圖像處理設備和x射線計算機斷層攝影設備的製作方法

2023-05-11 14:10:26

專利名稱：：圖像處理設備和x射線計算機斷層攝影設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種提高時變圖像的質量的圖像處理設備，尤其涉及提高通過由X射線CT設備執行的螺旋掃描或電影掃描(cinescan)產生的圖像的質量以及減少由螺旋掃描或電影掃描產生的患者輻射劑量。
背景技術：
：在包括由多陣列X射線檢測器或平板X射線檢測器所代表的二維X射線區域檢測器的X射線CT設備中，如圖12(b)中所示的在x、y和z空間軸的方向上限定的三維空間濾波器被應用於通過電影掃描產生並且如圖12(a)中所示被限定在x、y和z軸的方向上的三維圖像。噪聲因此被最小化。已知的三維空間濾波器的一個例子在下面列出的文獻中描述。「OplusE」(1988年11月，pp.144-145，NewTechnologicalCommunicationsInc.)然而，該相關技術涉及將在三維方向上(也就是在x、y和z軸的方向上)執行的空間濾波，而並不包括時序處理。已經要求減少患者X射線劑量以及提高圖像質量。從這個觀點來看，該相關技術並不是完全可接受的。通常來說，在圖像處理領域總是不斷地要求提高圖像質量。此外，在醫用放射攝影診斷的領域中，隨著X射線CT設備的普及和檢查目的的多樣化，不必要的患者X射線劑量的問題變得越來越有爭議。始終都要求減少患者輻射劑量。
發明內容因此，本發明的目標是提供一種圖像處理設備，該設備使用在時間軸的方向和各空間軸的方向上的多條信息來提高四維圖像或N維圖像的質量，其中，所述四維圖像是時變三維圖像並且由時序三維圖像(即作為時變二維圖像的三維圖像並且由時序二維圖像組成)組成，所述N維圖像是時變N-1維圖像並且由時序N-1維圖像組成。本發明的另一目標是提供一種X射線CT設備，該設備包括由多陣列X射線檢測器或平板X射線檢測器所代表的矩陣型二維區域X射線檢測器，所述檢測器通過使用在時間軸的方向上以及各空間軸的方向上的多條信息來提高時序三維圖像或時序二維圖像的質量，從而以更小的X射線劑量提供目標圖像質量，其中所述時序圖像是通過常規(軸向)掃描、電影掃描或螺旋掃描而產生的。本發明提供了一種可以通過在時間軸的方向上或者各空間軸的方向上執行空間濾波或自適應空間濾波來提高四維圖像或N維圖像的質量的圖像處理方法和圖像處理設備，其中所述四維圖像是時變三維圖像，即作為時變二維圖像的三維圖像，所述N維圖像是時變N-1維圖像(即利用N-1個獨立參數作為基礎而限定的N-1維圖像)。根據本發明，通過由X射線CT設備執行的電影掃描或螺旋掃描而產生的時序三維圖像或時序二維圖像在時間軸的方向上和各空間軸的方向上被空間濾波，其中該X射線CT設備包括由多陣列X射線檢測器或平板X射線檢測器所代表的矩陣型二維區域X射線檢測器。另外，執行僅僅對屬於均勻域的像素進行濾波的自適應空間濾波，以便提高圖像質量。根據本發明的第一方面，提供了一種圖像處理設備，該設備包括用於接收時變三維圖像的圖像輸入裝置，用於在時間軸的方向上和各空間軸的方向上執行四維空間濾波的空間濾波器裝置，以及用於傳送或顯示空間濾波後的三維圖像的圖像輸出/顯示裝置。根據第一方面的圖像處理設備使用四維空間濾波器來處理不僅在空間軸x、y和z的方向上相鄰而且在時間軸的方向上也相鄰的像素。為了減小圖像中的噪聲，可以通過利用許多像素來更有效地減小噪聲。根據本發明的第二方面，提供了一種圖像處理設備，該設備包括用於接收時變二維圖像的圖像輸入裝置，用於在時間軸的方向上和各空間軸的方向上執行三維空間濾波的空間濾波器裝置，以及用於傳送或顯示空間濾波後的二維圖像的圖像輸出/顯示裝置。根據第二方面的圖像處理設備使用三維空間濾波器來處理不僅在空間軸x和y的方向上相鄰而且在時間軸的方向上也相鄰的像素。為了減小圖像中的噪聲，可以通過利用許多像素來更有效地減小噪聲。根據本發明的第三方面，提供了一種圖像處理設備，該設備包括用於接收利用N-1個時變獨立參數作為基礎而限定的時變N-1維圖像的圖像輸入裝置，用於在時間軸的方向上和各空間軸的方向上執行N維空間濾波的空間濾波器裝置，以及用於傳送或顯示空間濾波後的N-1維圖像的圖像輸出/顯示裝置。根據第三方面的圖像處理設備使用N維空間濾波器來處理在N-1維空間中的各軸的方向上以及在時間軸的方向上相鄰的像素。為了減小圖像中的噪聲，可以通過利用許多像素來更有效地減小噪聲。根據本發明的第四方面，提供了一種圖像處理設備，該設備包括用於接收時變三維圖像的圖像輸入裝置，用於選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上相鄰的像素並且對所選擇的相鄰像素執行自適應四維濾波的空間濾波器裝置，以及用於傳送或顯示空間濾波後的三維圖像的圖像輸出/顯示裝置。根據第四方面的圖像處理設備使用四維空間濾波器來處理不僅在空間軸x、y和z的方向上相鄰而且在時間軸的方向上也相鄰的像素。為了減小圖像中的噪聲，可以通過從許多像素中選擇預定的像素來更有效地減小噪聲。根據本發明的第五方面，提供了一種圖像處理設備，該設備包括用於接收時變二維圖像的圖像輸入裝置，用於選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上相鄰的像素並且對所選擇的相鄰像素執行自適應三維空間濾波的空間濾波器裝置，以及用於傳送或顯示空間濾波後的二維圖像的圖像輸出/顯示裝置。根據第五方面的圖像處理設備使用三維空間濾波器來處理不僅在空間軸x和y的方向上相鄰而且在時間軸的方向上也相鄰的像素。為了減小圖像中的噪聲，可以通過從許多像素之中選擇預定的像素來更有效地減小噪聲。根據本發明的第六方面，提供了一種圖像處理設備，該設備包括用於接收利用N-1個時變獨立參數作為基礎而限定的時變N-1維圖像的圖像輸入裝置，用於選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上相鄰的像素並且對所選擇的相鄰像素執行自適應N維空間濾波的空間濾波器裝置，以及用於傳送或顯示空間濾波後的N-1維圖像的圖像輸出/顯示裝置。根據第六方面的圖像處理設備使用N維空間濾波器來處理不僅在N-1維空間中的各軸的方向上相鄰而且在時間軸的方向上也相鄰的像素。為了減小圖像中的噪聲，可以通過從許多像素之中選擇預定的像素來更有效地減小噪聲。根據本發明的第七方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第一至第六方面中的任一方面的圖像處理設備完全相同的圖像處理設備，所述區別在於，本發明的第七方面的圖像處理設備包括這樣的空間濾波器裝置，該空間濾波器裝置選擇其值統計地接近於與空間濾波器的中心對準的聚焦像素的值的像素作為所選擇的相鄰像素。由於當處理在各空間軸的方向上以及在時間軸的方向上相鄰的像素時、均勻像素被採樣和處理，因此根據第七方面的圖像處理設備可以更有效地減小噪聲。根據本發明的第八方面，提供了一種X射線CT設備，其包括數據採集裝置，其具有X射線發生器和二維X射線區域檢測器，該檢測器與所述X射線發生器相對並且具有矩陣結構，該數據採集裝置圍繞位於所述X射線發生器和X射線區域檢測器之間的旋轉中心旋轉，以便採集躺在所述X射線發生器和X射線區域檢測器之間的對象的投影數據項；圖像重建裝置，其用於根據所採集的投影數據項重建圖像；後處理裝置，其用於對重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置，其用於顯示經過後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置，其用於指定放射攝影條件。所述後處理裝置在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上(即在x、y和z方向上)對通過斷層攝影產生的時變三維圖像進行空間濾波，其中z方向是垂直於xy平面的方向，xy平面是數據採集系統在其上旋轉的平面或者是由斷層攝影圖像所代表的平面。根據第八方面的X射線CT設備在時間軸的方向上以及在圖像空間中的各空間軸的方向上對通過斷層攝影產生的時序三維圖像或時序二維圖像執行四維空間濾波或三維空間濾波，從而提高圖像質量並且減小患者放射劑量。另外，僅僅對與聚焦像素相鄰的均勻像素執行所述四維空間濾波或三維空間濾波。