CN105377140B - X射线ct装置以及图像重构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在通过将X射线焦点位置移动至多个位置来获得投影数据从而提高空间分辨率的FFS法中，不降低旋转速度就能够提高有效视野整体的空间分辨率的X射线CT装置以及图像重构方法。为此，使X射线管装置(101)的X射线焦点位置进行位移来取得焦点位移投影数据(FFS投影数据)，虚拟视角生成部(126)在视角方向上对FFS投影数据进行上采样(虚拟视角的生成)，在图像的重构运算处理中，重构运算部(127)在比给定的边界更靠近图像中心的中心区域(604)使用FFS投影数据的实际数据而在比边界更靠外侧的周边区域(603)使用上采样投影数据，来重构图像。

Description

X射线CT装置以及图像重构方法
技术领域
本发明涉及X射线CT装置以及图像重构方法，详细来说，涉及适于使用了能从多个焦点位置照射X射线的X射线管装置的X射线CT装置的图像重构方法。
背景技术
X射线CT装置是如下装置，其在使X射线管装置与X射线检测器相对配置的状态下围绕被检体的周围旋转，从多个旋转角度方向(view：视角)照射X射线并按每个视角来检测透过被检体的X射线，基于检测到的投影数据来生成被检体的断层像。近几年，开发了具有使X射线焦点位移(shift)至多个位置来照射X射线的功能的FFS(Flying Focal Spot)X射线管装置。在FFSX射线管装置中，通过以电磁方式使向阳极(靶)入射的电子束的位置进行移动，从而能够使X射线焦点位置位移至多个地点。由此，能够从同一旋转角度方向(视角)得到X射线照射路径不同的多个投影数据，所以能提高X射线CT装置的空间分辨率(FFS法)。
但是，使用现有的FFS法来重构的图像虽然有效视野整体的中心附近的空间分辨率得到提高，但是在中心部以外的周边部存在空间分辨率降低的问题。对此，在专利文献1中提出了BFFS(Balanced Flying Focus Spot)法，该BFFS法通过基于X射线管装置-旋转中心间距离和旋转一周所拍摄的视角数(相邻的视角的角度差)来设定最佳的焦点移动距离，从而使周边部的空间分辨率均匀并得到提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2010-35812号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，由于硬件的限度，数据收集装置的采样率(sampling rate)、台架旋转速度受到限制。因此，为了增加旋转一周所拍摄的视角数，需要降低台架的旋转速度。在降低旋转速度来增加视角数的情况下，对于心脏等活动快的脏器来说，运动伪影(motionartifact)会增加。这样的运动伪影越是心脏等活动快的脏器对图像的影响就越大，对于进行图像诊断的放射线医生来说是不方便的。因此，在以伴有运动的部位为对象的拍摄中，期望不降低旋转速度而提高涉及到整个有效视野的空间分辨率。
本发明鉴于前述的问题点而作，其目的在于，提供一种在通过将X射线焦点位置移动至多个位置来获得投影数据从而提高空间分辨率的FFS法中，不降低旋转速度就能够提高有效视野整体的空间分辨率的X射线CT装置以及图像重构方法。
用于解决课题的手段
为了达成前述目的，第1发明是一种X射线CT装置，该X射线CT装置的特征在于，具备：X射线管装置，其从多个焦点位置向被检体照射X射线；X射线检测器，其与所述X射线管装置相对配置，检测透过所述被检体的X射线即透过X射线；旋转盘，其搭载所述X射线管装置以及所述X射线检测器，围绕所述被检体的周围进行旋转；焦点位移X射线控制部，其使所述X射线管装置的所述焦点位置位移至任意的位置；焦点位移投影数据生成部，其将基于由所述焦点位移X射线控制部使所述焦点位置位移至多个地点而照射的各X射线的所述透过X射线进行组合来生成焦点位移投影数据；虚拟视角生成部，其在所述焦点位移投影数据的视角方向上生成虚拟视角，使用所述虚拟视角来生成上采样投影数据；以及重构运算部，其在图像面内比给定的边界更靠近图像中心的中心区域使用所述焦点位移投影数据的实际数据而在比所述边界更靠外侧的周边区域使用所述上采样投影数据，来重构图像。
第2发明是一种图像重构方法，该图像重构方法的特征在于，包括：取得基于使X射线管装置的X射线焦点位置位移至多个地点而照射的各X射线的投影数据即焦点位移投影数据的步骤；在所述焦点位移投影数据的视角方向上生成虚拟视角，使用所述虚拟视角来生成上采样投影数据的步骤；以及在图像面内比给定的边界更靠近图像中心的中心区域使用所述焦点位移投影数据的实际数据而在比所述边界更靠外侧的周边区域使用所述上采样投影数据，来重构图像的步骤。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在通过将X射线焦点位置移动至多个位置来获得投影数据从而提高空间分辨率的FFS法中，不降低旋转速度就能提高有效视野整体的空间分辨率的X射线CT装置以及图像重构方法。
附图说明
图1是X射线CT装置1的整体结构图。
图2是说明X射线CT装置1所执行的处理整体的流程的流程图。
图3是说明虚拟视角生成处理(A)的流程的流程图。
图4是表示虚拟视角生成处理(A)的步骤的示意图。
图5是说明虚拟视角生成处理(B)的流程的流程图。
图6是表示虚拟视角生成处理(B)的步骤的示意图。
图7是说明虚拟视角生成处理(C)的流程的流程图。
图8是表示虚拟视角生成处理(C)的步骤的示意图。
图9是说明虚拟视角生成处理(D)的流程的流程图。
图10是表示虚拟视角生成处理(D)的步骤的示意图。
图11(a)以及(b)是对采用了相对数据的上采样方法进行说明的图，图11(c)是表示基于2点的插值的图，图11(d)是表示基于4点的插值的图，图11(e)是表示基于TV法的插值的图。
图12是对视角数部分地不同的上采样投影数据518进行说明的图。
