專利名稱：一種提高扇形束spect成像分辨率的方法
技術領域：
本發明涉及一種SPECT成像方式，尤其是扇形束SPECT中不改變檢測器中準直器孔徑大小的前提下提高成像分辨率的方法。
背景技術：
單光子發射斷層成像(singlephoton emission computed tomography, SPECT)是一種核醫學成像技術，目前已廣泛應用于疾病的臨床診斷。在SPECT中，放射性示蹤劑被注入病人體內，SPECT可以重建出放射性示蹤劑在人體內的分布圖，該圖可以反映人體組織結構及其活動功能，如血流狀態和人體的新陳代謝。SPECT在腫瘤診斷和治療監測等方面，發揮越來越重要的作用。SPECT同時也被用在骨胳影像顯示，心血管疾病和腦部疾病的診斷，近年來，SPECT還常常用于人腦認知活動的研究。在SPECT中，示蹤劑發射的Y射線穿過人體組織和準直器，被檢測器檢測到，最終重建得到斷層圖像。SPECT檢測器中準直器的孔徑不能做的太小，其限制了 SPECT設備分辨率的提高。如果準直器的孔徑尺寸太小，則接收到的Y光子數量太少，反而會影響SPECT的成像質量。超分辨率重建是從多幅低分辨率圖像重建出高分辨率圖像。作為一種有效的方法，它已被廣泛應用于許多領域，如醫學成像，衛星圖像及視頻應用。近年來，超分辨率重建被應用到磁共振成像，CT成像，正電子發射斷層成像及SPECT成像，以提高圖像分辨率。但這些方法主要應用在圖像域或平行光投影重建。在SPECT重建中，扇形束投影可以提高SPECT的成像分辨率，如果扇形束投影重建和超分辨率重建結合，將可以在很大程度上提高SPECT的成像分辨率。

發明內容
本發明針對SPECT成像分辨率低這一問題，提供一種提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，在不改變檢測器中準直器孔徑大小的前提下，提高SPECT圖像的分辨率。解決上述技術問題，本發明的提高扇形束SPECT成像分辨率的方法包括以下步驟第一步用多個檢測器圍繞被檢測體并以預設的角度排列；第二步檢測器圍繞物體中心旋轉，每次旋轉2 /M角度，分別在其所在的位置上測得一個投影數據，測量結束后，繼續旋轉測量，直到2 范圍內的M個角度都測量完畢；第三步根據扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的幾何關系，建立低分辨率投影與高分辨率投影之間的關系矩陣，兩投影之間的關系為=RPh ；其中匕為低分辨率檢測器測量得到的投影數據，Ph為待求得的高分辨率投影數據，R為扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的關系矩陣；第四步根據第二步測量得到的投影以及第三步確定的關系矩陣，求得高分辨率的投影；、
第五步根據第四步求得的投影數據可以通過解析法，也可以通過迭代法重建出高分辨率的SPECT圖像。采用多個檢測器圍繞被檢測體，以預設的角度排列，其中每個檢測器中準直器的孔徑大小以及數目相同；每個檢測器對應的焦點到物體中心的距離相等；每個檢測器對應的焦點到檢測器的距離相等；檢測器圍繞物體中心旋轉，多個檢測器在同一角度下焦點應 該重合于一點。多個檢測器在同一角度下焦點重合時，各個檢測器的位置不是重合的，它們之間有一夾角；該夾角的大小是由如下特征確定的低分辨率檢測器的中心在橫軸上的投影相對于假想的高分辨率檢測器的中心向左右分別平移了 0. 5，I. 5,2. 5...個高分辨率像素。采用一個檢測器圍繞其焦點擺動來實現多個檢測器的作用；在每個旋轉投影角度下，檢測器圍繞其焦點按預設的角度擺動并測量，擺動角度的大小是由如下特征確定的低分辨率檢測器的中心在橫軸上的投影相對于假想的高分辨率檢測器的中心向左右分別平移了 0. 5，1. 5，2. 5...個高分辨率像素。本發明的有益效果本發明采用的超分辨率圖像重建是目前很熱門的一個研究領域，它是從多幅低分辨率圖像來獲得一幅高分辨率圖像。多幅低分辨率圖像都對同一目標進行成像，但是相互之間又存在亞像素移動，因此包含有不同的信息。這種方法的主要優點在于使用現有的成像設備即可得到一個比現有成像設備獲得的圖像分辨率高的圖像。


