CN1299647C - 图像重构的方法与装置和x射线计算层析照像成像装置 - Google Patents
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Abstract
为了减少由于高X射线吸收率异物(例如金属)的存在所导致的重构图像中的条纹伪像，，包括值突然变化的数据的离散区域被从按射线照相检测器元件的顺序次序的投射数据中分隔，数据被转换成值渐进、平滑变化的连续数据(步骤ST2)，然后仅过滤连续数据(步骤ST3)，如此过滤的数据与离散区域的数据合成，以形成用于图像重构的投射数据(步骤ST4)。
Description
技术领域
本发明涉及放射层析照像成像装置，例如X射线CT(计算层析照像)。
背景技术
X射线CT由光束发射器系统和检测器系统(即X射线发射器系统和检测器系统)组成，它们相对地放置在受测体的两侧，并且围绕受测体对它们加以旋转，同时向受测体发射X射线光束(扫描)。检测器系统围绕受测体，沿多个观察方向，检测穿过受测体而传输的X射线光束，以沿每一方向测量X射线光束穿过受测体所投射的数据。可以根据所投射的数据重构受测体的层析照像图像。
为了获得层析照像图像，预处理来自受测体的投射数据，因此，可以把预处理的投射数据用于重构图像，例如根据一种过滤背投方法(filtered backprojection)。
在过滤背投方法中，如图像重构所需地过滤受测体的投射数据，并将背投所过滤的投射数据，以重构图像。
在过滤过程中，可以根据诊断目的和受测体的损伤，选择多个过滤器。过滤过程由数据的FFT(快速傅立叶变换)、把所选择的过滤器与FFT数据相乘、以及IFFT(反FFT)组成。另外，在过滤期间，还可以消除投射数据中的高频噪音。例如在专利文档1中可以发现关于包括在投射数据中的高频噪音的噪音削减技术。
[专利文档1]
JP-A-2000-83946
当受测体中存在不同于人体成分的异物时，例如存在金属时，则相应于异物的部分中的所检测的投射数据中的值，可能会突然改变，变成一个与其它部分不连续的部分。这是因为金属的X射线吸收率是非常高的。
在过滤包括异物(例如金属)的图像的投射数据的情况下，包括异物的部分的数据值可能包括高频分量，其值可能会突然改变。这一部分中的数据值可能发生变化，以致于在反FFT之后，投射数据可能拥有某些畸变，例如下冲和上冲。
存在着这样一个缺点：如果把拥有这样畸变的投射数据用于背投，以重构图像，则在相应于异物(例如金属)的图像部分中，可能会出现条纹伪像。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于图像重构的方法和装置以及X射线CT成像装置，其允许减少由于高X射线吸收率异物(例如金属)的存在所导致的重构图像中的条纹伪像。
根据本发明的图像重构装置，使用投射数据重构受测体的层析照像图像，其中投射数据是通过由多个放射光束检测器元件检测穿过受测体而传输的放射光束而获得的。该装置并入了非连续数据处理设备，用于在按所述放射光束检测器元件阵列的顺序排列的投射数据中，针对除任何包括非连续值数据的离散区域之外的数据，执行预定的过滤，以重组已经经历了所述过滤的数据与所述离散区域的非连续数据，以为重构所述层析照像图像提供投射数据。
较佳的做法是所述非连续数据处理设备包括：隔离器设备，用于把所述离散区域中的任何非连续数据与所述投射数据隔离开来，把所述被隔离的非连续投射数据转换成连续数据，以使值一致地变化，并仅把那些连续数据用于所述的过滤；以及合成器设备，用于合成通过所述过滤得到的所述连续数据以及所述离散区域的非连续数据，以重组待提供给所述图像重构设备的投射数据。
可以想像，图像重构装置可以包括所述非连续数据处理设备，所述非连续数据处理设备由下列部分构成：抽取器设备，用于根据经历所述过滤的投射数据和没有经历所述过滤的投射数据之间的差，抽取所述离散区域；以及合成器设备，用于以没有过滤的投射数据替代投射数据中经历了所述过滤的所述离散区域的所抽取的非连续数据，以准备待提供给所述图像重构器设备的投射数据。
