CN1955725B - X射线ct系统 - Google Patents

Abstract

本发明旨在改善通过X射线CT系统提供的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像的质量，其中所述X射线CT系统进行常规(轴向)扫描、电影扫描或者螺旋扫描。该X射线CT系统包括图像重建单元或者图像显示单元。该图像重建单元或者图像显示单元根据表现高CT值的物体在z方向上的连续性来测量断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移，并且所述物体被看作断层摄影图像中的参考；诸如托架、头部支架、对象躯体表面、或者骨头。然后，图像重建单元或者图像显示单元补偿所述偏移。

Description

X射线CT系统

技术领域

本发明涉及用于医学应用或者工业应用的X射线计算机断层成像(CT)系统，或者尤其涉及改善三维显示图像、多平面重建(MPR)显示图像或者最大强度投影(MIP)显示图像的质量。

背景技术

在X射线CT系统中，使用于产生锥形束X射线的设备和用于检测X射线的两维X射线面探测器围绕它们之间的旋转中心旋转，其中所述两维X射线面探测器位于所述设备对面，并且由以矩阵形式排列的探测器元件构成。收集由从躺在该设备和该探测器之间的对象透射的X射线产生的投影数据项，并且基于所收集的投影数据项重建图像。在图像显示装置上显示所重建的断层摄影图像(例如参见专利文件1)

[专利文件1]日本未审专利公开No.2003-334188(第9-10页，图17)。

在X射线CT系统中，如在图12所示，当进行螺旋扫描时，随着检查台在z方向的移动，断层摄影图像的中心连续地相互偏移。另外，如在图13中所示，当进行常规(轴向)扫描或者电影扫描时，随着检查台在z方向移动，断层摄影图像在定义断层摄影图像的xy平面上相互偏移。这是由于支架的扭曲、对象躯体的运动等。

过去，z方向上的切片厚度大，并且像素的尺寸不是各向同性的。因此，当三维地显示断层摄影图像时，每幅断层摄影图像在x和y方向的位置的精确度可能不是很高。然而，目前在z方向上的切片厚度变得越来越薄。如今，像素的尺寸变得各向同性。因此，就三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像而论，由于偏移导致在y方向上的连续或者不连续的偏移或者阶跃，所以图像中心在xy平面上的偏移引起精确性和图像质量方面的问题。

然而，可以利用允许断层摄影图像在xy平面上对准的参考、即利用对象的连续性作为参考来在xy平面上对准断层摄影图像。本发明的另一目的是，提供能够改善通过进行常规(轴向)扫描、电影扫描或者螺旋扫描产生的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像的X射线CT系统。

发明内容

本发明旨在利用图像重建装置或者图像显示装置改善三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像的质量，其中所述图像重建装置或者图像显示装置基于诸如托架、头部支架、对象躯体表面或者对象骨头等表现出高CT值的物体在z方向上的连续性来探测断层摄影图像在水平的x方向上的偏移或者断层摄影图像在垂直的y方向上的偏移，并且补偿该偏移。为了测量图像在x和y方向上的偏移，可以采用特征提取方法、图案匹配方法、灰度图案匹配方法等方法。

在本发明的第一方面中，提供了X射线CT系统，其包括：X射线数据收集装置，其使得X射线发生器和两维X射线面探测器围绕位于其间的旋转中心旋转，并且收集透过躺在其间的对象的X射线产生的投影数据项，所述探测器位于所述X射线发生器的对面以便探测X射线并且由以矩阵形式排列的探测器元件构成；图像重建装置，用于根据由X射线数据收集装置收集的投影数据项重建图像；和图像显示装置，用于显示所重建的断层摄影图像。这里，图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移，补偿所述偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

在按照第一方面的X射线CT系统中，按照特征提取方法或者图案匹配方法检测每个断层摄影图像中的参考点，并且测量每一个断层摄影图像与另一断层摄影图像的偏移。因此，z方向上连续定义的断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。因此，偏移被补偿。这产生具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第二方面中，提供了X射线CT系统，其包括：X射线数据收集装置，其使得X射线发生器和两维X射线面探测器围绕位于其间的旋转中心旋转，并且收集透过躺在其间的对象的X射线产生的投影数据项，所述探测器位于所述X射线发生器的对面以便探测X射线并且由以矩阵形式排列的探测器元件构成；图像重建装置，其根据由X射线数据采集装置收集的投影数据项重建图像；和图像显示装置，其显示所重建的断层摄影图像。这里，图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移，补偿所述偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

在按照第二方面的X射线CT系统中，按照特征提取方法或者图案匹配方法检测每个断层摄影图像中的参考点，并且测量每一个断层摄影图像与另一断层摄影图像的偏移。因此，z方向上连续定义的每一幅断层摄影图像在x和y方向被移动所述偏移。因此，偏移被补偿。这产生质量改善的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第三方面中，提供了X射线CT系统，除了包括在X射线数据收集装置中的两维面探测器是多阵列X射线探测器之外，该X射线CT系统与按照第一或者第二方面的X射线CT系统相同。

在按照第三方面的X射线CT系统中，虽然所述两维X射线面探测器是多阵列X射线探测器，但是产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第四方面中，提供了X射线CT系统，除了包括在X射线数据收集装置中的两维面探测器是以平板X射线探测器为代表的平面X射线探测器之外，该X射线CT系统与按照第一或者第二方面的X射线CT系统相同。

在按照第四方面所述的X射线CT系统中，虽然所述两维面探测器是以平板X射线探测器为代表的平面X射线探测器，但是产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第五方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行螺旋扫描来产生；然后所述图像显示装置通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像显示装置补偿所述偏移和显示所得到的断层摄影图像。

在按照第五方面所述的X射线CT系统中，测量每幅断层摄影图像在x和y方向上的偏移，其中每幅断层摄影图像通过在z轴上连续地进行螺旋扫描产生，即每幅断层摄影图像被定义成位于用z坐标表示的位置处，并且断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第六方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行螺旋扫描来产生；所述图像重建装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像重建装置补偿所述偏移和重建所得到的断层摄影图像。

在按照第六方面的X射线CT系统中，测量每幅断层摄影图像在x和y方向上的偏移，其中每幅断层摄影图像通过连续地进行螺旋扫描产生的、即所定义的位于利用z坐标所指示的位置处的，并且在依据在x和y方向上的偏移移动该断层摄影图像的同时，该断层摄影图像被显示。这导致具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第七方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行常规(轴向)扫描来产生；所述图像显示装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像显示装置补偿所述偏移和显示所得到的断层摄影图像。

在按照第七方面的X射线CT系统中，在每次扫描过程中都测量通过在z方向上连续地进行常规(轴向)扫描产生的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。另外，定义成位于利用z坐标指示的位置处的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移被测量。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第八方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行常规(轴向)扫描来产生；所述图像重建装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像重建装置补偿所述偏移和重建所得到的断层摄影图像。

在按照第八方面所述的X射线CT系统中，在每次扫描过程中都测量通过在z方向上连续地进行常规(轴向)扫描产生的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。另外，定义成位于利用z坐标指示的位置处的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移被测量。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第九方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行电影扫描来产生；所述图像显示装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像显示装置补偿所述偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

在按照第九方面所述的X射线CT系统中，在每次扫描过程中都测量通过在z方向上连续地进行常规(轴向)扫描产生的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。另外，定义成位于利用z坐标指示的位置处的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移被测量。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行电影扫描来产生，所述图像重建装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移，并且所述图像重建装置补偿所述偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

在按照第十方面所述的X射线CT系统中，通过在z方向上连续地进行电影扫描产生的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移在每次扫描过程中都被测量。另外，定义成位于利用z坐标指示的位置处的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移被测量。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十一方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行可变螺距螺旋扫描来产生；所述图像显示装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像显示装置补偿所述偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

