CN101023874A

CN101023874A - X射线ct成像方法和x射线ct装置

Info

Publication number: CN101023874A
Application number: CNA2006101309338A
Authority: CN
Inventors: 泷浦泰郎; 西出明彦; 藤重高志
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2007-08-29
Also published as: JP2007151806A; NL1032995C2; US20070140408A1; KR20070058997A; NL1032995A1; DE102006057630A1

Abstract

通过简单的方法将实现X射线断层扫描图像的分辨率的提高，所述X射线断层扫描图像由使用多行X射线探测器(24)或者矩阵结构的二维X射线面探测器(24)的X射线CT装置(100)通过常规扫描(轴向扫描)、摄像扫描、螺旋扫描或者可变间距螺旋扫描来获得。实现了这样一种X射线CT装置(100)，其中多行X射线探测器(24)或者矩阵结构的二维X射线面探测器(24)具有少量处理工作，以及图像重建装置(3)能够通过图像重建提供高分辨率的X射线断层扫描图像。

Description

X射线CT成像方法和X射线CT装置

技术领域

本发明涉及一种供医学使用的X射线CT装置或者一种供工业使用的X射线CT装置、一种X射线CT(计算机断层扫描)成像方法和一种X射线CT装置，以及涉及提高X射线断层扫描图像的分辨率，该X射线断层扫描图像仅仅由常规扫描(轴向扫描)、摄像扫描(cine-scanning)、螺旋扫描或者可变间距螺旋扫描的X射线探测器产生。

背景技术

通常，在基于多行X射线探测器的X射线CT装置或者使用矩阵结构的二维X射线面探测器的X射线CT装置中，使用如图15所示的多行X射线探测器或者方形点阵或矩形点阵结构的二维X射线面探测器，如在JP-A No.193750/2000中所述。在这种情况下，其中X射线探测器的分辨率要被提高，每个探测器的宽度在通道方向和行方向上必须都减小到l/n(其中n是整数)，如图16所示，但是从X射线探测器的制造困难的观点来看这是个问题。

因此，对于常规的多行X射线探测器或者二维X射线面探测器，图18(a)的圆型多行X射线探测器、图18(b)的平面型二维X射线面探测器、或者图18(c)的组合多个平面型X射线探测器的二维X射线面探测器通过组合如图18所示的方形点阵结构的X射线探测器模块来制造，并且被用于X射线CT装置中。

从下面的观点来看这还造成一个问题，即在X射线探测器模块内反射物(reflector)的容积率增大，从而导致X射线采集的效率降低，并且因此导致X射线探测器的性能恶化。

作为在这种情况下制造X射线探测器模块的方法的一个例子，如图19所示，首先在通道方向上切割板型闪烁体，将反射物放在切割断面上，所述切割断面被再次接合；接着，在行方向上切割该闪烁体，放置反射物，并且接合切割的段以产生方形点阵或矩形点阵的矩阵结构的探测器模块。然而，因为对X射线探测器的更高分辨率的需求变得更迫切，所以如果试图实现通道方向上两倍精细的(fine)分辨率和行方向上两倍精细的分辨率，那么就需要把图15的X射线探测器或者X射线探测器模块分成每个通道方向或每个行方向，正如图16的X射线探测器或X射线探测器模块的情况一样，从X射线探测器或X射线探测器模块的制造困难的观点来看这是个问题。

然而，在基于多行X射线探测器的X射线CT装置或者使用二维X射线面探测器的X射线CT装置中，预期对X射线探测器的更高分辨率的需求将来变得更迫切。

发明内容

因此，本发明的目的是使得有可能通过简单方法来实现对于多行X射线探测器或者矩阵结构的二维X射线面探测器达到更高的X射线探测器分辨率，以及实现由使用这种X射线探测器的X射线CT装置通过常规扫描(轴向扫描)、摄像扫描、螺旋扫描或可变间距螺旋扫描产生的X射线断层扫描图像的分辨率的提高。

本发明通过提供一种X射线CT装置或一种X射线CT成像方法来解决上述问题，其特征在于，它实现一种X射线CT装置，其中多行X射线探测器或者矩阵结构的二维X射线面探测器构成具有少量处理工作的高分辨率多行X射线探测器，以及其中提供了能够通过图像重建提供高分辨率X射线断层扫描图像的图像重建装置。

根据本发明的第一方面，提供一种X射线CT装置，该X射线CT装置包括：X射线数据采集装置，用于采集穿过位于彼此相对的X射线发生器和X射线探测器之间的对象的X射线的投影数据；图像重建装置，用于从由该X射线数据采集装置所采集的投影数据来执行图像重建；图像显示装置，用于显示由所述图像重建装置所获得的X射线断层扫描图像；以及成像条件设置装置，用于设置采集X射线断层扫描图像的各种图像采集参数，其中所述X射线探测器包括多行X射线探测器，所述多行X射线探测器的X射线探测器模块通过三个或更多个方向上的平行线被划分成X射线探测器通道。

在根据第一方面的X射线CT装置中，因为X射线探测器模块通过三个或更多个方向上的平行线被划分成X射线探测器通道，所以结构易于制造。

根据本发明的第二方面，提供一种X射线CT装置，该X射线CT装置包括：X射线数据采集装置，用于采集穿过位于彼此相对的X射线发生器和X射线探测器之间的对象的X射线的投影数据；图像重建装置，用于从由该X射线数据采集装置所采集的投影数据来执行图像重建；图像显示装置，用于显示由所述图像重建装置所获得的X射线断层扫描图像；以及成像条件设置装置，用于设置采集X射线断层扫描图像的各种图像采集参数，其中所述X射线探测器包括二维X射线面探测器，所述二维X射线面探测器的X射线探测器模块通过三个或更多个方向上的平行线被划分成X射线探测器通道。

在根据第二方面的X射线CT装置中，因为X射线探测器模块通过三个或更多个方向上的平行线被划分成X射线探测器通道，所以结构易于制造。

根据本发明的第三方面，提供一种根据第一或第二方面的X射线CT装置，其特征在于，它具有X射线数据采集装置，该X射线数据采集装置的每个X射线探测器通道具有三角形形状。

在根据第三方面的X射线CT装置中，因为每个X射线探测器通道具有三角形形状，所以结构易于制造。

根据本发明的第四方面，提供一种X射线CT装置，该X射线CT装置包括：X射线数据采集装置，用于采集穿过位于彼此相对的X射线发生器和X射线探测器之间的对象的X射线的投影数据；图像重建装置，用于从由该X射线数据采集装置所采集的投影数据来执行图像重建；图像显示装置，用于显示由所述图像重建装置获得的X射线断层扫描图像；以及成像条件设置装置，用于设置采集X射线断层扫描图像的各种图像采集参数，其中所述图像重建装置包括三点加权相加处理或者三点插值处理。

在根据第四方面的X射线CT装置中，因为从X射线投影数据三维反投影或者二维反投影到X射线断层扫描图像中的某些像素的数据通过使用三点加权相加处理或者三点插值处理来提取，所以X射线投影数据可以被三维反投影或者二维反投影而不模糊，并且可以获得它们的空间分辨率没有恶化的X射线断层扫描图像。

根据本发明的第五方面，提供一种根据第一到第三方面中任何一个的X射线CT装置，其特征在于，它具有使用三点加权相加处理或者三点插值处理的图像重建装置。

在根据第五方面的X射线CT装置中，因为从X射线投影数据三维反投影或者二维反投影到X射线断层扫描图像中的某些像素的数据通过使用三点加权相加处理或者三点插值处理来提取，所以X射线投影数据可以被三维反投影或者二维反投影而不模糊，并且可以获得它们的空间分辨率没有恶化的X射线断层扫描图像。

根据本发明的第六方面，提供一种根据第一到第三方面中任何一个的X射线CT装置，其特征在于，它具有使用四点加权相加处理或者四点插值处理的图像重建装置。

在根据第六方面的X射线CT装置中，因为从X射线投影数据三维反投影或者二维反投影到X射线断层扫描图像中的某些像素的数据通过使用四点加权相加处理或者四点插值处理来提取，所以加权相加系数或者插值系数可被容易地计算出。

