CN101647707A

CN101647707A - X射线计算机断层摄影装置

Info

Publication number: CN101647707A
Application number: CN200910163322A
Authority: CN
Inventors: 秋野成臣
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: JP5405229B2; CN101647707B; JP2010063878A; US20100034343A1; US7864916B2

Abstract

X射线计算机断层摄影装置，具有：产生锥形束形状的X射线的X射线管(101)；检测出透过被检体的X射线而产生投影数据的二维阵列型的X射线检测器(103)；将X射线管与X射线检测器一起旋转自如地支撑在被检体的周围的旋转结构(102)；在投影数据中，根据旋转一周的视图数的投影数据，重建全扫描图像，并且根据比旋转一周的视图数少的视图数的投影数据，重建短扫描图像的重建处理部(119)；根据全扫描图像和短扫描图像，产生源于少的视图数的CT值偏移的空间分布的CT值偏移分布发生部(121)；根据CT值偏移的分布，校正短扫描图像的校正部(123)。

Description

X射线计算机断层摄影装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2008年8月11日提交的在先的日本专利申请No.2008-207018并要求其为优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及具有圆轨道锥形束重建功能的X射线计算机断层摄影装置(CT(Computer Tomography))。

背景技术

虽然圆轨道锥形束重建法是由Feldkamp等提出的，但在此重建法中，不具备360度的投影数据的区域(遮蔽区域)存在于重建区域的两端部。该遮蔽区域的画质低。由此，遮蔽区域被从图像重建处理中排除，而不被成像化。即使强行重建遮蔽区域，产生畸变、形状再现性恶化，进而产生CT值偏移的可能性也很高。

发明内容

本发明的目在于提高圆轨道锥形束重建法中的遮蔽区域的画质。

本发明的实施方式的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：X射线管，产生锥形束形状的X射线；二维阵列型的X射线检测器，检测出透过被检体的X射线，产生投影数据；旋转结构，将上述X射线管与上述X射线检测器一起旋转自如地支撑在上述被检体的周围；重建处理部，在上述投影数据中，根据旋转一周的视图数的投影数据，重建全扫描图像，并且根据比旋转一周的视图数少的视图数的投影数据，重建短扫描图像；CT值偏移分布发生部，根据上述全扫描图像和上述短扫描图像，产生源于上述少的视图数的CT值偏移的空间分布；校正部，根据上述CT值偏移的空间分布，校正上述短扫描图像。

在下面的描述中将提出本发明的其它目的和优点，部分内容可以从说明书的描述中变得明显，或者通过实施本发明可以明确上述内容。通过下文中详细指出的手段和组合可以实现和得到本发明的目的和优点。

附图说明

结合在这里并构成说明书的一部分的附图描述本发明当前优选的实施方式，并且与上述的概要说明以及下面的对优选实施方式的详细描述一同用来说明本发明的原理。

图1为基于本发明的实施方式的X射线计算机断层摄影装置的结构图。

图2为与基于图1的重建处理部的重建区域的两端部分有关的短扫描重建的补充说明图。

图3为基于图1的CT值偏移图像生成部和短扫描图像校正部的处理的流程图。

图4为基于图1的CT值偏移图像生成部和短扫描图像校正部的处理的详细流程图。

图5为表示在本实施方式中表示在短扫描重建中使用的投影数据的范围的视域图。

具体实施方式

以下参照附图，说明本发明的X射线计算机断层摄影装置的实施方式。另外，在X射线计算机断层摄影装置中有两种的方式，即、X射线管和X射线检测器设为一体，并在被检体的周围旋转的旋转/旋转方式；以及在环架上配置多个X射线检测器，且只有X射线管在被检体的周围旋转的固定/旋转方式，不论任何一种方式都可以适用于本发明。关于旋转/旋转方式，有两种类型，即、将一对X射线管和X射线检测器搭载在旋转架上的单管球型；以及将多对X射线管和X射线检测器搭载在旋转架上的所谓多管球型，但无论任何一种类型都可以适用于本发明。关于X射线检测器，有用闪烁器等荧光体将透过被检体的X射线变换为光以后，用光电二极管等光电变换元件变换为电荷的间接变换型；以及由X射线在半导体内产生电子空穴对和向此电极移动、即利用光导电现象的直接变换型，本发明可以采用任何一种形式。

图1为与本实施方式相关的X射线计算机断层摄影装置的结构。架台100具备X射线管101。X射线管101从高电压发生装置经过滑环(slip-ring)结构108，接受管电压的施加以及灯丝电流的供给，产生锥形束形状的X射线。X射线管101和X射线检测器105一起搭载在以旋转轴(Z轴)为中心，旋转自如地被支撑的旋转架102上。旋转角检出部107为了检测出旋转架102的旋转角而设定。通常，在X射线管101处于顶端的时候，旋转架102的旋转角被设置为零度。X射线检测器103夹着旋转轴RA，面向X射线管101。以旋转轴RA为中心，经由输入装置115设定圆筒形状的重建区域。

