CN100577108C - Ct图像重建方法、ct设备和程序 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是在图像重建数据产生的过程中真实地反映用于补偿缺陷数据的替换数据的属性(值和位置信息)。根据本发明的CT图像重建方法，使用投影数据项，CT图像重建所需的背投影数据被内播，所述投影数据项是通过扫描位于患者(100)某个截面之前或之后的患者(100)截面而产生。根据已内插的背投影数据，患者(100)的断层图像被重建。和扫描期间发现缺陷的投影数据具有预定位置关系的其它投影数据被用于替换缺陷数据。包含在缺陷数据中和被扫描位置(通道和视图)有关的值和信息被用于内插背投影数据。

Description

CT图像重建方法、CT设备和程序
技术领域
本发明涉及CT图像重建方法、CT设备和程序。更具体而言，本发明涉及CT图像重建方法、CT设备和一种程序，用于内插代表每一个层面的背投影数据、使用由扫描患者产生的投影数据项并根据背投影数据重建CT图像。
背景技术
在X射线CT设备中，患者被扇形X射线束扫描，并且由X射线探测器检测经患者传递过来的X射线，所述X射线探测器具有以阵列形式排列的许多(例如，1000个)探测器元件。根据轴向或螺旋扫描技术，在患者体轴方向上患者被间断或连续移动，由此采集并存储代表特定扫描区域的所有投影数据项。针对每一个层面，重建图像所需的背投影数据被读取或被内插，并根据背投影数据重建患者的CT图像。
近些年来，伴随着X射线探测器向多通道和多探测器阵列(16个探测器阵列)发展的趋势，诸如探测器元件或探测器数据(即投影数据)灵敏度较低这样的缺陷出现的频率在不断增加。如果缺陷数据被用于重建图像，断层图像将受到环形赝像等的影响。因此，必须通过其它探测器数据来补偿缺陷数据。
为了补偿由X射线管微弱放电引起的缺陷数据，传统的X射线CT设备使用下述投影数据项来内插在视图中不能被正常产生的投影数据，这些投影数据项可以是包含在X轴方向上前一个或后一个视图中的投影数据项，包含在相对视图中的投影数据项，或通过扫描在体轴方向上位于所述产生视图的截面之前或之后的截面以与相对于视图被产生的视角相同的视角产生的投影数据项。(专利文献1)。
[专利文献1]日本未审查专利申请No.2003-116841(权利要求1、3和4)。
根据内插缺陷数据的技术，对于图像被重建的每一个层面，当代表每一个层面的背投影数据被内插时，用于内插缺陷数据的正常投影数据项的位置信息(通道数和视角)片段将丢失。因此，背投影数据包含了不一致的位置信息。
参考附图，所述缺陷将被描述。参考图4，附图标记40代表X射线管，附图标记90代表X射线探测器，并且附图标记100代表患者。假设由通道CH3产生并包含在视图Vj中的投影数据g(CH3，Vj)有缺陷。通常，选择位于包含缺陷数据的视图Vj之前或之后的视图Vi和Vk，将包含在视图Vi和Vk中的投影数据项g(CH2，Vi)和g(CH4，Vk)按预定比例求和，以便生成内插数据g′(CH3，Vj)。
但是，缺陷数据g(CH3，Vj)源自沿线Lj传输的信号。投影数据项g(CH2，Vi)和g(CH4，Vk)分别源自沿线Li和Lk传输的信号。严格地讲，根据信号在患者100(区域)中的传输路径，信号会彼此不同。
参考图3，出于图像重建的目的，背投影数据h(CH3，Vj)被内插以便表示每一个层面Si上的每一个位置。通常，仅有计数值被考虑。为了内插背投影数据，由内插产生的内插数据g′(CH3，Vj)被用作投影数据，所述投影数据被假定由通道CH3产生并包含在视图Vj中。在背投影数据的产生中，并没有反映用于内插数据g′(CH3，Vj)的投影数据项g(CH2，Vi)和G(CH4，Vk)的属性(尤其是位置信息的片段)。这就降低了重建图像的质量(正确性)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种在产生图像重建数据的过程中能够正确反映替换数据属性(值和位置信息)的CT图像重建方法、CT设备和程序，其中所述替换数据用于补偿缺陷数据。
