JP2002058666A - X-ray computer-aided tomograph - Google Patents

X-ray computer-aided tomograph

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JP2002058666A
JP2002058666A JP2001183492A JP2001183492A JP2002058666A JP 2002058666 A JP2002058666 A JP 2002058666A JP 2001183492 A JP2001183492 A JP 2001183492A JP 2001183492 A JP2001183492 A JP 2001183492A JP 2002058666 A JP2002058666 A JP 2002058666A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the quality of an area where an X-ray beam of k-th rotation image and an X-ray beam of k+1-th rotation image overlap. SOLUTION: This X-ray computer-aided tomograph is equipped with an X-ray source 3 to generate X-rays with a width in the axis direction of a subject's body, a multichannel type X-ray detector 5, and a reconstruction processing part 12 to spirally scan by relative movement and relative rotation movement of the X-ray-source and the subject to reconstruct the image. Spiral scanning is executed making the pitch of the spiral scanning non-integer times as much as the basic slice thickness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コーンビーム状の
X線で被検体をヘリカルスキャンするX線コンピュータ
断層撮影装置(X線CT装置)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray computed tomography apparatus (X-ray CT apparatus) for helically scanning an object with cone-beam X-rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】第3世代CTとは、図16に示すよう
に、X線束を発生するX線管と、被検体を挟み対向する
位置にあるX線検出器とが被検体の回りを回転しながら
様々な角度からの投影データを収集する方式として定義
される。従来X線束はファンビーム状のX線束、検出器
は1次元アレイ型検出器であった。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 16, an X-ray tube for generating an X-ray flux and an X-ray detector at a position facing and sandwiching the subject rotate around the subject as shown in FIG. While collecting projection data from various angles. Conventionally, the X-ray flux has been a fan beam-shaped X-ray flux, and the detector has been a one-dimensional array type detector.

【0003】スキャン方式は、コンベンショナルスキャ
ン方式と、ヘリカルスキャン方式の2種類がある。コン
ベンショナルスキャン方式とは、図17(a)に示すよ
うにX線管が同一の円軌道を周回するスキャン方法とし
て定義される。ヘリカルスキャン方式とは、図17
(b)に示すようにX線源と検出器とは被検体の回りを
連続的に回転し、その回転と同期して被検体を載置した
寝台が体軸に沿って移動するスキャン方式として定義さ
れ、被検体と共に移動する移動座標系を考えると、X線
管がらせん軌道を描くことからこの名称が使われてい
る。なお、移動座標系において、X線管が1回転する間
に変位する体軸方向すなわちZ軸方向の距離は、ヘリカ
ルピッチとして定義される。
[0003] There are two types of scan systems, a conventional scan system and a helical scan system. The conventional scan method is defined as a scan method in which the X-ray tube orbits the same circular orbit as shown in FIG. Figure 17 shows the helical scan method.
As shown in (b), the X-ray source and the detector rotate continuously around the subject, and the bed on which the subject is placed moves along the body axis in synchronization with the rotation. Given a moving coordinate system that is defined and moves with the subject, this name is used because the X-ray tube draws a spiral trajectory. In the moving coordinate system, the distance in the body axis direction, that is, the Z-axis direction, which is displaced during one rotation of the X-ray tube is defined as a helical pitch.

【0004】近年、第3世代あるいは第4世代のCTに
おいて、ファンビーム状のX線束ではなく体軸方向に広
がりを持ったコーンビーム状のX線束を発生するX線管
と、X線検出器が複数の1次元アレイ型検出器をZ軸方
向に複数列例えばN列積み重ねたように検出器素子がマ
トリクス状に配列された2次元アレイ型検出器をもつC
Tが知られており、これをコーンビームCTと称する。
[0004] In recent years, in the third or fourth generation CT, an X-ray tube which generates a cone beam X-ray beam which spreads in the body axis direction instead of a fan beam X-ray beam, and an X-ray detector Has a two-dimensional array detector in which detector elements are arranged in a matrix such that a plurality of one-dimensional array detectors are stacked in a plurality of rows, for example, N rows in the Z-axis direction.
T is known and is referred to as cone beam CT.

【0005】ここで、図18及び図19に示すように、
ある1列の検出器列へ入射するX線ビームを考え、その
X線ビームが回転中心(Z軸すなわち撮影領域FOVの
中心)を通過するときのZ軸方向の厚みととして定義す
る。また第3世代のコーンビーCTにおける撮影領域
は、Z軸を中心とした半径ωの円筒として定義される。
コーンビームCTでコンベンショナルスキャン方式でス
キャンした場合の画像再構成方法は、幾つか知られてお
り、例えば次の文献がある。
Here, as shown in FIGS. 18 and 19,
Consider an X-ray beam incident on a certain detector row, and define the X-ray beam as the thickness in the Z-axis direction when the X-ray beam passes through the center of rotation (Z-axis, ie, the center of the imaging region FOV). The imaging region in the third-generation Cornbee CT is defined as a cylinder having a radius ω centered on the Z axis.
Several image reconstruction methods are known when scanning is performed by a conventional scan method using a cone beam CT.

【0006】(文献1)”Practical cone-beam algori
thm ” L.A.Feldkamp,L.C.Davis,and J.W.Kress J.Opt.Soc.Am.A/Vol.1,No.6,pp.612-619/June1984 この再構成方法は開発者の名前からFeldkamp再構成方法
と呼ばれ、これは数学的に厳密な再構成法であるファン
ビーム(2次元平面内)再構成アルゴリズムを、Z軸方
向に拡張することによって得られた近似的な3次元再構
成アルゴリズムであり、以下のステップからなる。 (1)投影データの補正、重みづけ 投影データに、Z座標に対応した重みを乗算し、ビーム
の理路狩りの効果を補正する。 (2)コンボリューション(畳み込み演算,Convolutio
n) (1)のデータと、ファンビーム再構成と同じ再構成関
数とのコンボリューション演算を行う。 (3)バックプロジェクション(逆投影演算,Back Proj
ection) (2)のデータを、X線が通過した(焦点から検出器ま
での)パス上の点(ボクセル)に加算する。
(Reference 1) "Practical cone-beam algori
thm ”LAFeldkamp, LCDavis, and JWKress J.Opt.Soc.Am.A / Vol.1, No.6, pp.612-619 / June1984 This reconstruction method is called the Feldkamp reconstruction method from the developer name. This is an approximate three-dimensional reconstruction algorithm obtained by extending the fan-beam (in a two-dimensional plane) reconstruction algorithm, which is a mathematically exact reconstruction method, in the Z-axis direction. (1) Correction and weighting of projection data The projection data is multiplied by a weight corresponding to the Z coordinate to correct the effect of beam hunting (2) Convolution (convolution operation, Convolutio)
n) Convolution operation of the data of (1) and the same reconstruction function as the fan beam reconstruction is performed. (3) Back projection (Back projection operation, Back Proj
section) The data of (2) is added to a point (voxel) on the path (from the focal point to the detector) through which the X-ray has passed.

【0007】上記(1)〜(3)を所定の角度(360°あ
るいは 180°+ファン角度)にわたって繰り返すと画像
再構成される。
When the above (1) to (3) are repeated over a predetermined angle (360 ° or 180 ° + fan angle), an image is reconstructed.

【0008】以上全て数学的な議論の後、シミュレーシ
ョンの結果が記載されている。この再構成方法は元々と
近似的な再構成法であるので、Z軸方向のビームの広が
り、すなわちコーン角が広くなるにつれて、再構成され
た画像の画質が劣化する。従って、医用機器などでは実
用的にコーン角に限界が生じてしまう。
After all of the above mathematical discussions, simulation results are described. Since this reconstruction method is originally an approximate reconstruction method, the image quality of the reconstructed image deteriorates as the beam spread in the Z-axis direction, that is, the cone angle increases. Therefore, the cone angle is practically limited in medical equipment and the like.

【0009】また、これらFeldkamp再構成に関しては多
くの計算機シミュレーションや、I.I.イメージングプレ
ートなどを用いた実験の結果が報告されている。
Regarding these Feldkamp reconstructions, the results of many computer simulations and experiments using II imaging plates have been reported.

【0010】近年、Z軸方向に比較的広い撮影領域FO
Vに関する3次元データを高い分解能で、しかも高速で
収集するものとして、コーンビームCTによるヘリカル
スキャン方式との組み合わせが考えられている。この組
み合わせ方式については、次の文献に紹介されている。 (文献2)「CT装置」 (株)東芝 荒舘博、南部恭二郎 特開平4−224736号 1990年12月25日出
願 (文献3)「円すいビーム投影を用いた3次元ヘリカル
スキャンCT」 東北大学 工藤博幸、筑波大学 斎藤恒雄 電子情報通信学会論文誌 DII Vol.J74-D-II,No.8,pp.11
08-1114,1994年 8月 これらの文献においては、Feldkamp再構成法と類似する
再構成方法が開示されている。この概略は、前述したFe
ldkamp再構成方法と同様に、投影データの重みづけ、関
数とのコンボリューション演算、 360°にわたるX線パ
ス上への重み付け逆投影である。この逆投影をある再構
成点(ボクセル)に注目して考えると、各ビューにおい
て焦点と再構成点を結ぶパスを通って得られたデータが
再構成点に重みづけ加算され、 360°分のビュー数だけ
該当するX線パスのデータが加算されたとき、その点が
再構成されることになる。
In recent years, a relatively large photographing area FO in the Z-axis direction
A combination with a helical scan method using a cone beam CT has been considered as a method for collecting three-dimensional data related to V with high resolution and at high speed. This combination method is introduced in the following literature. (Reference 2) "CT apparatus" Toshiba Hiroshi Aratate, Kyojiro Nambu Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-224736, filed on December 25, 1990 (Reference 3) "3D helical scan CT using conical beam projection" Tohoku University Hiroyuki Kudo, Tsukuba University Tsuneo Saito Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers DII Vol.J74-D-II, No.8, pp.11
08-1114, August 1994 These documents disclose a reconstruction method similar to the Feldkamp reconstruction method. This outline is based on the Fe
Similar to the ldkamp reconstruction method, weighting of projection data, convolution operation with a function, and weighted back projection onto an X-ray path over 360 °. Considering this back projection focusing on a certain reconstruction point (voxel), the data obtained through the path connecting the focal point and the reconstruction point in each view is weighted and added to the reconstruction point, and the 360 ° When the data of the X-ray paths corresponding to the number of views are added, the point is reconstructed.

【0011】ヘリカルピッチについては、図20に示す
ように、文献3において、「X線源の位置 a(β)から
放射したX線ビームの上端(直線A)と、1回転後のX
線源の位置 b(β+2π)から放射したX線ビームの下
端(直線B)との交点Cが、X線源よりの被写体存在領
域(被検体P)の外に位置することが必要十分条件であ
る。」との記述がある。またこれは、前述の画像再構成
を行うためには必要な再構成点に必要な角度例えば 360
°のX線ビームが必要なことからも容易に類推できる。
[0011] As shown in FIG. 20, the helical pitch is described in the document 3 as "the upper end (straight line A) of the X-ray beam emitted from the position a (β) of the X-ray source and the X-ray after one rotation.
The intersection C with the lower end (straight line B) of the X-ray beam radiated from the position b (β + 2π) of the radiation source must be located outside the subject existence area (subject P) from the X-ray source under necessary and sufficient conditions. is there. There is a description. In addition, this is the angle required for the reconstruction point required to perform the above-described image reconstruction, for example, 360 degrees.
It can be easily inferred from the necessity of an X-ray beam of °.

