X射線ct成像方法和x射線ct裝置的製作方法

2023-11-09 02:21:07

專利名稱：X射線ct成像方法和x射線ct裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種供醫學使用的X射線CT裝置或者一種供工業使用的X射線CT裝置、一種X射線CT(計算機斷層掃描)成像方法和一種X射線CT裝置，以及涉及提高X射線斷層掃描圖像的解析度，該X射線斷層掃描圖像僅僅由常規掃描(軸向掃描)、攝像掃描(cine-scanning)、螺旋掃描或者可變間距螺旋掃描的X射線探測器產生。
背景技術：
通常，在基於多行X射線探測器的X射線CT裝置或者使用矩陣結構的二維X射線面探測器的X射線CT裝置中，使用如圖15所示的多行X射線探測器或者方形點陣或矩形點陣結構的二維X射線面探測器，如在JP-A No.193750/2000中所述。在這種情況下，其中X射線探測器的解析度要被提高，每個探測器的寬度在通道方向和行方向上必須都減小到l/n(其中n是整數)，如圖16所示，但是從X射線探測器的製造困難的觀點來看這是個問題。
因此，對於常規的多行X射線探測器或者二維X射線面探測器，圖18(a)的圓型多行X射線探測器、圖18(b)的平面型二維X射線面探測器、或者圖18(c)的組合多個平面型X射線探測器的二維X射線面探測器通過組合如圖18所示的方形點陣結構的X射線探測器模塊來製造，並且被用於X射線CT裝置中。
從下面的觀點來看這還造成一個問題，即在X射線探測器模塊內反射物(reflector)的容積率增大，從而導致X射線採集的效率降低，並且因此導致X射線探測器的性能惡化。
作為在這種情況下製造X射線探測器模塊的方法的一個例子，如圖19所示，首先在通道方向上切割板型閃爍體，將反射物放在切割斷面上，所述切割斷面被再次接合；接著，在行方向上切割該閃爍體，放置反射物，並且接合切割的段以產生方形點陣或矩形點陣的矩陣結構的探測器模塊。然而，因為對X射線探測器的更高解析度的需求變得更迫切，所以如果試圖實現通道方向上兩倍精細的(fine)解析度和行方向上兩倍精細的解析度，那麼就需要把圖15的X射線探測器或者X射線探測器模塊分成每個通道方向或每個行方向，正如圖16的X射線探測器或X射線探測器模塊的情況一樣，從X射線探測器或X射線探測器模塊的製造困難的觀點來看這是個問題。
然而，在基於多行X射線探測器的X射線CT裝置或者使用二維X射線面探測器的X射線CT裝置中，預期對X射線探測器的更高解析度的需求將來變得更迫切。

發明內容
因此，本發明的目的是使得有可能通過簡單方法來實現對於多行X射線探測器或者矩陣結構的二維X射線面探測器達到更高的X射線探測器解析度，以及實現由使用這種X射線探測器的X射線CT裝置通過常規掃描(軸向掃描)、攝像掃描、螺旋掃描或可變間距螺旋掃描產生的X射線斷層掃描圖像的解析度的提高。
本發明通過提供一種X射線CT裝置或一種X射線CT成像方法來解決上述問題，其特徵在於，它實現一種X射線CT裝置，其中多行X射線探測器或者矩陣結構的二維X射線面探測器構成具有少量處理工作的高解析度多行X射線探測器，以及其中提供了能夠通過圖像重建提供高解析度X射線斷層掃描圖像的圖像重建裝置。
根據本發明的第一方面，提供一種X射線CT裝置，該X射線CT裝置包括X射線數據採集裝置，用於採集穿過位於彼此相對的X射線發生器和X射線探測器之間的對象的X射線的投影數據；圖像重建裝置，用於從由該X射線數據採集裝置所採集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置，用於顯示由所述圖像重建裝置所獲得的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置，用於設置採集X射線斷層掃描圖像的各種圖像採集參數，其中所述X射線探測器包括多行X射線探測器，所述多行X射線探測器的X射線探測器模塊通過三個或更多個方向上的平行線被劃分成X射線探測器通道。
在根據第一方面的X射線CT裝置中，因為X射線探測器模塊通過三個或更多個方向上的平行線被劃分成X射線探測器通道，所以結構易於製造。
根據本發明的第二方面，提供一種X射線CT裝置，該X射線CT裝置包括X射線數據採集裝置，用於採集穿過位於彼此相對的X射線發生器和X射線探測器之間的對象的X射線的投影數據；圖像重建裝置，用於從由該X射線數據採集裝置所採集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置，用於顯示由所述圖像重建裝置所獲得的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置，用於設置採集X射線斷層掃描圖像的各種圖像採集參數，其中所述X射線探測器包括二維X射線面探測器，所述二維X射線面探測器的X射線探測器模塊通過三個或更多個方向上的平行線被劃分成X射線探測器通道。
在根據第二方面的X射線CT裝置中，因為X射線探測器模塊通過三個或更多個方向上的平行線被劃分成X射線探測器通道，所以結構易於製造。
根據本發明的第三方面，提供一種根據第一或第二方面的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有X射線數據採集裝置，該X射線數據採集裝置的每個X射線探測器通道具有三角形形狀。
在根據第三方面的X射線CT裝置中，因為每個X射線探測器通道具有三角形形狀，所以結構易於製造。
根據本發明的第四方面，提供一種X射線CT裝置，該X射線CT裝置包括X射線數據採集裝置，用於採集穿過位於彼此相對的X射線發生器和X射線探測器之間的對象的X射線的投影數據；圖像重建裝置，用於從由該X射線數據採集裝置所採集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置，用於顯示由所述圖像重建裝置獲得的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置，用於設置採集X射線斷層掃描圖像的各種圖像採集參數，其中所述圖像重建裝置包括三點加權相加處理或者三點插值處理。
在根據第四方面的X射線CT裝置中，因為從X射線投影數據三維反投影或者二維反投影到X射線斷層掃描圖像中的某些像素的數據通過使用三點加權相加處理或者三點插值處理來提取，所以X射線投影數據可以被三維反投影或者二維反投影而不模糊，並且可以獲得它們的空間解析度沒有惡化的X射線斷層掃描圖像。
根據本發明的第五方面，提供一種根據第一到第三方面中任何一個的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有使用三點加權相加處理或者三點插值處理的圖像重建裝置。
在根據第五方面的X射線CT裝置中，因為從X射線投影數據三維反投影或者二維反投影到X射線斷層掃描圖像中的某些像素的數據通過使用三點加權相加處理或者三點插值處理來提取，所以X射線投影數據可以被三維反投影或者二維反投影而不模糊，並且可以獲得它們的空間解析度沒有惡化的X射線斷層掃描圖像。
根據本發明的第六方面，提供一種根據第一到第三方面中任何一個的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有使用四點加權相加處理或者四點插值處理的圖像重建裝置。
在根據第六方面的X射線CT裝置中，因為從X射線投影數據三維反投影或者二維反投影到X射線斷層掃描圖像中的某些像素的數據通過使用四點加權相加處理或者四點插值處理來提取，所以加權相加係數或者插值係數可被容易地計算出。
根據本發明的第七方面，提供一種根據第一到第三方面中任何一個的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有使用兩點加權相加處理或者兩點插值處理的圖像重建裝置。
在根據第七方面的X射線CT裝置中，因為從X射線投影數據三維反投影或者二維反投影到X射線斷層掃描圖像中的某些像素的數據通過使用兩點加權相加處理或者兩點插值處理來提取，所以加權相加係數或者插值係數可被容易地計算出。
根據本發明的第八方面，提供一種根據第一到第三方面中任何一個的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有使用最近相鄰處理的圖像重建裝置。
在根據第八方面的X射線CT裝置中，因為從X射線投影數據三維反投影或者二維反投影到X射線斷層掃描圖像中的某些像素的數據通過使用最近相鄰處理來提取，所以加權相加係數或者插值係數可被容易地計算出。
