CN100369584C - 图像重构方法和计算x线体层照相装置 - Google Patents

Abstract

实现即使在完全没有相对数据的情况下也可重构质量好的图像的方法、和可进行这种图像重构的X射线CT装置。在收集基于螺旋扫描的投影数据的图像信道空间中，通过使用成反射点关系的数据点对(A、A’)中投影数据之间的内插作成有关预定的片段的多个视图的投影数据，根据这些投影数据来重构图像，其中，在图像信道空间中，当相当于数据点对之一(A’)的位置上没有投影数据时，利用根据其附近多个数据点(B、C)中的投影数据进行内插的数据。

Description

图像重构方法和计算X线体层照相装置

技术领域

本发明涉及一种图像重构方法和X射线的计算X线体层照相[CT(Computed Tomography)]装置，具体是涉及根据通过螺旋扫描(helicalscan)收集到的投影数据来重构图像的方法和进行这种图像重构的X射线CT装置。

背景技术

在X射线CT装置中，在收集基于螺旋扫描的投影数据的图像信道(viewchannel)空间中，形成关于通过使用具有相对关系的投影数据彼此的内插来预定的片段(Slice)的多个视图的投影数据，根据这些投影数据来重构图像。(例如特开平6-181919号公报(第3页，图5-6))。

因为图像信道空间中的数据点离散，所以正确相对的数据未必存在于实测数据中。在这种情况下，虽利用实测数据中相对最好的数据，但因为不是完全相对数据，所以重构图像的质量不好。

因此，本发明的课题在于实现即使在没有完全相对数据的情况下也可重构质量好的图像的方法、和可进行这种图像重构的X射线CT装置。

发明内容

(1)解决上述课题的一个方面的发明是一种重构方法，在收集基于螺旋扫描的投影数据的图像信道空间中，通过使用成反射点关系的数据点对中投影数据之间的内插来作成有关预定的片段的多个视图的投影数据，根据这些投影数据来重构图像，其特征在于：在所述图像信道空间中，当相当于所述数据点对之一的位置上没有投影数据时，利用根据其附近多个数据点中的投影数据进行内插的数据。

(2)、解决上述课题的另一个方面的发明是一种X射线CT装置，具有：数据收集单元，将通过利用X射线的螺旋扫描、将拍摄对象中图像重构用投影数据收集到图像信道空间中；重构单元，在所述图像信道空间中，通过使用成反射点关系的数据点对中投影数据之间的内插来作成有关预定的片段的多个视图的投影数据，根据这些投影数据来重构图像，其特征在于：所述重构单元在所述图像信道空间中，当相当于所述数据点对之一的位置上没有投影数据时，利用根据其附近多个数据点中的投影数据进行内插的数据。

在上述各方面的发明中，在图像信道空间中，当相当于数据对之一的位置上没有投影数据时，利用根据其附近多个数据点中的投影数据进行内插的数据，所以可得到完全的相对数据，由此，可得到质量好的重构图像。所述内插是基于附近两个数据点中投影数据的1次内插，其优点在于简化计算。

附图说明

图1是X射线CT装置的框图。

图2是表示X射线检测器的模式结构的图。

图3是表示X射线检测器的模式结构的图。

图4是表示X射线照射、检测装置的模式结构的图。

图5是表示X射线照射、检测装置的模式结构的图。

图6是表示图像信道空间的图。

图7是表示图像信道空间的图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施状态。本发明不限于实施状态。图1表示X射线CT装置的框图。本装置为本发明的实施状态一例。通过本装置的结构示出关于本发明装置的实施状态一例。通过本装置的动作，示出关于本发明的方法的实施状态一例。

如图1所示，本装置具备扫描台架(gantry)2、拍摄台(table)4和操作控制台(console)6。扫描台架2具有X射线管20。从X射线管20放射出的未图示的X射线通过准直仪(collimator)22形成为扇形X射线束(beam)、即扇形波射束(fan beam)，照射到X射线检测器24。

X射线检测器24具有沿扇状X射线束的宽度方向排列成阵列(array)状的多个检测元件。后面详细说明X射线检测器24的结构。X射线管20、准直仪22和X射线检测器24构成X射线照射、检测装置。后面详细说明X射线照射检测装置。

将数据收集部26连接于X射线检测部24。数据收集部26收集X射线检测器24的各检测元件的检测信号，作为数字数据(digital data)。

来自X射线管20的X射线照射由X射线控制器(controller)28控制。省略图示X射线管20与X射线控制器28的连接关系。准直仪22由准直仪控制器30控制。省略图示准直仪22与准直仪控制器30的连接关系。