根據本發明的第九方面，提供了一種X射線CT設備，其包括數據採集裝置，其具有X射線發生器和二維X射線區域檢測器，該檢測器與所述X射線發生器相對並且具有矩陣結構，該數據採集裝置圍繞位於所述X射線發生器和X射線區域檢測器之間的旋轉中心，以便採集躺在所述X射線發射器和X射線區域檢測器之間的對象的投影數據項；圖像重建裝置，其用於根據所採集的投影數據項重建圖像；後處理裝置，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置，其用於顯示經過後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置，其用於指定放射攝影條件。所述X射線CT設備進一步包括預處理裝置，該預處理裝置在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上對通過斷層攝影產生的時變投影數據項執行空間濾波，所述各空間軸的方向也就是通道方向、檢測器陣列的方向以及由視角確定的方向。根據第九方面的X射線CT設備在時間軸的方向上以及在空間中的各空間軸的方向上執行四維空間濾波或三維空間濾波，從而提高圖像質量並且減小患者放射劑量，其中通過斷層攝影產生的時序三維投影數據項或時序二維投影數據項被限定。另外，僅僅對與聚焦像素相鄰的均勻像素執行所述四維空間濾波或三維空間濾波。根據本發明的第十方面，提供了一種X射線CT設備，其包括數據採集裝置，其具有X射線發生器和二維X射線區域檢測器，該檢測器與所述X射線發生器相對並且具有矩陣結構，該數據採集裝置圍繞位於所述X射線發生器和X射線區域檢測器之間的旋轉中心，以便採集躺在所述X射線發射器和X射線區域檢測器之間的對象的投影數據項；圖像重建裝置，其用於根據所採集的投影數據項重建圖像；後處理裝置，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置，其用於顯示經過後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置，其用於指定放射攝影條件。所述後處理裝置包括用於從包含在通過斷層攝影產生的時變三維圖像數據中的像素當中選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上(即在x、y和z方向上)相鄰的像素的裝置，以及用於對所選擇的相鄰像素執行自適應空間濾波的裝置，其中z方向是垂直於xy平面的方向，xy平面是數據採集系統在其上旋轉的平面或者是由斷層攝影圖像所代表的平面。根據第十方面的X射線CT設備在時間軸的方向上以及在圖像空間中的各空間軸的方向上對通過斷層攝影產生的時序二維圖像或時序三維圖像執行四維或三維自適應空間濾波，從而提高圖像質量並且減小患者放射劑量。根據本發明的第十一方面，提供了一種X射線CT設備，其包括數據採集裝置，其具有X射線發生器和二維X射線區域檢測器，該檢測器與所述X射線發生器相對並且具有矩陣結構，該數據採集裝置圍繞位於所述X射線發生器和X射線區域檢測器之間的旋轉中心，以便採集躺在所述X射線發射器和X射線區域檢測器之間的對象的投影數據項；圖像重建裝置，其用於根據所採集的投影數據項重建圖像；後處理裝置，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置，其用於顯示經過後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置，其用於指定放射攝影條件。所述X射線CT設備進一步包括預處理裝置，該預處理裝置包括用於從包含在通過斷層攝影產生的時變投影數據項中的像素當中選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上(即在x、y和z方向上)相鄰的像素的裝置，並且還包括用於對所選擇的相鄰像素執行自適應空間濾波的裝置，其中z方向是垂直於xy平面的方向，xy平面是數據採集系統在其上旋轉的平面或者是由斷層攝影圖像所代表的平面。根據第十一方面的X射線CT設備在時間軸的方向上以及在投影數據空間中的各空間軸的方向上對通過斷層攝影產生的時序二維圖像或時序三維圖像執行四維或三維自適應空間濾波，從而提高圖像質量並且減小患者放射劑量。根據本發明的第十二方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十一方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，作為所選擇的相鄰像素，選擇其值統計地與空間濾波器中心對準的聚焦像素的值接近的像素。由於當處理不僅在各空間軸的方向上而且在時間軸的方向上相鄰的像素時、均勻像素被採樣並且然後被處理，因此根據本發明的第十二方面的X射線CT設備可以更有效地減小噪聲。根據本發明的第十三方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十二方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，根據本發明的第十三方面的X射線CT設備包括這樣的數據採集裝置，該數據採集裝置包括一個弧形多陣列X射線檢測器以作為所述具有矩陣結構的二維X射線區域檢測器。由於所述弧形多陣列X射線檢測器，因此根據第十三方面的X射線CT設備可以在一次旋轉數據採集期間生成多個斷層攝影圖像，從而重建三維圖像，其中所述斷層攝影圖像表示在z方向上相繼的對象的各截面。多次旋轉數據採集提供時序三維圖像。根據本發明的第十四方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十二方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，根據本發明的第十四方面的X射線CT設備包括這樣的數據採集裝置，該數據採集裝置包括一個平面二維X射線區域檢測器或多個平面二維X射線區域檢測器以作為所述具有矩陣結構的二維X射線區域檢測器。由於利用一個平面二維X射線區域檢測器或多個平面二維X射線區域檢測器實現的二維X射線區域檢測器，根據第十四方面的X射線CT設備可以在一次旋轉數據採集期間生成多個斷層攝影圖像，從而重建三維圖像，其中所述斷層攝影圖像表示在z方向上相繼的對象的各截面。此外，多次旋轉數據採集提供時序三維圖像。根據本發明的第十五方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十四方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，根據本發明的第十五方面的X射線CT設備包括這樣的圖像重建裝置，該圖像重建裝置採用三維圖像重建作為所述圖像重建。由於根據第十五方面的X射線CT設備採用三維圖像重建作為所述圖像重建，因此即使當採用在z方向上較寬的二維X射線區域檢測器時，也可以重建在z方向上更均勻的斷層攝影圖像。因此，基於斷層攝影圖像產生的時序三維圖像在z方向上是均勻的。所以可以在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上更有效地執行四維或三維空間濾波。此外，當採用三維圖像重建時，表示落在z方向上的較寬範圍內的對象的各截面的多個斷層攝影圖像可以通過螺旋掃描而被重建。一般來說，當時間軸上的一點在螺旋掃描期間改變到另一點時，由三維圖像表示的z方向上的截面範圍的重疊程度有限。與此相對，當時間軸上的一點在螺旋掃描期間改變到另一點時，由三維圖像表示的z方向上的截面範圍的重疊程度較大。最後，可以類似地在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上更有效地執行四維或三維空間濾波。根據本發明的第十六方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十五方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於本發明的第十六方面的X射線CT設備包括這樣的後處理裝置，該後處理裝置對通過電影掃描產生的斷層攝影圖像執行後處理。當根據第十六方面的X射線CT設備使用二維X射線區域檢測器執行電影掃描時，各表示在z方向上具有特定寬度的對象的截面範圍的多組斷層攝影圖像被時序地重建。所述多組斷層攝影圖像構成時序三維圖像。可以類似地在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上執行四維或三維空間濾波。