CN103228215B - 多层ct装置及数据预处理方法 - Google Patents

Abstract

多层CT装置具有：扫描执行部，执行常规扫描；第一权重系数设定部，设定权重系数，该权重系数被设定为，在多层检测器的中央通道，对中央列的重构前数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的重构前数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的重构前数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的重构前数据赋予的权重逐渐变高；第一权重系数修正部，对权重系数进行修正，使得随着从多层检测器的中心列朝向端列，权重逐渐变高；以及列方向滤波部，基于修正后的权重系数，将重构前数据在列方向上进行滤波。

Description

多层CT装置及数据预处理方法

技术领域

本发明的本实施方式涉及基于向被检体照射X射线而得到的数据来重构图像的多层CT（computedtomography：计算机断层照相法）装置及数据预处理方法。

背景技术

X射线CT装置基于透射被检体的X射线的强度，通过图像提供与被检体有关的信息，在以疾病的诊断·治疗或手术计划等为代表的多种医疗行为中发挥重要的作用。

在X射线CT装置中，有具备多层检测器的多层CT（ADCT：areadetectorcomputedtomography）装置。使用多层CT装置对球状或圆顶状的被检体进行螺旋扫描时，在图像上出现风车状的伪影（windmillartifact）。风车状的伪影是在重构中由于多列检测元件的数据巧妙地组合而引起的。在通过多层CT装置进行的重构中，在360°全周上，不是一直使用同一检测元件，而是根据角度对检测元件间的数据进行插补，所以成为切换检测元件的各列的数据的状态。该切换的边界存在多个，所以在图像上出现风车状的伪影。

另外，作为与本发明有关的在先技术文献，有通过对原始数据进行滤波而减少风车状的伪影的技术（例如参照专利文献1）。在专利文献1中，作为螺旋扫描中的风车状伪影的对策，导入了作为channel-dependent的列方向的滤波。

但是，风车状的伪影并不是螺旋扫描所特有的，在常规扫描中的圆轨道（CFK：circularfeldkamp）重构中，特别是在锥角端显著地发生。与螺旋扫描同样，其原因是列方向的降采样，为了在原理上解决，需要列方向的飞焦点。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特愿2005-279282号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

如上述那样，在常规扫描中的圆轨道重构中存在以下倾向：从原理上在锥角中心不发生风车状的伪影，而从多层检测器的中心列到端列显著地发生。因此，如果针对在远离多层检测器的中心列的端列附近生成的原始数据，将螺旋扫描中的以往技术应用于常规扫描，则能够得到图像上的伪影减少效果。

但是，如果针对在多层检测器的中心列附近生成的原始数据，将螺旋扫描中的以往技术应用于常规扫描，则对于未发生风车状的伪影的区域也实施处理。其结果，在由多层检测器的中心列附近的列的检测元件得到的图像中，引起预想之外的空间分辨率劣化。

附图说明

图1是表示本实施方式的多层CT装置的构成图。

图2是表示本实施方式的多层CT装置的功能的框图。

图3（A）、图3（B）是表示第二权重系数的例子的图。

图4是用于说明以往的权重系数的图。

图5是用于说明本实施方式的权重系数（修正后的第一权重系数）的图。

图6是表示本实施方式的多层CT装置的动作的流程图。

具体实施方式

参照附图说明本实施方式的多层CT装置及数据预处理方法。

本实施方式的多层CT装置，为了解决上述课题，具有：X射线源，发生X射线；多层检测器，具备检测所述X射线的多列检测元件；扫描执行机构，通过使所述X射线源和所述多层检测器绕着被检体旋转，来执行常规扫描；权重系数设定机构，设定权重系数，该权重系数被设定为，在所述多层检测器的中央通道，对中央列的重构前数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的重构前数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的重构前数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的重构前数据赋予的权重逐渐变高；修正机构，修正所述权重系数，使得随着从所述多层检测器的中心列朝向端列而权重逐渐变高；列方向滤波机构，基于所述修正后的权重系数，将通过所述扫描收集的重构前数据在列方向上进行滤波；以及图像重构机构，基于所述滤波后的重构前数据将图像重构。

本实施方式的数据预处理方法，为了解决上述课题，设定权重系数，该权重系数被设定为，在多层检测器的中央通道，对中央列的重构前数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的重构前数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的重构前数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的重构前数据赋予的权重逐渐变高；修正所述权重系数，使得随着从所述多层检测器的中心列朝向端列而权重逐渐变高；基于所述修正后的权重系数，将通过常规扫描收集的重构前数据在列方向上进行滤波。