根據本發明的第九方面，提供一種根據第一到第八方面中任何一個的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有使用三維圖像重建處理的圖像重建裝置。
在根據第九方面的X射線CT裝置中，因為它通過使用三維圖像重建處理來執行圖像重建，所以可以產生很少受到偽影影響的高圖像質量的X射線斷層掃描圖像，而無論是在X射線斷層掃描圖像的中心還是在遠離圖像重建的中心的位置。另外，無論是通過常規掃描(軸向掃描)或者攝像掃描，也無論X射線斷層掃描圖像是否在遠離z方向的外部X射線探測器行上，都能夠得到很少受到偽影影響的高圖像質量的X射線斷層掃描圖像。
根據本發明的第十方面，提供一種根據第九方面的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有圖像重建裝置，當執行常規掃描(軸向掃描)或者攝像掃描時，該圖像重建裝置可以實現在任何z方向坐標位置上任何期望切片厚度的X射線斷層掃描圖像的圖像重建。
在根據第十方面的X射線CT裝置中，因為它通過使用三維圖像重建處理來執行圖像重建，所以可以實現在常規掃描(軸向掃描)或者攝像掃描中任何Z方向坐標位置上任何期望切片厚度的X射線斷層掃描圖像的圖像重建。
根據本發明的第十一方面，提供一種根據第九方面的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有圖像重建裝置，當執行螺旋掃描或者可變間距螺旋掃描時，該圖像重建裝置可以實現在任何z方向坐標位置上任何期望切片厚度的X射線斷層掃描圖像的圖像重建。
在根據第十一方面的X射線CT裝置中，因為它通過使用三維圖像重建處理來執行圖像重建，所以可以實現在螺旋掃描或可變間距螺旋掃描中任何z方向坐標位置上任何期望切片厚度的X射線斷層掃描圖像的圖像重建。
根據本發明的第十二方面，提供一種根據第十或第十一方面中任何一個的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有圖像重建裝置，該圖像重建裝置在相鄰行交替地重新排列和交錯X射線投影數據，重建高解析度X射線投影數據，並且執行X射線投影數據的圖像重建。
根據第十二方面的X射線CT裝置通過在相鄰行上交替地插入和交錯X射線探測器數據可以提高在通道方向上X射線探測器數據的解析度，並因此可以提高X射線斷層掃描圖像的空間解析度。
根據本發明的第十三方面，提供一種根據第十二方面的X射線CT裝置，其特徵在於，它具有圖像重建裝置，該圖像重建裝置在高頻重建函數的情況下在相鄰行交替地重新排列和交錯掃描X射線投影數據。
根據第十三方面的X射線CT裝置特別是當圖像重建利用高頻重建函數執行時，通過在相鄰行交替地插入和交錯X射線探測器數據可以提高在通道方向上X射線探測器數據的解析度，並因此可以提高X射線斷層掃描圖像的空間解析度。
根據本發明的第十四方面，提供一種X射線CT裝置，該X射線CT裝置包括X射線數據採集裝置，其當以相對的方式旋轉X射線發生裝置和檢測X射線的多行X射線探測器或者圍繞中間的旋轉中心位置旋轉矩陣結構的二維X射線面探測器時，收集由位於中間的對象傳播的X射線投影數據；圖像重建裝置，其從由該X射線數據採集裝置所收集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置，其顯示已經經受圖像重建的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置，其設置X射線斷層掃描成像的各種成像條件，該X射線CT裝置的特徵在於，它具有在圖像重建的加權相加處理或者插值處理中使用三點加權相加處理或者三點插值處理圖像重建裝置。
根據第十四方面的X射線CT裝置，因為它使用三點加權相加處理或者三點插值處理，所以可以以最小化的X射線投影數據模糊來執行圖像重建，並且獲得高解析度X射線斷層掃描圖像。
根據本發明的X射線CT裝置或X射線CT圖像重建方法可以通過簡單的方法來對於多行X射線探測器或者矩陣結構的二維X射線面探測器實現高解析度，並且對於由使用這種X射線探測器的X射線CT裝置通過常規掃描(軸向掃描)、攝像掃描、螺旋掃描或可變間距螺旋掃描所產生的X射線斷層掃描圖像提供實現高解析度的效果。


圖1是在用於實施本發明的一種方式中的X射線CT裝置的框圖。
圖2是說明在xy平面上觀察的X射線產生裝置(X射線管)和多行X射線探測器的圖。
圖3是說明在yz平面上觀察的X射線產生裝置(X射線管)和多行X射線探測器的圖。
圖4是示出對對象進行成像的流程的流程圖。
圖5是概述關於本發明一個實施例的X射線CT裝置的操作的流程圖。
圖6是示出預處理的細節的流程圖。
圖7是示出三維圖像重建處理的細節的流程圖。
圖8(a)、8(b)是示出將線投影在X射線傳播方向上的重建區域的狀態的概念圖。
圖9是示出投影在探測器面上的線的概念圖。
圖10是示出將投影數據Dr(view，x，y)投影在重建區域上的狀態的概念圖。
圖11是示出重建區域上像素的反投影像素數據D2的概念圖。
圖12是說明通過使反投影像素數據D2逐個像素地進行所有視圖(all-view)相加而獲得反投影數據D3的狀態的圖。
圖13是示出將線投影在X射線傳播方向上的圓形重建區域的狀態的概念圖。
圖14是示出X射線CT裝置的成像條件輸入屏幕的圖。
圖15是示出常規系統的圖。
圖16是示出由常規方法實現較高解析度的圖。
圖17是示出在此提出的方法的圖。
圖18(a)是示出圓型多行X射線探測器的圖。
圖18(b)是示出平面型二維X射線面探測器的圖。
圖18(c)是示出組合多個平面型X射線探測器的二維X射線面探測器的圖。
圖19是示出製造常規X射線探測器模塊的方法的圖。
圖20是示出製造該實施例的X射線探測器模塊的方法的圖。
圖21是示出8通道8行X射線探測器模塊的圖。
圖22是示出16通道16行X射線探測器模塊的圖。
圖23是示出該實施例的16通道16行X射線探測器模塊的示例1的圖。
圖24是示出32通道16行X射線探測器模塊的圖。
圖25是示出通過四點加權相加的反投影處理的圖。
圖26是示出通過四點插值的反投影處理的圖。
圖27是示出以犬牙格(hound’s tooth check)圖案排列的投影數據的圖。
圖28是示出犬牙格四點加權相加的圖。
圖29是示出方形點陣四點加權相加的圖。
圖30是示出犬牙格三點加權相加的圖。
圖31是示出方形點陣三點加權相加的圖。
圖32是示出通過使用三點的加權相加的數據提取方法的圖。
圖33是示出通過使用三點的加權相加的數據提取方法與通過使用四點的加權相加的數據提取方法的比較的圖。
圖34是示出點陣坐標系(笛卡爾系)的圖。
圖35是示出圖像重建的X射線斷層掃描圖像和反投影處理的軌跡線的點陣坐標的圖。
圖36是示出該實施例的探測器模塊的示例2的圖。
圖37是示出相鄰X射線探測器模塊的示例1的圖。
圖38是示出相鄰X射線探測器模塊的示例2的圖。
圖39是示出16通道16行X射線探測器模塊的圖。
圖40是示出32通道16行X射線探測器模塊的圖。
圖41是示出該實施例的16通道16行X射線探測器模塊的示例1的圖。
圖42是示出該實施例的16通道16行X射線探測器模塊的示例2的圖。
圖43是示出把相互靠近行的投影數據看作交錯的一維排列的數據的圖。
圖44是示出矩形X射線探測器模塊的圖。
圖45是示出平行四邊形X射線探測器模塊的圖。
圖46是示出為實施例1中的三點插值選擇三點的概要的圖。
圖47是示出為實施例1中的三點插值選擇三點的細節的圖。
圖48是示出為實施例2中的三點插值選擇三點的概要的圖。
圖49是示出關於多行X射線探測器24或二維X射線面探測器24中的一些X射線探測器通道的數據的圖。
圖50是示出在四點插值的情況下輪廓線的圖。
圖51是示出在三點插值的情況下輪廓線的圖。
具體實施例方式
將參考在附圖中所說明的實施本發明的方式更詳細地描述本發明。順便提一句，這決不是限制本發明。
圖1是在用於實施本發明的一種方式中的X射線CT裝置的配置框圖。X射線CT裝置100配備有操作控制臺1、成像臺10和掃描架20。
操作控制臺1配備有用於接受操作者的輸入的輸入裝置2，用於執行預處理、圖像重建處理、後處理等的中央處理單元3，用於採集由掃描架20收集的投影數據的數據採集緩衝器5，用於顯示由通過預處理X射線探測器數據獲得的投影數據重建的X射線斷層掃描圖像的監視器6，以及用於存儲程序、X射線探測器數據、投影數據和X射線斷層掃描圖像的存儲單元7。
成像條件通過該輸入裝置2來輸入，並被存儲在存儲單元7中。圖14示出成像條件的輸入屏幕的示例。