【0012】これらの文献においてもX線ビームの離散
化の影響すなわち検出器の各チャンネルがチャンネル方
向及びZ軸方向に有限かつある程度のサイズをもってい
ることに関する記述はない。また計算機でシュミレーシ
ョンを行った結果が記載されているが、その詳細な内容
例えば補間方法などに関する記述はない。
[0012] Even in these documents, there is no description about the effect of discretization of the X-ray beam, that is, each detector channel has a finite and certain size in the channel direction and the Z-axis direction. In addition, although the result of simulation performed by a computer is described, there is no description about the detailed contents, such as an interpolation method.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】(1)1チャンネルの
検出素子のZ軸方向およびチャンネル方向のサイズが一
定の大きさを有することによる再構成誤差に関する問題
点 上記文献では純粋に数学的な式の上の議論の後、計算機
シミュレーションの結果がいきなり提示されるのに過ぎ
ない。再構成処理上、円筒状の撮影領域FOVは複数の
ボクセルの集まりとして規定されている。計算機上では
焦点から再構成したいボクセルを結んだ直線が検出器面
に到達する点におけるデータを任意に発生させることが
可能であるため、これら離散化の影響は現れない。また
種々の実験で用いられるI.I.などの検出器においては、
検出素子が0.5mm 角以下の正方形で形成されており、そ
のサイズは実用上ほとんど無視できる上に、縦横のサイ
ズが等方的である。
(1) Problems related to reconstruction errors due to the fact that the detection element of one channel has a constant size in the Z-axis direction and in the channel direction. After the above discussion, the results of the computer simulation are merely presented. In the reconstruction processing, the cylindrical imaging region FOV is defined as a group of a plurality of voxels. On a computer, it is possible to arbitrarily generate data at the point where a straight line connecting the voxels to be reconstructed from the focal point reaches the detector plane, so that the effects of these discretizations do not appear. In detectors such as II used in various experiments,
The detection element is formed of a square of 0.5 mm square or less, and its size is practically negligible in practical use, and its vertical and horizontal sizes are isotropic.

【0014】それに対して実際のコーンビームCTなど
では検出素子のチャンネル方向とZ軸方向のサイズが1
mm×2mm程度である。実測された投影データのX線パス
は、X線焦点とチャンネル中心とを結ぶ直線として認識
されるため、多くの場合、この実測のX線パスは、X線
焦点と、再構成処理上規定されるボクセルの中心とを結
ぶ計算上のX線パスとはズレている。このズレが誤差を
誘引する。なお、I.I.などのように検出素子のサイズが
十分に小さく点としてとらえても差し障りがないような
程度であれば、このズレを無視して計算上のX線パスに
最も近い位置の実測のX線パスのデータを利用しても実
用上差支えがないが、コーンビームCTにおける検出器
のように検出素子サイズが大きい場合、この誤差は無視
できない。検出素子のZ軸方向のサイズがさらに大きい
場合には、この誤差はさらに大きくなってしまう。
On the other hand, in an actual cone beam CT or the like, the size of the detecting element in the channel direction and the Z-axis direction is 1 unit.
It is about mm × 2 mm. Since the X-ray path of the actually measured projection data is recognized as a straight line connecting the X-ray focal point and the center of the channel, in many cases, the actually measured X-ray path is defined by the X-ray focal point and the reconstruction processing. The calculated X-ray path connecting to the center of the voxel is shifted. This deviation induces an error. If the size of the detection element is small enough to be regarded as a point, such as II, there is no problem in disregarding this deviation and the measured X-ray at the position closest to the calculated X-ray path is ignored. Although there is no problem in practical use of the data of the line path, this error cannot be ignored when the size of the detecting element is large as in the detector in the cone beam CT. If the size of the detection element in the Z-axis direction is further increased, this error will be further increased.

【0015】(2)重複領域のデータの取り扱いに関す
る問題点 文献3に記述されたようにヘリカルピッチを決定する
と、図21(a)に斜線で示すように、あるk回転目の
X線ビームと、k+1回転目のX線ビームとが重複して
照射される。これは、斜線の重複領域の情報が、2つの
投影データに含まれることを意味している。しかし、文
献3ではこの重複領域を無視し、対象とする再構成面に
対する交差角度、つまりコーン角の小さいX線ビームだ
けを選択的に用いて逆投影を行うに過ぎず、情報を十分
に利用していない。
(2) Problems Regarding Handling of Data in Overlapping Area When the helical pitch is determined as described in Document 3, as shown by the oblique lines in FIG. , And the (k + 1) -th rotation of the X-ray beam. This means that the information of the hatched overlap area is included in the two projection data. However, in Literature 3, this overlapping area is ignored, and backprojection is performed by selectively using only the X-ray beam having a small intersection angle with the target reconstruction plane, that is, a cone angle, and the information is sufficiently used. I haven't.

【0016】(3)再構成開始角度と終了角度のつなぎ
目の方向に発生するストリークに関する問題点 また文献3のように対象とする再構成面をなるべくコー
ン角の小さい投影データを使って再構成するときの、X
線焦点から再構成面の回転中心に対するコーン角の概略
を図21(b)に示す。再構成開始角と再構成終了角は
隣り合っているが、前記再構成開始角が+10°である
のに対し、再構成終了角では−10°であるので、この
つなぎ目の方向(破線)には、このコーン角の不連続に
よる大きなギャップが存在することが分かる。またデー
タ収集時刻のズレによる被写体の動きの影響もあり、こ
の方向には明瞭なストリークアーチファクトが発生して
しまう。
(3) Problems related to streaks occurring in the direction of the joint between the reconstruction start angle and the end angle Also, as described in Reference 3, a target reconstruction plane is reconstructed using projection data with a cone angle as small as possible. X of time
FIG. 21B schematically shows the cone angle from the line focal point to the rotation center of the reconstruction plane. Although the reconstruction start angle and the reconstruction end angle are adjacent to each other, the reconstruction start angle is + 10 °, whereas the reconstruction end angle is −10 °, so that the joint direction (broken line) Shows that there is a large gap due to the discontinuity of the cone angle. In addition, there is also the influence of the movement of the subject due to the shift in the data collection time, and a clear streak artifact occurs in this direction.

【0017】(4)ヘリカルピッチが小さい問題点 文献3には「X線ビームの上端と下端との交点が被写体
存在領域外側に位置することが必要充分である」との記
述があるが、検出器のチャンネルサイズその他離散化に
関する記述はない。つまり、これは「検出器の最上列の
チャンネル中心を通るX線パスと最下列のチャンネル中
心を通るX線パスとの交点が被写体存在領域の外に位置
することが必要十分である」(図22参照)と解釈さ
れ、ヘリカルピッチはかなり小さくなってしまうことを
意味する。例えば検出器列数をN、基本スライス厚をTh
ick 、焦点−回転中心間距離をFCD、有効視野直径を
FOVとすると、ヘリカルピッチPは、 P≦ Thick×(N/2-0.5)×(FCD-FOV/2)/FCD ×2.0 …(2) で定義される。例えばN=10,Thick=2mm,FCD=500mm,FOV=
240mm とすると、P=13.68mm/REV となる。これはかなり
小さく、撮影時間が非常に長くなることを意味する。
(4) Problem of small helical pitch Reference 3 describes that "the intersection between the upper end and the lower end of the X-ray beam must be located outside the subject existing area". There is no description about the channel size of the vessel or other discretization. In other words, this is "it is necessary and sufficient that the intersection of the X-ray path passing through the center of the channel in the uppermost row of the detector and the X-ray path passing through the center of the lowermost row of the detector is located outside the subject existence area" (FIG. 22), which means that the helical pitch is considerably reduced. For example, the number of detector rows is N, and the basic slice thickness is Th.
If ick, the distance between the focal point and the center of rotation is FCD, and the effective visual field diameter is FOV, the helical pitch P is: P ≦ Thick × (N / 2−0.5) × (FCD-FOV / 2) /FCD×2.0 (2) ). For example, N = 10, Thick = 2mm, FCD = 500mm, FOV =
If it is 240mm, P = 13.68mm / REV. This is quite small, meaning that the shooting time is very long.

【0018】本発明の目的は、k回転目のX線ビーム
と、k+1回転目のX線ビームとの重複領域の画質を向
上できるコンピュータ断層撮影装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、コーン角の不連続によるスト
リークアーチファクトの発生を軽減し得るX線コンピュ
ータ断層撮影装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a computed tomography apparatus capable of improving the image quality of an overlapping area between an X-ray beam at the k-th rotation and an X-ray beam at the k + 1-th rotation. Another object of the present invention is to provide an X-ray computed tomography apparatus capable of reducing the occurrence of streak artifacts due to discontinuity in cone angle.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、被検体の体軸
方向に広がりを持つX線を発生するX線源と、被検体の
体軸方向に沿って複数列配列され被検体の透過X線を収
集する多チャンネル型のX線検出手段と、前記X線源と
被検体との相対移動と相対回転運動によってらせん状ス
キャンをし、収集したデータを処理し、処理したデータ
を逆投影することにより画像を再構成する手段とを有す
るX線コンピュータ断層撮影装置において、前記らせん
状スキャンのピッチを基本スライス厚の非整数倍として
前記らせん状スキャンを行うことを特徴とする。本発明
は、被検体の体軸方向に広がりを持つX線を発生するX
線源と、被検体の体軸方向に沿って複数列配列され被検
体の透過X線を収集する多チャンネル型のX線検出手段
と、X線源と被検体との相対移動と相対回転運動によっ
てらせん状スキャンをし、収集したデータを処理し、処
理したデータを逆投影することにより画像を再構成する
再構成手段とを有するX線コンピュータ断層撮影装置に
おいて、前記再構成手段は、複数回転のビームが照射さ
れる領域の一部あるいは全部について、同位相で異回転
の複数のデータから逆投影データを得て、逆投影するこ
とを特徴とする。本発明は、被検体の体軸方向に広がり
を持つX線を発生するX線源と、被検体の体軸方向に沿
って複数列配列され被検体の透過X線を収集する多チャ
ンネル型のX線検出手段と、X線源と被検体との相対移
動と相対回転運動によってらせん状スキャンをし、収集
したデータを処理し、処理したデータを逆投影すること
により画像を再構成する再構成手段とを有するX線コン
ピュータ断層撮影装置において、前記再構成手段は、逆
投影対象のボクセルのX線焦点に対する位置に応じて、
前記複数配列された検出素子列の投影データの中から所
定の検出素子列の投影データを選択し、この投影データ
から前記ボクセルの逆投影データを作成することを特徴
とする。
According to the present invention, there is provided an X-ray source for generating X-rays having a spread in the body axis direction of a subject, and a plurality of rows arranged along the body axis direction of the subject to transmit the X-ray. Multi-channel X-ray detection means for collecting X-rays, helical scanning by relative movement and relative rotation between the X-ray source and the subject, processing the collected data, and back-projecting the processed data An X-ray computed tomography apparatus having means for reconstructing an image by performing the spiral scan with the pitch of the spiral scan being a non-integer multiple of a basic slice thickness. The present invention relates to an X-ray generating X-ray having a spread in a body axis direction of a subject.
X-ray source, multi-channel X-ray detecting means arranged in a plurality of rows along the body axis direction of the subject to collect transmitted X-rays of the subject, relative movement and relative rotational movement of the X-ray source and the subject A reconstructing means for performing a helical scan, processing the collected data, and reconstructing an image by backprojecting the processed data, wherein the reconstructing means comprises a plurality of rotations. The method is characterized in that backprojection data is obtained from a plurality of data having the same phase and different rotations and backprojection is performed on a part or all of the region irradiated with the beam. The present invention provides an X-ray source that generates X-rays that spread in the body axis direction of a subject, and a multi-channel type that is arranged in a plurality of rows along the body axis direction of the subject and collects transmitted X-rays of the subject. X-ray detection means, reconstruction for performing helical scanning by relative movement and relative rotation between the X-ray source and the subject, processing collected data, and back-projecting the processed data to reconstruct an image X-ray computed tomography apparatus having means, wherein the reconstruction means, according to the position of the voxel to be back-projected with respect to the X-ray focus,
The projection data of a predetermined detection element row is selected from the projection data of the plurality of arrayed detection element rows, and back-projection data of the voxel is created from the projection data.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下本発明による実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は第1の実施の形態によるX
線コンピュータ断層撮影装置の構成図である。図2は図
1のガントリの外観図である。図3は図1の2次元アレ
イ型検出器の斜視図である。投影データ測定系としての
ガントリ(架台ともいう)1は、円錐に近似したコーン
ビーム状のX線束を発生するX線源3と、複数の検出素
子を2次元状に配列してなる2次元アレイ型X線検出器
5とを収容する。X線源3と2次元アレイ型X線検出器
5とは、寝台6のスライド天板に載置された被検体を挟
んで対向した状態で回転リング2に装備される。2次元
アレイ型X線検出器5としては、複数の検出素子が1次
元に配列されてなる1次元アレイ型検出器が複数列積み
重ねられた状態で回転リング2に実装される。ここで、
1つの検出素子は1チャンネルに相当するものと定義す
る。X線源3からのX線はX線フィルタ4を介して被検
体に照射される。被検体を通過したX線は2次元アレイ
型X線検出器5で電気信号として検出される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows X according to a first embodiment.
It is a lineblock diagram of a computed tomography apparatus. FIG. 2 is an external view of the gantry of FIG. FIG. 3 is a perspective view of the two-dimensional array type detector of FIG. A gantry (also referred to as a gantry) 1 as a projection data measurement system includes an X-ray source 3 for generating a cone beam X-ray flux approximated to a cone, and a two-dimensional array in which a plurality of detection elements are two-dimensionally arranged. The X-ray detector 5 is accommodated. The X-ray source 3 and the two-dimensional array type X-ray detector 5 are mounted on the rotating ring 2 in a state where the X-ray source 3 and the two-dimensional array type X-ray detector 5 face each other with the subject placed on the slide top of the bed 6 therebetween. As the two-dimensional array type X-ray detector 5, a one-dimensional array type detector in which a plurality of detection elements are arranged one-dimensionally is mounted on the rotating ring 2 in a state where a plurality of rows are stacked. here,
One detecting element is defined as corresponding to one channel. X-rays from the X-ray source 3 are applied to the subject via the X-ray filter 4. X-rays that have passed through the subject are detected as electrical signals by the two-dimensional array X-ray detector 5.

