CN1614506A - X射线计算机体层摄影成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了缩短螺旋扫描中直线运动的距离，把直线运动的起点(La)和直线运动的终点(Lb)定义在待建立CT图像的感兴趣区域ROI内，从直线运动起点(La)到直线运动终点(Lb)收集投影数据，并利用所收集的投影数据在感兴趣区域ROI内要求的图像位置上建立CT图像。

Description

X射线计算机体层摄影成像方法和装置

技术领域

本发明涉及X射线CT(计算机体层摄影)成像方法和X射线CT装置，更具体地说，涉及可以缩短螺旋扫描中直线运动距离的X射线CT成像方法和X射线CT装置。

背景技术

如图29所示，已知一种X射线CT装置，它通过控制平台的直线运动来保证在感兴趣区域(ROI)中的直线运动恒定速度，所述控制包括：在待建立CT图像的感兴趣区域ROI的前端位置Ra之前附上加速段A，以便定义直线运动的起点La；在感兴趣区域ROI后端位置Rb之后，附上减速段B，以便定义直线运动的终点Lb；在X射线管21笔直向下面对直线运动起点La的平台位置上启动平台的直线运动；在加速段A提高直线运动速度，在感兴趣区域ROI中以恒定的速度驱动直线运动，而在减速段B降低直线运动的速度；以及在X射线管21笔直向下面对直线运动终点Lb的平台位置上停止直线运动(例如，参见专利文献1)。

应该指出，一般说来，在螺旋扫描中，平台作直线运动，同时旋转X射线管21和待成像的对象周围的多列检测器24，尽管为了便于举例说明，图29把直线运动表现成就好像所述直线运动是在X射线管21和多列检测器24不旋转的情况下发生的。

[专利文献1]日本公开特许公报No.H8-173413。

如图29所示，传统技术把加速段A放在感兴趣区域ROI之前，并把减速段B放在感兴趣区域ROI之后。

但是，这会造成问题，直线运动的范围L比感兴趣区域ROI长。于是，若进行往复直线运动，则周期时间变长。另外，若X射线管在直线运动期间不断发射，则曝光剂量会增大。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种可以缩短螺旋扫描中直线运动距离的X射线CT成像方法和X射线CT装置。

在第一方面，本发明提供一种X射线CT成像方法，用以进行螺旋扫描，以便在至少X射线或者多列检测器围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于所述待成像的对象进行相对直线运动的同时，收集投影数据，所述方法的特征在于包括：在待建立CT图像的感兴趣区域(ROI)范围内定义直线运动的起点和直线运动的终点；从所述直线运动起点到所述直线运动终点收集投影数据；以及利用所收集的投影数据在感兴趣区域中要求的成像位置上产生CT图像。

这里用的”相对旋转”这一术语包括：对于设置在X射线管和多列检测器之间的待成像的对象，在待成像的对象不旋转的情况下使至少X射线管或者多列检测器围绕待成像的对象旋转；使待成像的对象围绕其轴线旋转，而X射线管和多列检测器不旋转；和使待成像的对象绕其轴线旋转，而至少X射线管或者多列检测器围绕待成像的对象反向旋转。

这里用的”相对直线运动”这一术语包括：对于设置在X射线管和多列检测器之间的待成像的对象，在X射线管和多列检测器不作直线运动的情况下使待成像的对象(或待成像的对象所躺的平台)作直线运动；X射线管和多列检测器作直线运动，而待成像的对象(或待成像的对象所躺的平台)不作直线运动；以及待成像的对象(或待成像的对象所躺的平台)作直线运动，而X射线管和多列检测器作反向直线运动。

按照第一方面的X射线成像方法，直线运动的起点和直线运动的终点定义在感兴趣区域内，并从直线运动的起点到直线运动的终点收集投影数据。采用多列检测器时，即使直线运动的起点定义在感兴趣区域内，X射线束也会覆盖ROI的前端，因为X射线束在直线运动方向厚度大。类似地，即使直线运动的终点定义在感兴趣区域内，X射线束也会覆盖ROI的后端。因此，可以在从感兴趣区域的前端到后端的要求的位置上利用所收集的投影数据建立CT图像。此时，可以使直线运动距离比感兴趣区域短。因此，成像时间得以缩短。此外，往复直线运动的周期时间亦可缩短。另外，X射线曝光剂量可以减少。

可以利用二维或三维图像重构技术来建立CT图像。

在其第二方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于所述直线运动起点处于这样的位置：从ROI前端位置起在直线运动方向上向内一半或约一半X射线束厚度的位置。

