专利名称：由不完全锥形束投影数据再现物体三维ct图象用的方法和装置的制作方法
在此公开及请求保护的本发明，涉及以下共同指定的专利申请主题，因而这些专利申请全部的公开，在此合并引作参考并此同时由Kwok C.Tam提交的申请号为-，发明名称为“将锥形束X射线投影数据变换为平面积分并再现物体三维CT图象用的方法和装置”的专利申请〔RD-20039〕，以及并此同时由Kwok C.Tam提交的申请号为-，发明名称为“由锥形束投影数据或由平面积分再现物体三维CT图象用的并行处理方法和装置”的专利申请〔RD-19564〕。
本发明总地涉及三维计算机X射线断层摄影术(CT)，更确切地说，涉及由不完全X射线锥形束投影数据再现物体三维图象用的方法和装置。
在传统的既为医学且为工业应用的CT中，采用的是扇形束的X射线和线列阵的检测器。所获得的是二维成象。当数据组为完整的，而且象质也相当高时，只有物体的单一切片(Slice)能被同时成象。在需要三维图象时，采用的是“切片堆叠”的方法。同时取得三维数据组的二维切片，本来就是缓慢而费时的。此外，在医学应用中，由于相邻的切片无法同时成象，所以会产生移动的赝象。而且，由于切片之间的距离通常都比X射线准直器的孔径小，所以能利用的辐射剂量要比最佳剂量低，其结果是使身体的许多部位要被双重照射。
比较更新一些的基于所谓的锥形束几何结构基础上的方法，所采用的是二维列阵的检测器来替代线性列阵的检测器，以及锥形束的X射线源来替代扇形束的X射线源。整个物体随时都被锥形束的X射线源照射，因而锥形束扫描要比使用扇形束或平行束进行一个切片一个切片地扫描要快得多。而且，由于物体上的每个“点”是靠X射线以三维而不是二维的方式进行观察的，故所达到的对比度要比使用传统的二维X射线CT可能达到的高得多。为了获得锥形束投影数据，最好对物体在360°的角度范围内进行扫描，或者通过让X射线源在适当的扫描轨道(例如围绕该物体的圆形轨道上)上运动，同时保持此二维列阵检测器相对此X射线源固定不动;或者通过转动该物体，同时让X射线源和检测器保持不动。在两种情况下，都是靠X射线源和物体之间的相对运动来实现扫描的。
然而X射线CT中的图象再现过程，都是基于氡逆变(inversion)过程基础上的，其中的物体图象是由物体的氡变换总额再现的。二维物体的氡变换，是由与该物体相交的各条线上物体密度的积分构成的。三维物体的氡变换，是由平面积分构成的。通过逆变由锥形束扫描数据再现出图象，一般包括两个步骤，即(1)在氡空间中将锥形束数据变换为平面积分，以及(2)在平面积分上完成逆氡变换，以获得图象。
三维成象用的锥形束几何结构，在某些文献中进行过广泛地讨论，如由下文作为代表Gerald N.Minerbo发表在IEEE Trans.Nucl.Sci.，NS-26卷，NO.2，第2682-2684页(1979，4)上的“由锥形束投影数据进行卷积再现”;Heang K.Tuy发表在SIAM J.Math.，43卷，NO.3，第546-552页(1983，6)上的“锥形束再现用的逆变公式”，以及Bruce D.Smith发表在IEEE Trans.Med.Imag.，MI-44卷，第1425页(1985，3)上的“由锥形束投影再现图象必要和充分的条件及再现方法”。
取决于为得到锥形束投影数据所采用的扫描图形，氡空间中的数据组可能是不完全的。尽管图象再现肯定仍可以通过逆氡变换来进行，但赝象可能会引入，其结果是对于医学诊断或部件质量检测来说，图象可能是不完备的。
一种典型的采用锥形束几何构形的扫描及数据获得结构，表示在
