CN101095617A - X射线ct设备 - Google Patents

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贯井正健
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Abstract

本发明实现了对使用多行X射线检测器(24)的X射线CT设备(100)中断层图片质量的改善。当在z轴方向连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，位于两端的扫描位置上的X射线束的宽度相对于该多行X射线检测器(24)被精确地或近似地保持为D/2。或者，一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔被保持不超过D。可以改善取决于重构平面上z轴上的位置的图片质量的不均衡。

Description

X射线CT设备
技术领域
本发明涉及一种X射线CT(计算机断层摄影)设备和一种X射线CT成像方法，更具体地说，所涉及的X射线CT设备和X射线CT成像方法，当用具有矩阵结构的X射线区域检测器(通常是多行X-射线检测器或或平板)在对象的体轴方向(z轴方向)上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，能够改善取决于该重构平面的位置的图片质量不均衡、并减少任何不必要的辐射区域。
背景技术
用具有多行X射线检测器的X射线CT设备在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描的技术已经是众所周知的(例如参见JP-A250794/2003)。
另一方面，当要进行螺旋扫描时，为了防止在线性传送方向上比要在其中获取投影数据的线性传送区域更靠前的区域的辐射，已知有一种X射线CT设备使用在线性传送方向前方的准直仪在用X射线开始辐射的时候将该X射线束的端面位置限制在该线性传送方向前方的区域，并且它使用在线性传送方向后方的准直仪在结束用X射线的辐射的时候将该X射线束的端面位置限制在该线性传送方向后方的区域(例如参见JP-A 320609/2002)。
图28所示为第一个现有技术的例子，其中，通过具有多行X射线检测器24的X射线CT设备在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描或电影扫描。
在该第一现有技术的例子下，在z轴方向上的不同扫描位置z1、z3(＝z1+D)、z5(＝z3+D)和z7(＝z5+D)中进行常规扫描或电影扫描，并且重构平面P0至P8上的断层照片或者P0与P8之间随意位置中的断层照片被根据已经获取的投影数据进行图像重构。在这些等式中，D是当从该X射线管21的焦点观看多行X射线检测器24时，z轴方向上的多行X射线检测器24在X射线管21和多行X射线检测器24的旋转中心轴IC上的宽度，并且约为z轴方向上实际的多行X射线检测器24的宽度的1/2。
图29所示为在扫描位置z1中的常规扫描或电影扫描。图30所示为在该扫描位置z3中的常规扫描或电影扫描。
因为重构平面P0位于端部，所以只能够通过在图29中所示扫描位置z1中的常规扫描或电影扫描获得用于将重构平面P0上的断层照片的旋转轴上的像素进行图像重构的投影数据。而且，图29中所示重构平面P0中像素g上的投影数据例如可以在图29(b)中所示的视角而不是图29(a)中所示的视角上获得。此外，X射线束CB相对于重构平面P0被大大地倾斜。这样导致的问题就是，重构平面P0上断层图片的图片质量由于出现假象而被降低。类似地，还存在的问题是，位于另一端的重构平面P8上的断层图片的图片质量也被降低。此外，还存在另一问题，不必要的辐射区域出现在两端的重构平面P0和P8之外。
然后，虽然只能通过图29中所示扫描位置z1中的常规扫描或电影扫描获得用于进行重构平面P1上的断层照片的投影数据，但是它们可以在每一视角中的任何像素上获得。而且，X射线束CB没有被相对于该重构平面P1倾斜。结果，重构平面P1上的断层图片的图片质量足够高。
接着，可以通过在图29中所示扫描位置z1中的常规扫描或电影扫描和图30中所示扫描位置z3中的常规扫描或电影扫描获得用于进行该重构平面P2上的断层照片的投影数据。然而，(例如)图29和图30中所示重构平面P2中像素g上的投影数据可以从图29(b)和图30(b)中所示的视角而不是图29(a)和图30(a)中所示的视角上获得。而且，X射线束CB相对于该重构平面P0被大大倾斜。结果，问题是重构平面P2上的断层图片的图片质量虽然比重构平面P0上的断层图片的质量好，但是比重构平面P1上的断层图片的质量差。
图31所示为第二个现有技术的例子，在这个例子中，由具有多行X射线检测器的X射线CT设备在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描或电影扫描。
在这个第二个现有技术的例子下，在z轴方向上的不同扫描位置z0、z2、z4、z6和z8中进行常规扫描或电影扫描，并且重构平面P0至P8上的断层照片要根据已经获取的投影数据进行图像重构。
这样，重构平面P0、P2和P8上的断层图片的图片质量足够高。然而，问题是，重构平面P1上的断层图片的图片质量比重构平面P0、P2和P8上的断层图片的质量差。