在按照第十一方面所述的X射线CT系统中，测量通过在z方向上连续地进行可变螺距螺旋扫描产生的每个断层摄影图像、或者位于利用z坐标指示的位置处的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十二方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第四方面任一的X射线CT系统相同，只是：所述图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，其中所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行可变螺距螺旋扫描来产生；所述图像重建装置通过测量所述参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移；并且所述图像重建装置补偿所述偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

在按照第十二方面所述的X射线CT系统中，测量通过在z方向上连续地进行可变螺距螺旋扫描产生的每个断层摄影图像、或者定义位于利用z坐标指示的位置处的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。断层摄影图像在x和y方向被移动所述偏移，以进行图像重建。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十三方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十二方面任一的X射线CT系统相同，只是所述图像显示装置使用部分支架的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来补偿偏移，并且然后显示所得到的断层摄影图像。

在按照第十三方面所述的X射线CT系统中，部分支架的表示被用作每个断层摄影图像中的参考点来测量每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十四方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十二方面任一所述的X射线CT系统相同，只是：所述图像重建装置使用部分支架的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来补偿偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

在按照第十四方面所述的X射线CT系统中，部分支架的表示被用作每个断层摄影图像中的参考点，并且测量每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十五方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十二方面任一所述的X射线CT系统相同，只是：所述图像显示装置使用对象的部分的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来补偿偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

在按照第十五方面所述的X射线CT系统中，对象的部分的表示被检测为每个断层摄影图像中的参考点，并且测量每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十六方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十二方面任一所述的X射线CT系统相同，只是：所述图像重建装置使用对象的部分的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来补偿偏移，以便重建所得到的断层摄影图像。

在按照第十六方面所述的X射线CT系统中，对象的部分的表示被检测为每个断层摄影图像中的参考点，并且测量每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移。断层摄影图像在被显示的同时在x和y方向上被移动所述偏移。这产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十七方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十六方面任一所述的X射线CT系统相同，只是所述图像重建装置采用三维图像重建技术。在按照第十七方面所述的X射线CT系统中，虽然采用所述三维图像重建技术作为图像重建技术，但是产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十八方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十七方面任一所述的X射线CT系统相同，只是：所述图像显示装置不仅补偿断层摄影图像在x和y方向上的偏移，而且补偿断层摄影图像在z方向上的偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

在按照第十八方面所述的X射线CT系统中，虽然为了显示所得到的断层摄影图像，不仅断层摄影图像在x和y方向上的偏移被补偿，而且断层摄影图像在z方向上的偏移也被补偿，但是产生了具有改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

在本发明的第十九方面中，提供了X射线CT系统，该X射线CT系统与按照第一至第十七方面任一所述的X射线CT系统相同，只是所述图像重建装置不仅补偿断层摄影图像在x和y方向上的偏移，而且补偿断层摄影图像在z方向上的偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

在按照第十九方面所述的X射线CT系统中，虽然为了重建所得到的断层摄影图像，不仅断层摄影图像在x和y方向上的偏移被补偿，而且断层摄影图像在z方向上的偏移也被补偿，但是产生了改善了质量的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像。

按照本发明所述的X射线CT系统能够改善通过进行常规(轴向)扫描、电影扫描或者螺旋扫描产生的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像的质量。

附图说明

图1是示出按照本发明的最佳实施方案的X射线CT系统的框图。

图2是示出X射线发生器(X射线管)和多阵列X射线探测器的旋转的说明图。

图3是概括在按照本发明的最佳实施例的X射线CT系统中执行的动作的流程图。

图4是描述预处理的流程图。

图5是描述三维图像重建的流程图。

图6是示出在X射线透射方向上在扫描场中投影线的概念图。

图7是示出投影在探测器表面上的线的概念图。

图8是示出投影数据项Dr(view，x，y)在扫描场上投影的概念图。

图9是用作扫描场中的像素的反投影像素数据项D2的概念图。

图10是示出通过逐个像素地将从所有视图中产生的反投影像素数据项D2相加来产生反投影数据项D3的说明图。

图11是示出在X射线透射方向在圆形扫描场中投影线的概念图。

图12示出在常规三维显示图像、MPR显示图像或MIP显示图像中观查到的通过螺旋扫描产生的断层摄影图像的中心的偏移。

图13示出在常规三维显示图像、MPR显示图像或MIP显示图像中观察到的通过轴向扫描产生的断层摄影图像的中心的偏移。

图14示出在z方向上连续进行的常规(轴向)扫描或者电影扫描。

图15示出在z方向上连续进行的常规(轴向)扫描或者电影扫描。

图16示出在z方向上连续进行的常规(轴向)扫描或者电影扫描。

图17示出在z方向上连续定义的断层摄影图像在y方向上的偏移。

图18说明通过基于边缘分布测量的特征参数提取对在y方向上的偏移的补偿。

图19说明通过基于边缘分布的特征参数提取对在x和y方向上的偏移的补偿。

图20说明通过基于边缘分布的特征参数提取对在x和y方向上的偏移的补偿。

图21示出用于扩展的逻辑滤波器。

图22示出用于收缩的逻辑滤波器。

图23示出根据图案匹配方法对在x和y方向上的偏移的补偿。

图24示出根据将托架图案与投影数目项匹配的方法来校正偏移的x坐标和y坐标的方法。

图25示出在方向θ将X射线投影到托架产生并事先记录的投影数据项、通过再投影包含在断层摄影图像中并以方向θ采集的数据项所产生的投影数据项、和通过再投影断层摄影图像所产生的投影数据项之中的坐标最大值表示的坐标S(θ)的轨迹。

图26说明在图像显示过程中校正在常规(轴向)扫描、电影扫描或者螺旋扫描中得到的偏移坐标的例子。

图27的例子说明了在图像显示过程中校正在连续螺旋扫描中出现的偏移坐标，同时使z方向上偏移被补偿的位置变薄。

图28示出用于支持头部的头部支架。

图29说明利用对象躯体表面作为参考校正偏移的x坐标和y坐标。

图30示出利用投影数据项测量边缘分布的方法。

图31示出在扫描机台架倾斜时通过连续进行常规(轴向)扫描或者电影扫描成像的切片的转换。

图32。示出在扫描机台架倾斜时通过连续进行螺旋扫描成像的切片的转换。

具体实施方式

下面，将以所示出的实施例为例描述本发明。应该注意的是，不应将本发明限制于该实施方案。

图1是示出按照执行本发明的最佳方式的X射线CT系统的结构的框图。X射线CT系统100包括探作人员控制台1、射线照相台10和扫描器台架20。

操作人员控制台1包括：接收操作人员的输入的输入设备2；进行预处理、图像重建和后处理的中央处理器3；数据收集缓冲器5，收集X射线探测器数据项，即由包括在扫描器台架20中的X射线探测器采集的数据项；显示器6，其上显示基于投影数据项重建的断层摄影图像，所述投影数据项通过对X射线探测器数据项进行预处理产生；和存储单元7，其中存储有程序、X射线探测器数据项、投影数据项和X射线断层摄影图像。

射线照相台10包括将躺在其上的对象运进或者运离扫描器台架20的孔的托架12。托架12通过结合在射线照相台10中的电动机升起或者降下，并且相对于射线照相台10直线运动。

扫描器台架20包括：X射线管21；X射线控制器22；准直器23；多阵列X射线探测器24；数据采集系统(DAS)25；旋转器控制器26，控制X射线管21和围绕对象躯体轴旋转的其它部件；和控制单元29，其将控制信号和其它信号传送到操作人员控制台1或射线照相台10或者从控制台1或射线照相台10传送控制信号和其它信号。另外，扫描器台架倾斜控制器27使该扫描器台架20以大约±30°向前或者向后倾斜。

