專利名稱：Ct成像的投影數(shù)據(jù)加權方法
CT成像的投影數(shù)據(jù)加權方法技術領域
本發(fā)明的實施方式涉及CT成像系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù)加權方法。
背景技術：
當檢測器的列數(shù)增加、錐角增大時，重建算法增加其重要性。以往，使用移動不變的FBP類型(Katsevich algorithm :Katsevich算法)的螺旋錐束算法。在其算法中，螺旋中只使用PI(n :半圈)大小的數(shù)據(jù)。即，如果將N(N= 1、3、...)作為表示螺旋的半圈的編號，則只使用N-PI窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)、即只使用第某個半圈大小的數(shù)據(jù)。
在N-PI窗口的加權中存在以下所示的問題。由于不使用N-PI窗口外側的測定數(shù)據(jù)，因此使被檢體蒙受了不必要的輻射。并且，由于對N-PI窗口內(nèi)的所有數(shù)據(jù)使用同一權重，因此算法不用說是噪聲降低還示出了針對被檢體的體動以及實測數(shù)據(jù)的不完整性的敏感性。結果，N-PI重建限制了螺距。例如，0. 75-0. 85范圍的螺距對于采用3-PI窗口過快， I-PI窗口由于只使用一部分數(shù)據(jù)因此不適合。
另一方面，二維扇束的冗長加權的優(yōu)點是容易調(diào)整螺距，可以使螺距從0平滑地變?yōu)镮。該算法對于被檢體的體動以及實測數(shù)據(jù)的不完整性具有穩(wěn)定性。即，在有體動時， 需要根據(jù)體動調(diào)整穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的研究對錐角的增大沒有對應，并且不適合3D重建。發(fā)明內(nèi)容
目的在于提高對于CT成像系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù)的加權的效果。
本實施方式涉及的投影數(shù)據(jù)加權方法沿圓形軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)。投影數(shù)據(jù)中附加有按照根據(jù)用于心電同步重建(EGR)的函數(shù)1!_(小(￠))的歸一化而取得的權重函數(shù)wegk(3、Y )所決定的權重。UegkO ( P ))利用在n =-Npi至n = NPI(PI = n)范圍的11-(0 (Pcn))的總和進行歸一化。小表示心跳相位，P表示視角，Pcn表示相對視角， Y表示錐束的扇角。


圖I為表示基于本實施方式的X射線計算機斷層攝影裝置的圖。
圖2為表示基于本實施方式的使用了錐束的圓形數(shù)據(jù)收集中的坐標系的圖。
圖3為表示權重參數(shù)0的效果的圖。
圖4A為表示體動映射的曲線圖。
圖4B為表示歸一化的體動映射的曲線圖。
圖5A為表示圖4B的歸一化的體動映射的曲線圖。
圖5B為表示與關于一個圖像大小的視野范圍的扇束對應的加權的曲線圖。
圖5C表示結合了與歸一化的體動映射的扇束對應的加權的曲線圖。
圖6為表示關于與射線對應的體動映射的視野以及圖像面的圖。
圖I為表示基于本實施方式的與螺旋數(shù)據(jù)收集有關的錐束坐標系的圖。
圖8A為表不扇束權重函數(shù)的一個例子的圖。
圖8B為表不錐束權重函數(shù)的一個例子的圖。
圖9為表示檢測器相對于規(guī)定的平滑間隔的關系的圖。
圖10為表示根據(jù)PI面上的測定差推定的體動的圖。
圖IlA為表示使用了無體動時的寬錐角的螺旋重建的結果的圖。
圖IlB為表示假定了某體動時的標準的螺旋心電同步段重建的結果的圖。
圖IlC為表示假定了與圖IlB相同的體動時的基于本實施方式的重建結果的圖。
圖12A為表示標準的螺旋心電同步段重建的結果的圖。
圖12B為表示基于本實施方式的螺旋心電同步段重建的結果的圖。
符號說明
I...架臺、2...旋轉(zhuǎn)環(huán)、3... X射線源、4... X射線濾波器、5... 二維排列型X射線檢測器、6...床、7...高電壓發(fā)生器、8... X射線控制器、9...架臺/床控制器、10....系統(tǒng)控制器、11...數(shù)據(jù)收集裝置、12...處理器單元、14...顯示裝置。
具體實施方式
以下，一邊參照附圖一邊對本實施方式涉及的X射線計算機斷層攝影裝置的投影數(shù)據(jù)的加權方法進行說明。圖I為表示本實施方式涉及的X射線計算機斷層攝影裝置的結構的圖。本實施方式涉及的X射線計算機斷層攝影裝置(也稱為投影數(shù)據(jù)測定系統(tǒng))包括架臺I。架臺I具備X射線源3以及二維排列型X射線檢測器5。X射線源3以及二維排列型X射線檢測器5以隔著被檢體相面對的方式搭載在旋轉(zhuǎn)環(huán)2上。被檢體被載置在床6的可移動床板上。一邊床6以規(guī)定的速度沿旋轉(zhuǎn)軸移動，一邊旋轉(zhuǎn)環(huán)2旋轉(zhuǎn)。架臺/床控制器9同步控制旋轉(zhuǎn)環(huán)2的旋轉(zhuǎn)與床6的滑動移動。在X射線源3對于被檢體相對地在螺旋掃描方式下沿螺旋狀的軌道或圓形軌道移動的期間內(nèi)重復收集投影數(shù)據(jù)。
