CN101178370B - X-射线断层摄影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减少伪影的X-射线断层摄影设备(10)，其有效提取伪影而不降低方向分辨率，由此减少伪影。该X-射线断层摄影设备包括扫描装置(101，103)，当台架(100)和平台(109)至少之一正沿着对象(HB)的体轴方向移动时将X射线暴露到对象，由此生成对象的投影数据；CT值改变指定装置(26)，对包含在反投影投影数据获得的多幅断层摄影图像中的每个像素区域，指定所述断层摄影图像之间的体轴方向上的CT值改变量；图像处理条件选择装置(28)，根据指定的CT值改变量选择执行减少伪影的图像处理的图像处理条件；伪影减少装置(25)，使用图像处理条件选择装置(28)选择的图像处理条件执行图像处理。

Description

X-射线断层摄影设备

技术领域

本发明涉及一种X-射线断层摄影设备，其在X-射线CT(计算机断层摄影)设备等上显示具有较少伪影影响的断层摄影图像，所述伪影诸如锥形束伪影、风车伪影等，并且涉及其伪影减少方法。

背景技术

在多层X-射线计算机断层摄影(X-射线CT)设备中，层数现在增加到64或256。已经知晓各种锥形束图像重建算法，使用X-射线CT设备的螺旋扫描。然而，锥形束图像重建算法中普遍的一个问题是对象体轴方向(也称作z方向或切片方向)中的采样间隔不足。这些算法违反Nyquist定理并且由于高频成分而在每个重建图像中引起旋转风车形的伪影。即，当探测器的分辨率对于结构不充分并且使得螺距在螺旋扫描中较大时，不能理想地执行插值计算并且因而在图像上发生风车形的伪影。

为了减少这种风车形伪影，在z方向上执行多点插值以减少目标信号的波动宽度，由此将风车形伪影投射成阴影。在日本未审专利公开号No.2003-325502中，例如，在执行重建功能卷积处理之后，在z方向上执行插值处理由此尝试减少风车形伪影。

发明内容

然而，在用于在z方向上执行多点插值以减少伪影的方法中，即使在其中未显现伪影的图像区域上也实施插值，因而导致Z方向上分辨率下降，由此不能通过分辨率更多的增加获得清楚的断层摄影图像。

因而，本发明目的在于提供一种X-射线断层摄影设备，其有效地提取伪影而不减少Z方向上的分辨率，由此以减少伪影，以及一种伪影减少方法。

在本发明中，仅针对来自三维反投影(back-projected)断层摄影图像中的每一个其中显现有伪影的图像区域，减少伪影。对于不会 发生伪影的区域，使用三维反投影断层摄影图像本身，并且显示断层摄影图像。因而，对于没有发生伪影的图像区域，可以获得清楚的断层摄影图像，而无需在z方向上减少分辨率。

根据第一方面的X-射线断层摄影设备包括：扫描装置，用于在台架和平台中至少一个正沿着体轴方向移动的同时将X射线暴露到对象、由此生成对象的投影数据；CT值改变指定装置，针对包含在通过对投影数据进行反投影获得的多幅断层摄影图像中的每个像素区域，指定所述断层摄影图像之间的体轴方向上的CT值改变量；图像处理条件选择装置，其根据所指定的CT值改变量来选择用于执行减少伪影的图像处理的图像处理条件；以及伪影减少装置，其使用由图像处理条件选择装置所选的图像处理条件来执行图像处理。

在根据第一方面的X-射线断层摄影设备中，针对反投影的断层摄影图像的每个像素区域指定体轴方向上CT值改变量。基于指定的CT值改变量选择图像处理条件。基于指定的CT值改变量确定其中显现有伪影的图像区域和不具有伪影的区域。如果未发生伪影，那么选择利用图像区域为原样的图像的图像处理条件。仅在其中显现有伪影的图像区域上实施图像处理，从而减少伪影。附带地，CT值改变量包括体轴方向上CT值改变的平均值或者体轴方向上CT值改变的最大和最小值之间的差值。

根据第二方面的X-射线断层摄影设备包括伪影比例计算装置，用于计算CT值改变量在预定范围的每个像素区域在包含在每幅断层摄影图像中的预定区域中占据的比例，以及确定装置，用于确定当所述比例大于阈值时，在所述像素区域上实施用于减少伪影的图像处理。

在根据第二方面的X-射线断层摄影设备中，虽然很有可能如果CT值改变量在预定范围中，具有伪影的像素将存在，但是CT值改变量可能取决于诸如成像条件的影响而落在预定范围中。因而，计算其中CT值改变量在预定范围中的像素区域在包含在每幅断层摄影图像中预定区域中所占据的比例。如果比例较低，那么从体轴方向观察的高分辨率像素维持原样，而不执行伪影减少处理。如果比例较高，那么存在显现伪影的高度可能性。因而，仅在其断层摄影图像中显现伪影的图像区域上实施图像处理，以使得减少伪影。

在根据第三方面的X-射线断层摄影设备中，伪影减少装置的图像 处理包括这样的处理，其将多幅断层摄影图像的图像区域乘以每一个均选择为图像处理条件的加权因子并且把乘法结果加起来。

在第三方面的结构中，确定当CT值改变量在预定范围中时，存在其中显现伪影的图像区域。对于其中显现伪影的每个图像区域，体轴方向上多个像素区域乘以加权因子并且乘积结果加在一起，由此减少每幅断层摄影图像的像素区域中的伪影。

在根据第四方面的X-射线断层摄影设备中，当CT值改变量在预定范围中时，图像处理条件选择装置设置加权因子大于0。

在第四方面的结构中，对于其中显现伪影的图像区域，体轴方向上多个像素区域乘以设置为大于0的加权因子，并且由此减少每个断层摄影图像的像素区域中显现的伪影。

在根据第五方面的X-射线断层摄影设备中，图像处理选择装置根据体轴方向上像素区域的数量来改变加权因子。

在第五方面的结构中，图像处理条件选择装置可以根据体轴方向上像素区域的数量而改变加权因子。

在根据第六方面的X-射线断层摄影设备中，图像处理条件选择装置根据第三或第四方面中CT值改变量而改变加权因子。

在第六方面的结构中，加权因子可以根据CT值改变量而改变，例如改变量为诸如20HU、100HU等。即，对于其中强烈显现伪影的图像区域和其中微弱显现伪影的图像区域可以分别进行合适的伪影减少。

