CN101040781A - X射线衰减校正方法、ct装置、图像产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于校正在对象的X射线吸收率发生变化的边界处X射线束的衰减的X射线衰减校正方法、图像产生装置、X射线CT装置以及图像产生方法。边界信息包括X射线吸收率发生变化的边界位置和从对象的投影信息中提取的变化的幅度，然后边界信息被用来把散射X射线量乘以与在边界位置处变化的幅度对应的量以校正在边界位置处X射线的衰减。在边界位置处X射线的衰减可以连同投影信息的散射X射线的校正一起被校正，从而允许减轻在X射线断层扫描图像中显现的伪影。

Description

X射线衰减校正方法、CT装置、图像产生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于校正发射到对象的X射线束的衰减的X射线衰减校正方法、一种图像产生装置、一种X射线CT装置以及一种图像产生方法。

背景技术

X射线CT装置现在已经被广泛使用，并且对通过X射线CT装置所获得的X射线断层扫描图像信息的图像质量要求不断变得更精细。存在多种用于改进X射线CT图像的图像质量的方法，所述方法包括例如校正在对象内产生的散射X射线。

在上述方法中，从对象的投影信息中消除了理论上或实验上确定的散射X射线的量。作为图像重建基础的该投影信息被配置成使得仅仅由发射的X射线束组成。

来自对象的散射X射线的量随着X射线束穿过对象的传输距离(下文称作投影长度)而增加。因此，当校正散射X射线时应当考虑投影长度，以使要校正的散射X射线的量在投影长度更长时必须更大，即对象在投影的方向上具有更大的厚度。

然而，根据上面所述的背景技术，基于投影长度来校正散射X射线是不够的。更具体而言，当在X射线束传输的路径上存在改变X射线吸收率的边界时，X射线束将在边界上衰减。衰减是一种不同于在均匀介质中所见的X射线束色散(dispersion)的现象，后者不能通过考虑投影长度来校正。

在利用图像重建来形成断层扫描图像期间，特别是X射线束在边界上的衰减可以在X射线吸收率变化的边界附近的图像上产生伪影。伪影可能是降低断层扫描图像的质量的一个原因，因而这决不是优选的。

因此，重要的是实现一种用于校正在对象的X射线吸收率发生变化的边界上的X射线束衰减的X射线衰减校正方法、以及一种X射线CT装置。

发明内容

本发明是考虑到解决在上述的背景技术中所看到的问题而产生的，并且具有提供一种用于校正在对象的X射线吸收率发生变化的边界上的X射线束衰减的X射线衰减校正方法、以及一种X射线CT装置的主题。

为了解决上述问题并实现该主题，本发明根据其第一方面提供一种X射线衰减校正方法，该X射线衰减校正方法包括以下步骤：通过使用对象的X射线投影信息或者由所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息来提取边界信息，所述边界信息包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度(magnitude)的幅度信息；以及通过使用所述边界信息来校正在所述投影信息或所述X射线断层扫描图像信息中包含的所述边界位置的X射线衰减。

本发明根据第一方面允许校正在X射线投影信息或X射线断层扫描图像信息中包含的边界位置处看到的X射线衰减，在该边界位置处X射线吸收率发生变化。

在第二方面，本发明根据第一方面提供一种X射线衰减校正方法，其中提取边界信息的所述步骤包括以下步骤：在与获得所述投影信息的X射线探测器的通道方向和/或行方向对应的方向上对所述投影信息的投影值进行差分运算(differentiate)；提取所述差分值的幅度超过阈值的位置作为所述边界位置信息；以及提取所述差分值的幅度作为所述幅度信息。

本发明根据第二方面允许投影值显著变化的位置被设置为X射线吸收率发生变化的边界位置。

在第三方面，本发明根据第一方面的X射线衰减校正方法提供一种X射线衰减校正方法，其中提取边界信息的所述步骤包括以下步骤：对所述X射线断层扫描图像信息的X射线断层扫描图像进行差分运算；执行所述差分图像的绝对值运算以产生边界图像；以及使用所述边界图像来提取所述边界信息。

本发明根据第三方面允许从X射线断层扫描图像信息来确定边界图像。

在第四方面，本发明根据第三方面的X射线衰减校正方法提供一种X射线衰减校正方法，其中提取边界信息的所述步骤包括以下步骤：使用所述边界图像来计算边界投影信息；提取所述边界投影信息的边界投影值不为零的位置作为边界位置信息；以及提取所述边界投影值作为所述幅度信息。

本发明根据第四方面允许从边界图像来确定边界位置和变化的幅度。

在第五方面，本发明根据第一至第四方面中任何一个的X射线衰减校正方法提供一种X射线衰减校正方法，其中校正X射线衰减的所述步骤包括通过使用具有所述投影信息的多维函数的增益函数来校正的步骤。

本发明根据第五方面允许将变化的幅度转换成一个适合于色散X射线校正的值。

在第六方面，本发明根据第五方面的X射线衰减校正方法提供一种X射线衰减校正方法，其中校正X射线衰减的所述步骤包括将所述投影信息中在所述边界位置的散射X射线的量乘以所述增益函数的函数值，然后从所述投影信息中减去散射X射线的所述乘得的量的步骤。

本发明根据第六方面允许通过对散射X射线量增加某种校正来可行地校正在边界位置的X射线衰减。

在第七方面，本发明根据第五方面的X射线衰减校正方法提供一种X射线衰减校正方法，其中校正X射线衰减的所述步骤包括将所述X射线断层扫描图像信息中在所述边界位置的散射X射线量乘以所述增益函数的函数值，执行散射X射线的所述乘得的量的图像重建，然后从所述X射线断层扫描图像信息中减去该量的步骤。

本发明根据第七方面允许通过从X射线断层扫描图像中减去重建的散射X射线图像的校正量来可行地校正在边界位置的X射线衰减。

在第八方面，本发明提供一种用于在X射线CT装置中产生X射线断层扫描图像的图像产生装置，该图像产生装置包括：用于通过使用对象的X射线投影信息或者由执行所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息来提取边界信息的装置，所述边界信息包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息；以及用于通过使用所述边界信息来校正在所述投影信息或所述X射线断层扫描图像信息中包含的所述边界位置的X射线衰减的装置。

