一种三源圆轨迹半径不同的大视野ct成像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学、工业X射线CT检测成像技术领域，具体的说，是涉及三个射线源的圆轨迹半径不相同的大视野CT成像系统，其中扇形束存在截断。
【背景技术】
[0002]基于对射线辐射剂量、运动物体高分辨成像、大尺寸物成像等的要求，系统中集成多个射线源和多组探测器是新一代医学、工业CT成像系统的发展趋势，即多源CT成像系统.它能够突破传统CT时间分辨率的局限，在对动态器官如心脏成像方面具有独特的技术优势，还可以利用多能CT不仅能重建高低不同能量谱下的平均衰减系数，而且可以重建出相对电子密度和原子序数，由此能在更大程度上区分物质属性.西门子公司的双源CT系统放置了两组互为90度的射线源和64层探测器，这在设计思路上是一种突破.虽然该系统刚刚迈入临床不久，但其优越性已初步显现.从扫描时间上看，双源CT的数据采集时间仅为常规CT扫描时间的一半，有利于心脏等动态器官的扫描；从吸收剂量方面看，在相同数据量的情况下，双层探测器CT系统能够将辐射剂量降低40%左右.与双源CT系统相比，三源CT系统因其具有独特的扫描几何性质，逐渐成为了近年来广受业内学者关注的高端CT成像系统之一.首先，三源锥束扫描装置可实现截断锥束数据的完美的镶嵌图案以满足Orlov条件；其次，提高了扫描效率，对于心脏的扇形角α=25°的情况，一个对称间隔的三源系统将使采集时间减小59% ;再次，通过调节三个射线源的半径和初相位，可以获得更大的扫描视野.此三源成像技术可以为新一代三源CT扫描系统的设计提供重要的理论基础和技术参考.射线源和线阵探测器的几何构架以及重建算法是多源扇束CT成像系统的关键技术，它决定了扫描时间、待检测物体的尺寸、重建图像的精度以及重建速度.例如:
美国专利US 7，634，045公开了一种五代X射线CT系统和操作方法，系统中多个同心同轴的电子束装置和探测器序列等角均匀地分布，可以是180度、120度、90度或60度，且每一组都可以覆盖待检测物体.中国专利CN101398397公开了一种多次扫描的CT成像方法，该方法中采用一个射线源和一组线阵探测器，多次扫描是通过转台做旋转和平移运动实现的，可以对获得的多组投影数据进行精确重建.中国专利CN102793552A公开了一种CT图像采集装置及CT扫描成像系统，系统中包括两套相互垂直的图像采集装置，还包括图像处理装置.上述技术涉及到了多源CT或是投影数据截断的情况，但都没有考虑到多源CT系统中存在数据截断的情况，也就是一种优化的多源CT扫描系统一一既具有多源CT成像的优势又可以在同样设备下获得更大的扫描视野。
【发明内容】
[0003]本发明主要针对目前CT技术的一些不足和缺陷，提出了一种三源圆轨迹半径不同的大视野CT成像方法.本发明通过以下技术方案实现:
一种三源圆轨迹半径不同的大视野CT成像方法包括扫描模式和重建方法:扫描中三个X射线源、转台、三组线阵探测器以及它们的几何构架，该扫描采集到三组截断投影数据；图像重建中使用无需数据重排的滤波反投影算法直接重建三组截断的投影数据.其特征在于，三个射线源的运动轨迹不是同一个圆周，三个射线源之间的相位差也不相同，也不固定，可以通过参数进行调节；对于大尺寸物体，三组扇束中每一组都不能完全覆盖待检测物体，重建算法可以实现精确重建，不需要数据重排.所述的扫描系统中有三个X射线源和三组线阵探测器；每一个X射线源的运动轨迹都是圆，三组线阵探测器序列的长度相同；由三个射线源和相应的线阵探测器形成的三组扇束是相同的.所述的三个X射线源记为5；、&和s，它们的运动轨迹是两个中心相同半径不同的圆周.5；的圆轨迹半径小于&和4的圆轨迹半径；SjPS3的圆轨迹半径相等，即它们两个在同一圆轨迹上运动.所述的&和4运动形成的圆轨迹半径大于等于5；的轨迹的半径.