[发明专利]由不完全锥形束投影数据再现物体三维CT图象用的方法和装置

说明书

在此公开及请求保护的本发明，涉及以下共同指定的专利申请主题，因而这些专利申请全部的公开，在此合并引作参考：

并此同时由Kwok  C.Tam提交的申请号为-，发明名称为“将锥形束X射线投影数据变换为平面积分并再现物体三维CT图象用的方法和装置”的专利申请〔RD-20039〕，以及

并此同时由Kwok  C.Tam提交的申请号为-，发明名称为“由锥形束投影数据或由平面积分再现物体三维CT图象用的并行处理方法和装置”的专利申请〔RD-19564〕。

本发明总地涉及三维计算机X射线断层摄影术（CT），更确切地说，涉及由不完全X射线锥形束投影数据再现物体三维图象用的方法和装置。

在传统的既为医学且为工业应用的CT中，采用的是扇形束的X射线和线列阵的检测器。所获得的是二维成象。当数据组为完整的，而且象质也相当高时，只有物体的单一切片（Slice）能被同时成象。在需要三维图象时，采用的是“切片堆叠”的方法。同时取得三维数据组的二维切片，本来就是缓慢而费时的。此外，在医学应用中，由于相邻的切片无法同时成象，所以会产生移动的赝象。而且，由于切片之间的距离通常都比X射线准直器的孔径小，所以能利用的辐射剂量要比最佳剂量低，其结果是使身体的许多部位要被双重照射。

比较更新一些的基于所谓的锥形束几何结构基础上的方法，所采用的是二维列阵的检测器来替代线性列阵的检测器，以及锥形束的X射线源来替代扇形束的X射线源。整个物体随时都被锥形束的X射线源照射，因而锥形束扫描要比使用扇形束或平行束进行一个切片一个切片地扫描要快得多。而且，由于物体上的每个“点”是靠X射线以三维而不是二维的方式进行观察的，故所达到的对比度要比使用传统的二维X射线CT可能达到的高得多。为了获得锥形束投影数据，最好对物体在360°的角度范围内进行扫描，或者通过让X射线源在适当的扫描轨道（例如围绕该物体的圆形轨道上）上运动，同时保持此二维列阵检测器相对此X射线源固定不动;或者通过转动该物体，同时让X射线源和检测器保持不动。在两种情况下，都是靠X射线源和物体之间的相对运动来实现扫描的。

然而X射线CT中的图象再现过程，都是基于氡逆变（inversion）过程基础上的，其中的物体图象是由物体的氡变换总额再现的。二维物体的氡变换，是由与该物体相交的各条线上物体密度的积分构成的。三维物体的氡变换，是由平面积分构成的。通过逆变由锥形束扫描数据再现出图象，一般包括两个步骤，即（1）在氡空间中将锥形束数据变换为平面积分，以及（2）在平面积分上完成逆氡变换，以获得图象。

三维成象用的锥形束几何结构，在某些文献中进行过广泛地讨论，如由下文作为代表：Gerald  N.Minerbo发表在IEEE  Trans.Nucl.Sci.，NS-26卷，NO.2，第2682-2684页（1979，4）上的“由锥形束投影数据进行卷积再现”;Heang  K.Tuy发表在SIAM  J.Math.，43卷，NO.3，第546-552页（1983，6）上的“锥形束再现用的逆变公式”，以及Bruce  D.Smith发表在IEEE  Trans.Med.Imag.，MI-44卷，第1425页（1985，3）上的“由锥形束投影再现图象：必要和充分的条件及再现方法”。

取决于为得到锥形束投影数据所采用的扫描图形，氡空间中的数据组可能是不完全的。尽管图象再现肯定仍可以通过逆氡变换来进行，但赝象可能会引入，其结果是对于医学诊断或部件质量检测来说，图象可能是不完备的。

一种典型的采用锥形束几何构形的扫描及数据获得结构，表示在图1中。物体20位于锥形束X射线点状辐射源22和二维检测器列阵24之间的视场中，能够提供锥形束的投影数据。旋转轴26则穿过该视场和物体20。为了分析的目的，中平面28可被定义为包含此X射线点源22并垂直于旋转轴26的平面。按照惯例，旋转轴26称之为Z轴，而且旋转轴26与中平面28的交点取作坐标原点。如图所示，X和Y轴位于中平面28内，而且此（x，y，z）坐标系随着X射线源22和检测器24一起旋转。为了从多种角度位置上对物体20进行扫描，X射线源22应沿着位于中平面28内的圆形扫描轨道30相对此物体20及视场运动，同时让检测器24相对此源22保持不动。