CN101011258A - X射线ct设备和x射线ct透视设备 - Google Patents

Abstract

在X射线CT设备(100)或X射线CT透视设备中减少辐射照射量的断层扫描或X射线CT透视将被实现。对通道方向X射线准直器(31)或成束X射线滤波器(32)在通道方向上进行位置控制，以在用X射线照射仅限于感兴趣区域时进行X射线数据采集。根据来自X射线投影数据的整个对象的照射的视图或探测图像，获得整个对象的剖面区域，或者预测整个对象的剖面区域。来自收集的X射线投影数据的、未照射整个对象的视图的图像重建，通过从整个对象的剖面区域预测缺少部分并相应地进行校正来执行。由此使得有可能只用X射线照射感兴趣区域，以减少X射线照射量。

Description

X射线CT设备和X射线CT透视设备

技术领域

本发明涉及一种X射线CT(计算机断层扫描)成像方法和X射线CT设备，以及涉及一种用于缺少其部分通道的投影数据或者包含难以传播X射线的物质(例如金属)的投影数据的X射线CT图像重建方法和X射线CT设备。本发明涉及一种用于要由准直器在通道方向上采集的投影数据的X射线CT图像重建方法和X射线CT设备，从而使得能够实现低的辐射照射量。

本发明涉及一种用来减少X射线对操作者的手的照射量的X射线CT透视图像重建方法和X射线CT透视设备。

背景技术

对于减小患者在X射线CT中受到的辐射的剂量的需求正在增长。为了实现低的照射量，通过建立低照射量技术来设法实现辐射照射量的显著减少，即使每次的照射量减少效果不大。对于在X射线CT透视中进行穿刺时减少操作者的手的辐射照射量的需求也在增长。

本发明涉及一种在通过下述来适当地预测在通道方向上缺少的剖面(profile)并补充相关的投影数据时尝试图像重建的技术：使用作为从探测(scout)图像或者在通道方向上不缺少X射线投影数据的视图(view)的X射线投影数据中获得的特征参数之一的“关于在重建视场中每个剖面区域的信息”，以通过使用通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器来以X射线只照射感兴趣区域，从而添加在一些通道上缺少X射线的不足的部分，尽管这与“通过利用X射线仅照射一部分而不是利用X射线照射在重建视场中存在的全部对象区域来实现图像重建”的图像重建原理不一致。

本发明涉及一种通过使用类似技术甚至在X射线投影数据的一些通道上的S/N比非常差的情况下补充变坏的X射线投影数据来适当地执行图像重建的技术。

本发明的挑战在于，当利用X射线只对对象的感兴趣区域中的最小区域进行照射时，能否通过对这种准直器或成束X射线滤波器执行通道方向的位置控制或孔径宽度控制来适当地实现图像重建。

通常，在X射线投影数据缺少通道方向的投影数据或者包含难以传播X射线(例如金属)的物质并且S/N比差的情况下，由于在成像区域中不能包括对象的整个断面或者由于不能获得与对象的断面对应的X射线投影数据，所以在X射线断层图像的X射线投影数据中出现不一致。为此，不同于感兴趣区域的对象的其他区域也用X射线来照射，并且对象的整个断面都被包含在成像区域中。结果，以只用X射线照射感兴趣区域的这种方式来减少辐射照射量是困难的。而且，没有能够在使得用X射线只对感兴趣区域进行照射的这种通道方向上移动的通道方向准直器。也不知道这样的方法：利用成束X射线滤波器将X射线照射集中在感兴趣区域，而周围区域几乎未被X射线照射。

通常，X射线CT设备通过照射X射线探测器的所有通道来获得图像重建区中的X射线断层图像是常见的，如图2所示。下面的参考文献包含常见X射线断层扫描的例子(例如参见JP-A No.152925/2000)。

本发明涉及一种使用多行X射线探测器的X射线CT设备，其这样实行控制，使得通过准直器在z方向(切片厚度的方向)进行跟踪来对z方向上的适当位置进行照射，该z方向是图像拾取台的前进方向。

然而，在这种情况下，即使期望拾取的区域只是断层扫描视场的一部分，其为xy平面，但是对象的整个区域都被X射线照射。例如，即使期望断层扫描仅一个肺或心脏，但是两个肺加上心脏都被X射线照射。

发明内容

鉴于这点，本发明的一个目的是实现一种X射线CT设备，该CT设备即使在投影数据在通道方向上变得缺乏的情况下也通过校正该投影数据以提供较高图像质量的X射线断层图像来进行图像重建。

另一目的是实现一种X射线CT设备，该CT设备配备有通道方向X射线准直器和成束X射线滤波器中的至少一种，该准直器或滤波器利用X射线只对要断层扫描的区域中的感兴趣区域进行照射，跟踪要断层扫描的区域中的感兴趣区域并进行断层扫描，而不需用X射线或减少的照射对不必要的区域进行照射；并且基于来自探测图像或特征参数的预测来校正任何缺少部分或S/N比变坏的X射线投影数据，以使得有可能利用减少的辐射照射量进行成像，其中该特征参数的一个例子是在通道方向上不缺少X射线投影数据或S/N比未变坏的投影数据的剖面区域。

又一目的是实现一种X射线CT透视设备，其利用通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器来限制X射线照射的区域，以减少在X射线CT透视中进行穿刺时操作者的辐射照射量，尤其是操作者的手的辐射照射量。

因此根据本发明，为了控制通道方向X射线准直器以便用X射线只对要成像的区域进行照射，通过在监视X射线探测器的输出或期望成像的区域的位置时对通道方向X射线准直器的X射线的位置和孔径宽度进行反馈控制，可以使得只有感兴趣区域要用X射线来照射，所期望成像的区域的位置是预先知道的，可以相对于每个观察位置进行计算，以及通过对通道方向X射线准直器的X射线的位置和孔径宽度进行前向控制，可以使得只有感兴趣区域要用X射线来照射。然后获得的X射线投影数据缺乏部分投影数据，因为对象所在的X射线断层图像屏幕的全部未进行X射线透视。为此，为了提高要成像的区域中的感兴趣区域的X射线断层图像的图像质量，有必要通过使用特征参数来预测X射线投影数据，并在执行添加和校正之后重建该图像，其中该特征参数的一个例子是缺少投影数据的那部分的剖面区域。

对于投影数据的这种预测，要从在进行探测扫描中期望形成X射线断层图像的每个位置的z坐标以及该成像位置的探测图像剖面中，预先计算出在对象所在的z坐标位置对应于整个成像视场的剖面区域。而且还要预先计算出在整个成像视场的该剖面区域与通道方向上受准直器控制的X射线投影数据之间的差异。这种差异对应于未在由通道方向X射线准直器所限定的区域的投影数据中成像的部分，以及该差异的等值被校正性地添加到在通道方向上受准直器控制的投影数据。通过由校正的投影数据来重建图像，正常图像质量的X射线断层图像可以通过防止在期望成像的区域中X射线断层图像的伪影以及部分或全部CT值的上升或下降而被获得。

而且，在通过使用成束X射线滤波器(也称为楔形滤波器、***(add-on)滤波器或蝴蝶结滤波器)来代替通道方向X射线准直器，使得只有感兴趣区域利用X射线来大量照射，而其他区域利用X射线来很少照射的情况下，可以实现类似的校正以给出适当的X射线断层图像。

而且，通过将上述的成像方法和图像重建方法应用于X射线CT透视设备，不仅可以减少对象的辐射照射量，而且可以减少在穿刺时X射线对操作者的手的照射剂量。在这种情况下，可以进行设定，以便不让操作者的手进入用X射线照射的感兴趣区域。

在其第一方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备包括：X射线数据采集装置，其在旋转X射线产生装置和以相反方式检测X射线的多行X射线探测器时，收集由位于中间的对象所传播的X射线投影数据；图像重建装置，其根据从X射线数据采集装置收集的投影数据来进行图像重建；图像显示装置，其显示已经进行图像重建的X射线断层图像；以及成像条件设定装置，其设定断层扫描的各种成像条件，该X射线CT设备的特征在于，它具有通过校正缺少一些通道或S/N比变坏的X射线投影数据来进行图像重建的这种图像重建装置。