图2是示出X射线管和多阵列X射线探测器24的几何布置的说明图。

X射线管21和多阵列X射线探测器24围绕旋转中心IC旋转。假设垂直方向是y方向，水平方向是x方向，而与x和y方向垂直的射线照相台的前进方向是z方向，X射线管和多阵列X射线探测器24在其上旋转的旋转平面是xy平面。托架12的运动方向是z方向。

X射线管21产生称为锥形束的X射线束。当锥形束的中心轴方向平行于y方向时，表示视角或者扫描器台架的角度是0°。

多阵列X射线探测器24包括例如256个探测器阵列。每个探测器阵列包括例如1024个探测器通道。

X射线被辐射之后，投影数据被产生并被收集。由多阵列X射线探测器24产生的投影数据由DAS 25进行模拟-数字转化，并且经由滑环30被传送到数据收集缓冲器5。根据从存储单元7中读取的程序，中央处理器3处理该被传送到数据收集缓冲器5的数据。根据处理后的数据重建断层摄影图像，并且然后将其显示在显示器6上。

在本发明中所采用的扫描技术包括常规(轴向)扫描、电影扫描和螺旋扫描。稍后，将根据第一和第二实例描述扫描这些技术。图3是概括在按照本发明的X射线CT系统中进行的动作的流程图。

首先，在步骤S1，X射线管21和多阵列X射线探测器24围绕对象旋转，并且直线地移动包括在射线照相台中的托架12，以便连续进行螺旋扫描或者可变螺距的螺旋扫描。收集由X射线探测器采集的数据项，即X射线探测器数据项D0(view，j，i)，同时z方向(射线照相台沿该方向直线地移动)上的位置Ztable(view)被附加在每个X射线探测器数据上，其中每个数据项D0(view，j，i)都用视角view、探测器阵列数目j、通道数目i表示。

对于常规(轴向)扫描或者电影扫描，包括在射线照相台10中的托架12以等于或者小于通过旋转中心的X射线束在z轴上的宽度D为单位被移动。于是，为了收集每个都用视角view、探测器阵列数目j、通道数目i标识的X射线探测器数据项D0(view，j，i)，在z方向上连续地进行常规(轴向)扫描或者电影扫描，z方向(射线照相台沿该方向直线地移动)上的位置Ztable(view)被附加到每个X射线探测器数据上。

在步骤S2，X射线探测器项D0(view，j，i)被预处理，并且被转化成投影数据项。如图4所述，预处理包括步骤S21的消除偏移(offsetnulling)、步骤S22的对数转换、步骤S23的X射线剂量校正和步骤S24的灵敏度校正。

在步骤S3，包含在每个预处理的投影数据项D1(view，j，i)中的射束硬化伪影被补偿。在步骤S3的射束硬化伪影补偿过程中，假设已经经历包括在步骤S2的预处理中的步骤S24的灵敏度校正的投影数据是数据Din，而在步骤S3经过射束硬化伪影补偿的数据是Dout，由下列多项式表示步骤S3的射束硬化伪影补偿：

公式1

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)

这时，对由每个探测器阵列j产生的投影数据进行该射束硬化补偿。如果在数据收集系统之间球管电流作为射线照相条件之一被不同地规定，那么属于每个探测器阵列的探测器元件的X射线光子能量特征之间的差别可被补偿。

在步骤S4，利用z滤波器卷积经历射束硬化补偿的投影数据项Dout(view，j，i)，也就是说，在z方向(阵列方向)上滤波投影数据项Dout(view，j，i)。

在步骤S4，能够处理由在阵列方向上并列的五个探测器元件产生的投影数据项的z滤波器被应用于投影数据项Det(ch，row)(ch从1变化到CH，row从1变化到ROW)，数据项Det(ch，row)在每个视角由多阵列X射线探测器产生并由相应的数据收集系统预处理。如下表示滤波器：

(w₁(ch)，  w₂(ch)，  w₃(ch)，  w₄(ch)，  w₅(ch))

在这里，应该满足由下列公式提供的条件。

公式2

$\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k\left(\mathrm{ch}\right)=1$

如下表示校正后的探测器数据项Dcor(ch，row)：

公式3

$\mathrm{Dcor}(\mathrm{ch},j)=\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Det}(\mathrm{ch},i-k-3)\·w_k\left(\mathrm{ch}\right))$

假设最大通道数目是CH，最大阵列数目是ROW，则建立下列关系：

公式4

Det(ch，-1)  ＝Det(ch，0)＝Det(ch，1)

Det(ch，ROW)＝Det(ch，ROW+1)＝Det(ch，ROW+2)

当逐个通道地改变应用于由在阵列方向上并列的五个探测器元件产生的投影数据项的滤波系数时，可以根据距扫描场中心的距离控制切片的厚度，其中所述扫描场是重建图像场。通常，由断层摄影图像覆盖的切片厚度在扫描场的周围比在扫描场的中心处大。针对属于中央通道的探测器元件，大幅改变应用于由在阵列方向上并列的五个探测器元件产生的投影数据项的滤波系数，而针对属于外围通道的探测器元件稍微地改变该滤波系数。在这种情况下，切片厚度在扫描场的周围和扫描场的中心变得相等。

由于如上所述地控制应用于由属于多阵列X射线探测器24的中央通道的探测器元件或者属于其外围通道的探测器元件产生的投影数据项的滤波系数，所以可以根据切片与扫描场的中心有关还是与其周围有关来控制切片厚度。当待应用于由在阵列方向上并列的探测器元件产生的投影数据项的滤薄系数被用于略微增加切片厚度时，伪影和噪声可令人满意地被消除。因此，可以控制伪影或者噪声的消除程度。也就是说，可以控制三维重建断层摄影图像的质量、即xy平面上的图像质量。或者，确定待应用于由在阵列方向(z方向)上并列的探测器元件产生的投影数据项的滤波系数，以实现去卷积，由此可以重建覆盖小切片厚度的断层摄影图像。

在步骤S5，利用重建函数进行卷积。具体地，进行傅立叶变换，应用重建函数，并且然后进行傅立叶逆变换。在步骤S5的重建函数卷积过程中，假设已利用z滤波器被卷积的数据是数据Din，已利用重建函数被卷积的数据是数据Dout，且用于卷积的重建函数是函数Kernel(j)，如下表示该重建函数卷积：

公式5

Dout(view，j，i)＝Din(view，j，i)*Kernel(j)

由于重建函数Kernel(j)允许在每个探测器阵列j上单独地进行重建函数卷积，所以属于每个探测器阵列的探测器元件之间的噪声特征和分辨率特征的差异可被补偿。

在步骤S6，为了产生反投影数据项D3(x，y)，在已利用重建函数被卷积的投影数据项D0(view，j，i)上进行三维反投影。在定义为与z轴垂直的平面、即xy平面上三维地重建图像。在下文中，扫描场P应该平行于xy平面。以后将参照图5描述三维反投影。可以对从三维反投影中得出的断层摄影图像进行以后将描述的步骤11中的x和y方向上的偏移补偿。另外，考虑到在步骤12中补偿的z方向的偏移，可以进行三维反投影。

在步骤S7，为了完成断层摄影图像，对反投影数据项D3(x，y)进行包括图像滤波卷积和CT值转换的后处理。可以对其CT值已转换的断层摄影图像进行以后将描述的步骤S11的x和y方向偏移补偿。

在包括于后处理的图像滤波卷积的过程中，假设经过三维反投影的数据是数据Din(x，y，z)，经过图像滤波卷积的数据是数据Dout(x，y，z)，且图像滤波器是滤波器Filter(z)，如下表示图像滤波器卷积：

公式6

Dout(x，y，z)＝Din(x，y，z)*Filter(z)