这里所用的”X射线束在直线运动方向上的厚度”是指在设置在X射线管和多列检测器之间的待成像的对象的位置上，X射线束在直线运动方向上的厚度。

在X射线管笔直向下面对直线运动起点的位置上，在起点之前直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度处，X射线束覆盖待成像的对象。

因此，按照第二方面的X射线CT成像方法，直线运动的起点定义在这样的位置：从ROI前端位置起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置。

在其第三方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于所述直线运动的终点处于这样的位置：从ROI后端位置起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置。

这里所用的”X射线束在直线运动方向上的厚度”是指在设置于X射线管和多列检测器之间的待成像的对象的位置上X射线束在直线运动方向上的厚度。

在X射线管笔直向下面对直线运动终点的位置上，在所述终点之后在直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度处，X射线束覆盖待成像的对象。

因此，按照第三方面的X射线CT成像方法，直线运动的终点定义在从ROI后端起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度处。

在其第四方面，本发明提供一种X射线CT成像方法，用以进行螺旋扫描，以便在至少X射线或者多列检测器围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于所述待成像的对象进行相对直线运动的同时，收集投影数据，所述方法的特征在于包括：收集从所述直线运动起点到直线运动终点的投影数据；以及利用所收集的投影数据，从所述直线运动的起点之前的ROI前端位置起，到所述直线运动的终点之后的ROI后端位置止，在感兴趣区域(ROI)内要求的图像位置上建立CT图像。

这里所用的”相对旋转”这一术语包括：对于设置在X射线管和多列检测器之间的待成像的对象，使至少X射线管或者多列检测器围绕待成像的对象旋转，而待成像的对象不旋转；待成像的对象围绕其轴线旋转，而X射线管和多列检测器不旋转；以及待成像的对象围绕其轴线旋转，而至少X射线管或者多列检测器围绕待成像的对象反向旋转。

这里所用的”相对直线运动”这一术语包括：对于设置在X射线管和多列检测器之间的待成像的对象，使待成像的对象(或待成像的对象所躺的平台)作直线运动，而X射线管和多列检测器不作直线运动；X射线管和多列检测器作直线运动，而使待成像的对象(或待成像的对象所躺的平台)不作直线运动；以及待成像的对象(或待成像的对象所躺的平台)作直线运动，而X射线管和多列检测器以相反方向作直线运动。

按照第四方面的X射线CT成像方法，ROI前端定义在直线运动的起点之前，而ROI后端定义在直线运动的终点之后，并收集从直线运动起点到直线运动终点的投影数据。采用多列检测器时，即使ROI前端定义在直线运动的起点之前，X射线束也会覆盖ROI的前端，因为X射线束在直线运动方向上的厚度大。类似地，即使ROI后端定义在直线运动的终点之后，X射线束也会覆盖ROI后端。因此，利用所收集的投影数据，可以从ROI的前端起到ROI的后端为止在要求的图像位置上建立CT图像。此时，可以使直线运动的距离比感兴趣区域短。相应地，成像时间得以缩短。另外，往复直线运动的周期时间可以缩短。此外，X射线曝光剂量可以减少。

在其第五方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于所述ROI前端的位置处于这样的位置：在所述直线运动的起点之前在直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置。

这里所用的”X射线束在直线运动方向上的厚度”这一术语是指在设置于X射线管和多列检测器之间的待成像的对象的位置上X射线束在直线运动方向上的厚度。

在X射线管笔直向下面对直线运动起点的位置上，在所述起点之前在直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度处，X射线束覆盖待成像的对象。

因此，按照第五方面的X射线CT成像方法，ROI前端位置定义在直线运动的起点之前在直线运动方向上半个或约半个X射线束的厚度处。

在第六方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于：所述ROI后端位置处于所述直线运动终点之后直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置上。

这里所用的”X射线束在直线运动方向上的厚度”这一术语是指在设置于X射线管和多列检测器之间的待成像的对象位置上，X射线束在直线运动方向上的厚度。

在X射线管笔直向下面对直线运动终点的位置上，在直线运动终点之后直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度处，X射线束覆盖待成像的对象。

因此，按照第六方面的X射线CT成像方法，ROI后端定义在所述直线运动终点之后直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置上。

在其第七方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于包括：通过下列方法作往复相对直线运动：从所述直线运动的起点运动到所述直线运动的终点；然后把所述直线运动的起点和所述直线运动的终点分别重新定义为新的直线运动终点和新的直线运动起点；以及在相反的方向上进行相对直线运动。

