CN102525501A - 图像处理设备和图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像处理设备和图像处理方法。所述图像处理设备对通过使用放射线源和二维检测器进行断层合成拍摄所获得的图像进行处理。所述图像处理设备包括：获得单元，用于获得断层合成拍摄时从所述二维检测器输出的多个投影数据；以及重建单元，用于在无需将通过断层合成拍摄所获得的多个投影数据变换成被虚拟设置为与所述放射线源的照射中心方向垂直的虚拟CT检测面上的虚拟投影数据的情况下，根据所述多个投影数据来进行被检体的断层图像的分析重建处理。

Description

图像处理设备和图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种图像处理设备和图像处理方法。

背景技术

近年来，X射线摄像设备已非常盛行进行断层合成(tomosynthesis)，以根据如下的投影图像获得期望的断层图像，其中所述投影图像是通过在使X射线管移动的情况下利用X射线从不同角度照射被检体来拍摄该被检体而获得的。该方法可以在不需要诸如CT设备等的任何大型设备的情况下在短的摄像时间内获得断层图像。由于该原因，该技术提高了患者接待人数，并且作为低曝光摄像技术已引起了极大关注。

在断层合成时，X射线摄像设备在根据该设备的特性和所需的断层图像改变X射线照射角度的情况下使X射线检测器平移(或处于固定)，由此通过以不同的投影角度拍摄被检体来获得多个X射线图像。然后，该设备重建这些X射线图像以生成断层图像。

在CT领域内，已知有使用滤波反投影(filtered backprojection)的重建技术作为用于获得数学上精确的断层图像的技术。特别地，作为使用锥束的三维重建技术，如非专利文献1(practical cone beam algorithm，L.A.Feldkamp，L.C.Davis，andJ.W.Kress，J Opt Soc Am(1984))所公开的那样，已知有费尔德坎普(Feldkamp)方法。该方法可以通过使用在使锥束面向X射线检测器并使该X射线检测器围绕被检体转动的情况下所获得的投影图像来直接生成断层图像。

如果可以以这样的方式通过使用CT所使用的滤波反投影来进行断层合成重建，则可以获得模糊较少的高对比度的断层图像。然而，断层合成时X射线源和X射线检测器之间的位置关系(几何配置)与进行CT时的位置关系不同，因而难以将CT所使用的图像重建算法直接应用于断层合成。根据专利文献1(USP6,256,370)，如图7所示，设置了与锥束CT摄像中的检测器相对应的虚拟CT检测器7002。该文献描述了如下的方法：在暂时获得虚拟CT检测器7002预期要获得的虚拟投影数据之后，使用诸如上述Feldkamp方法等的CT重建算法来重建断层合成用的检测器7001使用来自X射线源7000的X射线所获得的图像。

然而，如图7所示，当将断层合成时均等配置的由检测器7001所获得的像素几何变换成虚拟CT检测器7002的配置时，这些像素被不均等地配置。由于该原因，像素值是通过利用相邻的像素值对各个点的像素值进行插值而生成的。

然而，该插值操作与空间低通滤波器相对应，因而高频信息在进行该几何变换时丢失。结果，通过使用锥束CT算法进行重建所获得的断层图像的空间分辨率下降。

另外，专利文献1所公开的技术需要存储器空间来对锥束CT图像进行几何变换并保持由此产生的图像。此外，在进行优点为处理时间短的断层合成时，由于几何变换和插值等的这些额外处理而延长了重建所需的处理时间。

发明内容

考虑到上述问题作出了本发明，并且本发明提供了如下的技术：在无需将通过断层合成所获得的投影图像几何变换成锥束CT的虚拟检测器用的数据的情况下，通过直接进行反投影来获得断层图像。这样利用展现了高空间分辨率和低处理负荷的断层合成来提供断层图像。

