放射計算機斷層攝像裝置及斷層圖像數據生成方法
2023-05-27 12:19:06 4
專利名稱：放射計算機斷層攝像裝置及斷層圖像數據生成方法
技術領域：
本發明涉及一種具有獲取容積數據能力的放射計算斷層攝像裝置，比如VCT(容積CT(計算機斷層攝像(computed tomography)))裝置或多行CT裝置，以及一種應用於放射計算機斷層攝像裝置的斷層圖像數據的生成方法。
具體而言，本發明涉及一种放射計算機斷層攝像裝置以及通過校正來減少散射射線影響的斷層圖像數據生成方法。
背景技術：
公知的X射線CT裝置包括，例如，由多個X射線檢測單元以二維方式排列構成的X射線檢測器來獲得檢測對象的投影數據的CT裝置。定位所述多個X射線檢測單元，使得它們的寬度處於沿著相對於所述檢測對象的預定軸的方向上。由於X射線檢測單元行是跨越軸線方向上的一定寬度形成的，因此具有按二維方式排列的X射線檢測單元的X射線檢測器通常被稱為多行檢測器。
在多行檢測器中，沿軸的方向有時稱為列方向，垂直於列方向的方向例如稱為通道(channel)方向。
在包括多行檢測器的X射線CT裝置中，檢測對象截面的投影數據是通過從圍繞著多行檢測器的軸線的多個位置上的預定焦點發射X射線扇形波束而獲取的，這一扇形波束在列和通道方向上都由一定的寬度。
檢測對象的斷層攝影圖像是基於投影數據通過重建計算而產生的。
這樣一種具有二維範圍的X射線檢測器增大了另外由不是從焦點直接照射到檢測面上的X射線照在檢測面上的可能性，即，由於X射線與檢測對象中的某些物質，如骨，碰撞而偏離了它們的傳播方向的X射線造成的散射X射線(散射射線)。
尤其是，增加多行檢測器中的行數使得在列方向上的扇狀X射線束寬度增加，扇狀射線束被投影到檢測對象上更寬的區域，造成更多的散射射線的產生。結果，散射射線射到X射線檢測單元上的可能性也相應地增加。
散射射線包含有那些接收到散射射線的X射線檢測器本不該檢測到的檢測對象的投影信息。因此，這些散射射線造成了偽影(artifact)的產生，並且可能造成斷層攝影圖像的圖像質量下降。
為減小上述散射射線的影響，人們提出了各種不同的技術。例如，專利文獻1所公布的一種CT裝置，它計算一個反卷積函數(deconvolution function)用於重建斷層攝影圖像，這一圖像來自於一個數學計算得到的散射射線的彈性(相干)散射(coherentscatter)函數，並且使用反卷積函數重建圖像，該反卷積函數校正相干散射射線的影響。
專利文獻1日本專利申請公開第H7-184886號然而，在專利文獻1所介紹的CT裝置中，列方向X射線束的展開(孔徑)寬度未予以特別考慮。因此，它無法完全解決多行檢測器的問題。
如上面所解釋的，傳統的技術不能完全校正和減少由散射射線造成的影響，這種散射射線的影響隨著X射線檢測器行數的增加而增加，所以存在著進一步提高斷層攝影圖像的圖像質量的需求。
發明內容
因此，本發明的目的是，提供一種能夠通過更為有效地校正散射射線造成的影響來減小斷層攝影圖像中的偽影的放射計算機斷層攝影裝置。
本發明的另一個目的是提供一種斷層攝影圖像數據生成方法，該方法能夠通過更加有效地校正放射計算機斷層攝影裝置中的散射射線造成的影響來減小斷層攝影圖像中的偽影。
一種按照本發明的放射計算機斷層攝影裝置包括一個放射線檢測器，具有以二維方式排列的多個放射檢測單元，用於檢測穿過檢測對象的放射線；和一個重建裝置，用於基於來自每一個所述多個放射檢測單元的所述檢測對象的投影數據，採用數學方法重建所述檢測對象的斷層攝影圖像的斷層攝影圖像數據，所述投影數據是從通過由所述多個放射檢測單元檢測到的值中獲得的，其中所述重建裝置使用與由所述投影數據計算出的穿過所述檢測對象的所述射線的路徑長度相關的一個校正值來為每個所述放射檢測單元校正所述投影數據，並且基於所述經校正的投影數據生成所述斷層攝影圖像數據。
一種按照本發明的斷層攝影圖像數據生成方法，應用於放射計算機斷層攝影裝置，該裝置包括一個放射線檢測器，具有以二維方式排列的多個放射檢測單元，用於檢測穿過檢測對象的放射線；和一個重建裝置，用於基於來自每一個所述多個放射檢測單元的所述檢測對象的投影數據，採用數學方法重建所述檢測對象的體測攝影圖像的斷層攝影圖像數據，所述投影數據是從通過由所述多個放射檢測單元檢測到的值中獲得的，所述方法包括利用所述重建裝置使用由所述投影數據計算得出的、與透過檢測對象的輻射線的路徑長度相關的校正值來校正所述投影數據的步驟；和基於由所述重建裝置校正過的所述投影數據生成所述斷層攝影圖像數據的步驟。