根据本发明的一种图像重构方法，使用投射数据重构所述受测体的层析照像图像，其中所述投射数据是通过由多个放射光束检测器元件检测穿过受测体而传输的放射光束而获得的，这一方法包括如下步骤：在按所述放射光束检测器元件阵列的顺序排列的投射数据中，针对除任何包括非连续值数据的离散区域之外的数据，执行预定的过滤，以重组已经经历了所述过滤的数据与所述离散区域的非连续数据，以为重构所述层析照像图像提供投射数据。
根据本发明的一种放射层析照像成像装置，可以包括：放射检测器，具有相对放置在受测体两侧的放射发射器设备以及多个放射检测器元件；以及图像重构装置，用于通过由所述多个放射检测器元件检测穿过所述受测体而传输的放射而获得的投射数据，重构所述受测体的层析照像图像。其中，所述图像重构装置包括非连续数据处理设备，用于在按所述放射光束检测器元件阵列的顺序排列的投射数据中，针对除任何包括非连续值数据的离散区域之外的数据，执行预定的过滤，以重组已经经历了所述过滤的数据与所述离散区域的非连续数据，以为重构所述层析照像图像提供投射数据。
根据本发明，在从投射数据重构层析照像图像之前所进行的过滤期间，可以使用包括在投射数据中的不需要过滤的任何非连续数据。因此，不会使包含在非连续数据中的高频分量发生畸变，从而导致非连续部分中图像的更精确的重构。
根据本发明，提供了一种图像重构的方法与装置以及一种放射层析照像成像装置，其允许减少由于高X射线吸收率异物(例如受测体中的金属)的存在所导致的重构图像中所形成的条纹伪像。
通过以下对如附图中所显示的本发明的优选实施例的描述，本发明的进一步的目的和优点将会变得十分明显。
附图说明
图1是示意性结构图，说明了作为根据本发明的放射层析照像成像装置的优选实施例的X射线CT装置的概要图。
图2是示意图，说明了中央处理器所采取的图像重构程式的概要图。
图3是示意图，说明了分隔过程的细节。
图4说明了过滤方面的过滤特性。
图5是示意性结构图，说明了根据本发明的放射层析照像成像装置的另一个优选实施例的图像重构过程的概要图。
图6说明了过滤之前、过滤之后的示范性投射数据，以及过滤之前和之后的差。
具体实施方式
现在，将参照附图给出体现本发明的一个优选实施例的详细描述。
[第一实施例]
现在参照图1。图1是示意性结构图，说明了作为根据本发明的放射层析照像成像装置的优选实施例的X射线CT装置的概要图。
如图1中所示，X射线CT1可以拥有扫描台架2、操作控制台3、以及成像台(托架)4。
扫描台架2可以包括X射线管21。X射线管21可以发射未在图中加以显示的X射线光束，此X射线光束穿过准直仪22，该准直仪把光束形成为扇段形X射线光束，以将其入射到X射线检测器23。
X射线检测器23可以包括多个X射线检测器元件，这些检测器元件沿扇形射线的扇段方向排列成阵列。X射线检测器23可以为拥有多个排列在阵列中的X射线检测元件的多通道检测器。
X射线检测器23可以形成圆柱凹面形的X射线入射平面。例如可以通过闪烁器和光电二极管的组合来形成X射线检测器23。根据本发明的X射线检测器并不在局限于此，也可以使用任何其它形式的检测器，例如，使用(例如)碲化镉(CdTe)的半导体X射线检测器元件，或使用氙(Xe)气的离子腔型X射线检测器元件等。
X射线检测器23连接于数据收集器单元24。数据收集器单元24用于从每一X射线检测器元件收集所检测的数据。X射线控制器25控制从X射线管21的X射线的发射。X射线管21和X射线控制器25之间的连接，以及准直仪22和准直仪控制器26之间的连接未在图中加以显示。准直仪控制器26控制准直仪22。
扫描台架2的旋转单元27并入了X射线管21、准直仪22、X射线检测器23、数据收集器单元24、X射线控制器25、以及准直仪控制器26。待成像的受测体将被承载于位于旋转单元27中心的腔29中的托架上。旋转单元27将在旋转单元控制器28的控制下旋转，从X射线管21发射X射线，并在X射线检测器23处检测穿过受测体而传输的X射线光束作为针对每一视图的投射信息。旋转单元27和旋转单元控制器28之间的连接未在图中加以显示。
操作控制台6可以拥有中央处理器(CPU)31、输入设备32、显示设备33、以及存储设备34。