本发明根据第八方面允许校正在X射线投影信息或X射线断层扫描图像信息中包含的边界位置处看到的X射线衰减，在该边界位置处X射线吸收率发生变化。

在第九方面，本发明根据第八方面的图像产生装置提供一种图像产生装置，其中用于提取边界信息的所述装置包括：用于在与获得所述投影信息的X射线探测器的通道方向和/或行方向对应的方向上对所述投影信息的投影值进行差分运算的装置；以及用于提取所述差分值的幅度超过阈值的位置作为所述边界位置信息的装置。

本发明根据第九方面允许将投影值显著变化的位置确定为X射线吸收率发生变化的边界位置。

在第十方面，本发明根据第八方面的图像产生装置提供一种图像产生装置，其中用于提取边界信息的所述装置包括：用于对所述X射线断层扫描图像信息的X射线断层扫描图像进行差分运算的装置；用于对所述差分图像执行绝对值运算来产生边界图像的装置；以及用于通过使用所述边界图像来提取所述边界信息的装置。

本发明根据第十方面允许从X射线断层扫描图像信息来确定边界图像。

在第十一方面，本发明根据第十方面的图像产生装置提供一种图像产生装置，其中用于提取边界信息的所述装置包括：用于通过使用所述边界图像来计算边界投影信息的装置；用于提取所述边界投影信息的边界投影值不为零的位置作为边界位置信息的装置；以及用于提取所述边界投影值作为所述幅度信息的装置。

本发明根据第十一方面允许从边界图像来确定边界位置和变化的幅度。

在第十二方面，本发明根据选自第八至第十一方面中任何一个的图像产生装置提供一种图像产生装置，其中用于校正X射线衰减的所述装置包括用于通过使用具有所述幅度信息的多维函数的增益函数来校正的装置。

本发明根据第十二方面允许将变化的幅度转换成一个适合于色散X射线校正的值。

在第十三方面，本发明根据第十二方面的图像产生装置提供一种图像产生装置，其中用于校正X射线衰减的所述装置包括：用于通过将所述投影信息中在所述边界位置的散射X射线的量乘以所述增益函数的函数值，并且从所述投影信息中减去散射X射线的所述乘得的量来校正的装置。

本发明根据第十三方面允许通过对散射X射线的量增加校正来可行地校正在边界位置的X射线衰减。

在第十四方面，本发明根据第十二方面的图像产生装置提供一种图像产生装置，其中用于校正X射线衰减的所述装置包括用于通过将所述X射线断层扫描图像信息中在所述边界位置的散射X射线的量乘以所述增益函数的函数值、执行散射X射线的所述乘得的量的图像重建、以及从所述X射线断层扫描图像信息中减去该量的装置。

本发明根据第十四方面通过从X射线断层扫描图像信息中减去重建的散射X射线图像的校正量来可行地校正在边界位置的X射线衰减。

在第十五方面，本发明提供一种X射线CT装置，该X射线CT装置包括：X射线数据采集装置，其包含X射线发生器和与所述X射线发生器相对放置的X射线探测器，用于通过围绕对象相对地旋转所述X射线发生器和所述X射线探测器来采集X射线投影数据；以及图像信息产生装置，用于使用所述X射线投影数据来产生对象的图像信息；其中所述图像产生装置包括：用于通过使用对象的X射线投影信息或者由执行所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息来提取边界信息的装置，所述边界信息包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息；以及用于通过使用所述边界信息来校正在所述投影信息或所述X射线断层扫描图像信息中包含的所述边界位置的X射线衰减的装置。

本发明根据第十五方面允许校正在投影信息或X射线断层扫描图像信息中包含的边界位置处看到的X射线衰减，在该边界位置X射线吸收率发生变化。

在第十六方面，本发明根据第十五方面的X射线CT装置提供一种X射线CT装置，其中用于提取边界信息的所述装置包括：用于在与获得所述投影信息的X射线探测器的通道方向和/或行方向对应的方向上来对所述投影信息的投影值进行差分运算的装置；以及用于提取所述差分值的幅度超过阈值的位置作为所述边界位置信息的装置。

本发明根据第十六方面允许将投影值显著变化的位置确定为X射线吸收率发生变化的边界位置。

在第十七方面，本发明根据第十五方面的X射线CT装置提供一种X射线CT装置，其中用于提取边界信息的所述装置包括：用于对所述X射线断层扫描图像信息的X射线断层扫描图像进行差分运算的装置；用于对所述差分图像执行绝对值运算来产生边界图像的装置；以及用于使用所述边界图像来提取所述边界信息的装置。

本发明根据第十七方面允许从X射线断层扫描图像信息来确定边界图像。

在第十八方面，本发明根据第十七方面的X射线CT装置提供一种X射线CT装置，其中用于提取边界信息的所述装置包括：用于通过使用所述边界图像来计算边界投影信息的装置；用于提取所述边界投影信息的边界投影值不为零的位置作为边界位置信息的装置；以及用于提取所述边界投影值作为所述幅度信息的装置。

本发明根据第十八方面允许从边界图像来确定边界位置和变化的幅度。

在第十九方面，本发明提供一种用于在X射线CT装置中产生X射线断层扫描图像的图像产生方法，该图像产生方法包括以下步骤：对对象的X射线投影信息或由所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息进行差分运算，以用于提取包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息的边界信息。

本发明根据第十九方面允许校正在X射线投影信息或X射线断层扫描图像信息中包含的边界位置处看到的X射线衰减，在该边界位置处X射线吸收率发生变化。

根据本发明，对在投影信息或X射线断层扫描图像信息中包含的X射线吸收率发生变化的边界位置处看到的X射线衰减进行校正，以被包括在散射X射线校正中。这允许散射X射线校正更精确，从而减轻了由边界位置上的X射线衰减所导致的X射线断层扫描图像中的伪影，并获得更高图像质量的X射线断层扫描图像。