X射线检测器103检测出从X射线管101透过被检体的X射线。X射线检测器103是对应于锥形束的多层(multi-slice)型或二维阵列(2D-array)型。即、X射线检测器103具有沿着旋转轴RA并列的多个X射线检测元件列。各X射线检测元件列具有沿着与旋转轴RA正交的方向排列成1列的多个X射线检测元件。

X射线检测器103的输出按每个通道被数据收集电路(DAS)104放大，变换为数字信号，然后经由例如非接触型的数据传送装置105发送给前处理装置106，在前处理装置106中进行灵敏度校正等校正处理，将作为在紧接重建处理前的阶段中的所谓投影数据存储到投影数据存储部116中。扫描控制器110为了数据收集(扫描)，控制旋转驱动部、高电压发生装置109、数据收集电路104等。

重建处理部119具有使用360度角度范围的投影数据来重建图像的全重建处理功能，以及使用在(180度+α)以上到未满360度的角度范围的投影数据来重建图像的短(short)重建处理功能。全重建处理方法的典型是作为锥形束图像重建法之一的FDK算法(Feldkamp method)。FDK算法，众所周知，是以扇束卷积反投影法为基础的近似的重建法，卷积处理以锥角比较小作为前提，将数据看作扇形投影数据来进行。但是，反投影处理沿着实际的射线(ray)进行。也就是说，投影数据乘以依存于Z坐标的权重，对乘以此权重的投影数据卷积与扇束重建一样的重建函数，并且将此数据沿着具有锥角的倾斜的实际的射线(ray)进行反投影，按上述这样的顺序重建图像。

短重建处理方法也是被称为“PBS”(Pixel Based SectorReconstruction)的方法。PBS是决定通过重建像素的多个射线(ray)，使用对应于射线(ray)的投影数据，计算重建像素的CT值的方法。在短扫描重建处理中，起因于成为重建处理的基础的投影数据的数量少，发生CT值从真实值偏移的所谓CT值偏移(shift)现象。在本实施方式中，校正此CT值偏移。

在短扫描重建处理中，如图5所示，根据在投影数据存储部116中存储的投影数据，按照在Z轴上的切片位置和重建对象的像素的位置选择在短扫描重建处理中使用的投影数据的范围(视域view range)。视域是在重建对象的像素的位置上实际收集源于透过X射线的投影数据的角度范围。

如图2所示，对在圆柱形的重建区域的两端部分(Z1～Z2、Z3～Z4)的遮蔽区域的各像素的每个设定视域。视域由重建位置的Z位置、从旋转轴(Z)到对象像素为止的半径和扇形角决定。视域内的视图数，基本上在重建范围的两端部分各自的从最内位置Z2、Z3到顶端位置Z1、Z4连续地或是阶段地减少。最内位置Z2、Z3作为重建区域的外围和锥形束X射线的边缘交差的部分的Z位置而被定义。

在重建处理中，在不存在遮蔽区域的重建区域的中央部分(Z2～Z3)上，将用于重建的视图数设定为在旋转1次收集的投影数据的视图数N。另外，在存在遮蔽区域的重建区域的两端部分(Z1～Z2、Z3～Z4)上，用于重建的视图数根据Z位置从旋转1次的视图数N降低到与为了进行半重建所需要的视图数相同的N·((180°+α)/360°)。另外，α为扇形角。

在具有一周的投影数据的不存在遮蔽区域的重建区域的中央部分(Z2～Z3)和在两端部分(Z1～Z2、Z3～Z4)的各切片的中央圆形部分中，全部视图N的投影数据被供给全扫描重建处理。另一方面，在两端部分(Z1～Z2、Z3～Z4)的遮蔽区域中，比N少的与Z位置对应的视图数的投影数据被供给短扫描重建处理。全扫描/短扫描重建处理依据FDK重建法/PBS法，根据被选择的投影数据，对重建区域内的图像数据进行重建。

CT值偏移图像生成部121根据全扫描图像和短扫描图像，产生通过短扫描重建处理生成的遮蔽区域的CT值偏移的空间分布(以下，称为CT值偏移图像)。具体地说，如图3、图4所示，对全扫描图像和短扫描图像进行差分，产生圆环状的差分图像。在全扫描图像和短扫描图像中都同等地包含组织或骨头等被照体的阴影。全扫描图像包含较多畸变，但是不怎么包含CT值偏移。而另一方面，短扫描图像不怎么包含畸变，但是包含较多CT值偏移。因此，在差分图像中残存有畸变和CT值偏移。

进而，关于残存在差分图像上的畸变，就其产生原理上，绝对值将非常高。所以，CT值偏移图像生成部121的阈值处理功能是设定上限阈值和下限阈值，在差分图像中除去超过上限阈值的像素的像素值，也就是说，置换为零值，同样除去低于下限阈值的像素的像素值，也就是说，置换为零值。

并且，CT值偏移图像生成部121的CT值偏移抽出处理功能是对于除去了畸变的差分图像，进行二维高斯滤波等低通滤波处理，减少残留的组织像和畸变等空间高频分量，抽出(强调)CT值偏移分量，最后生成(推定)CT值偏移分量为主导的圆环状的CT值偏移图像。

