X射線ct裝置以及圖像重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種X射線CT裝置以及圖像重構(gòu)方法，尤其涉及一種改善空間分辨率 來提高被攝體的測量精度的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在X射線CT (Computed Tomography，計(jì)算機(jī)斷層掃描）裝置中，隨著X射線CT測 量的高級(jí)化，針對空間分辨率的改善的需求不斷提高。為了提高空間分辨率，通?？紤]X射 線檢測器的檢測元件的微小化，即尺寸的小型化，但此時(shí)檢測信號(hào)的S/N降低。
[0003] 作為不減小該X射線檢測器的檢測元件的尺寸而提高空間分辨率的方法，在專利 文獻(xiàn)1中公開了稱為飛焦點(diǎn)（FFS :Flying Focal Spot)方式的技術(shù)。FFS方式是在掃描儀 旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的期間使X射線焦點(diǎn)位置在兩個(gè)位置之間交替地以電磁方式移動(dòng)來產(chǎn)生X射線束 的位置偏移，并根據(jù)該位置偏移來實(shí)現(xiàn)X射線透射數(shù)據(jù)的雙密度化的方式。
[0004] 在FFS方式中，通過掃描儀的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的角度方向（也稱為視圖方向或Θ方向） 和X射線檢測器的通道方向規(guī)定的投影數(shù)據(jù)，隨著X射線焦點(diǎn)位置的交替移動(dòng)，在每個(gè)視圖 方向產(chǎn)生數(shù)據(jù)的缺損。以往，通過位于該數(shù)據(jù)的缺損的兩側(cè)，例如通道方向兩側(cè)或視圖方向 的兩側(cè)的實(shí)測數(shù)據(jù)（也稱為實(shí)際數(shù)據(jù)）來對該數(shù)據(jù)的缺損進(jìn)行插補(bǔ)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn) I :W02011/018729 Al

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的問題
[0009] 在FFS方式中，在掃描儀的旋轉(zhuǎn)中心軸附近得到一般方式的雙密度的采樣間隔， 但在X射線檢測部附近不能得到雙密度，且采樣間隔也不是等間隔。
[0010] 此外，X射線束根據(jù)離X射線的焦點(diǎn)的距離而放大率不同，放大率大則空間分辨率 劣化。因此，當(dāng)考慮相對的視圖角度中的投影數(shù)據(jù)的組合時(shí)，攝像中心附近的空間分辨率最 高，隨著遠(yuǎn)離攝像中心，空間分辨率降低。
[0011] 如上所述，在FFS方式中，根據(jù)攝像位置，數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的間隔不同，空間分辨率也 不同，因此在使用現(xiàn)有的插補(bǔ)處理后的投影數(shù)據(jù)來進(jìn)行重構(gòu)運(yùn)算的情況下，具有在一個(gè)重 構(gòu)圖像中，在攝像中心附近和周邊部發(fā)生空間分辨率的差的問題。
[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種降低由FFS方式產(chǎn)生的一個(gè)重構(gòu)圖像中的依存于攝像 位置的空間分辨率的差，并提高測量精度的技術(shù)。
[0013] 用于解決問題的手段
[0014] 本發(fā)明通過具備校正FFS方式的投影數(shù)據(jù)中內(nèi)在的數(shù)據(jù)采樣間隔的攝像位置依 存性和空間分辨率的攝像位置依存性來對缺損數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)的數(shù)據(jù)插補(bǔ)部來解決上述課 題。
[0015] 即，本發(fā)明的X射線CT裝置具備：X射線產(chǎn)生部，其產(chǎn)生X射線；X射線檢測部，其 具有檢測所述X射線的多個(gè)X射線檢測元件，并檢測透射X射線來輸出投影數(shù)據(jù)；旋轉(zhuǎn)部， 其將所述X射線產(chǎn)生部與所述X射線檢測部相對配置，并使所述X射線產(chǎn)生部和所述X射 線檢測部旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；投影數(shù)據(jù)插補(bǔ)部，其對所述投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)；重構(gòu)部，其使用所述插 補(bǔ)后的投影數(shù)據(jù)來進(jìn)行重構(gòu)運(yùn)算，生成重構(gòu)圖像；以及焦點(diǎn)移動(dòng)部，其使所述X射線的焦點(diǎn) 交替地移動(dòng)到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軌道面內(nèi)的多個(gè)位置。