专利名称：Ｘ射线ct装置及ｘ射线ct装置的动作方法
技术领域：
本发明概括地涉及图像处理及系统，更具体地涉及螺旋锥束计算机断层撮影(CT)中条状伪影的大幅减小。
背景技术：
冗长数据的加权是在计算机断层撮影(CT)中根据螺旋锥束数据重建图像的重要步骤之一。该加权对包括重建的精度、运动伪影的感知性、以及噪声的各方面产生影响。在现有技术中，为了减小锥束伪影、提高检测器的利用率、减小图像噪声，在具有大锥角的螺旋CT中使用锥束加权(CBW :cone beam weighting)。在现有技术的方法中，通常考虑视点范围小于一转的I 一 PI重建的情况。但是，在临床现场中最有用的螺旋CT对各切片使用一转和两转之间的重建视点范围。UCBW等CBW加权函数可以用若干方法实施。一般而言，无论实施方式如何，条状伪影在转数为一转以上时都是由图像面附近的Z位置处的CBW函数的异常点引起的。具体而言，在图像面投影到检测器列的极小的一部分上时，非线性的uCBW并不能针对所有的图像像素被正确地决定。换言之，加权函数一般小于检测器的尺寸。因此，CBW加权的误差作为条状伪影出现。
发明内容
考虑到现有技术的上述的和其他的问题，为了提高螺旋锥束CT的画质，现今仍需要良好的条状伪影减小方法。本发明的目的是提供实现新的条状伪影减小方法的X射线计算机断层摄像装置及X射线计算机断层摄像装置的动作方法。本实施方式涉及的 X射线计算机断层摄像装置包括摄像单元，通过使用X射线管和检测器执行螺旋扫描来取得实测数据，所述X射线管照射锥形的X射线，所述检测器在列方向上排列有多列由多个检测元件构成的检测元件列；上采样单元，在所述列方向上对所述实测数据进行上采样，以便使用在规定的检测元件列附近处的被减小的采样间隔来获得插补数据；决定单元，基于规定的锥束加权函数，决定与所述实测数据和所述插补数据各自有关的权重系数；以及重建单元，通过执行使用了所述权重系数、所述实测数据、所述插补数据的图像重建，来生成条状伪影被减小的重建图像。
图1是示出本实施方式的用于大幅减小条状伪影的多层X射线CT装置或扫描仪的一个实施方式的图。图2是示出通过本实施方式大幅减小条状伪影的理由的一个形式的图。图3 (a)、( b )、( c )是示出多层X射线CT装置的一个实施方式中区段和一个加权函数之间的关系的图。图4是示出用于通过本实施方式大幅减小条状伪影的特定解决方案的图。
图5A是示出本实施方式中与条状伪影减小处理有关的总体的且构成核心的步骤的流程图。图5B是示出用于在本实施方式的条状伪影减小处理中进行上采样的选定步骤的流程图。图5C是示出与本实施方式的一个示例性条状伪影减小处理有关的整体步骤的流程图。图是示出与本实施方式的另一示例性条状伪影减小处理有关的整体步骤的流程图。图6 (a) (d)是示出用于通过本实施方式大幅减小条状伪影的上采样的特定形式的图。图7A是示出本实施方式的一个比较例中条状伪影大幅减小的效果的图。图7B是示出本实施方式的一个比较例中条状伪影大幅减小的效果的图。图8A是示出本实施方式的另一比较例中条状伪影大幅减小的效果的图。图8B是示出本实施方式的另一比较例中条状伪影大幅减小的效果的图。
具体实施例方式在本文参照附图，相同的附图标记在所有附图中表示对应的构造，特别参照图1，图中示出了包括机架100和其他的设备或单元的、本实施方式的多层X射线CT装置或扫描仪的一个实施方式。机架100用侧视图示出，并且还包括X射线管101、环状框架102、以及多列或二维排列式X射线检测器103。X射线管101和X射线检测器103被安装在横穿环状框架102上的被检体(subject) S的对角线上，环状框架102以能够绕旋转轴RA旋转的方式被支承。旋转单元107使框架102以0. 4秒/转等的高速旋转，在此期间被检体S沿轴RA向相对于图示纸面向里的方向或向外的方向移动。多层X射线CT装置还包括高压发生装置109，该高压发生装置109生成应经由滑环108施加在X射线管101上的管电压以使X射线管101生成X射线。X射线被朝向被检体S照射，被检体S的截面积用圆表示。X射线检测器103为了检测透过了被检体S的照射X射线而隔着被检体S位于X射线管101的相反侧。