用于非等γ角CT系統中數據轉換的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明的名稱為用于非等γ角CT系統中數據轉換的方法和裝置。具體地，本發明提供了一種用于在CT系統中成像的方法，其中該CT系統中具有平面模塊檢測器陣列。本發明的方法包括：對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據；獲取平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數；基于幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據重排，從而將扇形束投影數據轉換為平行束投影數據；及利用平行束投影數據來形成CT圖像。通過本發明，能夠有效地避免平面模塊檢測器陣列所引起的環形偽影。
【專利說明】用于非等Y角CT系統中數據轉換的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療掃描，尤其是涉及在具有平面模塊檢測器陣列的CT系統中成像的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]隨著醫療技術的發展，醫療掃描越來越成為許多醫學應用中的重要診斷和治療工具。例如，計算機斷層照相法(CT)已經被廣泛地用于病人診斷檢查和放射治療。在CT系統中，X射線源投射扇形的射線束，其被校準(或限束)到笛卡爾坐標系中的X-Y平面，即，“成像平面”。射線束穿透要成像的目標物體，如病人。射線束在由目標物體的不同部位衰減后到達檢測器陣列，并且X射線束的不同衰減由檢測器陣列檢測到，從而能夠構建X射線圖像(即，CT圖像)。
[0003]在現今廣泛使用的第三代CT系統中，X射線源及檢測器陣列與臺架一起在成像平面內繞著要被成像的目標物體旋轉，從而X射線束穿過目標物體的角度不斷地被改變。在一個臺架角度從檢測器陣列獲得的一組X射線衰減測量(即，“投影數據”)被稱為“視圖(view) ”。目標物體的掃描包括X射線源和檢測器在一周旋轉期間從不同臺架角度或視圖角度處獲得的一組視圖。
[0004]在CT掃描中，由于X射線源投射的是扇形射線束，所以獲得的是扇形束數據而非平行束數據。然而，成像重建理論首先是基于平行束投影數據形成的。因此，CT圖像重建中的一個重要步驟是進行扇形束到平行束的數據重排，以將扇形束投影數據轉換為平行束投影數據。通過這種數據轉換，能夠將CT系統旋轉掃描期間獲得的一組扇形檢測器樣本轉換為等值的平行檢測器樣本。由此，在圖像重建中，避免了對于扇形束重建所需考慮的射線源到不同檢測器單元的距離權重。如果不轉換成平行束投影數據的話，該距離權重在重建三維體數據時可能會引起跨Z軸方向的“斑條”或條紋偽影。因此，在圖像重建中，扇形束到平行束的數據轉換能夠使得重建算法得以直接、準確地應用。
[0005]在第三代CT系統中，所有的檢測器單元都沿著中心為X射線源的相同弧形均勻分布。目前，扇形束到平行束的數據轉換的關注點也僅僅只是集中在第三代CT系統的弧形檢測器陣列。例如，在美國專利US 6，411，670中就描述了一種用于生成增強的物體CT圖像的方法，其中包括將由等Gamma角(Y角)的弧形檢測器陣列獲得的扇形束投影數據重排為平行束投影數據。這篇專利中的所有內容通過弓丨用而結合到本申請中。
[0006] 對于扇形束到平行束的數據重排的其它現有技術，還可參見美國專利US4，570，224、US 5，216，601、US 4，852，132等。另外，在以下兩篇論文中也涉及了用于弧形檢測器陣列的扇形束到平行束的數據重排，即，論文“Rebinning-based algorithms forhelical cone~beam CT, 2001 Phys.Med.Biol.必”和論文 Uraflcei/ single-slicerebinning in cone~beam spiral CT, Med.Phys.27，April 2000”。這些專利、論文及其相關內容同樣通過引用而結合到本申請中。
