X-射線斷層攝影設備和偽影減少方法
2023-09-23 07:27:20 1
專利名稱：：X-射線斷層攝影設備和偽影減少方法
技術領域：
：本發明涉及一種x-射線斷層攝影設備及其偽影減少方法，所述攝影設備在X-射線CT(計算機斷層攝影)設備等上顯示具有較少偽影影響的斷層攝影圖像，所述偽影為諸如錐形束偽影、風車偽影等.
背景技術：
：在多層X-射線計算機斷層攝影(X-射線CT)設備中，層數現在增加到64或256.已經知曉各種錐形束圖像重建算法，使用X-射線CT設備的螺旋掃描.然而，錐形束圖像重建算法中普遍的一個問題是對象體軸方向(也稱作z方向或層方向)上的採樣間隔不足.這些算法違反Nyquist定理並且由於高頻成分而在每個重建閨像中引起旋轉風車形的偽影.即，當探測器的解析度對於結構不夠的並且使得螺距在螺旋掃描中較大時，不能理想地執行插值計算並且因而在閨像上發生風車形的偽影.為了減少這種風車形偽影，在z方向上執行多點插值以減少目標信號的波動寬度，由此將風車形偽影投射成陰影.在日本未審專利公開號No.2003-325502，例如，在執行重建函數巻積處理之後，在z方向上執行插值處理由此嘗試減少風車形偽影.
發明內容然而，在z方向上執行多點插值以減少偽影的方法中，即使對其中未顯現偽影的圖像區域也實施插值，因而導致Z方向上解析度下降，由此不能通過解析度的進一步增加而獲得清楚的斷層攝影困像.因而，本發明目的在於提供一種X-射線斷層攝影設備，其確實提取偽影而不減少Z方向上的解析度，由此以減少偽影，並且提供一種偽影減少方法.在本發明中，僅針對來自三維反投影(back-projection)斷層攝影圖像中的每一個其中顯現有偽影的圖像區域，減少偽影.對於沒有發生偽影的區域，使用三維反投影斷層攝影圖像本身，並且顯示斷層攝影圖像.因而，對於不發生偽影的圖像區域可以獲得清楚的斷層攝影圖像，而無需在Z方向上減少解析度.根據第一方面的X-射線斷層攝影設備包括掃描裝置，用於在臺架和平臺中至少一個正沿著對象的體軸方向移動的同時將X射線暴露於對象，由此生成對象的投影數據；笫一偽影確定單元，用於確定通過對投影數據進行反投影而獲得的斷層攝影閨像中包含的每個像素作為偽影；第二偽影確定單元，用於以由第一偽影確定單元確定為偽影的像素作為目標，設置確定像素區域，該確定像素區域包含目標像素以及位於目標像素周圍的區域，以及當在第一偽影確定單元處判斷為可以產生偽影的像素的每個像素存在超過預定參考值時，再確定目標像素為偽影；以及偽影減少單元，對最終判斷為偽影的每個像素實施用於減少偽影的困像處理.在根據第一方面的X一射線斷層攝影設備中，第一偽影確定單元首先確定偽影存在於斷層攝影圖像中包含的每個像素中.此外，笫二偽影確定單元在由第一偽影確定單元判斷為偽影的像素超出預定參考值或標準時，再確定該像素為偽影.因而，加倍確定斷層攝影圖像中每個像素是否為偽影.可以僅對這樣判斷為偽影發生之處的像素實現圖像處理，以減少偽影.由於像素而不是偽影不經受插值處理，體軸方向的解析度未降低.根據笫二方面的X一射線斷層攝影設備包括偽影率計算裝置，用於計算斷層攝影圖像中判斷為偽影的每個像素所佔據的比例，以及第三偽影確定單元，用於當比例大於預定閾值時再確定像素作為偽影.根據第二方面的X一射線斷層攝影設備，計算再確定作為偽影的目標像素在每幅斷層攝影困像中佔據的比率.即，存在斷層攝影固像，其中根據比例未出現偽影.因而，即使當偽影再確定存在與圖像中，也可以確定在小於整個斷層攝影的預定比例的斷層攝影困像中未發生偽影。因而，目標像素指定相應於偽影的像素，並且盡在其中顯現有偽影的指定像素上可以實現圖像處理以減少偽影.在根據第三方面的X一射線斷層攝影設備中，在反投影投影數據而獲得的多個斷層攝影困像中，笫一偽影確定單元根據體軸方向上CT值中改變量而確定偽影，體軸方向上CT值改變量通過實驗等指定.確定是否CT值改變量包含在預定範圍中，由此確定其中正顯現偽影的每個像素.在根據笫三方面的斷層攝影結構中，確定是否CT值中改變量包括在預定範圍中，由此確定其中正顯現偽影的每個像素.在根據第四方面的X—射線斷層攝影設備，在偽影減少單元處用於減少偽影的圖像處理是用加權因子乘以體軸方向上多個像素，並且增加乘法的結果並且減少相應斷層攝影圖像中每個目標像素的偽影.在笫三方面的結構中，體軸方向上多個像素區域乘以它們相應的加權因子，並且乘法結果疊加在一起，並且減少每個斷層攝影圖像的像素區域中顯現的偽影.在根據第五方面的X-射線斷層攝影設備，偽影減少單元根據笫四方面中體軸方向上多個像素區域的數量而改變加權因子.在笫三方面的結構中，根據體軸方向中多個像素區域中的數量，加權因子可以改變，相應於例如目標區域的鄰域中一個層困像情況中的3以及其鄰域中n個層困像的情況中的2n+l.在根據第六方面的X-射線斷層攝影設備，每個決定像素區域形成為四邊形或者多邊形.在第六方面的結構中，根據斷層攝影圖像顯示方法或者成像條件等，決定像素區域形狀可以是四邊形或多邊形.在根據笫七方面的X-射線斷層攝影設備，構成決定像素區域的像素數量根據每個斷層攝影閨像的放大顯示和其縮小顯示而改變.在第七方面的結構中，屏幕上偽影的尺寸或其上區域的尺寸通過斷層攝影圖像的放大顯示和縮小顯示而改變.根據其改變決定像素區域的尺寸使得可以更精確地指定相應於偽影的每個像素.在根據第八方面的X-射線斷層攝影設備，可以使得第一偽影決定單元處的參考值可改變.根據對象的成像條件或成像區域，偽影顯現方式不同。如果，例如，採用幾乎偽影不出現的區域，那麼不發生任何問趙，即使第一閾值放鬆到90X至85、因而，如果考慮到出現在斷層攝影圖像中的偽影和體軸方向上的解析度可以使得第一偽影確定單元的參考值可變化，那麼可以獲得操作者期望的斷層攝影圖像.