专利名称：基于倒置结构的x射线三维成像扫描方法
技术领域：
本发明涉及的是一种扫描方法，特别是一种基于倒置结构的X射线三维成像扫描方法，属于医学器件和检测领域。
现代医疗技术的发展已经越来越离不开医学影像技术，如疾病的诊断、计算机引导的外科手术、远程会诊等等。而直接体积CT技术能够给人们提供丰富、直接的立体图像信息，因此近年来该技术引起了众多研究者的兴趣。直接体积CT的工作过程是这样的X射线球管在一点发出锥形束X射线，穿过被测对象后，衰减的X射线被平面探测器检测，并将X光转化为电信号，经前置放大器、谱仪放大器的滤波和放大之后，送至计算机的模数转换器和数据采集器，转化为数字信号并存储在计算机中。这只是完成一次的曝光和采集过程，为了得到精确重建被测对象所需的投影数据，X射线源和平面探测器需要沿一定的轨迹旋转(简称源点轨迹)，并在每个位置完成一次曝光和数据采集过程。得到全部的投影数据后，由三维重建算法进行体积图像重建。究竟满足完全性条件的源点轨迹是怎样的呢 毛希平、康克军在《三维CT图象精确重建的源点轨迹》(《CT理论与应用研究》杂志，第六卷第二期，第30～33页，1997年)一文中，从三维锥形束重建的完全性条件出发，介绍了五种满足完全性条件的源点轨迹，并给出了控制轨迹尺寸的相关变量的取值范围。这五种轨迹分别是两个垂直圆、圆加垂直单直线、圆加垂直双直线、两个平行圆加直线、螺旋线。这五种轨迹的共同特点是X射线源和平面探测器都要在非平面的轨迹上运动，从而获得理论上的完全投影数据。实际上除了螺旋线轨迹以外，以上这几种源点轨迹要么在机械制造上很难实现，要么在临床中无法实施，另外，上述的几种扫描结构中都使用了平面探测器，X射线经被测对象的康谱顿散射将对这种探测器造成严重影响，从而导致重建图像的伪影，除了可以用一些校正算法进行一定的去噪处理外，从理论上讲，这种伪影是无法避免的。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于倒置结构的X射线三维成像扫描方法。
本发明的技术方案和实施方式如下本发明方法具体如下1．由电子枪产生强聚焦的电子束，电子束经过计算机控制的电磁线圈，发生偏转，到达栅形面后轰击钨靶产生X射线，经准直、滤波后即形成锥形束X线源；2．锥形束X射线穿过被测对象发生衰减，被位于门架的大圆和垂直弧段上的部分探测器接收，并将X射线的光能转化为电信号，然后分别与前置放大器、滤波放大器相连，滤波放大器输出的电压信号再经过模/数转换器转换为数字量，输入计算机中的数据采集卡，即得到了数字化的投影数据；3．然后计算机控制电磁线圈，使电子束移到圆柱面的下一个位置，同样经过步骤2中的过程，直至电子束以“Z”字形的方式扫描完整个圆柱面；4．将圆柱面状X射线源移到被测对象的另一侧，完成步骤2、3中的过程，从而得到全部的投影数据；5．运用体积CT的三维重建算法重建和显示图像。
本发明的流程如下 另外，要满足以下关系假定，被测对象的半径为r1(或被半径为r1的球所包含)；扫描面阵是半径为r2的圆柱面，探测器所在的大圆和圆弧半径均为r3，为了得到精确重建被测对象所需的全部投影数据，要有如下的关系r2=3r1，r3=8r1，圆柱面的的宽度为3r1，弧度为2arccos，探测器所在的门架上弧段的弧度为4arcsin。
用圆柱面状X射线源、点状探测器组成倒置结构的直接体积CT系统。一组点状探测器是安装在外侧门架和与门架垂直的一段圆弧上，被测对象在门架的中心，X射线源在被测对象的一侧。X射线源正对被测对象的一面是一段圆柱面，其工作原理图类似于电视机的阴极射线管，首先由电子枪产生强聚焦的电子束，电子束经过计算机控制的电磁线圈，发生偏转，在栅形面上形成”Z”字形扫描轨迹。电子束轰击圆柱面上钨靶产生X射线，经准直、滤波后即形成栅形、圆柱状、锥形束X线源，锥形束的最小锥角要包含被测对象。最上面是小型的或点状的X射线探测器。显然，这种结构使得大部分散射的X射线都不会被探测器所接收，因此可以显著地提高信噪比，得到高分辨率的图像。
本发明具有实质性特点和显著进步，解决了面状探测器的康普顿散射问题，实现了简单机械运动的完全数据的体积成像，扫描快速(只需两个位置)，此装置使得后面的重建算法简单、快速。
权利要求
1.一种基于倒置结构的X射线三维成像扫描方法，其特征在于方法具体如下①由电子枪产生强聚焦的电子束，电子束经过计算机控制的电磁线圈，发生偏转，到达栅形面后轰击钨靶产生X射线，经准直、滤波后即形成锥形束X线源；②锥形束X射线穿过被测对象发生衰减，被位于门架的大圆和垂直弧段上的部分探测器接收，并将X射线的光能转化为电信号，然后分别与前置放大器、滤波放大器相连，滤波放大器输出的电压信号再经过模/数转换器转换为数字量，输入计算机中的数据采集卡，即得到了数字化的投影数据；③然后计算机控制电磁线圈，使电子束移到圆柱面的下一个位置，同样经过步骤2中的过程，直至电子束以“Z”字形的方式扫描完整个圆柱面；④将圆柱面状X射线源移到被测对象的另一侧，完成步骤2、3中的过程，从而得到全部的投影数据；⑤运用体积CT的三维重建算法重建和显示图像。
2.根据权利要求1所述的这种基于倒置结构的X射线三维成像扫描方法，其特征还在于要满足以下关系假定，被测对象的半径为r1(或被半径为r1的球所包含)，扫描面阵是半径为r2的圆柱面，探测器所在的大圆和圆弧半径均为r3，为了得到精确重建被测对象所需的全部投影数据，要有如下的关系r2=3r1，r3=8r1，圆柱面的的宽度为3r1，弧度为2arccos，探测器所在的门架上弧段的弧度为4arcsin。
全文摘要
基于倒置结构的X射线三维成像扫描方法如下:1.经准直、滤波后即形成锥形束X线源;2.锥形束X射线穿过被测对象发生衰减,转化为电信号,再经过模/数转换器转换为数字量,得到了数字化的投影数据;3.同样经过步骤2中的过程,直至电子束描完整个圆柱面;4.将X射线源移到被测对象的另一侧,完成步骤2、3中的过程,得到投影数据;5.重建和显示图像。
文档编号A61B6/03GK1299634SQ01105228
公开日2001年6月20日 申请日期2001年1月17日 优先权日2001年1月17日
发明者徐昊, 庄天戈 申请人:上海交通大学