专利名称：一种提高扇形束spect成像分辨率的方法
技术领域：
本发明涉及一种SPECT成像方式，尤其是扇形束SPECT中不改变检测器中准直器孔径大小的前提下提高成像分辨率的方法。
背景技术：
单光子发射断层成像(singlephoton emission computed tomography, SPECT)是一种核医学成像技术，目前已广泛应用于疾病的临床诊断。在SPECT中，放射性示踪剂被注入病人体内，SPECT可以重建出放射性示踪剂在人体内的分布图，该图可以反映人体组织结构及其活动功能，如血流状态和人体的新陈代谢。SPECT在肿瘤诊断和治疗监测等方面，发挥越来越重要的作用。SPECT同时也被用在骨胳影像显示，心血管疾病和脑部疾病的诊断，近年来，SPECT还常常用于人脑认知活动的研究。在SPECT中，示踪剂发射的Y射线穿过人体组织和准直器，被检测器检测到，最终重建得到断层图像。SPECT检测器中准直器的孔径不能做的太小，其限制了 SPECT设备分辨率的提高。如果准直器的孔径尺寸太小，则接收到的Y光子数量太少，反而会影响SPECT的成像质量。超分辨率重建是从多幅低分辨率图像重建出高分辨率图像。作为一种有效的方法，它已被广泛应用于许多领域，如医学成像，卫星图像及视频应用。近年来，超分辨率重建被应用到磁共振成像，CT成像，正电子发射断层成像及SPECT成像，以提高图像分辨率。但这些方法主要应用在图像域或平行光投影重建。在SPECT重建中，扇形束投影可以提高SPECT的成像分辨率，如果扇形束投影重建和超分辨率重建结合，将可以在很大程度上提高SPECT的成像分辨率。
发明内容
本发明针对SPECT成像分辨率低这一问题，提供一种提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，在不改变检测器中准直器孔径大小的前提下，提高SPECT图像的分辨率。解决上述技术问题，本发明的提高扇形束SPECT成像分辨率的方法包括以下步骤第一步用多个检测器围绕被检测体并以预设的角度排列；第二步检测器围绕物体中心旋转，每次旋转2 /M角度，分别在其所在的位置上测得一个投影数据，测量结束后，继续旋转测量，直到2 范围内的M个角度都测量完毕；第三步根据扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的几何关系，建立低分辨率投影与高分辨率投影之间的关系矩阵，两投影之间的关系为=RPh ；其中匕为低分辨率检测器测量得到的投影数据，Ph为待求得的高分辨率投影数据，R为扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的关系矩阵；第四步根据第二步测量得到的投影以及第三步确定的关系矩阵，求得高分辨率的投影；、
第五步根据第四步求得的投影数据可以通过解析法，也可以通过迭代法重建出高分辨率的SPECT图像。采用多个检测器围绕被检测体，以预设的角度排列，其中每个检测器中准直器的孔径大小以及数目相同；每个检测器对应的焦点到物体中心的距离相等；每个检测器对应的焦点到检测器的距离相等；检测器围绕物体中心旋转，多个检测器在同一角度下焦点应 该重合于一点。多个检测器在同一角度下焦点重合时，各个检测器的位置不是重合的，它们之间有一夹角；该夹角的大小是由如下特征确定的低分辨率检测器的中心在横轴上的投影相对于假想的高分辨率检测器的中心向左右分别平移了 0. 5，I. 5,2. 5...个高分辨率像素。采用一个检测器围绕其焦点摆动来实现多个检测器的作用；在每个旋转投影角度下，检测器围绕其焦点按预设的角度摆动并测量，摆动角度的大小是由如下特征确定的低分辨率检测器的中心在横轴上的投影相对于假想的高分辨率检测器的中心向左右分别平移了 0. 5，1. 5，2. 5...个高分辨率像素。本发明的有益效果本发明采用的超分辨率图像重建是目前很热门的一个研究领域，它是从多幅低分辨率图像来获得一幅高分辨率图像。多幅低分辨率图像都对同一目标进行成像，但是相互之间又存在亚像素移动，因此包含有不同的信息。这种方法的主要优点在于使用现有的成像设备即可得到一个比现有成像设备获得的图像分辨率高的图像。
图I为本发明具体实现扇形束SPECT超分辨率成像方法的流程图。图2为本发明中检测器与被检测体之间的位置关系的分布示意图。图3为多个检测器在同一角度下焦点重合时的位置关系。图4为低分辨率检测器Dl与高分辨率检测器之间的关系。图5为低分辨率检测器D2与高分辨率检测器之间的关系。图6为低分辨率检测器D3与高分辨率检测器之间的关系。图7为低分辨率检测器D4与高分辨率检测器之间的关系。图8为忽略检测器厚度，低分辨率检测器与高分辨率检测器之间的几何关系。图9为低分辨率投影与高分辨率投影对应像素点的几何关系(实线为低分辨率投影，虚线为高分辨率投影)。图10为低分辨率和高分辨率重建结果对比。
具体实施例方式下面对本发明的实施方式进行详细说明。图I为本发明具体实现扇形束SPECT超分辨率成像方法的流程图。在该方法中，用多个检测器围绕被检测体并以预设的角度排列，也可以用一个检测器围绕焦点按预设的角度摆动测量来实现。这里以4个检测器，每个检测器分辨率为32个像素为例进行说明，但是并不说明该发明仅限于这些条件，本发明中所涉及的范围仅由权利要求书限定。检测器的具体摆放位置如图2所示，C是被检测体的中心点，D1、D2、D3和D4是四个相同的检测器，由于是扇形束成像，则相对于每个检测器都有一个焦点位置，图中F1、F2、F3和F4分别是D1、D2、D3和D4对应的焦点。它们之间的位置关系满足以下条件F1、F2、F3和F4到物体中心C的距离相等，FI、F2、F3和F4与物体中心C连线所成角度分别为O，/4，2 /4,3 31 /4。检测器Dl、D2、D3和D4到其对应焦点的距离相等。