專利名稱：Ct圖像產(chǎn)生方法和x射線ct設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT(計(jì)算機(jī)斷層成像)設(shè)備，尤其涉及一種用于使用多行檢測(cè)器掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象并且在期望的相位產(chǎn)生錐束偽影(cone-beam artifact)減少的CT圖像的CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的多扇區(qū)重建技術(shù)是眾所周知的，它涉及在多個(gè)心動(dòng)周期期間掃描心臟，從獲取的數(shù)據(jù)中采集期望的心臟相位的數(shù)據(jù)以創(chuàng)建圖像重建需要的數(shù)據(jù)集，并且從數(shù)據(jù)集中重建期望的心臟相位的CT圖像(例如，參見專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)1)。
日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2003-052688。
“多行檢測(cè)器螺旋CT大全(All about Multi-row Detector Helical CT)”，Mutsumasa TAKAHASHI和Akihiko ARAKAWA編寫，Kanehara&Co.，Ltd.，(2002年2月1日)pp.86-89(“通過心電圖同步的圖像重建(Image ReconstructionBy Electrocardiographic Synchronization)”，Seiki HAMADA，HironobuNAKAMURA和Hiroaki NAITO著)。
在傳統(tǒng)的多扇區(qū)重建技術(shù)中，即使是使用多行檢測(cè)器進(jìn)行掃描，也假設(shè)X射線束平行于重建平面(切片平面)，而且在期望的心臟相位的數(shù)據(jù)從對(duì)應(yīng)于重建平面的位置(所述切片位置)的檢測(cè)器行的數(shù)據(jù)中采集。
但是，如果重建平面位于遠(yuǎn)離多行檢測(cè)器中心(所述中心位于X射線管正下方的位置)的位置上，X射線束實(shí)際上與重建平面不平行，導(dǎo)致CT圖像中的錐束偽影。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于使用多行檢測(cè)器掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象并且在期望的相位產(chǎn)生錐束偽影減少的CT圖像的CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT設(shè)備。
本發(fā)明在其第一方面提供一種CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于包括在多個(gè)周期內(nèi)掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象，同時(shí)使得X射線管和多行檢測(cè)器中至少一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象做相對(duì)旋轉(zhuǎn)；提取在所述多個(gè)周期中在相同相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)，所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在所述投影點(diǎn)上重建平面上的像素在X射線傳輸方向被投影到多行檢測(cè)器平面上；和根據(jù)所述提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像。
正如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“相對(duì)旋轉(zhuǎn)”包括對(duì)于放置在X射線管和多行檢測(cè)器之間的成像對(duì)象，在成像對(duì)象不旋轉(zhuǎn)的情況下X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)；在X射線管和多行檢測(cè)器不旋轉(zhuǎn)的情況下成像對(duì)象繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)；以及成像對(duì)象繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)并且X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞成像對(duì)象做反方向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)第一方面的CT圖像產(chǎn)生方法，由于使用了多扇區(qū)重建技術(shù)，因而能夠在期望的相位產(chǎn)生周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象的CT圖像。此外，由于通過提取檢測(cè)器行和通道的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中穿過重建平面上的像素的X射線束碰撞到所述檢測(cè)器行和通道上，因而能夠減少錐束偽影。
本發(fā)明在其第二方面提供一種CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于包括在多個(gè)周期內(nèi)掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象，同時(shí)使X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象做相對(duì)旋轉(zhuǎn)，而且使所述X射線管和多行檢測(cè)器相對(duì)于所述成像對(duì)象做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)；提取在所述多個(gè)周期中相同相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)，所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在該投影點(diǎn)處重建平面上的像素沿X射線傳輸方向被投影到多行檢測(cè)器平面上；和根據(jù)所述提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像。