根據本發明的第十七方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十五方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，本發明的第十七方面的X射線CT設備包括這樣的後處理裝置，該後處理裝置對通過螺旋掃描產生的斷層攝影圖像執行後處理。根據第十七方面的X射線CT設備包括二維X射線區域檢測器。當採用三維圖像重建作為所述圖像重建時，表示在z方向上具有特定寬度的對象的截面範圍的多個斷層攝影圖像通過螺旋掃描在某個時刻被重建。尤其當螺距被設置為1或更小時，在一個時刻下在z方向上具有特定寬度的範圍與在下一時刻下在z方向上具有特定寬度的範圍的重疊程度較大。可以類似地在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上對圖像執行四維或三維空間濾波，所述圖像表示落在由所述重疊範圍所共有的重複部分內的各截面。根據本發明的第十八方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十七方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，根據本發明的第十八方面的X射線CT設備包括接收噪聲指數值的放射攝影條件指定裝置；以及後處理裝置，其為了後處理的目的而在所述噪聲指數值的基礎上優化時序三維(四維)空間濾波。在根據第十八方面的X射線CT設備中，當掃描其形狀在z方向上逐區域變化的對象時，即使放射攝影條件保持不變，在z方向上並置的各截面的圖像之間，受到圖像中的噪聲影響的圖像質量也不是恆定的。因此，限定四維或三維空間濾波並且與時間軸的方向以及各空間軸的方向有關的參數隨著作為目標值的噪聲指數值而變化，所述噪聲指數值被指定為放射攝影條件的其中之一。因此，對於z方向上的每個位置優化了四維或三維空間濾波。最後，圖像質量在z方向上變得接近於均勻。根據本發明的第十九方面，提供了一種除了以下區別之外與根據第八至第十八方面當中的任一方面的X射線CT設備完全相同的X射線CT設備，所述區別在於，本發明的第十九方面的X射線CT設備包括這樣的放射攝影條件指定裝置，該裝置根據噪聲指數值優化放射攝影條件。在根據第十九方面的X射線CT設備中，當掃描其形狀在z方向上逐區域變化的對象時，如果圖像質量必須在z方向上保持恆定，則被指定為放射攝影條件的其中之一的噪聲指數值被用作目標值以優化參數，所述參數限定四維或三維空間濾波並且與時間軸的方向以及各空間軸的方向有關。如果圖像質量在z方向上並未變得接近於均勻，則為了使圖像質量在z方向上均勻，放射攝影條件在z方向上變化。當管電流在z方向上變化並且執行空間濾波時，圖像質量在z方向上變得接近於均勻。作為本發明提供的一個優點，關於時間軸的方向以及所有空間軸的方向的多條信息可以被用於提高四維圖像、三維圖像或N維圖像的質量，所述四維圖像是時變三維圖像並且由時序三維圖像組成，所述三維圖像是時變二維圖像並且由時序二維圖像組成，所述N維圖像是時變N-1維圖像並且由時序N-1維圖像組成。此外，作為本發明提供的另一優點，關於時間軸的方向以及各空間軸的方向的多條信息可以被用於提高通過常規(軸向)掃描或電影掃描產生的時序三維圖像或時序二維圖像的質量，所述常規(軸向)掃描或電影掃描由包括矩陣型二維區域X射線檢測器的X射線CT設備執行，所述矩陣型二維區域X射線檢測器由多陣列X射線檢測器或平板X射線檢測器所代表。因此，可以用更小的X射線劑量實現目標圖像質量。通過對於附圖中示出的本發明的優選實施例的以下描述，本發明的其他目標和優點將變得顯而易見。圖1的框圖示出了根據本發明的一個實施例的X射線CT設備。圖2的示意圖示出了X射線發生器(X射線管)和多陣列X射線檢測器的旋轉。圖3的流程圖概述了將在根據本發明的實施例的X射線CT設備中執行的動作。圖4是描述預處理的流程圖。圖5是描述三維圖像重建的流程圖。圖6的概念圖示出了把線投影到X射線傳播方向上的視場內。圖7的概念圖示出了投影到檢測器的表面上的線。圖8的概念圖示出了將投影數據項Dr(view，x，y)投影到視場上。圖9的概念圖示出了代表視場中的各像素點的背投影像素數據項D2。圖10的示意圖示出了通過逐像素地對從所有視角產生的各組背投影像素數據項D2求和而產生背投影數據項D3。圖11的概念圖示出了把線投影到X射線傳播方向上的圓形視場內。圖12顯示了常規的三維圖像濾波器。圖13(a)示出了在各個時刻通過螺旋掃描產生的斷層攝影圖像；圖13(b)顯示了在各個時刻通過電影掃描產生的斷層攝影圖像。圖14(a)示出了一個三維圖像，其中斷層攝影圖像的切片厚度對應於斷層攝影圖像間隔；圖14(b)示出了一個三維圖像，其中所述切片厚度大於斷層攝影圖像間隔。圖15的示意圖涉及四維空間濾波器的四維掃描。圖16示出了對其應用四維空間濾波器的鄰域(80個近鄰)。圖17示出了對其應用四維空間濾波器的鄰域(624個近鄰)。圖18示出了用於減小噪聲的四維空間濾波器的一個例子(其具有在四維中限定的3個係數)。圖19示出了用於減小噪聲的四維空間濾波器的一個例子(其具有在四維中限定的5個係數)。圖20示出了用於減小噪聲並且取決於CT數值的四維空間濾波器的一個例子。圖21示出了用於增強對比度及減小噪聲並且取決於CT數值的四維空間濾波器的一個例子。圖22的流程圖描述了取決於像素值(CT數值)的空間濾波。圖23的流程圖描述了取決於鄰域的屬性的空間濾波。圖24示出了三維MPR顯示器或三維顯示器的一個例子。圖25(a)示出了一種情況，其中鄰域的屬性類似於聚焦像素的屬性，圖25(b)示出了一種情況；其中鄰域的屬性並不類似於聚焦像素的屬性；圖25(c)顯示了聚焦像素和鄰域。具體實施例方式下面將通過採用所示的實施例作為例子來描述本發明。需要注意的是，本發明並不局限於所述實施例。圖1的框圖示出了根據本發明的一個實施例的X射線CT設備的構造。X射線CT設備100包括操作員控制臺1、放射攝影臺10以及掃描器臺架20。操作員控制臺1包括接收操作員的輸入的輸入裝置2；執行預處理、圖像重建、後處理以及其他處理的中央處理單元3；數據收集緩衝器5，其中收集了由掃描器臺架20所採集的X射線檢測器數據項；監視器6，在其上根據通過對X射線檢測器數據項執行預處理而產生的投影數據項來顯示重建的斷層攝影圖像；以及存儲裝置7，其中存儲了程序、X射線檢測器數據項、投影數據項和X射線斷層攝影圖像。放射攝影臺10具有對象躺在其上的搖床12，並且該搖床被插入或拉出掃描器臺架20的膛孔。搖床12由合併在放射攝影臺10中的電動機相對於放射攝影臺10上升、下降或直線地移動。掃描器臺架20包括X射線管21、X射線控制器22、準直器23、多陣列X射線檢測器24、數據採集系統(DAS)25、控制X射線管21和圍繞對象的身體軸旋轉的其它部件的旋轉器控制器26以及將控制信號傳送到操作員控制臺1和放射攝影臺10或者從操作員控制臺1和放射攝影臺10傳送控制信號的控制單元29。掃描器臺架傾斜控制器27允許將掃描器臺架20相對於z方向前傾或後傾大約±30°。圖2的示意圖示出了X射線管21和多陣列X射線檢測器24的幾何安排。X射線管21和多陣列X射線檢測器24圍繞旋轉中心IC旋轉。假設垂直方向是y方向，水平方向是x方向，並且垂直於x和y方向的臺前進方向是z方向，則X射線管21和多陣列X射線檢測器24在其上旋轉的平面是xy平面。此外，搖床12的移動方向是z方向。X射線管21產生X射線束，該X射線束被稱為錐面射束CB。當錐面射束CB的中心軸的方向平行於y方向時，X射線管應位於0°的視角處。多陣列X射線檢測器24例如包括256個檢測器陣列。每個檢測器陣列例如具有1024個檢測器通道。換句話說，多陣列X射線檢測器24具有用來檢測X射線的多個X射線檢測器元件，所述X射線檢測器元件以矩陣的形式排成陣列或者在通道的方向上和陣列的方向上並置，其中旋轉器15在所述通道的方向上移動X射線管21從而X射線管將圍繞對象旋轉，而所述陣列的方向對應於旋轉器15使X射線管21圍繞對象所作的旋轉的旋轉軸的方向。X射線被輻射並且由多陣列X射線檢測器24產生投影數據項。所述投影數據項然後由DAS25進行模數轉換，並且通過滑環30被傳送到數據收集緩衝器5。傳送到數據收集緩衝器5的數據項由中央處理單元3根據從存儲裝置7讀出的程序進行處理。斷層攝影圖像然後被重建，並且被顯示在監視器6上。