CN1720861A - 环状伪影消除方法及x线ct装置 - Google Patents

Abstract

一种环状伪影消除方法以及X线CT装置，将X线CT装置的重建图像的各个像素的直角坐标变换成以等中心点为原点的极坐标系的坐标(601)，基于该极坐标，将各个像素配置到极坐标系中并作成中间图像(603)，对中间图像进行用于消除与θ轴平行的伪影的处理(605)，将处理后的中间图像的各个像素的极坐标变换成直角坐标系中的坐标(607)，并基于该直角坐标，将处理后的中间图像的各像素配置到该直角坐标系中并作成校正图像(609)。由此，可以实现容易且精确地消除环状伪影的环状伪影消除方法以及X线CT装置。

Description

环状伪影消除方法及X线CT装置

                    技术领域

本发明涉及环状伪影(ring artifact)消除方法及X线CT(Computed Tomography)装置，特别是涉及包含在X线CT装置的重建图像中的环状伪影的消除方法以及消除环状伪影的X线CT装置。

                    背景技术

X线CT装置中，在重建图像上时常发生环状伪影的现象。环状伪影是指以等中心点为中心的圆环状的伪影。这是由X线检测器中特定的通道不良引起的。

为从重建图像上消除环状伪影，首先求出重建图像上的环状伪影的位置和信号强度，其次根据伪影的信号强度，校正重建图像的对应部分的像素值。

环状伪影的位置和信号强度的检测是在将重建图像从直角坐标系移至极坐标系之后进行，像素值的校正是在将环状伪影从极坐标系移回直角坐标系之后进行(例如参照日本专利申请公开特开2001-095793号公报(第3～4页，图1))。

                    发明内容

上述那样的环状伪影消除方法很难精确地消除环状伪影，这是由于检测环状伪影的坐标系和校正环状伪影的坐标系各不相同，因坐标变换而产生了误差。

因此，本发明的课题是实现使精确地消除环状伪影易于进行的环状伪影消除方法及X线CT装置。

为解决上述课题的一个观点的本发明是以如下方法为特征的，即：将X线CT装置的重建图像的各个像素的直角坐标系变换成以等中心点为原点的极坐标系中的坐标，基于该极坐标，将上述各个像素配置到相互直交的2个坐标轴的一个为θ轴、另一个为r轴的极坐标系中来作成中间图像，对上述中间图像进行用于消除与θ轴平行的伪影的处理，再将上述处理后的中间图像的各个像素的极坐标变换成直角坐标系中的坐标，并基于该直角坐标，将上述处理后的中间图像的各个像素配置到直角坐标系中来作成校正图像。

为解决上述课题的另一个观点的发明是以具备如下装置为特征的，即：X线源；挟持被测物体，与上述X线源相向配置的X线检测器；基于由上述X线检测器收集到的多个视图的投影数据，重建被测物体的断层像的图像重建装置；将重建图像的各个像素的直角坐标变换成以等中心点为原点的极坐标系中的坐标的极坐标变换装置；基于该极坐标，将上述各个像素配置到相互直交的2个坐标轴的一个为θ轴、另一个为r轴的极坐标系中，并作成中间图像的中间图像作成装置；对上述中间图像进行用于消除与θ轴平行的伪影的处理的处理装置；将上述处理后的中间图像的各个像素的极坐标变换成直角坐标系中的坐标的直角坐标变换装置；以及基于该直角坐标，将上述处理后的中间图像的各个像素配置到直角坐标系中，并作成校正图像的校正图像作成装置。

上述处理中使用了r轴方向的1维滤波器能够简便地消除伪影。上述1维滤波器的矩阵尺寸是1×7，能够恰当地消除伪影。

上述1维滤波器在下述设定时，即对象像素的像素值为Image(i，j)，1×7矩阵两端的2个像素的像素值的和为Souter，中央的5个像素的像素值的和为Scenter。2个阈值分别为Edge_mask和Value_limit，校正值Ring＝|(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)|时，

当Value_limit＜|2.5×Souter-Scenter|＜Edge_mask时，

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＜0，则Image(i，j)＝Image(i，j)-Ring；