图13是对图像的中心区域604和周边区域603的空间分辨率的变化进行说明的图。
图14是说明重构运算处理的流程的流程图。
图15是表示在图14的重构运算处理中使用的投影数据的状态的图。
图16是对第2实施方式的重构运算处理进行说明的图。
图17是在第2实施方式的重构运算处理中应用的权重系数的例子。
图18是说明第2实施方式的重构运算处理的流程的流程图。
图19是在第3实施方式的重构运算处理中应用的权重系数的例子。
图20是说明第3实施方式的重构运算处理的流程的流程图。
图21是对在第4实施方式的重构运算处理中设定的ROI和各区域中使用的投影数据进行说明的示意图。
图22是说明第4实施方式的重构运算处理的流程的流程图。
图23是在第5实施方式的重构运算处理中对使用根据距图像中心的距离以不同的视角数进行上采样后的投影数据来重构的图像进行合成的例子。
图24是在图23的例子中进行加权来合成图像以使在边界附近区域变得平滑的例子。
图25是将图24的例子中的区域数扩充为N个区域的例子。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
[第1实施方式]
首先，参照图1说明X射线CT装置1的整体构成。
如图1所示，X射线CT装置1具备扫描台架部100和操作台120。
扫描台架部100是对被检体照射X射线并检测透过被检体的X射线的装置，其具备：X射线管装置101、旋转盘102、准直器103、X射线检测器106、数据收集装置107、台架控制装置108、卧台控制装置109、以及焦点位移X射线控制装置110。
在旋转盘102设置开口部104，X射线管装置101和X射线检测器106隔着开口部104相对配置。在开口部104中插入载置于卧台105的被检体。旋转盘102通过驱动力而围绕被检体的周围进行旋转，该驱动力是从由台架控制装置108控制的旋转盘驱动装置通过驱动传送系统来传递的。
操作台120是对扫描台架部100的各部分进行控制并且取得由扫描台架部100测量到的投影数据来进行图像的生成以及显示的装置。操作台120具备：输入装置121、图像运算装置122、存储装置123、系统控制装置124、以及显示装置125。
X射线管装置101是能够使旋转阳极(靶)的焦点位置移动的飞焦点X射线管装置。如果将X射线CT装置1的旋转轴方向设为Z方向，则飞焦点X射线管装置使向旋转阳极(靶)照射的电子束向与Z方向正交的X方向或Y方向偏转。由此，使X射线焦点位置发生位移，从同一视角位置照射微小不同的路径的X射线。
在本实施方式中，X射线管装置101的焦点的移动方向设为X射线CT装置1的旋转方向(通道(channel)方向)。此外，焦点的位置设为从基准焦点位置向旋转方向(通道方向)位移了“+σa”以及“-σb”的位置。即，X射线管装置101从向通道方向的正方向进行了移动的第1焦点位置“+σa”和向负方向进行了移动的第2焦点位置“-σb”分别照射X射线。
在以下说明中，将利用FFS(Flying Focus Spot)法得到的投影数据称为FFS投影数据。特别地，将通过从上述的第1焦点位置照射的X射线而得到的投影数据称为FFS(+)投影数据，将通过从上述的第2焦点位置照射的X射线而得到的投影数据称为FFS(-)投影数据。此外，将通过从不利用FFS技术的基准焦点位置照射的X射线而得到的投影数据称为FFS(无)投影数据。
X射线管装置101被焦点位移X射线控制装置110控制而连续或断续地照射给定强度的X射线。焦点位移X射线控制装置110按照由操作台120的系统控制装置124决定的X射线管电压以及X射线管电流，来对施加或提供给X射线管装置101的X射线管电压以及X射线管电流进行控制。焦点位移X射线控制装置110进行控制，使得例如伴随旋转盘102的旋转而按每个视角交替地移动至上述的第1以及第2焦点位置。
在X射线管装置101的X射线照射口设置准直器103。准直器103对从X射线管装置101放射的X射线的照射范围进行限制。例如成形为锥形束(圆锥形或棱锥形束)等。准直器103的开口宽度由系统控制装置124控制。
从X射线管装置101照射、通过准直器103并透过了被检体的透过X射线入射至X射线检测器106。
X射线检测器106例如将由闪烁器和光电二极管的组合构成的X射线检测元件组在通道方向(环绕方向)上排列例如1000个左右，在列方向(体轴方向)上排列例如1～320个左右。X射线检测器106被配置成隔着被检体与X射线管装置101相对。X射线检测器106检测从X射线管装置101照射后透过被检体的X射线量，并将其输出至数据收集装置107。
数据收集装置107收集由X射线检测器106的各个X射线检测元件检测的X射线量，将其转换成数字数据，并作为透过X射线数据依次输出至操作台120的图像运算装置122。
图像运算装置122取得从数据收集装置107输入的透过X射线数据，进行对数变换、灵敏度补正等前处理来作成重构所需的投影数据。在使用FFS法的情况下，由于从X射线管装置101照射例如焦点按每个视角交替地不同的X射线，所以图像运算装置122作成根据从第1焦点位置照射的X射线得到的投影数据即FFS(+)投影数据、和根据从第2焦点位置照射的X射线得到的投影数据即FFS(-)投影数据。
图像运算装置122具备虚拟视角生成部126和重构运算部127。
虚拟视角生成部126针对使用FFS法拍摄到的焦点位移投影数据(FFS(+)投影数据以及FFS(-)投影数据)生成虚拟视角，并通过插入来作成上采样投影数据。所谓虚拟视角，是指通过运算在实际上并未进行拍摄的视角位置插入的视角。虚拟视角的投影数据能够通过基于实际拍摄到的投影数据(以下称为实际数据)进行插值或估算来求取。关于虚拟视角生成的详细情况在后面叙述。将由虚拟视角生成部126生成的(上采样的)投影数据称为上采样投影数据。
重构运算部127使用实际测量到的投影数据(FFS(+)投影数据以及FFS(-)投影数据的实际数据)和由虚拟视角生成部126生成的上采样投影数据来重构被检体的断层像等图像。
