專利名稱：X射線ct圖像產(chǎn)生方法和x射線ct系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線計算層析照相術(shù)(CT)圖像產(chǎn)生方法和X射線CT系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種通過利用借助X射線采集的多個投影數(shù)據(jù)項來重構(gòu)圖像的X射線CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT系統(tǒng)，所述X射線經(jīng)過相同掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。
背景技術(shù)：
在常規(guī)上，已知(例如參考專利文檔1)X射線CT系統(tǒng)是這樣的在X射線管和多通道檢測器繞對象被旋轉(zhuǎn)并且對象所躺著的臺面被直線地移動的同時采集投影數(shù)據(jù)；借助經(jīng)過掃描場中的像素方位的X射線而采集的投影數(shù)據(jù)項被采樣以產(chǎn)生被用于重構(gòu)表示所述掃描場的CT圖像的數(shù)據(jù)集；然后基于所述數(shù)據(jù)集來重構(gòu)CT圖像。
〔專利文檔1〕日本未檢查的專利申請出版物No.2003-159244當(dāng)使用多通道檢測器來進行螺旋掃描時，多個投影數(shù)據(jù)項是使用X射線來采集的，所述X射線經(jīng)過相同掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。
然而，常規(guī)的X射線CT系統(tǒng)不利用所述多個投影數(shù)據(jù)項，而是采樣一個投影數(shù)據(jù)而不是借助被設(shè)置在某個視角處的掃描器臺架而采集的投影數(shù)據(jù)項，并且使用所采樣的投影數(shù)據(jù)來重構(gòu)圖像。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種通過利用使用X射線采集的多個投影數(shù)據(jù)項來重構(gòu)圖像的X射線CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT系統(tǒng)，所述X射線經(jīng)過相同掃描場中的相同像素方位，同時沿被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架處的不同路徑被透射。
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法。在此，在X射線管和多通道檢測器的至少一個繞對象被相對旋轉(zhuǎn)并且對象被相對直線地移動的同時，投影數(shù)據(jù)被采集。借助X射線而采集的兩個或多個投影數(shù)據(jù)項被合成以產(chǎn)生與視角相關(guān)的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)，所述X射線經(jīng)過掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。然后基于所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)來重構(gòu)CT圖像。
在依照第一方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，借助X射線而采集的多個投影數(shù)據(jù)項是從通過使用多通道檢測器進行螺旋掃描而采集的所有投影數(shù)據(jù)項中采樣的，所述X射線經(jīng)過掃描場中的像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。所采樣的投影數(shù)據(jù)項被合成以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。CT圖像是基于一個數(shù)據(jù)集來重構(gòu)的，該數(shù)據(jù)集包括與重構(gòu)CT圖像所需的所有視角相關(guān)的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項。因此，沿X射線所透射的兩個或多個路徑所采集的信息條被反映到由與一個視角相關(guān)的數(shù)據(jù)上。對象的形狀可被精確地再現(xiàn)。而且，由于對形狀的再現(xiàn)帶來很小的矛盾，假象可被減少。此外，由于信息量增加，因此信噪比提高。
依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了兩個或多個投影數(shù)據(jù)項被加權(quán)并求和以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
在依照第二方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，兩個或多個投影數(shù)據(jù)項被加權(quán)并求和以便于合成，從而產(chǎn)生一個重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。CT圖像的質(zhì)量可通過改變被用于加權(quán)和求和的權(quán)重來調(diào)節(jié)。
依照本發(fā)明的第三方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了在從分別檢測兩個或多個投影數(shù)據(jù)項的檢測器陣列到掃描場的距離較短時，被用于加權(quán)和求和的權(quán)重被使得較大。
在依照第三方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，如果已檢測到投影數(shù)據(jù)項的檢測器陣列被放置得接近于掃描場，則待施加給投影數(shù)據(jù)項的權(quán)重被使得較大。如果檢測器陣列被放置得遠離掃描場，則待施加給投影數(shù)據(jù)項的權(quán)重被使得較小。因此，CT圖像的質(zhì)量可被提高而不被大大改變。
依照本發(fā)明的第四方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了操作者可指定被用于加權(quán)和求和的權(quán)重。