图1中。物体20位于锥形束X射线点状辐射源22和二维检测器列阵24之间的视场中，能够提供锥形束的投影数据。旋转轴26则穿过该视场和物体20。为了分析的目的，中平面28可被定义为包含此X射线点源22并垂直于旋转轴26的平面。按照惯例，旋转轴26称之为Z轴，而且旋转轴26与中平面28的交点取作坐标原点。如图所示，X和Y轴位于中平面28内，而且此(x，y，z)坐标系随着X射线源22和检测器24一起旋转。为了从多种角度位置上对物体20进行扫描，X射线源22应沿着位于中平面28内的圆形扫描轨道30相对此物体20及视场运动，同时让检测器24相对此源22保持不动。
因此，在图1的构形中，在围绕该物体的许多角度位置上取得数据，是靠X射线源22和检测器24沿此单一圆形扫描轨道30进行扫描(或者等效于让该物体旋转，而源和检测器保持固定)。然而如在上述文献(例如Smith 1985年的文章)中说明及在下文中更详细描述的那样，按这种单一扫描收集到的数据组是不完全的。如上文指出的那样，在氡空间中失去的数据会在图象再现时产生赝象，其结果是对于医学诊断或者部件质量检测来说，图象可能是不完备的。
Smith在上述1985年的文章中曾经表明，如果在穿过研究中的物体的每一平面上都存在来自该X射线源扫描轨道的点(假定检测器相对于X射线源锁定，并且大到足以扫描被检查的物体)，那么锥形束数据组就是完整的。由Minerbo(上述1979年文章)和Tuy(上述1983年文章)提出来的构形(Smith指出能够满足其数据完整性条件)，采用的是彼此垂直的两个圆形的源扫描轨道。然而这样的扫描构形并不总是实用的，如在物体的一维方向非常长(例如人体)的情况下。此外，在两个垂直的圆上进行扫描，会使作用于物体的X射线剂量加倍，这在某些情况下是不能容许的。
还可以注意到另外一种能获得数据完整性的扫描构形，被公开在共同转让的美国专利申请NO.07/572，651中，是1990，8，27由Eberhard等人提交的，名称为“三维CT中为数据完整性用的方波锥形束扫描轨道”。能将数据不完整性减至最低的扫描构形，被公开在共同转让的美国专利申请NO.07/572，590中，是1990，8，27由Eberhard提出的，发明名称为“三维CT中用于减少数据不完整性用的双平行锥形束圆形扫描轨道”。尽管都能有效地消除或减少数据组的不完整性，然而这些方法中的每一种都能对锥形束X射线扫描构形增加某种复杂性，例如通过额外地要求围绕转轴的旋转运动，或者通过要求额外的X射线源和检测器。加之，它们都要增加X射线的剂量。因此，通常多采用的扫描几何结构，是图1中表示的圆形扫描几何结构。
在如上述作为通过逆变由锥形束扫描数据再现图象的两个总体步骤的意义上，可以相关地指出，上述联案申请-〔RD-20039〕公开了一些有效的方法和装置，用来将X射线锥形束数据变换为对于氡空间中一组共轴的垂直平面的平面积分，或变换为代表平面积分的值。上述联案申请-〔RD-19564〕，则公开了由对于这组共轴的垂直平面进行平面积分开始，进行逆氡变换用的两步方法。作为逆氡变换方法中的步骤1，一种二维CT再现方法(例如滤波的回填投影)，被利用来由此平面积分计算出该物体在每一平面上的二维投影象。作为步骤2，在一些水平平面内确定一些切片，而且物体的三维图象被一个切片一个切片地再现，是靠对于每一切片采用二维CT再现的方法(例如滤波的回填投影)，在该切片平面内二维投影图象值上进行运算，以计算出该物体对于每一切片的二维图象来再现的。
因此，本发明的目的，在于提供由不完全X射线锥形束投影数据再现物体三维图象的方法和装置。
本发明的相关目的，在于提供由单个圆形X射线源扫描轨道上得到的X射线锥形束投影数据，替代提供额外的X射线源在氡空间中扫描使数据完整化，来再现物体三维图象用的方法和装置。
根据本发明提供的方法和装置，用来由诸如由单个圆形X射线源扫描轨道或由多个平行的圆形X射线源扫描轨道得到的不完全的锥形束投影数据再现物体的三维象。作为预备性步骤，是由X射线锥形束数据，确定氡空间中对于包含参考轴的多个平面的平面积分，例如每个都包含垂直轴的多个垂直平面上。在实现本发明的装置中，代表平面积分的值，可以靠工作在锥形束投影数据上的适当的处理器来确定。