附图说明

图1是说明X射线CT装置的概观的示意框图；

图2是说明根据本发明第一优选实施例的数据处理单元的功能布置的功能示意框图；

图3是说明根据本发明第一优选实施例的X射线衰减校正的操作的流程图；

图4是说明对象1的X射线断层扫描图像、投影信息以及边界信息的示意图；

图5是说明对象1的散射X射线信息、校正的散射X射线信息以及校正的投影值的示意图；

图6是说明根据本发明第四优选实施例的数据处理单元的功能布置的功能示意框图；

图7是说明根据本发明第四优选实施例的X射线衰减校正的操作的流程图；

图8是说明对象2的X射线断层扫描图像、边界图像以及边界投影值的示意图；

图9是说明对象2的散射X射线信息、校正的散射X射线信息以及校正的投影值的示意图；

图10是说明根据本发明第五优选实施例的数据处理单元的功能布置的功能示意框图；以及

图11是说明对象2的X射线断层扫描图像、散射X射线图像以及减影图像的示意图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更详细地描述根据本发明用于实施X射线衰减校正方法和X射线CT装置的最佳方式。这里应当注意，用于实施本发明的最佳方式不被认为是限制本发明。

第一实施例：

现在将描述根据本发明第一优选实施例的X射线CT装置的概观。现在参考图1，示出了X射线CT装置的示意框图。如图1所示，所述装置包括扫描架10、操作控制台6以及成像台4。

扫描架10包括X射线管20。在图中未示出但是从作为X射线发生器的X射线管20中发射的X射线，通过具有例如一定厚度的扇形的准直器22来形成X射线锥形束，并且将被传输到面对X射线管20放置的X射线探测器24。

X射线探测器24在扇形束X射线的展开方向上具有排列为矩阵的多个闪烁器阵列。X射线探测器24是一种具有多个闪烁器的多通道探测器，所述多个闪烁器以具有一定宽度的矩阵结构排列。

X射线探测器24整体上形成凹的X射线入射面。X射线探测器24可以包括每个均由无机晶体制成的多个闪烁器和用作光电换能器的多个光电二极管。

数据采集单元26被连接到X射线探测器24。数据采集单元26从X射线探测器24的每个闪烁器采集探测信息。X射线控制器28控制来自X射线管20的X射线的传输。X射线管20和X射线控制器28之间的连接、准直器22和准直器控制器30之间的连接在图中未示出。准直器控制器30控制准直器22。

从X射线管20到准直器控制器30的这些部件被安装在扫描架10的旋转器单元34上。对象或模型(phantom)被放置在位于旋转器单元34中心的孔(bore)29中的成像台4上。为了从X射线管20发射X射线，以及为了在X射线探测器24上将穿过对象或模型传输的X射线探测为投影信息，旋转器单元34在旋转器控制器36的控制下旋转，该投影信息包含对应于X射线探测器阵列在旋转方向上的旋转角的视图(view)号(在下文中为j)和通道号(在下文中为i)。在图中省略了旋转器单元34和旋转器控制器36之间的连接。

操作控制台6具有数据处理装置60。数据处理装置60可以包括计算机。数据处理装置60与控制接口62相连接。扫描架10被连接到控制接口62。数据处理装置60通过控制接口62控制扫描架10。

在扫描架10内的数据采集单元26、X射线控制器28、准直器控制器30以及旋转器控制器36通过控制接口62来控制。为了清楚起见，在图中未示出这些单元与控制接口62之间的各个连接。

数据采集缓冲器64被连接到数据处理装置60。扫描架10的数据采集单元26被连接到数据采集缓冲器64。数据采集单元26所采集的数据通过数据采集缓冲器64被输入到数据处理装置60。

数据处理装置60使用通过数据采集缓冲器64收集的传输X射线信号即投影信息来执行图像重建。存储装置66被连接到数据处理装置60。存储装置66将采集的投影信息、重建的X射线断层扫描图像信息以及实现所述装置的功能的程序存入数据采集缓冲器64中。

显示装置68和操作装置70被连接到数据处理装置60。显示装置68显示从数据处理装置60输出的X射线断层扫描图像信息和其它信息。操作者运行操作装置70来向数据处理装置60输入各种指令和信息。操作者使用显示装置68和操作装置70来交互地操作所述装置。扫描架10、成像台4以及操作控制台6对对象或模型进行成像来获得X射线断层扫描图像。

现在参考图2，示出了表示数据处理装置60的功能配置的功能框图。数据处理装置60包括处理装置71、图像重建装置72、后处理装置73、边界信息提取装置74、X射线衰减校正装置75以及散射X射线校正装置76。数据处理装置60是根据本发明的图像产生装置的典型实施例。

处理装置71对从数据采集缓冲器64输入的投影信息进行偏移校正和X射线探测器灵敏度校正。

图像重建装置72使用预处理的用于图像重建的投影信息P(i，j)来产生X射线断层扫描图像信息。例如在通过使用轴向扫描或螺线扫描采集投影信息时图像重建使用FBR(滤波的反投影)方法。此外，具有厚度的投影信息可以被视作应用三维图像重建方法的体积数据。

后处理装置73执行后处理，例如X射线断层扫描图像信息的CT值转换。应用了后处理的X射线断层扫描图像信息将被传送到显示装置68。

边界信息提取装置74从预处理的投影信息P(i，j)中确定边界信息，所述边界信息包括X射线吸收率发生不连续变化的边界位置的边界位置信息和指示X射线吸收率变化的幅度的幅度信息。边界信息提取装置74具有差分计算装置以用于在与X射线探测器的通道方向(下文称为通道方向)对应的方向上对投影信息进行差分运算。当差分值超过阈值时，它就确定边界位置。给定在视图号为j和通道号为i的位置处的投影值P(i，j)，差分值D的幅度可以由下式确定：

|D(i，j)|＝|[P(i+Δi，j)-P(i，j)]/Δi|

以及边界位置可以是|D(i，j)|＞th的通道号的位置，其中th是阈值。

散射X射线校正装置76为在投影信息中包括的视图号和通道号来计算散射X射线S(i，j)的量。散射X射线的量S(i，j)可以基于通过使用模型而获得的散射X射线信息来计算，并且通过考虑X射线行进穿过的对象内的投影长度进一步提高精度(例如参见JP-A-2005-095397)。

