X线ct设备的制作方法

专利名称：X线ct设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及能改进成像方法的图像质量的医用X线CT(计算机断层摄影)装置或工业用X线CT设备。
背景技术：
按照惯例，在使用多排X线探测器X线CT设备或者使用以平板X线探测器为代表的二维X线面探测器(area detector)的X线CT设备中，匀速螺旋扫描时在匀速部件中采集数据，如图16所示(例如见JP-A No.2004-073360)。结果，存在这样的浪费和问题数据采集不得不等到成像平台上的托架速度达到某一水平；需要一起动距离直到托架的速度达到某一水平；相应地在与这一起动距离等长度的台架行进距离中存在不能扫描的区域；以及能够扫描的区域变窄，或者扫描的开始不得不等待在该起动中加速所需要的时间。
由于这一原因，需要可变螺距的螺旋扫描以便即使在螺旋扫描的成像平台起动时在z方向上加速的区域中或者在操作结束时在z方向上减速的区域中，采集X线数据，但是在可变螺距螺旋扫描的加速区域和减速区域中在z方向上很难保证图像质量的一致性。
然而，在多排X线探测器X线CT设备或者以平板X线探测器为代表的二维X线面探测器中，当X线锥束变得大时，平台速度变成D·P/t(mm/sec)，其中在z方向上的探测器宽度用D(mm)表示，每旋转一周的扫描时间用t(sec/周)表示，而螺旋扫描的螺距用p表示。
现有X线CT设备的趋势是z方向上的探测器宽度D增加且扫描速度变得更快，也就是每旋转一周的扫描时间t变得更短。同样，螺距p的允许范围通过三维图像重建变宽，三维图像重建允许更大的螺距，并且更大的螺距p使平台速度D·p/t(mm/sec)能够变得更快。因而，由于增加的平台速度，所述起动距离也趋向于延长，并且可扫描的区域容易变窄。
这样，如果将来在z方向上的X线探测器宽度增加或者如果成像平台与X线探测器之间的相对速度变得更快，这时成像平台的长度将被充分利用以缩短成像平台不能成像的范围，则在加速区域和减速区域中需要可变螺距螺旋扫描来采集X线数据。然而，这会引起如下问题在螺旋扫描的匀速区域中X线断层图的图像质量与在加速区域和减速区域中X线断层图的图像质量不同。由于这一原因，还未使用可变螺距的螺旋扫描。
因此，本发明的目的在于提供一种X线CT设备，在由具有多排X线探测器或以平板X线探测器为代表的矩阵结构的二维面X线探测器的X线CT设备所进行的可变螺距的螺旋扫描或者螺旋穿梭扫描中，能够保证在z方向上连续的X线断层图在z方向上的图像质量的一致性。

发明内容
本发明构想了下面两种类型的由可变螺距螺旋扫描进行的数据采集。
即使当成像平台正在加速或减速时，通过操作该成像平台来采集X线数据，并且在结束X线数据采集之后完成成像平台的操作。
当成像平台在z方向上立定时采集X线数据，在执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描之后操作该成像平台，并且即使在成像平台操作完成之后，通过执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描来完成X线数据的采集。
在这两种类型的可变螺距螺旋扫描操作中，第一种类型更接近螺旋扫描，它是将加速和减速区域中的X线数据采集添加到螺旋扫描中而构成的X线数据采集操作。
第二种类型是由在操作开始和结束时将常规扫描(轴向扫描)或电影扫描添加到第一种类型而构成的X线数据采集操作，其允许在X线辐射范围内每一位置进行X线断层图的图像重建。
鉴于通过使用螺旋扫描的三维图像重建算法和常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建算法，对由该X线数据采集获得的X线投影数据进行图像重建，通过使用下面三种方法中的至少一种或多种组合可控制切片的厚度。
滤波卷积处理；图像的加权加法处理，通过与在z方向上连续的图像重建的X线断层图的加权系数的乘法产生；和用加权系数乘以每个视角的X线投影数据的图像重建处理。
这样，如下面所陈述的在可变螺距的螺旋扫描中可实现切片厚度控制。
在所有的成像范围内切片厚度是相等的。
在每个成像范围内切片厚度是相等的。
当包含X线发生装置和二维X线面探测器的数据采集线路将在z方向上从xy平面旋转一斜度时，也就是在所谓的“倾斜扫描”或“斜向扫描”情况下也可实现上述内容。
此外，通过使用三维图像重建，可以以基本一致图片质量，在加速和减速区域中通过以多个不同螺距进行的螺旋扫描实现图像重建。
同样于加速或减速之前或之后，在常规扫描(轴向扫描)或电影扫描中，通过使用三维图像重建，可以以与螺旋扫描基本相同的图片质量完成图像重建。
此外，作为三维图像重建算法，通过从一个切换到另一个，可使用包括用于螺旋扫描的三维图像重建算法和用于常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的三维图像重建算法在内的两种算法的其中一种，或者通过改变参数可使这两种算法彼此切换。
根据其第一方面，本发明提供了一种X线CT设备，该装置包含X线数据采集装置，用于当围绕X线发生装置和多排X线探测器之间的旋转中心旋转所述X线发生装置和所述多排X线探测器时，采集由位于所述X线发生装置和所述多排X线探测器之间的对象所透射的X线投影数据；图像重建装置，用于根据所述X线数据采集装置所采集的投影数据执行图像重建；图像显示装置，用于显示由图像重建所获得的X线断层图；以及扫描条件设定装置，用于设定断层摄影扫描的各种扫描条件，其中所述X线数据采集装置可用于可变螺距螺旋扫描操作，该操作通过在z方向(垂直于xy平面，xy平面是所述X线发生装置和二维X线面探测器的旋转平面)上移动扫描平台同时改变相对于扫描台架的速度，采集该扫描平台上对象的X线投影数据，并且不同步地进行X线数据采集的开始和扫描平台相对于扫描台架移动的开始、和/或X线数据采集的停止和扫描平台相对于扫描台架移动的停止。
在根据第一方面的上述X线CT设备中，在可变螺距螺旋扫描中可缩短加速和/或减速时的起动距离。
根据其第二方面，本发明提供了根据第一方面的X线CT设备，其中所述X线数据采集装置对于所述可变螺距螺旋扫描是可操作的，该可变螺距螺旋扫描在扫描平台相对于扫描台架的移动开始后进行X线数据采集的开始。
在根据第二方面的上述X线CT设备中，在可变螺距螺旋扫描中的加速时可缩短起动距离，因为当成像平台相对于扫描台架正在运动时的加速时间后立即开始X线数据采集。
根据其第三方面，本发明提供了根据第一方面的X线CT设备，其中所述X线数据采集装置对于所述可变螺距螺旋扫描是可操作的，该可变螺距螺旋扫描在X线数据采集停止后执行扫描平台相对于扫描台架移动的停止。
在根据第三方面的上述X线CT设备中，在可变螺距螺旋扫描中的减速时可缩短停止距离，因为当成像平台相对于扫描台架停止移动时的减速时间之前立即开始X线数据采集。
根据其第四方面，本发明提供了根据第一方面的X线CT设备，其中所述X线数据采集装置对于所述可变螺距螺旋扫描是可操作的，该可变螺距螺旋扫描在X线数据采集开始后进行扫描平台相对于扫描台架移动的开始。
在根据第四方面的上述X线CT设备中，在可变螺距螺旋扫描中的加速时可缩短起动距离，因为通过相对于扫描台架移动成像平台在开始X线数据采集后可加速X线数据的采集。
根据其第五方面，本发明提供了根据第一方面的X线CT设备，其中所述X线数据采集装置对于所述可变螺距螺旋扫描是可操作的，该可变螺距螺旋扫描在相对于扫描台架停止扫描平台的移动后执行X线数据采集的停止。
在根据第五方面的上述X线CT设备中，在可变螺距螺旋扫描中的减速时可缩短停止距离，因为在成像平台相对于扫描台架减速后结束X线数据的采集。
根据其第六方面，本发明提供了根据第四或第五方面的X线CT设备，其中在扫描平台和扫描台架相对于彼此立定的时间段期间通过旋转扫描台架的旋转单元进行所述X线数据采集。
在根据第六方面的上述X线CT设备中，通过保持成像平台、扫描台架相对于彼此立定并旋转扫描台架的旋转单元，可由常规扫描(轴向扫描)或电影扫描执行成像。
根据其第七方面，本发明提供了根据第六方面的X线CT设备，其中在扫描平台和扫描台架相对于彼此立定的时间段期间，在不小于扇角+180度的视角旋转扫描台架的旋转单元以采集X线数据。
在根据第七方面的上述X线CT设备中，在成像平台和扫描台架相对于彼此保持立定的情况下通过旋转扫描台架的旋转单元来采集X线数据，并且以不小于扇角+180度采集X线数据。在这一操作中，由常规扫描(轴向扫描)或电影扫描通过以扇角+180度进行半扫描、通过以360度进行全扫描或通过不止一周的电影扫描，可完成成像。这能够获得X线辐射的所有区域的位置上的X线断层图。
根据其第八方面，本发明提供了根据第四到第六方面的任一项的X线CT设备，其中所述重建装置能够执行包括常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建和螺旋扫描的图像重建在内的两种类型图像重建的其中一种。
在根据第八方面的上述X线CT设备中，由于可执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建和螺旋扫描的图像重建这两种类型图像重建的其中一种，在成像平台和扫描台架相对于彼此立定时通过常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建，或在成像平台和扫描台架相对于彼此运动时通过螺旋扫描的图像重建，在z方向上的任何坐标位置都可通过可变螺旋扫描实现图像重建。
根据其第九方面，本发明提供了根据第四到第八方面的任一项的X线CT设备，其中通过改变参数，所述图像重建装置能够执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建和螺旋扫描的图像重建这两种类型图像重建的其中一种。
在根据第九方面的上述X线CT设备中，由于可通过使用参数执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建和螺旋扫描的图像重建这两种类型图像重建的其中一种，在成像平台和扫描台架相对于彼此立定时根据常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的参数控制图像重建，或者在成像平台和扫描台架相对于彼此运动时根据螺旋扫描的参数控制图像重建。这样，可实现由可变螺距螺旋扫描进行的图像重建。
根据其第十方面，本发明提供了根据第二或第三方面的X线CT设备，其中所述图像重建装置能够通过改变参数以各种螺距执行螺旋扫描的图像重建。
在根据第十方面的上述X线CT设备中，由于在可变螺距螺旋扫描的加速或减速时采集各种螺距的X线数据，通过控制和改变参数以各种螺距执行螺旋扫描图像重建，来完成可变螺距螺旋扫描的图像重建。
根据其第十一方面，本发明提供了根据第一到第十方面的任一项的X线CT设备，其中所述图像重建装置能够使用三维图像重建。
在根据第十一方面的上述X线CT设备中，三维图像重建的使用使得，即使在以许多不同的螺距进行螺旋扫描，并且螺距在加速时逐渐增加而在减速时逐渐减小情况下，也能够使X线断层图以一致的图片质量进行图像重建，并且甚至在二维X线面探测器在z方向上宽时，不管成像平台与扫描台架在z方向上相对于彼此立定还是运动，可供应图片质量一致的X线断层图并且可实现可变螺距螺旋扫描的图像重建。