通过图3所示的技术，实现了所述目的。也就是说，根据本发明第一个方面的CT图像重建方法包括下述步骤：使用投影数据项内插重建CT图像所需的背投影数据，所述投影数据项通过扫描位于感兴趣截面之前和之后的患者截面产生；和使用已内插的背投影数据，重建患者的断层图像。对于在扫描期间发现缺陷的投影数据g(CH3，Vj)，会使用和投影数据g(CH3，Vj)具有预定位置关系的投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)替换缺陷投影数据g(CH3，Vj)。包含在替换数据中的有关扫描位置(通道和视图)的值和信息被用于内插背投影数据h(CH，Vj)。因此，包含在替换数据中的值和扫描位置被准确反映在背投影数据的内插中。图像被更准确地重建。
根据本发明第二个方面的CT设备使用投影数据项内插CT图像重建所需的背投影数据，并根据已内插的背投影数据重建患者的断层图像，其中所述投影数据项通过扫描位于患者感兴趣截面之前和之后的截面产生。CT设备包括：使用特定投影数据替换缺陷投影数据的数据替换装置，其中所述特定投影数据和在扫描期间发现缺陷的投影数据具有预定位置关系；和使用包含在替换数据中的有关扫描位置的值和信息，内插背投影数据的数据内插装置。因此，包含在替换数据中的值和扫描位置被准确反映在背投影数据的内插中。因而，图像能够被更准确地重建。
根据本发明的第三个方面，根据本发明第二个方面包括在CT设备中的数据替换装置用投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)替换缺陷数据g(CH3，Vj)，所述投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)被包含在位于视图Vj之前或之后的视图Vi或Vk中并且由通道CH2或CH4中产生，其中视图Vj包含在扫描期间发现缺陷的投影数据g(CH3，Vj)，CH2或CH4紧邻生成缺陷数据的通道。因此，用投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)在体轴方向上替换缺陷数据g(CH3，Vj)，其中所述投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)源自沿特定路径传输的信号，所述特定路径和提供缺陷数据的信号的传输路径十分接近。替换数据的位置信息被准确反映在产生背投影数据h(CH3，Vj)的过程中。
根据本发明的第四个方面，根据本发明第二方面包括在CT设备中的数据替换装置用投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)替换缺陷数据g(CH3，Vj)，所述投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)和在扫描期间发现缺陷的投影数据g(CH3，Vj)一起被包含在视图Vj中并且由位于缺陷数据产生通道之前或之后的通道CH2或CH4产生。因此，投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)在通道方向上替换缺陷数据g(CH3，Vj)，所述投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)源自沿特定路径传输的信号，所述特定路径和提供缺陷数据的信号的传输路径十分接近。替换数据的位置信息被准确反映在产生背投影数据h(CH3，Vj)的过程中。
根据本发明的第五个方面，根据本发明第二个方面包括在CT设备中的数据替换装置用投影数据g(CHn-2，Vj′)替换缺陷数据，其中投影数据g(CHn-2，Vj′)包含在视图Vj′中并由通道CHn-2产生，视图Vj′和包含投影数据g(CH3，Vj)的视图Vj相对，通道CHn-2和产生缺陷数据的通道相对，所述投影数据是指在扫描期间发现缺陷的投影数据g(CH3，Vj)。因此，替换数据g(CHn-2，Vj′)从相对视图Vj′中采样，所述替换数据g(CHn-2，Vj′)源自沿传输线Lj′传送的信号，传输线Lj′和传送错误信号的传输线Lj基本相同。
