专利名称：一种使用静止环状射线阻挡阵列的锥束ct扫描和散射校正方法散射校正是锥束CT中的难题。基于平面射线阻挡阵列(Beam Stop Array, BSA) 进行散射测量的校正方法因其能够提供准确稳定的散射测量结果，在千伏级诊断CT和兆 伏级放疗CT中获得了广泛研究。由于采用铅质BSA进行射线阻挡，探测器上对应于BSA阴 影的信号全部来自散射光子，因此散射测量较为准确，利用散射光通量在面探测器上主要 是光滑的低频成分的特点，对BSA测量值进行空间二维空域插值，即可得到当前投影角度 的散射光通量。而与此同时，为获取因BSA遮挡而丢失的原发光通量信号，需要额外进行一 次扫描，极大的加重了病人的剂量辐射。可见，基于BSA的散射测量方法的关键问题在于 在不增加或少增加剂量的前提下，恢复因BSA遮挡而丢失的原发光通量信号。学术界就这 一问题的相关研究如下2004年Ning R.等学者提出除正常扫描外，只需加装BSA进行一 次稀疏角度扫描，利用散射光通量在角度上低频变化的特点，采用角度上的三次样条内插， 即可估计出稀疏角度之外其他角度的散射光通量(Ning R，Tang X，and Conover D X-ray scattercorrection algorithm for cone beam CT imaging 2004Med. Phys. 311195-202)； 为了进一步降低剂量，学者Zhu L.等提出仅使用移动的BSA进行一次扫描的散射校正方法 (Zhu L, Strobel N and Fahrig R X-Ray ScatterCorrection for Cone Beam CT Using Moving Blocker Array 2004SPIE 5745251-58)，对于因BSA阻挡而丢失的原发光通量信 号，该方法仍然使用空域插值来进行恢复。然而，由于空域插值只适用于低频信号，所以对 于存在边缘信息(例如，骨和软组织或空气的边缘)的原发光通量来说，空域插值表现并不 理想。正因如此，该方法特别设计了光栅式移动(Raster-moving)的BSA移动模式，使得对 原发信号的阻挡位置不断改变，从而降低空域插值误差在特定位置的积累。尽管如此，从该 方法的重建图像中，尤其是某些切片图像中，仍能观察到比较明显的高频误差导致的噪声 增加和条纹伪影。最近，基于移动BSA的方法在实验型研究中得到了一定的扩展(Jin J， Ren L,Liu Q et al "Combining scatter reduction and correction to improve image quail incone-beam computed tomography (CBCT)",2010,Med. Phys. 375634-5644 ；Wang J, Mao W, and Solber T "Scatter correction for cone-beam computedtomography using moving blocker strips :A preliminary study”，2010，Med. Phys. 375792-5800)，但是从理 论角度而言，这些方法仍未在恢复原发信号方面取得本质进展。值得鼓舞的是，最近，国内学者Yan H.和Mou X.等发现和推导出了锥束投影的相 关性(Pr ojection Correlation，PC)，即锥束投影在角度上存在偏微分一致性。该一致性 说明，当前投影角度的高频信息可以从其相邻投影角度获取。在此基础上开发的基于锥束才百生白勺_贞±白勺ffiit胃fe (ProjectionCorrelation based View Interpolation,PC-VI)，以空域插值结果作为初值，使用投影相关性进行信息的二次恢复，应用于上述使用 移动BSA的散射校正方法后，取得了令人印象深刻的优异结果丢失信号的大部分高频部 分得到有效恢复，重建结果基本接近无遮挡的理想重建效果(Yah H,Mou X,Tang S andXu Q and Zankl Μ, "Projection correlation based view interpolation for conebeam CT primary fluence restoration in scatter measurement with moving beamstop array", 2010，Phys. Med. Biol. 556353-6375)。