根据本发明的一个方面，提供一种图像处理设备，用于对通过使用放射线源和二维检测器进行断层合成拍摄所获得的图像进行处理，所述图像处理设备包括：获得单元，用于获得断层合成拍摄时从所述二维检测器输出的多个投影数据；以及重建单元，用于在无需将通过断层合成拍摄所获得的多个投影数据变换成被虚拟设置为与所述放射线源的照射中心方向垂直的虚拟CT检测面上的虚拟投影数据的情况下，根据所述多个投影数据来进行被检体的断层图像的分析重建处理。

根据本发明的另一方面，提供一种图像处理方法，用于对通过使用放射线源和二维检测器进行断层合成拍摄所获得的图像进行处理，所述图像处理方法包括以下步骤：获得步骤，用于获得断层合成拍摄时从所述二维检测器输出的多个投影数据；以及重建步骤，用于在无需将通过断层合成拍摄所获得的多个投影数据变换成被虚拟设置为与所述放射线源的照射中心方向垂直的CT检测面上的虚拟投影数据的情况下，通过使用所述多个投影数据进行分析重建处理来重建被检体的断层图像。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是例示根据本发明实施例的断层图像诊断设备的功能结构的框图；

图2是示出根据本发明实施例的断层图像生成处理的过程的示例的流程图；

图3是示出第一实施例中的卷积积分坐标的示例的图；

图4是用于例示说明二维重建的图；

图5A和5B是用于例示说明二维重建的图；

图6是示出第一实施例中的反投影坐标的示例的图；以及

图7是示出现有技术的问题的图。

具体实施方式

实施例

以下将参考附图来说明根据本发明实施例的断层图像诊断设备(图像处理设备)和断层图像生成方法。图1是示出根据本发明实施例的断层图像诊断设备的功能结构的框图。断层图像诊断设备100包括：X射线管101，其可以从多个照射角度成锥束状照射X射线；放置有被检体102的床103；以及X射线检测器106，用于通过接收X射线来获得X射线图像。在这种情况下，X射线检测器106是具有二维摄像面的二维检测器。X射线管101和用于检测从该X射线管照射的X射线的X射线检测器106被配置在隔着被检体而彼此对向的位置。机构控制单元105控制X射线管101和X射线检测器106的位置。断层图像诊断设备100除可以进行简单拍摄和超长拍摄以外，还可以进行断层合成拍摄。在这种情况下，简单拍摄是通过利用X射线照射被检体102来获得一个X射线图像的摄像方法。超长拍摄是通过多次进行摄像操作来逐部分拍摄诸如全身、整个脊柱或整个下肢等的大被检体的摄像方法。机构控制单元105在使X射线管101和X射线检测器沿着摄像区域移动的情况下多次进行摄像。一个被检体图像是通过将利用超长拍摄所获得的图像连接到一起所获得的。在断层合成拍摄时，该设备在改变X射线管101的焦点位置和X射线检测器106的摄像面的中心位置之间的距离的情况下，使X射线管101和X射线检测器106中的至少一个平移。这是如下的摄像方法：通过使X射线管101多次照射X射线，来获得根据各次照射由X射线检测器106所获得的多个投影数据。X射线管或X射线检测器106的移动将使得根据投影数据来重建被检体102的摄像区域的断层图像。

摄像控制单元104电气控制X射线检测器106，以获得X射线图像。X射线生成器控制单元107电气控制X射线管101，以在预定条件下生成X射线。X射线摄像系统控制单元108控制机构控制单元105和摄像控制单元104，以从多个X射线照射角度获得X射线图像。该X射线图像是被检体102的摄像区域的投影数据。X射线摄像系统控制单元108还包括图像处理单元109和图像存储单元112，并且内置有一个或多个信息处理设备(计算机)。各计算机例如包括诸如CPU等的主控制单元以及诸如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)等的存储单元。该计算机还包括诸如GPU(图形处理单元)等的图形控制单元、诸如网卡等的通信单元、以及诸如键盘、显示器和触摸面板等的输入/输出单元。注意，这些组件经由总线彼此连接，并且通过使主控制单元执行存储在存储单元中的程序来控制这些组件。

