用于感兴趣区域的断层摄影的扫描轨迹.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910315800.5 (22)申请日 2019.04.18 (30)优先权数据 62/660433 2018.04.20 US (71)申请人 FEI 公司 地址 美国俄勒冈州 (72)发明人 G.R.梅尔斯S.J.莱瑟姆 A.P.谢泼德A.M.金斯顿 O.德尔加多-费德里奇斯 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 张凌苗申屠伟进 (51)Int.Cl. G01N 23/046(2018.01) (54)发明名称 用于感兴趣区域的断层摄。

2、影的扫描轨迹 (57)摘要 用于感兴趣区域的断层摄影的扫描轨迹。 本 文公开了用于实现用于ROI断层摄影的扫描轨迹 的设备和方法。 示例性方法包括： 基于样本的外 接圆半径确定第一焦物距， 该样本包括感兴趣区 域； 基于包含感兴趣区域的最小圆柱体的半径确 定第二焦物距； 响应于第一焦物距从多个可能的 视角确定多个视角， 其中所述多个视角中的每个 视角均具有从感兴趣区域测量的相关联的焦物 距， 并且其中多个视角中的每一个中的相关联的 焦物距小于第一焦物距并且大于第二焦物距； 并 且使用至少所述多个视角来扫描感兴趣区域。 权利要求书2页 说明书11页 附图9页 CN 110389139 A 201。

3、9.10.29 CN 110389139 A 1.一种方法， 包括： 基于样本的外接圆半径确定第一焦物距， 所述样本包括感兴趣区域； 基于包含所述感兴趣区域的最小圆柱体的半径确定第二焦物距； 响应于所述第一焦物距从多个可能的视角确定多个视角， 其中所述多个视角中的每个 视角均具有从所述感兴趣区域测量的相关联的焦物距， 并且其中所述多个视角中的每一个 的所述相关联的焦物距均小于所述第一焦物距且大于所述第二焦物距； 以及 使用至少所述多个视角扫描所述感兴趣区域。 2.根据权利要求1所述的方法， 其中响应于所述第一焦物距从多个可能的视角确定多 个视角包括： 基于它们的相关联的焦物距的均方小于所述第一。

4、个焦物距来选择所述多个视 角。 3.根据权利要求2所述的方法， 其中它们的相关联的焦物距的均方通过在所述多个视 角中的每个视角处扫描花费的时间来加权。 4.根据权利要求1所述的方法， 其还包括从基于具有相关联的焦物距的所述多个可能 的视角的子集扫描所述感兴趣区域中排除所述多个可能的视角的子集， 所述相关联的焦物 距相对于所述第二个焦物距被最小化。 5.根据权利要求1所述的方法， 其中所述多个视角在选自锯齿形轨迹、 螺旋形轨迹的子 集和格子型空间填充轨迹中的一个所选择的扫描轨迹中实现。 6.根据权利要求1所述的方法， 其中所述多个视角在是圆弧的扫描轨迹中实现。 7.根据权利要求1， 其中所述多个。

5、视角在包括视角的不连续轨迹的扫描轨迹中实现。 8.根据权利要求1所述的方法， 其还包括： 基于所述样本内的所述感兴趣区域的位置选择所述多个视角， 其中在所述多个视角与 所述样本内的所述感兴趣区域的位置之间的关系允许最小化所述第一焦物距。 9.根据权利要求1所述的方法， 其中所述多个视角被选择为相对于所述样本内所述感 兴趣区域的位置最小化它们的相关联的焦物距。 10.根据权利要求1所述的方法， 其中使用至少所述多个视角扫描所述感兴趣区域还包 括来自所述多个可能的视角的一个或多个视角， 所述多个可能的视角所具有的相关联的焦 物距大于或等于所述第一焦物距。 11.一种用于执行计算机断层扫描的系统， 。

6、所述系统包括： 平台， 所述平台用于保持和移动样本； 源， 所述源用于向所述样本提供x射线束； 检测器， 所述检测器用于在穿过所述样本后检测至少一部分所述x射线束； 以及 控制器， 所述控制器至少联结到所述平台， 用于控制所述平台的移动， 所述控制器联结 到或包括可执行代码， 当由所述控制器执行时， 所述可执行代码使所述系统： 基于样本的外接圆半径确定第一焦物距， 所述样本包括感兴趣的区域； 基于包含所述感兴趣区域的最小圆柱体的半径确定第二焦物离； 响应于所述第一焦物距从多个可能的视角确定多个视角， 其中所述多个视角中的每个 视角均具有从所述感兴趣区域测量的相关联的焦物距， 并且其中所述多个视。