正如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)”包括對(duì)于放置在X射線管和多行檢測(cè)器之間的成像對(duì)象，在沒有直線移動(dòng)X射線管和多行檢測(cè)器的情況下，直線移動(dòng)成像對(duì)象(或上面放置成像對(duì)象的工作臺(tái))；在沒有直線移動(dòng)成像對(duì)象(或上面放置成像對(duì)象的工作臺(tái))的情況下，直線移動(dòng)X射線管和多行檢測(cè)器；以及直線移動(dòng)成像對(duì)象(或上面放置成像對(duì)象的工作臺(tái))并且沿著相反的方向直線移動(dòng)X射線管和多行檢測(cè)器。
根據(jù)第二方面的CT圖像產(chǎn)生方法，由于使用了多扇區(qū)重建技術(shù)，因而能夠在期望的相位產(chǎn)生周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象的CT圖像。此外，由于通過提取檢測(cè)器行和通道的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中穿過重建平面上的像素的X射線束碰撞到所述檢測(cè)器行和通道上，因而能夠減少錐束偽影。
本發(fā)明在其第三方面提供一種具有上述配置的CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于包括在圖像重建中需要的視角范圍V被分成從第一區(qū)段到第N區(qū)段(N≥2)的N個(gè)區(qū)段時(shí)，在一個(gè)周期中重復(fù)采集一個(gè)區(qū)段的數(shù)據(jù)N次。
根據(jù)第三方面的CT圖像產(chǎn)生方法，所需的成像時(shí)間僅僅是對(duì)應(yīng)于N個(gè)周期的一段時(shí)間。
本發(fā)明在其第四方面提供具有上述配置的CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于用T表示成像對(duì)象的運(yùn)動(dòng)周期，用τe表示所述相位范圍的時(shí)間寬度，用Ts表示X射線管和多行檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)周期，定義Ts＝T-τe或Ts＝T+τe。
根據(jù)第四方面的CT圖像產(chǎn)生方法，對(duì)于成像對(duì)象的每一個(gè)周期采集相鄰區(qū)段的投影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明在其第五方面提供具有上述配置的CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于圖像重建中需要的視角范圍V是V＝(180°+扇形束角度)。
根據(jù)第五方面的CT圖像產(chǎn)生方法，與圖像重建中需要的V＝360°的視角范圍V相比，能夠減少成像時(shí)間。
本發(fā)明在其第六方面提供具有上述配置的CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于包括通過三維圖像重建技術(shù)產(chǎn)生CT圖像。
根據(jù)第六方面的CT圖像產(chǎn)生方法，由于根據(jù)三維圖像重建技術(shù)進(jìn)行圖像重建，因而可以防止由大錐角引起的偽影。
已知的三維圖像重建技術(shù)包括Feldkamp方法和加權(quán)Feldkamp方法。
本發(fā)明在其第七方面提供具有上述配置的X射線CT成像方法，其特征在于所述三維圖像重建技術(shù)是一種三維背投影方法，該方法包括提取與投影線對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，其中所述投影線通過將重建平面上的多個(gè)像素的間隔處的一條線或多條平行線沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面而形成；通過將所述已提取的投影數(shù)據(jù)和錐束重建加權(quán)相乘，產(chǎn)生投影線數(shù)據(jù)；通過濾波所述投影線數(shù)據(jù)，產(chǎn)生背投影線數(shù)據(jù)；根據(jù)所述背投影線數(shù)據(jù)，確定重建平面上每一個(gè)像素的背投影像素?cái)?shù)據(jù)；和對(duì)于圖像重建中使用的所有視野，在逐個(gè)像素(pixel-by-pixel)的基礎(chǔ)上通過添加背投影像素?cái)?shù)據(jù)確定背投影數(shù)據(jù)。
根據(jù)第七方面的CT圖像產(chǎn)生方法，由于三維圖像重建技術(shù)根據(jù)日本專利申請(qǐng)?zhí)?002-147231和2002-338947中公開的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因而能夠顯著減小計(jì)算量。
本發(fā)明在其第八方面提供具有上述配置的CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于將與X射線管和多行檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)平面垂直的方向或螺旋掃描的直線運(yùn)動(dòng)方向表示為z方向，將視角view＝0°的X射線束中心軸線方向表示為y方向，并且將與z方向和y方向正交的方向表示為x方向，對(duì)于-45°≤view＜45°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，以及135°≤view＜225°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，所述線方向被定義為x方向。對(duì)于45°≤view＜135°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，以及225°≤view＜315°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，所述線方向被定義為y方向。
