CN1775179A - X射线ct设备和x射线ct成像方法 - Google Patents

X射线ct设备和x射线ct成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目标是在螺旋扫描下、在使用X射线区域探测器的X射线CT设备(100)中减少暴露，所述探测器典型地为一个多行X射线探测器(24)或一个平板。当X射线锥形射束沿z方向传播的角被设为Acone时，扫描机架(20)被倾斜Acone/2以开始螺旋扫描的X射线辐射/数据采集，之后在对应于“整数n+0.5”的旋转圈数下完成X射线辐射/数据采集。

Description

X射线CT设备和X射线CT成像方法
技术领域
本发明涉及一种X射线CT(计算机断层成像)设备和X射线CT成像方法，尤其涉及一种没有不必要的X射线辐射并且能够在螺旋扫描(包括变螺距螺旋扫描和变速螺旋扫描)下减小对象暴露范围的X射线CT设备和X射线CT成像方法。
背景技术
迄今为止已知一种X射线CT设备，其中当执行螺旋扫描时，从螺旋扫描的线性运动方向看去位于前侧面上的准直仪在X射线辐射开始时限制从所述线性运动方向看去在前侧面上的X射线锥形射束的端面的位置，其目的是为了防止暴露不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的前侧面，并且从所述线性运动方向看去位于后侧面上的准直仪在X射线辐射结束时限制从所述线性运动方向看去在后侧面上的X射线锥形射束的端面的位置，其目的是为了防止暴露不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的后侧面(例如参考专利文献1)。
【专利文献1】日本专利特开2002-320609
在传统的X射线CT设备中，从线性运动方向看去传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的前侧面的X射线被准直仪屏蔽或阻挡，从线性运动方向看去传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的后侧面的X射线被准直仪屏蔽，因此在螺旋扫描下减小了对象的暴露范围。
然而，所产生的问题是在每个屏蔽部分的X射线导致了不必要的X射线辐射。而且也难以通过实时控制以满意的精度执行准直仪控制。存在这样一种可能性，即由于控制错误而导致发生X射线辐射的错误。因此与图像质量和不必要的暴露相关联的问题随之产生。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种没有不必要的X射线辐射并且能够在螺旋扫描下减小对象暴露范围的X射线CT设备和X射线CT成像方法。在此，螺旋扫描包括变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描。
在第一方面，本发明提供了一种X射线CT设备，其包括：X射线区域探测器，典型地为带有多行X射线探测器或平板的X射线CT设备；和扫描机架倾斜装置，其以这样一种方式倾斜扫描机架，以便在使得从螺旋扫描的线性运动方向看去在前侧面上的X射线锥形射束的端面与重建区域水平或基本水平的状态下开始X射线辐射。
在根据第一方面的X射线CT设备中，例如当所述重建区域与所述线性运动方向正交时，由于所述扫描机架被倾斜，在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去在所述前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。因此，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面，所以在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第二方面，本发明提供了一种X射线CT设备，其包括：X射线区域探测器，典型地为带有多行X射线探测器或平板的X射线CT设备；和X射线辐射装置，其以这样一种方式形成X射线锥形射束，以便在使得从螺旋扫描的线性运动方向看去在前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直或基本垂直的状态下开始X射线辐射。
在根据第二方面的X射线CT设备中，当重建区域垂直于所述线性运动方向时，在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面变为平行于或基本平行于所述重建区域。因此，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面，有可能在螺旋扫描下减小对象的暴露范围。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第三方面，本发明提供了一种X射线CT设备，其包括：X射线区域探测器，典型地为带有多行X射线探测器或平板的X射线CT设备；和X射线辐射控制装置，其以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在螺旋扫描下的一个X射线辐射周期期间的旋转圈数达到“n+Δn”(其中n为整数，Δn为小数)。