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＞0，则Image(i，j)＝Image(i，j)+Ring，则能够恰当地消除伪影。

由此，上述各观点的发明提供一种可以容易且精确地消除环状伪影的环状伪影消除方法及X线CT装置，即：将X线CT装置的重建图像的各个像素的直角坐标变换成以等中心点为原点的极坐标系中的坐标，基于该极坐标，将各个像素配置到相互直交的2个坐标轴的一个为θ轴、另一个为r轴的极坐标系中并作成中间图像，对中间图像进行用于消除与θ轴平行的伪影的处理，将处理后的中间图像的各个像素的极坐标变换成直角坐标系中的坐标，并基于该直角坐标，将处理后的中间图像的各像素配置到该直角坐标系中并作成校正图像。由此，可以实现精确地消除环状伪影。

                    附图说明

图1是用于实施本发明的优选实施方式的一例的X线CT装置的框图。

图2是表示X线检测器的结构的图。

图3是表示X线照射·检测装置的结构的图。

图4是表示X线照射·检测装置与对象的关系的图。

图5是表示X线CT装置的动作的流程图。

图6是表示包含环状伪影的重建图像的图。

图7是表示消除环状伪影的流程图。

图8是表示从直角坐标变换成极坐标的图。

图9是表示包含线形伪影的中间图像的图。

图10是表示1维矩阵的图。

图11是表示1维矩阵的图。

图12是表示1维矩阵中像素值分布的图形的图。

图13是表示消除了线形伪影后的中间图像的图。

图14是表示消除了环状伪影后的重建图像的图。

                    具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。但是，本发明并不仅限于用于实施本发明的优选方式。X线CT装置的框图如图1所示。本装置是用于实施本发明的优选方式的一例。本装置的结构表示用于实施涉及X线CT装置的本发明的优选方式的一例。本装置的动作表示用于实施涉及环状伪影消除方法的本发明的优选方式的一例。

如图1所示，本装置具有扫描架(gantry)2，摄影台(table)4以及操作台(console)6。扫描架2具有X线管20。X线管20是本发明的X线源的一例。

从X线管20发射出的未图示的X线，经准直器(collimator)22准直(collimation)成形为锥形(cone)X线光束，也即是锥形光束X线，并照射到X线检测器24上。

X线检测器24具有多个配合X线光束的扩散而矩阵状配置的检测元件。X线检测器24是本发明的X线检测器的一例。关于X线检测器24的结构后文中再作以说明。

摄影对象由摄影台4搭载着进入X线管20和X线检测器24之间的空间。X线管20、准直器22以及X线检测器24构成了X线照射·检测装置。关于X线照射·检测装置下面再作以说明。

数据收集部26与X线检测器24连接。数据收集部26将X线检测器24的各个检测元件的检测信号作为数字信号进行收集。检测元件的检测信号表示X线对象的投影的信号。以下，将其称为投影数据或简单地称为数据。

来自X线管20的X线的照射由X线控制器(controller)28控制。关于X线管20和X线控制器28的连接关系，这里省略了图示。准直器22由准直器控制器30控制。关于准直器22和准直器控制器30的连接关系，这里省略了图示。

以上的从X线管20到准直器控制器30的部件搭载在扫描架2的旋转部34上。关于旋转部34的旋转由旋转控制器36控制。旋转部34和旋转控制器36的连接关系，这里省略了图示。

操作台6具有数据处理装置60。数据处理装置60例如由计算机(computer)等构成。数据接口(interface)62与数据处理装置60连接。扫描架2和摄影台4与数据接口62连接。数据处理装置60通过控制接口62控制扫描架2和摄影台4。

扫描架2内的数据收集部26、X线控制器28、准直器控制器30以及旋转控制器36通过控制接口62被控制。各部和控制接口62的具体连接，这里省略了其图示。

数据收集缓冲器64与数据处理装置60连接。扫描架2的数据收集部26与数据收集缓冲器64连接。数据收集部26收集的数据通过数据收集缓冲器64输入到数据处理装置60内。