因此，本发明的一个目标是，当用有多行X射线检测器的X射线CT设备在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描或电影扫描时，改善取决于该重构平面的位置的图片质量不均衡。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明提供一种X射线CT设备，其特征在于：配备有投影数据获取装置，用于当在xy平面内围绕位于X射线发生装置与多行X射线检测器之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置和与该X射线产生装置相对的多行X射线检测器时获取位于其间的目标对象的投影数据；准直仪，用于控制在垂至于该xy平面的方向上辐射多行X射线检测器的X射线束的开口宽度；扫描台，用于在z轴方向上传送目标对象；图像重构装置，用于根据已经获取的投影数据对断层图片进行图像重构；图像显示器，用于显示已经经过图像重构的断层图片；扫描条件设定装置，用于设定获取投影数据的各种扫描条件；以及控制器，用于当在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，在两个扫描位置都控制准直仪，以使得该X射线束的宽度相对于该旋转中心轴上该多行X射线检测器宽度相对于旋转中心轴上的X-射线检测器宽度D为D/2或近似D/2，或者使得该X射线束的扩展角相对于检测器角度θ为θ/2或近似θ/2，并且控制扫描台以保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔不超过D。
根据第一方面的X射线CT设备，一旦重构平面被设定在第一扫描位置到最终扫描位置的范围内，就可以获得位于两端的重构平面上的任何像素在每一视角中的投影数据，并且减少X射线束相对于该重构平面的倾斜。结果，即使在两端的重构平面上，断层图片的图片质量也变得足够好。而且，由于一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔被保持不超过D，所以可以减少位于一个扫描位置与另一扫描位置之间的重构平面上的X射线束的倾斜及其变动，从而能够改善该断层图片的图片质量。因此，可以改善取决于重构平面位置的图片质量的不均衡性。而且，由于X射线束的宽度被限制在两端的扫描位置中，所以可以减少任何不必要的辐射区域。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种X射线CT设备，其特征在于：配备有投影数据获取装置，用于当在xy平面内围绕位于X射线产生装置与多行X射线检测器之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置和与该X射线产生装置相对的多行X射线检测器时获取位于其间的目标对象的投影数据；准直仪，用于控制在垂至于该xy平面的方向上辐射到该多行X射线检测器的X射线束的开口宽度；扫描台，用于在z轴方向上传送该对象；图像重构装置，用于根据已经获取的投影数据对断层图片进行图像重构；图像显示器，用于显示已经经过图像重构的断层图片；扫描条件设定装置，用于设定获取投影数据的各种扫描条件；以及控制器，当在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，用于在两个扫描位置都控制该准直器，以使该X射线束的宽度相对于旋转中心轴上的多行X射线检测器宽度D为D/2或近似D/2，或者使得该X射线束的扩展角相对于检测器角度θ为θ/2或近似θ/2。
根据第二方面的X射线CT设备，一旦重构平面被设定在第一扫描位置到最终扫描位置的范围内，就可以获得在两端的重构平面上任何像素在每一视角中的投影数据，并且减少X射线束相对于该重构平面的倾斜。而且，由于X射线束的宽度被限制在两端的扫描位置中，所以可以减少任何不必要的辐射区域。
根据本发明的第三方面，本发明提供一种X射线CT设备，其特征在于：配备有投影数据获取装置，用于在xy平面内围绕位于X射线产生装置与多行X射线检测器之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置和与该X射线产生装置相对的多行X射线检测器时获取位于其之间的对象的投影数据；准直仪，用于控制在垂直于该xy平面的方向上辐射到该多行X射线检测器的X射线束的开口宽度；扫描台，用于在z轴方向上传送该对象；图像重构装置，用于根据已经获取的投影数据对断层图片进行图像重构；图像显示器，用于显示已经经过图像重构的断层图片；扫描条件设定装置，用于设定获取该投影数据的各种扫描条件；以及控制器，当在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，用于控制该扫描台，以保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔相对于中心旋转轴上多行X射线检测器宽度D不超过D。
根据第三方面的X射线CT设备，由于一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔被保持不超过D，所以它可以减小位于一个扫描位置与另一扫描位置之间的重构平面上的X-射线束的倾斜以及它的波动，从而能够改善断层图片的图片质量。因此，可以改善取决于重构平面的位置的图片质量的不均衡性。
根据本发明的第四方面，本发明提供一种根据第一至第三方面中的任何方面的X射线CT设备，其特征在于：配备有投影数据合成装置，用于通过将已经在不同扫描位置中获得的并且与通过重构平面上相同像素的X射线束匹配的投影数据进行内插或加权相加而合成用于图像重构的投影数据。
根据第四方面的X射线CT设备，由于其在投影数据阶段合成在不同扫描位置中获得的投影数据，所以具有只需要图像重构计算一个步骤的优点。
根据本发明的第五方面，本发明提供一种根据第一至第三方面中的任一方面的X射线CT设备，其特征在于：配备有投影数据合成装置，用于通过将已经在不同扫描位置中获得的并且与通过该重构平面上相同像素或该像素附近的X射线束匹配的投影数据进行内插或加权相加，合成用于图像重构的投影数据。
根据第五方面的X射线CT设备，由于其在投影数据阶段合成在不同扫描位置中获得的投影数据，所以具有只需要图像重构计算一个步骤的优点。而且，由于其不仅合成通过重构平面上相同像素的投影数据，而且合成通过该像素附近的投影数据，所以可以改善图片质量。
根据本发明的第六方面，本发明提供一种根据第五方面的X射线CT设备，其特征在于：附近是指在z轴方向上以该像素为中心的指定范围。
根据第六方面的X射线CT设备可以对z轴方向上想要的宽度的断层图片进行图像重构。
根据本发明的第七方面，本发明提供一种根据第四至第六方面中任一方面的X射线CT设备，其特征在于：根据通过与要进行内插或加权相加的投影数据集匹配的像素的X射线束的几何位置和方向确定用于内插的内插系数或用于加权相加的加权相加系数。