由于可以单独地对每个探测器阵列j进行图像滤波卷积，所以可以补偿属于每个阵列的探测器元件之间的噪声特征和分辨率特征的差别。

在步骤S8，所得到的断层摄影图像被显示在显示器6上。

在步骤S9，根据三维图像像显示技术、MPR图像显示技术或者MIP图像显示技术显示断层摄影图像，这些图像通过连续地进行常规(轴向)扫描、电影扫描、螺旋扫描或者可变螺距螺旋扫描产生，从而依次在z方向被定义。

对于三维图像显示，可以进行以后将描述的x和y方向偏移补偿。另外，可以针对三维显示补偿z方向偏移。

图5是描述三维反投影的流程图(图4中的步骤S6)。

根据本发明，采用螺旋扫描。在定义为垂直于z轴的平面、即xy平面上三维地重建图像。在下文中，扫描场P应该平行于xy平面。

在步骤S61，用作包含在扫描场P中的像素的投影数据项Dr被采样为重建断层摄影图像所需的所有视图中的一个(即覆盖360°的视图或者覆盖180°和扇形束的角度之和的视图)。

如图6(a)和图6(b)所示，扫描场P应该是包含以行和列排列的512个像素并且平行于xy平面的方形域。例如，像素行L0开始于y坐标0并且平行于x轴，像素行L63开始于y坐标63，像素行L127开始于y坐标127，像素行L191开始于y坐标191，像素行L255开始于y坐标255，像素行L 319开始于y坐标319，像素行L 383开始于y坐标383，像素行L447开始于y坐标447，且像素行L511开始于y坐标511。图7中所示的行T0至T511的投影数据项被采样为像素行L0至L511的投影数据项Dr，将像素行L0至L511沿X射线的透射方向投影到多阵列X射线探测器24的表面上得到行T0至T511的投影数据项。

利用在X射线管21的焦点、像素、和多阵列X射线探测器24的几何位置确定X射线的透射方向。z坐标z(view)作为指示在射线照相台直线移动的z方向上的位置Ztable(view)的值，被附加到X射线探测器数据D0(view，j，i)中。因此，即使在加速或者减速过程中产生投影数据D0(view，j，i)，也可以精确地探测X射线的透射方向。

当一行的投影数据以与例如获得行T0的方式部分地从通道方向上的多阵列X射线探测器24获得时，投影数据Dr被设置为0s，其中在X射线透射方向上将像素行L0投影到多阵列X射线探测器24的表面上获得T0。另外，当一行的一部分得自z方向上的多阵列X射线探测器时，投影数据Dr被内插。

因此，如图8所示，对用作包含在扫描场P中的像素的投影数据项Dr(view，x，y)进行采样。

参照图5，在步骤S62，为了产生如图9所示的投影数据项D2(view，x，y)，使投影数据项Dr(view，x，y)乘以锥形束重建加权系数。

这里，下面将说明锥形束重建加权系数w(i，j)。通常，对于重建扇形束图像，假设连接X射线管2 1的焦点和视角view＝βa处的扫描场P(xy平面)中的像素g(x，y)的直线与X射线束的中心轴Bc相交的角度是γ，而对视角是view＝βb，如下表示对视角：

βb＝βa+180°-2γ

假设穿过扫描场P中的像素g(x，y)的X射线束与扫描场P相交的角度和反向X射线束与扫描场P相交的角度分别是αa和αb，使反投影数据项与依赖于角度的锥形束重建加权系数ωa和ωb的乘积相加，以便产生反投影像素数据D2(0，x，y)。

公式7

D2(0，x，y)  ＝ ωa·D2(0，x，y)_a+ωb·D2(0，x，y)_b

锥形束重建加权系数的和ωa+ωb是一(1)。

由于反投影数据项与依赖于角度的锥形束重建加权系数ωa和ωb的乘积被相加，所以锥形角伪影可被最小化。

例如，可以如下计算锥形束重建加权系数ωa和ωb。

假设扇形束的半角是γmax，建立以下关系：

公式8

ga＝f(γmax，αa，βa)

gb＝f(γmax，αb，βb)

xa＝2·ga^q/(ga^q+gb^q)

xb＝2·gb^q/(ga^q+gb^q)

wa＝xa²·(3-2xa)

wb＝xb²·(3-2xb)

(例如，q＝1)

例如，假设max[]表示提供最大值的函数，如下表示ga和gb：

公式9

ga＝max[0，{(π/2+γmax)-|βa|}]·|tan(αa)|

gb＝max[0，{(π/2+γmax)-|βb|}]·|tan(αb)|

对于扇形束图像重建，使扫描场P中的像素与距离系数相乘。假设从X射线管的焦点到属于包括在多阵列X射线探测器24中的探测器阵列j和通道i并且产生投影数据Dr的探测器元件的距离是r0，而从X射线管21的焦点到与投影数据Dr有关联的扫描场P中的像素的距离是r1，距离系数被表示为(r1/r0)²。

对于平行束图像重建，使扫描场P中的像素仅仅与锥形束重建加权系数w(i，j)相乘。

在步骤S63，如图10所示，投影数据项D2(view，x，y)被逐像素地与反投影数据项D3(x，y)相加。

在步骤S64，针对重建断层摄影图像所需所有视图(即覆盖360°的视图或者覆盖180°+扇形束角度的视图)重复执行步骤S61至S63。这产生如图10所示的反投影数据项D3(x，y)。

如图11(a)和图11(b)所示，扫描场P可以是圆形的。

图12、图13、图17、图18、图19、图20、图23、图24和图25与图3中所述的步骤S11的x和y方向偏移补偿有关。

在X射线CT系统中，当采用螺旋扫描时，随着射线照相台在z方向上的移动，断层摄影图像的中心不断地彼此偏移，如图12所示。当采用常规(轴向)扫描或者电影扫描时，在z方向中定义的并且通过进行扫描产生的断层摄影图像的中心随着检查台在z方向上的移动而在xy平面上彼此偏移。这是由于托架的弯曲或者对象躯体的运动引起的。

图17示出在z方向上定义的断层摄影图像在y方向上的偏移的幅度。通常，根据常规(轴向)扫描、电影扫描、或者螺旋扫描由X射线CT系统产生的每个断层摄影图像在x和y方向上的偏移取决于z方向上的位置，并且应该分别由Dx(Gi)和Dy(Gi)来表示。

如下测量偏移Dx(Gi)和Dy(Gi)。

图18、图19和图20涉及特征点提取方法，图23涉及图案匹配方法，图24涉及投影数据图案匹配方法。

图18描述一种按照基于边缘分布测量的特征参数方法所遵循的程序。

如果局部放大的断层摄影图像没有示出托架，那么从中采集原始数据项以便产生投影数据项的扫描视场被用于重建显示托架的图像。

在步骤S1101，表示托架的CT值的范围被设置为从CT值CT_CL到CT值CT_CH，并且二进制编码包含在扫描场中的像素，以便表示CT值的范围的像素可以是1s。二进制编码使表示托架和对象的一部分的像素为1s。因此，托架的至少一种表示的形状和位置被提取。

在步骤S1102，利用由包含在二进制编码的图像中的像素表示和得自在x方向上采集的数据项的值产生分布(边缘分布)，从在y方向上采集的数据项中测量指示托架表示的最低位置的下限y_CL。在x方向上对在步骤S1102产生的在二进制编码的图像中表示1s的像素的数目进行计数，由此，产生在x方向上测量的值的分布图(边缘分布)。如图16所示，在x方向上的边缘分布的最低点对应于表示托架底部的坐标，并且该坐标被认为是下限y_CL，该下限y_CL是指示托架表示的最低位置的z坐标。