除了X射线锥形束投影数据之外，对于包含参考轴的多个平面的每一平面取得物体的边界信息。该物体的边界信息，最好能通过采用包括点光源(例如与物体分开足够距离的激光器，以使其至少接近平行束)的光学扫描器以及两维光学检测器(如普通视频摄象机)来获得。于是，物体的边界信息，包含该物体对多个平面中每一平面的阴影，而没有物体的密度信息。
然后，根据上述联案申请-〔RD-19564〕中公开的再现技术，在包含参考轴的每一平面上采用二维CT再现方法(例如滤波的回填投影)来计算该物体在特定平面上的二维投影象。如在上述联案申请-〔RD-19564〕中详细说明的那样，如此再现于氡空间中包含参考轴的每一共轴平面上的图象，就是三维物体在特定平面上的投影，换而言之，即通常所谓的数字X射线荧光检查(DF)或数字X射线摄影(DR)图象。
接下去，采用迭代方法来校正氡空间中包含参考轴的每一平面上的二维投影图象，除二维投影象之外，还要利用该物体对此特定平面的边界信息。特别是，图象在二维投影象空间和氡空间之间进行来回变换，在二维投影象空间中，由对于该物体的先验信息(其中包括该物体对此特定平面的边界信息)进行校正;在氡空间中，由平面积分进行校正。氡空间中每一平面上的二维投影象，最好通过再投影由投影象空间变换到氡空间，通过滤波的回填投影由氡空间变换到投影象空间。
最后，如在上述联案申请号-〔RD-19564〕中公开过的那样，在与参考轴垂直的平面内确定一些切片(例如与垂直轴垂直的水平切片)，而且对于每一切片来说，通过采用二维再现方法(例如滤波的回填投影)，在此切片平面内二维投影图象值上计算出该物体对于每一切片的二维图象，来一个切片一个切片地再现该物体的三维象。
本发明的新特点在所附的权利要求书中具体提出，本发明的构成方式和内容及其其它目的和性能，从以下结合附图所作的描述中，将会更好地熟悉和理解，其中图1如上文所指，表示三维CT用的传统锥形束扫描几何结构;
图2a，2b，2c，2d，2e和2f为描绘氡变换法进行三维CT成象的图解;
图3为在给定点处物体的三维氡变换表示;
图4a及4b表示在三维锥形束CT情况下氡空间的填充;
图5表示与图1对应的圆形扫描轨道;
图6表示当采用图1及图5的扫描图形时，氡空时中可用数据的区域和丢失数据的区域;
图7表示在多个共轴垂直平面中每一平面上的二维投影象再现;
图8表示三维物体在单个垂直平面上的二维投影象;
图9为用于校正每一共轴垂直平面上二维投影象的迭代方法流程图;
图10表示用来获得对于每一垂直平面上的二维投影象的精确边界信息用的光学扫描构形;
图11表示物体一个切片一个切片地在每一个垂直平面上的再现;以及图12为根据本发明的装置的方框图。
鉴于本发明的目标是当由图1的锥形束扫描图形得到的数据组不完整时再现物体的三维象，因此，所谓的数据组不完整性指的是什么，接下去将予以定义和描述，并继之以对本发明方法和装置的说明。
数据组的完整性，可以非常清楚和精确地根据氡变换法进行三维成象(表示在图2a至2f中)加以定义。此外，本发明就是利用氡变换方法进行实际再现的。
物体本身可根据其X射线衰减系数f(x，y，z)加以定义(图2a)。那么测得的锥形束投影数据，对应于该函数在辐射方向上的线积分，X(θ)＝∫f(r，θ，z0)dr(图2b)。检测器数据的线积分(又称为检测器积分)，是由∫X(θ)dθ＝∫∫f(r，θ，z0)dr dθ给出的(图2c)。在平行束的情况下，这些检测器积分简单地等于物体的氡变换。然而在锥形束的情况下，氡变换代之以下式∫∫f(r，θ，z0)r dr dθ给出(图2d)。氡变换积分中的附加因子r，是由于从笛卡尔坐标变换为极坐标的坐标变换雅可比行列式产生的。如在图2e及2f中表示的那样，逆氡变换过程能从检测器积分中再现出三维CT图象。由于直接的逆氡变换要求以物体的平面积分作为输入，所以将锥形束检测器积分变换成平面积分的预备性步骤，可以采用。
