CN103167833B - X射线ct装置及图像处理装置 - Google Patents

Abstract

能够利用简单的方法，并且能够保持重构图像的分辨率并减少重构图像中的伪影。一实施方式的X射线CT装置具备X射线产生部、X射线检测部、图像处理部及重构部。X射线产生部对被检体照射X射线。X射线检测部具有沿规定方向排列、检测透射被检体的X射线而输出检测信号的多个信道量的X射线检测元件。图像处理部对于由与从上述多个信道分的X射线检测元件输出的检测信号对应的数值构成的投影数据，使上述数值的变化量越大的部分则越增大强度地进行平滑化。重构部使用由上述图像处理部平滑化后的多个投影数据来重构图像。

Description

X射线CT装置及图像处理装置

技术领域

本发明的实施方式涉及对被检体照射X射线而进行断层图像的摄影的X射线CT（Computed Tomography）装置及对由该装置拍摄的图像进行处理的图像处理装置。

背景技术

X射线CT装置在使X射线源及X射线检测器以被检体的体轴为中心旋转的同时，使X射线源朝向被检体照射X射线，并基于通过X射线检测器对透射被检体的X射线进行检测而得到的投影数据，来重构断层图像，在以疾病的诊断、治疗及手术计划的制定等为代表的较多医疗行为中发挥重要的作用。

通过X射线CT装置得到的投影数据为离散数据，因此在重构图像中多少会产生混叠伪影（aliasing artifact）。以往，作为防止产生这种伪影的方法，例如提出如下方法：采用具有2个焦点的X射线源，按照每个焦点分别对相同切片面实施数据收集，使信道间距成为表观的1/2的方法（飞焦点技术）；相对于将焦点与旋转轴连结的摄影中心线，使X射线检测器的中心位置偏移信道间距的几分之一的距离的方法（QQ偏移技术）；以及对投影数据应用低通滤波器（LPF）的方法等。

发明内容

发明要解决的课题

在上述飞焦点技术中，需要专用的X射线管球，不容易引入该技术。此外，在QQ偏移技术中，在AD（Area Detecting）CT那样具有锥角的装置的情况下，在该锥角周边，实际数据和对置数据不存在于相同平面上，不能够得到理想的对置数据。根据这种实际情况，多数情况下采用应用了低通滤波器的方法来作为用于减少混叠伪影的主要方法。

然而，如果对投影数据的全部区域一样地应用低通滤波器，则虽然伪影减少，但存在重构图像的分辨率恶化而粒状性受损的问题。

本发明要解决的课题在于提供X射线CT装置及图像处理装置，能够利用简单的方法，并且能够在保持重构图像的分辨率的同时减少重构图像中的伪影。

用于解决课题的手段

一个实施方式的X射线CT装置具备X射线产生部、X射线检测部、图像处理部及重构部。

X射线产生部对被检体照射X射线。X射线检测部具有沿规定方向排列、检测透射被检体的X射线而输出检测信号的多个信道量的X射线检测元件。图像处理部对于由与从上述多个信道量的X射线检测元件输出的检测信号对应的数值构成的投影数据，使上述数值的变化量越大的部分则越增大强度地进行平滑化。重构部使用由上述图像处理部平滑化后的多个投影数据来重构图像。

发明效果

能够利用简单的方法，并且能够在保持重构图像的分辨率的同时减少重构图像中的伪影。

附图说明

图1是表示一个实施方式的X射线CT装置的整体结构的框图。

图2是表示一个实施方式的X射线检测器具有的X射线检测元件的图。

图3是用于说明一个实施方式的X射线CT装置的动作的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对几个实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，对于具有大致相同功能及结构的要素赋予相同的附图标记，并仅在需要的情况下进行重复说明。