在根據第九方面的X-射線斷層攝影設備，可以使得第二偽影確定單元的參考值可變化.在笫九方面，根據對象的成像條件或圖像區域等，偽影出現方式可以不同.存儲相應於偽影的每個像素並且將其儘可能投影成陰影.一方面，優選地在每個正常像素上不實施插值處理.因而，如果考慮到出現在斷層攝影困像中的偽影和體軸方向上解析度，使得笫二偽影確定單元的參考值可變化，那麼可以獲得搮作者期望的斷層攝影圖像。根據本發明的x-射線斷層攝影設備和偽影減少方法，可以可靠地指定其中顯現偽影的每個像素，因為核實其中顯現偽影的像素.僅對來自三維反投影斷層攝影圖像的每個其中顯現有偽影的像素，減少偽影。可以顯示這樣的斷層攝影圖像，其中對於不發生偽影的區域，使用三維反投影斷層攝影圖像本身.圖1是示出根據本實施例的X-射線CT設備10的結構的結構圖.圖2是示出表示X-射線管10和多行X-射線探測器103的幾何布置的圖.圖3是示意性示出本發明的X-射線CT設備10的斷層攝影圖像成像操作的流程圖.圖4是用於在確定反投影數據D3之前減少偽影的流程圖.圖5是示出基於反投影數據D3(x，y，z)和其像素區域而示出斷層攝影圖像的像素的概念圖.圖6是其中執行偽影減少處理之前的斷層攝影圖像D3(x,y，z)和經受偽影減少處理的斷層攝影圖像D31(x,y,z)顯示在顯示器60上範例.圖7是示出指數的函數的困，圖8(a)是示出風車偽影的圖，圖8(b)是圖8(a)的框架閨繞的區域的放大圖，而圖8(c)是示出CT值改變量的圖形，圖9U)是示出血管延伸方向突然改變的血管部分HB-B的圖，而圖9(b)是示出CT值改變量的圖.圖10(a)是示出延伸到XY平面的血管部分HB-B的圖，而圖10(b)是示出CT值改變量的圖.圖ll是用於核實其中存在偽影的目標像素的流程圖.圖12是示出經受偽影減少處理之前、對象頭部的斷層攝影圖像和重建區域P的困.圖13是示出用於在檢查偽影率之後執行偽影減少處理的流程圖的圖.圖14是在體軸方向上從對象HB的胸部到其頭部的橫截面視困和偽影率.具體實施方式圖l是示出根據本實施例的X-射線計算機斷層攝影設備(X-射線CT設備)10的結構的框困.X-射線斷層攝影設備10裝配有臺架100和平臺109，用於將對象HB插入到臺架IOO的成像區域中.平臺109在對應於對象HB的體軸方向的Z方向上移動.臺架100具有旋轉環102，並且包括用於將錐形束形式的X-射線束XR暴露到旋轉環102的X-射線管101,以及布置成與X-射線管101相對的多行X-射線探測器103.多行X-射線探測器103探測透射通過對象HB的X射線.多行X-射線探測器103包括閃爍體和光電二極體.通常稱作DAS(數據採集系統)的數據採集電路104連接到多行X—射線探測器103.對於數據採集電路104中每個通道，提供了用於將多行X-射線探測器103的每個通道的電流信號轉換成電壓的I-V轉換器、用於與X-射線輻射循環或周期同步地周期性積分電壓信號的積分器、用於放大從積分器輸出的信號的前置放大器以及用於將從前置放大器中輸出的信號轉換成數位訊號的模數轉換器.從數據採集電路104發送的數位訊號通過數據傳輸設備105發送到圖像處理器20.用於將電壓提供到X-射線的高壓發生器51提供在操作控制臺側.該高壓發生器51周期性地產生高電壓並且將高電壓通過滑環113提供到X-射線管101.操作控制臺側的掃描控制器53執行多種掃描形式，諸如軸掃描、螺旋掃描、可變螺距螺旋掃描.軸掃描是一種掃描方法，其在每次在Z-軸方向上移動平臺109預定螺距時，旋轉x-射線管IOI和多行X-射線探測器103，由此獲得或採集投影數據.螺旋掃描是一種掃描方法，用於在X-射線管101和多行X-射線探測器103正旋轉的狀態下以預定速度移動平臺109，由此以採集原始數據.可變螺距螺旋掃描是一種掃描方法，用於以相似於螺旋掃描的方式在由旋轉機構111正旋轉X-射線管101和多行X-射線探測器103的同時，改變平臺109的速度，由此以採集原始數據.掃描控制器53與高壓發生器51同步驅動旋轉機構111,並且執行對掃描(諸如由數據採集電路104周期性採集原始數據等)的控制.輸入設備55包括鍵盤或滑鼠，其從搮作者接收輸入.存儲設備59在其中存儲程序、X-射線探測器數據、投影數據和X-射線斷層攝影圖像，圖像處理器20對從數據採集電路104發送的投影數據實現預處理、圖像重建處理、後處理等.顯示器60顯示操作屏幕並且顯示經圖像重建的斷層攝影困像.圖像處理器20包括預處理器21、束硬化處理器23、三維反投影處理器24、偽影減少單元25、偽影確定器27(第一確定單元27-1、第二確定單元27-2和第三確定單元27-3)以及偽影比例計算器29.預處理器21為數據採集電路104採集的原始數據，校正通道-通道靈敏性不均勻性，並且執行諸如X-射線刑量校正的預處理，用於矯正由於X-射線強吸收體(主要是金屬部分)造成的信號強度的極度減少和信號遺漏.附帶地，本實施例中，用預處理處理的數據稱作投影數據，束硬化處理器23對投影數據的束硬化進行校正處理.束硬化是這樣一種現象，即使在相同的材料的情況下，X射線的吸收由於透射厚度而改變，由此每個CT困像上的CT值(亮度)改變.尤其，這意味著透射過對象的輻射的能量分布偏向高能量側.因而，束硬化在投影數據的切片方向以及其通道方向上進行校正.三維反投影處理器24接收由預處理器21預處理的投影數據並基於投影數據重建圖像.投影數據受到快速傅立葉變換(FFT)，用於將其轉換到頻域，並且在經受反傅立葉變換之後與重建函數Kernel(j)進行巻積.三維反投影處理器24對經受了重建函數Kernel(j)的巻積處理的投影數據執行三維反投影處理，以確定對象HB的每個體軸方向(Z方向)的斷層攝影困像(xy平面).三維反投影處理器24允許存儲設備59存儲斷層攝影圖像.