因此，按照第七方面的X射线CT成像方法，因为直线运动的距离可以比感兴趣的区域短，所以往复相对直线运动的周期时间可以缩短。因而同一图像位置上的时间分辨率得以改善。本发明的这一方面特别适用于灌注CT。

在其第八方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于包括：在所述直线运动的起点上进行相对旋转运动，而不作所述相对直线运动的同时，收集投影数据；利用所收集的投影数据重构CT图像；以及根据所述CT图像上的变化启动所述相对直线运动。

按照第八方面的X射线CT成像方法，由于直线运动的距离比感兴趣的区域短，所以直线运动的起点比较接近ROI的中心。于是，可以准确地确定触发相对直线运动开始的CT图像变化。本发明的这一方面特别适用于Smart Prep(GE公司)或Real Prep(东芝公司)。

在其第九方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于包括：用三维图像重构技术建立CT图像。

按照第九方面的X射线CT成像方法，因为图像重构是按照三维图像重构技术完成的，故可防止大锥角引起的非自然信号。

已知的三维图像重构技术包括Feldkamp方法和加权Feldkamp方法。

在其第十方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT成像方法，其特征在于，所述三维图像重构技术是三维背面投影方法，它包括：根据每一个视图的z位置排列所收集的投影数据的顺序，并抽取对应于图像重构场中一条线或彼此相隔多个象素的多条平行线的投影数据；通过使所述投影数据乘以锥形线束重构权值来产生投影线数据；通过对投影线数据进行滤波来产生图像位置线数据；根据所述图像位置线数据确定重构场上每一个象素的背面投影象素数据；以及通过对所有用于图像重构的视图逐个象素地添加背面投影象素数据来确定背面投影数据。

按照第十方面的X射线CT成像方法，因为三维图像重构技术是按日本公开特许公报No.2002-147231和2002-338947完成的，所以可以大大减少计算量。

在其第十一方面，本发明提供一种X射线CT装置，其特征在于包括：X射线管；多列检测器；螺旋扫描装置，用于在至少X射线管或者多列检测器围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于待成像的对象作相对直线运动的同时，从直线运动起点到直线运动终点(所述起点和终点定义在准备在其中建立CT图像的感兴趣区域(ROI)范围内)收集投影数据；以及图像重构装置，用以利用所收集的投影数据在所述感兴趣区域中要求的图像位置上产生CT图像。

按照第十一方面的X射线CT装置，相适应地实施第一方面的X射线CT成像方法。

在其第十二方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述直线运动起点处于从ROI前端位置起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置上。

按照第十二方面的X射线CT装置，相适应地实施第二方面的X射线CT成像方法。

在其第十三方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述直线运动的终点处于从ROI后端位置起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置。

按照第十三方面的X射线CT装置，相适应地实施第三方面的X射线CT成像方法。

在其第十四方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于包括：X射线管；多列检测器；螺旋扫描装置，用于在至少X射线管或者多列检测器围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于待成像的对象作相对直线运动的同时，从直线运动起点到直线运动终点收集投影数据；和图像重构装置，用以利用所收集的投影数据在从所述直线运动起点之前的ROI前端到所述直线运动终点之后的ROI后端的所述感兴趣区域(ROI)中要求的图像位置上建立CT图像。

按照第十四方面的X射线CT装置，相适应地实施第四方面的X射线CT成像方法。

在其第十五方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述ROI前端位置处于所述直线运动的起点之前直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置上。

按照第十五方面的X射线CT装置，相适应地实施第五方面的X射线CT成像方法。

在其第十六方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述ROI后端位置处于所述直线运动的终点之后直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置上。

按照第十六方面的X射线CT装置，相适应地实施第六方面的X射线CT成像方法。

在其第十七方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述螺旋扫描装置在通过下列方法进行往复相对直线运动的同时收集投影数据：从所述直线运动的起点运动到所述直线运动的终点；然后，分别把所述直线运动的起点和所述直线运动的终点重新定义为新的直线运动的终点和新直线运动的起点；以及在相反的方向上进行相对直线运动。

按照第十七方面的X射线CT装置，相适应地实施第七方面的X射线CT成像方法。

在其第十八方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述螺旋扫描装置在所述直线运动起点上进行所述相对旋转运动而不作所述相对直线运动的同时，收集投影数据；利用所收集的投影数据重构CT图像；以及根据所述CT图像上的变化启动所述相对直线运动。