在根据第七方面的X-射线断层摄影设备中，CT值改变指定装置根据CT值改变量确定指数值。

在第七方面的结构中，根据CT值改变量确定指数值。因而指数值能够在其中显现伪影的图像区域和其中无伪影的图像区域之间进行区分。使用指数值使得易于设置图像处理。

在根据第八方面的X-射线断层摄影设备中，体轴方向上的多个像素区域根据指数值乘以与所述像素区域有关的加权因子，并且乘积结果加在一起。

在第八方面的结构中，对于体轴方向上的多个像素区域，加权因子根据指数值改变，并且它们互相相乘，由此使得可以减少每幅断层摄影图像的像素区域中的伪影。即，对于其中强烈显现伪影的图像区域和其中微弱显现伪影的图像区域可以分别进行合适的伪影减少。

在第九方面，当在第二或第四方面中CT值改变量范围是从3HU至300HU时，伪影减少装置对每个像素区域减少伪影。

判断当CT值改变量范围是从3HU至300HU时，伪影显现。假设CT值改变量为例如300HU或以上，这意味着一区域已经从软组织改变到骨等，或者一区域反之亦然地改变。如果CT值改变量是3HU或以下，那么这意味着软组织或骨在多个切片方向上连续。另一方面，从3HU至300HU的CT值改变意味着正显现风车伪影或锥形束伪影。

在根据第十方面的X-射线断层摄影设备中，每个像素区域包括一个像素或多个像素。

在第十方面中，目标断层摄影图像的像素区域可以作为一个像素或多个像素处理。

根据第十一方面的用于减少X射线断层摄影图像的伪影的方法，包括下列步骤：对于包含在多个断层摄影图像中的每个像素区域，指定所述断层摄影图像之间体轴方向上CT值改变量，所述断层摄影图像通过反投影当台架和平台中至少一个正沿着对象体轴方向移动时将X-射线暴露到对象而获得的对象反投影数据而获得；根据指定的CT值改变量选择用于执行减少伪影的图像处理的图像处理条件；以及使用所选的图像处理条件执行图像处理。

在根据第十一方面的伪影减少方法中，关于反投影的断层摄影图像的每个像素区域指定体轴方向上CT值改变量。基于CT值改变量选择图像处理条件。即，关于其中显现伪影的图像区域和无伪影的图像区域，基于指定的CT值改变量做出决定。如果发现已经显现伪影，那么选择利用其原样图像的图像处理条件。可以仅在其中显现伪影的图像区域上实施图像处理，从而减少伪影。

根据第十二方面的伪影减少方法，包括如下步骤：计算其中CT值改变量在预定范围中的像素区域在包含在每幅断层摄影图像中预定区域中所占据的比例，以及确定当所述比例大于阈值时在每个像素区域上实施减少伪影的图像处理。

虽然很有可能如果CT值改变量在预定范围，具有伪影的像素将存在，但是CT值改变量可能取决于诸如成像条件的影响落在预定范围中。因而，根[0001] CT值改变的平均量进行处理。

特别地，本实施例不局限于特定扫描形式。即，即使在轴扫描、摄影扫描、螺旋扫描、可变螺距螺旋扫描和螺旋往返扫描的情况下，也可以实现相似的效果。本实施例不局限于台架100的倾斜或梯度。即，即使在台架100倾斜的所谓倾斜扫描的情况下，也可以实现相似的效果。本实施例甚至可以应用于心脏图像重建，其与生物信号、尤其是心脏信号同步图像重建每幅图像。

虽然基于医学X-射线CT设备10已经描述了本实施例，甚至可以用于与工业X-射线CT设备或其他设备一同利用的X-射线CT-PET设备，与其一同利用的X-射线CT-SPECT设备等。

附图清单

图1

21：预处理器

23：束硬化处理器

24：三维反投影处理器

25：伪影减少单元

26：CT值改变指定单元

27：伪影比例计算器

28：图像处理条件选择器

29：确定器

51：高压发生器

53：扫描控制器

59：存储设备

103：探测器

105：数据传输设备

111：旋转机构

113：滑环

图2

通道方向

切片方向

图3

开始

S11：采集数据

S12：预处理

S13：校正束硬化

S14：执行Z-滤波卷积处理

S15：执行重建函数卷积处理

S16：执行三维反投影处理

S17：执行伪影减少处理

结束

图4

(a)

开始伪影处理

S171：确定待处理的像素p(x，y，z)

S172：测量p(x，y，z-1)、p(x，y，z)和p(x，y，z+1)处的CT值改变量

S173：根据CT值改变计算指数值

S174：根据指数值图像处理待处理的像素p(x，y，z)

S175：在图像处理之后显示断层摄影图像

结束

(b)

开始伪影处理

S171：确定待处理的像素p(x，y，z)

S172：测量p(x，y，z-1)、p(x，y，z)和p(x，y，z+1)处的CT值改变量

S174：根据CT值改变量而图像处理待处理的像素p(x，y，z)

S175：在图像处理之后显示断层摄影图像

结束

图7

CT值改变量

CT值改变量

CT值改变量

CT值改变量

图8

CT值改变量

CT值改变量

图9

伪影比例

伪影比例

图10

开始伪影处理

S171：确定待处理的像素p(x，y，z)

S172：测量p(x，y，z-1)、p(x，y，z)和p(x，y，z+1)处的CT值改变量

S173：根据CT值改变计算指数值

S271：计算所有像素或对象处有效像素中的指数＝1的像素(估计为伪影的像素)之间的比例(伪影比例)

S272：伪影比例＞阈值SH

S273：显示未处理的断层摄影图像D3

S174：根据指数值图像处理待处理的像素p(x，y，z)

S175：在图像处理之后显示断层摄影图像D31

结束

第十二方面的伪影减少方法计算其中CT值改变量在预定范围中的像素区域在包含在每幅断层摄影图像中预定区域中所占据 的比例。如果比例较低，那么从体轴方向观察的高分辨率像素保持原样，而不执行伪影减少处理。如果比例较高，那么存在显现伪影的高度可能性。因而，仅在其断层摄影图像中显现伪影的图像区域上实施图像处理，以使得减少伪影。