在步骤S1103，检查在z方向上定义的所有断层摄影图像G1至Gn来查看它们是否被处理过，以便检测下限y_CL(G_i)。如果没有检测出下限，则执行步骤S1101。如果检测出下限，则执行步骤S1104。因此，在断层摄影图像中表示托架的z坐标被检测到。

在步骤S 1104，在y方向上指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示的参考位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀被认为是断层摄影图像G_i在y方向上偏移的补偿值。计算在断层摄影图像中的托架表示的位置与托架表示的参考位置y₀的偏移，并且在y方向上的偏移的补偿值被计算。

在步骤S1105，在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在y方向上移动偏差补偿值D(G_i)。因此，在x和y方向上的偏移被补偿。当在为了显示而重建的过程中移动图像时，扫描场的中心被移动偏差补偿值。因此，所重建的断层摄影图像被移动。

替代步骤S1102，可以直接从投影数据项的边缘分布中探测托架表示的位置。

图30示出投影数据项的边缘分布。在视角0°产生的投影数据项的边缘分布(分布图)和在视角90°产生的投影数据的边缘分布(分布图)可以通过重投影断层摄影图像来产生。另外，利用扇形束产生的投影数据项可以被转换成利用平行光线束产生的投影数据项，并且所得到的数据项可以在x或者y方向上等距地被定义。即使在这种情况下，类似于图18所示的情况，发生在y方向上的托架表示的位置偏移的幅度也可被测量。

下面，将描述按照基于图19和图20所述的特征参数测量的特征参数提取方法要遵循的程序。

如果局部放大的断层摄影图像没有示出托架，那么从中采集原始数据项以便产生投影数据项的扫描视场被用于重建显示托架的图像。

在步骤S1111，表示托架的CT值的范围被设置为从CT值CT_CL到CT值CT_CH，并且二进制编码包含在扫描场中的像素，以便表示CT值的范围的像素可以是1s。二进制编码使表示托架和对象的一部分的像素为1s。因此，托架的至少一种表示的形状和位置被提取。

在步骤S1112，利用用于扩展的逻辑滤波器，将二进制编码的图像扩展m1倍。

图21示出用于扩展的逻辑滤波器的例子。

在步骤S1113，利用用于收缩的逻辑滤波器，将已被扩展的二进制编码的图像收缩m2次。

图22示出用于收缩的逻辑滤波器的例子。

在步骤S1114，通过标记对连续位的域编号。

标记可能包括四个或者八个邻域。

在步骤S1115，测量各个域的特征参数。

要测量的特征参数被认为包括面积、外接矩形的纵向和横向长度、周长、圆度、平均密度(平均CT值)、和密度(CT值)的标准差。

在步骤S1116，逻辑上检查各个域的特征参数，以便提取表示托架的域。

应该事先确定可被认为表示托架的特征参数值的容许范围。在这种情况下，应该关于每组射线照相条件，确定涉及任意射线照相条件的特征参数的值的容许范围。

在步骤S1117，检查在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G₁至G_n来查看它们是否被处理过，以便测量指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)或者指示托架表示在横向(x方向)上的中心位置的中心值X_c(G_i)。如果没有处理过所有断层摄影图像G₁至G_n，则执行步骤S1111。如果已经处理了所有断层摄影图像G₁至G_n，则执行步骤S1118。因此，在每个断层摄影图像中指示托架表示的位置的z坐标被探测到。

在步骤S1118，指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考最低位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀，和指示托架表示中心位置的中心值X_c(G_i)与指示托架表示在x方向上的中心位置的参考中心值X_c的差D_x(G_i)＝X_c(G_i)-X_c，分别被认为是相应的断层摄影图像G_i在y方向上的偏移补偿值及其在x方向上的偏移补偿值。因此，在相应断层摄影图像中的托架表示的位置与托架表示的参考位置y₀的偏差被检测，并且在y方向上的偏差补偿值被计算。

在步骤S1119，在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在x和y方向上移动偏差补偿值D_x(G_i)和D_y(G_i)。因此，在x和y方向上的偏移被补偿。当在图像重建的过程中移动图像时，扫描场的中心被移动偏差补偿值。因此，所重建的断层摄影图像被移动。

下面，将描述图23所述的按照图案匹配方法遵循的程序。

顺便提及，如果局部放大的断层摄影图像没有显示托架，那么从中采集原始数据项以便产生投影数据项的扫描视场被完全用于重建显示托架的图像。

在步骤S1121，表示托架的CT值的范围被设置为从CT值CT_CL到CT值CT_CH，并且二进制编码包含在扫描场中的像素，以便表示CT值的范围的像素可以是1s。二进制编码使表示托架和对象的一部分的像素为1s。因此，托架的至少一种表示的形状和位置被提取。

在步骤S1122，使事先记录的标准托架图案的二进制编码的图像与二进制编码的图像相匹配，以便测量相关性水平C_i(x，y)。由用大的相关性水平标识的x坐标和y坐标指示的位置指的是托架表示的位置。

公式10

相关性水平

$C_i(x,y)=\frac{B(X,Y)*P(X-x,Y-y)}{\left|B(x,y)\right|\·\left|P(x,y)\right|}$

通过在x方向和然后在y方向上扫描事先记录的标准托架图案并且通过在由x坐标和y坐标指示的图像中扫描所有点，来计算相关性水平C_i(x，y)。当表示类似形状的域适合托架图案时，相关性水平采取大的值。如果事先已知断层摄影图像显示托架的事实，那么用采取最大值的相关性水平C_i(x，y)表示的点被认为是托架表示的位置。

为了计算相关性水平C_i(x，y)，事先记录的标准托架图案和要检查以查看它是否显示托架的断层摄影图像可能是二进制编码的图像或者由灰度(CT值)表示的灰度图像。通常，已知使用灰度图像来保证位置检测中的高精度。

在步骤S1123，检查在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G₁至G_n，来查看它们是否被处理过，以便测量指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)或者测量指示托架表示的横向(x方向)上的中心位置的中心值X_c(G_i)。如果没有处理过所有断层摄影图像G₁至G_n，则执行步骤S1121。如果已经处理了所有断层摄影图像G₁至G_n，则执行步骤S1124。因此，在每个断层摄影图像中指示托架表示的位置的z坐标被探测。

在步骤S1124，下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考最低位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀，和指示托架表示的中心位置的中心值X_c(G_i)与指示托架表示在x方向上的参考中心位置X_c的差D_x(G_i)＝X_c(G_i)-X_c，分别被认为是相应的断层摄影图像G_i在y方向上的偏移补偿值及其在x方向的偏移补偿值。因此，在相应断层摄影图像中的托架表示的位置与托架表示的参考位置y₀的偏移被测量，并且在y方向上的偏移补偿值被测量。

在步骤S1125，在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在x和y方向上移动偏移补偿值D_x(G_i)和D_y(G_i)。因此，在x和y方向上的偏移被补偿。当在图像重建的过程中移动图像时，扫描场的中心被移动偏移补偿值。因此，所重建的断层摄影图像被移动。

下面，将描述图24所述的按照投影数据图案匹配方法遵循的程序。

顺便提及，如果局部放大的断层摄影图像没有显示托架，那么从中采集原始数据项以便产生投影数据项的扫描视场被完全用于重建显示托架的图像。

在步骤S1131，通过在投影方向θ用X射线照射托架事先产生投影数据项ProjC(θ，S)。另外，进行再投影，以便产生投影数据项ProjC(θ，S)。

为了使投影数据与通过在方向θ用X射线照射托架产生并事先记录的投影数据项相关联，包含在断层摄影图像中的在方向θ上采集的数据项被再投影，以便产生投影数据项。在步骤S1132，将在步骤S1131通过在每个投影方向上再投影从托架中采集的数据项所产生的投影数据项ProjC(θ，S)，与通过在每个相同的投影方向θ用X射线照射对象产生的投影数据项ProjC(θ，S)相关联。然后测量一致坐标S(θ)。为了测量一致坐标S(θ)，针对所有投影方向θ执行这些步骤。在方向θ通过将X射线投影到托架产生并事先记录的投影数据项、通过再投影包含在断层摄影图像中并在方向θ采集的数据项所产生的投影数据项、和通过再投影断层摄影图像所产生的投影数据项之间的相关性C(S，θ)的值被检查，以便测量用最大相关值C(S，θ)表示的坐标S(θ)。

