CN103202707A - X射线ct装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线CT装置，其具有X射线管、管电压产生单元、X射线检测器、数据收集单元和图像处理单元。管电压产生单元对X射线管施加所述管电压。管电压控制单元以使管电压呈周期性变化的方式对管电压产生单元进行控制。X射线检测器隔着被检查体与X射线管对应配置，对透射了被检查体的X射线进行检测。数据收集单元从由X射线检测器检测的数据中与管电压的变化同步地在1个周期内收集对X射线管施加高电压时的第一采样数据，并在从该收集起经过规定期间后收集对X射线管施加低电压时的第二采样数据。图像处理单元基于收集的第一采样数据以及第二采样数据来制作图像。

Description

X射线CT装置

相关申请

本申请将日本专利申请2012-005849（申请日：2012年1月16日）作为基础从该申请享有优先的利益。本申请通过参照该申请从而包含该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及X射线CT装置。

背景技术

X射线CT装置一边使隔着顶板上的被检查体而对置配置的X射线管和X射线检测器绕被检查体旋转，一边进行X射线拍摄。

利用X射线拍摄，收集被检查体的数据（CT值），基于CT值诊断被检查体的性状。

CT值由“质量减弱系数”*“密度”表示。“质量减弱系数”是物质特有的值。因此，即使因物质的密度状态而使物质不同也不会在CT值存在差异，有时从CT值难以进行物质的鉴别。

作为解决这样的现象的方案，有利用不同的管电压进行被检查体的数据收集的双能量（dual energy）扫描法。有时将所收集的数据称为投影数据、收集数据、或原始数据。

在该方法中，有2管球方式、光子计数（photon counting）方式、高速kV转换方式等。

作为高速kV转换方式的一个例子，有一边按每一视图将管电压切换为高电压（140kV）和低电压（80kV），一边分别收集数据的方式。有时将管电压的切换周期称为转换周期。

由于每一旋转的视图（view）数和图像的分辨率成比例，所以为了取得高画质的断层像，在旋转速度快的情况下，需要与其相应地使转换周期变短。

然而，由于在高速kV转换方式中，对转换周期有限制，所以在旋转速度快的情况下，无法与其相应地使转换周期变短，结果是，每一旋转的视图数不足，不能得到足够的分辨率，有无法取得高画质的断层像的问题。

发明内容

实施方式解决了上述的问题，其目的在于，提供一种即使在旋转速度快的情况下，也能通过得到足够的分辨率，从而取得高画质的断层像的X射线CT装置。

实施方式的X射线CT装置具有X射线管、管电压产生单元、X射线检测器、数据收集单元和图像处理单元。管电压产生单元对X射线管施加管电压。管电压控制单元以使管电压呈周期性变化的方式对管电压产生单元进行控制。X射线检测器隔着被检查体与X射线管相对应地配置，对透射了被检查体的X射线进行检测。数据收集单元从由X射线检测器检测的数据中与管电压的变化同步地在1个周期内收集对X射线管施加高电压时的第一采样数据，并在从该收集起经过规定期间后收集对X射线管施加低电压时的第二采样数据。图像处理单元基于收集的第一采样数据以及第二采样数据来制作图像。