根据第七方面的该X射线CT设备，由于其根据该X射线束的几何位置和方向控制内插系数或加权相加系数，所以可以通过减少假象而改善图片质量。
根据本发明的第八方面，本发明提供一种根据第一至第三方面中任一方面的X射线CT设备，其特征在于：该图像重构装置配备有断层图片合成装置，用于通过将来自在相同的扫描位置中获取的投影数据的断层图片进行图像重构、并且将来自不同扫描位置中相同重构平面上的投影数据的已经经过图像重构的断层图片逐像素地进行内插或加权相加而合成新的断层图片。
根据第八方面的X射线CT设备，由于其根据在不同扫描位置中获取的投影数据合成断层图片，并且在投影数据阶段合成它们，所以具有获得多种类型的断层图片的优点。
根据本发明的第九方面，本发明提供一种根据第八方面的X射线CT设备，其特征在于：该图像重构装置配备有断层图片合成装置，其通过将来自在相同的扫描位置中获取的投影数据的一个或多个重构平面上的断层图片进行图像重构、并且将来自该相同扫描位置中和不同扫描位置中包含在z轴方向上指定范围内的重构平面上的投影数据的已经经过图像重构的断层图片逐像素地进行内插或加权相加而合成新的断层图片。
根据第九方面的X射线CT设备，由于其根据在不同扫描位置中获取的投影数据合成断层图片，并且在投影数据阶段合成它们，所以具有获得多种类型的断层图片的优点。而且，其不仅合成相同重构平面上的断层图片，而且合成包含在z轴方向上指定范围内的重构平面上的断层图片，所以可以将z轴方向上指定宽度的断层图片进行图像重构。
根据本发明的第十方面，本发明提供一种根据第八方面或第九方面的X射线CT设备，其特征在于：根据通过与要进行内插或逐像素加权相加的断层图片的像素的X射线束的几何位置和方向确定内插的内插系数或加权相加的加权相加系数。
根据第十方面的X射线CT设备，由于其根据X射线束的几何位置和方向控制内插系数或加权相加系数，所以可以通过减少假象改善图片质量。
根据本发明的第十一方面，本发明提供一种X射线CT成像方法，用于当在xy平面内围绕位于X射线产生装置与多行X射线检测器之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置和与该X射线产生装置相对的多行X射线检测器时获取位于其之间的对象的投影数据，其中，当在垂至于该xy平面的z轴方向上在连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，在两个扫描位置，使得在z轴方向上该X射线束的宽度相对于该旋转中心轴上该多行X射线检测器宽度D为D/2或近似为D/2，或者使得在z轴方向上该X射线束的扩展角相对于检测器角度θ为θ/2或近似为θ/2，并且保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔不超过D。
通过根据第十一方面的X射线CT成像方法，一旦重构平面被设定在第一扫描位置到最终扫描位置的范围内，就可以获得在两端的重构平面上的任何像素在每一视角中的投影数据，并且减少X射线束相对于重构平面的倾斜。结果，即使两端重构平面上的断层图片的图片质量也变得足够好。而且，由于一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔保持不超过D的，所以可以减少位于一个扫描位置与另一扫描位置之间的重构平面上X射线束的倾斜及其波动，从而能够改善该断层图片的图片质量。因此，可以改善取决于重构平面的位置的图片质量的不均衡性。而且，由于该X射线束的宽度被限制在两端的扫描位置中，所以可以减少任何不必要的辐射区域。
根据本发明的第十二方面，本发明提供一种X射线CT成像方法，用于当在xy平面内围绕位于X射线产生装置与多行X射线检测器之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置和与该X射线产生装置相对的多行X射线检测器时获取位于其间的目标对象的投影数据，其中，当在垂直于该xy平面的z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，在两个扫描位置上，使得z轴方向上X射线束的宽度相对于该旋转中心轴上该多行X射线检测器宽度D为D/2或近似为D/2，或者使得在z轴方向上该X射线束的扩展角度相对于检测器角度θ为θ/2或近似为θ/2。
通过根据第十二方面的X射线CT成像方法，一旦重构平面被设定在第一扫描位置到最终扫描位置的范围内，就可以获得在两端重构平面上的任何像素在每一视角中的投影数据，并且减少X射线束相对于重构平面的倾斜。结果，即使两端重构平面上的断层图片的图片质量也变得足够好。而且，由于X射线束的宽度被限制在两端的扫描位置中，所以可以减少任何不必要的辐射区域。
根据本发明的第十三方面，本发明提供一种X射线CT成像方法，用于当在xy平面内围绕位于X射线产生装置与多行X射线检测器之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置和与该X射线产生装置相对的多行X射线检测器时获取位于其之间的对象的投影数据，其中，当在垂直于该xy平面的z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔不超过D。
通过根据第十三方面的X射线CT成像方法，由于一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔被保持不超过D，所以可以减少位于一个扫描位置与另一扫描位置之间的重构平面上的X射线束的倾斜及其波动，从而能够改善该断层图片的图片质量。因此，可以改善取决于重构平面的位置的图片质量的不均衡。
根据本发明的第十四方面，本发明提供一种根据第十一至第十三方面中的任意方面的X射线CT成像方法，其特征在于：根据通过将已经在不同扫描位置中获得的并且与通过该重构平面上相同像素的X射线束匹配的投影数据进行内插或加权相加所得到的投影数据将断层图片进行图像重构。