指出这一点是有意义的，如果数据组能提供出氡变换空间中每一点的数据，那么该数据组就是完整的。也就是说，氡空间是为遍及支承区域的数据填满的，而此支承区域与真实空间中的视场相对应，感兴趣的物体在该真实空间范围内。
如在图3中表示的那样，在点X0，Y0，Z0处物体的三维氡变换，是由X射线衰减系数在通过该点X0，Y0，Z0的平面(即垂直于原点至该点X0，Y0，Z0的直线的平面)上的面积积分给出的，并可表示为
R(x0，y0，z0)＝∫∫f(x，y，z)da (1)平面对于二维氡变换来说，除了积分是对于直线而不是对于平面之外，情况是类似的。
任何扫描及数据获取结构，都能对氡空间的某个体积上提供数据。有关的三维锥形束情况表示在图4a及4b中。与图4a及4b对应的，是上文描述的图1以及图5和图6。其中，图5表示单个圆形X射线源扫描轨道32，环绕在半径为R的球形视场34周围，在该场中物体被扫描;图6则以横截面的形式，表示氡空间中等半径的球36(包括作为球形视场34的支承区)与代表氡空间中可以获得数据区域的复曲面体38相交的情形。在图6中，每侧的复曲面体38的直径，等于源到旋转轴的距离D。
在图4a和4b中，表示在氡空间中的示范点R，对应于沿着检测器数据的顶线的检测器积分。氡空间中作为单一视角下的所有检测器线积分的那些点，对应于直径等于源至旋转中心距离的球的截面。在每一种视角下产生出数据的新球壳，而且对于360°扫描来说，可获得的数据落在复曲面体38内(图6)。
因此，如图6中表示的那样，氡空间中再现用的数据，在球36中该球与复曲面体38相交处的那些点上能够得到，如用“数据”一词表示的地方。如由“丢失数据”一词表示的那样，对于氡球36的顶部和底部的点来说，由于这些点对应于与X，Y平面平行或接近平行的平面，而且由于X射源的锥形束特性，致使对于这些平面不能得到数据，所以对于这些点缺少了数据。当Z接近于中平面时，失去数据的区域变窄，而且对于Z＝O(在中平面上)来说，所有需要的数据都能够得到。对于物体来说，如果氡空间中球内的所有投影数据都能得到，那么物体的图象就能够单值地再现。根据本发明，失去的投影数据，通过使用在分立的光学扫描中得到的物体边界信息进行迭代处理，能够被填充。
上述方程式(1)的平面积分，还可以表示为R(s，
)＝∫d3rδ(s-r·
)f(r) (2)其中
＝(sinθcosφ，sinθsinφ，cosφ)是表征该平面法线的方向向量;s为该平面离原点的距离;而且f(r)为三维物体。
总之，R(s，
)表示物体在法线为
、距原点距离为s的平面上的积分密度。此平面积分R(s，
)又被称为氡数据。
通过逆氡变换，可由其平面积分R再现出三维物体f(r)，此逆氡变换可表示为
如在上述联案申请-〔RD-19564〕中详细公开的那样，方程式(3)中表示的逆氡变换，可以通过两步过程来实现。步骤1，包括下文参照图7描述的在许多包含Z轴的垂直平面上的二维CT图象再现。步骤2则包括下文参照图11描述的，在许多水平平面上的二维CT图象再现。
如图7中表示的预备性步骤，是在氡空间中包含参考轴的许多平面上(例如在包含垂直参考轴48的垂直平面40，42，44及46上)确定及组织平面积分。如由Minerbo的上述1979年文章表明的那样，数据p(s，
)表示物体f(x，y，z)在与方向
垂直的平面上的平面积分，而且可从锥形束扫描数据中得到。该方法包括在检测器平面内的一些直线上面，对检测器读数进行积分。然而用来确定此平面积分的优选方法，公开在上述联案同时提交的申请-〔RD-20039〕中。
作为第一个后续性步骤(步骤1)，也表示在图7中，一种二维CT再现方法(例如但并不局限于滤波的回填投影)，被利用来计算物体在包含参考轴48的每一平面上(即在如平面40，42，44及46的每一个垂直平面上)的二维投影象(例如象50)。换言之，整个氡数据组被包含Z轴或参考轴48的许多垂直平面分割开，而且在这些垂直平面中每一平面上的二维投影象，可从每一特定平面上的数据组中得到再现。