在根据第十三方面的伪影减少方法中，用于减少伪影的图像处理包括如下的处理：将断层摄影图像的图像区域乘以每一个均选作图像处理条件的加权因子并且把乘积结果加起来。

在第十三方面的伪影减少方法中，确定当CT值改变量在预定范围时，存在其中显现伪影的图像区域。对于其中显现伪影的每个图像区域，体轴方向上多个像素区域乘以加权因子并且乘积结果加在一起，由此减少每幅断层摄影图像的像素区域中的伪影。

在根据第十四方面的用于X-射线断层摄影图像的伪影减少方法中，当CT值改变量在预定范围时，图像处理条件选择步骤设置加权因子大于0。

在根据第十四方面的伪影减少方法中，对于其中显现伪影的图像区域，体轴方向上多个像素区域乘以设置为大于0的加权因子，并且由此减少每个断层摄影图像的像素区域中显现的伪影。

在根据第十五方面的伪影减少方法中，加权因子根据体轴方向上像素区域的数量而改变。

在根据第十五方面的伪影减少方法中，加权因子可以根据体轴方向中像素区域中的数量而改变，对应于例如目标区域的邻域中一个切片情况中的3，以及其邻域中n个切片的情况中的2n+1。

在根据第十六方面的伪影减少方法中，加权因子根据CT值改变量而改变。

在第十六方面的结构中，加权因子可以根据CT值改变量而改变，例如改变量为诸如20HU、100HU等。即，对于其中强烈显现伪影的图像区域和其中微弱显现伪影的图像区域可以分别进行合适的伪影减少。

在根据第十七方面的伪影减少方法中，根据指定的CT值改变量确定指数值。

在第十七方面的伪影减少方法中，根据CT值改变量确定指数值。因而指数值能够在其中显现伪影的图像区域和其中无伪影的图像区域 之间进行区分。使用指数值使得易于设置图像处理。

在根据第十八方面的伪影减少方法中，加权因子根据对象的每个区域而改变。

在根据第十八方面的伪影减少方法中，即使呈现相同的CT值改变量，加权因子也可以根据头、颈、胸等而改变。这是因为软组织的类型、骨的厚度、形状复杂性等取决于对象区域而改变。

在根据第十九方面的伪影减少方法中，当CT值改变量范围是从3HU至300HU时，对每个像素区域减少伪影。

在第十九方面的结构中，判断当CT值改变量范围是从3HU至300HU时，伪影显现。假设CT值改变量为例如300HU或以上，这意味着一区域已经从软组织改变到骨等，或者一区域反之亦然地变化。如果取决于成像环境，CT值改变量是3HU或以下以及10HU或以下，那么这意味着软组织或骨在多个切片方向上连续。在从软组织过渡到骨或者相反地从骨过渡到软组织的象素区域中，以及从肺过渡到软组织或相反亦然的像素区域中，存在范围从200HU以上至300HU以上的改变量。因而，另一方面，根据从3HU至300HU的CT值改变，可以评估已经显现风车伪影或锥形束伪影。

在根据第二十方面的伪影减少方法中，当CT值改变量范围是从0HU至300HU时，对每个像素区域减少伪影并且对该像素区域减少噪声。

在第二十方面的结构中，当CT值改变量为3HU或以下时，实施噪声减少。这意味着，如果CT值改变量为3HU或以下时，软组织或骨在多个切片方向上连续。然而，当CT值改变量为3HU或以下时，对多个切片图像上实施加权，从而也实施每幅断层摄影图像的噪声减少。

根据本发明的X-射线断层摄影设备和伪影减少方法，仅对三维反投影的断层摄影图像中每个其中显现有伪影的图像区域减少伪影。可以显示这样地断层摄影图像，其中对于不发生伪影的区域，按原样使用三维反投影断层摄影图像。

附图说明

图1是示出根据本实施例的X-射线CT设备10的结构的结构图。

图2是示出表示X-射线管10和多行X-射线探测器103的几何 布置的图。

图3是示意性示出本发明的X-射线CT设备10的断层摄影图像成像操作的流程图。

图4是用于在确定反投影数据D3之后减少伪影的流程图。

图5是示出基于反投影数据D3(x，y，z)和其像素区域而示出断层摄影图像的像素的概念图。

图6是其中执行伪影减少处理之前的断层摄影图像D3(x，y，z)和经受伪影减少处理的断层摄影图像D31(x，y，z)显示在显示器60上的范例。

图7是示出指数函数的图。

图8是示出其它指数函数的图。

图9是示出经受伪影减少处理之前的对象头部的断层摄影图像和重建区域P的图。

图10是示出用于在检查伪影比例之后执行伪影减少处理的流程图的图。

图11是从对象HB的胸部到其头部的体轴方向上的横截面视图和伪影比例。

具体实施方式

<X-射线断层摄影设备的结构>

图1是示出根据本实施例的X-射线计算机断层摄影设备(X-射线CT设备)10的结构的结构图。X-射线断层摄影设备10装配有台架100和平台109，用于将对象HB插入到台架100的成像区域中。平台109在相应于对象HB的体轴方向的Z方向上移动。台架100具有旋转环102，并且包括用于将成形为锥形束的X-射线束XR暴露到旋转环102的X-射线管101，以及布置成与X-射线管101相对的多行X-射线探测器103。多行X-射线探测器103检测透射穿过对象HB的X射线。

多行X-射线探测器103包括闪烁体和光电二极管。通常称作DAS(数据采集系统)的数据采集电路104连接到多行X-射线探测器103。对于数据采集电路104中每个通道，提供了用于将多行X-射线探测器103的每个通道的电流信号转换成电压的I-V转换器、用于与X-射 线辐射循环或周期同步地周期性积分电压信号的积分器、用于放大积分器输出的信号的前置放大器以及用于将从前置放大器中输出的信号转换成数字信号的模数转换器。从数据采集电路104发送的数字信号通过数据传输设备105发送到图像处理器20。

