CN100443053C - 信号处理方法与装置以及x射线ct装置 - Google Patents

Abstract

本发明实现提高X射线检测信号的空间分辨率的信号处理方法与装置以及具备这种信号处理装置的X射线受光面X射线CT装置。其方法是求出X射线检测信号的傅立叶变换(312)，求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换(314)，求出X射线检测信号的傅立叶变换和灵敏度分布的傅立叶变换之商(316)，然后求出商的傅立叶逆变换(318)。由检测单元构成多通道X射线检测器的各个通道。多通道X射线检测器设有检测单元的二维阵列。

Description

信号处理方法与装置以及X射线CT装置

技术领域

本发明涉及信号处理方法与装置以及X射线CT(ComputedTomography：计算机层析X射线摄影法)装置，特别地涉及处理X射线检测信号的方法与装置以及设有这种信号处理装置的X射线CT装置。

背景技术

在X射线CT装置中，根据经由多通道X射线检测器收集到的X射线检测信号重新构成被检测体的断层图像。作为多通道X射线检测器，使用具有检测单元的二维阵列的器件。由闪烁器(scintillator)和光电二极管的组合构成各个检测单元(例如，参考专利文献1)。

【专利文献1】特开2001-349949号公报(第4-5页，图1-3)

为了提高重构图像的空间分辨率，需要将多通道X射线检测器的检测单元作成微小元件并提高X射线检测信号的空间分辨率，然而，由于元件微小化所带来的检测单元X射线受光面积的减小，检测灵敏度会降低，因此，在元件微小化方面也存有限制。所以，不容易获得空间分辨率高的重构图像。

发明内容

因此，本发明的课题在于，实现提高X射线检测信号的空间分辨率的信号处理方法与装置以及具备这种信号处理装置的X射线受光面X射线CT装置。

解决上述课题的本发明的一个方面是一种信号处理方法，该信号处理方法处理具有X射线受光面的检测单元的X射线检测信号，其特征在于，求出X射线检测信号的傅立叶变换，求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换，求出所述X射线检测信号的傅立叶变换和所述灵敏度分布的傅立叶变换之商，然后求出所述商的傅立叶逆变换。

解决上述课题的本发明的另一方面是一种信号处理装置，该处理装置处理具有X射线受光面的检测单元的X射线检测信号，其特征在于，设有：第1傅立叶变换部件，求出X射线检测信号的傅立叶变换；第2傅立叶变换部件，求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换；商计算部件，求出所述X射线检测信号的傅立叶变换和所述灵敏度分布的傅立叶变换之商；以及傅立叶逆变换部件，求出所述商的傅立叶逆变换。

所述检测单元构成多通道X射线检测器的各个通道，这对于改善多通道X射线检测器的X射线检测信号的空间分辨率而言是理想的。

解决上述课题的本发明的又一方面是一种X射线CT装置，该X射线CT装置设有：信号收集部件，使X射线源和多通道X射线检测器在隔着被测体而相对的状态下旋转来收集X射线检测信号；处理部件，对收集到的X射线检测信号进行预处理；以及重构部件，根据预处理后的信号重新构成被测体的断层图像，其特征在于，所述处理部件设有：第1傅立叶变换部件，求出构成所述多通道X射线检测器的各个通道的检测单元的X射线检测信号的傅立叶变换；第2傅立叶变换部件，求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换；商计算部件，求出所述X射线检测信号的傅立叶变换和所述灵敏度分布的傅立叶变换之商；以及傅立叶逆变换部件，求出所述商的傅立叶逆变换。

为获得空间分辨率高的X射线检测信号的二维分布，所述多通道X射线检测器最好具有所述检测单元的二维阵列。

根据本发明，由于求出检测单元的X射线检测信号的傅立叶变换、求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换、求出X射线检测信号的傅立叶变换和灵敏度分布的傅立叶变换之商、求出商的傅立叶逆变换，因此，能够实现可获得空间分辨率高的X射线检测信号的信号处理方法与装置以及具备这种信号处理装置的X射线受光面X射线CT装置。

附图说明

图1是表示本发明的最佳实施方式的一例X射线CT装置的结构图。

图2是表示X射线照射检测装置的结构图。

图3是表示X射线检测器的X射线入射面的结构图。

图4是表示X射线强度分布P(η)以及灵敏度分布a(η)的概念图。

图5是表示灵敏度分布测量要点的示图。

图6是表示操作控制台功能的框图。

符号说明

100门式台架，200工作台，300操作控制台，110 X射线照射检测装置，130 X射线管，132焦点，134 X射线，150 X射线检测器，152 X射线入射面，154检测单元，312、314傅立叶变换部，316除法部，318傅立叶逆变换部

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的最佳实施方式。本发明并不限于本发明的最佳实施方式。图1示意表示X射线CT装置的结构。该装置是本发明的最佳实施方式之一例。以下，用该装置的结构来表示一例涉及X射线CT装置的本发明的最佳实施方式和一例涉及信号处理装置的本发明的最佳实施方式。并且，利用该装置的动作来表示一例涉及信号处理方法的本发明的最佳实施方式。