所述投影數(shù)據(jù)插補(bǔ)部通過視圖方 向插補(bǔ)處理和通道方向插補(bǔ)處理來對伴隨所述焦點(diǎn)的移動(dòng)而生成的數(shù)據(jù)缺損位置的數(shù)據(jù) (稱為缺損數(shù)據(jù)）進(jìn)行插補(bǔ)，其中，視圖方向插補(bǔ)處理是使用所述投影數(shù)據(jù)的沿著所述旋轉(zhuǎn) 移動(dòng)的角度方向排列的實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行插補(bǔ)的處理；通道方向插補(bǔ)處理是使用所述投影數(shù) 據(jù)的沿著所述通道方向排列的實(shí)際數(shù)據(jù)來插補(bǔ)所述缺損數(shù)據(jù)的處理，所述重構(gòu)部，生成進(jìn) 行了所述視圖方向插補(bǔ)處理的投影數(shù)據(jù)和進(jìn)行了所述通道方向插補(bǔ)處理的投影數(shù)據(jù)的貢 獻(xiàn)率根據(jù)所述重構(gòu)圖像內(nèi)的像素的位置而不同的重構(gòu)圖像。
[0016] 另外，X射線的交點(diǎn)的移動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)軌道的周向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)軌道的徑向移動(dòng)。
[0017] 發(fā)明效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種降低由FFS方式生成的一個(gè)重構(gòu)圖像中的依存于攝像 位置的分辨率的差，并提高測量精度X射線CT裝置以及圖像重構(gòu)方法。
【附圖說明】
[0019] 圖1是表示本實(shí)施方式的X射線CT裝置的概要結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0020] 圖2是表示第一實(shí)施方式至第三實(shí)施方式的概要的說明圖，圖2(a)表示第一實(shí)施 方式的概要，圖2 (b)表示第二實(shí)施方式的概要，圖2 (c)表示第三實(shí)施方式的概要。
[0021] 圖3是表示第一實(shí)施方式的處理流程的流程圖。
[0022] 圖4是表示重構(gòu)圖像中的視圖方向分辨率和通道方向分辨率的說明圖。
[0023] 圖5是表示方向權(quán)重變化型插補(bǔ)處理中的正弦圖（sinogram)上的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方向 的說明圖。
[0024] 圖6是表示視圖方向插補(bǔ)處理和通道方向插補(bǔ)處理的內(nèi)容的說明圖。
[0025] 圖7是表示視圖方向插補(bǔ)與通道方向插補(bǔ)的邊界位置的計(jì)算方法的說明圖，圖 7 (a)表示從各個(gè)焦點(diǎn)向X射線檢測元件入射了 X射線時(shí)的幾何學(xué)關(guān)系，圖7 (b)表示1視圖 的旋轉(zhuǎn)角度下的移動(dòng)距離，圖7(c)表示焦點(diǎn)移動(dòng)距離與攝像中心的數(shù)據(jù)的采樣間隔的幾 何學(xué)關(guān)系。
[0026] 圖8是表示第二實(shí)施方式的處理流程的流程圖。
[0027] 圖9(a)和圖9(b)分別是表示重構(gòu)圖像的結(jié)合處理的一例的說明圖。
[0028] 圖10是第二實(shí)施方式的顯示方式的一例的說明圖。
[0029] 圖11是表示第二實(shí)施方式的顯示方式的一例的說明圖，圖11 (a)表示包含指定點(diǎn) 的區(qū)域被包括在滿足距離閾值Lth的圓內(nèi)的狀態(tài)，圖11 (b)表示包含指定點(diǎn)的區(qū)域的一部分 沒有被包括在滿足距離閾值Lth的圓內(nèi)的狀態(tài)。
[0030] 圖12是表示第三實(shí)施方式的處理流程的流程圖。
[0031] 圖13是表示一般方式中的X射線焦點(diǎn)313與X射線檢測部320的相對位置的說 明圖。
[0032] 圖14是表示FFS方式中的X射線焦點(diǎn)313與X射線檢測部320的相對位置的說 明圖。