另外，在本实施方式的多层CT装置中，有X射线管和多层检测器作为1体在被检体的周围旋转的旋转/旋转（ROTATE/ROTATE）类型、以及大量检测元件环状地形成阵列而仅X射线管在被检体的周围旋转的固定/旋转（STATIONARY/ROTATE）类型等多种类型，任一类型都能够应用本发明。在此，作为目前占主流的旋转/旋转类型进行说明。

此外，作为将入射X射线变换为电荷的机理，占主流的是间接变换型和直接变换型，在该间接变换型中，通过闪烁器等荧光体将X射线变换为光，进而将该光通过发光二极管等光电变换元件变换为电荷；在该直接变换型中，利用了基于X射线的、半导体内电子空穴对的生成、以及该电子空穴对向电极的移动、即光导电现象。

此外，近年来，将X射线管和多层检测器的多个对搭载于旋转环的所谓多球管型的多层CT装置逐渐产品化，其周边技术得到了开发。本实施方式的多层CT装置无论在以往的单球管型多层CT装置、还是在多球管型的多层CT装置中都能够应用。在此，作为单球管型的多层CT装置进行说明。

图1是表示本实施方式的多层CT装置的构成图。

图1表示本实施方式的多层CT装置1。多层CT装置1大体上包括扫描仪装置11及图像处理装置（控制台）12。多层CT装置1的扫描仪装置11通常设置在检查室中，用于生成与患者O的摄像部位（被检体）有关的X射线的透射数据。另一方面，图像处理装置12通常设置在与检查室相邻的控制室中，构成为用于基于透射数据来生成投影数据，并进行重构图像的生成·显示。

多层CT装置1的扫描仪装置11设置有：X射线管（X射线源）21、光圈22、多层检测器23、DAS（dataacquisitionsystem）24、旋转部25、高电压电源26、光圈驱动装置27、旋转驱动装置28、顶板30、顶板驱动装置31、及控制器32。

X射线管21根据从高电压电源26提供的管电压，使电子束与金属制的靶撞击而发生X射线，并朝向多层检测器23照射。通过从X射线管21照射的X射线，形成扇形波束X射线或锥形波束X射线。通过由控制器32经由高电压电源26进行控制，对X射线管21提供X射线的照射所需的电力。

光圈22通过光圈驱动装置27来调整从X射线管21照射的X射线的切片方向（z轴方向）的照射范围。即，通过由光圈驱动装置27对光圈22的开口进行调整，能够变更切片方向的X射线照射范围。

多层检测器23是矩阵状、也就是在通道方向及切片方向上具有多个检测元件的2维阵列型的检测器。多层检测器23检测从X射线管21照射并透射患者O的X射线。

DAS24将由多层检测器23的各检测元件检测到的透射数据的信号放大并变换为数字信号。DAS24的输出数据经由扫描仪装置11的控制器32被供给至图像处理装置12。

旋转部25将X射线管21、光圈22、多层检测器23及DAS24作为一体加以保持。旋转部25构成为，在使X射线管21和多层检测器23对置的状态下，能够使X射线管21、光圈22、多层检测器23及DAS24作为一体绕着患者O旋转。另外，用z轴方向定义与旋转部25的旋转中心轴平行的方向，用x轴方向、y轴方向定义与该z轴方向正交的平面。

高电压电源26通过控制器32的控制，将X射线的照射所需的电力供给至X射线管21。

光圈驱动装置27具有通过控制器32的控制来调整光圈22中的X射线的切片方向的照射范围的机构。

旋转驱动装置28具有通过控制器32的控制，使旋转部25以维持其位置关系的状态绕着空洞部旋转的方式旋转的机构。

顶板30能够载置患者。

顶板驱动装置31具有通过控制器32的控制使顶板30沿着y轴方向进行升降动作、并沿着z轴方向进行进入/退出动作的机构。旋转部25的中央部分具有开口，载置于该开口部的顶板30的患者O被插入该开口。

控制器32包括CPU（centralprocessingunit）及存储器。控制器32进行多层检测器23、DAS24、高电压电源26、光圈驱动装置27、旋转驱动装置28及顶板驱动装置31等的控制，从而执行扫描。

多层CT装置1的图像处理装置12以计算机为基础构成，能够与网络（localareanetwork）N相互通信。图像处理装置12大体上包括CPU41、存储器42、HDD（harddiscdrive：硬盘驱动器）43、输入装置44及显示装置45等基本的硬件。CPU41经由作为共通信号传送路径的总线，与构成图像处理装置12的各硬件构成要素相互连接。另外，图像处理装置12有时也具备存储介质驱动器46。

