專利名稱：X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法及x射線ct裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法及X射線CT(ComputedTomography可算式層析攝影法)裝置，特別涉及測(cè)定X射線CT裝置中扇形束X射線(fan beam X-ray)的幾何結(jié)構(gòu)的方法以及具有進(jìn)行X射線的幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定功能的X射線CT裝置。
背景技術(shù)：
在X射線CT裝置中，采用扇形束X射線和多通道(multi-channel)檢測(cè)器對(duì)攝影對(duì)象進(jìn)行掃描，根據(jù)獲得的多個(gè)視圖的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重構(gòu)。當(dāng)重構(gòu)圖像中包含環(huán)狀偽影(ring artifact)時(shí)，進(jìn)行用于校正環(huán)狀偽影的數(shù)據(jù)處理(例如，參考專利文獻(xiàn)1特開2001-95793號(hào)公報(bào)第3頁(yè)附圖1)。
為了進(jìn)行環(huán)狀偽影校正，需要有關(guān)扇形束X射線幾何結(jié)構(gòu)的信息。扇形束X射線的幾何結(jié)構(gòu)由制造基準(zhǔn)規(guī)定，X射線CT裝置則依據(jù)該基準(zhǔn)來(lái)制作的，因此，在環(huán)狀偽影校正中采用基于制造基準(zhǔn)的X射線幾何結(jié)構(gòu)。
但是，制造基準(zhǔn)規(guī)定的X射線幾何結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)值，實(shí)際設(shè)備中的X射線幾何結(jié)構(gòu)與此不同，這種情形，即使使用基于制造基準(zhǔn)的幾何結(jié)構(gòu)信息也不能進(jìn)行適當(dāng)?shù)沫h(huán)狀偽影校正。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題為提供對(duì)每臺(tái)X射線CT裝置的實(shí)際設(shè)備測(cè)定X射線幾何結(jié)構(gòu)的方法及具有進(jìn)行這樣的X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定功能的X射線CT裝置。
用于解決上述課題的一個(gè)觀點(diǎn)的發(fā)明，其特征在于，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有間隔m已知的偏心的2個(gè)定位針(Pin)的模進(jìn)行掃描，并求出正弦，根據(jù)所述正弦，測(cè)定在掃描的前半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle31、在掃描的后半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle32、一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖和另一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖的角度差β、以及從多通道檢測(cè)器的中心到2個(gè)定位針重合投影的位置的檢測(cè)面上的距離Dist，通過下式分別求出從X射線焦點(diǎn)到掃描中心的距離D以及從X射線焦點(diǎn)到多通道檢測(cè)器中心的距離K，式3D=Lsin(Angle32+Angle31)sin(Angle31)-sin(Angle32)]]>K=DistAngle4]]>這里，L=m·sin(α+Angle4)sinβ]]>Angle4=arctan(sin(Angle31-sin(Angle32))cos(Angle31)+cos(Angle32))]]>α＝π-Angle31-β用于解決上述課題的另一個(gè)觀點(diǎn)的發(fā)明涉及一種X射線CT裝置，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器掃描攝影對(duì)象，根據(jù)所獲得的多個(gè)視圖的投影數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像，其特征在于包括數(shù)據(jù)收集裝置，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有間隔m已知的偏心的2個(gè)定位針的模進(jìn)行掃描，并求出正弦；測(cè)定裝置，根據(jù)所述正弦，測(cè)定在掃描的前半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle31、在掃描的后半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle32、一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖和另一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖的角度差β、從多通道檢測(cè)器的中心到2個(gè)定位針重合投影的位置的檢測(cè)面上的距離Dist；以及距離計(jì)算裝置，通過下式分別求出從X射線焦點(diǎn)到掃描中心的