正如這里所使用的，view＝-45°和view＝315°盡管在表達(dá)的方便上有所區(qū)別，但實(shí)際上相等且表示相同的視角。
當(dāng)重建平面上的一條線在X射線傳輸方向上投影時(shí)，在所述線和X射線傳輸方向之間的角度更接近90°則準(zhǔn)確度增加，該角度更接近0°則準(zhǔn)確度降低。
根據(jù)第八方面的CT圖像產(chǎn)生方法，由于所述線和X射線傳輸方向之間的角度不小于約45°，因此可以防止準(zhǔn)確度降低。
本發(fā)明在其第九方面具有上述配置的CT圖像產(chǎn)生方法，其特征在于成像對(duì)象是心臟，并且根據(jù)心電圖信號(hào)檢測(cè)周期運(yùn)動(dòng)的相位。
根據(jù)第九方面的CT圖像產(chǎn)生方法，能夠恰當(dāng)?shù)卦谄谕南辔划a(chǎn)生心臟的CT圖像。
本發(fā)明在其第十方面提供一種X射線CT設(shè)備，其特征在于包括X射線管；多行檢測(cè)器；掃描裝置，用于在多個(gè)周期中掃描成像對(duì)象，同時(shí)使所述X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)；和圖像重建裝置，用于提取在所述多個(gè)周期中同一個(gè)相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)，并且根據(jù)所述已提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在該投影點(diǎn)處重建平面上的像素沿X射線傳輸方向被投影到多行檢測(cè)器平面上。
根據(jù)第十方面的X射線CT設(shè)備，第一方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十一方面提供一種X射線CT設(shè)備，其特征在于包括X射線管；多行檢測(cè)器；掃描裝置，用于在多個(gè)周期中掃描成像對(duì)象，同時(shí)所述X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)，并且使所述X射線管和多行檢測(cè)器相對(duì)于所述成像對(duì)象做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)；和圖像重建裝置，用于提取在所述多個(gè)周期中同一個(gè)相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)，并且根據(jù)所述已提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在該投影點(diǎn)處重建平面上的像素沿X射線傳輸方向被投影到多行檢測(cè)器平面上。
根據(jù)第十一方面的X射線CT設(shè)備，所述第二方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十二方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于在圖像重建中需要的視角范圍V被分為從第一區(qū)段到第N區(qū)段(N≥2)的N個(gè)區(qū)段時(shí)，所述掃描裝置在一個(gè)周期中對(duì)一個(gè)區(qū)段的數(shù)據(jù)重復(fù)進(jìn)行N次采集。
根據(jù)第十二方面的X射線CT設(shè)備，第三方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十三方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于用T表示成像對(duì)象的運(yùn)動(dòng)周期，用τe表示所述相位范圍的時(shí)間寬度，用Ts表示X射線管和多行檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)周期，所述掃描裝置定義Ts＝T-τe或Ts＝T+τe。
根據(jù)第十三方面的X射線CT設(shè)備，第四方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在第十四方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于圖像重建中需要的視角范圍V是V＝(180°+扇形束角度)。
根據(jù)第十四方面的X射線CT設(shè)備，第五方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十五方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于所述圖像重建裝置通過三維圖像重建技術(shù)產(chǎn)生CT圖像。
根據(jù)第十五方面的X射線CT設(shè)備，第六方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十六方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于所述三維圖像重建技術(shù)是一種三維背投影方法，該方法包括提取與投影線對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，其中所述投影線通過將重建平面上的多個(gè)像素的間隔處的一條線或多條平行線沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面上而形成；通過將所述已提取的投影數(shù)據(jù)和錐束重建加權(quán)相乘，產(chǎn)生投影線數(shù)據(jù)；通過濾波所述投影線數(shù)據(jù)，產(chǎn)生背投影線數(shù)據(jù)；根據(jù)所述背投影線數(shù)據(jù)，確定重建平面上每一個(gè)像素的背投影像素?cái)?shù)據(jù)；和對(duì)于圖像重建中使用的所有視野，在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上通過添加背投影像素?cái)?shù)據(jù)確定背投影數(shù)據(jù)。