按照第十八方面的X射线CT装置，相适应地实施第八方面的X射线CT成像方法。

在其第十九方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述图像重构装置用三维图像重构技术建立CT图像。

按照第十九方面的X射线CT装置，相适应地实施第九方面的X射线CT成像方法。

在其第二十方面，本发明提供一种具有上述配置的X射线CT装置，其特征在于：所述三维图像重构技术是三维背面投影方法，它包括：根据每一个视图的z位置对所收集的投影数据进行排序，并抽取对应于图像重构场中一条线或彼此相隔多个象素的多条平行线的投影数据；通过把所述投影数据乘以锥形线束重构权值来产生投影线数据；通过对投影线数据进行滤波来产生图像位置线数据；根据所述图像位置线数据确定重构场上每一个象素的背面投影象素数据；以及通过对所有用于图像重构的视图逐个象素地添加背面投影象素数据来确定背面投影数据。

按照第二十方面的X射线CT装置，相适应地实施第十方面的X射线CT成像方法。

按照本发明的X射线CT成像方法和X射线CT装置，螺旋扫描中的直线运动距离得以缩短。于是，往复直线运动的周期时间得以缩短。另外，即使在直线运动过程中不间断地发射X射线，也可以减少X射线曝光剂量。

本发明的X射线CT成像方法和X射线CT装置可以用于例如灌注CT。

从对本发明的举例说明于附图的推荐实施例的以下描述中，将明白本发明的其他目的和优点。

附图说明

图1是方框示意图，表示实例1的X射线CT装置的配置。

图2是解释性示意图，表示X射线管和多列检测器的旋转。

图3是解释性示意图，表示X射线束(锥形线束)。

图4是流程图，表示实例1的X射线CT装置的一般操作。

图5是解释性示意图，表示数据结构。

图6是流程图，表示实例1的数据收集处理的细节。

图7是解释性示意图，表示实例1的感兴趣区域和直线运动范围。

图8是流程图，表示三维图像重构处理的细节。

图9是概念示意图，表示在X射线发射方向上投影的重构平面P上的线。

图10是概念示意图，表示投影在检测器平面上的重构平面P上的线。

图11是概念示意图，表示以视角view＝0°投影在投影平面上的检测器平面上的线的投影数据Dr。

图12是概念示意图，表示通过把以视角view＝0°投影在投影平面pp上的投影数据Dr乘以锥形线束重构权值而获得的投影线数据Dp。

图13是概念示意图，表示通过对以视角view＝0°投影在投影平面pp上的投影线数据Dp进行滤波而获得的背面投影线数据Df。

图14是概念示意图，表示通过对以视角view＝0°投影在投影平面pp上的背面投影线数据Df进行内插而获得的高密度背面投影线数据Dh。

图15是概念示意图，表示通过把以视角view＝0°投影在投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh在重构平面各条线上展开而获得的背面投影象素数据Dh。

图16是概念示意图，表示通过把以视角view＝0°投影在投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh在重构平面各条线之间展开而获得的背面投影象素数据Dh。

图17是概念示意图，表示以视角view＝90°投影在投影平面的检测器平面上各条线上的投影数据Dr。

图18是概念示意图，表示通过把以视角view＝90°投影在投影平面pp上的投影数据Dr乘以锥形线束重构权值而获得的投影线数据Dr。

图19是概念示意图，表示通过对以视角view＝90°投影在投影平面pp上的投影线数据Dp进行滤波而获得的背面投影线数据Dp。

图20是概念示意图，表示通过对以视角view＝90°投影在投影平面pp上的背面投影线数据Df进行内插而获得的高密度背面投影线数据Dh。

图21是概念示意图，表示通过把以视角view＝90°投影在投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh在重构平面的各条线上展开而获得的背面投影象素数据D2。

图22是概念示意图，表示通过把以视角view＝90°投影在投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh在重构平面的各条线之间展开而获得的背面投影象素数据D2。

图23是解释性示意图，表示通过对所有视图逐个象素地添加背面投影象素数据D2而获得的背面投影数据D3。

图24是解释性示意图，表示可以在实例1直线运动起点之前的图像位置上建立CT图像。

图25是解释性示意图，表示可以从实例1的一组数据分别在多个图像位置上建立多个CT图像。

图26是解释性示意图，表示可以在实例3的直线运动起点之前的图像位置上建立CT图像。

图27是解释性示意图，表示可以从实例3的一组数据分别在多个图像位置上建立多个CT图像。

图28是解释性示意图，表示实例4中的感兴趣区域和直线运动范围。

图29是解释性示意图，表示先有技术中的感兴趣区域和直线运动范围。

具体实施方式

现将参照附图所示的实施例比较详细地描述本发明。应该指出，本发明不限于这些实施例。

[实例1]