在本發明中，多個用於檢測放射線的放射檢測單元按二維方式排列成具有二維範圍。放射檢測單元檢測透過檢測對象的放射線，從而針對每個放射檢測單元產生了由輻射線造成的檢測對象的投影數據。
所述重建裝置基於針對每個放射檢測單元獲得的投影數據，計算透過檢測對象的放射線的路徑長度。所述重建裝置使用一個與路徑長度相關的校正值來校正投影數據。然後，該重建裝置基於校正後的投影數據生成檢測對象的斷層攝影圖像數據。
按照本發明，由散射射線造成的影響能夠得到更加有效的校正，以減少斷層攝影圖像中的偽影。
本發明可應用於X射線CT裝置或者VCT裝置。
本發明其它的目的和優點將會通過後面對附圖中所描繪出的本發明的優選實施方式的介紹而變得顯而易見。
附圖1是表示按照本發明的一種實施方式的X射線CT裝置的總體結構的示意圖。
附圖2是表示用於計算透過檢測對象的放射線的路徑長度和與該路徑長度相關的校正值的示範性校準過程的流程圖。
附圖3是表示模型與旋轉部件之間的位置關係的示意圖，其中(a)表示在某一視角下的位置關係，而(b)表示在另一視角下的位置關係。
附圖4是代表一個檢測器通道行中的數據的差異的大小的曲線圖，其中(a)表示在某一視角下的示範值，而(b)表示在另一視角下的示範值。
附圖5表示了一個檢測器通道行中的路徑長度，其中(a)表示在一定視角下的示範值，而(b)顯示在另一視角下的示範值。
附圖6是代表通過附圖2中所示的校準過程而獲得的路徑長度與校正值之間的關係曲線圖。
附圖7是表示X射線源、X射線焦點、X射線束以及X射線檢測器之間的關係的立體圖。
附圖8是表示按照本發明的一種實施方式，使用校正值來生成斷層攝影圖像數據的過程的流程圖。
附圖9是表示按照本發明的變形方式，使用校正值來生成斷層攝影圖像數據的過程的流程圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖對本發明的實施方式進行介紹。應當注意，本發明中的放射線包括X射線。下面的介紹將以採用X射線作為放射線的X射線CT裝置為範例而給出。
附圖1是表示按照本發明的實施方式的X射線CT裝置總體結構的示意圖。附圖1所示的X射線CT裝置10包括一個X射線CT裝置主體10A和一個控制臺10B。如附圖1所示，按照本發明的放射計算機斷層攝影裝置的一種實施方式為附圖1所示的X射線CT裝置10。
如圖1所示，所述X射線CT裝置主體10A包括一個旋轉部件2和一個數據獲取系統(DAS)20。
旋轉部件2包括一個用於發射X射線的X射線源XL，和一個用於檢測X射線源XL所發射的X射線的X射線檢測器70。
X射線源XL從X射線焦點3發射扇形X射線束5。扇形X射線束5有時也稱為扇狀束(fan beam)。
扇形X射線束5的強度由X射線檢測器70檢測。
檢測對象1放置在X射線源XL和X射線檢測器70之間。按照本實施方式的X射線CT裝置10的X射線源XL和X射線檢測器70由旋轉部件2帶動圍繞預定的軸O旋轉，如附圖1所示，同時兩者之間的相對位置關係保持不變。例如，使得檢測對象1從頭到腳的軀體軸線方向與軸線O的方向保持一致。而且，軸線O的方向與附圖1中z軸的方向是一致的。
按照本發明的旋轉軸的具體實施方式
對應於軸線O。
X射線檢測器70具有以二維矩陣(陣列)方式排列的多個檢測器通道ch。按照本發明的放射檢測單元的實施方式對應於檢測器通道ch。
以二維方式排列的檢測器通道ch由沿行方向的列指數i和沿列方向的行指數j來命名的。
本文中行方向有時也稱為通道方向(channel direction)。沿通道方向排列成一行的檢測器通道ch總稱為檢測器通道行。
在列方向上，多個檢測器通道行7是相互平行地並列設置的。
在附圖1中，以包含通道方向的截面圖的方式示出了一個X射線檢測器70。
在本發明中，第一排列方向的具體實施方式
相應於行方向(即通道方向)，第二排列方向的實施方式相應於列方向。
列指數(或通道指數)的數目i的數量級達到了，例如，1000。而行指數的數目j的數量級達到了，例如，16。
而且，每一個檢測器通道ch是由，例如，閃爍器和光電二極體的組合構成的。