7、角中的每一个 的所述相关联的焦物距均小于所述第一焦物距且大于所述第二焦物距； 以及 使用至少所述多个视角来扫描所述感兴趣区域。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110389139 A 2 12.根据权利要求11所述的系统， 其中使所述控制器响应于所述第一焦物距从多个可 能的视角确定多个视角的所述可执行代码还包括当由所述控制器执行时导致所述系统执 行以下的可执行代码： 基于它们的相关联的焦物距的均方小于所述第一焦物距来选择所述多个视角。 13.根据权利要求12所述的方法， 其中它们的相关联的焦物距的所述均方通过在所述 多个视角中的每个视角处扫描所花费的时间来加权。 14.根据权利要求11所述的。

8、系统， 其还包括当由所述控制器执行时使得所述系统执行 以下的可执行代码： 从基于具有相关联的焦物距的所述多个可能的视角的子集扫描所述感兴趣区域中排 除所述多个可能的视角的子集， 所述相关联的焦物距相对于所述第二焦物距不能最小化。 15.根据权利要求11所述的系统， 其中所述多个视角在从锯齿形轨迹、 螺旋形轨迹的子 集和格子型的空间填充轨迹中的一个中选择的扫描轨迹中实现。 16.根据权利要求11所述的系统， 其中所述多个视角在是圆弧的扫描轨迹中实现。 17.根据权利要求11所述的系统， 其中所述多个视角在包括视角的不连续轨迹的扫描 轨迹中实现。 18.根据权利要求11所述的系统， 其还包括当由所。

9、述控制器执行时使得所述系统执行 以下的可执行代码： 基于所述样本内的所述感兴趣区域的位置选择所述多个视角， 其中在所述多个视角与 所述样本内的所述感兴趣区域的位置之间的关系允许最小化所述第一焦物距。 19.根据权利要求11所述的系统， 其中所述多个视角被选择为相对于所述样本内所述 感兴趣区域的位置最小化它们的相关联的焦物距。 20.根据权利要求11所述的系统， 其中使所述控制器使用至少所述多个视角来扫描所 述感兴趣区域的可执行代码包括当由所述控制器执行时使得所述系统执行以下的可执行 代码： 使用来自所述多个可能的视角的一个或多个视角来扫描所述感兴趣区域， 所述多个可 能的视角所具有的相关联的焦。

10、物距大于或等于所述第一焦物距。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110389139 A 3 用于感兴趣区域的断层摄影的扫描轨迹 技术领域 0001 本公开总体涉及计算机断层摄影， 更具体地涉及感兴趣区域的特定扫描轨迹。 背景技术 0002 计算机断层摄影(CT)使用x射线来研究样本， 并包括获得内部结构的数据。 基于CT 的系统通常将样本和x射线源以及检测器相对于彼此移动， 例如旋转， 以围绕样本以可获得 的视角获得图像。 然后可以通过算法操纵扫描数据， 以获得样本的各种切片的重建。 图像的 分辨率可能受到如源、 样本以及检测器等各种部件之间距离的影响。 例如， 在锥束CT系统 中， 源与样。

11、本源之间的大距离降低了所获得图像的质量。 0003 另外， 样本内的感兴趣区域(ROI)可能需要的分辨率的数据比通过典型扫描轨迹 所获得的更高， 例如， ROI与源之间的相对距离可能由于使ROI交叉的较低的锥角而影响x射 线的通量。 虽然可以获得ROI的潜在可接受的扫描分辨率， 但是期望ROI的更高质量的图像。 附图说明 0004 图1A是根据本公开的实施方案的CT系统的说明性示意图。 0005 图1B示出了根据本公开的实施方案的源、 样本和检测器的平面图。 0006 图1C是示例性样本轨迹并且示出了传统的微CT扫描。 0007 图1D是基于ROI的示例性轨迹， 并且示出了传统的微CT ROI。

12、扫描。 0008 图1E示出了根据本公开的实施方案的包括用于增加扫描轨迹效率和最小化基于 ROI的FOD的一组视角的扫描。 0009 图1F示出了根据本公开的实施方案的对畸变样本的扫描。 0010 图2A至图2C显示了根据本公开的实施方案的示例性扫描。 0011 图3A和图3B是根据本公开的实施方案的示例性三维扫描。 0012 图3C根据本文公开的实施方案显示样本的平面图， 以显示ROI的位置。 0013 图4是根据本文公开的实施方案的用于对样本中的ROI执行CT扫描的示例性方法。 0014 图5是根据本公开的实施方案使用减少的视角集用于ROI扫描的示例性方法。 0015 图6是根据本公开的实。