在依照第四方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，操作者可改變被用于加權(quán)和求和的權(quán)重并且可最終調(diào)節(jié)CT圖像的質(zhì)量。
依照本發(fā)明的第五方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了操作者可指定投影數(shù)據(jù)項的數(shù)目N，其大于2。
在依照第五方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，操作者可改變投影數(shù)據(jù)項的數(shù)目N，其大于2，并且可最終調(diào)節(jié)CT圖像的質(zhì)量。
依照本發(fā)明的第六方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其中在X射線管和多通道檢測器的至少一個繞對象被相對旋轉(zhuǎn)并且對象被相對直線地移動的同時，投影數(shù)據(jù)被采集；兩個或多個數(shù)據(jù)集被產(chǎn)生以重構(gòu)表示掃描場的CT圖像；然后基于所述兩個或多個數(shù)據(jù)集來重構(gòu)兩個或多個CT圖像；并且所述CT圖像被合成以產(chǎn)生合成的CT圖像。
在依照第六方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，借助X射線而采集的多個投影數(shù)據(jù)項是從通過使用多通道檢測器進行螺旋掃描而采集的所有投影數(shù)據(jù)項中采樣的，所述X射線經(jīng)過掃描場中的像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。包含相應(yīng)投影數(shù)據(jù)項的數(shù)據(jù)集被產(chǎn)生。CT圖像基于相應(yīng)的數(shù)據(jù)集而被重構(gòu)并且被合成以構(gòu)建合成的CT圖像。因此，由于沿X射線所透射的兩個或多個路徑所采集的信息條被反映到與一個視角相關(guān)的數(shù)據(jù)上，對象的形狀可被精確地再現(xiàn)。而且，由于對形狀的再現(xiàn)帶來很小的矛盾，假象可被減少。此外，由于信息量增加，因此信噪比提高。
依照本發(fā)明的第七方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與上述X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了兩個或多個CT圖像被加權(quán)并求和以構(gòu)建合成的CT圖像。
在依照第七方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，兩個或多個CT圖像被加權(quán)并求和以便于合成，從而構(gòu)建新的CT圖像。新CT圖像的質(zhì)量可通過改變被用于加權(quán)和求和的權(quán)重來調(diào)節(jié)。
依照本發(fā)明的第八方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了在從通過其產(chǎn)生數(shù)據(jù)集的檢測器陣列到掃描場的距離較短時，被用于加權(quán)和求和的權(quán)重被使得較大。
在依照第八方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，如果通過其產(chǎn)生數(shù)據(jù)集的檢測器陣列(位于多個檢測器陣列中的中心處的檢測器陣列)被放置得接近于掃描場，則待施加給投影數(shù)據(jù)項的權(quán)重被增加。如果檢測器陣列被放置在遠處，則所述權(quán)重被減小。因此，CT圖像的質(zhì)量可被提高而不被大大改變。
依照本發(fā)明的第九方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了操作者可指定被用于加權(quán)和求和的權(quán)重。
在依照第九方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，操作者可改變被用于加權(quán)和求和的權(quán)重并且可最終調(diào)節(jié)CT圖像的質(zhì)量。
依照本發(fā)明的第十方面，提供了一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其與以上X射線CT圖像產(chǎn)生方法相同，除了操作者可指定數(shù)據(jù)集的數(shù)目N，其大于2。
在依照第十方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法中，操作者可改變數(shù)據(jù)集的數(shù)目N，其大于2，并且可最終調(diào)節(jié)CT圖像的質(zhì)量。
依照本發(fā)明的第十一方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其包括X射線管；多通道檢測器；螺旋掃描裝置，用于在繞對象相對地旋轉(zhuǎn)X射線管和多通道檢測器的至少一個并相對直線地移動對象的同時采集投影數(shù)據(jù)；重構(gòu)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生裝置，用于合成借助X射線而采集的兩個或多個投影數(shù)據(jù)項并由此產(chǎn)生與視角相關(guān)的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)，所述X射線經(jīng)過掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射；以及，圖像重構(gòu)裝置，用于基于所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)來重構(gòu)CT圖像。
在依照第十一方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第一方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十二方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了重構(gòu)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生裝置加權(quán)并求和兩個或多個投影數(shù)據(jù)項以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