【0021】X線制御器8は高圧発生器7にトリガ信号
を供給する。高圧発生器7はトリガ信号を受けたタイミ
ングでX線源3に高電圧を印加する。これによりX線源
3からはX線がばく射される。
The X-ray controller 8 supplies a trigger signal to the high voltage generator 7. The high voltage generator 7 applies a high voltage to the X-ray source 3 at the timing of receiving the trigger signal. As a result, X-rays are emitted from the X-ray source 3.

【0022】架台寝台制御器9は、ガントリ1の回転リ
ング2の回転と、寝台6のスライド天板のスライドとを
同期して制御する。システム全体の制御中枢としてのシ
ステム制御器10は、被検体から見てX線源3が螺旋軌
道を移動するいわゆるヘリカルスキャンを実行するよう
に、X線制御器8と架台寝台制御器9を制御する。具体
的には、回転リング2が一定の角速度で連続回転し、ス
ライド天板が一定の速度で移動し、X線源3から連続的
又は一定角度毎に間欠的にX線がばく射される。
The gantry bed controller 9 controls the rotation of the rotating ring 2 of the gantry 1 and the slide of the slide top plate of the bed 6 in synchronization. The system controller 10 as a control center of the entire system controls the X-ray controller 8 and the gantry bed controller 9 so as to execute a so-called helical scan in which the X-ray source 3 moves in a spiral trajectory when viewed from the subject. I do. Specifically, the rotating ring 2 continuously rotates at a constant angular velocity, the slide top plate moves at a constant speed, and X-rays are continuously or intermittently emitted from the X-ray source 3 at every constant angle. .

【0023】2次元アレイ型X線検出器5の出力信号は
チャンネル毎にデータ収集部11で増幅され、ディジタ
ル信号に変換される。データ収集部11から出力される
投影データは、再構成処理部12に取り込まれる。再構
成処理部12は、投影データに基づいてボクセル毎にX
線吸収率を反映した逆投影データを求める。本実施の形
態のようなコーンビーム状のX線を用いたヘリカルスキ
ャン方式では、その撮影領域(有効視野)は回転中心軸
を中心として半径ωの円筒形状を成し、再構成処理部1
2はこの撮影領域に複数のボクセル(立体画素)を規定
し、ボクセル毎に逆投影データを求める。この逆投影デ
ータに基づいて作成された3次元画像データ又は断層像
データは表示装置14に送られ3次元画像又は断層像と
してビジュアルに表示される。
The output signal of the two-dimensional array type X-ray detector 5 is amplified by the data collection unit 11 for each channel and converted into a digital signal. The projection data output from the data collection unit 11 is taken into the reconstruction processing unit 12. The reconstruction processing unit 12 calculates X for each voxel based on the projection data.
Back-projection data reflecting the line absorptivity is obtained. In the helical scan method using cone beam X-rays as in the present embodiment, the imaging area (effective field of view) has a cylindrical shape with a radius ω about the rotation center axis, and the reconstruction processing unit 1
Reference numeral 2 defines a plurality of voxels (three-dimensional pixels) in this photographing area, and obtains back projection data for each voxel. The three-dimensional image data or tomographic image data created based on the back projection data is sent to the display device 14 and visually displayed as a three-dimensional image or tomographic image.

【0024】次に本実施の形態の作用について説明す
る。ここで、システムのジオメトリは図4(a),
(b)に示すように検出器列数N、基本スライス厚Thic
k 、焦点−回転中心間距離FCD、撮影領域(有効視
野)の直径ω、ヘリカルピッチPとし、一例としてN=1
0,Thick=2mm,FCD=500mm,FOV=240mmとする。基本スライ
ス厚とは、撮影領域FOV付近での1チャンネル分の検
出素子に照射されるX線ビームの厚みとして定義され
る。ヘリカルピッチPとは、X線源3の螺旋軌道の間
隔、具体的にはX線源3が1回転する間に移動するスラ
イド天板の移動距離として定義される。
Next, the operation of the present embodiment will be described. Here, the geometry of the system is shown in FIG.
As shown in (b), the number of detector rows N and the basic slice thickness Thic
k, the focal-rotation center distance FCD, the diameter ω of the imaging region (effective field of view), and the helical pitch P. For example, N = 1
0, Thick = 2mm, FCD = 500mm, FOV = 240mm. The basic slice thickness is defined as the thickness of the X-ray beam applied to the detection element for one channel near the imaging region FOV. The helical pitch P is defined as the interval between the spiral orbits of the X-ray source 3, specifically, the moving distance of the slide top that moves during one rotation of the X-ray source 3.

【0025】(1)逆投影データの作成方法 まず、装置側、つまり再構成処理部12は、X線焦点F
とボクセルの中心とを結ぶ直線(X線パス)に沿って投
影データが得られていると計算上認識しているが、実際
に実測される投影データはX線焦点Fと検出素子中心と
を結ぶX線パスに沿って得られる、換言するとこのX線
パスに感度中心が存在することが多い。この計算上のX
線パスと、実際のX線パスとのズレが画質を低下させる
誤差要因となり得る。この点、確認されたい。
(1) Method of Creating Back Projection Data First, the apparatus side, that is, the reconstruction processing unit 12 is operated by the X-ray focus F
Calculation that the projection data has been obtained along a straight line (X-ray path) connecting the X-ray focal point F and the center of the detection element. Obtained along the connecting X-ray path, in other words, the X-ray path often has a center of sensitivity. X in this calculation
A deviation between the line path and the actual X-ray path can be an error factor that degrades image quality. I want to confirm this point.

【0026】図6は、あるビューI(例えば頂点位置を
0°としたときのX線源3の回転角度)におけるX線ビ
ームと再構成ボクセルとの関係を示す模式図である。こ
こで斜線で示すボクセルVに対するこのビューの投影デ
ータの逆投影を考える。X線焦点FとボクセルVの中心
とを結んだ直線FVCを延長し、検出器面に交差する点
を点Cとする。図7に点Cと検出素子との関係を示す。
点Cは(n,m)の検出素子、(n,m+1)の検出素
子、(n+1,m)の検出素子、(n+1,m+1)の検出素
子各々の中心点間に存在するものとする。「各チャンネ
ルの中心位置」を“矩形のチャンネルの重心”と定義す
ると、点Cはいずれのチャンネルの中心からも外れてい
る。検出器がI.I.の時に良く行われるように最も近い検
出器列、最も近いチャンネルのデータを、欲しい直線F
VCを通過したデータと近似すると、CTの場合には上
述したような大きな誤差が発生してしまう。そこで本実
施の形態では、式(3)に示すように、計算上のX線パ
スFVCの周囲に存在する実際の4本のX線パスに沿っ
て実測された投影データを前述の処理をしたデータ、つ
まり点C周囲の4チャンネル分における処理されたデー
タから、点Cと各チャンネル中心位置の距離の逆比で線
形の内挿補間し、得られた補間データを計算上のX線パ
スを示す直線FVCに沿って逆投影するデータとし、こ
れを所定の重み付けをして逆投影する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between an X-ray beam and a reconstructed voxel in a certain view I (for example, the rotation angle of the X-ray source 3 when the vertex position is set to 0 °). Here, the back projection of the projection data of this view on the voxel V indicated by oblique lines is considered. A straight line FVC connecting the X-ray focal point F and the center of the voxel V is extended, and a point that intersects the detector plane is defined as a point C. FIG. 7 shows the relationship between the point C and the detection element.
Point C is the center point of each of the (n, m) detecting element, (n, m + 1) detecting element, (n + 1, m) detecting element, and (n + 1, m + 1) detecting element. Shall exist between them. If the “center position of each channel” is defined as “the center of gravity of a rectangular channel”, the point C is out of the center of any channel. The data of the nearest detector row and the nearest channel are converted to the desired straight line
If the data is approximated to the data that has passed through VC, the above-described large error occurs in the case of CT. Therefore, in the present embodiment, as shown in Expression (3), the projection data actually measured along four actual X-ray paths existing around the calculated X-ray path FVC is subjected to the above-described processing. From the data, that is, the processed data in the four channels around the point C, linear interpolation is performed by the inverse ratio of the distance between the point C and the center position of each channel, and the obtained interpolation data is converted into the calculated X-ray path. The data is back-projected along a straight line FVC shown in the figure, and is back-projected with a predetermined weight.

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】ここでは距離の逆比で4データを線形補間
する方法を示したが、4データを非線形補間、又はZ軸
方向に3,4,,,N列分のデータを用いる6,8,,,2Nデータ
の線形、若しくはZ軸方向に3,4,,,N列分のデータを用
いる6,8,,,2Nデータの非線形補間を採用してもよい
し、チャンネル方向とZ軸方向で補間関数を変えてもよ
い。
Here, the method of linearly interpolating the four data with the inverse ratio of the distance has been described. However, the four data are nonlinearly interpolated, or the data of 3, 4,. ,, 2N data, or non-linear interpolation of 6,8,, 2N data using data of 3,4,, N columns in the Z-axis direction, or channel direction and Z-axis direction May be used to change the interpolation function.