图1是方框图，表示实例1的X射线CT装置100的配置。

X射线CT装置100包括操作控制台1、平台装置10和扫描台架20。

操作控制台1包括：输入装置2，用以接收操作人员的输入；中央处理装置3，用以执行图像重构处理等；数据收集缓冲器5，用以收集在扫描台架20上采集的投影数据；CRT 6，用以显示从投影数据重构的CT图像；以及存储装置7，用以存储程序、数据和X射线CT图像。

平台装置10包括平台12，用以让对象躺在上面，并把对象运入/运出扫描台架20的空腔(空腔部分)。平台12借助于安装在平台装置10中的电动机在垂直和水平方向上作直线运动。

扫描台架20包括：X射线管21；X射线控制器22；准直器23；多列检测器24；DAS(数据采集系统)25；旋转体侧控制器26，用以控制X射线控制器22、准直器23和DAS 25；总控制器29，用以交换控制信号等，所述总控制器具有操作控制台1、成像平台10和滑环30。

图2和3是X射线管21和多列检测器24的解释性示意图。

X射线管21和多列检测器24围绕等角点IC旋转。把平台12的直线运动的方向表示为z方向，把垂直于平台12上平面的方向表示为y方向，而把与z和y方向正交的方向表示为x方向，X射线管21和多列检测器24的旋转平面为x-y平面。

X射线管21产生X射线束，一般称作锥形线束CB。当锥形线束中心轴的方向平行于y方向时，定义view＝0°。

多列检测器24具有J(例如，J＝256)个检测器列。每列有I(例如，I＝1024)个通道。

图4是流程图，表示实例1的X射线CT装置100的一般操作。

步骤S1，在使X射线管21和多列检测器24围绕待成像的对象旋转并且平台12作直线运动的同时，收集用直线运动位置z、视角view、检测器列下标j和通道下标i表达的投影数据D0(z、view、j、i)。通过对z位置脉冲进行计数的编码器来获得直线运动位置z，并在总控制器29将其转换为z坐标信息、通过滑环30传送并且作为z坐标附在来自DAS 25的投影数据上。

图5表示在某个视角下附有z坐标信息的投影数据的格式。

步骤S1的数据收集处理还将在下文中参照图6讨论。

步骤S2，对投影数据D0(z、view、j、i)进行预处理(偏置校正、log校正、X射线剂量校正和灵敏度校正)。

步骤S3，对经过预处理的投影数据D0(z、view、j、i)进行滤波。具体地说，对所述数据进行付立叶变换，乘以滤波器(重构函数)，然后进行付立叶逆变换。

步骤S4，对滤波后的投影数据D0(z、view、j、i)进行三维背面投影处理，以求出背面投影数据D3(x，y)。

步骤S4的三维背面投影处理还将在下文中参照图8讨论。

步骤S5，对背面投影数据D3(x，y)进行后处理，以便获得CT图像。

图6是流程图，表示数据收集处理(图4的步骤S1)的细节。

步骤A1，使X射线管21和多列检测器24围绕待成像的对象旋转。

步骤A2，平台12以低速向图7所示的直线运动起点La作直线运动。直线运动起点La定义在旋转中心IC上从ROI前端Ra起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束的厚度w。

步骤A3，把平台12的直线运动方向定义为正向(这里的+z方向)。

步骤A3，根据预定的函数提高平台12的直线运动速度。另外，相应地增大管电流。所述预定函数可以是对时间的线性或非线性函数。因为X射线在直线运动方向上的密度，亦即单位厚度的X射线量与”管电流/直线运动速度”之比成正比，所以管电流随着直线运动的速度提高而增大，使管电流/直线运动速度之比恒定。于是，即使在加速过程中，X射线在直线运动方向上的密度也可以保持恒定。