距離D以及從X射線焦點(diǎn)到多通道檢測(cè)器中心的距離K，式4D=Lsin(Angle32+Angle31)sin(Angle31)-sin(Angle32)]]>K=DistAngle4]]>這里，L=m·sin(α+Angle4)sinβ]]>Angle4=arctan(sin(Angle31)-sin(Angle32)cos(Angle31)+cos(Angle32))]]>α＝π-Angle31-β最好使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有偏心的定位針的模進(jìn)行掃描，并求出投影數(shù)據(jù)，分別根據(jù)所述投影數(shù)據(jù)對(duì)全部視圖檢測(cè)出投影的最大值，對(duì)全部視圖分別選擇以給出最大值的通道為中心的、預(yù)先確定數(shù)目的連續(xù)通道，對(duì)全部視圖求出所選擇的通道的通道編號(hào)的平均值，并將其作為多通道檢測(cè)器的中心位置，從而恰當(dāng)?shù)厍蟪龆嗤ǖ罊z測(cè)器中心的位置。
最好將上述選擇的通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，將其余的通道的檢測(cè)信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化，對(duì)全部視圖求出檢測(cè)信號(hào)為1的通道的通道編號(hào)的平均值，從而正確地求出多通道檢測(cè)器中心位置。
對(duì)全部視圖分別選擇以給出最大值的通道為中心的15個(gè)連續(xù)通道，從被選擇的15個(gè)連續(xù)通道中利用泡合成器(Bubble Compositor)對(duì)全部視圖分別選擇7個(gè)連續(xù)通道，將選擇的7個(gè)連續(xù)通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，其余通道的信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化，從而正確地求出多通道檢測(cè)器的中心位置。
發(fā)明效果為，在上述各觀點(diǎn)的發(fā)明中，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有間隔m已知的偏心的2個(gè)定位針的模進(jìn)行掃描，并求出正弦，根據(jù)所述正弦，測(cè)定在掃描的前半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle31、在掃描的后半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle32、一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖和另一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖的角度差β、以及從多通道檢測(cè)器的中心到2個(gè)定位針重合投影的位置的檢測(cè)面上的距離Dist，通過下式分別求出從X射線焦點(diǎn)到掃描中心的距離D以及從X射線焦點(diǎn)到多通道檢測(cè)器中心的距離K，式5D=Lsin(Angle32+Angle31)sin(Angle31)-sin(Angle32)]]>K=DistAngle4]]>這里，L=m·sin(α+Angle4)sinβ]]>Angle4=arctan(sin(Angle31)-sin(Angle32)cos(Angle31)+cos(Angle32))]]>α＝π-Angle31-β因此，能夠提供一種對(duì)每臺(tái)X射線CT裝置的實(shí)際設(shè)備測(cè)定X射線幾何結(jié)構(gòu)的方法以及具有進(jìn)行X射線的幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定功能的X射線CT裝置。


圖1表示用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式之一例的X射線CT裝置的框圖。
圖2是表示X射線檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示X射線照射檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示X射線照射檢測(cè)裝置與對(duì)象的關(guān)系的圖。
圖5是表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示檢測(cè)器中心檢測(cè)的程序的流程圖。
圖7是表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示正弦的圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例以下，參照

實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。但本發(fā)明并不限于實(shí)施發(fā)明的最佳實(shí)施方式。附圖1表示X射線CT裝置的框圖。本裝置為實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式之一例。根據(jù)本裝置的結(jié)構(gòu)來(lái)表示關(guān)于X射線CT裝置的用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式之一例。根據(jù)本裝置的動(dòng)作，來(lái)表示關(guān)于X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法的用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式之一例。
