针对半覆盖螺旋锥束ct的单层重排滤波反投影重建方法
【专利摘要】本发明涉及一种针对半覆盖螺旋锥束CT的单层重排滤波反投影重建方法，首先将锥束投影重排成多排扇形束投影，每一排对应物体的一层，然后利用平行束投影的对称性质将每一排的扇形束投影重排成π范围内的平行束投影，此时平行束投影完全覆盖物体横截面，不存在数据截断，最后通过在重排前的锥束几何下计算反投影点，进行三维滤波反投影，避免了将第一次的重排误差引入重建图像。通过采用上述方法，能够实现半覆盖螺旋锥束几何下快速、高质量的三维重建，重建图像中没有明显截断伪影，重建质量不受数据截断位置的影响，能够更大程度地扩展螺旋锥束CT的成像视野。
【专利说明】针对半覆盖螺旋锥束CT的单层重排滤波反投影重建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种针对半覆盖螺旋锥束CT的单层重排滤波反投影重建方法。
【背景技术】
[0002]螺旋锥束CT能够解决长物体的成像问题，并且具有扫描速度快、空间分辨率高和射线利用高的优点，在实际中被越来越广泛地使用。传统的螺旋锥束CT只能对在各个投影角度下横截面完全被射束覆盖的长物体进行成像，但是，在实际应用中经常会遇到应用小面阵探测器对大物体进行成像的问题，比如对发动机的无损检测，此时物体的横截面在各个投影角度下不能被射线全部覆盖，从而导致传统的螺旋锥束CT失效。
[0003]为了解决该问题，一些新的扫描方式和相应的重建方法被提出，如双螺旋扫描方式和双螺旋FDK、双螺旋Katsevich以及双螺旋BPF型重建方法，能够实现螺旋锥束CT接近2倍的横向成像视野扩展；又如多次螺旋扫描方式和相应的FBP型重建方法，能够实现更大的横向视野扩展率。但是，这两种方法在工程实施上均存在一些难度，于是一种更为简单的方法便是实现半覆盖螺旋维束CT成像。
[0004]半覆盖螺旋锥束CT成像能够扩展接近2倍的横向视野，其可由两种方式实现，一种是载物台偏置，一种是探测器偏置，两种实现方式本质上相同，重建方法能够相互适用。例如，在载物台偏置方式下实现半覆盖螺旋锥束CT成像时，X射线源和探测器固定不动，载物台承载被扫描物体首先沿平行探测器方向偏置，使每个投影角度下X射线只覆盖被扫描物体横截面的一半，然后进行螺旋轨迹运动，同时在预定的投影角度下探测器采集投影数据。重建时，与标准螺旋锥束CT相比，半覆盖螺旋锥术CT只利用一半的投影数据重建整个超视野物体，因此能够扩展成像视野。针对半覆盖螺旋锥束CT，邹晓兵等人提出了半覆盖螺旋FDK方法，相比标准螺旋FDK，该方法使用一半的投影数据重建整个物体，但是，每个投影角度下数据存在横向截断，而该方法采用全局的斜坡滤波器，因此重建结果存在较为严重的截断伪影。对此问题，郭吉强等人又提出了改进的半覆盖螺旋FDK方法，该方法借鉴二维CT中局部滤波的思想，重建过程中采用一种新的具有局部特性的滤波器，从而能够在一定程度上抑制由于数据截断和全局滤波带来的截断伪影。但是，其重建结果中截断伪影依然存在，尤其投影数据截断位置更加接近物体中心时表现更为明显。
【发明内容】
[0005]为克服以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种针对半覆盖螺旋锥束CT的单层重排滤波反投影重建方法，该方法能够实现半覆盖螺旋锥束几何下快速、高质量的三维重建，重建图像中没有明显截断伪影，重建质量不受数据截断位置的影响，能够更大程度地扩展螺旋锥束CT的成像视野。
[0006]本发明的技术方案是:一种针对半覆盖螺旋锥束CT的单层重排滤波反投影重建方法，该方法基于被扫描物体的螺旋锥形束投影进行重建，主要包括以下步骤:
[0007](I)将螺旋锥形束投影重排成多层扇形束投影，重排后每个角度下的锥形束投影数据转化为互相平行的多层扇形束投影数据，每层扇形束数据对应被扫描物体沿旋转轴方向的一层；
[0008](2)将步骤(1)中的多层扇形束投影重排成多层平行束投影，该重排只涉及被扫描物体相同层的扇形束投影，即重排后的多层平行束投影仍对应被扫描物体的相同层；
[0009](3)将步骤(2)中的平行束投影数据进行滤波，然后对滤波后的数据进行反投影，从而实现重建；并且，其中的反投影过程是在锥形束几何下进行的。
[0010]上述单层重排滤波反投影重建方法，其中经步骤(1)重排后的被扫描物体每层对应2π范围内的扇形束投影，且每个角度下对应的扇形束投影只覆盖被扫描物体横截面的一半。