圖3的流程圖概述將在根據本實施例的X射線CT設備100中執行的動作。在步驟S1，假設採用螺旋掃描，X射線管21和多陣列X射線檢測器24圍繞對象旋轉。當搖床12在放射攝影臺10上被直線地移動時，X射線檢測器數據項被採集。此時，在直線移動的z方向上的臺位置Ztable(veiw)被附加到每個X射線檢測器數據項D0(view，j，i)，所述X射線檢測器數據項由視角view、檢測器陣列號j和通道號i標識。當採用常規(軸向)掃描或電影掃描時，放射攝影臺10上的搖床12在z方向上被固定在某個位置。所述數據採集系統旋轉一次或多次以便採集X射線檢測器數據項。必要時，當搖床在z方向上移動到下一個位置之後，數據採集系統旋轉一次或多次以便採集X射線檢測器數據項。附帶說明，所述視角view是旋轉器15使X射線管21圍繞對象從預定位置旋轉的角度。此外，檢測器陣列號j是被分配給包括在多陣列X射線檢測器24中並且在陣列的方向上並置的檢測器元件的每一個X射線檢測器陣列的編號。通道號i是被分配給包括在多陣列X射線檢測器24中並且在通道的方向上並置的檢測器元件的編號。此外，當位於預定視角view處的X射線管21向對象輻射X射線時，X射線檢測器數據D0(view，j，i)是由一個檢測器元件檢測到的或者在一個通道上檢測到的X射線的數據，所述檢測器元件或者通道屬於多陣列X射線檢測器24中的X射線檢測器陣列j和通道i。在直線運動的z方向上的臺位置Ztable(veiw)是在掃描期間放射攝影臺10的搖床12在對象的身體軸的方向z上所移動到的位置。在步驟S2，X射線檢測器數據項D0(view，j，i)預處理並且被轉換為投影數據項。如圖4中所述，所述預處理包括步驟S21的偏移量調零，步驟S22的對數轉換，步驟S23的X射線劑量校正，以及步驟S24的靈敏度校正。在步驟S3，補償對經過預處理的投影數據項D1(view，j，i)的射束硬化的影響。假設D1(view，j，i)表示經過包括在預處理S2中的靈敏度校正S24的投影數據項，D11(view，j，i)表示經過射束硬化補償S3的數據項，步驟S3的射束硬化補償由公式(1)表示，該公式是多項式表達式。D11(view，j，i)＝D1(view，j，i)·(B0(j，i)+B1(j，i)·D1(view，j，i)+B2(j，i)·D1(view，j，i)2)(1)此時，由於對包括在X射線檢測器中的每個檢測器陣列j執行射束硬化補償，因此如果作為放射攝影條件的其中之一的管電壓在各次數據採集之間有所差異，則一個檢測器陣列與另一個檢測器陣列的X射線能量特性的差異可以被補償。在步驟S4，執行z濾波器卷積以便在z方向(陣列的方向)上對經過射束硬化補償的投影數據項D11(view，j，i)進行濾波。在步驟S4，其在陣列方向上的尺寸對應於5個陣列的濾波器(例如具有在陣列的方向上所限定的係數w1(ch)、w2(ch)、w3(ch)、w4(ch)和w5(ch)的濾波器)被應用於投影數據項D11(view，j，i)(其中i的範圍從1到CH，j的範圍從1到ROW)，所述投影數據項是通過對於在X射線管被設置在每個視角時在每次數據採集期間由所述多陣列X射線檢測器所採集的數據項進行預處理而產生的，並且其經過了射束硬化補償。該濾波器由公式(2)表示。在此，i表示通道號，j表示陣列號。k=15wk(j)=1---(2)]]>經過校正的數據項D12(view，j，i)由公式(3)表示。D12(view,j,i)=k=15(D11(view,j-k-3,i)Wk(j))=---(3)]]>假設最大通道號為CH，最大陣列號為ROW，則導出下面給出的公式(4)和(5)。D11(view，-1，i)＝D11(view，0，i)＝D11(view，1，i)(4)D11(view，ROW，i)＝D11(view，ROW+1，i)＝D11(view，ROW+2，i)(5)此外，可以基於離圖像重建的中心的距離通過逐通道地改變在陣列的方向上所應用的濾波係數來控制切片厚度。一般來說，斷層攝影圖像在其外圍的切片厚度大於在其重建中心的切片厚度。將在陣列的方向上應用的濾波係數在斷層攝影圖像的中心和其外圍之間有所差異。將在陣列的方向上被應用到由位於中心通道上和接近中心通道的檢測器元件所採集的數據項的濾波係數被確定為具有較大方差，而將在陣列的方向上被應用到由位於外圍通道上和接近外圍通道的檢測器元件所採集的數據項的濾波係數被確定為具有較小方差。因此，斷層攝影圖像的外圍的切片厚度與其重建中心的切片厚度變得彼此接近。當控制上述的將在陣列的方向上應用的濾波係數以使得它們在於多陣列X射線檢測器24的中心通道上和中心通道附近採集的數據項與在其外圍通道上和外圍通道附近採集的數據項之間不同時，斷層攝影圖像的中心與其外圍之間的切片厚度的差異可以被控制。當為了略微增加切片厚度而控制將在陣列的方向上應用的濾波係數時，偽像和噪聲都被大大減小。因此，可以控制偽像或噪聲減小的程度。也就是說，將被重建為三維圖像的斷層攝影圖像的質量(即在xy平面上獲得的圖像質量)可以被控制。作為另一個實施例，為了產生小切片厚度的斷層攝影圖像，將在陣列的方向(z方向)上應用的濾波係數可以被確定為實現一個去卷積濾波器。在步驟S5，執行重建函數卷積。具體來說，對數據項進行傅立葉變換、應用重建函數、然後進行傅立葉逆變換。假設D12(view，j，i)表示經過z濾波器卷積的數據項，D13(view，j，i)表示經過重建函數卷積的數據項，Kernel(j)表示重建函數，則重建函數卷積S5由公式(6)表示。D13(view，j，i)＝D12(view，j，i)*Kernel(j)(6)由於重建函數Kernel(j)可以獨立地與由每個檢測器陣列j採集的數據項進行卷積，因此與噪聲和解析度有關的一個檢測器陣列的特性與另一個檢測器陣列的特性之間的差異可以被補償。在步驟S6，為了產生背投影數據項D3(x，y)，對經過重建函數卷積的投影數據項D13(view，j，i)執行三維背投影。所重建的圖像是三維圖像，其代表平行於與z軸垂直的平面(即xy平面)的對象的一部分。後面將參考圖5描述三維背投影。在步驟S7，為了產生斷層攝影圖像數據D31(x，y)，對背投影數據項D3(x，y，z)執行包括圖像濾波器卷積和CT數值變換的後處理。假設D31(x，y，z)表示經過三維背投影的斷層攝影圖像數據，D32(x，y，z)表示經過圖像濾波器卷積的數據項，Filter(z)表示圖像濾波器，則包括在所述後處理中的圖像濾波器卷積由公式(7)表示。D32(x，y，z)＝D31(x，y，z)*Filter(z)(7)由於所述圖像濾波器可以獨立地與由每個檢測器陣列所產生的數據項進行卷積，因此與噪聲和解析度有關的每個檢測器陣列的特性與另一個檢測器陣列的特性的差異可以被補償。根據所得到的斷層攝影圖像數據在監視器6上顯示斷層攝影圖像。圖5是描述三維背投影的流程圖(圖4中的步驟S6)。在本實施例中，所重建的圖像是三維圖像，其代表平行於與z軸垂直的平面(即xy平面)的對象的一部分。視場P將平行於xy平面。在步驟S61，重建斷層攝影圖像所需的所有視角(即X射線管旋轉360°或180°+扇形射束的角度所產生的視角)當中的一個被聚焦，並且從聚焦視角採樣代表視場P中的各像素點的投影數據項Dr。如圖6(a)和圖6(b)中所示，具有排列成行和列的512個像素點並且平行於xy平面的方形場被認為是視場P。選取了一些線，例如平行於x軸並且指示y坐標為0的像素點線L0，指示y坐標為63的像素點線L63，指示y坐標為127的像素點線L127，指示y坐標為191的像素點線L191，指示y坐標為255的像素點線L255，指示y坐標為319的像素點線L319，指示y坐標為383的像素點線L383，指示y坐標為447的像素點線L447，以及指示y坐標為511的像素點線L511。通過把像素點線L0-L511在X射線傳播的方向上投影到多陣列X射線檢測器24的表面上而產生的形成線T0-T511的投影數據項被認為是投影數據項Dr(view，x，y)，其代表像素點線L0-L511。在此，x和y值對應於x坐標和y坐標，其代表包括在斷層攝影圖像數據中的每個像素的位置。X射線傳播的方向由X射線管21中的焦點、每個像素點和多陣列X射線檢測器24的幾何位置確定。由於包括在每個X射線檢測器數據D0(view，j，i)中的z坐標z(view)被提供為在直線運動的z方向上的臺位置Ztable(view)，因此即使在加速和減速期間採集X射線檢測器數據D0(view，j，i)，也可以關於包括所述焦點和多陣列X射線檢測器的幾何數據採集系統精確地計算X射線傳播的方向。