在第一方面的X射线CT设备中，当对象被完全包含在X射线CT设备的成像视场中时，整个剖面区域在正常平行射束的情况下是恒定的。

在扇形射束的情况下，也可以认为整个剖面区域是近似恒定的。

通过利用X射线CT设备的这种特性，即使在缺少一些通道或S/N比变坏的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第二方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，它在第一方面的X射线CT设备中具有图像重建装置，当要校正缺少一些通道或S/N比变坏的X射线投影数据时，该图像重建装置使用不缺少X射线投影数据的视图的投影数据。

在第二方面的X射线CT设备中，除了第一方面之外，在对象不是圆形而是椭圆形或者可能接近椭圆形的情况下，如果通道方向上X射线束的孔径宽度在某种程度上是足够的，那么可以收集在一些观察方向上在通道方向上不缺少或S/N比未变坏的投影数据。通过使用这样的X射线投影数据，甚至在缺少一些通道或S/N比变坏的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第三方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，它在第一或第二方面的X射线CT设备中具有图像重建装置，当要校正缺少一些通道或者S/N比变坏的X射线投影数据时，该图像重建装置使用不缺少X射线投影数据的视图的特征参数。

在第三方面的X射线CT设备中，除了第一或第二方面之外，在对象不是圆形而是椭圆形或者可能接近椭圆形的情况下，该特征参数例如是在下述情况下获得的X射线投影数据的剖面区域：如果通道方向上X射线束的孔径宽度在某种程度上是足够的，那么可以收集在一些观察方向上在通道方向上不缺少或S/N比未变坏的X射线投影数据。通过使用这样的特征参数，甚至在缺少一些通道或S/N比差的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第四方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，它在第一方面的X射线CT设备中具有图像重建装置，当要校正缺少一些通道或S/N比变坏的X射线投影数据时，该图像重建装置使用探测图像。

在其第四方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，除了第一方面的X射线CT设备之外，它还可以通过利用对象的探测图像来获得对象的整个剖面区域。通常，从0°方向和90°方向中的至少一个方向或两个方向上收集探测图像。由于探测成像时的布置通常使得整个对象都可被成像，所以可以知道对象的整个剖面区域。通过使用这样的探测图像，甚至在缺少一些通道或S/N比差的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第五方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，它在第一或第四方面的X射线CT设备中具有图像重建装置，当要校正缺少一些通道或S/N比变坏的X射线投影数据时，该图像重建装置使用探测图像的特征参数。

在其第五方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，除了第一方面和第四方面之外，如果在0°方向和90°方向中的至少一个方向或任何其他方向上收集对象的探测图像，该X射线CT设备还可以在期望对对象成像的z方向位置获得X射线投影数据，并且可以计算出诸如那些X射线投影数据的剖面区域之类的特征参数。通过使用这些特征参数，甚至在缺少一些通道或S/N比差的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第六方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第三或第五方面的X射线CT设备中它具有图像重建装置，其中该特征参数包括剖面区域。

在第六方面的X射线CT设备中，可以从0°方向和90°方向中的至少一个方向或任何其他方向的探测图像中，获得期望对对象成像的z方向位置的对象的X射线投影数据，并且可以获得其剖面区域。在该对象不是圆形而是椭圆形或者可能接近椭圆形的情况下，如果通道方向上X射线束的孔径宽度在某种程度上是足够的，那么可以获得在一些观察方向上在通道方向上不缺少或S/N比未变坏的对象的X射线投影数据，并且可以获得其剖面区域。当对象被全部包含在X射线CT设备的成像视场中时，整个剖面区域在正常平行射束的情况下是恒定的。在扇形射束的情况下，也可以认为整个剖面区域是近似恒定的。为此，基于通过探测扫描而获得的整个剖面区域，可以通过预测来对由通道方向X射线准直器所获得的投影数据中缺少的投影数据部分进行补充，并且可以获得期望成像的区域的正确的X射线断层图像。而且，即使投影数据中缺少一些通道的原因是X射线探测器的通道跳跃或者X射线探测器中的某种故障，也可以进行校正以实现图像重建。即使由于在X射线断层图像中存在难以传播X射线的物质(金属等等)而造成缺少投影数据中一些通道上的数据或出现许多噪声，也可以以较高图像质量来完成图像重建，如果有可能通过利用维持剖面区域的平滑投影数据替代来进行校正的话。

在其第七方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第一至第六方面中的任何一个中，它具有：X射线数据采集装置，其中投影数据中一些通道的缺少可归因于通道方向X射线准直器；以及图像重建装置，其通过基于通道方向X射线准直器的位置信息来计算出X射线投影数据的校正量，并且相应地校正该X射线投影数据，来实现图像重建。

在第七方面中的X射线CT设备通过具有通道方向X射线准直器而使得有可能不用X射线来照射任何非感兴趣区域，换句话说，通过利用通道方向上的X射线减少不必要照射来实现X射线的辐射照射量的减少。通过控制通道方向X射线准直器以便只用X射线照射期望成像的区域并使X射线的照射能够被优化，可以实现X射线的辐射照射量的减少。

此外就图像重建而言，在上述第一至第十三方面中，即使在缺少一些通道或S/N比差的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第八方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第一至第六方面的任何一个中，它具有：X射线数据采集装置，其中投影数据的一些通道的缺少可归因于该成束X射线滤波器；以及图像重建装置，其通过基于成束X射线滤波器的位置信息来计算出X射线投影数据的校正量，并且相应地校正该X射线投影数据，来实现图像重建。

在第八方面的X射线CT设备中，与通道方向X射线准直器类似，成束X射线滤波器也通过只使X射线孔径宽度以在某一通道方向的X射线束位置为中心来利用X射线照射感兴趣区域。在X射线孔径宽度外，减少了利用X射线来照射的剂量，并且S/N比变坏。为此，通过利用从探测图像中获得的对象的X射线投影数据、或者包含整个对象的X射线剖面并从没有X射线投影数据的缺少或S/N比未变坏的某些视图的X射线投影数据中获得的对象的整个剖面区域，即使在缺少一些通道或者S/N比差的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第九方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第一至第八方面的任何一个中，它具有图像重建装置，该图像重建装置使用关于探测图像的剖面区域或不缺少任何通道的视图的X射线投影的剖面区域的信息，对缺少一些通道或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正并添加，以便保持每个视图的X射线投影数据的剖面区域恒定。

在第九方面的X射线CT设备中，当对象被全部包含在该X射线CT设备的成像视场中时，整个剖面区域在正常平行射束的情况下是恒定的。在扇形射束的情况下，也可以认为整个剖面区域是近似恒定的。

为此，通过使用通过探测扫描而获得的整个剖面区域、或者包含整个对象的X射线剖面并从没有X射线投影数据的缺少或S/N比未变坏的某些视图的X射线投影数据中获得的对象的整个剖面区域，可以通过添加X射线投影数据，使得在每个观察方向上的X射线投影数据的剖面区域都等于整个剖面区域，并且在每个观察方向基本上都是恒定的，来进行校正。这样，即使在缺少一些通道或S/N比差的情况下，在通过在图像重建时添加X射线投影数据来进行校正之后，也可以完成图像重建。

在其第十方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第一至第九方面的任何一个中，它具有：成像条件设定装置，用于对期望成像的感兴趣区域进行设定；以及图像重建装置，其根据期望成像的感兴趣区域的位置和探测图像、或者在不缺少任何通道的视图的X射线投影数据和剖面区域之间的位置关系，改变将要添加的X射线投影数据的位置和剖面区域的尺寸。

在上述的第十方面的X射线CT设备中，在第十方面中，当某个观察方向上的X射线投影数据的剖面区域Sc小于整个剖面区域S时，可以将S-Sc的X射线投影数据添加到该剖面的两侧，以便在每个观察方向上的X射线投影数据的剖面区域都等于整个剖面区域，并且在每个观察方向上基本恒定，来校正X射线投影数据。

尤其在设定期望成像的感兴趣区域并且感兴趣区域不在整个成像视场的中心的情况下，X射线投影数据缺少或S/N比变坏的剖面部分的范围在所述两侧依赖于视图位置而改变。为此，当逐个视图改变将被添加的X射线剖面的区域时应该进行校正。

这使得即使在缺少一些通道或S/N比差的情况下，也能够通过在图像重建时添加X射线投影数据进行校正之后完成图像重建。

在其第十一方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第十方面的X射线CT设备中，它具有X射线数据采集装置，该X射线数据采集装置具有通道方向X射线准直器和成束X射线滤波器中的至少一个，该通道方向X射线准直器在采集X射线投影数据时在通道方向上跟踪期望成像的感兴趣区域。