CPU 31和存储设备34构成根据本发明的图像重构装置。
例如，CPU 31由微处理器和存储器组成。
CPU 31可以至少拥有根据存储在存储设备34中的软件来控制扫描台架2以收集由X射线检测器23检测穿过受测体而传输的X射线所获得的投射数据的功能，以及基于如此收集的X射线投射数据重构受测体的层析照像图像的功能。
在数据收集器单元24处所收集的数据经由未在图中加以显示数据收集缓冲器输入到CPU31中，进而CPU31使用所收集的投射数据来重构图像。以下将更详细地描述CPU31的图像重构处理过程。
显示设备33和输入设备32连接于CPU31。显示设备33显示信息，例如关于层析照像图像的信息，以及任何从CPU31输出的其它信息。操作员操作输入设备32，以向CPU31输入各种指令和信息。操作员将使用显示设备33和输入设备32交互地操作该装置。
在以上所描述的X射线CT1中，X射线管21和X射线检测器23在扫描台架2中相对移动，扫描待成像区域，以把受测体的投射数据收集到数据收集器单元24中，并且投射数据发送到CPU31，CPU31进而重构受测体的层析照像图像。
现在，将参照图2。图2描述了CPU31所采取的图像重构程式的概要图。
可以根据过滤背投方法，由CPU31进行图像重构。在本技术领域中，过滤背投方法本身是公知的，从而将省略对它的详细描述。
如图2中所示，CPU31所进行的图像重构可以由非连续数据处理过程以及背投处理过程(步骤ST5)构成，非连续数据处理过程由预处理过程(步骤ST1)、分隔(步骤ST2)、过滤(步骤ST3)、以及合成(步骤，ST4)组成。
在预处理过程(步骤ST1)中，从数据收集器单元24所获得的受测体的投射数据将被物理地和电子地补偿，以便重构正常的图像。
现在参照图3。图3是示意图，说明了分隔过程(步骤ST2)的细节。在这一图中，(a)说明了从数据收集器单元24所获得的受测体的示范性投射数据，(b)说明了进行分隔之后的投射数据，以及(c)说明了被分隔的非连续数据。数据依照X射线检测器23中检测器阵列的通道的序列(顺序)。
此处，非连续数据指示了包含在多个通道上值不同的数据的数据的一部分。
例如，如图3(a)中所示，当受测体中存在展示了不同于人体吸收率的高X射线吸收率的异物时，例如存在金属时，在投射数据dat_R中，相应于异物部分的数据值可能会突然改变。在相应于没有异物存在的地方的数据部分dat_R中，数据值连续和平滑地变化。
现在，在图3(a)中所示的投射数据dat_R中，把非连续数据dat_EX定义成来自包括突然变化的数据值的离散区域的数据，当在频率域中考虑数据值时，非连续数据dat_EX可以包括高频分量。
在除连续数据dat_EX之外的任何区域中，不会发现这样的高频分量，这是因为数据值渐进、平滑地移动。
如果为了去除包含在投射数据dat_R中的高频噪音分量而过滤每一投射数据dat_R，那么也可能去除包含在非连续数据dat_EX中的高频分量。
出于这一原因，在分隔处理过程中(步骤ST2)中，将把非连续数据dat_EX与投射数据dat_R相隔离，如图3(c)中所示。
在投射数据dat_R中，在分隔了非连续数据dat_EX之后，曾驻留非连续数据dat_EX的地方，可以使用数据dat_C加以补全，如图3(b)中所示。更具体地讲，可以把非连续数据dat_EX周围的数据用于插值，以接合这一数据区域。
在这一方式中，可以获得连续数据dat_S，其中在每一个区域中，数据值渐进、平滑地变化。
连续数据dat_S可以用于过滤。
在过滤过程(步骤ST3)中，首先将使用FFT(快速傅立叶变换)对连续数据dat_S进行处理。
然后，将根据诊断目的或受测体的损伤，使用所选择的过滤器来过滤数据。
接下来，将通过IFFT(反FFT)恢复所过滤的连续数据dat_S。
可以适当地选择过滤过程(步骤ST3)中所使用的过滤器，以最适合于诊断目的和待成像的损伤，然而，该过滤器将同时消除包含在连续数据dat_S中的高频噪音分量。
现在，参照图4。图4说明了过滤过程(步骤ST3)中过滤器的特性，其中(a)是在FFT之前的数据，(b)是在IFFT之后的数据。