在本实施方式中，重构运算部127考虑到图像的空间分辨率，重构使用了实际数据(FFS(+)投影数据、FFS(-)投影数据)和上采样投影数据的图像。具体来说，通过在图像面内的中心区域使用FFS(+)投影数据以及FFS(-)投影数据的实际数据对图像进行重构，从而提高中心区域的空间分辨率。此外，通过在图像的周边区域使用上采样投影数据对图像进行重构，从而提高空间分辨率。即，在图像的整个区域使用了FFS投影数据的情况下，空间分辨率在周边区域会降低，但是在本实施方式中，通过在周边区域使用上采样投影数据来实现周边区域的空间分辨率的提高。上采样投影数据由于是通过运算来插入虚拟视角，因而即使不降低旋转速度也能够提高视角数。因此，特别适于作成有活动的部位的图像的情况。
图像的重构处理也可以使用例如滤波校正逆投影法等解析的方法、逐次近似法等任意方法。
由图像运算装置122(重构运算部127)重构的图像数据输入至系统控制装置124，保存在存储装置123中，并且显示于显示装置125。
系统控制装置124是具备CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等的计算机。存储装置123是硬盘等数据记录装置，预先存储用于实现X射线CT装置1的功能的程序、数据等。
系统控制装置124按照图2所示的处理步骤来进行拍摄处理。在拍摄处理中，系统控制装置124将与由操作者设定的拍摄条件相应的控制信号送出到扫描台架部100的焦点位移X射线控制装置110、卧台控制装置109、以及台架控制装置108，对上述的各部分进行控制。关于各处理的详细情况在后面叙述。
显示装置125由液晶面板、CRT监视器等显示装置和用于与显示装置协作执行显示处理的逻辑电路构成，并与系统控制装置124连接。显示装置125显示从图像运算装置122输出的重构图像以及系统控制装置124所处理的各种信息。
输入装置121例如由键盘，鼠标等定点设备(pointing device)、数字小键盘、以及各种开关按钮等构成，将由操作者输入的各种指示、信息输出至系统控制装置124。操作者使用显示装置125以及输入装置121以交互方式来操作X射线CT装置1。输入装置121也可以设为与显示装置125的显示画面一体地构成的触摸面板式的输入装置。
接着，参照图2～图15，说明X射线CT装置1的动作。
图2是说明本发明涉及的X射线CT装置1所执行的拍摄处理整体的流程的流程图。
在拍摄处理中，首先，系统控制装置124受理拍摄条件以及重构条件的输入。拍摄条件包括X射线管电压、X射线管电流等X射线条件、拍摄范围、台架旋转速度、卧台速度等。重构条件包括重构FOV、重构层厚等。
若经由输入装置121等输入拍摄条件以及重构条件(步骤S101)，则系统控制装置124基于拍摄条件向焦点位移X射线控制装置110、台架控制装置108、以及卧台控制装置109发送控制信号。焦点位移X射线控制装置110基于从系统控制装置124输入的控制信号来控制输入至X射线管装置101的电力。此外，焦点位移X射线控制装置110进行如下的FFS控制：通过以给定的定时使向X射线管装置101的旋转阳极照射的电子束移动给定的方向以及距离，从而使X射线焦点位置交替地移动来照射X射线。台架控制装置108按照旋转速度等拍摄条件来控制旋转盘102的驱动系统，使旋转盘102进行旋转。卧台控制装置109基于拍摄范围使卧台向给定的拍摄开始位置进行定位。
来自X射线管装置101的X射线照射和X射线检测器106所进行的透过X射线数据的测量随着旋转盘102的旋转而重复进行。数据收集装置107在被检体的周围的各种角度(视角)处取得由X射线检测器106测量到的透过X射线数据，并送出至图像运算装置122。图像运算装置122取得从数据收集装置107输入的透过X射线数据，进行对数变换、灵敏度校正等前处理后作成投影数据。在本发明中，由于使用FFS法，使X射线焦点位置移动至2点来进行拍摄，因而图像运算装置122作成FFS(+)投影数据和FFS(-)投影数据，其中，FFS(+)投影数据是通过从第1焦点位置照射的X射线而得到的投影数据，FFS(-)投影数据是通过从第2焦点位置照射的X射线而得到的投影数据。
图像运算装置122(虚拟视角生成部126)使用在步骤S102的处理中作成的FFS(+)投影数据和FFS(-)投影数据(将这些数据总称为FFS投影数据)，进行虚拟视角生成处理(步骤S103)。
在虚拟视角生成处理中，虚拟视角生成部126将虚拟视角插入(上采样)到实际数据中使得成为预先设定的视角数，作成上采样投影数据。视角数既可以设为按照装置的规格而预先设定的值，也可以设为由操作者设定的值。此外，也可以设为根据操作者所设定的画质指标(特别是空间分辨率)、其他的参数来决定的值。关于虚拟视角生成处理的具体的方法在后面叙述(参照图3～图12)。
若通过步骤S103的处理而作成插入了虚拟视角的上采样投影数据，则接下来图像运算装置122的重构运算部127基于在步骤S101中输入的重构条件来进行图像的重构处理(步骤S104)。在图像的重构处理中使用的图像重构算法可以使用任何种类的算法。例如，可以进行Feldkamp法等的逆投影处理，也可以采用逐次近似法等。
以往，与不使用FFS投影数据的情况相比较，使用FFS投影数据重构的图像的空间分辨率有时在图像的中心区域较高，随着去往周边而变得比使用了FFS无的投影数据的情况低(参照图13)。因此，在本发明中，在步骤S104的重构运算处理中，针对并未获得FFS的效果的空间分辨率低的区域(Low区域：周边区域)使用进行了基于虚拟视角的上采样的投影数据。在获得FFS的效果的区域(Hi区域：中心区域)使用FFS投影数据的实际数据来重构图像(参照图13～图15)。关于重构处理的详细情况在后面叙述。
若在步骤S104中图像被重构，则系统控制装置124将重构后的图像显示于显示装置125(步骤S105)，并结束一系列的拍摄处理。
接着，关于步骤S103的虚拟视角生成处理，参照图3～图10来说明虚拟视角生成处理(A)～(D)的各方式。
首先，参照图3以及图4来说明虚拟视角生成处理(A)。