存储装置66与数据处理装置60连接。存储装置66中存储有通过数据收集缓冲器64以及控制接口62分别输入到数据处理装置60中的投影数据。存储装置66中还存储有数据处理装置60用的程序(program)。通过数据处理装置60执行该程序，本装置的动作得以完成。

数据处理装置60通过数据收集缓冲器64，利用存储在存储装置66中的投影数据进行图像重建。图像重建例如使用滤波反投影法(filtered back projection)等。

显示装置68及操作装置70与数据处理装置60连接。显示装置68由图形显示器(graphic display)等构成。操作装置70由具备有定点设备(pointing device)的键盘(keyboard)等构成。

显示装置68显示从数据处理装置60输出的重建图像和其它信息。操作装置70由使用者进行操作，向数据处理装置60输入各种指示和信息等。使用者使用显示装置68及操作装置70互动地操作本装置。

图2表示X线检测器24的示意结构。如该图所示，X线检测器24是将多个X线检测元件24(ik)配置成2维阵列的多通道的X线检测器。多个X线检测元件24(ik)整体形成弯曲为圆筒状凹面的X线光接收面。

i是通道序号，例如i＝1，2，...，1000。k是列序号，例如k＝1，2，...，32。X线检测元件24(ik)中，由列序号k相同的检测元件分别构成检测元件列。但X线检测器24的检测元件列并不仅限于32列，也可以是适宜的多列或者是单列。

X线检测器24(ik)例如由闪烁器(scintillator)和光电二极管(photo diode)组合而成。但是并不仅限于此，也可以是利用了碲化镉(CdTe)的半导体X线检测元件，或者是利用了氙(Xe)气的电离箱型X线检测元件。

图3表示了X线照射·检测装置中的X线管20、准直器22及X线检测器24的相互关系。图3(a)是表示从扫描架2的正面看到的状态，图3(b)是表示从侧面看到的状态。如该图所示，从X线管20发射出的X线，经准直器22成为锥形的X射线束400，并照射到X线检测器24上。

图3(a)表示锥形的X射线束400的一个方向的扩散。以下，该方向称为宽度方向。X射线束400的宽度方向与X线检测器24中的通道的排列方向一致。图3(b)表示X射线束400的其它方向的扩散。以下，该方向也称为X射线束400的厚度方向。X射线束400的厚度方向与X线检测器24中多个检测元件列的并列设置的方向一致。X射线束400的2个扩散方向相互垂直。

将这样的X射线束400与人体轴交差，例如，如图4所示，载置在摄影台4上的对象8移入到X线照射空间。扫描架2成为内部包含X线照射·检测装置的筒状结构。

X线照射空间形成在扫描架2的筒状结构的内部空间形成。由X射线束400分割的对象8的像投影到X线检测器24上。由X线检测器24按每一检测器列检测透过了对象8的X线。照射在对象8上的X射线束400的厚度th由准直器22的孔阑的开度进行调节。

X线照射·检测装置的旋转的同时，如箭头42所示，使摄影台4沿对象8的体轴方向连续地移动，从而X线照射·检测装置对于对象8，相对地沿包围对象8的螺旋状轨道进行旋转，由此来进行螺旋扫描(helical scan)。在摄影台4停止的状态下，只要旋转X线照射·检测装置，就可以进行轴向扫描(axial scan)。

每一次扫描，收集到多个(例如1000左右)视图(view)的投影数据。投影数据的收集按从X线检测器24经数据收集部26到数据收集缓冲器64的顺序进行。

下面说明本装置的动作。图5表示本装置的流程(flow)图。如该图所示，在步骤(stage)501进行摄影条件的设定。摄影条件的设定由使用者操纵操作装置70进行。由此，设定摄影部位、管电压、管电流、层厚等各种扫描参数(scan parameter)。

其次，在步骤503进行扫描。扫描根据在步骤501所设定的摄影条件，由扫描架2和摄影台4进行，由此来收集对象8的投影数据。

其次，在步骤507进行图像重建。图像重建由数据处理装置60进行。数据处理装置60为本发明的图像重建装置的一例。数据处理装置60基于扫描收集到的投影数据，例如由滤波反投影法等重建图像。