通过第十四方面的X射线CT成像方法，由于其在投影数据阶段合成在不同扫描位置中获得的投影数据，所以具有只需要图像重构计算一个步骤的优点。
根据本发明的第十五方面，本发明提供一种根据第十一至第十三方面中的任意方面的X射线CT成像方法，其特征在于：通过将已经在不同扫描位置中获得的并且与通过该重构平面上相同像素或该像素附近的该X射线束匹配的投影数据进行内插或加权相加，合成用于图像重构的投影数据。
通过第十五方面的X射线CT成像方法，由于其在投影数据阶段合成在不同扫描位置中获得的投影数据，所以具有只需要图像重构计算一个步骤的优点。而且，由于其不仅合成通过该重构平面上相同像素的投影数据，而且合成通过该像素附近的投影数据，所以可以改善图片质量。
根据本发明的第十六方面，本发明提供一种根据第十五方面的X射线CT成像方法，其特征在于：附近是指以该像素为中心在z轴方向上的指定范围。
通过第十六方面的X射线CT成像方法可以对z轴方向上所想要的宽度的断层图片进行图像重构。
根据本发明的第十七方面，本发明提供一种根据第十四至第十六方面中的任意方面的X射线CT成像方法，其特征在于：根据通过与要进行内插或加权相加的投影数据集匹配的像素的X射线束的几何位置和方向确定用于内插的内插系数或用于加权相加的加权相加系数。通过第十七方面的X射线CT成像方法，由于根据X射线束的几何位置和方向控制内插系数或加权相加系数，所以可以通过减少假象来改善图片质量。
根据本发明的第十八方面，本发明提供一种根据第十一至第十三方面中的任何方面的X射线CT成像方法，其特征在于进一步包括步骤：将来自在相同的扫描位置中获取的投影数据的断层图片进行图像重构，以及通过将来自不同扫描位置中相同重构平面上的投影数据的已经经过图像重构的断层图片逐像素地进行内插或加权相加来合成新的断层图片。
通过第十八方面的X射线CT成像方法，由于其根据在不同扫描位置中获取的投影数据合成断层图片，并在投影数据阶段合成它们，所以具有获得多种类型的断层图片的优点。
根据本发明的第十九方面，本发明提供一种根据第十八方面的X射线CT成像方法，其特征在于进一步包括：将来自在相同的扫描位置中获取的投影数据的一个或多个重构平面上的断层图片进行图像重构，并通过将来自该相同扫描位置中和不同扫描位置中包含在z轴方向上指定范围内的重构平面上的投影数据的已经经过图像重构的断层图片逐像素地进行内插或加权相加来合成新的断层图片。
通过第十九方面的X射线CT成像方法，由于其根据在不同扫描位置中获取的投影数据合成断层图片，并在投影数据阶段将它们合成，所以具有获得多种类型的断层图片的优点。而且，由于不仅合成相同重构平面上的断层图片，而且合成包含在z轴方向上指定范围内的重构平面上的断层图片，所以可以将z轴方向上指定宽度的断层图片进行图像重构。
根据本发明的第二十方面，本发明提供一种根据第十八方面或第十九方面的X射线CT成像方法，其特征在于：根据通过与要进行内插或逐像素加权相加的断层图片的X射线束的几何位置和方向确定用于内插的内插系数或用于加权相加的加权相加系数。
通过第二十方面的X射线CT成像方法，由于其根据X射线束的几何位置和方向控制内插系数或加权相加系数，所以可以通过减少假象来改善图片质量。
当通过具有多行X射线检测器的X射线CT设备在目标对象的体轴方向(z轴方向)上连续的不同扫描位置中进行常规扫描或电影扫描时，根据本发明的X射线CT设备和X射线CT成像方法可以帮助改善取决于重构平面的位置的图片质量不均衡性。
附图说明
图1的配置结构图示出了与实施例1有关的X射线CT设备。
图2的简图示出了从z轴方向上看到的X射线管和多行X射线检测器的几何排列。
图3的简图示出了从x轴方向上看到的X射线管和多行X射线检测器的几何设排列。
图4的流程图示出了与实施例1有关的X射线CT设备的操作。
图5的简图示出了与实施例1有关的扫描位置和X射线束。
图6的简图示出了行方向滤波器系数。
图7的简图示出了片层厚度在重构区域的周边比在中心大的情况。
图8的简图示出了在各个通道中变化的行方向滤波器系数。
图9的简图示出了片层厚度不管是在重构区域的周边还是中心都均衡的情况。
图10的简图示出了用于减少片层厚度的行方向滤波器系数。
图11的流程图示出了与实施例1有关的三维背投处理的详情。
图12的概念图示出了重构平面P上的像素行被投射在X射线传输方向上的情况。
图13的概念图示出了将重构平面P上的像素行投射到检测器面上的一条线。
图14的概念图示出了尽管扫描位置不同但穿过相同重构平面P上的相同像素g的X射线束。
图15的概念图示出了尽管扫描位置不同但穿过相同重构平面P上的相同像素g以及像素g附近的X射线束。
图16的概念图示出了在视角view＝0°时重构平面P上的像素数据Dr。
图17的概念图示出了在视角view＝0°时重构平面P上的背投像素数据D2。。
图18的简图示出了通过将背投像素数据D2逐像素地进行全视角相加得到背投数据D3的情况。
图19的概念图示出了环形重构平面P。
图20的概念图示出了与实施例1有关的效果。
图21的简图示出了与实施例2有关的X射线束的扫描位置和扩展。
图22的简图示出了与实施例3有关的X射线束的扫描位置和扩展。
图23的简图示出了与实施例4有关的的X射线束的扫描位置和扩展。
图24为关于实施例5的X射线CT成像方法的流程图。
图25为关于实施例5的三维背投处理的详细流程图。
图26的概念图示出了关于实施例5的效果。
图27为关于实施例6的X射线CT成像方法的流程图。
图28的简图示出了关于第一个现有技术例子的X射线束的扫描位置和扩展。
图29的概念图示出了关于第一现有技术例子的问题。
图30为描述关于第一现有技术例子的问题的另一概念图。
图31的简图示出了关于第二现有技术例子的X射线束的扫描位置和扩展。
具体实施方式
下面将参考用于实现本发明的所述模式更详细地说明本发明。顺便提一下，本发明并不受下述说明的限制。
实施例1
图1的配置结构图示出了关于实施例1的X射线CT设备。
该X射线CT设备100配备有操作控制台1、扫描台10和扫描机架20。