用于将电压提供到X-射线的高压发生器51提供在操作控制台侧。该高电压发生器51周期性地产生高电压并且将高电压通过滑环113提供到X-射线管101上。

操作控制台侧的扫描控制器53执行多种扫描形式，诸如轴扫描、螺旋扫描、可变螺距螺旋扫描。轴扫描是一种扫描方法，其用于在每次在Z-轴方向上移动平台109预定螺距时，旋转x-射线管101和多行X-射线探测器103，而由此获得或采集投影数据。螺旋扫描是一种扫描方法，用于在X-射线管101和多行X-射线探测器103正旋转的状态中以预定速度移动平台109，由此以采集原始数据。可变螺距螺旋扫描是一种扫描方法，用于在由旋转机构111以相似于螺旋扫描的方式正旋转X-射线管101和多行X-射线探测器103的同时，改变平台109的速度，由此以采集原始数据。扫描控制器53与高压发生器51同步驱动旋转机构111，并且执行对扫描的控制，所述扫描为诸如由数据采集电路104周期性采集原始数据等。

输入设备55包括键盘或鼠标，其从操作者接收输入。存储设备59在其中存储程序、X-射线探测器数据、投影数据和X-射线断层摄影图像。图像处理器20对从数据采集电路104发送的投影数据实施预处理、图像重建处理、后处理等。显示器60显示操作屏幕并且显示经图像重建的断层摄影图像。

<图像处理部分的结构>

图像处理部分或设备20包括预处理器21、束硬化处理器23、三维反投影处理器24、伪影减少单元25、CT值改变指定单元26、伪影比例计算器27、图像处理条件选择器28以及确定器29。

预处理器21针对数据采集电路104采集的原始数据，校正通道-通道灵敏度不均匀性，并且执行诸如X-射线剂量校正的预处理，用于校正由主要是金属部分的X-射线强吸收体造成的信号强度的极度减少和信号遗漏。附带地，本实施例中，经预处理的数据称作投影数据。

束硬化处理器23对投影数据的束硬化实施校正处理。束硬化是一 种现象，其中即使在相同的材料的情况下，X射线的吸收由于透射厚度而改变，由此每个CT图像上的CT值(亮度)改变。尤其，这意味着透射过对象的辐射的能量分布偏向高能量侧。因而，在投影数据的切片方向以及其通道方向上校正束硬化。

三维反投影处理器24接收由预处理器21预处理的投影数据并基于投影数据重建图像。投影数据受到快速傅立叶变换(FFT)，用于将其转换到频域，并且在经受傅立叶逆变换之后用重建函数Kernel(j)进行卷积。三维反投影处理器24对经受了重建函数Kernel(j)的卷积处理的投影数据实施三维反投影处理，以确定对象HB的每个体轴方向(Z方向)的断层摄影图像(xy平面)。三维反投影处理器2 4允许存储设备59存储断层摄影图像。

伪影减少单元25在三维反投影之后从存储设备59读取断层摄影图像，并且对其执行伪影减少处理。伪影减少单元25允许存储设备59存储伪影减少的断层摄影图像，并且使得显示器60对其进行显示。

CT值改变指定单元26指定体轴方向上CT值改变量。这是因为，如果体轴方向上CT值改变量落入预定范围中，那么可以估计正显现伪影。

伪影比例计算器27计算其中显现了伪影的图像区域在断层图像中或者断层摄影图像的对象区域中所占的比例。

图像处理条件选择器28选择当伪影减少单元25执行图像处理以减少伪影时安排何种图像处理条件。图像处理条件选择器28例如选择在体轴方向上观察用于将权重分配给多个像素的值。

确定器29根据伪影比例计算器27计算的比例，确定是否伪影减少单元25应当执行伪影减少处理。

图2(a)和2(b)是示出X-射线管101和多行X-射线探测器103的几何布置的图。图2(a)是示出从xy平面所观察的X-射线管101和多行X-射线探测器103的几何布置的图，而图2(b)是示出从yz平面所观察的X-射线管101和多行X-射线探测器103的几何布置的图。X-射线管101的阳极产生称作锥形束的X-射线束XR。当锥形束的中心轴的方向平行y方向时，假设视角为0°。多行X-射线探测器103具有对应于z-轴方向(切片方向)上J行的X-射线探测器行，例如256行。每个X-射线探测器行具有对应于在通道方向上观 察的I个通道的X-射线探测器通道，例如1024个通道。在图2(a)中，从X-射线管101的X-射线焦点发射的X-射线束XR中较多X-射线，由束形成X-射线滤波器121施加到图像重建区域P的中心，而X-射线束XR中较少的X射线施加到图像重建区域P周围的部分。因而，在对X-射线剂量进行空间控制之后，X射线吸收到存在于图像重建区域P中的对象HB中，并且透射的X射线由多行X-射线探测器103采集作为原始数据。

在图2(b)中，从X-射线管101的阳极发射的X-射线束XR在断层摄影图像的切片方向上受到X-射线准直仪123的控制，并且因而X射线吸收到存在于旋转中心轴IC附近的对象HB中，并且穿透的X射线由多行X-射线探测器103采集作为原始数据。在X-射线已经施加到对象HB上之后，由多行X-射线探测器103采集的每个原始数据由数据采集电路104进行A/D转换如从多行探测器103所观察的，随后经由数据传输设备105输入到图像处理器20中。输入到图像处理器20的原始数据由图像处理器20根据存储设备59的相应程序进行处理并且图像重建成断层摄影图像，其随后显示在显示器60上。附带地，虽然本实施例中已经应用了多行X-射线探测器103，也可以应用由平板X-射线探测器代表的矩阵结构的二维X-射线区域探测器。

<用于断层摄影成像的操作流程>

图3是示出本发明的X-射线CT设备10的断层摄影图像成像操作的要点的流程图。

在步骤S11，执行螺旋扫描，当平台109线性移动时，围绕对象HB旋转X-射线管101和多行X-射线探测器103，并且从多行X-射线探测器103中采集数据。z方向位置Ztable(view)添加到以视角view、探测器行数j以及通道数i表达的原始数据D(view，j，i)(其中j＝1至ROW，而i＝1至CH)，并且在恒速范围中执行数据采集。