[0011]上述单层重排滤波反投影重建方法，其中步骤(2)中的重排利用了平行束投影的对称性质，重排后的平行束投影角度范围为η，且每个角度下的投影完全覆盖被扫描物体的横截面，不存在数据截断。
[0012]上述单层重排滤波反投影重建方法，其中被扫描物体的锥形束投影数据的具体获取过程为:构建半径为Rtl的圆柱体，假设被扫描物体即包含于该圆柱体中，在该圆柱体的中心位置建立固定的右手笛卡尔坐标系U，y, ζ)，且被扫描物体的偏置量为Dtl，成像时，被扫描物体做螺旋轨迹运动，即相当于被扫描物体固定、射线源和探测器同时做反向的螺旋轨迹运动；旋转轴与Z轴重合，射线源的旋转半径为R，射线源到探测器的距离为S，射线源到平行于探测器且过旋转轴的平面的距离为D，建立旋转的坐标系(U，V, w)，其中心为探测器中心，对于探测器上的任何一点，都可以用坐标(U，V)表示；为获得重建所需的足够投影数据，每个角度下的射线至少覆盖被扫描物体横截面的一半，即需要满足:
【权利要求】
1.一种针对半覆盖螺旋锥束CT的单层重排滤波反投影重建方法，该方法基于被扫描物体的螺旋锥形束投影进行重建，其特征在于包括以下步骤: (1)将螺旋锥形束投影重排成多层扇形束投影，重排后每个角度下的锥形束投影数据转化为互相平行的多层扇形束投影数据，每层扇形束数据对应被扫描物体沿旋转轴方向的一层; (2)将步骤(1)中的多层扇形束投影重排成多层平行束投影，该重排只涉及被扫描物体相同层的扇形束投影，即重排后的多层平行束投影仍对应被扫描物体的相同层； (3)将步骤(2)中的平行束投影数据进行滤波，然后对滤波后的数据进行反投影，从而实现重建；并且，其中的反投影过程是在锥形束几何下进行的。
2.如权利要求1所述的单层重排滤波反投影重建方法，其特征在于:经步骤(1)重排后的被扫描物体每层对应2 π范围内的扇形束投影，且每个角度下对应的扇形束投影只覆盖被扫描物体横截面的一半。
3.如权利要求1所述的单层重排滤波反投影重建方法，其特征在于:所述步骤(2)中的重排利用了平行束投影的对称性质，重排后的平行束投影角度范围为η，且每个角度下的投影完全覆盖被扫描物体的横截面，不存在数据截断。
4.如权利要求1至3中任一项所述的单层重排滤波反投影重建方法，其特征在于:被扫描物体的锥形束投影数据的具体获取过程为:构建半径为Rtl的圆柱体，假设被扫描物体即包含于该圆柱体中，在该圆柱体的中心位置建立固定的右手笛卡尔坐标系(x，y，z)，且被扫描物体的偏置量为Dtl，成像时，被扫描物体做螺旋轨迹运动，即相当于被扫描物体固定、射线源和探测器同时做反向的螺旋轨迹运动；旋转轴与Z轴重合，射线源的旋转半径为R，射线源到探测器的距离·为S，射线源到平行于探测器且过旋转轴的平面的距离为D，建立旋转的坐标系(U，V，W)，其中心为探测器中心，对于探测器上的任何一点，都可以用坐标(U，V)表示；为获得重建所需的足够投影数据，每个角度下的射线至少覆盖被扫描物体横截面的一半，即需要满足:
\Dy)< D lan{rIH)
{(/) lan(;/〃, ) + ￡>") cos(;/〃,) > R11 其中Ym表不最大的扇角的一半。
5.如权利要求4所述的单层重排滤波反投影重建方法，其特征在于:所述步骤(1)中由锥形束投影到扇形束投影的具体重排过程为:每层扇形束数据对应被扫描物体沿Z轴方向的一层，重排后的扇形束几何与锥形束几何相匹配，即虚拟的扇形束源点同样位于距旋转轴距离为R的位置，线阵探测器与面探测器的行匹配同时对应被扫描物体沿Z轴方向的一层；重排前的锥形束投影数据为b( λ，U，V)，其中λ表示投影角度，(U，V)表示面探测器上的点，重排后的扇形束投影数据*ΡΖ(Θ，U)，其中ζ表示物体沿Z轴方向的层数，Θ表示扇形投影角度，且θ=λ%2π，u表示线阵探测器探元位置，则该步骤下的重排过程可由下面公式表示:
I
P (θ,ιι) = —^11 +5 ?(λ,ιι,ν) '^lu2+V2+S2其中
6.如权利要求5所述的单层重排滤波反投影重建方法，其特征在于:所述步骤(2)中由扇形束投影到平行束投影的具体重排过程为:
7.如权利要求6所述的单层重排滤波反投影重建方法，其特征在于:在所述步骤(3)中，采用标准的斜坡滤波器分别对被扫描物体每一层的每个投影角度的数据进行滤波，即
【文档编号】G06T17/00GK103714578SQ201410035682
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】李磊, 韩玉, 闫镔, 席晓琦, 张峰, 古宇飞, 王林元, 蔡爱龙 申请人:中国人民解放军信息工程大学