在依照第十二方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第二方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十三方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了在從檢測兩個或多個投影數(shù)據(jù)項的檢測器陣列到掃描場的距離較短時，重構(gòu)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生裝置使被用于加權(quán)和求和的權(quán)重較大。
在依照第十三方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第三方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十四方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了指定裝置被包括以便于允許操作者指定被用于加權(quán)和求和的權(quán)重。
在依照第十四方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第四方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十五方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了指定裝置被包括以便于允許操作者指定投影數(shù)據(jù)項的數(shù)目N，其大于2。
在依照第十五方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第五方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十六方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其包括X射線管；多通道檢測器；螺旋掃描裝置，用于在繞對象相對地旋轉(zhuǎn)X射線管和多通道檢測器的至少一個并且相對直線地移動對象的同時采集投影數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)集產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生兩個或多個數(shù)據(jù)集，其被用于重構(gòu)表示掃描場的CT圖像；圖像重構(gòu)裝置，用于基于所述兩個或多個數(shù)據(jù)集來重構(gòu)兩個或多個CT圖像；以及圖像合成裝置，用于合成所述CT圖像以構(gòu)建合成的CT圖像。
在依照第十六方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第六方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十七方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了圖像合成裝置加權(quán)并求和所述兩個或多個CT圖像以構(gòu)建合成的CT圖像。
在依照第十七方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第七方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十八方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了在從通過其產(chǎn)生數(shù)據(jù)集的檢測器陣列到掃描場的距離較短時，被用于加權(quán)和求和的權(quán)重被使得較大。
在依照第十八方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第八方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第十九方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了指定裝置被包括以便于允許操作者指定被用于加權(quán)和求和的權(quán)重。
在依照第十九方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第九方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明的第二十方面，提供了一種X射線CT系統(tǒng)，其與以上X射線CT系統(tǒng)相同，除了指定裝置被包括以便于允許操作者指定數(shù)據(jù)集的數(shù)目N，其大于2。
在依照第二十方面的X射線CT系統(tǒng)中，依照第十方面的X射線CT圖像產(chǎn)生方法可被實施。
依照本發(fā)明在其中被實施的X射線CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT系統(tǒng)，對象的旋轉(zhuǎn)可被精確地再現(xiàn)并且假象可被減少。而且，信噪比可被提高。
依照本發(fā)明的X射線CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT系統(tǒng)可被用于產(chǎn)生高質(zhì)量的X射線CT圖像。
從對如在附圖中所說明的本發(fā)明優(yōu)選實施例的以下描述來看，本發(fā)明進一步的目的和優(yōu)點將是顯而易見的。
圖1是示出依照本發(fā)明第一實施例的X射線CT系統(tǒng)的配置的方塊圖。
圖2是示出X射線管和多通道檢測器的旋轉(zhuǎn)的說明圖。
圖3示出錐形束的說明圖。
圖4是描述待在依照第一實施例的X射線CT系統(tǒng)中執(zhí)行的動作的流程圖。
圖5是示出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖6是描述在第一實施例中采用的圖像產(chǎn)生的流程圖。