图像处理单元109对通过使用X射线管101和X射线检测器106的断层合成拍摄所获得的图像(投影数据)进行处理。图像处理单元109根据来自X射线摄像系统控制单元108的指示重建所获得的X射线图像，以生成断层图像。为此，图像处理单元109包括预处理单元113、系数计算单元114、卷积积分单元115、权重计算单元116和反投影单元117。

预处理单元113接收由X射线摄像系统控制单元108经由摄像控制单元104从X射线检测器106获得的各种X射线照射角度的多个X射线图像(以下称为“投影图像或投影数据”)。这些投影图像经过缺陷校正和增益校正等。对由此产生的图像进行对数变换(log变换)。这样校正了由X射线检测器106和X射线管101所引起的X射线照射不均匀和像素缺陷。

系数计算单元114计算由X射线检测器106上的检测点和X射线管101之间的几何配置所确定的系数。在这种情况下，该几何配置是X射线管101和X射线检测器106之间的相对物理位置关系，并且更具体地，该几何配置是X射线管101的位置和X射线检测器106的摄像面上的各个像素的位置之间的关系。由于X射线检测器106和X射线管101之间的几何配置针对各次摄像操作而不同，因此与各像素位置相对应的系数针对各次X射线照射也不同。

卷积积分单元115在系数计算单元114计算出的系数与X射线检测器106上的检测点的像素值的积以及重建用的滤波函数之间进行卷积积分。卷积积分单元115在与X射线检测器106的检测面平行的坐标轴上进行该卷积积分。作为重建用的滤波函数，可以使用普通重建所使用的斜坡滤波器(ramp filter)或谢普&洛根(shepp & Logan)滤波器等。这样生成了通过对投影图像进行重建滤波所获得的图像(滤波图像)。

权重计算单元116计算由表示权重计算单元116的重建点和X射线管101之间的相对位置关系的几何配置所确定的权重系数。重建点是表示在利用重建生成经过了滤波处理的投影图像时该投影图像的像素的位置的、以等中心点(isocenter)作为原点的三维坐标上的点。该等中心点是在X射线管的照射方向改变时基准轴(光束中心或照射中心)相交的转动中心。权重计算单元116以在X射线管的照射方向改变时光束中心相交的转动中心作为原点，根据表示X射线管与三维坐标上的如下点之间的相对位置关系的几何配置来计算权重系数，其中，这些点表示经过了滤波处理的投影图像的像素的位置。

反投影单元117在将卷积积分单元115计算出的滤波图像乘以权重计算单元116计算出的根据重建点与X射线管的几何配置所确定的权重的情况下，对该滤波图像进行反投影处理。利用该操作，反投影单元117可以通过利用滤波反投影进行重建处理来重建被检体的期望断层图像。注意，与权重相乘对于反投影处理而言并非是必不可少的。然而，可以与权重相乘以精确地进行被检体的断层图像(投影图像)的重建。后面将说明断层图像的重建所使用的具体系数和理论计算公式。

诸如CT设备等的普通断层图像诊断设备与断层图像诊断设备100的不同之处在于：断层图像诊断设备100通过使用普通摄像设备或透视摄像设备来拍摄断层图像。由于该原因，X射线管101以小于180°的角度、例如约±40°的角度围绕被检体102进行摄像，同时X射线检测器106在水平方向上滑动或处于固定。这使得可以在无需使用大型CT设备的情况下通过使用能够在预定范围内改变照射角度的普通摄像设备来拍摄断层图像，因而可以大幅降低断层图像诊断设备的成本。另外，由于可以在短的摄像时间内以及在开放空间内进行摄像，因此可以减轻被检体的负担。

接着，将参考图2来说明图1所示的断层图像诊断设备100的断层图像生成处理的过程的示例。首先，在步骤S201中，断层图像诊断设备100获得投影图像。该设备通过在使X射线管101的X射线照射角度从-40°改变为40°的情况下利用X射线拍摄被检体102，来进行该操作。尽管可以拍摄任意数量的图像，但该设备可以在大约6秒内以15FPS获取到80个投影图像。尽管可以对X射线设置任意的摄像条件，但该设备可以以大约100kV和大约1mAs来拍摄胸部。另外，将X射线检测器106和X射线管101之间的距离设置为约100cm～150cm，从而落入透视摄像设备或普通摄像设备的设置范围内。

