[發(fā)明專利]C型臂半精確濾波反投影斷層成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210558657.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN102973291A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑜;李迅波;陳亮;王成棟;汪忠來;梁巍;黃建龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/02
• 分類號(hào): A61B6/02
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 鄧?yán)^軒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種C型臂半精確濾波反投影斷層成像方法，屬于生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，適用于C型臂X射線的斷層成像。

背景技術(shù)

C型臂成像系統(tǒng)主要由C型臂及安裝C型臂兩端的X射線源和平板檢測(cè)器組成。X射線源發(fā)射的X射線光信號(hào)在空間中形成錐束，C型臂可繞水平軸線在有限空間內(nèi)進(jìn)行最大角度范圍的旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，平板檢測(cè)器能可采集X射線衰減后的光信號(hào)。這些光信號(hào)又能轉(zhuǎn)換為錐束投影數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)就能重建出CT斷層圖像。具備CT斷層功能的C型臂在臨床診斷和手術(shù)評(píng)估具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的重要技術(shù)。

利用C型臂進(jìn)行斷層重建，最實(shí)用的掃描軌跡是圓弧軌跡。目前有FDK類型和Katsevich類型兩類算法可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的重建。前者是借鑒Feldmap等人在Journal?of?the?Optical?Society?of?America上發(fā)表的Practical?cone?beam?algorithm論文的思想，將二維扇束重建公式向錐束投影空間的推廣，屬于近似錐束重建算法。后者是Guang-Hong?Chen等人利用Katsevich在International?Jounal?of?Mathematics?and?Mathematical?Sciences?上發(fā)表的A?general?scheme?for?constructing?inversion?algorithm?for?cone?beam?CT論文的思想，將精確錐束重建算法推廣到圓弧軌跡，并申請(qǐng)美國(guó)專利cone?beam?filtered?backprojection?image?reconstruction?method?for?short?trajectories，其專利號(hào)為US7,203,272?B2，屬于半精度的錐束重建算法。

雖然FDK類型算法重建思想簡(jiǎn)單，速度較快，全圓軌跡的FDK算法在較小的錐角(＜±4°)下，能取得良好的重建效果，然而對(duì)于圓弧軌跡的FDK類型算法重建密度差較大的物體時(shí)在錐角±2°左右就出現(xiàn)了偽像。Katsevich類型重建算法的關(guān)鍵是計(jì)算臨界面的構(gòu)造因子。Guang-Hong?Chen等人利用通過重建點(diǎn)與圓弧軌跡的端點(diǎn)且與軌跡平面垂直的平面將圓弧軌跡分成三段，再利用射源所在軌跡區(qū)段位置來判別構(gòu)造因子的大小。因不同的重建點(diǎn)會(huì)將圓弧軌跡分成不同的三個(gè)區(qū)段，從而不同的投影角度以及不同的重建點(diǎn)都需要判別構(gòu)造因子的大小，并且相應(yīng)的計(jì)算關(guān)系還需要一些平方、開方以及三角函數(shù)的運(yùn)算，是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜計(jì)算判別過程。因此，盡管Katsevich類型的算法可獲得較精確的重建結(jié)果，結(jié)構(gòu)因子的復(fù)雜計(jì)算過程不利于算法的并行處理，從而降低了重建算法的計(jì)算效率。此外，在某些投影角度上Katsevich類型重建算法存在沿豎直或者接近豎直方向的濾波線，而Guang-Hong?Chen等人提出的算法并未對(duì)投影數(shù)據(jù)沿檢測(cè)器豎直方向進(jìn)行重采樣，影響了重建結(jié)果的精度。以上兩點(diǎn)不利于Katsevich類型錐束重建算法在實(shí)際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種C型臂半精確濾波反投影斷層成像方法，其特點(diǎn)是將Katsevich精確重建算法應(yīng)用到圓弧軌跡，利用同一條投影射線上的重建點(diǎn)構(gòu)造因子相同，將結(jié)構(gòu)因子相關(guān)的計(jì)算映射到檢測(cè)器平面上，獲得構(gòu)造因子計(jì)算規(guī)則，進(jìn)而得到具有濾波反投影的重建公式。避免了現(xiàn)有Katsevich重建算法構(gòu)造因子的復(fù)雜計(jì)算過程，提高重建算法的速度；同時(shí)也避免了FDK類型算法重建精度不高的缺點(diǎn)，為C型臂斷層成像提供方法支撐。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：

C型臂半精確濾波反投影斷層成像方法包括以下步驟：檢測(cè)器上的陣元接受X射線源發(fā)射的X射線衰減信號(hào)；X射線源和檢測(cè)器繞水平軸線旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將陣元獲取的X射線衰減信號(hào)轉(zhuǎn)換為錐束投影數(shù)據(jù)；圖像重建系統(tǒng)接收錐束投影數(shù)據(jù)，輸入錐束投影數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理后的投影數(shù)據(jù)并行輸入到偏導(dǎo)數(shù)模塊Ⅰ、偏導(dǎo)數(shù)模塊Ⅱ和偏導(dǎo)數(shù)模塊Ⅲ計(jì)算關(guān)于不同參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)；偏導(dǎo)加權(quán)模塊并行接收相應(yīng)的偏導(dǎo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行加權(quán)求和，獲得投影數(shù)據(jù)的偏導(dǎo)數(shù)g＇(λ,u,v)；投影數(shù)據(jù)的偏導(dǎo)數(shù)并行輸入到濾波模塊Ⅰ、濾波模塊Ⅱ和濾波模塊Ⅲ分別計(jì)算沿三類濾波線的濾波；濾波加權(quán)反投影模塊并行接收三類濾波數(shù)據(jù)，進(jìn)行權(quán)重求和，產(chǎn)生反投影數(shù)據(jù)，再進(jìn)行沿圓弧軌跡的反投影操作，獲得斷層圖像。

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是把檢測(cè)器陣元接收的X射線模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成錐束投影數(shù)據(jù)。

所述射源發(fā)射X射線，并繞水平軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生圓弧掃描軌跡，包括短掃描和超短掃描軌跡。