根据其第十二方面，本发明提供了根据第一到第十一方面的任一项的X线CT设备，其中所述图像重建装置能够以相同切片厚度执行整个成像范围的图像重建。
在根据第十二方面的上述X线CT设备中，当可变螺距螺旋扫描加速及当其减速时，通过使用三维图像重建，整个成像范围可以以相同切片厚度进行图像重建。
根据其第十三方面，本发明提供了根据第一到第十一方面的任一项的X线CT设备，其中所述图像重建装置能够在整个成像区域分成的一定数量的范围内以相同切片厚度执行图像重建。
在根据第十三方面的上述X线CT设备中，当可变螺距螺旋扫描加速及当其减速时，通过使用三维图像重建，每个成像范围可以以相同切片厚度进行图像重建。
根据其第十四方面，本发明提供了根据第一到第十三方面的任一项的X线CT设备，其中所述图像重建装置能够通过执行z方向(行方向)滤波卷积来控制所述切片厚度。
在根据第十四方面的上述X线CT设备中，通过执行滤波卷积在z方向(行方向)上控制X线束，能够使所有成像范围内的切片厚度相等或者使每个成像范围内的切片厚度相等。这使得可变螺距螺旋扫描的X线断层图的图片质量在z方向上能够更加一致。
根据其第十五方面，本发明提供了的根据第一到第十四方面的任一项X线CT设备，其中所述图像重建装置能够通过用加权系数乘以每个视角的投影数据来控制该切片厚度。
在根据第十五方面的上述X线CT设备中，通过调整z方向上每组坐标处所存在的每个视角的加权系数，控制经过图像重建的X线断层图的切片厚度，通过用加权系数乘以每个视角的可变螺距螺旋扫描的投影数据来控制切片厚度，使所有成像范围内的所述切片厚度相等或者使每个成像范围内的切片厚度相等。这使得可变螺距螺旋扫描的X线断层图的图片质量在z方向上能够更加一致。
根据其第十六方面，本发明提供了根据第十五方面的X线CT设备，其中所述图像重建装置能够使用不小于360度的投影数据作为所述投影数据。
在根据第十六方面的上述X线CT设备中，当要通过用加权系数乘以每个视角的投影数据来控制切片厚度来获得更大切片厚度的X线断层图时，可使用不小于360度的投影数据。这有可能通过控制经图像重建的X线断层图的切片厚度，使所有成像范围内的所述切片厚度相等或者使每个成像范围内的切片厚度相等。这使得可变螺距螺旋扫描的X线断层图的图片质量在z方向上能够更加一致。
根据其第十七方面，本发明提供了的根据第一到第十六方面的任一项X线CT设备，其中所述图像重建装置能够通过用加权系数乘以在z方向上连续的图像重建的X线断层图进行加权相加，来控制切片厚度。
在根据第十七方面的上述X线CT设备中，通过用加权系数乘以z方向上每个位置的X线断层图来处理在z方向上连续的图像重建的X线断层图，来控制所述切片厚度。这有可能通过控制图像重建的X线断层图的切片厚度，使所有成像范围内的所述切片厚度相等或者使每个成像范围内的切片厚度相等。这使得可变螺距螺旋扫描的X线断层图的图片质量在z方向上能够更加一致。
根据其第十八方面，本发明提供了的根据第一到第十七方面的任一项X线CT设备，其中所述X线数据采集装置包括倾斜于xy平面执行可变螺距螺旋扫描的扫描台架。
在根据第十八方面的上述X线CT设备还可通过在扫描台架相对于xy平面倾斜的情况下执行可变螺距螺旋扫描，来执行所谓的“倾斜扫描”或“斜向扫描”。
根据其第十九方面，本发明提供了根据第一到第十八方面的任一项X线CT设备，其中所述X线数据采集装置包括平面X线探测器或组合多个平面X线探测器的X线探测器。
在根据第十九方面的上述X线CT设备中，无论是否将弓形多排X线探测器用作二维X线面探测器，使用以平板X线探测器为代表的平面X线探测器，还是使用多个平面X线探测器组成的X线探测器，X线探测器在通道方向上以相等的某一角度分布，并按z方向上相等探测器宽度与扫描台架内的旋转体一起旋转，从而能够在360度观看方向上获得X线投影数据，有可能实现可变螺距螺旋扫描。
根据其第二十方面，本发明提供了的根据第一到第十九方面的任一项X线CT设备，其中所述X线数据采集装置可用于测量至少一个视角的z方向坐标位置，并且所述重建装置可用于使用至少一个视角的z方向坐标位置的测量值或者至少一个视角的z方向坐标位置的预测值，进行重建。
在根据第二十方面的上述X线CT设备中，通过在扫描每个视角或规则间隔的视角的z方向坐标位置的预测测量以及x线投影数据时采集数据，并在二维图像重建或三维图像重建中使用该z方向坐标位置，可完成更精确的图像重建，结果得到就图片质量而言具有较少伪影的X线断层图。
根据其第二十一方面，本发明提供了根据第一到第二十方面的任一项的X线CT设备，其中所述X线数据采集装置可用于在z方向坐标位置的某一范围内连续重复X线数据采集。
在根据第二十一方面的上述X线CT设备中，即使在由z方向坐标的某一范围的可变螺距螺旋扫描进行的成像开始时成像平台(或托架)正在加速时，也采集X线投影数据，而且还在由一个方向上的可变螺距螺旋扫描进行的成像结束时成像平台正在减速时，采集X线投影数据。当双向重复多次对相同z方向坐标的范围的成像时，可缩短在向前减速部分和向后加速部分内可变螺距螺旋扫描的数据采集时间间隔。这使在时间方向上连续的X线断层图的变化可见。
同样，当在z方向上在相同方向上已经对相同z方向坐标的范围进行成像多次时，在时间方向上可以以规则间隔看到X线断层图的变化。
在任何情况下，通过测量或预测z方向坐标位置采集数据以及X线投影数据，并通过使用这些z方向坐标位置来执行图像重建，可改进重复成像中z方向上图像的位置一致性。
该X线CT设备或X线CT成像方法提供了如下效果，即，使得能够在由X线CT设备进行的可变螺距螺旋扫描中确保在z方向上连续的X线断层图在z方向上的图片质量，所述X线CT设备具有多排X线探测器或以平板X线探测器为代表的矩阵结构二维X线面探测器。


图1是以一种模式的实现本发明的X线CT设备的方框图。
图2是示出了从xy平面看，X线发生装置(X线管)和多排X线探测器的图示。
图3是示出了从xy平面看，X线发生装置(X线管)和多排X线探测器的图示。
图4是显示了对象成像流程的流程图。
图5是概述本发明一种模式的X线CT设备的操作的流程图。
图6是显示了预处理细节的流程图。
图7是显示了三维图像重建处理细节的流程图。
图8是显示了在X线透射方向上重建区域中投影线状态的概念图。
图9是显示了在X线透射方向上重建区域中投影线状态的概念图。
图10是显示投影在探测器面上的线的概念图。
图11是显示了在重建区域上对投影数据Dr(view，x，y)进行投影的状态的概念图。
图12是显示了在重建区域上像素的反投影像素数据D2的概念图。
图13示出了一种状态，其中通过逐像素地对反投影像素数据D2进行全视角加法，来获得反投影数据D3。
图14是显示了在X线透射方向上于圆形重建区域中投影线状态的概念图。
图15是显示了用于X线CT设备的成像条件输入屏幕的图示。
图16是示出了可能进行螺旋扫描的范围的图示。
图17是显示了匀速螺旋扫描情况的图示。
图18是显示了可变速度螺旋扫描情况的图示。
图19是显示了数据采集线是倾斜的情况的图示。
图20是可变螺距螺旋扫描的实施例1的流程图。
图21是可变螺距螺旋扫描的实施例1的操作的图示。
图22是可变螺距螺旋扫描的实施例2的流程图。
图23是可变螺距螺旋扫描的实施例2的操作的图示。
图24是显示了z方向上投影数据的滤波卷积的图示。
图25是显示了z方向上图像空间的滤波卷积的图示。
图26是显示了处理数据视角的处理的图示。
图27是比较对投影数据进行z方向滤波卷积的方法与对图像空间进行z方向滤波卷积的方法的优点和缺点的表。
图28是显示了z方向上投影数据的滤波宽度不一致的图示。
图29是显示了没有不一致的图像空间z方向滤波的图示。
图30是显示了一周或多周的投影数据视角加权的图示。
图31是在可变螺距螺旋扫描中投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数的表。
图32是显示了穿梭模式可变螺距螺旋扫描的操作的图示。
图33是显示了可变螺距螺旋扫描的操作的图示。
图34显示了在常规扫描(轴向扫描)或电影扫描中，数据采集线和X线断层图之间的位置关系。
图35显示了螺旋扫描中，数据采集线和X线断层图之间的位置关系。
图36是显示了彼此相对的视角a和视角b与X线断层图之间的位置关系的图示。
图37是显示了总成像范围和部分成像范围的图示。
图38是显示了在实施例1中能够进行X线断层像重建的范围的图示。
图39是显示了在实施例2中能够进行X线断层像重建的范围的图示。
图40显示了在z方向上进行双向可变螺距螺旋扫描时X线数据采集线和对象的相对移动(等于1.5个航程(leg))。
图41(a)是显示了在双向螺旋穿梭扫描中不同点处的时间分辨率的图示。
图41(b)是示了在单向螺旋穿梭扫描中不同点处的时间分辨率的图示。
图42是显示了例1的双向可变螺距螺旋扫描或在z方向上来回进行的螺旋穿梭扫描中，螺距、所用数据的转数以及X线管电流之间的关系的图示。
图43是显示了例2的双向可变螺距螺旋扫描或在z方向上来回进行的螺旋穿梭扫描中，螺距、所用数据的转数以及X线管电流之间的关系的图示。
图44是显示了例3的双向可变螺距螺旋扫描或在z方向上来回进行的螺旋穿梭扫描中，螺距、所用数据的转数以及X线管电流之间的关系的图示。
图45是考虑到图像重建中所用的数据量来决定X线管电流的X线自动曝光功能的流程图。
具体实施例方式
本发明将参考附图中对其实施方式进行更详细地描述。附带地，这不存在对本发明的任何限制。
图1是本发明一种实施方式的X线CT设备的配置方框图。该X线CT设备装备有操纵台1、成像平台10和扫描台架20。
操纵台1装备有用于接收操作者输入的输入装置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，用于采集由扫描台架20所采集的投影数据的数据采集缓冲器5，用于显示根据通过预处理X线探测器数据所获投影数据来重建的X线断层图的监视器6，以及用于存储程序、X线探测器数据、投影数据和X线断层图的存储单元7。
成像条件通过该输入装置2输入并保存在存储单元7中。图15显示了成像条件输入屏幕的示例。
成像平台10装备有可将放置于其上的对象通过扫描台架20的开口运进运出的托架12。托架12由安装在成像平台10内的电机进行上升、下降以及沿平台线运动。
扫描台架20装备有X线发生装置21、X线控制器22、准直器23、射束形成X线滤波器28、多排X线探测器24、DAS(数据采集系统)25、用于控制围绕对象的体轴旋转的X线发生装置21和其他装置的旋转单元控制器26以及用于与操纵台1和成像平台10交换控制信号等的调节控制器29。射束形成X线滤波器28是在朝着作为成像中心的旋转中心的X线方向上滤波器厚度最小，而且朝着外围滤波器厚度增加以使更多X线能被吸收的X线滤波器。由于这一原因，可减少对象(其截面形状接近圆形或椭圆性)的体表所受辐射。此外，扫描台架20可由扫描台架倾斜控制器27在z方向上向前或后倾斜大约±30度。
X线发生装置21和多排X线探测器24围绕旋转中心IC转动。将垂直方向设为y方向，将水平方向设为x方向以及将垂直于它们的平台和托架移动方向设为z方向，X线发生装置21和多排X线探测器24的旋转平面为xy平面。此外，托架12的运动方向为z方向。
