X射線ct裝置以及圖像數據生成方法
2023-08-03 23:16:46 1
專利名稱：X射線ct裝置以及圖像數據生成方法
技術領域：
本發明涉及X射線CT裝置，特別是涉及可高效生成任意圖像斷面上的圖像數據的X射線CT裝置以及圖像數據生成方法。
背景技術：
在近年的X射線CT裝置中，伴隨著X射線檢測裝置及運算處理裝置的高速化、高性能化，通過與X射線投影數據的收集並行進行的高速圖像重構，切層面(垂直於被檢體的體軸方向的斷面)上的CT圖像的實時顯示就成為可能。進而，通過使用不僅對掃描方向(架臺的旋轉方向)，還對切層方向(被檢體的體軸方向)也排列了多個X射線檢測元件的2維X射線檢測器，可大致同時進行多個切層面上的X射線投影數據(下面，稱為投影數據)的收集、和此切層面的圖像數據(軸向圖像數據)的生成的多切層方式的CT裝置已被實用化。
另一方面，在取得軸向圖像以外的任意斷面上的圖像數據的情況下、使用通過使被檢體的診斷部位在體軸方向移動所收集到的投影數據來生成多張軸向圖像數據、或者3維的體積數據(ボリユ一ムデ一タ)，接著，從這些圖像數據之中進行任意圖像斷面上的圖像數據(所謂MPR(multi planar reconstruction)圖像數據)的生成。(例如，參照日本專利申請公開特開2003-116838號公報第11-12頁、第9-10圖)。
從多張軸向圖像數據來把握被檢體的診斷區域上的3維信息並不容易。為此，以往如上述那樣，採用基於上述軸向圖像數據來生成對診斷區域最佳斷面的MPR圖像數據的方法。在此情況下，首先，需要通過合成診斷區域上的多個軸向圖像數據來生成3維圖像數據，在此3維圖像數據的生成上需要許多時間。為此，在短時間生成MPR圖像數據就變得困難，不僅使診斷效率降低而且帶給操作者較大的負擔。
另一方面，雖然通過使上述軸向圖像數據的像素數或切層間隔稀疏，就可縮短3維圖像數據的生成上所要的時間，但由此時所得到的3維圖像數據所生成的MPR圖像數據的像素也變得稀疏，從而，就生成解析度劣化的MPR圖像數據。即、圖像的解析度和圖像數據生成時間處於折衷的關係，難以同時滿足兩者。
發明內容
本發明的目的在於提供一種X射線CT裝置以及圖像數據生成方法，可在MPR圖像數據的生成中，以短時間生成解析度優良的MPR圖像數據。
為此，本發明的第1技術方案提供一種X射線CT裝置，具備收集與被檢體的3維區域有關的投影數據的部件；按照操作者指示在上述3維區域內以任意的方向來設定斷面的部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來重構與上述所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像的重構部件；以及基於上述所重構的多個部分圖像來生成與上述所設定的斷面有關的圖像的部件。
本發明的第2技術方案提供一種X射線CT裝置，具備收集與被檢體的3維區域有關的投影數據的部件；基於上述所收集的投影數據來生成多個定位用圖像的定位用圖像生成部件；顯示上述定位用圖像的顯示部件；按照操作者指示在上述所顯示的定位用圖像上以任意的方向來設定斷面的斷面設定部件；確定與上述設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來生成與上述多個重構部分有關的多個部分圖像的部件；以及基於上述多個部分圖像來生成與上述斷面有關的圖像的部件。
本發明的第3技術方案提供一種X射線CT裝置，具備連續收集與被檢體的3維區域有關的投影數據的部件；按照操作者指示在上述3維區域內以任意的方向來設定斷面的部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來連續重構與上述所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像的重構部件；基於上述所重構的多個部分圖像來連續生成與上述所設定的斷面有關的圖像的部件；以及連續顯示上述圖像的顯示部件。
本發明的第4技術方案提供一種圖像生成裝置，具備在被檢體的3維區域內按照操作者指示以任意的方向來設定斷面的部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述3維區域的投影數據來重構與上述所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像的重構部件；以及基於上述所重構的多個部分圖像來生成與上述所設定的斷面有關的圖像的部件。
本發明的第5技術方案提供一種圖像生成裝置，具備基於被檢體的3維區域的投影數據來生成多個定位用圖像的定位用圖像生成部件；顯示上述定位用圖像的顯示部件；按照操作者指示在上述所顯示的定位用圖像上以任意的方向來設定斷面的斷面設定部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來生成與上述多個重構部分有關的多個部分圖像的部件；以及基於上述多個部分圖像來生成與上述斷面有關的圖像的部件。
本發明的第6技術方案提供一種圖像數據生成方法，包括從與被檢體有關的多個切層面的投影數據中抽取特定的切層面的投影數據；基於上述所抽取出的投影數據生成定位用圖像；顯示上述定位用圖像；確定與在上述所顯示的定位用圖像上以任意的方向所設定的斷面交叉的多個重構部分；基於上述所收集的投影數據來重構與上述多個重構部分有關的多個部分圖像；以及由上述所重構的多個部分圖像生成與上述所設定的斷面有關的圖像。