從X射線源3產(chǎn)生并通過X射線濾波器4的X射線形成為錐束或大致錐狀并照射至被檢體。X射線控制器8向高電壓發(fā)生器7供給觸發(fā)信號。高電壓發(fā)生器7接收觸發(fā)信號，向X射線源3施加高電壓。系統(tǒng)控制器10綜合控制X射線控制器8以及架臺/床控制器9，以使得在旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)環(huán)2且床6移動的期間從X射線源3以固定間隔重復照射X射線。
透過被檢體的X射線由二維排列型X射線檢測器5檢測。X射線檢測器5具有多個檢測X射線的檢測器元件。多個檢測器元件排列成縱橫(矩陣)狀。典型的情況是，單個檢測器元件構成一個通道。數(shù)據(jù)收集裝置11按每一通道放大從二維排列型X射線檢測器5輸出的信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由此，生成投影數(shù)據(jù)。
處理器單元12對從數(shù)據(jù)收集裝置11輸出的投影數(shù)據(jù)實施各種處理。例如，處理器單元12實施數(shù)據(jù)采樣、移動處理，并且實施包含濾波和逆投影處理等的重建處理。處理器單元12計算反映對各體素的X射線吸收的逆投影數(shù)據(jù)。在使用了錐束X射線的圓形掃描中，攝像區(qū)域(有效視野)表示以旋轉(zhuǎn)軸為中心的半徑R的圓柱體。處理器單元12在該攝像區(qū)域中定義多個體素(三維像素)，并決定各體素的逆投影數(shù)據(jù)。三維圖像數(shù)據(jù)或斷層圖像數(shù)據(jù)根據(jù)逆投影數(shù)據(jù)被生成。顯示裝置14按照三維圖像數(shù)據(jù)顯示三維圖像或斷層圖像。
如后面所述的那樣，處理器單元12在進行逆投影與重建之前，對投影數(shù)據(jù)進行加權。處理器單元12在進行逆投影與重建之前，對投影數(shù)據(jù)附加與體動相應的權重。與體動相應的加權(運動 加權)是為了使心臟以及肺部那樣的存在運動的臟器圖像化的重要任務。處理器單元12在逆投影與重建處理的前階段，實施與體動相應的加權，并且還能夠?qū)嵤┡c錐束對應的權重(錐束 加權)。
如眾所周知的那樣，在通過被檢體的期間減少X射線光子束(射線)。并且，檢測器元件(k)中的衰減強度I用以下式(I)來表示。
權利要求
1.一種投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于沿圓形軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)，按照根據(jù)用于心電同步重建(EGR)的函數(shù)!!-(￠(￠))的歸一化取得的權重函數(shù) Wege (旦、Y ),決定對于上述投影數(shù)據(jù)的權重，上述Uege O ( 3 ))利用n = -Np1至n = Np1范圍的11-(0 (Pcn))的總和進行歸一化，Cj5表示心跳相位，^表示視角，Pcn表示相對視角， PI = 31 ,對于各個上述投影數(shù)據(jù)，利用根據(jù)上述、Y)所決定的權重進行加權，上述Y表示上述錐束的扇角。
2.根據(jù)權利要求I所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Uege 0(3))根據(jù)
3.根據(jù)權利要求I所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照FB+EGR權重函數(shù)w腿R, y)來決定，上述wFB+KK, y)基于上述EGR 函數(shù)1%“小⑷)與扇束(FB)的函數(shù)Ufb(P)，上述uEGK((t⑷)與上述ufb(3)的積利用在n =-Npi至n = Npi范圍的uFB(P y cJ與uEeKO (P \))的積的總和進行歸一化，^tn 表示相對視角，Ycn表示相對扇角，PI = ^。
4.根據(jù)權利要求3所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Ufb(P)根據(jù)
5.根據(jù)權利要求4所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述函數(shù)p()通過下式來提供
6.根據(jù)權利要求3所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照wFB+EeK+vMMAP( @、y )被決定，上述wFB+EeK+vMMP( P、y )基于上述EGR函數(shù)uEeK O ( P ))、上述FB函數(shù)uFB ( P )以及與視野相對應的體動映射(vMMAP)的函數(shù) Uvmmap (^ ),上述 uEGK O (P))、上述 uFB ( P )與上述 uv_ ( & )的積利用在 n = -Np1 至 n = Np1 范圍的％B(fn、Ycn)與Uraj(MO)與\_(0\)的積的總和進行歸一化，Vn表示相對視角，Y 表示相對扇角，PI = ^。
7.根據(jù)權利要求6所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述uvMMAP(3)根據(jù)下式來定義，J maxMmap - MMAP{/3y\ \ maxMmap - minMmap J其中，vMMAP(p)=abs{diff[ch, P\)chch 是通道，maxMmap = max (MMAP ( ^ )),minMmap = min (MMAP ( ^ )), p()以 p (0) = 0、p(l) = I、p (x)的方式被提供，p (x)根據(jù)x的增加從0至I單調(diào)地增加。
