專利名稱：圖像重構方法、圖像重構軟件及所用記錄介質和射線照相裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使計算機實行背面投射計算用的重構軟件，用以將每個掃描位置的射線照相數(shù)據(jù)投射到重構區(qū)域，還涉及儲存這種軟件的記錄介質，以及醫(yī)療、工業(yè)及其它領域在試驗情況下用于射線拍照患者或實物或者重構其斷層圖像所用的各種X射線層析攝影裝置。具體地說，本發(fā)明涉及一種關于射線照相數(shù)據(jù)或經(jīng)篩選的射線照相數(shù)據(jù)快速背面投射計算(重構計算的主要部分)。
為在二維重構區(qū)域B確定點b(x，y)的重構象素的值，比如與點b(x，y)第p次投射對應之檢測座標t(x，y，p)的值s(t(x，y，p))，而對投射次數(shù)(Np次)求和。這由下述方程(1)所表示，并且值s是S之一。其中通常由各種信息，如X射線焦點位置、探測器位置及掃描角度等復雜地計算t。不過，由于掃描范圍通常是固定的而且由p計算掃描角度，所以表示t(x，y，p)不會引出問題。b(x,y)=Σp=0Np-1s(t(x,y,p))···(1)]]>上述方程(1)中，一般地說，t并非整數(shù)，而且也不能直接確定配置值s(t(x，y，p))。因此，有如圖2所示者，用兩個相鄰點進行插值計算。這由下述方程(2)表示b(x,y)=Σp=0Np-1{(1-a)×s(u)+a×s(u+1)}···(2)]]>當計算機進行求和運算時，就如上述方程(2)所表示的那樣，進行由方程(3)所示關于投射次數(shù)(Np次)的計算b(x，y)＝b(x，y)+(1-a)×s(u)+a×s(u+1) …(3)圖3表示一種現(xiàn)有技術與上述方程(3)有關的程序編碼的舉例。1n u＝INT t(x，y，p)和a＝t(x，y，p)-u，函數(shù)t(x，y，p)是用于由浮點計算背面投射所用原始數(shù)據(jù)坐標的函數(shù)。函數(shù)“INT()”是舍去小數(shù)點而整數(shù)化的函數(shù)。這種重構計算是非常耗時的，而且總是將專用的DSP板等用于這種計算。然而，隨著個人計算機(以下簡稱“PC”機)具有速度越來越高的特點，X射線層析攝影裝置已經(jīng)隨著PC機而得到發(fā)展，用于進行這種重構計算。
今天的PC機由CPU(中央處理器)、存儲器、硬盤(HD)、IO(輸入/輸出設備)和外部設備，如鍵盤、鼠標組成。通常將軟件和數(shù)據(jù)儲存在硬盤中，再將它們裝載到存儲器中，并由CPU處理。最新的芯片工作得比存儲器快。為了證明這種高速能力，通過在CPU與存儲器之間引入被稱為超高速緩沖存儲器的高速存儲器已在性能方面有所改善。常常把這種超高速緩沖存儲器安裝在其上裝有CPU的同一片半導體芯片上。術語CPU就常就包括這種超高速緩沖存儲器。然而，由于需要高速，這種超高速緩沖存儲器就比主存儲器更為昂貴，而它的存儲能力卻很小。以下將說明這種超高速緩沖存儲器的工作情況。當所需的程序或數(shù)據(jù)不存在于超高速緩沖存儲器中時，CPU自動將這種程序或數(shù)據(jù)從存儲器安裝到超高速緩沖存儲器去。其間，CPU可以執(zhí)行不同的任務，從而提高總效率。當超高速緩沖存儲器滿載時，未用的老數(shù)據(jù)依次被寫入存儲器中，或者簡單地放棄未被重寫的數(shù)據(jù)。按照這種方式，不斷地以CPU所需的最新數(shù)據(jù)補充超高速緩沖存儲器。
性能相對比較高的PC機可以有20GB的硬盤、1GB的存儲器、400MHz(兆赫)的CPU，以及512KB(千字節(jié))的超高速緩沖存儲器。在這樣的PC機中，CPU與超高速緩沖存儲器之間的讀寫能力約為3200MB/s(兆字節(jié)/秒)，而超高速緩沖存儲器與存儲器之間的讀寫能力約為800MB/s(兆字節(jié)/秒)。在表示為4字節(jié)(byte)浮點的傳輸時間內，CPU與超高速緩沖存儲器之間的讀寫時間為1.2ns/float(納秒/浮點)，而超高速緩沖存儲器與存儲器之間的讀寫時間為5ns/float(納秒/浮點)。于是，這樣的超高速緩沖存儲器約為4倍那樣快。