所提供的操作控制台1具有：输入单元2，其接收该操作者的输入；中央处理单元3，其执行预处理、图像重构处理、后处理等；数据获取缓冲器5，其获取通过扫描机架20获得的投影数据；显示单元6，其显示根据从预处理所获取的投影数据得到的投影数据重构出的断层图片；以及存储器单元7，其存储程序、数据、投影数据和X射线断层图片。
所提供的该扫描台10具有支架12，其将安放在其上的对象带进和带出该扫描机架20中的开口。该支架12通过安装在该扫描台10中的电机向上和向下以及线性移动。
所提供的该扫描机架20具有：X射线管21、X射线控制器22、准直仪23、多行X射线检测器24、DAS(数据获取系统)25、控制该X射线管21和其它元件围绕旋转中心轴转动的旋转部件控制器26、与操作控制台1和扫描台10交换控制信号等的调节控制器29、以及传输功率、控制信号和所获取的信号的集流环30。扫描机架20通过扫描机架倾斜控制器27可以向前或向后倾斜±30°。
图2和图3的简图示出了该X射线管21和该多行X射线检测器24的几何设置。
X射线管21和多行X射线检测器24围绕该旋转中心轴IC转动。其中垂直方向假定为y轴方向，支架12的线性传送方向假定为z轴方向，垂至于y轴方向和z轴方向的方向假定为x方向，并且扫描机架20的倾斜角度假定为0°，X射线管21和多行X射线检测器24的旋转平面为xy平面。
X射线管21产生已知为锥形束的X射线束CB。射束中心轴BC是X射线束CB的中心轴，当它的方向平行于y轴方向时，视角假定为0°。
多行X射线检测器24具有第一至第J行检测器，例如J＝256。此外每一行检测器具有第一至第I个通道，例如I＝1024。
如图3中所示，多行X射线检测器宽度D为当从X射线管21的焦点察看多行X射线检测器24时在z轴方向上的多行X射线检测器24在该旋转中心轴IC上的宽度。进一步，检测器角度θ为当从X射线管21的焦点察看多行X射线检测器24时在z轴方向上的多行X射线检测器24的角度。
准直仪23a规定了z轴方向上的X射线束CB的前侧的开口边缘，准直仪23b规定了z轴方向上的X射线束CB的后侧的开口边缘。
使用X射线进行辐射并获取的投影数据经过从多行X射线检测器24到达DAS 25的A/D转换，并通过集流环30被输入到数据获取缓冲器5。
输入到数据获取缓冲器5的投影数据根据存储在该存储器单元7中的程序由中央处理单元3进行图像重构，并且被转换成为断层图片。该断层图片显示在显示单元6上。
图4的流程图描述了X射线CT设备100的操作。
在步骤S1，在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描或电影扫描，以获取投影数据。
例如在图5中所示的扫描位置z0中，围绕旋转中心轴IC转动X射线管21和多行X射线检测器24，以获取投影数据，包括由视角view、检测器行号j和通道号i表示的向其添加了扫描位置z0的投影数据D0(view，j，i)。于是，控制准直仪23a以使在z轴方向上的X射线束CB的前侧的开口边缘为“z0-δ”，(δ为0或适当小的正数)，并且控制准直仪23b以使在z轴方向上的X射线束CB的后侧的开口边缘为“z2+D/2+δ”。结果，X射线束CB的扩展角度相对于检测器角度θ变为θ/2或基本上为θ/2。
接着，控制支架12进行D/2的线性传送，并且在扫描位置z1(＝z0+D/2)中围绕旋转中心轴IC转动X射线管21和多行X射线检测器24以获取投影数据，包括由视角view、检测器行号j和通道号i表示的向其添加了扫描位置z1的投影数据D0(view，j，i)。于是，控制准直仪23a以使在z轴方向上的X射线束CB的前侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z1-D/4-δ”，并且控制准直仪2 3b以使在z轴方向上的X射线束CB的后侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z1+D/2+δ”。
然后，控制支架12进行D/2的线性传送，并且在扫描位置z2(＝z1+D/2)中围绕旋转中心轴IC转动X射线管21和多行X射线检测器24以获取投影数据，包括由视角view、检测器行号j和通道号i表示的向其添加了扫描位置z2的投影数据D0(view，j，i)。于是，控制准直仪23a以使在z轴方向上的X射线束CB的前侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z2-D/2-δ”，并且控制准直仪23b以使在z轴方向上的X射线束CB的后侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z2+D/2+δ”。
接下来，类似于在扫描位置z2中，支架12一次线性传送D/2，并且通过在扫描位置z2、z3、z4、z5和z6中进行常规扫描或电影扫描获取投影数据D0。
然后，控制该支架12进行D/2的线性传送，并且围绕该旋转中心轴I C在该扫描位置z7(＝z6+D/2)中转动该X射线管21和该多行X射线检测器24，以获取投影数据，包括通过视角view、检测器行号j和通道号i表示的投影数据D0(view，j，i)，其添加有该扫描位置z7。于是，控制准直仪23a以使在z轴方向上的X射线束CB的前侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z7-D/2-δ”，并且控制准直仪23b以使在z轴方向上的X射线束CB的后侧的开口边缘为该旋转轴IC上的“z8+D/4+δ”。
接着，控制支架12进行D/2的线性传送，并且在扫描位置z8(＝z7+D/2)中围绕旋转中心轴IC转动X射线管21和多行X射线检测器24以获取投影数据，包括通过视角view、检测器行号j和通道号i表示的向其添加了扫描位置z8的投影数据D0(view，j，i)。于是，控制准直仪23a以使在z轴方向上的X射线束CB的前侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z8-D/2-δ”，并且控制准直仪23b以使在z轴方向上的X射线束CB的后侧的开口边缘为旋转轴IC上的“z8+δ”。