8.根據(jù)權利要求3所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述加權在逆投影前執(zhí)行。
9.一種投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于沿圓形軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)，按照根據(jù)與視野對應的體動映射(vMMAP)的函數(shù)Uvmmap(P)的歸一化所取得的權重函數(shù)wvmmap( 0、Y )，決定針對上述投影數(shù)據(jù)的權重，上述UVMMAP( P )利用在n = -Np1至n = Np1 范圍的UvMMP(Pcn))的總和進行歸一化，$表示心跳相位，P表示視角，Pcn表示相對視角， PI = 31對于各個上述投影數(shù)據(jù)，利用根據(jù)上述WvmapW、Y)決定的權重進行加權，上述Y表示上述錐束的扇角。
10.根據(jù)權利要求9所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述uvMMAP(3)根據(jù)下式來定義，f maxMmap -(maxMmap - minMmap J其中，vMMAP(p) = X abs(dmch,/J])dtch 是通道，maxMmap = max (MMAP ( ^ )),minMmap = min (MMAP ( ^ )), p()以 p (0) = 0、p(l) = I、p (x)的方式被提供，p (x)根據(jù)x的增加從0至I單調(diào)地增加。
11.根據(jù)權利要求9所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照 Wfb+vMMAP > y)來決定，上述 Wfb+vMMAP (^ > Y)基于上述uv_ (P )與扇束 (FB)的函數(shù)uFB (3 ),上述Uvmmap (& )與上述uFB (3 )的積利用在n = -Npi至n = Npi范圍的 uFB (fn、Ycn)與Uvmmap(Pcn)的積的總和進行歸一化，Pcn表示相對視角，Ycn表示相對扇角，PI = n。
12.根據(jù)權利要求11所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Ufb(P)根據(jù)
13.根據(jù)權利要求12所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述函數(shù)p()通過下式來提供
14.根據(jù)權利要求9所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述加權在逆投影前執(zhí)行。
15.一種投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于沿圓形軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)，按照根據(jù)與射線對應的體動映射(rMMAP)的函數(shù)Uvmmap(P)的歸一化所取得的權重函數(shù)wvmmap( 0、Y )，決定對于上述投影數(shù)據(jù)的權重，上述UVMMAP( P )利用在n = -Np1至n = Np1 范圍的UvMMp(Pcn))的總和進行歸一化，P表示視角，Y表示扇角，Pcn表示相對視角，PI=Tl ,對于各個上述投影數(shù)據(jù)，利用根據(jù)上述WvmapW、Y)所決定的權重進行加權，上述Y 表示上述錐束的扇角。
16.根據(jù)權利要求15所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Uvmmap ( P )對離圖像面最近的視野分配權重“ I ”，對其他視野分配根據(jù)在相對射線 AB、BA之間的體動量所決定的權重，上述體動量m(AB)為m(AB) = f (I g(BA)-g(AB))，在此，gO表示測定原始數(shù)據(jù)，fO是用f(0)表示I、隨著f(t)的t的增加近似為0的規(guī)定函數(shù)。
17.根據(jù)權利要求15所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照FB+vMMAP權重函數(shù)wFB+vMMAP( P、y )來決定,上述wFB+vMMAP( P、y )基于上述uv_ > Y)與扇束(FB)的函數(shù)uFB ( P ),上述uv_ > Y )與上述uFB ( @ )的積利用在 n = -Npi 至 n = Npi 范圍的 uFB( @ cn> y cn)與 uvMMAP( P cn> y cn)的積的總和進行歸一化，3 cn 表示相對視角，Ycn表示相對扇角，PI = ^。
18.根據(jù)權利要求17所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Ufb(P)根據(jù)
19.根據(jù)權利要求18所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述函數(shù)p()通過下式被提供