在步骤S1133，使在步骤S1132测量的坐标S(θ)的轨迹与正弦曲线A＝sin(θ+a)拟和，以便检测最佳A和a。托架被定位于距离旋转中心A处。托架的位置在利用投影角所确定的方向a上被检测。

在步骤S1134，检查在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G₁至G_n来查看它们是否被处理过，以便测量指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)或者指示托架表示的横向(x方向)上的中心位置的中心值X_c(G_i)。如果没有处理过所有断层摄影图像G₁至G_n，则执行步骤S1131。如果已经处理了所有断层摄影图像G₁至G_n，则执行步骤S1135。因此，在每个断层摄影图像中指示托架表示的位置的z坐标可以被检测。

在步骤S1135，指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考最低位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀，和指示托架表示中心位置的中心值X_c(G_i)与指示托架表示在x方向上的参考中心位置X_c的差D_x(G_i)＝X_c(G_i)-X_c，分别被认为是相应的断层摄影图像G_i在y方向和x方向上的偏移补偿值。因此，在相应断层摄影图像中的托架表示的位置与托架表示的参考位置y₀的偏移被识别，并且在y方向上的偏移补偿值被测量。

在步骤S1136，在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在x和y方向上移动偏移补偿值D_x(G_i)和D_y(G_i)。因此，在x和y方向上的偏移被补偿。当通过图像重建移动图像时，扫描场的中心被移动偏移补偿值，并且得到的扫描场被用于重建图像。因此，所重建的断层摄影图像被移动。

在上述描述中，托架被用于表示断层摄影图像的参考位置。尤其当头部被扫描时，如图28所示的头部支持架可被用于表示参考位置。特征参数可被测量，以便检测头部支持架的表示的位置，或者相关性函数可被用于检测该位置。

考虑到对象的连续性，可以利用代表表示对象表面或其骨头的高CT值的像素检测在xy平面上定义的对象的运动，并且可基于所检测的运动补偿断层摄影图像在x和y方向上的偏移。

图29是描述利用对象躯体的表面作为参考修正偏移的x坐标和y坐标的流程图。

在步骤S1151，值i被初始化为1。

在步骤S1152，在第i个断层摄影图像中表示对象躯体的表面的CT值的范围被设为从CT值CT_BL至CT值CT_BH。组成第i个断层摄影图像的像素是二进制编程的，使得代表该CT值范围的像素为1s。

此时，允许消除托架和紧接对象躯体表面的其他物体的表示的CT值的范围被确定。

在步骤S1153，进行编号(标记)。

如果由于图像中的噪声不能进行标记，那么前述扩展逻辑滤波器和收缩滤波器被用于改善计数行。然后重新进行标记。

在步骤S1154，所标记的域的特征参数被测量。

在步骤S1155，不表示对象躯体表面的域在逻辑上被清除。

为了有效提取表示对象躯体表面的域，与哪些域被检查相关的逻辑或者阈值应该根据诸如对象头部或者腹部的区域被改变。

在步骤S1156，使第i+1或者第i二进制编码的断层摄影图像彼此相匹配，以便测量相关性水平Ci(x，y)。用大的相关性水平标识的坐标对(x，y)被认为是表示偏移(Δx，Δy)的偏移的坐标。

公式11

相关性水平

$C_i=\frac{G_1(x,y)*G_{i+1}(x,y)}{\left|G_1(x,y)\right|\·\left|G_{i+1}(x,y)\right|}$

在这种情况下，代替利用二进制编码的图像计算相关性水平，可以使用灰度图像计算相关性水平。使用灰度图像将提高精度。

在步骤S1157，在z方向上定义的所有断层摄影图像G1至Gn被检查以查看它们是否被处理，以便测量表示偏移(Δx，Δy)的偏移的坐标P。如果所有断层摄影图像G1至Gn已被处理，那么控制被转到步骤S1158。如果没有处理所有断层摄影图像G1至Gn，那么控制被转到步骤S1159。

在步骤S1158，一个断层摄影图像与另一断层摄影图像的偏移被补偿。

公式12

G_i(x′，y′)  ＝G_i(x+Δx，y+Δy)

在步骤S1159，增加断层摄影图像的数目。然后，控制被转到步骤S1152，并且下一断层摄影图像被处理。

第一实例

将关于常规(轴向)扫描或者电影扫描描述第一实例。

如图14所示，尤其在步骤S1，以等于或者小于穿过旋转中心的X射线束在z轴上的宽度D的长度为单位移动射线照相台10的支架12。为了从并列于z方向上的对象切片中采集数据项，进行常规(轴向)扫描或者电影扫描，由此采集X射线探测器数据项。这里，X射线探测器数据项D0(view，j，i)中的每一个用视角view、探测器阵列数目j、和通道数目i标识，并且每一个都被附加射线照相台直线移动的z方向上的位置Ztalbe(view)。

当在z方向上连续地进行常规(轴向)扫描或者电影扫描时，可以在连续扫描之间没有间隔的情况下在z方向上连续地进行扫描，如图15所示。如图16所示，可以在z方向上连续地进行常规(轴向)扫描或者电影扫描，使得连续扫描将部分地彼此一致。在图16所示的情况下，因为图像质量由于大的锥角而下降，可以在z方向上连续地进行扫描，以便连续扫描将部分地彼此一致，所述大的锥角即由包含X射线探测器元件阵列中远离中心的那些的平面定义的X射线束的大角度，其中所述X射线探测器元件在z方向上并列并且包括在多阵列X射线探测器或者两维X射线面探测器中。可以通过使断层摄影图像相加改善图像质量。

在步骤S2，进行前述预处理。

在步骤S3，补偿射束硬化伪影。

在步骤S4，使用z滤波器进行卷积。

在步骤S5，使用重建函数来进行卷积。

在步骤S6，进行三维反投影。

在步骤S6的图像重建过程中，或者在步骤S7或步骤S8的图像显示过程中，可以进行步骤S11的在y方向或者在x方向上的偏移补偿和步骤S21的在z方向上的偏移补偿。

当如在图24中的步骤S1131至S1136所述，采取投影数据图案匹配方法时，在步骤S2、S3、S4和S5中任一个根据投影数据图案匹配方法，检测待用作参考的在相应断层摄影图像中的托架表示的位置。在步骤S6的三维反投影过程中，扫描场的中心移动偏移补偿值。固此，在x和y方向上的偏移被补偿。

在y方向上的偏移可以利用通过如在图18的步骤S1101至S1105所述的边缘分布测量所提取的特征参数被补偿。

在x和y方向上的偏移可以利用通过在图19的步骤S1111至S1116所述的边缘分布测量所提取的特征参数被补偿。

在x和y方向上的偏移可以根据在图19的步骤S1121至S1125所述的图案匹配方法被补偿。根据基于边缘分布的特征参数提取方法、基于特征参数测量的特征参数提取方法和图案匹配方法这三种方法，通过三维反投影重建的断层摄影图像被用于测量偏移。在步骤S7的后处理、步骤S8的断层摄影图像显示、或者步骤S9的三维图像显示的过程中，在y方向上的偏移或者在x和y方向上的偏移可被补偿。即使当如图24所述采用投影数据匹配方法时，在步骤S7的后处理、步骤S8的断层摄影图像显示、或者步骤S9的三维图像显示的过程中，在y方向上的偏移或者在x和y方向上的偏移也可被补偿。

