[發(fā)明專利]基于運動補償?shù)腃T設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010111359.8
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN102144927A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李亮;陳志強;張麗;康克軍;李元景;趙自然;劉以農(nóng);邢宇翔;金鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;G01N23/04;G03B42/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例涉及輻射成像，具體涉及一種基于運動補償?shù)腃T設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

自從1972年Hounsfield發(fā)明了第一臺CT機，CT技術(shù)給醫(yī)學(xué)診斷和工業(yè)無損檢測帶來了革命性的影響，CT已經(jīng)成為醫(yī)療、生物、航空航天、國防等行業(yè)重要的檢測手段之一。隨著技術(shù)的進(jìn)步，CT掃描模式和成像方法也在不斷地改進(jìn)，三維錐束CT已經(jīng)成為研究和應(yīng)用的主流。X射線錐束CT已經(jīng)在醫(yī)學(xué)臨床、安全檢查、無損檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在醫(yī)學(xué)臨床診斷中，螺旋CT已經(jīng)成為不可或缺的檢查手段之一。

1989年，螺旋CT開始投入醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用，由于螺旋CT的巨大優(yōu)勢，使得它逐步替代了以前的斷層CT，螺旋CT相對于斷層CT的優(yōu)勢在于：螺旋CT可以連續(xù)不間斷地采集投影數(shù)據(jù)，并通過專門設(shè)計的重建算法得到物體的三維體數(shù)據(jù)，使得CT掃描的時間大大縮短，提供了重建圖像的Z軸分辨率，減少了運動偽跡。1991年，Elscint公司在單層螺旋CT基礎(chǔ)上，首先推出了雙層螺旋CT，從此揭開了多層螺旋CT(Multi-slice?CT，MSCT)飛速發(fā)展的序幕。

MSCT與單層螺旋CT的主要區(qū)別在于單層螺旋CT的檢測器是單排的，每次只能采集一層扇束投影數(shù)據(jù)，而MSCT的檢測器是多排的，可以同時采集多層錐束投影數(shù)據(jù)。因此，MSCT和單層螺旋CT相比在性能上有了很大的提升，大大增加了X射線束的覆蓋范圍，有效地提高X射線的利用率，縮短了掃描時間，能夠得到更高質(zhì)量的三維重建圖像。1998年，GE、Siemens、Toshiba、Philips公司推出了4層螺旋CT，揭開了各大醫(yī)療設(shè)備公司激烈競爭的序幕。2001年，GE公司率先推出了8層。2002年，GE、Siemens、Toshiba、Philips公司分別推出了16層螺旋CT。2005年，Toshiba公司推出了256層螺旋CT。2007年，在美國芝加哥的第93屆北美放射學(xué)會議上Toshiba公布了其最新推出的320層螺旋CT產(chǎn)品。而Siemens公司則在2005年推出了首臺雙能量螺旋CT。目前最新的MSCT的掃描速度達(dá)到了每秒4周，已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于人體三維成像、血管造影成像、心臟成像、腦灌注成像等領(lǐng)域。在MSCT技術(shù)上還發(fā)展起來了計算機輔助手術(shù)、虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)和輔助放射治療等新技術(shù)。

盡管目前CT技術(shù)已經(jīng)工業(yè)、安檢、醫(yī)療等領(lǐng)域取得了巨大的成功，但由于工程應(yīng)用條件的復(fù)雜性和多樣性，對CT技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出了更高的要求。在CT掃描過程中經(jīng)常會遇到被掃描物體自身運動的情況，特別是在生物活體CT成像中。例如在醫(yī)療CT掃描過程，由于人體器官的固有運動，CT影像經(jīng)常存在運動偽影，導(dǎo)致圖像模糊、重影等，影響醫(yī)生對疾病的準(zhǔn)確診斷。人體器官在正常的新陳代謝過程中會存在多種生理性的運動，包括：心臟的跳動、肺部的呼吸運動、脈搏的跳動、腸胃的蠕動等等。這些器官的運動，除去呼吸可以通過摒息來控制，其他多數(shù)運動都很難使之暫時停止。另外，一些無法自我控制身體運動的特殊群體，例如帕金森患者、幼兒、沒有自我控制能力的精神病人等，都可能在CT掃描過程中存在較大幅度的肢體運動。所有上述運動會不可避免地在MSCT圖像中形成運動偽影，導(dǎo)致圖像質(zhì)量變差，甚至掃描失敗。因此，研究抑制和消除運動偽影的技術(shù)對于CT成像具有重要現(xiàn)實意義。

在摒住呼吸的情況下，健康人體在10秒鐘內(nèi)其頭部的平均運動位移約為0.35mm，在目前MSCT圖像只有0.4mm分辨率的情況下，不會在圖像中產(chǎn)生嚴(yán)重的運動偽影。而人體軀干部分的器官，由于受心跳、腸胃蠕動等運動的影響更大，運動會比頭部更明顯。特別是對病人而言，由于其身體的控制能力變?nèi)酰溥\動幅度可能會超過1mm甚至更多，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的運動偽影，影響CT圖像的質(zhì)量。

減少運動偽影的根本辦法是提高成像的速度，以減少掃描過程中器官自身運動帶來的影響。但是，現(xiàn)有MSCT通過滑環(huán)技術(shù)實現(xiàn)X光機和探測器圍繞人體快速旋轉(zhuǎn)，以完成CT掃描。目前最快的掃描速度是0.25秒/圈，受離心力、材料強度等多方面限制，這個速度已經(jīng)是業(yè)內(nèi)的極限，在未來幾年內(nèi)很難有大的突破。除了MSCT，其他醫(yī)療CT、工業(yè)CT掃描速度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.25秒/圈。因此，單純地依靠提高掃描速度是無法做到完全消除運動偽影的。