CPU41是具备集成电路（LSI）构造的控制装置，该集成电路将由半导体构成的电子电路封装到具备多个端子的封装中而成。通过由医师或检查技师等操作者对输入装置44进行操作等而输入指令时，CPU41执行存储器42中存储的程序。或者，CPU41将HDD43中存储的程序、从网络N传送并安装到HDD43中的程序、或从安装于存储介质驱动器46的存储介质读出并安装到HDD43中的程序加载到存储器42中并执行。

存储器42是具有兼备ROM（readonlymemory：只读存储器）及RAM（randomaccessmemory：随机存储器）等要素构造的存储装置。存储器42存储IPL（initialprogramloader：初始程序装入）、BIOS（basicinput/outputsystem：基本输入输出系统）及数据，或用作CPU41的工作存储器或数据的临时存储。

HDD43是不可装卸地内置有涂覆或蒸镀了磁体的金属盘的存储装置。HDD43是存储安装到图像处理装置12中的程序（除了应用程序之外，还包括OS（operatingsystem：操作系统）等）、重构前数据（原始数据及投影数据）、重构后数据（图像数据）的存储装置。此外，还可以使OS提供GUI（graphicaluserinterface：图形用户界面），该GUI在对操作者显示信息时多使用图形，能够通过输入装置44进行基础操作。

输入装置44是能够由操作者操作的指示器件，将按照操作的输入信号传送给CPU41。

显示装置45包括未图示的图像合成电路、VRAM（videorandomaccessmemory：视频随机存储器）及显示器等。图像合成电路生成在图像数据中合成了各种参数的字符数据等的合成数据。VRAM将合成数据展开为在显示器上显示的显示图像数据。显示器由液晶显示器或CRT（cathoderaytube：阴极射线管）等构成，将显示图像数据作为显示图像而依次显示。

存储介质驱动器46能够装卸存储介质，读出存储介质中存储的数据（包括程序）并输出到总线上，还将经由总线供给的数据写入存储介质。所谓的封装式软件包能够存储在这样的存储介质中加以提供。

图像处理装置12对从扫描仪装置11的DAS24输入的原始数据进行对数变换处理、灵敏度修正等修正处理（预处理），生成投影数据，并存储到HDD43等存储装置中。此外，图像处理装置12对预处理后的投影数据进行散射线的除去处理。图像处理装置12基于X射线照射范围内的投影数据的值，来进行散射线的除去，将根据进行散射线修正的对象的投影数据或其相邻投影数据的值的大小而推定出的散射线从成为对象的投影数据减去，从而进行散射线修正。图像处理装置12基于修正后的投影数据来进行区段重构，生成图像数据，并存储到HDD43等存储装置中。

图2是表示本实施方式的多层CT装置1的功能的框图。

通过由图1所示的CPU41（或控制器32）执行程序，多层CT装置1如图2所示，作为扫描执行部61、投影数据生成部（预处理部）62及图像重构部63发挥功能。另外，构成多层CT装置1的各要素61～63通过由CPU41执行程序而发挥功能，但是不限于这种情况。也可以将构成多层CT装置1的各要素61～63的全部或一部分作为硬件设置在多层CT装置1中。

扫描执行部61具有如下功能：对扫描仪装置11的控制器32进行控制，按照扫描条件，对包括顶板30上的患者O的摄像部位在内的区域执行常规扫描（非螺旋扫描、体扫描）。

投影数据生成部62具有如下功能：对通过由扫描执行部61执行的扫描而收集的、与多层检测器23中的多列检测元件对应的原始数据进行预处理，生成与多列检测元件对应的投影数据。投影数据生成部62具有：第一权重系数设定部62a、第二权重系数设定部62b、第一权重系数修正部62c、及列方向滤波部62d。

第一权重系数设定部62a具有设定第一权重系数的功能：该第一权重系数为，在多层检测器23的中央通道，对中央列的原始数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的原始数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的原始数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的原始数据赋予的权重逐渐变高。

例如，考虑对多层检测器23的附近3列的原始数据在列方向上进行加权加法的情况。第一权重系数依存于检测元件（通道）距离对应的像素的旋转中心的半径而变化。即，权重不但涉及视角及列，还依存于通道方向而变化。在旋转中心，由于滤波器特性而清晰度较高，即中央列的数据控制度较高，随着远离旋转中心，清晰度降低。如果将权重的组合标记为（针对一侧的列的原始数据的权重，针对中央列的原始数据的权重，针对另一侧的列的原始数据的权重），则在旋转中心（中心通道）赋予（0，1，0），对最端部通道赋予（0.3，0.4，0.3）。在其之间，从（0，1，0）向（0.3，0.4，0.3）逐渐变化。