偽影減少單元25在三維反投影之後從存儲設備59讀取斷層攝影圖像，並且對其執行偽影減少處理.偽影減少單元25允許存儲設備59存儲偽影減少的斷層攝影圖像，並且使得顯示器60顯示該圖像，偽影確定器27具有第一確定單元27-1、笫二確定單元27-2和第三確定單元27-3.笫一確定單元27—1根據每幅斷層攝影圖像的像素的CT值的改變量評估偽影的發生.笫二確定單元27一2使用包括像素的確定矩陣，再確定評估為顯現了偽影的相應像素.此外，第三確定單元27-3確定偽影在每幅斷層攝影困像中或者位於斷層攝影圖像中的對象HB中所佔的比例，並且核實偽影的存在.由於體軸方向上的圖像解析度隨著執行偽影減少處理而下降，所以如果偽影是可忽略的微弱偽影，則可以不執行偽影減少處理，因此，偽影確定器27具有多個確定單元.這些確定單元根據成像條件或環境等具有多個判斷標準，偽影比例計算器29計算其中顯現了偽影的像素在斷層圖像或者斷層攝影圖像中的對象HB中佔多少比例.圖2(a)和2(b)是示出X-射線管101和多行X-射線探測器103的幾何布置的困.困2(a)是示出從xy平面所觀察的X-射線管101和多行X-射線探測器103的幾何布置的圖，而困2(b)是示出從yz平面所觀察的X-射線管101和多行X-射線探測器103的幾何布置的圖.X-射線管101的陽極產生稱作錐形束的X-射線束XR.當錐形束的中心軸的方向平行y方向時，假設視角為0°.多行X-射線探測器103具有對應於z-軸方向(切片方向)上J行的X-射線探測器行，例如256行.每個X-射線探測器行具有對應於在通道方向上觀察的I個通道的X-射線探測器通道，例如1024個通道.在圖2(a)中，從X-射線管101的X-射線焦點發射的X-射線束XR的較多X-射線，通過束形成X-射線濾波器121施加到圖像重建區域P的中心，然而X-射線束XR中的較少X射線施加到困像重建區域P周圍的部分，因而，在對X-射線刑量進行空間控制之後，X射線吸收入存在於圖像重建區域P中的對象HB中，並且透射的X射線由多行X-射線探測器103採集作為原始數據，在圖2(b)中，從X-射線管101的陽極發射的X-射線束XR在斷層攝影圖像的切片厚度方向上受到X-射線準直儀123的控制，並且因而X射線吸收入存在於旋轉中心軸IC附近的對象HB中，並且穿透的X射線由多行X-射線探測器103採集作為原始數據。在X-射線已經施加到對象HB上之後，由多行X-射線探測器103採集的每個原始數據由數據採集電路104進行A/D轉換如從多行探測器103所觀察的，隨後經由數據傳輸設備105輸入到困像處理器20中.輸入到困像處理器20的原始數據由圖像處理器20根據存儲設備59的相應程序進行處理並且圖像重建成斷層攝影圖像，其隨後顯示在顯示器"上.附帶地，雖然本實施例中已經應用了多行X-射線探測器103，也可以應用由平板X-射線探測器代表的矩陣結構的二維X一射線面探測器.<用於斷層攝影成像的操作流程〉圖3是示出本發明的X-射線CT設備10的斷層攝影圖像成像操作的要點的流程圖.在步驟Sll，執行螺旋掃描，當平臺109線性移動時，圍繞對象HB旋轉X-射線管101和多行X-射線探測器103,並且從多行X-射線探測器103中採集數據，z方向位置Ztable(view)添加到以視角view、探測器行號j以及通道號i表達的原始數據D(view,j，i)(其中j-l至ROW，而i-l至CH),並且在恆速範圍中執行數據採集，在步驟S12，原始數據DO(view,j，i)受到預處理並且轉換成投影數據,執行偏移量校正、對數轉換、X-射線刑量校正和靈敏度校正，在步驟S13，對經預處理的投影數據DOl(view,j，i)實施束硬化校正，並且轉換成經過束硬化校正的投影數據Dl.步稞S13處的束硬化校正可以通過例如多項式乘法計算執行.由於這時從多行X-射線探測器103的切片方向上觀察，可以每j行執行獨立束硬化校正，因此如果X—射線管電壓根據成像條件不同，則可以校正布置在每行的探測器之間的X-射線能量特性的差別.在步驟S14,對經過束硬化校正的投影數椐D1實施用於暴露切片方向(z方向)上的濾波器的Z一濾波巻積處理，並且投影數據Dl轉換成經過濾波巻積處理的投影數據Dll,即，在每個視角和每個數據採集系統處，對多行X-射線探測器103的投影數據實施z-濾波器巻積處理。當行方向濾波器係數對於每個通道進行改變，可以根據與圖像重建中心的距離而控制切片厚度.在步驟S15，將重建函數Kernel(j)與經過濾波巻積處理的投影數據Dll進行巻積處理.即，執行用於將經濾波巻積處理的投影數據Dll轉換成頻域的快速傅立葉變換(FFT)，並且對投影數據D11重建函數Kernel(j)巻積處理，然後，執行傅立葉逆變換以將其轉換成經過重建函數巻積處理的投影數據D2(view,j,i).由於可以實施重建函數Kernel(j)和在多行X一射線探測器103的每j行互相獨立的重建函數的巻積處理，可以校正每行的噪聲特性之間和解析度特性之間的差別，在步驟S16，對經受重建函數巻積處理的投影數據D2(view,j，i)實施三維反投影處理，以確定反投影數據D3(x，y，z).將待圖像重建的圖像在例如垂直於z軸的xy平面的平面上進行三維圖像重建。假設下列重建區域P平行於xy平面.在步驟S17，偽影減少單元25基於CT值的體軸方向(z方向)上CT值改變量，從反投影數據D3(x，y，z)中檢測其中顯現偽影的每個像素.如稍後將描述的，其中顯現有偽影的像素包含在預定範圍的CT值的改變量中.因而，如果獲取預定範圍中CT值的改變量，則評估偽影存在。在步驟S18，偽影確定器27和偽影比例計算器29對評估了其中存在偽影的每個像素，執行確定處理以進一步確保其評估.