圖I為本發明具體實現扇形束SPECT超分辨率成像方法的流程圖。圖2為本發明中檢測器與被檢測體之間的位置關系的分布示意圖。圖3為多個檢測器在同一角度下焦點重合時的位置關系。圖4為低分辨率檢測器Dl與高分辨率檢測器之間的關系。圖5為低分辨率檢測器D2與高分辨率檢測器之間的關系。圖6為低分辨率檢測器D3與高分辨率檢測器之間的關系。圖7為低分辨率檢測器D4與高分辨率檢測器之間的關系。圖8為忽略檢測器厚度，低分辨率檢測器與高分辨率檢測器之間的幾何關系。圖9為低分辨率投影與高分辨率投影對應像素點的幾何關系(實線為低分辨率投影，虛線為高分辨率投影)。圖10為低分辨率和高分辨率重建結果對比。
具體實施例方式下面對本發明的實施方式進行詳細說明。圖I為本發明具體實現扇形束SPECT超分辨率成像方法的流程圖。在該方法中，用多個檢測器圍繞被檢測體并以預設的角度排列，也可以用一個檢測器圍繞焦點按預設的角度擺動測量來實現。這里以4個檢測器，每個檢測器分辨率為32個像素為例進行說明，但是并不說明該發明僅限于這些條件，本發明中所涉及的范圍僅由權利要求書限定。檢測器的具體擺放位置如圖2所示，C是被檢測體的中心點，D1、D2、D3和D4是四個相同的檢測器，由于是扇形束成像，則相對于每個檢測器都有一個焦點位置，圖中F1、F2、F3和F4分別是D1、D2、D3和D4對應的焦點。它們之間的位置關系滿足以下條件F1、F2、F3和F4到物體中心C的距離相等，FI、F2、F3和F4與物體中心C連線所成角度分別為O，/4，2 /4,3 31 /4。檢測器Dl、D2、D3和D4到其對應焦點的距離相等。檢測器圍繞物體中心旋轉，多個檢測器在同一角度下焦點應該重合于一點，各檢測器之間的位置關系如圖3所示，圖3中D1、D2、D3和D4即為圖2中的D1、D2、D3和D4，HD是假想的高分辨率檢測器，其沿橫軸方向排列，也是最終求得的高分辨率投影所在的位置。為清晰地看出檢測器之間的位置關系，將圖3拆分成圖4、圖5、圖6和圖7四個圖，分別表明了 D1、D2、D3和D4與高分辨率檢測器之間的位置關系。Dl的中心在橫軸上的投影相對于高分辨率檢測器的中心向右平移了 I. 5個高分辨率像素，D2的中心在橫軸上的投影相對于高分辨率檢測器的中心向右平移了 0. 5個高分辨率像素，D3的中心在橫軸上的投影相對于高分辨率檢測器的中心向左平移了 0. 5個高分辨率像素，D4的中心在橫軸上的投影相對于高分辨率檢測器的中心向 左平移了 I. 5個高分辨率像素。步驟103 :檢測器圍繞物體中心旋轉，每次旋轉2 /M角度，多個檢測器分別在其所在的位置上測得一個投影數據，測量結束后，繼續旋轉測量，直到2 范圍內的M個角度都測量完畢。在每個投影角度下，根據扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的幾何關系，從多組低分辨率投影數據可以求得扇形束高分辨率投影，扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的關系可以表示為Pl = RPh
L1其中Pli= ，U、L2、L3、L4是在同一角度下測量得到的四組低分辨率投影數據
L4.