以下根據(jù)在512×512象素的圖像數(shù)據(jù)(1兆字節(jié))中的所有象素加以浮點值(4字節(jié))描述一個簡單的超高速緩存運行實例。要把這樣的圖像數(shù)據(jù)存入上述512千字節(jié)的超高速緩沖存儲器中是太大了些。CPU求和所有象素，同時，按512千字節(jié)/800兆字節(jié)＝640微秒(μs)將512千字節(jié)中的前一半圖像數(shù)據(jù)安裝到該超高速緩沖存儲器中。但所述數(shù)據(jù)在該超高速緩沖存儲器與CPU之間按512千字節(jié)/3200兆字節(jié)＝160微秒(μs)的快速率傳送。于是，CPU對所述數(shù)據(jù)剛好要等640-160＝480微秒，并保持空載而不加給象素。繼而，當CPU要求512千字節(jié)中的下一半圖像數(shù)據(jù)時，超高速緩沖存儲器的數(shù)據(jù)就依序由老數(shù)據(jù)替代，并在512千字節(jié)/800兆字節(jié)＝640微秒之后，該超高速緩沖存儲器具有512KB中的后一半圖像數(shù)據(jù)。但有如上述那樣，CPU保持空載480微秒。
現(xiàn)有技術有如下之缺點。最新的PC機表現(xiàn)出諸如超高速緩沖存儲器注重存儲器存取的改進。但如圖3所示，對于背面投射的計算而言，只有“沿x軸方向，然后沿y軸方向”的計算被執(zhí)行。這就阻礙了很好地使用CPU的計算能力。如下所述，重構計算需要長時間。以下將特別描述二維重構和三維重構。
首先描述為重構一個二維斷層圖像計算所需數(shù)據(jù)讀寫的次數(shù)和時間。
前述方程(3)被用來確定為了對一次背面投射的一點計算斷層重構所需的存儲器存取次數(shù)。一旦讀得斷層重構區(qū)B中(x，y)點的b(x，y)值，則被求和并被寫入。于是，存儲器發(fā)生2次存取。對于篩選修正之后的射線層析攝影數(shù)據(jù)S而言，讀取兩個數(shù)據(jù)用于插值，因而存儲器發(fā)生2次存取。這就要求使存儲器總共存取4次(2+2＝4)。
繼而，對于一次對一個尺寸為Nx×Ny的重構區(qū)B的背面投射而言，就需要Nx×Ny×4次的存儲器存取。另外，當進行Np次背面投射時，則存儲器總共需要Nx×Ny×4×Np次存取。通常，用計算所用的4字節(jié)浮點數(shù)表示數(shù)據(jù)。存儲器要存取的次數(shù)是Nx×Ny×4×Np×4字節(jié)。
以下將參照性能相對比較高的PC機描述二維重構的存儲器存取時間。比如，當對Nx＝512和Ny＝512的重構區(qū)B進行Np＝1800次背面投射時，存儲器的存取將是Nx×Ny×4×Np×4字節(jié)＝7,549,747,200字節(jié)。將能看到，由于存儲器的傳送速率是800兆字節(jié)/秒，所以需要的時間是9.437秒。但由于超高速緩沖存儲器與CPU之間數(shù)據(jù)傳輸時間塊4倍，所以，CPU等待數(shù)據(jù)為9.437秒的75％，這構成一個不進行計算的空閑時間，因此是一種嚴重的浪費。
以下將根據(jù)與上述類似的內容描述三維重構計算所需的讀寫次數(shù)和所花時間。假設前述方程(3)實際上保持相同，以4個相鄰點為基礎進行插值。對于一個點的計算而言，一旦讀得重構區(qū)中(x，y，z)點的b(x，y，z)值，則被求和并被寫入。于是，存儲器必須進行2次存取。對于篩選修正之后的射線層析攝影數(shù)據(jù)S而言，讀取4個數(shù)據(jù)用于插值，因而原來的數(shù)據(jù)被讀取4次，同時需要存儲器存取4次。這就要求使存儲器總共存取6次(2+4＝6)。
繼而，對于一次對一個尺寸為Nx×Ny×Nz的重構區(qū)的背面投射而言，就需要Nx×Ny×Nz×6次的存儲器存取。另外，當進行Np次背面投射時，則存儲器總共需要Nx×Ny×Nz×6×Np次存取。通常，用計算所用的4字節(jié)浮點數(shù)表示數(shù)據(jù)。存儲器要存取的次數(shù)是Nx×Ny×Nz×6×Np×4字節(jié)。