根据本发明的第七方面，提供一种根据第一到第三方面中任何一个的X射线CT装置，其特征在于，它具有使用两点加权相加处理或者两点插值处理的图像重建装置。

在根据第七方面的X射线CT装置中，因为从X射线投影数据三维反投影或者二维反投影到X射线断层扫描图像中的某些像素的数据通过使用两点加权相加处理或者两点插值处理来提取，所以加权相加系数或者插值系数可被容易地计算出。

根据本发明的第八方面，提供一种根据第一到第三方面中任何一个的X射线CT装置，其特征在于，它具有使用最近相邻处理的图像重建装置。

在根据第八方面的X射线CT装置中，因为从X射线投影数据三维反投影或者二维反投影到X射线断层扫描图像中的某些像素的数据通过使用最近相邻处理来提取，所以加权相加系数或者插值系数可被容易地计算出。

根据本发明的第九方面，提供一种根据第一到第八方面中任何一个的X射线CT装置，其特征在于，它具有使用三维图像重建处理的图像重建装置。

在根据第九方面的X射线CT装置中，因为它通过使用三维图像重建处理来执行图像重建，所以可以产生很少受到伪影影响的高图像质量的X射线断层扫描图像，而无论是在X射线断层扫描图像的中心还是在远离图像重建的中心的位置。另外，无论是通过常规扫描(轴向扫描)或者摄像扫描，也无论X射线断层扫描图像是否在远离z方向的外部X射线探测器行上，都能够得到很少受到伪影影响的高图像质量的X射线断层扫描图像。

根据本发明的第十方面，提供一种根据第九方面的X射线CT装置，其特征在于，它具有图像重建装置，当执行常规扫描(轴向扫描)或者摄像扫描时，该图像重建装置可以实现在任何z方向坐标位置上任何期望切片厚度的X射线断层扫描图像的图像重建。

在根据第十方面的X射线CT装置中，因为它通过使用三维图像重建处理来执行图像重建，所以可以实现在常规扫描(轴向扫描)或者摄像扫描中任何Z方向坐标位置上任何期望切片厚度的X射线断层扫描图像的图像重建。

根据本发明的第十一方面，提供一种根据第九方面的X射线CT装置，其特征在于，它具有图像重建装置，当执行螺旋扫描或者可变间距螺旋扫描时，该图像重建装置可以实现在任何z方向坐标位置上任何期望切片厚度的X射线断层扫描图像的图像重建。

在根据第十一方面的X射线CT装置中，因为它通过使用三维图像重建处理来执行图像重建，所以可以实现在螺旋扫描或可变间距螺旋扫描中任何z方向坐标位置上任何期望切片厚度的X射线断层扫描图像的图像重建。

根据本发明的第十二方面，提供一种根据第十或第十一方面中任何一个的X射线CT装置，其特征在于，它具有图像重建装置，该图像重建装置在相邻行交替地重新排列和交错X射线投影数据，重建高分辨率X射线投影数据，并且执行X射线投影数据的图像重建。

根据第十二方面的X射线CT装置通过在相邻行上交替地***和交错X射线探测器数据可以提高在通道方向上X射线探测器数据的分辨率，并因此可以提高X射线断层扫描图像的空间分辨率。

根据本发明的第十三方面，提供一种根据第十二方面的X射线CT装置，其特征在于，它具有图像重建装置，该图像重建装置在高频重建函数的情况下在相邻行交替地重新排列和交错扫描X射线投影数据。

根据第十三方面的X射线CT装置特别是当图像重建利用高频重建函数执行时，通过在相邻行交替地***和交错X射线探测器数据可以提高在通道方向上X射线探测器数据的分辨率，并因此可以提高X射线断层扫描图像的空间分辨率。

根据本发明的第十四方面，提供一种X射线CT装置，该X射线CT装置包括：X射线数据采集装置，其当以相对的方式旋转X射线发生装置和检测X射线的多行X射线探测器或者围绕中间的旋转中心位置旋转矩阵结构的二维X射线面探测器时，收集由位于中间的对象传播的X射线投影数据；图像重建装置，其从由该X射线数据采集装置所收集的投影数据来执行图像重建；图像显示装置，其显示已经经受图像重建的X射线断层扫描图像；以及成像条件设置装置，其设置X射线断层扫描成像的各种成像条件，该X射线CT装置的特征在于，它具有在图像重建的加权相加处理或者插值处理中使用三点加权相加处理或者三点插值处理图像重建装置。

根据第十四方面的X射线CT装置，因为它使用三点加权相加处理或者三点插值处理，所以可以以最小化的X射线投影数据模糊来执行图像重建，并且获得高分辨率X射线断层扫描图像。

根据本发明的X射线CT装置或X射线CT图像重建方法可以通过简单的方法来对于多行X射线探测器或者矩阵结构的二维X射线面探测器实现高分辨率，并且对于由使用这种X射线探测器的X射线CT装置通过常规扫描(轴向扫描)、摄像扫描、螺旋扫描或可变间距螺旋扫描所产生的X射线断层扫描图像提供实现高分辨率的效果。

附图说明

图1是在用于实施本发明的一种方式中的X射线CT装置的框图。

图2是说明在xy平面上观察的X射线产生装置(X射线管)和多行X射线探测器的图。

图3是说明在yz平面上观察的X射线产生装置(X射线管)和多行X射线探测器的图。

图4是示出对对象进行成像的流程的流程图。

图5是概述关于本发明一个实施例的X射线CT装置的操作的流程图。

图6是示出预处理的细节的流程图。

图7是示出三维图像重建处理的细节的流程图。

图8(a)、8(b)是示出将线投影在X射线传播方向上的重建区域的状态的概念图。

图9是示出投影在探测器面上的线的概念图。

图10是示出将投影数据Dr(view，x，y)投影在重建区域上的状态的概念图。

图11是示出重建区域上像素的反投影像素数据D2的概念图。

图12是说明通过使反投影像素数据D2逐个像素地进行所有视图(all-view)相加而获得反投影数据D3的状态的图。

图13是示出将线投影在X射线传播方向上的圆形重建区域的状态的概念图。

图14是示出X射线CT装置的成像条件输入屏幕的图。

图15是示出常规***的图。

图16是示出由常规方法实现较高分辨率的图。

图17是示出在此提出的方法的图。

图18(a)是示出圆型多行X射线探测器的图。

图18(b)是示出平面型二维X射线面探测器的图。

图18(c)是示出组合多个平面型X射线探测器的二维X射线面探测器的图。

图19是示出制造常规X射线探测器模块的方法的图。

图20是示出制造该实施例的X射线探测器模块的方法的图。

图21是示出8通道8行X射线探测器模块的图。

图22是示出16通道16行X射线探测器模块的图。

图23是示出该实施例的16通道16行X射线探测器模块的示例1的图。

图24是示出32通道16行X射线探测器模块的图。

图25是示出通过四点加权相加的反投影处理的图。

图26是示出通过四点插值的反投影处理的图。

图27是示出以犬牙格(hound’s tooth check)图案排列的投影数据的图。

图28是示出犬牙格四点加权相加的图。

图29是示出方形点阵四点加权相加的图。

图30是示出犬牙格三点加权相加的图。

图31是示出方形点阵三点加权相加的图。

图32是示出通过使用三点的加权相加的数据提取方法的图。

图33是示出通过使用三点的加权相加的数据提取方法与通过使用四点的加权相加的数据提取方法的比较的图。

图34是示出点阵坐标系(笛卡尔系)的图。

图35是示出图像重建的X射线断层扫描图像和反投影处理的轨迹线的点阵坐标的图。

图36是示出该实施例的探测器模块的示例2的图。

图37是示出相邻X射线探测器模块的示例1的图。

图38是示出相邻X射线探测器模块的示例2的图。

图39是示出16通道16行X射线探测器模块的图。

图40是示出32通道16行X射线探测器模块的图。

图41是示出该实施例的16通道16行X射线探测器模块的示例1的图。

图42是示出该实施例的16通道16行X射线探测器模块的示例2的图。

图43是示出把相互靠近行的投影数据看作交错的一维排列的数据的图。

图44是示出矩形X射线探测器模块的图。

图45是示出平行四边形X射线探测器模块的图。

图46是示出为实施例1中的三点插值选择三点的概要的图。

图47是示出为实施例1中的三点插值选择三点的细节的图。

图48是示出为实施例2中的三点插值选择三点的概要的图。

图49是示出关于多行X射线探测器24或二维X射线面探测器24中的一些X射线探测器通道的数据的图。

图50是示出在四点插值的情况下轮廓线的图。

图51是示出在三点插值的情况下轮廓线的图。

具体实施方式

将参考在附图中所说明的实施本发明的方式更详细地描述本发明。顺便提一句，这决不是限制本发明。

图1是在用于实施本发明的一种方式中的X射线CT装置的配置框图。X射线CT装置100配备有操作控制台1、成像台10和扫描架20。

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，用于执行预处理、图像重建处理、后处理等的中央处理单元3，用于采集由扫描架20收集的投影数据的数据采集缓冲器5，用于显示由通过预处理X射线探测器数据获得的投影数据重建的X射线断层扫描图像的监视器6，以及用于存储程序、X射线探测器数据、投影数据和X射线断层扫描图像的存储单元7。