成像臺10配備有託架12。託架12通過掃描架20的開口放入和移出對象，該對象被固定在託架12上。託架12通過內置在成像臺10中的電動機來升高、降低以及沿著臺線移動。
掃描架20配備有X射線管21，X射線控制器22，準直器23，X射線成束濾波器28，多行X射線探測器24、DAS(數據採集系統)25，用於控制X射線管21和其它繞對象的體軸旋轉的裝置的旋轉單元控制器26，以及用於與操作控制臺1和成像臺10交換控制信號等的調整控制器29。X射線成束濾波器28是一個X射線濾波器，其在X射線朝著作為成像中心的旋轉中心的方向上濾波器厚度最小，並且在朝著外圍的方向上濾波器厚度增加以使更多的X射線能夠被吸收。為此，其橫截面形狀接近於圓形或者橢圓形的對象的身體表面的輻射照射量可被減少。此外，掃描架20可由掃描架傾斜控制器27在z方向之前或者之後傾斜近似±30度。
X射線管21和多行X射線探測器24繞旋轉中心IC轉動。垂直方向被假定為y方向，水平方向被假定為x方向，以及垂直於y方向和x方向的成像臺和託架的移動方向被假定為z方向，X射線管21和多行X射線探測器24的旋轉平面是xy平面。此外，託架12的移動方向是z方向。
圖2和圖3示出從xy平面或者yz平面看到的X射線管21和多行X射線探測器24的幾何布置的視圖。
X射線管21產生稱為錐形射束CB的X射線束。當錐形射束CB的中心軸的方向與y方向平行時，視角被假定為0度。
多行X射線探測器24在z方向上例如具有256個探測器行。每個X射線探測器行例如具有1024個X射線探測器通道。
如圖2所示，在離開X射線管21的X射線焦點的X射線束受到X射線成束濾波器28進行的這種空間控制，使得更多的X射線照射重建區域P的中心，而更少的X射線照射重建區域P的外圍之後，在重建區域P內存在的X射線被對象吸收，並且所傳播的X射線被多行X射線探測器24收集以作為X射線探測器數據。
如圖3所示，離開X射線管21的X射線焦點的X射線束受到X射線準直器23在X射線斷層掃描圖像的切片厚度方向上的控制，也就是以這樣的方式，即X射線束寬度在旋轉中心軸IC上是D，並且X射線被在旋轉中心軸IC附近存在的對象吸收，以及所傳播的X射線被多行X射線探測器24收集以作為X射線探測器數據。
在用X射線照射之後所收集的投影數據由多行X射線探測器24提供，並通過DAS25進行A/D轉換，以及通過滑環30被輸入到數據採集緩衝器5。輸入到數據採集緩衝器5的數據被中央處理單元3根據在存儲單元7中的程序進行處理以重建成X射線斷層掃描圖像，該X射線斷層掃描圖像被顯示在監視器6上。
根據本實施例的X射線探測器實現了一種可以以簡單工藝製造的高解析度X射線探測器。通過對高解析度X射線投影數據進行圖像重建，可以獲得高解析度X射線斷層掃描圖像。
如圖20所示，板型閃爍體首先在作為第一方向的行方向上被切割，以及切割面被塗有反射物以在每個行方向上抑制光信號的串擾。塗有反射物的閃爍體的這些杆狀段被再次結合。之後，它們在第二方向上被切割，以及所切割的閃爍體的杆狀段被塗有反射物並再次結合。之後，它們在第三方向上被切割，以及所切割的閃爍體的杆狀段被塗有反射物並再次結合。由此製造的多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器24具有這樣的X射線探測器結構，其中每個探測器通道具有如圖17所示的三角形形狀。
常規X射線探測器模塊的示例在圖21中示出。該X射線探測器模塊可以實現多行X射線探測器24，其是在通道方向上具有8個通道以及在行方向上具有8個通道的X射線探測器模塊。在這種情況下通道方向上的間隔由dc表示，以及行方向上的間隔由dr表示。由試圖提高圖21所示的該X射線探測器模塊在通道方向和行方向上的空間解析度而獲得的X射線探測器模塊在圖22中示出。
如圖22所示，X射線探測器模塊在通道方向上具有16個通道，以及在行方向上具有16個通道。X射線探測器之間的間隔在通道方向上是dc/2，以及在行方向上是dr/2。
在該實施例中，相比之下，間隔如圖23所示在通道方向是dc/4，以及在行方向是dr/3或者(2/3)·dr。
如圖24所示，X射線探測器模塊在通道方向上具有32個通道，以及在行方向上具有16個通道。在這種情況下，X射線探測器之間的間隔在通道方向是dc/4，以及在行方向上是dr/2。
因此，圖23的X射線探測器模塊的空間解析度估計可能處在圖22的16×16X射線探測器模塊與圖24的32×16X射線探測器模塊之間。
因此對於圖23的X射線探測器模塊，由於它的X射線探測器通道適當地散布在二維空間中，所以可以預期比圖22的X射線探測器模塊更高的空間解析度。
此外在圖23的布置中，因為第二方向和第三方向分別與圖20的X射線探測器模塊不平行且不垂直，所以在端部的X射線探測器通道在面積上與其它內部X射線探測器通道相比是1/2，並且這在所有X射線探測器通道的連續性方面造成處理困難。通常，X射線探測器模塊在通道方向和行方向上的端面都塗有反射物。因此，X射線探測器的連續性被惡化，因為反射物處在相鄰X射線探測器模塊之間，處在端部中的X射線探測器通道與由圖37所示的相鄰X射線探測器模塊的示例1表示的相鄰X射線探測器模塊之間。這方面的改進在圖36中所示的情況中以及圖38中所示的情況中實現。
如由圖38所示的相鄰X射線探測器模塊的示例2所表示，端部中的X射線探測器通道與另一內部X射線探測通道在形狀和面積上都相同。在通道方向上位於相鄰X射線探測器模塊之間的X射線探測器模塊端面上的反射物對X射線探測器通道的連續性不造成問題。然而，儘管圖23的示例顯示出精確的犬牙格，但是圖36所示的示例和圖38所示的示例在第j行和第(j+1)行沒有精確的犬牙格，從而形成一個通道方向傾斜稍微的形狀。
此外，關於圖39的16通道16行X射線探測器模塊以及圖40的32通道16行X射線探測器模塊來考慮通道方向和行方向上反射物的容積率。順便提一句，X射線探測器表面上(在X射線焦點側)反射物的所有量被認為是普通的量，因此這裡不考慮。在圖39中，在(dc/2)2的X射線探測器面積中存在以下面的量的反射物。
4·dc/2·ιr＝2·dc·ιr
反射物在通道方向和行方向上的容積率如下。
(2·dc·ιr)/(dc/2)2＝8·ιr/dc在圖40中，在(dc/2)·(dc/4)＝dc2/8的X射線探測器面積中，(2·dc/2+2·dc/4)·ιr＝3/2·dc·ιr反射物在通道方向和行方向上的容積率如下。
(3/2·dc·ιr)/dc2/8＝12·ιr/dc相反在圖42中，在dc·dc/2＝dc2/2的X射線探測器面積中，(2·dc+2·dc/2+2.51/2dc/2)·ιr＝(3+51/2)dc·ιr反射物在通道方向和行方向上的容積率如下。
((3+51/2)dc·ιr)/(dc2/2)＝(6+2.51/2)ιr/dc＝10.472ιr/dc類似地在圖41中，在dc·dc/2＝dc2/2的X射線探測器面積中，(2·dc/2+4.171/2·dc/4)·ιr＝(1+171/2)dc·ιr反射物在通道方向和行方向上的容積率如下。
((1+2·171/2)dc·ιr/(dc2/2)＝(2+2·171/2)dc·ιr＝10.246ιr/dc因此，圖41和圖42中所示的該實施例的16通道16行X射線探測器模塊的示例1和示例2可以以較小的反射物容積率實現與圖40的32通道16行X射線探測器模塊相等的解析度；也就是，它可以以更高的X射線捕獲效率來探測X射線。
圖4是概述該實施例的X射線CT裝置的操作的流程圖。
在步驟P1，對象被固定在託架12上並被對準。固定在託架12上的對象經受每個區域的參考點與掃描架20的切片光的中心位置的對準。
在步驟P2，收集探測(scout)圖像。探測圖像通常在0度和90度獲得，但是在一些情況下，例如對於頭部，只獲得90度的探測圖像。後面將描述探測成像的細節。
在步驟P3，設置成像條件。通常，在顯示要成像在探測圖像上的X射線斷層掃描圖像的位置和大小時執行成像。在這種情況下，顯示關於螺旋掃描、可變間距螺旋掃描、常規掃描(軸向掃描)或攝像掃描的每圈的總X射線劑量的信息。另外，在攝像掃描中，如果輸入轉數或時間長度，則將顯示在該感興趣區域中對於輸入的轉數或時間長度的X射線劑量信息。
在步驟P4，進行斷層掃描成像。斷層掃描的細節將在後面進行描述。
圖5是概述由根據本發明的X射線CT裝置100進行斷層掃描和探測成像的操作的流程圖。
在步驟S1，在螺旋掃描中，當圍繞成像的對象旋轉X射線管21和多行X射線探測器24並在臺10上線性移動託架12時收集X射線探測器數據，X射線探測器數據通過把z方向位置z臺(view)添加到由視角view、探測器行號j和通道號i表示的X射線探測器數據D0(view，j，i)來收集。在可變間距螺旋掃描中，螺旋掃描中的數據收集不僅在恆定的速度範圍時進行，而且數據收集也在加速和減速期間進行。