在步躁S19，偽影減少單元25僅對檢測得的其中顯現有偽影的困像區域實施濾波處理.至於其中未顯現偽影的圖像區域，使用反投影數據D3(x，y，z)本身作為斷層攝影困像D31(x,y,z).因而，保持了體軸方向上的解析度，從而可以獲得更清楚的斷層攝影圖像.圖4是用於在確定反投影數據D3(x，y，z)之後執行偽影鹹少的流程圖，並且是詳細示出圖3中所示流程的步驟S17至S19的流程圖，圖5是示出基於反投影數據D3(x,y,z)的斷層攝影閨像的像素的概念圖.附帶地，通過本流程困可以減少風車偽影或錐形束偽影.在圖4(a)中，在步驟S171指定搮作者希望確認的對象HB的z位置.偽影減少單元25確定待處理的每個像素p(x，y,z).例如，如果假設平行於xy平面的512x512像素的正方形區域為圖5(a)中所示的重建區域P，那麼x的範圍從l至512，並且y的範圍也從l至512.在步驟S172,偽影減少單元25測量待處理的每個像素p(x，y,z)的從z方向觀察的CT值的改變，例如，假設重建區域P中待處理的像素p(xl，yl,zl)的鄰域中z方向上CT值的改變如下.p(xl，yl,z-1)-10HU(Hounsfield單位)p(xl，yl，z)=30HUp(xl，yl，z+l)-50HU從這中可以理解，從體軸方向上觀察，在p(xl,yl,z)鄰域最小CT值和最大CT值之間差別中，存在40HU的改變量.在此，圖5(a)示出了p(xl，yl，zl)鄰域中z-方向像素.下面將基於每個像素改變的假設，說明VT值的改變.然而，可以採用其中一個特定像素周圍的多個像素組合在一起的像素區域(XI,Yl，Z1)中平均CT值，或者可以使用最高CT值或最低CT值.由多個像素組成的像素區域移動，針對每個特定像素移動.雖然如上測量待處理的像素p(xl，yl，zl)的鄰域中一個切片的CT值的改變量，但是也可以測量其鄰域中n個切片的CT值改變量.其次，在步碟S181，偽影確定器27(笫一確定單元27-l)確定一指數(index).該指數可以由下列函數確定，在下列等式中，測量待處理的像素p(x，y，z)的鄰域中n個切片的CT值的改變，並且根據這些改變確定預期的指數.指數-f(p(x，y，z-n)，p(x,y，z-n+l)......p(x,y，z)......p(x，y，z+n))這意味著，對於其中正顯現偽影的像素，指數設置成減少偽影，然而對於其中未顯現偽影的像素，指數設置成照現在的樣子利用待處理的像素P(x，y,z),使用圖7將說明確定指數的函數，假設如前述範例中給出CT值改變為p(xl，yl，z-l)-10HU，p(xl,yl，z)-30HU以及p(xl，yl，z+l)=50HU，達到指數-l.在步驟S182,偽影確定器27(第二確定單元27-2)對其中已經評估存在偽影的每個像素執行確定處理，以進一步確保其評估.偽影確定器27確定其中存在偽影的像素(指數>0)是否數量上較大，甚至在目標像素周圍的多個像素區域處.這是因為僅一個目標像素中偽影的發生率較低.稍後將在圖8至困11中說明本第二確定單元27一2.在步驟S183,偽影比例計算器29計算已經評估偽影存在的像素(指數>0)在所有512x512個像素中佔據的比例，其中每幅斷層攝影圖像以512x512像素的正方形表示.這是因為存在這樣的可能性，即如果比例極端地低，其斷層攝影困像中將不存在偽影.偽影確定器27(第三確定單元27一3)基於偽影比例計算器29計算得的比例而確定是否正顯現偽影.稍後將參考困12至14將描述其細節.附帶地，並非必須執行步驟S183.這是因為在步驟S182基本上可以掌握其中存在偽影的每個像素.因而，如虛線所示，在完成步猓S182之後，偽影處理可以跳過步驟S183以進行到步驟S191.接下來，在步猓S191，偽影減少單元25，基於指數值對待處理的像素P(x，y，z)進行困像處理，以確定其處理之後的像素p，(x,y，z).例如，在下列等式l中表達像素p，formulaseeoriginaldocumentpage14(1)其中g(i,index)是基於指數在z方向第i個切片的加權因子.例如，如下設置待處理的像素p(xl,yl，zl)的鄰域中每個切片的加權因子.假設當指數-1時，應用於或指定給p(xl,yl,z-l)的加權因子g為g=0.33,指定給p(xl，yl,z)的加權因子g為g-O.33，並且指定給p(xl，yl,z+l)的加權因子g為g-0.33.即，其中正顯現偽影的每個像素校正成其鄰域中切片圖像被平均的像素.如果獲取n幅切片圖像，那麼可以使用值g-l/(2n+l).假設指數-O.5時，應用於或指定給p(xl，yl,z-l)的加權因子g為g-O.2，指定給p(xl，yl,z)的加權因子g為g=0.6，並且指定給p(xl，yl，z+l)的加權因子g為g=0.2.待處理的像素p(x，y,z)的影響強烈地保留在其中發生弱偽影的每個像素中，但是其像素鄰域中切片圖像也稍微地添加到其上.假設當指數-0時，應用於或指定給p(xl,yl，z-l)的加權因子g為g=0,指定給p(xl，yl,z)的加權因子g為g=l，並且指定給p(xl，yl,z+l)的加權因子g為g-O,待處理的像素p(x,y,z)設置為沒有偽影的每個像素，從而按原樣對其進行使用.附帶地，基於從實驗等中獲得的信息，可以將加權因子g(i,index)存儲在查找表等中，或者存儲作為預定函數.在步驟S192,基於偽影減少或減少處理之後的p，(x,y，z)，獲得斷層攝影圖像D31(x，y，z).然後，其顯示在顯示器60上.圖6是其中在顯示器60上顯示在執行本實施例的偽影減少處理之前的斷層攝影圖像D3(x，y，z)和經偽影減少處理的斷層攝影圖像D31(x，y,z)的例子，在斷層攝影圖像D3(x，y，z)上強烈顯示有風車偽影和錐形束偽影.