13、施方案的CT系统的示例性功能框图。 0016 在附图的全部多个视图中， 相同的附图标记是指相对应的部分。 具体实施方式 0017 下面在使用锥形x射线束和圆形轨迹、 螺旋形轨迹或空间填充的扫描(样本)轨迹 来使用视角扫描感兴趣区域来在特别是圆柱体形样本中在小物体的微米级或纳米级计算 机断层摄影(CT)的断层摄影成像设备的背景下描述本发明的实施方案， 选择所述视角来最 小化相对于感兴趣区域的焦物距， 并最大化扫描轨迹效率。 然而， 应当理解的是， 本文所描 述的方法通常适用于各种不同的断层摄影方法和设备， 包含锥形束系统和平行束系统两 者， 并且不限于任何特定的设备类型、 光束类型、 物体类型、。

14、 长度尺度或扫描轨迹。 说明书 1/11 页 4 CN 110389139 A 4 0018 如在本申请书和权利要求书中所使用的， 除非文中另外明确指明， 否则单数形式 的 “一个(a)” 、“一个(an)” 以及 “所述(the)” 包含复数形式。 另外， 术语 “包含” 意指 “包括” 。 进一步地， 术语 “联接” 不排除联接项之间存在中间元素。 0019 本文所描述的系统、 设备以及方法不应以任何方式被解释为限制性的。 相反， 本公 开涉及各种公开的实施方案(单独和以彼此的各种组合和子组合)的所有新颖和非显而易 见特征和方面。 所公开的系统、 方法以及设备不限于任何特定方面或特征或其组。

15、合， 所公开 的系统、 方法以及设备也不要求存在任何一个或多个具体优点或者要求问题被解决。 任何 操作理论都是为了便于解释， 但是所公开的系统、 方法以及设备不限于这种操作理论。 0020 尽管所公开的方法中的一些的操作被以用于方便呈现的特定顺序次序描述， 但是 应当理解的是， 此描述方式涵盖重新布置， 除非特定排序是在下面所阐述的具体语言所要 求的。 例如， 在某些情况下， 可以重新布置或并发执行按顺序描述的操作。 此外， 为简明起 见， 附图可能未示出所公开的系统、 方法以及设备可以与其它系统、 方法以及设备结合使用 的的各种方式。 另外， 本说明书有时使用像 “产生” 和 “提供” 等术。

16、语来描述所公开的方法。 这 些术语是被执行的实际操作的高级抽象。 与这些术语相对应的实际操作将取决于特定实现 而变化并且易于由本领域普通技术人员辨别。 0021 在一些实例中， 数值、 程序或设备被称为 “最低” 、“最佳” 、“最小” 等。 将被认识到的 是， 此类描述旨在表明可以在许多使用的功能替代方案中进行选择， 并且这种选择不需要 更好、 更小或者优选于其它选择。 0022 可以用于获得微米尺度和/或纳米尺度的数据的基于实验室的CT系统用于对各种 样本成像。 样本可以是生物材料、 矿物材料和复合材料等， 以及所得图像可以是内部结构的 重建。 通常， CT系统包含x射线源和检测器， 其间。

17、设置有样本。 CT源可以在大锥体上例如在广 角上均匀地发射辐射， 并且锥束断层摄影的效率随着入射在样本上的锥角增加而增加。 效 率的提高可能主要是由于入射在样本上的x射线通量的增加。 在一些实施方案中， 可以使用 源与样本之间的小距离来获得更高的锥角。 如所指出的， 这些CT系统要么相对于源和检测 器移动样本， 要么围绕样本一致地旋转源和检测器。 各种物理约束可能影响所获得的扫描 的分辨率、 信噪比和质量中的一个或多个， 例如样本的形状、 从源到样本的距离、 从源到检 测器的距离、 从样本到检测器的距离以及它们的组合。 这些相对距离影响穿过样本或样本 的一部分并与检测器相交的x射线束锥的量。 。

18、更具体地， 部件之间的距离影响穿过样本并撞 击检测器的x射线通量的量。 穿过样本并入射到检测器上的通量的量是数据分辨率和质量 的一个主要方面。 因此， 源与样本之间以及源与检测器之间的大距离可能导致扫描质量的 降低， 而小距离可能导致更高的扫描质量。 0023 样本的其他因素也可能影响扫描的质量， 例如信噪比(SNR)或分辨率。 通常， 样本 内ROI的大小、 形状和位置以及从ROI到源和检测器的相对距离可能影响ROI的扫描质量。 由 于距离， 样本的旋转轴上的ROI可以从源接收较少的通量， 这可能导致ROI的低质量扫描/投 影。 该距离影响入射在ROI上的锥角， 这导致穿过ROI并入射到检测。

19、器上的X射线通量减少。 入射在ROI上并由检测器收集的通量的量影响扫描的质量例如SNR和扫描的分辨率。 如本文 所用并且在ROI扫描的上下文中，“锥角” 可以被称为ROI所对应的角度。 0024 在一些实施方案中， 如果ROI不位于样本的运动轴(或源-检测器对的旋转轴)上， 则可以限制ROI的重建图像的质量。 例如， 如果ROI从原始(样本)旋转轴沿着径向移位并且 说明书 2/11 页 5 CN 110389139 A 5 约束在靠近样本的一个表面的区域中(例如， 参见图1B的112)， 则由于样本和/或源/检测器 移动时ROI和源之间的距离变化， 穿过ROI的x射线的通量将不同。 例如， 当。