圖7是示出一個狀態(tài)的說明圖，該狀態(tài)與借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架而實現(xiàn)的狀態(tài)等效，并且其中多個投影數(shù)據(jù)項是從掃描場中的一個像素方位而采集的。
圖8是描述在第二實施例中采用的圖像產(chǎn)生的流程圖。
圖9是示出一個狀態(tài)的概念圖，在該狀態(tài)下，掃描場P中的線被投影于X射線所透射的X射線透射方向上。
圖10是示出通過投影掃描場P中的線之一在檢測器表面上限定的線的概念圖。
圖11是示出被限定于檢測器表面上并且指示重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項的線的概念圖。
圖12是示出通過以下而產(chǎn)生的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項Dr的概念圖將基于借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架采集并且從檢測器表面提取的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項發(fā)展到投影平面上。
圖13是示出通過以下而產(chǎn)生的投影線數(shù)據(jù)項Dp的概念圖將基于借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項Dr乘以錐形束重構(gòu)權(quán)重。
圖14是示出通過以下而產(chǎn)生的反向投影線數(shù)據(jù)項Df的概念圖過濾基于借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)項Dp。
圖15是示出通過以下而產(chǎn)生的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh的概念圖插值基于借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的反向投影線數(shù)據(jù)項Df。
圖16是示出通過以下而產(chǎn)生的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2的概念圖發(fā)展基于借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh，從而使反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2將表示掃描場中的線上的像素方位。
圖17是示出通過以下而產(chǎn)生的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2的概念圖發(fā)展基于借助被設(shè)置在0°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh，從而使反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2將表示掃描場中的線中的像素方位。
圖18是示出一個狀態(tài)的概念圖，在該狀態(tài)下，用被限定于檢測器表面上的線來指示并且借助被設(shè)置在90°視角視野處的掃描器臺架而采集的投影數(shù)據(jù)項Dr被發(fā)展到投影平面上。
圖19是示出通過以下而產(chǎn)生的投影線數(shù)據(jù)項Dp的概念圖將借助被設(shè)置在90°視角視野處的掃描器臺架而采集并且被發(fā)展到投影平面pp上的投影數(shù)據(jù)項Dr乘以錐形束重構(gòu)權(quán)重。
圖20是示出通過以下而產(chǎn)生的反向投影線數(shù)據(jù)項Df的概念圖過濾基于借助被設(shè)置在90°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)項Dp。
圖21是示出通過以下而產(chǎn)生的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh的概念圖插值基于借助被設(shè)置在90°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的反向投影線數(shù)據(jù)項Df。
圖22是示出通過以下而產(chǎn)生的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2的概念圖發(fā)展基于借助被設(shè)置在90°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh，就象限定掃描場中的線那樣。
圖23是示出通過以下而產(chǎn)生的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2的概念圖發(fā)展基于借助被設(shè)置在90°視角視野處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生并且被發(fā)展到投影平面pp上的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh，就象限定掃描場中的線中的像素方位那樣。
圖24是示出通過以下來計算反向投影數(shù)據(jù)D3的狀態(tài)的說明圖逐像素方位地求和基于借助被設(shè)置在所有視角處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2。
圖25是描述在第四實施例中采用的圖像產(chǎn)生的流程圖。
具體實施例方式
將結(jié)合附圖中所示的實施例來描述本發(fā)明。注意本發(fā)明不應(yīng)被局限于所述實施例。
〔第一實施例〕圖1是示出依照第一實施例的X射線CT系統(tǒng)的配置的方塊圖。
X射線CT系統(tǒng)100包括操作者控制臺1、病人床(patient couch)10和掃描器臺架20。
操作者控制臺1包括輸入設(shè)備2，其接收操作者的輸入；中央處理單元3，其執(zhí)行圖像重構(gòu)及其它；數(shù)據(jù)采集緩沖器5，掃描器臺架20所采集的投影數(shù)據(jù)被存儲在其中；CRT 6，基于所述投影數(shù)據(jù)而重構(gòu)的CT圖像被顯示在其上；以及存儲設(shè)備7，程序、數(shù)據(jù)和X射線CT圖像被存儲在其中。
病人床10包括臺面12，其被插入到掃描器臺架20的洞中或者從洞中被撤出，而對象躺在其上。臺面12通過被結(jié)合在病人床10中的馬達而升高或降低或者直線地移動。