第二权重系数设定部62b具有设定第二权重系数的功能，第二权重系数被设定为，随着从多层检测器23的中心列朝向端列而逐渐变高。

图3（A）、图3（B）是表示第二权重系数的例子的图。

如图3（A）、图3（B）所示，第二权重系数设定部62b设定第二权重系数，该第二权重系数用于对第一权重系数进行加权加法，使得第一权重系数随着从中心列朝向端列而逐渐变高。由此，在多层检测器23的中央列（锥角中心），基于第一权重系数的滤波强度为零，越远离中央列，越能够得到基于第一权重系数的滤波强度。

图2所示的第一权重系数修正部62c具有如下功能：通过由第二权重系数设定部62b设定的第二权重系数，对由第一权重系数设定部62a设定的第一权重系数进行修正，从而生成修正后的第一权重系数。由第一权重系数设定部62a设定的第一权重系数和由第二权重系数设定部62b设定的第二权重系数也可以预先存储在HDD43等存储装置中。这种情况下，第一权重系数修正部62c从存储装置读取第一权重系数及第二权重系数，生成修正后的第一权重系数。

图4是用于说明以往的权重系数的图。

图4表示以往的多层检测器123和对多层检测器123的每个位置设定的权重系数。以往的权重系数相当于本实施方式的第一权重系数。在多层检测器123的中央通道，对中央列的原始数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的原始数据赋予的权重较低。并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的原始数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的原始数据赋予的权重逐渐变高。

图5是用于说明本实施方式的权重系数（修正后的第一权重系数）的图。

图5表示本实施方式的多层检测器23和对多层检测器23的每个位置设定的修正后的第一权重系数。

如图5所示，通过图3（A）、图3（B）所示的第二权重系数对图4所示的以往的权重系数（第一权重系数）进行加权，生成修正后的第一权重系数。例如，将对多层检测器23的端通道的、端列的原始数据赋予的第一权重系数（0.3，0.4，0.3）乘以第二权重系数1.0，成为修正后的第一权重系数（0.3，0.4，0.3）。此外，将对多层检测器23的端通道的、中央列的原始数据赋予的第一权重系数（0.3，0.4，0.3）乘以第二权重系数0.0，成为修正后的第一权重系数（0.0，0.0，0.0）。

进而，将对多层检测器23的中央通道的、端列的原始数据赋予的第一权重系数（0.0，1.0，0.0）乘以第二权重系数1.0，成为修正后的第一权重系数（0.0，1.0，0.0）。此外，将对多层检测器23的中央通道的、中央列的原始数据赋予的第一权重系数（0.0，1.0，0.0）乘以第二权重系数0.0，成为修正后的第一权重系数（0.0，0.0，0.0）。

图2所示的列方向滤波部62d具有如下功能：基于由第一权重系数修正部62c生成的修正后的第一权重系数，将与扫描执行部61收集的多列检测元件对应的原始数据在列方向上进行滤波。例如，将相邻3列作为对象的情况下，列方向滤波部62d对通道编号相同的3列原始数据进行加权加法。

图像重构部63具有如下功能：基于由投影数据生成部62生成的投影数据，重构多个切片图像。将由图像重构部63生成的多个切片图像显示在显示装置45上，或存储到HDD43等存储装置中。

接着，使用图6所示的流程图说明本实施方式的多层CT装置1的动作。

首先，多层CT装置1对扫描仪装置11的控制器32进行控制，按照扫描条件对包括顶板30上的患者O的摄像部位在内的区域执行常规扫描（非螺旋扫描、体扫描）（步骤ST1）。接着，多层CT装置1对通过由步骤ST1中执行的扫描而收集的、与多层检测器23中的多列检测元件对应的原始数据进行预处理，生成与多列检测元件对应的投影数据（步骤ST2）。

在步骤ST2中，多层CT装置1设定第一权重系数，该第一权重系数被设定为，在多层检测器23的中央通道，对中央列的原始数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的原始数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的原始数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的原始数据赋予的权重逐渐变高（步骤ST2a）。

接着，多层CT装置1如图3（A）、图3（B）所示那样设定第二权重系数，该第二权重系数被设定为，随着从多层检测器23的中心列朝向端列而逐渐变高（步骤ST2b）。通过步骤ST2b，在多层检测器23的中央列（锥角中心），基于第一权重系数的滤波强度成为零，越远离中央列，越能够得到基于第一权重系数的滤波强度。