在根据第三方面的X射线CT设备中，由于随着X射线辐射旋转扫描机架的旋转圈数不是整数圈，因此可以使在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面和在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面平行地彼此接近。因此，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第四方面，本发明提供了一种X射线CT设备，其包括：X射线区域探测器，典型地为带有多行X射线探测器或平板的X射线CT设备；扫描机架倾斜装置，其在螺旋扫描时倾斜扫描机架；和X射线辐射控制装置，其以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在螺旋扫描下的一个X射线辐射周期期间的旋转圈数达到“n+Δn”(其中n为整数，Δn为小数)。
在根据第四方面的X射线CT设备中，例如当重建区域垂直于线性运动方向时，通过倾斜所述扫描机架，从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面可以被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。因此，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面，所以在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于随着X射线辐射旋转扫描机架的旋转圈数不是整数圈，因此可以使在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面和在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面平行地彼此接近。这样，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第五方面，本发明提供了一种具有上述构造的X射线CT设备，其中当沿所述线性运动方向延伸的X射线锥形射束角被设为Acone时，所述扫描机架倾斜Acone/2或与之接近的角度。
在根据第五方面的X射线CT设备中，所述扫描机架倾斜Acone/2或与之接近的角度，以便将从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。因此，当重建区域垂直于所述线性运动方向时，没有X射线传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面。因此有可能在螺旋扫描下减小对象的暴露范围。
在第六方面，本发明提供了一种具有上述构造的X射线CT设备，其中Δn＝0.5或与之接近的值。
在根据第六方面的X射线CT设备中，由于允许扫描机架随着X射线辐射旋转的旋转圈数被设置成整数圈+半圈或与之接近的值，因此可以使在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面和在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面平行或基本平行。这样，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。
在第七方面，本发明提供了一种具有上述构造的X射线CT设备，进一步包括三维图像重建(X射线锥形射束图像重建)装置。
在根据第七方面的X射线CT设备中，使用了三维图像重建(X射线锥形射束图像重建)。因此，即使当扫描机架被倾斜时，在xy平面(即垂直于z轴(从线性运动方向看去的轴)的平面)中的断层照片仍可以以受伪像影响较少的良好图像质量被获得。具有受伪像影响较少的良好图像质量的图像可以在从所述线性运动方向看去的X射线辐射范围内的任意位置处获得。
在第八方面，本发明提供了一种X射线CT设备，其包括：X射线区域探测器，典型地为带有多行X射线探测器或平板的X射线CT设备；和扫描机架倾斜装置，其以这样一种方式倾斜扫描机架，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成平行于或基本平行于重建区域的状态下结束X射线辐射。
在根据第八方面的X射线CT设备中，例如当所述重建区域与所述线性运动方向正交时，由于所述扫描机架被倾斜，所以在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。因此，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述后侧面，在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第九方面，本发明提供了一种X射线CT设备，其包括：X射线区域探测器，典型地为带有多行X射线探测器或平板的X射线CT设备；扫描机架倾斜装置，其以这样一种方式倾斜扫描机架，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成平行于或基本平行于重建区域的状态下开始X射线辐射；和X射线辐射控制装置，其以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束的端面变为平行于或基本平行于所述重建区域时的旋转圈数结束所述X射线辐射。