如附圖1所示，將X射線檢測器70中的列方向定義為z軸方向。垂直於z軸的平面定義為x-y平面。
X射線束5是在x-y和x-z平面上均有延伸的扇形射線束。
每一個檢測器通道ch的放射檢測面(下文中簡稱為檢測面)Su均能夠單獨、獨立地檢測X射線束5的X射線強度，並可以獲得與二維方式排列的檢測器通道ch數量相應的數據。
每一個檢測器通道ch的檢測面Su均在通道方向上指向X射線焦點3，如附圖1所示，並且在沿著z軸方向的列方向上指向X射線焦點3也指向其它方向。
換句話說，將多個檢測器通道ch在通道方向上排列為沿著圍繞軸0旋轉的方向形成一個曲線，並且這多個檢測器通道ch在垂直於通道方向的列方向上是水平排列的。
X射線強度數據的採集是通過掃描來實現的，其中穿過檢測對象1的X射線束5的強度是在藉助旋轉部件2圍繞軸O旋轉X射線源XL和X射線檢測器70的同時，通過在朝向檢測對象1發射X射線束5的變化方向上的檢測器通道而檢測到的。這樣就獲得了圍繞軸O的一次旋轉過程中多個方向上的數據。數據採集的方向稱為視角。在附圖1中，附圖標記k代表視角指數。每次旋轉的視角數目可達到例如1000。這種情況下，視角之間的間隔如附圖1所示為360°/1000。
DAS 20採集由X射線檢測器70獲得的多組數據。DAS 20將由X射線檢測器70檢測到的X射線強度的模擬數據轉換為數字數據，並將它們發送到控制臺10B。
發送到控制臺10B的數字數據代表X射線束5在檢測對象1中穿過的橫截平面的投影數據。
如附圖1所示，控制臺10B包括一個計算/控制裝置23、一個儲存設備40和一個顯示設備25。
在本發明中重建裝置的具體實施方式
對應於計算/控制裝置23。
計算/控制裝置23例如是由硬體(如CPU(中央處理單元))和用於驅動該硬體的軟體實現的。
所採用的儲存設備40例如是一個半導體RAM(隨機訪問存儲器)和一個硬碟驅動器。
儲存設備40保存著一個與X射線束5穿過檢測對象1的長度(即，路徑長度)相對應的校正表。
構成校正表的校正值將稍後介紹。
計算/控制裝置23接收由DAS 20採集的投影數據。該計算/控制裝置23基於所接收到的投影數據進行重建計算(如反投影)，以生成圖像數據。
在重建過程中，計算/控制裝置23訪問儲存設備40，並且基於從校正表中讀出校正值對投影數據進行校正。該計算/控制裝置23然後基於校正後的投影數據生成圖像數據。
計算/控制裝置23生成的圖像數據表示X射線束5在檢測對象1中穿過的截面的圖像，即，用於斷層攝影圖像的圖像數據(斷層攝影圖像數據)。
斷層攝影圖像數據也可以保存在儲存設備40。
而且，計算/控制裝置23控制X射線CT裝置10產生斷層攝影圖像的過程，以執行包括藉助旋轉部件2旋轉X射線源XL和X射線檢測器70和通過DAS 20獲取投影數據的操作。
而且，計算/控制裝置23實施顯示控制，用於在顯示設備25(如CRT(陰極射線管)和液晶顯示屏)上基於儲存在儲存設備40內的斷層攝影圖像數據顯示所產生的斷層攝影圖像或斷層圖像。顯示設備25還顯示用於操縱X射線CT設備10的操作圖像。
計算/控制裝置23與一個輸入裝置相連接，如鍵盤(未顯示)。通過這個輸入裝置，將來自操控X射線CT設備10的操作人員的指令輸入到計算/控制裝置23中。
按照本實施方式，保存在儲存設備40中的校正表被用於校正在使用X射線CT設備10對檢測對象1進行的掃描中由散射X射線(散射射線)造成的影響。這些散射射線是由於與檢測對象1中X射線透過性明顯不同的物體(如骨骼)發生碰撞而偏離了它們的行進方向的X射線引起的。因此，可以認為在掃描檢測對象1過程中總會產生一些散射射線。
而且，X射線檢測器70中檢測器通道行7數量的增加會增大X射線束5在列方向上的束寬度，這樣將傾向於產生更多的散射射線，並且由散射射線造成的影響也會變得更大。
散射射線是由穿透檢測對象1的X射線束5產生的。因此，散射射線的幅度或寬度主要取決於檢測對象1，而認為由X射線CT設備10系統設置造成的差異(例如，X射線源XL和X射線檢測器70之間的位置關係的差異)非常小。所以，校正表中的校正值是通過對它們與路徑長度進行相關而適當地定義的，並且如此定義的值可以應用於具有任何系統設置的X射線CT裝置。
然而，為了確定與路徑長度相關的值，並且為了精確地處理X射線CT裝置隨時間的變化，最好實施針對路徑長度標準化校正值而進行的校準。