根據(jù)第十六方面的X射線CT設(shè)備，第七方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十七方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于將與X射線管和多行檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)平面垂直的方向或螺旋掃描的直線運(yùn)動(dòng)方向表示為z方向，將視角view＝0°的X射線束中心軸線的方向表示為y方向，并且將與z方向和y方向正交的方向表示為x方向，對(duì)-45°≤view＜45°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，以及135°≤view＜225°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，所述線方向被定義為x方向，對(duì)于45°≤view＜135°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，以及225°≤view＜315°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，所述線方向被定義為y方向。
根據(jù)第十七方面的X射線CT設(shè)備，第八方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
本發(fā)明在其第十八方面提供具有上述配置的X射線CT設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括用于檢測(cè)心臟周期運(yùn)動(dòng)的相位的心電圖儀。
根據(jù)第十八方面的X射線CT設(shè)備，第九方面的CT圖像產(chǎn)生方法能夠被恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT設(shè)備，能夠使用多行檢測(cè)器掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象，以在期望的相位產(chǎn)生錐束偽影減少的CT圖像。
本發(fā)明的CT圖像產(chǎn)生方法和X射線CT設(shè)備適用于在期望的相位產(chǎn)生心臟的CT圖像。
從下面對(duì)如附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述中，本發(fā)明進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。
圖1是表示例1中X射線CT設(shè)備構(gòu)造的框圖。
圖2是表示X射線管和多行檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)的說明圖。
圖3是表示錐束的說明圖。
圖4是表示通過例1中X射線CT設(shè)備處理多扇區(qū)重建技術(shù)的流程圖。
圖5是表示已采集的投影數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)格式的說明圖。
圖6是表示圖像重建所需的由區(qū)段劃分的視角范圍的說明圖。
圖7是表示每一區(qū)段提取投影數(shù)據(jù)的定時(shí)的說明圖。
圖8是表示三維圖像重建處理的詳細(xì)過程的流程圖。
圖9是表示沿X射線傳輸方向投影的重建平面P上的線的示意圖。
圖10是表示投影到檢測(cè)器平面上的重建平面P上的線的示意圖。
圖11是表示在視角view＝0°處，檢測(cè)器平面的線上的投影數(shù)據(jù)Dr投影到投影平面的示意圖。
圖12是表示投影線數(shù)據(jù)Dp的示意圖，所述投影線數(shù)據(jù)Dp通過將視角view＝0°處投影平面pp上的投影數(shù)據(jù)Dr和錐束重建加權(quán)相乘而獲得。
圖13是表示背投影線數(shù)據(jù)Df的示意圖，所述背投影線數(shù)據(jù)Df通過濾波視角view＝0°處投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)Dp而獲得。
圖14是表示高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh的示意圖，所述高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh通過內(nèi)插視角view＝0°處投影平面pp上的背投影線數(shù)據(jù)Df而獲得。
圖15是表示背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2的示意圖，所述背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2通過重建平面上的線上展開在視角view＝0°處投影平面pp上的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh而獲得。
圖16是表示背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2的示意圖，所述背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2通過重建平面上的線之間展開在視角view＝0°處投影平面pp上的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh而獲得。
圖17是表示在視角view＝90°處，檢測(cè)器平面的線上的投影數(shù)據(jù)Dr投影到投影平面上的示意圖。
圖18是表示投影線數(shù)據(jù)Dp的示意圖，所述投影線數(shù)據(jù)Dp通過將視角view＝90°處投影平面pp上的投影數(shù)據(jù)Dr和錐束重建加權(quán)相乘而獲得。