根据本发明的第六个方面，根据本发明第三个或第四个方面包括在CT设备中的内插装置通过计算投影数据项g(CH4，Vk)和g(CH3，Vj′)的加权平均值内插背投影数据h(ch3，Vj)，所述投影数据项和距离c或b(到内插数据所代表位置的距离)成预定反比函数或以距离c或b为基础，所述投影数据项g(CH4，Vk)和g(CH3，Vj′)由在体轴方向上扫描位于患者截面Si之前或之后的截面以基本相同的视角Vk和Vj′产生。因此，替换数据g(CH4，Vk)的值以及到内插数据所在位置的距离c能够被真实反映。最终，断层图像能够被更准确地重建。
根据本发明的第七个方面，根据第五个方面包括在CT设备中的数据内插装置通过计算投影数据项的加权平均值内插背投影数据，通过在体轴方向上扫描位于感兴趣截面之前或之后的患者截面，所述背投影数据在相对通道中被产生并被包含在相对视图中，而且与内插数据表示的位置的距离成反比。因此，包含在相对视图中的投影数据项用于正确内插背投影数据。
根据本发明的第八个方面，根据第二个方面的缺陷投影数据是那些值很小以致于在构成特定视图的所有投影数据项中低于预定阈值的投影数据。因此，探测器元件较低的灵敏度能够被有效地探测。
根据本发明第九个方面的程序是计算机可执行程序，用于执行根据本发明第一个方面的CT重建方法。
如上所述，根据本发明，能够产生基本不受赝像影响的CT图像并产生比传统数据更准确的探测数据。
如附图所述，在本发明优选实施例中的下述描述中本发明的其它目的和优点显而易见。
附图说明
图1显示了根据本发明实施例的X射线CT设备的主要部分的结构。
图2描述了在实施例中执行的X射线CT的流程图。
图3显示了根据实施例(部分1)的图像重建。
图4显示了根据实施例(部分2)的图像重建。
具体实施方式
结合附图，本发明的优选实施例将被详细描述。在所有附图中，相同的附图标记表示相同或等效部件。图1显示了根据实施例的X射线CT设备的主要部分的结构。X射线CT设备包括使用扇形X射线束XLFB扫描患者100并内插数据的扫描器台架30，在体轴CLB方向上传送患者100的X射线照相工作台20和由操作人员或类似人员操纵遥控台架30和工作台20的操作控制台10。
相对于扫描器台架30，附图标记40表示旋转阳极X射线管，附图标记40A表示X射线控制单元。附图标记50表示限制层宽(即体轴方向上X射线宽度)的准直器，附图标记50A表示准直器控制单元。附图标记90表示具有大量(n≈1000)X射线探测器元件的X射线探测器，所述X射线探测器元件在通道CH方向上按阵列形式排列。附图标记91表示根据X射线探测器90的检测信号产生或采集患者投影数据的数据采集系统(DAS)。附图标记35表示支承X射线成像系统以便X射线成像系统能够围绕患者体轴旋转的台架。附图标记35A表示台架35的旋转控制单元。
X射线照相工作台20具有患者可以平躺在上面的台面(摇床)21，并通过摇床将患者送进或移出扫描器台架30的内腔。借助电机，摇床21可以被升高、降低和被直线移动，所述电机未被显示但包括在X射线照相工作台20中。
相对于操作控制台10，附图标记11表示在X射线CT设备中负责主控制和处理(CT图像的扫描控制和重建)的中央处理设备，附图标记11a表示中央处理单元(CPU)，而且附图标记11b表示被CPU 11a使用、由RAM或ROM构成的主存储器(MM)。附图标记12表示包括键盘和鼠标的输入装置，所述输入装置可以用于输入命令或数据。附图标记13表示显示装置(CRT)，有关扫描进度或CT图像的信息被显示在显示装置上。附图标记14表示控制接口，通过所述控制接口CPU 11a可以向扫描器台架30或X射线照相工作台20传送或接收各种控制信号CS和监控信号MS。附图标记15表示数据收集缓冲区，从数据采集系统91传递过来的数据被暂时存储在该缓冲区中。附图标记16表示辅助存储装置(硬盘驱动器等)，其中存储了用于操作X射线CT设备所必须的各种应用程序和用于算术操作或者校正的各种数据文件。
