圖像重構方法和x射線ct裝置的製作方法

2023-10-05 01:46:19

專利名稱：：圖像重構方法和x射線ct裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種圖像重構方法和X射線CT(ComputedTomography)(計算機斷層攝影)裝置，特別涉及一種基於X射線CT裝置收集的投影數據(projectiondata)通過卷積反向投影(convolutedbackprojection)方法來重構圖像的方法，以及進行這種圖像重構的X射線CT裝置。
背景技術：
：在X射線CT裝置中，基於通過掃描(scan)對象得到的投影數據來進行圖像重構。在圖像重構中使用卷積反向投影法。在傅立葉空間利用濾波(filtering)來進行相當於卷積運算的情況下，也將卷積反向投影法稱為濾波反向投影(filteredbackprojection)法。如果降低X射線的強度以減少對象的X射線照射量，投影數據的SNR(signal-to-noiseratio)降低，而重構圖像中的噪聲(noise)增加。為了去除噪聲提高畫質，對重構圖像進行低通濾波(low-passfiltering)。
發明內容對重構圖像的低通濾波，對於除去噪聲是有效的但是由於降低了圖像的空間解析度，所以具有難於看出細微構造的缺點。因此，本發明的目的是實現重構噪聲少的圖像的方法，以及進行這種圖像重構的X射線CT裝置。(1)為解決上述問題的一個觀點的本發明是圖像重構方法，其基於投影數據通過卷積反向投影法重構圖像，該投影數據是通過X射線CT裝置利用X射線掃描對象收集的，其特徵在於對投影數據卷積，求出卷積的投影數據；從所述卷積投影數據中提取高通分量；從所述高通分量中提取邊緣信息；從所述高通分量中除去邊緣信息，求出噪聲；從所述投影數據中除去所述噪聲，求出修正的投影數據；對所述修正的投影數據進行反向投影。(2)為解決上述問題的其他觀點的本發明是X射線CT裝置，其具有收集部件，其通過利用X射線掃描對象收集投影數據；重構部件，其基於所述投影數據通過卷積反向投影法重構圖像，其特徵在於所述重構部件包括對投影數據卷積，求出卷積的投影數據的部件；從所述卷積投影數據中提取高通分量的部件；從所述高通分量中提取邊緣信息的部件；從所述高通分量中除去邊緣信息，求出噪聲的部件；從所述投影數據中除去所述噪聲，求出修正的投影數據的部件；對所述修正的投影數據進行反向投影的部件。所述卷積通過在傅立葉空間中進行濾波來進行的，其好處在於可高速運算。所述高通分量的提取，是通過低通濾波所述卷積的投影數據，提取低通分量，從所述卷積的投影數據中除去低通分量來進行的，其好處是準確地提取高通分量。所述邊緣信息的提取是通過邊緣檢測運算進行的，其好處在於準確地進行邊緣信息的提取。在上述各觀點的發明中，由於對投影數據卷積，求出卷積的投影數據，從卷積投影數據中提取高通分量，從高通分量中提取邊緣信息，從高通分量中除去邊緣信息，求出噪聲，從投影數據中除去所述噪聲，求出修正的投影數據，對所述修正的投影數據進行反向投影，所以，能夠實現重構噪聲少的圖像的方法，以及進行這種圖像重構的X射線CT裝置。圖1是X射線CT裝置的方框圖。圖2是表示X射線檢測器的構成圖。圖3是表示X射線照射、檢測裝置的構成圖。圖4是表示X射線照射、檢測裝置和對象的關係的圖。圖5是表示X射線CT裝置的操作的流程圖。圖6是圖像重構的流程圖。圖7是表示卷積投影數據的收集的示意圖。具體實施例方式下面，參照用於實施本發明的最佳實施例。而且，本發明不限於用於實施發明的最佳實施形式。圖1是表示X射線CT裝置的方框圖。該裝置是用於實施本發明的最佳方式的一個例子。示出通過該裝置的構成，來實現關於X射線CT裝置的本發明的最佳形式的一個例子。示出通過該裝置的操作，來實施關於圖像重構方法的本發明的最佳形式的一個例子。如圖1所示，該裝置具有掃描臺架(gantry)2、攝影臺(table)4和操作控制臺(console)6。掃描臺架2具有X射線管20。