因此，根据实施方式的X射线CT装置，即使在旋转速度快的情况下，也能通过得到足够的分辨率，从而取得高画质的断层像。

附图说明

图1是X射线CT装置的结构框图。

图2是分别表示在比较例中管电压的变化为矩形波的例子、数据收集的例子的图。

图3是分别表示在第一实施方式中管电压的变化为矩形波的例子、数据收集的例子A、图像重建的例子B～D、分解（decomposition）处理的例子E的图。

图4是分别表示在比较例中管电压的变化为三角波的例子、数据收集的例子的图。

图5是分别表示在第二实施方式中管电压的变化为三角波的例子、数据收集的例子A、图像重建的例子B～D、分解处理的例子E的图。

图6是连续收集高电压和低电压两数据时的图。

图7是隔开时间地收集高电压和低电压两数据时的图。

图8是分别表示在比较例中管电压的变化为三角波的其他例子、数据收集的例子的图。

图9是分别表示在第三实施方式中管电压的变化为三角波的其他例子、数据收集的例子A、图像重建的例子B～D、分解处理的例子E的图。

图10是表示进行过采样并进行打包的例子的图。

图11是表示进行过采样并进行打包的其他例子的图。

图12是分别表示在第四实施方式中管电压的变化为三角波的例子、保存过采样的全部数据的例子A、打包的比较例B、打包的例子C的图。

具体实施方式

〔第一实施方式〕

参照图1对该X射线CT装置的第一实施方式的基本结构进行说明。

如图1所示那样，X射线CT装置包含扫描架（gantry）100。扫描架100具有：X射线管101、多列型或者二维排列型的X射线检测器103和数据收集系统104。

X射线管101和X射线检测器103装配于设置成能绕旋转轴RA旋转的环状框架102。X射线检测器103与X射线管101对置配置。

系统控制器110通过对旋转单元107进行控制，从而使框架102以0.4秒／转等的高速进行旋转。系统控制器110通过控制移动组件（省略图示）从而使顶板（省略图示）移动。利用顶板的移动使承载于顶板的被检查体S沿旋转轴RA进行移动。

高电压产生器109为了从X射线管101产生X射线，对X射线管101施加管电压，提供灯丝电流。系统控制器110以使X射线管101的管电压在高电压（例如140kV）和低电压（例如80kV）之间呈周期性变化的方式对高电压产生器109进行控制。另外，有时将高电压以及低电压称为高能量等级（level）以及低能量等级。

DAS104将从各通道的X射线检测器103输出的信号变换为电压信号，对该电压信号进行放大，并进而将其变换为数字信号。

对系统控制器110，利用数据／控制总线连接有X射线数据收集条件设定装置117、前处理装置106、存储装置112、重建装置114、输入装置115、显示装置116、以及扫描计画支援装置200。

X射线数据收集条件设定装置117以使在X射线管101的管电压不同的情况下不同管电压的数据的噪声（noise）变得相等或者为一定的比的方式对管电压以及管电流进行设定，并且与各个管电压相对应，设定DAS104的X射线收集的积分时间或者视图数等的条件（收集条件）。

系统控制器110接受利用输入装置115的输入，对X射线数据收集条件设定装置117设定收集条件。基于该收集条件，系统控制器110以按每一视图使管电压呈周期性变化的方式控制高电压产生器109，并且以与其变化同步地收集数据的方式控制DAS104。另外，对于数据的收集的细节将在后面叙述。

从DAS104输出的数据，经由非接触数据发射器105，送到收容于控制台的前处理装置106。前处理装置106对原始数据校正通道间的灵敏度均一性，此外校正X射线强吸收体引起的（主要是金属部）的极端的信号强度的降低或者信号损失。接受校正并从前处理装置106输出的数据送到存储装置112。另外，有时将从DAS104输出的数据称为原始数据。此外，有时将从前处理装置106输出的数据称为投影数据。进而，有时将数据（原始数据、投影数据）的输出称为数据的收集。

存储装置112将由前处理装置106接受了各种校正的数据（投影数据）与包含视图的识别编号的附带信息一起进行存储。

重建装置114接受前处理后的投影数据，基于该投影数据对图像进行重建。投影数据进行变换为频率区域的高速傅立叶变换，而且对于对重建函数进行了叠加处理后的投影数据，进行三维反投影处理，按被检查体S的每个体轴方向求取断层像。

重建装置114包含双能量图像重建部，其根据高电压以及低电压的两投影数据，对与原子的分布关联的X射线管电压依存信息的二维分布断层像、所谓双能量拍摄的断层像进行图像重建。另外，图像处理单元具有重建装置114。