20、ROI与源相反时， 由于穿过ROI的x射线通量的减少， 来自这些x射线的数据的强度将低于ROI与源相邻时的强 度。 由于锥角的减小， 可以减小x射线通量， 锥角由于源与ROI之间的距离而减小。 通过ROI的 x射线通量的减少可能影响所获得的图像质量。 在一些实施方案中， 全样本旋转轴线的位置 将是最接近于该样本的中心， 以便采集期间最小化样本的摆动， 并允许它最方便填充检测 器(参见图1E)。 在一些实施方案中， 然而， ROI被放置在旋转轴线上， 这可能导致所述样本旋 转更像围绕轴线的呼拉圈， 例如， 偏心旋转， 其中， 所述样本的中心可以以圆形路径或螺旋 路径移动， 这可能会影响在源与样本。

21、之间的距离， 以避免两者之间的干扰(参见图1F)。 因 此， 期望一种用于提高ROI扫描的图像质量的技术。 0025 关于图像重建， 标准滤波反投影(FBP)技术基于用于Radon变换的反演公式， 并且 可以应用于非常小的常规轨迹集： 它们仅直接适用于均匀和密集地采样的圆形轨迹和螺旋 轨迹。 对于其他轨迹， 重建包含严重的伪影， 例如具有更稀疏或可变角度采样的轨迹， 或者 具有焦点-探测器-距离(FDD)的变化的轨迹或具有焦点-物体-距离(FOD)的变化的轨迹。 关 于ROI扫描， FOD可以是焦点-ROI-距离。 迭代重建技术(IRT)能够从较稀疏、 较不完整或较不 规则的数据重建， 但是这。

22、导致成本通常比FBP方法的计算时间慢超过一个数量级。 通常， IRT 要么非常慢且稳健， 要么快速且不可靠。 即使使用IRT， 不完整的轨迹也会导致较低质量的 重建。 0026 最近的工作已经确定了快速迭代方法、 由反投影滤波器(BPF)预处理并通过多网 格方法进一步加速。 这些技术适用于比FBP方法范围更的轨迹， 但它们可能对不对称性和不 完整性敏感。 这里提出的轨迹和BPF重建的组合似乎特别有利于以合理的计算量产生高质 量的ROI数据。 这里公开的轨迹可能不适用于FBP重建， 但是应该使用IRT或BPF产生比其他 ROI轨迹更高质量的数据。 0027 一种解决方案可以包括基于样本的外接圆半。

23、径确定最小FOD并且仅使用满足关于 最小FOD的关系的那些视角来扫描ROI。 基于使用与扫描系统的旋转轴对齐的ROI来放置样 本来确定外接圆半径。 如上所述， 这样安装的样本将具有偏心旋转， 并且需要放置源和检测 器， 以避免与样本的碰撞。 然而， 这种构造通常会增加FOD， 这会降低图像质量。 然而， 可以使 用比所有可能的视角更少的视角来执行ROI中心扫描， 并且将选择所实现的视角以提高扫 描效率， 所述扫描效率可以基于所确定的最小FOD而提高。 应注意， 扫描效率近似于FOD的倒 数。 用于选择实现的视角的一种技术是用于选择具有小于最小FOD的均方基于ROI的FOD的 那些视角。 在一些。

24、实施方案中， 这可导致所实现的视角包括在最靠近ROI的样本的一侧上所 选择的多个视角， 这可以导致扫描轨迹部分地围绕附近样本以弧形图案或锯齿形图案振 荡。 虽然一些视角可能具有大于最小FOD的相关FOD， 但是FOD距离的均方将小于最小FOD。 在 其他实施方案中， 均方FOD距离可以通过在每个所选视角处获取数据所花费的时间来加权。 0028 另一种解决方案可以涉及样本的多次扫描， 其中一次扫描使用包括相对完整的视 角集和/或整个样本的轨迹， 而另一种扫描具有有限的轨迹或更小的视角集。 如本文所用， “一组视角” 是指样本周围的位置， 其中获得投影(样本的x射线灰度测量)， 所述投影可以由 实。

25、现的轨迹确定。 例如， 另一扫描可以使用减小的轨迹， 而第一扫描可以使用更完整的轨 迹。 与更全面扫描的FOD例如基于样本的FOD相比， 减小的轨迹可以允许源与ROI之间的距离 说明书 3/11 页 6 CN 110389139 A 6 减小， 例如， 基于ROI的FOD的减少。 基于ROI的扫描的FOD的减少例如减小的轨迹可以通过最 小化基于ROI的FOD来提高扫描效率。 在一些实施方案中， 源与检测器之间的距离也可以减 小， 但是在一些情况下， 样本的整体形状可以限制该距离的减小。 在一些实施方案中， 用于 另一扫描例如第二扫描的扫描轨迹可以不围绕样本进行完整旋转， 而是可以以ROI为中心。