如图1所示，该装置具有门式台架100、工作台200以及操作控制台300。在门式台架100中，利用X射线照射检测装置110对由工作台200载入的被测体10进行扫描，收集X射线检测信号，并输出至操作控制台300。操作控制台300根据从门式台架100输入的X射线检测信号重新构成图像，并将重新构成的图像显示于显示器302。

门式台架100是本发明信号收集部件的一例。操作控制台300是本发明重构部件的一例。在重新构成图像之前，操作控制台300对X射线检测信号进行用以提高空间分辨率的预处理。关于X射线检测信号的预处理后文将另作说明。

操作控制台300还控制门式台架100和工作台200的动作。在操作控制台300的控制下，门式台架100以规定的扫描条件进行扫描，工作台200对摄影空间中的被测体10进行定位以扫描规定部位。通过内部安装的位置调节机构来调节顶板202的高度及其上方的托板(cradle)204的水平移动距离来进行定位。

以支柱206在底板208上的安装部为中心，使支柱206摆动而调节顶板202的高度。随着支柱206的摆动，顶板202在上下方向以及水平方向上产生位移。托板204在顶板202上在水平方向产生位移。可按照扫描条件，在门式台架100倾斜的状态下进行扫描。门式台架100的倾斜由内部安装的倾斜机构来实施。

在图2中示意表示X射线照射检测装置110的结构。如图所示，X射线照射检测装置110中，由X射线检测器150检测从X射线管130的焦点132放射出来的X射线134。X射线管130是本发明的X射线源的一例。X射线检测器150是本发明的多通道X射线检测器的一例。

X射线134由未图示的准直仪成形、且为锥束(cone beam)X射线。X射线检测器150具有与锥束X射线的束散对应地二维扩展的X射线入射面152。X射线入射面152弯曲而构成圆柱的一部分。圆柱的中心轴通过焦点132。

X射线照射检测装置110绕通过摄影中心即等角点(isocenter)O的中心轴转动。该中心轴与X射线检测器150形成的部分圆柱的中心轴平行。

设回转中心轴的方向为z方向、连接等角点O和焦点132的方向为y方向、与z方向以及y方向垂直的方向为x方向。上述x、y、z轴成为以z轴为中心轴的旋转坐标系的3轴。

图3是示意表示X射线检测器150的X射线入射面152的平面图。如该图所示，X射线入射面152成为在x方向和z方向上二维配置了检测单元154的X射线入射面。即，X射线入射面152成为检测单元154的二维阵列。

各个检测单元154构成X射线检测器150的检测通道。由此，X射线检测器150成为多通道X射线检测器。检测单元154例如由闪烁器和光电二极管组合而构成。

这种X射线检测器150的X射线检测信号成为与X射线入射面152的检测单元154的排列相对应的取样信号。设这些取样信号为p₁，p₂，…，p_n，则可由下式获得各检测信号。

[(1)式]：

p₁＝∫p(η)a₁(η)dη

p₂＝∫p(η)a₂(η)dη

       |

       |

       |

p_n＝∫p(η)a_n(η)dη

这里，p(η)是入射X射线的强度，是在η方向上连续的信号。即，p(η)是在η方向上连续的X射线强度分布。a(η)是在η方向上检测单元154的灵敏度分布。再有，η方向是x方向或z方向。图4示意表示X射线强度分布p(η)和灵敏度分布a(η)。

当所有的检测单元具有相同的灵敏度分布时，灵敏度分布a₁(η)，...，a_n(η)能够由下式表示。这里，Tη是X射线强度分布的取样间距。

[(2)式]：

a₁(η)＝a(η-T_η)

        |

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        |

a_n(η)＝a(η-nT_η)

将(2)式的关系代入(1)式，由下式能够得出检测信号p_n。

[(3)式]：

p_n＝∫p(η)a(η-nT_η)dη

另一方面，由下式能够得到X射线强度分布p(η)和灵敏度分布a(η)的卷积。

[(4)式]：

$p^{\′}\left(\mathrm{\η}\right)=p\left(\mathrm{\η}\right)\⊗a\left(\mathrm{\η}\right)=\∫p\left(\mathrm{\τ}\right)a(\mathrm{\η}-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

因此，在η＝nTη的条件下，成为

[(5)式]：

p′(nT_η)＝∫p(τ)a(nT_η-τ)dτ

由于a(η)为偶函数，能够表示为

[(6)式]：

p′(nT_η)＝∫p(τ)a(τ-nT_η)dτ

由于(3)式和(6)式在等式右边相同，因此，成为

[(7)式]：

p′(nT_η)＝p_n

从(7)式可知，各个检测单元154的检测信号p_n能够按照X射线入射面152的X射线强度分布p(η)和检测单元154的灵敏度分布a(η)的卷积得出。因此，若已知灵敏度分布a(η)，则可利用去卷积求出X射线强度分布p(η)。