根据所述构件，从X射线管40中辐射的扇形X射线束XLFB射向位于扫描器台架30内腔中的患者100。在这种状态下，从X射线管40中辐射的扇形X射线束XLFB穿过患者100并被传递给X射线探测器90。数据采集系统91从X射线探测器90的输出中产生投影数据g(x，θ)。投影数据被存储到数据收集缓冲区15。在这里，X表示探测器中的通道数，θ表示视角。
此外，扫描器台架35在经过轻微旋转之后保持停顿形成视角θ，在每一个视角θ处X射线被投影。因此，在扫描器台架的一次旋转期间，投影数据项被采集并被存储。同时，根据轴向或螺旋扫描技术，X射线照相工作台20在体轴CLb的方向上被间断或连续移动。因此，代表患者指定扫描区域的所有投影数据项被采集，然后被存储。投影数据项被存储在辅助存储装置16中。根据在扫描全部完成之后产生的投影数据项或在扫描的同时产生的投影数据项，CPU 11a重建患者的CT断层图像。然后，CT断层图像被显示在显示装置13上。
接下来将要描述X射线CT的流程。图2是描述根据本实施例的X射线CT的流程图，从而针对偶然产生缺陷数据的情况给出了本发明的应用。优选地，应预先执行患者100的初步扫描(scout scan)，然后执行X射线CT。在步骤S11中，用于确定患者100成像所需参数的参数确定屏幕图像被显示在显示单元13上。在步骤S12中，操作人员或类似人员确定扫描参数。在步骤S13中，操作人员确定重建CT图像的参数。在步骤S14中，等待确定按钮(即参数值确定按钮)的按下。只要确定按钮没有被按下，控制可以返回到步骤S12，在步骤S12中扫描或重建参数能够被修改。
如果在步骤S14中确定按钮被按下，在步骤S15中根据已确定的参数扫描患者100(例如，螺旋扫描)。在步骤S16中，代表患者100的投影数据被采集并被存储。在步骤S17中，将核实针对指定扫描区域的扫描是否被全部完成。如果扫描没有被全部完成，则控制返回到步骤S15。
如果扫描全部完成，根据已确定的重建参数，重建每一层图像所需的投影数据项被采样。参考图3，使用扫描An和An+1期间产生的投影数据项，重建特定层面Si的图像所需的背投影数据h(X，θ)被内插。在步骤S19中，针对已采样的投影数据项，执行预先确定的预处理(X射线输出变化的校正或通道间灵敏度差异的校正)。
在步骤S20中，是否出现缺陷数据被核实。例如，如果视图包含了特定的通道数据，即这些数据的值小于预定阈值，则数据被认为是缺陷数据。在步骤S18中采集的所有投影数据项中，缺陷数据均被检测。
在步骤S21中，选择能够替换已找到的缺陷数据的替换数据。参考图4，假设投影数据g(CH3，Vj)是缺陷数据，优选包含在视图Vi或Vk中且由通道CH2或CH4中产生的投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)替换缺陷数据g(CH3，Vj)，其中视图Vi或Vk位于包含缺陷数据g(CH3，Vj)的视图Vj之前或之后，通道CH2或CH4紧邻产生缺陷数据的通道。因此，源自特定信号的其它投影数据g(CH2，Vi)或g(CH4，Vk)可以在体轴方向上替换缺陷数据g(CH3，Vj)，所述特定信号的传播路径紧邻提供缺陷数据的信号的传播路径。此外，在背投影数据h(CH3，Vj)产生的过程中，关于替换数据的位置信息被真实反映。
另外，可以用投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)替换缺陷数据，所述投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)和缺陷数据g(CH3，Vj)一起包含在视图Vj中，并且由位于缺陷数据产生通道之前或之后的通道CH2或CH4产生。因此，源自特定信号的投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)可以在通道方向上替换缺陷数据，所述特定信号的传播路径紧邻提供缺陷数据的信号的传播路径。此外，在背投影数据h(CH3，Vj)产生的过程中，关于替换数据的位置信息被真实反映。