显示装置116将求取的断层像变换为显示数据，并显示于显示器。

扫描计画支援装置200具有支援拍摄技师建立扫描计划的功能。

以上，对X射线CT装置的基本结构进行了说明。

（数据的收集）

接下来，参照图2以及图3对数据的收集进行说明。

图2是分别表示在比较例中管电压的变化为矩形波的例子、数据收集的例子A的图。在图2所示的管电压中，横轴表示时间[t]，纵轴表示电压[kV]，在例A中将高电压以及低电压的数据的收集用“H”以及“L”表示。另外，管电压基于转换周期，按每一视图使高电压和低电压之间呈周期性变化。以下的比较例以及实施方式也设为同样。

如图2所示那样，在1个周期内高电压以及低电压的数据的收集“H”、“L”连续进行。

与此相对地，在第一实施方式中按如下那样进行数据的收集。图3是分别表示管电压的变化为矩形波的例子、数据收集的例子A的图。在图3的例子A中将高电压、低电压以及中电压的数据的收集由“H”、“L”以及“M”表示。

如图3的例子A所示那样，系统控制器110通过将制作的矩形波送到高电压产生器109，从而以按每一视图使管电压呈周期性变化的方式控制高电压产生器109，并且，通过将用于进行数据收集的指示的控制信号送到DAS104，从而以与管电压的变化同步地在1个周期内进行高电压的数据的收集“H”，并从该收集“H”起经过规定期间后进行低电压的数据的收集“L”的方式控制DAS104。另外，有时将规定期间称为空闲期间。

进而，系统控制器110以在规定期间（空闲期间）内进行对X射线管101施加中电压时的数据的收集“M”的方式控制DAS104。在此，有时将用“H”、“L”以及“M”分别收集的数据称为第一采样数据、第二采样数据以及第三采样数据。在后述的实施方式的说明中也是同样的。

另外，虽然示出了1个周期内进行3次数据的收集，但也可以进行4次以上。进而，也可以对各次分别分配用“H”、“L”以及“M”所示的收集。

（图像处理）

接下来，参照图3对使用由DAS104收集的数据的图像处理进行说明。图3是分别表示图像重建的例子B～D、分解处理的例子E的图。

如图3的例子B所示那样，重建装置114使用第一采样数据至第三采样数据的全部数据来对断层像进行图像重建。

另外，通过使用全部的采样数据，从而成为平均的能量（中能量）时的数据。由此，能得到具有高分辨率的中能量的单能量图像。

如图3的例子C所示那样，重建装置114使用第二采样数据对断层像进行图像重建。由此，能得到低能量的单能量图像。

图3的例子D所示那样，重建装置114使用第一采样数据对断层像进行图像重建。由此，能得到高能量的单能量图像。

图3的例子E所示那样，重建装置114使用第一采样数据以及第二采样数据进行双能量处理。在此，在双能量处理中包含物质分离以及单色图像制作。在此，所谓物质分离是指，通过拍摄混合了多个物质的物体，从而计算混合的物质密度，根据多个物质的混合比求取提取的特定的物体的图像。此外，单色图像制作是指，对所计算出的各物质密度乘以相对于各X射线有效能量的质量减弱系数，通过在图像上再混合各物质，从而求取以各X射线有效能量拍摄的虚拟单色X射线等效CT图像。

根据以上的第一实施方式，在以多个能量进行拍摄时，即使在旋转速度快的情况下，也能兼顾双能量处理和高分辨率。

此外，虽然在管电压的变化为矩形波的例子中，获取管电压从高电压切换为低电压时过渡的电压值，但有可能不能进行该部分的数据的校正等，当产生伪像（artifact）时，有无法取得高画质的断层像的问题。但是，由于在第一实施方式中，在数据收集中设有规定期间（空闲期间），所以可除去该部分的数据，因此可消除产生伪像的重要因素，能取得高画质的断层像。另外，该效果在以下的实施方式中也是同样的。