掃描器臺架20容納X射線管21、X射線控制器22、準(zhǔn)直器23、多通道檢測器24、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)25、準(zhǔn)直器23、用于控制DAS 25的旋轉(zhuǎn)控制器26、以及控制單元29，其將控制信號等傳送給操作者控制臺1和病人床10或者從它們傳送控制信號；以及滑動環(huán)30。
圖2和圖3是涉及X射線管21和多通道檢測器24的說明圖。
X射線管21和多通道檢測器24繞旋轉(zhuǎn)中心IC旋轉(zhuǎn)。臺面12所進行的直線運動的方向應(yīng)當(dāng)是z軸方向，而與臺面12的頂部垂直的方向應(yīng)當(dāng)是y軸方向，并且與z軸方向和y軸方向垂直的方向應(yīng)當(dāng)是x軸方向。此時，X射線管21和多通道檢測器24旋轉(zhuǎn)于xy平面上。
X射線管21產(chǎn)生X射線束CB，其是錐形束。當(dāng)X射線束CB的中心軸的方向與y軸方向平行時，視角視野應(yīng)當(dāng)是0°。
多通道檢測器24具有例如256個檢測器陣列。檢測器陣列提供例如1024個通道。
圖4是描述待在X射線CT系統(tǒng)100中執(zhí)行的動作的流程圖。
在步驟S1處，X射線管21和多通道檢測器24繞對象被旋轉(zhuǎn)，并且臺面12被直線地移動。同時，用直線運動末端位置z、視角視野、檢測器陣列編號j和通道編號i來標(biāo)識的投影數(shù)據(jù)D0(a，view，j，i)被采集。為了檢測直線運動末端位置z，即z軸方向上的位置，編碼器被用于計數(shù)脈沖數(shù)?？刂茊卧?9將計數(shù)值轉(zhuǎn)換成z坐標(biāo)。最后，z坐標(biāo)信息通過滑動環(huán)30而附著于DAS 25所采集的投影數(shù)據(jù)。
圖5示出在某個視角視野處采集的投影數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。
在步驟S2處，對投影數(shù)據(jù)D0(a，view，j，i)進行預(yù)處理(偏差校正、對數(shù)校正、X射線劑量校正和靈敏度校正)。
在步驟S3處，CT圖像基于經(jīng)預(yù)處理的投影數(shù)據(jù)D0(a，view，j，i)而被產(chǎn)生。圖像產(chǎn)生將在稍后被詳述。
在步驟S4處，所產(chǎn)生的CT圖像被后處理以使它可被適當(dāng)?shù)仫@示。
圖6是描述圖像產(chǎn)生(步驟S3)的流程圖。
在步驟W1處，視角從圖像重構(gòu)所需的視野范圍內(nèi)的所有視角中被選擇(例如，180°+扇形束的角度)。
在步驟W2處，一個像素方位從掃描場中的所有像素方位中被選擇。
在步驟W3處，借助X射線而采集的N(≥2)個投影數(shù)據(jù)項是從通過進行螺旋掃描而采集的所有投影數(shù)據(jù)項中采樣的，所述X射線經(jīng)過所選像素方位，同時沿與被設(shè)置在所選視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。所采樣的N個投影數(shù)據(jù)項被合成以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
例如，如圖7(a)、7(b)、7(c)和7(d)中所示，在掃描器臺架被旋轉(zhuǎn)一圈、兩圈、三圈和四圈以實現(xiàn)螺旋掃描時，借助X射線L1、L2、L3和L4而采集的投影數(shù)據(jù)項分別由檢測器陣列4A、2A、2B和4B來檢測，所述射線經(jīng)過掃描場P中的像素方位Q，同時沿與被設(shè)置在0°(＝360°＝720°＝1080°)視角視野處的掃描器臺架的不同路徑被透射。分別由檢測器陣列4A、2A、2B和4B檢測的四個(＝N)投影數(shù)據(jù)項被采樣為在0°視角處采集的投影數(shù)據(jù)項。之后，投影數(shù)據(jù)項被乘以權(quán)重w1、w2、w3和w4，然后被求和，所述權(quán)重與距離掃描場P的檢測所采樣的投影數(shù)據(jù)項的檢測器陣列4A、2A、2B和4B的距離d1、d2、d3和d4成比例。這產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
例如，權(quán)重w1、w2、w3和w4被計算如下wk＝(1/dk)/(1/d1+1/d2+1/d3+1/d4)其中k表示1、2、3或4。
而且，幫助標(biāo)識重構(gòu)投影數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)或z軸方向上的位置應(yīng)當(dāng)是當(dāng)投影數(shù)據(jù)由檢測所述多個投影數(shù)據(jù)項的檢測器陣列中的一個檢測器陣列來檢測時X射線管被放置在z軸方向上的位置，所述一個檢測器距離掃描場P的距離最短。
順便提及的是，操作者可使用輸入設(shè)備2來改變待合成的投影數(shù)據(jù)項的數(shù)目N的設(shè)置或者所述N個投影數(shù)據(jù)項在它們被求和之前用來加權(quán)的權(quán)重的設(shè)置。
在步驟W4處，步驟W2和W3相對于掃描場中的所有像素方位而被重復(fù)。
在步驟W5處，步驟W1到W4相對于圖像重構(gòu)所需的所有視角而被重復(fù)。
在步驟W6處，CT圖像基于一個數(shù)據(jù)集而被重構(gòu)，該數(shù)據(jù)集包括與圖像重構(gòu)所需的所有視角相關(guān)的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項。此時要采用的圖像重構(gòu)方法可以是二維圖像重構(gòu)方法或三維圖像重構(gòu)方法，如Feldkamp方法或加權(quán)Feldkamp方法。
依照第一實施例的X射線CT系統(tǒng)100，由于借助沿兩個或多個路徑而透射的X射線所采集的信息條被反映到與一個視角相關(guān)的數(shù)據(jù)上，對象的形狀可被精確地再現(xiàn)。而且，由于對形狀的再現(xiàn)帶來很小的矛盾，假象可被減少。此外，由于信息量增加，因此信噪比提高。
〔第二實施例〕圖8中描述的圖像產(chǎn)生可如圖4中的步驟S3而被執(zhí)行。
圖8中描述的圖像產(chǎn)生應(yīng)當(dāng)被稱為三維反向投影。