如附圖1所示，本裝置包括掃描機(jī)架2、攝影床4及操作控制臺(tái)6。掃描機(jī)架2具有X射線管20。自X射線管20放射的未圖示的X射線通過準(zhǔn)直儀(collimator)22形成為扇形的X射線束，即扇形束(fanbeam)，并照射到X射線檢測(cè)器24上。
X射線檢測(cè)器24具有沿扇形的X射線束的擴(kuò)散方向呈陣列狀排列的多個(gè)檢測(cè)元件。關(guān)于X射線檢測(cè)器24的結(jié)構(gòu)將在后文中重新說(shuō)明。
攝影對(duì)象搭載于攝影床上并移入到X射線管20和X射線檢測(cè)器24之間的空間。X射線管20、準(zhǔn)直儀22和X射線檢測(cè)器24構(gòu)成X射線照射檢測(cè)裝置。關(guān)于X射線照射檢測(cè)裝置將在后文中重新說(shuō)明。
數(shù)據(jù)收集部26連接在X射線檢測(cè)器24上。數(shù)據(jù)收集部26將X射線檢測(cè)器24的各檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行收集。檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)成為表示X射線所引發(fā)的對(duì)象的投影的信號(hào)。以下，將其稱之為投影數(shù)據(jù)或也可簡(jiǎn)單稱之為數(shù)據(jù)。
來(lái)自X射線管20的X射線的照射受X射線控制器28的控制。另外，對(duì)X射線管20和X射線控制器28之間的連接關(guān)系省略了圖示。準(zhǔn)直儀22受準(zhǔn)直儀控制器30控制，另外，省略關(guān)于準(zhǔn)直儀22和準(zhǔn)直儀控制器30的連接關(guān)系的圖示。
從上述X射線管20到準(zhǔn)直儀控制器30的部件都搭載于掃描機(jī)架2的旋轉(zhuǎn)部34。旋轉(zhuǎn)部34的旋轉(zhuǎn)受旋轉(zhuǎn)控制器36控制。在此，省略關(guān)于旋轉(zhuǎn)部34和旋轉(zhuǎn)控制器36的連接關(guān)系的圖示。
操作控制臺(tái)6具有數(shù)據(jù)處理裝置60。數(shù)據(jù)處理裝置60由例如計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理裝置60上連接有控制接口62。掃描機(jī)架2和攝影床4與控制接口62連接。數(shù)據(jù)處理裝置60通過控制接口62對(duì)掃描機(jī)架2和攝影床4進(jìn)行控制。
掃描機(jī)架2內(nèi)的數(shù)據(jù)收集部26、X射線控制器28、準(zhǔn)直儀控制器30及旋轉(zhuǎn)控制器36均通過控制接口62而被控制。在此，省略這些部件分別與控制接口62的連接的圖示。
數(shù)據(jù)處理裝置60上還連接有數(shù)據(jù)收集緩沖器64。數(shù)據(jù)收集緩沖器64與掃描機(jī)架2的數(shù)據(jù)收集部26連接。在數(shù)據(jù)收集部26收集的數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)收集緩沖器64輸入到數(shù)據(jù)處理裝置60中。
數(shù)據(jù)處理裝置60上連接有存儲(chǔ)裝置66。存儲(chǔ)裝置66中存儲(chǔ)經(jīng)由收集緩沖器64和控制接口62分別輸入到存儲(chǔ)裝置60中的投影數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)裝置66還存儲(chǔ)用于數(shù)據(jù)處理裝置60的程序。數(shù)據(jù)處理裝置60通過執(zhí)行該程序，來(lái)完成本裝置的動(dòng)作。
數(shù)據(jù)處理裝置60采用通過數(shù)據(jù)收集緩沖器64收集在存儲(chǔ)裝置66的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重構(gòu)。在圖像重構(gòu)中使用例如濾光反投影(filtered back projection)法等。數(shù)據(jù)處理裝置60還利用投影數(shù)據(jù)對(duì)X射線檢測(cè)器的X射線幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。關(guān)于X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定將在后文中再敘述。
數(shù)據(jù)處理裝置60上連接有顯示裝置68和操作裝置70。顯示裝置68由圖形顯示器(graphic display)等構(gòu)成。操作裝置70由具有定點(diǎn)設(shè)備(pointing device)的鍵盤等構(gòu)成。
顯示裝置68顯示從數(shù)據(jù)處理裝置60輸出的重構(gòu)圖像或其他信息。操作裝置70由用戶操作并將各種指示或信息輸入到數(shù)據(jù)處理裝置60。用戶使用顯示裝置68和操作裝置70以人-機(jī)對(duì)話式操作本裝置。
附圖2表示X射線檢測(cè)器24的模式結(jié)構(gòu)。如圖2所示，X射線檢測(cè)器24形成為將多個(gè)X射線檢測(cè)元件24(ik)排列成2維陣列狀的多通道的X射線檢測(cè)器。多個(gè)X射線檢測(cè)元件24(ik)整體上形成彎曲為圓筒凹面狀的X射線接收面。