本發明的第7技術方案提供一種圖像數據生成方法，包括連續收集與被檢體的3維區域有關的投影數據；連續重構與多個重構部分有關的多個部分圖像，該多個重構部分與按照操作者指示所設定的斷面交叉；基於上述所重構的多個部分圖像來連續生成與上述所設定的斷面有關的圖像；以及連續顯示上述圖像。
本發明另外的目的和特徵將在以下的說明中得以闡明，並部分地從該說明而顯而易見，或者可通過本發明的實施而得以了解。本發明的所述目的和特徵可通過在下文中特別指出的手段及其組合而得以實現和獲得。
附圖包含在說明書中並構成其一部分，表明目前本發明優選的實施方式並與上面所給出的概括說明和下面給出的其優選實施方式的詳細說明一起用於闡述本發明的原理。
圖1是表示有關本發明第1實施例的X射線CT裝置全體構成的框圖。
圖2是表示該實施例中的X射線檢測器及投影數據收集部的構成的圖。
圖3是表示該實施例中的MPR圖像數據的生成過程的流程圖。
圖4是表示該實施例中的投影數據的收集位置的圖。
圖5是表示該實施例中的MPR圖像斷面的設定方法的圖。
圖6是表示該實施例中的MPR圖像的像素、與被用於此像素的投影數據的關係的圖。
圖7是表示該實施例的顯示部上所顯示的MPR圖像的具體例子的圖。
圖8是表示該實施例的顯示部上所顯示的MPR圖像的其他具體例子的圖。
圖9是表示本發明第2實施例中的MPR圖像數據的生成過程的流程圖。
圖10是表示該實施例中的投影數據的收集方法的圖。
圖11是表示本發明第1實施例及第2實施例中的定位用圖像的顯示方法的變形例的圖。
圖12是圖3的S3～S7的補足說明圖。
圖13是表示在本實施例中對應於MPR面的重構位置(重構部分區域)的圖。
圖14是表示在本實施例中對應於3維面的重構位置(重構部分區域)的圖。
圖15是圖5的詳細圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來說明本發明的實施例。
(第1實施例)與本發明第1實施例相關的X射線CT裝置具備具有被2維狀地排列的多個X射線檢測元件的多切層方式的X射線檢測器。與被檢體的3維區域有關的投影數據(第1投影數據)以第1切層間隔ΔZ1例如按320切層進行收集。從得到的320切層的投影數據，以第2切層間隔ΔZ2(ΔZ2＞ΔZ1)抽取出離散的、例如32切層的投影數據(第2投影數據)。根據所抽取出的第2投影數據對32切層斷層圖像進行重構。對於切層方向解析度低的32切層的斷層圖像，被用作用於操作者對高解析度的斷層圖像(MPR圖像)的斷面(斜向面)的位置及方向進行設定的定位用圖像。在多個定位用圖像上以任意的位置和方向來設定斷面。與所設定的斜向面和第1切層間隔的320切層交叉位置相對應的320個部分被重構。該部分以外則不進行重構。通過連結經過重構的320個部分圖像並根據需要進行插補，與該斜向面有關的高解析度的斷層圖像(MPR圖像)就得以生成。
(裝置的構成)下面，使用圖1及圖2就本發明第1實施例中的X射線CT裝置的構成進行說明。圖1是表示本實施例中的X射線CT裝置全體構成的框圖，此X射線CT裝置100具備放置被檢體30並插入後述的架臺旋轉部2的開口部的床臺1，在被檢體30的周圍旋轉動作的架臺旋轉部2，以及使床臺1和架臺旋轉部2移動或旋轉得以執行的床臺·架臺機構部3，進而，還具備控制此床臺·架臺機構部3的機構控制部4，對被檢體30照射X射線的X射線發生部5，以及對透過被檢體30的X射線數據進行收集的投影數據收集部6。
X射線CT裝置100具備對由上述投影數據收集部6所收集的投影數據進行重構後生成圖像數據的圖像數據生成部7，顯示所生成的圖像數據的顯示部9，輸入攝影條件等的輸入部10，以及對上述各單元統括地進行控制的系統控制部11。
床臺1具有通過床臺·架臺機構部3的驅動、可在其長邊方向進行滑動的防護板(蓋板)，通常，被檢體30被放置成其體軸方向與此防護板的長邊方向大致一致。另外，機構控制部4，根據來自系統控制部11的控制信號對來控制朝床臺1的防護板的長軸方向的移動及架臺旋轉部2的旋轉速度等。
X射線發生部5具備對被檢體30照射X射線的X射線管13，發生在此X射線管13的陽極與陰極之間外加的高電壓的高壓發生器12，對從X射線管13照射的X射線進行準直的X射線光闌器14，以及用於對安裝在架臺旋轉部2上的X射線管13供給電力的滑環15。
X射線管13是發生X射線的真空管，通過從高壓發生器12供給的高電壓使電子加速，並碰撞到鎢對陰極(X射線管中的靶子)使X射線發生。另外，X射線光闌器14，位於X射線管13與被檢體30之間，具有將從X射線管13放射的X射線束按預定的顯影尺寸通過光闌的功能。例如，基於有效視場區域(FOV)使從X射線管13放射的X射線束成形為錐形射束(四角錐)狀，或者扇形射束狀的X射線束。
投影數據收集部6具備對透過被檢體30的X射線進行檢測的X射線檢測器16，將來自此X射線檢測器16的信號按預定的信道數進行捆束的開關組17，對來自開關組17的輸出信號進行A/D變換的數據收集電路(下面，稱為DAS(data acquisition system))18，將DAS18的輸出非接觸地提供給圖像數據生成部7的數據傳送電路19。
X射線管13、X射線光闌器14、滑環15和投影數據收集部6被設置於可相對架臺固定部旋轉的架臺旋轉部2，通過機構控制部4的驅動控制信號，在平行於被檢體30的體軸方向(Z方向)的旋轉中心軸的周圍進行1次旋轉/秒至2次旋轉/秒的高速旋轉。