图8表示，再现的图象代表三维物体在相应垂直平面上的二维投影象。换句话说，三维物体在每一垂直平面上的平面积分投影，与物体在该平面上的二维投影象的线积分投影一样。因此，由垂直平面上的数据进行二维图象再现，能够得出二维投影象。按这种方法观察，将会意识到，每一垂直平面上失去的信息，可以作为失去的相应二维投影象的线积分投影数据来看待。
根据本发明，这些失去的投影数据，是靠使用在该投影象上的先验信息经过迭代处理再现的，其中的迭代处理是建立在K.C.Tam和V.Perez-Mendez的分析基础上的，参见“使用有限角度输入的层析X射线摄影成象”一文，J.Opt.Soc.Am.，71卷，NO.5，第582-592页(1981.5)。
更具体地说，图9表示迭代方法，由此，在氡空间中每一共轴平面上的二维投影象，通过使该图象在二维投影象空间和氡空间之间进行来回变换加以校正，在二维投影象空间，由对于该物体的先验信息(其中包括该物体对此特定平面的边界信息)进行校正;在氡空间中，由平面积分进行校正。
因此，图9的迭代方法是从方框60中测得的平面积分(氡数据)开始的，它是由X射线锥形束扫描计算出来的平面积分。应当理解，尽管这些平面积分本身并不是直接测出来的，但由于它们是由实际测量X射线衰减数据得到的，故在此被称作“测得的”平面积分。
在方框62中，氡空间中每个共轴平面上完整的氡数据组，如图6中所示，是由测得的平面积分和失去的氡数据构成的。在第一次通过图9的迭代处理时，开始将失去的氡数据置零，以使由方框60测得的平面积分能够有效地直接通过方框62。
随后以方框64表示在二维投影空间中通过滤波的回填投影再现二维投影象的步骤，其所对应的是上文所指的步骤1。这归纳为可被看作对二维投影象的初始预算，然后在方框66中由有关物体的先验信息对此二维投影象进行校正。如在方框68中表示的那样，有关该物体的先验信息，包括该物体的范围和位置(即上文所称的该物体的边界信息)、物体密度的上限(大家都知道是基于构成该物体特定材料基础上的)以及物体密度不能为非负这样的事实。回到方框66，物体的二维投影象一个象素一个象素地得到校正，是靠将基于边界信息上的物体已知范围外的那些象素复位到零;将具有密度超出上限的那些象素复位到上限，以及将具有负密度的那些象素复位到零来实现的。
在方框70中作出对收敛进行检验，直到迭代过程完成为止，收敛检验的结果为“否”，因而在方框72中，图象由二维投影象空间通过再投影变换回氡空间，以计算出失去的氡数据。
然后将由方框72计算出来的丢失的氡数据输入方框62的校正步骤，以对完整的氡数据组给出矫正了的预算。
所以该过程继续到方框70对收敛的检验至“是”为止，从而以校正过的二维投影象作为方框74的输出。
图10表示一种扫描图形，靠它来取得对于每一垂直平面上的投影象的精确的边界信息，以在迭代过程中作为物体的先验范围和位置。在图10中，采用的是远处的激光点源76和光学记录器78来对物体20进行扫描，在每一激光源位置上物体的阴影80，被光学记录器记录。激光点源76与物体分开的距离足够远，以致于至少使其光束约为平行束。任何适合的光学记录器都可以采用，例如视频摄象机。然而，由于只需要该阴影的形状而不是它的密度，因而光学记录器并不要求记录灰度的能力，故可以采用非常简单的光学记录器。
正如前面指出过的那样，除了在密度不为零的区域中准确的密度值之外，物体的阴影80等效于图8中的二维投影象50。于是，阴影80不是为零就是不为零，基本上就是一个二元象，并可提供在投影象再现中用作先验信息的边界。
在激光扫描中由物体阴影80提供的边界，是非常精确的，并且可以得到投影图象的内部和外部边界。如果此投影象包含空腔(如在工业零件的情况下)，那么这些腔也能在被记录的阴影中表现出来。其结果是，在恢复失去的氡数据方面，迭代法能够卓有成效地运用，即能对每一垂直平面上的二维投影象进行校正。
