CN100524018C - X射线ct装置和x射线ct摄影方法 - Google Patents

X射线ct装置和x射线ct摄影方法 Download PDF

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Abstract

本发明的X射线CT装置和X射线CT摄影方法能够得到伪像和画质恶化少的断层图像。具有以下步骤：(1)步骤1：将横轴设为X射线检测器的扇形角度或信道方向，将纵轴设为X射线源(11)的投影角度方向地排列投影数据，作成X射线图像。(2)步骤2：从X射线图像作成与每个投影角度相对的扇形射线束的投影数据。(3)步骤3：求出和与每个投影角度相对的扇形射线束的投影数据的匹配性的匹配量。(4)步骤4：求出匹配性的匹配量的基准内范围，从该基准内范围决定投影角度范围。(5)步骤5：对在步骤4中求出的投影角度范围的投影数据进行再构成，作成断层图像。

Description

X射线CT装置和X射线CT摄影方法
技术领域
本发明涉及使用摄影数据再构成断层图像的X射线CT装置。
背景技术
在X射线CT(Computer Tomography)装置中，进行如下的半扫描再构成：不使用旋转一周的投影数据，而使用180度+扇形角度的投影数据进行再构成。进而，已知如特开2001-299738号公报那样，在使用了180度～扇形角度～360度之间的投影数据的情况下，也可以用同样的方法进行再构成。
如果使用X射线图像说明该方法，则在隔着被摄体S与图9所示的X射线源1相对的X射线检测器2的系统结构中，如图10所示，X射线图像是将横轴设为X射线检测器2的扇形角度或信道方向，将纵轴设为X射线源1的投影角度方向地排列投影数据而成的图像。在此，由于用圆弧状的X射线检测器2进行说明，所以横轴是扇形角度，但在直线状的X射线检测器2的情况下，需要从距离转换为角度。
在作为X射线源1使用了扇形射线束的情况下，如图11所示，如果将投影角度旋转180度+2α，则扇形角度α的X射线透过路径与扇形角度为-α的X射线透过路径一致。这意味着如果将扇形角度α、投影角度β的透过路径的透过数据值设置为g(α，β)，则和与其相对的透过路径的透过数据值g(-α，π+β+2α)一致。即，成为g(α，β)＝g(-α，π+β+2α)。这在X射线图像上，显示为图12所示那样。
由此，在将投影角度设置为0度～180度+2δ(δ为扇形的单侧最大角度)时，可知图13所示的灰色的部分成为重复为二重的数据。因此，如果对该重复的数据部分进行修正使得与通过加权系数而成为不重复的部分成为相同的权重，则能够正常地进行再构成。
另外，在比180度+扇形角度α大的投影角度的情况下，也可以与半扫描再构成一样地使用加权系数进行再构成。
在实际的CT系统中使用的再构成是使用了360度整个一周的投影数据的全扫描再构成或使用了180度+扇形角度α的投影数据的半扫描再构成的任意一个。在半扫描再构成的情况下，在再构成中使用的投影数据是将近一半，因此画质不充分。
另外，在全扫描再构成的情况下，所使用的投影数据为2倍，但摄影该数据所需要的时间也成为2倍，在扫描中例如产生身体运动或X射线的射线质量变动等不良的危险性变高，如果产生该不良，则投影数据中产生矛盾，有可能产生伪像(artifact)或产生画质的恶化。
另外，已知使用了0度～180度+扇形角度α～360度的投影数据的情况下的再构成，但并没有考虑到使用哪个范围的投影数据好的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出的，提供一种降低身体运动和X射线质量的变动等对摄影的影响的X射线CT装置相关的技术。
为了解决上述问题，本发明的一个方面是根据通过X射线摄影产生的投影数据得到再构成图像的X射线CT摄影装置，其特征在于包括：对每个投影角度，求出该投影角度的投影数据和相对的投影数据的匹配性的匹配量的计算装置；使用由该计算装置得到的上述匹配性的匹配量，决定上述投影角度的有效范围的决定装置；使用由该决定装置决定的上述有效范围内的上述投影数据进行再构成，得到断层图像的断层图像形成装置。
此外，为了解决上述问题，本发明提供一种X射线CT摄影方法，从通过X射线摄影产生的投影数据得到再构成图像，其特征在于包括：对每个投影角度，求出该投影角度的投影数据和相对的投影数据的匹配性的匹配量的计算步骤；使用在该计算步骤中得到的上述匹配性的匹配量，决定上述投影角度的有效范围的决定步骤；使用在该决定步骤中决定的上述有效范围内的上述投影数据进行再构成，得到断层图像的断层图像形成步骤。
通过以下的具体实施例和附图说明，能够了解本发明的其他特征和优点。
附图说明
图1是实施例的X射线CT系统的构成图。
图2是根据X射线图像求出投影角度的基准内范围的说明图。
图3是求出投影数据的基准内范围的说明图。
图4A和图4B是从基准内范围求出有效投影角度范围的说明图。
图5是有变化的投影角度的X射线图像的说明图。
图6是有效投影角度范围的X射线图像的说明图。
图7A和图7B是有效范围的图形的说明图。
图8是有效范围的图形的说明图。
图9是X射线CT系统的结构图。
图10是X射线图像的说明图。
图11是相对的投影数据的说明图。
图12是相对的投影数据的X射线图像的说明图。
图13是重复的投影数据的X射线图像的说明图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的具体实施例。
根据图示的实施例详细说明本发明。
图1是实施例1的X射线CT系统的结构图。夹着作为患者的被摄体S地配置X射线源11和X射线检测器12，摄影系统控制部件13的输出经由X射线产生控制部件14与X射线源11连接。另外，X射线检测器12的输出经由图像输入部件15与摄影系统控制部件13连接。进而，摄影系统控制部件13与图像处理部件16、图像保存部件17、诊断监视器18、操作部件19、网络20连接，打印机21、诊断工作站22、图像数据库23与网络20连接。