步骤A5，在加速过程中收集投影数据D0(z、view、j、i)。

步骤A6，当平台12的直线运动速度达到预定的速度时，过程进到步骤A7；否则，回到步骤A4，使平台12进一步加速。所述预定的速度是平台12的最高所需运动速度。

步骤A7，在把平台12的直线运动速度保持在预定的速度上的同时，收集恒速运动过程中的投影数据D0(z、view、j、i)。

步骤A8，若平台12达到图7所示的恒速终点位置C，则过程进到步骤A9，否则回到步骤A7，在恒速运动过程中继续收集投影数据。

步骤A9，根据预定的函数降低平台12的直线运动速度。另外，相应地减小管电流。所述预定函数可以是对时间的线性或非线性函数。因为X射线在直线运动的方向上的密度，亦即单位厚度的X射线量与管电流/直线运动速度之比成正比，所以管电流随着直线运动速度的降低而减小，使管电流/直线运动速度之比恒定。于是，即使在减速过程中，X射线在直线运动方向上的密度也保持恒定。

步骤A10，在减速过程中收集投影数据D0(z、view、j、i)。

步骤A11，若平台12达到图7所示直线运动的终点Lb，则过程进到步骤A12，否则回到步骤A9，使平台12减速运动。直线运动的终点Lb定义在旋转中心IC上从ROI后端Rb起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束的厚度w。

步骤A12，平台12的直线运动停止。

步骤A13，若想要的数据收集完成，则所述过程结束；否则进到步骤A14。

步骤A14，把平台12的运动方向重新定义为相反的方向。然后过程回到步骤A4，继续收集数据。

具体地说，把上次直线运动的终点Lb定义为当前直线运动的起点，而把上次直线运动的起点La定义为当前直线运动的终点，并在平台12以与上次方向相反的方向上作直线运动的同时，收集投影数据。

正如从图7可以看到的，采用多列检测器24时，即使把直线运动的起点La定义在感兴趣的区域ROI之内，X射线束CB也会一直覆盖到ROI的前端Ra，因为X射线束在直线运动方向上的厚度w大。类似地，即使把直线运动的终点Lb定义在感兴趣的区域ROI之内，X射线束CB也会一直覆盖到ROI的后端Rb。因此，利用所收集的投影数据，可以在从ROI前端Ra到ROI的后端Rb要求的图像位置上建立CT图像。

应该指出，若感兴趣的区域ROI短，则可能没有恒速运动段。在这种情况下，跳过步骤A7和A8。

图8是流程图，表示三维背面投影处理的细节(图4中步骤S4)。

步骤R1，从在要求的图像位置的重构平面P上重构CT图像所需的所有视图中，取出一个视图作为感兴趣的视图。

步骤R2，从感兴趣视图上的投影数据D0(z、view、j、i)中间，取出对应于重构平面P上间距为多个象素的多条平行线的投影数据Dr。

图9示范性地表示重构平面P上多条平行线L0-L8。

线的数目是与这些线正交的方向上重构平面P内象素最大数目的1/64-1/2。例如，若重构平面P上的象素数目为512×512，则线数为9。

另外，对于-45°≤view＜45°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)和135°≤view＜225°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)，把线的方向定义为x方向。对于45°≤view＜135°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)和225°≤view＜315°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)，把线的方向定义为y方向。

此外，假定投影平面pp通过旋转中心IC，并平行于线L0-L8。

图10表示通过在X射线发射的方向上把重构平面P上的多条平行线L0-L8投影在检测器平面dp上而形成的线T0-T8。

根据X射线管21、多列检测器24和线L0-L8的几何形状来决定X射线的发射方向；由于投影数据D0(z、view、j、i)在直线运动方向上的z位置已知，所以即使对于在加速/减速过程中的投影数据D0(z、view、j、i)，也可以准确确定X射线发射方向。

可以通过在与投影于检测器平面dp的线T0-T8对应的检测器列j和通道i处提取投影数据来获得对应于线L0-L8的投影数据Dr。

现在假定通过在X射线的发射方向上把线T0-T8投影在投影平面pp上来形成线L0’-L8’，如图11所示，并把投影数据Dr在投影平面pp的线L0’-L8’上展开。

再次参照图8，步骤R3，把投影平面pp上线L0’-L8’的投影数据Dr乘以锥形线束重构权值，以便如图12所示产生投影平面pp上的投影线数据Dp。

锥形线束重构权值是(r1/r0)²，式中r0是从X射线管21的焦点到与投影数据Dr对应的多列检测器24的第j检测器列和第i通道的距离，而r1是从从X射线管21的焦点到重构平面P上与所述投影数据Dr对应的点的距离。

步骤R4，对投影平面pp上的投影线数据Dp进行滤波。具体地说，对投影平面pp上投影线数据Dp进行FFT(快速付立叶变换)，乘以滤波函数(重构函数)，再进行逆FFT，以便产生如图13所示的投影平面pp上的图像背面投影线数据Df。

