CN1489977A - 在计算机断层造影中设置图像的方法及实施该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于图像再现的方法，在计算机断层造影中，利用平面伸展的检测器，其中，在反向投影中，根据射线在射线束中的位置对其进行加权。本发明还涉及一种适于实施本发明方法的CT设备。

Description

在计算机断层造影中设置图像的方法及实施该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种在计算机断层造影中设置图像的方法，其中，借助于从焦点发出的射线束和平面构成的检测器阵列对检查对象进行扫描，以适当的方式对所确定的输出数据进行过滤，并进行反向投影(rueckprojizieren)，以便至少获得一幅表示检查对象截面的吸收值的层析图像。此外，本发明还涉及一种适合于实施该方法的CT设备。

背景技术

原理上，在“过滤的反向投影”概念下的这类方法已经公知，但是作为3D方法，即与矩阵式的检测器阵列相关，由于锥形的X射线束产生的所谓“锥形光束伪影(cone beam artifact)”，而在实际中不能带来足以引人注目的图像质量。

此外，这种方法的缺点是，如在工作台较少前移的螺旋扫描中，通过对同一体素(Voxel)的多次照射而产生的冗余数据未被利用，导致检查对象所摄入的射线剂量未完全用于成像。

此外，还有与2D图像再现方法相结合的考虑，通过“过滤的反向投影”从输出数据中计算出大量的临时图像，这些输出数据源于本身对于图像再现不够充分的焦点轨道(Fokusbahn)段，其中，这些临时图像直到在第二步骤中才被形成为最终的层析图像。这种2D方法对于具有较大宽度的检测器阵列，即在系统轴方向具有较大的延伸的检测器阵列不是十分实用的，因为这样就需处理极大量的临时图像，这本身就会对可供使用的计算能力带来问题。

所有这些方法存在的问题是，由于在对检查对象进行扫描时产生的可能的数据冗余，而产生对图像质量有负面影响的图像伪影。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种在本文开始部分提到的能够提高图像质量的方法。

本发明人了解，一方面，在图像准备中、特别是对过滤的数据进行反向投影时，须考虑关于检查区域中被观察的各体素所出现的冗余。然而另一方面，还须考虑射线是如何在射线束中定位的。当在图像设置中，对关于射线束在旋转轴方向上的延伸位于中心的射线的考虑强于关于同一延伸仅位于射线束边缘的射线时，对图像的质量有着重要的积极意义。

按照本发明人的建议，提供了一种改进的用于设置计算机断层造影图像的方法，该方法具有下述方法步骤：

-为了对检查对象进行扫描，使用从至少一个焦点发出的射线束，并利用一个用于检测该射线束的射线的、具有多个分散的检测器单元的、平面构成的检测器阵列，该至少一个焦点相对于检查对象，在至少一个绕该检查对象绕行的焦点轨道上，与相对而设的检测器阵列一起转动，其中，该检测器阵列的检测器单元给出表示射线在穿过检查对象时的衰减的输出数据，

-将该输出数据过滤，

-然后将过滤的输出数据进行三维反向投影，用于产生检查对象的具有一层厚的层的至少一个层析图像，其中，该层析图像表示从所述输出数据得到的、属于该检查对象层的体素对射线束的辐射的吸收值，以及

-在反向投影中，根据射线在射线束中的位置对其进行加权。

在本发明一特殊的实施方式中，过滤是在焦点轨道上属于各焦点位置的正切方向上进行的。已经表明，利用该过滤方向可以实现非常高的图像质量。对该过滤方向的选择基于这种知识，所述可实现高图像质量的、基于临时图像的2D方法，可以转换为一种3D方法，如果将计算临时图像所基于的焦点轨道段大大缩短，使其仅包含一个单独投影，然后在焦点轨道的正切方向上将其数据过滤，就可以期望这样的3D方法能够实现可与2D方法相比拟的好的图像质量。

如果射线束在旋转方向具有延伸，且在旋转轴方向上具有延伸，则具有优点的是，对在旋转轴方向上延伸的射线束中位于中心的射线的加权比在旋转轴方向上延伸的射线束中位于边缘附近的射线的加权强。

按照本发明的方法将尤其容易实现，如果在过滤前将射线束P(α，β，q)形式的、从扇形射线几何获得的输出数据换算为射线束P(θ，β，q)(方位角“重排(rebinning)”)以及P(θ，p，q)(完全“重排”，即，方位角的和径向的“重排”)形式的、平行射线几何的平行数据。请参照图3，其中，