26、 的有限角度进行扫描， 或者限制为样本的区域， 在该区域中ROI最接近样本表面(参见例如 图2B)。 例如， 有限的角度可能包括180 扫描， 小于180 ， 甚至是由于样本形状而错过/省略 某些角度的扫描。 因此， 在轨迹中使用的有限角度中， 给定样本形状约束的情况下， 扫描可 以使源保持接近ROI。 然后可以组合来自两次扫描的数据以提供ROI的高质量重建， 例如， 高 分辨率， 改进的SNR等， 同时仍然提供样本中ROI的背景。 尽管为了便于讨论将这样的实施方 案讨论为使用两个单独的扫描， 但是本文公开的技术不需要使用两个完全独立的扫描。 通 常， 两个扫描可以组合成单个轨迹， 其中不止一。

27、次地观察样本的相同区域并且具有不同的 放大率、 FOD和扫描时间等。 在一些实施方案中， 这里实现的有限的扫描轨迹可以导致与减 小的视角集相关联的扫描时间的减少。 0029 图1A是根据本公开的实施方案的CT系统100的说明性示意图。 CT系统100可用于获 得样本(例如， 投影)的x射线衰减数据， 并作为响应提供图像重建。 CT系统100可以至少包含 源102、 平台108和检测器106。 在一些实施方案中， 源102、 平台108和检测器106可以联接到 控制它们的操作并至少从检测器106接收数据的控制电子设备(未示出)。 CT系统100可以获 得样本104的投影， 例如， x射线衰减数据。

28、(灰度数据)， 然后所述数据可以用于形成样本104 的重建和/或样本104的期望面积。 在一些实施方案中， 如图1B所示， 样本104内的ROI 112可 以是用于分析CT扫描数据的期望区域。 0030 源102可以提供锥形的x射线， 所述x射线以高锥角从源焦点向外照射， 所述高锥角 也可以称为宽锥角。 如本文所用，“高锥角” 限定一角度， 所述角度由样本所对或由在源102 焦点处的ROI所对。 基于此限定， 低锥角将是较小角度。 通常， 高锥角限定较宽的锥体， 并且 低锥角限定较窄的锥体。 另外， 用于获得任何给定投影的锥角可能受到源102、 样本104与检 测器106之间的相对距离的影响。。

29、 更具体地， 源102与样本104之间的距离或样本的期望区域 (例如， ROI 112， 焦物距(FOD)可以影响X射线例如x射线通量的发射锥的量， 所述x射线入 射在样本104或所需区域上， 并通过样本104或所需区域。 应当注意， FOD可以通常被限定为 源到样本的旋转轴或到样本内的感兴趣区域的距离， 这取决于扫描的目标以及样本安装在 平台108上的方式。 就ROI扫描而言， 以ROI为中心的FOD是从源到ROI的中心的距离， 并且不 一定是样本104的中心。 FOD可以确定ROI的平均放大率(对于给定的FDD)和ROI对应的锥角。 通常， FOD越小， 由于源102在非常大的立体角上各向。

30、同性地发射辐射， 因此越多x射线通量 通过样本/ROI， 这提高了所获得的图像/重建的质量。 此外， 源102与检测器106之间的距离 和焦点-检测器-距离(FDD)也可以影响图像和重建的质量。 通常， 大的FDD可能导致入射在 检测器106上的低锥角的x射线， 并且较小的距离可能导致入射在检测器106上的较高锥角 的x射线。 这些距离、 FOD和FDD可能会影响扫描质量， 也会影响视场(FOV)。 如所指出的， 通 常， 这些距离越小， 由于穿过样本104并入射到检测器106上的x射线通量的增加， 可以获得 更高质量的低噪音的扫描， 这改进了扫描效率。 0031 检测器106可以定位成接收已。

31、通过样本104的x射线。 在一些实施方案中， 可以基于 样本形状和旋转来最小化FDD， 以最大化已经通过样本102的入射x射线通量， 所述入射x射 说明书 4/11 页 7 CN 110389139 A 7 线通量包括ROI 112。 检测器106可以包含闪烁体， 所述闪烁体在被x射线照射时产生可见 光， 以及安装在闪烁体后面的CCD、 CMOS或非晶硅平板传感器， 所述CCD、 CMOS或非晶硅平板 传感器产生表示由闪烁体产生的闪烁的空间布置的二维图像的图像数据。 结果是透射过物 体的x射线的二维图像或x射线强度的图。 作为将被认识到的， 这些图像中的每一个均包括 关于样本104的外部结构特。