成像条件通过该输入装置2来输入，并被存储在存储单元7中。图14示出成像条件的输入屏幕的示例。

成像台10配备有托架12。托架12通过扫描架20的开口放入和移出对象，该对象被固定在托架12上。托架12通过内置在成像台10中的电动机来升高、降低以及沿着台线移动。

扫描架20配备有：X射线管21，X射线控制器22，准直器23，X射线成束滤波器28，多行X射线探测器24、DAS(数据采集***)25，用于控制X射线管21和其它绕对象的体轴旋转的装置的旋转单元控制器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。X射线成束滤波器28是一个X射线滤波器，其在X射线朝着作为成像中心的旋转中心的方向上滤波器厚度最小，并且在朝着***的方向上滤波器厚度增加以使更多的X射线能够被吸收。为此，其横截面形状接近于圆形或者椭圆形的对象的身体表面的辐射照射量可被减少。此外，扫描架20可由扫描架倾斜控制器27在z方向之前或者之后倾斜近似±30度。

X射线管21和多行X射线探测器24绕旋转中心IC转动。垂直方向被假定为y方向，水平方向被假定为x方向，以及垂直于y方向和x方向的成像台和托架的移动方向被假定为z方向，X射线管21和多行X射线探测器24的旋转平面是xy平面。此外，托架12的移动方向是z方向。

图2和图3示出从xy平面或者yz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的中心轴的方向与y方向平行时，视角被假定为0度。

多行X射线探测器24在z方向上例如具有256个探测器行。每个X射线探测器行例如具有1024个X射线探测器通道。

如图2所示，在离开X射线管21的X射线焦点的X射线束受到X射线成束滤波器28进行的这种空间控制，使得更多的X射线照射重建区域P的中心，而更少的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3所示，离开X射线管21的X射线焦点的X射线束受到X射线准直器23在X射线断层扫描图像的切片厚度方向上的控制，也就是以这样的方式，即X射线束宽度在旋转中心轴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。

在用X射线照射之后所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的数据被中央处理单元3根据在存储单元7中的程序进行处理以重建成X射线断层扫描图像，该X射线断层扫描图像被显示在监视器6上。

根据本实施例的X射线探测器实现了一种可以以简单工艺制造的高分辨率X射线探测器。通过对高分辨率X射线投影数据进行图像重建，可以获得高分辨率X射线断层扫描图像。

如图20所示，板型闪烁体首先在作为第一方向的行方向上被切割，以及切割面被涂有反射物以在每个行方向上抑制光信号的串扰。涂有反射物的闪烁体的这些杆状段被再次结合。之后，它们在第二方向上被切割，以及所切割的闪烁体的杆状段被涂有反射物并再次结合。之后，它们在第三方向上被切割，以及所切割的闪烁体的杆状段被涂有反射物并再次结合。由此制造的多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器24具有这样的X射线探测器结构，其中每个探测器通道具有如图17所示的三角形形状。

常规X射线探测器模块的示例在图21中示出。该X射线探测器模块可以实现多行X射线探测器24，其是在通道方向上具有8个通道以及在行方向上具有8个通道的X射线探测器模块。在这种情况下通道方向上的间隔由dc表示，以及行方向上的间隔由dr表示。由试图提高图21所示的该X射线探测器模块在通道方向和行方向上的空间分辨率而获得的X射线探测器模块在图22中示出。

如图22所示，X射线探测器模块在通道方向上具有16个通道，以及在行方向上具有16个通道。X射线探测器之间的间隔在通道方向上是dc/2，以及在行方向上是dr/2。

在该实施例中，相比之下，间隔如图23所示在通道方向是dc/4，以及在行方向是dr/3或者(2/3)·dr。

如图24所示，X射线探测器模块在通道方向上具有32个通道，以及在行方向上具有16个通道。在这种情况下，X射线探测器之间的间隔在通道方向是dc/4，以及在行方向上是dr/2。

因此，图23的X射线探测器模块的空间分辨率估计可能处在图22的16×16X射线探测器模块与图24的32×16X射线探测器模块之间。

因此对于图23的X射线探测器模块，由于它的X射线探测器通道适当地散布在二维空间中，所以可以预期比图22的X射线探测器模块更高的空间分辨率。

此外在图23的布置中，因为第二方向和第三方向分别与图20的X射线探测器模块不平行且不垂直，所以在端部的X射线探测器通道在面积上与其它内部X射线探测器通道相比是1/2，并且这在所有X射线探测器通道的连续性方面造成处理困难。通常，X射线探测器模块在通道方向和行方向上的端面都涂有反射物。因此，X射线探测器的连续性被恶化，因为反射物处在相邻X射线探测器模块之间，处在端部中的X射线探测器通道与由图37所示的相邻X射线探测器模块的示例1表示的相邻X射线探测器模块之间。这方面的改进在图36中所示的情况中以及图38中所示的情况中实现。

如由图38所示的相邻X射线探测器模块的示例2所表示，端部中的X射线探测器通道与另一内部X射线探测通道在形状和面积上都相同。在通道方向上位于相邻X射线探测器模块之间的X射线探测器模块端面上的反射物对X射线探测器通道的连续性不造成问题。然而，尽管图23的示例显示出精确的犬牙格，但是图36所示的示例和图38所示的示例在第j行和第(j+1)行没有精确的犬牙格，从而形成一个通道方向倾斜稍微的形状。

此外，关于图39的16通道16行X射线探测器模块以及图40的32通道16行X射线探测器模块来考虑通道方向和行方向上反射物的容积率。顺便提一句，X射线探测器表面上(在X射线焦点侧)反射物的所有量被认为是普通的量，因此这里不考虑。在图39中，在(dc/2)²的X射线探测器面积中存在以下面的量的反射物。

4·dc/2·ιr＝2·dc·ιr

反射物在通道方向和行方向上的容积率如下。

(2·dc·ιr)/(dc/2)²＝8·ιr/dc

在图40中，在(dc/2)·(dc/4)＝dc²/8的X射线探测器面积中，

(2·dc/2+2·dc/4)·ιr＝3/2·dc·ιr

反射物在通道方向和行方向上的容积率如下。

(3/2·dc·ιr)/dc²/8＝12·ιr/dc

相反在图42中，在dc·dc/2＝dc²/2的X射线探测器面积中，

(2·dc+2·dc/2+2.5^1/2dc/2)·ιr＝(3+5^1/2)dc·ιr

反射物在通道方向和行方向上的容积率如下。

((3+5^1/2)dc·ιr)/(dc²/2)＝(6+2.5^1/2)ιr/dc

＝10.472ιr/dc

类似地在图41中，在dc·dc/2＝dc²/2的X射线探测器面积中，

(2·dc/2+4.17^1/2·dc/4)·ιr＝(1+17^1/2)dc·ιr

反射物在通道方向和行方向上的容积率如下。

((1+2·17^1/2)dc·ιr/(dc²/2)＝(2+2·17^1/2)dc·ιr

＝10.246ιr/dc

因此，图41和图42中所示的该实施例的16通道16行X射线探测器模块的示例1和示例2可以以较小的反射物容积率实现与图40的32通道16行X射线探测器模块相等的分辨率；也就是，它可以以更高的X射线捕获效率来探测X射线。

图4是概述该实施例的X射线CT装置的操作的流程图。

在步骤P1，对象被固定在托架12上并被对准。固定在托架12上的对象经受每个区域的参考点与扫描架20的切片光的中心位置的对准。

在步骤P2，收集探测(scout)图像。探测图像通常在0度和90度获得，但是在一些情况下，例如对于头部，只获得90度的探测图像。后面将描述探测成像的细节。

在步骤P3，设置成像条件。通常，在显示要成像在探测图像上的X射线断层扫描图像的位置和大小时执行成像。在这种情况下，显示关于螺旋扫描、可变间距螺旋扫描、常规扫描(轴向扫描)或摄像扫描的每圈的总X射线剂量的信息。另外，在摄像扫描中，如果输入转数或时间长度，则将显示在该感兴趣区域中对于输入的转数或时间长度的X射线剂量信息。