此外，在常規掃描(軸向掃描)或者攝像掃描中，通過將數據收集行旋轉一圈或多圈，同時保持成像臺10上的託架12固定在某個z方向位置，來收集X射線探測器數據。在移動到下一個z方向位置之後，按照需要通過將數據收集行旋轉一圈或多圈來進一步收集X射線探測器數據。
另一方面，在探測成像中，在保持X射線管21和多行X射線探測器24固定並在成像臺10上線性移動託架12時收集X射線探測器數據。
在步驟S2，X射線探測器數據D0(view，j，i)被預處理以轉換成投影數據。預處理包括步驟S21的偏移校正、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，如圖6所示。
在探測成像中，通過與監視器6的顯示器像素大小匹配地顯示與通道方向上像素大小和z方向上像素大小匹配的預處理X射線探測器數據來完成探測圖像，該z方向是託架的線性移動方向。
在步驟S3，預處理投影數據D1(view，j，i)受到束硬化校正。在步驟S3的束硬化校正例如可以以如下所示的多項式形式來表示，而在預處理步驟S2的S24進行靈敏度校正的投影數據由D1(view，j，i)表示，以及在S3的束硬化校正後的數據由D11(view，j，i)表示。
數學表達式1
D11(view，j，i)＝D1(view，j，i)·(Bo(j，i)+B1(j，i)·D1(view，j，i)+B2(j，i)·D1(view，j，i)2)因為探測器的每j行可獨立於其它行而進行束硬化校正，因此如果每個數據收集行的管電壓根據成像條件而不同於其它數據收集行，那麼可以逐行補償探測器特性中的差異。
在步驟S4，對經歷了束硬化校正的投影數據D11(view，j，i)進行濾波卷積，其中濾波在z方向(行方向)上進行。
因此，多行X射線探測器在每個視角和每條數據收集行上的數據D11(view，j，i)(i＝1到CH，j＝1到ROW)在預處理之後經歷了束硬化校正例如進行濾波，其行方向濾波器大小是五行。
數學表達式2(w1(i)，w2(i)，w3(i)，w4(i)，w5(i))，假如k-15wk(i)=1]]>校正的探測器數據D12(view，j，i)將為如下。
數學表達式3D12(view,j,i)=k-15(D11(view,j+k-3,i)wk(j))]]>順便提一句，假定最大通道寬度是CH，以及最大行值是ROW，下述將成立。
數學表達式4D11(view，-1，i)＝D11(view，0，i)＝D11(view，1，i)D11(view，ROW，i)＝D11(view，ROW+1，i)＝D11(view，ROW+2，i)另一方面，切片厚度可根據距圖像重建的中心的距離通過逐個通道地改變行方向濾波器係數來控制。因為切片厚度在X射線斷層掃描圖像中在重建的外圍通常大於在重建的中心，所以通過對中心部分和外圍之間的行方向濾波器係數進行差分運算，使得行方向濾波器係數的範圍在中心通道附近變化更大，而在外圍通道附近變化更小，可以使切片厚度不論是在圖像重建的外圍還是在中心都基本上一致。
通過以這樣的方式控制在多行X射線探測器24的中心通道和外圍通道之間的行方向濾波器係數，切片厚度的控制也可以在中心部分和外圍之間進行區別。通過用行方向濾波器稍微增加切片厚度，偽影和噪聲都可大大改進。偽影的改進程度和噪聲的改進程度因此可被控制。換言之，經歷三維圖像重建的X射線斷層掃描圖像，即xy平面上的圖像質量，可以被控制。另一個可能的實施例是，薄切片厚度的X射線斷層掃描圖像可通過對行方向(z方向)濾波器係數使用解卷積濾波來實現。
此外，扇形射束的X射線投影數據被轉換成平行射束的X射線投影數據。
在步驟S5，執行重建函數的卷積。因此，傅立葉變換的結果乘以重建函數以實現傅立葉逆變換。在S5的重建函數卷積中，在z濾波卷積之後的數據由D12表示，在重建函數的卷積後的數據由D13表示，以及要卷積的重建函數由Kernel(j)表示，對重建函數進行卷積的處理可以以下面的方式來表示。
數學表達式5D13(view，j，i)＝D12(view，j，i)*Kernel(j)因此，由於重建函數Kernel(j)允許重建函數在探測器的每j行上的獨立卷積，所以可以逐行地補償噪聲特性和解析度特性中的差異。
在步驟S6，經過了重建函數的卷積的投影數據D13(view，j，i)受到三維反投影來獲得反投影數據D3(x，y，z)。要重建的圖像在與z軸垂直的平面、xy平面上被重建成三維圖像。假定下面的重建區域P與xy平面平行。該三維反投影將參考圖7在後面進行描述。
在步驟S7，對反投影數據D3(x，y，z)進行後處理，包括圖像濾波卷積和CT值轉換以獲得X射線斷層掃描圖像D31(x，y)。
在作為後處理的圖像濾波卷積中，經歷三維反投影的數據由D31(x，y，z)表示，經歷圖像濾波卷積的數據由D32(x，y，z)表示，以及圖像濾波器由Fliter(z)表示數學表達式6D32(x，y，z)＝D31(x，y，z)*Filter(z)因此，由於在探測器的每j行上獨立的圖像濾波卷積是可能的，所以可以逐行地補償噪聲特性和解析度特性中的差異。
獲得的X射線斷層掃描圖像被顯示在監視器6上。
圖7是示出三維反投影處理(圖5中的步驟S6)的細節的流程圖。
在該實施例中，將要重建的圖像在與z軸垂直的平面和xy平面上被重建成三維圖像。假定下面的重建區域P與xy平面平行。
在步驟S61，注意對於X射線斷層掃描圖像的圖像重建所需的所有視圖(即360度視圖或者「180度+扇形角」視圖)中的一個視圖，並且提取對應於重建區域P中像素的投影數據Dr。
如圖8(a)和圖8(b)所示，與xy平面平行的512×512像素的方形區域被假定為重建區域P，y＝0的像素行為L0，y＝63的像素行為L63，y＝127的像素行為L127，y＝191的像素行為L191，y＝255的像素行為L255，y＝319的像素行為L319，y＝383的像素行為L383，y＝447的像素行為L447，以及y＝511的像素行為L511，所有像素行作為行來說均與y＝0的x軸平行，如果如圖9所示提取在行T0到T511上的投影數據，其中這些像素行L0到L511被投影到在X射線傳播方向上多行X射線探測器24的平面上，它們將組成像素行L0到L511的投影數據Dr(view，x，y)。然而，假定x和y與X射線斷層掃描圖像中的像素(x，y)匹配。
補充一點，因為該實施例的多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器24中的X射線探測器不是具有通常方形點陣或矩形點陣結構的X射線探測器，所以需要某種設計來使在該實施例的三維反投影處理中提取X射線投影數據時的解析度不下降。不使解析度下降的該設計將在後面進行描述。
鑑於X射線傳播方向是由X射線管21的X射線焦點、像素和多行X射線探測器24的幾何位置確定的，這是因為X射線探測器數據D0(view，j，i)的z坐標z(view)被認為是附於X射線探測器數據的z方向的線性臺移動Z臺(view)，所以即使X射線探測器數據D0(view，j，i)是在加速或減速期間獲得的，也可以精確地計算出在X射線焦點和多行X射線探測器的數據收集幾何系統中X射線傳播方向。
順便提一句，如果在進行時部分行離開了多行X射線探測器24的通道方向，例如，由像素行L0在X射線傳播方向上投影到多行X射線探測器24中的平面而產生的行T0，那麼就將該匹配的投影數據Dr(view，x，y)設置為「0」。如果它們離開z方向，那麼將通過推斷投影數據Dr(view，x，y)來計算出它。
以這種方式可以提取與重建區域P的像素匹配的投影數據Dr(view，x，y)，如圖10所示。
回來參考圖7，在步驟S62，投影數據Dr(view，x，y)與錐形射束重建加權係數相乘以產生圖11所示的投影數據D2(view，x，y)。
這裡的錐形射束重建加權係數w(i，j)如下所述。在重建扇形射束圖像中下面的關係成立，其中γ是連接X射線管21的焦點和像素g(x，y)的直線相對於X射線束的中心軸Bc形成的角，其中view＝βa，以及與其相對的視圖是view＝βbβb＝βa+180°-2γ由穿過重建區域P上的像素g(x，y)的X射線束形成的和與其相對的X射線束相對於重建平面P形成的角分別用□a和□b表示，反投影像素數據D2(0，x，y)通過在與重建加權係數ωa和ωb相乘之後相加來被計算出。在這種情況下，下述成立。
數學表達式7D2(0，x，y)＝ωa·D2(0，x，y)_a+ωb·D2(0，x，y)_b其中假定D2(0，x，y)_a是視圖βa的投影數據，以及D2(0，x，y)_b是視圖βb的投影數據。