图2和图3显示了从xy平面或yz平面看，X线发生装置21和多排X线探测器24的几何布置视图。
X线发生装置21产生被称为锥形束CB的X线束。当该锥形束CB的中心轴的方向平行于y方向时，该视角假设为0度。
多排X线探测器24具有例如在z方向上的256个探测器行。每个X线探测器行具有例如1024个X线探测器通道。
如图2所示，在离开X线发生装置21的X线焦点的X线束受到X线束形成滤波器28的空间控制使得多数X线辐射重建区域P的中心，而少数X线辐射重建区域P的外围之后，在重建区域P内存在的X线被患者吸收，并且透射X射线被多排X线探测器24采集作为X线探测器数据。
如图3所示，离开X线发生装置21的X线焦点的X线束在X线断层图的切片厚度方向上受到X线准直器23的控制，即，使得X线束宽度在旋转中心轴IC上为D，且X线被旋转中心轴IC附近存在的对象所吸收，并且由多排X线探测器24采集透射的X线作为X线探测器数据。
在X线辐射之后采集的投影数据从多排X线探测器24提供，并通过DAS 25进行A/D转换，并且经由滑环30输入到数据采集缓冲器5中。输入到数据采集缓冲器5中的数据由中央处理单元3根据存储单元7内的程序进行处理以便重建成X线断层图，其在监视器6上进行显示。
图4是概述这一实施例的X线CT设备的操作的流程图。
在步骤P1中，将对象安置在托架12上并对准。安置在托架12上的对象受到每个区域的参考点与扫描台架20的切片光中心位置的对准。
在步骤P2中，采集侦察的图像。侦察图像通常在0度和90度拾取，但是在一些情况下，例如对于头部，仅拾取90度侦察图像。侦察成像的细节将在以后描述。
在步骤P3中，设定成像条件。一般情况下，执行成像，同时在侦察图像上显示待成像的X线断层图的位置和大小作为成像条件。在这一情况下，显示关于螺旋扫描、可变螺距螺旋扫描、螺旋穿梭扫描、常规扫描(轴向扫描)和电影扫描的每转的总X线剂量的信息。此外，在电影扫描中，如果输入转数或时间长度，则将显示感兴趣区内针对所输入的转数或时间长度的X线剂量信息。
在步骤P4中，执行断层摄影。以下将描述断层摄影的细节。
下面将描述可变螺距螺旋扫描的数据采集的两个实施例。
实施例1在z方向上移动成像平台10或托架12(此后统称为成像平台10)以便在成像平台10的加速、匀速操作和减速期间采集X线数据，并且在X线数据采集终止后结束成像平台10的操作。
实施例2在z方向上移动成像平台10或托架12(此后统称为成像平台10)之前，成像平台10保持立定；在通过常规扫描(轴向扫描)采集X线数据，或者以扇角+180度或360度，或者以多转执行或电影扫描之后，移动成像平台10以便在成像平台10的加速、匀速操作和减速期间采集X线数据；在停止成像平台10的操作之后，当成像平台10处于立定时，执行传统扫描(轴向扫描)或电影扫描以在扇角+180度或360度，或者多转中采集X线数据；在X线数据的采集结束之后；也终止X线的辐射。
实施例1图20显示了该实施例1的全部操作流程的流程图。
在步骤P11中，包含X线发生装置21和多排X线探测器24的X线数据采集线路旋转。
在这一步骤中，包含X线发生装置21和多排X线探测器24的X线数据采集线路也可在z方向上从xy平面倾斜。
在步骤P12中，将成像平台10上的托架12移动到指定位置。
在这一情况下，在监视显示器的用户界面屏幕或类似物上设定成像开始位置和成像结束位置，用以事先设置断层摄影的成像条件。如果能够在侦察图像上设定成像开始位置、成像结束位置和成像区域的大小，则常常有助于使操作容易。
在步骤P13中，托架12在z方向上的线性移动开始。
在步骤P14中，来自X线发生装置21的X线同样开始辐射，并且多排X线探测器24的数据采集开始。
如果数据采集将在托架12于z方向上线性移动的加速期间开始，则在测量每个视角的z方向坐标位置时采集X线数据。或者在正确预测z方向坐标位置时采集X线数据。
在步骤P15中，通过依照某一时间函数进行改变，增加托架12在z方向上的线性移动速度。在这一过程中，控制球管的安培数使得z方向上每单位长度的X线辐射时间与球管安培数的乘积基本保持恒定。图21显示了速度的时间函数的示例。
在托架12的加速范围内，托架的速度仍然是慢的，并且对象会受高剂量的X线辐射。由于这一原因，如果z方向上每单位长度的X线辐射时间与球管安培数的乘积保持恒定，则可减少对象受到的不必要辐射。
在步骤P16中，托架12的线性移动速度基于某一时间函数以变化的减速度减速。
在步骤P17中，判断是否已经达到扫描结束位置，如果是，则流程将前进到步骤P18或者，如果不是，则回到步骤P15。
在步骤P18中，与X线数据采集的结束同一时间停止X线的辐射。
在步骤P19中，停止托架12的移动。
图21示出了实施例1的操作。
成像平台10或托架12的速度v(t)在时间点0和t2之间加速，在时间点t2和t3之间保持匀速v1，并在时间点t3和t5之间减速。
作为成像平台10或托架12移动的结果，如果待成像的z方向坐标位置在时间点t0处是z＝z0，则该成像位置将在时间点t1处为z＝z0、时间点t2处为z＝z1、时间点t3处为z＝z2、时间点t4处为z＝z3以及时间点t5处为z＝z4。
在时间点t1和t4之间采集X线数据在时间点t1和t2之间是加速X线数据采集区，在时间点t2和t3之间为匀速X线数据采集区，而在时间点t3和t4之间为减速X线数据采集区。在时间点0和t1之间以及t4和t3之间没有采集X线数据。
实施例2图22显示了该实施例2的全部操作流程的流程图。
在步骤P21中，包含X线发生装置21和多排X线探测器24的X线数据采集线路旋转。在这一步骤中，包含X线发生装置21和多排X线探测器24的X线数据采集线路也可在z方向上从xy平面倾斜。
在步骤P22中，将成像平台10上的托架12移动到指定位置。在这一情况下，在监视显示器的用户界面屏幕或类似物上设定成像开始位置和成像结束位置，用以事先设置断层摄影的成像条件。如果能够在侦察图像上设定成像开始位置、成像结束位置和成像区域的大小，也有助于使操作容易。
在步骤P23中，来自X线发生装置21的X线开始辐射，并且开始多排X线探测器24的数据采集。在X线数据采集期间，从X线数据采集线路仍处于立定的时间开始，执行X线数据采集，同时测量每个视角的X线投影数据中的z方向坐标位置。可选的，在预测所述方向性坐标位置时采集X线数据。
在步骤P24中，在360度内的X线数据采集已经结束后，开始z方向上托架12的线性移动。
在步骤P25中，通过依照某一时间函数进行改变，增加托架12在z方向上的线性移动速度。在这一过程中，控制X线球管的安培数，使得z方向上每单位长度的X线辐射时间与球管安培数的乘积基本保持恒定。图23显示了速度的时间函数的示例。在托架12的加速范围内，托架的速度仍然是慢的，并且对象会受到高剂量的X线辐射。由于这一原因，如果z方向上每单位长度的X线辐射时间与球管安培数的乘积保持恒定，则可减少对象受到的不必要辐射。
在步骤P26中，基于某一时间函数减速托架12的线性移动速度。
在步骤P27中，判断是否已经达到扫描结束位置，如果是，则流程将前进到步骤P28或者，如果不是，则回到步骤P25。
在步骤P28中，停止托架12的移动。
在步骤P29中，在停止托架12的移动后，在结束等于360度的X线数据采集之后，停止X线辐射和X线数据采集。
图23示出了实施例2的操作。
成像平台10或托架12的速度v(t)在时间点0和t1之间停止，在时间点t1和t2之间加速，在时间点t2和t3之间以匀速v1移动，并在时间点t3和t4之间减速，并在时间点t4和t5之间停止。
作为成像平台10或托架12移动的结果，如果待成像的z方向坐标位置在时间点t0处是z＝z0，则成像位置将在时间点0和t1之间为z＝z0、时间点t2处为z＝z1、时间点t3处为z＝z2、时间点t4和t5之间为z＝z3。
在时间点t1和t5之间采集X线数据在时间点t0和t1之间是常规扫描(轴向扫描)或电影扫描区，在时间点t1和t2之间是加速X线数据采集区，在时间点t2和t3之间为匀速X线数据采集区，在时间点t3和t4之间为减速X线数据采集区，以及在时间点t4和t5之间是常规扫描(轴向扫描)或电影扫描区。
通过上述的实施例1或实施例2中的X线数据采集执行可变螺距螺旋扫描的数据采集。
然而，虽然在实施例1和实施例2中移动成像平台10或托架12，但是通过移动扫描台架20可获得相同的效果。
此外，虽然用于实施例2的图22的流程图假设通过常规扫描(轴向扫描)或电影扫描进行360度X线数据采集，但是通过以扇角+180度进行的半扫描或通过不止一转的电影扫描可获得相同的效果。
附带地，鉴于实施例1中的X线数据采集持续时间如图21所示，所以可重建断层摄影图像的范围可以想象到如图38所示。在时间点t1和t4之间采集X线数据，并且在这一时期中X线数据采集线路在z方向坐标z0和z3之间移动了距离1＝z3-z0。
补充来说，在z0和z3之间的这一时期，加速X线数据采集区经历可变螺距螺旋扫描，匀速X线数据采集区经历螺旋扫描，而减速X线数据采集区经历可变螺距螺旋扫描。由于每个区域经历螺旋扫描，所以在z方向坐标小于z0的范围内和在z方向坐标大于z3的范围内X线断层图不能进行图像重建。由于这一原因，断层图像重建的范围在[z0，z3的距离1的部分内。
另一方面，如图23所示，实施例1中的X线数据采集的持续时间是这样的，其使得从时间点0采集X线数据直到时间点t5，并且在这一时段中X线数据采集线路在z方向坐标z0(此时z0＝0)和z3之间移动了距离1＝z3-z0。
附带地，在z0和z3之间的这一距离中，加速X线数据采集区经历可变螺距螺旋扫描，匀速X线数据采集区经历螺旋扫描，而减速X线数据采集区经历可变螺距螺旋扫描。
除了这一点外，在点z＝z0和z＝z3处进一步执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描。现在假设在X线数据采集线路的旋转中心处z方向上X线束的宽度是2d。在这一情况下，在z方向坐标小于z0的范围[z0-d，z0内和z方向坐标大于z3的范围[z3，z3+d内，也有可能通过常规扫描(轴向扫描)或电影扫描进行断层摄影。由于这一原因，实施例2中的X线断层图的图像重建采取[z0-d，z3+d的距离1+2d的部分。
这样，为了比较实施例1和实施例2，虽然在点z＝z0和z＝z3处常规扫描(轴向扫描)或电影扫描进行的X线辐射比实施例2中扇角+180度或360度的大，但是可进行断层摄影重建的范围在z方向上向前和向后相应地分别增加d或者总的增加2d。
从成像平台10或托架12的移动范围的观点考虑，虽然X线数据采集线路在实施例1和实施例2中的移动距离都是[z0，z3，但是可进行断层摄影重建的范围在z方向上向前和向后分别增加d或者总的增加2d。
从图像重建的观点考虑，在实施例1中的这需要仅可通过用于螺旋扫描的图像重建算法来解决，该螺旋扫描是可变螺距螺旋扫描，其中对于每个视角成像平台10或托架12的移动距离发生变化，实施例2除了需要用于可变螺距螺旋扫描的图像重建算法外，还需要用于常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建算法。因此，执行图像重建，同时在X线断层图的连续图像重建过程中在这两种图像重建算法之间进行切换。