（第一实施方式）

首先，说明第一实施方式。

［X射线CT装置的整体结构］

图1是表示本实施方式的X射线CT装置1的整体结构的框图。如该图所示，X射线CT装置1由架台装置A和控制装置B构成。

架台装置A对被检体照射X射线，并对透射了该被检体的X射线进行检测而取得投影数据（或者原始数据）。此外，在X射线CT系统的摄影系统中，存在X射线管球与检测器系统成为一体而围绕被检体的周围旋转的旋转/旋转（ROTATE/ROTATE）类型、多个检测元件排列为环状而仅X射线管球围绕被检体的周围旋转的固定/旋转（STATIONARY/ROTATE）类型等各种类型，哪个类型都能够应用本发明。在此，以当前成为主流的旋转/旋转类型的X射线CT装置为例进行说明。

如图1所示，架台装置A具有固定部10、旋转部11、诊视床12、X射线管球13、X射线检测器14、数据收集电路（DAS）15、数据传送部16、架台诊视床驱动部17、供电部18及高压产生部19等。

X射线管球13是产生X射线的真空管，设置于旋转部11。

X射线检测器14是对透射了被检体P的X射线进行检测的X射线检测部，以与X射线管球13对置的朝向安装于旋转部11。

如图2所示，X射线检测器14构成为，将在与被检体P的体轴大致正交的信道方向上排列的N信道量的X射线检测元件在沿着被检体P的体轴的切片方向上设置M列量。各X射线检测元件14a例如具备将X射线变换为光的闪烁器等荧光体和将该光变换为电荷（电信号）的光电二极管等光电变换元件。

旋转部11设置有开口部110，在该开口部110内配置有诊视床12。在诊视床12的滑动顶板上承载被检体P。架台诊视床驱动部17使旋转部11围绕与插入到开口部110的被检体P的体轴方向平行的中心轴进行高速旋转，同时使诊视床12沿上述体轴方向移动。如此，被检体P被大范围地扫描。

数据收集电路15具有排列了DAS芯片的多个数据收集元件列，输入由X射线检测器14检测的N信道×M列的全部X射线检测元件的庞大的数据（以下，将每1个视野的N信道×M列量的数据称为“投影数据”），并在放大处理、A/D变换处理等之后，统一经由应用了光通信的数据传送部16向固定部10侧传送。

从商用交流电源等外部电源向固定部10供给动作电力。向固定部10供给的动作电力，例如经由集电环即供电部18向旋转部11的各部分传递。

高压产生部19由高压变压器、灯丝加热变换器、整流器及高压切换器等构成，将从供电部18供给的动作电力进行高压变换而向X射线管球13供给。

接下来，说明控制装置B。控制装置B具备前处理部20、主控制器21、重构部22、存储部23、输入部24、图像处理部25、显示部26及数据/控制总线30等。

前处理部20经由数据传送部16从数据收集电路15取得投影数据，并实施灵敏度修正、X射线强度修正。

主控制器21进行与摄影处理、数据处理及图像处理等各种处理相关的统一控制。

重构部22通过基于规定的重构参数（重构区域尺寸、重构矩阵尺寸、用于提取关心部位的阈值等）对投影数据进行重构处理，由此生成规定的切片量的重构图像数据。

存储部23存储由前处理部20实施各种修正前后的投影数据、重构图像数据等各种数据。

输入部24具备键盘、各种开关、鼠标等，用于切片厚度、切片数量等各种扫描条件的输入等。

图像处理部25进行从由前处理部20输出的投影数据中除去高频噪声的处理（参照图3）、对于由重构部22生成的重构图像数据的窗口变换、RGB处理等图像处理。此外，图像处理部25基于操作人员的指示，进行任意剖面的断层图像、从任意方向的投影像、三维表面图像等所谓类似三维图像的生成，并向显示部26输出。所输出的图像数据在显示部26中显示为X射线CT图像。