在第十一方面的X射线CT设备中，在期望成像的感兴趣区域中，对该通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器进行位置控制和孔径宽度控制，以便最小化利用X射线的照射。

此外，在这种情况下，由于对于在感兴趣区域外的区域根本未用X射线照射或者减小了X射线照射的剂量，因此可以减少辐射照射量。

在其第十二方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第十一方面的X射线CT设备中，它具有X射线数据采集装置，该装置对于对象的期望成像的预置区域中的感兴趣区域通过计算来预先计算出用于每个视图或以恒定间隔的视图的通道方向的通道位置和孔径宽度中的至少一个，并对通道方向X射线准直器和成束X射线滤波器中的至少一个进行前馈控制，以匹配这样计算出的通道位置和通道孔径宽度。

在第十二方面的X射线CT设备中，由于对于所确定的期望成像的感兴趣区域预先计算出了在每个观察位置的通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器的通道位置和孔径宽度，因而可以通过由前馈控制使通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器与其对准来实现利用X射线照射的优化。

在其第十三方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第十一方面的X射线CT设备中，它具有X射线数据采集装置，该装置查看在每个视图或以恒定间隔的视图中X射线探测器的输出，测量通道方向X射线准直器和成束X射线滤波器中的至少一个是否在通道方向上的正确位置，以及是否在通道方向上具有正确的孔径宽度，并对在设定点和测量值之间的任何偏差进行反馈控制。

在第十三方面的X射线CT设备中，有可能通过读取X射线探测器的输出来定位通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器的位置；以及如果通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器离开了其设定位置，通过准直器控制器对在设定点与通道方向的位置的测量值之间的任何偏差进行反馈控制，从而使得有可能将通道方向X射线准直器移动到一个更正确的位置并实现精确控制。

在其第十四方面，本发明提供一种X射线CT设备，该X射线CT设备的特征在于，在第十二或十三方面的X射线CT设备中，它具有图像重建装置，该装置使用探测的剖面区域或者关于不缺少任何通道的视图的X射线投影数据的剖面区域的信息，校正并添加在通道方向的孔径宽度外、缺少一些通道或S/N比变坏的一些通道的X射线投影数据，以便使得每个视图的X射线投影数据的剖面区域都恒定。

在第十四方面的X射线CT设备中，根据期望成像的感兴趣区域的位置和尺寸，实现对X射线准直器或成束X射线滤波器的位置控制和孔径宽度控制。通过利用关于X射线准直器或成束X射线滤波器的位置和孔径宽度的信息，有可能确定将要添加的每个视图的投影数据的X射线剖面的位置和范围。通过在未用X射线束照射的位置上添加X射线剖面并由此进行校正，使得每个视图的X射线投影数据的剖面区域恒定，可以对适当的X射线断层图像进行图像重建。

在其第十五方面，本发明提供一种X射线CT透视设备，该X射线CT透视设备的特征在于，它在根据第一至第十四方面中的任何一个的X射线CT设备中使用X射线CT成像方法。

在第十五方面的X射线CT透视设备中，由于通过通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器用X射线单独对感兴趣区域或更集中地对感兴趣区域进行照射，而不用X射线对其他区域进行照射或很少照射，因此可以减少在X射线CT透视中进行穿刺时X射线对操作者手的照射量。

在其第十六方面，本发明提供一种X射线CT透视设备，其中通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器被固定在通道方向的中心部分或接近中心部分，以及通过使得图像重建区域的中心部分成为感兴趣区域，并将对象的感兴趣区域与该图像重建区域的中心部分对准，来实现低的辐射照射量。

在第十六方面的X射线CT透视设备中，除了第十五方面外，通过将期望成像的感兴趣区域带到整个成像区域的中心部分，可以减少对X射线准直器或成束X射线滤波器的位置控制和孔径宽度控制的程度，从而导致更稳定的控制。

根据本发明的X射线CT设备和X射线CT透视设备产生了实现这样一种X射线CT设备的效果，其即使在投影数据在通道方向上已经变得缺乏的情况下，也可以通过进行图像重建、校正投影数据来提供较高图像质量的X射线断层图像。

作为另一效果，它们产生了实现这样一种X射线CT设备的效果，其配备有通道方向X射线准直器和成束X射线滤波器中的至少一个，该准直器或滤波器用X射线只对将要断层扫描的区域中的感兴趣区域进行照射，跟踪将要断层扫描的区域中的感兴趣区域并进行X射线断层扫描，而不需用X射线或减少的照射来照射不必要的区域；并且基于来自探测图像或特征参数的预测来校正任何缺少部分或S/N比变坏的X射线投影数据，以使得有可能利用减少的辐射照射量进行成像，其中该特征参数的一个例子是在通道方向上不缺少X射线投影数据或S/N比未变坏的投影数据的剖面区域。

作为又一效果，它们产生了实现一种X射线CT透视设备的效果，其利用通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器来限制X射线照射的区域，以减少在X射线CT透视中进行穿刺时操作者的辐射照射量，尤其是操作者的手的辐射照射量。

附图说明

图1是用于实现本发明的一种方式下的X射线CT设备的框图。

图2是说明X射线生成装置(X射线管)和多行X射线探测器的旋转的图。

图3是对涉及缺少或S/N比变坏的投影数据进行校正的方法的流程图。

图4是示出(偏心柱式的)通道方向准直器的图。

图5是示出(屏蔽板式的)通道方向准直器的图。

图6是示出成束X射线滤波器的例子的图。

图7是示出用通道方向准直器进行控制的图。

图8是示出用通道方向准直器进行控制的图。

图9是一个实施例中的数据采集和图像重建的流程的流程图。

图10是示出预处理的细节的流程图。

图11是示出三维图像重建处理的细节的流程图。

图12是示出X射线传播方向上投影在重建区域上的行的状态的概念图。

图13是示出投影在探测器的平面上的行的概念图。

图14是示出将投影数据Dr(view，x，y)投影到重建区域上的状态的概念图。

图15是示出重建区域中反投影像素数据D2的概念图。

图16是说明通过相应于像素对所有视图添加反投影像素数据D2来获得反投影数据D3的状态的图。

图17是说明在探测器的部分发生故障时校正投影数据的方法的图。

图18是说明当存在金属而出现金属伪影时校正投影数据的方法的图。

图19是示出感兴趣区域和非感兴趣区域的图。

图20是示出对缺少的投影数据进行预测的图。

图21是示出通过通道方向X射线准直器对缺少的投影数据进行添加的一些图。

图22是示出通过通道方向准直器进行前馈控制的图。

图23是说明当观察角＝0°时感兴趣的成像区域和通道的照射范围的图。

图24是说明当观察角＝0°时感兴趣的成像区域、最小照射通道和最大照射通道的图。

图25是说明当观察角是β时感兴趣区域、最小照射通道和最大照射通道的图。

图26是示出通过通道方向准直器进行反馈控制的图。

图27是示出当X射线束宽时通过其旋转轴偏心的柱式X射线准直器对圆形X射线孔径进行控制的图。

图28是示出当X射线束窄时通过其旋转轴偏心的柱式X射线准直器对圆形X射线孔径进行控制的图。

图29是示出当X射线束宽时通过平面式X射线准直器对圆形X射线孔径进行控制的图。

图30是示出当X射线束窄时通过平面式X射线准直器对圆形X射线孔径进行控制的图。

图31是示出成束X射线滤波器32的正常位置的图。

图32是示出成束X射线滤波器32的位置控制(第1部分)的图。

图33是示出成束X射线滤波器32的位置控制(第2部分)的图。

图34是X射线CT透视设备的实施例(实施例5)的流程图。

具体实施方式

下面将参考如附图所说明的用于实现的方式对本发明进行更详细的描述。顺便提一句，这并没有限制本发明。

图1是用于实现本发明的一种方式下的X射线CT设备的配置框图。该X射线CT设备100配备有操作台1、成像台10和扫描架20。

该操作控制台1配备有：用于接受操作者的输入的输入装置2，用于执行图像重建等的处理的中央处理单元3，用于收集通过扫描架20采集的投影数据的数据采集缓冲器5，用于显示根据投影数据重建的CT图像的监视器6，以及用于存储程序、数据和X射线CT图像的存储单元7。