以下將參照上面說明的性能相對比較高的PC機描述三維重構的存儲器存取時間。比如，當對Nx＝512、Ny＝512和Nz＝512的重構區(qū)進行Np＝512次背面投射時，存儲器的存取將是Nx×Ny×Nz×6×Np×4字節(jié)＝1,649,267,441,664字節(jié)。將能看到，由于存儲器的傳送速率是800兆字節(jié)/秒，所以需要的時間是2061.5843秒。但由于超高速緩沖存儲器與CPU之間數(shù)據(jù)傳輸時間快4倍，所以，CPU對待數(shù)據(jù)為2061.5843秒的75％，這構成一個不進行計算的空閑時間，因此是一種嚴重的浪費。
為實現(xiàn)上述目的，發(fā)明人進行了精深的研究并得出如下之發(fā)現(xiàn)。雖然背面投射計算(投射計算的主要部分)是一種簡單的求和運算，但這些計算的特征在于頻繁地從同一數(shù)據(jù)區(qū)讀取/寫入數(shù)據(jù)，從而需要進行大量的存儲器存取。根據(jù)這一特點，改變重構計算的次序，也即通過考慮超高速緩沖存儲器的尺寸，使存取數(shù)據(jù)的次序改變成一種最佳的順序。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以在被增大了的速率下，使超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)被重復使用，并減少CPU和存儲器之間的數(shù)據(jù)存取次數(shù)和存取時間，從而縮短被斷層重構計算所浪費的時間。
根據(jù)這樣的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供一種重構軟件，用于實行背面投射計算，以便將每個掃描位置所得到的物體X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到重構區(qū)域。所述軟件包括對通過劃分所述重構區(qū)域形成的每單元區(qū)域產生所要實行的背面投射計算的步驟，以便將每個掃描位置所得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)或由篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域。通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透物體之電磁波照射該物體，所述探測器探測透過該物體的電磁波。
按照本發(fā)明，放射源以能夠穿透物體之電磁波照射該物體，并使探測器與放射源相對放置，以便探測透過該物體的電磁波。所述放射源和探測器可以同步地掃描物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，以便得到每個掃描位置的X射線層析攝影數(shù)據(jù)。所用的重構軟件對通過劃分斷層重構區(qū)域所形成的每個單元區(qū)域引出所要實行的背面投射計算，以便將X射線層析攝影數(shù)據(jù)或篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)得到的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域。從而，可對每個單元區(qū)域，也就是按照對于超高速緩沖存儲器的尺寸為最佳的方式一個接一個單元區(qū)域地依序實行背面投射計算(重構計算)。超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)以增大了的速率被重復使用，并減少對存儲器中數(shù)據(jù)的存取，以縮短總的數(shù)據(jù)傳輸時間和因重構計算所浪費的時間，從而高速地實行斷層重構計算。
最好使每個單元區(qū)域為正方形、矩形、三角形、菱形、梯形或其它多邊形，這時所述重構區(qū)域為二維的；也可以是立方體、直平行六面體、正三棱錐、圓錐或其它立體形狀，這時所述重構區(qū)域為三維的。按照這種方式，可以根據(jù)超高速緩沖存儲器的尺寸適當設定每個單元區(qū)域的形狀。
最好使每個單元區(qū)域改變取向，使沿著背面投射的方向長。于是，對于大部分背面投射方向，以固定的速率重復使用超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)，并使因重構計算所浪費的時間被減少。