32、征和内部结构特征的信息， 如沿着透射过样本104到达检测器 106的x射线的方向所投影的那样。 0032 平台108支撑样本104。 在一些实施方案中， 平台108可以能够沿着顺时针、 逆时针 或顺时针和逆时针两者(图1A中所示的)旋转， 并且能够沿着X方向、 Y方向和Z方向(正和 负)平移， 所述X方向、 Y方向和Z方向如图1A中所示的参考轴所指示的那样。 然而， 在一些实 施方案中， 平台108可以保持固定， 而源102和检测器106一致地围绕样本旋转， 同时还沿着 +/-Z方向平移。 样本104和/或源102/检测器106对的相对移动可以限定在获得扫描数据例 如图像数据和投影时使用的轨迹。

33、。 在固定样本轨迹设置中， 轨迹指的是源102围绕样本的移 动， 其中x射线通量的锥体源自源102。 在一些实施方案中， 轨迹可以是二维的， 而在其它实 施方案中， 轨迹可以是三维的。 例如， 2D轨迹可以包括围绕样本104的圆例如完整的旋转， 并 且3D轨迹可以包括围绕样本104的螺旋。 0033 轨迹由CT系统100执行， 以从期望的视角获得样本104的扫描数据， 例如图像和投 影。 轨迹可以包括扫描轨迹或源轨迹和检测器轨迹， 如上所述， 其中源102相对于样本104移 动(不管哪个组件实际上正在移动)， 在检测器轨迹中样本104和检测器106的关系改变。 当 沿着期望的轨迹(源或检测器)。

34、移动时， CT系统100可以以不同速率拍摄图像， 所述不同速率 包括连续地、 半连续地或周期性地。 拍摄投影的每个位置可以称为视角。 虽然大多数轨迹包 括相对完整的视角集， 所述相对完整的视角集可以例如是围绕样本的完整旋转或更小， 但 是本文公开了包括减小或限制的视角集的调节或缩短的轨迹。 例如， 减少/限制的视角可用 于获得ROI例如ROI 112的更高质量数据。 在一些实施方案中， 可以使用更短和/或可变的 FOD来执行使用减小或受限制的视角集的扫描， 所述FOD包括基于ROI调节并且至少相对于 样本104的外接圆半径最小化的FOD。 0034 调节的、 有限的、 缩短的轨迹和减小/限制的。

35、视角集可以不包括完整的旋转或甚至 半旋转， 而是可以进行样本104的部分旋转， 或者在ROI最接近样本104的表面的区域中包括 在少量离散视角下拍摄的投影。 在2D背景中， 调节的轨迹可以围绕样本104的一部分形成 弧。 另外， 可以包括一些额外的旋转以考虑锥角。 例如， 在调节的轨迹期间可以执行180 的 弧(和上锥角量)， 以便通过样本中的每个点提供180 的光线。 在一些实施方案中， 可以选择 经调节的轨迹， 使得在轨迹的大部分期间(例如， 在不成比例的大部分采集时间期间)， 源点 位于样本的一侧， 其中ROI 112更接近于表面。 通过如此定位调节的轨迹， 来自调节的轨迹 的数据可以尽。

36、可能多地包括尽可能靠近一距离的ROI 112， 例如， 针对ROI 112减少/最小化 FOD。 通常， 通过将轨迹调节到围绕样本的有限弧或使用一组受限的视角集， 可以最小化 FOD。 反过来， 最小化的FOD可以提供更高质量的扫描， 这可以导致图像具有更高的分辨率 和/或增加的SNR。 CT系统100包括安装在样本旋转平台上的样本定位平台， 以允许样本104 中心点(和ROI 112)相对于仪器的旋转轴沿着X和Y移动。 这样， 轨迹可不再具有单个旋转中 心； 然而， 源102可以始终瞄准ROI 112的中心(或附近)， 并且可以定位检测器106， 使得ROI 112的投影在检测器106内居中。

37、。 说明书 5/11 页 8 CN 110389139 A 8 0035 图1B根据本公开的实施方案示出源102、 样本104和检测器106的平面图。 如图所 示， ROI 112可以不与样本104同心， 而是ROI 112可以是偏心的。 在ROI 112偏心的情况下， 样本104和源102/检测器106对的相对运动可导致ROI 112和源102的距离在旋转期间改变 (参见例如图1C)。 由于源102与ROI 112之间的FOD波动， ROI 112与源102之间的距离的这种 改变可以影响穿过ROI 112的x射线通量的量。 或者， 样本104可以安装成使得ROI 112以旋 转轴为中心， 这。