成像条件的输入通过该输入装置2来输入，并被存储在存储单元7中。

成像台10配备有托架12，该托架12通过扫描架20的开口放入和送出利用其所固定的对象。该托架12通过内置在成像台10中的电机来升高、降低以及沿着该台线移动。

该扫描架20配备有：X射线管21，X射线控制器22，准直器23(在切片厚度方向的准直器)，多行X射线探测器24，DAS(数据采集***)25，用于控制绕着对象的体轴旋转的X射线管21以及其他单元的旋转单元控制器26，以及用于与操作控制台1和成像台10交换控制信号等的调整控制器29。

图2说明X射线管21和多行X射线探测器24的几何布置。在切片厚度方向，X射线受准直器23(切片厚度方向的准直器)控制；以及在通道方向，X射线受通道方向准直器31控制。在切片厚度方向和通道方向上，X射线的孔径通过偏心两个由从未或难以传播X射线的材料制成的精确或近似柱形对象地旋转它们的旋转中心轴来控制。X射线孔径的位置和宽度通过在切片方向和通道方向上独立地移动两个由从未或难以传播X射线的材料制成的板状X射线屏蔽物来控制。在图4中示出偏离旋转轴的柱式X射线屏蔽准直器的例子，以及在图5中示出板状X射线屏蔽准直器的例子。此外，在图27、图28、图29以及图30中示出这些准直器的孔径位置和孔径宽度怎样的图。

此外，在X射线管21的前面存在成束X射线滤波器32。该成束X射线滤波器32是一种在通道方向的中心处其滤波器厚度最薄的X射线滤波器，其不吸收那么多的X射线，并且朝着***通道滤波器厚度增加，从而吸收越来越多的X射线。图6示出其例子。

该X射线管21和该多行X射线探测器24绕着旋转中心IC旋转。该垂直方向为y方向，水平方向为x方向，以及垂直于它们的台移动方向为z方向，X射线管21和多行X射线探测器24的旋转平面为xy平面。而且，托架12的移动方向为z方向。

图2示出如从xy平面看到的X射线管21和多行X射线探测器24的几何布置的视图。

X射线管21产生被称为锥形射束CB的X射线束。当锥形射束CB的中心轴的方向平行于y方向时，假定观察角是0°。

多行X射线探测器24例如具有256个探测器行。每个探测器行例如具有1024个探测器通道。

如图2所示，在离开X射线管21的X射线焦点的X射线束由成束X射线滤波器32进行这种空间控制，使得更多的X射线照射重建区域P的中心，并且更少的X射线照射重建区域P的***之后，在重建区域P内存在的X射线被对象吸收，并且所传播的X射线被多行X射线探测器24收集以作为X射线探测器数据。

如图2所示，离开X射线管21的X射线焦点的X射线束由X射线断层图像的切片厚度方向的X射线准直器23进行控制，也就是以这样的方式，即X射线束的宽度在旋转中心轴IC上是D，并且X射线被在旋转中心轴IC附近存在的对象吸收，以及所传播的X射线被多行X射线探测器24收集以作为X射线探测器数据。此外，通道方向准直器31控制X射线束在通道方向的位置和宽度。

在用X射线照射之后收集的投影数据由多行X射线探测器24提供，并通过DAS25进行A/D转换，以及通过滑环30被输入到数据采集缓冲器5。输入到数据采集缓冲器5的数据由中央处理单元3根据在存储单元7中的程序进行处理以转换成X射线断层图像，该图像被显示在监视器6上。

图3是示意性示出X射线CT设备100的操作的流程图。

下面将关于本发明进行描述。

(1)当探测器的部分发生故障时(实施例1)

(2)当存在金属时(实施例2)

(3)当布置附加的通道方向准直器并根据期望重建的FOV的大小对通道方向准直器进行控制时(实施例3)

鉴于对于实施例3的准直器可以想到屏蔽柱形(偏离旋转轴的偏心柱式准直器)(图4)或屏蔽板状(板式准直器)(图5)，所以根据本发明这两种准直器都适用。在使DAS25读取z通道数据来完成对z方向(切片厚度方向)的准直器控制时，通过下述来执行通道方向的准直器控制，即预先找出将要入射在多行X射线探测器25上的X射线的位置，其由X射线数据采集行的角β(观察角β)以及要成像的感兴趣区域的位置和大小来确定，并基于此对该通道方向准直器的孔径位置和孔径宽度进行前馈控制。而且，按照需要利用收集投影数据的DAS25的主探测器通道的值对通道方向进行反馈控制(参见图7和图8)。

对于基于从多行X射线探测器24的主探测器通道读取的数据来执行通道方向准直器孔径的反馈控制的计算，DAS控制CPU和准直器控制CPU性能的发展似乎已使这毫无问题。如果病人太胖以至于不能确保X射线数据足够高的S/N比，那么只能根据从成像视场的位置和大小中可预测的通道方向准直器的位置来执行反馈控制。

在这种情况下用于控制准直器的操作的驱动***例如脉冲电动机作为响应被认为足够快。

在图3的整个流程图中，以下操作将在实施例1、2和3中的任何一个中进行。

在步骤P1，将对象固定在托架12上并将其对准。对于固定在托架12上的对象，将每个区域的参考点和扫描架20的切片光的中心位置对准。之后，收集探测图像的数据。探测图像通常在0°和90°处取得，但是对于一些区域只取得90°的探测图像，包括比如头部。探测成像的细节将在后面进行描述。

在步骤P2，在设定成像条件之后，要成像的区域被设定在探测图像上。关于成像条件，通常在探测图像上显示所要拾取的X射线断层图像的位置和尺寸时进行成像。在这种情况下，显示了关于整圈的螺旋扫描、可变间距螺旋扫描、常规扫描(轴向扫描)或摄像扫描(cine-scanning)的X射线剂量信息。此外在摄像扫描中，如果输入了转数或时间长度，将显示在该感兴趣区域中用于所输入的转数或时间长度的X射线剂量信息。

在步骤P3，计算出将要成像的每个z位置的剖面区域。

在步骤P4，在通道方向上控制该通道方向准直器相应于要成像的感兴趣区域。

在步骤P5，进行扫描以收集数据。

在步骤P6，对投影数据进行预处理，以获得关于每个z位置探测扫描时的全部剖面区域的信息，并且通过利用通道方向准直器对通道方向上***缺少的投影数据部分进行预测和添加，来进行校正。

在步骤P7，处理图像重建，并通过利用借助于补充缺少的部分而校正的投影数据来显示图像。

图9是概述由X射线CT设备100进行断层扫描和探测成像的数据采集和处理的流程图。

在步骤S1，首先，在围绕成像的对象旋转X射线管21和多行X射线探测器24并在台上线性移动托架12时执行螺旋扫描，以及通过将z方向位置z台(view)添加到由平台的线性移动位置z、观察角view、探测器行号j、通道号i所表示的投影数据D0(view，j，i)来收集投影数据。在可变间距螺旋扫描中，螺旋扫描中的数据采集不仅在恒速时进行，而且数据采集也在加速和减速期间进行。

此外，在常规扫描(轴向扫描)或摄像扫描中，通过将数据采集行旋转一圈或多圈，同时保持成像平台10上的托架12固定在某个z方向位置，来收集X射线探测器数据。此外，在移动到下一个z方向位置之后，按照需要将数据采集行旋转一圈或多圈来收集X射线探测器数据。

另一方面，在探测成像时，在保持X射线管21和多行X射线探测器24固定并线性移动该成像平台10时收集X射线探测器数据。

在步骤S2，投影数据D0(view，j，i)被预处理以转换成投影数据。该预处理包括步骤S21的偏移校正、步骤S22的对数转换、步骤S23的X射线剂量校正以及步骤S24的灵敏度校正，如图10所示。

在探测成像时，通过显示与通道方向的像素尺寸和z方向的像素尺寸相匹配的预处理的X射线探测器数据，完成了探测图像，其中该z方向是与监视器6的显示像素尺寸匹配的托架的线性移动方向。