然而，在右側圖中示出的斷層攝影困像D31(x，y，z)的情況中，減少了風車偽影和錐形束偽影的影響.在右側圖中示出的斷層攝影圖像D31(x，y，z)中，不具有偽影的像素區域變成與左側圖中所示的斷層攝影圖像D3(x，y，z)相同的圖像，並且保持相同的解析度.圖4(b)中所示的流程圖是未使用在圖4U)的步槺S181中描述的指數函數(參考圖7)或指數的流程圖.在圖4(b)中所示的流程圖中，在步驟S172，在為待處理的每個像素p(x,y，z)測量了z方向上觀察的CT值的改變量之後，在步碟S181確定是否CT值的改變量落入預定範閨中.例如，該預定範圍從3HU至300HU.接下來在步驟S182，確定是否即使在目標像素周圍的多個像素區域，CT值改變量落入預定範圍中.當每個斷層攝影圖像表達成512x512像素的正方形，甚至在步驟S183，計算CT值改變量落入預定範圍中的像素在所有像素中的比率或比例.在步驟S191，還基於CT值的改變量確定加權因子gv，而不然後確定指數.在步驟S191，，基於指數值對待處理的像素p(x，y，z)進行圖像處理，以在其處理之後確定像素p，(x,y，z).像素p，(x,y,z)表達在下列公式2中，例如formulaseeoriginaldocumentpage15其中gv(i，CTv)是基於CT值改變量在z方向上第i個切片的加權因子.例如，如下設置待處理的像素p(xl,yl，zl)的鄰域中每個切片的加權因子.假設當CT值改變量為40HU時，應用於或指定給p(xl,yl,z-1)的加權因子gv為gv=0.33，指定給p(xl，yl，z)的加權因子gv為gv-0.33，並且指定給p(xl,yl,z+1)的加權因子gv為gv-0.33,假設當CT值改變量為120HU時，應用於或指定給p(xl，yl，z-1)的加權因子gv為gv=0.2,指定給p(xl，yl,z)的加權因子gv為gv-O.6,並且指定給p(xl，yl，z+l)的加權因子gv為gv-O.2.假設當CT值改變量為200HU時，應用於或指定給p(xl,yl，z-1)的加權因子gv為gv=0,指定給p(xl,yl,z)的加權閎子gv為gv-l.0，並且指定給p(xl，yl,z+1)的加權因子gv為gv-O.因而，加權因子gv可以根據CT值改變量直接確定.直接確定加權因子gv的方法需要確定CT值每個改變量的大量加權因子gv.因而，根據CT值改變量將存儲在查找表等中的量增加，對加權因子gv的設置變得複雜.圖7的範例示出用於確定在圖4(a)的步驟S181或步壤S191處使用的每個指數的指數函數.圖7(a)的指數函數是這樣的函數，其中如果CT值改變重範閨是X1至X3，那麼指數線性地從0改變至1,而如果CT值改變量範閨是X3至X2，那麼指數線性地從1改變至0,假設，例如，X1是10HU,X3是90HU,而X2是170HU,當對於待處理的給定圖像，p(xl，yl,z-l)-10HU，p(xl，yl，z卜30HU，而p(xl,yl，z+l)-50HU時，CT值改變量為40HU.在這種情況下，在圖7(a)中所示的指數函數中確定指數=0.5,根據成像條件，設置XI、X2和X3從3HU至300HU至10UH至200HU,當它們是200HU或以上時，這意味著部分或區域已經從軟組織改變到骨，反之亦然.如果它們是10HU或以下，那麼這意味著軟組織在多個切片方向上連續或者骨在多個切片方向上連續.另一方面，根據3HU至300HU的CT值改變量或者10HU至200HU的CT值改變量，嚴格評估正顯現風車偽影或錐形束偽影.附帶地，偽影確定器H(第一確定單元27-1)可以根據攝影術的解析度、中切片厚度或平臺速度等適當地改變CT值改變量的設置.如果作為各種實驗的結果，體軸方向上CT值改變量的範圍是從3HU至300HU，那麼可以評估正顯現偽影.圖7(b)的指數函數是這樣的函數，其中如果CT值改變量範圍是從X1至X3，那麼指數線性地從0變至1,如果CT值改變量範圍是從X3至X4，那麼指數保持為l，並且如果CT值的改變量範圍是從X4至X2，那麼指數線性地從l變至0。假設，例如，X1是10HU，X3是40HU,X4是160HU，而X2是190HU.根據指數函數，第一確定單元27-l確定，如果CT值改變量範閨是從40HU至160HU,那麼顯現偽影.圖7(c)的指數函數是這樣的函數，其中如果CT值改變量落在X1和X3之間，那麼指數改變成從0至1的曲線形式，並且如果CT值改變量落在X3和X2之間，那麼指數改變成從l至0的曲線形式。另一方面，至於困7(d)的指數函數，如果CT值改變量落在X1和X2之間，那麼指數為1並且其它時候為0.因而，如果CT值改變量為XI或以下或者CT值改變量為X2或以上，那麼著意味著按原樣使用待處理的圖像作為斷層攝影圖像.雖然如上在圖7中示出(a)至(d)指數函數，並非必須使用一個函數.可以根據z方向上位置而改變指數函數.例如，可以在頭部區域使用指數函數(a)，在頸部區域可以使用指數函數(c)，而在腿部區域可以使用指數函數(d).甚至在困4(b)所示的流程圖的情況下，可以根據z-方向位置類似地設置加權因子gv.如果如上所述每個目標像素的CT值改變量範圍是從3HU至300HU,那麼存在將其目標像素認作偽影的高度可能性，然而，當其中存在在血管延伸的方向和造影刑對比下不充分的血管部分和充分的血管部分時，由於其他成像條件中的區域改變，目標像素的CT值改變量落入預定範圍中.因而，使用偽影確定器27(第二確定單元27-2)確定是否目標像素為偽影.圖8至10示出了核實是否每個目標像素對應於偽影的困，使用包括位於第n頁斷層攝影困像的目標像素(x,y)周圍的像素的確定矩陣MA-S或確定矩陣MA—T.