38、将使ROI 112的FOD恒定， 但是可能由于样本104的形状而迫使最坏情况的 FOD被实施(参见例如图1D)。 在任一情况下， 当源102与ROI 112之间的距离增加时可以减小 的x射线通量的变化可以影响ROI 112的投影的质量。 0036 为了改善ROI 112的图像数据， 系统100可以调节用于获得ROI 112的更高质量扫 描的轨迹/视角， 其中调节的视角被选择以最小化基于ROI的FOD。 在一些实施方案中， 系统 100可以使样本104相对于源102/检测器106对的相对运动小于完整旋转。 例如， 系统100可 以使用弧形轨迹和相关联的视角， 其中弧的中点位于ROI 112最接近。

39、样本104的表面的位 置。 此外， FOD减小， 使得更多的x射线通量传播通过ROI 112。 当在旋转轴上安装有ROI 112 时， 减小的FOD可以基于样本104的外接圆半径由系统100确定。 此外， 还可以减小FDD， 以便 保持从每次旋转获取的数据的分辨率。 然而， FOD和FDD的减小可能受到样本104的形状的限 制， 从而不会导致样本104影响源102或检测器106。 对于任何给定的视角， 可以将 “最佳” FOD 和FDD视为最小化FOD而不引起源样本干扰的以及调节FDD使得ROI填充检测器视野的那些。 0037 由于入射和穿过ROI 112的x射线通量的增加， 最小化FOD可以。

40、提供更高质量和更 高分辨率的扫描数据。 虽然单独从调节后的轨迹获得的数据可能不完全覆盖ROI 112、 提供 ROI 112的内部结构的高质量断层图像或者提供用于ROI 112的直接重建的足够数据， 但是 数据可以被增强， 在一些实施方案中， 所述数据来自第二或另外的扫描， 所述第二或另外的 扫描例如包括样本104的更完整的视角集。 在一些实施方案中， 附加扫描可以具有较低分辨 率， 并且可以包括其视野内的完整样本。 例如， 除了使用较短FOD和调节轨迹的第二扫描之 外， 可以执行使用较长FOD和完整轨迹的第一扫描。 附加地或替代地， 可以在扫描期间动态 地调节第二扫描的FOD， 例如， 可变。

41、FOD。 FDD也可以调节以保持几何放大率， 或者它可以保持 不变。 在一些实施方案中， 第一扫描可以是低放大率扫描， 以及第二扫描可以是更高放大率 扫描。 另外， 用于实现ROI 112的扫描轨迹的工作流程可以包括进行低放大率扫描， 从低放 大率扫描确定ROI， 然后使用调节后的轨迹/限制视角和更短/可变FOD执行高放大率扫描。 0038 图1C是示例性样本轨迹101， 并且示出了传统的微CT扫描。 例如， 扫描轨迹可以包 括圆形或螺旋形轨迹， 其中FOD从样本104的旋转轴到源被测量， 在图中标记为FOD样本。 源 102位于虚线圆114A处， 所述虚线圆114A表示扫描轨迹114A。 随。

42、着样本104相对于源102/检 测器106对的相对旋转运动的进行， FOD样本的距离将不会改变， 而是将是恒定的。 如果是 2D， 扫描轨迹可以围绕样本104完成完整旋转或大于180 的弧， 或者如果是3D， 则可以完成 样本104周围的螺旋运动或点的轨迹， 例如空间填充轨迹。 0039 图1D是基于ROI的示例性轨迹103， 并且示出了传统的微CT ROI扫描。 传统的ROI扫 描继续安装样本104， 使得样本104和源102/检测器106对的相对旋转以ROI 112的质心为中 心， 而不是以样本104的轴心为中心。 这样， 样本104相对于源102/检测器106对的旋转导致 样本104围绕。

43、ROI 112摆动， 如虚线所示。 因此， 必须调节ROI轨迹114B以考虑样本104的移 动， 并且最终可能大于图1C的样本轨迹。 必须设置FOD ROI距离， 以避免样本104与源102之 说明书 6/11 页 9 CN 110389139 A 9 间的碰撞。 还必须放置检测器106以避免碰撞， 但是在图1C或1D中未示出。 0040 根据本公开确定ROI中心FOD的最小距离的一种方式是当在ROI 112上居中旋转时 确定样本104的外接圆半径。 外接圆半径限定为与点A、 B和C指定的三角形的三个点相交的 圆的半径， 如图1D所示。 应该注意的是， 样本中ROI的位置将影响样本的外接圆半径。

44、以及样 本的尺寸。 0041 如上所讨论的那样， 用于最小化FOD ROI的一个标准是仅选择具有小于样本104的 外接圆半径的均方FOD距离的那些视角。 例如， ROI的扫描可以仅使用样本的ROI最接近表面 的一侧上的视角， 例如沿着以ROI最靠近表面的样本为中心的弧。 通过最小化FOD ROI， 扫描 轨迹效率增加， 这导致ROI的更高质量扫描。 0042 图1E示出了根据本公开的实施方案的扫描105， 其包括用于增加扫描轨迹效率和 最小化基于ROI的FOD的一组视角。 扫描105包括用于最大化扫描轨迹效率的扫描轨迹114B。 通过使用最小化基于ROI的FOD例如FOD 2的视角， 可以最大。