i為通道編號(hào)，其值為例如i＝1，2～1024。k為列編號(hào)，其值為例如k＝1，2，......32。在X射線檢測(cè)元件24(ik)中，采用列編號(hào)相同的元件分別構(gòu)成檢測(cè)元件列。此外，X射線檢測(cè)器24的檢測(cè)元件列并不限于32列，可以是適當(dāng)?shù)膹?fù)數(shù)或單數(shù)。
X射線檢測(cè)元件24(ik)例如可以由閃爍器(scintillator)和光電二極管(photo diode)組合構(gòu)成。但并不限于此，例如也可以是使用碲化鎘(CdTe)等的半導(dǎo)體X射線檢測(cè)元件或使用氙氣(Xe)的電離箱型的X射線檢測(cè)元件。
附圖3表示X射線照射檢測(cè)裝置中X射線管20與準(zhǔn)直儀22及X射線檢測(cè)器24的相互關(guān)系。另外，附圖3(a)為從掃描機(jī)架2的正面觀察的形狀的示意圖，而附圖3(b)為從側(cè)面觀察的形狀的示意圖。如附圖3所示，自X射線管20放射出的X射線通過準(zhǔn)直儀22形成為扇形的X射線束400并照射到X射線檢測(cè)器24上。
附圖3(a)表示扇形的X射線束400的一個(gè)方向的擴(kuò)散。下面，將該方向也稱之為寬度方向。X射線束400的寬度方向與X射線檢測(cè)器24中通道的排列方向一致。附圖3(b)表示X射線束400的另一方向的擴(kuò)散。以下，將該方向也稱之為X射線束400的厚度方向。X射線束400的厚度方向與X射線檢測(cè)器24中多個(gè)檢測(cè)元件列的并行設(shè)置方向一致。X射線束400的2個(gè)擴(kuò)散方向互相垂直。
使上述扇形束X射線400的扇面與體軸交叉，例如如附圖4所示，搭載于攝影床4的對(duì)象8被搬入X射線照射空間。掃描機(jī)架2成為內(nèi)部包含X射線照射檢測(cè)裝置的筒狀結(jié)構(gòu)。
X射線照射空間形成于掃描機(jī)架2的筒狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)空間。被扇形束X射線400分割的對(duì)象8的像投影到X射線檢測(cè)器24上。通過X射線檢測(cè)器24按各檢測(cè)器列檢測(cè)出透過對(duì)象8的X射線。照射到對(duì)象8的X射線束400的厚度th通過準(zhǔn)直儀22的孔闌的開度來(lái)調(diào)節(jié)。
當(dāng)在X射線照射檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，如箭頭42所示那樣通過使攝影床4向?qū)ο?的體軸方向連續(xù)移動(dòng)，X射線照射檢測(cè)裝置相對(duì)于對(duì)象8沿包圍對(duì)象8的螺旋狀的軌道旋轉(zhuǎn)。由此，進(jìn)行所謂螺旋掃描(helical scan)。如果在攝影床4停止的狀態(tài)下使X射線照射檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)，則進(jìn)行軸向掃描(axial scan)。
掃描時(shí)每旋轉(zhuǎn)一次，便收集多個(gè)(例如1000)視圖的投影數(shù)據(jù)。投影數(shù)據(jù)的收集通過X射線檢測(cè)器24的數(shù)據(jù)收集部26-數(shù)據(jù)收集緩沖器64等部件來(lái)進(jìn)行。根據(jù)采用這種方式收集的投影數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理裝置60來(lái)進(jìn)行圖像重構(gòu)。
下面對(duì)X射線幾何結(jié)構(gòu)的測(cè)定進(jìn)行說(shuō)明。附圖5表示X射線幾何結(jié)構(gòu)即X射線照射檢測(cè)裝置的幾何結(jié)構(gòu)。如附圖5所示，扇形束X射線400從X射線管20的焦點(diǎn)F照射到X射線24。這里，設(shè)焦點(diǎn)F到掃描中心ISO的距離為D，焦點(diǎn)F到X射線檢測(cè)器24中心C的距離為K時(shí)，幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定的目的在于測(cè)定這些距離D及K。而且，所謂X射線檢測(cè)器24的中心C是連接焦點(diǎn)F和掃描中心ISO的直線的延長(zhǎng)線與X射線檢測(cè)器24的光接收面相交的位置。以下，將X射線檢測(cè)器24的中心也稱之為檢測(cè)器中心。
焦點(diǎn)F和X射線檢測(cè)器24保持這種關(guān)系并以掃描中心ISO為中心旋轉(zhuǎn)。掃描中心也稱之為等中心點(diǎn)(isocenter)。焦點(diǎn)F以等中心點(diǎn)ISO為中心沿圓形軌道500旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)。軌道500的半徑為D。
進(jìn)行X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定時(shí)，首先求出檢測(cè)器中心C的通道編號(hào)。檢測(cè)器中心C的通道編號(hào)利用掃描定位針模(pin phantom)所獲得的投影數(shù)據(jù)求出。定位針模一般采用具有偏心的定位針的定位針模。