在根据第九方面的X射线CT设备中，例如当所述重建区域垂直于所述线性运动方向时，由于所述扫描机架被倾斜，在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。例如，当所述重建区域垂直于所述线性运动方向时，X射线辐射在这样的非整数旋转圈数下结束，以使得在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。这样，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第十方面，本发明提供了一种根据第一至第九方面中的任一条的X射线CT设备，其进一步包括螺旋扫描装置，该螺旋扫描装置执行变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描。
在上述的内容中，变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描是这样一种螺旋扫描，该螺旋扫描即使在线性运动开始和其结束时、以及即使在其中间过程中的加速或减速时也收集或获取图像重建数据。
在根据第十方面的X射线CT设备中，变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描在所述线性运动的开始或结束时提供或产生一个低速度。因此，与恒螺距螺旋扫描或恒速螺旋扫描的情况相比，对应于其开始或结束的部分的图像质量被提高。
在第十一方面，本发明提供了一种X射线CT成像方法，该方法使用X射线区域探测器，该探测器典型地为多行X射线探测器或平板，所述方法包括以这样一种方式倾斜扫描机架，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成平行于或基本平行于重建区域的状态下开始X射线辐射。
在根据第十一方面的X射线CT成像方法中，例如当所述重建区域垂直于所述线性运动方向时，由于所述扫描机架被倾斜，在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。结果，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面，在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第十二方面，本发明提供了一种X射线CT成像方法，该方法使用X射线区域探测器，该探测器典型地为多行X射线探测器或平板，所述方法包括以这样一种方式形成X射线锥形射束，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直或基本垂直的状态下开始X射线辐射。
在根据第十二方面的X射线CT成像方法中，当重建区域垂直于所述线性运动方向时，在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去所述前侧面上的X射线锥形射束的端面变为平行或基本平行于所述重建区域。因此，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面，有可能在螺旋扫描下减小对象的暴露范围。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第十三方面，本发明提供了一种X射线CT成像方法，该方法使用X射线区域探测器，该探测器典型地为多行X射线探测器或平板，所述方法包括以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在螺旋扫描下的一个X射线辐射周期期间的旋转圈数达到“n+Δn”(其中n为整数，Δn为小数)。
在根据第十三方面的X射线CT成像方法中，由于随着X射线辐射旋转扫描机架的旋转圈数不是整数圈，因此可以使在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面和在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面平行地彼此接近。这样，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第十四方面，本发明提供了一种X射线CT成像方法，该方法使用X射线区域探测器，该探测器典型地为多行X射线探测器或平板，所述方法包括：在螺旋扫描时倾斜扫描机架；和以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在螺旋扫描下的一个X射线辐射周期期间旋转圈数达到“n+Δn”(其中n为整数，Δn为小数)。
在根据第十四方面的X射线CT成像方法中，例如当重建区域垂直于线性运动方向时，通过倾斜所述扫描机架，从所述线性运动方向看去在所述前侧面上的X射线锥形射束的端面可以被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。这样，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面，在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于随着X射线辐射旋转扫描机架的旋转圈数不是整数圈，因此可以使在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面和在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面平行地彼此接近。因此，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第十五方面，本发明提供了一种具有上述特征的X射线CT成像方法，其中当沿所述线性运动方向传播的X射线锥形射束角被设为Acone时，扫描机架倾斜Acone/2或与之接近的角度。