如图26所述进行操作。

在步骤H1，连续地进行常规(轴向)扫描、电影扫描、或者螺旋扫描，以便重建断层摄影图像。

在步骤H2，计算在图像被重建的地方获得的托架12的高度和这些地方的位置。

在步骤H3，使用在步骤H2所计算的托架12的高度来计算表示x和y方向的偏移或者发生在z方向上的位置处的y方向的偏移的坐标矢量。

在步骤H4，将表示x和y方向的偏移或者y方向的偏移的坐标矢量记录在包含图像数据的文件或者不同于图像数据文件的文件中。

在步骤H5，在三维图像显示、MPR图像显示或者MIP图像显示过程中，使用在步骤H3被计算的表示偏移的坐标矢量来补偿在y方向上的偏移或者在x和y方向上的偏移。

在常规(轴向)扫描或者电影扫描中，在每次扫描中测量指示在射线照相台被移动的z方向上所扫描的位置的坐标。因此，可以补偿z方向上的偏移。

第二实例

在该第二实例中，采用螺旋扫描。不补偿所有断层摄影图像在y方向上的偏移，但是补偿变薄的断层摄影图像在y方向上的偏移。可以预期与使用常规(轴向)扫描或者电影扫描所提供的优点相同的优点。

图27是描述该程序的流程图。

在步骤H1，连续地进行螺旋扫描。在z方向的相应地方重建一些断层摄影图像。

在步骤H2，计算在图像被重建的地方获得的托架12的高度和这些地方的位置。

在步骤H3，在步骤H2所计算的托架12的高度被用于计算表示在z方向的位置处出现的y方向上的偏移的坐标矢量。

在步骤H4，表示y方向上的偏移的坐标矢量被记录为图像数据的部分。

在步骤H5，在三维显示、MPR显示、或者MIP显示过程中，表示在步骤H3所计算的偏移的坐标矢量被用于补偿偏移。

第三实例

如图31所示，在该第三实例中，在扫描机台架20倾斜的情况下在扫描位置连续地进行常规(轴向)扫描或者电影扫描。由于在x和y方向上的偏移、在y方向上的偏移、或者在x、y和z方向上的偏移得到补偿，由切片转换产生的图像将比通常情况具有更好的质量。

第四实例

如图32所示，在该第四例子中，在扫描机台架20倾斜的情况下连续地进行螺旋扫描。对所产生的图像进行处理，以便补偿在x和y方向上的偏移、在y方向上的偏移、或者在x、y和z方向上的偏移。由切片转换产生的图像比通常情况具有更好的质量。

在X射线CT系统100中，如果实现按照本发明的X射线CT系统或者X射线成像方法，那么可以改善通过连续进行常规(轴向)扫描、电影扫描或者螺旋扫描产生的三维显示图像、MPR显示图像或者MIP显示图像的质量。

关于图像重建方法，可以采用基于已知的Feldkamp技术的三维图像重建方法。其他三维图像重建方法或者两维图像重建方法也可以。

另外，在本实施方案中，与由并列于阵列方向(在z方向)的探测器元件产生的投影数据项卷积的滤波系数根据探测器阵列被改变。尤其当采用常规(轴向)扫描时，调整由于锥角差引起的图像质量的差别，使得每个探测器阵列都可以实现均匀的切片厚度，并且保证均匀的图像质量(就伪影和噪声而言)。可以以各种方式大概地确定滤波系数。总之，能够给出相同的优点。

不仅能够将本发明应用于医学用途的X射线CT系统，而且能够应用于工业用途的X射线CT系统，或者应用于诸如X射线CT PST系统和X射线CT SPECT系统的与其他系统组合的X射线CT系统。

附图标记

1：操作人员控制台

2.输入设备

3：中央处理器

5：数据收集缓冲器

6：显示器

7：存储单元

10：射线照相台

12：托架

15：旋转器

20：扫描机台架

21：X射线管

22：X射线控制器

23：准直器

24：多阵列X射线探测器

25：数据采集系统(DAS)

26：旋转器控制器

27：扫描机台架倾斜控制器

29：控制单元

30：滑环

dp：探测器表面

P：扫描场

PP：投影平面

IC：旋转中心(等角点)

图3：

S1：采集数据

S2：进行预处理

S3：补偿射束硬化伪影

S4：利用z滤波器进行卷积

S5：利用重建函数进行卷积

S6：进行三维反投影

S7：进行后处理

S8：显示断层摄影图像

S9：显示三维图像

图4：

S21：进行偏移消除

S22：进行对数转换

S23：校正X射线剂量

S24：校正灵敏度

图5：

S61：对用作包含在扫描场P中的像素的投影数据项进行采样

S62：使投影数据项Dr乘以锥形束重建加权系数，从而产生反投影数据项D2

S63：逐个像素地将反投影数据项D2加到反投影数据项D3

S64：从图像重建所需的所有视图中产生的反投影数据项D2已被相加？

图18

步骤S1101：将表示托架的CT值范围设置为从CT_CL至CT_CH，并且二进制编码像素，以便表示CT值范围的像素为1s

步骤S1102：产生包含在二进制编码的图像中并且得自在x方向上采集的数据项的像素的值的分布图(边缘分布)，并且检测在y方向上指示托架表示的最低位置的下限y_CL

步骤S1103：在z方向上定义的所有断层摄影图像G₁至G_m均已被处理以检测下限y_CL(G_i)？

步骤S1104：把托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀看作断层摄影图像G_i在y方向上偏移的补偿值

步骤S1105：在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在y方向上移动偏移的补偿值D(G_i)

图19

步骤S1111：将表示托架的CT值的范围设置为从CT_CL至CT_CH，并且二进制编码像素，使得表示CT值范围的像素为1s

步骤S1112：利用用于扩展的逻辑滤波器将二进制编码的图像扩展m1次

步骤S1113：利用用于收缩的逻辑滤波器将二进制编码的图像收缩m2次

步骤S1114：通过标记对连续位的域编号

步骤S1115：测量各个域的特征参数

步骤S1116：逻辑检查各个域的特征参数，以便提取表示托架的域

图20

步骤S1117：在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G₁至G_n已被处理以检测指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)？另外，指示托架表示在横向(x方向)上的中心位置的中心值X_c(G_i)已被检测？

步骤S1118：指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考最低位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀，和指示托架表示中心位置的中心值X_c(G_i)与指示托架表示在x方向上的参考中心位置X_c的差D_x(G_i)＝X_c(G_i)-X_c，分别被认为是断层摄影图像G_i在y方向上的偏移补偿值及其在x方向上的偏移补偿值

步骤S1119：在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在x和y方向上移动偏移补偿值D_x(G_i)和D_y(G_i)

图23

步骤S1121：将表示托架的CT值的范围设置为从CT_CL至CT_CH，并且二进制编码像素，使得表示CT值范围的像素为1s

步骤S1122：使托架图案的二进制编码图像与二进制编码图像相匹配，以便测量相关性水平C_i(x，y)，并且根据用大的相关性水平 $C_i(x,y)=\frac{B(X,Y)*P(X-x,Y-y)}{\left|B(x,y)\right|\·\left|P(x,y)\right|}$ 表示的x坐标和y坐标检测托架表示的位置

步骤S1123：在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G₁至G_n已被处理以检测指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)？另外，指示托架表示在横向(x方向)上的中心位置的中心值X_c(G_i)已被检测？