表示求出檢測(cè)器中心C的通道編號(hào)的流程圖。如附圖6所示，在步驟601a中進(jìn)行空氣掃描(air scan)，收集關(guān)于空氣的多個(gè)視圖的投影數(shù)據(jù)(空氣數(shù)據(jù))，在步驟603a進(jìn)行空氣數(shù)據(jù)的偏移校正。另外。在步驟601p中，掃描定位針模并收集多個(gè)視圖的投影數(shù)據(jù)(定位針數(shù)據(jù))，在步驟603p中進(jìn)行定位針數(shù)據(jù)的偏移校正?？諝鈹?shù)據(jù)及定位針數(shù)據(jù)的收集在掃描機(jī)架2中進(jìn)行。掃描機(jī)架2是本發(fā)明中數(shù)據(jù)收集裝置的一例。
在步驟605中，求出空氣數(shù)據(jù)及定位針數(shù)據(jù)，并將其作為目標(biāo)數(shù)據(jù)。在步驟607中，對(duì)每個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)的各視圖進(jìn)行3點(diǎn)平滑(3pointssmoothing)。在步驟609中記錄備視圖的目標(biāo)數(shù)據(jù)的最大值和其通道編號(hào)。步驟605-609的處理在數(shù)據(jù)處理裝置60中進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理裝置60是本發(fā)明中檢測(cè)裝置的一例。
在步驟611中，關(guān)于各個(gè)視圖，選擇以最大值為中心的15個(gè)通道，并記錄這些通道中目標(biāo)數(shù)據(jù)的值和通道編號(hào)。在步驟613中，關(guān)于各個(gè)視圖，采用泡合成器(Bubble Compositor)和其他適當(dāng)?shù)氖址ㄟx擇連續(xù)的7個(gè)最大值，并只記錄這些通道編號(hào)。步驟611-613的處理是通過數(shù)據(jù)處理裝置60來(lái)完成。數(shù)據(jù)處理裝置60是本發(fā)明的選擇裝置的一例。
在步驟615中，關(guān)于各個(gè)視圖，將被選擇的7個(gè)通道的投影數(shù)據(jù)作為1，將其余通道的投影數(shù)據(jù)作為0進(jìn)行2值化。在步驟617中，關(guān)于數(shù)據(jù)為1的所有通道，將全部視圖的通道編號(hào)平均。而且，將該平均值作為檢測(cè)器中心C的通道編號(hào)。步驟615-617的處理通過數(shù)據(jù)處理裝置60來(lái)完成。數(shù)據(jù)處理裝置60是本發(fā)明中中心計(jì)算裝置的一例。
如上所述，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有偏心的定位針的模進(jìn)行掃描并求出投影數(shù)據(jù)，根據(jù)投影數(shù)據(jù)對(duì)全部視圖分別檢測(cè)出投影的最大值，分別選擇以給出最大值的通道為中心預(yù)先確定數(shù)目的連續(xù)通道，由于對(duì)全部視圖求出被選擇的通道的通道編號(hào)的平均值并將其作為多通道檢測(cè)器的中心位置，所以能夠準(zhǔn)確地求出多通道檢測(cè)器的中心位置。
再者，將被選擇的通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，將除此以外的檢測(cè)信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化，并對(duì)全部視圖求出檢測(cè)信號(hào)為1的通道的通道編號(hào)的平均值，因而能夠正確地求出多通道檢測(cè)器的中心位置。
此外，分別選擇以給出最大值的通道為中心的15個(gè)連續(xù)通道，從所選擇的15個(gè)連續(xù)通道中采用泡合成器對(duì)全部視圖分別求出7個(gè)連續(xù)通道，將所選擇的7個(gè)連續(xù)通道的檢測(cè)信號(hào)作為1其余的通道信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化，因此能夠正確地求出多通道檢測(cè)器的中心位置。
然后，進(jìn)行距離D及K的測(cè)定。該測(cè)定利用掃描模獲得的投影數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行。如附圖7所示，采用具有偏心的2個(gè)定位針A，B的模。2個(gè)定位針A，B之間的距離m是預(yù)先知道的定值。并且，定位針A，B的位置用它們各自的中心位置來(lái)表示。因此，距離m為2個(gè)定位針A，B中心間的距離。
從定位針A的偏心量即等中心點(diǎn)ISO到定位針A的距離為L(zhǎng)。距離L是隨模的設(shè)置狀態(tài)而變化的變量。但是，當(dāng)處于掃描過程中時(shí)，則距離L不變。定位針B的偏心量也一樣。
該附圖7表示2個(gè)定位針A，B投影到X射線檢測(cè)器24的光接收面的相同位置Ch1的狀態(tài)。從檢測(cè)器中心C到位置Ch1的距離為Dist。另外，距離Dist為沿X射線檢測(cè)器24的光接收面的距離，即圓弧的長(zhǎng)度。
此時(shí)，焦點(diǎn)F處于從y軸僅旋轉(zhuǎn)角度θ1的狀態(tài)。另外，焦點(diǎn)F的旋轉(zhuǎn)角度是連結(jié)焦點(diǎn)F和等中心點(diǎn)ISO的直線相對(duì)于y軸的角度。角度是順時(shí)針的角度。以下，將焦點(diǎn)F的旋轉(zhuǎn)角度也稱之為視角。
自定位針A向連結(jié)焦點(diǎn)F和等中心點(diǎn)ISO的直線的延長(zhǎng)線引出垂線，則可形成以其交點(diǎn)、等中心點(diǎn)ISO及定位針A為頂點(diǎn)的直角三角形。該直角三角形的斜邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。