圖19是表示背投影線數(shù)據(jù)Df的示意圖，所述背投影線數(shù)據(jù)Df通過濾波視角view＝90°處投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)Dp而獲得。
圖20是表示高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh的示意圖，所述高密度背投影數(shù)據(jù)Dh通過內(nèi)插視角view＝90°處投影平面pp上的背投影線數(shù)據(jù)Df而獲得。
圖21是表示背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2的示意圖，所述背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2通過在重建平面上的線上展開視角view＝90°處投影平面pp上的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh而獲得。
圖22是表示背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2的示意圖，所述背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2通過在重建平面上的線之間展開視角view＝90°處投影平面pp上的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh而獲得。
圖23表示了背投影數(shù)據(jù)D3的示意圖，對(duì)于所有視野，所述背投影數(shù)據(jù)D3通過在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上添加背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2而獲得。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)附圖中所示的實(shí)施例，現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明并不局限于所述實(shí)施例。
圖1是表示實(shí)例1中X射線CT設(shè)備100結(jié)構(gòu)的框圖。
X射線CT設(shè)備100包括操作控制臺(tái)1、工作臺(tái)設(shè)備10、掃描架20和心電圖儀(ECG)40。
操作控制臺(tái)1包括用于接收操作人員的輸入的輸入裝置2，用于執(zhí)行圖像重建及其它處理的中央處理設(shè)備3，用于采集在掃描架20處獲取的投影數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集緩沖器5，用于顯示由投影數(shù)據(jù)重建的CT圖像的CRT 6，和用于存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和X射線CT圖像的存儲(chǔ)裝置7。
工作臺(tái)設(shè)備10包括工作臺(tái)12，用于將成像對(duì)象放置在其上面并將該對(duì)象傳送進(jìn)/出掃描架20的孔(空腔部分)中。通過包含在工作臺(tái)設(shè)備10中的馬達(dá)，工作臺(tái)12進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)。
掃描架20包括X射線管21，X射線控制器22，準(zhǔn)直器23，多行檢測(cè)器24，DAS(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))25，用于控制X射線控制器22、準(zhǔn)直器23和DAS25的轉(zhuǎn)子側(cè)(rotator-side)控制器26，用于和操作控制臺(tái)1、成像工作臺(tái)10傳遞控制信號(hào)等的總控制器29，和滑環(huán)30。
圖2和3是X射線管21和多行檢測(cè)器24的說明圖。
X射線管21和多行檢測(cè)器24圍繞旋轉(zhuǎn)中心IC旋轉(zhuǎn)。用z方向表示工作臺(tái)12的直線運(yùn)動(dòng)方向，用y方向表示與工作臺(tái)12的上表面垂直的方向，用x方向表示與z方向和y方向正交的方向，X射線管21和多行檢測(cè)器24的旋轉(zhuǎn)平面為x-y平面。
X射線管21產(chǎn)生通常稱為錐束的X射線束CB。當(dāng)X射線束CB的中心軸線方向平行于y方向時(shí)，定義視角view＝0°。
多行檢測(cè)器24有J(例如，J＝256)個(gè)檢測(cè)器行。每個(gè)檢測(cè)器行有I(例如，I＝1024)個(gè)通道。
圖4顯示了使用X射線CT設(shè)備100進(jìn)行多扇區(qū)重建技術(shù)處理的流程圖。
在步驟S1中，操作人員通過輸入裝置2輸入工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度、期望相位范圍的時(shí)間寬度τe、和相對(duì)于R波的延遲時(shí)間τa。
在步驟S2中，中央處理設(shè)備3通過心電圖儀40檢測(cè)心動(dòng)周期T。
在步驟S3中，中央處理設(shè)備3根據(jù)下面的公式計(jì)算并設(shè)置旋轉(zhuǎn)周期Ts以及X射線管和多行檢測(cè)器24的旋轉(zhuǎn)次數(shù)N(等于劃分的區(qū)段數(shù))。用V°(度)表示圖像重建所需的視角范圍Ts＝T-τe，并且N＝(V/360°)×T/τe。
例如，如果T＝1秒，τe＝1/6秒，并且V＝240°，則Ts＝5/6秒，并且N＝4。
在步驟S4中，在圍繞心臟(等于成像對(duì)象)旋轉(zhuǎn)X射線管21和多行檢測(cè)器24并沿直線移動(dòng)工作臺(tái)12時(shí)，為N次旋轉(zhuǎn)采集由直線運(yùn)動(dòng)位置z、視角view、檢測(cè)器行系數(shù)j和通道系數(shù)i表示的投影數(shù)據(jù)D0(z，view，j，i)。通過編碼器對(duì)z位置脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得直線運(yùn)動(dòng)位置z，在總控制器29中轉(zhuǎn)換為z坐標(biāo)，通過滑環(huán)30傳遞，作為z坐標(biāo)信息附加到來自DAS 25的投影數(shù)據(jù)中。