另外，可以用包含在视图Vj′中且由通道CHn-2产生的投影数据g(CHn-2，Vj′)替换缺陷数据，所述视图Vj′与包含缺陷数据g(CH3，Vj)的视图Vj相对，通道CHn-2和产生缺陷数据的通道相对。因此，源自特定信号的替换数据g(CHn-2，Vj′)从相对视图中被采样，所述特定信号的传输线Lj′和错误信号的传输线Lj基本相同。
在步骤S22中，用于内插的加权参数被校正。这种情况将被详细描述。参考图3，通过以相同的视角Vj和Vj′扫描在体轴方向上位于层面Si之前或之后的层面，产生投影数据项g(CH3，Vj)和g(CH3，Vj′)，通过计算投影数据项g(CH3，Vj)和g(CH3，Vj′)的加权平均值，产生背投影数据h(CH3，Vj)，而下述表达式表明了背投影数据h(CH3，Vj)和到层面Si的距离a或b成反比：
h(CH3，Vj)＝{b·g(CH3，Vj)+a·g(CH3，Vj′)}/(a+b)
假设投影数据g(CH3，Vj)是缺陷数据，则可以用包含在相邻视图中的投影数据g(CH4，Vk)替换缺陷数据。在这种情况下，用于内插的加权参数将从a改为c，并按照下述方式计算背投影数据h(CH3，Vj)：
h(CH3，Vj)＝{b·g(CH4，Vk)+c·g(CH3，Vj′)}/(c+b)
因此，背投影数据真实反映了替换数据g(CH4，Vk)的值和到层面Si的距离c。更准确的断层图像能够被重建。这种情况同样适用于投影数据g(CH4，Vi)替换缺陷数据g(CH3，Vj)的情况。
另一方面，当缺陷数据g(CH3，Vj)和相邻投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)包含在同一个视图中并用相邻投影数据g(CH2，Vj)或g(CH4，Vj)替换缺陷数据时，根据
Figure C20051009800500111
校正由内插数据所表示位置的距离。在这里，ΔCH表示通道间的距离。
如图4所示，当使用包含在相对视图中的相对投影数据g(CHn-2，Vj′)替换缺陷数据g(CH3，Vj)时，因为传输路径Lj和Lj′基本上彼此相同，所以到内插数据所在位置的距离可以认为是距离a。
已经详细描述了适合所述情况的计算方法。其它各种已知方法(功能)中的任何一种均能够用作计算内插数据的方法。无论采用哪种方法，如果用于重建图像的加权因子以表格的形式被准备，根据缺陷数据的位置信息，加权因子被重新计算。如果没有准备加权因子，则通过反映缺陷数据的位置信息，计算(产生)加权因子。
参考图2，如果在步骤S20中证实没有出现缺陷数据，步骤S21和S22将被跳过。在步骤S23中，根据已知方法，代表每一层的图像重建数据h(X，θ)被内插。在步骤S24中，X射线CT图像被重建。在步骤S25中，已产生的CT图像被显示在屏幕上。
根据本实施例，缺陷数据是偶然产生的。但是本发明不受这种情况的限制。本发明可以被应用到由于使用了缺陷探测器元件(单元)而在特定通道中总是出现缺陷数据的情况。在这种情况下，在启动扫描前，应优选地采集缺陷单元的信息，采集缺陷单元相邻单元所产生数据的信息，并以表格的形式列出信息段。如果用于重建图像的加权因子以表格的形式被准备，那么相邻数据的位置信息被用于重新计算用于重建图像的加权因子。如果加权因子没有被准备，则通过反映缺陷单元的信息计算加权因子。然后启动扫描。使用经过计算的加权因子，能够很容易地产生重建数据。
在本发明能够应用于使用单阵列X射线探测器90的图像重建的假设下，详细描述了实施例。但是，本发明不受这种模式的限制。很明显，本发明能够应用于使用具有两个或更多个探测器阵列的多通道探测器的图像重建中。
在本发明能够应用于螺旋扫描技术的假设下，详细描述了实施例。但是，本发明不受这种技术的限制。甚至当采用轴向扫描技术时，仍可以针对每一层来内插背投影数据。本发明能够应用于这种情况。
已经描述了这样的实施例，其中假设背投影数据在相对于360°结束的每一个视角处产生的投影数据被内插。本发明能够应用于所谓的半重建方法。