X射线衰减校正装置75使用由边界信息提取装置74所获得的边界信息来将X射线吸收率发生变化的边界位置处的X射线衰减量的校正应用于由散射X射线校正装置76计算的散射X射线量。X射线衰减校正装置75具有增益函数G(i，j)，该增益函数G(i，j)要与散射的X射线量相乘以校正散射的X射线量。现在增益函数G(i，j)可以是如下，其中f指定为多维函数，

G(i，j)＝1+f[|D(i，j)|]。

然后，每个通道号的散射X射线量S(i，j)乘以增益函数G(i，j)，以产生包含边界位置处的X射线衰减的校正的散射X射线量。增益函数调整变化的幅度并相应地调整校正量。多维函数可以被定义以便使得校正量在实验上最佳。

然后，X射线衰减校正装置75从投影信息减去这样校正的散射X射线量来校正散射的X射线。更具体地，当校正后的投影值是CP(i，j)时，那么

CP(i，j)＝P(i，j)-S(i，j)*G(i，j)

校正的投影值CP(i，j)将被输出到图像重建装置72以用于图像重建。

参考图3将更详细地描述通过数据处理装置60进行的X射线衰减校正的更具体操作。现在参考图3，示出了表示X射线衰减校正的操作的流程图。首先，操作者将对象1放置在孔29中来获得对象1的投影信息(步骤S301)。图3(A)示意性示出了要成像的对象1的横截面。在图3(A)所示的实例中，对象1具有椭圆形的低X射线吸收率的部分2和位于椭圆部分中心附近的球形的高X射线吸收率的部分3。图3(B)表示当图3(A)所示的对象1的横截面投影在垂直方向的平面时的投影信息。投影信息具有在通道方向上的半球形低X射线吸收率的部分2的投影图像、以及在该半球的中心附近包含高X射线吸收率的部分3的小半球部分的投影图像。可以对与环绕对象1达360度的旋转器单元34的旋转角对应的每个视图(j)，获得如上所述的投影信息。

此后，边界信息提取装置74对投影信息进行差分运算来提取边界位置和X射线吸收率变化的幅度，这二者都是边界信息(步骤S302)。图3(C)是一个用来确定差分值的幅度的图3(B)所示的投影信息的差分运算的典型实施例。该值在投影信息的投影值急剧变化的边界位置处很大。

此后，X射线衰减校正装置75执行在散射X射线校正装置76中对每个视图号和每个通道号计算的散射X射线量S(i，j)的校正(步骤S303)。这时，X射线衰减校正装置75使用增益函数来调整该差分值，即X射线吸收率变化的幅度和要与散射X射线量相乘的校正量。

图5(A)示出了当对象1具有如图3(A)所示的横截面时，类似于图3(B)在散射X射线校正装置76和视图号为j的投影方向中计算的散射X射线量S(i，j)。散射的X射线量在环绕中心的高X射线吸收率的部分3所位于的并且投影长度较长的位置变成较大值，以及在投影长度较短的外围逐渐变成较小值。图5(B)示出了一个实例，其中将如图3(C)所示的在通道方向的位置处差分值的幅度|D(i，j)|即X射线吸收率变化的幅度用于校正散射X射线的量S(i，j)。因为在投影值急剧变化的边界位置处存在X射线的某种衰减，所以散射X射线的量被认为足够高。

此后，X射线衰减校正装置75使用已经校正的默认模式的量来执行投影信息的色散校正(步骤S304)。在色散校正中，从投影信息P(i，j)的投影值减去散射的X射线量。图5(C)是一个使用如图5(B)所示的散射X射线的校正量S(i，j)×G(i，j)对图4(B)的投影信息进行色散校正的实例。图5(C)所示的实线表示对于色散所校正的投影信息CP(i，j)。为了比较，图5(C)所示的虚线表示与图4(B)所示的相同的投影信息P(i，j)。

此后，图像重建装置72使用校正的投影信息来执行图像重建(步骤S305)，因此重建的X射线断层扫描图像信息将被显示在显示装置68上(步骤S306)。

如上所述，在本发明的第一优选实施例中，从对象1的投影信息P(i，j)中提取包括X射线吸收率变化的边界位置和该变化的幅度的边界信息D(i，j)，然后边界信息被用来把与在边界位置处变化的幅度对应的量G(i，j)乘以散射的X射线量S(i，j)以校正在边界位置处的X射线衰减。然后，边界位置处的X射线衰减连同投影信息的散射X射线的校正一起被校正，以抑制在X射线断层扫描图像中看到的伪影。

第二实施例：

在上述的第一优选实施例中，对通道方向的投影信息进行差分运算，以提取X射线吸收率变化的边界信息。在本优选实施例中将描述一个实施例，其中对与X射线探测器的行方向对应的方向上的投影信息进行差分运算以提取行方向上的边界信息，该行方向是与X射线探测器的旋转方向垂直的宽度方向(下文中简称为行方向)。在这个实施例中将更详细地描述边界信息提取装置74和X射线衰减校正装置75，而对类似前述优选实施例的其它布置的描述将被省略。

在本实施例中，边界信息提取装置74具有用于对行方向上的投影信息进行差分运算和用于在差分值超过阈值时确定边界位置的差分装置。差分值Dk(i，k，j)的幅度可以由下式给出：

|Dk(i，k，j)|＝|[P(i，k+Δk，j)-P(i，k，j)]/Δk|

其中P(i，k，j)是在视图号为j和行号为k上的投影值，以及如果给定阈值th_k，则|Dk(i，k，j)|＞th_k的行号的位置将被确定为边界位置。

散射X射线校正装置76对在投影信息中包含的每个视图号、每个通道号和每个行号计算散射X射线量S(i，k，j)。以类算默认模式的量S(i，k，j)，以通过考虑X射线传输在对象内的投影长似于前述实施例的方式，基于通过使用例如模型获得的散射X射线信息可以计度和投影面积来进一步提高精度。