在步驟R1處，視角從圖像重構(gòu)所需的視野范圍內(nèi)的所有視角中被選擇。
在步驟R2處，線從彼此隔開等效于掃描場P中的多個像素方位的長度的多個平行線中被選擇。
圖9示出掃描場P中多個平行線L0到L8的實例。
線的數(shù)目是在與線垂直的方向上掃描場P中的像素方位的最大數(shù)目的1/64到1/2。例如，當(dāng)掃描場P中的像素方位的數(shù)目是512乘512的乘積時，線的數(shù)目是九。
而且，當(dāng)視角等于或大于-45°并且小于45°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))或者當(dāng)視角等于或大于135°并且小于225°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))時，x軸方向應(yīng)當(dāng)是線的方向。而且，當(dāng)視角等于或大于45°并且小于135°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))或者當(dāng)視角等于或大于225°并且小于315°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))時，y軸方向應(yīng)當(dāng)是線的方向。
圖9中X射線管21的位置應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于圖7(d)中所示的其位置。
而且，投影平面pp應(yīng)當(dāng)與線L0到L8平行并且經(jīng)過旋轉(zhuǎn)中心IC。
在步驟R3處，沿與被設(shè)置在所選視角處的掃描器臺架的、X射線所透射的不同路徑從所選線被采集的N個投影數(shù)據(jù)項被采樣。已從所選線被采集的N個經(jīng)采樣的投影數(shù)據(jù)項被合成以產(chǎn)生表示所選線的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
圖10示出通過在X射線所透射的X射線透射方向上投影掃描場P中的線L0而限定于檢測器表面dp上的線T0，而X射線管21位于圖7(d)中所示的位置處。
X射線所透射的X射線透射方向是借助X射線管21、多通道檢測器24和線L0的幾何位置來確定的。在X射線管位于除了圖7(d)以外還有圖7(a)、7(b)和7(c)中分別所示的位置處時，線T0被相應(yīng)地限定于檢測器表面dp上。借助被設(shè)置在所選視角處的掃描器臺架而采集的投影數(shù)據(jù)項從借助以線T0指示的通道編號和檢測器陣列編號來標(biāo)識的檢測器元件被提取。換句話說，從所選線采集的N個投影數(shù)據(jù)項可被提取。從相同通道提取的N個投影數(shù)據(jù)項以與在第一實施例中相同的方式被加權(quán)和求和。因此，表示一個所選線并且基于借助被設(shè)置在所選視角處的掃描器臺架采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)被產(chǎn)生。被采用為在檢測器表面dp上限定的線的位置以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)的是用所述多個投影數(shù)據(jù)項來限定的所有線T0中被放置得最接近于掃描場P的線的位置。
操作者可使用輸入設(shè)備2來改變待合成的投影數(shù)據(jù)項的數(shù)目N的設(shè)置或者所述N個投影數(shù)據(jù)項在被求和之前用來加權(quán)的權(quán)重的設(shè)置。
回來參考圖8，在步驟R4處，步驟R2和R3相對于掃描場中的所有線而被重復(fù)。
圖11示出通過投影線L0到L8以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項而限定于檢測器表面dp上的線T0到T8。
在步驟R5處，如圖12中所示，從用檢測器表面dp上的線T0到T8來指示的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項在X射線透射方向上被發(fā)展為重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項以限定投影平面pp上的線L0’到L8’。
在步驟R6處，用投影平面pp上的線L0’到L8’來指示的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項Dr被乘以錐形束重構(gòu)權(quán)重，其被確定以便于使用錐形束來重構(gòu)圖像。這產(chǎn)生如圖13中所示在投影平面pp上發(fā)展的投影線數(shù)據(jù)項Dp。
錐形束重構(gòu)權(quán)重被表示為(r1/r0)2，其中r0表示從X射線管21中的焦斑到多通道檢測器24中的檢測器元件的距離，所述元件是用檢測器陣列編號j和通道編號i來標(biāo)識的并且重構(gòu)投影數(shù)據(jù)Dr從中被提取，而r1標(biāo)識從X射線管21中的焦斑到重構(gòu)投影數(shù)據(jù)Dr所表示的掃描場P中的點的距離。
在步驟R7處，在投影平面pp上發(fā)展的投影線數(shù)據(jù)項Dp被過濾。具體而言，投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)項Dp被快速傅立葉變換，被乘以過濾函數(shù)(重構(gòu)函數(shù))并且被逆快速傅立葉變換。這產(chǎn)生如圖14中所示在投影平面pp上發(fā)展的反向投影線數(shù)據(jù)項Df。
在步驟R8處，投影平面pp上的反向投影線數(shù)據(jù)項Df被插值于線的方向上。這產(chǎn)生如圖15中所示在投影平面pp上發(fā)展的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh。
投影平面pp上的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh的密度等效于線的方向上掃描場P中的像素方位的最大數(shù)目的8到32倍。例如，當(dāng)掃描場P中的像素的最大數(shù)目是512乘512的乘積時，如果數(shù)據(jù)項的密度是像素的最大數(shù)目的16倍，則所述密度是每個線8192個點。