将以上从X射线管20到准直仪控制器30的部件装载在扫描台架2的旋转部34上。旋转部34的旋转由旋转控制器36来控制。省略图示旋转部34与旋转控制器36的连接关系。

拍摄台4将未图示的拍摄对象搬入和搬出扫描台架2的X射线照射空间。后面详细说明对象与X射线照射空间的关系。

操作控制台6具有数据处理装置60。数据处理装置60由例如计算机(computer)等构成。数据处理装置60上连接控制接口(interface)62。在控制接口62上连接扫描台架2与拍摄台4。数据处理装置60通过控制接口62来控制扫描台架2和拍摄台4。

通过控制接口62来控制扫描台架2内的数据收集部26、X射线控制器28、准直仪控制器30和旋转控制器36。省略图示这些各部与控制接口62的各连接。

数据处理装置60上还连接数据收集缓冲器64。在数据收集缓冲器64上连接扫描台架2的数据收集部26。数据收集部26收集的数据通过数据收集缓冲器64被输入数据处理装置60。

数据处理装置60上连接存储装置66。存储装置66存储扫描台架2收集到的数据。由扫描台架2、数据收集缓冲器64、数据处理装置60和存储装置66构成的部分是本发明中数据收集单元的实施状态一例。

存储装置66还存储数据处理装置60用的程序(program)。数据处理装置60通过执行存储装置66中存储的程序，进行关于拍摄的各种数据处理。

数据处理装置60使用通过数据收集缓冲器64收集到存储装置66中的多个视图的投影数据，进行图像重构。在图像重构中例如使用滤光放映(filteredback projection)法等。数据处理装置60是本发明中重构单元的实施状态一例。

在数据处理装置60上还连接显示装置68和操作装置70。显示装置68显示从数据处理装置60输出的重构图像或其它信息。由使用者来对操作装置70进行操作，将各种指示或信息等输入数据处理装置60。使用者使用显示装置68和操作装置70来交互(interactive)操作本装置。

图2表示X射线检测器24的模式结构。如图所示，X射线检测器24构成为将多个X射线检测元件24(i)排列成1维阵列状的多信道的X射线检测器。i是信道号码，例如i＝1-1000。X射线检测元件24(i)作为整体形成弯曲成圆筒凹面状的X射线入射面。

X射线检测器24如图3所示，也可将多个X射线检测元件24(ik)排列成2维阵列状。多个X射线检测元件24(ik)作为整体形成弯曲成圆筒凹面状的X射线入射面。K是列号码，例如k是1、2、3、4。X躬线检测元件24(ik)由列号码k相同的元件来分别构成检测元件列。X射线检测器24的检测元件列不限于4列，也可是大于或小于4个的多个。

X射线检测元件24(ik)例如由闪烁器(scintillator)与发光二极管(photodiode)的组合构成。但不限于此，例如也可是利用镉碲(CdTe)等的半导体X射线检测元件、或利用氙(Xe)气的电离箱型X射线检测元件。

图4表示X射线照射、检测装置中X射线管20、准直仪22与X射线检测器24的相互关系。图4(a)是表示从扫描台架2的正面看的状态的图，(b)是表示从侧面看的状态图。如图所示，从X射线管20放射出的X射线通过准直仪22形成为扇形X射线束400，照射到X射线检测器24上。以下，将扇形X射线束也称为扇形波射束X射线。

图4(a)中，表示扇形波射束X射线400的宽度。扇形波射束X射线400的宽度方向与X射线检测器24中的信道排列方向一致。准直仪22具有间隔空间彼此相对的1对准直仪刀片(collimator blade)222、224。准直仪刀片222、224之间的空间构成扇形波射束X射线400的宽度方向的开口(小孔：aperture)。该小孔决定扇形波射束X射线400的打开角度。打开角度也被称为扇形角(fanangle)。

图4(b)中示出扇形波射束X射线400的厚度。扇形波射束X射线400的厚度方向与X射线检测器24中多个检测元件列的并设方向一致。准直仪22具有间隔空间彼此相对的1对准直仪刀片226、228。准直仪刀片226、228之间的空间构成扇形波射束X射线400的厚度方向的小孔。该小孔决定扇形波射束X射线400的厚度。

在这种扇形波射束X射线400的扇面中使体轴交叉，例如图5所示，将装载在拍摄台4上的对象8搬入X射线照射空间。扫描台架2构成内部包含X射线照射、检测装置的筒状结构。