[0007]這些現有技術在一定程度上緩解了將扇形束投影數據用于CT圖像重建的問題。然而，這些現有技術都無法應用于更具有成本優勢的大平面模塊檢測器陣列。大平面模塊檢測器陣列具有非等Ga_a角的幾何結構，而當今的數據重排算法都是基于等Ga_a角的幾何結構。如果這些算法被用于平面模塊檢測器陣列的話，將導致錯誤的數據重排結果并且由此產生嚴重的環形偽影。
[0008]現有技術的扇形束到平行束的數據轉換中還存在著一些其它方面的不足。因此，期望存在改進方案以對現有技術中的一個或多個方面進行提高。例如，期望改進的方案能夠在使用平面模塊檢測器陣列時避免環形偽影等。
【發明內容】
[0009]本發明旨在解決現有技術中存在的一個或多個問題，尤其是避免平面模塊檢測器陣列所引起的環形偽影等。
[0010]根據本發明的一個方面，提供了一種用于在CT系統中成像的方法，CT系統具有平面模塊檢測器陣列。該方法包括:對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據；獲取平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數；基于幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據重排，從而將扇形束投影數據轉換為平行束投影數據；及利用平行束投影數據來形成CT圖像。
[0011]根據本發明一個實施例的方法，其中數據重排包括:基于幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據再采樣，從而獲得平行束投影數據與扇形束投影數據間的對應關系。
[0012]根據本發明一個實施例的方法，其中數據再采樣還利用CT掃描的設置參數。
[0013]根據本發明一個實施例的方法，其中還包括:基于數據再采樣所獲得的平行束投影數據與扇形束投影數據 間的對應關系對扇形束投影數據進行內插。
[0014]根據本發明一個實施例的方法，其中數據重排還包括:對平行束投影數據進行等間距化，從而形成等間距平行束投影數據；其中，通過對平行束投影數據進行等間距化，能夠獲得等間距平行束投影數據與等間距前的平行束投影數據間的對應關系。
[0015]根據本發明一個實施例的方法，其中對平行束投影數據進行等間距化包括:以預定間距對平行束投影數據進行等間距化。
[0016]根據本發明一個實施例的方法，其中對平行束投影數據進行等間距化包括:基于等間距化所獲得的等間距平行束投影數據與等間距前的平行束投影數據間的對應關系對平行束投影數據進行內插。
[0017]根據本發明一個實施例的方法，其中對扇形束投影數據進行內插采用的是6階拉格朗日內插；和/或對平行束投影數據進行內插采用的是4階拉格朗日內插。
[0018]根據本發明一個實施例的方法，其中對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據包括:在CT系統進行螺旋掃描時，將螺旋掃描所獲得的扇形束投影數據插值成軸掃描數據。
[0019]根據本發明一個實施例的方法，其中基于濾波反投影重建算法，利用平行束投影數據來形成CT圖像。
[0020]根據本發明一個實施例的方法，其中方法也適用于弧形檢測器陣列。
[0021]根據本發明的第二方面，提供了一種用于在CT系統的裝置，CT系統具有平面模塊檢測器陣列，其中CT系統對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據。該裝置包括:參數獲取部件，獲取平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數；和數據重排部件，用于基于幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據重排，以將扇形束投影數據轉換為平行束投影數據。其中，CT系統利用平行束投影數據來形成CT圖像。
[0022]根據本發明的第三方面，提供了一種CT系統，其中該CT系統包括根據本發明實施例之一的方法和/或裝置。
[0023]本發明的以上改進方案能夠解決現有技術中存在的一個或多個問題。通過本發明，能夠避免平面模塊檢測器陣列所引起的環形偽影，和/或能夠對于各種檢測器陣列靈活地實現扇形束到平行束的數據轉換。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]通過以下結 合附圖對本發明【具體實施方式】的描述，可以進一步理解本發明的優點、特點和特征。附圖包括:
圖1示出了根據本發明一個實施例的CT系統；
圖2示出了根據本發明一個實施例的平面模塊檢測器陣列；
圖3示出了根據本發明一個實施例的平面模塊檢測器陣列中的平面模塊；
圖4示出了根據本發明一個實施例的用于在CT系統中成像的方法；
圖5示出了根據本發明一個實施例的扇形視圖與平行視圖間的關系；
圖6示出了根據本發明一個實施例的扇形束到平行束的數據重排中所使用的中間參
數；
圖7示出了根據本發明一個實施例的平行束投影數據的等間距化中所使用的預定間
距；
圖8示出了根據本發明一個實施例的CT圖像與現有技術的CT圖像間的對比；
圖9示出了根據本發明一個實施例的用于在CT系統中成像的裝置。
【具體實施方式】
[0025]現將參照附圖更加完整地描述本發明，附圖中示出了本發明的示例性實施例。但是，本發明可按照其它不同的形式實現，并且不應該被理解為限制于這些具體闡述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使得本發明的公開變得更徹底和完整，從而將本發明的構思完全傳遞給本領域技術人員。在全文中，相同或相似的數字表示同一裝置或單元。
[0026]圖1示意性地表示出了根據本發明一個實施例的CT系統10，其包括第三代CT系統的臺架12。臺架12具有X射線源14，其將扇形X射線束投射到臺架12上位于x射線源相對側上的檢測器陣列18。檢測器陣列18由能夠對穿透病人身體22的X射線進行共同感測的多個檢測器元件構成。每個檢測器元件都能生成電信號來表示接收的X射線的強度及X射線穿透位于工作臺46上的病人22后的衰減。在進行掃描以獲取X射線投影數據期間，臺架12及安裝于其上的組件都圍繞著臺架12的中心(即，iso中心)旋轉。需要理解的是，雖然此處示出的是第三代CT系統，但是本發明也同樣適用于需要將扇形束投影數據轉換為平行束投影數據的其它CT系統。
[0027]圖1中所示出的檢測器陣列18是大平面模塊檢測器陣列，其由多個平面模塊構成，并且每個平面模塊都具有多個檢測器單元。例如，平面模塊檢測器陣列可以由5個平面模塊構成，而每個平面模塊又可以包括136個檢測器單元。這種檢測器陣列會導致非等Ga_a角的幾何結構，即，任何兩個相鄰檢測器通道間的Ga_a角之差是不相等的。由于扇形束到平行束的數據重排均是基于等Gamma角幾何結構的，所以已知的數據轉換或重排方式并不適用于平面模塊檢測器陣列。
[0028]圖2示出了根據本發明一個實施例的平面模塊檢測器陣列，其由平面模塊301-305構成。圖2中還示出了其中兩個模塊304和305間存在著間距311。同時，圖2中也示出了 X射線源314。
[0029]圖3示出了平面模塊檢測器陣列中的其中一個平面模塊301-305包括的多個檢測器組421-424，其中每個檢測器組421-424進一步包括多個檢測器單元(例如，34個檢測器單元)。這些檢測單元又構成多個檢測器行(例如，16個檢測器行)。圖3中還示出了其中兩個檢測器組421和422間存在著間距431。
[0030]雖然圖2和圖3分別從不同的方面示出了平面模塊檢測器陣列，但是本領域技術人員可以理解的是，附圖中示出的特定平面模塊檢測器陣列并不對本發明產生限制。例如，本發明所適用的平面模塊檢測器陣列也可以由大于或小于5個的平面模塊構成，每個模塊包括的檢測器組也可以不同于4個，并且每個檢測器組所包括的檢測器單元數量及檢測器行、檢測器通道數也可以根據實際情況而發生改變。更進一步地，模塊間的間距、檢測器組間的間距和/或其它參數也可以與圖2和圖3中示出的不同。 [0031]圖4示出了根據本發明一個實施例的用于在CT系統中成像的方法。CT系統具有平面模塊檢測器陣列。在該成像方法中，首先對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據，及獲取平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數。隨后，基于所獲取的幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據重排，從而將扇形束投影數據轉換為平行束投影數據。最后，利用平行束投影數據來形成CT圖像。