X射线衰减校正装置75使用通过边界信息提取装置74获得的边界信息来为在散射X射线校正装置76中计算的散射X射线量增加在X射线吸收率变化的边界位置的X射线衰减量的进一步校正。X射线衰减校正装置75具有增益函数G2(i，k，j)，该增益函数G2(i，k，j)要乘以散射的X射线量以校正散射的X射线量。现在增益函数被给出为G2(i，k，j)，以及f2被给出为多维函数，

G2(i，k，j)＝1+f2[|Dk(i，k，j)|]。

然后，散射的X射线量S(i，k，j)乘以增益函数G2(i，k，j)，以获得包含在边界位置处的X射线衰减的校正的散射X射线量。该增益函数用于调整变化的幅度和相应的校正量。多维函数可以在实验上被确定以使校正量变为最佳。

此外，X射线衰减校正装置75从投影信息中减去散射X射线的校正量来获得散射X射线的校正。换言之，校正后的投影值被给出为CP(i，k，j)，

CP(i，k，j)＝P(i，k，j)-S(i，k，j)*G2(i，k，j)。

校正后的投影信息CP(i，k，j)将被输出到图像重建装置72以执行图像重建。

从前述可以看出，在第二优选实施例中，边界信息D(i，k，j)包括来自对象1的投影信息P(i，k，j)的X射线吸收率变化的边界位置和变化的幅度，然后边界信息被用来把散射的X射线量S(i，k，j)乘以与在边界位置处变化的幅度对应的量G2(i，k，j)，以校正在边界位置处的X射线衰减。在行方向上投影信息的边界位置处的X射线衰减可以连同该投影信息的散射X射线的校正一起被校正，从而允许抑制在X射线断层扫描图像中看到的伪影。

第三实施例：

为了提取X射线吸收率变化的边界信息，在上述第一优选实施例中，对在通道方向上的投影信息进行差分运算，而在上述第二优选实施例中，本发明在行方向上进行差分运算。在本实施例中将描述一个例子，其中对通道方向和行方向上的投影信息都进行差分运算，以提取X射线吸收率发生变化的边界信息。在本优选实施例中将更详细地描述边界信息提取装置74和X射线衰减校正装置75，而对类似于第一实施例的其它布置将不作描述。

在本实施例中，边界信息提取装置74具有差分装置，用于对通道方向和行方向上的投影信息进行差分运算，以及用于在差分值超过阈值时确定边界位置。假定在视图号为j和行号为k的位置处的投影值为P(i，k，j)，则通道方向上的差分值Di(i，k，j)和行方向上的差分值Dk(i，k，j)的幅度可以由下式给出：

|Di(i，k，j)|＝|[P(i+Δi，k，j)-P(i，k，j)]/Δi|，

|Dk(i，k，j)|＝|[P(i，k+Δk，j)-P(i，k，j)]/Δk|。

边界位置可以从

|Di(i，k，j)|＞th_i

|Dk(i，k，j)|＞th_k的行号的位置给出。

其中th_i是通道方向上的阈值，th_k是行方向上的阈值。

散射X射线校正装置76对在投影信息中包含的每个视图号、每个通道号和每个行号计算散射X射线量S(i，k，j)。以类似于第一优选实施例的方式，基于通过使用例如模型获得的散射X射线信息来计算散射的X射线量S(i，k，j)，以通过考虑X射线传输在对象内的投影长度和投影面积来进一步提高精度。

X射线衰减校正装置75使用通过边界信息提取装置74获得的边界信息，以将在X射线吸收率变化的边界位置处的X射线衰减量的校正应用于由散射X射线校正装置76计算的散射X射线量。然后，X射线衰减校正装置75具有增益函数G3(i，k，j)，该增益函数G3(i，k，j)要乘以散射的X射线量以用于校正散射X射线量。增益函数G3(i，k，j)可以由下式给出：

G3(i，k，j)＝1+f3[|Di(i，k，j)|，|Dk(i，k，j)|]，

其中f3是多维函数。然后，增益函数G3(i，k，j)乘以散射X射线量S(i，k，j)来确定包含在边界位置处X射线衰减的校正的散射X射线量。增益函数调整变化的幅度和相应的校正量。多维函数可以在实验上被定义以使校正量变为最佳。

此外，X射线衰减校正装置75从投影信息中减去散射X射线的校正量来校正散射的X射线。更具体地，假定校正后的投影值CP(i，k，j)，那么

CP(i，k，j)＝P(i，k，j)-S(i，k，j)*G3(i，k，j)。

然后，校正的投影信息CP(i，k，j)将被输出到图像重建装置72以用于图像重建。

从前述描述可以认识到，第三优选实施例从对象1的投影信息P(i，k，j)中提取包括X射线吸收率发生变化的边界位置和变化的幅度的边界信息D(i，k，j)，然后使用边界信息来把散射的X射线量S(i，k，j)乘以与在边界位置处变化的幅度对应的量G2(i，k，j)，以校正在边界位置处的X射线衰减。在通道方向和行方向上的投影信息的边界位置处的X射线衰减连同投影信息的散射X射线的校正一起被校正，从而允许抑制在X射线断层扫描图像中看到的伪影。

第四实施例：

在上述的第一至第三实施例中，对投影信息P(i，j)进行差分运算以提取X射线吸收率发生变化的边界信息D(i，j)，然而，该边界信息也可以从具有重建的图像的X射线断层扫描图像信息中提取，以校正在边界位置处的X射线衰减。因此，在本发明的第四优选实施例中，从具有重建的图像的X射线断层扫描图像信息中提取边界信息，以校正在X射线吸收率发生变化的边界位置处的X射线衰减。