在根据第十五方面的X射线CT成像方法中，所述扫描机架倾斜Acone/2或与之接近的角度，以便将从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。这样，当重建区域垂直于所述线性运动方向时，没有X射线传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述前侧面。因此有可能在螺旋扫描下减小对象的暴露范围。
在第十六方面，本发明提供了一种具有上述特征的X射线CT成像方法，其中Δn＝0.5或与之接近的值。
在根据第十六方面的X射线CT成像方法中，由于允许扫描机架随着X射线辐射旋转的旋转圈数被设置成整数圈+半圈或与之接近的值，因此可以使在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面和在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面平行或者基本平行。因此，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。
在第十七方面，本发明提供了一种具有上述特征的X射线CT成像方法，其中三维图像重建(X射线锥形射束图像重建)技术被用于图像的重建。
在根据第十七方面的X射线CT成像方法中，使用了三维图像重建(X射线锥形射束图像重建)。因此，即使当扫描机架被倾斜时，在xy平面(即垂直于z轴(从线性运动方向看去的轴)的平面)中的断层照片可以以受伪像影响较小的良好图像质量被获得。具有受伪像影响较小的良好图像质量的图像可以在从所述线性运动方向看去的X射线辐射范围内的任意位置处获得。
在第十八方面，本发明提供了一种X射线CT成像方法，该方法使用X射线区域探测器，该探测器典型地为多行X射线探测器或平板，所述方法包括以这样一种方式倾斜扫描机架，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成平行于或基本平行于重建区域的状态下结束X射线辐射。
在根据第十八方面的X射线CT成像方法中，例如当所述重建区域与所述线性运动方向正交时，由于所述扫描机架被倾斜，在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。这样，由于X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据的线性运动范围内的从所述线性运动方向看去的所述后侧面，在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第十九方面，本发明提供了一种X射线CT成像方法，该方法使用X射线区域探测器，该探测器典型地为多行X射线探测器或平板，所述方法包括：以这样一种方式倾斜扫描机架，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向的状态下开始X射线辐射；和以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束的端面变为平行于或基本平行于重建区域的旋转圈数下结束所述X射线辐射。
在根据第十九方面的X射线CT成像方法中，例如当所述重建区域垂直于所述线性运动方向时，由于所述扫描机架被倾斜，在X射线辐射开始时从所述线性运动方向看去的所述前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。例如，当所述重建区域垂直于所述线性运动方向时，X射线辐射在这样一个非整数旋转圈数下结束，以使得在X射线辐射结束时从所述线性运动方向看去的所述后侧面上的X射线锥形射束的端面变得垂直于或基本垂直于所述线性运动方向。这样，在X射线辐射开始或X射线辐射结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
在第二十方面，本发明提供了一种根据第十一至第十九方面中的任一条的X射线CT成像方法，其中所述螺旋扫描是变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描。
在上述的内容中，变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描是这样一种螺旋扫描，该螺旋扫描即使在线性运动开始和其结束时、以及即使在其中间过程中的加速或减速时也收集或获取图像重建数据。
在根据第二十方面的X射线CT成像方法中，变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描在所述线性运动的开始或结束时提供或产生一个低速度。因此，与恒螺距螺旋扫描或恒速螺旋扫描的情况相比，对应于其开始或结束的部分的图像质量被提高。
根据本发明的X射线CT设备和X射线CT成像方法，在X射线辐射开始或其结束时没有X射线传播到不必要的范围，因此在螺旋扫描下对象的暴露范围可以被减小。在此，所述螺旋扫描包括变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描。由于没有X射线锥形射束被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。