在短扫描图像校正部123中，通过对短扫描图像进行加上或减去CT值偏移图像，生成减少CT值偏移的短扫描图像。对校正了的短扫描图像合成相当于中央圆形部分的全扫描图像部分，能够获得对于遮蔽区域抑制了畸变、形状再现性的恶化、以及CT值偏移的产生的短扫描图像。

在这样的实施方式中，在圆轨道锥形束重建法上，在部分地存在遮蔽区域的重建区域的两端部分上，通过根据Z位置逐渐减少重建中使用的视图数，从而能够抑制在遮蔽区域内产生畸变、形状再现性的恶化的可能性，并且，根据全扫描图像和短扫描图像能够获得基于该处理的CT值偏移，据此，也能够通过校正短扫描图像，抑制CT值偏移的产生。

另外，本发明不限于上述实施方式本身，在实施阶段可以在不脱离本发明的要旨的范围内对结构要素进行变形来实现。另外，通过对于上述实施方式中所公开的多个结构要素进行适当组合，能够形成各种发明。例如、可以从实施方式中所示的全部结构要素中删除一些结构要素。进而适当地组合在不同实施方式中的结构要素。

本领域技术人员容易想到其它优点和变更方式。因此，本发明就其更宽的方面而言不限于这里示出和说明的具体细节和代表性的实施方式。因此，在不背离由所附的权利要求书以及其等同物限定的一般发明概念的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims

1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：

X射线管，产生锥形束形状的X射线；

二维阵列型的X射线检测器，检测出透过被检体的X射线，产生投影数据；

旋转结构，将上述X射线管与上述X射线检测器一起旋转自如地支撑在上述被检体的周围；

重建处理部，在上述投影数据中，根据旋转一周的视图数的投影数据，重建全扫描图像，并且根据比旋转一周的视图数少的视图数的投影数据，重建短扫描图像；

CT值偏移分布发生部，根据上述全扫描图像和上述短扫描图像，产生源于上述少的视图数的CT值偏移的空间分布；

校正部，根据上述CT值偏移的空间分布，校正上述短扫描图像。

2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述重建处理部根据旋转轴上的重建位置，使在重建区域的两端部分上用于上述短扫描图像的重建的投影数据的视图数变化。

3.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述CT值偏移分布发生部，包括：

差分图像发生部，对上述全扫描图像和上述短扫描图像进行差分，产生差分图像；

阈值处理部，对上述差分图像进行阈值处理，产生上述CT值偏移分布。

4.根据权利要求3所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述CT值偏移分布发生部，还包括：

低通滤波器部，对上述CT值偏移分布进行低通滤波。

5.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，还包括：

合成处理部，部分地合成上述全扫描图像和上述短扫描图像。

6.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，还包括：

合成处理部，合成上述全扫描图像的中央部分和上述短扫描图像的圆环部分。

7.一种图像处理装置，其特征在于，包括：

存储部，存储使用锥形束形状的X射线收集到的投影数据；

重建处理部，根据旋转一周的视图数的投影数据，重建全扫描图像，并且根据比旋转一周的视图数少的视图数的投影数据，重建短扫描图像；

8.根据权利要求7所述的图像处理装置，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的图像处理装置，其特征在于：

上述CT值偏移分布发生部，包括：

10.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于：

上述CT值偏移分布发生部，还包括：

低通滤波器部，对上述CT值偏移分布进行低通滤波。

11.根据权利要求7所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：

12.根据权利要求7所述的图像处理装置，其特征在于，还包括：

13.一种图像产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据在使用锥形束形状的X射线收集到的投影数据中的旋转一周的视图数的投影数据，重建全扫描图像；

在上述投影数据中，根据比旋转一周的视图数少的视图数的投影数据，重建短扫描图像；

根据上述全扫描图像和上述短扫描图像，产生源于上述少的视图数的CT值偏移的空间分布；

根据上述CT值偏移的空间分布，校正上述短扫描图像。

14.根据权利要求13所述的图像产生方法，其特征在于：

根据旋转轴上的重建位置，使在重建区域的两端部分上用于上述短扫描图像的重建的投影数据的视图数变化。

15.根据权利要求13所述的图像产生方法，其特征在于：

在上述产生CT值偏移的空间分布的步骤中，

对上述全扫描图像和上述短扫描图像进行差分，产生差分图像，

对上述差分图像进行阈值处理，产生上述CT值偏移分布。

16.根据权利要求13所述的图像产生方法，其特征在于：

在上述产生CT值偏移的空间分布的步骤中，对上述CT值偏移分布进行低通滤波。

17.根据权利要求16所述的图像产生方法，其特征在于，还包括：

部分地合成上述全扫描图像和上述短扫描图像的步骤。

18.根据权利要求13所述的图像产生方法，其特征在于，还包括：

合成上述全扫描图像的中央部分和上述短扫描图像的圆环部分的步骤。