[發(fā)明專利]CT系統(tǒng)和CT圖像重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110292773.8
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN103033525A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢宇翔;李溪韻;沈樂;陳志強(qiáng);張麗;李亮;趙自然;肖永順
• 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;北京固鴻科技有限公司
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;A61B6/03;G06T11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張曉冬;蔣駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及X光計(jì)算機(jī)斷層成像領(lǐng)域，且特別涉及一種CT系統(tǒng)和CT圖像重建方法。

背景技術(shù)

計(jì)算機(jī)斷層成像（CT）是一種基于X射線掃描數(shù)據(jù)而得到受檢物體圖像，進(jìn)而可以得知受檢物體的內(nèi)部信息的檢測技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、機(jī)械制造、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域。使用該技術(shù)得到的受檢物體的圖像具有清晰直觀、分辨率高、便于分析和存儲等優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)CT的實(shí)現(xiàn)是基于X光機(jī)和高能加速器等X射線源對受檢物體進(jìn)行照射，并在對應(yīng)的探測器采集數(shù)據(jù)，在掃描過程中通過CT系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)架等的旋轉(zhuǎn)平移等而使X射線在不同角度下穿過受檢物體，從而得到受檢物體不同位置的光強(qiáng)數(shù)據(jù)（也即掃描數(shù)據(jù)，又可稱為投影數(shù)據(jù)），利用所得到的掃描數(shù)據(jù)可以重建出受檢物體的斷層圖像。

傳統(tǒng)CT系統(tǒng)需要精確地控制掃描過程中受檢物體和加速器以及探測器的相對位置，以滿足對斷層圖像重建所需的數(shù)據(jù)條件。因此傳統(tǒng)CT系統(tǒng)通常包括射線源、射線探測器、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、主控制器以及機(jī)械控制系統(tǒng)，其中，所述射線探測器探測所述射線源發(fā)射的X射線并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以傳送給數(shù)據(jù)采集與處理單元；所述射線源和所述數(shù)據(jù)采集與處理單元以及所述機(jī)械控制系統(tǒng)由所述主控制器控制。另外，機(jī)械控制系統(tǒng)用來控制受檢物體和加速器（即射線源）以及射線探測器之間的相對位置。傳統(tǒng)CT系統(tǒng)的機(jī)械控制系統(tǒng)通常包括直線導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn)架等。由于該機(jī)械控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不僅使傳統(tǒng)CT系統(tǒng)的整體成本高昂，而且為了保證系統(tǒng)的機(jī)械精度，安裝一套這樣的工業(yè)CT系統(tǒng)一般需要長時間的調(diào)試，對異形大尺寸受檢物體還存在很大的機(jī)械布局和控制的實(shí)現(xiàn)困難。在工業(yè)應(yīng)用中，這使得我們無法實(shí)現(xiàn)CT系統(tǒng)快速部署和移動，同時無法適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。

另外，隨著斷層圖像重建方法技術(shù)的發(fā)展，使得對于CT數(shù)據(jù)構(gòu)成的要求得以降低。例如基于代數(shù)迭代的重建方法結(jié)合先驗(yàn)條件可以在幾何關(guān)系不規(guī)律的有限掃描數(shù)據(jù)情況下實(shí)現(xiàn)對受檢物體的斷層圖像的重建。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種對機(jī)械控制精度要求不高的CT系統(tǒng)和CT圖像重建方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明CT系統(tǒng)的技術(shù)方案包括射線源、射線探測器、數(shù)據(jù)采集與處理單元、主控制器，其中，所述射線探測器探測所述射線源發(fā)射的X射線并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以傳送給所述數(shù)據(jù)采集與處理單元；所述射線源和所述數(shù)據(jù)采集與處理單元由所述主控制器控制，所述CT系統(tǒng)還包括相機(jī)組和標(biāo)記組以及標(biāo)記組處理單元，其中：

所述標(biāo)記組被固定在受檢物體表面；

所述相機(jī)組用來獲得所述標(biāo)記組在其上的投影；

所述標(biāo)記組處理單元根據(jù)所述投影得出所述標(biāo)記組的初始位置以及旋轉(zhuǎn)后的位置信息，從而計(jì)算得到受檢物體的旋轉(zhuǎn)矩陣和位移量。

優(yōu)選地，所述相機(jī)組包括以柱面透鏡作為鏡頭的線陣CCD相機(jī)。

優(yōu)選地，所述相機(jī)組包括以球面透鏡作為鏡頭的面陣CCD相機(jī)。

其中，所述標(biāo)記組中的標(biāo)記點(diǎn)由單色反光材料制成或者具有單色反光材料的涂層。

所述相機(jī)組中的相機(jī)的鏡頭上添加有對應(yīng)顏色的濾光片。

優(yōu)選地，所述標(biāo)記組至少包括三個標(biāo)記點(diǎn)。

所述CT系統(tǒng)可以包括多個相機(jī)組且這多個相機(jī)組的視野范圍能夠覆蓋在掃描過程中所述標(biāo)記組中的所有標(biāo)記點(diǎn)可能出現(xiàn)的區(qū)域。

優(yōu)選地，所述相機(jī)組包括至少三個相機(jī)且這些相機(jī)分布在以被監(jiān)視區(qū)域中心為中心的圓弧上。

進(jìn)一步地，以所述中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，如果在xy平面內(nèi)以被監(jiān)視區(qū)域中心為中心的圓弧上分布了三個相機(jī)，則左右兩個相機(jī)的鏡頭順著z軸方向擺放而中間的相機(jī)的鏡頭平行于xy平面方向擺放。

相應(yīng)地，本發(fā)明CT圖像重建方法包括步驟：

將標(biāo)記組固定在受檢物體表面并通過相機(jī)組和標(biāo)記組處理單元得到所述標(biāo)記組的初始位置；

在每次受檢物體被旋轉(zhuǎn)到某位置后且在該某位置對受檢物體進(jìn)行掃描前通過相機(jī)組和標(biāo)記組處理單元獲得旋轉(zhuǎn)后標(biāo)記組的位置信息；

根據(jù)所述標(biāo)記組的初始位置和旋轉(zhuǎn)后的位置信息獲得受檢物體的旋轉(zhuǎn)矩陣和位移量；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣和位移量以及重建參數(shù)來重建CT圖像。

優(yōu)選地，所述相機(jī)組包括以柱面透鏡作為鏡頭的線陣CCD相機(jī)。

優(yōu)選地，所述相機(jī)組包括以球面透鏡作為鏡頭的面陣CCD相機(jī)。

其中，所述標(biāo)記組中的標(biāo)記點(diǎn)由單色反光材料制成或者具有單色反光材料的涂層。

所述相機(jī)組中的相機(jī)的鏡頭上添加有對應(yīng)顏色的濾光片。