检测器围绕物体中心旋转，多个检测器在同一角度下焦点应该重合于一点，各检测器之间的位置关系如图3所示，图3中D1、D2、D3和D4即为图2中的D1、D2、D3和D4，HD是假想的高分辨率检测器，其沿横轴方向排列，也是最终求得的高分辨率投影所在的位置。为清晰地看出检测器之间的位置关系，将图3拆分成图4、图5、图6和图7四个图，分别表明了 D1、D2、D3和D4与高分辨率检测器之间的位置关系。Dl的中心在横轴上的投影相对于高分辨率检测器的中心向右平移了 I. 5个高分辨率像素，D2的中心在横轴上的投影相对于高分辨率检测器的中心向右平移了 0. 5个高分辨率像素，D3的中心在横轴上的投影相对于高分辨率检测器的中心向左平移了 0. 5个高分辨率像素，D4的中心在横轴上的投影相对于高分辨率检测器的中心向 左平移了 I. 5个高分辨率像素。步骤103 :检测器围绕物体中心旋转，每次旋转2 /M角度，多个检测器分别在其所在的位置上测得一个投影数据，测量结束后，继续旋转测量，直到2 范围内的M个角度都测量完毕。在每个投影角度下，根据扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的几何关系，从多组低分辨率投影数据可以求得扇形束高分辨率投影，扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的关系可以表示为Pl = RPh
L1其中Pli= ，U、L2、L3、L4是在同一角度下测量得到的四组低分辨率投影数据
L4.
(不是同时测量得到的四组低分辨率投影数据)，U、L2, L3, L4的维数为32，Ph为待求得的高分辨率投影矩阵，其维数为128。R为扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的关系矩阵，
f f4 T4 ... r 、
7H fUrm
Dr2l r22 … r2N
K=...
\rN\ rN2 …rNN y其中元素表示高分辨率投影中某一射线对低分辨率投影的贡献值。该贡献值的求解方法如下(图8):低分辨率检测器Dn(n = 1,2,3,4)中的第i个像素(射线)在其本地坐标系中的坐标为xn(i)。g(j)表示高分辨率投影中第j个像素在横轴上的坐标。<是低分辨率检测器Dn的中心在横轴上投影的坐标，SDD为检测器的焦距。pn(j)为高分辨率检测器中第j条像素(射线)在低分辨率检测器Dn的本地坐标系中的坐标位置。以高分辨率投影中心为坐标原点，对于任意一条高分辨率投影束，由图8中的几何关系可得
权利要求
1.一种提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步用多个检测器围绕被检测体并以预设的角度排列； 第二步检测器围绕物体中心旋转，每次旋转2 /M角度，分别在其所在的位置上测得一个投影数据，测量结束后，继续旋转测量，直到2 范围内的M个角度都测量完毕； 第三步根据扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的几何关系，建立低分辨率投影与高分辨率投影之间的关系矩阵，两投影之间的关系为= RPh ; 其中为低分辨率检测器测量得到的投影数据，Ph为待求得的高分辨率投影数据，R为扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的关系矩阵； 第四步根据第二步测量得到的投影以及第三步确定的关系矩阵，求得高分辨率的投影; 第五步根据第四步求得的投影数据可以通过解析法，也可以通过迭代法重建出高分辨率的SPECT图像。
2.如权利要求I所述的一种提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，其中每个检测器中准直器的孔径大小以及数目相同；每个检测器对应的焦点到物体中心的距离相等；每个检测器对应的焦点到检测器的距离相等；检测器围绕物体中心旋转，多个检测器在同一角度下焦点应该重合于一点。
3.如权利要求2所述的一种提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，多个检测器在同一角度下焦点重合时，各个检测器的位置不是重合的，它们之间有一夹角；该夹角的大小是由如下特征确定的低分辨率检测器的中心在横轴上的投影相对于假想的高分辨率检测器的中心向左右分别平移了 0. 5，I. 5,2. 5...个高分辨率像素。
4.如权利要求I所述的一种提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，用一个检测器围绕其焦点摆动来实现多个检测器的作用；在每个旋转投影角度下，检测器围绕其焦点按预设的角度摆动并测量，摆动角度的大小是由如下特征确定的低分辨率检测器的中心在横轴上的投影相对于假想的高分辨率检测器的中心向左右分别平移了 0. 5，I. 5，.2.5...个高分辨率像素。
全文摘要
本发明提供一种提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，能够在不改变检测器中准直器孔径大小的前提下，提高SPECT图像的分辨率。在该方法中，可以用一个检测器围绕焦点摆动，也可以用多个检测器围绕被检测体并以一定角度排列；然后在2π角度内旋转测量，根据扇形束低分辨率投影与扇形束高分辨率投影之间的几何关系，可以建立低分辨率投影与高分辨率投影之间的关系矩阵，在每个投影角度下，根据该关系矩阵，可以从低分辨率投影数据求得扇形束高分辨率投影；最后高分辨率投影数据可以通过解析法，也可以通过迭代法重建出高分辨率的SPECT图像。
文档编号A61B6/02GK102743182SQ201210009178
公开日2012年10月24日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者李翠芬, 温俊海 申请人:北京理工大学