使用圖2對投影數據收集部6中的X射線檢測器16、開關組17以及DAS18的構成進行描述。圖2A表示X射線檢測元件51被2維排列的X射線檢測器16的展開圖，各個X射線檢測元件51具有閃爍器和光電二極體。
在多切層方式的X射線檢測器16中，對作為被檢體30的體軸方向的切層方向(Z方向)配置X射線檢測元件51例如80個元件，又對垂直於上述切層方向的通道方向(X方向)配置24個元件。其中，在通道方向所排列的X射線檢測元件51，實際上是沿以X射線管13的焦點為中心的圓弧被安裝於架臺旋轉部2。然後，在X射線檢測器16的切層方向上，將用於取得0.5mm切層厚的數據的X射線檢測元件51在其中心部配置32個元件，並分別在這些32個元件的X射線檢測元件51的兩端，將用於取得1.0mm切層厚的數據的X射線檢測元件51各配置24個元件。
返回圖1，投影數據收集部6的開關組17，在將由X射線檢測器16所檢測到的信號傳送至DAS18時，將來自切層方向上的X射線檢測元件51的接收信號按預定信道數進行「數據捆束(デ一タ束ね)」後提供給DAS18。
DAS18具有多個信道的接收部，此接收部將來自X射線檢測器16的電流信號變換成電壓，進而，通過未圖示的A/D變換器變換成數位訊號後生成投影數據。
數據傳送電路19將從DAS18輸出的投影數據，例如通過光通信手段送往後述的圖像數據生成部7的投影數據存儲電路20進行保存。此外，只要可進行旋轉體與固定體之間的信號傳送，此數據傳送方法也可換成其他方法，例如，也可以使用已經描述過的滑環。其中，X射線檢測器16要在1次旋轉(約1秒)之間進行龐大的2維投影數據的檢測，為了實現這種龐大的投影數據的傳送，DAS18和數據傳送電路19就要求高速處理功能。
接著，使用圖2B對上述投影數據收集部6中的「數據捆束」進行說明。但是，為了簡化說明，在此圖2B中對通道方向一個通道上，沿其切層方向排列了12個X射線檢測元件51-1至51-12的情形進行描述。
即，在圖2B的X射線檢測器16中，例如在切層方向的中心部以0.5mm間隔配置8個元件、X射線檢測元件51-3至51-10，並分別在其兩端以1mm間隔配置2個元件、即X射線檢測元件51-1至51-2以及51-11至51-12。另一方面，DAS18，例如由8列接收部52-1至52-8構成，開關組17，將在X射線檢測元件51中所檢測的12列的接收信號按8列進行「數據捆束」。
通過此「數據捆束」，改變多切層中的切層厚就成為可能。例如，經由開關組17分別將X射線檢測元件51-3至51-10連接到DAS18的接收部52-1至52-8，由此就得到8個切層的0.5mm的切層寬度的數據。另一方面，在要求切層厚1mm的數據的情況下，分別將X射線檢測元件51-1連接到接收部52-1，將X射線檢測元件51-2連接到接收部52-2，將X射線檢測元件51-3和51-4連接到接收部52-3，將X射線檢測元件51-5和51-6連接到接收部52-4。同樣，將X射線檢測元件51-7和51-8連接到接收部52-5，將X射線檢測元件51-9和51-10連接到接收部52-6，將X射線檢測元件51-11連接到接收部52-7，將X射線檢測元件51-12連接到接收部52-8。
根據同樣的方法，通過對從圖2A所示的X射線檢測器16的0.5mm間隔的X射線檢測元件51得到的檢測信號進行上述的「數據捆束」，與將排列間隔1mm的X射線檢測元件51在切層方向排列了64個元件情況等價的投影數據就得以收集。即，此情況下的切層方向上的等價檢測元件數為64。通過這種「數據捆束」，在以高解析度對狹窄區域進行攝影，和以高靈敏度對寬廣區域進行攝影的任一情況下就都可進行對應。
再次返回圖1，圖像數據生成部7具備投影數據存儲電路20、重構運算電路21和圖像數據存儲電路22，進而，還具備重構區域計算電路23和圖像數據處理電路24。
投影數據存儲電路20是對由X射線檢測器16進行檢測，並通過數據傳送電路19所送來的投影數據進行保存的存儲電路，將對被檢體30的多個切層面所收集的投影數據保存起來。重構運算電路21對保存在投影數據存儲電路中的投影數據(第1投影數據)之中抽取出的預定間隔的投影數據(第2投影數據)實施重構處理後生成多張軸向圖像數據(下面，稱為2維定位用圖像數據)，進而，使用第1投影數據生成與此2維定位用圖像斷面交叉的1張、或者多張任意圖像斷面的圖像數據(在下面，為方便起見稱為MPR圖像數據)。
另外，圖像數據處理電路24，在對由重構運算電路21所發生的多張2維定位用圖像，根據需要進行了圖像面內及圖像間的數據插補後，進行體積再現(ボリユ一ムレンダリンゲ)處理等以生成可使被檢體30的體表面或臟器表面強調顯示的3維定位用圖像數據。
另一方面，重構區域計算電路23，計算為了生成對顯示在顯示部9上的2維定位用圖像或者3維定位用圖像所設定的斷面(斜向面)的MPR圖像而必須的多個部分。多個部分是與數據收集切層面和斜向面交叉的線區域(1維區域)或者以該線為中心的預定寬度的區域(2維區域)。
圖像數據存儲電路22，進行由重構運算電路21所生成的多張2維定位用圖像或MPR圖像，進而，基於2維定位用圖像由圖像數據處理電路24生成的3維定位用圖像的數據保存。
顯示部9具備顯示數據生成電路26、變換電路27和監視器28。顯示數據生成電路26，將3維定位用圖像數據及MPR圖像數據，和與各自的圖像數據有關的附帶信息重疊起來進行保存。特別是，在3維定位用圖像數據上，重疊由輸入部10所設定的MPR圖像斷面的輪廓等圖形信息。然後，這些顯示數據，在用變換電路27進行了D/A變換和電視格式變換後被顯示在監視器28上。此外，通過使用顯示部9的監視器28和輸入部10，操作者與裝置的對話就成為可能。
