组的方法，其中投影数据是藉助于生成波束的电磁辐射源和藉助于检测波束的辐射检测器而采集的，该方法包括以下步骤：

把投影数据组从第一几何图形重归类到第二几何图形，得到第一采样点经重归类的投影数据组；

其中在第二几何图形中的第一经重归类的投影数据组的第二径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

2.权利要求1的方法，

其中在第一几何图形中的投影数据组包括第一聚焦数据组和第二聚焦数据组；

其中第一聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第一位置处被采集的；以及

其中第二聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第二位置处被采集的。

3.权利要求1的方法，还包括以下步骤：

把第一重归类的投影数据组从第二几何图形重归类到第三几何图形，导致第二重归类的投影数据组；

其中第二重归类的投影数据组包括第三聚焦数据组；以及其中第三聚焦数据组的第三径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

4.权利要求3的方法，

其中第一几何图形是扇形波束几何图形和圆锥波束几何图形之一；

其中第二几何图形是平行波束几何图形；以及

其中第三几何图形是扇形波束几何图形和圆锥波束几何图形之一。

5.权利要求3的方法，

其中把投影数据组从第一几何图形重归类到第二几何图形是通过第一角度内插而执行的；以及

其中把投影数据组从第二几何图形重归类到第三几何图形是通过第二角度内插而执行的。

6.权利要求5的方法，

其中第一和第二角度内插是沿具有恒定扇形角度的视角方向执行的。

7.权利要求3的方法，还包括以下步骤：

通过经滤波的后向投影过程而重建感兴趣的物体；

其中经滤波的后向投影过程通过以下两种方式之一执行，即：或者通过使用与体素相关的放大而直接执行；或者在不使用放大而把第二重归类的投影数据组从第一几何图形进一步重归类到第二几何图形后执行。

8.权利要求1的方法，

其中电磁辐射源是多色X射线源；

其中源围绕感兴趣的物体沿螺旋线运动；以及

其中波束具有扇形波束几何图形和圆锥波束几何图形之一。

9.数据处理设备，包括：

存储器，用于存储数据组；

数据处理器，用于处理感兴趣物体的投影数据组，其中投影数据是藉助于生成波束的电磁辐射源和藉助于检测波束的辐射检测器采集的，其中数据处理器适合于执行以下步骤：

把投影数据组从第一几何图形重归类到第二几何图形，导致第一重归类的投影数据组；

其中在第二几何图形中的第一重归类的投影数据组的第二径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

10.权利要求9的数据处理设备，

其中数据处理器还适合于执行以下步骤：

把第一重归类的投影数据组从第二几何图形重归类到第三几何图形，导致第二重归类的投影数据组；

其中在第一几何图形中的投影数据组包括第一聚焦数据组和第二聚焦数据组；

其中第一聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第一位置处被采集的；以及

其中第二聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第二位置处被采集的；

其中第二重归类的投影数据组包括第三聚焦数据组；以及

其中第三聚焦数据组的第三径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

11.一种CT扫描仪系统，包括：

存储器，用于存储数据组；

数据处理器，用于处理感兴趣物体的投影数据组，其中投影数据是藉助于生成波束的电磁辐射源和藉助于检测波束的辐射检测器而采集的，其中数据处理器适合于执行以下步骤：

装载投影数据组；

把投影数据组从第一几何图形重归类到第二几何图形，导致第一重归类的投影数据组；

其中在第二几何图形中的第一重归类的投影数据组的第二径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

12.权利要求11的CT扫描仪系统，

其中数据处理器适合于执行以下步骤：

把第一重归类的投影数据组从第二几何图形重归类到第三几何图形，导致第二个重归类的投影数据组；

其中在第一几何图形中的投影数据组包括第一聚焦数据组和第二聚焦数据组；

其中第一聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第一位置处被采集的；以及

其中第二聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第二位置处被采集的；

其中第二重归类的投影数据组包括第三聚焦数据组；以及

其中第三聚焦数据组的第三径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

13.一种计算机程序，用于处理感兴趣物体的投影数据组，其中当计算机程序在处理器上被执行时，计算机程序使得处理器执行以下步骤：

装载投影数据组；

把投影数据组从第一几何图形重归类到第二几何图形，导致第一重归类的投影数据组；

其中在第二几何图形中的第一重归类的投影数据组的第二径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

14.权利要求13的计算机程序，

其中当计算机程序在处理器上被执行时，计算机程序使得处理器还执行以下步骤：

把第一重归类的投影数据组从第二几何图形重归类到第三几何图形，导致第二重归类的投影数据组；

其中在第一几何图形中的投影数据组包括第一聚焦数据组和第二聚焦数据组；

其中第一聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第一位置处采集的；以及

其中第二聚焦数据组是在相对于从源发射的电磁辐射的焦点的检测器的第二位置处采集的；

其中第二重归类的投影数据组包括第三聚焦数据组；以及

其中第三聚焦数据组的第三径向分辨率高于在第一几何图形中的投影数据组的第一径向分辨率。

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