[发明专利]一种z向飞焦点扫描方式和图像重建方法

说明书

本发明提供了一种z向飞焦点扫描方式和图像重建方法，涉及医学影像技术领域，z向飞焦点扫描方式包括Z向飞焦点采样、调节相邻两个焦点的位置、轴扫模式下旋转机架轴180度、Z向飞焦点控制、设计线性变化的斜率；其中图像重建方法包括对两个焦点的数据分别进行重新排列，使其排列成两个平行束；在角度方向进行插值，使两个飞焦点的扫描数据角度相同；在径向方向进行插值，使两个焦点的非等距离平行束变为等距离的平行束；对两个平行束分别进行滤波操作；进行反投影计算。本发明的Z向飞焦点轴扫模式和图像重建方法可以在Z向任意位置重建而得到层厚完全相同的图像；同时此特殊轴扫模式和重建方法增加了Z向的采样点数因而减少了Z向混叠伪影。

技术领域

本发明涉及医学影像技术领域，尤其涉及一种z向飞焦点扫描方式和图像重建方法。

背景技术

第三代CT系统的主要组成部分包括Tube(球管)，Collimator(限束器)，Detector(探测器)。X射线球管发出X光，经过限束器限制形成一个锥形的光束。锥形光束照射到探测器上经过探测器转化为电信号并经过数据采集和转换单元转换为数字信息存储在图像处理系统中。图像处理系统经过一系列的校正算法和图像重建算法生成图像显示在显示器上。从成本和技术成熟程度来说，主流探测器都采用了由很多个探测器模块排列在一个弧形或者多边形的面上来形成整个探测器。每个探测器模块中规则排列一个探测器单元形成的矩阵。

现有探测器像素设计一般都为在扫描平面内（X方向）探测器像素较大，而z向探测器像素较小。在扫描平面内像素较大是为了兼顾几何探测效率和空间分辨率而设计。扫描平面内可以使用探测器1/4偏移做到主射线和相隔180度机架旋转角的共轭射线结合做到2倍采样率。或者进一步和X射线焦点平面内摆动技术结合做到4倍采样率。这些技术可以做到扫描平面内的奈奎斯特采样频率大幅提升增加了平面内的空间分辨率并减少了混叠伪影。

虽然探测器像素在z方向较小，但是相比人体组织的细微结构仍然偏大。为了观察更细密的结构，可以减少探测器像素在Z向大小，但是减少此像素大小会导致探测器的几何效率降低因而图像噪声增加并且低密度分辨率降低。另外一种提高轴扫的Z向分辨率的方法是使用Z向飞焦点技术，相邻的采样在两个焦点位置切换。两个焦点位置的距离调节到合适的数值使得两个焦点到探测器中心的连线与机架旋转轴的相焦点的距离变为不使用Z向飞焦点的一半。也就是说两个焦点发出的X射线在Z向相互交错，因而采样率提升了一倍。在射线和机架旋转轴交叉点位置进行图像重建可以使用N排的探测器生成2N张图像，可以使用更多个焦点位置来使用焦点切换。出于减少平面内角度方向混叠伪影的目的，机架旋转一周所需要的采样数需要足够多，更多的飞焦点将需要更多的采样数。这将带来滑环传输成本和图像重建成本的增加。此外，由于采用了更多的采样数，每个采样对应的扫描时间将缩短，探测器的暗电流以及量子噪声相对增加，图像噪声和伪影将相对增加。因此在实际中采用多个焦点位置的方式是不实用的。

轴扫扫描重建图像时都是在每排探测器中心和焦点连线的位置进行重建，因此不使用Z向飞焦点时可以从N排探测器生成N张图像，使用Z向飞焦点时可以从N排探测器生成2N张图像。另外一个从N排探测器生成2N张图像的重建方法是可以在原始数据域或者图像域进行插值来得到更多的图像。这种重建方法需要在原始的两张图像位置之间的1/4处和3/4处进行重建来得到2N张图像（不使用Z向飞焦点）和4N张图像（使用Z向飞焦点）。如果不在这些Z向位置进行重建，由于插值权重的存在所得到的图像的层厚将不相同。比如在1/3处和1/2处重建的两张同样标称层厚的图像层厚不相同。由于图像层厚不相同因而图像噪声也不相同，所以当前的轴扫扫描模式只能在有限个分立的特殊位置进行重建。

简单来说：现有技术为了提高z向分辨率的方式包括：减少探测器像素在z方向的大小和使用z方向飞焦点技术，而减少探测器像素在z方向的大小会导致探测器排与排之间的缝隙占探测器总面积的比例增加，因而探测器几何效率减少导致图像噪声增加而低密度分辨率降低。使用z向飞焦点技术可以使采样加倍进一步减少混叠因而提升空间分辨率。