順便提一句，彼此相對的射束的錐形射束重建加權係數之和是ωa+ωb＝1通過加上與錐形射束重建加權係數ωa和ωb相乘的積，可以減少錐形角偽影。
例如，可以使用由下面的公式獲得的重建加權係數ωa和ωb。在這些公式中，ga是視圖βa的加權係數，以及gb是視圖βb的加權係數。
在扇形射束角的1/2是γmax的情況下，下述成立。
數學表達式8ga＝f(γmax，αa，βa)gb＝f(γmax，αa，βb)xa＝2·gaq/(gaq+gbq)xb＝2·gbq/(gaq+gbq)wa＝xa2·(3-2xa)wb＝xb2·(3-2xb)(例如，假定q＝1)例如，如果假定max是取較大值的函數，例如ga和gb，則下述將成立。
數學表達式9ga＝max0，{(π/2+γmax)-|βa|}」·|tan(αa)|gb＝max
·|tan(αb)|在扇形射束圖像重建的情況下，重建區域P的每個像素還乘以距離係數。該距離係數是(r1/r0)2，其中r0是從X射線管21的焦點到與投影數據Dr匹配的多行X射線探測器24的探測器行j和通道i的距離，以及r1是從X射線管21的焦點到與重建區域P上的投影數據Dr匹配的像素的距離。
在平行射束圖像重建的情況下，僅用重建區域P的每個像素乘以錐形射束重建加權係數w(i，j)就足夠了。
在步驟S63，對應於像素把投影數據D2(view，x，y)加到預先清除的反投影數據D3(x，y)上，如圖12所示。
在步驟S64，對CT圖像重建必需的所有視圖(即360度視圖或「180度+扇形角」視圖)重複步驟S61到S63以獲得反投影數據D3(x，y)，如圖12所示。
順便提一句，重建區域P也可以是如圖13(a)和圖13(b)所示的直徑為512個像素的圓形區域而不是512×512像素的方形區域。
在該實施例中，前述描述了包括X射線數據收集、預處理和反投影處理的總體流程。在下文中，將更詳細地描述防止解析度在該實施例的圖像重建中惡化的反投影處理。
首先相對於實施例1將描述一種情況，其中由利用圖23所示的實施例的X射線探測器模塊的示例1的多行X射線探測器24或二維X射線面探測器24收集數據。
然後相對於實施例2將描述一種情況，其中使用圖36所示的實施例的X射線探測器模塊的示例2。
此外相對於實施例3將描述一種情況，其中通道方向的解析度被提高以通過交錯相鄰行的X射線探測器數據來改進X射線斷層掃描圖像的空間解析度。
實施例1相對於實施例1將描述一種情況，其中由利用圖23所示的X射線探測器模塊的多行X射線探測器24或二維X射線面探測器24收集數據。
在該實施例中，因為由利用圖23所示的X射線探測器模塊的多行X射線探測器24或二維X射線面探測器24收集數據，所以可以收集看起來象是由犬牙格圖案中的X射線探測器收集的X射線數據的X射線探測器數據。
在這種情況下的預處理和重建函數卷積處理包括如上所述的圖5的步驟S2的預處理，並且可以類似地執行步驟S3的束硬化校正、步驟S4的Z濾波卷積處理、步驟S5的重建函數卷積處理和步驟S7的後處理。
此外在步驟S6的三維反投影處理的圖像重建中，三維反投影處理由犬牙格結構的投影數據進行，在該結構中，偶數行和奇數行相互離開通道方向上X射線探測器的通道方向間隔dc的一半，即離開dc/2，以及離開如圖23所示的行方向的dr/3或(2/3)·dr。
如果在這種情況下採用如圖28所示的四點犬牙格圖案，那麼將拉長到實際投影數據的距離，並且加權相加將模糊三個投影數據。
通常，當多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器24從方形點陣結構中的所有X射線探測器行以相同定時收集數據時，由如圖29所示的「x」表示的位置的加權相加獲得的數據通過由四個附近的點加權相加來被計算出，即由「·」所表示的位置中的投影數據的實際數據的四個點。多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器的方形點陣結構的一個網格的通道方向和行方向上的長度由「1」表示，在這種情況下由加權相加所模糊的距離在通道方向和行方向上都是「1」。
通過由以該思想擴展的犬牙格布置中的X射線投影數據進行加權相加處理來計算出數據將證明是，通過對如圖28所示的通道方向延伸的平行四邊形的四個頂點進行加權相加處理來計算出數據。在這種情況下，X射線投影數據將在通道方向上模糊，並且最終獲得的X射線斷層掃描圖像也將模糊，從而造成惡化的空間解析度。在這種情況下通過加權相加所模糊的距離在通道方向上將是「1.5」，以及在行方向上將是「1」。
考慮到這一點，如圖30所示的平行四邊形頂點附近的三個選擇點的三點加權相加處理使得加權相加處理有可能比四點加權相加處理更不易模糊投影數據。在這種情況下通過加權相加所模糊的距離在通道方向上是「0.5」，以及在行方向上是「1」。
通過使用圖31所示的該三點加權相加中的方形點陣結構的X射線投影數據可以實現類似的效果。在這種情況下，通過加權相加所模糊的距離也是在通道方向為「0.5」以及在行方向為「1」。
對於減小三點加權相加處理中的投影數據的模糊的另一個解釋，可以參考圖33。
在三點加權相加中到實際數據的距離是L3＝S1+S2+S5。
在四點加權相加中到實際數據的距離是L4＝S1+S2+S3+S4。
因為S5比S3和S4中無論哪個都小，所以下述可能是明顯的。
L4＞L3。
因此，可認為三點加權相加更不易受到投影數據的模糊。
回到圖30所示的犬牙格結構中X射線探測器的三點加權相加的描述，要通過如圖30所示的加權相加計算出的數據的位置附近四個點處的X射線投影數據的真實數據g(i+Δi，j+Δj)(其中0≤Δi≤1，0≤Δj≤1)被假定為g(i，j)，g(i+1，j)，g(i，j+1)，g(i+1，j+1)從這四個點中選擇三個較近的點(1)在0≤Δi≤1/2，0≤Δj≤1/2的情況下，選擇g(i，j)、g(i+1，j)、g(i，j+1)。
(2)在0≤Δi≤1/2，1/2＜Δj≤1的情況下，選擇g(i，j)、g(i，j+1)、g(i+1，j+1)。
(3)在1/2＜Δi≤1，0≤Δj≤1/2的情況下，選擇g(i，j)、g(i+1，j)、g(i+1，j+1)。
(4)在1/2＜Δi≤1，1/2＜Δj≤1的情況下，選擇g(i+1，j)、g(i，j+1)、g(i+1，j+1)。
通過將以這種方式選擇的三個點乘以加權係數來以下面的方式處理加權相加。
數學表達式10g(i+Δi，j+Δj)＝Wa·g(i，j)+Wb·g(i+1，j)+Wc·g(i，j+1)Wa+Wb+Wc＝1雖然存在許多方法來確定加權係數wa、wb和wc，但是作為一個示例下面將陳述線性加權係數(一階加權係數)。
圖32示出使用由線性加權相加進行的三點加權相加處理來提取數據的方法。
數學表達式11Δd(i+Δi+x，j)d(i+1，j)d(i+1，j+1)Δd(i+Δi+x，j)d(i+Δi，j)d(i+Δi，j+Δj)上述的相似性給出下面的關係。
數學表達式12x1-i+x=i1]]>(公式1)由此，可以如下計算出x。
數學表達式13x＝Δj(1-Δi+x)＝Δj(1-Δi)+Δj·xx·(1-Δj)＝Δj(1-Δi)x=1-i1-jj]]>(公式2)順便提一句，d(i+Δi+x，j)可以通過對d(i，j)和d(i+1，j)以下面的方式進行加權相加處理來獲得。
數學表達式14d(i+Δi+x，j)＝(1-Δi+x)·d(i，j)+(Δi-x)·d(i+1，j)(公式5)在該公式5中，(1-Δi+x)和(i-x)可由(公式2)以下面的方式獲得。
數學表達式15(1-i+x)=1-j+1-i1-jj]]>=(1-i)(1-j+j1-j)]]>=1-i1-j]]>(公式3)數學表達式16(i-x)=i-1-i1-jj]]>=i-ij-j+ij1-j]]>=i-j1-j]]>(公式4)d(i+Δi，j+Δj)可由(公式5)、(公式3)、(公式4)以下面的方式獲得。
數學表達式17
d(i+i,j+j)=j1+(k)2d(i+1,j+1)+(1-j1+(k)2)d(i+i+x,j)]]>=j1+(k)2d(i+1,j+1)+(1-j1+(k)2)]]>((1-i+x)d(i,j)+(i-x)d(i+1,j))]]>=j1+(k)2d(i+1,j+1)+(1-j1+(k)2)]]>(1-i1-jd(i,j)+i-j1-jd(i+1,j))]]>=j1+(k)2d(i+1,j+1)+(1-j1+(k)2)]]>(1-i)d(i,j)+(i-j)d(i+1,j)1-j]]>(公式6)以這種方式，可以完成使用通過線性加權相加進行的三點加權相加處理的數據提取。
