[發明專利]一種計算機層析成像設備和方法

有效

• 申請號: 201310546294.3
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN103584877A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李亮;陳志強;張麗;康克軍;李元景;劉以農;邢宇翔;趙自然
• 申請（專利權）人: 清華大學;同方威視技術股份有限公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;A61B6/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉鵬;汪揚

本申請是申請日為2009年5月26日、申請號為200910085612.4以及發明名稱為“一種計算機層析成像設備和方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種計算機層析成像（CT）設備，尤其是一種用于對感興趣(ROI)區域進行CT成像的設備，以及在這些設備中使用的CT成像方法。

背景技術

自從1972年Hounsfield發明了第一臺CT機，CT技術給醫學診斷和工業無損檢測帶來了革命性的影響，CT已經成為醫療、生物、航空航天、國防等行業重要的檢測手段之一。X射線錐束CT已經在醫學臨床、安全檢查、無損檢測等領域得到了廣泛的應用，特別是在醫學臨床診斷中，螺旋CT已經成為不可或缺的檢查手段之一^[1]。

盡管目前CT技術已經在工業、安檢、醫療等領域取得了巨大的成功，但由于工程應用條件的復雜性和多樣性，對CT技術的進一步發展提出了更高的要求。尤其是在工業應用中，CT技術在大尺寸、高精度成像，醫療低劑量成像等方面存在較大困難。這主要由于：CT掃描視野（FOV）受X射線束寬度、探測器尺寸和掃描視角的限制，這使得對大物體掃描的投影數據可能存在探測器方向和掃描角度方向兩個方面的截斷；而現有的主流CT算法都是針對完整物體的全局重建方法，要求X射線束必須完全覆蓋物體斷層，對投影數據有截斷的情況難以處理。因此，目前對大物體或不規則物體進行成像時，往往難以直接完成掃描，需要通過多次掃描后依靠數據重排等近似轉換方法才能重建出最終圖像，這對CT成像的速度和精度造成了負面的影響。

此外，CT設備中的探測器已經成為限制CT設備的硬件成本的最關鍵環節，探測器的價格直接和探測器單元尺寸和數量成正比，而探測器價格的居高不下，這極大地限制了CT產品的成本空間。

另一方面，在醫療CT成像中，為了保證X射線投影數據不截斷，目前CT掃描使用的X射線束寬度必須覆蓋人體斷層的寬度方向，而真正感興趣往往只是人體的某個器官，這大大增加了人體在CT掃描過程中受到的不必要的輻射劑量，如果不改變目前CT設計的思路，很難降低輻射劑量。目前，醫療照射已經成為全民最大的人為電離輻射來源，減少CT檢查的X射線劑量是關系到全體社會公眾及其后代健康的重大課題。

另外，隨著人民生活水平的提高，人們對醫學診斷的要求越來越高，特別是對于某些人體特殊部位，例如：女性乳腺、耳蝸、牙齒等部位的醫學診斷需要很高的空間分辨率。對于這些情況，目前的主流全身螺旋CT機無法滿足正常醫療診斷的需求。隨著大面積平板探測器技術的飛速發展，目前醫用平板探測器技術已經相當成熟，如已經應用于高空間分辨率的X射線DR成像。目前基于非晶硒、非晶硅技術的平板探測器，其有效探測器面積超過了500mm×500mm，而探測器像素尺寸也達到了0.1mm左右，而目前多層螺旋CT的探測器單位尺寸只有約0.5mm，利用平板探測器可以實現比現有螺旋CT空間分辨率高的多的CT圖像。但是，由于平板探測器數據量巨大，數據傳輸速度還無法滿足目前錐束CT成像的要求，目前還沒有真正應用平板探測器進行全身成像的CT設備。如果我們不是針對人體全身，而是利用小型平板探測器對感興趣的器官實現高精度感興趣區域CT成像，那么就能夠克服數據傳輸速度慢的技術瓶頸，使之成為可能。

針對CT系統的上述缺點和局限性，我們開始探索新的CT圖像重建方法和CT成像模式。事實上，很多工程應用中并不要求對完整的物體進行全局CT成像，只需要獲得某些感興趣區域（ROI）的物體圖像即可，特別是醫療臨床診斷中，只要能夠實現對可疑病灶部位的成像即可^[2]。

20世紀80年代初，人們已經開始研究物體的局部CT成像問題，但受當時CT重建理論所限，人們無法精確重建出物體局部的CT圖像，因此轉而尋求一種與物體斷層圖像相關的近似函數。1985年，Smith等提出了一種lambda?tomography的局部重建算法，該算法利用局部投影數據重建出一個與ROI密度函數有相同奇異性的函數^[3]。隨后，Katsevich提出了一種pseudolocal?tomography的局部重建算法，這種算法通過重建密度函數的Hilbert變換的一部分來代替原函數^[4]。但是，由于這些函數都無法代替真正的物體斷層圖像，難以滿足實際工程應用的需求，極大地降低了局部CT成像對于實際工程應用的意義。在隨后很長的一段時間里，針對物體局部ROI的成像研究一直陷于停頓，無法得到解決。