[0033] 圖15是表示通過FFS方式進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集的正弦圖的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 以下，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在全部附圖中，對共同的構(gòu)成要 素賦予相同的符號(hào)，省略重復(fù)說明。
[0035] 本實(shí)施方式的X射線CT裝置具備：X射線產(chǎn)生部，其產(chǎn)生X射線；X射線檢測部，其 具有用于檢測X射線的多個(gè)X射線檢測元件，并檢測透射X射線來輸出投影數(shù)據(jù)；旋轉(zhuǎn)部， 其相對地配置X射線產(chǎn)生部與X射線檢測部，并使X射線產(chǎn)生部和X射線檢測部旋轉(zhuǎn)移動(dòng)； 投影數(shù)據(jù)插補(bǔ)部，其對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)；重構(gòu)部，其使用插補(bǔ)后的投影數(shù)據(jù)來進(jìn)行重構(gòu)運(yùn) 算，生成重構(gòu)圖像；以及焦點(diǎn)移動(dòng)部，其使X射線的焦點(diǎn)交替地移動(dòng)到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的旋轉(zhuǎn) 軌道面內(nèi)的多個(gè)位置。
[0036] 將多個(gè)X射線檢測元件排列在沿著旋轉(zhuǎn)方向的通道方向上而構(gòu)成X射線檢測部， 投影數(shù)據(jù)包括伴隨焦點(diǎn)的移動(dòng)而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺損。投影數(shù)據(jù)插補(bǔ)部通過視圖方向插補(bǔ)處理 和通道方向插補(bǔ)處理來對投影數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)缺損位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，其中，視圖方向插補(bǔ) 處理是使用投影數(shù)據(jù)的沿著旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的角度方向排列的實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行插補(bǔ)的處理，通道 方向插補(bǔ)處理是使用投影數(shù)據(jù)的沿著通道方向排列的實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行插補(bǔ)的處理，重構(gòu)部 生成進(jìn)行了視圖方向插補(bǔ)處理的投影數(shù)據(jù)和進(jìn)行了通道方向插補(bǔ)處理的投影數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn) 率根據(jù)重構(gòu)圖像內(nèi)的像素位置而不同的重構(gòu)圖像。
[0037] < X射線CT裝置的概要結(jié)構(gòu)>
[0038] 首先，根據(jù)圖1對本實(shí)施方式的X射線CT裝置的概要結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是表示 本實(shí)施方式的X射線CT裝置的概要結(jié)構(gòu)的說明圖。圖1的X射線CT裝置100具備：輸入 輸出部200、攝像部300以及圖像生成部400。
[0039] 輸入輸出部200具備鍵盤211、鼠標(biāo)212等輸入裝置和包含監(jiān)視器213的輸出裝 置。監(jiān)視器213具有觸摸板功能，也可以作為輸入裝置來使用。鍵盤211、鼠標(biāo)212以及監(jiān) 視器213也在攝像條件的輸入設(shè)定中使用，因此有時(shí)也將它們統(tǒng)稱為攝像條件輸入部210。
[0040] 攝像部300具備：X射線產(chǎn)生部310、檢測X射線并輸出表示檢測出的X射線強(qiáng)度 的電信號(hào)的X射線檢測部320、將X射線產(chǎn)生部310與X射線檢測部320以相對的狀態(tài)搭載 并使它們旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的機(jī)架330、控制X射線的產(chǎn)生和檢測并控制機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的動(dòng)作 的攝像控制部340以及被攝體搭載用工作臺(tái)350。
[0041] 圖像生成部400具備：信號(hào)收集部410、數(shù)據(jù)處理部420以及圖像顯示部430。