【0029】(2)ビーム重複領域への2データ逆投影
方法 図8は同じ位相(同じビューI)における、ある再構成
面を挟むk回転目のX線焦点F(k) からのX線ビームの
照射範囲と、K+1回転目のX線焦点F(k+1)からのX線
ビームの照射範囲とをZ軸に垂直な方向から見た図であ
る。k回転目のX線焦点F(k) からのX線ビームの照射
範囲と、K+1回転目のX線焦点F(k+1)からのX線ビー
ムの照射範囲とが一部重複するようにヘリカルスキャン
が実行される。重複領域外のボクセルV1に対しては、
焦点F(k) からのX線ビームだけが通過しているので、
焦点F(k)からのボクセルV1を通りある検出素子に至
るX線パスに沿って得られた投影データを処理したデー
タを、式(4)にしたがって重み付けして逆投影する。
(2) Method of back-projecting two data on beam overlap region FIG. 8 shows an X-ray beam from the X-ray focal point F (k) at the k-th rotation sandwiching a certain reconstruction plane at the same phase (same view I). And the irradiation range of the X-ray beam from the X-ray focal point F (k + 1) at the (K + 1) th rotation viewed from a direction perpendicular to the Z axis. The irradiation range of the X-ray beam from the X-ray focal point F (k) at the k-th rotation partially overlaps with the irradiation range of the X-ray beam from the X-ray focal point F (k + 1) at the K + 1-th rotation. Helical scan is performed as follows. For voxel V1 outside the overlap region,
Since only the X-ray beam from the focal point F (k) is passing,
Data obtained by processing projection data obtained along the X-ray path from the focal point F (k) through the voxel V1 to a certain detection element is weighted according to the equation (4) and back-projected.

【0030】 Back(I,k) = 1/W2 ・D(k) …(4) ただし、D(k)はコンボリューション演算などの所定の処
理をされた投影データを示す。Wは、X線源の位置Fと
再構成点Vをx-y 平面に射影した2点間の距離を示す。
Back (I, k) = 1 / W 2 · D (k) (4) where D (k) indicates projection data on which predetermined processing such as convolution operation has been performed. W indicates a distance between two points obtained by projecting the position F of the X-ray source and the reconstruction point V on the xy plane.

【0031】重複領域内のボクセルV2に対しては両方
の焦点からのX線ビームが交差しているので、焦点F
(k) からのX線ビームで得られた投影データを所定の処
理後、式(4)にしたがって重み付けして逆投影したデ
ータBack(I,k) を得、焦点F(k+1)からのX線ビームで得
られたデータを同様に式(4)にしたがって重み付けし
て逆投影したデータBack(I,k+1) を得、式(5)にした
がって2つのデータBack(I,k) とBack(I,k+1) を重み付
け加算して当該ボクセルV2の逆投影データBack(I) を
得る。
Since the X-ray beams from both focal points intersect voxel V2 in the overlapping area, focal point F
After predetermined processing of the projection data obtained with the X-ray beam from (k), data Back (I, k) is obtained by weighting according to equation (4) and back-projecting, and from the focal point F (k + 1) Similarly, data Back (I, k + 1) obtained by back-projecting data obtained by the X-ray beam by weighting according to equation (4) is obtained, and two data Back (I, k) are obtained according to equation (5). ) And Back (I, k + 1) are weighted and added to obtain back projection data Back (I) of the voxel V2.

【0032】 Back(I) = α・Back(I,k)+(1- α) ・Back(I,k+1) …(5) ただし、α=|(点CFのZ座標) −(再構成点のZ座
標)|/(WZ) そして、ボクセルV2のCTデータV(x,y,z) は、全ビ
ューの逆投影データBack(I) の積算として式(6)にし
たがって求められる。
Back (I) = α · Back (I, k) + (1−α) · Back (I, k + 1) (5) where α = | (Z coordinate of point CF) − ( The Z coordinate of the constituent point) | / (WZ) Then, the CT data V (x, y, z) of the voxel V2 is obtained according to the equation (6) as the integration of the back projection data Back (I) of all the views.

【0033】 ここでCFは2つのビームが交差する点であり、WZは
2つのデータを逆投影するZ軸方向の範囲である。その
範囲が重複領域そのものであるときには図8のようにな
り、焦点とボクセルの位置関係で定まる。
[0033] Here, CF is a point where two beams intersect, and WZ is a range in the Z-axis direction in which two data are back-projected. When the range is the overlapping region itself, the result is as shown in FIG. 8, and is determined by the positional relationship between the focal point and the voxel.

【0034】ここで2つのデータBack(I,k) とBack(I,K
+1) は重み係数αを用いて重み付け加算したが,αは必
ずしも式(5)の但し書きで特定したものである必要は
なく、焦点位置と再構成点との位置関係によって定まる
重み係数で有れば良いし、または重みαは0.5 ,0.7 な
どある値で一定としても良い。
Here, two data Back (I, k) and Back (I, K)
+1) is weighted and added using the weighting coefficient α, but α is not necessarily specified by the proviso of equation (5), but is a weighting coefficient determined by the positional relationship between the focal position and the reconstruction point. Or the weight α may be fixed at a certain value such as 0.5 or 0.7.

【0035】また、式(5)において2つの(逆投影さ
れる)コンボリューションされたデータD(チャンネ
ル,列)を逆投影して、Back(I,k)とBack(I,k+1)を得
た後、それぞれ重みづけ加算したが、式(7)、式
(8)にしたがって重み付け加算後に逆投影しても良
い。
In equation (5), two (back-projected) convolved data D (channels, columns) are back-projected to obtain Back (I, k) and Back (I, k + 1). Are obtained and then weighted and added, but backprojection may be performed after weighted addition according to Expressions (7) and (8).

【0036】 D'(I) =α・D(k)+ (1-α)・D(k+1) …(7) Back(I) =1/W2 ・D'(I) …(8) (3)外挿補間処理とヘリカルピッチに関して ヘリカルピッチは、後者の文献によると“検出器の最上
列のチャンネルの中心に対するX線ビームと検出器の最
下列のチャンネルの中心に対するX線ビームとの交点が
被写体存在領域外側に位置することが必要十分である”
と解釈できる。ここで有効視野全体のボクセルに対して
前述の4データ線形補間による投影データを逆投影する
ためには、有効視野の最も端のボクセルの中心の外側に
上述の交点が存在すれば良い。これだけでもヘリカルピ
ッチはわずかに大きくなる。例えば従来と同じ条件では
ピッチP=13.72mm が得られる。
D ′ (I) = α · D (k) + (1−α) · D (k + 1) (7) Back (I) = 1 / W 2 · D ′ (I) (8) (3) Regarding extrapolation processing and helical pitch According to the latter document, the helical pitch is defined as “an X-ray beam with respect to the center of the channel in the top row of the detector and an X-ray beam with respect to the center of the channel in the bottom row of the detector. It is necessary and sufficient that the intersection of is located outside the subject existence area. "
Can be interpreted as Here, in order to project back projection data by the above-described four-data linear interpolation on voxels of the entire effective visual field, the above-mentioned intersection point may be present outside the center of the endmost voxel of the effective visual field. This alone increases the helical pitch slightly. For example, a pitch P = 13.72 mm can be obtained under the same conditions as in the past.

【0037】もちろん4データの線形補間できない領域
は逆投影しないこととし、FOV外側付近の画質低下を
無視してヘリカルピッチを大きくすることも可能であ
る。
Of course, the area where the four data cannot be linearly interpolated is not back-projected, and the helical pitch can be increased by ignoring the image quality deterioration near the outside of the FOV.

【0038】しかし、X線焦点とボクセルの中心を通る
直線(X線パス)と検出器面との交点のZ座標が検出器
の最上列あるいは最下列のチャンネル中心より外側(上
又は下側)の場合、検出器の最も上側あるいは下側の2
列、2チャンネルのデータを使って外挿補間(補外とも
いう)を行い、逆投影するデータを作成する。この方が
画質が良い。
However, the Z coordinate of the intersection between the X-ray focal point and the straight line (X-ray path) passing through the center of the voxel and the detector plane is outside (upper or lower) than the center of the channel in the uppermost or lowermost row of the detector. In the case of, the uppermost or lower two
Extrapolation (also referred to as extrapolation) is performed using the data of columns and two channels, and data to be back-projected is created. This has better image quality.

【0039】例えば図9(a)は、ある位相(あるビュ
ーI)におけるX線ビームと再構成ボクセルの関係をZ
軸に垂直な方向から見た図である。ボクセルVに対する
逆投影を考える。焦点FとボクセルVの中心を結んだ直
線を延長し、検出器面に交差する点を点Cとする(図9
(b)参照)。点Cはチャンネル方向にはnチャンネル
とn+1 チャンネル、Z軸方向には1列目の上に存在す
る。点Cは明らかに最上端検出器列の中心Z座標より上
側になる。そこで式(9)にしたがって、第1列と第2
列のnチャンネルとn+1 チャンネルの4データを距離の
逆比で外挿補間して逆投影データBack(I)を得る。
For example, FIG. 9A shows a relationship between an X-ray beam and a reconstructed voxel in a certain phase (a certain view I).
It is the figure seen from the direction perpendicular to an axis. Consider backprojection on voxel V. A straight line connecting the focal point F and the center of the voxel V is extended, and a point that intersects the detector plane is defined as a point C (FIG. 9).
(B)). The point C exists on the n-th channel and the (n + 1) -th channel in the channel direction and on the first column in the Z-axis direction. Point C is clearly above the center Z coordinate of the top detector row. Thus, according to equation (9), the first column and the second column
The back projection data Back (I) is obtained by extrapolating the four data of the n channel and the n + 1 channel in the column with the inverse ratio of the distance.

【0040】[0040]

【数2】 (Equation 2)

【0041】交点が検出器の最下列のチャンネル中心よ
り下側の場合も同様に外挿し、式(9)でZ(1)→Z
(N),Z(2)→Z(N-1)にそれぞれ置換すれば良い。
When the intersection is below the center of the channel in the bottom row of the detector, extrapolation is similarly performed, and Z (1) → Z in equation (9).
(N), Z (2) → Z (N−1).

【0042】これにより、検出器列1列分外挿補間する
場合、ヘリカルピッチPは式(10)で定義でき、P=1
6.72mm とすることが可能であり、約22%大きくするこ
とができ、撮影時間の短縮化を実現する。
Thus, in the case of extrapolating by one detector row, the helical pitch P can be defined by equation (10), and P = 1
It can be 6.72mm, and can be increased by about 22%, shortening the shooting time.

【0043】 P≦ Thick×((N+2i)/2-0.5)×(FCD-FOV/2)/FCD ×2.0 …(10) ここでは式(10)でi=1として、検出器1列分外挿
補間する場合を示したが、外挿補間の範囲はこれに限定
されない。有効視野FOV端付近の画質劣化を許容でき
る場合には式(10)下線部の値をN+2,N+3,,,というよ
うに大きくして行けば良い。ただし余り大きな外挿補間
はかえって画質を劣化させることがあるので、外挿逆投
影データする範囲(境界)を予め決定しておき、ヘリカ
ルピッチがその範囲を越えるときは、その範囲外には境
界のデータを与えても良い。即ち、式(9)でZ(2),Z
(1)に境界に対する値を入力しても良い。
P ≦ Thick × ((N + 2i) /2-0.5) × (FCD-FOV / 2) /FCD×2.0 (10) Here, i = 1 in the equation (10), and one row of the detector is outside. Although the case of performing interpolation is shown, the range of extrapolation is not limited to this. If the image quality deterioration near the end of the effective field of view FOV can be tolerated, the value of the underlined portion of Expression (10) may be increased to N + 2, N + 3,. However, excessively large extrapolation may degrade the image quality, so the range (boundary) of extrapolated backprojection data is determined in advance, and if the helical pitch exceeds the range, the boundary is outside the range. May be given. That is, in equation (9), Z (2), Z
A value for the boundary may be input in (1).

【0044】ここでは距離の逆比で4データ線形外挿補
間する方法を示したが、4データの非線形外挿補間、Z
軸方向に3,4,,,N列分のデータを用いる6,8,,,2Nデー
タの線形、あるいは非線形外挿補間を採用してもよい。
Here, a method of performing linear extrapolation of four data using the inverse ratio of distance has been described.
Linear, or non-linear extrapolation of 6,8,..., 2N data using 3, 4,..., N columns of data in the axial direction may be employed.

【0045】さて、上記外挿補間処理においては交点が
最端の検出器中心より外に存在するとき外挿補間を用い
ることを示したが、以下の方法でも良い。
In the above extrapolation processing, extrapolation is used when the intersection is located outside the center of the outermost detector. However, the following method may be used.