另外，虽然在第一实施方式中，示出了与管电压的变化同步地在1个周期内收集由第一采样数据、第二采样数据、以及第三采样数据这3种能量拍摄的数据，但也可以不收集以中能量拍摄的数据（第三采样数据），而只收集第一采样数据以及第二采样数据。此时，由于收集第三采样数据的期间成为规定期间（空闲期间），所以如前所述那样，由于在数据收集中设有规定期间（空闲期间），所以可除去该部分的数据，能消除产生伪像的重要因素。另外，该结构以及其效果在以下的实施方式中也是同样的。

[第二实施方式]

接下来，参照图4以及图5对第二实施方式进行说明。另外，在第二实施方式中，主要对与第一实施方式不同的构成进行说明，省略相同构成的说明。

图4是分别表示在比较例中管电压的变化为三角波的例子、数据收集的例子A的图。

（数据的收集）

如图4所示那样，在1个周期内的数据的收集中，第一采样数据的收集“H”和第二采样数据的收集“L”连续。

与此相对地，在第二实施方式中按如下那样进行数据的收集。图5是分别表示管电压的变化为三角波的例子、数据收集的例子A的图。在图5的例子A中将高电压、低电压以及中电压的数据的收集用“H”、“L”以及“M”表示。

如图5的例子A所示那样，系统控制器110通过将制作的三角波送到高电压产生器109，从而以按每一视图使管电压呈周期性变化的方式对高电压产生器109进行控制，并且通过将用于进行数据收集的指示的控制信号送到DAS104，从而以与管电压的变化同步地在1个周期内，收集第一采样数据，并在从该收集起经过规定期间（空闲期间）后收集第二采样数据的方式控制DAS104。

进而，系统控制器110以在空闲期间内收集第三采样数据的方式控制DAS104。

另外，虽然示出了在1个周期内进行3次数据的收集，但也可以进行4次以上。进而，也可以对各次分别分配用“H”、“L”以及“M”表示的收集。

（图像处理）

接下来，参照图5对使用由DAS104收集的数据的图像处理进行说明。图5是分别表示图像重建的例子B～D、分解处理的例子E的图。

图5所示的图像重建的例子B～D以及分解处理的例子E与在第一实施方式中说明过的图像重建的例子是同样的。

即，如图5的例子B～E所示那样，重建装置114使用第一采样数据至第三采样数据的全部数据对断层像进行图像重建。进而，重建装置114使用第二采样数据对断层像进行图像重建。进而，重建装置114使用第一采样数据对断层像进行图像重建。进而，重建装置114使用第一采样数据以及第二采样数据来进行双能量处理。另外，上述的图像重建的例子B～D以及分解处理的例子E的效果由于与在第一实施方式中说明过的图像重建的例子等是同样的，所以省略其说明。

根据以上的第二实施方式，在管电压的变化为三角波的例子中，在以多个能量进行拍摄时，即使在旋转速度快的情况下，也能兼顾双能量处理和高分辨率。

进而，根据第二实施方式，在双能量处理中有下面的优点。

在图像重建中，基于对X射线管施加高电压时收集的数据以及施加低电压时收集的数据，对物质进行分析（分离）。由此，可得到足够的分辨率，取得高画质的断层像。另外，为了取得高画质，在各视图中，优选高电压和低电压之间的能量分离是越能保证稳定的分解的就越大。

图6是与管电压的变化同步地在1个周期内连续收集高电压和低电压的两数据时的图，图7是与管电压的变化同步地在1个周期内隔开时间地收集高电压和低电压的两数据时的图。在图6以及图7中，横轴表示时间，纵轴表示电压[kV]，在（A）的例子中将高电压以及低电压的各数据的收集的例子由“H”以及“L”表示。另外，将管电流I设为恒定。此外，能量设为由采样期间中的平均电压（V）*时间来表示。

如图6所示那样，在连续收集两数据时，低电压时以及高电压时的两能量E1、E2分别由E1＝V*t／8和E2＝3V*t／8表示。此时，能量比（E2／E1）成为3／1。

如图7所示那样，在连续收集两数据时，低电压时以及高电压时的两能量E3、E4分别由E3＝V*t／18和E4＝5V*t／18表示。此时，能量比（E4／E3）成为5／1。