X射线管101可以绘制出弧形轨道。然而，对于透视摄像设备或普通摄像设备，从机械观点而言很难绘制出弧形轨道。在这种情况下，该设备可以在使X射线管101沿着床103的长边方向移动并改变X射线照射角度β的情况下进行该摄像操作。由Dtanβ来给出此时的X射线照射角度和移动后的X射线管101之间的位置关系，其中，D是当β＝0时的X射线管101的焦点和等中心点之间的距离。

该设备还使X射线检测器106相对于X射线管101平移。由Ptanβ来给出此时的平移量，其中，P是等中心点和X射线检测器106的中心之间的距离。无论X射线管101的X射线照射方向是否改变，以这样的方式使X射线检测器106平移都可以使基准轴总是穿过X射线检测器106的中心。

某些透视摄像设备或普通摄像设备可能不包括使X射线检测器106平移的机构。在这种情况下，使等中心点与X射线检测器106上的例如中心位置的特定位置一致，这使得即使在X射线检测器106处于固定而无法平移X射线检测器106的情况下也可以进行断层合成拍摄。然而，注意，如果不存在用于使X射线检测器106移动的机构，则随着X射线照射角度β的增大，X射线照射范围超出X射线检测器106。结果，有效视野FOV的一部分丢失，这导致可以重建的断层图像的范围缩小。

将在步骤S201中获得的一系列投影图像输入至图像处理单元109。首先，在步骤S202中，该设备进行预处理。在这种情况下，该设备对在X射线检测器106的制造过程中产生的缺陷像素和由X射线管101所引起的照射不均匀进行校正。可以以与针对通常在X射线检测器中所进行的处理的方式相同的方式进行这些处理。另外，预处理单元进行由以下的数学表达式(1)所表示的对数变换(log变换)。

-logI                        …(1)

其中，I是投影图像的像素值并且log是自然对数。利用该处理，将X射线衰减系数与投影图像的像素值相加。该设备基于该X射线衰减系数的相加性来重建X射线图像。

在步骤S203中，系数计算单元114计算由表示X射线检测器106上的检测点和X射线管101之间的相对位置关系的几何配置所确定的系数。更具体地，由以下来表示该系数。

$\frac{D_t+x_t\sin {\mathrm{\β}}_t}{\sqrt{{D_t}^2+2x_t{D}_t\sin {\mathrm{\β}}_t+x_t^2}}\·\·\·\left(2\right)$

其中：

$D_t=\sqrt{D^2+z_t^2}$

$\sin {\mathrm{\β}}_t=\frac{D\sin \mathrm{\β}}{\sqrt{D^2+z_t^2}}$

图3的重建坐标系表示各个变量之间的关系。三维坐标轴x、y和z表示以等中心点作为原点的重建坐标空间。x-z平面是与X射线检测器106的检测面平行并穿过等中心点301的平面。y轴是垂直于X射线检测器106的检测面的法线。设x_t和z_t是将X射线检测器106上的点和X射线管101的焦点302相连接的直线303与x-z平面相交的点的x坐标和z坐标。由y轴和X射线管101的基准轴所限定的角度β是X射线照射角度(投影角度)。数学表达式(2)表示由直线303和直线304所限定的角度的余弦值。直线304是将焦点302和如下的点相连接的线，其中，该点是从直线303与x-z平面相交的点延伸出的垂线相交于z轴的点。注意，数学表达式(2)具体表示用于执行本发明的系数。因此，可以使用其它数学方法来计算与数学表达式(2)等同的系数。即，本发明不局限于使用数学表达式(2)进行的计算。

卷积积分单元115通过计算数学表达式(2)给出的系数与X射线检测器106上的相应点之积和重建用的滤波函数之间的卷积积分来进行滤波处理。更具体地，等式(3)表示该计算。