步骤S1124：分别把指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考最低位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀，和指示托架表示中心位置的中心值X_c(G_i)与托架表示在x方向上的参考中心值X_c的差D_x(G_i)＝X_c(G_i)-X_c，认为是断层摄影图像G_i在y方向上偏移的补偿值及其在x方向偏移的补偿值

步骤S1125：在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在x和y方向上移动偏移的补偿值D_x(G_i)和D_y(G_i)

图24

步骤S1131：通过在投影方向θ用X射线照射托架事先产生投影数据项ProjC(θ，S)，或者进行再投影来产生投影数据项ProjC(θ，S)

步骤S1132：使在步骤S1121通过在投影方向θ上再投影从托架采集的数据项所产生的投影数据项ProjC(θ，S)与通过在相同的投影方向用X射线照射对象所产生的投影数据项ProjC(θ，S)相关联，以便测量一致坐标S(θ)

针对所有投影方向θ重复相同处理，以便测量相同的坐标S(θ)

步骤S1133：将坐标S(θ)与正弦曲线A＝sin(θ+a)拟和，以便检测离托架所在的旋转中心的距离，和利用托架位于距离A时所在的投影角度确定的方向

步骤S1134：在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G₁至G_n已被处理，以检测指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)？另外，指示托架表示在横向(x方向)上的中心位置的中心值X_c(G_i)已被检测？

步骤S1135：分别把指示托架表示的最低位置的下限y_CL(G_i)与托架表示在y方向上的参考最低位置y₀的差D_y(G_i)＝y_CL(G_i)-y₀，和指示托架表示中心位置的中心值X_c(G_i)与托架表示在x方向上的参考中心位置X_c的差D_x(G_i)＝X_c(G_i)-X_c，认为是断层摄影图像G_i在y方向上偏移的补偿值及其在x方向偏移的补偿值

步骤S1136：在校正CT值之后通过三维反投影或者在图像重建过程中通过三维显示，将断层摄影图像在x和y方向上移动偏移的补偿值D_x(G_i)和D_y(G_i)

图26

步骤H1：连续地进行常规(轴向)扫描、电影扫描或者螺旋扫描，以便重建所有断层摄影图像

步骤H2：计算在图像被重建的地方得到的托架12的高度和这些地方的位置

步骤H3：使用在步骤H2所计算的托架12的高度来计算表示在x和y方向上的偏移或者发生在z方向上的位置上的y方向上的偏移的坐标矢量

步骤H4：将表示x和y方向上的偏移或者y方向或者x和y方向上的偏移的坐标矢量记录在包含图像数据的文件或者其它文件中

步骤H5：在三维显示、MPR显示或者MIP显示过程中，使用在步骤H3所计算的表示偏移的坐标矢量来补偿x和y方向上的偏移

图27

步骤H11：连续地进行螺旋扫描并且在z方向上的相应位置重建一些图像

步骤H12：计算在图像被重建地方获得的托架12的高度和这些地方的位置

步骤H13：使用在步骤H12所计算的托架12的高度来计算表示在x和y方向上的偏移或者发生在z方向上的位置上的y方向上的偏移的坐标矢量

步骤H14：将表示x和y方向上的偏移或者y方向上的偏移的坐标矢量记录在包含图像数据的文件或者其它文件中

步骤H15：在三维显示、MPR显示或者MIP显示过程中使用在步骤H13所计算的坐标矢量来补偿偏移

图29

步骤S1151：将值i初始化为1

步骤S1152：将在第i个断层摄影图像中表示对象躯体表面的CT值的范围设置为从CT_BL至CT_BB，并且二进制编码像素，以便表示CT值范围的像素为1s

步骤S1153：通过标记对域进行编号

步骤S1154：测量所标记的域的特征参数

步骤S1155：逻辑清除不表示对象躯体表面的域

步骤S1156：使第i+1或者第i二进制编码的断层摄影图像彼此相匹配，以便测量相关性水平C_i(x，y)，并且把用大的相关性水平表示的x坐标和y坐标对看作表示偏移(Δx，Δy)的偏移的坐标。

相关性水平 $C_i=\frac{C_1(x,y)*G_{i+1}(x,y)}{\left|G_1(x,y)\right|\·\left|G_{i+1}(x,y)\right|}$

步骤S1157：在z方向上连续定义的所有断层摄影图像G_i至G_n已被检查，以查看它们是否被处理以测量表示偏移(Δx，Δy)的偏移的坐标

步骤S1158：补偿一个断层摄影图像与另一断层摄影图像的偏移

步骤S1159：使值i增加1

Claims (19)

1.一种X射线CT系统，包括：

X射线数据收集装置，其使得X射线发生器和两维X射线面探测器围绕位于其间的旋转中心旋转，并且收集透过躺在其间的对象的X射线产生的投影数据项，所述两维X射线面探测器位于所述X射线发生器的对面以便探测X射线，并且由以矩阵的形式排列的探测器元件构成；

图像重建装置，其根据由X射线数据收集装置收集的投影数据项重建图像；和

图像显示装置，其显示所重建的断层摄影图像，其中

该图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移，补偿x方向和y方向上的偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

2.一种X射线CT系统，包括：

X射线数据收集装置，其使得X射线发生器和两维X射线面探测器围绕位于其间的旋转中心旋转，并且收集透过躺在其间的对象的X射线产生的投影数据项，所述两维X射线面探测器位于所述X射线发生器的对面以便探测X射线，并且由以矩阵的形式排列的探测器元件构成；

图像重建装置，其根据由X射线数据收集装置收集的投影数据项重建图像；和

图像显示装置，其显示所重建的断层摄影图像，其中

该图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移及其在垂直的y方向上的偏移，补偿x方向和y方向上的偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

3.按照权利要求1或者2所述的X射线CT系统，其中包括在X射线数据收集装置中的两维X射线面探测器是多阵列X射线探测器。

4.按照权利要求1或者2所述的X射线CT系统，其中包括在X射线数据收集装置中的两维X射线面探测器是平面X射线探测器，所述平面X射线探测器包括平板X射线探测器。

5.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行螺旋扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且显示所得到的断层摄影图像。

6.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行螺旋扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且重建所得到的断层摄影图像。

7.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行常规(轴向)扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且显示所得到的断层摄影图像。

8.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行常规(轴向)扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且重建所得到的断层摄影图像。

9.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行电影扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且显示所得到的断层摄影图像。

10.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行电影扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且重建所得到的断层摄影图像。

11.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行可变螺距螺旋扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且显示所得到的断层摄影图像。

12.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置检测每个断层摄影图像中的参考点，所述断层摄影图像通过在与定义该断层摄影图像的xy平面垂直的z方向上连续地进行可变螺距螺旋扫描而产生；通过测量参考点的偏移来测量每个断层摄影图像在水平的x方向上的偏移和及其在垂直的y方向上的偏移；补偿x方向和y方向上的偏移；并且重建所得到的断层摄影图像。

13.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置使用对象支撑单元的部分或者全部的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来补偿x方向和y方向上的偏移。

14.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置使用对象支撑单元的部分或者全部的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来补偿x方向和y方向上的偏移。

15.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置使用部分或者整个对象支撑单元的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来显示断层摄影图像。

16.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置使用部分或者整个对象支撑单元的表示作为每个断层摄影图像中的参考点来重建断层摄影图像。

17.按照权利要求或2所述的X射线CT系统，其中图像重建装置采用三维图像重建。

18.按照权利要求1所述的X射线CT系统，其中图像显示装置不仅补偿断层摄影图像在x和y方向上的偏移，而且补偿其在z方向上的偏移，并且显示所得到的断层摄影图像。

19.按照权利要求2所述的X射线CT系统，其中所述图像重建装置不仅补偿断层摄影图像在x和y方向上的偏移，而且补偿其在z方向上的偏移，并且重建所得到的断层摄影图像。

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