再次参照图1，X射线CT装置或扫描仪还包括用于处理来自X射线检测器103的检测信号的其他设备。数据收集电路或数据收集系统(DAS) 104将从X射线检测器103向各通道输出的信号转换成电压信号，对该电压信号放大，然后再将放大后的电压信号转换成数字信号。X射线检测器103和DAS104被构成为处理每转的规定投影总数(TPPR totalnumber ofpro jections per rotation),该每转的规定投影总数为最大 900TPPR、900TPPR至1800TPPR之间以及900TPPR至3600TPPR之间。上述的数据经由非接触数据传送装置105被发送给容纳在机架100的外部的控制台(console)中的前处理设备106。前处理设备106对原始数据执行灵敏度修正等特定的修正。接下来，作为特定的修正的结果而生成的数据(也称作投影数据的数据)被存储设备112在刚要进行重建处理之前的阶段存储起来。存储设备112经由数据/控制总线与重建设备114、输入设备115、显示 设备116、多标度处理设备117、以及扫描计划支援装置200 —起被连接到系统控制器110。扫描计划支援装置200包含用于支援摄像技术人员制定扫描计划的功能。重建设备114的一个实施方式还包括各种软件构成要素和硬件构成要素，对投影数据执行规定的解析重建处理。根据本实施方式，CT装置的重建设备114使用规定的滤波修正反投影(FBP)法有利地重建图像体。上述和其他实施方式以任意选择的方式包含在被所附的权利要求书更详细地记载的范围内。根据本实施方式的另一方式，CT装置的重建设备114使用迭代重建法有利地将全变动(TV)最小化。一般而言，本实施方式的一个实施方式的重建设备114实施全变动迭代重建(TVIR)算法。TVIR算法对投影数据执行有序子集同时代数的重建法(OS - SART)步骤等的同时代数的重建法和TV最小化步骤等的调整。在一个实施方式中，这两个步骤在重复次数被事先设定好的主循环中被连续地实施。投影数据在TV最小化步骤之前被供应给有序子集同时代数的重建法(OS -SART)。投影数据被群化成规定数目的子集N，每个子集N分别具有特定数目的视点。在一个实施方式中，在有序子集同时代数的重建法(OS - SART)的实施过程中，各子集可以被连续地处理。在另一实施方式中，也可以利用如多个中央处理装置(CPU)或一个图像处理装置(GPU)等那样的特定微处理器并行地处理多个子集。在全变动(TV)最小化步骤中，在重建设备114的一个实施方式中，为了搜索正的步长(step size)以使当前的图像体的目的函数比之前的图像体的目的函数小，使用线性搜索方式(line search strategy)。重建设备114还在有序子集同时代数的重建法(OS - SART)的实施过程中执行两个主要的动作。即，重建设备114针对各子集N，为了生成计算上的投影数据而将图像体再投影，为了重建更新图像体而将实测的投影数据和计算上的投影数据的被归一化后的差分反投影。更具体而言，在重建设备114的一个实施方式中，通过使用系统矩阵的系数不被缓存的射线跟踪法对图像体进行再投影。另外，在重建设备114的一个实施方式中，对子集内的所有射线同时进行再投影，该处理以任意选择的方式被并行地实施。在反投影中，在重建设备114的一个实施方式中，出于生成期望的更新图像体的目的，为了对子集内的所有被归一化的差分投影数据进行反投影，使用像素驱动(pixel-driven)法。为了生成图像体，重建设备114对子集内的所 有射线总和(S卩，差分投影数据)进行反投影，因此该动作也以任意选择的方式被并行地实施。为了完成一整个OS - SART步骤，上述的动作被应用于所有子集N。此外，AWAD以任意选择的方式被组合。本实施方式除上述的构成要素以外，还包括用于执行条状伪影减小的各种其他的软件模块和硬件构成要素。根据本实施方式，CT装置的条状伪影减小设备117在特定状况下有利地执行用于大幅减小条状伪影的条状伪影减小功能。即，规定的CBW函数等加权函数一般比在螺旋状的线源轨道上收集的特定锥束数据的检测器的尺寸小。因此，CBW加权的误差作为条状伪影出现。对于该问题，参照本申请的其他图再进行说明。