圖8(a)是示出風車偽影的圖，圖8(b)是以放大形式示出被圖8(a)的框架b包圍的區域，而圖8(c)是示出第n-1、n和n+l頁斷層攝影圖像的每一頁中的兩個像素的CT值改變量的圖.如圖8(a)中所示，風車偽影是由白色和黑色像素構成的羽狀圖像，在圖8(b)中，確定矩陣MA-S的大小或尺寸由7x7-49個像素組成，當確定矩陣MA-S的中心目標像素p(x，y)是白色像素，CT值改變量在的預定範圍中，如圖8(c)所示。另一方面，確定矩陣MA-S中每個外周像素(x+i，y+j)的CT值改變量落入預定範閨中。即，大多數像素的CT值改變量落入預定範圍中，即，3HU至300HU.在圖7的每個指數中，像素為指數-1。在這種情況下，笫二確定單元27-2確定，當確定矩陣MA-S中每個像素為笫一閾值SU或以上並且CT值改變量落入預定範圍中時，目標像素p(x，y)為偽影.例如，偽影確定器27設置第一閾值例如為45個像素或以上，即，確定矩陣MA-S中49個像素的90X或以上.附帶地，考慮到有疑問的偽影出現形式，適當地確定該判斷標準.圖9(a)是示出在血管延伸方向上血管HB-B突然改變的圖，而圖9(b)是示出第n-l、n和n+l頁斷層攝影困像的每一頁的兩個像素的CT值改變量的圖，在困9(a)中，確定矩陣MA-T的尺寸或大小由25個像素構成，確定矩陣MA的形狀可以是除了四邊形之外的多邊形，並且也可以匹配於成像區域而改變.雖然圖9(a)中所示的已造影血管HB-B在體軸方向(z方向)上延伸，血管突然在不同的方向上彎曲，而不在z方向上筆直延伸.已造影的血管HB-B的體軸方向上CT值改變量落入預定範閨中，即，圖9(b)中所示的3HU至300HU.包括圖9(a)中所示的目標像素p(x，y)的六個像素的CT值改變量落入預定範圍中.即，在困4的步驟S181,目標像素p(x，y)確定為指數〉0,並且評估為偽影，在除了已造影血管HB-B的軟組織中，CT值改變量為例如大約2肌，並且未落入預定範圍中.因而，25個像素構成的確定矩陣MA-T的六個像素，即百分之24評估為看作偽影.在這種情況下，第二確定單元27-2確定目標像素p(x，y)不作為偽影，因為確定矩陣MA-T中每個像素的第一閾值SU或以上不評估為偽影.圖10(a)是示出在XY平面上延伸的血管HB-B的圖，而圖IO(b)是示出笫ii-l、i!和n+l頁斷層攝影圖像的每一頁中兩個像素的CT值改變量的圖。在圖10(a)中，確定矩陣MA-S的尺寸由49個像素構成，圖10(b)示出了其中圖10(a)中所示的已造影的血管HB-B未充分造影並且僅造影血管部分的情況.因而，已造影血管HB-B的體軸方向上CT值改變量落入預定範圍中，即如圖10(b)中所示的3HU至300HU.因而，包含圖10(a)中所示的目標像素p(x，y)的約"像素的CT值改變量落入預定範圍中.在除了已造影血管HB-B之外的軟組織中，CT值改變量例如是大約2HU，並且未落入預定範圍中.因而，49個像素構成的確定矩陣MA-S的這十四個像素，即百分之29評估為偽影.在這種情況下，第二確定單元27-2確定目標像素p(x，y)不是偽影，因為確定矩陣MA-S中每個像素的笫一閾值SU或以上不評估為偽影.偽影確定器27(第二確定單元27-2)可以在斷層攝影圖像的放大或縮小表示之後，設置確定矩陣MA-S的尺寸為11*11的確定矩陣，或者將其設置為3*3的確定矩陣.笫一閣值SU可以根據成像條件改變至百分之80至95.圖ll是用於核實偽影存在目標像素的流程圖和詳細示出圖4的步驟S182或S182'的流程圖.在步驟S821，指定用於目標像素p的確定矩陣MT的尺寸.操作者可以使用輸入設備55對其進行設置，作為選擇，25個像素構成的確定矩陣MT自動設置為默認.在步驟S822,偽影確定器27(第二確定單元27-2)讀取在圖4的步驟S172測得的確定矩陣MT中所有像素的CT值改變量.雖然在圖8至10中示出體軸方向上的三頁斷層攝影圖像，但是如果拍攝了2n+l頁斷層攝影圖像，則可以使用任何頁的斷層攝影圖像。在步驟S823，確定是否確定矩陣MT中CT值改變量落入預定範圍中的每個像素，即，評估為偽影的每個像素是第一閾值SU或以上.當評估為偽影的像素作為第一閾值SU或以上存在時，偽影確定器27行進到步驟S824.笫二確定單元27-2確定目標像素p為偽影，當評估為偽影的像素是第一閾值SU或以下時，偽影確定器行進到步驟S825，在圖4的步驟S181中評估目標像素p為偽影被推翻，並且目標像素確定為不對應於偽影的像素.雖然目標像素p的CT值改變量取決於區域碰巧落入預定範閨中，但目標像素P未認為是偽影，除非多數確定矩陣MT判斷為偽影.在下列實施例中，提供了由偽影確定器27(第三確定單元27-3)進一步增強指定其中顯現有偽影的區域的技術或方法，圖12是示出對象頭部和重建區域p在經受偽影減少處理之前的斷層攝影圖像.在圖12(Al)中所示的上階段斷層攝影困像D3-A中存在許多風車偽影，並且風車偽影幾乎未保留於圖12(Bl)中所示的下階段斷層攝影圖像D3-B中.圖12中所示的重建區域P是5^x512像素的正方形區域，其平行於xy平面.作為確定關於斷層攝影圖像D3-A和斷層攝影困像D3-B的指數，填充入指數>0的像素.在圖12(A2)中所示的重建區域P中，通過用指數>0的像素的數重除以像素的整個數量而獲得的偽影比例是O.12.在圖12(B2)中所示的重建區域P中，通過用指數>0的像素的數量除以像素的整個數量而獲得的偽影比例是0.30.該計算由圖1中所示的偽影比例計算器29執行，當對指數>0的每個像素實施等式(1)或(2)的處理，而不考慮到斷層攝影圖像D3-B中幾乎不存在風車偽影的亊實時，z方向上的解析度下降。