在步骤S12，原始数据D0(view，j，i)经过预处理并且转换成投影数据。执行偏移量校正、对数转换、X-射线剂量校正和灵敏度校正。

在步骤S13，对经预处理的投影数据D01(view，j，i)实施束硬化校正，由此将其转换成经过束硬化校正的投影数据D1。步骤S13处的束硬化校正可以通过例如多项式的乘法计算而执行。由于这时可以 每j行执行独立束硬化校正，如从多行X-射线探测器103的切片方向上观察的，如果X-射线管电压根据成像条件不同，则可以校正每行布置的探测器之间的X-射线能量特性的差别。

在步骤S14，对经过束硬化校正的投影数据D1实施用于在切片方向(z方向)上应用滤波器的Z-滤波卷积处理，并且投影数据D1转换成经过滤波卷积处理的投影数据D11。即，在每个视角和每个数据采集系统，对多行X-射线探测器103的投影数据实施z-滤波器卷积处理。当行方向滤波系数对于每个通道进行改变时，可以根据与图像重建中心的距离来控制切片厚度。

在步骤S15，对经过滤波卷积处理的投影数据D11进行重建函数Kernel(j)卷积处理。即，执行用于将经受滤波卷积处理的投影数据D11转换成频域的快速傅立叶变换(FFT)，并且对投影数据D11卷积处理重建函数Kernel(j)。然后，执行傅立叶逆变换以将其转换成经过重建函数卷积处理的投影数据D2(view，j，i)。由于可以实施重建函数Kernel(j)和在多行X-射线探测器103的每j行互相独立的重建函数的卷积处理，可以校正每行的噪声特性之间和分辨率特性之间的差别。

在步骤S16，对经受重建函数卷积处理的投影数据D2(view，j，i)实施三维反投影处理，以确定反投影数据D3(x，y，z)。将图像重建的图像在例如垂直于z轴的xy平面的平面上进行三维图像重建。假设下列重建区域P平行于xy平面。

在步骤S17，对反投影数据D3(x，y，z)实施诸如伪影减少处理、CT值转换等的的后处理，以获得断层摄影图像D31(x，y，z)。在伪影减少处理中，根据在Z方向上观察的CT值改变量，检测正显现伪影的图像区域。仅对检测到的其中正产生伪影的图像区域实施滤波处理。对于无伪影的图像区域，使用原样的反投影数据D3(x，y，z)作为断层摄影图像D31(x，y，z)。

<用于伪影处理的操作流程>

图4是用于在确定反投影数据D3(x，y，z)之后执行伪影减少的流程图。图5是示出基于反投影数据D3(x，y，z)的断层摄影图像的像素及其像素区域的概念图。附带地，通过本流程图可以减少风车伪影或锥形束伪影。

在图4(a)中，在步骤S171指定操作者希望确认的对象HB的z位置。伪影减少单元25确定待处理的每个像素p(x，y，z)。例如，如果假设平行于xy平面的512×512像素的正方形区域为图5(a)中所示的重建区域P，那么x的范围从1至512，并且y的范围也从1至512。

在步骤S172，CT值改变指定单元26测量待处理的每个像素p(x，y，z)的从z方向观察的CT值的改变。例如，假设重建区域P中待处理的像素p(x1，y1，z1)的邻域中z方向上CT值的改变如下。

p(x1，y1，z-1)＝10HU(Hounsfield单位)

p(x1，y1，z)＝30HU

p(x1，y1，z+1)＝50HU

从这中可以理解，在体轴方向上，在p(x1，y1，z)邻域中最小CT值和最大CT值之差中，存在40HU的改变量。

在此，图5(a)示出了像素p(x1，y1，z1)邻域中z-方向像素。下面将基于每个像素改变的假设，说明VT值的改变。然而，可以采用其中一个特定像素周围的多个像素组合在一起的像素区域(X1，Y1，Z1)中的平均CT值，或者可以使用最高CT值或最低CT值。由多个像素组成的像素区域移动，针对每个特定像素移动。虽然已经如上测量待处理的像素p(x1，y1，z1)的邻域中一个切片的CT值的改变量，但是也可以测量其邻域中n个切片的CT值改变量。

接着，在步骤S173，CT值改变指定单元26确定指数。该指数可以由下列函数确定。在下列等式中，测量待处理的像素p(x，y，z)的邻域中n个切片的CT值的改变，并且根据这些改变确定预期的指数。

指数＝f(p(x，y，z-n)，p(x，y，z-n+1)......p(x，y，z)......p(x，y，z+n))

这意味着，对于其中正显现伪影的像素，指数设置成减少伪影，然而对于其中未显现伪影的像素，指数设置成照现在的样子利用待处理的像素p(x，y，z)。将使用图7和8说明确定指数的函数。

假设当如前述范例中给出CT值改变为p(x1，y1，z-1)＝10HU，p(x1，y1，z)＝30HU  及p(x1，y1，z+1)＝50HU时，达到指数＝1。

接着，在步骤S174，伪影减少单元25，基于指数值对待处理的像 素p(x，y，z)进行图像处理，以确定其处理之后的像素p’(x，y，z)。例如，在下列等式1中表达像素p’：

[等式1]

$p^{\&prime;}(x,y,z)=\underset{i=\mathrm{start}\_z}{\overset{\mathrm{end}\_z}{\mathrm{\&Sigma;}}}p{(x,y,z+i)}^{*}g(i,\mathrm{index})...\left(1\right)$

其中g(i，index)是基于指数的在z方向第i个切片的加权系数或因子。例如，图像处理条件选择器28如下对在待处理的像素p(x1，y1，z1)的邻域中的每个切片设置加权因子：

假设当指数＝1时，应用于或指定给p(x1，y1，z-1)的加权因子g为g＝0.33，指定给p(x1，y1，z)的加权因子g为g＝0.33，并且指定给p(x1，y1，z+1)的加权因子g为g＝0.33。即，其中正显现伪影的每个像素校正到其邻域中切片图像被平均的像素。如果获取了n幅切片图像，那么可以使用值g＝1/(2n+1)。