一條線的一部分可以例如按照與線T0的一部分離開多陣列X射線檢測器24相同的方式在通道的方向上離開多陣列X射線檢測器24，該線T0是通過將像素點線L0在X射線傳播的方向上投影到多陣列檢測器24的表面上而產生的。在這種情況下，形成該線的各投影數據項Dr(view，x，y)被設置為0。如果一條線的一部分在z方向上離開，則丟失的投影數據項Dr(view，x，y)被內插。因此，代表視場P中的各像素點的投影數據項Dr(view，x，y)可以如圖8中所示被採樣。返回參考圖5，在步驟S62，將投影數據項Dr(view，x，y)乘以任一個錐形射束重建加權係數，以便產生如圖9中所示的投影數據項D2(view，x，y)。下面將描述錐形射束重建加權係數w(i，j)。在扇形射束圖像重建的情況下，假設γ表示連結位於視角view為βa的X射線管21中的焦點和視場(xy平面)中的像素點g(x，y)的直線與X射線束的中心軸Bc相交所成的角，並且βb表示相反的視角veiw，該相反的視角βb被提供為βa+180°-2γ。假設αa和αb表示穿過視場P中的像素點g(x，y)的X射線束和相反的X射線束與視場P相交所成的角，錐形射束重建加權係數ωa和ωb取決於所述角度。通過把投影數據項乘以任一個錐形射束重建加權係數來根據公式(8)執行求和，從而計算背投影像素數據項D2(0，x，y)。D2(0，x，y)＝ωa·D2(0，x，y)_a+ωb·D2(0，x，y)_b(8)在此，D2(0，x，y)_a表示包括在視角βa中的投影數據項，D2(0，x，y)_b表示包括在視角βb中的投影數據項。取決於相反的射束的錐形射束重建加權係數ωa和ωb的和是1，也就是說ωa+ωb＝1。由於把投影數據項乘以任一個錐形射束重建加權係數ωa和ωb並且然後求和，因此可以減小錐角偽像。例如，可以如下所述地計算錐形射束重建加權係數ωa和ωb。假設γmax表示扇形射束角的一半，可以根據下面列出的等式(9)、(10)、(11)、(12)、(13)和(14)來計算錐形射束重建加權係數ωa和ωb。在此，ga表示與X射線束相關的加權係數，gb表示與相反的X射線束相關的加權係數。ga＝f(γmax，αa，βa)(9)gb＝f(γmax，αb，βb)(10)xa＝2·gaq/(gaq+gbq)(11)xb＝2·gbq/(gaq+gbq)(12)ωa＝xa2·(3-2xa)(13)ωb＝xb2·(3-2xb)(14)在此，例如q等於1。例如，假設ga和gb是提供0和{(π/2+γmax)·|βa|}之間的較大者的max[]的函數，則如下改寫ga和gbga＝max·|tan(αa)|(15)gb＝max·|tan(αb)|(16)在扇形射束圖像重建的情況下，將代表視場P中的各像素點的投影數據項乘以距離係數。該距離係數被提供為(r1/r0)2，其中r0表示從X射線管21中的焦點到檢測器元件的距離，所述檢測器元件屬於包括在多陣列X射線檢測器24中的檢測器陣列j和通道i並且檢測投影數據Dr，r1表示從X射線管21中的焦點到投影數據Dr所代表的視場P中的像素點的距離。在平行射線束圖像重建的情況下，代表視場P中的各像素點的投影數據項僅僅乘以任一個錐形射束重建加權係數w(i，j)。在步驟S63，如圖10中所示，投影數據項D2(view，x，y)被逐像素地加到事先被清除的背投影數據項D3(x，y)上。在步驟S64，對於重建斷層攝影圖像所需的所有視角(即X射線管旋轉360°(或者180°+扇形射束的角度)所產生的視角)重複步驟S61到S63，從而產生如圖10中所示的背投影數據項D3(x，y)。如圖11(a)和圖11(b)中所示，視場P可以不是方形的，而可以是直徑對應於512個像素的圓形場。因此，X射線CT設備通過遵循以下描述的步驟來執行前述圖像重建，從而重建每個斷層攝影圖像。在步驟S1，執行數據採集。在步驟S2，執行預處理。在步驟S3，執行射束硬化補償。在步驟S4，執行z濾波器卷積。在步驟S5，執行重建函數卷積。在步驟S6，執行三維背投影。在步驟S7，執行後處理。為了重建表示在z方向上相繼的對象的各截面的斷層攝影圖像，重複地執行用於重建斷層攝影圖像的圖像重建，由此產生由表示在z方向上相繼的各截面的相繼斷層攝影圖像所組成的三維圖像。將在下面描述步驟S8的後續的時序三維空間濾波。圖13示出了在步驟S7產生的時序螺旋掃描和電影掃描圖像。在採用多陣列X射線檢測器24的X射線CT設備中，當採用螺旋掃描並且執行三維圖像重建時，不僅可以產生一個斷層攝影圖像h(t1，z)而是可以產生多個(即N個)斷層攝影圖像h(t1，z1)、h(t1，z2)...h(t1，zN-1)和h(t1，zN)。在這種情況下，圖像h(ti，zi)和h(tk，z1)可以被重建，從而它們將表示對象的相同截面。換句話說，在不同時刻重建的多個斷層攝影圖像可以表示相同的截面，所述截面的位置由相同的z坐標表示。圖13(a)示出了通過採用電影掃描構造的圖像。在此，在z方向上的某個位置處執行一次旋轉數據採集或者多次旋轉數據採集。因此，下面列出的時序斷層攝影圖像被重建在時刻t1重建的斷層攝影圖像c(t1，z1)、c(t1，z2)...c(t1，zN-1)和c(t1，zN)在時刻t2重建的斷層攝影圖像c(t2，z1)、c(t2，z2)...c(t2，zN-1)和c(t2，zN)在時刻t3重建的斷層攝影圖像c(t3，z1)、c(t3，z2)...c(t3，zN-1)和c(t3，zN)-----在時刻tM重建的斷層攝影圖像c(tM，z1)、c(tM，z2)...c(tM，zN-1)和c(tM，zN)當以所表示的截面在z方向上排列的順序組合斷層攝影圖像c(t，z1)、c(t，z2)...c(t，zN-1)和c(t，zN)時，表示在某個時刻下獲得的對象的狀態的三維圖像Cine3D(t)被產生。因此，表示在時刻t1到tM獲得的對象的狀態的三維圖像被產生。所述三維圖像將被稱為時序三維圖像。為了檢測斷層攝影圖像中的時變變化(其中所述斷層攝影圖像表示位於z方向上的某個位置處的對象的截面)，斷層攝影圖像c(t1，zi)、c(t2，zi)、c(t3，zi)...和c(tM，zi)作為時序斷層攝影圖像而被採樣。圖13(b)示出了通過採用螺旋掃描重建的圖像。時序地重建以下斷層攝影圖像在時刻t1重建的斷層攝影圖像h(t1，z1)、h(t1，z2)...h(t1，zN-1)和h(t1，zN)在時刻t2重建的斷層攝影圖像h(t2，z2)、h(t2，z3)...h(t2，zN)和h(t2，zN+1)在時刻t3重建的斷層攝影圖像h(t3，z3)、h(t3，z4)...h(t3，zN+1)和h(t3，zN+2)-----在時刻tM重建的斷層攝影圖像h(tM，zM)、h(tM，zM+1)...h(tM，zN+M-2)和h(tM，zN+M-1)為了檢測斷層攝影圖像中的時變變化(其中所述斷層攝影圖像表示位於z方向上的某個位置處的對象的截面)，時序斷層攝影圖像h(t1，zN)、h(t2，zN)、h(t3，zN)...被採樣。假設確立了M＜N，當按照所表示的各截面在z方向上的排列順序來組合斷層攝影圖像h(t，zM)、h(t，zM+1)...和h(t，zN)時，表示從z坐標zM到z坐標zN的對象範圍的三維圖像Helical3D(t)被產生。因此，表示在時刻t1到tM獲得的對象的範圍的三維圖像作為時序三維圖像而被產生。由斷層攝影圖像h(t1，zM)、h(t1，zM+1)...和h(t1，zN)組成的三維圖像由斷層攝影圖像h(t2，zM)、h(t2，zM+1)...和h(t2，zN)組成的三維圖像-----由斷層攝影圖像h(tM，zM)、h((tM，zM+1)...和h(tM，zN)組成的三維圖像當螺距小於1時，如圖13(b)中所示，由在一個時刻下重建的一組斷層攝影圖像表示的在z方向上延伸的對象範圍與由在另一時刻下重建的另一組斷層攝影圖像表示的對象範圍的重疊程度很大。此外，無論採用螺旋掃描還是電影掃描，切片厚度可以如圖14(a)中所示對應於斷層攝影圖像間隔。另外，切片厚度可以如圖14(b)中所示大於斷層攝影圖像間隔，以便減小圖像中的噪聲。在圖3中的步驟S8，對於通過電影掃描或螺旋掃描產生的時序三維圖像執行四維空間濾波。圖15的示意圖涉及四維空間濾波器與時序三維圖像的卷積，所述時序三維圖像是在時刻tn-1、tn和tn+1產生的三維圖像並且組成一個四維圖像。