α                      为焦点角，

β                      为扇角，

q           为检测器系统在z坐标上的相应行下标，

θ=α+β           为平行扇角

p=R_Fsin(β)为相应于与旋转轴(系统轴)的射线间距的平行坐标，以及

R_F         为焦点轨道半径。

按照本发明的一种优选实施方式，平行数据的反向投影是以这种方式进行的，即在对每个体素V(x，y，z)反向投影的过程中，对每个0∈[0，π]，对于其投影沿系统轴过(x，y)的射线束 以及

其合为：

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q]$

其中，

x，y,z    为各体素V(x，y，z)的坐标，

k         为相应于再现中焦点绕行的半周数的整数，

       为其投影沿系统轴通过各体素V(x，y，z)的坐标(x，y)延伸的射线的平行坐标，

       为其投影沿系统轴通过各体素V(x，y，z)的坐标(x，y)延伸的射线的扇角，以及

h         为确定所产生的显示检查对象层的层析图像中的层厚度的加权函数，以及

d         为一个函数，其等于各射线与相应体素V(x，v)间的距离，或与各射线与相应体素V(x，y)间的距离相关，

W         表示一加权函数，其对平行扇角θ较大的射线所加的权小于对平行扇角θ较小的射线所加的权。

的表达方式在此表示，可以选择性地对通过方位角“重排”或通过完全“重排”获得的射线求和，其中，在方位角“重排”的情况下，过滤正切于β方向过滤的焦点轨道；而在完全“重排”的情况下，过滤正切于p方向过滤的焦点轨道。

由于这种求和，关于k和q可以保证，所有通过同一体素延伸的射线都被考虑，因而使得射入检查对象的射线剂量得到完全地利用。

在一种特别优选的实施方式中，为了反向投影平行数据，建立了在加权h的和H：

$H=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q\left]\right]$

上标准化的和：

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{H}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q]$

这一过程使得可以进一步改善图像质量，因为可以克服一些体素由于较其它体素接受更多的射线而可能被过于强调，因而避免了相应的伪影。各体素的CT值通过在θ上求和得到。

按照本发明，该加权函数可以是一个具有W(θ+kπ)的平行扇角的函数，优选为一平滑函数，其对于关于射线扇形在旋转轴方向或z轴方向的延伸的中心射线具有值1，而对于位于边缘的射线具有值0。

如果检测器阵列具有按行排列的检测器单元，则加权通过一为行数的函数W(q)表示，这里，优选采用平滑函数，其对于一个或多个位于中心的检测器行上的射线具有一个高值，优选为1，而对于位于边缘的检测器行上的射线具有约为0的值，该函数例如可以是cos²函数。

如果按照本发明的一种变形，焦点轨道为环形轨道时(断层造影扫描)，则可以应用例如本发明的方法。但按照本发明的一种优选变形焦点轨道为螺旋轨道，它是这样实现的：环形轨道上的焦点绕系统轴运动，同时，在焦点和检查对象之间有沿系统轴方向的相对运动。在这种螺旋扫描的基础上，对检查对象的更大体积也可以毫无问题地进行检查。

在断层造影扫描情况下，对于k，通常有k＝1或k＝2。在螺旋扫描的情况下，对k的选择是在考虑每次完全绕行所达到的在系统轴方向的相对移动下这样进行的，使得能对检查对象的待成像区域进行完全的测取。

相应于本发明的基本思想，发明人还建议了一种计算机断层造影(CT)设备，用于利用从至少一个焦点发出的射线束和一个平面结构的检测器阵列对检查对象进行扫描，该检测器阵列具有多个用于检测该射线束射线的分散的检测器单元，其中，所述至少一个焦点在至少一个环绕该检查对象的焦点轨道上与与其相对设置的检测器阵列一起相对于该检查对象运动，在该CT设备中，至少设置了用于对检测器数据进行收集、过滤和反向投影的装置，用以实现上述方法。其中，这些装置优选或尽可能通过程序或程序模块来实现。