X射线照射空间形成于扫描台架2的筒状结构的内侧空间中。将由扇形波射束X射线400片段(slice)的对象8的像投影到X射线检测器24上。通过X射线检测器24，检测透过对象8的X射线。由准直仪22的小孔来确定照射到对象8上的扇形波射束X射线400的厚度th。

由X射线管20、准直仪22与X射线检测器24构成的X射线照射、检测装置保持这些相互关系不变，连续旋转(扫描)对象8的体轴四周。在X射线照射、检测装置的旋转同时，如箭头42所示，当使拍摄台4沿对象8的体轴方向连续移动时，X射线照射、检测装置对于对象8、相对沿包围对象8的螺旋状轨道旋转，进行所谓螺旋扫描。通过螺旋扫描来收集多个视图的投影数据。存储投影数据的存储器(memory)空间被称为图像信道空间的图。

图6表示图像信道空间的原理图。图中，纵轴是视图，横轴是信道。视图用扇形波射束X射线400的中心束的旋转角度β表示。中心束是通过旋转中心的束。信道用以中心束为基准的X射线束的角度γ来表示。2γmax是扇形波射束X射线400的扇形角。对每个检测元件列形成这种视图信道空间。

通过螺旋扫描的1次旋转，通过实测得到β从0到2p的范围的投影数据。在这种图像信道空间中，对任意数据点A，都有反射点A’。数据点A的图像信道空间(βA，γA)与反射点A’的图像信道(βA’，γA’)有下式关系。

式1

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_A={\mathrm{\β}}_{A^{\′}}+\mathrm{\π}+2{\mathrm{\γ}}_{A^{\′}}\\ {\mathrm{\γ}}_A=-{\mathrm{\γ}}_{A^{\′}}\end{array}\right.$

处于这种关系的数据点彼此成为反射点。这些数据点的数据彼此成为所谓相对数据。相对数据对用于期望片段位置上的投影数据的形成。根据相对数据对，通过内插运算来求出期望片段位置上的投影数据。内插运算的加权系数对应于从期望的片段位置到分别收集相对数据的体轴上的位置的距离。

对所有数据点进行内插运算，得到所有视图的数据，但实际扫描中，由于视图β的值离散(discrete)，所以通过数据点A，例如图7所示，在反射点A’的位置上没有数据，多仅有其附近的数据点B和C。

因此，在这种情况下，通过数据点B、C中的数据的内插来求出数据点A’的数据，设为数据点A的数据。

式2

$A=A^{\′}=\frac{{\mathrm{\β}}_{A^{\′}}-{\mathrm{\β}}_C}{{\mathrm{\β}}_B-{\mathrm{\β}}_C}\×B+\frac{{\mathrm{\β}}_B-{\mathrm{\β}}_{A^{\′}}}{{\mathrm{\β}}_B-{\mathrm{\β}}_C}\×C$

这里，βB：数据点B的视图

βC：数据点C的视图

由此，可得到正确的相对数据。内插不限于上述1维内插，也可进行2维或3维等适当的高维内插。另外，1维内插的优点在于计算简单。

数据处理装置60在进行以上数据形成后，进行图像重构。通过上述处理，得到正确的相对数据，所以重构图像的质量好。

如上详细所述，根据本发明，可实现即使在完全没有相对数据的情况下也可重构质量好的图像的方法、和可进行图像重构的X射线CT装置。

Claims (4)

1.一种重构方法，在收集基于螺旋扫描的投影数据的图像信道空间中，通过使用成反射点关系的数据点对中投影数据之间的内插来作成有关预定的片段的多个视图的投影数据，根据这些投影数据来重构图像，其特征在于，

在所述图像信道空间中，当相当于所述数据点对之一的位置上没有投影数据时，利用通过其附近多个数据点中的投影数据进行内插的数据。

2.根据权利要求1所述的重构方法，其特征在于，

所述内插是基于附近两个数据点中投影数据的1次内插。

3.一种X射线CT装置，具有：数据收集单元，将通过利用X射线的螺旋扫描、将拍摄对象中图像重构用投影数据收集到图像信道空间中；重构单元，在所述图像信道空间中，通过使用成反射点关系的数据点对中投影数据之间的内插来作成有关预定的片段的多个视图的投影数据，根据这些投影数据来重构图像，其特征在于，

所述重构单元在所述图像信道空间中，当相当于所述数据点对之一的位置上没有投影数据时，利用根据其附近多个数据点中的投影数据进行内插的数据。

4.根据权利要求3所述的X射线CT装置，其特征在于，

所述内插是使用两个数据点中投影数据的1次内插。

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