根据本发明的X射线CT设备和X射线CT成像方法可以用来成像一个对象的断层照片。
下面在附图中所示的本发明优选实施例的描述使得本发明的其它目的和优点显而易见。
附图说明
图1是显示根据实施例1的X射线CT设备的框图。
图2是显示X射线管和多行X射线探测器的几何布局的说明图。
图3是显示根据实施例1的X射线CT设备的示意性操作的流程图。
图4是显示数据结构的说明图。
图5是显示行方向滤波器系数的说明图。
图6是显示其周边厚度比重建区域的中心更厚的切片(slice)的说明图。
图7是显示根据通道而不同的行方向滤波器系数的说明图。
图8是显示在重建区域的中心及其周边的厚度一致的切片的说明图。
图9是显示用于减小切片厚度的行方向滤波器系数的说明图。
图10是显示数据采集过程的细节的流程图。
图11是显示一种状态的概念图，在该状态中根据平行于xy平面的重建区域使扫描机架倾斜。
图12是显示数据采集开始时的状态的概念图。
图13是显示数据采集结束时的状态的概念图。
图14是显示三维图像重建过程的细节的流程图。
图15是显示一种状态的概念图，在该状态中重建区域P上的像素行沿X射线穿透方向被投影。
图16是显示通过将重建区域P上的像素行投影到探测器表面或平面上而形成的线的概念图。
图17是显示一种状态的概念图，在该状态中在视角view＝0°的投影数据Dr被投影在重建区域P上。
图18是显示在视角view＝0°下的重建区域P上的背投影像素数据D2的概念图。
图19是显示一种状态的说明图，在该状态中，在与像素相关联的所有视图上将背投影像素数据D2相加在一起以获得背投影数据D3。
图20是显示圆形重建区域R的概念图。
图21是显示根据实施例4的X射线CT设备的扫描机架的概念图。
图22是显示根据实施例5的X射线CT设备的扫描机架的概念图。
具体实施方式
在下文中将根据在附图中示出的实施例进一步详细地解释本发明。顺带说明，本发明并不为实施例所限定。
【实施例1】
图1是显示根据实施例1的X射线CT设备的构造框图。
本X射线CT设备100配备有操作控制台1、台床设备10和扫描机架20。
操作控制台1包括用于接收操作者输入的输入设备2、执行图像重建过程等的中央处理单元3、收集由扫描机架20获得的投影数据的数据采集缓冲器5、显示从投影数据重建的CT图像的显示设备6以及存储程序、数据和X射线CT图像于其中的存储器设备7。
台床设备10包括支架12，该支架将对象放置在其上并且将对象推进和抽出膛孔(空腔部分)。支架12被安装在台床设备10中的马达提升并且线性地移动。
扫描机架20带有X射线管21、X射线控制器22、准直仪23、多行X射线探测器24、DAS(数据采集系统)25、旋转部分控制器26(该旋转部分控制器26控制围绕对象的身体轴旋转的X射线管)、倾斜控制器27(其在扫描机架20向其旋转轴的前方或后方倾斜时执行对扫描机架20的控制)、操纵控制器29(其执行在操作控制台1和台床设备10之间的控制信号或类似信号的传递)和滑环30(其传递电能、控制信号和所收集的数据)。
图2是用于描述X射线管21和多行X射线探测器24的几何布局的图示。
X射线管21和多行X射线探测器24围绕旋转中心IC旋转。假设垂直方向被定义为y轴方向，支架12的线性运动方向被定义为z轴方向，与z轴方向和y轴方向正交的方向被定义为x轴方向，并且扫描机架20的倾角α为0°，则X射线管21和多行X射线探测器24在其上旋转的平面为xy平面。
X射线管21产生被称为“X射线锥形射束CB”的X射线束。当X射线锥形射束CB的方向平行于y方向时，视角被设定为0°。
多行X射线探测器24具有范围从第1行至第j行的多个探测器行。例如J被假定为J＝256。各个探测器行具有第1通道至第I通道。例如I被假定为I＝1024。
用X射线辐射所采集的投影数据从多行X射线探测器24被提供给DAS25，在DAS 25中它们被进行A/D转换，此后所述数据经滑环30被输入到数据采集缓冲器5中。
输入到数据采集缓冲器5中的投影数据根据储存在存储器设备7中的相应程序而被中央处理单元3处理，之后被转换为断层照片。所述断层照片被显示在显示设备6上。
图3是显示X射线CT设备100的操作概况的流程图。
在步骤S1，扫描机架20倾斜倾角α。之后，执行螺旋扫描操作，同时X射线管21和多行X射线探测器24围绕对象旋转并且支架12线性地被移动，由此采集由倾角α、台床线性运动位置z、视角view、探测器序号j和通道编号i所表达的投影数据D0(view，j，i)。通过由构建在台床设备10中的编码器计数z轴方向位置脉冲、由操纵控制器29将其转换为z轴坐标并且将其作为z轴坐标信息经滑环30添加到DAS 25的投影数据中，来对台床线性运动位置z进行处理。
图4显示了在给定视角下的投影数据的格式，所述数据被添加到在倾角α下的z轴坐标信息。
顺带说明，该数据采集过程将随后参考图10进行描述。
在步骤S2，对于投影数据D0(view，j，i)进行预处理(包括偏移校正、对数变换、X射线剂量校正和灵敏度校正)以获得投影数据Din(view，j，i)。
在步骤S3，对经过预处理的投影数据Din(view，j，i)进行射束硬化过程。该射束硬化过程例如以下面的多项式方程表示。在所述多项式方程中，B0、B1和B2分别表示射束硬化系数。
Dout(view，j，i)＝Din(view，j，i)×(B0(j，i)+B1(j，i)×Din(view，j，i)+B2(j，i)×Din(view，j，i)2)