根据本实施方式的另一方式，在条状伪影减小设备117的一个实施方式中，为了追加假想列(hypothetical row)的数据值而对实测数据进行上采样，由此来实现期望的效果。本申请中使用的用语“上采样”在本技术领域中是公知的，并且包含用于追加来自实测数据的追加数据的插补。换言之，在实施方式中，为了提高采样密度水平，基于以数值方式被追加(numerically added)的数据点对实测数据进行上采样。为了追加上采样数据，条状伪影减小设备117还决定该上采样效果的程度。例如，条状伪影减小设备117决定被进行上采样的视点数及对用于追加若干追加数据点的上采样的宽度进行限定的要素。在本实施方式中，条状伪影减小设备117经由数据/控制总线以可动作的方式与其他的软件模块和/或如存储设备112、重建设备114、显示设备116及输入设备115等这样的系统构成要素连接。在该方面，在本实施方式的其他的形式中，条状伪影减小设备117在单独的情况下不一定必须执行条状伪影功能和/或与其相关的任务。而且，在本实施方式的替代实施方式中，条状伪影减小设备117以任意选择的方式是重建设备114等其他的设备的一部分。图2是示出通过本实施方式大幅减小条状伪影的理由的一个形式的图。该图示出了心脏等细小对象O相对于位于规定的螺旋状轨道上的线源S而位于相对位置的示例的状况。该示例的状况还示出了线源位置S位于对象O的图像切片IS的附近的情况。图像面投影在单个检测器列、即区段SegO的极小的一部分上。摄像视野(FOV)将对象O的图像I投影在单一区段segO上，但在规定的反投影(BPJ)法中，需要进行包含中央的区段segO以及与其邻接的区段seg + I和seg — I的总计三个BPJ区段的重建。在示例的状况中，规定的锥束加权(CBW)函数等的冗长加权在所邻接的区段seg + I和seg — I中不稳定。一般而言，不稳定性是由CBW函数的明显的非线性引起的。
接下来，参照图3 (a)、图3 (b)、图3 (C)，这些图示出了多层X射线CT装置的一个实施方式中区段和某一加权函数的关系。图3 (a)是曲线图，其中，y轴表示区段，X轴表示通道或像素。图3 (b )是曲线图,其中，y轴表示规定的CBW函数的权重，X轴表示区段。如图3 (b)所示，在区段值介于79. 6至79. 66之间时，CBW值相对于沿着规定通道(ch=I)的线轮廓(line profile)大幅变化。同样地，图3 ( c )是曲线图,其中，y轴表示规定的CBW函数的权重，X轴表示区段。如图3 (c)所示，在区段值介于79. 6至79. 66之间时，CBW值相对于沿着规定通道(ch = 448)的线轮廓大幅变化。由于CBW函数相对于小范围的区段展示出明显的非线性，因此CBW函数如图3 (a)所示那样不能对所有图像像素值正确地附加权重。图4是示出用于通过本实施方式大幅减小条状伪影的特定概念性解决方案的图。如参照图2已说明的，示例的状况包括相对于规定的螺旋状轨道上的线源S而位于相对位置的心脏等细小对象O。该示例的状况还示出了线源位置S位于对象O的图像切片IS的附近的情况。图像面投影在单个检测器列、即区段segO的极小一部分上。摄像视野(FOV)将对象O的图像I投影在单个区段segO上，但在规定的反投影(BPJ)法中，需要进行包含中央的区段segO以及与其邻接的区段seg + I和seg — I的总计三个BPJ区段的重建。在示例的状况中，规定的锥束加权(CBW)函数的使用等的冗长加权在所邻接的区段seg+I和seg— I中不稳定。一般而言，不稳定性是由CBW函数的明显的非线性引起的。因此，CBW加权的误差作为条状伪影出现。再次参照图4，在本实施方式中，用于大幅减小条状伪影的一个示例性的解决方案伴随有上采样。在本实施方式中，上采样以任意选择的方式应用在上述的图像的Z位置的附近。即，上采样动作所新生成的数据点仅被追加到位于区段segO的图像I的周围附近处的点seg + I’和seg -1’的附近。FOV在重建中仍然需要三个区段，但CBW等规定函数产生的权重由于通过追加而上采样到的数据点，被针对所有区段充分地定义。对于上采样动作的详细情况，参照本申请的以下的流程图和其他图进一步说明。