步骤S3是对缺少或S/N比变坏的投影数据进行校正的处理。

下面将参考图17、图18以及图19至图21相对于实施例1、2、3来描述步骤S3。

实施例1

如图17所示，当探测器的部分发生故障时，如果发生故障的通道数少，则其对剖面区域的影响很小，因此，下面的简单校正将是足够的。

投影数据由d(i，j，k)表示(其中i是通道，j是视图，以及k是行)，

如果

数学表达式1

$\mathrm{Th}1>\underset{1}{\mathrm{\Σ}}d(i,j,k)$

对于某个阈值Th1成立，则i通道将被认为发生故障。

在发生故障的通道是i₁到i_n中的任何一个的情况下，利用i₁-1通道和i_n+1通道的数据进行插值。对于m＝0到n-1成立的是：

数学表达式2

$d(i_1+m,j,k)=d(i_1-1,j,k)+(d(i_n+1,j,k)-d(i_1-1,j,k))\×\frac{m+1}{n+1}$

实施例2

如图18所示，在存在金属而出现金属伪影的情况下，把在金属上的投影数据除去，并输入可预测投影数据。在这种情况下，作为可预测投影数据的值，在金属上作为足够平滑的投影数据并且在随后的图像重建计算中不会溢出的投影数据的足够大的值将是可接受的。

实施例3

如图19至图21所示，当X射线来自不同于利用通道方向X射线准直器将要成像的区域的其它区域时，需要预测在被屏蔽部分中的投影数据。

将参考图22的流程图对通道方向X射线准直器的前馈控制进行描述。

在步骤C1，如图23所示，根据X射线数据采集行的角β(观察角β)和感兴趣成像区域(例如围绕中心(x0，y0)的半径为R的圆形感兴趣区域)的尺寸和位置，通过计算来计算出利用X射线将要照射在多行X射线探测器24上的角度范围(从最小照射通道γmin到最大照射通道γmax)或通道范围，该X射线数据采集行包括X射线管21、多行X射线探测器24和DAS25。

这里，

数学表达式3

X射线管灯泡的位置：

x＝FCD·sinθ

y＝FCD·cosθ

其中θ是观察角，以及FCD是X射线的焦点中心距离。

在步骤C2，通道方向准直器(其可以是偏心柱式准直器或屏蔽板式准直器)从最小照射通道γmin打开至最大照射通道γmax。

在步骤C3，检查是否完成了通道方向上的准直器控制和对计划成像的所有扫描视图的数据采集。

顺便提一句，在最小照射通道γmin和最大照射通道γmax，包括X射线管21、多行X射线探测器24以及DAS25的X射线数据采集行，以及前述的通道方向准直器之间的关系在图23中被示出。

此外，在观察角为0时的感兴趣成像区域、最小照射通道γmin以及最大照射通道γmax之间的关系在下面进行描述。

例如，在圆形的感兴趣成像区域的位置为(x0，y0)，半径为R，并且观察角为0°的情况下，也就是X射线焦点位于(0，FCD)，下述将成立(其中FCD是X射线的焦点中心距离)。

因此，

数学表达式4

根据公式1、2和3：

$\tan \mathrm{\γ}=\frac{-x}{\mathrm{FCD}-y}$

$\mathrm{\γ}={\tan }^{-1}\left(\frac{-x}{\mathrm{FCD}-y}\right)$

$={\tan }^{-1}\left(\frac{-\mathrm{xo}-R\·\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{FCD}-\mathrm{yo}-R\·\cos \mathrm{\θ}}\right)$

于是γ的最大值是γmax，以及γ的最小值是γmin。

$\mathrm{\γ}\max ={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{xo}+R\·\sin {\mathrm{\θ}}_2}{\mathrm{FCD}-\mathrm{yo}-R\·\cos {\mathrm{\θ}}_2}\right)$ (公式4)

$\mathrm{\γ}\min ={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{xo}+R\·\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\mathrm{FCD}-\mathrm{yo}-R\·\cos {\mathrm{\θ}}_1}\right)$ (公式5)

因此，

数学表达式5

$\mathrm{\γ}\max ={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{xo}+R\·\sin {\mathrm{\θ}}_2}{\mathrm{FCD}-\mathrm{yo}-R\·\cos {\mathrm{\θ}}_2}\right)$

$\mathrm{\γ}\min ={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{xo}+R\·\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\mathrm{FCD}-\mathrm{yo}-R\·\cos {\mathrm{\θ}}_1}\right)$

此外，下面将对在观察角为β时的感兴趣成像区域、最小照射通道以及最大照射通道之间的关系进行描述，如图25所示。

例如，在圆形的感兴趣成像区域的位置为(x0，y0)，半径为R，并且观察角为0°的情况下，也就是X射线焦点位于(FCD·sinβ，FCD·cosβ)，下述将成立(其中FCD是X射线的焦点中心距)。

因此，

数学表达式6

根据公式11、12和13：

$\tan (\mathrm{\γ}-\mathrm{\β})=-\frac{\mathrm{FCD}\·\sin \mathrm{\β}-x}{\mathrm{FCD}\·\cos \mathrm{\β}-y}$

$\mathrm{\γ}=\mathrm{\β}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{FCD}\·\sin \mathrm{\β}-\mathrm{xo}-R\·\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{FCD}\·\cos \mathrm{\β}-\mathrm{yo}-R\·\cos \mathrm{\θ}}\right)$

于是γ的最大值是γmax，以及γ的最小值是γmin。

$\mathrm{\γ}\max =\mathrm{\β}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{FCD}\·\sin \mathrm{\β}-\mathrm{xo}-R\·\sin \mathrm{\θ}1}{\mathrm{FCD}\·\cos \mathrm{\β}-\mathrm{yo}-R\·\cos \mathrm{\θ}1}\right)$ (公式14)

$\mathrm{\γ}\min =\mathrm{\β}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{FCD}\·\sin \mathrm{\β}-\mathrm{xo}-R\·\sin \mathrm{\θ}2}{\mathrm{FCD}\·\cos \mathrm{\β}-\mathrm{yo}-R\·\cos \mathrm{\θ}2}\right)$ (公式15)

因此，

数学表达式7：

$\mathrm{\γ}\max =\mathrm{\β}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{FCD}\·\sin \mathrm{\β}-\mathrm{xo}-R\·\sin \mathrm{\θ}1}{\mathrm{FCD}\·\cos \mathrm{\β}-\mathrm{yo}-R\·\cos \mathrm{\θ}1}\right)$

$\mathrm{\γ}\min =\mathrm{\β}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{FCD}\·\sin \mathrm{\β}-\mathrm{xo}-R\·\sin \mathrm{\θ}2}{\mathrm{FCD}\·\cos \mathrm{\β}-\mathrm{yo}-R\·\cos \mathrm{\θ}2}\right)$

接着，图26中示出通道方向X射线准直器的反馈控制。

在步骤C1，与图22中的步骤C1相同，根据X射线数据采集行的角β(观察角β)和感兴趣成像区域(例如围绕中心(x0，y0)的半径为R的圆形感兴趣区域)的尺寸和位置，通过计算来计算出利用X射线将要照射在多行X射线探测器24上的角度范围(从最小照射通道γmin到最大照射通道γmax)或通道范围，该X射线数据采集行包括X射线管21、多行X行探测器24以及DAS25。

在步骤C2，与图22中的步骤C2相同，通道方向准直器(其可以是偏心柱式准直器或屏蔽板式准直器)从最小照射通道γmin打开至最大照射通道γmax。

在步骤C3，通过查看DAS25中的数据来计算出利用X射线照射的数据的范围。如果照射的数据的输入范围是从Chmin到Chmax，则检查这是否对应于在步骤C1计算出的从最小照射通道γmin到最大照射通道γmax的范围。

如果误差在微小的范围±ε内，就将认为它是可接受的，但是如果超出了该误差范围，该过程将到步骤C4。

在步骤C4，将校正量Δγmin和Δγmax添加到受控变量，其中γmin-Chmin·Chang＝Δγmin，以及γmax-Chmax·Chang＝Δγmax。这之后是前进到步骤C5。

在步骤C5，将数据输入到DAS25，并对横跨从Chmin到Chmax的通道方向，也就是通道角范围Tmin到Tmax的感兴趣区域来收集数据，同时压缩非感兴趣区域中的投影数据。

在步骤C6，通过在补充缺少的投影数据时恢复压缩的投影数据来进行图像重建。

在步骤C7，检查是否已经完成对全部视图的数据采集，如果还没有完成，该过程就返回到步骤C1，并且继续在通道方向上的准直器控制和数据采集。

在这种情况下，根据通道方向上的剖面区域和宽度剖面来执行椭圆近似。如图20和图21所示，基于在该椭圆近似的剖面与期望成像区之间的位置关系，从每个方向的第i个切片上截取的X射线数据中得知添加到期望成像的区域的左右两侧的投影数据Sil和Sir。通过将这些数据Sil和Sir添加到投影数据的左右两侧来执行图像重建，可以获得较高图像质量的X射线断层图像。