通過利用用於上述在圖5的步驟S6的三維反投影處理的該數據提取方法，當數據從犬牙格布置中的X射線投影數據中被提取時，其中X射線數據收集在多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器24的奇數行和偶數行之間彼此在時間上分開(time off)，數據可通過處理加權相加被提取而不模糊在通道方向上的數據，以及可以獲得高解析度的X射線斷層掃描圖像而不模糊甚至在由三維反投影處理得到的X射線斷層掃描圖像中的像素數據。
雖然用於實施例1中三點加權相加處理或者三點插值處理的三點方法基本上是「選擇最近的三點」，但是它在圖46中被更具體地示出。
該實施例1的多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器24中的X射線探測器通道的布置如圖46(a)所示。標記「·」表示每個X射線探測器通道的中心位置(重心的位置)。
當在點「■」處的數據要通過加權相加處理來獲得時，因為點「■」位於ΔEFG中，所以它可通過對包括點E、點F和點G的三點的數據加權相加處理來被計算出。
當在點「▲」處的數據要通過加權相加處理來類似地獲得時，因為點「▲」位於ΔFGH中，所以它可通過對包括點F、點G和點H的三點的數據加權相加處理來被計算出。
因此，在圖46(a)中的三角形內包含的點可通過對在三角形的三個頂點處的數據進行加權相加處理而被計算出。
此外，在點被包含在圖46(a)中的四邊形ABCD中的情況下，如圖46(b)所示，三個點可被選擇並以下面的方式來確定。當「×」如圖46(c)所示處在四邊形ABCD的左下部分中時，為三點插值選擇如圖46(d)所示的ΔACD的點A、點C和點D，以及當「×」如圖46(e)所示處在四邊形ABCD的右下部分中時，為三點插值選擇如圖46(f)所示的ΔBCD的點B、點C和點D。
此外，在圖47中示出把此分類成不同情況的細節。
如圖47(a)所示，在四邊形ABCD被分成八個象限1到8的情況下，在象限1和2的情況下選擇如圖47(b)所示的ΔABD的點A、點B和點D，在象限2和4的情況下選擇如圖47(c)所示的ΔABC的點A、點B和點C，在象限5和6的情況下選擇如圖47(d)所示的ΔACD的點A、點C和點D，以及在象限7和8的情況下選擇如圖47(e)所示的ΔBCD的點B、點C和點D。
順便提一句，三點加權相加的上述思想可類似地應用於插值處理。
對插值處理應用加權相加處理將參考圖25和圖26進行描述。
首先參考圖25，加權相加處理和插值處理之間的詳細差異將進行描述。順便提一句，這裡的描述將特別是指這樣一種情況，在該情況中數據在三維圖像重建時從X射線投影數據提取，並且對在圖像重建平面上的X射線斷層掃描圖像處理三維反投影。
圖25示出通過四點加權相加進行反投影處理的情況。現在，假定要進行反投影的X射線投影數據上的點g(i+Δi，j+Δj)被計算出，並且它被反投影到圖像重建平面上的X射線斷層掃描圖像上。點g(i+Δi，j+Δj)附近的X射線投影數據的真實數據被假定為g(i，j)、g(i+1，j)、g(i，j+1)和g(i+1，j+1)，如果加權係數w1、w2、w3和w4被確定以便使下列公式成立數學表達式18g(i+Δi，j+Δj)＝g(i，j)×w1+g(i+1，j)×w2+g(i，j+1)×w3+g(i+1，j+1)×w4而不是由前述的公式計算出點g(i+Δi，j+Δj)，那麼X射線投影數據乘以在掃描圖像重建平面時與圖像重建平面上的X射線斷層掃描圖像的像素匹配的X射線投影數據的四點加權係數的乘積
w1×g(i，j)w2×g(i+1，j)w3×g(i，j+1)w4×g(i+1，j+1)被加到圖像重建平面上的X射線斷層掃描圖像的像素(x，y)。
另一方面，與其對比，通過四點插值進行的反投影處理的情況被示出在圖26中。
現在，假定要進行反投影的X射線投影數據上的點g(i+Δi，j+Δj)被計算出，並且它被反投影到圖像重建平面上的X射線斷層掃描圖像上。點g(i+Δi，j+Δj)附近的X射線投影數據的真實數據被假定為g(i，j)、g(i+1，j)、g(i，j+1)和g(i+1，j+1)，如果加權係數w1、w2、w3和w4被確定以便使下列公式成立數學表達式19g(i+Δi，j+Δj)＝g(i，j)×w1+g(i+1，j)×w2+g(i，j+1)×w3+g(i+1，j+1)×w4由前述的公式計算出g(i+Δi，j+Δj)。當連同掃描圖像重建平面一起使X射線投影數據與X射線斷層掃描圖像像素數據匹配時，計算出的插值係數w1、w2、w3和w4被加到圖像重建平面上的X射線斷層掃描圖像的像素f(x，y)，以尋找經受由上述的四點插值進行的數據提取的g(i+Δi，j+Δj)。
以這種方式，當三維反投影要對圖像重建平面的X射線斷層掃描圖像的像素f(x，y)進行時，無論是在加權相加處理還是在插值處理中，最終把下面提到的點g(i+Δi，j+Δj)加到f(x，y)上，以使它們之間似乎沒有數學差異。
數學表達式20g(i+Δi，j+Δj)＝g(i，j)×w1+g(i+1，j)×w2+g(i，j+1)×w3+g(i+1，j+1)×w4然而，在反投影處理或者三維反投影處理中，g(i+Δi，j+Δj)如圖25和圖26所示被加到反投影處理軌跡線上的反投影圖像重建平面的X射線斷層掃描圖像上。X射線斷層掃描圖像實際上由如圖34所示的點陣坐標系(笛卡兒系)的點「·」構成。
在這種情況下，反投影處理軌跡線不一定僅僅通過該點陣坐標系的點陣點。它被認為是這種情況，其中例如要執行把g(i+Δi，j+Δj)的反投影處理加到與X射線斷層掃描圖像上的像素f(x，y)相同的反投影處理軌跡線上的f(x，y)附近的像素f(x』，y』)上。假定f(x』，y』)不在點陣坐標點上，並且在f(x』，y』)附近的點陣坐標點是f(x1』，y1』)、f(x2』，y2』)、f(x3』，y3』)和f(x4』，y4』)，如圖35所示，在加權相加處理中，與X射線斷層掃描圖像上的像素f(x1』，y1』)匹配的X射線投射數據g(i+Δi1，j+Δj1)被如下所述計算出並被加到f(x1』，y1』)上。
數學表達式21g(i+Δi1)，j+Δj1)＝g(i，j)×w11+g(i+1，j)×w21+g(i，j+1)×w31+g(i+1，j+1)×w41與X射線斷層掃描圖像上的像素f(x2』，y2』)匹配的X射線投射數據g(i+Δi2，j+Δj2)以下面的方式被計算出並被加到f(x2』，y2』)上。
數學表達式22g(i+Δi2)，j+Δj2)＝g(i，j)×w12+g(i+1，j)×w22+g(i，j+1)×w32+g(i+1，j+1)×w42與X射線斷層掃描圖像上的像素f(x3』，y3』)匹配的X射線投射數據g(i+Δi3，j+Δj3)以下面的方式被計算出並被加到f(x3』，y3』)上。
數學表達式23g(i+Δi3)，j+Δj3)＝g(i，j)×w13+g(i+1，j)×w23+g(i，j+1)×w33+g(i+1，j+1)×w43與X射線斷層掃描圖像上的像素f(x4』，y4』)匹配的X射線投射數據g(i+Δi4，j+Δj4)以下面的方式被計算出並被加到f(x4』，y4』)上。
數學表達式24g(i+Δi4)，j+Δj4)＝g(i，j)×w14+g(i+1，j)×w24+g(i，j+1)×w34+g(i+1，j+1)×w44對於在f(x』，y』)附近的相應點陣坐標點f(x1』，y1』)、f(x2』，y2』)、f(x3』，y3』)和f(x4』，y4』)重新計算出加權係數w1x、w2x、w3x和w4x，並進行加權相加處理。
此外，在與像素f(x，y)匹配的X射線投影數據上的點的情況下，插值處理中的圖像重建平面的X射線斷層掃描圖像由g(i+Δi，j+Δj)表示，以及通過插值處理獲得的g(i+Δi，j+Δj)由g1(k，l)表示，在附近X射線投影數據上的數據如下。
在這種情況下，在與X射線斷層掃描圖像上的像素f(x，y)相同的反投影處理軌跡線上的f(x，y)附近的像素f(x』，y』)如下。
數學表達式25f(x′，y′)＝g1(k，l)×wa1+g1(k+1，l)×wa2+g1(k，l+1)×wa3+g1(k+1，l+1)×wa4以這種方式，f(x』，y』)可由從插值處理得到的數據來獲得。
因此，當三維反投影通過使用加權相加處理進行時，X射線斷層掃描圖像可由三維反投影處理獲得而不使X射線投影數據的解析度惡化。
相反，當使用插值處理時，由三維反投影處理獲得X射線斷層掃描圖像的解析度將惡化，除非由插值處理轉換的X射線投影數據的解析度是足夠的。相反，即使使用插值處理，如果轉換的X射線投影數據的解析度是足夠的，那麼由三維反投影處理獲得的X射線斷層掃描圖像的解析度將不惡化。