[0032]平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數主要包括:平面模塊的數量、各平面模塊包括的檢測器組的數量、各檢測器組包括的檢測器單元的數量、檢測器行的數量、模塊間的間距、檢測器組間的間距。此外，幾何結構參數還可以包括X射線源到iso檢測器的距離、X射線源到iso中心的距離、各檢測器單元在X軸方向的長度、沿X軸方向的通道偏離，等。在本領域中，這些參數都是熟知的，例如，沿X軸方向的通道偏離是指X射線源與iso中心間的連線(即，iso-ray)與檢測器陣列最中間通道(iso通道)間在x軸方向上的偏離。因此，在此不再對此進行贅述。
[0033]根據本發明的一個實施例，扇形束到平行束的數據重排包括:基于平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據再采樣，從而獲得平行束投影數據與扇形束投影數據間的對應關系。
[0034]根據本發明的一個實施例，在扇形束到平行束的數據再采樣中，扇形束投影數據被再采樣為平行束投影數據。其中，每個平行視圖包括在相同絕對角度獲得的投影數據。平行視圖中的各檢測器單元對應于扇形視圖中具有該平行視圖的視圖角度的檢測器。或者說，平行視圖中的平行束投影數據對應于扇形視圖中具有該平行視圖的視圖角度的扇形束投影數據。
[0035]為了方便描述，在此處先對一些下文用到的參數標識進行說明。可以注意到，其中有些參數與檢測器陣列的幾何參數相關；而另一些相關于CT掃描的設置，并不與檢測器陣列的幾何參數直接相關。具體地參數如下:K -表示當前扇形視圖的標號； m-檢測器陣列中當前平面模塊的標號； η -當前模塊中當前檢測器組的標號； k-當前檢測器組中當前檢測器單元的標號；
Nmod -平面模塊的數量；
Npack -各平面模塊中檢測器組的數量；
Ncells-各檢測器組中檢測器單元的數量； c -當前檢測器通道的標號，其中+n* Ncell+k ； r-當前檢測器行的標號；
Vtotal -掃描文件中可用的視圖數量；
Vrot -檢測器陣列繞iso中心的單次旋轉所包括的視圖數量；
Ciso -與iso-ray對應的檢測器通道的標號；
cls2d -從X射線源到iso檢測器單元(即，與iso-ray相交的iso檢測器單元)的距
離；
ds21-從X射線源到iso中心的距離； dgapl -相鄰模塊間的模塊間距； dgap2 -相同模塊中相鄰檢測器組間的組間距； ddet -檢測器單元在X軸方向的長度；
Coffset -沿X軸方向的通道偏離；
α -兩個模塊在極向的角度(即，相鄰模塊中心通道與射線源連線間的夾角)； β -當前視圖的投影角度；
> -當前檢測器通道C與中心通道(即，iso通道)相對于X射線源間的夾角。
[0036]圖5示出了根據本發明一個實施例的扇形視圖與平行視圖間的關系。其中，平面模塊檢測器陣列由多個平面模塊構成，包括第O模塊50M和最后模塊51M。第O模塊50M包括第O通道50C，而最后模塊51M則包括最后通道51C。具體地，對于給定檢測器(例如，通道C)，扇形視圖與平行視圖間的關系如下:
【權利要求】
1.一種用于在CT系統中成像的方法，所述CT系統具有平面模塊檢測器陣列，所述方法包括: 對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據； 獲取所述平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數； 基于所述幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據重排，從而將所述扇形束投影數據轉換為平行束投影數據 '及 利用所述平行束投影數據來形成CT圖像。
2.根據權利要求1中所述的方法，其中，所述數據重排包括: 基于所述幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據再采樣，從而獲得平行束投影數據與扇形束投影數據間的對應關系。
3.根據權利要求2中所述的方法，其中，所述數據再采樣還利用CT掃描的設置參數。
4.根據權利要求3中所述的方法，其中，還包括: 基于所述數據再采樣所獲得的平行束投影數據與扇形束投影數據間的對應關系對所述扇形束投影數據進行 內插。