参照图4，在步骤S2，将在扫描位置z0至z8中所获取的投影数据D0(view，j，i)进行预处理，包括偏移校正、算法转换、X射线剂量校正以及灵敏度校正，以得到投影数据Din(view，j，i)。
在步骤S3，将在扫描位置z0至z8中所获取并且已经经过预处理的投影数据Din(view，j，i)进行射束硬化。该射束硬化由(例如)下面的多项式表示，其中B0、B1和B2为射束硬化系数：
Dout(view，j，i)＝Din(view，j，i)×(B0(ji)+B1(j，i)×Din(view，j，i)+B2(j，i)×Din(view，j，i)2)
由于这里可以将多行X射线检测器24的每个检测器行进行独立的射束硬化校正，如果在扫描条件下数据获取线的管电压不同，那么可以补偿该检测器行之间的特征差异。
在步骤S4，将在扫描位置z0至z8中所获取的并且已经经过预处理和射束硬化校正的投影数据Dout(view，j，i)进行滤波卷积，通过其应用z轴方向(行方向)上的滤波。因而，投影数据Dout(view，j，i)被乘以行方向上的行方向滤波器系数Wk(i)，如图6中所示，以计算出投影数据Dcor(view，j，i)。
Dcor ( view , j , i ) = Σ k = 1 5 ( Dout ( view , j + k - 3 , i ) × Wk ( i ) )
其中得到：
Σ k = 1 5 ( Wk ( i ) ) = 1
Dout(view，-1，i)＝Dout(view，0， i)＝Dout(view，1，i)
Dout(view，J+1，i)＝Dout(view，J+2，i)＝Dout(view，J，i)
进一步通过逐通道改变该行方向滤波器系数，可以根据到重构中心的距离控制片层厚度。
从图7中所示的片层SL可以看到，通常片层厚度在重构周边比在中心大。考虑到这一点，如图8中所示，通过使用将中心通道的厚度变大的行方向滤波器系数Wk(中心通道的i)和将周边通道的厚度变小的行方向滤波器系数Wk(周边通道的i)，就可以得到片层厚度在重构的中心和周边都基本上均衡的片层SL，如图9中所示。
通过行方向滤波器系数Wk(i)轻微地增加片层厚度可以导致假象和噪声都得到改善。这样就使得能够控制假象改善和噪声改善的程度。换言之，即使经过三维图像重构的断层图片的图片质量也可以控制。
通过使行方向滤波器系数Wk(i)为如图10中所示的去卷积滤波，可以实现小片层厚度的断层图片。
再参照图4，处理重构函数的卷积。因而，该傅立叶变换的结果被乘以该重构函数，以得到逆傅立叶变换。重构函数的卷积之后的投影数据由Dr(view，j，i)表示，重构函数由Kernel(j)表示，并且卷积计算由*表示，那么可以通过下面的方式表示卷积该重构函数的处理：
Dr(view，j，i)＝Dcor(view，j，i)*Kernel(j)
由于可以使用独立的重构函数Kernel(j)在每一检测器行上独立地处理重构函数卷积，所以可以补偿检测器行之间在噪声特性和分辨率特性中的差异。
在步骤S6，将投影数据Dr(view，j，i)进行三维背投处理，以计算出背投数据D3(x，y)。后面将参照图11描述该三维背投处理。
在步骤S8，将背投数据D3(x，y)进行后处理，包括图像滤波卷积和CT值转换，以得到断层图片。
在该图像滤波卷积处理中，已经经过图像滤波卷积处理的数据由D4(x，y)表示，并且图像滤波器由Filter(x，y)表示，那么下式成立：
D4(x，y)＝D3(x，y)*Filter(x，y)
然后，由于可以在断层图片的每一片层位置中独立地处理图像滤波卷积，所以可以补偿片层位置之间在噪声特性和分辨率特性中的差异。
图11的流程图示出了三维背投处理的细节(图4中的步骤S6)
在步骤S61，注意到所有视角中用于断层图片重构所必须的一个视角(也就是对应于360°的视角或对应于180°+扇角的视角)，并且从也包括扫描位置不同的投影数据的投影数据中提取多组对应于重构平面P的每一像素的所注意的视角的投影数据，并对其进行内插或加权相加，以得到投影数据Dr。
如图12中所示，在具有平行于xy平面的512×512像素的正方形重构平面P的范例情况中，其中平行于x轴的y＝0像素行由L0表示，y＝63的像素行由L63，y＝127的像素行由L127表示，y＝191的像素行由L191表示，y＝255的像素行由L255表示，y＝319的像素行由L319表示，y＝383的像素行由L383表示，y＝447的像素行由L447表示，y＝511的像素行由L511表示，提取出从在如图13中所示某扫描位置中在X射线束的传输方向上在多行X射线检测器24的表面上的这些像素行L0至L511的投影数据得到的线T0至T511上的投影数据D0。另外，在一条线有部分超出多行X射线检测器24的地方，如图13中的线T0，对应的投影数据D0被减小到“0”。或者在一条线有部分超出检测器行方向的地方，通过推断计算出投影数据D0。通过对不同的扫描位置应用这一过程来提取检测器行L0至L511的投影数据D0。将多组所提取的投影数据D0进行内插或加权相加就会得到检测器行L0至L511的投影数据Dr。例如，如果如图14中所示提取了与通过像素g的X射线束匹配的多组投影数据D0_1和D0_2，那么下式成立：
Dr＝k1·D0_1+k2·D0_2
其中k1和k2为内插系数或加权相加系数，它们是根据通过与要进行内插或加权相加的该组投影数据D0匹配的像素的X射线束的几何位置和方向确定的。附带地，假定k1+k2＝1。
而X射线束的传输方向由X射线管21的焦点以及像素和多行X射线检测器24的几何位置确定，由于投影数据D0(view，j，i)的z坐标已知，所以即使在加速或减速下也能为D0(view，j，i)准确地计算出X射线束的传输方向。
另外，如图15中所示，可以将多组投影数据D0(它们在相同扫描位置和不同扫描位置中获取的并且与通过重构平面P上的相同像素或者z轴方向上以像素g为中心的附近范围th的X射线束匹配)进行内插或加权，以合成投影数据Dr图像重构。
通过这种方式，如图16中所示，可以得到与重构平面P上的每一像素匹配的投影数据Dr(view，j，i)。