此外，在PC-VI框架下，移动BSA的移动方式可有更 加选择，例如，在Yan H.和Mou X.等的论文中，除既有的光栅式移动模式，还提出了一维横 向移动和旋转模式。移动BSA方法至此获得了在散射测量，原发信号恢复以及低剂量三个方面的完美 平衡。然而，即使在具有很强高频信息恢复能力的基于PC-VI的移动BSA方法中，BSA仍然 需要移动，其原因也在Yan H和Mou X.等的论文中给出了详细分析PC_VI算法有效工作 的前提是，相邻角度投影被遮挡位置区域不互相重合，即所谓的PC-VI条件。考虑到实际应 用中X线球管和探测器本身都在以较高的速度旋转，因此移动BSA将涉及到和球管探测器 的运动匹配和校正等很多后续问题，这是目前这类方法的局限点。
本发明的目的在于克服上述现有技术的局限，提供了一种不需要移动的，同时能 够满足上述PC-VI条件的环状BSA。在PC-VI算法框架下，该静态环状BSA表现出虚拟的移 动BSA的效果，因为不需移动，相比移动BSA，其实现的结构简单，成本低廉，实际可操控性 和可维护性更好，综合表现更稳定。总体来看，在基于PC-VI算法恢复被遮挡原发信号的框 架下，使用静态环状BSA进行一次扫描同时完成测量散射和获取原发射线分量的方法具有 很好的实用前景。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是—种使用静止环状BSA的锥束CT扫描和散射校正方法使用静止环状BSA的扫描 机械结构进行锥束CT扫描与散射校正，使用基于投影相关性的角度内插PC-VI方法恢复被 静止环状BSA阻挡的原发射线分量。使用静止环状BSA的扫描机械结构进行锥束CT扫描是指在通常的X光源点轨迹 和平板探测器轨迹间内，加入静止的环状BSA用来测量散射。环状面材料为对X光低衰减 的物质，阵列单元材料为铅或其他原子序数较高的对X光强衰减的物质；静止环状BSA的结 构以及阵列材料的排列符合给定的要求使PC-VI方法性能有效发挥的静止环状BSA的设 计方法。使用静止环状BSA进行散射校正是指(a)投影测量数据Ia通常包含原发射线分量Ip和散射分量Is，其中Ip为重建图像 所需数据；在使用环状BSA测量Is时，测量像素分两类，一类为未被BSA遮挡像素，其测量 所得信号为1广，包含原发射线分量Ip和散射分量Is ；另一类为有遮挡像素，其测量所得信 号为ISB，为散射分量Is在该位置的采样值；(b)对ISB做空域插值得到任意像素Is的估计值I厂；对无遮挡像素，从I广中减 去I厂即可得到原发射线分量计算值I严 ；对被遮挡像素，其原发射线IpB 完全丢失，利用 PC-VI方法恢复被阻挡原发射线部分，记为IpB二 I 与Iph的集合I厂，即对CT重建所需原发射线投影Ip的计算结果。使用PC-VI方法恢复被阻挡原发射线分量是指(a)首先，利用未遮挡探测器单元去除散射后的投影I 对遮挡单元作空域内插 得到其丢失原发射线信号的初步恢复值I/ 1K，其中上标1K表示初步恢复，该空域插值可以 采用现有的方法，如水平方向的三次样条插值。对所得整个投影(I严 和ΙΡΒ ΙΚ)作对数运 算将其转换为线积分并加权，记为gIKU+cU)，其中λ+cu表示当前投影角度，乘性加权 因子为1/ I ξ - η I，上标IK表示被变换为g之前的投影中含有不够准确的所谓初步恢复部 分I/ 1κ。根据空域内插的特点，gUKU+cU)中初步恢复的是丢失信号的低频部分。投影相关性的核心公式为本发明公开了一种使用静止环状射线阻挡阵列(Beam Stop Array，BSA)的锥束CT扫描和散射校正方法，使用静止环状BSA测量锥束投影中的散射分量，对因散射分量测量而被遮挡的原发射线分量，使用基于投影相关性的角度内插(Projection Correlation based View Interpolation，PC-VI)方法恢复，同时提出了使PC-VI性能有效发挥的静止环状BSA的设计方法。本发明方法只需单次扫描即可同时获得散射测量值和原发射线分量，形成一种具有可观实用前景的含有散射校正的锥束CT扫描方法，具有剂量低、扫描结果准确稳定、易于实现和操控以及成本低廉的优点。