已经描述了这样的实施例，其中假设本发明适用于X射线CT设备的情况。但是，本发明不受这种模式的限制。本发明可以按照软件的形式形成，用于在计算机中执行CT图像的重建方法。这种软件可以记录在诸如CD这样的信息记录媒介中，或以有线或无线通信方式通过在线通信被提供。
在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以构建各种不同的实施例，应当理解，本发明不限于说明书中描述的特定实施例，而仅受到附加的权利要求限定范围的限制。

Claims (9)

1.一种CT图像重建方法，其中：使用投影数据项，内插CT图像重建所需的背投影数据，所述投影数据项是通过扫描位于感兴趣截面之前或之后的患者(100)的截面而产生；并根据已内插的背投影数据，重建患者(100)的断层图像，所述CT图像重建方法包括下述步骤：
用和缺陷数据一起包含在特定视图中且由特定通道产生的投影数据替换缺陷数据，所述特定通道位于产生缺陷数据的通道之前或之后；和
使用包含在替换数据中的和被扫描位置有关的值和信息，内插背投影数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述视图和包含投影数据的视图是相同的视图。
3.一种CT设备，其中：使用投影数据项，内插CT图像重建所需的背投影数据，所述投影数据项是通过扫描位于感兴趣截面之前或之后的患者(100)的截面而产生；并根据已内插的背投影数据，重建患者(100)的断层图像，所述CT设备包括：
数据替换装置(11a)，该装置使用和缺陷数据一起包含在特定视图中且由特定通道产生的投影数据替换缺陷数据，所述特定通道位于产生缺陷数据的通道之前或之后；和
数据内插装置(11a)，该装置使用包含在替换数据中的和被扫描位置有关的值和信息，内插背投影数据。
4.根据权利要求3所述的CT设备，其中所述视图和包含投影数据的视图是相同的视图。
5.一种CT设备，其中：使用投影数据项，内插CT图像重建所需的背投影数据，所述投影数据项是通过扫描位于感兴趣截面之前或之后的患者(100)的截面而产生；并根据已内插的背投影数据，重建患者(100)的断层图像，所述CT设备包括：
数据替换装置(11a)，该装置使用包含在特定视图中且由特定通道产生的投影数据替换缺陷数据，所述特定视图位于包含在扫描期间被发现缺陷的投影数据的视图之前或之后，所述特定通道与产生缺陷数据的通道相邻；和
数据内插装置(11a)，该装置使用包含在替换数据中的和被扫描位置有关的值和信息，内插背投影数据。
6.一种CT设备，其中：使用投影数据项，内插CT图像重建所需的背投影数据，所述投影数据项是通过扫描位于感兴趣截面之前或之后的患者(100)的截面而产生；并根据已内插的背投影数据，重建患者(100)的断层图像，所述CT设备包括：
数据替换装置(11a)，该装置使用包含在特定视图中且由特定通道产生的投影数据替换缺陷数据，所述特定视图和包含在扫描期间被发现缺陷的投影数据的视图相对，所述特定通道和产生缺陷数据的通道相对；和
数据内插装置(11a)，该装置使用包含在替换数据中的和被扫描位置有关的值和信息，内插背投影数据。
7.根据权利要求5所述的CT设备，其中数据内插装置(11a)通过计算投影数据项的加权平均值来内插背投影数据，所述背投影数据是以与内插数据所代表位置的距离为基础的函数，其中通过以基本相同的视角扫描在体轴方向上位于感兴趣截面之前或之后的患者(100)的截面，产生所述投影数据项。
8.根据权利要求6所述的CT设备，其中数据内插装置(11a)通过计算投影数据项的加权平均值来内插背投影数据，所述背投影数据是与内插数据所代表位置的距离成反比，其中通过扫描在体轴方向上位于感兴趣截面之前或之后的患者(100)的截面，所述投影数据项在相对通道上产生并包含在相对视图中。
9.根据权利要求3所述的CT设备，其中被发现缺陷的投影数据是那些在特定视图所包含的所有投影数据项中值小于预定阈值的投影数据。
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