最好關于全部掃描位置中間與多個位置對應的X射線層析攝影數(shù)據(jù)依序對每個單元區(qū)域實行背面投射計算。按照這種方式，將與每單元區(qū)域的多個X射線層析攝影數(shù)據(jù)對應的部分背投到重構區(qū)域中的單元區(qū)域。這就使得超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)能夠按更加增大的速率被重復使用，而且能夠進一步減少因重構計算浪費的時間。
最好使重構區(qū)域的中心部分與周邊部分之間各單元區(qū)域的尺寸不同。由于大大提高了重構區(qū)域中各單元區(qū)域的各個位置所占據(jù)的必需的超高速緩沖存儲器尺寸，所以，這將能抑制因背面投射計算所花時間的變化。于是，可使重構時間縮短，完全與各單元區(qū)域的各個位置無關。
最好先將所述數(shù)據(jù)依序被背投到一個單元區(qū)域，然后再背投到一個相鄰的單元區(qū)域。這就使得超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)以更為提高的速率被重復使用，并縮短因重構計算浪費的時間。
最好將所述數(shù)據(jù)背投到所述單元區(qū)域中的多個背面投射點，先到一個背面投射點，然后再到相鄰的背面投射點。于是，可按適當?shù)捻樞驅嵭袛鄬又貥嬘嬎?，以確保重復使用超高速緩沖存儲器中數(shù)據(jù)的速率，并縮短因斷層重構計算浪費的時間。
最好在篩選過程之后將X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到各單元區(qū)域，而無需插值。于是，不必讀取插值所需的數(shù)據(jù)，從而縮短因斷層重構計算浪費的時間。
最好將所述重構區(qū)域被劃分成擴展重構區(qū)域，在回轉中心處它的象素密度高于探測器的象素密度。這種擴展重構區(qū)域相應地增大了每個單元區(qū)域中背面投射點的數(shù)目。不過，不會增加所使用的X射線層析攝影數(shù)據(jù)或者相應于每個單元區(qū)域的部分X射線層析攝影數(shù)據(jù)，而保持原樣。還是這些數(shù)據(jù)被用于背面投射到已經(jīng)增加了的背面投射點。于是，保持更高的超高速緩存效率，以實行快速重構計算。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種X射線層析攝影裝置，用以使用重構軟件實行背面投射計算產生所關注區(qū)域的二維或三維重構圖像，其中所述重構軟件包括對通過劃分所述重構區(qū)域形成的每單元區(qū)域產生所要實行的背面投射計算的步驟，以便將每個掃描位置所得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)或由篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域。通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透物體之電磁波照射該物體，所述探測器探測透過該物體的電磁波。
按照本發(fā)明，通過使用上述重構軟件實行背面投射計算，以便重構所關注區(qū)域的二維或三維圖像。于是，可以對每個單元區(qū)域實行背面投射計算(重構計算)，也就是按對于超高速緩沖存儲器為最佳尺寸的方法依序從一個到另一個單元區(qū)域。按被提高了的速率重復使用所述超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)，并減少對存儲器中數(shù)據(jù)的存取，以縮短總的數(shù)據(jù)傳輸時間和因斷層重構計算浪費的時間，從而以高速實行斷層重構計算。
按照本發(fā)明的再一方面，提供一種記錄重構軟件的并可為計算機讀取的存儲介質，其中所述重構軟件包括對通過劃分所述重構區(qū)域形成的每單元區(qū)域產生所要實行的背面投射計算的步驟，以便將每個掃描位置所得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)或由篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域。通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透物體之電磁波照射該物體，所述探測器探測透過該物體的電磁波。