步骤R5，在线的方向上对投影平面pp上的图像背面投影线数据Df进行内插，以便产生如图14所示的投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh。

投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh的数据密度是重构平面P上线方向最大象素数的8-32倍。例如，若所述因数为16，而重构平面P上的象素数为512×512，则数据密度为8192点/线。

步骤R6，对投影平面pp上的高密度背面投影线数据Dh进行采样，并在必要时进行内插/外推，产生如图15所示的重构平面P上线L0-L8上象素的背面投影象素数据D2。

步骤R7，对高密度背面投影线数据Dh进行采样，内插/外推，产生如图16所示的线L0-L8之间象素的背面投影数据D2。或者，根据重构平面P上线L0-L8上象素的背面投影象素数据D2进行内插/外推，以便产生线L0-L8之间的象素的背面投影象素数据D2

在图11-16中，假定-45°≤view＜＝45°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)，而同时图17-22适用于45°≤view＜＝135°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)和225°≤view＜＝315°(或者主要包括所述范围，但还包括其相邻范围的视角范围)。

再次参照图8，步骤R8，如图23所示，逐个象素地添加图16或22所示的背面投影象素数据D2。

步骤R9，对重构CT图像(亦即，360°的视图或”180°+扇角度”的视图)所需的所有视图重复步骤R1-R8，以便获得背面投影数据D3(x，y)。

图24是解释性示意图，表示重构平面P和多列检测器24中检测器列之间的关系。

图24(a)表示视角view＝0°。在视角view＝0°下，从检测器列3A-4A采集的投影数据产生重构平面P1的背面投影象素数据。

图24(b)表示视角view＝360°。在视角view＝360°下，从检测器列5A-7A采集的投影数据产生重构平面P1的背面投影象素数据。

于是，360°以上视角下重构平面P1上的背面投影数据是由检测器列3A-7A采集的投影数据产生的。

就是说，在直线运动起点La之前的图像位置Z1上，可以获得重构CT图像所需的所有视图的投影数据，因而可以在那里建立CT图像。类似地，可以在直线运动终点Lb之后的图像位置上建立CT图像。

图25是解释性视图，表示可以分别由从视角view＝0°到视角view＝360°旋转的一圈过程中多列检测器24采集的投影数据来建立多个图像位置上重构平面P1-P4的CT图像。

如图25(a)所示，在视角view＝0°下，可以从由列2B-3B的检测器形成的投影数据产生用于重构平面P4的背面投影象素数据。

如图25(b)所示，在视角view＝360°下，可以从由列1B的检测器采集的投影数据产生用于重构平面P4的背面投影象素数据。

因此，在360°以上范围内用于重构平面P1-P4的背面投影数据可以由列3A-3B的检测器采集的投影数据产生

就是说，可以从一组数据产生多个CT图像。

按照实例1的X射线CT装置100，螺旋扫描中的直线运动的距离可以缩短。于是，可以简化成像过程。此外，往复直线运动周期时间可以缩短，以便改善同一图像位置上的时间分辨率，因而实例1的X射线CT装置100特别适应于灌注CT。另外，X射线曝光剂量可以减少。

[实例2]

用于图像重构的技术可以是传统已知的按照Feldkamp方法的三维图像重构技术。另外，可以采用日本公开特许公报No.2002-066420，2002-147041，2002-147231，2002-235561，2002-235662，2002-267833，2002-322756和2002-338947中提出的三维图像重构技术。

[实例3]

用于图像重构的技术可以是二维图像重构技术。

具体地说，如图26(a)所示，在视角view＝0°下，采用了与图像位置Z1对应的列2A一个检测器采集的投影数据。类似地，如图26(b)所示，在视角view＝360°下，采用了与图像位置Z1对应的列4A一个检测器采集的投影数据。于是，列1A-4B的检测器采集的投影数据用来提供在视角view＝360°下重构平面P1用的所有投影数据，然后采用已知的二维图像重构技术来建立CT图像。

图27是解释性示意图，表示可以从视角view＝0°到视角view＝360°旋转一圈过程中由多列检测器24采集的投影数据建立多个图像位置上重构平面P1-P4的CT图像。

如图27(a)所示，在视角view＝0°下，由列2B的一个检测器采集的投影数据可以用来对应于一个重构平面P4。类似地，如图27(b)所示，在视角view＝360°下，由列1A的一个检测器采集的投影数据可以用来对应于一个重构平面P4。于是，列4A-2B的检测器用的投影数据可以用来提供在360°以上的视角范围内重构平面P1-P4用的所有投影数据，然后可以采用已知的二维图像重构技术来建立CT图像。