即，连续收集两数据时，与隔开时间进行收集时相比，在各视图中能量分离不会成为足够的大小，在双能量处理中，成为使物质分离的精度降低的重要因素。

与此相对地，两数据隔开时间进行收集时，与连续收集时相比，在各视图中能量分离成为足够的大小，在双能量处理中，能消除使物质分离的精度降低的重要因素。

因此，即使在旋转速度快的情况下，两数据隔开时间进行收集时，与连续收集时相比，会增高提高物质分离的精度的可能性。

如以上那样，根据第二实施方式，由于在1个周期内设有规定期间（空闲期间），所以在各视图中能量分离变大，能提高物质分离的精度。

另外，虽然在第二实施方式中，示出了收集以3种能量拍摄的数据，但也可以不收集以中能量拍摄的数据（第三采样数据），而仅收集第一采样数据以及第二采样数据。此时，由于收集第三采样数据的期间成为规定期间（空闲期间），所以如前所述那样，由于在数据收集中设有规定期间（空闲期间），所以能提高物质分离的精度。另外，该结构以及其效果在以下的实施方式中也是同样的。

[第三实施方式]

接下来，参照图8以及图9对第三实施方式进行说明。另外，在第三实施方式中，主要对与第一或者第二实施方式不同的构成进行说明，省略相同构成的说明。

图8是分别表示在比较例中管电压的变化为三角波的其他例子、数据收集的例子A的图。

（数据的收集）

如图8所示那样，在1个周期内的数据的收集中，第一采样数据的收集“H”和第二采样数据的收集“L”连续。

与此相对地，在第三实施方式中按如下那样进行数据的收集。图9是分别表示管电压的变化为三角波的例子、数据收集的例子A的图。在图9的例子A中将高电压、低电压以及中电压的数据的收集用“H”、“L”以及“M”表示。

如图9的例子A所示那样，系统控制器110通过将制作的三角波送到高电压产生器109，从而以按每一视图使管电压呈周期性变化的方式控制高电压产生器109，并且通过将用于进行数据收集的指示的控制信号送到DAS104，从而以与管电压的变化同步地在1个周期内，对第一采样数据进行收集，并在从该收集起经过规定期间（空闲期间）后收集第二采样数据，而且，规定期间在1个周期内设有2次的方式控制DAS104。

进而，系统控制器110以在空闲期间内收集第三采样数据的方式控制DAS104。

另外，虽然示出了在1个周期内进行3次数据的收集，但也可以进行4次以上。进而，也可以对各次分别分配用“H”、“L”以及“M”表示的收集。

（图像处理）

接下来，参照图9对使用由DAS104收集的数据的图像处理进行说明。图9是分别表示图像重建的例子B～D、分解处理的例子E的图。

图9所示的图像重建的例子B～D及分解处理的例子E与第一、第二实施方式中说明过的图像重建的例子是同样的。

即，如图9的例子B～E所示那样，重建装置114使用第一采样数据至第三采样全部数据对断层像进行图像重建。进而，重建装置114使用第二采样数据对断层像进行图像重建。进而，重建装置114使用第一采样数据对断层像进行图像重建。进而，重建装置114使用第一采样数据以及第二采样数据进行双能量处理。另外，上述的图像重建的例子B～D以及分解处理的例子E的效果由于与第一、第二实施方式中说明过的图像重建的例子等是同样的，所以省略其说明。

根据以上的第三实施方式，在管电压的变化为三角波的例子中，在以多个能量进行拍摄时，即使在旋转速度快的情况下，也能兼顾双能量处理和高分辨率。

进而，根据第三实施方式，由于在1个周期内设有2次规定期间（空闲期间），所以在各视图中能量分离进一步变大，能提高物质分离的精度。

[过采样以及打包]