在步骤P4，进行断层扫描成像。断层扫描的细节将在后面进行描述。

图5是概述由根据本发明的X射线CT装置100进行断层扫描和探测成像的操作的流程图。

在步骤S1，在螺旋扫描中，当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10上线性移动托架12时收集X射线探测器数据，X射线探测器数据通过把z方向位置z台(view)添加到由视角view、探测器行号j和通道号i表示的X射线探测器数据D0(view，j，i)来收集。在可变间距螺旋扫描中，螺旋扫描中的数据收集不仅在恒定的速度范围时进行，而且数据收集也在加速和减速期间进行。

此外，在常规扫描(轴向扫描)或者摄像扫描中，通过将数据收集行旋转一圈或多圈，同时保持成像台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。在移动到下一个z方向位置之后，按照需要通过将数据收集行旋转一圈或多圈来进一步收集X射线探测器数据。

另一方面，在探测成像中，在保持X射线管21和多行X射线探测器24固定并在成像台10上线性移动托架12时收集X射线探测器数据。

在步骤S2，X射线探测器数据D0(view，j，i)被预处理以转换成投影数据。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6所示。

在探测成像中，通过与监视器6的显示器像素大小匹配地显示与通道方向上像素大小和z方向上像素大小匹配的预处理X射线探测器数据来完成探测图像，该z方向是托架的线性移动方向。

在步骤S3，预处理投影数据D1(view，j，i)受到束硬化校正。在步骤S3的束硬化校正例如可以以如下所示的多项式形式来表示，而在预处理步骤S2的S24进行灵敏度校正的投影数据由D1(view，j，i)表示，以及在S3的束硬化校正后的数据由D11(view，j，i)表示。

数学表达式1

D11(view，j，i)＝

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

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

在步骤S4，对经历了束硬化校正的投影数据D11(view，j，i)进行滤波卷积，其中滤波在z方向(行方向)上进行。

因此，多行X射线探测器在每个视角和每条数据收集行上的数据D11(view，j，i)(i＝1到CH，j＝1到ROW)在预处理之后经历了束硬化校正例如进行滤波，其行方向滤波器大小是五行。

数学表达式2

(w1(i)，w2(i)，w3(i)，w4(i)，w5(i))，

假如

Σ_{k - 1}^{5} w_{k} (i) = 1

校正的探测器数据D12(view，j，i)将为如下。

数学表达式3

D 12 (view, j, i) = Σ_{k - 1}^{5} (D 11 (view, j + k - 3, i) \cdot w_{k} (j))

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4

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，切片厚度可根据距图像重建的中心的距离通过逐个通道地改变行方向滤波器系数来控制。因为切片厚度在X射线断层扫描图像中在重建的***通常大于在重建的中心，所以通过对中心部分和***之间的行方向滤波器系数进行差分运算，使得行方向滤波器系数的范围在中心通道附近变化更大，而在***通道附近变化更小，可以使切片厚度不论是在图像重建的***还是在中心都基本上一致。

通过以这样的方式控制在多行X射线探测器24的中心通道和***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。通过用行方向滤波器稍微增加切片厚度，伪影和噪声都可大大改进。伪影的改进程度和噪声的改进程度因此可被控制。换言之，经历三维图像重建的X射线断层扫描图像，即xy平面上的图像质量，可以被控制。另一个可能的实施例是，薄切片厚度的X射线断层扫描图像可通过对行方向(z方向)滤波器系数使用解卷积滤波来实现。

此外，扇形射束的X射线投影数据被转换成平行射束的X射线投影数据。

在步骤S5，执行重建函数的卷积。因此，傅里叶变换的结果乘以重建函数以实现傅里叶逆变换。在S5的重建函数卷积中，在z滤波卷积之后的数据由D12表示，在重建函数的卷积后的数据由D13表示，以及要卷积的重建函数由Kernel(j)表示，对重建函数进行卷积的处理可以以下面的方式来表示。

数学表达式5

D13(view，j，i)＝D12(view，j，i)*Kernel(j)

因此，由于重建函数Kernel(j)允许重建函数在探测器的每j行上的独立卷积，所以可以逐行地补偿噪声特性和分辨率特性中的差异。

在步骤S6，经过了重建函数的卷积的投影数据D13(view，j，i)受到三维反投影来获得反投影数据D3(x，y，z)。要重建的图像在与z轴垂直的平面、xy平面上被重建成三维图像。假定下面的重建区域P与xy平面平行。该三维反投影将参考图7在后面进行描述。

在步骤S7，对反投影数据D3(x，y，z)进行后处理，包括图像滤波卷积和CT值转换以获得X射线断层扫描图像D31(x，y)。

在作为后处理的图像滤波卷积中，经历三维反投影的数据由D31(x，y，z)表示，经历图像滤波卷积的数据由D32(x，y，z)表示，以及图像滤波器由Fliter(z)表示：

数学表达式6

D32(x，y，z)＝D31(x，y，z)*Filter(z)

因此，由于在探测器的每j行上独立的图像滤波卷积是可能的，所以可以逐行地补偿噪声特性和分辨率特性中的差异。

获得的X射线断层扫描图像被显示在监视器6上。

图7是示出三维反投影处理(图5中的步骤S6)的细节的流程图。

在该实施例中，将要重建的图像在与z轴垂直的平面和xy平面上被重建成三维图像。假定下面的重建区域P与xy平面平行。

在步骤S61，注意对于X射线断层扫描图像的图像重建所需的所有视图(即360度视图或者“180度+扇形角”视图)中的一个视图，并且提取对应于重建区域P中像素的投影数据Dr。

如图8(a)和图8(b)所示，与xy平面平行的512×512像素的方形区域被假定为重建区域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均与y＝0的x轴平行，如果如图9所示提取在行T0到T511上的投影数据，其中这些像素行L0到L511被投影到在X射线传播方向上多行X射线探测器24的平面上，它们将组成像素行L0到L511的投影数据Dr(view，x，y)。然而，假定x和y与X射线断层扫描图像中的像素(x，y)匹配。

补充一点，因为该实施例的多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器24中的X射线探测器不是具有通常方形点阵或矩形点阵结构的X射线探测器，所以需要某种设计来使在该实施例的三维反投影处理中提取X射线投影数据时的分辨率不下降。不使分辨率下降的该设计将在后面进行描述。

鉴于X射线传播方向是由X射线管21的X射线焦点、像素和多行X射线探测器24的几何位置确定的，这是因为X射线探测器数据D0(view，j，i)的z坐标z(view)被认为是附于X射线探测器数据的z方向的线性台移动Z台(view)，所以即使X射线探测器数据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射线探测器的数据收集几何***中X射线传播方向。

顺便提一句，如果在进行时部分行离开了多行X射线探测器24的通道方向，例如，由像素行L0在X射线传播方向上投影到多行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(view，x，y)设置为“0”。如果它们离开z方向，那么将通过推断投影数据Dr(view，x，y)来计算出它。

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)，如图10所示。

回来参考图7，在步骤S62，投影数据Dr(view，x，y)与锥形射束重建加权系数相乘以产生图11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)如下所述。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)的直线相对于X射线束的中心轴Bc形成的角，其中view＝βa，以及与其相对的视图是view＝βb：

βb＝βa+180°-2γ

由穿过重建区域P上的像素g(x，y)的X射线束形成的和与其相对的X射线束相对于重建平面P形成的角分别用□a和□b表示，反投影像素数据D2(0，x，y)通过在与重建加权系数ωa和ωb相乘之后相加来被计算出。在这种情况下，下述成立。

数学表达式7

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的投影数据，以及D2(0，x，y)_b是视图βb的投影数据。

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：

ωa+ωb＝1

通过加上与锥形射束重建加权系数ωa和ωb相乘的积，可以减少锥形角伪影。

例如，可以使用由下面的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8

ga＝f(γmax，αa，βa)

gb＝f(γmax，αa，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，假定q＝1)