作為四維空間濾波器的一個例子，圖16示出了一個四維空間濾波器，該四維空間濾波器具有在四維中限定的三個濾波係數，並且被應用於由80個近鄰組成的鄰域；圖17示出了一個四維空間濾波器，該四維空間濾波器具有在四維中限定的五個濾波係數，並且被應用於由624個近鄰組成的鄰域。圖16(a)和圖17(a)是示出四維空間濾波器的概念圖。圖16(b)和圖17(b)的概念圖示出了聚焦像素和相鄰像素，所述相鄰像素是當每個四維空間濾波器被用於對時序地排列並且在各個時刻產生的每個三維圖像執行三維空間濾波時而被選擇的。如圖15中所示，當四維空間濾波器與在時刻tn產生的三維圖像進行卷積時，執行下述處理。例如，當具有在四維中限定的三個濾波係數的四維空間濾波器被卷積時，所得到的三維圖像由下面列出的公式(17)表示。附帶說明，將與在每個時刻產生的每個三維圖像進行卷積的三維空間濾波器具有如圖16中所示的在三維中限定的三個濾波係數。在下面的公式中，星號*表示卷積。在時刻tn產生的並且經受四維空間濾波器卷積的三維圖像＝(在時刻tn-1產生的三維圖像)*(在時刻tn-1採用的三維空間濾波器)+(在時刻tn產生的三維圖像)*(在時刻tn採用的三維空間濾波器)+(在時刻tn+1產生的三維圖像)*(在時刻tn+1採用的三維空間濾波器)(17)當具有在四維中限定的五個濾波係數的四維空間濾波器被卷積時，所得到的三維圖像由下面列出的公式(18)表示。附帶說明，將與在每個時刻產生的三維圖像卷積的三維空間濾波器具有如圖17中所示的在三維中限定的五個濾波係數。(在時刻tn產生的並且經受四維空間濾波器卷積的三維圖像)＝(在時刻tn-2產生的三維圖像)*(在時刻tn-2採用的三維空間濾波器)+(在時刻tn-1產生的三維圖像)*(在時刻tn-1採用的三維空間濾波器)+(在時刻tn產生的三維圖像)*(在時刻tn採用的三維空間濾波器)+(在時刻tn+1產生的三維圖像)*(在時刻tn+1採用的三維空間濾波器)+(在時刻tn+2產生的三維圖像)*(在時刻tn+2採用的三維空間濾波器)(18)此外，當空間濾波器被卷積時，所述空間濾波器如圖15中所示逐一地掃描過各像素。下面列出的各組三個數值指示像素的位置，其中每個像素位置由t軸上的掃描位置、z軸上的掃描位置和y軸上的掃描位置代表。0-1-1→0-1-2→0-1-3→...→0-2-1→0-2-2→0-2-3→...→...→1-1-1→1-1-2→1-1-3→...→1-2-1→1-2-2→1-2-3→...→...因此，四維空間濾波器與在時刻tn產生的三維圖像進行卷積。當四維空間濾波器與時序三維圖像卷積時，該四維空間濾波器不僅與在時刻tn產生的三維圖像進行卷積，而且還與在所需的時間間隔內產生的圖像進行卷積，所述時間間隔包括時刻t1、t2...tn-1、tn+1...和tN。圖18顯示了具有在四維中限定的三個濾波係數並且用於減小噪聲的四維空間濾波器的一個例子。在圖18中，a、b和c表示對應的像素值與之相乘的空間濾波係數。例如，a被設置為0.36，b被設置為0.05，c被設置為0.01。在這種情況下，如圖18中所示，在時刻tn產生的聚焦像素的值被乘以值為0.36的空間濾波係數a。在x、y和z方向上與該聚焦像素相鄰並且在相同時刻tn產生的像素的值被乘以值為0.05的空間濾波係數b。此外，在與聚焦像素相同的時刻tn產生的、並且在xy平面上與x和y方向相交成45°的方向上以及在xz平面上與x和z方向相交成45°的方向上緊鄰聚焦像素的像素的值被乘以值為0.01的空間濾波係數c。此外，在xyz空間中位於與在時刻tn產生的聚焦像素相同的位置處、並且在時刻tn的前一時刻tn-1以及在時刻tn的後一時刻tn+1產生的像素的值被乘以值為0.05的空間濾波係數b。在時刻tn的前一時刻tn-1以及在時刻tn的後一時刻tn+1產生的並且在x、y和z方向上與和所述聚焦像素相同的xyz空間中的位置相鄰的像素的值被乘以值為0.01的空間濾波係數c。其後，像素與空間濾波係數的乘積被求和，並且該總和被看作是聚焦像素的值。圖19示出了具有在四維中限定的五個濾波係數並且用於減小噪聲的四維空間濾波器的一個例子。在圖19中，a、b和c表示對應的像素值與之相乘的空間濾波係數，並且例如分別被設置為0.76、0.01和0.005。在這種情況下，如圖19中所示，在時刻tn產生的聚焦像素的值被乘以值為0.76的空間濾波係數a。在x、y和z方向上緊鄰該聚焦像素並且在與聚焦像素相同的時刻tn產生的像素的值被乘以值為0.01的空間濾波係數b。與分別在x、y和z方向上緊鄰聚焦像素的像素相鄰的像素的值被乘以值為0.005的空間濾波係數c。此外，在與聚焦像素相同的時刻tn產生的、並且在xy平面上與x和y方向相交成45°的方向上以及在xz平面上與x和z方向相交成45°的方向上緊鄰該聚焦像素的像素的值被乘以值為0.05的空間濾波係數c。此外，在xyz空間中位於與在時刻tn產生的聚焦像素相同的位置處、並且在時刻tn的前一時刻tn-1以及在時刻tn的後一時刻tn+1產生的像素的值被乘以值為0.01的空間濾波係數b。此外，在時刻tn的前一時刻tn-1以及在時刻tn的後一時刻tn+1產生的並且在x、y和z方向上與和所述聚焦像素相同的xyz空間中的位置緊鄰的像素的值被乘以值為0.05的空間濾波係數c。在xyz空間中位於與在時刻tn產生的聚焦像素相同的位置處、並且在時刻tn的前一時刻之前的時刻tn-2以及在時刻tn的後一時刻之後的時刻tn+2產生的像素的值被乘以值為0.05的空間濾波係數c。其後，像素與空間濾波係數的乘積被求和，並且該總和被看作是聚焦像素的值。包括在四維空間濾波器中的並且用於減小噪聲的各空間濾波器是無源濾波器，無論聚焦像素如何以及無論是什麼像素與聚焦像素相鄰，所述濾波器實施特定的空間濾波。圖20示出了用於減小噪聲並且取決於CT數值的四維空間濾波器的一個例子，圖21示出了用於減小噪聲以及增強對比度並且取決於CT數值的四維空間濾波器的一個例子。在由每個四維空間濾波器實施的空間濾波中，將被卷積的空間濾波係數根據CT數值而變化。圖20(a)和圖21(a)示出了包含在三維圖像數據中的像素濾波的場景。在此，a、b和c表示像素值與之相乘的空間濾波係數。圖20(b)和圖21(b)圖形地示出了包括在被用於濾波的第一和第二濾波器中的空間濾波係數的總和與各個像素所代表的CT數值的關係。在所述X射線CT設備中，空間濾波根據作為CT數值的聚焦像素的值或者根據像素表示哪種類型的圖像而變化。換句話說，基於聚焦像素表示區域中的什麼組織(例如，基於聚焦像素表示軟組織、骨組織或者肺野中的組織)來切換將被卷積的濾波器。一般來說，當聚焦像素表示軟組織時，由於要求更平滑的圖像質量，因此採用用於減小噪聲的空間濾波器。當聚焦像素表示骨組織或者肺野中的組織時，由於要求顯現細微結構，因此採用用於增強對比度或者增強高頻分量的空間濾波器。具體而言，如圖20(a)中所示，圖19中所示的其空間濾波係數a、b和c分別被設為0.28、0.05和0.01的第一濾波器以及其空間濾波係數a、b和c分別被設為1、0和0的第二濾波器被使用。如圖20(b)中所示，根據CT數值，把由第一濾波器限定的空間濾波係數切換到由第二濾波器限定的空間濾波係數，反之亦然。因此，第一和第二濾波器被切換。類似地，如圖21(a)中所示，圖19中所示的其空間濾波係數a、b和c分別被設為2.12、-0.1和-0.01的第一濾波器以及其空間濾波係數a、b和c分別被設為0.76、0.01和0.005的第二濾波器被使用。如圖21(b)中所示，根據CT數值，把由第一濾波器限定的空間濾波係數切換到由第二濾波器限定的空間濾波係數，反之亦然。因此，第一和第二濾波器被切換。圖22的流程圖描述了取決於CT數值的空間濾波。在步驟F1，將與像素值(CT數值)的特定範圍R1、R2...和RN卷積的空間濾波器Fk被從多個空間濾波器中選擇出來。此時，像素值(CT數值)的所述範圍R1、R2...和RN應當覆蓋所有的CT數值而且不重疊。也就是說，所述範圍被確定成由下面列出的公式(19)和(20)表示。然而，RK表示由範圍RK中的CT數值的下限和其上限指示的CT數值的每個範圍。R1∩R2∩......∩RN＝φ(空集)(19)R1∪R2∪......∪RN＝各集合之和(20)在步驟F2，i、j和k值被初始化為1。因此，對於空間濾波執行初始化。在此，i表示指示包含在斷層攝影圖像數據中的像素位置的x坐標，j表示指示像素位置的y坐標，k表示被分配給CT數值範圍的數值。在步驟F3，由將被空間濾波的聚焦像素G(i，j)所代表的CT數值被檢查，以便看它是否落在像素值(CT數值)的範圍RK(圖像數據(斷層攝影圖像數據)G(i，j)具有排成行和列的N個像素)之內。