如上所述，要進行反投影的數據通過使用三點加權相加處理或者三點插值處理來提取，之後是三維反投影處理。然而，即使要進行反投影的數據通過四點加權相加處理或者四點插值處理來提取，以及之後如圖28所示處理三維反投影，通道方向上的解析度也可能有點惡化，但是可以獲得圖21中所示的具有較高解析度的X射線斷層掃描圖像。
實施例2圖36中所示的實施例2是實施例1這樣的一種形式，其中使得X射線探測器模塊的外圍部分更易於製造。
在實施例2中，使用基本上與實施例1中類似的犬牙格結構。
還在實施例2中，預處理、重建函數卷積等等類似於步驟S2的預處理、步驟S3的束硬化校正和步驟S4的z濾波卷積處理、步驟S5的重建函數卷積和步驟S7的後處理來進行處理。
在步驟S6的三維後投影處理中，通過類似地使用實施例1的三點加權相加處理，可以完成數據提取而不模糊投影數據，並且可以實現圖像重建而不惡化通過三維反投影處理獲得的X射線斷層掃描圖像的空間解析度。
在該實施例2中三點加權相加處理或者三點插值處理中選擇三點的方法基本上是「選擇最近的三點」。圖48示出了在實施例2中三點加權相加處理或者三點插值處理中選擇三點的方法。
在實施例2中多行X射線探測器24或二維X射線面探測器24中的X射線探測器通道的布置如圖48中所示。標記「·」表示每個X射線探測器通道的中心位置(重心的位置)。
當在點「■」處的數據要通過加權相加處理來獲得時，因為點「■」位於ΔABC中，所以它可通過對包括點A、點B和點C的三點的數據加權相加處理來被計算出。
當在點「▲」處的數據要通過加權相加處理來類似地獲得時，因為點「▲」位於ΔACD中，所以它可通過對包括點A、點C和點D的三點的數據加權相加處理來被計算出。
與說明實施例1中的三點法的圖46不同，對於圖48沒有四邊形的情況，而是每種情況被配置成三角形。為此，要選擇的三點總是被唯一地確定。
實施例3與由通過圖23或圖36所示的X射線探測器模塊的X射線探測器獲得的X射線投影數據形成對比。
經歷圖5的步驟S2的預處理的X射線投影數據、經歷圖5的步驟S3的束硬化校正的X射線投影數據或者經歷圖5的步驟S4的z濾波卷積處理的X射線投影數據由D(view，j，i)表示，通過把通道方向上X射線探測器數據交替地插入X射線探測器的第j行X射線探測器數據D(view，j，i)和X射線探測器的第(j+1)行X射線探測器數據D(view，j+1，i)來進行交錯，可以給出新的第k行第1通道X射線探測器數據D(view，k，l)。
假定1≤1≤2·CH，1≤k≤ROW/2。
例如，D1(view，1，1)＝(D(view，1，1)，D(view，2，1)，D(view，1，2)，D(view，2，2)，D(view，1，3)，D(view，2，3)，……D(view，1，CH)，D(view，2，CH)，即D1(view，2j+1)＝D(view，j，int(1/2))，D1(view，2j，1)＝D(view，j，int(1/2))。
這用來提高通道方向上X射線投影數據的解析度，從而使得X射線斷層掃描圖像的空間解析度能夠提高。
在第j行和第(j+1)行之間的距離相對於切片厚度可忽略的情況下，即使由於第j行和第(j+1)行之間的延遲而產生或多或少的偽影，前述的方法也在空間解析度方面期望X射線斷層掃描圖像的良好表現的情況下有效。
然後交錯的X射線投影數據可被看作好象它們是一維排列的數據，如圖43所示。特別是在切片厚度相對於行寬度dr足夠大的情況下，當等於該切片厚度的X射線投影數據要在行方向(z方向)上相加時，如果該切片厚度大得足以使行寬度dr可忽略，那麼這樣的近似將充分成立。
順便提一句，還可接受的是，在對然後交錯的X射線投影數據進行在通道方向上通過兩點加權相加或者兩點插值而加權相加或者插值之後提取數據，並且執行三維反投影處理。
還可接受的是，執行產生「最近的數據」而非兩點加權相加或者兩點插值的最近相鄰處理，提取數據並執行三維反投影處理。
實施例4為了把三點加權相加處理和三點插值處理與四點加權相加處理和四點插值處理進行比較，發現了下面的一般差異。
(1)三點加權相加處理和三點插值處理S/N差但解析度好。
(2)四點加權相加處理和四點插值處理S/N好但解析度差。
S/N比的差異是因為在加權相加處理或者插值處理中所使用的數據量的差異；一般地，數據量越大，S/N比越高，並且圖像噪聲越低。
關於解析度的事實在圖49中示出。
圖49示出多行X射線探測器24或者二維X射線面探測器24中的一些X射線探測器通道的數據。在此，為了易於理解起見，X射線投影數據表示高頻變化，其中「1」的數據僅在3×3通道的「0」數據中的一個通道上被發現。現在考慮這樣一種情況，其中圖50所示的一個點陣單元的間隔被假定為「1」，X射線投影數據經歷在四點加權相加處理或者四點插值處理中精細間隔的數據提取。參考圖50，當數據以0.125的間隔提取時，在圖50所示的四點加權相加處理或者四點插值處理中，半寬FWHM(全寬半高)在水平方向上是「1」，以及在相對於「1」的間隔傾斜45度的方向上是「1.414」，以及在圖51所示的三點加權相加處理或者三點插值處理中，半寬FWHM在水平方向上是「1」，以及在45度傾斜的方向上是「0.707」。
因此可以看出，在三點加權相加處理或者三點插值處理中解析度較高。
在實施例4中，圖5所示的步驟S2的預處理、步驟S3的束硬化校正和步驟S4的z濾波卷積處理以與實施例1中相同的方式完成。然而，在步驟S4的z濾波卷積處理中把最終的扇形射束的X射線投影數據轉換成平行射束的X射線投影數據的扇形到平行的轉換中，也可以使用三點加權相加處理或者三點插值處理。
如果在直到步驟S5的重建函數卷積以與實施例1中相同的方式被完成的處理之後，在步驟S6的三維反投影處理中使用三點加權相加處理或者三點插值處理，那麼X射線斷層掃描圖像的解析度會證明比當使用四點加權相加處理或者四點插值處理時更高。
以這種方式，X射線斷層掃描圖像的解析度可通過三點加權相加處理或者三點插值處理來改進。
在迄今為止所述的X射線CT裝置100中，根據本發明的X射線CT裝置或者X射線CT成像方法可以通過簡單的方法來實現對於多行X射線探測器或者矩陣結構的二維X射線面探測器達到較高的X射線探測器解析度，並且實現了由使用這種X射線探測器的X射線CT裝置通過常規掃描(軸向掃描)、攝像掃描、螺旋掃描或者可變間距螺旋掃描所產生的X射線斷層掃描圖像的解析度的提高。
順便提一句，在該實施例中的圖像重建方法可以是根據已知的Feldkamp方法的常見三維圖像重建方法。它甚至可以是某一其它三維圖像重建方法。可選擇地，它可以是二維圖像重建。
而且，通過卷積各行係數不同的行方向(z方向)濾波器從而來調整圖像質量的波動，在本實施例中實現了行之間一致的切片厚度以及在偽影和噪聲方面的圖像質量，以及為此目的可以想到各種z方向濾波器係數。其中的任何一個可以產生類似的效果。
儘管該實施例已經在使用用於醫學目的的X射線CT裝置的假定下進行了描述，但是它還可用作用於工業目的的X射線CT裝置、或者X射線CT-PET裝置或者與某一其它裝置結合的X射線CT-SPET裝置。
儘管該實施例使用通過線性近似的三點加權相加或者三點插值中的加權相加或者插值，但是也可使用更高階例如二階或三階的加權相加或者插值。
儘管X射線探測器模塊如圖44所示被假定為矩形，但它還可以是如圖45所示的平行四邊形X射線探測器模塊。在這種情況下，因為在端部中的X射線探測器通道與在中心部分中的X射線探測器通道將具有相同的形狀，所以如圖23所示的端部中X射線探測器通道的問題將不出現。
附圖標記列表圖1X射線CT裝置1001操作控制臺2輸入裝置3中央處理單元5數據採集緩衝器6監視器7存儲單元10 成像臺12 託架15 旋轉單元20 掃描架21 X射線管22 X射線控制器23 準直器24 多行X射線探測器或者二維X射線面探測器25 DAS26 旋轉單元控制器27 掃描架傾斜控制器28 X射線成束濾波器29 調整控制器30 滑環40 光學照相機圖221 X射線管X射線焦點24 多行X射線探測器28 X射線成束濾波器