圖5顯示了某一視野處附加z坐標(biāo)信息的投影數(shù)據(jù)格式。
后面將根據(jù)圖6和圖7討論步驟S4中的數(shù)據(jù)采集處理。
在步驟S5中，對(duì)投影數(shù)據(jù)D0(z，view，j，i)進(jìn)行預(yù)處理(偏移校正、對(duì)數(shù)校正、X射線劑量校正和靈敏度校正)。
在步驟S6中，對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的投影數(shù)據(jù)D0(z，view，j，i)進(jìn)行三維背投影處理以確定背投影數(shù)據(jù)D3(x，y)。
后面將參考圖8討論步驟S6中的三維背投影處理。
在步驟S7中，對(duì)背投影數(shù)據(jù)D3(x，y)進(jìn)行后處理以獲得CT圖像。
參考圖6，多扇區(qū)重建技術(shù)將圖像重建所需的視角范圍分為從第一區(qū)段到第N區(qū)段(N≥2)的N個(gè)區(qū)段。在圖6中，圖像重建所需的視角范圍V＝(180°+扇形角度)，扇形角度＝60°，并且N＝4。
參考圖7，如果在第一次旋轉(zhuǎn)期間采集到的投影數(shù)據(jù)中相對(duì)于R波延時(shí)τa的在某一視角的投影數(shù)據(jù)被定義為view＝0°的投影數(shù)據(jù)，通過從第n次(n＝1-N)旋轉(zhuǎn)采集到的投影數(shù)據(jù)中提取視角范圍在((n-1)×360°×τe/T)-(n×360°×τe/T)中的投影數(shù)據(jù)，能夠產(chǎn)生圖像重建所需視角范圍上的數(shù)據(jù)集。所述數(shù)據(jù)集里的投影數(shù)據(jù)全部代表具有從相對(duì)于R波延時(shí)τa的時(shí)間寬度τe的相位范圍。
圖8是顯示三維背投影處理(圖4中步驟S6)的詳細(xì)過程的流程圖。
在步驟R1中，從在圖4的步驟S4中獲得的數(shù)據(jù)集中選取一個(gè)視野作為感興趣視野。
在步驟R2中，從感興趣視野的投影數(shù)據(jù)D0(z，view，j，i)中提取投影數(shù)據(jù)Dr，所述投影數(shù)據(jù)Dr對(duì)應(yīng)于在重建平面P上的多個(gè)像素的間隔處的多條平行線。
圖9示范性地顯示了重建平面P上的多條平行線L0-L8。
線的數(shù)量是在與所述線正交方向的重建平面上的最大像素?cái)?shù)的1/64-1/2。例如，如果重建平面P中的像素?cái)?shù)是512×512，線的數(shù)量為9。
而且，對(duì)于-45°≤view＜45°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)和135°≤view＜225°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)，所述線方向被定義為x方向。對(duì)于45°≤view＜135°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)和225°≤view＜315°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)，所述線方向被定義為y方向。
此外，假定投影平面pp穿過旋轉(zhuǎn)中心IC并且平行于線L0-L8。
圖10顯示了線T0-T8，所述線T0-T8通過將重建平面P上的多條平行線L0-L8沿X射線傳輸方向投影到檢測(cè)器平面dp上形成。
根據(jù)X射線管21、多行檢測(cè)器24和線L0-L8的幾何結(jié)構(gòu)，確定X射線傳輸方向。
通過提取位于檢測(cè)器行j和通道i上與投影在檢測(cè)器平面dp上的線T0-T8對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，獲得與線L0-L8對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)Dr。
現(xiàn)在如圖11所示呈現(xiàn)通過將線T0-T8沿X射線傳輸方向投影到投影平面pp上而形成的線L0′-L8′，并且投影數(shù)據(jù)Dr在位于投影平面pp上的線L0′-L8′上形成。
再次參考圖8，在步驟R3中，通過將位于投影平面pp上的線L0′-L8′的投影數(shù)據(jù)Dr和錐束重建加權(quán)相乘，以產(chǎn)生如圖12所示的位于投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)Dp。
錐束重建加權(quán)為(r1/r0)2，其中r0是從X射線管21的焦點(diǎn)到多行檢測(cè)器24中與投影數(shù)據(jù)Dr對(duì)應(yīng)的第j個(gè)檢測(cè)器行和第i個(gè)通道的距離，并且r1是從X射線管21的焦點(diǎn)到重建平面P上與投影數(shù)據(jù)Dr對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的距離。
在步驟R4中，投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)Dp被濾波。特別地，對(duì)投影平面pp上的投影線數(shù)據(jù)Dp進(jìn)行FFT變換，乘以濾波函數(shù)(重建函數(shù))，并且進(jìn)行FFT逆變換，以便在投影平面pp上產(chǎn)生如圖13所示的背投影線數(shù)據(jù)Df。
在步驟R5中，在線方向?qū)ν队捌矫鎝p上的背投影線數(shù)據(jù)Df進(jìn)行內(nèi)插，以便在投影平面pp上產(chǎn)生如圖14所示的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh。
在投影平面pp上的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh的數(shù)據(jù)密度是重建平面P中沿線方向的最大像素?cái)?shù)的8-32倍。例如，如果因數(shù)為16且重建平面P內(nèi)的像素?cái)?shù)為512×512，則數(shù)據(jù)密度是8,192點(diǎn)/線。