因而，偽影比例計算器29核查偽影比例，其相應於這樣的一個比例，該比例表示評估為指數>0(即已經顯現偽影)的像素在重建區域P的整個像素中佔據多少比例.當偽影比例大於預定第二閾值SH，偽影確定器27(第三確定單元27-3)對斷層攝影圖像D3實施等式(1)或(2)的處理.即，第三確定單元27-3對識別為顯現偽影進行更嚴格地確定.圖13示出了在偽影比例檢查之後執行偽影減少處理的流程.圖13中所示的流程圖是詳細示出圖4的步驟S183和S183'的流程.在步驟S831，偽影比例計算器29計算偽影比例.至於偽影比例，計算指數>0的像素在所有像素(512x512)中的比例.由於在步驟S183，未使用指數，計算CT值改變量落入預定範閨中的比例，附帶地，指定對象HB的區域代替所有像素，並且可以在該區域中像素數量中計算指數>0的像素之間的比例.代替指數>0的像素之間的比例，可以計算指數-1、指數>0.7或指數>0.5的點或地點(spot)之間的比例，作為偽影比例，下列描述將所有像素(512x512)的指數〉0的像素之間的比例.在步驟S832,笫三確定單元27一3確定是否偽影比例大於第二閾值SH.例如，使用偽影比例=0.07作為第二閾值SH.如果目標斷層攝影圖像D3的偽影比例大於第二閾值SH，那麼第三確定單元行進到步驟S833,如杲該偽影比例小於第二閾值SH，那麼第三確定單元行進到步驟S834.在步驟S833，第三確定單元27—3確定斷層攝影圖像n包含偽影.因而，斷層攝影圖像n中判斷為偽影的每個像素行進到困4的步驟S191，並且基於相應指數值圖像處理待處理的像素p(x，y，z)，以確定其處理之後的像素p，(x,y，z).另一方面，在步驟S834，第三確定單元27-3確定包含在目標斷層攝影圖像n中的所有像素未作為偽影.這是因為雖然有可能指數>0的像素將導致重建區域P的偽影，認為這些偽影不顯眼，由於指數>01的像素在整個重建區域P中數量較低，並且這種會降低體軸方向上解析度的圖像處理並非所需.圖14是在其上階段從對象HB的胸部到其頭部的體軸方向的橫截面視圖，並且是示出下階段偽影比例和布置在體軸方向上斷層攝影圖像n的數量之間的關係的圖.著眼於偽影和體軸方向之間的關係，胸部到頭部的眼睛或眉毛周圍(由圖14中的白色虛線指示)的偽影比例範閨大約為從0.9至2.2,在執行本實施例的偽影減少處理之前的斷層攝影圖像D3(x,y,z)中，眼睛或眉毛周閨和頭頂部之間的偽影比例範圍大約是從0.3至0.5,如從圖14中可理解的，諸如骨的結構的形狀變得越複雜，偽影越容易發生.相反，當頭頂附近的骨等的形狀比較簡單時，偽影難以發生.在圖14中，偽影比例-O.07定義為閾值.因而，根據圖13的流程圖，在胸部附近到頭部的眼睛或眉毛附近，對斷層攝影圖像D3實施等式l等的圖像處理.另一方面，即使指數〉0的像素存在，也不在眼睛或眉毛附近與頭頂部之間的斷層攝影圖像D3的部分上實施等式l等的圖像處理，附帶地，根據本實施例的圖像重建方法可以是基於迄今已知的Feldkamp方法的三維圖像重建方法，此外，可以採用另一三維圖像重建方法。作為選擇，可以採用二維困像重建方法.確定為每個區域的圖像質量根據診斷應用、操作者偏好等改變，並且以各種形式存在.因而，搮作者可以預先設定最適於每個區域的成像條件設置.雖然使用待處理的像素P(xl，yl,zl)的鄰域中一個切片或多個切片的最大和最小CT值之間的差別，說明了CT值改變量，但也可以使用CT值的平均改變量進行處理，該平均改變量通過用最大CT值和最小CT值之間的差除以切片數量獲得。雖然本實施例已經示出其中判斷再布置中(in-relocation)的範例，儘管偽影可以根據多幅斷層攝影圖像之間的體軸方向上CT值改變量而產生，也可以使用另一方法確定.在本實施例的偽影確定器(第二確定單元27-2)中使用的第一閾值SU和在第三確定單元27—3中採用的第二閾值SH並不局限於本實施例中採用的那些.它們可以考慮到有疑問的偽影出現形式等而合適地進行改變，在本實施例中，在第二確定單元27-2確定處理之後，對由偽影確定器判斷為偽影的每個像素實施笫三確定單元27-3的判斷處理已經.然而，第二確定單元27-2的判斷處理可以對第三確定單元27—3判斷為偽影的每個像素實施.特別地，本實施例不局限於特定掃描形式.即，即使在軸掃描、攝影掃描、螺旋掃描、可變螺距螺旋掃描和螺旋往返掃描的情況下，也可以實現相似的效果.本實施例不局限於臺架100的傾斜或梯度。即，即使在臺架100傾斜的所謂傾斜掃描的情況下，也可以實現相似的效果。本實施例甚至可以應用於心臟圖像重建，其與生物信號、尤其是心臟信號同步圖像重建每幅圖像.雖然基於醫學X-射線CT設備IO已經描述了本實施例，甚至可以用於與工業X-射線CT設備或其他設備一同利用的X-射線CT-PET設備，與其一同利用的X-射線CT-SPECT設備等.附圖清單困121:預處理器23:束硬化處理器24:三維反投影處理器25:偽影減少單元27:偽影確定器27-1:笫一確定單元27-2:笫二確定單元27-3:第三確定單元29:偽影比例計算器51:高壓發生器53:掃描控制器59:存儲設備103:探測器105:數據傳輸設備1U:旋轉機構113:滑環圖2(a)通道方向(b)切片方向圖3開始Sll:採集數據S12:預處理SI3:校正束硬化S14:執行Z-濾波巻積處理S15:執行重建函數巻積處理SI6:執行三維反投影處理S17:指定目標像素的體軸方向上的CT值S18:確定是否存在偽影S19:執行偽影減少處理結束圖4")開始偽影處理S171:確定待處理的目標像素p(x,y，z)S172:測量p(x，y，z-l)、p(x，y，z)和p(x，y，z十l)的CT值改變量S181:根據CT值改變而計算指數值指數>0S182:目標像素周圍的確定像素也指數〉0S183:指數>0的佔據比例在斷層攝影圖像或有效對象的像素區域中大？