接着，多层CT装置1通过由步骤ST2b设定的第二权重系数，对由步骤ST2a设定的第一权重系数进行修正，从而生成修正后的第一权重系数（步骤ST2c）。使用图5说明了修正后的第一权重系数的例子。接着，多层CT装置1基于由步骤ST2c生成的修正后的第一权重系数，将与由步骤ST1收集的多列检测元件对应的原始数据在列方向上进行滤波（步骤ST2d）。

接着，多层CT装置1基于由步骤ST2生成的投影数据，将图像重构（步骤ST3）。将由步骤ST3生成的图像显示在显示装置45上，或存储到HDD43等存储装置中（步骤ST4）。

根据本实施方式的多层CT装置1及数据预处理方法，通过使用将螺旋扫描中的权重系数修正后得到的第一权重系数来对原始数据在列方向上进行滤波，在远离多层检测器23的中心列的端列附近，能够抑制风车状的伪影，并且在中心列附近，能够抑制预想之外的空间分辨率劣化的发生。

以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子提出，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，并且包含在权利要求所记载的发明及其均等范围内。

Claims (10)

1.一种多层CT装置，具有：

X射线源，发生X射线；

多层检测器，具备检测所述X射线的多列检测元件；

扫描执行机构，通过使所述X射线源和所述多层检测器绕着被检体旋转，来执行非螺旋扫描；

权重系数设定机构，设定权重系数，该权重系数被设定为，在所述多层检测器的中央通道，对中央列的重构前数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的重构前数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的重构前数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的重构前数据赋予的权重逐渐变高；

修正机构，修正所述权重系数，使得随着从所述多层检测器的中心列朝向端列，权重逐渐变高；

列方向滤波机构，基于所述修正后的权重系数，将通过所述扫描收集到的重构前数据在列方向上进行滤波；以及

图像重构机构，基于所述滤波后的重构前数据，将图像重构。

2.如权利要求1所述的多层CT装置，其中，

所述权重系数设定机构设定所述权重系数作为第一权重系数，

所述修正机构设定第二权重系数，该第二权重系数被设定为，随着从所述多层检测器的中心列朝向端列，所述权重逐渐变高，所述修正机构基于所述第一权重系数及所述第二权重系数，生成作为所述修正后的权重系数的第三权重系数。

3.如权利要求2所述的多层CT装置，其中，

所述修正机构设定所述第二权重系数，使得随着从所述多层检测器的中心列朝向端列，所述权重直线或曲线地逐渐变高。

4.如权利要求1所述的多层CT装置，其中，

所述列方向滤波机构基于所述修正后的权重系数，将作为所述重构前数据的原始数据在列方向上进行滤波，来生成投影数据，

所述图像重构机构基于所述投影数据，将图像重构。

5.如权利要求1所述的多层CT装置，其中，

所述修正机构对所述权重系数进行修正，使得在所述多层检测器的中央列，所述权重成为零。

6.一种数据预处理方法，其中，

设定权重系数，该权重系数被设定为，在多层检测器的中央通道，对中央列的重构前数据赋予的权重较高，而对中央列的两侧列的重构前数据赋予的权重较低，并且，随着从中央通道朝向端通道，对中央列的重构前数据赋予的权重逐渐降低，而对两侧列的重构前数据赋予的权重逐渐变高；

对所述权重系数进行修正，使得随着从所述多层检测器的中心列朝向端列，权重逐渐变高；

基于所述修正后的权重系数，将通过非螺旋扫描收集到的重构前数据在列方向上进行滤波。

7.如权利要求6所述的数据预处理方法，其中，

在设定所述权重系数的步骤中，设定所述权重系数作为第一权重系数，

在进行所述修正的步骤中，设定第二权重系数，该第二权重系数被设定为，随着从所述多层检测器的中心列朝向端列，所述权重逐渐变高，基于所述第一权重系数及所述第二权重系数，生成作为所述修正后的权重系数的第三权重系数。

8.如权利要求7所述的数据预处理方法，其中，

在进行所述修正的步骤中，设定所述第二权重系数，使得随着从所述多层检测器的中心列朝向端列，所述权重直线或曲线地逐渐变高。

9.如权利要求6所述的数据预处理方法，其中，

在所述列方向上进行滤波的步骤中，基于所述修正后的权重系数，将作为所述重构前数据的原始数据在列方向上进行滤波，来生成投影数据。

10.如权利要求6所述的数据预处理方法，其中，

在进行所述修正的步骤中，对所述权重系数进行修正，使得在所述多层检测器的中央列，所述权重成为零。