在該直角三角形中，彼此垂直的2邊中，設(shè)以定位針A為基點(diǎn)的邊的長(zhǎng)度為F1，以等中心點(diǎn)ISO為基點(diǎn)的邊的長(zhǎng)度為E1。此外，設(shè)等中心點(diǎn)ISO的頂角為Angle31。另外，上標(biāo)的數(shù)字是添加標(biāo)記，并不表示乘方的數(shù)值。以此類推。通過引出垂線F1從而可以形成以其交點(diǎn)、定位針A及焦點(diǎn)F為頂點(diǎn)的另一個(gè)直角三角形。該直角三角形的焦點(diǎn)F的頂角為Angle4。在該直角三角形中，相互垂直的2邊中，以定位針A為基點(diǎn)的邊的長(zhǎng)度為F1，以焦點(diǎn)F為基點(diǎn)的邊的長(zhǎng)度為D+E1。
一旦采用直線來(lái)連結(jié)定位針B和等中心點(diǎn)ISO，則形成以定位針A，B及等中心點(diǎn)ISO為頂點(diǎn)的三角形。設(shè)該三角形的等中心點(diǎn)ISO的頂角為β。通過采用直線來(lái)連結(jié)定位針B和等中心點(diǎn)ISO，從而也能夠形成以定位針B、焦點(diǎn)F和等中心點(diǎn)ISO為頂點(diǎn)的三角形。設(shè)該三角形等中心點(diǎn)ISO的頂角為α。再有，從定位針A向連結(jié)等中心點(diǎn)ISO與定位針B的直線的延長(zhǎng)線引出垂線，設(shè)垂線長(zhǎng)度為M。
附圖8表示定位針A投影到檢測(cè)器中心C的狀態(tài)。這時(shí)，焦點(diǎn)F、等中心點(diǎn)ISO、定位針A及檢測(cè)器中心C位于一條直線上。此時(shí)的視角為θ2。視角θ2與視角θ1的差為Angle31。
附圖9是表示定位針B投影到檢測(cè)器中心C的狀態(tài)。這時(shí)，焦點(diǎn)F、等中心點(diǎn)ISO、定位針B及檢測(cè)器中心C位于一條直線上。此時(shí)的視角為θ3。視角θ3與視角θ2的差為β。
附圖10表示兩個(gè)定位針A，B投影到X射線檢測(cè)器24的光接收面的相同位置Ch2的狀態(tài)。該位置Ch2與附圖7所示的投影位置Ch1關(guān)于檢測(cè)中心C對(duì)稱。此時(shí)的視角為θ4。視角θ4與視角θ1的差為π+2·Angle4。這種關(guān)系的視圖也稱之為對(duì)置視圖。
如果從定位針A向連結(jié)焦點(diǎn)F和等中心點(diǎn)ISO的直線引出垂線，則可形成以其交點(diǎn)、等中心點(diǎn)ISO及定位針A為頂點(diǎn)的直角三角形。該直角三角形斜邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。在該直角三角形中，彼此垂直的2邊中，設(shè)以定位針A為基點(diǎn)的邊的長(zhǎng)度為F2，以等中心點(diǎn)ISO為基點(diǎn)的邊的長(zhǎng)度為E2。另外，設(shè)等中心點(diǎn)ISO的頂角為Angle32。
通過從定位針A向連結(jié)焦點(diǎn)F和等中心點(diǎn)ISO的直線引出垂線，從而也可以形成以定位針A及焦點(diǎn)F為頂點(diǎn)的直角三角形。該直角三角形的焦點(diǎn)F的頂角由于對(duì)稱視圖的性質(zhì)而成為Angle4。
附圖11表示定位針A投影到檢測(cè)器中心C的狀態(tài)。此時(shí)，焦點(diǎn)F，定位針A、等中心點(diǎn)ISO及檢測(cè)器中心C位于一條直線上。此時(shí)的視角為θ5。視角為θ5與視角為θ4的差為Angle32。
附圖12表示在該幾何結(jié)構(gòu)下掃描模得到的定位針A，B的正弦(sinogram)。該正弦表示定位針A，B的投影像在視圖和通道平面中的位置。視圖和通道平面縱軸為視圖編號(hào)，橫軸表示通道編號(hào)。用于獲得正弦的掃描在掃描機(jī)架2上進(jìn)行。掃描機(jī)架2為本發(fā)明中數(shù)據(jù)收集裝置的一例。
如附圖12所示，可獲得與2個(gè)定位針A，B對(duì)應(yīng)的2個(gè)正弦。這些正弦都是隨著視圖編號(hào)的增加關(guān)于檢測(cè)器中心(Center Channel)對(duì)稱變化的大致呈正弦波狀的曲線。曲線的振幅相當(dāng)于偏心量。
2個(gè)正弦最初交叉的視圖編號(hào)與附圖7所示的視角θ1對(duì)應(yīng)。定位針A的正弦最初通過檢測(cè)器中心的視圖編號(hào)與附圖8所示的視角θ2對(duì)應(yīng)。定位針B的正弦最初通過檢測(cè)器中心的視圖編號(hào)與附圖9所示的視角θ3對(duì)應(yīng)。2個(gè)正弦第2次交叉的視圖編號(hào)與附圖10所示的視角θ4對(duì)應(yīng)。定位針A的正弦第2次通過檢測(cè)器中心的視圖編號(hào)與附圖11所示的視角θ5對(duì)應(yīng)。
因此，從視角θ1到視角θ2的視圖的數(shù)目，即視圖范圍WiewSpan1與角度Angle31對(duì)應(yīng)。從視角θ2到視角θ3的視圖范圍WiewSpan_Beit與角度β對(duì)應(yīng)。從視角θ4到視角θ5的視圖范圍WiewSpan2與角度Angle32對(duì)應(yīng)。