图5是概述了根据本发明的X线CT设备100的断层摄影和侦察成像操作的流程图。
在步骤S1中，在螺旋扫描中，当围绕对象旋转X线管21和多排X线探测器24并线性移动平台上的托架12时采集X线探测器数据，通过将z方向的位置z平台(view)与由视角view、探测器行号j和通道号i表示的X线探测器数据D0(view，j，i)相加，来采集该X线探测器数据。在螺旋扫描中，在匀速范围内采集数据区域。
在可变螺距螺旋扫描或螺旋穿梭扫描中，不但在匀速区域执行螺旋扫描中的数据采集而且在加速期间和减速期间进行数据采集。
此外，在常规扫描(轴向扫描)或电影扫描中，当保持成像平台10上的托架12固定在某一z方向位置时，通过旋转数据采集线路一周或多周来采集X线探测器数据。X线探测器数据进一步通过在移到下一个z方向位置后按照需要旋转数据采集线路一周或多周进行采集。
另一方面，在侦察成像中，当保持X线管21和多排X线探测器24固定并线性移动成像平台10上的托架12时，采集X线探测器数据。
在步骤S2中，将X线探测器数据D0(view，j，i)预处理以转换成投影数据。该预处理包含如图6所示的在步骤S21中的偏移校正、在步骤S22中的对数转换、在步骤S23中的X线剂量校正和在步骤S24中的灵敏度校正。
在侦察成像中，通过显示与通道方向上的像素大小和z方向(其为托架线性移动方向)上的像素大小相匹配、与监视器6的显示像素大小相匹配的经预处理的X线探测器数据，完成所述侦察图像。
在步骤S3中，经预处理的投影数据D1(view，j，i)受到束硬化校正。在步骤S3中的该束硬化校正例如可以以下面所示多项式形式来表达(数学表达式1)，并且已经在预处理S2的步骤S24中受到灵敏度校正的投影数据用D1(view，j，i)表示，而在步骤S3中的束硬化校正之后的数据用D11(view，j，i)表示。
数学表达式1D11(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)(公式1)由于每个探测器行j可独立于其他行受到束硬化校正，那么如果每个数据采集线路的球管电压根据成像条件而不同于其他的，则可补偿行与行之间的探测器特性差异。
在步骤S4中，对已经受到束硬化校正的投影数据D11(view，j，i)进行z滤波卷积，通过该z滤波卷积在z方向(行方向)上进行滤波。
这样，在每个视角处和每个数据采集线路上的预处理后的已经受到束硬化校正的多排X射线探测器的数据D11(view，j，i)(i＝1到CH，j＝1到ROW)受到例如这样的滤波，其行方向滤波器大小是5行，如下面由(公式2)和(公式3)表示。
数学表达式2(w1(i)，w2(i)，w3(i)，w4(i)，w5(i))，(公式2)
假设Σk-15Wk(i)=1]]>(公式3)校正的探测器数据D12(view，j，i)将由下面(公式4)表示。
数学表达式3D12(view,j,i)=Σk-15(D11(view,j+k-3,i)·wk(j))]]>(公式4)附带地，最大通道宽度假设为CH，而最大行值为ROW，下面(公式5)和(公式6)将成立。
D11(view，-1，i)＝D11(view，0，i)＝D11(view，1，i)(公式5)D11(view，ROW，i)＝D11(view，ROW+1，i)＝D11(view，ROW+2，i)(公式6)另一方面，通过从一个通道到另一个通道改变行方向滤波系数，可根据与图像重建中心的距离来控制切片厚度。由于在X断层图中外围切片厚度经常大于重建中心处的切片厚度，因此通过在中心通道附近使行方向滤波系数的范围变化地更大而使外围通道附近行方向滤波系数的范围变化地更窄，来使中心部分和外围之间的行方向滤波系数有差别，不论是在图像重建的外围还是中心，切片厚度可以基本一致。
通过这样控制多排X线探测器24的中心通道和外围通道之间的行方向滤波系数，也可区分中心部分和外围之间的切片厚度控制。通过用行方向滤波器轻微地增加切片厚度，能显著改善伪影和噪声。从而能控制伪影改善和噪声改善的程度。换句话说，能够控制已经进行三维图像重建的X线断层图，即xy平面上的图片质量。另一种可能的实施例中，通过使用行方向(z方向)滤波系数的去卷积能实现薄切片厚度的X线断层图。
在步骤S5中，执行重建函数的卷积。这样，傅立叶变换的结果乘以重建函数得到逆傅立叶变换。在步骤S5中的重建函数的卷积中，z滤波卷积后的数据用D12表示，重建函数卷积后的数据用D13表示，而待卷积的重建函数用Kernel(j)表示，对重建函数进行卷积的操作可用下面的方式表示。
数学表达式5D13(view，j，i)＝D12(view，j，i)*Kernel(j)(公式7)这样，由于重建函数Kernel(j)允许对每个探测器行j独立进行重建函数卷积，可补偿行与行之间噪声特性和分辨率特性的差异。
在步骤S6中，对已经受到重建函数卷积的投影数据D13(view，j，i)进行三维反投影以获得反投影数据D3(x，y，z)。将待重建的图像重建成垂直于z轴的平面(即xy平面)上的三维图像。下面的重建区域P假设平行于xy平面。该三维反投影将参考图7在后面进行描述。
在步骤S7中，对反投影数据D3(x，y，z)进行图像空间z方向滤波卷积。已经受到图像空间z方向滤波卷积的X线断层图用D4(x，y，z)表示，下面的式子将是成立的。
数学表达式6D4(x,y,z)=Σi=-11D3(x,y,z+i)·v(i)]]>(公式8)在前述中，v(i)表示图像空间z方向滤波卷积系数，z方向上的宽度为2l+1，其构成以下系数序列。
数学表达式7v(-l)，v(-l+1)，……v(-1)，v(0)，v(1)，……v(l-1)，v(l)(公式9)在螺旋扫描中，图像空间滤波系数v(i)可以是不依赖于z方向位置的图像空间z方向滤波系数。然而，特别在二维X线面探测器24或多排X线探测器24在z方向上具有较大探测器宽度的常规扫描(轴向扫描)或电影扫描中，如果图像空间滤波系数v(i)是依赖于X线探测行在z方向上位置的图像空间z方向滤波系数，则它会更加有效，因为使得根据每个X线断层图的行位置进行详细调整成为可能。
在步骤S8中，对已经受到图像空间z方向滤波卷积的X线断层图D4(x，y，z)进行包括图像滤波卷积和CT值转换的后处理，以得到X线断层图D41(x，y，z)。
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用D41(x，y，z)表示，经过图像滤波卷积的数据用D42(x，y，z)而图像滤波器用Filter(z)表示数学表达式8D42(x，y，z)＝D41(x，y，z)*Filter(z)(公式10)这样，由于可以对每个探测器行j进行独立的mage滤波卷积，所以能补偿行与行之间噪声特性和分辨特性的差异。
在监视器6上显示得到的X线断层图。
图7是显示了图5中步骤S6的三维反投影处理细节的流程图。
在这一实施例中，将待重建的图像重建成垂直于z轴的平面和xy平面上的三维图像。以下重建区域P假设平行于xy平面。
在步骤S61中，注意，从X线断层图的图像重建所需的所有视角(也就是360-度视角或“180-度+扇角”视角)中提取一个视角，并提取与重建区域P中的像素对应的投影数据Dr。
如图8(a)和图8(b)所示，平行于xy平面的512×512个像素的方形区域假设为重建区域P，并且将都平行于的y＝0的x轴的y＝0的像素行L0，y＝63的像素行L63，y＝127的像素行L127，y＝191的像素行L191，y＝255的像素行L255，y＝319的像素行L319，y＝383的像素行L383，y＝447的像素行L447以及y＝511的像素行L511，取作行，如果如图10所示提取线T0到T511上的投影数据，其中这些像素行L0到L511在X线透射方向上投影到多排X线探测器24的平面上，则他们将构成像素行L0到L511的投影数据Dr(view，x，y)。然而，假设x和y匹配X线断层图中的像素(x，y)。图9显示了倾斜数据采集线路的情况。
X线透射方向由X线管21的X线焦点、像素以及多排X线探测器24的几何位置确定。然而，由于X线探测器数据D0(view，j，i)的z坐标z(view)被认为是附于X线探测器数据的线性平台移动Z平台(view)的z方向，则即使在加速或减速期间获得X线探测器数据D0(view，j，i)，在X线焦点和多排X线探测器的数据采集几何系统中也能够精确地计算出X线透射方向。
附带地，如果线路的部分偏离了多排X线探测器24的通道方向，例如象像素行L0在X线透射方向上投影到多排X线探测器24内的平面上所得到的线T0那样，则匹配的投影数据Dr(view，x，y)设为“0”。或者如果它们偏离了z方向，则可通过外推投影数据Dr(view，x，y)将其计算出来。
这样，如图11所示，可提取与重建区域P的像素匹配的投影数据Dr(view，x，y)。
再参考图7，在步骤S62中，投影数据Dr(view，x，y)乘以锥束重建加权系数以产生图12所示的投影数据D2(view，x，y)。
此处的锥束重建加权系数w(i，j)如下。在重建扇束图像时，以下关系通常成立(公式9)，其中γ是连接X线管21的焦点与重建区域P(在xy平面上)上的像素g(x，y)之间的直线相对于X线束的中心轴Bc所形成的角，在此view＝βa，而与其相对的视角为view＝βb数学表达式9βb＝βa+180°-2γ(公式9)由穿过重建区域P上像素g(x，y)的X线束以及与其相对的X线束相对于重建平面P所形成的角分别表示为αa和αb，通过与重建加权系数ωa和ωb相乘后相加，计算出反投影像素数据D2(0，x，y)。在这一情况下，(公式10)成立。
数学表达式10D2(0，x，y)＝ωa·D2(0，x，y)_a+ωb·D2(0，x，y)_b(公式10)
其中D2(0，x，y)_a假设为view βa的反投影数据，而D2(0，x，y)_b为view βb的反投影数据。
附带地，相互对立射束的锥束重建加权系数总和用(公式11)表示数学表达式11ωa+ωb＝1(公式11)通过将与锥束重建加权系数ωa和ωb的乘积相加，可减少锥角伪影。
例如，可利用下面公式获得重建加权系数ωa和ωb。在这些公式中，ga是视角βa的加权系数，而gb是视角βb的加权系数。
其中扇束角的1/2是γmax，以下(公式12)到(公式17)成立。
数学表达式12gb＝f(γmax，αa，βa)(公式12)gb＝f(γmax，αb，βb)(公式13)xa＝2·gaq/(gaq+gbq)(公式14)xb＝2·gbq/(gaq+gbq)(公式15)wa＝xa2·(3-2xa)(公式16)wb＝xb2·(3-2xb)(公式17)(例如，假设q＝1)145
例如，如果假设max[为采取更大值的函数，作为ga和gb的示例，则以下(公式18)和(公式19)将成立。
数学表达式13ga＝max
·|tan(αa)|(公式18)gb＝max
·|tan(αb)|(公式19)在扇束图像重建的情况下，重建区域P的每个像素进一步乘以距离系数。该距离系数是(r1/r0)2，其中r0是从X线管21的焦点到与投影数据Dr匹配的多排X线探测器24的探测器行j和通道i的距离，而r1是从X线管21的焦点到与重建区域P上投影数据Dr匹配的像素的距离。