再参照图11，在步骤S62，投影数据Dr(view，x，y)被乘以一个锥形束重构加权系数，以得到图17中所示的投影数据D2(view，x，y)。
这里在下面描述该锥形束重构加权系数。
在扇束图像重构的情况下，连接X射线管21的焦点和view＝βa中(xy平面上)重构平面P上的像素g(x，y)的直线与X射线束的中心轴BC所形成的角度由γ表示，并且与其相对的视角为view＝βb，那么下式成立：
βb＝βa+180°-2γ
由通过重构平面P上的像素g(x，y)的X射线束所形成的角度和重构平面P上与其相对的X射线束所形成的角度由αa和αb表示，将它们与取决于它们的锥形束重构加权系数ωa和ωb的乘积相加，以计算出背投数据D2(0，x，y)。
D2(0，x，y)＝ωa·D2(0，x，y)_a+ωb·D2(0，x，y)_b
这里，假定D2(0，x，y)_a为视角βa中的投影数据，D2(0，x，y)_b为视角βb中的投影数据。
另外，该X射线束和与其相对的X射线束各自的锥形束重构加权系数ωa与ωb之和为ωa+ωb＝1。
通过如上所述将与该锥形束重构加权系数ωa和ωb的乘积相加，可以减少锥形束角假象。
例如，通过下面的等式所得到的可以被用作锥形束重构加权系数ωa和ωb，其中f()表示函数并且扇束角度为γmax：
ga＝f(γmax，αa，βa)
gb＝f(γmax，αb，βb)
xa＝2·gaq/(gaq+gbq)
xb＝2·gbq/(gaq+gbq)
ωa＝xa2·(3-2xa)
ωb＝xb2·(3-2xb)
(例如假定q＝1)
如果使f()取得更大值的由函数max[]表示，那么下式成立：
ga＝max[0，{(π/2+γmax)-|βa|}]·|tan(αa)|
gb＝max[0，{(π/2+γmax)-|βb|}]·|tan(αb)|
在扇束图像重构的情况下，重构平面P上的每一像素的投影数据Dr被进一步乘以一个距离系数。该距离系数为(r1/r0)2，其中从X射线管21的焦点到与投影数据Dr匹配的多行X射线检测器24的行j、通道i检测器的距离由r0表示，并且从X射线管21的焦点到与投影数据Dr匹配的重构平面P上的像素的距离由r1表示。
在平行束图像重构的情况下，重构平面P上的每一像素的投影数据Dr只需要乘以锥形束重构加权系数。
在步骤S63，如图18中所示，将投影数据D2(view，x，y)逐像素的加到提前清空的背投数据D3(x，y)。
在步骤S64，关于断层图片重构所需要的所有视角(也就是对应于360°的视角或对应于180°+扇角的视角)，重复步骤S61至S63，并且得到背投数据D3(x，y)，如图18中所示。
另外，如图19中所示，重构平面P可以是环形区域。
实施例1的该X射线CT设备100提供如下效果。
(1)如图20(a)和20(b)中所示，能够在每个视角中得到即使是端重构平面上的任何像素的投影数据，并且减少了X射线束CB相对于重构平面P0的倾斜。结果，即使是端重构平面P0上的断层图片的图片质量也足够高。
如图20(a)至20(d)中所示，由于扫描位置z0与扫描位置z1之间的间隔为D/2，可以使X射线束CB相对于位于扫描位置z0与扫描位置z1之间的重构平面P0.5的倾斜较小且均匀，只有很小的波动。结果，可以改善位于扫描位置z0与扫描位置z1之间的重构平面P0.5的断层图片的图片质量。
类似地，也可以改善另一端重构平面P8上的断层图片以及位于一个扫描位置与另一扫描位置之间的其它重构平面上的断层图片的图片质量。
因而，可以改善取决于重构平面的位置的图片质量的不均衡性。
(2)如图20(a)和20(b)中所示，由于该X射线束CB的宽度被缩窄到一个端扫描位置z0中，所以可以减少任何不必要的辐射区域。类似地，由于X射线束CB的宽度也被缩窄在一个端扫描位置z8中，所以可以减少那里的任何不必要的辐射区域。通过限制X射线剂量和X射线管电流可以避免由于将一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔缩窄到不超过D而导致的辐射增加。
(3)由于在该投影数据阶段合成在不同扫描位置中所获取的投影数据，所以只需要图像重构计算一个步骤。
另外，这里的图像重构方法可以是根据已熟知的Feldkamp方法的常规三维图像重构方法。另外，也可以使用在JP-A 334188/2003、JP-A41675/2004、JP-A 41674/2004、JP-A 73360/2004、JP-A 159244/2003或JP-A 41675/2004中所提出的三维图像重构方法。
根据实施例1，还可以通过卷积在不同的检测器行上系数不同的行方向(z方向)滤波器调节由于X射线锥形角的不同或其它原因产生的图像质量波动，并且实现了关于假象和噪声的均匀的片层厚度和图片质量，但是也可以通过某些其它方式实现类似的效果。
进一步，虽然一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔被缩小到D/2，但是不超过D的任何其它间隔都可以实现高于常规级别的图片质量改善。
而且，虽然根据实施例1禁止将X射线束在线性传送方向上向前和向后扩宽超出要在其中获取投影数据D0的区域，但是通过禁止向前或向后扩宽可以缩窄该辐射范围。
进一步，将X射线区域检测器(通常为平板检测器)用作多行X射线检测器来代替在实施例1中所使用的多行X射线管的X射线CT设备也可以应用于本发明。
实施例2
在常规应用中也可以保持X射线束的宽度为D，并且在其它方面使用如实施例1中相同的条件，如图21中所示。
而且在实施例2中，也可以改善取决于重构平面的位置的图片质量的不均衡性。另外，通过限制X射线剂量和X射线管电流可以避免辐射增加。
实施例3
在常规应用中也可以保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔为D，并且禁止将X射线束在线性传送方向上向前和向后扩宽超出要在其中获取投影数据D0的区域，如图22中所示。
实施例3也可以帮助改善两端的断层图片的图片质量。也可以减少辐射范围。
实施例4