由于各个探测器行彼此独立的射束硬化校正可以在此时被执行，如果各个数据采集系统的管电压根据成像条件而不同，则各个探测器行的特性差异可以被校正。
在步骤S4，用于在z方向(行方向)上执行滤波器相乘的Z滤波器卷积过程被实施于经过射束硬化校正的投影数据Dout(view，j，i)上。也就是说，受到射束硬化校正的投影数据Dout(view，j，i)在例如行方向乘以图5中所示的这样的行方向滤波器系数Wk(i)以确定投影数据Dcor(view，j，i)。
Dcor ( a , z , view , j , i ) = Σ k = 1 5 ( Dou ( a , z , view , j + k - 3 , i ) × Wk ( i ) )
其中 Σ k = 1 5 ( Wk ( i ) ) = 1
Dout(α，z，view，-1，i)＝Dout(α，z，view，0，i)＝Dout(α，z，view，1，i)
Dout(α，z，view，J+1，i)＝Dout(α，z，view，J+2，i)＝Dout(α，z，view，J，i)
切片厚度可以由作为Z滤波器的行方向滤波器系数Wk(i)控制。
在如图6中所示的切片SL中，与图像重建后的重建中心相比，其外围切片厚度通常变厚。
因此，如图7中所示，使得中央通道在宽度上变宽的行方向滤波器系数Wk(中央通道的i)被使用，使得外围通道在宽度上变窄的行方向滤波器系数Wk(外围通道的i)被使用。因此，有可能设置这样一种切片SL，该切片即使在如图8中所示的重建中心和外围也具有接近于一致的切片厚度。
当行方向滤波器系数WK(i)使得切片厚度变得稍厚时，伪像和噪声同时被改善。因此，伪像的改善方式和噪声的改善方式也可以被控制。也就是说，三维图像重建的CT图像的质量可以得到控制。
如图9中所示，通过将行方向滤波器系数Wk(i)设置为去卷积滤波器，可以实现具有薄切片厚度的CT图像。
回顾图3，重建函数卷积过程在步骤S5被执行。也就是说，对投影数据执行傅立叶变换，之后每个投影数据乘以重建函数以执行其反傅立叶变换。假设重建函数卷积过程之后的投影数据被定义为Dr(view，j，i)，重建函数被定义为Kernel(j)，卷积计算表示为*，则重建函数卷积过程表示如下：
Dr(view，j，i)＝Dcor(view，j，i)*Kernel(j)
由于可以使用独立于每个探测器行的重建函数Kernel(j)执行独立的重建函数卷积过程，因此各个探测器行的噪声和分辨率特性的差异可以被校正。
在步骤S6，对于投影数据Dr(view，j，i)实施三维背投影过程，以便确定背投影数据D3(x，y)。三维背投影过程将随后参考图17进行描述。
在步骤S7，对于背投影数据D3(x，y)实施（诸如图像滤波器卷积过程、CT值转换过程等等的后处理以获得CT图像。
假设图像滤波器卷积过程之后的数据被定义为D4(x，y)，对应于CT图像的中心像素的探测器行号被定义为j，图像滤波器被定义为Filter(x，y)，图像滤波器卷积过程表示如下：
D4(x，y)＝D3(x，y)*Filter(x，y)
也就是说，由于独立于CT图像的每个切片位置的图像滤波器卷积过程可以被执行，因此每个切片位置的噪声和分辨率特性的差异可以被校正。
图10是显示数据采集过程细节的流程图(图3的步骤S1)。
在步骤S11，如图11中所示，扫描机架20以这样一种方式被倾斜，以使得从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束CB的端面B1变为平行于或基本平行于重建区域P。
现在，图11显示了重建区域P平行于xy平面的情况。假设沿螺旋扫描的线性运动方向传播的x射线锥形射束角为Acone，扫描机架20被倾斜Acone/2或与之接近的倾角α。
在步骤S12，如图12中所示，支架12以低速线性运动直到数据采集开始位置Ps与从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束CB的端面B1重合，或者直到数据采集开始位置Ps到达一个在从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上稍微延伸的位置。顺带说明，螺旋扫描的线性运动方向和支架12的运动方向处于相反的关系。
在步骤S13，如图13中所示，以这样的方式设置旋转速度和支架移动速度，以使得支架12旋转整数圈n+小数圈Δn，同时支架12被线性地移动，直到数据采集末端位置Pf与从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束CB的端面B2重合，或者直到数据采集末端位置Pf到达一个稍微延伸到从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面的位置。
尽管图13在此显示了Δn＝0.5的情况，但是所述小数并不限于此。例如所述小数可以是Δn＝0.25或Δn＝0.75。
在步骤S14，开始扫描机架20的旋转。以从螺旋扫描的线性运动方向看去在前侧面上的X射线锥形射束CB的端面B1变为平行于或基本平行于重建区域的视角开始X射线辐射，并且开始数据采集。
在步骤S15，在支架12线性移动的同时收集投影数据D0(α，z，view，j，i)。当支架12被旋转整数圈n+小数圈Δn之后，结束X射线辐射，之后终止数据米集。
图14是显示三维背投影过程细节的流程图(图3的步骤S6)。
尽管为了便于解释，重建区域P被设置成平行xy平面，但即使重建区域P与xy平面倾斜θ角，该过程也是类似的。