数据/控制总线30是连接各单元之间，用于收发各种数据、控制信号、地址信息等的信号线。

此外，通过X射线CT装置1中的图像处理部25、重构部22等与图像处理相关的结构要素，构成本实施方式的图像处理装置。

接下来，对如上述那样构成的X射线CT装置1（或者图像处理装置）的动作进行说明。

在基于由图2所示那样的X射线检测器14摄影的投影数据而重构的图像中，产生主要由向信道方向的欠采样（under sampling）引起的混叠伪影。

为了除去该伪影，本实施方式的X射线CT装置1对于由与从N信道量的X射线检测元件14a输出的检测信号对应的数值构成的投影数据，使上述数值的变化量越大的部分越增大强度地进行平滑化，使用平滑化后的多个投影数据来重构图像。使用图3的流程图具体地说明这种动作。

图示的流程图所示的处理，例如对应于医师、技师操作输入部24而发出了执行X射线摄影的指令而开始。

在处理开始最初，首先主控制器21控制架台诊视床驱动部17使旋转部11旋转，并且经由供电部18及高压产生部19向X射线管球13供给电压而使其产生X射线，扫描被检体P（步骤S1）。此时，多个视野（摄影角度）的N信道×M列的投影数据经由数据收集电路15及数据传送部16等发送到前处理部20，并经过各种修正后存储到存储部23中。

接下来，为了除去在重构图像中出现的上述伪影，对于在步骤S1中存储到存储部23中的各视野的投影数据的各列（1～M）的数值组分别执行步骤S2～S4的处理。

即，首先，图像处理部25提取作为处理对象的列的信道方向上的边缘的强度（构成该列的数值的变化量）（步骤S2）。在此，如果将作为处理对象的列的各数值表示为输入数据In[ch]（ch＝1～N），则该输入数据In[ch]的各部分的边缘强度Edge[ch]由以下的（1）式表示。

[数式1]

Edge[ch]＝ABS(In[ch-1]-In[ch+1])       (1)

但是，不限于该例，只要在步骤S2中能够提取向信道方向的输入数据In[ch]的变化量即可，可以使用任意的方法。此外，提取边缘强度的处理还能够解释为HPF（High Pass Filter：高通滤波）处理，容易受到噪声的影响。鉴于此，也可以作为边缘强度提取的前处理，而对各投影数据实施向信道方向的LPF（Low Pass Filter：低通滤波）处理。

在得到边缘强度Edge[ch]之后，图像处理部25决定对输入数据In[ch]实施的LPF处理的强度（步骤S3）。在此，求出使得在步骤S2中得到的边缘强度Edge[ch]的值越大的部分则输入数据In[ch]越被较强地平滑化那样的LPF强度S[ch]。具体地说，预先定义将边缘强度Edge[ch]变换为LPF强度S[ch]的变换函数，根据该函数求出LPF强度S[ch]即可。上述变换函数只要是对应于边缘强度Edge[ch]而LPF强度S[ch]单调增加的函数即可，则可以是任意的函数，但在本实施方式中使用由以下的（2）式表示的S型函数。

[数式2]

S[ch]＝1/(1+exp(-a*(Edge[ch]-b)))     (2)

在此，a、b是以重构图像中的伪影减少的效果最大、且粒状性的恶化等弊害最小的方式，实验地、经验地或者理论地确定的参数。

在得到LPF强度S[ch]之后，图像处理部25使用该LPF强度S[ch]对输入数据In[ch]实施LPF处理（步骤S4）。

在本实施方式的LPF处理中，通过输入数据In[ch]和高斯滤波器的卷积（convolution），来实现步骤S4的LPF处理。

在使用高斯滤波器的情况下，使高斯分布的离散与LPF强度S[ch]成正比例。即，如果将与各信道ch（＝1～N）对应的离散表示为V[ch]，则通过以下的（3）式来确定高斯形状。

[数式3]

V[ch]＝C*S[ch]                        (3)