【0046】(1)スキャン時に各ビューにおけるN列分
のデータの上下に1列ずつダミーデータを持つ。 (2)各ビューにおけるN列分のデータを使って上下1列
ずつのデータを外挿補間しておく。
(1) At the time of scanning, dummy data is provided one column above and below N columns of data in each view. (2) Extrapolation of the data in each of the upper and lower columns is performed using the data of N columns in each view.

【0047】例えばnチャンネルの第1,2 列目、第N-1,
N 列目のデータから仮想的な第0,N+1 列のデータを下式
(11)のように外挿する。
For example, the first and second columns of the n-th channel,
From the data in the Nth column, virtual data in the 0th and N + 1th columns are extrapolated as in the following equation (11).

【0048】 D(n,0) =2×D(n,1)-D(n,2) D(n,N+1)=2×D(n,N)-D(n,N-1) …(11) (3)(2)で計算した仮想的な検出器列、第0,N+1 列を含め
て全部でN+2 列の検出器のデータと見なし、(1)記載
の内挿補間処理を行って逆投影すべきデータを求める。
D (n, 0) = 2 × D (n, 1) −D (n, 2) D (n, N + 1) = 2 × D (n, N) −D (n, N−1 )… (11) (3) The virtual detector array calculated in (3) and (2) is regarded as data of N + 2 columns including the 0th and N + 1th columns, and the data of (1) is described. Data to be back-projected is obtained by performing interpolation.

【0049】この外挿補間処理と内挿補間処理とを併用
する方法によると、(2)の固定的な処理は汎用のハード
ウェアによって高速な処理が可能であり、(3)の内挿補
間は(1)と同じ処理であることから、外挿補間用の特
殊なハードウェアを持たずに安価な構成による実現が可
能である。この例では上下に1列ずつ加えてN+2 列の仮
想的検出器列を作成したが、更に仮想的検出器列数を増
やすことで、式(10)N+1 をN+2,N+3,,,と大きくする
場合にも対応できる。(1)は必ずしも必要でない。
According to the method in which the extrapolation and the interpolation are used together, the fixed processing in (2) can be performed at high speed by general-purpose hardware, and the interpolation in (3) can be performed. Is the same processing as (1), so that it can be realized with an inexpensive configuration without special hardware for extrapolation. In this example, N + 2 virtual detector rows are created by adding one row at a time to the upper and lower rows, but by further increasing the number of virtual detector rows, the equation (10) N + 1 can be changed to N + 2, N +3 ,,, can be supported. (1) is not always necessary.

【0050】以上(1)乃至(3)により、ヘリカルピ
ッチを定めてスキャンを行い、投影データを所定の処理
をして得たデータを補間して逆投影して画像再構成す
る。
According to the above (1) to (3), scanning is performed with a helical pitch being determined, and projection data is subjected to predetermined processing to interpolate and backproject to reconstruct an image.

【0051】(1)および(3)はヘリカルスキャンで
なくコンベンショナルスキャンにおける Feldkamp 再構
成にも適応できる。
(1) and (3) can also be applied to Feldkamp reconstruction in conventional scan instead of helical scan.

【0052】(第2の実施の形態)システム構成および
(1)逆投影データの作成方法、(2)ビーム重複領域
への2データ逆投影処理、(3)外挿補間処理とヘリカ
ルピッチに関しては、第1の実施の形態と同じであり、
説明は省略し、第1の実施の形態と相違する部分のみ説
明する。
(Second Embodiment) Regarding the system configuration and (1) a method of creating backprojection data, (2) backprojection processing of two data on a beam overlapping area, (3) extrapolation interpolation processing and helical pitch , The same as the first embodiment,
Description will be omitted, and only portions different from the first embodiment will be described.

【0053】(4)ヘリカルピッチの決定方法 第1の実施の形態で記述した(2)ビーム重複領域への
2データ逆投影処理では、k回転目とk+1回転目の2
焦点からの2つの投影データを1つのボクセルに対して
逆投影し、重み付け加算した。ここで4データの内挿補
間あるいは外挿補間で仮想的に逆投影データを作成して
逆投影する場合でも、投影データ又は逆投影データは、
あくまで内挿補間あるいは外挿補外によって作成される
ため、補間自体の誤差や、隣接するビューで補間に使う
検出器列またはチャンネルを切り換える場合に発生する
誤差があるため、わずかなアーチファクトが発生する。
この切り換えに起因するアーチファクトを軽減するため
に、本実施の形態ではヘリカルピッチPを工夫する。
(4) Method of Determining Helical Pitch In the (2) two-data back-projection processing to the beam overlap region described in the first embodiment, the k-th rotation and the (k + 1) -th rotation
Two projection data from the focal point were back-projected to one voxel and weighted and added. Here, even when backprojection data is virtually created and backprojected by interpolation or extrapolation of four data, the projection data or backprojection data is
Slight artifacts occur due to errors in the interpolation itself and errors that occur when switching between detector rows or channels used for interpolation in adjacent views because they are created by interpolation or extrapolation. .
In this embodiment, the helical pitch P is devised in order to reduce artifacts caused by this switching.

【0054】さてヘリカルピッチPを決定する際には、
シングルスライスCTの習慣もあり、式(10)及び式
(12)を満たすように決定する。
Now, when determining the helical pitch P,
There is also a custom of single slice CT, and the determination is made so as to satisfy Expressions (10) and (12).

【0055】 P = Thick ×I (Iは整数) …(12) 且つP ≦ Thick ×((N+2i)/2-0.5)×(FCD-FOV/2)/
FCD×2.0 …(10)再掲 例えば第1の実施の形態の
条件下ではP=16mmになる。しかし式(12)のようにヘ
リカルピッチが基本スライス厚の整数倍の場合、切り換
えを、1回転 360°を整数分割したタイミングで行うた
め、何回転目でも常に同じ位相で同様の現象が発生して
しまう。例えば図10はあるボクセルに対する逆投影の
ために投影データを4点内挿補間で求める際に用いる検
出器列の切り換えによるギャップの影響を示している。
図10(a)が再構成面より下側のX線焦点F(N)に
よる切り換えによるギャップが生じる角度(方向)であ
り、図10(b)が1回転後の上側の焦点F(N+1)
による切り換えギャップである。同じ位相(回転角)で
切り換えが発生しており、同じ方向に誤差を含んだ逆投
影が行われるためアーチファクトが重ね合わされ、2焦
点からの2つのデータを1つのボクセルに逆投影して重
み付け加算するにも関わらず、アーチファクトが弱まる
ことがない。重み付け加算した結果を図10(c)に示
す。
P = Thick × I (I is an integer) (12) and P ≦ Thick × ((N + 2i) /2-0.5) × (FCD-FOV / 2) /
FCD × 2.0 (10) Repeat For example, P = 16 mm under the conditions of the first embodiment. However, when the helical pitch is an integral multiple of the basic slice thickness as in equation (12), switching is performed at a timing obtained by dividing 360 ° per revolution into integers, so the same phenomenon always occurs at the same phase at any rotation. Would. For example, FIG. 10 shows the effect of a gap caused by switching detector rows used when obtaining projection data by back interpolation for four voxels for a certain voxel.
FIG. 10A shows the angle (direction) at which a gap occurs due to switching by the X-ray focal point F (N) below the reconstruction plane, and FIG. 10B shows the upper focal point F (N + 1) after one rotation.
Is the switching gap. Switching occurs at the same phase (rotation angle), and backprojection including an error is performed in the same direction. Therefore, artifacts are superimposed, and two data from two focal points are backprojected to one voxel and weighted and added. Despite doing so, the artifacts do not weaken. FIG. 10C shows the result of the weighted addition.

【0056】そこで、第2の実施の形態では、ヘリカル
ピッチを式(10)及び式(13)を満たすように決定
する。
Therefore, in the second embodiment, the helical pitch is determined so as to satisfy the equations (10) and (13).

【0057】 P = Thick ×X (Xは整数でない) …(13) 且つP ≦ Thick ×((N+2i)/2-0.5)×(FCD-FOV/2)/
FCD×2.0 …(10)再掲 つまり、ヘリカルピッチを
基本スライス厚の非整数倍に設定する。
P = Thick × X (X is not an integer) (13) and P ≦ Thick × ((N + 2i) /2-0.5) × (FCD-FOV / 2) /
FCD × 2.0 (10) Repeat That is, the helical pitch is set to a non-integer multiple of the basic slice thickness.

【0058】このとき、前述の切り換えによるギャップ
の方向は、図11のようになる。図11(a)が再構成
面より下側のX線焦点によるもの、図11(b)が上側
のX線焦点によるもの、図11(c)が重み付け加算結
果である。上側と下側でアーチファクトの切り換えが発
生する方向がずれたことで、互いに相殺し合い、明らか
にアーチファクトが弱められている。
At this time, the direction of the gap by the above-mentioned switching is as shown in FIG. FIG. 11A shows the result based on the X-ray focus below the reconstruction plane, FIG. 11B shows the result based on the X-ray focus above, and FIG. 11C shows the result of weighted addition. The direction in which the switching of the artifact occurs on the upper side and the lower side is offset from each other, and the artifact is obviously weakened.

【0059】なお、ヘリカルピッチは上述した条件に限
定されるものではない。“切り換えが発生する位相が再
構成面を挟み上下でずれるように決定すること”が重要
であり、少なくとも“ヘリカルピッチが基本スライス厚
の非整数倍である”という条件が重要である。
The helical pitch is not limited to the above conditions. It is important to "determine the phase at which switching occurs so as to be shifted up and down across the reconstruction plane", and at least the condition that "the helical pitch is a non-integer multiple of the basic slice thickness" is important.

【0060】例えばフアンビーム再構成で良く知られて
いるように、180゜+ファン角度のいわゆるハーフ再
構成をこのFeldkamp再構成と組み合わせる場合には、式
(10)は必要条件ではない。式(13)の条件が本質
的である。
Equation (10) is not a requirement when combining the so-called half reconstruction of 180 ° + fan angle with this Feldkamp reconstruction, as is well known, for example, for fan beam reconstruction. The condition of equation (13) is essential.

【0061】また、通常臨床現場において有効視野FO
Vは撮影対象部位によって、腹部はMサイズ、頭部はS
サイズ、というように変える。ヘリカルピッチの条件式
(10)のFOVは後者の文献ではW=FOV/2=120mm で固
定されていたが、固定でなく、撮影対象部位のFOVサ
イズに対応して可変とする。これにより、撮影領域が小
サイズのときは大きなヘリカルピッチで送ることが出来
る。
Further, the effective visual field FO is usually used in a clinical setting.
V is M size for abdomen and S for head
Change the size, and so on. The FOV of the helical pitch conditional expression (10) is fixed at W = FOV / 2 = 120 mm in the latter document, but is not fixed but variable according to the FOV size of the imaging target site. Thus, when the photographing area is small, the image can be sent at a large helical pitch.

【0062】例えば、FOVサイズを240mmから1
20mmにした場合、360゜再構成の場合、式(1
0)によるとPの上限は16.72mmから19.36
mmになり、式(13)から適切な値を選ぶとPは1
6.5mmから18.5mmに変更される。あるいは逆
に、へリカルピッチからFOVサイズを決定しても良
い。
For example, the FOV size is changed from 240 mm to 1
In the case of 20 mm, in the case of 360 ° reconstruction, the expression (1)
According to 0), the upper limit of P is from 16.72 mm to 19.36.
mm, and if an appropriate value is selected from Equation (13), P becomes 1
It is changed from 6.5 mm to 18.5 mm. Or, conversely, the FOV size may be determined from the helical pitch.

【0063】以上のように決定したヘリカルピッチでヘ
リカルスキャンを行い、第1の実施の形態と同様の手法
で画像再構成する。
A helical scan is performed at the helical pitch determined as described above, and an image is reconstructed in the same manner as in the first embodiment.