按照本發(fā)明，可以將所述重構軟件從記錄介質安裝到計算機的運算處理單元，該處理單元可以高速地進行重構計算。從而，可以隨著自由度得到提高而提供具有高速特點的重構軟件。


圖1是說明背面投射到重構區(qū)域的示意圖；圖2是說明對X探測器測得的數(shù)據(jù)插值的解釋性示意圖；圖3是表示普通重構軟件主要部分的程序編碼；圖4是說明現(xiàn)有技術中將X射線層析攝影數(shù)據(jù)背面投射到二維重構區(qū)域的示意圖；圖5是本發(fā)明第一實施例X射線層析攝影裝置的方框圖；圖6A是X射線層析攝影裝置的圖像拾取臺一個舉例的示意圖；圖6B是表示圖6A所示圖像拾取臺的外部設備示意透視圖；圖7A和7B是說明用第一實施例中的重構軟件將X射線層析攝影數(shù)據(jù)背面投射到二維重構區(qū)域的示意圖；圖8A是二維重構區(qū)域的示意圖；圖8B是表示第一實施例中重構軟件的主要部分的程序編碼；圖9A和9B說明第二實施例中用重構軟件將X射線層析攝影數(shù)據(jù)背面投射到二維重構區(qū)域的示意圖；圖10是說明第二實施例可以隨背面投射方向變化的矩形方框的示意圖；圖11是表示第二實施例中重構軟件主要部分的程序編碼；
圖12是說明第三實施例中用重構軟件將X射線層析攝影數(shù)據(jù)背面投射到二維重構區(qū)域的示意圖；圖13是說明被劃分成不同尺寸之中心方框和周邊方框的二維重構區(qū)域示意圖；圖14是說明對擴展重構區(qū)域背面投射的示意圖。
<第一實施例>
圖5是第一實施例X射線層析攝影裝置的方框圖，這是本發(fā)明X射線層析攝影裝置的一種舉例。這種X射線層析攝影裝置包括輸入單元10，用以輸入各種信息和指令；裝置控制器20，用以控制整個裝置，比如根據(jù)輸入的信息和指令控制它的X射線層析攝影動作；驅動器30，用以在裝置控制器20的控制下操縱圖像拾取臺40；圖像拾取臺40，用以得到關注的物體M區(qū)域的圖像；圖像控制器50，用以控制由圖像拾取臺40得到的圖像信息；計算機形式的圖像處理器60，用以實行預定圖像的處理，如圖像重構，以便由圖像控制器50提供的圖像信息產生并存儲物體M的關注區(qū)域的斷層圖像；以及圖像顯示器70，用以顯示經(jīng)圖像處理器60處理過的圖像信息。所述圖像拾取臺40包括X射線管41，它以X射線照射物體M，還包括X射線探測器42，用以探測穿過物體M的X射線。由高壓發(fā)生器43給所述X射線管41提供所需的電源電壓，比如管電流或管電壓。由于設有準直器或狹縫，X射線管41以呈扇形射束或錐形射束的X射線照射物體M。
裝置控制器20控制整個X射線層析攝影裝置，它由譬如專用設備、專用工作臺或個人計算機控制軟件的存儲裝置形成。輸入單元10(如鍵盤、鼠標或按鈕)與所述裝置控制器20相連，它可由用戶的操作而工作，并顯示各種X射線數(shù)據(jù)。例如，控制X射線管41和高壓發(fā)生器43，以產生X射線，并在X射線穿過物體M的同時，由X射線探測器42轉換成電信號。之后，圖像控制器50實行A/D(模-數(shù))轉換，將電信號轉換成所得到的X射線發(fā)送數(shù)據(jù)。圖像處理器60關于X射線發(fā)送數(shù)據(jù)實行預定圖像的處理，然后再將所述數(shù)據(jù)顯示于專用的圖像顯示器70(如CRT或液晶顯示器)上。在X射線層析攝影的時候，物體M受到掃描，同時機械地移動X射線管41和X射線探測器42或者物體M，以得到許多所要的X射線傳輸數(shù)據(jù)。正是圖像拾取臺40，它確定二維CT(計算機X射線斷層造影)或三維CT所用X射線層析攝影裝置的外部設備的特點。圖像拾取臺40的機械結構可隨重構方法而變。按照這種重構方法的重構計算通常是作為圖像處理器60的部分功能而被實現(xiàn)的，所述圖像處理器60由專用硬件，如DSP(數(shù)字信號處理器)形成的。也可由采用本發(fā)明的PC機完成這種計算。
以下將敘述醫(yī)用X射線CT裝置，作為實現(xiàn)圖像拾取臺40的X射線層析攝影裝置。醫(yī)用X射線CT裝置基本上具有上述X射線層析攝影裝置的結構。特別是有如圖6所示那樣構成圖像拾取臺40。圖6A是X射線層析攝影裝置的圖像拾取臺一種舉例的示意圖。圖6B是表示圖6A所示圖像拾取臺的外部設備示意透視圖。