因此，如果將每個(gè)視圖的角度差，即視圖間距(view pitch)設(shè)定為ΔAngle，則Angle31、Angle32及β分別用下式給出Angle31＝ViewSpan1×ΔAngleAngle32＝ViewSpan2×ΔAngle (1)β＝ViewSpan_Beit×ΔAngle這里，各視圖范圍是根據(jù)正弦獲得的值，視圖間距ΔAngle是系統(tǒng)固有的預(yù)先知道的值，所以根據(jù)上式能夠求出Angle31、Angle32及β的值。
到2個(gè)正弦最初交叉的通道的、距離檢測(cè)器中心的通道數(shù)，即通道范圍與附圖7所示的距離Dist對(duì)應(yīng)。如果將X射線檢測(cè)器24的通道間距(channel pitch)設(shè)為Delt，則該距離可由下式給出
Dist＝Delt×ChSpan (2)這里，通道寬度ChSpan是從正弦中獲得的值，通道間距Delt是系統(tǒng)固有的預(yù)先知道的值，所以根據(jù)上式能夠求出Dist的值。利用式(1)和(2)計(jì)算出Angle31、Angle32及β是通過數(shù)據(jù)處理裝置60來(lái)完成的。數(shù)據(jù)處理裝置60是本發(fā)明中的測(cè)定裝置的一例。
根據(jù)附圖7所示的幾何學(xué)的關(guān)系可采用下式來(lái)表示Angle4。
Angle4=arctan(F1D+E1)=arctan(L·sin(Angle31)D+L·cos(Angle31))(3)]]>根據(jù)附圖10所示的幾何學(xué)的關(guān)系可采用下式來(lái)表示Angle4。
Angle4=arctan(F2D-E2)=arctam(L·sin(Angle32)D-L·cos(Angle32))(4)]]>根據(jù)上述兩個(gè)式子，Angle4可用下式來(lái)表示。
Angle4=arctan(sin(Angle31)-sin(Angle32)cos(Angle31)+cos(Angle32))(5)]]>根據(jù)上述關(guān)系，D可用下式來(lái)表示D=Lsin(Angle32+Angle31)sin(Angle31)-sin(Angle32)(6)]]>這里，可通過式(1)求出Angle31和Angle32的值.關(guān)于L，根據(jù)附圖7所示的幾何學(xué)的關(guān)系變?yōu)?，M＝L·sinβ＝m·sin(α+Angle4) (7)L可由下式給出。
L=m·sin(α+Angle4)sinβ(8)]]>這里，α可由α＝π-Angle31-β(9)β的值可由(1)式求出，所以L的值可通過(8)式計(jì)算。故，可通過式(6)求出焦點(diǎn)F與等中心點(diǎn)ISO之間的距離D的值。
距離Dist為圓弧長(zhǎng)，并可由下式表示，Dist＝K·Angle4 (10)K=DistAngle4(11)]]>可由式(11)求出K的值。由式(6)和(11)算出的距離D和K在數(shù)據(jù)處理裝置60中進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理裝置60是本發(fā)明的測(cè)定裝置的一例。
這樣，可以結(jié)合實(shí)際設(shè)備求出表示X射線幾何結(jié)構(gòu)的距離D及K。因此，通過利用這些幾何結(jié)構(gòu)信息，能夠進(jìn)行精確的環(huán)形偽影校正，并獲得高品質(zhì)的重構(gòu)圖像。
權(quán)利要求
1.一種X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法，其特征在于使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有間隔m已知的偏心的2個(gè)定位針的模進(jìn)行掃描，并求出正弦，根據(jù)所述正弦，測(cè)定在掃描的前半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle31、在掃描的后半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle32、一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖和另一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖的角度差β、以及從多通道檢測(cè)器的中心到2個(gè)定位針重合投影的位置的檢測(cè)面上的距離Dist，通過下式分別求出從X射線焦點(diǎn)到掃描中心的距離D以及從X射線焦點(diǎn)到多通道檢測(cè)器中心的距離K。D=Lsin(Angle32+Angle31)sin(Angle31)-sin(Angle32)]]>K=DistAngle4]]>這里，L=m·sin(α+Angle4)sinβ]]>Angle4=arctan(sin(Angle31)-sin(Angle32)cos(Angle31)+cos(Angle32))]]>α＝π-Angle31-β
2.如權(quán)利要求1所述的X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法，其特征在于使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有偏心的2個(gè)定位針的模進(jìn)行掃描，并求出投影數(shù)據(jù)，分別根據(jù)所述投影數(shù)據(jù)對(duì)全部視圖檢測(cè)出投影的最大值，對(duì)全部視圖分別選擇以給出最大值的通道為中心的、預(yù)先確定數(shù)目的連續(xù)通道，對(duì)全部視圖求出選擇的通道的通道編號(hào)的平均值，并將其作為多通道檢測(cè)器的中心位置。