$G({x_t}^{\′},z_t,\mathrm{\β})={\∫}_{-\∞}^{\∞}q(x_t,z_t,\mathrm{\β})h[x_t^{\′}-x_t]\frac{D_t+x_t\sin {\mathrm{\β}}_t}{\sqrt{{D_t}^2+2x_t{D}_t\sin {\mathrm{\β}}_t+x_t^2}}{\mathrm{dx}}_t\·\·\·\left(3\right)$

其中，h[x_t′-x_t]是诸如ramp滤波器或shepp & Logan滤波器等的重建滤波函数，并且q(x_t，z_t，β)表示X射线检测器106上的相应点。等式(3)中的卷积积分表示与X射线检测器106平行的坐标轴x_t上的一维卷积积分。在步骤S205中在X射线检测器106的检测面(所有水平线(或垂直线))内进行该卷积积分，这将获得二维滤波图像G(x_t′，z_t，β)作为经过了滤波处理的投影图像。

对于由数学表达式(2)和等式(3)所表示的卷积积分处理的直观说明，将参考图4、5A和5B来说明二维重建。通常，为了利用滤波反投影进行数学上的严格的重建，如图4所示，需要通过在使X射线线性准直并转动的情况下重复进行平行扫描来获得t轴上的投影数据p(t′，θ)。可以通过使用等式(4)来重建这样获得的投影数据。

$f(x,y)={\∫}_0^{\mathrm{\π}}\mathrm{d\θ}{\∫}_{-\∞}^{\∞}p(t^{\′},\mathrm{\θ})h[t-t^{\′}]{\mathrm{dt}}^{\′}\·\·\·\left(4\right)$

等式(4)是通过对作为CT重建的原理公式的一种形式的Radon变换进行等效变换所获得的。在这种情况下，h[t-t′]表示重建用的滤波函数。

然而，上述方法重复进行平行扫描和细微转动，因而需要较长时间来获得数据，这导致被检体的辐射曝光量高。因此，如今，该技术很少用于医疗用的X射线CT。

在这些情形下，如今，通过使用利用扇束或锥束的CT而在不进行平行扫描的情况下生成二维断层图像和三维断层图像，已变得普及。

通过将等式(4)变换为适合于扇束或锥束来进行使用扇束或锥束的滤波反投影的重建，从而允许进行直接重建。因此，本发明提供了如下的技术：通过如扇束或锥束那样将等式(4)变换为适合于断层合成，由此可以在无需如专利文献1所述那样进行到锥束CT的几何变换和伴随的插值处理的情况下，直接获得断层图像。

本实施例所提出的等式(3)是通过将等式(4)所给出的投影数据乘以数学表达式(2)并利用x_t替换卷积积分轴t′所获得的形式。如上所述，数学表达式(2)表示由直线303和304所限定的角度的余弦值。图5A使得可以直观地理解该情况。图5A中的被检体501的厚度为1并且X射线衰减系数为α。利用如图4所示的平行光束扫描该被检体将获得如投影图像502一样的均匀分布。等式(5)表示X射线在物质内的衰减。进行由等式(1)所表示的对数变换(log变换)可以获得衰减系数的分布。

I＝e^-α      …(5)

另一方面，如图5B所示，通过使用包括非平行的光线的扇束所获得的投影图像展现出如附图标记503所示的弧形分布。这是因为：外围光束504沿着比中央光束505的路径长了1/cosφ的路径穿过被检体501。因此，由以下等式来给出X射线在物质内的衰减。

$I=e^{-\frac{\mathrm{\α}}{\cos \mathrm{\φ}}}\·\·\·\left(6\right)$

根据该等式显而易见，可以通过首先进行等式(1)所表示的对数变换(log变换)然后将由此产生的数据乘以cosφ来获得衰减系数的适当分布。图5B示出使用扇束示出直观表示的简单例子。相同的理念还适用于使用锥束或断层合成的处理。实际上，在将等式(4)变换成适合于断层合成的直接重建的形式的过程中，数学推导出等式(3)(其中，z_t＝0)。