布置在臺架44中的X射線管41和X射線探測器42彼此相對，可以一起圍繞被置于頂部操縱臺45上的患者M的身體軸線(垂直于圖6A的平面)轉動。X射線管41對應于本發(fā)明的輻射源。X射線探測器42對應于本發(fā)明的探測器。
在用這個裝置進行X射線層析攝影時，輸入單元10工作，以便在拾取所關注的患者M區(qū)域的圖像之前確定觀察的次數(shù)，這表示在X射線管41和X射線探測器42轉動的同時應該進行多少次X射線層析攝影。假設給出的次數(shù)為1800，則實行X射線層析攝影，以便按整個360°旋轉中的0.2°(＝360°/1800)間隔將各掃描位置(即投射位置)處所得到的傳輸數(shù)據(jù)累計在圖像處理器60中。
在由這個裝置重構時，與圖像處理器60中1800次累計對應的X射線層析攝影數(shù)據(jù)經(jīng)過各種修正處理，然后再經(jīng)過篩選過程。圖像處理器60用篩選過的數(shù)據(jù)作為背面投射數(shù)據(jù)S實行重構過程。這就是通過將所述背面投射數(shù)據(jù)S投射到二維重構區(qū)域B而得到斷層圖像，所述二維重構區(qū)域B設在與患者M身體軸線橫斷相交的斷層上所關注的區(qū)域。按0.2°間隔進行這種背面投射，這一間隔等于收集數(shù)據(jù)時的投射角。實行1800次這種背面投射，完成重構圖像。圖7A表示上述例子中1800次投射之一中投射與背面投射之間的關系。連接X射線管41的X射線焦點f與X射線探測器42的每個X射線探測元42a的直線表示從X射線焦點f發(fā)射的X射線路線，它穿過重構區(qū)域B中的患者M，并作為在X射線探測器42的X射線探測元42a中心處的X射線投射數(shù)據(jù)受到檢測。每個箭號表示投射的方向。與每個箭號所表示的方向相反的方向是背面投射的方向。背面投射沿著從每個X射線探測元42a的中心到X射線焦點f的方向為有效。在下面的敘述中，沿著這些直線投射的背面投射數(shù)據(jù)S將被稱為背面投射數(shù)據(jù)s0、s1、s2、s3等，與各X射線探測元42a對應。
圖8A表示一個舉例，其中把權利要求1和2的發(fā)明應用于一個512(沿X軸方向)×512(沿Y軸方向)的二維重構區(qū)域B。圖中的圓圈所表示的各背面投射點總共被分成多個2×2的方塊BK。對每個方塊BK實行背面投射計算。具體地說，如圖7A所示，一個方塊BK包括二維重構區(qū)域B中的背面投射點b(x，y)、b(x+1，y)、b(x，y+1)和b(x+1，y+1)。在對這個方塊BK實行背面投射計算之后，移到與此方塊BK鄰近的下一個方塊BK(如圖7B中所示的方塊，包括二維重構區(qū)域B中的背面投射點b(x+2，y)、b(x+3，y)、b(x+2，y+1)和b(x+3，y+1))，再對這個方塊BK實行背面投射計算。然后再移到下一個方塊BK，并對該方塊實行背面投射計算。重復這種移動過程。
與權利要求1對應的重構軟件可由圖8B所示的程序編碼表示。以下將用計算表示式描述對每個方塊BK實行背面投射計算的操作。如圖7A所示那樣，對包含二維重構區(qū)域B中的背面投射點b(x，y)、b(x+1，y)、b(x，y+1)和b(x+1，y+1)的方塊BK實行背面投射計算。按以下次序依序對方塊BK中的背面投射點(4個點)實行背面投射計算。
b(x，y)＝b(x，y)+(1-a00)*s0+a00*s1…(4)b(x+1，y)＝b(x+1，y)+(1-a10)*s1+a10*s2…(5)b(x，y+1)＝b(x，y+1)+(1-a00)*s0+a00*s1…(6)b(x+1，y+1)＝b(x+1，y+1)+(1-a10)*s1+a10*s2…(7)