在平行射束图像重建的情况下，重建区域P的每个像素仅乘以锥束重建加权系数w(i，j)就足够了。
在步骤S63中，如图13所示，与像素地将投影数据D2(view，x，y)与事先确定的反投影数据D3(x，y)相加。
在步骤S64，为CT图像重建所需的所有视角(即，“360度”视角或“180度+扇角”视角)重复步骤61至S63，以获得如图13所示的反投影数据D3(x，y)。
附带地，重建区域P也可以是如图14(a)和图14(b)所示的直径为512个像素的圆形区域，而非512×512个像素的方形区域。
由于数据采集线路的z坐标位置z0和X线断层图的z坐标位置zd之间的位置关系在如图34所示的常规扫描(轴向扫描)或电影扫描中一直是恒定的，对于常规扫描(轴向扫描)或电影扫描中的锥束重建，通过仅乘以该加权系数就可处理三维反投影数据。
作为对比，由于数据采集线路的z坐标位置z0、z1和z2与X线断层图的z坐标位置zd之间的位置关系在螺旋扫描或可变螺距螺旋扫描中不断地改变，如图35所示，所以对于螺旋扫描或可变螺距螺旋扫描中的锥束重建，除了该加权系数外，还需要依赖于数据采集线路和这些视角每一个的X线断层图之间的距离d的加权系数hw(d)，或者用于预测与来自每个视角的X线断层图的该距离d以计算出该加权系数的加权系数hw(view)。
在螺旋扫描中，除了用于锥束重建的加权系数外，需要乘以这一加权系数hw(d)或hw(view)。
由于这一原因，特别当常规扫描(轴向扫描)或电影扫描后跟着加速以执行螺旋扫描，并进一步跟着减速以最终执行常规扫描(轴向扫描)或电影扫描时，像在实施例2中一样，有必要事先使利用包括常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建算法和螺旋扫描的图像重建算法在内的两种图像重建算法成为可能。
在这一情况下，还需准备好两种图像重建算法，包括不具有加权系数hw(d)或hw(view)的常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建算法，以及具有加权系数hw(d)或hw(view)的螺旋扫描图像重建算法。
可选的，在加权系数hw(d)或加权系数hw(view)设有参数的螺旋扫描情况下，还可这样安排，即使得输出依赖于数据采集线路和X线断层图之间位置关系的一个系数和依赖于数据采集线路和X线断层图之间距离的另一个系数，该输出在常规扫描(轴向扫描)或电影扫描情况下可以是固定值或“1”，并使得可能根据该参数在包括常规扫描(轴向扫描)或电影扫描的图像重建算法和螺旋扫描的图像重建算法之间切换。
附带地，为了考虑每个视角与z方向坐标位置之间的关系，在匀速区的螺旋扫描或普通螺旋扫描中以下将成立。
如图17所示，在螺旋扫描的一周中，存有时间点t0处的0度视角、时间点t1处的180度视角和时间点t2处的0度视角的前进，或以z方向上的距离来说，存在在时间点t0和t1之间的距离l1与时间点t1和t2之间的距离l2的前进。在这一操作中平台速度是恒定的，l1和l2将用下面的(公式20)、(公式21)和(公式22)表示。156数学表达式14l1=∫t0t1v(t)dt]]>
(公式20)l2=∫t1t2v(t)dt]]>(公式21)l1＝l2(公式22)这样，视角和z方向坐标位置成比例地线性相关。然而，在可变螺距螺旋扫描中，以下将成立。
此外，图18接着将显示可变螺距螺旋扫描的情况。
图19显示了数据采集线路是倾斜的可变螺距螺旋扫描的例子。假定在每个例子中的螺旋扫描一周，在时间点t0处视角为0度、在时间点t1处视角为180度和在时间点t2处视角为0度。
以v(t)的平台速度在z方向上前进的距离l1和l2用下面的(公式23)和(公式24)表示。
数学表达式15l1=∫t0t1v(t)dt]]>(公式23)l2=∫t1t2v(t)dt]]>(公式24)在这一情况下，l1和l2并不总是相等的。这使得在z方向上的数据采集线路的位置能够测量或预测。在时间点1处的z方向上的数据采集线路的位置l(t)可用下面的(公式25)表示。
数学表达式16l(t)=∫t0tv(t)dt]]>(公式26)这样，视角和z方向坐标位置并不成比例或是线性关系。然而，如果存在图像重建位置z1，如图36所示的某一视角a和与其相对的视角b，则用(公式26)的加权系数乘以视角a，并用(公式27)的加权系数乘以视角b的方法作为使用加权系数的例子是可以想到的。
数学表达式17la/(la+lb)(公式26)lb/(la+bb)(公式27)165可选的，乘以具有(公式26)和(公式27)作为参数的加权系数可实现相同的目的。
通过用加权系数乘以每组视角数据，可实现可变螺距螺旋扫描的图像重建。
如上所述，通过使用以下图像重建方法的至少一种或一些的组合可控制切片的厚度。
1.z滤波卷积2.通过用加权系数乘以每个视角的X线投影数据进行的图像重建。
3.由乘以在z方向上连续的图像重建的X线断层图的加权系数所产生的图像的加权加法处理。
通常，如图27的表所陈述的，在X线CT设备中控制切片厚度的技术包括如图24所示的对投影数据进行z方向滤波卷积的方法、如图25所示的对图像空间数据进行z方向滤波卷积的方法以及如图26所示的对投影数据进行加权视角处理的方法。
如图27的表所陈述的，投影数据上z方向滤波卷积方法的优点包括通过对投影数据进行z方向滤波卷积并仅执行一次三维图像重建能够获得具有大切片厚度的X线断层图。投影数据上z方向滤波卷积方法的缺点包括图像空间内z方向滤波器宽度依赖每个像素位置，因为不顾像素的位置在行方向上对投影数据进行一种类型的z方向滤波卷积，导致反投影X线束的宽度不一致，并因此出现伪影。
另一方面，图像空间上z方向滤波卷积方法的优点包括精确的z方向滤波处理和所得到的X线断层图的高图片质量，因为通过在图像空间上进行z方向滤波卷积可获得具有大切片厚度的X线断层图。图像空间上z方向滤波卷积方法的缺点包括花费较长的处理时间，因为多个X线断层图在z方向上进行图像重建。
对投影数据的加权视角处理方法的优点包括通过仅将投影数据乘以加权系数来实现图像重建，能快速获得具有大切片厚度的X线断层图。另一优势是，有可能用加权系数乘以360度或更大角度的投影数据。对投影数据进行加权视角处理方法的缺点包括时间分辨率降低，因为获得大的切片厚度需要360度或更大角度的投影数据。
因此，用于控制切片厚度的这三种技术的每一种具有其自己的优点和缺点。在仅有大约16排的较小的多排X线探测器中，甚至对于z方向上X线探测器宽度大约为20mm的多排X线探测器24中，在传统实践中通常使用投影数据上z方向滤波卷积的方法。原因在于，由于图像反投影通常需要较长的时间，并且较不频繁需要图像反投影的投影数据空间上z方向滤波卷积已经优于更频繁需要图像反投影的在图像空间上z方向滤波卷积。
在投影数据空间的z方向滤波卷积中，在作为行方向的z方向上对投影数据进行加权系数滤波卷积，并且之后，重建函数卷积和图像反投影分别仅需一次，仅花费很短的时间来重建图像。
然而，当多排X线探测器24的X线探测器宽度在z方向上增加时，在投影数据的z方向滤波卷积中有时会出现不一致。例如，假设投射到X线探测器上的重建中心处待探寻的X线断层图的切片厚度等于图10所示的z方向滤波器宽度的4倍。在这一情况下，在三维图像重建中，不管X线断层图中像素的位置如何，与宽度等于4行的z方向滤波器卷积的投影数据是三维反投影的。
然而，如图28所示，X线管21一侧上X线断层图的像素中投影数据z方向滤波器的宽度是w1。在多排X线探测器24一侧上投影数据z方向滤波器的宽度是w2。在这一情况下，很明显w2＞w1。
经图像重建的X线断层图的切片厚度越大，这一现象就越明显。而且，在X线束宽度与X线断层图中的位置不同处，诸如w2＞w1，在X线断层图中将出现伪影。这样，经图像重建的X线断层图的切片厚度越大，就越有可能在投影数据z方向滤波卷积中出现伪影。
在螺旋扫描中，螺距越大，X线束宽度w2和w1的数据在z方向上的位置差异就越大，使得更容易出现伪影。
另一方面，在图像空间的z方向滤波卷积中，如图29所示更小切片厚度的X线断层图1、2和3事先受到图像重建。在这一情况下，更小切片厚度的X线断层图较少受到由X线束宽度与X线断层图中像素位置的差异引起的不一致，结果是伪影较少出现并且图片质量更高。由于将图像空间的z方向滤波卷积应用到具有更小切片厚度的这些图像中，它们的图片质量更高，最后受到图像重建的具有更大切片厚度的X线断层图的图片质量也很高。
如从前述明显看出，投影数据空间z方向滤波卷积更适于切片厚度更小的图像重建，而图像空间z方向滤波卷积更适于切片厚度更大的图像重建。
此外为了缩短完成图像重建所花费的时间，对于切片厚度较大的图像重建来说，建议使用投影数据空间z方向滤波卷积到不易受到伪影影响的最大切片宽度，所述伪影由投影数据空间z方向滤波卷积所导致的X线束宽度不一致产生，并且如果切片厚度进一步增加，就使用图像空间z方向滤波卷积。
为了参考图5的流程图对其进行描述，在步骤S4的投影数据空间z方向滤波卷积中，投影数据空间z方向滤波卷积到不易受到伪影影响的最大切片宽度，并且如果该切片厚度需要进一步增加，则在步骤S7的图像空间z方向滤波卷积中对最终的切片厚度执行图像重建。这使得能够通过图像空间z方向滤波卷积来控制该切片厚度。
投影数据空间z方向滤波卷积与图像空间z方向滤波卷积之间的平衡在这一情况下取决于切片厚度和行方向上多排X线探测器24中每行X线探测器通道的宽度。它还取决于螺旋扫描中的螺距。换句话说，建议在选择了这些切片厚度、行方向上X线探测器宽度和螺距之后，最佳地确定投影数据空间z方向滤波系数和图像空间z方向滤波系数。
鉴于投影数据视角加权是来自仅有一个向上的X线探测器行的X线CT设备的螺旋扫描技术，它对于二维X线面探测器同样有效。虽然在螺旋扫描中通常使用360度投影数据，但是通过使用大约多10％或20％的视角上的投影数据来进行图像重建，可实现改进S/N比并减少伪影的效果。此外，通过调整待应用的加权系数，还可控制切片的厚度。同样在可变螺距螺旋扫描中，通过一周或更多周的这种投影数据视角加权可控制切片厚度。
图30显示了这一方面的一个示例。
图30示出了已经进行了扇形向平行转换之后的投影数据。在将观察方向上的加权函数应用到在通道方向上或射线方向和观察方向上展开的投影数据后，它们受到如图26所示的重建函数卷积、三维反投影和后处理，并接着显示该X线断层图。图30中的加权函数可以使得相对的视角和相同方向视角的总和变成1.0。
此外，图31是在可变螺距螺旋扫描中的设定成像条件下，投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数的表格。通过使用三维图像重建，甚至在可变螺距螺旋扫描中，能够获得统一质量(就z方向上的图像噪声而言)的X线断层图，并且能够获得z方向上X线管电流控制。换句话说，能够获得包括伪影、切片厚度和z方向噪声在内的图片质量特性一致的X线断层图。在这一情况下，对每个不同的螺距优化投影数据空间z滤波和图像空间z滤波是重要的。