因此，下面將參照附圖2詳細介紹校準的過程。
附圖2是表示用於確定穿過檢測對象1的X射線束5的路徑長度和與路徑長度相應的校正值的示範性校準過程的流程圖。
在校準過程中，首先確定計數次數n(步驟ST1)。
計數次數n代表利用一個影響校正值的變化參數值執行校準的次數。所採用的參數的一個例子是由設置在X射線源XL與檢測對象1之間的準直器(未示出)所定義的X射線束5的展開(孔徑)寬度。展開寬度定義了X射線束5的形狀並且確定了X射線束5在列方向上的寬度。
由於計數次數n會顯著影響通過校正值對斷層攝影圖像的校正精度，因此最好選用各種因素加以考慮。
計數次數n的值應為自然數。
在確定了計數次數n之後，將用於統計計數次數的計數器的值m設置為初始值m＝0(步驟ST2)。
接下來，將代替檢測對象1的模型放置在X射線源XL與X射線檢測器70之間，以實施掃描(步驟ST3)。
為確定與路徑長度相對應的校正值，需要在不同路徑長度下的X射線檢測數據。因此，使用了一個在x-y平面上的截面為橢圓形的橢圓模型PM作為模型，如附圖3(a)和(b)中所示意性示出的。
附圖3(a)表示旋轉部件2和橢圓模型PM之間在某一角度下的位置相互關係，而附圖3(b)表示在另一視角下它們的位置關係。如附圖3(a)和(b)所示，採用橢圓形模型PM，可以使得，例如，即使對於其強度由位於X射線檢測器70中心的檢測器通道ch檢測的同一X射線束5c，在某一視角下的路徑長度5ca與另一視角下的路徑長度5cb也能夠得以區分。
如果不使用橢圓模型的話，也可以依次地使用多個具有不同直徑的圓柱形模型。
在掃描之前，要確定用於X射線CT裝置10的幾類參數的PM(ST4)。
優選的參數PM是那些影響校正值的參數，包括，例如，前面提到的X射線束5的展開寬度、所要重建的斷層攝影圖像中的區域以及施加給X射線源XL的電壓。可以將使用橢圓模型PM的X射線束5的路徑長度的差異，看作包括在這些參數PM的變化之中。
為了簡明，此處僅規定了展開寬度AP(m)隨計數器的值m變化。
所採用的展開寬度AP(m)的值是，例如，在X射線檢測器70的側面上相鄰於X射線源XL設置的、用於定義X射線束5的範圍的準直器(未示出)的狹縫的寬度。該寬度可以在一定範圍內適當變化，例如10-60毫米。
作為m＝0的第一次校準的基準線的展開寬度AP(0)為，例如，AP(0)＝10毫米。
由於展開寬度AP(0)相對較小，即，大約10毫米的數量級，因此X射線束5照射到X射線檢測器70上的區域也較小，從而散射射線造成的影響也相對較小。最好因此將作為基準線的展開寬度AP(0)設定為一個相對較小的展開寬度。
在設定完展開寬度AP(m)之後，使用X射線CT裝置10掃描橢圓模型PM並且獲取投影數據(ST5)。
前面已經對由X射線CT裝置10進行的掃描給出了總體的介紹，並且此處省略這一介紹。投影數據是針對在對每個檢測器通道ch的掃描中使用的視角數量而獲得的。
將步驟ST5中獲得的投影數據定義為投影數據D(m)。
計算/控制裝置23對在步驟ST5中獲得的投影數據D(m)進行第一預處理，包括偏移校正和基準校正(步驟ST6)。
由於偏移校正、基準校正和其它這樣的處理是在對投影數據D(m)進行反投影以生成圖像數據之前進行的，因此它們稱為預處理。
偏移校正是校正包括在檢測數據中的偏移值的處理過程，偏移值主要是由包含在DAS 20中的A-D(模/數)轉換器的漂移造成的。
基準校正是用於校正從X射線源XL發射的X射線強度變化的處理。從X射線源XL發出的X射線並不總是具有相同的強度，並且所發射的X射線的強度可能會在某些條件下發生變化。在這種情況下，由通常稱為基準檢測器通道(即，即使諸如檢測對象1或模型這樣的物體存在，也總是由沒有穿透任何物體的X射線照射在上面的檢測器通道ch)的檢測器通道得到的投影數據D(m)與由其它檢測器通道ch得到的投影數據D(m)的比值可用於校正所發射的X射線強度的變化。
將經過第一預處理之後的投影數據D(m)被命名為數據RD(m)。
如附圖4(a)和(b)所示，計算/控制裝置23使用RD(m)來為每一個檢測器通道計算差值Sub(m)＝RD(m)-RD(0)(步驟ST7)。