【0064】(第3の実施の形態)システム構成、
(3)外挿補間処理とヘリカルピッチ、(4)ヘリカル
ピッチの決定方法に関しては第1、第2の実施の形態と
同様とする。
(Third Embodiment) System Configuration
The method of determining (3) extrapolation and helical pitch and (4) the method of determining helical pitch are the same as in the first and second embodiments.

【0065】(5)逆投影データの作成方法 投影データの重み付け、関数とのコンボリューションは
従来で掲げた文献と同様とする。
(5) Method of Creating Back Projection Data The weighting of the projection data and the convolution with the function are the same as those in the literature described above.

【0066】第1の実施の形態の(1)では主に4デー
タの線形補間による逆投影データの作成方法に関して詳
しく説明した。第3の実施の形態では非線形補間によっ
て逆投影データを作成する方法について詳しく記述す
る。
In (1) of the first embodiment, a method of generating backprojection data mainly by linear interpolation of four data has been described in detail. In the third embodiment, a method for creating backprojection data by nonlinear interpolation will be described in detail.

【0067】非線形補間の重み係数曲線はガウス関数、
三角関数、高次関数など無数に存在するが、ここでは比
較的単純な方法を説明する。
The weight coefficient curve of the nonlinear interpolation is a Gaussian function,
Although there are countless trigonometric functions and higher-order functions, a relatively simple method will be described here.

【0068】(1)再構成するボクセルVのZ軸方向のサ
イズをHvとする(図12参照)。 (2)ボクセルVの中心VcからZ軸方向に上下に等間隔
ΔZに並ぶ点J個を考える。ここではΔZ=Hv/J,J=5とす
る。上からMicroV(1), MicroV(2),,, と称する。
(1) Assume that the size of the voxel V to be reconstructed in the Z-axis direction is Hv (see FIG. 12). (2) Consider J points arranged at equal intervals ΔZ up and down in the Z-axis direction from the center Vc of the voxel V. Here, it is assumed that ΔZ = Hv / J and J = 5. They are called MicroV (1), MicroV (2) ,, from the top.

【0069】(3) (2)で想定したJ個の点のうち最も上
にあるMicroV(1) を考える。あるビューIにおいて、X
線焦点と点 MicroV(1)を結ぶ直線を延長して検出器面と
交わる点に最も近い2列2チャンネルの計4データを用
いて4データの線形補間を行い、MicroV(1)に逆投影し
てBack−MicorV(I,1)を得る。 (4)全てのMicroV(J)に関して上と同様に逆投影し、そ
れぞれBack−MicroV(I,J)を得る。
(3) Consider MicroV (1) at the top of the J points assumed in (2). In one view I, X
Extend the straight line connecting the line focal point and the point MicroV (1), perform linear interpolation of 4 data using a total of 4 data of 2 rows and 2 channels closest to the point of intersection with the detector surface, and backproject to MicroV (1) To obtain Back-MicorV (I, 1). (4) Backprojection is performed on all MicroV (J) in the same manner as above to obtain Back-MicroV (I, J).

【0070】(5)式(14)にしたがって、全てのMicro
V(J)に対して逆投影された値Back−MicroV(I,J)を加
算平均し、ボクセルVへの逆投影された値Back(I)とす
る。 以上により、線形補間のみが可能な安価なシステム構
成、ハードウェア構成で複雑な非線形補間を行うことが
可能である。またこの補間方法によれば、ボクセル中心
を通過した直線上のデータを逆投影するのではなくボク
セル全体を通過したビームを逆投影することになり、ビ
ームの広がりを考慮したより精度の高い方法といえる。
(5) According to equation (14), all Micro
The back-projected value Back-MicroV (I, J) is averaged with respect to V (J) to obtain a back-projected value Back (I) to voxel V. As described above, it is possible to perform complicated non-linear interpolation with an inexpensive system configuration and hardware configuration capable of performing only linear interpolation. In addition, according to this interpolation method, a beam passing through the entire voxel is back-projected instead of back-projecting data on a straight line passing through the center of the voxel. I can say.

【0071】結果として、図13に示すように、ボクセ
ルを通過したX線ビームの広がり、つまりボクセルの位
置(焦点からの距離)に依存して2列から4列の投影デ
ータを適当に用いて1ボクセルの逆投影データを作成す
ることになる。
As a result, as shown in FIG. 13, two to four rows of projection data are appropriately used depending on the spread of the X-ray beam passing through the voxel, that is, the position of the voxel (distance from the focal point). One voxel back projection data is created.

【0072】上記(2)においてボクセルVを等間隔に分
割したが、必ずしも等間隔である必要はない。また分割
数J=5 としたが、分割数は任意である。また(3)におい
て4データの線形補間を用いたが、これに限定されるも
のではなく、いかなる補間方法でも良い。また(5)にお
いてはボクセルVへの逆投影値を求めるときに加算平均
を行ったが、重み付き加算などを用いても良い。(2)の
分割間隔と分割数を変え、(5)で重み付き加算を行うこ
とでより複雑な非線形補間を行うことができる。
In the above (2), the voxels V are divided at equal intervals, but they need not necessarily be at equal intervals. Although the number of divisions J is set to 5, the number of divisions is arbitrary. In (3), linear interpolation of four data is used. However, the present invention is not limited to this, and any interpolation method may be used. In (5), the averaging is performed when obtaining the back projection value to the voxel V. However, weighted addition or the like may be used. By changing the division interval and the number of divisions in (2) and performing weighted addition in (5), more complicated nonlinear interpolation can be performed.

【0073】また上記ではJ点に関して各々4点線形補
間を行って逆投影したが、焦点とボクセル中心を結ぶ直
線の延長と検出器面との交点位置とボクセルの位置か
ら、図13のような位置依存性によるビームの広がりを
考慮した関数を用いて非線形補間しても良い。ある検出
器列に対する重みWt(ある検出器)の式(15)は交点
位置とボクセルの位置の関数となり、次のように与えら
れる。
Further, in the above, back projection is performed by performing linear interpolation on each of the four points with respect to the J point. Non-linear interpolation may be performed using a function that considers the beam spread due to position dependence. Equation (15) of the weight Wt (a certain detector) for a certain detector row is a function of the position of the intersection and the position of the voxel, and is given as follows.

【0074】 Wt(ある検出器列)=F(交点位置、ボクセルの位置) …(15) または、位置依存性を無視することで簡略化し、次の式
(16)を適用しても良い。このとき、回転中心におけ
る式(15)の重みに等しくなるようにすると画質劣化
が目立たなくなる。
Wt (a certain detector row) = F (intersection point, voxel position) (15) Alternatively, the following equation (16) may be applied by simplifying by ignoring the position dependency. At this time, if the weight is set to be equal to the weight of Expression (15) at the rotation center, the image quality deterioration will not be noticeable.

【0075】 Wt(ある検出器列)=F(交点位置) …(16) 例えばあるボクセルに逆投影するときに、交点位置から
第1〜第N列までの重みが式(16)で次のように求ま
ったとする。
Wt (a certain detector row) = F (intersection position) (16) For example, when back-projecting onto a certain voxel, the weights from the intersection position to the first to Nth columns are expressed by the following equation (16). Let's say

【0076】Wt(1)=0.0,Wt(2)=0.0,Wt(3)=0.3,W
t(4)=0.6,Wt(5)=0.1,Wt(6)=Wt(7)=… Wt(N)=
0.0 チャンネル方向の重みをWt −CHとするとき、逆投影
するデータは次の式(17)で与えられる。
Wt (1) = 0.0, Wt (2) = 0.0, Wt (3) = 0.3, W
t (4) = 0.6, Wt (5) = 0.1, Wt (6) = Wt (7) = ... Wt (N) =
0.0 When the weight in the channel direction is Wt-CH, the data to be back-projected is given by the following equation (17).

【0077】 また最初の方法において各点に対する逆投影における重
みはほとんど同じであることから、逆投影前にデータを
加算平均しても良い。即ち、(1),(2)の処理を同様に行
ったあと、 (3)(2)で想定したJ個の点のうち最も上にあるMicroV
(1)を考える。あるビューIにおいて、焦点と点MicroV
(1)を結ぶ直線を延長して検出器面と交わる点に最も近
い2列2チャンネルの計4データを用いて4点線形補間
を行い、Pre -Back- MicroV(I,1)を得る。 (4)全てのMicroV(J)に関して上と同様に4点線形補間
し、各々Pre - Back- MicroV(I,I)を得る。
[0077] In the first method, since the weight of each point in the back projection is almost the same, the data may be averaged before the back projection. That is, after performing the processes of (1) and (2) in the same manner, the MicroV at the top of the J points assumed in (3) and (2)
Consider (1). In view I, focus and point MicroV
A straight line connecting (1) is extended to perform four-point linear interpolation using a total of four data of two rows and two channels closest to the point of intersection with the detector surface to obtain Pre-Back-MicroV (I, 1). (4) Four-point linear interpolation is performed for all MicroV (J) in the same manner as above to obtain Pre-Back-MicroV (I, I).

【0078】(5)全てのMicroV(J)に関するPre - Back
- MicroV(I,J)を加算平均し、ボクセルへ逆投影する値
Pre - Back(I)とする。 (6)上のPre - Back(I)を逆投影してボクセルVへ逆投
影された値Back(I)とする。これによって、逆投影する
計算時間を大幅に短縮でき、しかも逆投影を全MicroV
(J)に行わず、1回で済ます誤差はほとんど無視でき
る。ただし、上でも必ずしも加算平均である必要はなく
重み付き加算などでも良い。
(5) Pre-Back for all MicroV (J)
-Value to add and average MicroV (I, J) and backproject to voxel
Pre-Back (I). (6) The above Pre-Back (I) is back-projected to a value Back (I) back-projected to voxel V. As a result, the calculation time for backprojection can be significantly reduced, and backprojection is performed for all MicroV
The error that can be done only once without performing (J) is almost negligible. However, even in the above, it is not always necessary to perform the averaging, and a weighted addition may be used.

【0079】(6)2データ逆投影方法2 360°分の再構成開始角と終了角の方向に大きなギャッ
プが存在するため、画像上に明瞭なストリークが発生す
るという問題があった。またビーム重複領域への2デー
タ逆投影法を行うとノイズの少ない濃度分解能の良い画
像になるかわり、コーン角の大きい斜行したデータを用
いるために実効スライス厚がやや厚めになる。臨床現場
ではノイズより実効スライス厚の薄さが優先されること
もあり、その方法を説明する。
(6) Two-data back-projection method 2 Since there is a large gap in the direction of the reconstruction start angle and the end angle for 360 °, there is a problem that a clear streak is generated on the image. Also, when the two-data back-projection method onto the beam overlapping area is performed, an image having a low density and a good density resolution is obtained, but the skewed data having a large cone angle results in a somewhat thicker effective slice thickness. In clinical practice, thinner effective slice thickness may be prioritized over noise, and the method will be described.

【0080】XY面に対するX線ビームの角度、つまり
コーン角の小さいX線ビームだけを逆投影できれば実効
スライス厚は薄くなる。したがってK回転目とK+1 回転
目のX線焦点F(k)とF(k+1)からのX線ビームの重複
領域内のごく限られた領域(Border Area)、つまりK回
転目とK+1 回転目のX線焦点F(k)とF(k+1)各々から
のX線ビームのコーン角の略同一となる領域内のボクセ
ルに対しては2データを逆投影し、重複領域外のボクセ
ルに対しては例え2つのX線ビームが重複していても、
コーン角の小さいX線ビームの投影データだけを選択的
に採用して逆投影する。
If only the angle of the X-ray beam with respect to the XY plane, that is, only the X-ray beam having a small cone angle can be back-projected, the effective slice thickness becomes small. Therefore, a very limited area (Border Area) in the overlapping area of the X-ray beams from the X-ray focal points F (k) and F (k + 1) at the K-th rotation and the K + 1-th rotation, that is, the K-th rotation Two data are back-projected to the voxels in the region where the cone angles of the X-ray beams from each of the X-ray focal points F (k) and F (k + 1) at the (K + 1) th rotation are substantially the same, and overlap. For voxels outside the region, even if two X-ray beams overlap,
Back projection is performed by selectively using only the projection data of the X-ray beam having a small cone angle.