假设指数＝0.5时，指定给p(x1，y1，z-1)的加权因子g为g＝0.2，指定给p(x1，y1，z)的加权因子g为g＝0.6，并且指定给p(x1，y1，z+1)的加权因子g为g＝0.2。待处理的像素p(x，y，z)的影响强烈地保持在其中发生弱伪影的每个像素中，但是其像素邻域中切片图像也稍微地添加到其上。

假设当指数＝0时，指定给p(x1，y1，z-1)的加权因子g为g＝0，指定给p(x1，y1，z)的加权因子g为g＝1，并且指定给p(x1，y1，z+1)的加权因子g为g＝0。设置待处理的像素p(x，y，z)为无伪影的每个像素，以按原样使用。

附带地，基于从实验等获得的信息，可以将加权因子g(i，index)存储在查找表等中，或者存储为预定函数。由于在先或随后切片不存在，加权因子不能如前所述地设置到初始或第一切片或最终切片。因而，需要单独使用仅一侧方向上的每幅图像来对第一切片或最终切片执行校正处理，并且也改变加权因子。

在步骤S175，基于伪影减少或减少处理之后的p’(x，y，z)，获得断层摄影图像D31(x，y，z)。然后，其显示在显示器60上。

图6是这样的一个例子，其中在显示器60上显示在执行本实施例的伪影减少处理之前的断层摄影图像D3(x，y，z)和经伪影减少处理的断层摄影图像D31(x，y，z)。在断层摄影图像D3(x，y，z)上 强烈显示有风车伪影和锥形束伪影。然而，如在右侧图中示出的断层摄影图像D31(x，y，z)的情况中，风车伪影和锥形束伪影的影响减少。在右侧图中示出的断层摄影图像D31(x，y，z)中，不具有伪影的像素区域成为与左侧图中所示的断层摄影图像D3(x，y，z)相同的图像，并且保持相同的分辨率。

图4(b)中所示的流程图是未使用在图4(a)的步骤S173中描述的指数函数(参考图7或图8)或指数的流程图。

在图4(b)中所示的流程图中，在步骤S172，对于待处理的每个像素p(x，y，z)已经测量了z方向上观察的CT值的改变量之后，在步骤S174’还基于CT值的改变量确定加权因子gv，而不然后确定指数。

在步骤S174’，基于指数值对待处理的像素p(x，y，z)进行图像处理，以在其处理之后确定像素p’(x，y，z)。像素p’(x，y，z)表达在下列等式2中，例如：

[等式2]

$p^{\&prime;}(x,y,z)=\underset{i=\mathrm{start}\_z}{\overset{\mathrm{end}\_z}{\mathrm{\&Sigma;}}}p{(x,y,z+i)}^{*}\mathrm{gv}(i,\mathrm{CTv})...\left(2\right)$

其中gv(i，CTv)是基于CT值改变量在z方向上第i个切片的加权系数或因子。例如，图像处理条件选择器28如下对在待处理的像素p(x1，y1，z1)的邻域中的每个切片设置加权因子：

假设当CT值改变量为40HU时，应用于或指定给p(x1，y1，z-1)的加权因子gv为gv＝0.33，指定给p(x1，y1，z)的加权因子gv为gv＝0.33，并且指定给p(x1，y1，z+1)的加权因子gv为gv＝0.33。

假设当CT值改变量为120HU时，指定给p(x1，y1，z-1)的加权因子gv为gv＝0.2，指定给p(x1，y1，z)的加权因子gv为gv＝0.6，并且指定给p(x1，y1，z+1)的加权因子gv为gv＝0.2。

假设当CT值改变量为200HU时，指定给p(x1，y1，z-1)的加权因子gv为gv＝0，指定给p(x1，y1，z)的加权因子gv为gv＝1.0，并且指定给p(x1，y1，z+1)的加权因子g为gv＝0。

因而，加权因子gv可以根据CT值改变量直接确定。直接确定加权因子gv的方法需要确定CT值每个改变量的大量加权因子gv。因而，根据CT值改变量将存储在查找表等中的量增加，因而对加权因子gv 的设置变得复杂。

<指数函数的范例>

图7和8是示出用于确定在图4的步骤S173处使用的指数的指数函数的图。

图7(a)的指数函数是这样的函数，其中如果CT值改变量范围是从X1至X3，那么指数线性地从0改变至1，而如果CT值改变量范围是从X3至X2，那么指数线性地从1改变至0。假设，例如，X1是10HU，X3是90HU，而X2是170HU。当对于待处理的给定图像，p(x1，y1，z-1)＝10HU，p(x1，y1，z)＝30HU，而p(x1，y1，z+1)＝50HU时，CT值改变量为40HU。在这种情况下，在图7(a)中所示的指数函数中确定指数＝0.5。

根据成像条件，设置X1、X2和X3从3HU至300HU至10UH至200HU。当它们是200HU或以上时，这意味着一区域或部分已经从软组织改变到骨，反之亦然。如果它们是10HU或以下，那么这意味着软组织在多个切片方向上连续或者骨在多个切片方向上连续。另一方面，从3HU至300HU的CT值改变量或者从10HU至200HU的CT值改变量，严格地评估正显现风车伪影或锥形束伪影。附带地，可以根据摄影时的分辨率、切片厚度或平台速度等适当地改变CT值改变量的设置。如果作为各种实验的结果，体轴方向上CT值改变量的范围从3HU至300HU，那么可以评估正显现伪影。

图7(b)的指数函数是这样的函数，其中如果CT值改变量范围是从X1至X3，那么指数线性地从0变动至1，如果CT值改变量范围是从X3至X4，那么指数保持为1不变，并且如果CT值的改变量范围是从X4至X2，那么指数线性地从1变动至0。假设，例如，X1是10HU，X3是40HU，X4是160HU，而X2是190HU。根据指数函数，如果CT值改变量范围是从40HU至160HU，那么判断是伪影。

图7(c)的指数函数是这样的函数，其中如果CT值改变量落在X1和X3之间，那么指数改变成从0至1的曲线形式，并且如果CT值改变量落在X3和X2之间，那么指数改变成从1至0的曲线形式。

另一方面，至于图7(d)的指数函数，如果CT值改变量落在X1和X2之间，那么指数为1并且其它时候为0。因而，如果CT值改变量为X1或以下，或者CT值改变量为X2或以上，那么这意味着按原样使 用待处理的图像作为断层摄影图像。