图5A是示出本实施方式中与条状伪影减小处理有关的总体步骤的流程图。在大幅减小条状伪影的示例的处理中，假定实测数据是使用特定的锥束角通过规定的螺旋状的数据收集方法收集到的。在步骤SlOO中，在通过本实施方式大幅减小条状伪影的示例的处理中，对实测数据进行上采样。上采样步骤SlOO中，以任意选择的方式决定对哪个视点进行上采样。而且，在上采样步骤SlOO中，还以任意选择的方式决定应该以什么程度进行上采样。即，在一个例子中，在任意选择的上采样步骤Sioo中，决定应该从现有的实测数据插补的追加数据的数量。在一个实施方式中，“Ufactor”等参数的值决定插补特性。上采样步骤SlOO以进行本实施方式的大幅的条状伪影减小为目的，而不限于用于决定上述的动作参数值的任何特定的手法、公式或方法。上采样步骤SlOO作出与本实施方式的条状伪影减小处理的最佳化有关的追加的决定。例如，视点数是与不具有本实施方式的示例的条状减小处理实现提高了特定水平的画质所不需要的大量数据那样的最佳化有关的视点数。在一个实施方式中，视点数基于实测数据的一系列的规定基准或特性而被决定。根据上采样步骤Sioo的一个方式，相对于实测数据集合整体固定地决定应该被进行上采样的视点数。或者，上述的视点数以任意选择的方式根据实测数据的特定的规定基准或特性以自适应的形式被决定。上采样步骤Sioo以进行本实施方式的大幅的条状伪影减小为目的，而不限于用于决定上述的动作方法的任何特定的手法、公式或方法。本实施方式中的上采样步骤SlOO使用上述的动作参数，基于最初实际测量到的数据来实际地生成追加数据。生成追加数据的示例的一个方法是在上采样中公知的三线性插补(trilinear interpolation)。上采样步骤SlOO以进行本实施方式的大幅的条状伪影减小为目的，而不限于用于基于最初实际测量到的数据来追加或插补数据值的任何特定的手法、公式或方法。
在上采样步骤SlOO之后，接下来，步骤110根据CBW等规定的加权函数，来决定在该时间点能够使用的数据相对应的冗长权重，在该时间点能够使用的数据包含作为上述的上采样动作的结果而获得的实测螺旋锥束数据以及插补数据。对于该权重，在本实施方式的一个示例性处理中，对重建之前的全部投影数据决定该权重。当以任意选择的方式决定了权重时，为了生成被加权后的投影数据，通过应用权重对在该时间点能够使用的数据附加权重。在本实施方式的另一示例性处理中，当重建图像时，权重以任意选择的方式被决定。最后，接下来，在步骤S120中，基于之前决定的数据来重建图像。在步骤S120的一个示例性重建步骤中，基于来自步骤SllO的加权后的投影数据来重建图像。在步骤S120的另一示例性重建步骤中，基于在该时间点能够使用的数据以及从步骤SllO得到的相应的权重来重建图像。因此，重建图像包括被大幅减小的量的条状伪影。而且，本实施方式的条状伪影减小处理以进行本实施方式的大幅的条状伪影减小为目的，而不限于用于重建图像的任何特定的技术技法、公式、顺序或方法。图5B是示出用于在本实施方式用于通过条状伪影减小处理中进行上采样的任意选择的选定步骤的流程图。步骤S102在上述的上采样步骤SlOO中被执行。在自适应上采样选定步骤S102中，以任意选择的方式决定是否以规定的自适应的形式执行上采样动作。在一个实施方式中，使特定的参数相对于上采样动作自适应地改变或固定。例如，作为参数，存在应该被进行上采样的视点数以及用于追加新数据点的插补宽度(Widthofinterpolation)。在本申请中，插补宽度也称作uFactor。在步骤S102中决定为不以自适应的形式执行上采样动作的情况下，在一个示例性的固定上采样步骤S106中使用固定参数值对实测数据集合整体执行上采样动作。使用相同的例子，与应该被进行上采样的当前的视点的位置无关地将Ufactor设定为单一的值。再次参照图5B，在步骤S102中决定为以自适应的形式执行上采样动作的情况下，在一个示例性的自适应上采样步骤S104中使用可变参数值对实测数据集合执行上采样动作。使用相同的例子，在一个示例性的自适应上采样步骤S104中根据下式将视点数自适应地决定为uView。
权利要求