附圖4(a)和(b)中的曲線圖表示在一個檢測器通道行7中的差值Sub(m)的大小，其中橫軸代表通道指數i，縱軸代表差值Sub(m)的大小，其中(a)表示在一定視角下的示範性數值，(b)表示在另一視角下的示範性數值。如附圖3所示，橢圓模型PM投影到X射線檢測器70上的投影區域因視角不同而不同，因此，具有差值Sub(m)的非零值的通道指數i的範圍在視角與視角之間也不同，如附圖4(a)和(b)所示。
如上所述，針對每個視角計算出了多個差值Sub(m)，差值Sub(m)的個數與檢測器通道的數目相同。將這樣得到的差值Sub(m)的值儲存在儲存設備40中。
當m＝0時，Sub(0)＝0；並且由於將m＝0的條件看作散射射線所造成的影響幾乎不存在的基線，因此不作修改地使用Sub(0)＝0並且將數據RD(0)保存在儲存設備40中。
由於認為數據RD(0)的值認幾乎不包含由散射射線造成的影響，因此可以認為差值Sub(m)＝RD(m)-RD(0)表示散射射線的量值。
接下來，計算/控制裝置23計算比值Sub(m)/RD(m)(步驟ST8)。
比值Sub(m)/RD(m)的計算結果給出了散射射線強度S在從X射線源XL直接達到每一個檢測器通道ch的X射線強度P和散射射線的強度S之和中所佔的比例，即，在由每一個檢測器通道檢測到的值中所佔的比例。
每一個視角下的每一個檢測器通道ch的比值Sub(m)/RD(m)也保存在儲存設備40中。
而且，計算/控制裝置23對步驟ST6中計算得到的數據RD(m)進行第二預處理(步驟ST9)。
第二預處理包括，例如，計算-log(RD(m))。
將經過第二預處理之後的數據RD(m)被命名為數據LD(m)。
數據LD(m)使得針對每一個檢測器通道ch的投影數據的大小能夠進行量化評價。
由於每一個檢測器通道是由不同路徑長度的X射線束5照射的，因此可以認為數據LD(m)的值與路徑長度相關。因此，可以將數據LD(m)的數值認為是路徑長度，從而可以為每一視角得到到達每一個檢測器通道的路徑長度，如附圖5(a)和(b)所示。
在附圖5(a)和(b)圖中，橫軸表示檢測器通道行7的通道指數i，縱軸表示作為路徑長度的數據LD(m)的值。另外，附圖5(a)表示與附圖4(a)相對應的某一視角下的示範值，而附圖5(b)表示與附圖4(b)相對應的另一視角下的示範值。
計算/控制裝置23將生成的數據LD(m)儲存於儲存設備40中。
計算/控制裝置23訪問儲存設備40，以讀取其中存儲的比值Sub(m)/RD(m)和數據LD(m)，並對照著數據LD(m)標出比值Sub(m)/RD(m)(步驟ST10)。
這一處理給出了如附圖6所示的曲線PT。在附圖6的曲線圖中，橫軸表示作為路徑長度的數據LD(m)的值，縱軸表示作為校正值S/(S+P)的比值Sub(m)/RD(m)的值。由於校正值S/(S+P)是在由每一個檢測器通道ch檢測到的強度值(S+P)中散射射線的強度S所佔的比例，因此其最大值為1。
應當注意到，附圖6的圖形無需實際生成，計算/控制裝置23會實現路徑長度和校正值之間的對應，就如同繪出了附圖6的圖形一樣。
一旦前面提到的過程已被執行，計算/控制裝置23確定計數器的值m是否已經達到了步驟ST1中規定的計數次數n(步驟ST11)。
如果還沒有達到計數次數n，計算/控制裝置23將計數器的值m遞加一，將其重定義為m+1(步驟ST12)，並且重複步驟ST4到步驟ST10的過程。
附圖7是表示X射線源XL、X射線焦點3、X射線束5和X射線檢測器70之間的關係的主要部分的立體圖。
在步驟ST4-ST10的循環中，步驟ST4中改變展開寬度AP(m)，從而X射線束5的寬度至少在X射線檢測器70的列方向(z軸方向)上發生變化，如附圖7所示。這是因為，如前所述，每個檢測器通道ch的檢測面Su形成了一條在由指數i表示的通道方向上指向X射線焦點3的曲線，並且該檢測面Su在由指數j表示的列方向上是平直排列的。
當將檢測面Su排列得不總是指向X射線焦點3而形成一條曲線時，如在列方向上那樣，調整展開寬度AP，以擴大X射線束5的寬度，例如從寬度L1到寬度L2，因此使得散射射線所造成的影響更大。因而，為了研究散射射線的強度，最好在列方向上調整X射線束5的寬度。
在重複進行步驟ST4-ST11達到m＝n之後，計算/控制裝置23進入到下一步驟。
如果在步驟ST3中採用一個圓柱模型代替橢圓模型PM，那麼此時將判斷是否要取而代之使用另一個不同直徑的圓柱模型(步驟ST13)。