輸入部10是具備顯示面板或鍵盤、各種開關、選擇按鈕、滑鼠等輸入設備的交互式接口，操作者在投影數據的收集之前，通過此輸入部10進行投影數據收集條件、重構條件、圖像顯示條件等各種設定。
在投影數據收集條件中，有攝影部位、掃描方式、切層間隔、切層數、管電壓/管電流、攝影區域大小、掃描間隔、觀測間隔，床臺1的移動速度等。此外，掃描間隔是在預定的切層位置所拍攝的多張圖像數據的攝影時間間隔，例如，在掃描間隔為2秒的情況下，如果X射線管13及X射線檢測器16的旋轉速度為1次旋轉/秒，則每2次旋轉進行1次攝影。另外，觀測間隔是X射線管13及X射線檢測器16的旋轉方向上的數據收集間隔。
在重構條件中有重構方式、重構區域大小、重構矩陣大小(マトリクスサイズ)，及切層方向上的圖像數據間隔或圖像數據張數等，並分別對2維定位用圖像數據或MPR圖像數據設定上述重構條件。
作為圖像顯示條件，有定位用圖像數據的顯示方法或MPR圖像數據的顯示方法、對這些圖像數據的顯示所必需的圖像處理法。例如，作為定位用圖像數據的顯示方法有經過表面強調顯示的3維定位用圖像數據的顯示，作為對於此顯示的圖像處理法則體積再現法為優選。
對於顯示在顯示部9上的3維定位用圖像的MPR圖像斷面的設定及各種指令信號的輸入也是使用此輸入部10的輸入設備來進行。
系統控制部11具備未圖示的CPU和存儲電路，將從輸入部10送來的各種設定條件，或各種指令信號暫時保存在內部的存儲電路中。然後，按照來自此輸入部10的指示，對機構控制部4、X射線發生部5、投影數據處理部6、圖像數據生成部7以及顯示部9等各單元統括地進行控制。
(MPR圖像數據的生成過程)接著，使用圖3～圖8、圖12～圖15對本第1實施例中的MPR圖像數據的生成過程進行說明。此外，圖3是表示本實施例中的MPR圖像數據的生成過程的流程圖。
裝置的操作者在投影數據的收集之前，將對上述投影數據的收集及圖像重構，進而對圖像處理所必需的投影數據收集條件、重構條件、圖像顯示條件等在輸入部10中進行設定，系統控制部II將所設定的這些條件保存在未圖示的存儲電路中。
圖4中示出本實施例中的投影數據的收集位置。在此實施例中，如已經在圖2A中所示那樣，使用X射線檢測元件51在通道方向上為24個元件、在切層方向上為80元件這樣被2維排列的X射線檢測器16。然後，通過使此X射線檢測器16在切層方向(體軸方向)上以預定速度進行移動就能夠用短時間來收集寬廣範圍的投影數據。
例如，在切層方向上對長度為320mm的診斷區域(3維區域)分別在第1切層間隔ΔZ1以1mm被設定的多個切層位置(Z＝Z1至Z＝Z320)收集投影數據。在此情況下，在初始位置X射線檢測器16在被檢體30的周圍旋轉而得到的投影數據就相應為Z＝Z1至Z＝Z64上的64個切層，從而，通過使被檢體30在切層方向上以64mm間隔移動5步，來收集全診斷區域上的投影數據。
如果上述諸條件的設定結束，則將被檢體30放置在床臺1的防護板上，並在切層方向上移動被檢體30以使架臺旋轉部2對於此被檢體30的上述切層位置Z＝Z1至Z64被配置在預定的位置(步驟S1)。
接著，操作者在輸入部10輸入用於進行投影數據的收集和定位用畫燥數據的生成以及顯示的指令信號。從輸入部10接收到此指令信號的系統控制部11，通過機構控制部4將控制信號提供給床臺·架臺機構部3，使X射線管13和X射線檢測器16被對置裝配的架臺旋轉部2在被檢體30的周圍以1次旋轉/秒～2次旋轉/秒的速度旋轉來進行投影數據的收集。
在朝被檢體30進行X射線照射時，高壓發生器12按照保存在系統控制部11的未圖示的存儲電路中的管電壓及管電流的設定條件，將對用於投影數據收集的X射線照射所必需的電力(管電壓和管電流)供給X射線管13。X射線管13，接受此電力的供給，並向被檢體30照射扇形射束X射線。
從X射線管13照射後透過被檢體30的X射線，由投影數據收集部6的X射線檢測器16進行檢測。即，透過被檢體30的X射線，在利用「數據捆束」的切層方向的等價元件數為64、通道方向的元件數為24的X射線檢測器16中被變換成與透過線量成比例的電荷(電流)。進而，此電流被供給DAS18並變換成電壓後進行A/D變換，相應生成64切層的投影數據。
此投影數據被送往架臺旋轉部2上所安裝的數據傳送電路19的發送部而變換成光信號，並通過空中由安裝於架臺固定部的數據傳送電路19的接收部進行接收。然後，接收到的投影數據被保存在圖像數據生成部7的投影數據存儲電路20中。
這種對於被檢體30的X射線的照射和X射線透過數據的檢測，一邊使X射線管13及X射線檢測器16在被檢體30的周圍旋轉一邊來進行，例如，在以1000次/旋轉的頻率向被檢體30照射X射線的情況下，則對於64個切層、64000/秒～128000/秒的投影數據就得以收集。然後，在各切層位置(Z＝Z1至Z64)上所收集的投影數據被保存於投影數據存儲電路20。
接著，機構控制部4，按照來自系統控制部11的指示信號將控制信號供給床臺·架臺機構部3，使床臺1朝切層方向相應移動預定的移動間隔ΔZM＝64mm。然後，通過與上述同樣的過程對Z＝Z65至Z128的切層位置上的投影數據進行收集，並保存在投影數據存儲電路20中。進而，將在Z＝Z129至Z192、Z＝Z193至Z256、Z＝Z257至Z320的切層位置上所收集的投影數據保存在投影數據存儲電路20中，結束診斷區域上的投影數據的收集和保存(步驟S2)。