1.一种X射线计算机断层摄像装置，其特征在于，包括 摄像单元，通过使用X射线管和检测器执行螺旋扫描来取得实测数据，所述X射线管照射锥形的X射线，所述检测器在列方向上排列有多列由多个检测元件构成的检测元件列； 上采样单元，在所述列方向上对所述实测数据进行上采样，以便使用在规定的检测元件列附近处的被减小的采样间隔来获得插补数据； 决定单元，基于规定的锥束加权函数，决定与所述实测数据和所述插补数据各自有关的权重系数；以及 重建单元，通过执行使用了所述权重系数、所述实测数据、所述插补数据的图像重建，来生成条状伪影被减小的重建图像。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 所述重建单元对在所述螺旋扫描中的一转至两转之间取得的所述实测数据，使用所述权重系数执行所述重建。
3.根据权利要求1或2所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 所述上采样单元使用固定上采样要素来生成所述插补数据。
4.根据权利要求1或2所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 所述上采样单元使用自适应上采样要素来生成所述插补数据。
5.根据权利要求4所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 基于视点位置来决定所述自适应上采样要素。
6.根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 所述重建单元使应该被处理的区段数实质上固定而执行所述重建。
7.根据权利要求5所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 在将所述自适应上采样要素设为U的情况下，根据下述公式来决定所述U，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 对固定数目的视点执行所述上采样。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 对自适应数目的视点执行所述上采样。
10.根据权利要求9所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 在将所述自适应数目的视点设为Uview的情况下,根据下述公式来决定所述Uview,
11.根据权利要求1至11中任一项所述的X射线计算机断层摄像装置，其特征在于， 在将所述规定的锥束加权函数设为Wraw的情况下，所述Wcbw是由下述公式决定的非线性函数，
12.—种X射线计算机断层摄像装置的动作方法，其特征在于，包括 通过使用X射线管和检测器执行螺旋扫描来取得实测数据，所述X射线管照射锥形的X射线，所述检测器在列方向上排列有多列由多个检测元件构成的检测元件列； 通过上采样单元，在所述列方向上对所述实测数据进行上采样，以便使用规定的检测元件列附近处的被减小的采样间隔来获得插补数据； 通过决定单元，基于规定的锥束加权函数，决定与所述实测数据和所述插补数据各自有关的权重系数；以及 通过重建单元，执行使用了所述权重系数、所述实测数据、所述插补数据的图像重建，由此生成条状伪影被减小的重建图像。
全文摘要
本发明提供一种实现新的条状伪影减小方法的X射线计算机断层摄像装置和X射线计算机断层摄像装置的动作方法。X射线计算机断层摄像装置通过使用照射锥形的Ｘ射线的Ｘ射线管和在列方向上配置有多列由多个检测元件构成的检测元件列的检测器执行螺旋扫描，取得实测数据，在列方向上对实测数据进行上采样以便使用规定的检测元件列附近处的被减小的采样间隔来获得插补数据，基于规定的锥束加权函数来决定与实测数据和插补数据各自有关的权重系数，通过执行使用了权重系数、实测数据、插补数据的图像重建来生成条状伪影被减小的重建图像。
文档编号A61B6/03GK103054599SQ20121039748
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者A·扎米亚京, T·拉博 申请人:株式会社东芝, 东芝医疗系统株式会社