在此，C是以重构图像中的伪影减少的效果最大、且粒状性的恶化等弊害最小方式，实验地、经验地或者理论地确定的参数。此外，根据（2）、（3）式，边缘强度Edge[ch]越大的部分，求出越大值的离散V[ch]。

若将对输入数据In[ch]实施了LPF处理的结果作为输出数据Out[ch]，使高斯（高斯函数）的平均μ＝0.0，则输出数据Out[ch]如以下的（4）式那样由In[ch]和高斯（Gaussian）的卷积来表示。

[数式4]

$\mathrm{Out}\left[\mathrm{ch}\right]=\mathrm{In}\left[\mathrm{ch}\right]\⊗\mathrm{Gaussian}({\mathrm{\σ}}^2=V[\mathrm{ch}],\mathrm{\μ}=0.0)---\left(4\right)$

另外，在LPF强度S[ch]＝0的情况下，不能够定义高斯，因此不进行（4）式的LPF处理。

图像处理部25在步骤S4中通过基于（3）、（4）式进行运算来求出输出数据Out[ch]，并将求出的输出数据Out[ch]存储到存储部23。另外，处理对象的输入数据（在本实施方式中为In[ch]）与高斯的卷积的具体的运算方法在图像工学的领域中是公知的，因此省略（4）式的运算过程的说明。

若对于在步骤S1中存储到存储部23中的各视野的投影数据的各列（1～M）的成分分别执行完步骤S2～S4的处理，则重构部22使用存储部23所存储的应用LPF处理后的各视野的投影数据（由上述Out[ch]构成的投影数据），通过规定的重构方法生成重构图像数据，并将生成的数据存储到存储部23中（步骤S5）。

然后，基于存储部23所存储的重构图像数据，图像处理部25生成任意截面的断层图像、从任意方向的投影像、类似三维图像等，并向显示部26输出（步骤S6）。所输出的图像数据在显示部26中显示为X射线CT图像。至此，该流程图所示的一系列的处理结束。

如以上说明的那样，在本实施方式中，对于由数据收集电路15收集的投影数据的各列（1～M），提取向信道方向的边缘强度Edge[ch]，并求出与提取的边缘强度相对应的LPF强度S[ch]，并进行将与求得的LPF强度S[ch]成正比例的值作为离散V[ch]的高斯滤波器与输入数据In[ch]的卷积，由此求出输出数据Out[ch]。

若对投影数据实施这种LPF处理，则投影数据向信道方向的变化越大的部位越被增大强度地进行平滑化。即，成为混叠伪影的产生原因的部位被强力地平滑化，对于其他部分极力维持原数据的值。在基于这种LPF处理后的投影数据而重构的图像中，混叠伪影减少甚至消失。此外，在与混叠伪影无关的部位，LPF处理的强度较弱从而图像的粒状性被维持，因此分辨率不会不必要地恶化。

（第二实施方式）

接下来，说明第二实施方式。

在本实施方式中，与第一实施方式的不同点为，不使用与高斯滤波器的卷积，而通过将输入数据In[ch]和对输入数据In[ch]实施了LPF处理后的数据进行加权相加，来得到输出数据Out[ch]。

图1、图2所示的结构及图3所示的处理的流程与第一实施方式同样。但是，在步骤S4中，图像处理部25按照以下的顺序得到输出数据Out[ch]。

即，首先图像处理部25对输入数据In[ch]一样地实施LPF处理。将实施该LPF处理后的结果表示为LPF数据LPF_In[ch]。在该LPF处理中例如采用如下的3点滤波器的卷积：将对输入数据In[ch-1]、In[ch]、In[ch+1]按照0.3、0.4、0.3的比率进行加权相加后的结果作为LPF数据LPF_In[ch]。但是，此处的LPF处理只要是向信道方向的shift-invariant（移不变）型的处理即可，可以使用任意的方法。