從X射線管20發射的未圖示的X射線通過準直儀(collimator)22成形(準直collimation)為圓錐(cone)形的X射線光束即錐面光束(conebeam)X射線，照射到X射線檢測器24上。X射線檢測器24具有與X射線光束的寬度相匹配的排列成矩陣(array)形的多個檢測元件。在後面另行說明X射線檢測器24的構成。在X射線管20和X射線檢測器24之間的空間中，攝影對象被裝載在攝影臺4上載入。X射線管20、準直儀22和X射線檢測器24構成X射線照射、檢測裝置。在後面另行說明X射線照射、檢測裝置。數據收集部26連接在X射線檢測器24上。數據收集部26收集每個X射線檢測器24的檢測元件的檢測信號作為數位訊號(digitaldata)。檢測元件的檢測信號成為表示利用X射線對對象進行投影的信號。下面，將其稱為投影數據或者簡稱為數據。從X射線管20照射X射線通過X射線控制器(controller)28控制。而且，省略了對X射線管20和X射線控制器28之間連接關係的圖示。準直儀22通過準直儀控制器30控制。而且，省略了準直儀22和準直儀控制器30之間連接關係的圖示。以上從X射線管20到準直儀控制器30的部件被裝載在掃描臺架2的旋轉部34上。旋轉部34的旋轉通過旋轉控制器36控制。而且，省略了對旋轉部34和旋轉部控制器36之間的連接關係的圖示。操作控制臺6具有數據處理裝置60。數據處理裝置60由例如計算機(computer)等構成。控制接口(interface)62被連接到數據處理裝置60上。掃描臺架2和攝影臺4被連接到控制接口62上。數據處理裝置60通過控制接口62控制掃描臺架2和攝影臺4。掃描臺架2內的數據收集部26、X射線控制器28、準直儀控制器30和旋轉控制器36通過控制接口62來控制。而且，省略了這些部件和控制接口62之間的分別連接的圖示。數據收集緩衝器64被連接到數據處理裝置60上。掃描臺2的數據收集部26被連接到數據收集緩衝器64上。利用數據收集部26收集的數據通過數據收集緩衝器64輸入到數據處理裝置60中。存儲裝置66被連接到數據處理裝置60上。通過數據收集緩衝器64和控制接口62分別輸入到數據處理裝置60中的投影數據被存儲到存儲裝置66中。此外數據處理裝置60使用的程序(program)被存儲在存儲裝置66中。通過數據處理裝置60執行該程序，執行該裝置的操作。數據處理裝置60使用通過數據收集緩衝器64收集到存儲裝置66中的投影數據來進行圖像重構。在圖像重構中使用例如濾波反向投影(filteredbackprojection)法。在後面另行詳細描述圖像重構。顯示裝置68和操作裝置70連接到數據處理裝置60上。顯示裝置68由圖形顯示器(graphicdisplay)等構成。操作裝置70由具有定點設備(pointingdevice)的鍵盤(keyboard)等構成。顯示裝置68顯示從數據處理裝置60輸出的重構圖像或者其它信息。操作裝置70由使用者操作，將各種指示或者信息等輸入到數據處理裝置60中。使用者使用顯示裝置68和操作裝置70交互地(interactive)操作該裝置。圖2表示X射線檢測器24的模式結構。如圖2所示，X射線檢測器24是將多個X射線檢測元件24(ik)排列成2維陣列的多通道(channel)的X射線檢測器。多個X射線檢測元件24(ik)整體形成彎曲或圓筒凹面形的X射線感光面。i是通道編號，例如i＝1，2，…，1000。k是列編號，例如k＝1，2，…，32。X射線檢測元件24(ik)中列編號k相同的元件分別構成檢測元件列。而且，X射線檢測器24的檢測元件列不限於32列，也可以是適當的多個或者單個。X射線檢測元件24(ik)由組合閃爍器(scintillato)和光電二極體(photodiode)構成的。而且，不限於此，也可以是例如利用鎘碲(CdTe)等的半導體X射線檢測元件，或者是利用氙(Xe)氣體的電離裝置型X射線檢測元件。圖3表示X射線照射、檢測裝置中X射線管20和準直儀22和X射線檢測器24的相互關係。而且，圖3的(a)表示從掃描臺架2的正面看的狀態，(b)表示從側面看的狀態。