通过光学扫描取得物体的边界信息，可以和X射线锥形束扫描同时进行，因此X射线点源22和二维列阵的检测器24也表示在图10中。
尽管目前并非优选的，但应当理解，其它用来提供平行束的装置也可以采用，例如在物体前面的机械扫描的锐方向性射束光源。
作为第二个后续步骤(步骤2)，表示在图11中。在垂直于参考轴48的一些平面内(即在水平平面如平面82，84及86上)确定一些切片，并且采用二维CT再现方法(如滤波的回填投影)，在该切片平面内二维投影图象(例如图象88、90及92)值上进行运算，以计算出该物体对于每一切片的二维图象。这些切片图象88，90及92收集在一起，构成一个切片一个切片的三维图象。整个步骤2的方法，在上述联案申请-〔RD-19564〕中作过更加详细的描述。
图12表示实施本发明的所有装置，概括以94表示。该装置94包括如上文所述参照图1的由点源22及检测器列阵24组成的典型X射线锥形束扫描结构;与二维X射线检测器24相联的数据获得系统(DAS)96;用于获得上文中参照图10描述的物体边界信息用的激光光源76和二维光学检测器78，以及与光学列阵检测器78相联的光学数据获得系统(DAS)98。
在进行工作时，透过物体的X射线光子被检测器列阵24检测，并由数据获得系统(DAS)96记录。在由空气信号归一化并变换为负对数之后的光子计数，代表经过该物体20的线积分。于是，通过让源22及检测器24沿着扫描轨道30扫描(或者等效于让该物体20旋转，而源22及检测器24保持不动)，便可在围绕该物体20的许多源位置上获得数据。
除此而外，要么同时、提前或者在取得X射线锥形束数据之后，让由激光源和光学检测器组成的装置对该物体进行扫描，并在数据获得系统(DAS)98上为图7中每一垂直平面获得物体边界信息。
由于锥形束X射线扫描和光学扫描彼此以典型90°定位，因此能够理解，所得到的X射线数据组和光学数据组其后按角度进行匹配，以致于所得到的投影象能同每一垂直平面相应。
两个数据获得系统96和98分别接在典型的处理器100上面，通过履行上文描述的方法，用于再现物体20的三维图象。因此，处理器100包括用来由X射线锥形束投影数据计算在氡空间中包含参考轴的多个平面上平面积分的装置;以及采用施加在此平面积分上的二维CT再现方法，计算该物体在多个平面中每一平面上二维投影象的装置。这种有代表性的处理器100，最好包括如在上述联案申请-〔RD-19564〕中更具体描述的、按并联方式工作的多个专门的二维CT再现处理器。
这种有代表性的处理器100，另外还包括通过让图象在二维投影象空间和氡空间之间进行来回变换，以迭代校正氡空间中各垂直平面上二维投影象的装置在二维投影象空间中，由有关该物体的先验信息(其中包括由采用激光点源及光学检测器确定的对特定平面的光学边界信息)进行校正;在氡空间中，由X射线锥形束扫描得到的平面积分进行校正。
最后，这种有代表性的处理器100还包括两个装置，一个用来在垂直于参考轴的平面的切片内，组织对包含参考轴的每一平面上二维投影象校正;另一个用来计算该物体对于每一切片的二维投影象，从而将对于这些切片的二维投影象汇集在一起，表示该物体的三维象。此外，如在上述联案申请-〔RD-19564〕中更详细描述的那样，此后一个用来计算该物体对于每一切片的二维投影象的装置，最好包括按并联方式工作的多个专用的二维CT再现处理器。
由上文看来，将能理解，本发明能使在许多锥形束投影中出现的丢失数据得到填充，使其有可能再现出高质量的图象，而不会增大X射线剂量和扫描时间或使扫描操作复杂化。根据本发明获得及利用的物体边界信息，同所谓要求设置额外的X射线源和检测器以在氡空间中实际上提供完整的数据组相比，是能够比较简单和便宜地得到的。
权利要求