在步驟R9處，在投影平面pp上發(fā)展的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh被采樣，并且如果有必要，則被插值或外推。這產(chǎn)生反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2，其表示掃描場P中線L0到L8上的像素方位。
在步驟R10處，在投影平面pp上發(fā)展的高密度反向投影線數(shù)據(jù)項Dh被采樣并且被插值或外推。這產(chǎn)生反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2，其表示線L0到L8上的像素方位。否則，基于表示線L0到L8上的像素方位的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2，從掃描場P采集的投影數(shù)據(jù)項可被插值或外推以產(chǎn)生反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2，其表示線L0到L8中的像素方位。
圖12到圖17示出在視角等于或大于-45°并且小于45°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))或者視角等于或大于135°并且小于225°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))的假定下的圖像重構(gòu)過程。當(dāng)視角等于或大于45°并且小于135°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))或者當(dāng)視角等于或大于225°并且小于315°(或者屬于以視角范圍為中心的范圍內(nèi))時，圖18到圖23中所示的圖像重構(gòu)過程被采用。因此，線與X射線透射方向相交的角度將不小于近似45°。最后，精度的惡化可被抑制(如果掃描場P中的線被投影于X射線透射方向上，則在該線與X射線投影方向的精度較接近于90°時，精度提高。在該線與X射線投影方向的精度較接近于0°時，精度被降級)。
回來參考圖8，在步驟R11處，如圖24中所示，圖17或圖23中所示的反向投圖像素數(shù)據(jù)項D2被逐像素方位地求和。
在步驟R12處，步驟R1到R11相對于圖像重構(gòu)所需的所有視角而被重復(fù)。這產(chǎn)生反向投影數(shù)據(jù)項D3(x，y)。
依照第二實施例的X射線CT系統(tǒng)，由于沿X射線所透射的兩個或多個路徑而采集的信息條被反映到與一個視角相關(guān)的數(shù)據(jù)上，對象的形狀可被精確地再現(xiàn)。而且，由于對形狀的再現(xiàn)帶來很小的矛盾，假象可被減少。此外，由于信息量增加，因此信噪比提高。此外，僅必須對從掃描場P中的線L0到L8采集的投影數(shù)據(jù)項執(zhí)行復(fù)雜的算術(shù)和邏輯運算。因此，待執(zhí)行的算術(shù)和邏輯運算的數(shù)量可被大大減小。
〔第三實施例〕依照第一和第二實施例，借助被設(shè)置在相同視角處的掃描器臺架而采集的投影數(shù)據(jù)項被合成以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項?？商鎿Q的是，借助被設(shè)置在相反視角處的掃描器臺架而采集的投影數(shù)據(jù)項可被合成以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)項。
〔第四實施例〕依照第一到第三實施例，投影數(shù)據(jù)項被合成。可替換的是，CT圖像可被合成。
圖25是描述在第四實施例中采用的圖像產(chǎn)生的流程圖。
在步驟V1處，被用于重構(gòu)表示掃描場P的CT圖像的N個數(shù)據(jù)集是從沿X射線所透射并且其一些或全部彼此不同的路徑所采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的。
例如，第一數(shù)據(jù)集是從通過以下來采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的將掃描器臺架從以如圖7(a)中所示的0°視角而實現(xiàn)的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)到以如圖7(b)中所示的360°視角而實現(xiàn)的狀態(tài)。第二數(shù)據(jù)集是從通過以下來采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的將掃描器臺架從以如圖7(b)中所示的360°視角而實現(xiàn)的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)到以如圖7(c)中所示的720°視角而實現(xiàn)的狀態(tài)。第三數(shù)據(jù)集是從通過以下來采集的投影數(shù)據(jù)項而產(chǎn)生的將掃描器臺架從以如圖7(c)中所示的720°視角而實現(xiàn)的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)到以如圖7(d)中所示的1080°視角而實現(xiàn)的狀態(tài)。
操作者可使用輸入設(shè)備2來改變數(shù)據(jù)集的數(shù)目N的設(shè)置。
在步驟V2處，某個數(shù)據(jù)集被選擇。
在步驟V3處，CT圖像基于所選數(shù)據(jù)集而被重構(gòu)。
在步驟V4處，步驟V2和V3相對于所有數(shù)據(jù)集而被重復(fù)。
在步驟V5處，基于所有數(shù)據(jù)集而被重構(gòu)的CT圖像被加權(quán)并求和以構(gòu)建新的CT圖像。
順便提及的是，操作者可使用輸入設(shè)備2在求和之前改變被用于加權(quán)相應(yīng)CT圖像的N個權(quán)重的設(shè)置。
依照第四實施例的X射線CT系統(tǒng)，由于沿X射線所透射的兩個或多個路徑而采集的信息條被反映到與一個視角相關(guān)的數(shù)據(jù)上，對象的形狀可被精確地再現(xiàn)。而且，由于對形狀的再現(xiàn)帶來很小的矛盾，假象可被減少。此外，由于信息量增加，因此信噪比提高。此外，表示相同掃描場P的多個CT圖像可被同時重構(gòu)。
〔第五實施例〕在日本專利申請No.2002-066420、2002-147061、2002-147231、2002-235561、2002-235662、2002-267833、2002-322756和2002-338947中提出的任何一個三維圖像重構(gòu)方法可被采用為圖像重構(gòu)方法。