如同一個圖所示，從X射線管20發射的X射線通過準直儀22成形為圓錐形的X射線束400後照射到X射線檢測器24上。在圖3(a)中表示圓錐形的X射線束400的一個方向的擴展。下面將該方向稱為寬度方向。X射線束400的寬度方向與X射線檢測器24的通道的排列方向相一致。(b)表示X射線束400的其它方向的擴展。下面，將該方向稱為X射線束400的厚度方向。X射線束400的厚度方向與X射線檢測器24的多個檢測元件列的布設方向相一致。X射線束400的2個擴展方向相互垂直。使身體軸線與這種X射線束400交叉，例如如圖4所示，將裝載在攝影臺4上的對象8載入到X射線照射空間中。掃描臺架2形成為在內部包含X射線照射、檢測裝置的筒狀的構造。X射線照射空間在掃描臺架2的筒狀構造的內部空間中形成。通過X射線束400切片的對象8的圖像投影到X射線檢測器24上。利用X射線檢測器24，透過對象8的X射線在每個檢測器列上檢測出來。照射到對象8上的X射線束400的厚度th通過準直儀22的孔徑的張開程度來調節。與X射線照射、檢測裝置的旋轉並行，通過如箭頭42所示那樣將攝影臺4沿對象8的身體軸線方向連續地移動，X射線照射、檢測裝置相對於對象8沿著包圍對象8的螺旋狀軌道旋轉。這樣進行所謂的螺旋掃描(helicalscan)。在停止攝影臺4的狀態，如果旋轉X射線照射、檢測裝置，就進行軸向掃描(axialscan)。將掃描的旋轉軸的方向設為z方向，將連接旋轉中心和X射線管20的方向設為y方向，將與z方向和y方向垂直的方向設為x方向。這樣形成旋轉坐標系xyz。每掃描一圈可收集到多個(例如1000個左右)的圖象(view)的投影數據。投影數據的收集通過X射線檢測器24、數據收集部26、數據收集緩衝器64一系列來進行。說明該裝置的操作。圖5表示該裝置的操作流程(flow)圖。如該圖所示，在步驟(stage)501進行攝影條件的設定。攝影條件的設定由使用者通過操作裝置70來進行。這樣，設定攝影部位、管電壓、管電流、切片厚度等各種掃描參數(scanparameter)。接下來在步驟503進行掃描。根據在步驟501設定的攝影條件，通過掃描臺架2和攝影臺4進行掃描。這樣，來收集對象8的投影數據。掃描臺架2和攝影臺4是本發明的收集裝置的一個例子。然後，在步驟507重構圖像。圖像重構由數據處理裝置60進行。數據處理裝置60是本發明的重構裝置的一個例子。數據處理裝置60基於利用掃描收集的投影數據，如後面所述，利用濾波反向投影法重構圖像。重構的圖像在步驟507被顯示和存儲。圖像的顯示通過顯示裝置60來進行。圖像的存儲通過存儲裝置66來進行。下面說明圖像的重構，圖6表示通過數據處理裝置60的圖像重構的流程圖。如該圖所示，在步驟601，進行對投影數據的濾波。濾波是在傅立葉空間中的濾波，相當於卷積。投影數據從存儲裝置66中讀取。這樣，得到卷積投影數據(convolutedprojectiondata)。如圖7所示，卷積投影數據成為在圖象、通道空間中的2維數據CPij。卷積投影數據存儲在存儲裝置66中。在步驟601進行濾波的數據處理裝置60是求出卷積投影數據的裝置的一個例子。接下來，在步驟603進行對卷積投影數據的低通濾波。低通濾波通過下面的公式來進行。LCPij=l=-bbk=-aaLFklCPi+k,j+l---(1)]]>這裡，LFkl是2維濾波係數。這樣，得到卷積的投影數據的低通分量(low-passcomponent)LCPij。LCPij存儲在存儲裝置66中。然後，在步驟605，將低通分量從卷積投影數據中減去(subtraction)。減法通過下面的公式來進行。HCPij＝CPij-LCPij(2)這樣，得到卷積投影數據的高通分量(high-passcomponent)HCPij。HCPij存儲在存儲裝置66中。通過在步驟603和步驟605的處理，從卷積投影數據中提取高通分量。進行步驟603和605的處理的數據處理裝置60是提取高通分量的裝置的一個例子。高通分量HCPij以噪聲為主體，也含有表示邊緣的信息。因而，接下來，在步驟607進行邊緣的檢測。邊緣檢測通過下面的公式來進行。