關於1mm切層間隔的320張的切層面的投影數據(第1投影數據)被收集。與該收集並行，系統控制部11將用於定位用圖像數據生成的關於最初切層位置(例如Z＝Z10)的位置信息供給重構運算電路21。重構運算電路21，從保存於投影數據存儲電路20的投影數據之中將對應於切層位置的投影數據，例如在180度+扇形射束角度的範圍讀出後進行重構處理(半重構處理)，並生成2維定位用圖像數據。進而，對與切層間隔ΔZ2以10mm被設定的第2切層位置(Z＝Z20)至第32切層位置(Z＝Z320)相對應的投影數據(第2投影數據)也進行重構處理以生成2維定位用圖像數據、最終以10mm切層間隔生成32切層的2維定位用圖像，並保存在圖像數據存儲電路22中。
接著，圖像數據處理電路24，讀出圖像數據存儲電路22中所保存的32張2維定位用圖像的數據。然後，基於由系統控制部11所供給的圖像處理法的設定數據，對這些32張的2維定位用圖像的數據進行切層方向的數據插補和合成，進而，生成通過體積再現處理對體表面或臟器邊界面進行了強調顯示的單一3維定位用圖像的數據。然後，所生成的3維定位用圖像數據被保存在圖像數據存儲電路22中，同時顯示在顯示部9的監視器28上(步驟S3)。
操作者使用輸入部10的輸入設備對顯示在顯示部9上的3維定位用圖像設定一個或者多個MPR圖像斷面。圖5表示對被檢體30的3維定位用圖像61所設定的軸向(アキシヤル)斷面(垂直於被檢體30體軸的橫斷面)62、矢狀(サジタル)斷面(從被檢體30的側面看到的縱斷面)63、冠狀(コロナル)斷面(從被檢體30的正面看到的縱斷面)64以及斜向(オブリ一ク)斷面(相對於被檢體30的斜斷面)65。但是，也可設定多個斜向斷面65，此情況下的各斜向斷面65的位置及角度以3維定位用圖像61為參考使用輸入部10的滑鼠等進行設定(步驟S4)。
圖像數據生成部7的重構區域計算電路23，計算出構成3維定位用圖像61中所設定的MPR圖像斷面(斜向斷面65)的所有像素的位置，並將該位置信息供給重構運算電路21(步驟S5)。換言之，如圖13、圖15所示例那樣，重構區域計算電路23，決定所設定的斜向斷面65和進行了數據收集的320張的切層面交叉的320的部分70。各部分70，既可以是線(1維)，也可以是以該線為中心的預定寬度範圍(2維)。在圖15中部分70具有3像素的寬度。
重構運算電路21，對從重構區域計算電路23供給的斜向斷面65中的各個像素進行重構處理。例如，在生成圖6所示的斜向斷面65的MPR圖像數據時，在進行像素Pn(Xn，Yn，Zn)的重構處理的情況下，使用在Z＝Zn的切層面(或者最靠近Z＝Zn的切層面)上所收集的第1投影數據，通過向此切層面的X＝Xn，Y＝Yn的逆投影來進行重構處理。另外，在像素Pm(Xm，Ym，Zm)的情況下，使用在Z＝Zm的切層面上所收集的第1投影數據，對此切層面X＝Xm，Y＝Ym進行重構處理，進而，對其他像素也進行同樣的重構處理，由此生成此斜向斷面65上的MPR圖像數據。
換言之，與切層面Z1內的部分70有關的部分圖像，從對應於切層面Z1的投影數據進行重構。切層面Z1，限定於與斜向面65交叉的部分70來進行重構。切層面Z1內的部分70以外的部分則不進行重構。同樣地，對於其他切層面Zn，也對與斜向面65交叉的部分70有關的部分圖像相應進行重構。切層位置不同的多個部分圖像，被合成到對應於斜向面65的1張MPR圖像。在此合成處理上根據需要還包含插補處理。
對3維定位用圖像中所設定的其他斷面62至64也按同樣的過程進行重構處理，生成MPR圖像數據。然後，將所得到的各斷面的MPR圖像數據保存在圖像數據存儲電路22的預定存儲區域中(步驟S6)。
另一方面，顯示部9的顯示數據生成電路26，讀出圖像數據存儲電路22中所保存的MPR圖像數據，並按照預定的顯示格式生成顯示用的圖像數據。然後，此顯示用的圖像數據，由變換電路27進行了D/A變換和電視格式變換後，被顯示在顯示部9上(步驟S7)。
圖7表示此時在顯示部9的監視器28上所顯示的MPR圖像的具體例子，在監視器28被4分割的顯示畫面上，例如軸向斷面的MPR圖像(軸向圖像)72、矢狀斷面的MPR圖像(弧矢圖像)73、冠狀斷面的MPR圖像(冠狀圖像)74，進而斜向斷面的MPR圖像(斜向圖像)75被顯示出來。
另外，圖8表示其他的具體例子，特別是，為了易於把握上述圖像斷面與被檢體30的位置關係，而並列顯示附加了MPR圖像斷面的3維定位用圖像76。此外，顯示在顯示部9上的MPR圖像的數目及其配置等並不限定於圖7及圖8。
另一方面，還可將本實施例應用於例如被注入體內的造影劑的觀察等那樣、對同一診斷區域進行多次攝影這樣的情況。在這種情況下，如果最初的MPR圖像數據的生成和顯示結束，則在將床臺1退回初始位置後，通過與上述同樣的處理過程，對被檢體30按Z＝Z1至Z＝Z64、Z＝Z65至Z＝Z128...的順序來收集320切層面上的投影數據。接著，基於已經被設定的MPR圖像斷面的各像素的位置信息，使用上述投影數據進行重構處理後生成新的MPR圖像數據，並顯示在顯示部9的預定區域上。然後，按需要觀察診斷區域的期間反覆進行這樣的動作。
根據以上所述的第1實施例，從針對被檢體所得到的第1投影數據之中抽取出第2投影數據，並基於由此第2投影數據所生成的定位用圖像數據來設定MPR圖像斷面。然後，僅對此MPR圖像斷面上的像素使用上述第1投影數據進行重構處理。也就是，限定於對MPR圖像生成所必需的部分進行重構處理。因此，就能夠以較少的處理工數來生成解析度優良的MPR圖像數據。