在步骤S61，注意力集中于在所有视角(即对应于360°的视角或对应于“180°+扇形角”的视角)中重建CT图像所必须的一个。对应于重建区域R的各个像素的投影数据Dr被提取。
如图15中所示，考虑512×512像素的正方形重建区域P，该重建区域平行于xy平面。选取平行于y＝0的x轴的像素行L0、y＝63的像素行L63、y＝127的像素行L127、y＝191的像素行L191、y＝255的像素行L255、y＝319的像素行L319、y＝383的像素行L383、y＝447的像素行L447和y＝511的像素行L511作为例子。如果在图16中所示的线T0至T511上的投影数据D0被提取(其中所述投影数据是通过沿X射线穿透方向将这些像素行L0至L511投影到多行X射线探测器24的表面上而获得的)，那么它们产生对应于像素行L0至L511的投影数据Dr。
X射线穿透方向是根据X射线管21的X射线焦点、各个像素以及多行X射线探测器24的几何位置而确定的。然而，由于投影数据D0(view，j，i)的z坐标已知，因此即使在投影数据D0(view，j，i)正在加速/减速的情况下也可以精确地确定X射线穿透方向。
例如在通过沿X射线穿透方向将像素行L0投影到多行X射线探测器24的表面上而获得线T0的情况下，当每条线的一部分落在多行X射线探测器24的表面之外时，其对应的投影数据Dr被设置为“0”。
因此，如图17中所示，对应于重建区域P的各个像素的投影数据Dr(view，x，y)可以被提取。
回顾图14，在步骤S62，投影数据Dr(view，x，y)乘以锥形射束重建加权因数或系数以产生图18中所示的投影数据D2(view，x，y)。
现在，锥形射束重建加权因数如下：
假设在扇形射束图像重建的情况下，在view＝βa时连接X射线管21的焦点和重建区域P上的像素g(x，y)的直线与X射线束的中心轴Bc形成的角被设为γ，其相反的视角被设为view＝βb，βb表达如下：
βb＝βa+180°-2γ
假设通过重建区域P上的像素g(x，y)的X射线束及其相反的X射线束与重建区域P形成的角被设为αa和αb，那么相应的背投影数据被乘以取决于这些角αa和αb的锥形射束重建加权因数ωa和ωb，然后被相加以确定背投影数据D2(0，x，y)。
D2(0，x，y)＝ωa·D2(0，x，y)_a+ωb·D2(0，x，y)_b
其中D2(0，x，y)_a：在view为βa时的投影数据，D2(0，x，y)_b：在view为βb时的投影数据。
顺带说明，用于X射线束及其相反的X射线束的锥形射束重建加权因数ωa和ωb表达如下：
ωa+ωb＝1
将所述数据乘以锥形射束重建加权因数ωa和ωb并且将它们如上所述地相加有可能减小锥角伪像。
作为锥形射束重建加权因数ωa和ωb，例如可以使用从下述方程确定的因数。
当扇形射束角被设为γmax，f()作为函数时，给出了下面各式：
ga＝f(π+γmax-|βa|，|tan(αa)|)
gb＝f(π+γmax-|βb|，|tan(αb)|)
xa＝2·gaq/(gaq+gbq)
xb＝2·gbq/(gaq+gbq)
ωa＝xa2·(3-2xa)
ωb＝xb2·(3-2xb)
例如让我们假设f()＝max()：取大值的函数，并且q＝1。
在扇形射束图像重建的情况下，重建区域P上的每个像素进一步乘以一个距离系数。当从X射线管21的焦点到对应于投影数据Dr的多行X射线探测器24的每个探测器行j和通道i的距离被设为r0、并且从X射线管21的焦点到对应于投影数据Dr的重建区域P上的相应像素的距离被设为r1时，该距离系数被表示为(r1/r0)2。
如果βb＝βa+180°，那么平行射束图像重建类似于扇形射束图像重建。
在步骤S63，如图19中所示，投影数据D2(view，x，y)被添加到与像素相关联的预清除的背投影数据D3(x，y)中。
在步骤S64，针对重建CT图像所必须的所有视角(即对应于360°的视角或对应于“180°+扇形角”的视角)重复步骤S61至S63以获得如图19中所示的背投影数据D3(x，y)。
顺带说明，重建区域P可以被构造成如图20中所示的圆形区域。
根据实施例1的X射线CT设备100，X射线未传播到不在人们希望在其中收集投影数据D0的线性运动范围内的从所述螺旋扫描(包括变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描)的所述线性运动方向看去的所述前、后侧面。因此能够减小对象K暴露于辐射的范围。在此，螺旋扫描包含变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描。由于X射线锥形射束CB未被屏蔽，因此也不会产生不必要的X射线辐射。这带来了巨大的效果，尤其当用于螺旋扫描的旋转圈数“n+Δn”比较少时。
顺带说明，所述图像重建方法可以是基于传统上已知的Feldkamp方法的三维图像重建方法。此外，在日本专利申请2003-334188、2004-41675、2004-41674、2004-73360、2003-159244和2004-41675的每一个中所提出的三维图像重建方法可以被使用。
通过卷积各个探测器行系数不同的行方向(z方向)滤波器，由于X射线锥角等等不同而导致的图像质量差异尤其在传统扫描(轴向扫描)中被调整，并且对于每行的切片厚度、伪像和噪声的图像质量的一致性得以实现。然而，即使没有这样做，也可以导致类似的效果。
尽管在实施例1中扫描机架20的倾角α被设置成Acone/2，但是如果给出与之接近的倾角，也可以产生类似的效果。