接下来，图像处理部25如以下的（5）式那样，以基于在步骤S3中得到的LPF强度S[ch]的权重，对输入数据In[ch]和LPF数据LPF_In[ch]进行加法，由此求出输出数据Out[ch]。

[数式5]

Out[ch]＝(1.0-S[ch])*In[ch]+S[ch]*LPF_In[ch]    (5)

如此，即使在求出了输出数据Out[ch]的情况下，向信道方向的数值变化越大的部位则越增大强度地将投影数据平滑化，因此起到与第一实施方式同样的效果。

（变形例）

在步骤S2中提取边缘强度Edge[ch]的方法、在步骤S3中从边缘强度Edge[ch]导出LPF强度S[ch]的方法、以及在步骤S4中以对应于LPF强度S[ch]的强度对投影数据（In[ch]）实施LPF处理的方法，不限于上述各实施方式公开的方法。这些方法能够置换为本领域技术人员能够想到的各种方法。

在上述各实施方式中，例示了具备N信道×M列的X射线检测器14的X射线CT装置1，但对于具备仅有1列（M＝1）X射线检测元件的X射线检测器的所谓单排CT，也能够应用图3的流程图所示的方法。

在上述各实施方式中，通过X射线CT装置1内的图像处理部25、重构部22执行图3的流程图所示的步骤S2～S6的处理等。然而，也可以通过X射线CT装置1以外的图像处理装置来进行这些处理的一部分或者全部。在该情况下，作为上述图像处理装置，能够采用个人计算机、与医院内的网络连接的服务器、或者为了执行步骤S2～S6的处理的一部分或者全部而构成的专用的计算机系统等各种装置。此外，用于由这种图像处理装置进行处理的投影数据，可以读出X射线CT装置1的存储部23所存储的数据，也可以读出该图像处理装置中设置的存储部所存储的数据、或者CD-ROM、USB存储器等存储介质所存储的数据。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅作为例子提示，不意图限定发明的范围。这些新实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明宗旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形也包含在发明范围及其宗旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (6)

1.一种X射线CT装置，其中，具备：

X射线产生部，对被检体照射X射线；

X射线检测部，具有沿规定方向排列、检测透射被检体的X射线而输出检测信号的多个信道量的X射线检测元件；

图像处理部，对于由与从上述多个信道量的X射线检测元件输出的检测信号对应的数值构成的投影数据，使上述数值的变化量越大的部分则越增大强度地进行平滑化；以及

重构部，使用由上述图像处理部平滑化后的多个投影数据来重构图像。

2.如权利要求1记载的X射线CT装置，其中，

上述图像处理部对于上述投影数据，使上述数值的变化量越大的部分则越增大离散的值地应用高斯滤波器，由此将上述投影数据平滑化。

3.如权利要求1记载的X射线CT装置，其中，

上述图像处理部求出将上述投影数据一样地平滑化后的数据，将该数据和上述投影数据所包含的对应的数值彼此以使上述变化量越大的部分则越减小上述投影数据侧的权重的方式进行加法，由此将上述投影数据平滑化。

4.一种图像处理装置，其中，具备：

图像处理部，对于由与检测信号对应的数值构成的投影数据，使上述数值的变化量越大的部分则越增大强度地进行平滑化，该检测信号是在沿规定方向排列的多个信道量的X射线检测元件检测到透射被检体的X射线时输出的检测信号；以及

重构部，使用由上述图像处理部平滑化后的多个投影数据来重构图像。

5.如权利要求4记载的图像处理装置，其中，

上述图像处理部对于上述投影数据，使上述数值的变化量越大的部分则越增大离散的值地应用高斯滤波器，由此将上述投影数据平滑化。

6.如权利要求4记载的图像处理装置，其中，

上述图像处理部求出将上述投影数据一样地平滑化的数据，将该数据和上述投影数据所包含的对应的数值彼此以使上述变化量越大的部分则越减小上述投影数据侧的权重的方式进行加法，由此将上述投影数据平滑化。