在上述的第一～第三实施方式中，示出了在1个周期内收集（输出）3次以上的数据。

但是，在第一～第三实施方式的数据收集中，也可以进行过采样，进而进行打包，在进行了打包之后进行数据的输出。在此，进行了打包后的数据的输出成为收集数据。

接下来，参照图10以及图11对过采样以及打包进行说明。过采样以比数据的周期短2倍以上的周期对数据进行采样。原始数据的过采样以及打包通过DAS104进行，投影数据的过采样以及打包通过前处理装置106进行。

图10是分别表示过采样的例子A、以及打包的例子B的图。在图10所示的例子A中表示在1个周期内进行的3次过采样，在图10所示的例子B中，进行过采样的第二次与第三次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“L”。

图11是分别表示过采样的例子A、以及打包的例子B的图。在图11所示的例子A中，表示在1个周期内进行的7次过采样，在图11所示的例子B中，进行过采样的第一次和第二次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“H”。此外，进行过采样的从第三次到第七次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“L”。

[第四实施方式]

接下来，参照图12对第四实施方式进行说明。另外，在第四实施方式中，主要对与第一～第三的各实施方式不同的构成进行说明，省略相同构成的说明。

在该实施方式中重建装置114从利用过采样收集的数据中进行在施加高电压以及低电压时分别收集的数据的部分的提取。

图12是分别示出管电压的变化为三角波的例子、保存过采样后的全部数据的例子A、以及打包的比较例B、打包的例子C。在图12所示的管电压变化的例子中，横轴表示时间[t]，纵轴表示电压[kV]。

在图12所示的例子A中，示出在1个周期内进行8次过采样。

在图12所示的比较例B中，进行从过采样的第一次到第四次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“H”。此外，进行过采样的从第五次到第八次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“L”。另外，在B中将其中的第一次到第四次视为“H”，将第五次至第八次视为“L”来进行之后的处理。

与此相对地，在图12所示的例子C中，进行过采样的第二次和第三次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“H”。此外，进行过采样的第六次和第七次的打包，在进行了打包之后进行数据的收集“L”。另外，在C中将其中的第二次和第三次视为“H”，将第六次和第七次视为“L”来进行之后的处理。

在图12所示的比较例B中，数据的收集“H”和数据的收集“L”连续进行。

与此相对地，在图12所示的例子C中，数据的收集“H”和数据的收集“L”隔规定时间（相当于过采样的第四次以及第五次的时间）进行收集。

根据以上的第四实施方式，在以多个能量进行拍摄时，即使在旋转速度快的情况下，也能兼顾双能量处理和高分辨率。

进而，根据第四实施方式，由于通过保存过采样后的全部数据并对数据适当地进行打包从而在数据收集的1个周期内设定规定时间（空闲时间），所以能在双能量处理中提高物质分离的精度。

Claims (6)

1.一种X射线CT装置，其特征在于，具有：

X射线管；

管电压产生单元，对所述X射线管施加管电压；

管电压控制单元，以使所述管电压呈周期性变化的方式对管电压产生单元进行控制；

X射线检测器，隔着被检查体与所述X射线管相对应地配置，对透射了被检查体的X射线进行检测；

数据收集单元，从由所述X射线检测器检测的数据中，与所述管电压的变化同步地在1个周期内收集对所述X射线管施加高电压时的第一采样数据，并在从该收集起经过规定期间后收集对所述X射线管施加低电压时的第二采样数据；以及

图像处理单元，基于所述收集的第一采样数据以及第二采样数据来制作图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据收集单元在所述规定期间内至少1次收集对所述X射线管施加中电压时的第三采样数据。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述图像处理单元使用所述收集的所述第一采样数据、所述第二采样数据、以及所述第三采样数据进行图像重建。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像处理单元使用所述收集的所述第一采样数据以及所述第二采样数据进行包含物质分离以及单色图像制作的双能量处理。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像处理单元使用所述收集的所述第一采样数据或者所述第二采样数据的任一方进行图像重建。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述数据收集单元对所述数据在所述1个周期中进行过采样，

所述图像处理单元从通过所述过采样收集的采样数据中，进行在施加所述高电压以及所述低电压时分别收集的采样数据的部分的提取。

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