20.根據(jù)權利要求18所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照 WFB+EGE+vMMAP (^> y)來決定，上述 WFB+EGE+vMMAP (^ > y)基于心電同步重建 (EGR)的函數(shù)UeckO (P))與上述FB函數(shù)UFB(P )與上述乂臟撕函數(shù)七證^^上述如^、 Y )、上述UegkO (3 ))與上述Uvmmap(3、y )的積利用在 n = -Np1 M n = Npi 范圍的 uFB(3 cn、 Ycn)與i%K (MO)與Uvmmap (fn、ycn)的積的總和進行歸一化，^cn表示相對視角，Ycn 表示相對扇角，PI = 31。
21.根據(jù)權利要求15所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述加權在逆投影前執(zhí)行。
22.一種投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于沿螺旋軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)，按照基于心電同步重建的函數(shù)％^(小(￠))與錐束的函數(shù)UrawW、V)的權重函數(shù) WCBW+EGE ( ^、Y、V )，決定對于上述投影數(shù)據(jù)的權重，上述Ukk ( (P))與上述Ucbw ( P、V)利用在n =-Npi至n = Np1范圍的UegkO (P tH))與uCBW(3cn、y cn> Vtn)的總和進行歸一化， (^cn> Ycn> vcn)表示(相對視角、扇角、相對垂直坐標)，PI = ，對于各個上述投影數(shù)據(jù)，利用根據(jù)上述W-M、Y、V)所決定的權重進行加權。
23.根據(jù)權利要求22所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Urai(0(￠))根據(jù)
24.根據(jù)權利要求22所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述UfflwW、V)根據(jù) uFB ( ^ > y)uCB( v)來定義。
25.根據(jù)權利要求24所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Ufb(P)根據(jù)
26.根據(jù)權利要求24所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述函數(shù)PO根據(jù)下式被提供P (x) =x, p (x) = Sx^x3,^) = ^1-005^)) and^)=sui2^
27.根據(jù)權利要求24所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述(V )根據(jù)“
28.根據(jù)權利要求24所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照WpB+E(；R+vMMAp (、Y、v )未決定，上述wFB+E(；R+vMMAp (、Y、v)基于上述 UeckO(P))與上述UcbwW、V)和與視野對應的體動映射(vMMAP)的函數(shù)uvMMAP(P ),上述UkkO (P))與上述Ucbw( P、V )與上述Uvmmap( P )的積利用在n = -Np1至n = Np1范圍的 Ucbw Cn> Y Cn> V cn)與 UEeK ( ￠( O )與 Uvmmap ( & Cn)的積的總和進行歸一化，Cn> Y Cn> Vcn)表示(相對視角、扇角、相對垂直坐標)，PI = 。
29.根據(jù)權利要求28所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述uvMMAP(3)根據(jù)下式來定義，
30.根據(jù)權利要求22所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于 上述加權在逆投影前執(zhí)行。
31.ー種投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在干 沿螺旋軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)，按照基于錐束的函數(shù)u ^、V)和與視野對應的體動映射(vMMAP)的函數(shù)UvMMAP(3) 的權重函數(shù)weBW+vMMAP(0、y、V)，決定對于上述投影數(shù)據(jù)的權重，日、Y、V表示視角、扇角、 垂直坐標，上述uvMMAP(0)與上述ueBW(3、v)利用在n = -Npi至n = Npi范圍的uvWAP(fn) 與uc而(3cn、Ycn> vcn)的總和進行歸ー化，(3cn、ycn, vcn)表示(相對視角、扇角、相對垂 直坐標)，PI =冗，對于各個上述投影數(shù)據(jù)，利用根據(jù)上述Wc:bw+vmmP(0、Y> v)所決定的權重進行加權。
32.根據(jù)權利要求31所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于 上述uc冊(3、V)根據(jù)uFB(3、y)uCB( v)來定義。
33.根據(jù)權利要求32所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于 上述根據(jù)