另外，在對同一診斷區域連續進行MPR圖像數據生成的情況下，由於能夠反覆使用預先設定的MPR圖像斷面的位置信息，故操作者的負擔就得以減輕。
此外，雖然在上述實施例中，一邊使具有2維X射線檢測元件51的X射線檢測器16旋轉一邊使其在被檢體的體軸方向上步進狀地移動來進行投影數據的收集，但也可以使上述X射線檢測器16螺旋狀地連續旋轉移動來進行投影數據的收集。
另外，由於上述定位用圖像數據是用於設定MPR圖像斷面故不要求高解析度的圖像。從而，定位用圖像數據的像素大小也比MPR圖像數據的像素大小大也無妨。
如上述那樣，在以往的方法中為了生成3維圖像(MPR、表面顯示、仿真內視鏡顯示等)，首先，需要相關全範圍所必需的切層厚度·切層張數的軸向像。但是為了創建3維圖像實際上所使用的只是各軸向像的極少一部分，特別是在相對於掃描的行進實時地顯示3D像(伴隨螺旋掃描的行進3D像在Z軸方向變得粗大)的系統的情況，利用多列CT進行3D處理後的圖像(斜向面的MPR顯示等)的實時顯示(透視)的情況，以及圖像數據每次觀察都進行生成、僅保管未加工數據的系統的情況下，由於在3維處理之前通常的軸向像將全部進行重構，故用於重構的運算能力的大部分就白白浪費。
在本實施例中，通過使用低解析度的圖像(定位用圖像)等手段來指定必要的3維圖像的觀察條件，必要圖像計算裝置計算出為創建最終所必須的圖像而必要的各軸向圖像內的部分後傳送給重構運算電路21。重構運算電路21，僅對該部分進行重構處理(反向投影バツクプロジエクシヨン)，並將此圖像供給具有3維處理功能的圖像數據處理電路24。圖像數據處理電路24，通過與現行同樣的方法生成3維圖像。由此，就能夠在維持與現狀同等的畫像質量的基礎上減少重構所必要的運算量。此方法在不具有圖像重構專用硬體、以通用CPU進行重構的系統中尤其有效果。
如圖13所示，在對軸向像進行重構前，在軸向像(切層面71)上確定好有助於此斜向面65的圖像的部分70。在對各軸向像進行重構時，僅對部分70進行重構處理，並提供給具有MPR處理功能的圖像數據處理電路24。由此，使軸向圖像重構時的運算量大幅減少。
此外，如圖14所示，本實施例還可應用於表面圖像。在對軸向像進行重構前，使用粗略進行了重構的圖像等，在各切層面71上確定與表面81交叉的部分80。在重構3維處理中將要使用的軸向像時，僅對部分80進行重構處理，並將其用作3維處理的輸入數據。就能夠與上述情況同樣大幅減少軸向圖像重構時的運算量。
(第2實施例)接著，對本發明的第2實施例進行說明。第2實施例的特徵在於對於被檢體30的體軸方向(Z方向)，固定被檢體30和架臺旋轉部2的相對位置不動、連續收集多個切層面上的投影數據，使用所得到的投影數據大致實時地進行所希望斷面上的MPR圖像數據的生成和顯示。
(MPR圖像數據的生成過程)由於本實施例中的CT裝置100的構成與第1實施例相同故省略說明。使用圖9所示的流程圖對即時地生成MPR圖像數據的過程進行說明。裝置的操作者，首先在輸入部10中設定投影數據收集條件、重構條件以及圖像顯示條件等。接著，將被檢體30放置在床臺1的防護板上，並使此被檢體30在體軸方向上移動以被配置於由X射線管13及X射線檢測器16所決定的預定切層面位置(步驟S11)。
圖10中示出本實施例中的投影數據的收集方法。在本實施例中，使用切層方向的等價元件數為64的X射線檢測器16，並將此X射線檢測器16固定於切層方向(體軸方向)不動來收集64切層面上的投影數據。例如，一邊使具有切層方向的排列間隔為1mm的X射線檢測元件51的X射線檢測器16在被檢體30的周圍旋轉，一邊檢測X射線管13照射的X射線，由此來收集切層間隔ΔZ1為1mm的切層位置Z1至Z64上的投影數據。
操作者在輸入部10中輸入用於進行投影數據的收集和定位用圖像數據的生成及顯示的指令信號。從輸入部10接收到此指令信號的系統控制部11，通過機構控制部4將控制信號提供給床臺·架臺機構部3，使架臺旋轉部2在被檢體30的周圍旋轉來進行投影數據的收集。
在朝被檢體30進行X射線照射時，高壓發生器12，將X射線照射所必需的電力(管電壓和管電流)提供給X射線管13，向被檢體30照射扇形射束X射線。接著，透過被檢體30的X射線，由投影數據收集部6的X射線檢測器16進行檢測。這種對於被檢體30的X射線的照射及X射線透過數據的檢測是一邊使X射線管13及X射線檢測器16在被檢體30的周圍旋轉一邊來進行，檢測出的X射線透過數據，通過開關組17、DAS18以及數據傳送電路19作為投影數據被保存在投影數據存儲電路20中(步驟S12)。
在64切層的投影數據的收集結束時，系統控制部11將例如以切層間隔ΔZ2＝8mm所設定的切層位置Z＝Z8、Z16、...Z64的位置信息提供給重構運算電路21。接著，重構運算電路21，從保存於投影數據存儲電路20的1mm切層間隔ΔZ1的投影數據之中將對應於上述切層位置Z＝Z8、Z16、...Z64的投影數據，例如在180度+扇形射束角度的範圍讀出後進行重構處理。然後，將所生成的多張(8張)2維定位用圖像保存在圖像數據存儲電路22中。
另一方面，圖像數據處理電路24從圖像數據存儲電路22讀出8張2維定位用圖像，並對這些2維定位用圖像進行切層方向的數據插補和合成，進而，生成通過體積再現處理對體表面或臟器邊界面進行了強調顯示的3維定位用圖像的數據。然後，將生成的3維定位用圖像數據保存在圖像數據存儲電路22中，同時顯示在顯示部9的監視器28上(步驟S13)。