例如，如果假定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9

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的每个像素还乘以距离系数。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的探测器行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，仅用重建区域P的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S63，对应于像素把投影数据D2(view，x，y)加到预先清除的反投影数据D3(x，y)上，如图12所示。

在步骤S64，对CT图像重建必需的所有视图(即360度视图或“180度+扇形角”视图)重复步骤S61到S63以获得反投影数据D3(x，y)，如图12所示。

顺便提一句，重建区域P也可以是如图13(a)和图13(b)所示的直径为512个像素的圆形区域而不是512×512像素的方形区域。

在该实施例中，前述描述了包括X射线数据收集、预处理和反投影处理的总体流程。在下文中，将更详细地描述防止分辨率在该实施例的图像重建中恶化的反投影处理。

首先相对于实施例1将描述一种情况，其中由利用图23所示的实施例的X射线探测器模块的示例1的多行X射线探测器24或二维X射线面探测器24收集数据。

然后相对于实施例2将描述一种情况，其中使用图36所示的实施例的X射线探测器模块的示例2。

此外相对于实施例3将描述一种情况，其中通道方向的分辨率被提高以通过交错相邻行的X射线探测器数据来改进X射线断层扫描图像的空间分辨率。

实施例1

相对于实施例1将描述一种情况，其中由利用图23所示的X射线探测器模块的多行X射线探测器24或二维X射线面探测器24收集数据。

在该实施例中，因为由利用图23所示的X射线探测器模块的多行X射线探测器24或二维X射线面探测器24收集数据，所以可以收集看起来象是由犬牙格图案中的X射线探测器收集的X射线数据的X射线探测器数据。

在这种情况下的预处理和重建函数卷积处理包括如上所述的图5的步骤S2的预处理，并且可以类似地执行步骤S3的束硬化校正、步骤S4的Z滤波卷积处理、步骤S5的重建函数卷积处理和步骤S7的后处理。

此外在步骤S6的三维反投影处理的图像重建中，三维反投影处理由犬牙格结构的投影数据进行，在该结构中，偶数行和奇数行相互离开通道方向上X射线探测器的通道方向间隔dc的一半，即离开dc/2，以及离开如图23所示的行方向的dr/3或(2/3)·dr。

如果在这种情况下采用如图28所示的四点犬牙格图案，那么将拉长到实际投影数据的距离，并且加权相加将模糊三个投影数据。

通常，当多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器24从方形点阵结构中的所有X射线探测器行以相同定时收集数据时，由如图29所示的“x”表示的位置的加权相加获得的数据通过由四个附近的点加权相加来被计算出，即由“·”所表示的位置中的投影数据的实际数据的四个点。多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器的方形点阵结构的一个网格的通道方向和行方向上的长度由“1”表示，在这种情况下由加权相加所模糊的距离在通道方向和行方向上都是“1”。

通过由以该思想扩展的犬牙格布置中的X射线投影数据进行加权相加处理来计算出数据将证明是，通过对如图28所示的通道方向延伸的平行四边形的四个顶点进行加权相加处理来计算出数据。在这种情况下，X射线投影数据将在通道方向上模糊，并且最终获得的X射线断层扫描图像也将模糊，从而造成恶化的空间分辨率。在这种情况下通过加权相加所模糊的距离在通道方向上将是“1.5”，以及在行方向上将是“1”。

考虑到这一点，如图30所示的平行四边形顶点附近的三个选择点的三点加权相加处理使得加权相加处理有可能比四点加权相加处理更不易模糊投影数据。在这种情况下通过加权相加所模糊的距离在通道方向上是“0.5”，以及在行方向上是“1”。

通过使用图31所示的该三点加权相加中的方形点阵结构的X射线投影数据可以实现类似的效果。在这种情况下，通过加权相加所模糊的距离也是在通道方向为“0.5”以及在行方向为“1”。

对于减小三点加权相加处理中的投影数据的模糊的另一个解释，可以参考图33。

在三点加权相加中到实际数据的距离是L3＝S1+S2+S5。

在四点加权相加中到实际数据的距离是L4＝S1+S2+S3+S4。

因为S5比S3和S4中无论哪个都小，所以下述可能是明显的。

L4＞L3。

因此，可认为三点加权相加更不易受到投影数据的模糊。

回到图30所示的犬牙格结构中X射线探测器的三点加权相加的描述，要通过如图30所示的加权相加计算出的数据的位置附近四个点处的X射线投影数据的真实数据g(i+Δi，j+Δj)(其中0≤Δi≤1，0≤Δj≤1)被假定为：

g(i，j)，g(i+1，j)，g(i，j+1)，g(i+1，j+1)

从这四个点中选择三个较近的点：

(1)在0≤Δi≤1/2，0≤Δj≤1/2的情况下，选择g(i，j)、g(i+1，j)、g(i，j+1)。

(2)在0≤Δi≤1/2，1/2＜Δj≤1的情况下，选择g(i，j)、g(i，j+1)、g(i+1，j+1)。

(3)在1/2＜Δi≤1，0≤Δj≤1/2的情况下，选择g(i，j)、g(i+1，j)、g(i+1，j+1)。

(4)在1/2＜Δi≤1，1/2＜Δj≤1的情况下，选择g(i+1，j)、g(i，j+1)、g(i+1，j+1)。

通过将以这种方式选择的三个点乘以加权系数来以下面的方式处理加权相加。

数学表达式10

g(i+Δi，j+Δj)＝W_a·g(i，j)+W_b·g(i+1，j)+W_c·g(i，j+1)

W_a+W_b+W_c＝1

虽然存在许多方法来确定加权系数w_a、w_b和w_c，但是作为一个示例下面将陈述线性加权系数(一阶加权系数)。

图32示出使用由线性加权相加进行的三点加权相加处理来提取数据的方法。

数学表达式11

Δd(i+Δi+x，j)d(i+1，j)d(i+1，j+1)

Δd(i+Δi+x，j)d(i+Δi，j)d(i+Δi，j+Δj)

上述的相似性给出下面的关系。

数学表达式12

\frac{x}{1 - Δi + x} = \frac{Δi}{1}

(公式1)

由此，可以如下计算出x。

数学表达式13

x＝Δj(1-Δi+x)

＝Δj(1-Δi)+Δj·x

x·(1-Δj)＝Δj(1-Δi)

x = \frac{1 - Δi}{1 - Δj} \cdot Δj

(公式2)

顺便提一句，d(i+Δi+x，j)可以通过对d(i，j)和d(i+1，j)以下面的方式进行加权相加处理来获得。

数学表达式14

d(i+Δi+x，j)＝(1-Δi+x)·d(i，j)+(Δi-x)·d(i+1，j)(公式5)

在该公式5中，(1-Δi+x)和(i-x)可由(公式2)以下面的方式获得。

数学表达式15

(1 - Δi + x) = 1 - Δj + \frac{1 - Δi}{1 - Δj} \cdot Δj

= (1 - Δi) (\frac{1 - Δj + Δj}{1 - Δj})

= \frac{1 - Δi}{1 - Δj}

(公式3)

数学表达式16

(Δi - x) = Δi - \frac{1 - Δi}{1 - Δj} \cdot Δj

= \frac{Δi - Δi \cdot Δj - Δj + Δi \cdot Δj}{1 - Δj}

= \frac{Δi - Δj}{1 - Δj}

(公式4)

d(i+Δi，j+Δj)可由(公式5)、(公式3)、(公式4)以下面的方式获得。

数学表达式17

d (i + Δi, j + Δj) = \frac{Δj}{\sqrt{{1 + (Δk)}^{2}}} \cdot d (i + 1, j + 1) + (1 - \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}}) \cdot d (i + Δi + x, j)

= \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}} \cdot d (i + 1, j + 1) + (1 - \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}})

\cdot ((1 - Δi + x) \cdot d (i, j) + (Δi - x) \cdot d (i + 1, j))

= \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}} \cdot d (i + 1, j + 1) + (1 - \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}})

\cdot (\frac{1 - Δi}{1 - Δj} \cdot d (i, j) + \frac{Δi - Δj}{1 - Δj} \cdot d (i + 1, j))

= \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}} \cdot d (i + 1, j + 1) + (1 - \frac{Δj}{\sqrt{1 + {(Δk)}^{2}}})

\cdot \frac{(1 - Δi) \cdot d (i, j) + (Δi - Δj) \cdot d (i + 1, j)}{1 - Δj}

(公式6)