图8(e)的指数函数是这样的函数，其中如果CT值改变量落入在0HU和X3之间，那么指数为1，而如果CT值改变量落入X3和X2之间，那么指数线性地从1改变至0。至于图8(f)的指数函数，如果CT值改变量落入在0HU和X2之间，那么指数为1并且其它时候为0。假设现在X3的范围是从40HU至200HU，而X2的范围是从80HU至300HU。

CT值改变量近似为0HU的指示意味着，相同的软区域或骨区域在多个切片方向上连续。由于CT值改变量近似为0HU而指数＝1.0，这意味着根据等式(1)用预定加权因子平均了相应的像素。即，在CT值改变量从0HU到约10HU的范围内进行了噪声减少，而不执行伪影减少。即，图8(e)或8(f)指数函数在CT值改变从约10HU以上至200HU以下或300HU以下的范围中使用等式(1)执行伪影减少，并且在CT值改变量为大约10HU或以下的情况下以类似方式使用等式(1)执行噪声减少。

虽然如上在图7和8中示出(a)至(f)的指数函数，并非必须使用一个函数。可以根据z方向上位置而改变指数函数。例如，可以在头部区域使用指数函数(a)，在颈部区域可以使用指数函数(c)，而在腿部区域可以使用指数函数(e)。甚至在图4(b)所示的流程图的情况下，可以根据z-方向位置设置加权因子gv。

<指定其中存在伪影的断层摄影图像>

在上述实施例中已经评估当像素p(x1，y1，z1)或像素p周围多个像素组合在一起的像素区域(X1，Y1，Z1)中CT值改变量为预定范围时，如图5中所示在其像素中显现伪影。等式(1)或(2)的处理已经在待处理的像素p(x1，y1，z1)上实施。下列实施例是一种进一步增强地指定或确定其中正显现伪影的区域的一种方法。

图9是示出经受伪影减少或减少处理之前的对象头部的断层摄影图像和重建区域P的图。在图9(A1)中所示的前期断层摄影图像D3-A中存在许多风车伪影，并且风车伪影在图9(B1)中所示的后期断层摄影图像D3-B中几乎保持不存在。图9中所示的重建区域P是512×512像素的正方形区域，其平行于xy平面。作为确定关于断层摄影图像D3-A和断层摄影图像D3-B的指数的结果，填充指数＝1.0的像素。在图9(A2)中所示的重建区域P中，通过使指数＝1.0的像素 数目除以像素的总数目而获得的伪影比例是0.12。在图9(B2)中所示的重建区域P中，通过使指数＝1.0的像素数目除以像素的总数目而获得的伪影比例是0.03。该计算由图1中所示的伪影比例计算器27执行。

当等式(1)或(2)的处理在指数＝1.0的每个像素上实施，而不考虑到断层摄影图像D3-B中几乎不存在风车伪影的事实时，z方向上的分辨率下降。因而，伪影比例计算器27检查伪影比例，其相应于这样的比例，该比例表示评估为指数＝1.0(即已经显现伪影)的像素在重建区域P的整个像素中占多少。当伪影比例大于预定阈值SH，确定器2 9对断层摄影图像D3实施等式(1)或(2)的处理。即，更严格地作出识别为伪影正显现的决定。

图10示出了用于在伪影比例检查之后执行伪影减少处理的流程。在图10中所示的流程图中，与用于减少伪影的图4(a)中流程相同的步骤具有相同的步骤序号。部分省略了对相同步骤序号的说明。

在步骤S171，指定操作者希望确认的对象HB的z位置。伪影减少单元25确定待处理的每个像素p(x，y，z)。

在步骤S172，在待处理的每个像素p(x，y，z)测量z方向的CT值的改变。

在步骤S173，确定待处理的像素p(x，y，z)的指数。如果重建区域P是512×512像素的正方形区域，那么在x从1至512的范围和y也从1至512的范围中测量z方向上CT值改变量。

接下来，伪影减少处理行进到步骤S271，作为图9特有的步骤。在步骤S271，伪影比例计算器27计算伪影比例。至于伪影比例，计算所有像素(512×512)的指数＝1的像素之间的比例。

附带地，指定对象HB的区域代替所有像素，并且可以在该区域中像素数量中计算指数＝1的像素之间的比例。代替指数＝1的像素之间的比例，可以计算指数＝0.7或以上或者指数＝0.5或以上的点或地点(spot)之间的比例。至于伪影比例，下列描述将关于所有像素(512×512)的指数＝1的像素之间的比例。

在步骤S272，确定器29确定是否伪影比例大于阈值SH。例如，使用伪影比例＝0.07作为阈值SH。如果目标断层摄影图像D3的伪影比例大于阈值SH，那么确定器行进到步骤S174。如果该伪影比例小于阈 值SH，那么确定器行进到步骤S273。

在步骤S174，，基于根据上述等式1的指数值，图像处理待处理的像素p(x，y，z)，以确定其处理之后的像素p’(x，y，z)。在目标断层摄影图像D3的所有像素(512×512)上执行该计算。在步骤S175，基于伪影减少处理之后的p’(x，y，z)获得断层摄影图像D31(x，y，z)。然后，在显示器60上显示断层摄影图像D31(x，y，z)。

另一方面，在步骤S273，目标断层摄影图像D3在显示器60上显示，同时保持不经受任何图像处理。这是因为虽然存在这样的可能性，即，指数＝1的像素将在重建区域P中导致伪影，但是认为伪影不显眼，这是由于指数＝1的像素在整个重建区域P中数量较低，并且关于降低体轴方向上分辨率的这种图像处理是不需要的。