附图说明

下面将借助附图所示实施方式对本发明进行详细描述。其中：

图1部分以透视图、部分以方框图示出了一具有多行检测器单元的CT设备的示意图；

图2示出了图1中设备的纵剖面图；

图3为将“重排(rebinning)”可视化的示意图；

图4示出了在支架旋转时，利用相对设置的焦点和检测器用射线束的扫描；

图5示出了两个不同的加权函数W的变化曲线；

图6示出了在支架旋转且在z方向运动时，利用相对设置的焦点和检测器用射线束的扫描。

具体实施方式

在图1和图2中示出了适于实施本发明方法的第三代CT设备。总体上用1表示的测量装置具有一总体上用2表示的X射线源，其具有一个在该X射线源前面、并在其附近的光阑3(图2)，一个由多行和多列检测器单元的多平面检测器阵列构成的检测器系统5，在图1中用4表示出其中一个检测器单元，在该检测器系统5前和附近有一个光阑6(图2)。在图1中，为清楚起见仅示出了八行检测器单元4。但在图2中，检测器系统5还具有用点示出的其它检测器单元4行。

在图2中，示意性地示出了，一方面是X射线源2和光阑3，另一方面是检测器系统5和光阑6，它们这样相互相对地安装在旋转架7上，使得在CT设备运行时，由X射线源2发出、透过可调节光阑3的锥形X射线束(其边缘用8表示)能到达检测器系统5。在此，对光阑6相应于由光阑3调节的X射线束的截面来调节，使得只暴露出检测器系统5的那些能直接由X射线束触及的区域。在图1和2中示出的操作模块中，有八行检测器单元4，以下称之为有效行。其它用点示出的行由于被光阑遮蔽，因此称之为非有效的。

每行检测器单元4具有k个检测器单元，其中，β_k＝β₁至β_k为信道下标，每个检测器单元都分配有一个扇角β_k。中间检测器单元的扇角为0；两个最外侧的检测器单元的扇角为β₁＝+β_max和β_k＝-β_max。

检测器单元4的有效行Lq在图2中用L₁和L_Q表示，其中，q＝1至Q为行下标，在所述实施方式的情况下，其相应于z坐标。

X射线束具有如图1和图2中所示的锥角，即X射线束的开角位于系统轴Z和焦点F所在的平面内。该X射线束的开角(扇面开角)在垂直于系统轴Z且包含焦点F的平面内为2β_max，如图1所示。

旋转架7可借助于驱动装置22绕用Z表示的系统轴旋转。系统轴Z与图1所示空间直角坐标系统的z轴平行延伸。

检测器系统5的列同样沿z轴方向延伸，而在z轴方向上测得宽度为b(例如为1mm)的行则垂直于系统轴Z或z轴延伸。

为了将检查对象、例如患者置于X射线束的射线路径中，设置了卧榻装置9，其可平行于系统轴Z，即在z轴方向上移动，并且是以这种方式，即在旋转架7的旋转运动和卧榻装置9的平移运动之间的同步，以平移速度与旋转运动的比为常数的方式实现，其中，该比值是可调节的，可以选择期望的旋转架每次转动时卧榻装置的移动v的值。

因此，可以在体积扫描的过程中对位于卧榻装置9上的检查对象的体积进行检查，其中，体积扫描是以螺旋扫描的形式这样进行的，即同时旋转测量单元1和平移卧榻装置9，借助于测量单元，在测量单元1每次旋转时从不同的投影方向拍摄多个投影。在螺旋扫描下，X射线源的焦点F在图1中用S表示的螺旋轨道上相对于卧榻装置9运动。螺旋扫描须在α方向上至少伸展π+2β_max，以便能够完整地再现每行检测器单元的CT图像。但这段路径在CT设备的技术限制范围内也可任意长。

但是，由于有多行检测器单元4，也可以在所谓的断层造影扫描过程中对检查对象的体积进行检查，其中，没有沿z轴方向的、测量单元1和卧榻装置9之间的相对运动(v＝0)。因此，在断层造影扫描情况下，检查体积的大小由检测器单元4的有效行来确定。在断层造影扫描中，焦点F在一以下称之为中间平面的平面上的环形焦点轨道上运动。

断层造影扫描可以部分绕行或完全绕行的方式实现，其中，部分绕行包括一用于完全再现CT图像的、至少为π+2β_max(半周绕行加扇形开角)的部分绕行间隔，而在完全绕行下，该绕行间隔为2π。