在图31的情况下，为了优化可变螺距螺旋扫描或穿梭模式的可变螺距螺旋扫描中诸如最大螺距噪声和伪影的图片质量特征，执行投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数的优化。在这一情况下，除了规定最大螺距处的每个滤波系数外，还投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数规定成对于每个螺距为最佳的，因为螺距可从0变到其最大值。可选的，投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数也可规定为将螺距作为它们的参数的函数。
图31中的噪声指标和伪影指标是成像条件设定装置设定的图片质量的目标，该成像条件设定装置是例如图15所示的成像状态输入屏幕。特别地伪影指标例如与如下参数有关螺距、投影数据空间z滤波、图像空间z滤波、投影数据视角加权和切片厚度，除了这些参数外噪声指标还涉及X线管安培数。
为了将可变螺距螺旋扫描中加速和减速期间的图像质量水平转化为图31中诸如噪声指标和伪影指标的图片质量指标，对加速或减速期间的每个螺距，规定投影数据空间z滤波系数VZsXX和VZfXX以及图像空间z滤波系数IzsXX和IzfXX。XX在此表示该系数的参考号。
投影数据空间z滤波系数VZs和VZf的示例涉及图5中步骤S4的z滤波卷积所示的由(公式2)和(公式3)表示的处理。
在图24中给出了投影数据空间z滤波卷积的概念图解。在每个视角，对在通道方向和行方向上展开的投影数据进行加权系数(在行方向(z方向)上变化)卷积处理，并将该处理应用到所有视角。这能够实现行方向(z方向)上每个探测器行的投影数据的束宽度。特别是在使用去卷积滤波时，行方向(z方向)上的束宽度可以变窄。
图像空间z滤波系数IZs和IZf的示例涉及图5中步骤S7的图像空间z滤波卷积所示的由(公式8)和(公式9)表示的处理。
在图25中给出了图像空间z滤波卷积的概念图解。在已经受到z方向连续图像重建的X线断层图中，对每个这样的X线断层图和邻近X线断层图的每个像素卷积在行方向(z方向)上改变的加权系数。将这一处理应用到在z方向上连续的所有X线断层图。
这使得能够控制每个X线断层图的切片厚度。特别是在使用去卷积滤波时，可减小切片厚度。
这样，可以通过控制每个成像条件下的投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数，来优化图片质量。
例如，在图片质量优先的模式下，通过针对每个关于图片质量特征的指标(包括例如每个螺距的伪影和图像噪声)，控制投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数，来优化该图片质量。
附带地，通过事先利用体模或标准对象的X线断层图调整这些投影数据空间z滤波系数IZXX和图像空间z滤波系数VZXX，可将图片质量保持最佳。
补充来说，使用穿梭模式的可变螺距螺旋扫描检查一扫描模式中的灌注等，后一扫描模式中当在z方向坐标的某一范围[z0，z1内加速或减速时，重复多次可变螺距螺旋扫描，如图32所示。
与其不同，普通可变螺距螺旋扫描是这样的扫描模式，其中当在z方向坐标的某一范围[z0，z1内加速或减速以改变螺距时执行扫描，如图33所示。
另一方面，存在这样的情况，其中在z方向坐标的范围[z0，z7内，作为前述的发展形式执行可变螺距螺旋扫描。
分别在匀速时、在z方向坐标范围[z1，Z2内以平台速度v1和螺距p1、z方向坐标范围[z3，z4内以平台速度v2和螺距p2、z方向坐标范围[z5，z6内以平台速度v3和螺距p3执行螺旋扫描在z方向坐标范围[z0，z1内加速；在z方向坐标范围[z2，z3内加速；在z方向坐标范围[z4，z5内减速；和在z方向坐标范围[z6，z7内减速。在希望对多个器官或多个对象区域进行高速螺旋扫描时这是特别有效的。
利用上述控制切片厚度的方法，可变螺距螺旋扫描的整个成像范围R0可以与如图37所示相同的切片厚度进行图像重建。
类似的，还可实现切片厚度对不同区域或不同感兴趣区发生变化的图像重建，对R1、R2、R3和R4以不同切片厚度。
实施例3在实施例1和实施例2中，如图21或23的图所示预测每一时间点处的z坐标。或者用设在成像平台10或托架12上的编码器或类似物测量z方向坐标位置，并在三维图像重建时提取图10的X线投影数据用于测量每个视角或固定间隔的多个视角的z方向坐标位置时，能够在考虑到根据这些预测或测得视角计算出来的每个视角或固定间隔多个视角的z方向坐标位置的情况下，实现精确的三维反投影。
这使得可以获得具有高图片质量、z方向图片质量统一并相对没有伪影的X线断层图。
实施例4实施例3表示了这样一种情况，其中通过测量或预测每个视角或固定间隔的多个视角的z方向坐标位置来进行三维图像重建的精确三维反投影，获得具有高图片质量、z方向图片质量统一并相对没有伪影的X线断层图。类似的，在双向可变螺距螺旋扫描情况下，可获得高图片质量、z方向图片质量统一并相对没有伪影的X线断层图。
图40显示了在双向可变螺距螺旋扫描中X线数据采集线路和对象的相对位置和相对速度。以下描述涉及双向可变螺距螺旋扫描的1.5-周等效的操作。
在时间点t0之前一点开始X线数据采集。
在时间点[t0，t1的范围内，运动以加速度a1和初始速度0在z方向坐标[z0，z1之间进行。
在时间点[t1，t2的范围内，运动以加速度0和匀速v1在z方向坐标[z1，z2之间进行。
在时间点[t2，t3的范围内，运动以加速度a2和初始速度v1在z方向坐标[z2，z3之间进行。
在时间点[t3，t4的范围内，运动以加速度0和匀速v2在z方向坐标[z3，z4之间进行。
在时间点[t4，t5的范围内，运动以减速度a3和初始速度v2在z方向坐标[z4，z5之间进行。
在时间点[t5，t6的范围内，运动以减速度a3和初始速度0在z方向坐标[z5，z4之间进行；在时间点[t6，t7的范围内，运动以加速度0和匀速-v1在z方向坐标[z4，z3之间进行；在时间点[t7，t8的范围内，运动以减速度a4和初始速度-v1在z方向坐标[z3，z2之间进行；在时间点[t8，t9的范围内，运动以加速度0和匀速-v2在z方向坐标[z2，z1之间进行；在时间点[t9，t10的范围内，运动以加速度a1和初始速度-v2在z方向坐标[z1，z0之间进行；在时间点[t10，t11的范围内，运动以加速度a1和初始速度0在z方向坐标[z0，z1之间进行。
在时间点[t11，t12的范围内，运动以加速度0和匀速v1在z方向坐标[z1，z2之间进行。
在时间点[t12，t13范围内，运动以减速度a2和初始速度v1在z方向坐标[z2，z3之间进行。
在时间点[t13，t14的范围内，运动以加速度0和匀速v2在z方向坐标[z3，z4之间进行。
在时间点[t14，t1的范围内，运动以减速度a3和初始速度v2在z方向坐标[z4，z5之间进行。
在时间点t15之后，X线数据采集结束。
通过以这一方式执行双向可变螺距螺旋扫描，在z方向坐标范围[z0，Z5中，可获得包含在z方向上连续的X线断层图的一系列时间的三维图像。
在上述情况下，作为一系列时间的三维图像，获得了[t0，t5的三维图像、[t5，t10的三维图像和[t10，t15的三维图像。通过测量或预测每个视角或固定间隔的多个视角的z方向坐标位置以及精确地执行三维图像重建的三维反投影，可减少可变螺距螺旋扫描两个方向成像的图像的向前和向后航段之间的位置偏差。特别的，能执行从[t0，t5的三维图像到[t5，t10的三维图像到[t10，t15的三维图像的三维图像电影显示而没有能察觉到的位置偏差。
实施例5参考实施例4，已经描述了通过双向可变螺距螺旋扫描来拾取一系列时间的三维图像的方法。作为这一方法的修改，进一步可以将本发明应用到灌注测量中，其通过传统电影扫描使用一系列时间的二维图像来实现。
由双向可变螺距螺旋扫描拾取的一系列时间的三维图像能进行三维灌注测量。这使得能够掌握血流的三维分布。
图41(b)所示的单向重复的可变螺距螺旋扫描情况下，时间分辨率在z方向坐标位置z0、za、zb、zc和z3处恒定于时间段T2。由于这一原因，可以应用与通过一系列时间的二维图像进行的常规灌注测量相似的计算方法。
然而，图41(a)所示的双向可变螺距螺旋扫描的情况下，在z方向坐标位置z0、za、zb、zc和z3，时间分辨率是z9处的T11a、T12a、T11a和T12a；时间分辨率是不平均的，一些时候长而其他时候短。
然而，在zb(假设设有zb＝(z0+z3)/2)，T11b＝T12b＝T13b成立，并且在T11b实现恒定时间分辨率。这样，在双向螺旋扫描中，由于图像分辨率依据z方向坐标位置有时候变化，灌注测量需要小心。
附带地，在图41(a)和图41(b)所示的单方向可变螺距螺旋扫描的航程中，尤其是在不同时间点t处的z方向坐标位置不是线性的，而是如图40中的曲线，当时将它在这一图解中简化为直的。
实施例6通常，在螺旋穿梭扫描和z方向上来回进行的双向可变螺距螺旋扫描中，由于它是由加速部分、减速部分和不同速度或一种速度的匀速部分组成的扫描处理，试图在z方向上保持X线断层片质量恒定，将必须使用用于X线CT设备的自动曝光机构。
关于执行本发明的这一模式，下面将讨论把具有自动曝光机构的X线CT设备中z方向上可变螺距螺旋扫描或z方向上来回螺旋穿梭扫描中的螺距以及用于图像重建的投影数据的转数的变化考虑在内，进行的X线管电流的优化。
如图42、图43和图44所示，在可变螺距螺旋扫描或z方向上来回进行的螺旋穿梭扫描中，螺距随z方向或时间点t的方向改变。在对象和X线数据采集线路的相对运动中，螺距特别是在开始点z0和停止点z3处变为0。这样，在一些情况下，X线数据采集线路的载有患者的托架12或成像平台10在对象和X线数据采集线路之间的相对运动中在开始点z0和停止点z3处于静止某一时间长度。同样，通过在载有患者的托架12或成像平台10或X线数据采集线路的加速或减速时，使用用于不止一周的图像重建的X线投影数据，可改进S/N比。
在可变螺距螺旋扫描或在z方向上来回的螺旋穿梭扫描中，图42所示，以下面方式控制z坐标。
在时间点[t0，t1之间从对象看去X线数据采集线路在z0处保持静止。
在时间点[t1，t2之间从对象看去X线数据采集线路在加速下于[z0，z1间移动。
在时间点[t2，t3之间从对象看去X线数据采集线路在匀速下于[z1，z2间移动。
在时间点[t3，t4之间从对象看去X线数据采集线路在减速下于[z2，z3间移动。
在时间点[t4，t5之间从对象看去X线数据采集线路在z3处保持静止。
以下面方式控制螺距。
它在时间点[t0，t1之间为0。
它在时间点[t1，t2之间加速。
它在时间点[t2，t3之间变成恒定于螺距HP1。
它在时间点[t3，t4之间减速。
它在时间点[t4，t5之间回到0。
以下面方式控制用在图像重建中的X线投影数据，假设如图42所指示的n＞1成立。
它们在时间点0处经历一周。
在时间点[t0，t2之间的路线上使用最大值n周的X线投影数据。
它们在时间点t2处回到一周。
它们在时间点[t2，t3之间恒定于一周。
它们在时间点t3处经历一周，但是在时间点[t3，t5之间的路线上使用最大值n周的X线投影数据。
它们在时间点t5处回到一周。
尤其是在螺距为1或更少的部分中，用于图像重建的X线投影数据范围可以更宽，这有利于图像质量的提高。在加速或减速的螺旋穿梭扫描和z方向上来回进行的可变螺距螺旋扫描中，这是特别有效的。