由X射线产生控制部件14控制的从X射线源11产生的X射线透过作为患者的被摄体S被X射线检测器12检测，所检测出的X射线作为投影图像，经由摄影系统控制部件13输入到图像输入部件15。该X射线源11和X射线检测器12一边将被摄体S作为旋转中心进行旋转，一边对每个规定的旋转角度收集投影图像。或者，也可以一边保持X射线源11和X射线检测器12的位置关系，一边使固定在旋转台上的被摄体S旋转。
对于输入的各旋转角度的投影图像，经由摄影系统控制部件13由图像处理部件16进行X射线检测器12的修正、包含对数变换的前处理和再构成处理等图像处理，作成断层图像群。所作成的断层图像群被显示在诊断监视器18上，保存到图像保存部件17中，或经由网络20输出到打印机21、诊断工作站22、图像数据库23。通过操作部件19进行显示的窗口操作、体轴方向的断层图像的切换显示操作、断层转换操作、三维表面显示操作等各种操作。
图2表示该系统的动作的说明图，从X射线图像求出和与每个投影角度相对的扇形射线束的投影数据的误差，即匹配性的匹配量，求出该匹配性的匹配量在基准内的范围，根据它决定有效投影角度范围，使用该基准内范围的投影数据进行再构成。
为了实施它，进行下面的(1)～(5)的步骤。
(1)步骤1：作成X射线图像。
如图10所示，X射线图像是横轴为X射线检测器12的扇形角度α或信道方向，纵轴为X射线源11的投影角度方向地排列投影数据而成的图像。
在X射线检测器12使用二维的平面检测器的情况下，在体轴方向上使用特定位置的检测器列。可以将该特定位置例如设置为与X射线束的中心轴一致的位置。
或者也可以在多个位置上作成X射线图像，执行到步骤4为止，将在所有位置上共通的有效投影角度设置为有效投影角度。
(2)步骤2：从X射线图像作成与每个投影角度相对的扇形射线束的投影数据。
在作为X射线源11使用了扇形射线束的情况下，如图11所示，如果将投影角度旋转180度+2α，则扇形角度α的X射线透过路径与扇形角度为α的X射线透过路径一致。如图12中所说明的那样，由于透过路径的透过数据值g(α，β)与g(-α，π+β+2α)一致，并对g(-α，π+β+2α)的数据的投影角度进行离散化，所以实际上投影数据并不限于存在于π+β+2α上。在该情况下，通过补插而从前后的投影数据作成。该g(α，β)和g(-α，π+β+2α)可以表示为每个离散化了的投影角度βi的一维向量数据。
分别设这些一维向量数据为gβi(αj)和[gβi(αj)]。在此，αj和[αj]对应，βi和[βi]对应，该gβi(αj)和[gβi(αj)]是本来应该一致的数据。
(3)步骤3：求出和与每个投影角度相对的扇形射线束的投影数据的匹配性的匹配量。
该匹配性的匹配量是指gβi(αj)和[gβi(αj)]的一致度。即，如果gβi(αj)和[gβi(αj)]的一致度高，则意味着gβi(αj)和[gβi(αj)]之间的误差小。
所以，作为匹配性的匹配量的一个指标，可以使用gβi(αj)和[gβi(αj)]的平均平方误差E。可以根据E＝(∑{gβi(αj)-[gβi(αj)]}2)1/2的公式，并使j变化来求出它。当然，也可以不求出平方根，而单纯地求出绝对值误差E＝|∑{gβi(αj)-[gβi(αj)]}|。这些平均平方误差、绝对值误差E越小，则匹配性的匹配量越高。
(4)步骤4：求出匹配性的匹配量的基准内范围，从该基准内范围决定投影角度范围。
在步骤3中求出的绝对值误差E成为将βi或[βi]作为下标(index)的一维向量。图3表示从2个X射线图像得到的绝对值误差E，横轴表示投影角度，如果将扇形角度设为δ，则可以在0～π-2δ的范围中作成。求出横轴的绝对值误差E比预定的基准误差小的范围，作为基准内范围。
接着，根据图4的基准内范围，决定能够被看作是进行了正常的摄影的图4的有效投影角度范围。
在此，例如如图3所示，如果基准内范围求出为0～γ，则这时，如图5所示，在0～γ中gγ与gγ+π一致，γ+Δβ以后可以看作所有角度都不一致。在从γ移动到γ+Δβ或从γ+π移动到γ+Δβ+π时，将它推测为有了身体运动等变化。
在此，如果假设γ+π超过γ+2δ，从γ移动到γ+Δβ时有了变化，则由于在γ以前产生不一致，所以可以推测变化不是从γ到γ+Δβ，而是在从γ+π移动到γ+Δβ+π时有了变化。
但是，在从γ+π移动到γ+Δβ+π时，作为实际的投影数据具有4δ的宽度，保持该状态是无法进行确定的，因此如图6所示，与上述一样地评价γ+π-2δ～γ+π+2δ+Δβ的范围的投影数据、与其相对的投影数据的匹配性的匹配量，可以决定有效投影角度范围。
另外，在γ+π没有超过π+2δ的情况下，也同样地通过评价γ+π-2δ～γ+π+2δ+Δβ的范围的投影数据、与其相对的投影数据的匹配性的匹配量，可以决定有效投影角度范围。
但是，如果在此决定的投影角度的有效范围比π+2δ小，则没有得到再构成所必需的投影数据，可以看作是摄影失败了。如果与摄影并行地实时进行该判断，则在判断为摄影失败的时刻，能够中断摄影而防止多余的X射线辐射。这样的判断同样能够适用于有效范围为图7所示那样的图形的情况。
如图8所示，在只在某一投影角度γ不一致的图形的情况下，可以判断为投影角度γ的数据有异常，可以将除去了摄影角度γ的范围设置为投影角度的有效范围。在其他情况下，可以组合图7和图8地考虑。
(5)步骤5：对在步骤4中求出的投影角度范围的投影数据进行再构成，作成断层图像。
原理上如果断层图像是大于等于180度+扇形角度的投影数据，则可以进行再构成。在专利文献2中揭示了在180度+扇形角度～360度之间的投影数据的情况下的方法，但在360度扫描中所有的投影角度的数据都重复，由于在使用未满360度的投影数据进行再构成的情况下，有重复了的投影角度和不重复的投影角度，所以如果对重复了的投影数据的权重进行调整，则能够正常地进行再构成。
这样，可以使用正常地扫描了的范围内的投影数据作成断层图像。
如以上说明所示，根据各实施例，由于使用有效范围的投影数据，所以能够提供降低了身体运动和X射线的射线质量的变动等对摄影的影响的X射线CT装置。
本发明并不只限于上述实施例及其说明，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以有各种变形和组合，该变形和组合当然也包含在本发明中。