【0081】図15(a)はBorder Area の一例を示
す。このとき、重複領域内であってBorder Area 外の一
方の領域A内のボクセルへはコーン角の小さい焦点F(k
+1)からのX線によって得られた投影データを逆投影
し、重複領域内であってBorder Area 外の他方の領域B
内のボクセルへはF(k)からのX線によって得られた投
影データを逆投影する。ただし2つの焦点からのコーン
角がほぼ等しいBorder Area 内のボクセルへは2つの焦
点F(k)およびF(k+1)からそれぞれ再構成点へ逆投影
してBack(I,k),Back(I,k+1)を得、各々を重み付け加算
あるいは加算平均して再構成点への逆投影値Back(I)を
得る。
FIG. 15A shows an example of a Border Area. At this time, the focus F (k) having a small cone angle is applied to the voxel in one area A in the overlapping area and outside the border area.
+1) is back-projected from the projection data obtained by the X-ray, and the other area B in the overlapping area and outside the Border Area
Projection data obtained by X-rays from F (k) is back-projected to the voxels inside. However, voxels in a Border Area having substantially the same cone angle from the two focal points are back-projected from the two focal points F (k) and F (k + 1) to the respective reconstruction points, and Back (I, k), Back (I, k + 1) are obtained, and weighted addition or averaging is performed on each of them to obtain a back projection value Back (I) to the reconstruction point.

【0082】図15(b)のように、ある再構成平面を
考えると、再構成平面を挟む上下の焦点のコーン角の差
が大きいときはコーン角の小さいビームだけを逆投影
し、差が小さいときは上下両方の焦点から逆投影して重
み付け加算することになる。すなわち360 °分の投影デ
ータで1枚の断層像を再構成をするのではなく、ややオ
ーバーラップした360 °+αのデータを用いて重複領域
は重み付け加算して360°の再構成データを作成し、1
枚の断層像を再構成することになる。重み付け加算を行
う場合、重みはこの角度に対応して線形あるいは非線形
に変化させると良い。
As shown in FIG. 15B, considering a certain reconstruction plane, when the difference between the cone angles of the upper and lower focal points sandwiching the reconstruction plane is large, only the beam with a small cone angle is back-projected, and the difference is reduced. When the distance is small, back projection is performed from both the upper and lower focal points and weighted addition is performed. That is, instead of reconstructing a single tomographic image with 360 ° projection data, the overlapping area is weighted and added using slightly overlapping 360 ° + α data to create 360 ° reconstruction data. , 1
The tomographic images are reconstructed. When performing weighted addition, the weights may be changed linearly or non-linearly in accordance with this angle.

【0083】ここで角度に対応した重み付けについて説
明する。図23は図15(b)で、横軸の角度で収集さ
れたデータを縦軸の重みで逆投影することを示した図で
ある。図23(a)は参考に示した図であり、従来の逆
投影法で重複領域でもコーン角の小さい方のデータを選
択して逆投影する方法である。逆没影する角度は2πす
なわち360°である。図23(b)および図23
(c)は重複角をαとし、2回転で得られたデータを重
み付けして逆投影する方法である。図23(b)は線形
な重み付けであり、図23(c)は非線形な重み付けで
ある。ギャップの影響を抑制するという目的から、重み
自体が連続、かつ重みの1次微分も連続かつ1次微分の
最大値が最小になるような非線形な重み関数が理想的で
ある。
Here, the weighting corresponding to the angle will be described. FIG. 23 is a diagram showing that data collected at angles on the horizontal axis is back-projected with weights on the vertical axis in FIG. FIG. 23 (a) is a diagram shown for reference, and shows a method of selecting and backprojecting data having a smaller cone angle even in an overlapping area by a conventional backprojection method. The angle of reverse shadowing is 2π, that is, 360 °. FIG. 23 (b) and FIG.
(C) is a method in which the overlap angle is α and the data obtained by two rotations are weighted and back-projected. FIG. 23B illustrates linear weighting, and FIG. 23C illustrates non-linear weighting. For the purpose of suppressing the influence of the gap, it is ideal to use a nonlinear weight function in which the weight itself is continuous, the first derivative of the weight is continuous, and the maximum value of the first derivative is minimized.

【0084】これにより、再構成開始角と終了角の方向
に発生した明瞭なアーチファクトを消去あるいは減弱で
きる。
As a result, clear artifacts generated in the directions of the reconstruction start angle and the end angle can be eliminated or attenuated.

【0085】Border Area の形状、重複領域の範囲(角
度)は上に限定されず、図14のように平面内位置依存
性があってもよい。また重複領域では2つのビームは線
形又は非線形重み付け加算に限定されない。重み一定の
重み付け加算でも良いし、加算平均でも良い。
The shape of the Border Area and the range (angle) of the overlapping area are not limited to the above, and may have an in-plane position dependency as shown in FIG. Also, in the overlap region, the two beams are not limited to linear or non-linear weighted addition. Weighted addition with a constant weight or averaging may be used.

【0086】また、上において2つの(逆投影される)
コンボリューションされたデータD(チャンネル,列)
を逆投影してBack(I,k)とBack(I,k+1)を得た後、それ
ぞれを重み付け加算したが、重み付け加算後に逆投影し
ても良い。即ち、式(4)、(5)を変形した式(7)
を採用する。
The above two (back-projected)
Convolved data D (channel, column)
Are back-projected to obtain Back (I, k) and Back (I, k + 1), and then weighted and added. However, backprojection may be performed after weighted addition. That is, equation (7) obtained by modifying equations (4) and (5)
Is adopted.

【0087】 D'(I) =β・D(k)+(1-β)・D(k+1) Back(I) =1/W2 ・D'(I) …(7)再掲 X線が2回重複して照射される領域の2種類の重み付け
方法の違いについて再度説明する。
D ′ (I) = β · D (k) + (1−β) · D (k + 1) Back (I) = 1 / W 2 · D ′ (I) (7) Repeated X-ray The difference between the two types of weighting methods for the region irradiated twice is described again.

【0088】(1)ある角度のデータに対して、スライ
ス面内の各ボクセルの重みは位置依存あり、図14で記
述した方法について説明する。例えば図24(a)の同
一アキシャル面内にある(すなわちZ座標か同一の)2
つのボクセルV1とV2を考える。ボクセルV1とV2
には、F(k) とF(k+1) の2つの焦点からX線ビームか
照射される。
(1) For data at a certain angle, the weight of each voxel in the slice plane depends on the position, and the method described in FIG. 14 will be described. For example, 2 in the same axial plane of FIG. 24A (that is, the Z coordinate is the same)
Consider two voxels V1 and V2. Voxels V1 and V2
Is irradiated with an X-ray beam from two focal points, F (k) and F (k + 1).

【0089】このときボクセルV1を通りZ軸(回転
軸)に平行な直線L(V1)を考えこの直線L(V1)とF(K)
およびF(K+1) から照射されるX線ビームの端との交点
を、DおよびCとする。このとき、この直線上の各ボク
セル焦点F(K) のデータを逆投影するときの重みW(k)
は、図24(b)のようになる。同様に、焦点F(k+1)
のデータを逆投影するときの重みW(k+1) は図25
(c)である。
At this time, a straight line L (V1) passing through the voxel V1 and being parallel to the Z axis (rotation axis) is considered, and the straight lines L (V1) and F (K) are considered.
And D and C are the intersections with the ends of the X-ray beam emitted from F and (K + 1). At this time, the weight W (k) when back-projecting the data of each voxel focal point F (K) on this straight line
Is as shown in FIG. Similarly, focus F (k + 1)
Weight W (k + 1) when back-projecting the data of FIG.
(C).

【0090】同様にボクセルV1と同一のアキシャル面
内にある(すなわちZ座標が同一の)ボクセルV2を通
る直線上のボクセルへの焦点F(k) ,F(k+1) の重みW
(k),W(K+1) は、図24(d)のようになる。図24
(b)と図24(d)で示されるようにV1とV2の重
みW(k) は異なり、すなわち、同じ焦点から得られたデ
ータを同一のアキシャル面内に逆没影する場合であって
も、ボクセルと焦点のアキシャル面内の位置関係に依存
して逆投影するときの各々のビームの重みが異なること
になる。
Similarly, the weights W of the focal points F (k) and F (k + 1) on a voxel on a straight line passing through a voxel V2 which is in the same axial plane as the voxel V1 (ie, has the same Z coordinate).
(k) and W (K + 1) are as shown in FIG. FIG.
As shown in FIG. 24 (b) and FIG. 24 (d), the weights W (k) of V1 and V2 are different, that is, even when data obtained from the same focal point is reversely shadowed in the same axial plane. , The weight of each beam at the time of back projection depends on the positional relationship between the voxel and the focal point in the axial plane.

【0091】(2)ある角度のデータに対して、スライ
ス面内の全ボクセルの重みが同一 図15で記述した方法について説明する。図26(a)
は同一アキシャル面にあるボクセルV1とV2、および
それらとは異なるアキシャル面にあるボクセルV3を考
える。3つのボクセルいずれにも、2つの焦点F(k) お
よびF(k+1) からのX線ビームか照射されている。
(2) Weights of All Voxels in Slice Plane are the Same for Data at a Certain Angle The method described in FIG. 15 will be described. FIG. 26 (a)
Considers voxels V1 and V2 on the same axial plane and voxel V3 on an axial plane different from them. All three voxels are irradiated with X-ray beams from two focal points F (k) and F (k + 1).

【0092】この方法では前述のように重複した領域の
限定された領域だけに2つのビームを逆没影するのでボ
クセルV3はコーン角の小さい方の焦点泣置で得られた
投影データに基づく逆投影データのみが逆没影される。
In this method, as described above, the two beams are reversely reflected only in the limited area of the overlapped area. Therefore, the voxel V3 is back-projected based on the projection data obtained by the focusing operation with the smaller cone angle. Only the data is reverse shadowed.

【0093】次に、ボクセルV1を通りZ軸に平行な直
線L(V1)を考え2つのデータを重複して逆投影する領域
を図25(a)のBorder Area として設定し,この直線
L(V1)とBorder Area との交点をB1およびB2とす
る。このとき、この直線上の各ボクセルへ焦点F(k) の
データを逆没影するときの重みW(k) は、図25(b)
のようになり、焦点F(k+1) のデータを逆投影するとき
の重みW(k+1) は図25(c)のようになる。2つのデ
ータが重み付けされて逆投影される領域か図24と異な
ることに注目されたい。
Next, considering a straight line L (V1) passing through the voxel V1 and parallel to the Z-axis, an area in which two data are overlapped and back-projected is set as a Border Area in FIG. The intersections between V1) and the Border Area are B1 and B2. At this time, the weight W (k) when the data of the focal point F (k) is reversely reflected on each voxel on this straight line is shown in FIG.
The weight W (k + 1) when back-projecting the data at the focal point F (k + 1) is as shown in FIG. Note that the region where the two data are weighted and backprojected is different from FIG.