从图4中可以看出，可以通过过滤消除在FFT之前存在于数据中的噪音。
另外，如图4(b)的环A中所示，如果在数据中存在值突然改变的区域，则在IFFT之后，诸如上冲或下冲的数据畸变将会在数据中的这一区域周围显现。
根据这一实施例，在以上所描述的分隔处理过程(步骤ST2)中，隔离包含高频分量的非连续数据dat_EX，以将其从待处理的对象数据中排除。因此，通过过滤，将可去除连续数据dat_S中的任何噪音，与此同时，无畸变出现。
合成(步骤ST4)把隔离的非连续数据dat_EX和过滤的连续数据dat_S相结合。如此组合的数据用做通过背投的图像构造的数据(步骤ST5)。
如以上所描述的，在这一优选实施例中，仅把通过隔离包含在投射数据dat_R中非连续数据dat_EX而获得的连续数据dat_S提交于过滤器。然后，非连续数据dat_EX与如此过滤的连续数据dat_S相结合。此合成数据用于背投。在重构图像中，不太可能出现因过滤过程中对高频分量的消除处理而导致条纹伪像，因此将有利于重构包含诸如金属等拥有高X射线吸收率的异物的层析照像图像。
[第二实施例]
现在，参照图5。图5描述了根据本发明的放射层析照像成像装置的另一个优选实施例的图像重构过程的概要图。
此处，应该加以注意的是，除了由CPU31所执行的过程外，本实施例的图像重构程式恰好类似于前一个实施例中所描述的图像重构程式。根据这一优选实施例，
如图5中所示，根据这一优选实施例的由CPU31所执行的图像重构过程可以由非连续数据处理过程以及由背投(步骤ST16)构成，非连续数据处理过程构成由预处理过程(步骤ST11)、过滤(步骤ST12)、差分(步骤ST13)、抽取(步骤ST14)、以及合成(步骤，ST15)组成。
预处理过程(步骤ST11)类似于第一优选实施例中的预处理过程。
在过滤过程(步骤ST12)中，处理过程与第一优选实施例中所执行的处理过程一样。更具体地讲，在从数据收集器单元24所获得的受测体的投射数据上执行FFT(快速傅利叶变换)，然后，使用根据诊断目的或对象损伤所选择的过滤器进行过滤，最后在所过滤的数据上通过IFFT(快速傅利叶逆变换)加以恢复。
现在参照图6。图6说明了(a)过滤之前的示范性投射数据、(b)过滤之后的示范性投射数据，以及(c)过滤之前和之后的投射数据的差分。
如图6(a)中所示，在过滤之前，投射数据dat_B包括一些噪音，以及拥有非连续变化数据值的离散区域Ra。如先前所描述的，这一离散区域Ra可能是因为高X射线吸收率的(例如金属)异物的存在产生的。
过滤图6(a)中所示的投射数据dat_B将产生(例如)图6(b)中所示的数据dat_A。
如图6(b)中所示，在过滤之后数据dat_A中，可以明显看出，在其中数据值突然移动的非连续区域Ra中的位置显现了畸变st。
接下来，差分处理过程(步骤ST13)可以计算过滤之前的投射数据dat_B和过滤之后的投射数据dat_A之间的差。如图6(c)中所示，这一差分数据可能包括包含于投射数据dat_B中的噪音和因过滤所形成的畸变st。
然后，抽取处理过程(步骤ST14)可以从图6(c)中所示的差分数据中抽取离散区域Rb和Rc。这些离散区域Rb和Rc是投射数据dat_B中可能因过滤形成了畸变st的区域。
可以通过定义极限和比较差分数据与预定的门限，抽取离散区域Rb和Rc。重要的是，应该注意，当比较差分数据与预定的门限时，必须区分噪音与畸变st。畸变st存在于多个通道上，但在另一方面噪音很可能在单一通道中产生。由于畸变st的信号电平不同于噪音的电平，所以可以很容易地区分它们。
在合成(步骤ST15)中，将使用过滤之前的投射数据dat_B取代抽取步骤(步骤ST14)从过滤之后的投射数据dat_A中所抽取的离散区域Rb和Rc中的数据。换句话说，不具所产生的畸变st的数据用于取代离散区域Rb和Rc。如此合成的数据用于通过背投(步骤ST16)的图像重构。