Elij＝f(HCPkl)wherefisanedgedetectionfunctionk∈{-c，-c+1，…，0，…，c-1，c}l∈{-d，-d+1，…，0，…，d-1，d}(3)這樣，提取邊緣信息Elij。Elij存儲在存儲裝置66中。對邊緣信息Elij還進行如下面公式的處理的好處在於提高了邊緣信息的可靠性。在步驟607進行邊緣檢測的數據處理裝置60是提取邊緣信息的裝置的一個例子。然後，在步驟609從高通分量中減去邊緣信息。減法通過下面的公式來進行。Noiseij＝HCPij-Elij′(5)這樣求出噪聲。在步驟609求出噪聲的數據處理裝置60是求出噪聲的裝置的一個例子。噪聲存儲在存儲裝置66中。接下來，在步驟611，從卷積投影數據中減去噪聲。減法通過下面的公式來進行。nrCPij＝CPij-Noiseij(6)這樣求出修正投影數據(amendedprojectiondata)。修正投影數據存儲在存儲裝置66中。在步驟611求出修正投影數據的數據處理裝置60是求出修正投影數據裝置的一個例子。然後，在步驟613使用修正投影數據進行反向投影。在步驟613進行反向投影的數據處理裝置60是反向投影裝置的一個例子。通過反向投影得到重構圖像。重構圖像存儲在存儲裝置66中。由於修正投影數據成為除去噪聲的投影數據，所以重構圖像不含有噪聲。由於除去噪聲不是象現有技術那樣對重構圖像低通濾波，而是對卷積投影數據，區別噪聲和邊緣信息，除去噪聲，所以，能夠僅除去噪聲而不損害重構圖像的空間解析度。權利要求1.一種圖像重構方法，基於投影數據通過卷積反向投影法重構圖像，該投影數據是通過X射線CT裝置利用X射線掃描對象收集的，其特徵在於對投影數據卷積，求出卷積投影數據；從所述卷積投影數據中提取高通分量；從所述高通分量中提取邊緣信息；從所述高通分量中除去所述邊緣信息，求出噪聲；從所述投影數據中除去所述噪聲，求出修正投影數據；對所述修正投影數據進行反向投影。2.根據權利要求1所述的圖像重構方法，其特徵在於所述卷積是通過在傅立葉空間的濾波進行的。3.根據權利要求1或2所述的圖像重構方法，其特徵在於所述高通分量的提取是通過下述來進行的對所述卷積投影數據低通濾波，提取低通分量；從所述卷積投影數據中除去該低通分量。4.根據權利要求1至3中任一項所述的圖像重構方法，其特徵在於所述邊緣信息的提取是通過邊緣檢測運算來進行。5.一種X射線CT裝置，具有收集部件，通過利用X射線掃描對象收集投影數據；重構部件，基於所述投影數據通過卷積反向投影法重構圖像，其特徵在於所述重構部件包括對投影數據卷積，求出卷積投影數據的部件；從所述卷積投影數據中提取高通分量的部件；從所述高通分量中提取邊緣信息的部件；從所述高通分量中除去所述邊緣信息，求出噪聲的部件；從所述投影數據中除去所述噪聲，求出修正投影數據的部件；對所述修正投影數據進行反向投影的部件。6.根據權利要求5所述的X射線CT裝置，其特徵在於所述卷積是通過在傅立葉空間的濾波進行的。7.根據權利要求5或6所述的X射線CT裝置，其特徵在於所述高通分量的提取是通過下述來進行的對所述卷積投影數據低通濾波，提取低通分量；從所述卷積投影數據中除去該低通分量。8.根據權利要求5至7中任一項所述的X射線CT裝置，其特徵在於所述邊緣信息的提取通過邊緣檢測運算來進行。全文摘要實現一種重構噪聲少的圖像的方法，以及進行這種圖像重構的X射線CT裝置。解決方法是，對投影數據卷積，求出卷積投影數據(601)；從卷積投影數據中提取高通分量(603，605)；從高通分量中提取邊緣信息(607)；從高通分量中除去邊緣信息，求出噪聲(609)；從投影數據中除去所述噪聲，求出修正投影數據(611)；對修正投影數據進行反向投影(613)。文檔編號G06T11/00GK1614636SQ20031012036公開日2005年5月11日申請日期2003年11月6日優先權日2003年11月6日發明者丁瑋,魏濤,晏雄偉,王學禮申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司