尽管已对根据二维Radon变换获得的二维CT重建理论以及该理论向断层合成重建算法的变换进行了上述说明，但该算法向三维算法的扩展可以获得断层合成重建公式。可以基于该理论根据三维Radon变换来进行向三维算法的扩展，或者可以通过在如Feldkamp的锥束CT重建算法那样将锥束当作多个扇束集合的情况下根据二维公式求出三维公式来进行向三维算法的扩展。

如果该设备在步骤S203和S205中没有对所有的线进行处理(步骤S206中为“否”)，则该处理进入针对下一条线的处理(S204)以执行系数计算处理(S203)和卷积积分处理(S205)，直到对所有的线都应用了这些处理为止。对所有的线都应用了系数计算(S203)和卷积积分(S205)(步骤S206中为“是”)将获得二维滤波图像G(x_t′，z_t，β)。

可以通过在步骤S208中对通过将步骤S203和S205的处理应用于所有的线所获得的二维滤波图像G(x_t′，z_t，β)进行反投影来获得断层图像。在步骤S208中，该设备在将滤波图像乘以步骤S207中计算出的权重的情况下进行反投影。在步骤S207中，该设备计算权重系数。该权重是由重建点和X射线管的断层合成几何配置所确定的，并且具体由数学表达式(7)来表示。

$\frac{D\cos \mathrm{\β}}{\sqrt{D^2{\cos }^2\mathrm{\β}+{z_t}^2}}\frac{{(D_t+x_t^{\′}\sin {\mathrm{\β}}_t)}^2}{\cos {\mathrm{\β}}_t{(D_t-\frac{D_t}{D}\stackrel{\→}{r}\·\hat{y})}^2}\·\·\·\left(7\right)$

图6是反投影处理的示意图。附图标记602表示通过断层合成重建所生成的断层图像。附图符号

表示以等中心点作为原点的断层图像602上的重建点601的三维矢量。附图标记603表示平移的X射线管的焦点；并且附图标记604表示与焦点603一起移动的X射线检测器。附图符号

表示沿着X射线管的基准轴(光束中心)的单位矢量。在反投影时与数学表达式(7)计算出的权重系数相乘将获得与如下参数相关联的重建公式：X射线管101的X射线照射角度β以及与平移(或处于固定)的X射线检测器106的检测面平行的坐标轴x_t。这使得可以根据断层合成图像数据进行直接重建。

最后，可以通过进行步骤S208中的反投影来实现断层合成直接重建，由此获得断层图像。在步骤S208中的反投影中，该设备在将滤波图像的相应像素值乘以数学表达式(7)计算出的权重的情况下，在X射线管的照射角度范围内进行积分。更具体地，通过以下等式来表示该计算。

$f\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\∫}_{-{\mathrm{\β}}_m}^{{\mathrm{\β}}_m}\mathrm{d\β}\frac{D\cos \mathrm{\β}}{\sqrt{D^2{\cos }^2\mathrm{\β}+z_t^2}}\frac{{(D_t+x_t^{\′}\sin {\mathrm{\β}}_t)}^2}{\cos {\mathrm{\β}}_t{(D_t-\frac{D_t}{D}\stackrel{\→}{r}\·\hat{y})}^2}G(x_t^{\′},z_t,\mathrm{\β})\·\·\·\left(8\right)$

其中，βm是最大X射线照射角度，-βm是最小X射线照射角度，并且

是断层图像的像素值。即，该设备通过求出针对所有投影角度β的、连接断层图像位置

和X射线管的焦点603的直线与X射线检测器604相交的点处的像素值的总和，来进行断层合成反投影。然而，注意，X射线检测器604所获得的像素值是在步骤S 205中通过等式(3)进行了滤波的像素值。该设备在将各像素值乘以步骤S207中通过等式(7)计算出的断层合成配置所确定的权重的情况下进行该求和。

该等式是用于基于如下重建算法来重建投影数据的等式，其中，该重建算法是通过将Feldkamp的锥束CT重建算法中的滤波卷积轴变换成与二维检测器平行的平面的轴所获得的。该等式也是用于从与X射线检测器106平行的平面上起直接重建各重建点的像素值的等式。该等式被设计成将重建算法直接应用于X射线检测器106所获得的投影数据而无需进行插值处理。这使得可以在无需如专利文献1所述那样进行到锥束CT几何配置的几何变换和伴随的插值处理的情况下，直接进行断层合成重建。