所述的三个X射线源的初相位不同，它们之间的相位差也不相同，并且这个差值可以通过一个参量调节.所述的三组扇束之间可以有重叠或是没有重叠，但不会有缝隙，它们组合在一起可以完全覆盖待检测物体.所述的重建算法是FBP型的滤波反投影重建算法，没有数据重排，重建精度高、速度快、适于设计并行算法.本发明中，涉及到一种新型的高性能CT扫描模式，该扫描既具有三源CT系统的优势，又可以在同样的设备条件下重建更大尺寸的物体.扫描过程中，每一组扇束都要绕着同一个旋转中心旋转360度.这样三组扇束的扫描视野(扫描视野一般认为是一个圆形区域)通常大于常规三源扇束圆轨迹的扫描视野.提出的针对于该扫描模式的重建算法能够精确、高效的重建待检测物，而并没有将数据进行重排.相应的重建算法是通过对平行束的FBP滤波反投影算法进行分解之后，利用该扫描模式下的几何关系获得的.与以往的CT成像方法相比，本发明的有益效果:(1)同样的设备下获得更大的扫描视野，可以根据扫描系统的有关参数进行计算，得到本发明提出的CT扫描的视野，通常情况下视野扩大在2.5倍左右；(2)重建中采用的FBP型重建算法，可以在不需要重排的情况下，精确的、快速的重建CT图像；(3)随着双源CT成像技术的临床应用的成功，本发明提出的三源轨迹扇束扫描和重建方法给新一代的三源医学CT系统的研发提供了重要的理论指导和技术参考。
【附图说明】
[0004]图1为CT扫描系统的几何结构示意图；
图2为实施例中所使用改进的Sh印p-Logan模型参数；
图3为扫描数据图；
图4为CT重建图像。
【具体实施方式】
[0005]本发明主要提供了一种大视野CT成像方法，包括扫描系统和重建算法.目标是优化CT系统，提高设备性能和设备利用率，实现在相同设备下更大尺寸物体的扫描和重建.本发明的实施方式:首先给出系统中涉及到的有关装置，然后确定各装置之间的几何关系，以此来说明图1扫描模式如何实现，再给出图像重建方法，最后给出实施实例.1、扫描系统的有关装置
X射线CT扫描系统可以获得待检测物体的投影图，这是CT图像重建的基础.本发明提出的获取重建数据的X射线CT扫描系统的构架的几何示意图如图1所示，该示意图中主要包括以下3个装置:
(1)三个X射线发生装置
X射线发生装置常简称为X射线源，其发射出的X射线穿过待检测物体，基于探测器的尺寸可以调节X射线装置发射出的射线覆盖的范围，本发明中有三个射线源用点分别记为5；、$和 S2.(2)三组接收射线的线型探测器装置
该装置与三个X射线源相对应，本发明中使用线阵探测器是由探测器单元排成的线型探测器序列，接收穿过待检测物体之后的射线，三组线阵探测器序列分别记为A、爲和队，对应于图1中加粗的虚线.(3)放置待检测物体的转台装置
此装置在X射线源装置和探测器装置之间，在医学CT扫描中射线源和探测器装置作旋转运动，待检测者躺在转台上不动，而工业CT扫描中射线源和探测器装置不同，待检测物放置在转台上，转台做旋转运动(注:此处指非螺旋CT系统)，事实上由于运动的相对性，它们之间是等价的，在本发明中假设转台不动，转台的中心记为ft
此外，在CT扫描系统中，还有机械调节装置，用来控制扫描中的系统参数和待检测物，比如X射线源到探测器的距离，转台中心到探测器的距离，以及X射线源、转台、线阵探测器的升降等.2、三种装置之间的几何关系
射线源、转台以及线阵探测器序列之间的几何关系决定着CT扫描模式，它是CT成像系统中的核心部分之一，通常决定了 CT设备的性能.在给出本扫描模式的几何关系之前，首先需要确定三个系统参数:从三个射线源中选取一个，确定它到旋转中心的距离和线阵探测器序列的距离，以及线阵探测器序列的长度.下面给出图1中的三个射线源、转台以及三组线阵探测器序列之间的位置关系和数量关系.(1)射线源、转台中心以及线阵探测器之间的位置关系
在传统的CT系统中，通常假设上述的X射线源与旋转中心的连线与探测器垂直，并且一般通过线阵探测