45、化扫描轨迹效率。 扫描轨迹114B 的视角可以是所有可能的视角中的有限视角集(参见图1D的用于完整的可能的视角集的一 个实施例的轨迹118B)。 确保所选视角具有最小FOD的一个阈值可以是当如图1D中所示安装 为最小期望FOD时使用样本104的外接圆半径。 然后， 基于最小值， 可以选择具有小于最小值 的计算出的均方FOD距离的多个视角。 例如， 用于2D扫描的所实现的扫描轨迹114B可以仅是 样本104周围的弧， 其中弧以样本的区域为中心， 其中ROI 112最靠近表面。 0043 还应注意， 与图1D中所示的传统相比， 通过限制所示的扫描轨迹114B导致基于ROI 的可变的FOD。 为了说。

46、明， 当源102沿轨迹114B移动时， 源102与ROI 112的质心之间的距离增 大和减小。 虽然一些视角将具有比其他视角更长的相关FOD， 但是为减小的轨迹扫描选择的 视角将具有小于最小FOD的均方FOD距离。 因此， 与图1D的FOD ROI相比， 减小的FOD 2导致最 大化的扫描轨迹效率和改善的图像质量。 0044 图1F示出了根据本公开的实施方案的用于畸形样本的扫描105A。 可以选择扫描 105A的扫描轨迹114B以使FOD 2最小化， 并且可以仅包括由两条虚线表示的视角。 如图所 示， 扫描轨迹可能不需要在ROI上完全通过， 但是可以仅包括使相关联的FOD最小化， 尤其是 使F。

47、OD 2距离的均方最小化的视角。 0045 在一些实施方案中， 可以基于它们相关联的FOD来调节在每个视角处花费的时间。 例如， 如果扫描105包括不完全满足最小清晰度的视角， 则满足最小清晰度的视角可以具有 比不满足该清晰度的那些更长的相关的观看时间。 0046 图2A和图2B分别是根据本公开的实施方案的示例性扫描201， 203和205。 扫描201 和203示出了执行扫描序列以获得整个样本204的低分辨率数据， 然后获得ROI 212的高分 辨率数据。 扫描201和203可以例如由CT系统100执行。 扫描205示出了扫描201和203的组合， 并且仅出于说明目的而包括在内。 可以组合在。

48、每次扫描期间获得的扫描数据， 以提供没有 伪像的单个高分辨率数据集。 例如， 高分辨率数据可以包含合理完整的高分辨率信息， 但是 需要低分辨率射线照片， 以允许重建算法在合理的时间内收敛到没有伪像的良好解决方 案。 在其他实施方案中， 高分辨率数据可能是不完整的， 因此在这种情况下， 可以使用低分 辨率扫描数据来最小化伪像和分辨率的损失。 然而， 在其他实施方案中， 可以仅执行扫描 203， 以获得ROI 212的高质量扫描。 为清楚起见， 未示出源和检测器， 但是源将位于轨迹位 置(图2A-2C中的粗虚线/虚线)， 并且旨在最大化通过ROI的通量， 而检测器可位于距样本 说明书 7/11 页。

49、 10 CN 110389139 A 10 204类似的距离或向后更远的距离。 0047 扫描201可以是相对低放大率的扫描。 在一些实施方案中， 扫描201包括圆形轨迹 214A， 所述圆形轨迹214A在第一FOD例如FOD1处从相对完整的一组视角完成样本204的扫 描。 FOD 1可以是距离源的距离， 其将位于轨迹214A处， 以及样本204的中心。 0048 扫描203可以是相对大的放大率扫描。 在一些实施方案中， 扫描203包括调节的或 有限的轨迹(例如， 具有减小的视角集)， 并且在可变FOD例如FOD 2处执行， 所述可变FOD可 以基于样本204的外接圆半径来最小化， 并且可能通。

50、常比FOD 1短。 FOD 2是将位于轨迹214B 处的源与ROI 212的(中心)的距离， 所述ROI 212的(中心)可以基于轨迹214B中实现的视角 而改变。 扫描203包括轨迹214B， 所述轨迹214B通常可以小于样本204的整个旋转， 并且至少 相对于轨迹214A包括减小的视角集。 在一些实施方案中， 可以基于最小化的FOD 2来选择轨 迹214B的视角， 使得与所选择的视角相关联的均方FOD距离小于最小FOD。 在其他实施方案 中， FOD 2小于FOD 1。 在任一情况下， 可以选择在扫描203中实现的视角以提高ROI 212的扫 描效率。 0049 在一些实施方案中， 轨迹2。