如果是的話，則控制轉到步驟F5。否則，控制轉到步驟F4。在步驟F4，k值遞增1，也就是被設置為k+1。控制然後返回到步驟F3。在步驟F5，與像素值(CT數值)的範圍RK相關聯的空間濾波器FK與各像素值進行卷積。在步驟F6，檢查i值以看它是否等於N。如果是的話，則控制轉到步驟F8。否則，控制轉到步驟F7。在此，N表示由像素的數量指示的斷層攝影圖像數據的大小。在步驟F7，i值遞增1，也就是被設置為i+1。控制然後返回到步驟F3。在步驟F8，i值被設置為1。在步驟F9，檢查j值以看它是否等於N。如果是的話，則終止處理。否則，控制轉到步驟F10。在步驟F10，j值遞增1，也就是被設置為j+1。控制然後返回到步驟F3。當採用時序三維空間濾波或者四維空間濾波作為空間濾波時，可以根據CT數值的範圍有效地執行合適的空間濾波。到此為止已經描述了取決於聚焦像素的值的空間濾波。當不僅考慮聚焦像素的屬性而且考慮相鄰像素的屬性來執行空間濾波時，可以更適當地執行所述空間濾波。圖25(a)和圖25(b)各示出了一個直方圖，其指示屬於聚焦像素的鄰域的各像素的值以及聚焦像素的值與屬於該鄰域的各像素的值的關係。在圖25(a)和圖25(b)中，m表示屬於該鄰域的像素的值的平均值，s表示包括在該鄰域中的任何像素值的標準偏差，a表示常數。在此，作為例子採用CT數值來表示圖像數據的屬性。對於表示圖像數據的屬性的任何其它值也是如此。如圖25(c)中所示，當指示聚焦像素的位置的坐標為坐標(i，j)時，由範圍從i-b到i+b的x坐標和範圍從j-c到j+c的y坐標限定的範圍將被看作是一個鄰域。圖25(a)涉及這樣一種情況，其中所述鄰域的屬性類似於聚焦像素的屬性；圖25(b)涉及這樣一種情況，其中所述鄰域的屬性並不類似於聚焦像素的屬性。在圖25(a)中，聚焦像素的值落在從(m-a·s)到(m+a·s)的範圍內，其中m表示屬於該鄰域的各像素的值的平均值，s表示該鄰域中的每個像素值的標準偏差。在圖25(b)中，聚焦像素的值沒有落在從(m-a·s)到(m+a·s)的範圍內，其中m表示屬於該鄰域的各像素的值的平均值，s表示該鄰域中的每個像素值的標準偏差。換句話說，在圖25(a)中，聚焦像素的屬性類似於所述鄰域的屬性。然而，在圖25(b)中，聚焦像素的屬性並不類似於該鄰域的屬性。也就是說，聚焦像素被看作是具有不同屬性的像素。基於前述標準確定聚焦像素的屬性是否類似於鄰域的屬性。因此，可以正確地應用適合於每種情況的空間濾波器。圖23的流程圖描述了取決於鄰域的屬性並且應用了前述思想的空間濾波。在步驟F101，將被用於區分聚焦像素的值與相鄰像素的值的閾值a以及將被用於指示鄰域的大小b×c的參數被確定。因此，空間濾波所需的參數被指定。在步驟F102，i和j值被初始化為1。因此，實現了對於空間濾波的初始化。在步驟F103，在聚焦像素G(i，j)的每個鄰域(G(i-b，j)，G(i+b，j))和(G(i，j-c)，G(i，j+c))中的各像素值的平均值m以及在每個鄰域中的每個像素值的標準偏差s被計算。在步驟F104，檢查聚焦像素G(i，j)的值以看它是否落在從像素值(CT數值)(m-a·s)到像素值(m+a·s)的範圍內。如果是的話，則控制轉到步驟F105。否則，控制轉到步驟F106。在步驟F105，濾波器F1被卷積。其後，控制轉到步驟F107。在步驟F106，濾波器F2被卷積。其後，控制轉到步驟F107。在步驟F107，檢查值i以看它是否等於N。如果是的話，則控制轉到步驟F109。否則，控制轉到步驟F108。在步驟F108，值i遞增1，也就是被設置為i+1。控制然後返回到步驟F103。在步驟F109，值i被初始化為1。在步驟F110，檢查值j以看它是否等於N。如果是的話，則終止處理。否則，控制轉到步驟F111。在步驟F111，值j遞增1，也就是被設置為j+1。控制然後返回到步驟F103。當採用時序三維空間濾波或四維空間濾波作為空間濾波時，可以根據鄰域的屬性有效地執行空間濾波。在圖3中的步驟S9，執行四維空間濾波以便減小噪聲或者增強對比度，並且顯示所得到的斷層攝影圖像。另外，如圖24中所示，執行三維MPR顯示或者三維顯示。MPR顯示是一種顯示利用zx平面、zy平面或者任何其它傾斜平面轉換的三維圖像的顯示方法，所述三維圖像由多個斷層攝影圖像組成。根據本實施例，關於時間軸和所有空間軸的方向的多條信息被用於提高四維圖像、三維圖像或N維圖像的質量，所述四維圖像是時變三維圖像並且由時序三維圖像組成，所述三維圖像是時變二維圖像並且由時序二維圖像組成，所述N維圖像是時變N-1維圖像並且由時序N-1維圖像組成。根據本實施例，關於時間軸和各空間軸的方向的多條信息被用於提高通過常規(軸向)掃描、電影掃描或螺旋掃描產生的時序三維圖像或時序二維圖像的質量，所述掃描由包括矩陣型二維區域X射線檢測器的X射線CT設備執行，所述矩陣型二維區域X射線檢測器由多陣列X射線檢測器或者平板X射線檢測器代表。因此，可以用更小的X射線劑量實現目標圖像質量。如上所述，根據本實施例的X射線CT設備100根據通過用X射線掃描對象所產生的投影數據項在時間軸的方向上順序地重建三維圖像，該三維圖像由對象的斷層攝影圖像組成。在本實施例中，中央處理單元3對在時間軸的方向上相繼產生的三維圖像進行空間濾波，並且也在時間軸的方向對它們進行濾波。例如，在各空間軸的方向上以及在時間軸的方向上執行用於消除噪聲或增強對比度的濾波。在監視器6上，由中央處理單元3濾波的三維圖像與其所產生的時刻相關聯地被相繼顯示。由於甚至在時間軸的方向上執行濾波，因此本實施例可以提高在時間軸的方向上相繼產生的三維圖像的質量。此外，在本實施例中，中央處理單元3可以執行多種類型的濾波。根據聚焦像素的值順序地選擇、並且對包含在重建三維圖像數據中的該聚焦像素執行所述多種類型的濾波當中的任何一種。例如，基於聚焦像素的值順序地選擇所述多種類型的濾波當中的任何一種。另外，基於聚焦像素的值和與聚焦像素相鄰的像素的值的差順序地選擇所述多種類型的濾波當中的任何一種。其後，中央處理單元3相繼地對包含在對應的三維圖像數據項中的聚焦像素執行所選類型的濾波，其中所述三維圖像數據項在時間軸的方向上被相繼地產生。例如，當聚焦像素的值落在預定範圍內時，該像素值被按照原樣提供。當聚焦像素的值落在預定範圍之外時，經過用於消除噪聲的濾波的該聚焦像素的值被提供為像素值。因此，根據本實施例，在時間軸的方向上相繼重建的三維圖像的質量可以得到提高。需要注意的是，本發明並不局限於前述實施例，而是可以採用各種變型。例如，可以採用基於已知的Feldkamp方法的三維圖像重建方法或者可以採用任何其它三維重建方法。在前述實施例中，具有在檢測器陣列的方向(z方向)上限定的不同係數的濾波器被與各圖像數據項進行卷積，以便調節由各檢測器陣列所產生的圖像數據項中的圖像質量的變化。因此，實現了把易受偽像或噪聲影響的切片厚度和圖像質量在由各檢測器陣列所產生的數據項上保持均勻。可以設想濾波係數的各種集合，並且將證明其同樣有效。本發明不僅可以應用於醫療用的X射線CT設備，而且可以應用於工業用的X射線CT設備或者X射線CT設備與任何其它模塊的組合，比如X射線CT-PET系統或者X射線CT-SPECT設備。在取決於像素值的空間濾波的例子中，採用了噪聲減小濾波器和對比度增強濾波器。作為另一選擇，具有任何其他能力的多個空間濾波器可以被採用，並且將被證明是有效的。作為噪聲減小濾波器和對比度增強濾波器，採用了將由一個空間濾波器限定的係數的各集合作為例子。無需多言，係數的任何其它集合也將被證明是有效的。在取決於鄰域的屬性的空間濾波的例子中，在統計技術中採用的平均值和標準偏差被用於確定聚焦像素的屬性是否類似於鄰域的屬性。即使當採用任何其它方法時，只要將聚焦像素的屬性與領域的屬性進行比較並且基於某個標準做出確定，也將提供與前述實施例相同的優點。已經關於通過電影掃描或螺旋掃描產生的時序三維圖像描述了所述實施例。即使當通過常規(軸向)掃描以規則的時間間隔產生斷層攝影圖像時，也將提供與前述實施例相同的優點。圖20、圖21和圖22示出了取決於由聚焦像素所代表的CT數值的四維空間濾波器的例子。CT數值是代表屬性的值的一個例子。代表屬性的任何其它值(例如CT數值的標準偏差、其一階導數、二階導數或者其時間差)可以被用於實現取決於CT數值的四維空間濾波器。圖23描述了取決於鄰域的屬性的四維空間濾波的一個例子。CT數值被用作代表屬性的值的一個例子。