當採用圓柱形模型時，進程返回到步驟ST2，以將代表參數變化次數的計數器值m變回m＝0，並且在步驟ST3中，使用另一個直徑不同的圓柱模型進行替換。
此後，重複進行從步驟ST4到ST12的處理。
當針對所有要進行處理的多個具有不同直徑的圓柱模型的步驟ST2-ST12全部完成時，在步驟ST13中判斷將不會再替換模型，並且進程進入到下一步驟。
所要採用的圓柱模型是具有多個尺寸的圓柱模型，例如，截面直徑為20cm、30cm、40cm等等的圓柱模型。
當直到步驟ST13處理都已經完成並且為所有視角得到了針對每個檢測器通道ch的路徑長度與修正值之間的關係的曲線PT時，計算/控制裝置23執行擬合，以將曲線PT復原(regress)為某一個函數(步驟ST14)。
計算/控制裝置23通過例如最小平方的方法來最小化相對於曲線PT的差值之和，把校正值復原為某一階的函數。在附圖6中示出了一個通過擬合得到的示範性曲線圖，作為擬合曲線圖G1。
如曲線圖G1所示，對曲線PT進行復原得到的函數最好是這樣一個函數當路徑長度為零時其值為零。
校準掃描就此已經完成，並且以附圖6中的曲線G1所表示的函數形式獲得了標準化為路徑長度的校正值。
由曲線G1獲得的校正值具有與路徑長度相關的值，如從曲線G1可以看出的，校正值是路徑長度的函數。由曲線G1表示的路徑長度和校正值之間的相互關係作為一個校正表而被儲存在儲存設備40中。
現在將參照附圖8介紹使用在校準掃描中獲得的校正值來生成檢測對象1的斷層攝影圖像數據的過程。附圖8是表示使用本實施方式的校正值來生成斷層攝影圖像數據的過程的流程圖。
計算/控制裝置23首先通過控制X射線CT主體10A對檢測對象1進行掃描。這一掃描給出了檢測對象1上針對通道指數i、列指數j、視角指數k的投影數據D(i，j，k)(步驟ST21)。
這一掃描過程前面已經介紹，並且將省略對其進行的說明。
計算/控制裝置23在投影數據D(i，j，k)基礎上，計算出由每個檢測器通道ch檢測的對於通道指數i、列指數j和視角指數k、穿過檢測對象1的X射線束5的路徑長度Pr(i，j，k)(步驟ST22)。
由於已經針對附圖2中所示的校準過程進行了說明，通過對投影數據D(i，j，k)進行第一、第二預處理而獲得的數據可以認為是路徑長度Pr(i，j，k)。
計算/控制裝置23根據在步驟ST22中計算出的路徑長度Pr(i，j，k)讀取一個校正值(步驟ST23)。
計算/控制裝置23訪問儲存設備40，以從校正表中讀出與路徑長度Pr(i，j，k)的值相應的校正值。計算/控制裝置23使用一個根據曲線G1所示的擬合曲線對從校正表中得到的校正值進行了第二預處理之後的值作為用於下面的校正的校正值S/(S+P)。
用於計算校正值S/(S+P)的第二預處理步驟與附圖2中步驟ST9中的第二預處理相同，比如負對數運算。
現在可以得到用於投影數據D(i，j，k)的、與路徑長度Pr(i，j，k)相對應的校正值S/(S+P)了。
此後，檢測對象1的斷層攝影圖像數據將通過使用校正值S/(S+P)對投影數據D(i，j，k)進行校正來生成。
在生成斷層攝影圖像數據的過程中，計算/控制裝置23對投影數據D(i，j，k)應用第一預處理(步驟ST24)。
步驟ST24中第一預處理與附圖2中的第一預處理相同，比如步驟ST6中的偏移校正和基準校正。
將對投影數據D(i，j，k)應用了第一預處理之後獲得的數據被命名為數據D1(i，j，k)。
計算/控制裝置23使用步驟ST23中得到的校正值來校正數據D1(i，j，k)(步驟ST25)。
具體來講為，例如，將數據D1(i，j，k)乘以1-S/(S+P)來計算校正後的數據D1_0(i，j，k)。
計算/控制裝置23對計算得到的數據D1_0(i，j，k)應用第二預處理，以重建斷層攝影圖像數據(步驟ST26)。
這一第二預處理與附圖2中的步驟ST9是一樣的。
將經過第二預處理之後的數據D1_0(i，j，k)被命名為D2(i，j，k)。
計算/控制裝置23對數據D2(i，j，k)進行反投影和圖像重建的數學運算處理，以生成檢測對象1的某一橫斷面的圖像數據，即，斷層攝影圖像數據(步驟ST27)。
所生成的斷層攝影圖像數據可以保存在儲存設備40中，或者在經過後處理之後(包括諸如還原之類的預先規定的圖像處理)顯示在顯示設備25上。