就是说，从一组数据可以建立多个CT图像。

[实例4]

如图28所示，在平台12不作直线运动的情况下，使X射线管21和多列检测器24在直线运动起点La上旋转，与此同时收集投影数据，并利用所收集的投影数据重构CT图像。然后给待成像的对象注射造影剂。结果CT图像被造影剂改变，而平台12的直线运动根据所述变化而启动。

按照实例4的X射线CT装置，由于直线运动的范围L可以定义在感兴趣区域ROI之内，可以使直线运动起点La比较靠近感兴趣区域ROI的中心。于是，可以准确确定触发直线运动的启动的CT图像变化。因此，实例4的X射线CT装置特别适用于智能Prep(GE公司)或RealPrep(三菱公司)。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以构造出本发明的许多差别很大的实施例。应该明白，本发明不限于本说明书中描述的具体的实施例，而只由后附的权利要求书定义。

Claims (10)

1.一种X射线计算机体层摄影成像方法，用以进行螺旋扫描，以便在至少X射线管(21)或者多列检测器(24)围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于所述待成像的对象作相对直线运动的同时收集投影数据，所述方法包括以下步骤：

在待建立计算机体层摄影图像的感兴趣的区域(ROI)范围内定义相对直线运动的起点和相对直线运动的终点；

从所述相对直线运动起点到所述相对直线运动终点收集投影数据；以及

利用所述收集的投影数据在感兴趣区域中要求的成像位置上产生计算机体层摄影图像。

2.如权利要求1所述的X射线计算机体层摄影成像方法，其特征在于：所述相对直线运动起点处于从ROI前端位置起在所述直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置上。

3.一种X射线计算机体层摄影成像方法，用以进行螺旋扫描，以便在至少X射线管(21)或者多列检测器(24)围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于所述待成像的对象作相对直线运动的同时收集投影数据，所述方法包括以下步骤：

从相对直线运动的起点到相对直线运动的终点，收集投影数据；以及

利用所述收集的投影数据，在所述相对直线运动的起点之前的ROI前端到所述相对直线运动的终点之后的ROI后端的感兴趣区域中要求的图像位置上产生计算机体层摄影图像。

4.如权利要求3所述的X射线计算机体层摄影成像方法，其特征在于：所述ROI前端位于所述相对直线运动的起点之前所述直线运动方向上半个或约半个X射线束的厚度的位置。

5.一种X射线计算机体层摄影装置(100)，它包括：

X射线管(21)；

多列检测器(24)；

螺旋扫描装置，用以在至少所述X射线管(21)或者所述多列检测器(24)围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于待成像的对象，从定义在待建立计算机体层摄影图像的感兴趣区域(ROI)内的相对直线运动的起点到相对直线运动终点作相对直线运动的同时，收集投影数据；以及

图像重构装置(3)，用以利用所述收集的投影数据，在所述感兴趣区域内要求的图像位置上产生计算机体层摄影图像。

6.如权利要求5所述的X射线计算机体层摄影装置(100)，其特征在于：所述相对直线运动的起点处于从所述ROI前端位置起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置上。

7.如权利要求5或6所述的X射线计算机体层摄影装置(100)，其特征在于：所述相对直线运动的终点处于从所述ROI后端位置起在直线运动方向上向内半个或约半个X射线束厚度的位置上。

8.一种X射线计算机体层摄影装置(100)，它包括：

X射线管(21)；

多列检测器(24)；

螺旋扫描装置，用以在至少所述X射线管(21)或者所述多列检测器(24)围绕待成像的对象作相对旋转并且相对于待成像的对象作相对直线运动的同时，从相对直线运动的起点到相对直线运动终点收集投影数据；以及

图像重构装置(3)，用以利用所述收集的投影数据，从所述相对直线运动起点之前的ROI前端位置到所述相对直线运动终点之后的ROI后端位置的感兴趣区域(ROI)内要求的图像位置上产生计算机体层摄影图像。

9.如权利要求8所述的X射线计算机体层摄影装置(100)，其特征在于：所述ROI前端位置处于所述相对直线运动起点之前所述直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置上。

10.如权利要求8或9所述的X射线计算机体层摄影装置(100)，其特征在于：所述ROI后端位置处于所述相对直线运动终点之后所述直线运动方向上半个或约半个X射线束厚度的位置上。

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