图像运算装置122若取得移动X射线管装置101的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S201)，则通过将FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502在视角方向上交替地进行组合，从而得到FFS投影数据503(步骤S202)。进而，针对FFS投影数据503执行虚拟视角生成504(步骤S203)，得到上采样投影数据505。虚拟视角生成部126将上采样投影数据505输出至重构运算部127(步骤S204)。
参照图5以及图6来说明虚拟视角生成处理(B)。
图像运算装置122如果取得移动X射线管装置101的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S301)，就对FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502分别执行虚拟视角生成504(步骤S302)。然后，通过将上采样后的FFS(+)投影数据511、FFS(-)投影数据512在视角方向上交替地进行组合，从而得到FFS投影数据513(步骤S303)。虚拟视角生成部126将上采样投影数据513输出至重构运算部127(步骤S304)。
参照图7以及图8来说明虚拟视角生成处理(C)。
图像运算装置122若取得移动X射线管装置101的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S401)，则对FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502分别执行虚拟视角生成504(步骤S402)。然后，通过将上采样后的FFS(+)投影数据511、FFS(-)投影数据512在视角方向上交替地进行组合，从而得到上采样后的FFS投影数据513(步骤S403)。
虚拟视角生成部126针对上采样后的FFS投影数据513，进一步进行欠缺数据处理514(步骤S404)。
所谓欠缺数据处理，是指对于在将FFS(+)投影数据、FFS(-)投影数据在视角方向上交替地组合而得到的FFS投影数据513中产生的欠缺数据，通过使用在视角方向以及通道方向上相邻的投影数据或其附近的投影数据来进行插值或估算从而进行补足的处理。对于在通道方向上移动焦点位置而得到的FFS(+)投影数据和FFS(-)投影数据来说，X射线路径分别不同。因此会得到通道数的2倍的数据。在拍摄时按每1个视角交替地移动焦点位置来测量投影数据的情况下，由于例如在奇数视角取得FFS(+)投影数据，在偶数视角取得FFS(-)投影数据，因此在将这些数据交替地组合而得到的FFS投影数据513中，按每1个视角交错地产生了欠缺数据。
在步骤S404的处理中，进行将这样的欠缺数据补足的欠缺数据处理514。
若得到进行了步骤S404的欠缺数据处理514后的上采样投影数据515，则虚拟视角生成部126将上采样投影数据515输出至重构运算部127 (步骤S405)。
参照图9以及图10来说明虚拟视角生成处理(D)。
图像运算装置122若取得移动X射线管装置101的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S501)，则针对FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502分别执行虚拟视角生成504(步骤S502)。然后，通过将上采样后的FFS(+)投影数据511、FFS(-)投影数据512在视角方向上交替地组合，从而得到上采样后的FFS投影数据513(步骤S503)。
虚拟视角生成部126针对上采样后的FFS投影数据513，进一步执行虚拟视角生成504(步骤S504)。通过步骤S504的处理，从而得到上采样投影数据516。虚拟视角生成部126将上采样投影数据516输出至重构运算部127。(步骤S505)。
这里，参照图11来说明虚拟视角的计算方法(上采样方法)。图11所示的各上采样方法也能够应用于图3的步骤S203、图5的步骤S302、图7的步骤S402、图9的步骤S502以及步骤S504的虚拟视角生成处理中的任一个。
虚拟视角生成部126(图像运算装置122)针对要插入的视角(虚拟视角)，使用在视角方向或通道方向上接近的投影数据、或者相对的射线(Ray)的数据(相对数据)、或者相对数据的视角方向或通道方向上接近的投影数据等，通过插值或估算来计算出虚拟视角的投影数据。
(使用相对数据生成虚拟视角的上采样方法)
对于在旋转一周(2π)的拍摄中得到的投影数据来说，能够使用相对的射线的数据(以下将相对的射线的数据称为相对数据)来生成虚拟视角。参照图11(a)、(b)来说明以下例子：针对在旋转一周的拍摄中得到的投影数据，使用相对数据来生成虚拟视角，将视角数设为2倍。
在图11(a)所示的旋转一周份的投影数据中，Ray31与Ray32相对。即，是相同的X射线照射路径。Ray31上的点A1以及点A2的相对数据分别为Ray32的点B1以及点B2。点B1以及点B2如图11(a)所示是实际视角View(2γm+π)上的相邻的通道的数据。投影数据上的点A1以及点B1的关系能够使用函数R(γ，θ)，由以下的式(1)来表示，其中该函数R(γ，θ)使用了以通道方向为γ、以视角方向为θ的参数。
[数学式1]
RA1(-γm，0)＝RB1(γm，2γm+π)···(1)
此外，点A1以及点B1的通道与视角的关系能够由以下的式(2)、式(3)来表示。
[数学式2]
由此，点A1以及点A2之间的虚拟视角41上的点A1A2能够作为根据实际视角View(2γm+π)上的点B1以及点B2求取到的点B1B2，通过以下的式(4)、式(5)来计算出。
[数学式3]