1.一种由不完全锥形束投影数据再现物体三维象用的方法，所述方法包括由锥形束投影数据，确定能代表氡空间中包含参考轴的多个平面上的平面积分的值；对物体进行扫描，以取得对包含参考轴的多个平面中每一平面的物体边界信息；在氡空间中包含参考轴的多个平面的每一平面上，采用二维CT再现方法计算出该物体在此特定平面上的二维投影象；通过将图象在二维投影象空间和氡空间之间进行来回变换，对氡空间中包含参考轴的多个平面中每一平面上的二维投影象进行迭代校正在二维投影象空间中，由有关该物体的先验信息进行校正，其中包括该物体对此特定平面的边界信息；在氡空间中，由此平面积分进行校正，以及在与参考轴垂直的一些平面内确定切片，通过对于每一切片采用二维CT再现方法，在该切片平面内被校正的二维投影图象值上，计算出该物体对此一些切片中每一切片的二维图象，一个切片一个切片地再现出该物体的三维图象。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述通过扫描以取得对包含参考轴的多个平面中每一平面的物体边界信息的步骤，包括使用至少接近平行束的光源和二维的光学检测器。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述采用至少接近平行束光源的步骤，包括使用距该物体足够远以使其接近平行束的点光源。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述对氡空间中多个平面中每一平面上二维投影象进行迭代校正的步骤，包括通过再投影将此二维投影象由投影象空间变换到氡空间，并通过滤波的回填投影将此二维投影象由氡空间变换到投影象空间。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于被利用来计算该物体在此特定平面上的二维投影象的二维CT再现方法，包括滤波的回填投影。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于被利用来再现每一切片的二维CT再现方法，包括滤波的回填投影。
7.一种由不完锥形束投影数据再现物体三维图象用的装置，所述装置包括用来由锥形束投影数据，计算氡空间中包含参考轴的多个平面上的平面积分的装置;通过采用二维CT再现方法应用到平面积分上，用来计算该物体在包含参考轴的多个平面中每一平面上的二维投影象的装置;用来取得对包含参考轴的多个平面中每一平面的物体边界信息的光学扫描装置;通过将图象在二维投影象空间和氡空间之间来回变换，对氡空间包含参考轴的多个平面上每一平面上的二维投影象进行迭代校正用的装置在二维投影象空间中，由有关该物体的先验信息进行校正，其中包括该物体对此特定平面的边界信息;在氡空间中，由此平面积分进行校正，以及用来将包含参考轴的多个平面中每一平面上被校正的二维投影象，组织成在垂直于参考轴的一些平面中的切片，并且用来计算该物体对此一些切片中每一切片的二维投影象的装置;从而将对于每一切片的二维图象汇集在一起，再现该物体的三维图象。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于所述的光学扫描装置，包括距该物体足够远以使其接近平行束的点光源和二维光学检测器。
全文摘要
本发明公开了一种由不完全X射线锥形束投影数据再现物体三维CT图象用的方法和装置，额外地采用了由分开的光学扫描得到的物体的边界信息。通过对于每一切片采用诸如滤波的回填投影的二维再现方法，在切片平面内二维投影图象值上计算出该物体对每一切片的二维图象，一个切片一个切片地再现该物体的三维图象。
文档编号G06T1/00GK1062609SQ91111690
公开日1992年7月8日 申请日期1991年12月20日 优先权日1990年12月21日
发明者谭国昌 申请人:通用电气公司