现在参考图6，示出了表示根据本发明第四优选实施例的数据处理单元61的功能布置的示意性功能框图。数据处理单元61对应于在图1的概观中所示的数据处理装置60，而其它单元的布置与图1所示的布置相同，它们的详细描述将被省略。

数据处理单元61包括预处理装置71、图像重建装置72、后处理装置73、边界信息提取装置84、X射线衰减校正装置85以及散射X射线校正装置76。所述的预处理装置71、图像重建装置72、后处理装置73以及散射X射线校正装置76与图2所示那些装置的功能相同。

尽管在第一优选实施例中，预处理装置71只向边界信息提取装置74输出预处理的投影信息，但是在第四优选实施例中，它向图像重建装置72和向X射线衰减校正装置85输出。然后，图像重建装置72使用从预处理装置71提供的投影信息执行图像重建来产生X射线断层扫描图像信息。

边界信息提取装置84使用从图像重建装置72获得的X射线断层扫描图像信息IMG(x，y)(这里x和y分别表示图像在水平和垂直方向上的位置坐标)来确定边界信息，所述边界信息包括X射线吸收率不连续变化的边界位置的边界位置信息和指示在该边界位置上的X射线吸收率变化的幅度的幅度信息。边界信息提取装置84具有：用于对在X射线断层扫描图像信息中包含的X射线断层扫描图像进行差分运算的差分装置；用于通过确定差分图像的绝对值来产生边界图像的绝对值装置；以及用于使用该边界图像来从对应于每个视角的位置确定多个投影图像的再投影装置。

为了从X射线断层扫描图像IMG(x，y)产生边界图像BIMG(x，y)，将使用下列公式(1)：

$\mathrm{BIMG}(x,y)=\left|\frac{\mathrm{IMG}(x,y)*\mathrm{HF}(x,y)}{\mathrm{IMG}(x,y)+1000}\right|---\left(1\right)$

在上述公式中“*”是卷积计算，HF(x，y)是高通类型的滤波函数。上述公式的分子构成上述的差分装置，而上述公式的分母构成标准化因子，以便不依赖于CT值。

然后，边界信息提取装置84为每个视图号和为每个通道号确定边界图像BIMG(x，y)的投影图像BD(i，j)。然后，当投影图像BD(i，j)具有不为零的投影值时，边界信息提取装置84将确定具有该投影值的通道方向上的位置为边界位置，以及确定该投影值的幅度为X射线吸收率变化的幅度。

X射线衰减校正装置85使用由边界信息提取装置84获得的边界信息，以将在X射线吸收率发生变化的边界位置处的X射线衰减量的校正应用于由散射X射线校正装置76计算的散射X射线量。类似于X射线衰减校正装置75，X射线衰减校正装置85具有要与散射X射线的量相乘的增益函数，以用于校正散射的X射线量。该增益函数可被表示为

G(i，j)＝1+f[|BD(i，j)|]

其中f是多维函数。现在将散射X射线的量定义为S(i，j)，校正的散射X射线的量根据定义为S(i，j)×G(i，j)。

X射线衰减校正装置85从来自预处理装置71的投影信息P(i，j)减去这样校正的散射X射线量CP(i，j)，以校正散射的X射线。

CP(i，j)＝P(i，j)-S(i，j)*G(i，j)

接着，参考图7将更详细地描述通过数据处理单元61进行的X射线衰减校正的更具体操作。现在参考图7，示出了表示X射线衰减的校正的操作的流程图。首先，操作者将对象2放置在孔29内来获得对象2的投影信息(步骤S701)。投影信息被传输到数据处理单元61，然后在预处理装置71中预处理，接着输出到图像重建装置72。然后，图像重建装置72将执行投影信息P(i，j)的图像重建(步骤S702)，以获得X射线断层扫描图像信息IMG(x，y)。图8(A)示出了来自对象2的X射线断层扫描图像的一个实例。所示出的X射线断层扫描图像结合了作为对象2的一大半的低X射线吸收的部分8、以及在低X射线吸收部分8内高X射线吸收的两个圆形部分9。在X射线断层扫描图像中用虚线示出的部分示意性表示由在X射线吸收率发生变化的边界位置上的X射线衰减产生的伪影7。

现在回到图7，数据处理单元61使用边界信息提取装置84提取边界信息(步骤S703)。在边界信息的提取中，对X射线断层扫描图像IMG(x，y)执行使用公式(1)的操作来确定边界图像BIMG(x，y)。图8(B)示出了由图8(A)所示的X射线断层扫描图像确定的边界图像。在图中提取对象2的低X射线吸收部分8和高X射线吸收部分9之间的边界区域。然后，边界信息提取装置84从边界图像BIMG(x，y)中计算作为每个视图号和每个通道号的边界信息的边界投影值BD(i，j)。图8(C)示出边界投影值的一个实例，其在垂直方向上被投影在图8(B)所示的边界图像的平面内。在图8(C)中，该边界投影值在低X射线吸收部分8的外围和在高X射线吸收部分9的外围较大，而包括高X射线吸收部分9的边界投影值指示一个比包括低X射线吸收部分8的边界投影值更大的值。

现在回到图7，数据处理单元61使用X射线衰减校正装置85来校正散射的X射线量(步骤S704)。在这个校正中，使用边界投影值BD(i，j)来确定增益函数G(i，j)，然后增益函数G(i，j)乘以散射的X射线量S(i，j)。

图9(A)示出了在对象2在垂直方向上由散射X射线校正装置76确定的散射X射线量S(i，j)。图9(B)示出了通过将散射的X射线量S(i，j)乘以边界投影值BD(i，j)的增益函数G(i，j)来校正的散射X射线量。

现在回到图7，数据处理单元61使用X射线衰减校正装置85来执行色散校正(步骤S705)。在色散校正中，X射线衰减校正装置85从预处理装置71获得的对象2的投影信息P(i，j)中减去校正的散射X射线量S(i，j)×G(i，j)。图9(C)示出了在图中用虚线表示的对象2的投影信息P(i，j)、以及在图中用实线表示的具有色散校正的对象2的投影信息CP(i，j)。