(不是同時測量得到的四組低分辨率投影數據)，U、L2, L3, L4的維數為32，Ph為待求得的高分辨率投影矩陣，其維數為128。R為扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的關系矩陣，
f f4 T4 ... r 、
7H fUrm
Dr2l r22 … r2N
K=...
\rN\ rN2 …rNN y其中元素表示高分辨率投影中某一射線對低分辨率投影的貢獻值。該貢獻值的求解方法如下(圖8):低分辨率檢測器Dn(n = 1,2,3,4)中的第i個像素(射線)在其本地坐標系中的坐標為xn(i)。g(j)表示高分辨率投影中第j個像素在橫軸上的坐標。<是低分辨率檢測器Dn的中心在橫軸上投影的坐標，SDD為檢測器的焦距。pn(j)為高分辨率檢測器中第j條像素(射線)在低分辨率檢測器Dn的本地坐標系中的坐標位置。以高分辨率投影中心為坐標原點，對于任意一條高分辨率投影束，由圖8中的幾何關系可得
權利要求
1.一種提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步用多個檢測器圍繞被檢測體并以預設的角度排列； 第二步檢測器圍繞物體中心旋轉，每次旋轉2 /M角度，分別在其所在的位置上測得一個投影數據，測量結束后，繼續旋轉測量，直到2 范圍內的M個角度都測量完畢； 第三步根據扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的幾何關系，建立低分辨率投影與高分辨率投影之間的關系矩陣，兩投影之間的關系為= RPh ; 其中為低分辨率檢測器測量得到的投影數據，Ph為待求得的高分辨率投影數據，R為扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的關系矩陣； 第四步根據第二步測量得到的投影以及第三步確定的關系矩陣，求得高分辨率的投影; 第五步根據第四步求得的投影數據可以通過解析法，也可以通過迭代法重建出高分辨率的SPECT圖像。
2.如權利要求I所述的一種提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，其中每個檢測器中準直器的孔徑大小以及數目相同；每個檢測器對應的焦點到物體中心的距離相等；每個檢測器對應的焦點到檢測器的距離相等；檢測器圍繞物體中心旋轉，多個檢測器在同一角度下焦點應該重合于一點。
3.如權利要求2所述的一種提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，多個檢測器在同一角度下焦點重合時，各個檢測器的位置不是重合的，它們之間有一夾角；該夾角的大小是由如下特征確定的低分辨率檢測器的中心在橫軸上的投影相對于假想的高分辨率檢測器的中心向左右分別平移了 0. 5，I. 5,2. 5...個高分辨率像素。
4.如權利要求I所述的一種提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，其特征在于，用一個檢測器圍繞其焦點擺動來實現多個檢測器的作用；在每個旋轉投影角度下，檢測器圍繞其焦點按預設的角度擺動并測量，擺動角度的大小是由如下特征確定的低分辨率檢測器的中心在橫軸上的投影相對于假想的高分辨率檢測器的中心向左右分別平移了 0. 5，I. 5，.2.5...個高分辨率像素。
全文摘要
本發明提供一種提高扇形束SPECT成像分辨率的方法，能夠在不改變檢測器中準直器孔徑大小的前提下，提高SPECT圖像的分辨率。在該方法中，可以用一個檢測器圍繞焦點擺動，也可以用多個檢測器圍繞被檢測體并以一定角度排列；然后在2π角度內旋轉測量，根據扇形束低分辨率投影與扇形束高分辨率投影之間的幾何關系，可以建立低分辨率投影與高分辨率投影之間的關系矩陣，在每個投影角度下，根據該關系矩陣，可以從低分辨率投影數據求得扇形束高分辨率投影；最后高分辨率投影數據可以通過解析法，也可以通過迭代法重建出高分辨率的SPECT圖像。
文檔編號A61B6/02GK102743182SQ201210009178
公開日2012年10月24日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者李翠芬, 溫俊海 申請人:北京理工大學