[发明专利]锥束CT对大物体成像的分块扫描重建和空间拼装方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗仪器技术领域，特别涉及一种锥束CT对大物体成像的分块扫描重建和空间拼装方法。

背景技术

目前，以锥形射线束扫描的CT正在从科研走向产品开发阶段。美国Varian医学系统公司专门为锥束CT生产平面板探测器，目前在市场上畅销的平板探测器板为Paxscan4030CB。美国有多所大学和公司正在研究锥束CT系统，如美国罗切斯特大学，加州大学戴维斯分校，杜克大学，克利夫兰飞利浦医学系统公司等。他们的研发重点在算法和系统开发，及用PI-线重建理论对锥束螺旋扫描的局部体积重建，并没有涉及用锥束CT对大物体的断层成像。锥束CT扫描的视场很小，通常为10x10x10立方厘米，因而限制了其应用范围，只适合于对小物体进行三维体积成像。锥束CT常用的三维体积重建算法是美国三位科学家早在1984年在美国光学学会刊物上发表的FDK算法(详见L. A.Feldkamp，L. C.Davis，and J.W.Kress.“Practical cone-beam algorithm，”J.Opt.Soc.Amer.A，Optical Image Sci.，Vol.1，No.6，pp612-619，1984)。这种算法的本质是倾斜的扇束重建算法，表现为对探测器行数据的一维滤波和三维的背投影操作。卷积运算可以解释为相关运算，即为滑动窗口平均运算(详见A.C.Kak and M.Slaney，Principles of computerized tomographic imaging，New York：IEEE Press，1988)。国内已出现CT图像局部重建报道，采用改进的滤波器来实现局部重建。  如徐茂林等人在2004年《计算物理》发表的《用一种新滤波函数作CT图像局部重建》的论文，报道了从横向截断投影图像进行CT局部重建的可能性，并研究了重建滤波器对局部重建的影响。目前国内外在锥束CT的研发和应用中，尚未发现对超过其扫描视场空间的大物体成像技术的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种锥束CT对大物体成像的分块扫描重建和空间拼装方法。本发明采用对大物体的分块扫描，对横向截断投影图像进行边界外延填补后进行局部体积重建，再对重建的图像块进行拼装得到大物体的三维断层体积图像。这一方法得到的结果是，在一些要求不高的情况下，解决了用锥束CT对大物体进行体积成像的现实问题。

本发明所依赖的硬件装置是一台锥束CT系统，  其中包括X射线源，准直器，探测器，和转台。X射线源发出空间锥束射线，经准直器缩束后，穿过被扫描物体，最后被探测器接收。所用的探测器是平面板探测器，准直器是由金属片构成的快门矩形窗口，起限制射出锥束的空间范围。X射线源、准直器的中心点、所选扫描物的扫描区域中心点、平面板探测器的中心点共在同一直线上。

在锥束CT扫描系统中，从点X射线源发出的空间锥束经过准直器的限制，向被扫描物体投影，射线穿过物体后被二维的平面板探测器接收。如果X射线源以圆形轨道运动，这些旋转的空间锥束投影在旋转中心划出一个共同的扫描区域，叫做锥束扫描视场。由于受探测器板面尺寸的限制，锥束扫描视场很小，因而目前的锥束CT只能适用于小物体或小动物的三维体积成像。例如，目前常采用的平面板探测器是PaxScan4030CB，其接收面尺寸为40x30平方厘米，所形成的三维扫描视场大约为10x10x10立方厘米。在原理上，如果被扫描物体不能完全放入扫描视场，就不能用雷当变换实现对物体的三维重建。因为雷当变换是全局的，需要用到所有的投影图像，并且要求投影图像在空间是无截断的，即投影图像的边界完全在探测器接收范围之内，边界值为零，边界之外一致保持为零。