Claims (7)

1.一种X射线CT摄影装置，从通过X射线摄影产生的投影数据得到再构成图像，其特征在于包括：
对每个投影角度，求出该投影角度的投影数据和相对的投影数据的匹配性的匹配量的计算装置；
使用由该计算装置得到的上述匹配性的匹配量，决定上述投影角度的有效范围的决定装置；
使用由该决定装置决定的上述有效范围内的上述投影数据进行再构成，得到断层图像的断层图像形成装置。
2.根据权利要求1所述的X射线CT摄影装置，其特征在于：
上述匹配性的匹配量将上述投影数据和上述相对的投影数据之间的误差作为评价量。
3.根据权利要求1所述的X射线CT摄影装置，其特征在于：
通过补插作成并求出上述相对的投影数据。
4.根据权利要求1所述的X射线CT摄影装置，其特征在于：
在上述有效范围的决定中，求出上述投影数据和上述相对的投影数据的匹配性的匹配量在基准内的范围，根据该基准内范围决定上述投影角度的有效范围。
5.根据权利要求1所述的X射线CT摄影装置，其特征在于：
与上述X射线摄影并行地判断上述投影角度的有效范围，在上述投影角度的有效范围小于扇形角度加上180度的角度的情况下，中断上述X射线摄影。
6.根据权利要求1所述的X射线CT摄影装置，其特征在于：
在上述有效范围内上述投影数据重复的情况下，对重复的投影数据的权重进行调整。
7.一种X射线CT摄影方法，从通过X射线摄影产生的投影数据得到再构成图像，其特征在于包括：
对每个投影角度，求出该投影角度的投影数据和相对的投影数据的匹配性的匹配量的计算步骤；
使用在该计算步骤中得到的上述匹配性的匹配量，决定上述投影角度的有效范围的决定步骤；
使用在该决定步骤中决定的上述有效范围内的上述投影数据进行再构成，得到断层图像的断层图像形成步骤。
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