34.根據(jù)權利要求33所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于 上述函數(shù)P0用下式來提供
35.根據(jù)權利要求32所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述ueB( V )根據(jù)
36.根據(jù)權利要求31所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Uvmmap(P)根據(jù)下式來定義，(maxMmap - NfMAPjfiYs maxMmap -minMmap J
37.根據(jù)權利要求31所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述加權在逆投影前執(zhí)行。
38.一種投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于沿螺旋軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)，按照基于錐束的函數(shù)、V)和與射線對應的體動映射(rMMAP)的函數(shù)UvmmapW、 Y)的權重函數(shù)wfflW+vMMpa、Y、V)，決定對于上述投影數(shù)據(jù)的權重，P、Y、V表示視角、 扇角、垂直坐標，上述Uvmmap( P、y )與上述UCBW(P、V )利用在n = -Np1至n = Np1的范圍的 UvMMAP ( ^ 'n' YCn)與 Uraw (PV Y Cn> VCn)的總和進行歸一化，Cn> Y Cn> VCn)表示(相對視角、扇角、相對垂直坐標)，PI =對于各個上述投影數(shù)據(jù)，利用根據(jù)上述w—pW、y> v)所決定的權重進行加權。
39.根據(jù)權利要求38所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述 Ucbw ( P、V )根據(jù) Ufb ( P、Y ) Ucb ( V )來定義。
40.根據(jù)權利要求39所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述Ufb(P)根據(jù) O，P〈P咖o,來定義，A ^表示規(guī)定的平滑間隔，^stakt與eEND分別表示圖像重建范圍的起點與終點,
41.根據(jù)權利要求40所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于
42.根據(jù)權利要求39所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述( V)根據(jù) '
43.根據(jù)權利要求38所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述UvmmapW、y)對離圖像面最近的視野分配權重“1”，對其他視野分配根據(jù)在相對射線AB、BA之間的體動量所決定的權重，上述體動量m (AB)為m (AB) =f(|g (BA) -g (AB) |)， 在此gO為測定原始數(shù)據(jù)，fO為用f(0)表示I、隨著f(t)的t的增加近似于0的規(guī)定函數(shù)。
44.根據(jù)權利要求38所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述權重按照@、Y、V)來決定，上述@、Y、V)基于;Li、電問步重建(EGR)的函數(shù)UraiO (￠))、上述函數(shù)UCBW(P、V )與上述函數(shù)uvMMAp(P、Y),上述 Ucbw( ^ > V )、上述UeckO (P))與上述Uvmmap( P、y )的積利用在n = -Np1至n = Np1范圍的 UCBW(3Cn、Y Cn> Vcn) ,Uvmmap ( ^ Cn> Ycn)與 UEGK(<j5 (O)的積的總和進行歸一化，(3Cn、Y Cn> Vcn)表示(相對視角、扇角、相對垂直坐標)，PI = 。
45.根據(jù)權利要求38所述的投影數(shù)據(jù)加權方法，其特征在于上述加權在逆投影前執(zhí)行。
全文摘要
目的在于提高對于CT成像系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù)的加權的效果。實施方式的投影數(shù)據(jù)加權方法沿圓形軌道使用錐束收集投影數(shù)據(jù)。投影數(shù)據(jù)附加有按照權重函數(shù)wEGR(β、γ)所決定的權重，該權重函數(shù)wEGR(β、γ)根據(jù)用于心電同步重建(ECG)的函數(shù)uEGR(φ(β))的歸一化被取得的。uEGR(φ(β))通過在n＝-NPI至n＝NPI(PI＝π)范圍的uEGR(φ(βcn))的總和進行歸一化。φ表示心跳相位，β表示視角，βcn表示相對視角，γ表示錐束的扇角。
文檔編號A61B6/03GK102525527SQ201110319670
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權日2010年10月13日
發(fā)明者A·扎米亞京, 中西知, 江蘇碧珊 申請人:東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社, 株式會社東芝