在步骤S4，在预处理之后进行了校正的投影数据D1(view，j，i)被束硬化校正。步骤S4的束硬化校正可以用例如下面表示的多项式形式来表示，其中在预处理S2的S24中进行了灵敏度校正的投影数据由D1(view，j，i)表示，以及在S4经过束硬化校正后的数据由D11(view，j，i)表示。

数学表达式8

D11(view，j，i)＝

D1(view，j，i)·(Bo(j，i)+B₁(j，i)·D1(view，j，i)+B₂(j，j)·D1(view，j，i)²)

由于探测器的每j行可以独立于其它行而进行束硬化校正，所以如果每个数据采集行的管电压根据成像条件而不同于其它数据采集行，那么可以逐行补偿探测器特性中的差异。

在步骤S5，将经过束硬化校正的投影数据D11(view，j，i)进行滤波卷积，其中在z方向(行方向)进行滤波。

因此，多行X射线探测器在每个观察角以及每个数据采集行上的数据D11(view，j，i)(i＝1到CH，j＝1到ROW)，在预处理之后经过了束硬化校正都要进行滤波，例如其行方向的滤波大小为5行。

数学表达式9

(w₁(i)，w₂(i)，w₃(i)，w₄(i)，w₅(i))，

假如

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

校正的探测器数据D12(view，j，i)将为如下。

数学表达式10

$D12(\mathrm{view},j,i=\underset{k-1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}(D11(\mathrm{view},j+k-3,i)\·w_k\left(j\right))$

顺便提一句，假定最大通道宽度是CH，以及最大行值是ROW，下述将成立。

数学表达式11

D11(view，-1，i)＝D11(view，0，i)＝D11(view，1，i)

D11(view，ROW，i)＝D11(view，ROW+1，i)＝D11(view，ROW+2，i)

另一方面，通过逐个通道地改变行方向滤波器系数，可以根据距图像重建的中心的距离来控制切片的厚度。由于在X射线断层图像中切片通常在***的厚度大于在重建中心的厚度，所以通过区分在中心部分和***之间的行方向滤波器系数，使得中心通道附近的行方向滤波器系数的范围变化更大，而***通道附近的变化更小，可以使得切片厚度基本上一致，而不管是在图像重建的***还是在中心。

通过以这样的方式控制在多行X射线探测器24的中心通道与***通道之间的行方向滤波器系数，切片厚度的控制也可以在中心部分和***之间进行区别。通过利用行方向滤波器稍微增加切片的厚度，可以在伪影和噪声方面实现相当大的改进。由此可以控制伪影和噪声的改进程度。换句话说，经过三维图像重建的X射线断层图像，也就是xy平面的图像质量，可以被控制。另一可能的实施例是，通过对行方向(z方向)滤波器系数使用去卷积滤波可以实现薄切片厚度的X射线断层图像。

此外，扇形射束的X射线投影数据按照需要被转换成平行射束的X射线投影数据。

在步骤S6进行重建函数的卷积。因此，将傅里叶变换的结果与重建函数相乘以实现傅里叶逆变换。在S6的重建函数的卷积中，在z滤波卷积之后的数据由D12表示，在重建函数的卷积之后的数据由D13表示，以及要卷积的重建函数由Kemel(j)表示，对重建函数进行卷积的处理可以用下列方式来表示。

数学表达式12

D13(view，j，i)＝D12(view，j，i)*Kernel(j)

因此，由于重建函数Kemel(j)允许在探测器的每j行上重建函数的独立卷积，所以可以逐行地补偿在噪声特性以及分辨率特性中的差异。

在步骤S7，将经过重建函数的卷积的投影数据D13(view，j，i)进行三维反投影，以得到反投影数据D3(x，y)。将要重建的图像在垂直于z轴的平面和xy平面上重建成三维图像。假定下面的重建区域P平行于xy平面。该三维反投影将在后面进行描述。

在步骤S8，将反投影数据D3(x，y，z)进行包括图像滤波卷积以及CT值转换的后处理，以获得X射线断层图像D31(x，y)。

在作为后处理的图像滤波卷积中，其中经过三维反投影的数据由D31(x，y，z)表示，经过图像滤波卷积的数据由D32(x，y，z)表示，以及图像滤波由Filter(z)表示。

数学表达式13

D32(x，y，z)＝D31(x，y，z)*Filter(z)

因此，由于有可能在探测器的每i行上进行重建函数的独立于重建的卷积，所以可以逐行地补偿在噪声特性以及分辨率特性中的差异。

将获得的X射线断层图像显示在监视器6上。

图11是示出三维反投影过程(图9中的步骤S7)的细节的流程图。

在该实施例中，将要重建的图像在垂直于z轴的平面和xy平面上重建成三维图像。假定下面的重建区域P平行于xy平面。

在步骤S71，注意对于X射线断层图像的图像重建所需的所有视图中的一个视图(即360°视图或“180°+扇形角”视图)，并提取与重建区域P中的像素相对应的投影数据Dr。

如图12(a)和(b)所示，假设平行于xy平面的512×512个像素的方形区域是重建区域P，y＝0的像素行为L0，y＝63的像素行为L63，y＝127的像素行为L127，y＝191的像素行为L191，y＝255的像素行为L255，y＝319的像素行为L319，y＝383的像素行为L383，y＝447的像素行为L447，以及y＝511的像素行为L511，所有像素行作为行来说都平行于x轴，如果如图13所示对行T0到T511上的投影数据进行提取，它们将构成像素行L0到L511的投影数据Dr(view，x，y)，其中从L0到L511的这些像素行在X射线传播方向上被投影到多行X射线探测器24的平面上。然而，假定x和y与X射线断层图像中的像素(x，y)相匹配。

鉴于X射线传播方向由X射线管21的X射线焦点、像素以及多行X射线探测器24的几何位置来确定，这是因为投影数据D0(view，j，i)的z坐标z(view)被称为附于投影数据的z方向的线性台移动Z台(view)，所以即使投影数据D0(view，j，i)是在加速或减速期间获得的，也可以精确地计算出在X射线焦点和多行X射线探测器构成的数据采集几何***中X射线的传播方向。

顺便提一句，如果在进行时部分行超出了多行X射线探测器24的平面，例如，由像素行L0在X射线传播方向投影到多行X射线探测器24中的平面而产生的行T0，那么就将该匹配的投影数据Dr设定为“0”。如果它们在z方向上超出，就将通过推断投影数据Dr(view，x，y)来计算出它。

如图14所示，以这种方式可以提取与重建区域P的像素匹配的投影数据Dr(view，x，y)。

回来参考图11，在步骤S72，投影数据Dr(view，x，y)与锥形射束重建加权系数相乘，以生成图15所示的投影数据D2(view，x，y)。

这里的锥形射束重建加权系数w(i，j)如下。在重建扇形射束图像中，下面的关系成立，其中γ是连接X射线管21的焦点和像素g(x，y)的直线与X射线束的中心轴所成的角，其中view＝βa，以及与其相对的视图为view＝βb。

数学表达式14

βb＝βa+180°-2γ

穿过像素g(x，y)的X射线束在重建区域P上形成的以及与其相对的X射线束相对于重建平面P形成的角由βa和βb表示，通过在与重建加权系数βa和βb相乘后相加来计算出反投影数据D2(0，x，y)。在这种情况下，下述成立。

数学表达式15

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

其中假定D2(0，x，y)_a是视图βa的反投影数据，以及D2(0，x，y)_b是视图βb的反投影数据。

顺便提一句，彼此相对的射束的锥形射束重建加权系数之和是：

数学表达式16

ωa+ωb＝1

通过加上与锥形射束重建加权系数相乘的积，可以减小锥形角伪影。

例如，可以使用通过下述公式获得的重建加权系数ωa和ωb。在这些公式中，ga是视图βa的加权系数，以及gb是视图βb的加权系数。

在扇形射束角的1/2是γmax的情况下，下述成立。

数学表达式17

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，假设q＝1。)