尽管扫描机架20的用于X射线辐射数据采集的旋转圈数在实施例1中被设置成“整数n+0.5”，但是如果给出与之接近的旋转圈数，也可以产生类似的效果。
在这样的变螺距螺旋扫描模式中，螺旋扫描在给定的受限狭窄范围内交替地向前和向后移动，从而可以导致更大的减小暴露于辐射的效果。
【实施例2】
尽管X射线被设置成不传播到不在人们希望在其中收集投影数据D0的线性运动范围内的从所述螺旋扫描的所述线性运动方向看去的所述前、后侧面，但是即使简单地通过避免X射线传播到前、后侧面中的任意一个也可以减小对象K暴露于辐射的范围。
【实施例3】
以类似于上述的方式，本发明甚至可以应用于使用X射线区域探测器的X射线CT设备，其典型地以平板代替多行X射线探测器24。
【实施例4】
如图21中所示，本发明甚至可以作为具有扫描机架20的X射线CT设备来实现，其中X射线管21和多行X射线探测器24被固定地倾斜，并且在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直或基本垂直的状态下开始X射线辐射。在该情况下，旋转的中心轴也是倾斜的。然而，旋转的中心轴可以被设置成水平，或者被设置成可以在倾斜和水平之间切换。
【实施例5】
如图22中所示，本发明甚至可以作为具有扫描机架20的X射线CT设备来实现，其中X射线管21被固定地倾斜，并且在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直或基本垂直的状态下开始X射线辐射。在该情况下，旋转的中心轴被设置成水平。然而，旋转的中心轴可以被倾斜。作为另一选择，可以设置成能够在水平和倾斜之间切换。
可以构思本发明的许多不同的实施例而不脱离本发明的精神和范围。应当理解，本发明并不限于在说明书中描述的特定实施例，而是在后附的权利要求书中限定。

Claims (10)

1.一种X射线CT设备(100)，包括：
一个X射线区域探测器，典型地为带有一个多行X射线探测器(24)或一个平板的X射线CT设备(100)；和
一个扫描机架倾斜设备，其以这样一种方式倾斜扫描机架(20)，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面与重建区域水平或基本水平的状态下开始X射线辐射。
2.一种X射线CT设备(100)，包括：
一个X射线区域探测器，典型地为带有一个多行X射线探测器(24)或一个平板的X射线CT设备(100)；
一个X射线辐射设备(21，23)，其以这样一种方式形成X射线锥形射束，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直或基本垂直的状态下开始X射线辐射。
3.一种X射线CT设备(100)，包括：
一个X射线区域探测器，典型地为带有一个多行X射线探测器(24)或一个平板的X射线CT设备(100)；和
一个X射线辐射控制设备(22)，其以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在螺旋扫描下的一个X射线辐射周期期间的旋转圈数达到“n+Δn”，其中n为整数，Δn为小数。
4.一种X射线CT设备(100)，包括：
一个X射线区域探测器，典型地为带有一个多行X射线探测器(24)或一个平板的X射线CT设备(100)；
一个扫描机架倾斜设备，其在螺旋扫描时倾斜扫描机架(20)；和
一个X射线辐射控制设备(22)，其以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在螺旋扫描下的一个X射线辐射周期期间的旋转圈数达到“n+Δn”，其中n为整数，Δn为小数。
5.根据权利要求1或4所述的X射线CT设备(100)，其中当沿所述线性运动方向传播的X射线锥形射束角被设为Acone时，所述扫描机架(20)倾斜Acone/2或与之接近的角度。
6.根据权利要求3或4所述的X射线CT设备(100)，其中Δn＝0.5或与之接近的值。
7.根据权利要求1-6中的任一条所述的X射线CT设备(100)，进一步包括一个三维图像重建设备(3)或一个X射线锥形射束图像重建设备(3)。
8.一种X射线CT设备(100)，包括：
一个X射线区域探测器，典型地为带有一个多行X射线探测器(24)或一个平板的X射线CT设备(100)；和
一个扫描机架倾斜设备(27)，其以这样一种方式倾斜扫描机架(20)，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成平行于或基本平行于重建区域的状态下结束X射线辐射。
9.一种X射线CT设备(100)，包括：
一个X射线区域探测器，典型地为带有一个多行X射线探测器(24)或一个平板的X射线CT设备(100)；
一个扫描机架倾斜设备，其以这样一种方式倾斜扫描机架(20)，以使得在从螺旋扫描的线性运动方向看去的前侧面上的X射线锥形射束的端面被设置成垂直于或基本垂直于所述线性运动方向的状态下开始X射线辐射；和
一个X射线辐射控制设备(22)，其以这样一种方式控制X射线辐射，以使得在这样的旋转圈数下结束所述X射线辐射，所述旋转圈数使得从螺旋扫描的线性运动方向看去的后侧面上的X射线锥形射束的端面变为平行于或基本平行于重建区域。
10.根据权利要求1-8中的任一条所述的X射线CT设备(100)，进一步包括一个螺旋扫描设备，该螺旋扫描设备执行变螺距螺旋扫描或变速螺旋扫描。
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