以这种方式，可以完成使用通过线性加权相加进行的三点加权相加处理的数据提取。

通过利用用于上述在图5的步骤S6的三维反投影处理的该数据提取方法，当数据从犬牙格布置中的X射线投影数据中被提取时，其中X射线数据收集在多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器24的奇数行和偶数行之间彼此在时间上分开(time off)，数据可通过处理加权相加被提取而不模糊在通道方向上的数据，以及可以获得高分辨率的X射线断层扫描图像而不模糊甚至在由三维反投影处理得到的X射线断层扫描图像中的像素数据。

虽然用于实施例1中三点加权相加处理或者三点插值处理的三点方法基本上是“选择最近的三点”，但是它在图46中被更具体地示出。

该实施例1的多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器24中的X射线探测器通道的布置如图46(a)所示。标记“·”表示每个X射线探测器通道的中心位置(重心的位置)。

当在点“■”处的数据要通过加权相加处理来获得时，因为点“■”位于ΔEFG中，所以它可通过对包括点E、点F和点G的三点的数据加权相加处理来被计算出。

当在点“▲”处的数据要通过加权相加处理来类似地获得时，因为点“▲”位于ΔFGH中，所以它可通过对包括点F、点G和点H的三点的数据加权相加处理来被计算出。

因此，在图46(a)中的三角形内包含的点可通过对在三角形的三个顶点处的数据进行加权相加处理而被计算出。

此外，在点被包含在图46(a)中的四边形ABCD中的情况下，如图46(b)所示，三个点可被选择并以下面的方式来确定。当“×”如图46(c)所示处在四边形ABCD的左下部分中时，为三点插值选择如图46(d)所示的ΔACD的点A、点C和点D，以及当“×”如图46(e)所示处在四边形ABCD的右下部分中时，为三点插值选择如图46(f)所示的ΔBCD的点B、点C和点D。

此外，在图47中示出把此分类成不同情况的细节。

如图47(a)所示，在四边形ABCD被分成八个象限1到8的情况下，在象限1和2的情况下选择如图47(b)所示的ΔABD的点A、点B和点D，在象限2和4的情况下选择如图47(c)所示的ΔABC的点A、点B和点C，在象限5和6的情况下选择如图47(d)所示的ΔACD的点A、点C和点D，以及在象限7和8的情况下选择如图47(e)所示的ΔBCD的点B、点C和点D。

顺便提一句，三点加权相加的上述思想可类似地应用于插值处理。

对插值处理应用加权相加处理将参考图25和图26进行描述。

首先参考图25，加权相加处理和插值处理之间的详细差异将进行描述。顺便提一句，这里的描述将特别是指这样一种情况，在该情况中数据在三维图像重建时从X射线投影数据提取，并且对在图像重建平面上的X射线断层扫描图像处理三维反投影。

图25示出通过四点加权相加进行反投影处理的情况。现在，假定要进行反投影的X射线投影数据上的点g(i+Δi，j+Δj)被计算出，并且它被反投影到图像重建平面上的X射线断层扫描图像上。点g(i+Δi，j+Δj)附近的X射线投影数据的真实数据被假定为g(i，j)、g(i+1，j)、g(i，j+1)和g(i+1，j+1)，如果加权系数w1、w2、w3和w4被确定以便使下列公式成立：

数学表达式18

g(i+Δi，j+Δj)＝g(i，j)×w1+g(i+1，j)×w2+g(i，j+1)×w3+g(i+1，j+1)×w4而不是由前述的公式计算出点g(i+Δi，j+Δj)，那么X射线投影数据乘以在扫描图像重建平面时与图像重建平面上的X射线断层扫描图像的像素匹配的X射线投影数据的四点加权系数的乘积：

w1×g(i，j)

w2×g(i+1，j)

w3×g(i，j+1)

w4×g(i+1，j+1)

被加到图像重建平面上的X射线断层扫描图像的像素(x，y)。

另一方面，与其对比，通过四点插值进行的反投影处理的情况被示出在图26中。

现在，假定要进行反投影的X射线投影数据上的点g(i+Δi，j+Δj)被计算出，并且它被反投影到图像重建平面上的X射线断层扫描图像上。点g(i+Δi，j+Δj)附近的X射线投影数据的真实数据被假定为g(i，j)、g(i+1，j)、g(i，j+1)和g(i+1，j+1)，如果加权系数w1、w2、w3和w4被确定以便使下列公式成立：

数学表达式19

g(i+Δi，j+Δj)＝g(i，j)×w1+g(i+1，j)×w2+g(i，j+1)×w3+g(i+1，j+1)×w4由前述的公式计算出g(i+Δi，j+Δj)。当连同扫描图像重建平面一起使X射线投影数据与X射线断层扫描图像像素数据匹配时，计算出的插值系数w1、w2、w3和w4被加到图像重建平面上的X射线断层扫描图像的像素f(x，y)，以寻找经受由上述的四点插值进行的数据提取的g(i+Δi，j+Δj)。

以这种方式，当三维反投影要对图像重建平面的X射线断层扫描图像的像素f(x，y)进行时，无论是在加权相加处理还是在插值处理中，最终把下面提到的点g(i+Δi，j+Δj)加到f(x，y)上，以使它们之间似乎没有数学差异。

数学表达式20

g(i+Δi，j+Δj)＝g(i，j)×w1+g(i+1，j)×w2+g(i，j+1)×w3+g(i+1，j+1)×w4

然而，在反投影处理或者三维反投影处理中，g(i+Δi，j+Δj)如图25和图26所示被加到反投影处理轨迹线上的反投影图像重建平面的X射线断层扫描图像上。X射线断层扫描图像实际上由如图34所示的点阵坐标系(笛卡儿系)的点“·”构成。

在这种情况下，反投影处理轨迹线不一定仅仅通过该点阵坐标系的点阵点。它被认为是这种情况，其中例如要执行把g(i+Δi，j+Δj)的反投影处理加到与X射线断层扫描图像上的像素f(x，y)相同的反投影处理轨迹线上的f(x，y)附近的像素f(x’，y’)上。假定f(x’，y’)不在点阵坐标点上，并且在f(x’，y’)附近的点阵坐标点是f(x1’，y1’)、f(x2’，y2’)、f(x3’，y3’)和f(x4’，y4’)，如图35所示，在加权相加处理中，与X射线断层扫描图像上的像素f(x1’，y1’)匹配的X射线投射数据g(i+Δi1，j+Δj1)被如下所述计算出并被加到f(x1’，y1’)上。

数学表达式21

g(i+Δi1)，j+Δj1)＝g(i，j)×w11+g(i+1，j)×w21+g(i，j+1)×w31+g(i+1，j+1)×w41

与X射线断层扫描图像上的像素f(x2’，y2’)匹配的X射线投射数据g(i+Δi2，j+Δj2)以下面的方式被计算出并被加到f(x2’，y2’)上。

数学表达式22

g(i+Δi2)，j+Δj2)＝g(i，j)×w12+g(i+1，j)×w22+g(i，j+1)×w32+g(i+1，j+1)×w42

与X射线断层扫描图像上的像素f(x3’，y3’)匹配的X射线投射数据g(i+Δi3，j+Δj3)以下面的方式被计算出并被加到f(x3’，y3’)上。

数学表达式23

g(i+Δi3)，j+Δj3)＝g(i，j)×w13+g(i+1，j)×w23+g(i，j+1)×w33+g(i+1，j+1)×w43

与X射线断层扫描图像上的像素f(x4’，y4’)匹配的X射线投射数据g(i+Δi4，j+Δj4)以下面的方式被计算出并被加到f(x4’，y4’)上。

数学表达式24

g(i+Δi4)，j+Δj4)＝g(i，j)×w14+g(i+1，j)×w24+g(i，j+1)×w34+g(i+1，j+1)×w44

对于在f(x’，y’)附近的相应点阵坐标点f(x1’，y1’)、f(x2’，y2’)、f(x3’，y3’)和f(x4’，y4’)重新计算出加权系数w1x、w2x、w3x和w4x，并进行加权相加处理。

此外，在与像素f(x，y)匹配的X射线投影数据上的点的情况下，插值处理中的图像重建平面的X射线断层扫描图像由g(i+Δi，j+Δj)表示，以及通过插值处理获得的g(i+Δi，j+Δj)由g1(k，l)表示，在附近X射线投影数据上的数据如下。