以同样的步骤，根据相对数据来计算出虚拟视角41上的相邻1像素的点(图11(b)的点C1C2)，通过线性插值能够生成图11(b)的以双圆形表示的通道数据(点V41b)。重复执行该操作，来计算出虚拟视角41的各通道数据。对于其他的虚拟视角42、43、...也能够同样地使用相对数据来计算出各点的通道数据。
在使用了相对数据的虚拟视角的生成方法(上采样方法)中，基于具有相对于应估算的通道数据(由双圆形表示的点)最接近的生物体信息(透过被检体的测量数据)的相对数据(实际数据)来计算出虚拟视角的各通道数据。所谓具有最接近的生物体信息的相对数据，是指在测量到的Ray之中透过路径最近、并且从反方向入射的Ray的数据。特征在于，有选择地取得Ray，计算根据所选择的Ray而估算的虚拟Ray，生成虚拟视角。通过采用该手法，从而能够实现通道数保持不变而仅进行视角数的上采样。在2倍采样的情况下，使用相对数据的2点的平均值等来求取虚拟视角的通道数据，但在N倍采样的情况下，也可以通过2点间的线性插值或者非线性插值来求取。此外，通过该方法，通道方向的上采样也能够同时进行。
另外，虚拟视角的生成方法并不限定为如上述那样使用了相对数据的上采样方法。可以采用如图11(c)所示那样简单地在相邻的视角彼此之间进行插值的2点插值，也可以采用如图11(d)所示那样使用相邻的视角以及通道的数据来进行插值的4点插值，还可以采用如图11(e)所示那样基于TV法(Total Variation)的插值。
此外，上采样投影数据的视角数可以设为如实际数据的1.5倍等那样包含小数数值的任意的视角数。例如，在视角方向上部分地增加视角数的情况下，成为小数倍的视角数。如图12(a)所示，被检体2的剖面是近似于椭圆的形状。因此，如图12(b)所示，也可以在相当于椭圆的长轴的视角使视角数密集等实现部分的视角数增加，生成小数倍的上采样投影数据518。
接着，参照图13～图15来说明图2的步骤S104的重构运算处理。
如上所述，若与不使用FFS投影数据的情况相比较，则使用FFS投影数据重构的图像的空间分辨率有时在图像的中心区域高，随着去往周边部而变得比使用了FFS无的投影数据的情况低(参照图13)。
图13(b)是表示图13(a)所示的断层像601中的距中心O的距离与空间分辨率的关系的曲线图606。在使用了FFS投影数据的情况下，在处于从图像中心O至点P0为止的距离的边界605的内侧的区域(以下称为中心区域604)中，空间分辨率(表现空间分辨率的指标值)比使用了FFS(无)投影数据的情况高。另一方面，在比边界点P0(图13(a)所示的边界605)更靠外侧的区域(以下称为周边区域603)中，空间分辨率(表现空间分辨率的指标值)比使用了FFS(无)投影数据的情况低。
因此，针对已经具有足够的空间分辨率的中心区域604的数据，使用未进行上采样的FFS投影数据(实际数据)来进行图像重构，而针对周边区域603，使用通过虚拟视角生成而进行上采样后的投影数据来进行图像重构，由此来提高周边区域603的空间分辨率。
通过这样，从而对于中心区域604而言，能够在防止因数据的精细制成而造成的不良影响的同时提高空间分辨率，并且，对于周边区域603而言，通过生成虚拟视角，从而能够不降低旋转速度便提高视角数，由此能够提高空间分辨率。
参照图14的流程图来说明重构运算处理的步骤。
首先，重构运算部127取得空间分辨率的边界点P0(步骤S601)。边界点P0是根据FFS投影数据而得到的空间分辨率与根据FFS无投影数据而得到的空间分辨率发生反转的位置距拍摄中心的距离。该边界点P0可根据实验数据预先来求取，并保持于存储装置123等。
作为空间分辨率的评价指标值，有MTF(Modulation Transfer Function)。例如，可以如MTF50％、10％、2％等这样，按各个不同的空间分辨率指标值来求取上述的边界点P0，由操作者来进行选择。由于根据检查、诊断目的而要求什么样的画质是不同的，所以较为理想的是能够根据与其他的画质(噪声等)之间的平衡来选择所需要的空间分辨率。
或者，也可以根据通过MTF50％、10％、2％等多个空间分辨率而得到的边界点P0来求取成为重心的边界点。
重构运算部127在比边界点P0更靠中心侧的中心区域604使用FFS投影数据的实际数据，在比边界点P0更靠外侧的周边区域603使用对FFS投影数据进行上采样后的上采样投影数据，来进行重构运算(步骤S602)。
在周边区域603使用的上采样投影数据可以使用由上述的虚拟视角生成处理(A)～(D)之中的任意的方法所作成的上采样投影数据。即，既可以如图15(a)所示使用通过图3以及图4所示的虚拟视角生成处理(A)而生成的上采样投影数据505，又可以如图15(b)所示使用通过图5以及图6所示的虚拟视角生成处理(B)而生成的上采样投影数据513，也可以如图15(c)所示使用通过图7以及图8所示的虚拟视角生成处理(C)而生成的上采样投影数据515，还可以如图15(d)所示使用通过图9以及图10所示的虚拟视角生成处理(D)而生成的上采样投影数据516。
此外，对于上采样投影数据505、513、515、516来说，虚拟视角的生成方法均可以如上述那样采用使用了相对数据的上采样方法，也可以采用基于在视角方向上相邻的2点的插值，或者也可以采用基于在视角方向以及通道方向上相邻的4点的插值，或者还可以是使用了TV法等的插值等。
在重构运算中，既可以在将FFS投影数据的实际数据和上采样投影数据在投影数据上进行合成后，进行逆投影处理等图像的重构，也可以作成将与使用FFS投影数据的实际数据进行重构的图像的中心区域604相当的部分、和与使用上采样投影数据进行重构的图像的周边区域603相当的部分进行合成的图像。
重构运算部127输出通过步骤S602的处理而作成的图像(步骤S603)。输出目的地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上所说明的那样，第1实施方式的X射线CT装置1在视角方向上对使X射线管装置101的X射线焦点位置发生位移而得到的焦点位移投影数据(FFS投影数据)进行上采样。然后，在图像的重构运算处理中，在比给定的边界点P0更靠近拍摄中心的中心区域604使用FFS投影数据的实际数据，在比边界点P0距拍摄中心更远的周边区域603使用上采样投影数据，来重构图像。
