[发明专利]计算机层析X射线摄影系统中的图像再现装置和方法

说明书

本发明总体上涉及计算机层析X射线摄影(CT)成象技术，更具体地说，本发明涉及三维CT成象系统，它在提高效率的同时还能减少图象的赝象。

图1是传统的第三代CT扫描仪10的轴向示意图，其包括一个X辐射源12和一个固定到一环形盘16中沿直径方向相对侧的X射线探测系统14。盘16被旋转地安装在一个台架(未示出)内，以便在扫描的过程中，当来自于辐射源12的x射线穿过一位于盘16开口内的手术台56上的对象(诸如一个病人20)时，盘16连续地绕着纵向z轴旋转。z轴垂直于图1所在页的平面，并且与扫描平面相交于盘16的机械旋转中心18。盘的机械旋转中心18与再现图象的等角点相应。

在一个传统的系统中，探测系统14包括单个探测器22的一个阵列，其设在圆弧形状的一行内，该圆弧以点24为曲率中心，点24被称作“焦点”，在该焦点处从x辐射源12散发射线。辐射源12和探测器22阵列这样设置，以使得辐射源和每个探测器之间的x射线轨迹都位于与z轴垂直的“扫描平面”内。由于x射线轨迹源自实际上是点光源的某光源，并以不同的角度延伸到探测器，因此发散的x射线轨迹形成了一个“扇形束”26，其以一维线性投影的形式入射到探测器阵列14上。在扫描过程的一测量瞬间入射到单个探测器上的x射线通常被称作一个“射线”，并且每个探测器产生表示其相应射线强度的输出信号。空间射线角取决于盘的旋转角度和探测器阵列内探测器的位置。由于每一射线都被其轨迹内的所有物质部分地衰减，因此由每个探测器产生的输出信号代表位于探测器和x辐射源之间的所有物质的衰减量，即位于探测器的相应射线轨迹内的物质的衰减量。通过对数函数，将由每个探测器测量的x射线强度予以转换，来代表物体密度的线积分，即沿着x射线轨迹的物体的投影值。

由x射线探测器产生的输出信号通常通过CT系统的信号处理部分(未示出)进行处理。信号处理部分一般包括一个数据采集系统(DAS)，其将由x射线探测器产生的输出信号予以过滤，以提高它们的信号-噪声比(SNR)。在一个测量间隔内由DAS产生的输出信号通常被称作一个“投影”，“投影轮廓”或“视图”，并且与特定的投影轮廓相应的盘16、辐射源12和探测器系统14的角方位被称作“投影角”。

如果探测器阵列包括N个探测器，那么对于每个旋转角度，都采集N个投影值。就扇形射线来说，这N个投影值被集中称作物体的一个扇形束投影轮廓。扇形束投影轮廓的数据通常被重组或改组，以成为平行束投影轮廓。平行束轮廓内的所有射线都具有相同的角度，其被称作平行束投影视角φ。物体的图象可在180°的视角范围从平行束投影轮廓中再现。

在扫描过程中，盘16平稳且连续地绕着被扫描的物体旋转，并允许扫描仪1O以相应的一组投影角来产生一组投影。在传统的扫描中，病人在扫描的过程中一直处于固定的z轴位置。当获得多次扫描时，病人或台架便在扫描过程之间沿着纵向z轴被步进式移动。这些过程通常被称作“分步发射”扫描或者“固定z轴”(CZA)扫描。采用众所周知的算法，例如反向氡转换(Radon transform)，可从一组投影中产生层析X射线照片，这组投影都共用与z轴垂直的相同扫描平面。这个公共的扫描平面典型地被称为“切片平面”。

层析X射线照片代表了沿着被扫描物体的切片平面的二维切片的密度。既然层析X射线照片可被认为是从投影数据中再现的，因此从投影中产生层析X射线照片的过程一般被称作“再现”。再现过程可包含若干个步骤，包括有：重组，以从扇形束数据中形成平行束数据；回旋(convolution)，以使数据更清晰；以及背投影，其中从投影数据中产生相对于每一图象像素的图象数据。在CZA扫描中，就一个特定的图象切片来说，所有的投影都共用一个公共的扫描平面，所以这些投影可直接被用于回旋，并被应用到背投影仪中，以产生层析X射线照片。

分步发射CZA扫描方法将是一个缓慢的过程。在这一耗时的方法中，病人被暴露在大量的x射线辐射下。而且，因为扫描台是在每次扫描之间移动的，因此，病人的移动将造成移动和错位所产生的赝象，从而会导致图象质量的降低。

已研制了好几种方法来降低对一个物体完全扫描所需的时间。这些方法中的一种是螺旋或螺旋线扫描，其中当盘16与辐射源12和线性探测器阵列14一起围绕病人旋转时，正被扫描的物体或支撑x辐射源的台架和探测器沿着z轴被输送。在螺旋扫描中，投影通常是这样获得的，以使得z轴位置与视角线性相关。这种形式的螺旋扫描一般被称作恒速螺旋(CSH)扫描。