如上所述，按照本實施方式，通過藉助校準掃描來建立與X射線束5透過檢測對象1的路徑長度Pr的相關，可以精確地獲得用於校正散射射線影響的校正值S/(S+P)。
由於校正值S/(S+P)是在校準掃描中考慮了各種不同的參數(比如X射線束展開寬度AP)的同時而得到的，因此這一數值包含了與對檢測對象1進行實際掃描相一致的多種情況。而且，在路徑長度為0的部分，即不存在檢測對象1的部分，如附圖6中的擬合曲線曲線G1所示，校正值S/(S+P)為0，從而不進行校正。因此，通過使用按照本實施方式的校正值S/(S+P)，可以得到經過符合對檢測對象1的實際掃描的適當校正的、具有高圖像質量的斷層攝影圖像。由於由散射射線造成的影響得到了有效的校正，因此本實施方式是非常有效的，尤其是在X射線檢測器70具有更多行並且由散射射線造成的影響更大的時候。
而且，當使用按照本實施方式的校正值S/(S+P)來減小由散射射線造成的影響時，X射線CT裝置10的硬體無需特殊調整，從而可以容易地實施對散射射線的影響的校正。
(變形方式)使用校正值S/(S+P)生成斷層攝影圖像數據的過程不限於如附圖8所示的那樣，也可以通過其它過程來實現。現在將參照附圖9介紹另一種使用校正值S/(S+P)來生成斷層攝影圖像數據的過程。
附圖9是表示另一種使用校正值S/(S+P)來生成圖像數據的過程的流程圖。
附圖9中所示的從步驟ST21-ST24的過程與附圖8中的相同，將省略其詳細介紹。
按照附圖9中所示的變形方式，不是使用校正值S/(S+P)對數據D1(i，j，k)進行校正，而是使用校正值S/(S+P)對第二預處理之後的數據D1(i，j，k)進行校正(步驟ST30)。
具體來講，例如，計算/控制裝置23對數據D1(i，j，k)施加與附圖8中步驟ST26的第二預處理相同的預處理，以計算出數據D1_1(i，j，k)。然後數據D1_1(i，j，k)乘以1-S/(S+P)來校正數據D1_1(i，j，k)，從而計算出數據D2(i，j，k)。
計算/控制裝置23使用所計算的數據D2(i，j，k)來執行與附圖8中步驟ST27相似的反投影和重建過程，以生成檢測對象1某一橫截面的斷層攝影圖像數據。
如上所述，按照本變形方式，檢測對象1的斷層攝影圖像數據也可以通過如附圖9所示的過程生成。
雖然附圖8和附圖9所示的過程在使用校正值S/(S+P)的校正的時間上不同，但是它們本質上是相同的過程，其中都應用了數學上等價的處理。因此，由附圖9所示的過程獲得的斷層攝像圖像與由附圖8所示的過程獲得的斷層攝影圖像是相同的，並且可以得到改善圖像質量的相同效果。
應注意到，本發明並不僅局限於前面所提到的實施方式及其變形方式，而是可以進行多種修改。例如，校準掃描的過程不僅限於附圖2的流程圖所示的那樣，而是任何可以達到相同效果的過程均可採用。而且，校正值S/(S+P)不但可以包含展開寬度AP，而且還可以包含包括要進行重建的斷層攝影圖像中的區域的其它參數或施加在X射線源XL上的電壓。
而且，要獲得投影數據，不僅可以用X射線還可以使用其它放射線，比如也可以採用伽馬射線。此外，使用桶狀X射線檢測器來替代旋轉部件2，可以採用具有不使用旋轉機構來獲取投影數據的結構的放射計算機斷層攝影設備。
可以構成很多廣義上不同的本發明的實施方式，而不會超出本發明的思想和範圍。應當理解，本發明並不僅局限於本說明書中介紹的具體實施方式
，而只是由所附的權利要求書定義。
權利要求
1.一种放射計算機斷層攝影裝置(10)，包括一個放射線檢測器(70)，具有以二維方式排列的多個放射檢測單元(ch)，用於檢測穿過檢測對象(1)的放射線；和一個重建裝置(23)，用於基於來自每個所述多個放射檢測單元(ch)的所述檢測對象(1)的投影數據，採用數學方法來重建用於所述檢測對象(1)的斷層攝影圖像的斷層攝影圖像數據，所述投影數據是通過由所述多個放射檢測單元(ch)檢測到的值獲得的，其中所述重建裝置(23)使用與由所述投影數據計算出的、穿過所述檢測對象(1)的所述射線的路徑長度相關的校正值，來為每個所述放射檢測單元(ch)校正所述投影數據，並且基於所述經校正的投影數據生成所述斷層攝影圖像數據。
2.按照權利要求1所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中所採用的所述校正值是基於校準掃描得到的值，在校準掃描中，採用了區分所述路徑長度的模型(PM)作為所述檢測對象(1)，並且由所述多個放射檢測單元(ch)檢測透過所述模型的所述放射線。