接著，操作者對顯示在顯示部9上的3維定位用圖像設定用於MPR圖像的斷面(步驟S14)。重構區域計算電路23，計算出構成3維定位用圖像61中所設定的MPR圖像斷面的所有像素的位置，並將該位置信息保存在內部存儲電路中(步驟S15)。也就是重構區域計算電路23，對經過數據收集的64張的切層面與設定斷面交叉的64個部分進行確定。
在通過以上所述的處理過程，MPR圖像的斷面上的多個像素位置(多個部分)被確定時，操作者在輸入部10中輸入用於進行MPR圖像數據的生成及顯示的指令信號。從輸入部10接收到此指令信號的系統控制部11，通過與上述方法同樣的方法進行Z＝Z1至Z64上的投影數據的收集，並將所得到的投影數據保存在投影數據存儲電路20中(步驟S16)。
另一方面，重構運算電路21讀出重構區域計算電路23中所保存的MPR圖像斷面或像素的位置信息，和投影數據存儲電路20中所保存的投影數據。接著，使用此投影數據進行對於MPR圖像斷面的各個像素的重構處理後生成MPR圖像數據，並保存在圖像數據存儲電路22中。
另一方面，顯示部9的顯示數據生成電路26，讀出圖像數據存儲電路22中所保存的MPR圖像數據，並按照預定的顯示格式生成顯示用圖像數據。然後，此顯示用圖像數據，在用變換電路27進行了D/A變換和電視格式變換後，被顯示在監視器28上(步驟S17)。
另一方面，架臺旋轉部2的旋轉，和利用搭載於此架臺旋轉部2的X射線管13及投影數據收集部6的投影數據的收集被連續進行，並利用所得到的投影數據，基於已經被設定的MPR圖像斷面的位置信息使MPR圖像數據的生成和顯示繼續進行。
另外，在MPR圖像斷面的位置變更變得必要的情況下，操作者通過由輸入部10輸入MPR圖像斷面變更的指令，而返回步驟S14的MPR圖像斷面的設定。即，在顯示部9的監視器28上，再次顯示附加了MPR圖像斷面的3維定位用圖像，操作者使用輸入部10的輸入設備將MPR圖像斷面變更成所希望的位置。在此情況下，由於MPR圖像斷面的設定和MPR圖像數據的生成及顯示可在非常短的時間進行，所以操作者就能夠一邊觀察監視器28上所顯示的MPR圖像一邊進行所希望的MPR圖像斷面的位置設定。在這種情況下，如已經在圖8所示那樣的MPR圖像和附加了MPR圖像斷面的3維定位用圖像的並列顯示方法為優選。
根據以上所述的第2實施例，在被檢體的診斷區域中的多個切層面上收集投影數據，並對基於此投影數據所得到的定位用圖像設定MPR圖像斷面的位置。然後，基於MPR圖像斷面的位置信息來重構處理針對同一診斷區域連續得到的投影數據，由此上述診斷區域上的MPR圖像的實時顯示就成為可能。
另外，由於還能夠一邊對被實時顯示的MPR圖像進行觀測一邊進行MPR圖像斷面的變更，所以就能夠在短時間準確地設定對診斷區域最佳的MPR圖像斷面。從而，診斷效率就提高，且操作者的負擔就得以大幅減輕。
此外，在第2實施例中，也可以與第1實施例同樣，基於同一投影數據來進行定位用圖像數據的生成和最初的MPR圖像數據的生成。另一方面，如上述第2實施例那樣，當在定位用圖像數據生成時收集到的投影數據不用於MPR圖像數據生成的情況下，也可以用比MPR圖像數據生成中所用的投影數據大的切層間隔(ΔZ2)來收集此投影數據。
上面，對本發明的實施例進行了描述，但並不限定於上述實施例，還可以進行變形後實施。例如，雖然上述實施例中的重構處理，使用通過相對被檢體30的體軸方向垂直的切層面的掃描所收集的投影數據來進行對於該切層面內的MPR圖像的像素的重構處理，但也可以使用被投影於3維空間的數據來進行重構處理。
另外，作為用於設定MPR圖像斷面的定位用圖像，在上述實施例中使用了對2維定位用圖像數據進行體積再現處理後所得到的3維定位用圖像，但並不限定於此方法。例如，也可以如圖11所示那樣，將以切層間隔ΔZ2所生成的2維定位用圖像81-1、81-2、81-3、...在顯示部9的監視器28上3維地進行排列，併合成顯示這些2維定位用圖像和斜向斷面65，由此來進行MPR圖像斷面的設定。
另一方面，雖然就定位用圖像數據的生成以及MPR圖像數據的生成中所用的投影數據，在切層方向以等間隔進行收集或者抽取情況進行了描述，但即使是不等間隔也無妨。另外，上述MPR圖像中的切層方向的解析度和攝影區域的最優化通過投影數據收集部6中的「數據捆束」就成為可能。
進而，雖然在上述實施例中使用第3代CT裝置對本發明的實施例進行了說明，但並不限定於第3代CT裝置，也可以適用於第4代等其他世代的CT裝置。
另外的特徵和變形可由本領域技術人員容易地想到。因此，本發明在其更寬的方面並不限於這裡所描述和表示的特定細節和代表性實施方式。從而，在不脫離由附加的權利要求及其等同物所規定的概括性發明概念的精神和範圍內，可進行各種各樣的變形。
權利要求
1.一種X射線CT裝置，其特徵在於，具備收集與被檢體的3維區域有關的投影數據的部件；按照操作者指示在上述3維區域內以任意的方向來設定斷面的部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來重構與上述所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像的重構部件；以及基於上述所重構的多個部分圖像來生成與上述所設定的斷面有關的圖像的部件。