在这一情况下，用于图像重建的X线投影数据在时间点[t0，t5之间以及时间点[t2，t3之间进行一周，从而在时间点[t0，t5之间使其更接近通常的常规扫描(轴向扫描)的图像重建，以及在时间点[t2，t3之间使其更接近螺旋扫描的图像重建。
由于这一原因，考虑到为了在时间点[t0，t4之间保持图片质量统一而控制X线管电流，可如图42所指示的控制X线管电流，假设mA2＞mA1成立。
在时间点t0，X线管电流是mA2。
在时间点[t0，t2之间的路线上，将X线管电流降低到其最小值mA1。
在时间点t2处，它回到mA2。
在时间点[t2，t3之间，X线管电流恒定在mA2。
在时间点t3处，最小X线管电流是mA2。
在时间点[t3，t5之间，使用最小X线管电流mA1。
在时间点t5处，X线管电流回到mA2。
附带地，在时间点[t0，t2之间以及时间点[t3，t5之间，控制螺距HP、X线管电流mA和用于根据下面(公式22)的图像重建的X线投影数据范围的长度L之间的关系，能够在z方向上给出恒定水平的图片质量。
数学表达式18la/(la+lb)mA·LHPConst(Constant)]]>(公式22)由此，通过这样控制X线管电流mA与X线投影数据范围长度L的乘积与螺距HP间的比，使其保持恒定或基本恒定，可获得z方向恒定水平的图片质量。
在图43示出的可变螺距螺旋扫描或在z方向上来回进行的螺旋穿梭扫描中，可以下面方式控制从对象看去的X线数据采集线路的z坐标。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t0，t1之间静止在z0处。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t1，t2之间在加速下移动于[z0，z1之间。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t2，t3之间以匀速移动于[z1，z2之间。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t3，t4之间在减速下移动于[z2，z3之间。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t4，t5之间在静止在z3处。
以下面方式控制螺距。
在时间点[t0，t1之间，它是0。
在时间点[t1，t2之间，它被加速。
在时间点[t2，t3之间，它恒定在螺距HP1。
在时间点[t3，t4之间，它减速。
在时间点[t4，t5之间，它回到0。
以下面方式控制用于图像重建的X线数据采集线路，假设n＞1。
在时间点[t0，t2之间，它们从n周减到一周。
在时间点[t2，t3之间，它们恒定于一周。
在时间点[t3，t4之间，它们从一周增加到n周。
由于这一原因，在时间点[t0，t2之间以及在时间点[t3，t4之间使用更多的X线投影数据，提高了图片质量。因此，为了在时间点[t0，t4之间保持图片质量恒定，在时间点[t0，t2之间以及在时间点[t3，t4之间可减少X线管电流。尤其在螺距是1或更小的部分中，用于图像重建的X线投影数据范围可以更宽，这有利于图像质量的提高。在加速或减速的螺旋穿梭扫描和可变螺距螺旋扫描中这是特别有效的。
由于这一原因，本发明意旨这样控制X线管电流，即，使得在时间点[t0，t4之间保持图片质量的恒定。可如图43所指示的控制X线管电流，假设mA2＞mA1。
在时间点10处，它是X线管电流mA1。
在时间点[t0，t2之间，从X线管电流mA1增加到X线管电流mA2。
在时间点t2处，它变成X线管电流mA2。
在时间点[t2，t3之间，它恒定于X线管电流mA2。
在时间点t3处，它是X线管电流mA2。
在时间点[t3，t5之间，从X线管电流mA2减少到X线管电流mA1。
在时间点t5处，它回到X线管电流mA1。
附带地，在时间点[t0，t2之间和时间点[t3，t5之间，控制螺距HP、X线管电流mA和用于根据上述(公式22)的图像重建的X线投影数据范围的长度L之间的关系，能够在z方向上给出恒定水平的图片质量。
由此，通过这样控制X线管电流mA与X线投影数据范围的长度L的乘积与螺距HP间的比，使其保持恒定或基本恒定，可获得z方向恒定水平的图片质量。
在这一情况下，为了使其在时间点[t2，t3之间更接近普通螺旋扫描的图像重建，用于图像重建的投影数据在时间点[t2，t3之间旋转一周。在时间点[t0，t2之间和时间点[t3，t5之间，作为成像平台和数据采集线路之间相对速度的z方向前进速度在它们接近时间点t0和时间点t5时减慢。
由于这一原因，在增加切片厚度的情况下实现了图像噪声的改善，切片厚度是z方向上X线断层图的厚度，也就是说没有牺牲z方向上X线断层图的分辨率。因此本发明旨在降低X线管电流并减少受X线的辐射。由于这一原因，将n周的X线投影数据用于时间点t0和时间点t5处的图像重建中。
在图44示出的可变螺距螺旋扫描或螺旋穿梭扫描中，以下面方式控制z坐标。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t0，t1之间静止在z0处。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t1，t2之间加速地在[z0，z1之间移动。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t2，t3之间以匀速在[z1，z2之间移动。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t3，t4之间加速在[z2，z3之间移动。
从对象看去的X线数据采集线路在时间点[t4，t5之间在静止在z3处。
以下面方式控制螺距。
在时间点[t0，t1之间，它是0。
在时间点[t1，t2之间，它加速。
在时间点[t2，t3之间，它恒定在螺距HP1。
在时间点[t3，t4之间，它减速。
在时间点[t4，t5之间，它回到0。
用在图像重建中的X线投影数据保持恒定并在时间点[t0，t5之间旋转一周。在这一情况下，优先保持X线断层图的时间分辨率恒定，并保持所用的X线投影数据恒定。
由于这一原因，可以考虑这样控制X线管电流使得在时间点[t0，t4之间保持图片质量恒定。X线管电流可如图44所示进行控制，假设mA2＞mA1成立。
在时间点t0处，它是X线管电流mA1。
在时间点[t0，t2之间，从X线管电流mA1增加到X线管电流mA2。附带地，如果螺距增加，则X线管电流也将增加。这样有效地控制使得螺距与X线管电流之间的比恒定或基本恒定是可取的。
在时间点t2处，它变成X线管电流mA2。
在时间点[t2，t3之间，它恒定于X线管电流mA2。
在时间点t3处，它是X线管电流mA2。
在时间点[t3，t5之间，从X线管电流mA2减少到X线管电流mA1。附带地，如果螺距减小，则X线管电流也将减小。这样有效地控制使得螺距与X线管电流之间的比恒定或基本恒定是可取的。
在时间点t5处，它回到X线管电流mA1。
这样，试图这样控制以使得X线断层图的图片质量达到图42所示出的普通常规扫描和螺旋扫描。图43所示出的控制旨在减少加速和减速期间受X线的辐射而不牺牲X线断层图的图片质量。图43所示出的控制旨在保持X线断层图的时间分辨率恒定。
在这些情况下，对螺距的控制给予控制中的最优先考虑，它是X线断层片质量的变量，和用在图像重建中的数据质量的变量，X线管电流的控制次之。这样，为了和从侦察图像得到的z方向X线管电流变化表兼容，而非首次使用X线管电流，该首次使用的X线管电流是用于控制X线断层图的图片质量的变量，用于控制图片质量的其他变量被优先控制，并且通过控制这些变量来校正从侦察图像得到的z方向X线管电流的变化表。此后通过控制X线管电流有可能实现X线CT装置的自动曝光功能。
下面对图42、图43和图44所示出的用于执行上述模式中的处理流程进行追踪。
在图45绘制的处理流程中控制图42、图43和图44所示可变螺距螺旋扫描或螺旋穿梭扫描。
在步骤A11中，根据侦察图像计算出每个z方向上的轮廓区域，以识别每个z方向位置的X线管电流的最佳安培数。
在步骤A12中，设定z＝zs，假设zs是z方向上的开始坐标。
在步骤A13中，根据可变螺距螺旋扫描和螺旋穿梭扫描的操作控制模式，计算出每个z方向位置的螺距。
在步骤A14中，根据该操作控制模式，计算出每个z方向上用于图像重建的数据范围。
在步骤A15中，考虑根据该操作控制模式确定的螺距和基于用于图像重建的数据范围的待使用数据量，并相应地校正X线管电流的最佳安培数。
在步骤A16中，判断是否能够输出z位置上的X线管电流，如果是，则该处理将前进到步骤A17，如果否，则前进到步骤A18。
在步骤A17中，假设z＝z+Δz。
在步骤A18中，执行通道方向上的投影数据空间滤波。
在步骤A19中，判断是否z等于或大于ze，如果z等于或大于ze，即是，则该处理结束，如果z不等于或不大于ze，即否，则返回到步骤A13，假设z方向终点坐标为ze。
附带地，在上述情况下，使用螺距和其他图片质量变量，而非图像重建中X线投影数据所使用的范围长度，作为优先于X线管电流使用的X线断层图的图片质量变量，可提供相似的效果。
在X线CT设备100中，根据本发明的X线CT设备或X线CT成像方法提供了这样的效果，即，在常规扫描(轴向扫描)或电影扫描或者螺旋扫描中，减少了存在于由X线CT设备进行的常规扫描(轴向扫描)或电影扫描或者螺旋扫描的开始和结束时的受在z方向上展开的X线锥形束的辐射，该X线CT设备具有传统多排X线探测器或以平板X线探测器为代表的二维X线探测器。
附带地，在这一实施例中的图像重建方法可以是根据已知的Feldkamp方法的普通三维图像重建方法。它甚至可以是一些其他三维图像重建方法。
同样，在这一实施例中通过进行行与行之间系数有差异的行方向(z方向)滤波卷积，从而调整由于X线锥角的不同导致的图像质量波动，可实现行与行之间一致的切片厚度以及伪影和噪声方面的图片质量，可以想到用于此目的的各种z方向滤波系数，任一个可给出相似的效果。
虽然在假设使用用于医疗目的的X线CT设备下描述了这一实施例，但是它也可用作用于工业目的的X线CT设备或与其他一些装置结合的X线CT-PET装置或X线CT-SEPECT设备。
鉴于针对可变螺距螺旋扫描的情况在图31中简单涉及到这一实施例中的投影数据空间z滤波系数和图像空间z滤波系数的优化，根据处理时间、图片质量和切片厚度目标的不同，实际上可构想出最优化的各种方法，也可期待常规扫描(轴向扫描)或电影扫描或螺旋扫描或螺旋穿梭扫描的其他情况以提供相似的效果。
附图标记列表图1X线CT设备1001操纵台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 扫描平台12 托架15 旋转单元20 扫描台架21 X线管22 X线控制器23 准直器24 多排X线探测器或二维X线面探测器25 DAS26 旋转单元控制器27 扫描台架倾斜控制器28 X线束形成滤波器29 调节控制器30 滑环40 光学照相机图221 X线管X线焦点24 多排X线探测器28 X线束形成滤波器dP X线探测器面P重建区域