由于在有效视野周边部使用通过虚拟视角进行了上采样后的数据，所以不必为了增加视角数而降低旋转速度来进行拍摄。因此，不管基于硬件的限制的旋转速度的界限等如何，都能够提高周边部的空间分辨率，从而提高有效视野整体的空间分辨率。适于有活动的部位的拍摄。
[第2实施方式]
接着，参照图16～图18来说明本发明的第2实施方式。
第2实施方式的X射线CT装置1在重构运算处理中进行结合处理，使得边界点P0处的空间分辨率平滑地连续。
在结合处理中，如图16所示，在包含边界点P0的给定范围的区域(以下称为边界区域Q)以给定的比例对由FFS投影数据所重构的图像和由上采样投影数据所重构的图像双方进行合成。在比边界区域Q更靠近中心部的中心区域604a，与第1实施方式同样地100％使用由FFS投影数 据的实际数据所重构的图像。在比边界区域Q更靠外侧的周边区域603a，与第1实施方式同样地100％使用由上采样投影数据所重构的图像。
即，在根据距中心的距离将由FFS投影数据所重构的图像和由上采样投影数据所重构的图像使彼此权重变化的同时进行合成。
图17是表示与基于上采样投影数据的重构图像相乘的权重系数的曲线图。如图17所示，权重系数W(P)根据距中心O的距离P而变化。在中心区域604a为“0”，在边界区域Q为平滑上升的曲线，在周边区域603a成为“1”。另外，与基于FFS实际投影数据的重构图像相乘的权重系数也根据距中心O的距离而发生变化，但与图17所示的权重系数W(P)相反，在中心区域604a为“1”，在边界区域Q为平滑下降的曲线，在周边区域603a成为“0”。
边界区域Q的范围是任意的，可以使其根据所希望的区域的所希望的空间分辨率而变化。
此外，在图17的例子中，权重系数由依赖于距图像中心的距离P的平滑的曲线来表示，但并不限定于此，也可以由直线、折线来表示。
此外，在第2实施方式中，如图16(a)～图16(d)所示，在周边区域603a以及边界区域Q使用的上采样投影数据可以使用由上述的虚拟视角生成处理(A)～(D)之中的任意的方法所作成的上采样投影数据。即，既可以如图16(a)所示使用通过图3以及图4所示的虚拟视角生成处理(A)而生成的上采样投影数据505，又可以如图16(b)所示使用通过图5以及图6所示的虚拟视角生成处理(B)而生成的上采样投影数据513，也可以如图16(c)所示使用通过图7以及图8所示的虚拟视角生成处理(C)而生成的上采样投影数据515，还可以如图16(d)所示使用通过图9以及图10所示的虚拟视角生成处理(D)而生成的上采样投影数据516。
此外，对于虚拟视角的计算方法来说，上采样投影数据505、513、515、516均可以如上述那样通过基于在视角方向上相邻的2点的插值(图11(c))、或者基于在视角方向以及通道方向上相邻的4点的插值(图11(d))、或者使用了TV法等的插值、估算(图11(e))来求取，也可以使用相对数据来计算(图11(a)、(b))。
此外，上采样投影数据的视角数并不限于实际数据的2倍，也可以设为比2倍多的视角数。此外，也可以在视角方向上使视角数部分地增加，设为如1.5倍等这样包含小数数值的任意的视角数。
参照图18，说明第2实施方式的重构运算处理的流程。
首先，重构运算部127取得空间分辨率的边界点P0(步骤S701)。边界点P0的取得与第1实施方式(图14的步骤S601)相同。
接着，重构运算部127作成使用FFS投影数据的实际数据重构的图像、和使用对FFS投影数据进行了上采样后的上采样投影数据重构的图像(步骤S702)。
接着，重构运算部127作成合成图像，该合成图像在比包含边界点P0在内的边界区域Q更靠中心侧的中心区域604a使用由FFS投影数据的实际数据重构的图像，在比边界区域Q更靠外侧的周边区域603a使用由上采样投影数据重构的图像。将在步骤S702中重构的各图像进行加权相加，使得在边界区域Q成为连续的空间分辨率(步骤S703)。加权的方法如上所述，例如将图17所示的形状的权重系数与由上采样投影数据作成的图像相乘，将与图17所示的曲线图相反的形状的权重系数与由FFS投影数据的实际数据作成的图像相乘，将这些图像进行相加。
重构运算部127输出通过步骤S703的处理而作成的图像(步骤S704)。输出目的地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上所说明的，第2实施方式的X射线CT装置1在图像的重构运算处理中，对在靠近图像中心的中心区域604a使用FFS投影数据的实际数据而在比边界点P0更靠周边侧的周边区域603a使用上采样投影数据来重构的各图像进行合成。进而，对上述的各图像进行加权相加，使得在给定的边界区域Q中空间分辨率平滑地连续。
由此，除了能够获得第1实施方式的效果以外，还能够得到在边界区域Q中空间分辨率平滑地连续的图像。
另外，在上述的重构运算处理中，在对重构的图像进行合成时进行了加权相加，但也可以是在投影数据上对上采样投影数据和FFS投影数据的实际数据进行合成，之后，对所合成的投影数据进行重构。在该情况下，在与边界区域Q相当的部分，使用将上采样投影数据和FFS投影数据的实际数据加权相加而作成的投影数据。
[第3实施方式]
接着，参照图19以及图20来说明本发明的第3实施方式。
在第3实施方式的X射线CT装置1中，也可以在整个图像上，使权重变化来对使用了FFS投影数据的实际数据的图像和使用了上采样投影数据的图像进行合成。
图19是表示在第3实施方式中与基于上采样投影数据的重构图像相乘的权重系数W′(P)的曲线图。在该曲线图中，在靠近中心的区域从“0”起平滑上升，在周边区域的端部成为“1”。即，成为在边界区域Q以外的区域，权重系数也根据距中心O的距离而变化的形状。像这样，权重系数的曲线图形状可以是任意的，使权重系数进行变化以使得即使是边界区域Q以外的区域也能够在所希望的区域得到所希望的空间分辨率。