dPX射線探測器平面P 重建區域IC旋轉中心(ISO)CBX射線束(錐形射束)BC射束中心軸通道方向圖321X射線管23X射線準直器D 在旋轉中心軸上多行X射線探測器的寬度24多行X射線探測器IC旋轉中心CBX射線束BC射束中心軸探測器方向圖4開始步驟P1把對象固定在託架12上並對準位置步驟P2收集探測圖像步驟P3設置成像條件步驟P4獲得X射線斷層掃描圖像結束圖5開始步驟S1收集數據步驟S2預處理步驟S3校正束硬化步驟S4z濾波卷積處理步驟S5重建函數卷積處理步驟S6三維反投影處理步驟S7後處理結束圖6步驟S2開始步驟S21校正偏移步驟S22對數轉換步驟S23校正X射線劑量步驟S24校正靈敏度結束圖7步驟S6開始三維反投影處理步驟S61提取與重建區域P中的每個像素匹配的投影數據Dr步驟S62把每組投影數據Dr乘以錐形射束重建加權係數以產生反投影數據D2步驟S63把反投影數據D2逐個像素地加到反投影數據D3上步驟S64反投影數據D2被加到圖像重建必需的所有視圖上了嗎？結束圖8(a)21X射線管P 重建區域(xy平面)原點(0，0)
(b)21X射線管24多行X射線探測器P 重建區域xz平面IC旋轉軸Z軸圖924多行X射線探測器探測器行方向通道方向圖10、圖11P 重建區域圖13(a)21X射線管P 重建區域(xy平面)(b)21X射線管24多行X射線探測器P 重建區域xz平面IC旋轉軸Z軸圖14肺野 X射線斷層掃描圖像部分放大圖像重建區域生物信號周期時間t生物信號顯示切片厚度 重建函數 圖像濾波器矩陣大小類型313c重建區域中心直徑圖18(a)21 X射線管通道方向行方向(b)行方向(c)探測器模塊圖19通道方向行方向板型閃爍體在通道方向上切割的閃爍體板具有在通道方向上插入的反射物的閃爍體在行方向上切割的閃爍體板由具有在通道方向和行方向上插入的反射物的閃爍體組成的X射線探測器模塊閃爍體反射物光電二極體X射線探測器模塊的xy截面20通道方向行方向板型閃爍體具有在作為第一方向的通道方向上插入的反射物的閃爍體具有在作為第二方向的行方向上插入的反射物的閃爍體由具有在作為第三方向的行方向上插入的反射物的閃爍體組成的X射線探測器模塊圖21通道方向反射物行方向圖22通道方向行方向反射物圖23通道方向第一行第二行端部中的X射線探測器通道反射物行方向圖24通道方向行方向反射物圖25通道方向w1、w2、w3和w4是加權係數行方向反投影處理反投影處理的軌跡線圖像重建平面的X射線斷層掃描圖像圖26通道方向w1、w2、w3和w4是加權係數行方向通過四點插值生成的反投影g(i+Δi，j+Δj)反投影反投影處理的軌跡線圖像重建平面的X射線斷層掃描圖像圖27通道方向偶數行第2k行 dr×在通道方向上X射線探測器的間隔奇數行第(2k+1)行偶數行第(2k+2)行奇數行第(2k+3)行行方向在通道方向上X射線探測器的間隔圖28通道方向行方向x表示通過加權加法獲得的數據的位置·表示投影數據的真實數據的位置圖29通道方向行方向圖30通道方向行方向圖31通道方向行方向圖32行方向圖33通道方向行方向圖34
通道方向行方向圖35通道方向在點陣坐標中不存在的反投影處理的軌跡線的點行方向反投影處理的軌跡線在點陣坐標中存在的反投影處理的軌跡線上的點圖36通道方向行方向反射物圖37端部中的X射線探測器通道變得不連續 反射物第i個X射線探測器模塊 第(i+1)個X射線探測器模塊圖38高度連續第j行第(j+1)行反射物第i個X射線探測器模塊 第(i+1)個X射線探測器模塊圖39閃爍體光電二極體圖40閃爍體光電二極體圖43交錯看作一維排列的數據圖44通道方向反射物行方向圖46通道方向行方向圖48通道方向行方向圖49點陣間隔「1」數據值圖50通道方向上的半寬「1」數據值的輪廓線45度方向上的半寬圖51通道方向上的半寬「1」數據值的輪廓線45度方向上的半寬。
權利要求
1.一種X射線CT裝置(100)，包括X射線數據採集裝置(25)，用於採集穿過位於彼此相對的X射線發生器(21)和X射線探測器(24)之間的對象的X射線的投影數據；圖像重建裝置(3)，用於從由該X射線數據採集裝置(25)所採集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置(6)，用於顯示由所述圖像重建裝置(3)所獲得的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置(2)，用於設置採集X射線斷層掃描圖像的各種圖像採集參數，其中所述X射線探測器(24)包括多行X射線探測器，所述多行X射線探測器的X射線探測器模塊通過三個或更多個方向上的平行線被劃分成X射線探測器通道。
2.一種X射線CT裝置(100)，包括X射線數據採集裝置(25)，用於採集穿過位於彼此相對的X射線發生器和X射線探測器之間的對象的X射線的投影數據；圖像重建裝置(3)，用於從由該X射線數據採集裝置(25)所採集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置(6)，用於顯示由所述圖像重建裝置(3)所獲得的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置(2)，用於設置採集X射線斷層掃描圖像的各種圖像採集參數，其中所述X射線探測器(24)包括二維X射線面探測器，所述二維X射線面探測器的X射線探測器模塊通過三個或更多個方向上的平行線被劃分成X射線探測器通道。
3.根據權利要求1或2所述的X射線CT裝置(100)，其中所述X射線探測器具有三角形形狀。
4.一種X射線CT裝置(100)，包括X射線數據採集裝置(25)，用於採集穿過位於彼此相對的X射線發生器(21)和X射線探測器(24)之間的對象的X射線的投影數據；圖像重建裝置(3)，用於從由該X射線數據採集裝置(25)所採集的投影數據來執行圖像重建；圖像顯示裝置(6)，用於顯示由所述圖像重建裝置(3)所獲得的X射線斷層掃描圖像；以及成像條件設置裝置(2)，用於設置採集X射線斷層掃描圖像的各種圖像採集參數，其中所述圖像重建裝置(3)包括三點加權相加處理或者三點插值處理。
5.根據權利要求1到3中任何一項所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括三點加權相加處理或者三點插值處理。
6.根據權利要求1到3中任何一項所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括四點加權相加處理或者四點插值處理。
7.根據權利要求1到3中任何一項所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括兩點加權相加處理或者兩點插值處理。
8.根據權利要求1到3中任何一項所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括最近相鄰處理。
9.根據權利要求1到8中任何一項所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括三維圖像重建處理。
10.根據權利要求9所述的X射線CT裝置，其中所述圖像重建裝置(3)包括用於當執行常規掃描(軸向掃描)或者攝像掃描時執行在任何z方向坐標位置上任何期望切片厚度的X射線斷層掃描圖像的圖像重建的裝置。
11.根據權利要求9所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括用於當螺旋掃描或者可變間距螺旋掃描時執行在任何z方向坐標位置上任何期望切片厚度的X射線斷層掃描圖像的圖像重建的裝置。
12.根據權利要求10或11所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括用於執行圖像重建的裝置，其包括用於在相鄰行交替地重新排列和交錯X射線投影數據、重建高解析度X射線投影數據並執行X射線投影數據的圖像重建的裝置。
13.根據權利要求12所述的X射線CT裝置(100)，其中所述圖像重建裝置(3)包括用於執行圖像重建的裝置，其包括用於在高頻重建函數的情況下在相鄰行交替地重新排列和交錯X射線投影數據的裝置。
全文摘要
通過簡單的方法將實現X射線斷層掃描圖像的解析度的提高，所述X射線斷層掃描圖像由使用多行X射線探測器(24)或者矩陣結構的二維X射線面探測器(24)的X射線CT裝置(100)通過常規掃描(軸向掃描)、攝像掃描、螺旋掃描或者可變間距螺旋掃描來獲得。實現了這樣一種X射線CT裝置(100)，其中多行X射線探測器(24)或者矩陣結構的二維X射線面探測器(24)具有少量處理工作，以及圖像重建裝置(3)能夠通過圖像重建提供高解析度的X射線斷層掃描圖像。
文檔編號G01N23/04GK101023874SQ20061013093
公開日2007年8月29日 申請日期2006年12月5日 優先權日2005年12月5日
發明者瀧浦泰郎, 西出明彥, 藤重高志 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司