IC 旋转中心(ISO)CB X线束(锥形束)BC 束中心轴通道方向图321 X线管22 X线准直器D旋转中心轴上多排X线探测器的宽度24 多排X线探测器IC 旋转中心轴CB X线束BC 束中心轴探测器方向图4开始步骤P1 将对象安置在托架12上并对准位置步骤P2 采集侦察图像步骤P3 设定成像条件步骤P4 拾取X线断层图结束图5开始步骤S1采集数据步骤S2预处理步骤S3校正束硬化步骤S4Z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开始步骤S21 校正偏移步骤S22 对数转换步骤S23 校正X线剂量步骤S24 校正灵敏度结束图7开始三维反投影处理步骤S6步骤S61 提取与重建区域内每个像素匹配的投影数据Dr。
P步骤S62 用锥形束重建加权系数乘以每组投影数据Dr以产生反投影数据D2。
步骤S63 逐个像素将反投影数据D2到反投影数据D3步骤S64 将反投影数据D2加到图像重建所需的所有视角了吗？结束图8(a)21 X线管P 重建区域(xy平面)原点(0，0)(b)21 X线管24 多排X线探测器P 重建区域
xz平面IC 旋转轴Z轴图921 X线管24 多排X线探测器P 重建区域xz平面IC 旋转轴Z轴图1024 多排X线探测器探测器行方向通道方向图11，图12P 重建区域图14(a)21 X线管P 重建区域(xy平面)(b)21 X线管24 多排X线探测器P 重建区域xz平面IC 旋转轴Z轴图15肺区域 X线断层图局部放大的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 剂量信息类型313c 重建区域中心直径图16起动距离(不能进行螺旋扫描的区域)托架整个长度能进行螺旋扫描的区域图1721 X线管(0度位置)24 多排X线探测器(180度位置)180度视角0度视角Z轴图1821 X线管(0度位置)24 多排X线探测器(180度位置)21 X线管(180度位置)24 多排X线探测器(0度位置)
24 多排X线探测器Z轴图1921 X线管(0度位置)21 X线管24 多排X线探测器(180度位置)21 X线管(180度位置)24 多排X线探测器(0度位置)24 多排X线探测器Z轴图20开始步骤P11 旋转包含X线发生装置21和多排X线探测器24的X线数据采集线路。
步骤P12 将成像平台10上的托架12移动到指定位置。
步骤P13 开始在z方向上线性移动托架12。
步骤P14 也从X线发生装置21辐射X线，并且开始多排X线探测器24的数据采集。
步骤P15 通过依据某一时间函数进行改变来增加z方向托架12的线性移动速度。在这一处理中，控制安培数使得保持z方向上每单位长度的X线辐射时间与球管安培数的乘积基本恒定。
步骤P16 基于某一时间函数以变化的减速度来减速托架12的线性移动。
步骤P17 已经到达扫描结束位置了吗？步骤P18 停止X线辐射同时结束X线数据采集。
步骤P19 停止托架12的移动。
结束图21
速度v(t)时间点tz坐标X线数据采集加速X线数据采集区匀速X线数据采集区减速X线数据采集区图22开始步骤P21 旋转包含X线发生装置21和多排X线探测器24的X线数据采集线路。
步骤P22 将成像平台10上的托架12移动到指定位置。
步骤P23 从X线发生装置21辐射X线，并开始多排X线探测器24的数据采集。
步骤P24 在已经完成360度X线数据采集之后开始z方向上托架12的线性移动。
步骤P25 基于某一时间函数增加z方向上托架12的线性移动速度。在这一处理中，控制安培数使得保持z方向上每单位长度的X线辐射时间与球管安培数的乘积基本恒定。
步骤P26 基于某一时间函数减速托架12的线性移动速度。
步骤P27 已经到达扫描结束位置了吗？步骤P28 停止托架12的移动。
步骤P29 在停止托架12移动后，在结束等于360度的X线数据采集之后停止X线辐射和X线数据采集。
结束图23速度v(t)时间点tz坐标X线数据采集加速X线数据采集区匀速X线数据采集区减速X线数据采集区常规扫描(轴向扫描)或电影扫描图24预处理的投影数据通道方向行方向现察方向行方向中心预处理的某一视角的投影数据卷积投影数据空间z方向滤波的加权系数行方向(z方向)已经进行投影数据空间z方向滤波卷积的投影数据。
重建函数卷积三维反投影后处理X线断层图显示图25图像空间的X线断层图X线断层图Z方向图像空间z方向滤波系数X线断层图显示图26通道方向行方向观察方向0度 加权系数观察方向180度360度预处理的投影数据观察方向的加权系数乘以加权系数的投影数据重建函数卷积三维反投影后处理X线断层图显示图27对投影数据的z方向滤波卷积对图像空间的z方向滤波卷积对投影数据的视角加权优点对投影数据进行z方向滤波卷积，并通过仅执行一次三维图像重建可快速得到薄切片的X线断层图。
由于在图像空间上进行z方向滤波卷积并得到厚切片的X线断层图，能进行精确的z方向滤波，导致很高的图片质量。
通过仅乘以投影数据来实现图像重建，可快速得到厚切片X线断层图。可用加权系数乘以360度或更大角度的投影数据。
缺点由于不顾X线断层图的像素位置在行方向上对投影数据进行一种类型的z方向滤波卷积，因此图像空间的z方向滤波宽度倚赖于像素位置、引起不一致，有时候引起伪影。
当多个X线断层图进行z方向图像重建时，花费较长的处理时间。为了增加切片厚度，需要360度或更大度数的投影数据，导致损害时间分辨率。
图2821 X线管X线断层图的切片厚度X线管一侧上投影数据z方向滤波宽度w1X线管一侧上投影数据z方向滤波宽度w2Z方向X线断层图24多排X线探测器投影数据上z方向滤波宽度(等于4行)图2921 X线管X线断层图1(2，3)Z方向X线断层图24多排X线探测器图30通道方向或射线方向 加权系数观察方向0度360度720-θ度720度0度在乘以加权系数后，将偏移达360度的每组数据加到等于0到360度的数据中。
360度图31
最大可变螺距螺距噪声指标伪影指标图32y方向21 X线管z方向24 多排X线探测器24或二维X线面探测器平台速度(螺距)最大平台速度或最大螺距时间图33平台速度(螺距)最大平台速度或最大螺距时间平台速度螺距图3421 X线管24 二维X线面探测器图3524 多排X线探测器(180度方向)21 X线管(0度方向)21 X线管(180度方向)24 二维X线面探测器图36视角a视角b图37心脏肺部区域肝z方向部分成像范围R1(R2，R3，R4)总成像范围R0图3821 X线管z方向24 多排X线探测器X线断层像可重建范围图3921 X线管z方向24 多排X线探测器X线断层像可重建范围图40X线数据采集线路和对象的相对速度加速减速时间X线数据采集线路和对象的相对位置图41X线数据采集周期T11b……时间(a)在双向可变螺距螺旋穿梭扫描X线数据采集中每个点处的时间分辨率回到开始点z0时间周期T2(b)在双向可变螺距螺旋穿梭扫描中每个点处的时间分辨率图42Z坐标时间螺距用于图像重建的X线投影数据n周1周X线管电流图43Z坐标时间螺距用于图像重建的X线投影数据n周1周X线管电流图44Z坐标时间螺距用于图像重建的X线投影数据n周1周X线管电流图45开始步骤A11 根据侦察图像计算出每个z方向上的轮廓区域，以确定每个z方向位置X线管电流的最佳安培数。
步骤A12 假设z＝zs步骤A13 根据可变螺距螺旋扫描和螺旋穿梭扫描的操作控制模式计算出每个z方向位置的螺距。
步骤A14 根据操作控制模式计算出每个z方向的用于图像重建的数据范围步骤A15 考虑根据操作控制模式确定螺距以及基于用于图像重建的数据范围待用的数据量，并且校正X线管电流的最佳安培数。
步骤A16 能输出z方向上X线管电流吗？步骤A17 假设z＝z+Δz步骤A18 执行在通道方向上的投影数据空间的滤波步骤A19 z＝ze？结束
权利要求
1.一种X线CT设备(100)包含X线数据采集装置，用于在围绕定位在X线发生装置(21)和多排X线探测器(24)之间的旋转中心旋转所述X线发生装置(21)和所述多排X线探测器(24)时，采集由位于所述X线发生装置(21)和所述多排X线探测器(24)之间的对象所透射的X线投影数据；图像重建装置(3)，用于根据从所述X线数据采集装置所采集的投影数据执行图像重建；图像显示装置(6)，用于显示通过图像重建所获得的X线断层图；以及扫描条件设定装置(2)，用于设定断层摄影扫描的各种扫描条件，其中所述X线数据采集装置(20)可用于可变螺距螺旋扫描，该可变螺距螺旋扫描通过在z方向上移动扫描平台(10)同时改变相对于扫描台架(20)的速度，采集该扫描平台(10)上对象的X线投影数据，所述z方向垂直于xy平面，且xy平面是所述X线发生装置和二维X线面探测器的旋转平面，并且不同步地执行X线数据采集的开始和扫描平台(10)相对于扫描台架移动的开始、和/或X线数据采集的停止和扫描平台(10)相对于扫描台架(20)移动的停止。
2.根据权利要求1的X线CT设备(100)，其中所述X线数据采集装置可用于所述可变螺距螺旋扫描，该可变螺距螺旋扫描在扫描平台(10)相对于扫描台架(20)的移动开始后开始执行X线数据采集。
3.根据权利要求1的X线CT设备(100)，其中所述X线数据采集装置可用于所述可变螺距螺旋扫描，该可变螺距螺旋扫描在X线数据采集停止后执行扫描平台(10)相对于扫描台架(20)的移动的停止。
4.根据权利要求1的X线CT设备(100)，其中所述X线数据采集装置可用于所述可变螺距螺旋扫描，该可变螺距螺旋扫描在X线数据采集开始后开始执行扫描平台(10)相对于扫描台架(20)的移动。
5.根据权利要求1的X线CT设备(100)，其中所述X线数据采集装置可用于所述可变螺距螺旋扫描，该可变螺距螺旋扫描在停止了扫描平台(10)相对于扫描台架(20)的移动后执行X线数据采集的停止。
6.根据权利要求4的X线CT设备，其中在扫描平台(10)和扫描台架(20)相对于彼此立定的时间段期间，通过旋转扫描台架(20)的旋转单元(26)执行所述X线数据采集。
7.根据权利要求6的X线CT设备(100)，其中在扫描平台(10)和扫描台架(20)相对于彼此立定的时间段期间，以不小于扇角+180度的视角旋转扫描台架(20)的旋转单元以采集X线数据。
8.根据权利要求1到7任一项的X线CT设备(100)，其中所述X线数据采集装置包括倾斜于xy平面执行可变螺距螺旋扫描的扫描台架(20)。
全文摘要
控制由具有多排X线探测器或以平板X线探测器(24)为代表的矩阵结构的二维X线面探测器的X线CT设备(100)进行可变螺距螺旋扫描或螺旋穿梭扫描所得到的X线断层图的切片厚度，以实现图片质量的提高。在可变螺距螺旋扫描或螺旋穿梭扫描的图像重建中，通过使用z滤波卷积、在z方向上连续的图像重建的X线断层图以及用加权系数乘以每个视角的X线投影数据进行的图像重建中的至少一种或其组合可控制该切片厚度。这些函数使得有可能通过可变螺距螺旋扫描在总成像范围内或每个成像范围内使X线断层图的切片厚度相等，或者实现所需的切片厚度。
文档编号G01N23/04GK101032408SQ20071008626
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者西出明彦, 萩原明, 森川琴子 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司