代表屬性的任何其它值(例如CT數值的標準偏差、其一階導數、二階導數或者其時間差)可以被用於實現取決於鄰域的屬性的四維空間濾波。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以構造本發明的許多不同的實施例。應當理解的是，除了如所附權利要求書所限定的之外，本發明並不局限於在說明書中描述的特定實施例。權利要求1.一種圖像處理設備(1)，包括用於接收時變三維圖像的圖像輸入裝置；用於在時間軸的方向上和各空間軸的方向上執行四維空間濾波的空間濾波器裝置(3)；以及用於傳送或顯示經過空間濾波的三維圖像的圖像輸出/顯示裝置(6)。2.一種圖像處理設備(1)，包括用於接收使用N-1個時變獨立參數作為基礎限定的時變N-1維圖像的圖像輸入裝置；用於在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上執行N維空間濾波的空間濾波器裝置(3)；以及用於傳送或顯示經過空間濾波的N-1維圖像的圖像輸出/顯示裝置(6)。3.一種圖像處理設備(1)，包括用於接收時變三維圖像的圖像輸入裝置；空間濾波器裝置(3)，其用於選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上彼此相鄰的像素並且對所選擇的相鄰像素執行自適應四維空間濾波；以及用於傳送或顯示經過空間濾波的三維圖像的圖像輸出/顯示裝置(6)。4.一種圖像處理設備(1)，包括用於接收使用N-1個時變獨立參數作為基礎限定的時變N-1維圖像的圖像輸入裝置；空間濾波器裝置(3)，其用於選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上彼此相鄰的像素並且對所選擇的相鄰像素執行自適應N維空間濾波；以及用於傳送或顯示經過空間濾波的N-1維圖像的圖像輸出/顯示裝置(6)。5.根據權利要求1-4當中的任一項的圖像處理設備(1)，其包括這樣的空間濾波器裝置(3)，該空間濾波器裝置選擇其值統計地接近於與空間濾波器中心對準的聚焦像素的值的那些像素作為所選擇的相鄰像素。6.一種X射線CT設備(100)，包括數據採集裝置(20)，其用於將X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)圍繞位於所述X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的旋轉中心旋轉，從而採集躺在所述X射線發射器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的對象的投影數據項，其中所述二維X射線區域檢測器(24)具有矩陣結構並且與所述X射線發射器(21)相對；圖像重建裝置(3)，其用於根據所採集的投影數據項來重建圖像；後處理裝置(3)，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置(6)，其用於顯示經過所述後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置(2)，其用於指定放射攝影條件，其中所述後處理裝置(3)在x、y和z方向上對通過斷層攝影產生的時變三維圖像進行空間濾波，其中z方向是垂直於xy平面的方向，xy平面是數據採集系統在其上旋轉的平面或者是由斷層攝影圖像所表示的平面。7.一種X射線CT設備(100)，包括數據採集裝置(20)，其用於將X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)圍繞位於所述X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的旋轉中心旋轉，從而採集躺在所述X射線發射器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的對象的投影數據項，其中所述二維X射線區域檢測器(24)具有矩陣結構並且與所述X射線發射器(21)相對；圖像重建裝置(3)，其用於根據所採集的投影數據項來重建圖像；後處理裝置(3)，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置(6)，其用於顯示經過所述後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置(2)，其用於指定放射攝影條件，其中所述X射線CT設備(100)進一步包括預處理裝置，該預處理裝置用於在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上對通過斷層攝影產生的時變投影數據項進行空間濾波，所述各空間軸的方向也就是通道的方向、檢測器陣列的方向以及由視角確定的方向。8.一種X射線CT設備(100)，包括數據採集裝置(20)，其用於將X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)圍繞位於所述X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的旋轉中心旋轉，從而採集躺在所述X射線發射器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的對象的投影數據項，其中所述二維X射線區域檢測器(24)具有矩陣結構並且與所述X射線發射器(21)相對；圖像重建裝置(3)，其用於根據所採集的投影數據項重建圖像；後處理裝置(3)，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置(6)，其用於顯示經過所述後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置(2)，其用於指定放射攝影條件，其中所述後處理裝置(3)包括用於從組成通過斷層攝影產生的時變三維圖像數據的各像素中選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上、即在x、y和z方向上彼此相鄰的像素的裝置，以及包括用於對所選擇的相鄰像素執行自適應空間濾波的裝置，其中z方向是垂直於xy平面的方向，xy平面是數據採集系統在其上旋轉的平面或者是由斷層攝影圖像所表示的平面。9.一種X射線CT設備(100)，包括數據採集裝置(20)，其用於將X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)圍繞位於所述X射線發生器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的旋轉中心旋轉，從而採集躺在所述X射線發射器(21)和二維X射線區域檢測器(24)之間的對象的投影數據項，其中所述二維X射線區域檢測器(24)具有矩陣結構並且與所述X射線發射器(21)相對；圖像重建裝置(3)，其用於根據所採集的投影數據項來重建圖像；後處理裝置(3)，其用於對所重建的斷層攝影圖像執行後處理；斷層攝影圖像顯示裝置(6)，其用於顯示經過所述後處理的斷層攝影圖像；以及放射攝影條件指定裝置(2)，其用於指定放射攝影條件，其中所述X射線CT設備(100)進一步包括預處理裝置，該預處理裝置包括用於從組成通過斷層攝影產生的時變投影數據項的各像素中選擇在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上、即在x、y和z方向上彼此相鄰的像素的裝置，以及包括用於對所選擇的相鄰像素執行自適應空間濾波的裝置，其中z方向是垂直於xy平面的方向，xy平面是數據採集系統在其上旋轉的平面或者是由斷層攝影圖像所表示的平面。10.根據權利要求6-9當中的任一項的X射線CT設備(100)，其包括這樣的後處理裝置(3)，該後處理裝置選擇其值統計地接近於與空間濾波器中心對準的聚焦像素的值的那些像素作為所選擇的相鄰像素。全文摘要本發明旨在提高作為時變三維圖像的四維圖像的質量。類似地在時間軸的方向上以及在各空間軸的方向上對作為時變三維圖像的所述四維圖像進行空間濾波。文檔編號G06T5/00GK1989906SQ20061006400公開日2007年7月4日申請日期2006年7月20日優先權日2005年7月20日發明者西出明彥,萩原明,堀內哲也申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司