可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)配置發(fā)明的許多大為不同的實施例。應(yīng)理解，本發(fā)明不被局限于說明書中所描述的特定實施例，除了如在所附權(quán)利要求中所限定的。
權(quán)利要求
1.一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，包括以下步驟在繞對象相對旋轉(zhuǎn)X射線管(21)和多通道檢測器(24)的至少一個并且相對直線地移動對象的同時采集投影數(shù)據(jù)；合成借助X射線而采集的兩個或多個投影數(shù)據(jù)項以產(chǎn)生與視角相關(guān)的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)，所述X射線經(jīng)過掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射；以及基于所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)來重構(gòu)CT圖像。
2.權(quán)利要求1的X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其中所述兩個或多個投影數(shù)據(jù)項被加權(quán)并求和以由此產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
3.一種X射線CT圖像產(chǎn)生方法，包括以下步驟在繞對象相對旋轉(zhuǎn)X射線管(21)和多通道檢測器(24)的至少一個并且相對直線地移動對象的同時采集投影數(shù)據(jù)；產(chǎn)生兩個或多個數(shù)據(jù)集，其被用于重構(gòu)表示掃描場的CT圖像；基于所述兩個或多個數(shù)據(jù)集來重構(gòu)兩個或多個CT圖像；以及合成所述CT圖像以構(gòu)建合成的CT圖像。
4.權(quán)利要求3的X射線CT圖像產(chǎn)生方法，其中所述兩個或多個CT圖像被加權(quán)并求和以由此構(gòu)建合成的CT圖像。
5.一種X射線CT系統(tǒng)(100)，包括X射線管(21)；多通道檢測器(24)；螺旋掃描裝置，用于在繞對象相對地旋轉(zhuǎn)X射線管和多通道檢測器的至少一個并相對直線地移動對象的同時采集投影數(shù)據(jù)；重構(gòu)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生裝置(3)，用于合成借助X射線而采集的兩個或多個投影數(shù)據(jù)項以由此產(chǎn)生與視角相關(guān)的重構(gòu)投影數(shù)據(jù)，所述X射線經(jīng)過掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射；以及，圖像重構(gòu)裝置(3)，用于基于所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)來重構(gòu)CT圖像。
6.權(quán)利要求5的X射線CT系統(tǒng)(100)，其中所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生裝置(3)加權(quán)并求和所述兩個或多個投影數(shù)據(jù)項以由此產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利要求6的X射線CT系統(tǒng)(100)，其中在距離掃描場的檢測兩個或多個相應(yīng)投影數(shù)據(jù)項的檢測器陣列的距離較短時，所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生裝置(3)使被用于加權(quán)和求和的權(quán)重較大。
8.一種X射線CT系統(tǒng)(100)，包括X射線管(21)；多通道檢測器(24)；螺旋掃描裝置，用于在繞對象相對地旋轉(zhuǎn)X射線管和多通道檢測器的至少一個并相對直線地移動對象的同時采集投影數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)集產(chǎn)生裝置(3)，用于產(chǎn)生兩個或多個數(shù)據(jù)集，其被用于重構(gòu)表示掃描場的CT圖像；圖像重構(gòu)裝置(3)，用于基于所述兩個或多個數(shù)據(jù)集來重構(gòu)兩個或多個CT圖像；以及圖像合成裝置(3)，用于合成所述CT圖像以構(gòu)建合成的CT圖像。
9.權(quán)利要求8的X射線CT系統(tǒng)(100)，其中所述圖像合成裝置(3)加權(quán)并求和所述兩個或多個CT圖像以構(gòu)建合成的CT圖像。
10.權(quán)利要求9的X射線CT系統(tǒng)(100)，其中在距離掃描場的通過其產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)據(jù)集的檢測器陣列的距離較短時，所述圖像合成裝置(3)使被用于加權(quán)和求和的權(quán)重較大。
全文摘要
本發(fā)明的目的是通過利用借助X射線采集的多個投影數(shù)據(jù)項來重構(gòu)圖像，所述X射線經(jīng)過相同掃描場中的相同像素方位，同時沿與被設(shè)置在相同視角或相反視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。螺旋掃描被進行以采集投影數(shù)據(jù)。借助X射線而采集的兩個或多個投影數(shù)據(jù)項被合成以產(chǎn)生重構(gòu)投影數(shù)據(jù)，所述X射線經(jīng)過掃描場中的像素方位(Q)，同時沿與被設(shè)置在相同視角處的掃描器臺架的不同路徑被透射。CT圖像是基于所述重構(gòu)投影數(shù)據(jù)來重構(gòu)的。
文檔編號A61B6/03GK1626035SQ200410090360
公開日2005年6月15日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者萩原明 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司