论文部分内容阅读
自从三十多年前诞生以来,X射线CT迅速发展,成为生物医学成像的日益重要的工具。CT发展的两个重要方面是更快的速度和更高的精度。动态CT、小动物CT、尤其心脏CT对时间分辨率、空间分辨率有很高的要求。发展一种可加快数据采集速度、可精确重建的多源锥形束螺旋CT,对动态成像(如心脏成像、冠状动脉成像)、小动物成像有十分重要的意义。
本文建立了多源螺旋锥形束CT精确重建理论,根据前期工作发表了世界上第一篇关于多源精确螺旋锥形束CT方面的文章。本文的主要贡献有:
(1)首次提出三源螺旋锥形束CT扫描结构；首次提出用于精确重建的最小检测器窗--Z窗的概念,推导得Z窗的边界方程；首次提出用于精确重建的跨螺旋PI线的概念,证明跨螺旋PI线的存在性与唯一性:对任意一对螺旋而言,过螺旋内任意一点存在且只存在一条跨螺旋PI线；指出基于Z窗的三源锥形束螺旋CT的投影数据的完全性,可以精确重建；指出基于Z窗的三源锥形束螺旋CT的辐射总量与相应结构的单源锥形束螺旋CT的辐射总量一样。
(2)用Tuy重建公式和跨螺旋PI线的几何性质推导出三源锥形束螺旋CT的反投影滤波(BPF)公式,该重建公式是精确和高效的,相对于相应结构的单源锥形束螺旋CT,时间分辨率提高3倍；离散化BPF公式并进行仿真实现,仿真结果显示了重建算法的有效性。
(3)把三源锥形束螺旋CT的BPF公式推广至(2N+1)源锥形束螺旋CT,时间分辨率提高(2N+1)倍；。
(4)提出双源螺旋锥形束CT扫描方法和Z’窗的概念。指出基于Z’窗的双源螺旋锥形束CT的投影数据的不完全性及部分冗余性,不能精确重建。2N源螺旋锥形束C工具有类似特性。
值得强调的是,我们的成果,大多数是原创性的,如:Z窗、Z’窗、跨螺旋PI线、(2N+1)源锥形束螺旋CT的BPF公式、基于Z窗的(2N+1)源锥形束螺旋CT的投影数据的完全性、基于Z’窗的2N源锥形束螺旋CT的投影数据的不完全性。
总之,本文建立了在不增加辐射总量的前提下,(2N+1)源锥形束螺旋CT的精确重建理论。(2N+1)源锥形束螺旋C工具有比传统单源锥形束螺旋CT高(2N+1)倍的时间分辨率。本文的成果为开发新一代高性能CT/micro-CT奠定了理论基础。
本文工作受国家自然科学基金资助(30570511)。