3.按照權利要求2所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中所述放射線檢測器(70)圍繞一個預定的旋轉軸線來旋轉所述模型(PM)；所述多個放射檢測單元(ch)在兩個排列方向以二維方式分布，一個是第一排列方向，另一個是垂直於所述第一排列方向的第二排列方向；和所述多個放射檢測單元(ch)排列為，在所述第一排列方向上沿著圍繞所述旋轉軸旋轉的方向形成一個曲線，並且在所述第二排列方向上平直排列。
4.按照權利要求2或3所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中具有不同路徑長度的多組所述投影數據是通過使用所述放射線檢測器(70)在圍繞所述模型(PM)的多個方向上檢測透過具有橢圓截面的所述模型(PM)的放射線而得到的，對所述投影數據進行預定的運算處理，以獲得作為原始數據的值，並且將所述原始數據擬合為關於所述路徑長度的某一函數，以獲得作為所述校正值的值。
5.按照權利要求2-4中任何一項所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中獲取所述校正值，使得它包含所述放射線束的展開寬度作為一個參數。
6.按照權利要求4或5所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中在一個基準展開寬度下得到的投影數據與在另一個與所述基準展開寬度不同的展開寬度下得到的投影數據之間的差，作為用於所述校正值的所述原始數據使用。
7.按照權利要求6所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中將所述原始數據擬合為關於所述路徑長度的某一函數，以獲得作為所述校正值的值。
8.按照權利要求7所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中所述原始數據是基於在與所述基準展開寬度不同的多個所述展開寬度下獲得的所述投影數據而計算得到的。
9.按照權利要求5-8中任何一項所述的放射計算機斷層攝影裝置(10)，其中所述展開寬度在所述多個放射檢測單元(ch)的所述第二排列方向上變化。
10.一种放射計算機斷層攝影裝置(10)中的斷層攝影圖像數據生成方法，該放射計算機斷層攝影裝置(10)包括一個放射線檢測器(70)，其具有以二維方式排列的多個放射檢測單元(ch)，用於檢測穿過檢測對象(1)的放射線；和一個重建裝置(23)，用於基於來自每個所述多個放射檢測單元(ch)的所述檢測對象(1)的投影數據，採用數學方法來重建用於所述檢測對象(1)的斷層攝影圖像的斷層攝影圖像數據，所述投影數據是通過由所述多個放射檢測單元(ch)檢測的值而獲得的，所述方法包括利用所述重建裝置(23)使用由所述投影數據計算得出的、與透過檢測對象的射線的路徑長度相關的校正值來校正所述投影數據的步驟；和基於由所述重建裝置(23)校正過的所述投影數據生成所述斷層攝影圖像數據的步驟。
全文摘要
為有效校正散射射線的影響以減少斷層攝影圖像中的偽影，一X射線CT裝置(10)包括多個以二維方式排列的檢測透過檢測對象(1)的X射線的X射線檢測器通道(ch)，和一計算/控制裝置(23)，基於由多個X射線檢測器通道(ch)檢測的值而得到的每個X射線檢測器通道(ch)的檢測對象(1)的投影數據，採用數學方法重建用於檢測對象(1)的斷層攝影圖像的斷層攝影圖像數據，所述計算/控制裝置(23)使用與根據每個X射線檢測器通道(ch)的投影數據而獲得的、透過檢測對象(1)的X射線的路徑長度相關的校正值來校正投影數據，並且基於校正後的投影數據生成斷層攝影圖像數據。
文檔編號G01N23/04GK1596828SQ200410079809
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月20日 優先權日2003年9月19日
發明者貫井正健 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司