另外，与基于FFS实际投影数据的重构图像相乘的权重系数与图19相反，在靠近中心的区域从“1”起平滑地下降，在周边区域的端部成为“0”。
此外，在图19的例子中，权重系数W′(P)由依赖于距图像中心的距离P的平滑的曲线来表示，但并不限于此，也可以由直线来表示。
参照图20，说明第3实施方式的重构运算处理的流程。
首先，重构运算部127取得空间分辨率的边界点P0(步骤S801)。边界点P0的取得与第1实施方式(图14的步骤S601)相同。
接着，重构运算部127作成使用FFS投影数据的实际数据重构的图像、和使用对FFS投影数据进行了上采样后的上采样投影数据重构的图像(步骤S802)。
上采样投影数据可以使用利用虚拟视角生成处理(A)～(D)当中的任一个处理而生成的数据。
接着，重构运算部127将所希望的形状的权重系数与各图像相乘，进行相加(步骤S803)。权重用于在将使用FFS投影数据的实际数据重构的图像与使用对FFS投影数据进行了上采样后的上采样投影数据重构的图像进行合成时，以适当的比率进行合成，使得在所希望的区域得到所希望的空间分辨率。
然后，重构运算部127输出通过步骤S803的处理而作成的图像(步骤S804)。输出目的地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上所说明的那样，第3实施方式的X射线CT装置1在图像的重构运算处理中，使用根据距拍摄中心的距离而变化的权重系数对由FFS投影数据的实际数据所重构的图像和由上采样投影数据所重构的图像进行合成。
由此，除了能够获得第1实施方式的效果以外，还能够获得在图像的希望的区域成为所希望的空间分辨率的图像。此外，通过增大实际数据的权重，从而能够得到在所希望的区域可靠性高的图像。
[第4实施方式]
接着，参照图21以及图22来说明本发明的第4实施方式。
在第4实施方式中，如图21所示，针对由操作者设定的关心区域(ROI：Region OfInterest)7以及中心区域604应用FFS投影数据的实际数据503。此外，针对周边区域603应用上采样投影数据505。在ROI7处于周边区域603的情况下，针对ROI7内的范围使用FFS投影数据的实际数据503。
参照图22来说明第4实施方式的重构运算处理的流程。
首先，系统控制装置124设定关心区域(ROI)7(步骤S901)。ROI7的设定经由输入装置121由操作者来进行。接着，重构运算部127取得空间分辨率的边界点P0(步骤S902)。边界点P0的取得与第1实施方式(图14的步骤S601)相同。
接着，重构运算部127在由步骤S901设定的ROI7和中心区域604使用FFS投影数据的实际数据，在除了ROI7以外的周边区域603使用基于虚拟视角的上采样投影数据，来重构图像(步骤S903)。
上采样投影数据可以使用利用虚拟视角生成处理(A)～(D)当中的任一个处理而生成的数据。
重构运算部127输出通过步骤S903的处理而作成的图像(步骤S904)。输出目的地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上所说明的那样，第4实施方式的X射线CT装置1通过对在ROI7以及中心区域604使用了FFS投影数据的实际数据的图像进行重构，从而提高图像的可靠性。此外，在除了ROI7以外的周边区域603使用上采样投影数据来提高空间分辨率。由此，可以得到在作为诊断的对象的ROI、图像的中心部可靠性高、并且周边部的空间分辨率也得到提高的图像。
另外，在第4实施方式中，也可以在边界区域Q进行第2实施方式所示这样的结合处理，或者使用第3实施方式所示这样的希望的形状的权重系数将基于FFS投影数据的图像和基于上采样投影数据的图像进行加权相加。
[第5实施方式]
接着，参照图23～图25来说明本发明的第5实施方式。
如图23所示，在第5实施方式中，重构运算部127将针对重构图像1001的图像面内从中心O起至距离P1为止的区域1002、从距离P1起至距离P2为止的区域1003、从距离P2起至距离P3为止的区域1004使用分别不同的视角数(上采样数)的FFS投影数据而重构的图像进行合成。例如，在区域1002设为FFS投影数据的实际数据的视角数V1，在区域1003使用上采样为视角数V2后的FFS投影数据，在区域1004使用上采样为视角数V3后的FFS投影数据。
若将各区域1002、1003、1004的合成前的各图像设为ξ(V1)、ξ(V2)、ξ(V3)，则合成后的图像ξ(V)能够由以下的式(6)来表示。
[数学式4]
ξ(V)＝ξ(V1)+ξ(V2)+ξ(V3)···(6)
上采样投影数据可以由第1实施方式中说明的虚拟视角生成处理(A)～(D)当中的任一方法来作成。
此外，也可以进行结合处理，使得如图24所示的图像1001a那样，在区域1002与区域1003的边界部、区域1003与区域1004的边界部得到连续的空间分辨率。关于结合处理，与第2实施方式相同。即，在边界部1006、1007，使用使空间分辨率连续而平滑地变化这样的权重系数W(V1)、W(V2)、W(V3)对由各视角数的投影数据所重构的图像ξ(V1)、ξ(V2)、ξ(V3)进行合成。
合成后的图像ξ(V)能够由以下的式(7)来表示。
[数学式5]
ξ(V)＝W(V1)ξ(V1)+W(V2)ξ(V2)+W(V3)ξ(V3)
···(7)
此外，在图23以及图24所示的例子中虽然将区域数设为3个，但并不限定为3个，也可以如图25所示的图像1001b那样，扩展为n个区域。
合成后的图像ξ(V)能够由以下的式(8)来表示。
[数学式6]
ξ(V)＝W(V1)ξ(V1)+W(V2)ξ(V2)+W(V3)ξ(V3)
+···+W(Vn)ξ(Vn) ···(8)
根据第5实施方式，能够对根据距图像中心O的距离P而使用了不同的视角数V1～Vn的上采样投影数据的图像进行合成。因此，例如，在比边界点P0更靠周边的周边区域，通过随着远离图像中心O而使上采样数慢慢适当地增加，从而能够使空间分辨率提高所希望的量。由此，能够在整个图像上使空间分辨率一致。此外，也可以优先提高所希望的区域的空间分辨率等根据诊断目的来作成各种画质的图像。