在步驟R6中，如圖15所示，如果需要，對(duì)投影平面pp上的高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh進(jìn)行抽樣和內(nèi)插/外插，以產(chǎn)生針對(duì)重建平面P上的線L0-L8上的像素的背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2。
在步驟R7中，如圖16所示，對(duì)高密度背投影線數(shù)據(jù)Dh進(jìn)行抽樣和內(nèi)插/外插，以產(chǎn)生針對(duì)線L0-L8之間像素的背投影數(shù)據(jù)D2?？商鎿Q地，根據(jù)針對(duì)重建平面P上的線L0-L8上像素的背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2進(jìn)行內(nèi)插/外插，以產(chǎn)生針對(duì)線L0-L8之間像素的背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2。
在圖11-16中，假定-45°≤view＜45°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)且135°≤view＜225°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)，而圖17-22應(yīng)用于45°≤view＜135°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)且225°≤view＜315°(或視角范圍主要包括所述范圍而且也包括其鄰近范圍)。
再次參考圖8，在步驟R8中，在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上添加圖16或22中顯示的背投影像素?cái)?shù)據(jù)D2，如圖23所示。
在步驟R9中，對(duì)于在圖4的步驟S4中獲取的數(shù)據(jù)集中的所有視野重復(fù)步驟R1-R8以獲得背投影數(shù)據(jù)D3(x，y)。
根據(jù)實(shí)例1的X射線CT設(shè)備100，由于使用了多扇區(qū)重建技術(shù)，因而能夠產(chǎn)生期望心臟相位的CT圖像。此外，因?yàn)橥ㄟ^提取檢測(cè)器行j和通道i的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中X射線束穿過重建平面P上的像素碰撞到所述檢測(cè)器行j和通道i，因而能夠減少錐束偽影。
盡管在實(shí)例1中，從數(shù)據(jù)集中僅提取和重建平面P上的線L0-L8對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，但是可以提取與重建平面P上的所有像素對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)以重建CT圖像。
圖像重建技術(shù)可以是通常熟知的根據(jù)Feldkamp方法的三維圖像重建技術(shù)。此外，可以使用在日本專利申請(qǐng)?zhí)?002-066420、2002-147061、2002-147231、2002-235561、2002-235662、2002-267833、2002-322756和2002-338947中提出的三維圖像重建技術(shù)。
在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以形成本發(fā)明很多不同的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解除了所附權(quán)利要求定義的范圍之外，本發(fā)明不局限于說明書中所描述的特定實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種CT圖像產(chǎn)生方法，包括步驟在多個(gè)周期內(nèi)掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象，同時(shí)使X射線管(21)和多行檢測(cè)器(24)中至少有一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象相對(duì)旋轉(zhuǎn)；提取在所述多個(gè)周期中同一個(gè)相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)，所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在所述投影點(diǎn)處將重建平面上的像素沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面上；和根據(jù)所述已提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像。
2.一種X射線CT設(shè)備(100)，包括X射線管(21)；多行檢測(cè)器(24)；掃描裝置(20)，用于在多個(gè)周期內(nèi)掃描成像對(duì)象，同時(shí)使所述X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象相對(duì)旋轉(zhuǎn)；和圖像重建裝置(3)，用于提取在所述多個(gè)周期中同一個(gè)相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)并且根據(jù)所述已提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在所述投影點(diǎn)處將重建平面上的像素沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面上。