在螺旋扫描或断层造影扫描期间，从检测器系统5的每个有效行的检测器单元读出的、相应于扇形射线几何中的各个投影P(α，β，q)的测量数据被送至数/模转换器的数据准备单元10，并被串行地传输给图像计算机11。

在图像计算机11的预处理单元12中对这些测量数据进行预处理之后，结果数据流被送至层析图像再现单元13，该层析图像再现单元13按照还将进行详述的按照本发明的方法，在“过滤的反向投影”基础上，由这些测量数据重构出所期望的检查对象层的层析图像。

CT图像由以矩阵形式组合在一起的像素构成，其中，每个图像平面有相应的像素，每个像素对应于一个以Hounsfield单位(HU)表示的CT数，以及与每个像素相应的CT数/灰度值标度用与其各自的CT数相应的灰度值表示。在此，每个像素示出了在CT图像中示出的检查对象层的一个体素(＝体积单元)。由于检测器系统5具有多行，以及必要时由螺旋扫描获得关于检查对象多个层的测量数据，因此，有在本发明范围内引入3D反向投影的3D数据可供使用。作为最终结果，有三维矩阵形式(例如利用x、y、z轴)的3D图像数据可供使用，其中，该矩阵的每个元素相应于一个体素V(x，y，z)，其包含相应于所属CT数的灰度值。该三维矩阵中那些具有相同x、y或z值的元素，分别表示检查对象的、相应于x、y或z值的层的平面层析图像。

由层析图像再现单元13再现的图像将在连接到图像计算机11的显示单元16(例如一个显示器)上显示出来。

X射线源2，例如为一个X射线管，由一个发电机单元17供给所需的电压和电流，如管电压U。为了将电压和电流调节到所需的值，为发电机单元17配备了带有键盘19的控制单元18，由其实现必要的调节。

CT设备的其它操作和控制也是借助控制单元18和键盘19实现的，这由控制单元18与图像计算机11的连接可以看出。

此外，检测器单元4的有效行的数目Q，以及由此的光阑3和6的位置是可以调节的，为此，控制单元18与配属于光阑3和6的调节单元20和21相连接。此外，旋转架7完整旋转所需的旋转时间τ也是可调节的，这由配属于旋转架7的驱动单元22与控制单元18相连接可以看出。

尽管原则上本发明的方法也可以在扇形射线几何中实现，但对所述CT设备优选的是，在平行射线几何中实现本发明的方法。

因此，首先将通过螺旋扫描或断层造影扫描对患者的各重要身体部位检查进行扫描所获得的扇形射线几何数据用通常称为“重排(rebinning)”的方法，以公知的方式转换为平行射线几何。这种转换是基于对在扇形射线几何中获得的数据再分类(Umsortierung)这样实现的，即从在扇形射线几何中获得的不同投影中提取射线，将它们拼合成平行射线几何的投影。在平行射线几何中，间隔长度为π的数据就足以用于完全的图像再现。尽管如此，为了获得这些数据，在扇形射线几何中，须有间隔长度为π+2β_max上的数据可供使用。

图3示出了平行射线几何中的投影。因此，该投影的所有n条平行射线RP₁至RP_N相对于图3所示的x轴以及与图1所示一致的坐标系都有一个平行扇角θ。

下面，借助于图3中用加重线显示的平行射线RP₁对从扇形射线几何到平行射线几何的过渡进行描述。

平行射线RP₁源自对焦点轨道S上的焦点位置F₁在扇形射线几何中获得的投影。在图3中，还示出了在扇形射线几何中属于该投影的、通过旋转轴14并因此而沿坐标系z轴延伸的中心射线RF_Z1。焦点位置F₁在相应于焦点角α₁，其是x轴和中心射线RF_Z1之间的角。相对于中心射线RF_Z1，射线RP₁具有扇角β。因此，很容易看出，对于平行扇角θ有：θ＝α+β。

垂直于各平行射线测得的与旋转轴14或z轴的射线距离p由p＝R_Fsin(β)给出。

如在图3中用加重线示出的，示出了通过旋转轴14及x轴的中心射线RP_Z，该射线为在扇形射线几何中在焦点位置F_Z、焦点角α_Z下获取的投影在扇形几何中的中心射线。由于对于该中心射线存在在扇形射线几何中获取的投影β＝0，则显然，在这种情况下，对该中心射线有：