例如，如果假设max是取较大值的函数，例如ga和gb，则下述将成立。

数学表达式18

ga＝max[0，{(π/2+γmax)-|βa|}]|tan(αa)|

gb＝max[0，{(π/2+γmax)-|βb|}]|tan(αb)|

在扇形射束图像重建的情况下，重建区域P的每个像素都再乘以距离系数。该距离系数是(r1/r0)²，其中r0是从X射线管21的焦点到与投影数据Dr匹配的多行X射线探测器24的探测行j和通道i的距离，以及r1是从X射线管21的焦点到与重建区域P上的投影数据Dr匹配的像素的距离。

在平行射束图像重建的情况下，仅用每个像素乘以锥形射束重建加权系数w(i，j)就足够了。

在步骤S73，如图16所示，将投影数据D2(view，x，y)相应于像素添加到预先清除的反投影数据D3(x，y)上。

在步骤S74，如图16所示，对所有重复用于CT图像重建的视图(也就是360°视图或“180°+扇形角”视图)重复步骤S61到S63，以获得反投影数据D3(x，y)。

顺便提一句，重建区域P也可以是如图12(c)和(d)所示的圆形区域。

实施例4

虽然实施例3是参考通道方向X射线准直器31进行描述的，但是使用如图31所示的成束X射线滤波器32可以产生类似的效果。

图31示出成束X射线滤波器的正常位置，也就是当通道方向的移动量为0时。

图32和图33示出成束X射线滤波器的移动量分别为Δd1和Δd2的例子。在这种情况下，可以完成该控制，使得连接感兴趣区域的中心与X射线焦点的直线与构成最短直线的成束X射线滤波器32的X射线传播路径重叠。

为了实现它们的重叠：

数学表达式19

γ_mean＝(γ_max+γ_min)/2

对于如图31所示的由D表示的从X射线焦点到成束滤波器的距离，下述成立。

Δdi＝D·tan(γ_mean)

(其中Δdi＝Δd₁或Δd₂)

实施例5

在图34中示出本发明用于X射线CT透视设备的例子。首先，在步骤S1，对整个X射线断层图像进行成像。

接着在步骤S2，在步骤S1所成像的X射线断层图像上设定期望成像的感兴趣区域。当设定该感兴趣区域时，处于装有扫描架20的扫描室的操作者通过利用手边提供的X射线CT透视操作面板33对该感兴趣区域进行设定。

接着在步骤S3，通道方向准直器31或形状X射线准直器32在跟踪时用X射线照射该感兴趣区域或它在通道方向上的中心，以收集感兴趣区域中的投影数据。

接着在步骤S4，如图3所示基于整个剖面区域执行投影数据的校正，并对校正的投影数据进行图像重建。

接着在步骤S5，检查感兴趣区域是否需要改变。

接着在步骤S6，检查X射线透视成像是否已经完成。

与常规的多行X射线探测器、X射线CT设备或平板X射线CT设备相比，上述的X射线CT设备100，通过根据本发明的X射线CT设备或X射线CT成像方法，具有利用其通道方向X射线准直器减少了对象的辐射照射量的效果。

顺便提一句，该图像重建方法可以是根据已知的Feldkamp方法的常见三维图像重建方法。它甚至可以是某一其它三维图像重建方法。它不必是三维图像重建，而是常规的二维图像重建也能够提供类似的效果。

此外，虽然在该实施例中对行与行之间系数不同的行方向(z方向)滤波进行了卷积，但是不在行方向(z方向)上的滤波也能够提供类似的效果。

而且，虽然该实施例中使用具有多行X射线探测器的X射线CT设备，但是具有单行X射线探测器的X射线CT设备也能够提供类似的效果。

附图标记列表

图1

X射线CT设备100

1操作控制台

2输入装置

3中央处理单元

5数据采集缓冲器

6监视器

7存储单元

10成像台

12托架

15旋转单元

20扫描架

21X射线管

22X射线控制器

23准直器

24多行X射线探测器

25DAS

26旋转单元控制器

29调整控制器

30滑环

31通道方向准直器

32成束X射线滤波器

33X射线CT透视操作面板

图2

X射线焦点

21X射线管

24多行X射线探测器

31通道方向准直器

32成束X射线滤波器

X射线探测器平面dp

P重建区域

X射线束(锥形射束)

旋转中心轴(ISO)    IC

通道方向

图3

根据本发明对缺少的或S/N比变坏的投影数据进行校正的方法的流程图

P1将对象固定在托架12上，并收集探测图像。

P2设定成像条件和要成像的区域。

P3计算出要成像的每个z位置的剖面区域。

P4在通道方向上控制通道方向准直器与要成像的感兴趣区域相对应。

P5进行扫描以收集数据

P6对投影数据进行预处理以获得关于每个z位置探测扫描的所有剖面区域的信息，并通过预测和添加投影数据的缺少部分来进行校正。

P7图像重建处理以及显示

探测图像

获得的剖面数据

要成像的区域

成像

根据剖面预测投影数据并添加缺少的部分。

图4

通道方向准直器(偏离旋转轴的偏心柱式)

21X射线管

24多行X射线探测器

31通道方向准直器

32成束X射线滤波器

图5

通道方向准直器(屏蔽板式)

21X射线管

24多行X射线探测器

31通道方向准直器

32成束X射线滤波器

图6

成束X射线滤波器的例子

21X射线管

24多行X射线探测器

X射线束

32成束X射线滤波器

图7

通道方向准直器的控制

21X射线管

31通道方向准直器

肺野

感兴趣区域(重建区域)

X射线输出

通道方向

24多行X射线探测器

32成束X射线滤波器

图8

21X射线管

31通道方向准直器

X射线输出

感兴趣区域(重建区域)

24多行X射线探测器

通道方向

图9

开始

S1数据采集

S2预处理

S3投影数据校正

S4束硬化校正

S5Z滤波卷积

S6重建函数的卷积

S7三维反投影

S8后处理

结束

图10

步骤S2

开始

S21偏移校正

S22对数转换

S23X射线剂量校正

S24灵敏度校正

结束

图11

步骤S7

开始三维反投影

S71提取与重建区域P中每个像素相匹配的投影数据Dr

S72通过将每组投影数据Dr乘以锥形射束重建负载系数来生成反投影数据D2

S73将反投影数据D2添加到反投影数据D3

S74添加了图像重建所需的所有视图的反投影数据D2吗？

结束

图12

(a)

21X射线管

重建区域(xy平面)

原点(0，0)

(b)

21X射线管

重建区域

xz平面

24多行X射线探测器

(c)

21X射线管

重建区域

(d)

21X射线管

重建区域

xz平面

24多行X射线探测器

图13

24多行X射线探测器

探测器行方向

通道方向

图14、图15

重建区域

图17

当一些探测器发生故障时

对几个通道的数据进行预测

当探测器的几个通道发生故障时，产生环形伪影

图18

当存在金属而出现金属伪影时

金属伪影

金属部分

除去金属部分的投影数据，并输入可预测投影数据

根据投影数据可见    图像重建

通道方向

金属的轨迹

除去金属部分的投影数据，并输入可预测投影数据

通道方向

金属部分的投影数据的可预测数据

观察方向    投影数据

足够平滑

通道

金属部分的投影数据的可预测数据

图19

感兴趣区域和非感兴趣区域

探测图像    在0°方向探测

指定的成像区域

肺野

第i个切片

第j个切片

矩形感兴趣区域

投影数据值

通道方向

第i个切片

投影数据值

第j个切片    通道方向

非感兴趣区域    感兴趣区域    非感兴趣区域

图20

对缺少投影数据的可预测剖面区域进行椭圆近似

要成像的区域

投影数据值

通道方向

投影数据值

通道方向

非感兴趣区域    感兴趣区域    非感兴趣区域

如果符合Sir和Sjr，可以进行预测

图21

通过通道方向X射线准直器来添加缺少的投影数据

(a)

投影数据值

通道方向

通过椭圆近似在两侧添加投影数据

(b)

投影数据值

通道方向

通过三角近似在两侧添加投影数据

图22

通道方向准直器的前馈控制

开始通道方向准直器的控制

C1根据X射线数据采集行的角β(观察角β)和感兴趣的成像区域(中心(x0，y0)；半径R)，计算每个视图的照射通道范围(从最小照射通道γmin到最大照射范围γmax)。