现在回到图7，数据处理单元61使用图像重建装置72从具有操作的色散校正的投影信息CP(i，j)执行图像重建(步骤S706)，然后在显示装置68上显示这样重建的图像(步骤S707)。在重建图像中，如在图8(A)的X射线断层扫描图像中所示的伪影7将被减轻。

从前述描述可以认识到，在本第二实施例中，从对象2的X射线断层扫描图像IMG(x，y)中提取仅包括X射线吸收率发生变化的边界位置的边界图像BIMG(x，y)，接着为每个视图号和为每个通道号计算边界图像的边界投影值BD(i，j)，然后将边界投影值用于校正散射的X射线量S(i，j)，然后该散射X射线量用于执行对象2的投影信息P(i，j)的色散校正。在X射线吸收率发生变化的边界位置处的X射线衰减连同投影信息的色散校正一起被校正，从而允许减轻在X射线断层扫描图像中显现的伪影7。

第五实施例：

在上述的第四优选实施例中，边界图像BIMG(x，y)是从X射线断层扫描图像中提取的，然后边界图像的边界投影值BD(i，j)被用于校正对象2的投影信息。可选择地，通过基于边界投影值校正的散射X射线量的图像重建来产生散射X射线图像，然后通过从X射线断层扫描图像减去该散射X射线图像，可以减轻散射X射线和伪影。在本发明的第五优选实施例中，通过边界投影值校正的散射X射线图像被用于校正在X射线断层扫描图像的X射线吸收率发生变化的边界位置处的X射线衰减。

现在参考图10，这是说明根据本发明第五优选实施例的数据处理单元63的功能布置的功能示意框图。数据处理单元63对应于在图1的概观中所示的数据处理装置60，而其它布置与图1所示的布置相同，它们的详细描述将被省略。

数据处理单元63包括预处理装置71、图像重建装置72、后处理装置73、边界信息提取装置84、X射线衰减校正装置95以及散射X射线校正装置76。所述预处理装置71、图像重建装置72、后处理装置73、边界信息提取装置84以及散射X射线校正装置76与如图6所示的第四优选实施例的那些装置的功能相同，因此它们的详细描述将被省略。然而，在本发明的第五优选实施例中，预处理装置71将不向X射线衰减校正装置95输出预处理投影信息，X射线衰减校正装置95仅使用已经执行图像重建的X射线断层扫描图像和散射X射线图像来校正在边界位置的X射线衰减。图像重建装置72将不直接向078输出重建图像，而是它将通过X射线衰减校正装置95向那里输出。

现在参考图11(A)，示出了要根据对象2的投影信息进行图像重建的X射线断层扫描图像IMG(x，y)的一个实例。对象2具有低X射线吸收部分8及其内部的两个圆形高X射线吸收部分9。在低X射线吸收部分8和高X射线吸收部分9的外围用虚线示出了一些伪影7。

以类似于X射线衰减校正装置85的方式，X射线衰减校正装置95使用从边界信息提取装置84的边界图像BIMG(x，y)获得的边界投影值BD(i，j)来校正由散射X射线校正装置76计算的散射X射线量S(i，j)。为了从X射线断层扫描图像IMG(x，y)中产生边界图像BIMG(x，y)，使用下列公式(2)：

BIMG(x，y)＝|IMG(x，y)*HF(x，y)|        (2)

在公式中“*”是卷积计算，而HF(x，y)是高通类型的滤波函数。通过使用与X射线衰减校正装置85类似的增益函数G(i，j)来转换边界投影值BD(i，j)。

此后，X射线衰减校正装置95向图像重建装置72输出散射X射线的校正量S(i，j)×G(i，j)。图像重建装置72接着执行散射X射线的校正量的图像重建来产生散射X射线图像SIMG(x，y)。图11(B)示出了对其已经执行图像重建的散射X射线图像的示意图。这个图像是在图11(A)中所示的伪影7部分的可视化。

此后，X射线衰减校正装置95从图像重建装置72输入散射X射线图像SIMG(x，y)，执行与X射线断层扫描图像IMG(x，y)的减法运算来产生减影图像DIMG(x，y)。更具体地，它计算

DIMG(x，y)＝IMG(x，y)-SIMG(x，y)。

图11(C)示出减法运算后的减影图像。该减影图像是一个从X射线断层扫描图像中消除了伪影7部分而产生的图像。

此后，X射线衰减校正装置95向后处理装置73输出该减影图像，并且在后处理之后，后处理装置73向显示装置68输出此减影图像。

从前述描述可以认识到，在本发明的第五优选实施例中，根据仅包括对象2的X射线断层扫描图像IMG(x，y)的边界的边界图像BIMG(x，y)来计算每个视图号和每个通道号的边界投影值BP(i，j)，然后边界投影值被用于校正散射X射线量S(i，j)，然后通过散射X射线量的图像重建来产生散射X射线图像SIMG(x，y)，此后X射线断层扫描图像与该图像SIMG(x，y)相减。在X射线吸收率发生变化的边界位置处的X射线衰减可以连同散射X射线图像的减影一起被校正，从而允许减轻在X射线断层扫描图像中显现的伪影7。

附图标记列表

图1

操作控制台6

显示装置68

操作装置70

数据处理装置60

数据采集缓冲器64

控制接口62

存储装置66

扫描架10

旋转器单元34

X射线管20

准直器22

孔29

准直器控制器30

X射线控制器28

X射线探测器24

数据采集单元26

旋转器控制器36

成像台4

图2

来自数据采集缓冲器64

数据处理装置60

预处理装置71

边界信息提取装置74

图像重建装置72

X射线衰减校正装置75

后处理装置73

散射X射线校正装置76

到显示装置68

图3

开始

获得对象的投影信息S301

提取边界信息S302

校正散射X射线S303

执行色散校正S304

执行图像重建S305

显示S306

结束

图4

(A)