灵敏度分布a(η)能够通过测量求得。在图5中表示测量的要点。如该图所示，使X射线134通过设于铅板160上的孔164入射到检测单元154。

将铅板160的厚度作成为能够完全吸收X射线的程度。孔624的大小Δη充分小于检测单元154的X射线入射面的η方向的大小。将这样的铅板160沿η方向从检测单元154的X射线入射面的一端移动到一端并且同时在各位置测量X射线检测信号，由此，能够获得灵敏度分布a(η)。

采用灵敏度分布a(η)如下述那样求出X射线强度分布p(η)。首先，对于检测信号p₁，p₂，…，p_n，求出各自的傅立叶变换。由此，对于每一个检测单元154，能够获得如下式所示的傅立叶变换结果。

[(8)式]：

P(K)＝FT[p_n]

接着，能够求出灵敏度分布a(η)的傅立叶变换。由此，能够获得如下式所示的灵敏度分布a(η)的傅立叶变换结果。

[(9)式]：

A(K)＝FT[a(η)]

接着，将P(K)除以A(K)，求出其商的傅立叶逆变换。由此，如下式所示那样能够求出X射线强度分布p(η)。

[(10)式]：

p(η)＝IFT[P(K)/A(K)]

X射线强度分布p(η)是在η方向上连续的信号，它在η方向上的空间分辨率高。即，利用上述运算，能够获得空间分辨率高的X射线检测信号。当将x方向作为η方向时，能够在x方向上获得空间分辨率高的X射线检测信号。当将z方向作为η方向时，能够在z方向上获得空间分辨率高的X射线检测信号。当将x、z两个方向作为η方向时，就能在x，z两个方向上获得空间分辨率高的X射线检测信号。

上述处理由操作控制台300作为预处理进行。在图6中表示基于预处理观点的操作控制台300的功能框图。该图所示的操作控制台300是本发明的最佳实施方式的一例。利用该装置的结构表示涉及信号处理装置的本发明的最佳实施方式的一例。另外，该图所示的操作控制台300也是本发明的处理部件的一例。

如图6所示，操作控制台300中，用傅立叶变换部312将检测信号p₁，…，p_n分别进行傅立叶变换后求出P(K)，用傅立叶变换部314将灵敏度分布a(η)进行傅立叶变换后求出A(K)，利用除法部316将P(K)除以A(K)，然后用傅立叶逆变换部318对其商进行傅立叶逆变换。

傅立叶变换部312是本发明的第1傅立叶变换部件的一例。傅立叶变换部314是本发明的第2傅立叶变换部的一例。除法部316是本发明的商计算部件的一例。傅立叶逆变换部318是本发明的傅立叶逆变换部件的一例。

操作控制台300根据如上述那样获得的空间分辨率高的X射线检测信号重新构成图像。由此，能够获得空间分辨率高的断层图像。

而且，根据这样的X射线检测信号形成被测体的透视图像即观察图像时，能够获得空间分辨率高的探测图像。

Claims (8)

1.一种信号处理方法，该信号处理方法处理具有X射线受光面的

检测单元的X射线检测信号，其特征在于，

采用第1傅立叶变换部件，求出X射线检测信号的傅立叶变换，

采用第2傅立叶变换部件，求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换，

采用商计算部件，求出所述X射线检测信号的傅立叶变换和所述灵敏度分布的傅立叶变换之商，

采用傅立叶逆变换部件，求出所述商的傅立叶逆变换。

2.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，

所述检测单元是多通道X射线检测器的各个通道。

3.如权利要求2所述的信号处理方法，其特征在于，

所述多通道X射线检测器设有所述检测单元的二维阵列。

4.一种信号处理装置，该信号处理装置处理具有X射线受光面的

检测单元的X射线检测信号，其特征在于，设有：

第1傅立叶变换部件，求出X射线检测信号的傅立叶变换；

第2傅立叶变换部件，求出X射线受光面的检测单元灵敏度分布的傅立叶变换；

商计算部件，求出所述X射线检测信号的傅立叶变换和所述灵敏度分布的傅立叶变换之商；以及

傅立叶逆变换部件，求出所述商的傅立叶逆变换。

5.如权利要求4所述的信号处理装置，其特征在于，

所述检测单元是多通道X射线检测器的各个通道。

6.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，

所述多通道X射线检测器设有所述检测单元的二维阵列。

7.一种X射线CT装置，该X射线CT装置设有：信号收集部件，使X射线源与多通道X射线检测器在隔着被测体而相对的状态下旋转来收集X射线检测信号；处理部件，对收集到的X射线检测信号进行预处理；以及重构部件，根据所述处理后的信号重新构成被测体的断层图像，其特征在于，所述处理部件设有：

第1傅立叶变换部件，求出构成所述多通道X射线检测器的各个通道的检测单元的X射线检测信号的傅立叶变换；

第2傅立叶变换部件，求出X射线受光面的检测单元的灵敏度分布的傅立叶变换；

商计算部件，求出所述X射线检测信号的傅立叶变换和所述灵敏度分布的傅立叶变换之商；以及

傅立叶逆变换部件，求出所述商的傅立叶逆变换。

8.如权利要求7所述的X射线CT装置，其特征在于，

所述多通道X射线检测器设有所述检测单元的二维阵列。

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