图6表示重建图像的模式图。如该图所示，重建图像由xy平面中的像素值I(x，y)的分布来表示。xy平面是直角坐标系的2维空间，各个像素具有直角坐标。

重建图像表示在体表轮廓内侧包含环状伪影的例子。环状伪影是以等中心点O为中心的圆环状的伪影。这里等中心点O是扫描中心。

关于重建图像，在步骤509进行环状伪影消除。环状伪影消除由数据处理装置60进行，关于环状伪影消除，在后面作以说明。

环状伪影消除后的重建图像在步骤511进行显示和存储。图像的显示由显示装置68进行。图像的存储由存储装置66进行。

下面说明环状伪影的消除。图7表示环状伪影消除的流程图。该流程图是数据处理装置60的动作的流程图。如该图所示，在步骤601进行极坐标变换。对重建图像的各个像素进行极坐标变换。极坐标变换的数据处理装置是本发明的极坐标变换装置的一例。

经极坐标变换，如图8所示，像素I(x，y)的直角坐标变换成极坐标(r，θ)。极坐标系的原点是等中心点O。从直角坐标变换成极坐标由下式进行：

[式1]

$r=\sqrt{x^2+y^2}$

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{y}{x}\right)$

在步骤603中，作成中间图像。作成中间图像的数据处理装置是本发明的中间图像作成装置的一例。中间图像的作成是基于极坐标通过在极坐标空间重建各个像素来进行。极坐标系中相互直交的2个坐标轴一个是r轴，另一个是θ轴。

由此得到了图9所示的中间图像。如该图所示，在中间图像中，环状伪影成为与θ轴平行的线形伪影(line artifact)。这是由于环状伪影的半径r为固定值。

在步骤605中，进行线形伪影消除。进行线形伪影消除处理的数据处理装置为本发明的处理装置的一例。线形伪影消除处理如图10所示，使用了r轴方向的1维滤波器(filter)。1维滤波器的矩阵大小例如是1×7。但并不限于此，矩阵大小适宜就行。

通过使用r轴方向的1维滤波器，可以如下所述那样简单地消除线形伪影。另外，通过将1维滤波器的矩阵大小定为1×7，可以恰当地消除伪影。

在1×7矩阵中，如图11所示，将矩阵两端的2个像素的像素值的和定为Souter，将中央的5个像素的像素值的和定为Scenter。Souter和Scenter在检测线形伪影以及消除线形伪影时使用。

阈值Value_limit设计用来判定线形伪影。阈值Edge_mask设计用来判定图像的边缘(edge)。阈值Value_limit和阈值Edge_mask的值是系统(system)常数。这些数值对应图像重建时所用的多个滤波器函数来分别设定，这样就能够对应重建图像、恰当地进行伪影和边缘的判断。

图12表示1×7矩阵中像素值分布的主要图形(pattern)。在该图中，像素的浓淡表示像素值的大小。该图(a)和(b)表示线形伪影的图形。两者的区别在于亮线伪影和暗线伪影的不同。(c)和(d)任何一个都表示边缘的图形，在这之中，(c)表示边缘为体表轮廓的情况，(d)表示边缘为体内的组织轮廓的情况。

将1×7矩阵逐一用到中间图像的各个像素上，通过判断下式：

Value_limit＜|2.5×Souter-Scenter|＜Edge_mask

是否成立，来判断矩阵的中心像素上有无伪影。上述条件成立时判断存在伪影，由此来校正中心像素的像素值。

用于校正的值由下式得到：

Ring＝|(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)|

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＜0，则将中心像素的像素值定为Image(i，j)＝Image(i，j)-Ring；

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＞0，则将中心像素的像素值定为Image(i，j)＝Image(i，j)+Ring。

根据这样的校正，中心像素的像素值变为(Souter+Scenter)/7也即是1×7矩阵的像素的平均值。但是，当如下情况时：

Value_limit＞|2.5×Souter-Scenter|

判定为无伪影。因此不进行上述的校正。

另外，当|2.5×Souter-Scenter|＞Edge_mask时，判定为不是伪影而是边缘。这时也不进行校正。其结果，如图13所示，从中间图像上消除了线形伪影。