在这种情况下，在与X射线断层扫描图像上的像素f(x，y)相同的反投影处理轨迹线上的f(x，y)附近的像素f(x’，y’)如下。

数学表达式25

f(x′，y′)＝g1(k，l)×wa1+g1(k+1，l)×wa2+g1(k，l+1)×wa3+g1(k+1，l+1)×wa4

以这种方式，f(x’，y’)可由从插值处理得到的数据来获得。

因此，当三维反投影通过使用加权相加处理进行时，X射线断层扫描图像可由三维反投影处理获得而不使X射线投影数据的分辨率恶化。

相反，当使用插值处理时，由三维反投影处理获得X射线断层扫描图像的分辨率将恶化，除非由插值处理转换的X射线投影数据的分辨率是足够的。相反，即使使用插值处理，如果转换的X射线投影数据的分辨率是足够的，那么由三维反投影处理获得的X射线断层扫描图像的分辨率将不恶化。

如上所述，要进行反投影的数据通过使用三点加权相加处理或者三点插值处理来提取，之后是三维反投影处理。然而，即使要进行反投影的数据通过四点加权相加处理或者四点插值处理来提取，以及之后如图28所示处理三维反投影，通道方向上的分辨率也可能有点恶化，但是可以获得图21中所示的具有较高分辨率的X射线断层扫描图像。

实施例2

图36中所示的实施例2是实施例1这样的一种形式，其中使得X射线探测器模块的***部分更易于制造。

在实施例2中，使用基本上与实施例1中类似的犬牙格结构。

还在实施例2中，预处理、重建函数卷积等等类似于步骤S2的预处理、步骤S3的束硬化校正和步骤S4的z滤波卷积处理、步骤S5的重建函数卷积和步骤S7的后处理来进行处理。

在步骤S6的三维后投影处理中，通过类似地使用实施例1的三点加权相加处理，可以完成数据提取而不模糊投影数据，并且可以实现图像重建而不恶化通过三维反投影处理获得的X射线断层扫描图像的空间分辨率。

在该实施例2中三点加权相加处理或者三点插值处理中选择三点的方法基本上是“选择最近的三点”。图48示出了在实施例2中三点加权相加处理或者三点插值处理中选择三点的方法。

在实施例2中多行X射线探测器24或二维X射线面探测器24中的X射线探测器通道的布置如图48中所示。标记“·”表示每个X射线探测器通道的中心位置(重心的位置)。

当在点“■”处的数据要通过加权相加处理来获得时，因为点“■”位于ΔABC中，所以它可通过对包括点A、点B和点C的三点的数据加权相加处理来被计算出。

当在点“▲”处的数据要通过加权相加处理来类似地获得时，因为点“▲”位于ΔACD中，所以它可通过对包括点A、点C和点D的三点的数据加权相加处理来被计算出。

与说明实施例1中的三点法的图46不同，对于图48没有四边形的情况，而是每种情况被配置成三角形。为此，要选择的三点总是被唯一地确定。

实施例3

与由通过图23或图36所示的X射线探测器模块的X射线探测器获得的X射线投影数据形成对比。

经历图5的步骤S2的预处理的X射线投影数据、经历图5的步骤S3的束硬化校正的X射线投影数据或者经历图5的步骤S4的z滤波卷积处理的X射线投影数据由D(view，j，i)表示，通过把通道方向上X射线探测器数据交替地***X射线探测器的第j行X射线探测器数据D(view，j，i)和X射线探测器的第(j+1)行X射线探测器数据D(view，j+1，i)来进行交错，可以给出新的第k行第1通道X射线探测器数据D(view，k，l)。

假定1≤1≤2·CH，1≤k≤ROW/2。

例如，D1(view，1，1)＝(D(view，1，1)，D(view，2，1)，

D(view，1，2)，D(view，2，2)，

D(view，1，3)，D(view，2，3)，

… …

D(view，1，CH)，D(view，2，CH)，

即D1(view，2j+1)＝D(view，j，int(1/2))，

D1(view，2j，1)＝D(view，j，int(1/2))。

这用来提高通道方向上X射线投影数据的分辨率，从而使得X射线断层扫描图像的空间分辨率能够提高。

在第j行和第(j+1)行之间的距离相对于切片厚度可忽略的情况下，即使由于第j行和第(j+1)行之间的延迟而产生或多或少的伪影，前述的方法也在空间分辨率方面期望X射线断层扫描图像的良好表现的情况下有效。

然后交错的X射线投影数据可被看作好象它们是一维排列的数据，如图43所示。特别是在切片厚度相对于行宽度dr足够大的情况下，当等于该切片厚度的X射线投影数据要在行方向(z方向)上相加时，如果该切片厚度大得足以使行宽度dr可忽略，那么这样的近似将充分成立。

顺便提一句，还可接受的是，在对然后交错的X射线投影数据进行在通道方向上通过两点加权相加或者两点插值而加权相加或者插值之后提取数据，并且执行三维反投影处理。

还可接受的是，执行产生“最近的数据”而非两点加权相加或者两点插值的最近相邻处理，提取数据并执行三维反投影处理。

实施例4

为了把三点加权相加处理和三点插值处理与四点加权相加处理和四点插值处理进行比较，发现了下面的一般差异。

(1)三点加权相加处理和三点插值处理：S/N差但分辨率好。

(2)四点加权相加处理和四点插值处理：S/N好但分辨率差。

S/N比的差异是因为在加权相加处理或者插值处理中所使用的数据量的差异；一般地，数据量越大，S/N比越高，并且图像噪声越低。

关于分辨率的事实在图49中示出。

图49示出多行X射线探测器24或者二维X射线面探测器24中的一些X射线探测器通道的数据。在此，为了易于理解起见，X射线投影数据表示高频变化，其中“1”的数据仅在3×3通道的“0”数据中的一个通道上被发现。现在考虑这样一种情况，其中图50所示的一个点阵单元的间隔被假定为“1”，X射线投影数据经历在四点加权相加处理或者四点插值处理中精细间隔的数据提取。参考图50，当数据以0.125的间隔提取时，在图50所示的四点加权相加处理或者四点插值处理中，半宽FWHM(全宽半高)在水平方向上是“1”，以及在相对于“1”的间隔倾斜45度的方向上是“1.414”，以及在图51所示的三点加权相加处理或者三点插值处理中，半宽FWHM在水平方向上是“1”，以及在45度倾斜的方向上是“0.707”。

因此可以看出，在三点加权相加处理或者三点插值处理中分辨率较高。

在实施例4中，图5所示的步骤S2的预处理、步骤S3的束硬化校正和步骤S4的z滤波卷积处理以与实施例1中相同的方式完成。然而，在步骤S4的z滤波卷积处理中把最终的扇形射束的X射线投影数据转换成平行射束的X射线投影数据的扇形到平行的转换中，也可以使用三点加权相加处理或者三点插值处理。

如果在直到步骤S5的重建函数卷积以与实施例1中相同的方式被完成的处理之后，在步骤S6的三维反投影处理中使用三点加权相加处理或者三点插值处理，那么X射线断层扫描图像的分辨率会证明比当使用四点加权相加处理或者四点插值处理时更高。

以这种方式，X射线断层扫描图像的分辨率可通过三点加权相加处理或者三点插值处理来改进。

在迄今为止所述的X射线CT装置100中，根据本发明的X射线CT装置或者X射线CT成像方法可以通过简单的方法来实现对于多行X射线探测器或者矩阵结构的二维X射线面探测器达到较高的X射线探测器分辨率，并且实现了由使用这种X射线探测器的X射线CT装置通过常规扫描(轴向扫描)、摄像扫描、螺旋扫描或者可变间距螺旋扫描所产生的X射线断层扫描图像的分辨率的提高。

顺便提一句，在该实施例中的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。可选择地，它可以是二维图像重建。

而且，通过卷积各行系数不同的行方向(z方向)滤波器从而来调整图像质量的波动，在本实施例中实现了行之间一致的切片厚度以及在伪影和噪声方面的图像质量，以及为此目的可以想到各种z方向滤波器系数。其中的任何一个可以产生类似的效果。

尽管该实施例已经在使用用于医学目的的X射线CT装置的假定下进行了描述，但是它还可用作用于工业目的的X射线CT装置、或者X射线CT-PET装置或者与某一其它装置结合的X射线CT-SPET装置。