C2在每个视图中，将通道方向准直器的通道方向孔径从γmin打开至γmax。

C3所有视图都被完成了吗？

结束

图23

当观察角＝0时，感兴趣的成像区域以及照射通道范围的说明

X射线束

通道方向准直器

X射线管的轨迹

断层扫描的重建区域

预先被设定为感兴趣区域的期望要成像的区域

利用X射线照射的范围

通道N

通道1

照射γmin的最小通道角(最小通道Chmin)

照射γmax的最大通道角(最大通道Chmax)

图24

当观察角＝0时，感兴趣的成像区域、最小照射通道以及最大照射通道的说明

X射线焦点

X射线束

感兴趣区域

图25

当观察角是β时，感兴趣的成像区域、最小照射通道以及最大照射通道的说明

X射线管21

X射线焦点

图26

通道方向准直器的反馈控制

开始通道方向准直器的控制

步骤C1：根据X射线数据采集行的角β(观察角β)和感兴趣成像区域(中心(x0，y0)；半径R)，计算每个视图的照射通道范围(从最小照射通道范围γmin到最大照射通道范围γmax)。

步骤C2：在每个视图中，将通道方向准直器的通道方向孔径从γmin打开至γmax。

步骤C3：查看数据输入的范围从DAS25的Chmin到Chmax，X射线照射范围是在从γmin±到γmax±ε的范围内吗？

步骤C4：在γmin-Chmin·Chang＝Δγmin，γmax-Chmax·Chang＝Δγmax的情况下，将补偿Δγmin和Δγmax添加到控制量上

步骤C5：输入数据到DAS25，并在压缩非感兴趣区域的投影数据时，对通道方向速率从Chmin到Chmax，即通道角的范围从γmin到γmax的感兴趣区域进行收集

步骤C6：在补偿缺少压缩的投影数据的投影数据时恢复数据，以实现图像重建

步骤C7：所有视图的数据采集都完成了吗？

结束

图27

当X射线束宽时，通过偏离旋转轴的偏心柱式准直器来控制圆形

X射线孔径

21X射线管

偏离旋转轴的偏心柱式准直器

X射线束

24多行X射线探测器

X射线照射区域

图28

当X射线束窄时，通过偏离旋转轴的偏心柱式准直器来控制圆形X射线孔径

21X射线管

偏离旋转轴的偏心柱式准直器

X射线束

24多行X射线探测器

X射线照射区域

图29

当X射线束宽时，通过板式准直器来控制圆形X射线孔径

21X射线管

切片厚度方向上的板式准直器

通道方向上的板式准直器

X射线束

24多行X射线探测器

X射线照射区域

图30

当X射线束窄时，通过板式准直器来控制圆形X射线孔径

21X射线管

切片厚度方向上的板式准直器

通道方向上的板式准直器

X射线束

X射线束在切片厚度方向和通道方向上都是窄的

24多行X射线探测器

X射线照射区域

图31

成束X射线滤波器32的正常位置

21X射线管

32成束X射线滤波器

通常，成束X射线滤波器处于与数据采集***的中心线对准的位置

24多行X射线探测器

图32

成束X射线滤波器32的位置控制(第1部分)

21X射线管

将成束X射线滤波器32移动等于Δd₁的距离

将成束X射线滤波器向右移动Δd₁到利用X射线有效照射的感兴趣区域

肺部区域

感兴趣区域的中心

其中成束X射线滤波器的传播路径短

感兴趣区域(重建区域)

24多行X射线探测器

粗略的X射线探测器

粗略的X射线探测器

精细的X射线探测器

X射线输出

通道方向

图33

成束X射线滤波器32的位置控制(第2部分)

将成束X射线滤波器向右移动Δd₂到利用X射线有效照射的感兴趣区域

将成束X射线滤波器32移动等于Δd₂的距离

其中成束X射线滤波器的传播路径短

21X射线管

粗略的X射线探测器

肺部区域

精细的X射线探测器

X射线输出

感兴趣区域的中心

感兴趣区域(重建区域)

24多行X射线探测器

粗略的X射线探测器

粗略的X射线探测器

通道方向

图34

X射线CT透视设备的实施例的流程图(实施例5)

X射线CT透视成像开始

S1全部成像

S2通过利用在操作者手边提供的X射线CT透视操作面板33对该感兴趣区域进行设定，或改变设定

S3通道方向准直器31或成束X射线滤波器32只用X射线对感兴趣区域进行照射，以收集感兴趣区域的成像数据。

S4根据图3处理投影数据校正以进行图像重建

S5必须改变感兴趣区域吗？

S6X射线CT透视成像完成了吗？

X射线CT透视成像完成

触针

肿瘤部分

整个断层扫描成像的屏幕

感兴趣区域

设定感兴趣区域的屏幕

只对感兴趣区域成像

在显示时只更新感兴趣区域

不显示其他区域，或者显示整个成像的X射线断层图像

显示经过成束X射线滤波器的差的S/N比的X射线断层图像

Claims (10)

1.一种X射线CT设备(100)，包括：

X射线数据采集装置(25)，用于采集穿过对象的X射线的X射线投影数据，该对象被定位在彼此相对的X射线生成器(21)和多行X射线探测器(24)之间；以及

图像重建装置(3)，用于从由X射线数据采集装置(25)所采集的投影数据中重建图像；

其中所述图像重建装置包括用于对部分缺少或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正的装置。

2.根据权利要求1所述的X射线CT设备(100)，其中所述图像重建装置(3)包括使用不缺少X射线投影数据的视图的特征参数对部分缺少或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正的装置。

3.根据权利要求1所述的X射线CT设备(100)，其中所述图像重建装置(3)包括使用探测图像的特征参数对部分缺少或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正的装置。

4.根据权利要求1至权利要求3中任何一项所述的X射线CT设备(100)，还包括设定期望成像的感兴趣区域的成像条件设定装置；以及其中所述图像重建装置(3)包括对部分缺少或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正的装置，所述校正通过使用关于探测图像的剖面区域或者不缺少X射线投影数据的视图的X射线投影数据的剖面区域的信息来添加X射线投影数据，以便获得每个视图的X射线投影数据的恒定的剖面区域，所要添加的X射线数据的位置以及剖面区域根据期望成像的感兴趣区域的位置而变化。

5.根据权利要求4所述的X射线CT设备(100)，其中所述X射线数据采集装置(25)包括通道方向X射线准直器(31)和成束X射线滤波器(32)中的至少一个，该准直器在采集X射线投影数据时在通道方向跟踪期望成像的感兴趣区域。

6.根据权利要求5所述的X射线CT设备，其中所述X射线数据采集装置(25)包括控制器，该控制器根据对用于对象的期望成像的预置区域中的感兴趣区域的每个视图或以恒定间隔的多个视图通过计算而预先获得的通道位置和通道孔径宽度，对通道方向X射线准直器(31)和成束X射线滤波器(32)中的至少一个进行前馈控制。

7.根据权利要求5所述的X射线CT设备(100)，其中所述X射线数据采集装置(25)包括控制器，该控制器根据来自在每个视图或以恒定间隔的多个视图的该X射线探测器(24)的输出的该控制通道方向X射线准直器(31)和该成束X射线滤波器(32)中至少一个的测量，对在设定点和通道方向上的位置以及通道方向上的孔径宽度的测量之间的偏差进行反馈控制。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的X射线CT设备(100)，其中所述图像重建装置(3)包括对通道方向上孔径宽度外的部分缺少或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正的装置，所述校正通过使用关于探测图像的剖面区域或者不缺少X射线投影数据的视图的X射线投影数据的剖面区域的信息，并添加X射线投影数据以便获得每个视图的X射线投影数据的恒定的剖面区域。

9.一种X射线CT透视设备，包括：

X射线数据采集装置，用于采集穿过对象的X射线的X射线投影数据，该对象被定位在彼此相对的X射线生成器和多行X射线探测器之间；以及

图像重建装置，用于从由X射线数据采集装置所采集的投影数据中重建图像；

其中所述图像重建装置包括用于对部分缺少或S/N比变坏的X射线投影数据进行校正的装置。

10.根据权利要求9所述的X射线CT透视设备，其中：

通道方向X射线准直器或成束X射线滤波器被固定在通道方向上的中心部分或接近中心部分，以及通过使得该图像重建区域的中心部分成为感兴趣区域，并且将对象的感兴趣区域与图像重建区域的中心部分对准，来实现低的辐射照射量。

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