根据所实施的是方位角“重排”还是完全“重排”，平行投影为

P(α，β，q)形式或

P(θ，p，q)形式，

其中，

α                        为焦点角，

β                        为扇角，

q            为检测器系统在z坐标上的相应行下标，

θ＝α+β          为平行扇角

p＝R_Fsin(β)为相应于与旋转轴(系统轴)的射线间距的平行坐标，以及

R_F          为焦点轨道半径。

在按照本发明的第一实施方式的、借助于键盘19进行选择的第一操作方式中，所述CT设备基于通过方位角“重排”获得的投影工作。在方位角“重排”情况下，相应于这些投影的数据在β方向被过滤，即在属于各平行投影的中心射线的焦点位置的正切T的方向(见图3)，并且是利用在计算机断层造影中常用的过滤器核进行的，如Shepp-Logan核或Ramachandran-Lakshminarayanan核。

这种过滤后的平行数据然后被以这种方式进行反向投影，即在对每个体素V(x，y，z)进行反向投影的过程中，对每个θ∈[0，π]，对于其投影沿系统轴过(x，y)的射线 其和为：

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\left(q\right)\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\widetilde{\mathrm{\β},}q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\widetilde{\mathrm{\β}},q]$

其中，

x，y，z    为各体素V(x，y，z)的坐标，

k          为相应于再现中焦点绕行的半周数的整数，

        为其投影沿系统轴通过各体素V(x，y，z)的坐标(x，y)延伸的射线的扇角，以及

h       为在所产生的显示检查对象层的层析图像中确定层厚度的加权函数，以及

d       为一个函数，其等于各射线与相应体素V(x，y)间的距离，或与各射线与相应体素V(x，y)间的距离相关，

W(q)为一加权函数，其对在旋转轴方向上延伸的射线束中位于边缘附近或至少是不在中心的射线的加权比对位于中心的射线的加权弱。

由于所选择的过滤方向以及这种求和，通过k和q可以一方面避免锥形光束伪影(cone beam artifact)，另一方面可以考虑到所有对通过体素V(x，y，z)延伸的射线的高度剂量利用的需要。但是，此外还对通过相应的加权对射线束中的射线定位加以考虑。

与体素V(x，y，z)相关的吸收值μ_x，y，z通过在至少半周绕行上关于θ的和得到，即通过公式：

${\mathrm{\μ}}_{x,y,z}=\underset{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Σ}}{P}_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)$ 得到。

与各吸收值相应的CT数以常规方式通过该吸收值确定。

在此，可以借助键盘19设置不同的加权函数h和不同的函数d。

适于作为加权函数h的例如有三角函数或梯形函数。

加权函数W是投影角θ的函数。

作为函数d可以设置为各平行射线与体素V(x，y，z)的距离，或代之以例如该距离的z(轴)分量。

在一种所述第一操作方式的变形中，为了反向投影这些平行数据，在加权h的和H上建立标准化的和P_x，y，z(θ)：

$H=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\left(q\right)\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\widetilde{\mathrm{\β}},q\left]\right]$

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{H}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\left(q\right)\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\widetilde{\mathrm{\β}},q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\widetilde{\mathrm{\β}},q].$

这使得可以进一步改进图像质量，因为这可以避免由于多次半周绕行的“照射”、即由射线触及而可能过分强调的体素，并因而避免相应的伪影。在螺旋扫描中，当测量装置的每次全绕行的相对移动很小时(小斜度)，使体素多次被辐射，会出现这种允余。

按照本发明方法的另一实施方式的、借助于键盘19进行选择的第二操作方式与第一操作方式的不同之处在于，所述CT设备不是基于通过方位角“重排”，而是基于通过完全“重排”获得的投影工作的。在完全“重排”情况下，相应于这些投影的数据在p方向被过滤，即同样分别在属于各平行投影的中心射线的焦点位置的正切T的方向(见图3)被过滤。

因此，在反向投影过程中，为这种过滤后的平行数据建立和：

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\left(q\right)\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\tilde{p},q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\tilde{p},q].$

其中，

为那些其投影沿系统轴过各体素V(x，y，z)的坐标(x，y)延伸的射线的平行坐标。

在所述第二操作方式的情况下，在为了反向投影这些平行数据的变形中，也在加权h的和H上建立标准化的和P_x，y，z(θ)：

$H=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\left(q\right)\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\tilde{p},q\left]\right]$

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{H}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\left(q\right)\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\tilde{p},q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\tilde{p},q].$