【0094】またボクセルV1と同一のアキシャル面内
にある(すなわちZ座標か同一の)ボクセルV2を通る
直線上のボクセルへの焦点F(k) ,F(k+1) ) の重みW
(k),W(k+1) も、同様にBorder Area との交点から、
図25(d)のようになる。これはボクセルV1に対す
る重み図25(b)と同じである。つまり重みが(1)
のようにビームの広がりに依存しない、つまりアキシャ
ル面内のボクセルの位置に依存しないので、同一のアキ
シャル面内の全ボクセルに対して逆投影するときの2つ
のビームの重みが同一になる。
The weight W of the focus F (k), F (k + 1)) on a voxel on a straight line passing through the voxel V2 in the same axial plane as the voxel V1 (that is, the same Z coordinate).
(k) and W (k + 1) are similarly calculated from the intersection with the Border Area.
The result is as shown in FIG. This is the same as the weighting diagram 25 (b) for the voxel V1. That is, the weight is (1)
Does not depend on the spread of the beam, that is, does not depend on the position of the voxel in the axial plane, the weight of the two beams when back-projecting all voxels in the same axial plane becomes the same.

【0095】つまり、図15(b)あるいは図23のよ
うな角度による重み表現が可能になる。これはハードウ
ェアで実現する際に簡便な構成で実現可能であることを
示し、またコーン角の大きいデータを画像再構成に利用
しないことになるので、画質も向上する。
That is, weight expression by angles as shown in FIG. 15B or FIG. 23 becomes possible. This indicates that it can be realized with a simple configuration when it is realized by hardware, and data with a large cone angle is not used for image reconstruction, so that the image quality is also improved.

【0096】以上説明したシステム構成で、(3)外挿
処理とヘリカルピッチ、(4)ヘリカルピッチの決定方
法2で決定されたヘリカルピッチでスキャンし、(1)
逆投影データの作成方法で逆投影するデータを作成し、
(6)2データ逆投影方法2で逆投影して画像を再構成
する。
In the system configuration described above, scanning is performed at the helical pitch determined by (3) extrapolation processing and helical pitch, and (4) helical pitch determination method 2. (1)
Create back projection data by the method of creating back projection data,
(6) An image is reconstructed by backprojection using the two-data backprojection method 2.

【0097】本発明は上述した実施の形態に限定される
ことなく種々変形して実施可能である。
The present invention can be implemented in various modifications without being limited to the above embodiment.

【0098】[0098]

【発明の効果】本発明によれば、k回転目のX線ビーム
と、k+1回転目のX線ビームとの重複領域の画質を向
上することができる。本発明によれば、コーン角の不連
続によるストリークアーチファクトの発生を軽減し得
る。
According to the present invention, it is possible to improve the image quality of the overlapping area between the X-ray beam at the k-th rotation and the X-ray beam at the (k + 1) -th rotation. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of the streak artifact by discontinuity of a cone angle can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態によるX線コンピュータ断層
撮影装置の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of an X-ray computed tomography apparatus according to a first embodiment.

【図2】図1のガントリの外観図。FIG. 2 is an external view of the gantry of FIG.

【図3】図1の2次元アレイ型X線検出器の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of the two-dimensional array type X-ray detector of FIG. 1;

【図4】各種パラメータの説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of various parameters.

【図5】ヘリカルピッチの説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a helical pitch.

【図6】計算上のX線パスの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an X-ray path in calculation.

【図7】内挿補間処理の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of an interpolation process.

【図8】重複領域内のボクセルで交差するX線パスを示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing an X-ray path intersecting with voxels in an overlapping area.

【図9】外挿補間処理の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of extrapolation processing.

【図10】従来の補間に用いる投影データのk回転目と
k+1回転目の切り換えによるアーチファクトの発生に
関する説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram relating to generation of an artifact due to switching between the kth rotation and the (k + 1) th rotation of projection data used for conventional interpolation.

【図11】第2の実施の形態による補間に用いる投影デ
ータのk回転目とk+1回転目の切り換えによるアーチ
ファクトの軽減に関する説明図。
FIG. 11 is an explanatory diagram related to reduction of artifacts by switching between k-th rotation and k + 1-th rotation of projection data used for interpolation according to the second embodiment.

【図12】第3の実施の形態による非線形補間で適用さ
れるボクセルVの中心VcからZ軸方向に上下に等間隔
ΔZに並ぶ点J個を示す図。
FIG. 12 is a diagram illustrating J points vertically arranged at equal intervals ΔZ in the Z-axis direction from a center Vc of a voxel V applied by nonlinear interpolation according to the third embodiment.

【図13】第3の実施の形態による非線形補間に使われ
る投影データとボクセルの位置との関係を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between projection data used for nonlinear interpolation and voxel positions according to the third embodiment.

【図14】重複領域内のBorder Area を示す図。FIG. 14 is a view showing a Border Area in an overlapping area.

【図15】Border Area の形状、重複領域の範囲の平面
内位置依存性の説明図。
FIG. 15 is an explanatory diagram of the shape of a Border Area and the dependence of the range of the overlapping area on the in-plane position.

【図16】1次元アレイ型X線検出器の斜視図。FIG. 16 is a perspective view of a one-dimensional array type X-ray detector.

【図17】コンベンショナルスキャンとヘリカルスキャ
ンの説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a conventional scan and a helical scan.

【図18】基本スライス厚の説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram of a basic slice thickness.

【図19】コーンビームスキャンの説明図。FIG. 19 is an explanatory diagram of cone beam scanning.

【図20】従来の重複領域内ボクセルに対する投影デー
タの取り扱いの説明図。
FIG. 20 is an explanatory diagram of conventional handling of projection data for voxels in an overlapping area.

【図21】重複領域を示す図。FIG. 21 is a diagram showing an overlapping area.

【図22】従来のヘリカルピッチの決定方法の説明図。FIG. 22 is an explanatory diagram of a conventional helical pitch determination method.

【図23】角度変化に対する重み関数を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a weight function for an angle change.

【図24】ボクセルと焦点のアキシャル面内の位置変化
に対する重み関数を示す図。
FIG. 24 is a diagram showing a weighting function with respect to a change in the position of a voxel and a focal point in an axial plane.

【図25】Border Area に対応する重み関数を示す図。FIG. 25 is a view showing a weight function corresponding to a Border Area.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガントリ、 2…回転リング、 3…X線源、 4…X線フィルタ、 5…2次元アレイ型X線検出器、 6…寝台、 7…高圧発生器、 8…X線制御器、 9…架台寝台制御器、 10…システム制御器、 11…データ収集部、 12…再構成処理部、 13…表示装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gantry, 2 ... Rotating ring, 3 ... X-ray source, 4 ... X-ray filter, 5 ... 2-dimensional array type X-ray detector, 6 ... Bed, 7 ... High voltage generator, 8 ... X-ray controller, 9 ... gantry bed controller, 10 ... system controller, 11 ... data collection unit, 12 ... reconstruction processing unit, 13 ... display device.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体の体軸方向に広がりを持つX線を
発生するX線源と、被検体の体軸方向に沿って複数列配
列され被検体の透過X線を収集する多チャンネル型のX
線検出手段と、前記X線源と被検体との相対移動と相対
回転運動によってらせん状スキャンをし、収集したデー
タを処理し、処理したデータを逆投影することにより画
像を再構成する手段とを有するX線コンピュータ断層撮
影装置において、 前記らせん状スキャンのピッチを基本スライス厚の非整
数倍として前記らせん状スキャンを行うことを特徴とす
るX線コンピュータ断層撮影装置。
An X-ray source for generating X-rays extending in the body axis direction of a subject, and a multi-channel type for collecting transmitted X-rays of the subject arranged in a plurality of rows along the body axis direction of the subject. X
X-ray detection means, and means for performing a helical scan by the relative movement and relative rotational movement of the X-ray source and the subject, processing the collected data, and reconstructing an image by back-projecting the processed data. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the spiral scan is performed by setting a pitch of the spiral scan to a non-integer multiple of a basic slice thickness.
【請求項2】 前記基本スライス厚は、1チャンネル分
の検出素子に照射されるX線ビームの撮影領域における
厚みであることを特徴とする請求項1記載のX線コンピ
ュータ断層撮影装置。
2. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 1, wherein the basic slice thickness is a thickness in an imaging region of an X-ray beam applied to a detection element for one channel.
【請求項3】 前記ピッチは、再構成に必要なX線焦点
による切り換えが発生する位相が再構成面を挟んで上下
でずれるように決定されることを特徴とする請求項1記
載のX線コンピュータ断層撮影装置。
3. The X-ray according to claim 1, wherein the pitch is determined such that a phase at which switching by an X-ray focal point required for reconstruction occurs is vertically shifted across a reconstruction plane. Computer tomography equipment.
【請求項4】 被検体の体軸方向に広がりを持つX線を
発生するX線源と、被検体の体軸方向に沿って複数列配
列され被検体の透過X線を収集する多チャンネル型のX
線検出手段と、X線源と被検体との相対移動と相対回転
運動によってらせん状スキャンをし、収集したデータを
処理し、処理したデータを逆投影することにより画像を
再構成する再構成手段とを有するX線コンピュータ断層
撮影装置において、 前記再構成手段は、複数回転のビームが照射される領域
の一部あるいは全部について、同位相で異回転の複数の
データから逆投影データを得て、逆投影することを特徴
とするX線コンピュータ断層撮影装置。
4. An X-ray source for generating X-rays extending in the body axis direction of the subject, and a multi-channel type arranged in a plurality of rows along the body axis direction of the subject to collect transmitted X-rays of the subject. X
X-ray detection means and reconstruction means for performing helical scanning by relative movement and relative rotation between the X-ray source and the subject, processing collected data, and reprojecting the processed data to reconstruct an image In the X-ray computed tomography apparatus having, the reconstruction means, for some or all of the region irradiated with a plurality of rotation beams, to obtain back projection data from a plurality of data of the same phase and different rotations, An X-ray computed tomography apparatus characterized by performing back projection.
【請求項5】 前記再構成手段は、前記重複領域中の一
部の領域は、同位相で異焦点位置の複数のデータを用い
て逆投影データを得、前記重複領域中の前記一部の領域
を除く領域は1焦点位置のデータを用いて逆投影データ
を得ることを特徴とする請求項4記載のX線コンピュー
タ断層撮影装置。
5. The reconstructing means obtains backprojection data for a part of the overlapping area using a plurality of data at the same phase and different focal positions, and obtains the partial projection data for the part of the overlapping area. 5. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 4, wherein backprojection data is obtained using data at one focal position except for the region.
【請求項6】 前記再構成手段は、前記重複領域につい
て、360度より多い投影データを重み付け加算して3
60度分のデータを得、このデータに基づいて画像を再
構成することを特徴とする請求項4又は5記載のX線コ
ンピュータ断層撮影装置。
6. The reconstructing means weights and adds projection data of more than 360 degrees to the overlapping area to obtain 3
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 4 or 5, wherein data for 60 degrees is obtained, and an image is reconstructed based on the data.
【請求項7】 被検体の体軸方向に広がりを持つX線を
発生するX線源と、被検体の体軸方向に沿って複数列配
列され被検体の透過X線を収集する多チャンネル型のX
線検出手段と、X線源と被検体との相対移動と相対回転
運動によってらせん状スキャンをし、収集したデータを
処理し、処理したデータを逆投影することにより画像を
再構成する再構成手段とを有するX線コンピュータ断層
撮影装置において、 前記再構成手段は、逆投影対象のボクセルのX線焦点に
対する位置に応じて、前記複数配列された検出素子列の
投影データの中から所定の検出素子列の投影データを選
択し、この投影データから前記ボクセルの逆投影データ
を作成することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影
装置。
7. An X-ray source for generating X-rays extending in the body axis direction of the subject, and a multi-channel type arranged in a plurality of rows along the body axis direction of the subject to collect transmitted X-rays of the subject. X
X-ray detection means and reconstruction means for performing helical scanning by relative movement and relative rotation between the X-ray source and the subject, processing collected data, and reprojecting the processed data to reconstruct an image In the X-ray computed tomography apparatus having the above, the reconstruction means is configured to determine a predetermined detection element from among the projection data of the plurality of arrayed detection elements according to the position of the voxel to be back-projected with respect to the X-ray focus. An X-ray computed tomography apparatus, wherein projection data of a row is selected, and back-projection data of the voxel is created from the projection data.
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