在常规应用中也可以保持X射线束的宽度为D，并且保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔不超过D(在图22中精确地或近似的为D/2)，如图23中所示。
实施例4也可以帮助改善位于一个扫描位置与另一扫描位置之间的断层图片的图片质量。另外，通过限制X射线剂量和X射线管电流，可以避免由于将一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔保持为D而导致的辐射增加。
实施例5
图24为关于实施例5的X射线CT成像方法的流程图。
相比于关于图4中所示X射线CT成像方法的流程图，这里由步骤S6′来代替图4中的步骤S6，并且增加了步骤S7。其它步骤相同。因此，只需要描述步骤6′和步骤S7。
图25为步骤6′的详细流程图(三维背投处理)。
相比于图11中所示实施例1的三维背投处理的流程图，这里用步骤61′代替图11中的步骤S61。其它步骤相同。因此，只需要描述步骤61′。
在步骤61′，注意到所有视角中用于断层图片重构所必须的一个视角(也就是对应于360°的视角或对应于180°+扇角的视角)，并且从该相同扫描位置的投影数据中提取出与重构平面P的每一像素对应的的所注意视角的投影数据，并对其进行内插或加权相加，以得到投影数据Dr。
因而，虽然在图11中的步骤S61通过从也包括扫描位置不同的投影数据的那些数据中提取的投影数据得到投影数据Dr，并且将所提取的投影数据进行内插或者将其进行内插或加权相加以得到投影数据Dr，但是在图25中的步骤61′，从相同扫描位置的投影数据中提取投影数据，并且如果只提取了一组投影数据，就将其作为投影数据Dr，或者如果存在多组，就将它们进行内插或加权相加，以得到投影数据Dr。
结果，虽然在图4的步骤6只通过一轮图像重构得到重构平面P0.5的断层图片，但是在图25的步骤S6′，根据在扫描位置z0所得到的投影数据进行图像重构来得到重构平面P0.5的断层图片G1，根据在扫描位置z1所得到的投影数据进行图像重构来得到重构平面P0.5的断层图片G2，如图26(a)至26(d)所示。
再参照图24，在步骤S7，将相同重构平面上的多个断层图片进行内插或加权相加以得到单个断层图片。例如，通过将图26(a)至26(d)中所示重构平面P0.5上的断层图片G1和G2逐像素的进行内插或加权相加，得到重构平面P0.5上的断层图片G。也就是：
G＝k1·G1+k2·G2
其中k1和k2为内插系数或加权相加系数，它们是由通过要进行内插或加权相加的断层图片的像素的X射线束的几何位置和方向确定的。另外，假定k1+k2＝1。
实施例5的X射线CT设备具有类似于实施例1的图片质量改善效果和对不必要辐射区域减少效果。而且，即使在相同的重构平面上，对于每一扫描位置也另外获得了单独的断层图片。
实施例6
图27为关于实施例6的X射线CT成像方法的流程图。
相比于图24中所示实施例5的X射线CT成像方法的流程图，通过步骤7′代替图24中的步骤S7。其它步骤相同。因此，只需要描述步骤7′。
在步骤S7′，将指定z轴方向范围中的重构平面上的多个断层图片进行内插或加权相加，以得到单个断层图片。
实施例6的X射线CT设备具有类似于实施例5的图片质量改善效果和减少不必要辐射区域的效果。而且，其可以通过适当地设置z轴方向范围、内插系数和加权相加系数来控制该片层厚度。
根据本发明的X射线CT设备和X射线CT方法可以用来拾取对象的断层图片。其可以在医疗X射线CT设备、工业X射线CT设备或X射线CT-PET设备或结合有某些其它设备的X射线CT-SPECT设备中使用。

Claims (7)

1.一种X射线CT设备(100)，包括：
投影数据获取装置(25)，用于当在xy平面内围绕位于X射线产生装置(21)与多行X射线检测器(24)之间的旋转中心轴旋转该X射线产生装置(21)和与该X射线产生装置(21)相对的多行X射线检测器(24)时获取位于其间的目标对象的投影数据；
准直仪(23)，用于控制在垂直于该xy平面的方向上辐射到该多行X射线检测器(24)的X射线束的开口宽度；
扫描台(10)，用于在该z轴方向上传送该对象；
图像重构装置(3)，用于根据已经获取的投影数据对断层图片进行图像重构；
图像显示器(6)，用于显示已经经过图像重构的断层图片；
扫描条件设定装置(2)，用于设定用于获取投影数据的各种扫描条件；以及
控制器(29)，当在z轴方向上连续的不同扫描位置中进行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，用于在两个扫描位置都控制该准直仪，以使得X射线束的宽度相对于旋转中心轴上多行X射线检测器宽度D为D/2或近似为D/2，或者使得X射线束的扩展角度相对于检测器角度θ为θ/2或近似为θ/2。
2.根据权利要求1的X射线CT设备，其中该控制器进一步被配置用来控制该扫描台装置，以保持一个扫描位置与另一扫描位置之间的间隔不超过D。
3.根据权利要求1的X射线CT设备(100)，包括投影数据合成装置，用于通过将已经在不同扫描位置中获得的并且与通过该重构平面上相同像素的该X射线束匹配的投影数据进行内插或加权相加，合成用于图像重构的投影数据。
4.根据权利要求3的X射线CT设备(100)，其中所述附近是z轴方向上以该像素为中心的指定范围。
5.根据权利要求4的X射线CT设备(100)，其中根据通过与要进行内插或加权相加的投影数据集匹配的像素的X射线束的几何位置和方向确定用于内插的内插系数或用于加权相加的加权相加系数。
6.根据权利要求1的X射线CT设备(100)，其中该图像重构装置配备有断层图片合成装置，用于通过将来自在相同的扫描位置中获取的投影数据的断层图片进行图像重构、并且将来自不同扫描位置中相同重构平面上的投影数据的已经经过图像重构的断层图片逐像素地进行内插或加权相加，合成新的断层图片。
7.根据权利要求6的X射线CT设备(100)，其中根据通过与要进行内插或逐像素加权相加的该断层图片的像素的X射线束的几何位置和方向确定用于内插的内插系数或用于加权相加的加权相加系数。
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