在所述第一和第二操作方式的情况下，按照本发明方法的工作原理，考虑与体素V(x，y，z)相关的所有射线，这些射线的投影沿旋转轴14或z轴通过x，y延伸。对这些射线是否和如何考虑，将通过加权函数W和h以及函数d来确定。

但所述CT设备还可以具有其它利用键盘19进行选择的、与以上描述不同的操作方式，其中，对于给定的焦点位置，确定通过各体素V(x，y，z)延伸的理论射线，然后，考虑加权函数h和函数d，在反向投影的过程中，在建立和时，仅考虑那些实际为该和作出贡献的射线。

在所述实施方式的情况下，测量装置1和卧榻装置9之间的相对运动是由于卧榻装置9的移动而产生的。但在本发明的范围内，还可以使卧榻装置9固定，而代之以使测量装置1移动。此外，在本发明的范围内，还可以使测量装置1和卧榻装置9都移动，以产生所需的相对运动。

在图4中，简单示意性地示出了在2D显示中的射线加权问题。在该例中，CT的支架与焦点和检测器在0°位置用实线表示，绕z轴旋转180°后在180°位置用虚线表示。检测器具有12个检测器行L1至L12，它们分别被射线束的相应射线S1至S12所触及。在此需说明，检测器延伸的空间尺寸的显示有些夸张，以便对本发明进行更清楚的解释。这里所示支架在绕z轴或系统轴的环形轨道上运动。没有在z轴方向上的运动。

观察位于射线束中心的体素V2，该体素在支架的两个位置上均被位于中心的射线S4所透射，按照本发明，对该射线测量进行高的加权。同时，在0°位置，位于稍微靠外的体素V1在0°位置时由靠外的射线S1透射，稍后由位于射线束内的射线S4透射。按照本发明的加权，对射线S1的加权低于对射线S4的加权。观察同样位置靠外的体素V3，这里的加权是相反的。由于这里检测器是由以矩阵形式、按行和列排列的检测器单元构成的，可以将对射线的加权直接与行号q相耦合。

在下面的图5中，示出了三个按照本发明的加权W_q的变化曲线的例子。其共同之处在于相对于位置靠外的射线，对中心射线的加权较重。但这些函数又是不同的。点线表示两侧从中心线下降的变化曲线，虚线给出了具有外侧快速下降的、在较大中心区域内的等量加权，而实线示出了钟形的变化曲线，其在极值0和1之间允许柔和的过渡。

图6分别示出了螺旋CT支架在0°位置和相邻的180°位置的射线束。相应于螺旋CT的特性，这些位置除了旋转在z方向上还是相互错开的。在该显示中，体素V1在0°位置和180°位置都受到射线S1的投射。相应于射线S1的非中心位置以及其所属的位于检测器外侧的检测器行L1，将对该两个测量进行较低的加权。体素V2在0°位置由位于非中心的、在该位置为体素V2较低加权的射线S12投射，而在180°位置则由为体素V2较重加权的中心射线S6投射。相应于射线S1在0°和180°位置的位置，对这些射线均进行关于体素V1的较低加权。总之，通过这里所示的附加加权W，可以显著改进图像质量。

已经表明，在所述实施方式的情况下，锥形的X射线束具有直角的截面。但在本发明的范围内，还可以有其它的截面几何形状。

与所述实施方式相关，可以应用第三代CT设备，即X射线源和检测系统在成像过程中可共同绕系统轴移动。但本发明也可与第四代CT设备一起使用，其中，仅X射线源绕系统轴移动，其与固定的检测器环共同起作用，只要该检测器系统是多行检测器单元阵列。

本发明的方法还可应用于第五代CT设备，其中，X射线不仅是从一个焦点，而且是从一个或多个绕系统轴移动的X射线源的多个焦点发出的，只要该检测器系统具有多行检测器单元的阵列。

与上述实施方式相关的CT设备具有其检测器单元按照正交矩阵形式排列的检测器系统。但本发明也可用于其检测器系统具有按其它形式排列的多平面检测器单元的其它CT设备。

上述实施方式涉及本发明方法的医学应用。但本发明也可用于医学以外的领域，如对包裹检查或材料检查。

Claims (15)