以上，对本发明所涉及的X射线CT装置的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定为上述实施方式。本领域技术人员显然能够在本申请所公开的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，应当理解这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。
符号说明
1 X射线CT装置，100 扫描台架部，101 X射线管装置，102 旋转盘，103 准直器，106 X射线检测器，110 焦点位移X射线控制装置，120 操作台，121 输入装置，122 图像运算装置，123 存储装置，124 系统控制装置，125 显示装置，126 虚拟视角生成部，127 重构运算部，501 FFS(+)投影数据，502 FFS(-)投影数据，503 FFS投影数据(焦点位移投影数据)，505、513、515、516、518 上采样投影 数据。

Claims (11)

1.一种X射线CT装置，其特征在于，具备：
X射线管装置，其从多个焦点位置向被检体照射X射线；
X射线检测器，其与所述X射线管装置相对配置，检测透过所述被检体的X射线即透过X射线；
旋转盘，其搭载所述X射线管装置以及所述X射线检测器，并围绕所述被检体的周围进行旋转；
焦点位移X射线控制部，其使所述X射线管装置的所述焦点位置位移至任意的位置；
焦点位移投影数据生成部，其将基于由所述焦点位移X射线控制部使所述焦点位置位移至多个地点而照射的各X射线的所述透过X射线进行组合来生成焦点位移投影数据；
虚拟视角生成部，其在所述焦点位移投影数据的视角方向上生成虚拟视角，使用所述虚拟视角来生成上采样投影数据；以及
重构运算部，其在图像面内比给定的边界更靠近图像中心的中心区域使用所述焦点位移投影数据的实际数据而在比所述边界更靠外侧的周边区域使用所述上采样投影数据，来重构图像。
2.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述重构运算部生成将所述焦点位移投影数据的实际数据与所述上采样投影数据以给定的比例进行加权相加而得到的图像。
3.根据权利要求2所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述重构运算部设定用于加权相加的权重系数，以使得所述图像的空间分辨率在包含所述边界的边界区域平滑地连续。
4.根据权利要求2所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述重构运算部设定用于加权相加的权重系数进行变化的范围，以使得在所希望的位置得到给定的空间分辨率。
5.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述X射线CT装置还具备设定关心区域的关心区域设定部，
所述重构运算部还在通过所述关心区域设定部而设定的关心区域中使用所述焦点位移投影数据的实际数据。
6.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述虚拟视角生成部生成不同的视角数的上采样投影数据，
所述重构运算部生成根据图像面内的距图像中心的距离而使用了视角数不同的上采样投影数据的图像。
7.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述虚拟视角生成部生成将第1焦点位移投影数据与第2焦点位移投影数据在视角方向上交替地组合而得到的焦点位移投影数据，并通过在视角方向上对该焦点位移投影数据进行上采样来生成上采样投影数据，其中，该第1焦点位移投影数据是将所述焦点位置向所述X射线检测器的通道方向的正方向移动而得到的，该第2焦点位移投影数据是将所述焦点位置向所述X射线检测器的通道方向的负方向移动而得到的。
8.根据权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述虚拟视角生成部分别对第1焦点位移投影数据和第2焦点位移投影数据在视角方向上进行上采样，并通过将上采样后的第1以及第2焦点位移投影数据在视角方向上交替地组合来生成上采样投影数据，其中，该第1焦点位移投影数据是将所述焦点位置向所述X射线检测器的通道方向的正方向移动而得到的，该第2焦点位移投影数据是将所述焦点位置向所述X射线检测器的通道方向的负方向移动而得到的。
9.根据权利要求8所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述虚拟视角生成部生成针对将上采样后的第1以及第2焦点位移投影数据在视角方向上交替地组合而得到的投影数据进一步实施了欠缺数据处理的上采样投影数据，所述欠缺数据处理是使用在视角方向以及通道方向上相邻的投影数据或其附近的投影数据来进行插值或估算从而进行补足的处理。
10.根据权利要求8所述的X射线CT装置，其特征在于，
所述虚拟视角生成部生成针对将上采样后的第1以及第2焦点位移投影数据在视角方向上交替地组合而得到的投影数据进一步在视角方向上进行了上采样的上采样投影数据。
11.一种图像重构方法，其特征在于，包括：
取得基于使X射线管装置的X射线焦点位置位移至多个地点而照射的各X射线的投影数据即焦点位移投影数据的步骤；
在所述焦点位移投影数据的视角方向上生成虚拟视角，使用所述虚拟视角来生成上采样投影数据的步骤；以及
在图像面内比给定的边界更靠近图像中心的中心区域使用所述焦点位移投影数据的实际数据而在比所述边界更靠外侧的周边区域使用所述上采样投影数据，来重构图像的步骤。
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