2.一種X射線CT裝置，其特徵在於，具備收集與被檢體的3維區域有關的投影數據的部件；基於上述所收集的投影數據來生成多個定位用圖像的定位用圖像生成部件；顯示上述定位用圖像的顯示部件；按照操作者指示在上述所顯示的定位用圖像上以任意的方向來設定斷面的斷面設定部件；確定與上述設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來生成與上述多個重構部分有關的多個部分圖像的部件；以及基於上述多個部分圖像來生成與上述斷面有關的圖像的部件。
3.根據權利要求2所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述多個定位用圖像與上述被檢體的體軸大致垂直。
4.根據權利要求3所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述部分圖像是與上述被檢體的體軸大致垂直的重構面的一部分。
5.根據權利要求2所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述多個定位用圖像的間隔比上述多個部分圖像的間隔寬。
6.根據權利要求5所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述部分圖像的間隔與用於收集上述投影數據的切層間距等價，上述定位用圖像的間隔是上述切層間距的大於等於2的整數倍。
7.根據權利要求2所述的X射線CT裝置，其特徵在於，還具備由上述多個定位用圖像生成3維圖像的部件。
8.根據權利要求7所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述3維圖像通過體積再現而生成。
9.一種X射線CT裝置，其特徵在於，具備連續收集與被檢體的3維區域有關的投影數據的部件；按照操作者指示在上述3維區域內以任意的方向來設定斷面的部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述投影數據來連續重構與上述所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像的重構部件；基於上述所重構的多個部分圖像來連續生成與上述所設定的斷面有關的圖像的部件；以及連續顯示上述圖像的顯示部件。
10.根據權利要求9所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述顯示部件實時地顯示上述圖像。
11.根據權利要求9所述的X射線CT裝置，其特徵在於，還具備基於上述投影數據來生成用於設定上述斷面的、與上述3維區域對應的定位用圖像的部件。
12.根據權利要求11所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述圖像與上述定位用圖像顯示在同一畫面上。
13.根據權利要求12所述的X射線CT裝置，其特徵在於上述圖像跟蹤上述定位用圖像上的上述斷面的移動。
14.一種圖像生成裝置，其特徵在於，具備在被檢體的3維區域內按照操作者指示以任意的方向來設定斷面的部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；基於上述3維區域的投影數據來重構與上述所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像的重構部件；以及基於上述所重構的多個部分圖像來生成與上述所設定的斷面有關的圖像的部件。
15.一種圖像生成裝置，其特徵在於，具備基於被檢體的3維區域的投影數據來生成多個定位用圖像的定位用圖像生成部件；顯示上述定位用圖像的顯示部件；按照操作者指示在上述所顯示的定位用圖像上以任意的方向來設定斷面的斷面設定部件；確定與上述所設定的斷面交叉的多個重構部分的部件；以及基於上述投影數據來生成與上述多個重構部分有關的多個部分圖像的部件；基於上述多個部分圖像來生成與上述斷面有關的圖像的部件。
16.一種圖像數據生成方法，其特徵在於從與被檢體有關的多個切層面的投影數據中抽取特定的切層面的投影數據；基於上述所抽取出的投影數據生成定位用圖像；顯示上述定位用圖像；確定與在上述所顯示的定位用圖像上以任意的方向所設定的斷面交叉的多個重構部分；基於上述所收集的投影數據來重構與上述多個重構部分有關的多個部分圖像；以及由上述所重構的多個部分圖像生成與上述所設定的斷面有關的圖像。
17.一種圖像數據生成方法，其特徵在於連續收集與被檢體的3維區域有關的投影數據；連續重構與多個重構部分有關的多個部分圖像，該多個重構部分與按照操作者指示所設定的斷面交叉；基於上述所重構的多個部分圖像來連續生成與上述所設定的斷面有關的圖像；以及連續顯示上述圖像。
全文摘要
本發明公開一種X射線CT裝置以及圖像數據生成方法，這種X射線CT裝置具備，對與被檢體的3維區域有關的投影數據進行收集的投影數據收集部(6)等；按照操作者指示在3維區域內以任意的方向來設定斷面的輸入部(10)；對與所設定的斷面交叉的多個重構部分進行確定的重構區域計算電路(23)；基於投影數據，對與所確定的多個重構部分有關的多個部分圖像進行重構的重構運算電路(21)；以及基於所重構的多個部分圖像來生成與所設定的斷面有關的圖像的圖像數據處理部(24)。
文檔編號A61B6/03GK1615800SQ20041009296
公開日2005年5月18日 申請日期2004年11月12日 優先權日2003年11月13日
發明者中島成幸 申請人:株式會社東芝, 東芝醫療系統株式會社