1.一种用于在计算机断层造影中设置图像的方法，该方法具有下述方法步骤：

1.1为了对检查对象进行扫描，使用从至少一个焦点发出的射线束，并利用一个用于检测该射线束的射线的、具有多个分散的检测器单元的、平面构成的检测器阵列，该至少一个焦点相对于检查对象，在至少一个绕该检查对象绕行的焦点轨道上，与相对而设的检测器阵列一起转动，其中，该检测器阵列的检测器单元给出表示射线在穿过检查对象时的衰减的输出数据，

1.2将该输出数据过滤，

1.3然后将过滤的输出数据进行三维反向投影，用于产生检查对象的具有一层厚的层的至少一个层析图像，其中，该层析图像表示从所述输出数据得到的、属于该检查对象层的体素对射线束的辐射的吸收值，以及

1.4在反向投影中，根据射线在射线束中的位置对其进行加权。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤在焦点轨道上属于各焦点位置的正切方向上进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述射线束具有在旋转方向上的延伸和在旋转轴方向上的延伸，其中，对在旋转轴方向上延伸的射线束中位于中心的射线的加权比在旋转轴方向上延伸的射线束中位于边缘附近的射线的加权强。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在过滤之前，将射线P(α，β，q)形式的、从扇形射线几何获得的输出数据换算为射线P(θ，β，q)或P(θ，p，q)形式的、平行射线几何的平行数据，其中，

α                        为焦点角，

β                        为扇角，

q            为检测器系统在z坐标上的相应行下标，

θ＝α+β          为平行扇角

p＝R_Fsin(β)为相应于与旋转轴(系统轴)的射线间距的平行坐标，以及

R_F          为焦点轨道半径。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述平行数据的反向投影是以这种方式实现的，即在对每个体素V(x，y，z)反向投影的过程中，对每个θ∈[0，π]，对于其投影沿系统轴过(x，y)的射线束

以及 其合为：

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q]$

其中，

x，y，z    为各体素V(x，y，z)的坐标，

k          为相应于再现中焦点绕行的半周数的整数，

为其投影沿系统轴通过各体素V(x，y，z)的坐标(x，y)延伸的射线的平行坐标，

为其投影沿系统轴通过各体素V(x，y，z)的坐标(x，y)延伸的射线的扇角，以及

h          为确定所产生的显示检查对象层的层析图像中的层厚度的加权函数，以及

d          为一个函数，其等于各射线与相应体素V(x，y)间的距离，或与各射线与相应体素V(x，y)间的距离相关，

W          表示一加权函数，其对平行扇角θ较大的射线所加的权小于对平行扇角θ较小的射线所加的权。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在反向投影平行数据时，建立了在加权h的和H：

$H=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q\left]\right]$

上标准化的和：

$P_{x,y,z}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{H}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{q}{\mathrm{\Σ}}W\·h\·\left[d_{x,y,z}\right[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q\left]\right]\·P[\mathrm{\θ}+\mathrm{k\π},\left[\begin{array}{c}\tilde{p}\\ \widetilde{\mathrm{\β}}\end{array}\right],q].$

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述加权函数为具有W(θ+kπ)的平行扇角的函数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加权函数W(θ+kπ)为一平滑函数，其对于关于平行扇角位于射线束中心的射线具有值1，而对于位于边缘的射线具有值0。

9.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述检测器阵列具有按行排列的检测器单元，以及所述加权函数为行数W(q)的函数。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加权函数W(q)为一平滑函数，其对于至少一个位于中心的检测器行上的射线具有值1，而对于位于边缘附近的检测器行上的射线具有值0。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述焦点轨道是环形轨道。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述焦点轨道是螺旋形轨道，它是这样实现的：环形轨道上的焦点绕系统轴运动，同时，在焦点和检查对象之间沿系统轴方向相对运动。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述检测器矩阵的检测器单元是以行和列分散排列的，优选为按矩阵形式排列。

14.一种计算机断层造影设备，用于利用从至少一个焦点发出的射线束和一个平面结构的检测器阵列对检查对象进行扫描，该检测器阵列具有多个用于检测该射线束射线的分散的检测器单元，其中，所述至少一个焦点在至少一个环绕该检查对象的焦点轨道上与与其相对设置的检测器阵列一起相对于该检查对象运动，在该计算机断层造影设备中，至少设置了用于按照权利要求1至13之一对检测器数据进行收集、过滤和反向投影的装置。

15.根据权利要求14所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述功能装置的至少一部分通过程序或程序模块来实现。

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