图11是在前期从对象HB的胸部到其头部的体轴方向上的横截面视图，并且是示出后期伪影比例和布置在体轴方向上断层摄影图像n的数量之间的关系的图。

着眼于伪影和体轴方向之间的关系，胸部到头部的眼睛或眉毛附近(由图11中的白色虚线指示)的伪影比例范围大约为从0.9至2.2。在执行本实施例的伪影减少处理之前的断层摄影图像D3(x，y，z)中，眼睛或眉毛附近和头顶之间的伪影比例范围大约从0.3至0.5。如从图11中可理解的，诸如骨的结构形状变得越复杂，伪影越容易发生。相反，当头顶附近的骨等的形状比较简单时，伪影难以发生。在图11中，伪影比例＝0.07定义为阈值SH。因而，根据图10的流程图，等式1等的图像处理在胸部附近到头部的眼睛或眉毛附近的断层摄影图像D3上实施。另一方面，即使指数＝1的像素存在，等式1等的图像处理也不在眼睛或眉毛附近和头顶之间的断层摄影图像D3的部分上实施。

附带地，根据本实施例的图像重建方法可以是基于迄今已知的Feldkamp方法的三维图像重建方法。此外，可以采用另一三维图像重建方法。作为选择，可以采用二维图像重建方法。确定为每个区域的图像质量根据诊断应用、操作者偏好等改变，并且以各种形式存在。因而，操作者可以预先设定最适于每个区域的成像条件设置。

虽然已经使用待处理的像素p(x1，y1，z1)的邻域中一个切片或多个切片的最大和最小CT值之间的差别，说明了CT值改变量，也可以使用通过用最大CT值和最小CT值之间的差除以切片数量获得的 CT值改变的平均量进行处理。

特别地，本实施例不局限于特定扫描形式。即，即使在轴扫描、摄影扫描、螺旋扫描、可变螺距螺旋扫描和螺旋往返扫描的情况下，也可以实现相似的效果。本实施例不局限于台架100的倾斜或梯度。即，即使在台架100倾斜的所谓倾斜扫描的情况下，也可以实现相似的效果。本实施例甚至可以应用于心脏图像重建，其与生物信号、尤其是心脏信号同步图像重建每幅图像。

虽然基于医学X-射线CT设备10已经描述了本实施例，甚至可以用于与工业X-射线CT设备或其他设备一同利用的X-射线CT-PET设备，与其一同利用的X-射线CT-SPECT设备等。

附图清单

图1

21：预处理器

23：束硬化处理器

24：三维反投影处理器

25：伪影减少单元

26：CT值改变指定单元

27：伪影比例计算器

28：图像处理条件选择器

29：确定器

51：高压发生器

53：扫描控制器

59：存储设备

103：探测器

105：数据传输设备

111：旋转机构

113：滑环

图2

通道方向

切片方向

图3

开始

S11：采集数据

S12：预处理

S13：校正束硬化

S14：执行Z-滤波卷积处理

S15：执行重建函数卷积处理

S16：执行三维反投影处理

S17：执行伪影减少处理

结束

图4

(a)

开始伪影处理

S171：确定待处理的像素p(x，y，z)

S172：测量p(x，y，z-1)、p(x，y，z)和p(x，y，z+1)处的CT值改变量

S173：根据CT值改变计算指数值

S174：根据指数值图像处理待处理的像素p(x，y，z)

S175：在图像处理之后显示断层摄影图像

结束

(b)

开始伪影处理

S171：确定待处理的像素p(x，y，z)

S172：测量p(x，y，z-1)、p(x，y，z)和p(x，y，z+1)处的CT值改变量

S174：根据CT值改变量而图像处理待处理的像素p(x，y，z)

S175：在图像处理之后显示断层摄影图像

结束

图7

CT值改变量

CT值改变量

CT值改变量

CT值改变量

图8

CT值改变量

CT值改变量

图9

伪影比例

伪影比例

图10

开始伪影处理

S171：确定待处理的像素p(x，y，z)

S172：测量p(x，y，z-1)、p(x，y，z)和p(x，y，z+1)处的CT值改变量

S173：根据CT值改变计算指数值

S271：计算所有像素或对象处有效像素中的指数＝1的像素(估计为伪影的像素)之间的比例(伪影比例)

S272：伪影比例＞阈值SH

S273：显示未处理的断层摄影图像D3

S174：根据指数值图像处理待处理的像素p(x，y，z)

S175：在图像处理之后显示断层摄影图像D31

结束

Claims (9)

1.一种X-射线断层摄影设备(10)，包括：

扫描装置(102，103)，用于在台架(100)和平台(109)中至少一个正沿着对象(HB)的体轴方向移动的同时将X射线暴露于对象(HB)，由此生成对象(HB)的投影数据；

CT值改变指定装置(26)，针对包含在通过对投影数据进行反投影获得的多幅断层摄影图像中的每个像素区域，指定所述断层摄影图像之间的体轴方向上的CT值改变量；

图像处理条件选择装置(28)，其根据所指定的CT值改变量来选择用于执行减少伪影的图像处理的图像处理条件；

伪影减少装置(25)，其使用由图像处理条件选择装置所选的图像处理条件来执行图像处理；以及

伪影比例计算装置(27)，用于计算其中CT值改变量是预定范围的每个像素区域在包含在每幅断层摄影图像中的预定区域中所占据的比例，以及

确定装置(29)，用于当所述比例大于阈值时确定对所述像素区域实施用于减少伪影的图像处理。

2.根据权利要求1的X-射线断层摄影设备(10)，其中伪影减少装置(25)的图像处理包括这样的处理：将体轴方向上多个像素区域乘以加权因子并且将乘积结果加在一起。

3.根据权利要求2的X-射线断层摄影设备(10)，其中当CT值改变量具有预定范围时，图像处理条件选择装置(28)设置加权因子为大于0。

4.根据权利要求2的X-射线断层摄影设备(10)，其中图像处理条件选择装置(28)根据体轴方向上像素区域的数量，改变加权因子。

5.根据权利要求2的X-射线断层摄影设备(10)，其中图像处理条件选择装置(28)根据CT值改变量来改变加权因子。

6.根据权利要求1-5中任意一项的X-射线断层摄影设备(10)，其中CT值改变指定装置(25)根据CT值改变量确定指数值。

7.根据权利要求6的X-射线断层摄影设备，其中体轴方向上多个像素区域根据指数值乘以与所述像素区域相关的加权因子，并且把乘法结果加起来。

8.根据权利要求1的X-射线断层摄影设备(10)，其中预定范围是从3HU至300HU。

9.根据权利要求1的X-射线断层摄影设备(10)，其中每个像素区域包括一个像素或多个像素。

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