在步骤607，进行直角坐标变换。进行直角坐标变换的数据处理装置为本发明的直角坐标变换装置的一例。对中间图像的各个像素进行直角坐标变换。从极坐标变换成直角坐标由下式进行。

[数2]

x＝rcosθ

y＝rsinθ

在步骤609，作成校正图像。作成校正图像的数据处理装置为本发明的校正图像作成装置的一例。校正图像的作成是通过将变换成直角坐标的中间图像的像素值配置到直角坐标系中来进行。

由此，如图14所示，得到了xy平面中的图像。该图像相当于图6所示的重建图像。通过在极坐标系中消除线形伪影，得到了不包含环状伪影的图像。

象这样，环状伪影的检测及消除在极坐标系中完成，由此，可以不象以往那样受坐标变换时的误差等的影响，精确地消除环状伪影。

Claims (8)

1.一种环状伪影消除方法，其特征在于，具有以下步骤：

将X线CT装置的重建图像的各个像素的直角坐标变换成以等中心点为原点的极坐标系中的坐标；

基于该极坐标，将上述各个像素配置到相互直交的2个坐标轴中的一个坐标轴为θ轴、另一个为r轴的极坐标系中，并作成中间图像；

对上述中间图像进行用于消除与θ轴平行的环状伪影的处理；

将上述处理后的中间图像的各个像素的极坐标变换成直角坐标系中的坐标；以及

基于该直角坐标，将上述处理后的中间图像的各个像素配置到直角坐标系中，并作成校正图像。

2.根据权利要求1所述的环状伪影消除方法，其特征在于，上述处理中使用了r轴方向的1维滤波器。

3.根据权利要求2所述的环状伪影消除方法，其特征在于，上述1维滤波器的矩阵尺寸是1×7。

4.根据权利要求3所述的环状伪影消除方法，其特征在于，上述1维滤波器为以下设定时，即对象像素的像素值为Image(i，j)，1×7矩阵两端的2个像素的像素值的和为Souter，中央的5个像素的像素值的和为Scenter，2个阈值分别为Edge_mask和Value#limit，校正值Ring＝|(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)|时，

当Value_limit＜|2.5×Souter-Scenter|＜Edge_mask时，

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＜0，则Image(i，j)＝Image(i，j)-Ring；

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＞0，则Image(i，j)＝Image(i，j)+Ring。

5.一种X线CT装置，其特征在于，具备下述装置：

X线源；

X线检测器，挟持被测物体，与上述X线源相向配置；

图像重建装置，基于由上述X线检测器收集到的多个视图的投影数据，重建被测物体的断层像；

极坐标变换装置，将重建图像的各个像素的直角坐标变换成以等中心点为原点的极坐标系中的坐标；

中间图像作成装置，基于该极坐标，将上述各个像素配置到相互直交的2个坐标轴的一个为θ轴、另一个为r轴的极坐标系中，并作成中间图像；

处理装置，对上述中间图像进行用于消除与θ轴平行的伪影的处理；

直角坐标变换装置，将上述处理后的中间图像的各个像素的极坐标变换成直角坐标系中的坐标；以及

校正图像作成装置，基于该直角坐标，将上述处理后的中间图像的各个像素配置到直角坐标系中，并作成校正图像。

6.根据权利要求5所述的X线CT装置，其特征在于，上述处理中使用了r轴方向的1维滤波器。

7.根据权利要求6所述的X线CT装置，其特征在于，上述1维滤波器的矩阵尺寸是1×7。

8.根据权利要求7所述的X线CT装置，其特征在于，上述1维滤波器为以下设定时，即对象像素的像素值为Image(i，j)，1×7矩阵两端的2个像素的像素值的和为Souter，中央的5个像素的像素值的和为Scenter，2个阈值分别为Edge_mask和Value_limit，校正值Ring＝|(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)|时，

当Value_limit＜|2.5×Souter-Scenter|＜Edge_mask时，

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＜0，则Image(i，j)＝Image(i，j)-Ring；

如果(Souter+Scenter)/7-Image(i，j)＞0，则Image(i，j)＝Image(i，j)+Ring。

Images