3.一種X射線CT設(shè)備(100)，包括X射線管(21)；多行檢測(cè)器(24)；掃描裝置(20)，用于在多個(gè)周期內(nèi)掃描成像對(duì)象，同時(shí)使所述X射線管和多行檢測(cè)器中至少有一個(gè)圍繞所述成像對(duì)象相對(duì)旋轉(zhuǎn)，并且使所述X射線管和多行檢測(cè)器相對(duì)于所述成像對(duì)象作相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)；和圖像重建裝置(3)，用于提取在所述多個(gè)周期中同一個(gè)相位范圍內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)并且根據(jù)所述已提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像，其中所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在所述投影點(diǎn)處將重建平面上的像素沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的X射線CT設(shè)備(100)，其中當(dāng)圖像重建所需的視角范圍V被分為從第一區(qū)段到第N區(qū)段(N≥2)的N個(gè)區(qū)段時(shí)，對(duì)于一個(gè)周期中的一個(gè)區(qū)段，所述掃描裝置重復(fù)進(jìn)行N次采集。
5.如權(quán)利要求4所述的X射線CT設(shè)備(100)，其中用T表示成像對(duì)象的運(yùn)動(dòng)周期，用τe表示所述相位范圍的時(shí)間寬度，并且用Ts表示X射線管(21)和多行檢測(cè)器(24)的旋轉(zhuǎn)周期，所述掃描裝置(20)定義Ts＝T-τe或Ts＝T+τe。
6.如權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的X射線CT設(shè)備(100)，其中圖像重建所需的視野范圍V＝(180°+扇形束角度)。
7.如權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的X射線CT設(shè)備(100)，其中所述圖像重建裝置(3)通過三維圖像重建技術(shù)產(chǎn)生CT圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線CT設(shè)備(100)，其中所述三維圖像重建技術(shù)為三維背投影方法，該方法包括提取與投影線對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，所述投影線通過將重建平面上的多個(gè)像素的間隔處的一條線或多條平行線沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面而形成；通過將所述已提取的投影數(shù)據(jù)和錐束重建加權(quán)相乘，產(chǎn)生投影線數(shù)據(jù)；通過對(duì)所述投影線數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，產(chǎn)生背投影線數(shù)據(jù)；根據(jù)所述背投影線數(shù)據(jù)，確定重建場(chǎng)上每一個(gè)像素的背投影像素?cái)?shù)據(jù)；和對(duì)圖像重建中使用的所有視野，通過在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)上添加背投影像素?cái)?shù)據(jù)確定背投影數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的X射線CT設(shè)備(100)，其中將與X射線管和多行檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)平面垂直的方向或螺旋掃描的直線運(yùn)動(dòng)方向表示為z方向，將視角view＝0°的X射線束中心軸線方向表示為y方向，并且將與z方向和y方向正交的方向表示為x方向，對(duì)于-45°≤view＜45°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，以及135°≤view＜225°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，所述線方向被定義為x方向，對(duì)于45°≤view＜135°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，以及225°≤view＜315°或視角范圍主要包括所述范圍并且也包括其鄰近范圍，所述線方向被定義為y方向。
10.如權(quán)利要求2-9中任一項(xiàng)所述的X射線CT設(shè)備(100)，進(jìn)一步包括用于檢測(cè)心臟的周期運(yùn)動(dòng)相位的心電圖儀(40)。
全文摘要
為了使用多行檢測(cè)器掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象并在期望相位產(chǎn)生錐束偽影減小的CT圖像，在多個(gè)周期內(nèi)掃描周期性運(yùn)動(dòng)的成像對(duì)象，同時(shí)圍繞成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)X射線管(21)和多行檢測(cè)器(24)并直線移動(dòng)支撐成像對(duì)象位于其上的工作臺(tái)(12)；提取在多個(gè)周期內(nèi)同一個(gè)相位范圍中采集的投影數(shù)據(jù)，所述投影數(shù)據(jù)在投影點(diǎn)處被采集，在所述投影點(diǎn)處將重建平面上的像素沿X射線傳輸方向投影到多行檢測(cè)器平面上；和根據(jù)所述已提取的投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生CT圖像。
文檔編號(hào)G06T11/00GK1613427SQ20041010053
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)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(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司