S191:根據指數值圖像處理待處理的目標像素p(x，y,z)S192:在圖像處理之後顯示斷層攝影圖像結束(b)開始偽影處理S171:確定待處理的目標像素p(x，y，z)S172:測量p(x,y，z-l)、p(x，y，z)和p(x，y，z+l)的CT值改變量S181，CT改變量在預定範閨中？S182，即使待處理的像素周圍的確定像素，CT改變量在預定範圍中？S183，CT改變量在預定範圍中的像素所佔比例在斷層攝影圖像或有效對象的像素區域中大？S191，根據CT值改變量而困像處理待處理的目標像素p(x，y，z)S192:在圖像處理之後顯示斷層攝影圖像結束圖7CT值改變量，CT值改變量，CT值改變量，CT值改變量圖8CT值改變CT(x，y)改變CT(x十i，y+j)圖9CT值改變CT(x，y)改變CT(x+i，y+j)圖10CT值改變CT(x，y)改變CT(x+i，y+j)圖11核實其中存在偽影的像素S821:指定目標像素p(x，y,z)的確定矩陣MTS822:從p(x-i,y-j，z-l)、p(x-i，y-j,z)、p(x-i，y-j，z+l)......p(x，y，z-1)、p(x,y，z)、p(x，y，z+l)......p(x+i,y+j，z-1)、p(x+i，y+j，z)、p(x+i，y+j，z+l)中讀取CT值改變量S823:確定矩陣MT中CT值改變量落入預定範圍中的像素(指數>0)是第一閾值SU或以上？S824:確定目標像素p(x，y，z)為偽影S825:確定目標像素p(x,y，z)不為偽影至圖4的S183或S191圖12偽影比例偽影比例圖13指定其中存在偽影的斷層攝影困像S831:計算在所有像素或有效對象的像素區域中估計將是偽影的像素(指數-l的像素)的比例(偽影比例)S832:偽影比例〉第二閾值SHS833:確定斷層攝影圖像n包括偽影S834:確定斷層攝影困像n不包括偽影至圖4的S19權利要求1、一種X-射線斷層攝影設備(10)，包括掃描裝置(103)，用於在臺架(100)和平臺(109)中至少一個正沿著對象(HB)的體軸方向移動的同時將X射線暴露於對象，由此生成對象(HB)的投影數據；第一偽影確定單元(27-1)，用於確定通過對投影數據進行反投影而獲得的斷層攝影圖像中包含的每個像素作為偽影；第二偽影確定單元(27-2)，用於以由第一偽影確定單元(27-1)確定為偽影的像素作為目標，設置確定像素區域，該確定像素區域包含目標像素以及位於目標像素周圍的區域，以及當在第一偽影確定單元(27-1)處判斷為能夠在其產生偽影的像素的每個像素存在超過預定參考值時，再確定目標像素為偽影，；以及偽影減少單元(25)，對最終判斷為偽影的每個像素實施用於減少偽影的圖像處理。2、根據權利要求l的X-射線斷層攝影設備(10)，還包括偽影比例計算裝置(")，用於計算斷層攝影圖像中判斷為偽影的每個像素所佔的比例；以及笫三偽影確定單元(27-3),用於當所述比例大於預定閾值時再確定像素作為偽影.3、根據權利要求l的X-射線斷層攝影設備(10),其中在反投影投影數據而獲得的多個斷層攝影圖像中，笫一偽影確定單元(27-1)根據體軸方向上CT值改變量來確定偽影.4、根據權利要求l的X-射線斷層攝影設備(10),其中在偽影減少單元(25)處用於減少偽影的閨像處理是用加權因子乘以體軸方向上多個像素，並且把乘法的結果加起來，並且減少相應斷層攝影圖像中每個目標像素的偽影.5、根據權利要求4的X-射線斷層攝影設備(10)，其中偽影減少單元(25)根據體軸方向上多個像素區域的數量改變每個加權因子.6、根據權利要求l的X-射線斷層攝影設備(10),其中每個決定像素區域的形狀為四邊形或者多邊形.7、根據權利要求1的X-射線斷層攝影設備(10)，其中第二偽影確定單元(27-2)根據每個斷層攝影圖像的放大顯示和其縮小顯示，改變構成確定像素區域的像素數量.8、根據權利要求l的X-射線斷層攝影設備(10)，其中第一偽影決定單元(27-1)處的參考值可改變.9、根據權利要求2的X-射線斷層攝影設備(10)，其中第一偽影決定單元(27-1)處的參考值可改變.10、一種減少斷層攝影圖像中偽影的方法，包括第一確定步稞，用於在臺架(100)和平臺(109)中至少之一沿著對象體軸方向移動的同時，將X射線暴露於對象，並且確定包含在影(sl7);第二確定步稞，用於以第一確定步驟中確定為偽影的像素為目標，設置確定像素區域，該確定像素區域包含目標像素和目標像素周圍的區域，並且當在第一確定步驟中判斷為偽影能夠在其產生的像素的每個像素存在超出預定參考值(S18)時，再確定目標像素作為偽影；以及用於對最終判斷為偽影的每個像素實施用於減少偽影的圖像處理的步驟(S19),全文摘要本發明提供一種減少偽影的X-射線斷層攝影設備(10)。該X-射線斷層攝影設備包括將X射線暴露於對象的掃描裝置(103)；CT值改變指定裝置(25)，其針對通過反投影投影數據獲得的斷層攝影圖像的目標像素，指定體軸方向上CT值改變量；第一偽影確定單元(27-1)，其確定在包含目標像素的外圍確定像素區域中CT值改變量是否包含在預定範圍內；第二偽影確定單元(27-2)，其確定當通過第一偽影確定包含在預定範圍內的像素數量為第一閾值或以上時，目標像素為偽影；以及偽影減少單元，當第二偽影確定單元判斷目標像素為偽影時，執行圖像處理以減少偽影。文檔編號G01N23/04GK101169383SQ20071018178公開日2008年4月30日申請日期2007年10月29日優先權日2006年10月27日發明者萩原明申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司