5.根據權利要求2中所述的方法，其中，所述數據重排還包括: 對平行束投影數據進行等間距化，從而形成等間距平行束投影數據， 其中，通過對所述平行束投影數據進行等間距化，能夠獲得所述等間距平行束投影數據與等間距前的所述平行束投影數據間的對應關系。
6.根據權利要求5中所述的方法，其中，對所述平行束投影數據進行等間距化包括: 以預定間距對所述平行束投影數據進行等間距化。
7.根據權利要求5中所述的方法，其中，還包括: 基于等間距化所獲得的等間距平行束投影數據與等間距前的所述平行束投影數據間的對應關系對所述平行束投影數據進行內插。
8.根據權利要求4或7中所述的方法，其中， 對所述扇形束投影數據進行內插采用的是6階拉格朗日內插；和/或 對所述平行束投影數據進行內插采用的是4階拉格朗日內插。
9.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據包括: 在所述CT系統進行螺旋掃描時，將螺旋掃描所獲得的扇形束投影數據插值成軸掃描數據。
10.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，基于濾波反投影重建算法，利用所述平行束投影數據來形成CT圖像。
11.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中，所述方法也適用于弧形檢測器陣列。
12.一種用于在CT系統中成像的裝置，所述CT系統具有平面模塊檢測器陣列，所述CT系統對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據，所述裝置包括: 參數獲取部件，獲取所述平面模塊檢測器陣列的幾何結構參數 '及數據重排部件，用于基于所述幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據重排，以將所述扇形束投影數據轉換為平行束投影數據；其中，所述CT系統利用所述平行束投影數據來形成CT圖像。
13.根據權利要求12中所述的裝置，其中，所述數據重排包括: 基于所述幾何結構參數進行扇形束到平行束的數據再采樣，從而獲得平行束投影數據與扇形束投影數據間 的對應關系。
14.根據權利要求13中所述的裝置，其中，所述數據再采樣還利用CT掃描的設置參數。
15.根據權利要求14中所述的裝置，其中，所述數據再采樣還包括: 基于所獲得的平行束投影數據與扇形束投影數據間的對應關系對所述扇形束投影數據進行內插。
16.根據權利要求12中所述的裝置，其中，所述數據重排還包括: 對平行束投影數據進行等間距化，從而形成等間距平行束投影數據， 其中，通過對平行束投影數據進行等間距化，能夠獲得所述等間距平行束投影數據與等間距前的所述平行束投影數據間的對應關系。
17.根據權利要求16中所述的裝置，其中，對所述平行束投影數據進行等間距化包括: 以預定間距對所述平行束投影數據進行等間距化。
18.根據權利要求17中所述的裝置，其中，所述等間距化還包括: 基于所獲得的等間距平行束投影數據與等間距前的所述平行束投影數據間的關系對所述平行束投影數據進行內插。
19.根據權利要求15或18中所述的裝置，其中， 對所述扇形束投影數據進行內插采用的是6階拉格朗日內插；和/或 對所述平行束投影數據進行內插采用的是4階拉格朗日內插。
20.根據權利要求12-18中任一項所述的裝置，其中，對目標進行CT掃描以獲取扇形束投影數據包括: 在所述CT系統進行螺旋掃描時，將螺旋掃描所獲得的扇形束投影數據插值成軸掃描數據。
21.根據權利要求12-18中任一項所述的裝置，其中，基于濾波反投影重建算法，利用所述平行束投影數據來形成CT圖像。
22.根據權利要求12-18中任一項所述的裝置，其中，所述裝置也適用于弧形檢測器陣列。
23.—種CT系統，其中，所述CT系統包括如權利要求12-22中任一項所述的裝置。
【文檔編號】A61B6/03GK103961122SQ201310037988
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月31日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】李軍, 李碩, 鐘娟, 董加勤, A.拉瓦特 申請人:通用電氣公司