尽管该实施例使用通过线性近似的三点加权相加或者三点插值中的加权相加或者插值，但是也可使用更高阶例如二阶或三阶的加权相加或者插值。

尽管X射线探测器模块如图44所示被假定为矩形，但它还可以是如图45所示的平行四边形X射线探测器模块。在这种情况下，因为在端部中的X射线探测器通道与在中心部分中的X射线探测器通道将具有相同的形状，所以如图23所示的端部中X射线探测器通道的问题将不出现。

附图标记列表

图1

X射线CT装置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

21 X射线管

22 X射线控制器

23 准直器

24 多行X射线探测器或者二维X射线面探测器

25 DAS

26 旋转单元控制器

27 扫描架倾斜控制器

28 X射线成束滤波器

29 调整控制器

30 滑环

40 光学照相机

图2

21 X射线管

X射线焦点

24 多行X射线探测器

28 X射线成束滤波器

dP X射线探测器平面

P 重建区域

IC 旋转中心(ISO)

CB X射线束(锥形射束)

BC 射束中心轴

通道方向

图3

21 X射线管

23 X射线准直器

D 在旋转中心轴上多行X射线探测器的宽度

24 多行X射线探测器

IC 旋转中心

CB X射线束

BC 射束中心轴

探测器方向

图4

开始

步骤P1：把对象固定在托架12上并对准位置

步骤P2：收集探测图像

步骤P3：设置成像条件

步骤P4：获得X射线断层扫描图像

结束

图5

开始

步骤S1：收集数据

步骤S2：预处理

步骤S3：校正束硬化

步骤S4：z滤波卷积处理

步骤S5：重建函数卷积处理

步骤S6：三维反投影处理

步骤S7：后处理

结束

图6

步骤S2

开始

步骤S21：校正偏移

步骤S22：对数转换

步骤S23：校正X射线剂量

步骤S24：校正灵敏度

结束

图7

步骤S6

开始三维反投影处理

步骤S61：提取与重建区域P中的每个像素匹配的投影数据Dr

步骤S62：把每组投影数据Dr乘以锥形射束重建加权系数以产生反投影数据D2

步骤S63：把反投影数据D2逐个像素地加到反投影数据D3上

步骤S64：反投影数据D2被加到图像重建必需的所有视图上了吗？

结束

图8

(a)

21 X射线管

P 重建区域(xy平面)

原点(0，0)

(b)

21 X射线管

24 多行X射线探测器

P 重建区域

xz平面

IC 旋转轴

Z轴

图9

24 多行X射线探测器

探测器行方向

通道方向

图10、图11

P 重建区域

图13

(a)

21 X射线管

P 重建区域(xy平面)

(b)

21 X射线管

24 多行X射线探测器

P 重建区域

xz平面

IC 旋转轴

Z轴

图14

肺野 X射线断层扫描图像

部分放大图像重建区域

生物信号

周期

时间t

生物信号显示

切片厚度重建函数图像滤波器

矩阵大小

类型3

13c 重建区域

中心

直径

图18

(a)

21 X射线管

通道方向

行方向

(b)

行方向

(c)

探测器模块

图19

通道方向

行方向

板型闪烁体

在通道方向上切割的闪烁体板

具有在通道方向上***的反射物的闪烁体

在行方向上切割的闪烁体板

由具有在通道方向和行方向上***的反射物的闪烁体组成的X射线探测器模块

闪烁体

反射物

光电二极管

X射线探测器模块的xy截面图

图20

通道方向

行方向

板型闪烁体

具有在作为第一方向的通道方向上***的反射物的闪烁体

具有在作为第二方向的行方向上***的反射物的闪烁体

由具有在作为第三方向的行方向上***的反射物的闪烁体组成的X射线探测器模块

图21

通道方向

反射物

行方向

图22

通道方向

行方向

反射物

图23

通道方向

第一行

第二行

端部中的X射线探测器通道

反射物

行方向

图24

通道方向

行方向

反射物

图25

通道方向

w1、w2、w3和w4是加权系数

行方向

反投影处理

反投影处理的轨迹线

图像重建平面的X射线断层扫描图像

图26

通道方向

w1、w2、w3和w4是加权系数

行方向

通过四点插值生成的反投影g(i+Δi，j+Δj)

反投影

反投影处理的轨迹线

图像重建平面的X射线断层扫描图像

图27

通道方向

偶数行：第2k行 dr×在通道方向上X射线探测器的间隔

奇数行：第(2k+1)行

偶数行：第(2k+2)行

奇数行：第(2k+3)行

行方向

在通道方向上X射线探测器的间隔

图28

通道方向

行方向

x表示通过加权加法获得的数据的位置

·表示投影数据的真实数据的位置

图29

通道方向

行方向

图30

通道方向

行方向

图31

通道方向

行方向

图32

行方向

图33

通道方向

行方向

图34

通道方向

行方向

图35

通道方向

在点阵坐标中不存在的反投影处理的轨迹线的点

行方向

反投影处理的轨迹线

在点阵坐标中存在的反投影处理的轨迹线上的点

图36

通道方向

行方向

反射物

图37

端部中的X射线探测器通道

变得不连续反射物

第i个X射线探测器模块第(i+1)个X射线探测器模块

图38

高度连续

第j行

第(j+1)行

反射物

第i个X射线探测器模块第(i+1)个X射线探测器模块

图39

闪烁体

光电二极管

图40

闪烁体

光电二极管

图43

交错

看作一维排列的数据

图44

通道方向

反射物

行方向

图46

通道方向

行方向

图48

通道方向

行方向

图49

点阵间隔“1”

数据值

图50

通道方向上的半宽“1”

数据值的轮廓线

45度方向上的半宽

图51

通道方向上的半宽“1”

数据值的轮廓线

45度方向上的半宽。

Claims

1.一种X射线CT装置(100)，包括：

X射线数据采集装置(25)，用于采集穿过位于彼此相对的X射线发生器(21)和X射线探测器(24)之间的对象的X射线的投影数据；

图像重建装置(3)，用于从由该X射线数据采集装置(25)所采集的投影数据来执行图像重建；

图像显示装置(6)，用于显示由所述图像重建装置(3)所获得的X射线断层扫描图像；以及

成像条件设置装置(2)，用于设置采集X射线断层扫描图像的各种图像采集参数，

其中所述X射线探测器(24)包括多行X射线探测器，所述多行X射线探测器的X射线探测器模块通过三个或更多个方向上的平行线被划分成X射线探测器通道。

2.一种X射线CT装置(100)，包括：

X射线数据采集装置(25)，用于采集穿过位于彼此相对的X射线发生器和X射线探测器之间的对象的X射线的投影数据；

其中所述X射线探测器(24)包括二维X射线面探测器，所述二维X射线面探测器的X射线探测器模块通过三个或更多个方向上的平行线被划分成X射线探测器通道。

3.根据权利要求1或2所述的X射线CT装置(100)，其中所述X射线探测器具有三角形形状。

4.一种X射线CT装置(100)，包括：

其中所述图像重建装置(3)包括三点加权相加处理或者三点插值处理。

5.根据权利要求1到3中任何一项所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括三点加权相加处理或者三点插值处理。

6.根据权利要求1到3中任何一项所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括四点加权相加处理或者四点插值处理。

7.根据权利要求1到3中任何一项所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括两点加权相加处理或者两点插值处理。

8.根据权利要求1到3中任何一项所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括最近相邻处理。

9.根据权利要求1到8中任何一项所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括三维图像重建处理。

10.根据权利要求9所述的X射线CT装置，其中所述图像重建装置(3)包括用于当执行常规扫描(轴向扫描)或者摄像扫描时执行在任何z方向坐标位置上任何期望切片厚度的X射线断层扫描图像的图像重建的装置。

11.根据权利要求9所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括用于当螺旋扫描或者可变间距螺旋扫描时执行在任何z方向坐标位置上任何期望切片厚度的X射线断层扫描图像的图像重建的装置。

12.根据权利要求10或11所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括用于执行图像重建的装置，其包括用于在相邻行交替地重新排列和交错X射线投影数据、重建高分辨率X射线投影数据并执行X射线投影数据的图像重建的装置。

13.根据权利要求12所述的X射线CT装置(100)，其中所述图像重建装置(3)包括用于执行图像重建的装置，其包括用于在高频重建函数的情况下在相邻行交替地重新排列和交错X射线投影数据的装置。