等式(8)被设计成在将通过等式(3)所获得的滤波图像G乘以断层合成几何配置所确定的系数的情况下进行反投影处理。使用等式(8)，可以在无需如专利文献1所述那样通过对实际检测器所获得的投影数据进行变换而从虚拟CT检测器获得虚拟投影数据的情况下，通过直接重建实际投影数据来获得断层图像。当例如对作为摄像区域的胸部区域进行断层合成拍摄时，可以拍摄位于普通摄像操作难以检查的胸骨深处的结构。这使得可以进行重建，而无需伴随着变换并通过相邻像素的相加进行插值处理，由此在抑制了处理负荷增加的同时获得了图像质量提高的断层图像。

根据本发明，可以在无需将通过断层合成所获得的投影图像几何变换成锥束CT配置的情况下，通过直接进行滤波反投影来获得断层图像。与现有技术相比，这使得可以在较短的处理时间内以较高的空间分辨率通过断层合成来提供断层图像。

以上已说明了本发明的典型实施例。然而，本发明不限于上述以及附图所示的实施例，并且可以在本发明的精神和范围内根据需要进行修改和实施。例如，本发明可以采用作为系统、设备、方法、程序和存储介质等的实施例。更具体地，本发明可以应用于包括多个装置的系统或者包括单个装置的设备。

注意，除以上例示的组件以外，该设备可以附加地包括用于显示所获得的断层图像的显示单元和显示控制单元。

根据上述例子，该设备进行基于理论等式(8)的计算。然而，显然，可以伴随着利用数字计算机的处理来进行基于理论等式(8)的离散化。在这种情况下，根据等式(3)，滤波合成处理是卷积计算。注意，当数字计算机对除等式(8)以外的公式进行处理时，容许存在由于使用数字值进行计算处理而引起的误差以及由于计算量和其它原因而引起的近似误差。

在上述情况下，图像处理单元109进行重建处理。然而，单个图像处理设备可以执行该处理，或者由多个设备构成的系统可以利用分布式功能进行该处理。

在上述情况下，该设备使用用于生成锥束状的X射线的X射线源。然而，本发明不限于此，并且可以根据光圈的形状将X射线形成为四角锥形。

上述情况已例示了X射线摄像。然而，本发明可以应用于其它类型的射线摄像。以上所公开的重建处理是分析重建处理技术中的一种技术。

如上所述，根据上述实施例，图像处理单元109的预处理单元113或获得单元(未示出)获得断层合成拍摄时二维检测器输出的多个投影数据。包括系数计算单元114、卷积积分单元115、权重计算单元116和反投影单元117(反投影处理单元)的重建处理单元在无需将通过断层合成拍摄所获得的多个投影数据变换成被虚拟设置为与X射线管101的照射中心方向垂直的虚拟CT检测面上的虚拟投影数据的情况下，通过进行反投影处理来重建被检体的断层图像。

这使得可以直接进行重建，而无需伴随着变换并通过相邻像素的相加进行插值处理，由此在抑制了处理负荷增加的同时获得了图像质量提高的断层图像。

卷积积分单元115还将重建滤波器和上述投影数据进行合成。反投影单元117进行反投影处理。这样可以在无需将通过断层合成所获得的投影图像几何变换成锥束CT配置的情况下，通过直接进行滤波反投影来获得断层图像。与现有技术相比，这使得可以在较短的处理时间内以较高的空间分辨率通过断层合成来提供断层图像。

由于使用了通过对诸如Feldkamp方法等的理论公式进行变换所获得的重建公式，因此可以直接使用通过CT拍摄进行重建所使用的ramp滤波器、shepp & Logan滤波器或其它重建滤波器。显然，考虑到伴随着断层合成拍摄的照射角度不足，还可以使用断层合成用的滤波器。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (16)