[0042] 另外，輸入輸出部200和圖像生成部400并不一定必須與X射線CT裝置100成為 一體。例如，也可以通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接的其他裝置來實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。
[0043] 此外，也可以使用同時(shí)具有圖像生成部400和輸入輸出部200雙方功能的裝置來 實(shí)現(xiàn)。
[0044] 攝像部300中的X射線產(chǎn)生部310具備X射線管311。X射線管311具備將X射線 管311中的X射線焦點(diǎn)的位置交替地以電磁方式變更為沿著機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)方向的多個(gè)位 置的焦點(diǎn)移動(dòng)部（省略圖示）。將該焦點(diǎn)移動(dòng)部的變更X射線焦點(diǎn)的位置的功能稱為FFS 功能。焦點(diǎn)移動(dòng)部能夠在機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)中變更X射線焦點(diǎn)的位置。
[0045] 此外，X射線檢測部320具備多個(gè)層疊 X射線檢測元件和光電變換元件來構(gòu)成的X 射線檢測器321，沿著機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)方向排列為圓弧狀且在機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)軸方向上排列 來構(gòu)成。以下，X射線檢測部320中的X射線檢測器321的排列方向中，將沿著機(jī)架330的 旋轉(zhuǎn)方向的方向稱為通道方向，將沿著機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)中心軸方向的方向稱為切片方向。 并且，在圖1以后的各圖中，y軸表示與X射線束的中心軸平行的軸，X軸表示在機(jī)架330的 旋轉(zhuǎn)軸軌道面（中間面）內(nèi)與y軸正交的軸。因此，X軸和y軸可以稱為旋轉(zhuǎn)軌道面內(nèi)的 相對坐標(biāo)。z軸是與機(jī)架330的旋轉(zhuǎn)中心軸平行的軸，是與X軸和y軸正交的軸。z軸與切 片方向存在平行關(guān)系。
[0046] 此外，在機(jī)架330的中央設(shè)有用于配置被攝體110以及被攝體搭載用工作臺(tái)350 的圓形開口部331。在機(jī)架330內(nèi)具備：搭載X射線管311以及X射線檢測器321的旋轉(zhuǎn) 板332、用于使旋轉(zhuǎn)板332旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（未圖示）。此外，在被攝體搭載用工作臺(tái)350 上具備用于調(diào)整相對于機(jī)架330的被攝體110的位置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（未圖示）。
[0047] 此外，攝像控制部340包括：控制X射線管311以及X射線焦點(diǎn)的位置的X射線控 制器341、控制旋轉(zhuǎn)板332的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的機(jī)架控制器342、控制被攝體搭載用工作臺(tái)350的 驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)控制器343、控制X射線檢測器321的攝像的檢測器控制器344以及控制X射 線控制器341、機(jī)架控制器342、工作臺(tái)控制器343、檢測器控制器344的動(dòng)作流程的集中控 制器345。
[0048] < X射線管、X射線檢測器、攝像部>
[0049] 在本實(shí)施方式中，將X射線管311的X射線焦點(diǎn)與X射線檢測器321的X射線輸 入面的距離設(shè)為1000mm。在本實(shí)施方式中，將機(jī)架330的開口部331的直徑設(shè)為700 mm。
[0050] X射線檢測器321由閃爍器或半導(dǎo)體檢測器構(gòu)成，檢測X射線。以從基準(zhǔn)位置，例 如X射線管311的多個(gè)X射線焦點(diǎn)位置的平均位置或重心位置成為等距離的方式，沿著機(jī) 架330的旋轉(zhuǎn)方向圓弧狀地排列多個(gè)X射線檢測器321，構(gòu)成X射線檢測部320。X射線檢 測部320所包含的X射線檢測器321的數(shù)量（通道數(shù)量）例如為1000個(gè)。各X射線檢測器 321的通道方向的尺寸例如為1mm。另外，為了使制作變得容易，有時(shí)作成多個(gè)平面狀的檢 測器（檢測器模塊），并使用將平面的中心部分配置成圓弧來近似地排列為圓弧