从以上的描述可以认识到，在本实施例中，通过过滤投射数据dat_B有意地产生畸变st，来识别离散区域Rb和Rc。对于那些实际用于图像重构的数据，把没有进过过滤的数据用于离散区域Rb和Rc。在这一方式中，可以有效防止因过滤所产生的条纹伪像形成在背投之后所重构的图像中。
尽管在以上的描述中，描述了把X射线光束作为放射物的示范性实施例，但放射物并不局限于此。例如，也可以使用任何包括γ射线的放射物。目前，X射线是最佳的，因为就生成、检测以及控制而言，其拥有种类最多的可实践手段。
在不背离本发明的构思与范围的情况下，可以配置本发明的许多很不同的实施例。应该认识到，除了所附权力要求中所定义的，本发明并不局限于本说明中所描述的具体实施例。
Claims (10)
1.一种图像重构装置，其使用投射数据重构受测体的层析照像图像，其中所述投射数据是通过由多个放射光束检测器元件检测穿过所述受测体而所传输的放射光束而获得的，所述图像重构装置包含：
非连续数据处理设备，用于在按所述放射光束检测器元件阵列的顺序排列的投射数据中，针对除任何包括非连续值数据的离散区域之外的数据，执行预定的过滤，以重组已经经历了所述过滤的数据与所述离散区域的非连续数据，以为重构所述层析照像图像提供投射数据。
2.一种图像重构方法，其使用投射数据重构受测体的层析照像图像，其中所述投射数据是通过由多个放射光束检测器元件检测穿过所述受测体而所传输的放射光束而获得的，包括如下步骤：
在按所述放射光束检测器元件阵列的顺序排列的投射数据中，针对除任何包括非连续值数据的离散区域之外的数据，执行预定的过滤，以重组已经经历了所述过滤的数据与所述离散区域的非连续数据，以为重构所述层析照像图像提供投射数据。
3.一种放射层析照像成像装置，包括：
放射发射器设备，被配置来发射放射光束；
放射检测器，包含多个放射检测器元件，所述多个放射检测器元件与放射发射器设备相对放置在受测体两侧，其中所述放射检测器被配置来接收放射光束；以及
图像重构装置，用于根据由所述多个放射检测器元件检测穿过所述受测体而传输的放射光束而获得的投射数据，重构所述受测体的层析照像图像，该投射数据包含非连续值的非连续数据以及除了非连续数据之外的投射数据的剩余数据；其中：
所述图像重构装置包括非连续数据处理设备，用于：通过在按所述放射光束检测器元件阵列的顺序排列的投射数据中、针对所述剩余数据执行预定的过滤，来生成已过滤数据，以重组所述已经经历了过滤的已过滤数据与所述非连续数据，以为重构所述层析照像图像提供数据。
4.根据权利要求3的放射层析照像成像装置，其中：
所述非连续数据处理设备包括：
隔离器设备，用于把包含非连续数据的区域与所述投射数据隔离开来，把所述被隔离的区域转换成连续数据，以使值一致地变化，并把连续数据用于所述的过滤；以及
合成器设备，用于合成通过对连续数据过滤而得到的数据以及所述非连续数据，以重组待提供给所述图像重构装置的投射数据。
5.根据权利要求3的放射层析照像成像装置，其中：
所述放射发射器设备包括X射线管。
6.根据权利要求5的一种放射层析照像成像装置，还包括：
准直仪，用于把从所述X射线管发射的X射线形成为扇段形X射线光束。
7.根据权利要求3的放射层析照像成像装置，其中：
所述放射检测器由多个X射线检测器元件阵列构成。
8.根据权利要求3的放射层析照像成像装置，其中：
所述图像重构装置使用过滤背投方法。
9.根据权利要求7的放射层析照像成像装置，其中：
所述放射检测器由闪烁器和光电二极管的组合构成。
10.一种放射层析照像成像装置，包含：
放射发射器设备，被配置来发射放射光束；
放射检测器，包含多个放射检测器元件，所述多个放射检测器元件与放射发射器设备相对放置在受测体两侧，其中所述放射检测器被配置来接收放射光束；以及
图像重构装置，用于根据由所述多个放射检测器元件检测穿过所述受测体而传输的放射光束而获得的投射数据，重构所述受测体的层析照像图像，包括：
抽取器设备，用于根据已过滤投射数据和未过滤投射数据之间的差，抽取离散区域；以及
合成器设备，用于以未过滤投射数据的非连续数据部分替代已过滤投射数据中的所述离散区域的非连续数据。
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