对象1

低X射线吸收部分2

高X射线吸收部分3

(B)

投影值P(i，j)

通道号(i)

高X射线吸收部分3

低X射线吸收部分2

(C)

差分值D(i，j)的幅度

通道号(i)

图5

(A)

散射X射线的量S(i，j)

通道号(i)

(B)

散射X射线的校正量S(i，j)×G(i，j)

通道号(i)

(C)

校正的投影值CP(i，j)

通道号(i)

图6

来自数据采集缓冲器64

数据处理装置61

预处理装置71

边界信息提取装置84

图像重建装置72

X射线衰减校正装置85

后处理装置73

散射X射线校正装置76

到显示装置68

图7

开始

获得对象的投影信息S701

执行图像重建S702

提取边界信息S703

校正散射的X射线S704

执行色散校正S705

执行图像重建S706

显示S707

结束

图8

(A)

伪影7

低X射线吸收部分8

对象2

X射线断层扫描图像IMG(x，y)

高X射线吸收部分9

高X射线吸收部分9

(B)

边界图像BIMG(x，y)

(C)

边界投影值BD(i，j)

通道号(i)

图9

(A)

散射X射线的量S(i，j)

通道号(i)

(B)

散射X射线的校正量S(i，j)×G(i，j)

通道号(i)

(C)

校正的投影值CP(i，j)

通道号(i)

图10

来自数据采集缓冲器64

数据处理装置62

预处理装置71

边界信息提取装置84

图像重建装置72

X射线衰减校正装置95

后处理装置73

散射X射线校正装置76

到显示装置68

图11

(A)

伪影7

低X射线吸收部分8

对象2

X射线断层扫描图像IMG(x，y)

高X射线吸收部分9

高X射线吸收部分9

(B)

伪影7

散射X射线图像SIMG(x，y)

(C)

对象2

减影图像DIMG(x，y)

Claims (11)

1、一种X射线衰减校正方法，包括以下步骤：

通过使用对象的X射线投影信息或者由所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息来提取边界信息(S301)，所述边界信息包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息；以及

通过使用所述边界信息来校正在所述投影信息或所述X射线断层扫描图像信息中包含的所述边界位置的X射线衰减(S303)。

2、根据权利要求1所述的X射线衰减校正方法，其中提取边界信息(S301)的所述步骤包括以下步骤：

在与获得所述投影信息的X射线探测器的通道方向和/或行方向对应的方向上对所述投影信息的投影值进行差分运算；

提取所述差分值的幅度超过阈值的位置作为所述边界位置信息；以及

提取所述差分值的幅度作为所述幅度信息。

3、一种用于X射线CT装置的产生X射线断层扫描图像的图像产生装置(60)，包括：

用于通过使用对象的X射线投影信息或者由执行所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息来提取边界信息的装置(74)，所述边界信息包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息；以及

用于通过使用所述边界信息来校正在所述投影信息或所述X射线断层扫描图像信息中包含的所述边界位置的X射线衰减的装置(75，85，95)。

4、根据权利要求3所述的图像产生装置(60)，其中

用于提取边界信息的所述装置(74)包括：用于在与获得所述投影信息的X射线探测器的通道方向和/或行方向对应的方向上对所述投影信息的投影值进行差分运算的装置；以及用于提取所述差分值的幅度超过阈值的位置作为所述边界位置信息的装置。

5、根据权利要求3所述的图像产生装置(60)，其中

用于提取边界信息的所述装置(74)包括：用于对所述X射线断层扫描图像信息的X射线断层扫描图像进行差分运算的装置；用于对所述差分图像执行绝对值运算来产生边界图像的装置；以及用于通过使用所述边界图像来提取所述边界信息的装置。

6、根据权利要求5所述的图像产生装置(60)，其中

用于提取边界信息的所述装置(74)包括：用于通过使用所述边界图像来计算边界投影信息的装置；用于提取所述边界投影信息的边界投影值不为零的位置作为边界位置信息的装置；以及用于提取所述边界投影值作为所述幅度信息的装置。

7、根据权利要求3-6中任何一项所述的图像产生装置，其中

用于校正X射线衰减的所述装置(75，85，95)包括用于通过使用具有所述幅度信息的多维函数的增益函数来校正的装置。

8、根据权利要求7所述的图像产生装置，其中

用于校正X射线衰减的所述装置(75，85，95)包括：用于通过将所述投影信息中在所述边界位置的散射X射线量乘以所述增益函数的函数值、并且从所述投影信息中减去散射X射线的所述乘得的量来校正的装置。

9、根据权利要求7所述的图像产生装置，其中

用于校正X射线衰减的所述装置(75，85，95)包括：用于通过将所述X射线断层扫描图像信息中在所述边界位置的散射X射线量乘以所述增益函数的函数值、执行散射X射线的所述乘得的量的图像重建、并且从所述X射线断层扫描图像信息中减去该量的装置。

10、一种X射线CT装置，包括

X射线数据采集装置(10)，其包含X射线发生器(20)和与所述X射线发生器相对放置的X射线探测器(24)，用于通过围绕对象相对地旋转所述X射线发生器和所述X射线探测器来采集X射线投影数据；以及

图像信息产生装置(60)，用于使用所述X射线投影数据来产生对象的图像信息；

其中

所述图像产生装置(60)包括：

用于通过使用对象的X射线投影信息或者由执行所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息来提取边界信息的装置(74)，所述边界信息包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息；以及

用于通过使用所述边界信息来校正在所述投影信息或所述X射线断层扫描图像信息中包含的所述边界位置的X射线衰减的装置(75，85，95)。

11、一种用于X射线CT装置的产生X射线断层扫描图像的图像产生方法，包括以下步骤：

对对象的X射线投影信息或者由所述投影信息的图像重建所产生的X射线断层扫描图像信息进行差分运算，以用于提取包含X射线吸收率发生变化的边界位置的边界位置信息和指示所述变化的幅度的幅度信息的边界信息。

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