1.一种图像处理设备，用于对通过使用放射线源和二维检测器进行断层合成拍摄所获得的图像进行处理，所述图像处理设备包括：

获得单元，用于获得断层合成拍摄时从所述二维检测器输出的多个投影数据；以及

重建单元，用于在无需将通过断层合成拍摄所获得的多个投影数据变换成被虚拟设置为与所述放射线源的照射中心方向垂直的虚拟CT检测面上的虚拟投影数据的情况下，根据所述多个投影数据来进行被检体的断层图像的分析重建处理。

2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元通过将重建滤波器和所述投影数据进行合成来进行反投影处理。

3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元基于所述放射线源和所述二维检测器上的与所述多个投影数据的各像素值相对应的位置之间的配置关系来进行重建处理。

4.根据权利要求3所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元基于所述多个投影数据、重建滤波器和所述配置关系来进行反投影处理。

5.根据权利要求4所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元通过如下处理来进行反投影处理：在与所述配置关系所确定的第一系数相乘的情况下将所述重建滤波器与所述投影数据进行合成，并将合成得到的数据与所述配置关系所确定的第二系数相乘。

6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元不进行如下处理：该处理是通过将所述投影数据中的相邻位置的像素值相加来对虚拟检测器中的虚拟像素进行插值的处理，并且该处理是由于投影到所述虚拟检测器的坐标系而进行的。

7.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元将重建算法直接应用于所述二维检测器所获得的所述投影数据。

8.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元在与所述二维检测器平行的平面上直接重建各重建点的像素值。

9.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述重建单元基于通过将Feldkamp的锥束CT重建算法中的滤波卷积轴变换成与所述二维检测器平行的平面的轴所获得的重建算法，来重建所述投影数据。

10.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，断层合成拍摄是利用放射线源和具有二维摄像面的二维检测器所进行的摄像，并且是如下的摄像方法：在改变所述放射线源的焦点位置和所述摄像面的中心位置之间的距离并使所述放射线源和所述二维检测器中的至少一个移动的情况下使所述放射线源多次照射放射线，并获得根据各次照射由所述二维检测器所获得的多个投影数据。

11.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，还包括显示控制单元，所述显示控制单元用于使显示单元显示重建得到的被检体的断层图像。

12.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，还包括计算单元，所述计算单元用于基于以下给出的等式进行计算：

$f\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\∫}_{-{\mathrm{\β}}_m}^{{\mathrm{\β}}_m}\mathrm{d\β}\frac{D\cos \mathrm{\β}}{\sqrt{D^2{\cos }^2\mathrm{\β}+z_t^2}}\frac{{(D_t+x_t^{\′}\sin {\mathrm{\β}}_t)}^2}{\cos {\mathrm{\β}}_t{(D_t-\frac{D_t}{D}\stackrel{\→}{r}\·\hat{y})}^2}G(x_t^{\′},z_t,\mathrm{\β}).$

13.根据权利要求12所述的图像处理设备，其特征在于，所述计算单元通过使所述等式离散化来进行计算。

14.一种图像处理方法，用于对通过使用放射线源和二维检测器进行断层合成拍摄所获得的图像进行处理，所述图像处理方法包括以下步骤：

获得步骤，用于获得断层合成拍摄时从所述二维检测器输出的多个投影数据；以及

重建步骤，用于在无需将通过断层合成拍摄所获得的多个投影数据变换成被虚拟设置为与所述放射线源的照射中心方向垂直的CT检测面上的虚拟投影数据的情况下，通过使用所述多个投影数据进行分析重建处理来重建被检体的断层图像。

15.根据权利要求14所述的图像处理方法，其特征在于，在所述重建步骤中，通过将重建滤波器和所述投影数据进行合成来进行反投影处理。

16.根据权利要求14所述的图像处理方法，其特征在于，在所述重建步骤中，通过使用将Feldkamp的锥束重建算法中的所述投影数据和重建滤波器之间的合成轴变换成与所述二维检测器平行的轴所获得的重建算法，来进行重建处理。

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