3.如權(quán)利要求2所述的X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法，其特征在于將上述選擇的通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，將其余的通道的檢測(cè)信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化，對(duì)全部視圖求出檢測(cè)信號(hào)為1的通道的通道編號(hào)的平均值。
4.如權(quán)利要求3所述的X射線幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定方法，其特征在于對(duì)全部視圖分別選擇以給出最大值的通道為中心的15個(gè)連續(xù)通道，從選擇的15個(gè)連續(xù)通道中利用泡合成器對(duì)全部視圖分別選擇7個(gè)連續(xù)通道，將選擇的7個(gè)連續(xù)通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，其余通道的信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化。
5.一種X射線CT裝置，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器掃描攝影對(duì)象，根據(jù)所獲得的多個(gè)視圖的投影數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像，其特征在于包括數(shù)據(jù)收集裝置，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有間隔m已知的偏心的2個(gè)定位針的模進(jìn)行掃描，并求出正弦；測(cè)定裝置，根據(jù)所述正弦，測(cè)定在掃描的前半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle31、在掃描后半部分中2個(gè)定位針重合投影的視圖與一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器中心的視圖的角度差A(yù)ngle32、和一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖和另一個(gè)定位針投影到多通道檢測(cè)器的中心的視圖的角度差β、以及從多通道檢測(cè)器的中心到2個(gè)定位針重合投影的位置的檢測(cè)面上的距離Dist；距離計(jì)算裝置，通過下式分別求出從X射線焦點(diǎn)到掃描中心的距離D以及從X射線焦點(diǎn)到多通道檢測(cè)器中心的距離K，D=Lsin(Angle32+Angle31)sin(Angle31)-sin(Angle32)]]>K=DistAngle4]]>這里，L=m·sin(α+Angle4)sinβ]]>Angle4=arctan(sin(Angle31)-sin(Angle32)cos(Angle31)+cos(Angle32))]]>α＝π-Angle31-β
6.如權(quán)利要求5所述的X射線CT裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)收集裝置，使用扇形束X射線和多通道檢測(cè)器對(duì)具有偏心的定位針的模進(jìn)行掃描，并求出投影數(shù)據(jù)；檢測(cè)裝置，分別根據(jù)所述投影數(shù)據(jù)對(duì)全部視圖檢測(cè)出投影的最大值；選擇裝置，對(duì)全部視圖分別選擇以給出最大值的通道為中心的、預(yù)先確定數(shù)目的連續(xù)通道，以及中心計(jì)算裝置，對(duì)全部視圖求出選擇的通道的通道編號(hào)的平均值，并將其作為多通道檢測(cè)器的中心位置。
7.如權(quán)利要求6所述的X射線CT裝置，其特征在于所述中心計(jì)算裝置將上述選擇的通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，將其余的通道的檢測(cè)信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化，并且對(duì)全部視圖求出檢測(cè)信號(hào)為1的通道的通道編號(hào)的平均值。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線CT裝置，其特征在于所述選擇裝置對(duì)全部視圖分別選擇以給出最大值的通道為中心的15個(gè)連續(xù)通道的同時(shí)，利用泡合成器從15個(gè)連續(xù)通道對(duì)全部視圖分別選擇7個(gè)連續(xù)通道，將選擇的7個(gè)連續(xù)通道的檢測(cè)信號(hào)作為1，其余通道的信號(hào)作為0對(duì)全部視圖進(jìn)行2值化。
全文摘要
本發(fā)明提供了對(duì)每臺(tái)X射線CT裝置的實(shí)際設(shè)備測(cè)定X射線幾何結(jié)構(gòu)的方法，以及具有進(jìn)行X射線的幾何結(jié)構(gòu)測(cè)定功能的X射線CT裝置。對(duì)具有間距m已知的偏心的2個(gè)定位針的模進(jìn)行掃描，使用由正弦求出的Angle文檔編號(hào)A61B6/03GK1689521SQ200410042020
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
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