在將存儲器中的每個數(shù)據(jù)從存儲器讀到超高速緩沖存儲器之后，CPU首先計算方程(4)。于是，從超高速緩沖存儲器讀取第二方程(5)中的數(shù)據(jù)s1，它也是第一方程(4)中的數(shù)據(jù)。從超高速緩沖存儲器讀取的上述方程(4)-(7)中的數(shù)據(jù)是方程(5)中的數(shù)據(jù)s1、方程(6)中的數(shù)據(jù)s0和s1，以及方程(7)中的數(shù)據(jù)s1和s2。于是，從超高速緩沖存儲器讀到每個方塊5個數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)快速計算的運算。實際上，方程(4)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y)、方程(5)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y)、方程(6)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y+1)和方程(7)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y+1)都被超高速緩存。這些數(shù)據(jù)不會再次被讀取，但最終必須作為計算結果被寫入到存儲器中。通過假設這些數(shù)據(jù)不會被超高速緩存估算數(shù)據(jù)存取時間。
被背面投射到圖7A中方塊BK所需的數(shù)據(jù)s0至s2以實線表示，而并不需要的數(shù)據(jù)s3和s4由兩點鎖線表示。被背面投射到圖7B中方塊BK所需的數(shù)據(jù)s2至s4以實線表示，而并不需要的數(shù)據(jù)s0和s1由兩點鎖線表示。重要的在于，通過根據(jù)圖7A和7B所示那樣關于一個方塊接一個方塊地實行重構，可以減少計算所需背面投射數(shù)據(jù)的數(shù)目。
在數(shù)據(jù)存取過程中，4次讀取數(shù)據(jù)b，并被寫入4次。數(shù)據(jù)s被讀取8次，其中同一數(shù)據(jù)從超高速緩沖存儲器被讀取5次。于是，本例中由PC機的CPU數(shù)據(jù)存取時間由下式確定數(shù)據(jù)存取時間＝5納秒/浮點×8次+5納秒/浮點×(8次-5次)+1.25納秒/浮點×5次＝61.25納秒現(xiàn)有技術中，如圖4所示，先在重構區(qū)域B中沿x軸方向對一行(如背面投射點b(x，y)到b(x+511，y))實行背面投射計算。然后，沿y軸方向移動一行，對沿x軸方向的下一行(如背面投射點b(x，y+1)到b(x+511，y+1))實行背面投射計算。按照這種方式，依序對每一行進行背面投射計算。對4個背面投射點的背面投射計算如下b(x，y)＝b(x，y)+(1-a00)*s0+a00*s1…(8)b(x+1，y)＝b(x+1，y)+(1-a10)*s1+a10*s2…(9)b(x+2，y)＝b(x+2，y)+(1-a20)*s2+a20*s3…(10)b(x+3，y)＝b(x+3，y)+(1-a30)*s3+a30*s4…(11)
方程(9)中的數(shù)據(jù)s1、方程(10)中的數(shù)據(jù)s2，以及方程(11)中的數(shù)據(jù)s3都要到超高速緩沖存儲器中。實際上，方程(8)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y)、方程(9)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y)、方程(10)左邊的數(shù)據(jù)b(x+2，y)和方程(11)左邊的數(shù)據(jù)b(x+3,y)都被超高速緩存。這些數(shù)據(jù)不會再次被讀取，但必須作為計算結果被寫入到存儲器中。通過假設這些數(shù)據(jù)不會被超高速緩存估算數(shù)據(jù)存取時間。
在數(shù)據(jù)存取過程中，4次讀取數(shù)據(jù)b，并被寫入4次。數(shù)據(jù)s被讀取8次，其中同一數(shù)據(jù)從超高速緩沖存儲器被讀取3次。于是，數(shù)據(jù)存取時間由下式確定數(shù)據(jù)存取時間＝5納秒/浮點×8次+5納秒/浮點×(8次-3次)+1.25納秒/浮點×3次＝68.75納秒從關于上面第一實施例和現(xiàn)有技術的數(shù)據(jù)存取時間估算結果可以理解，第一實施例實現(xiàn)其存取是現(xiàn)有技術存取的68.75/61.25＝1.12倍那樣快。
一般地說，按照現(xiàn)有技術中的計算順序，對于n×n點重構時間的總存取時間是Told＝5×(2×n×n)+5×(n×n+1)+1.25×(2×n×n-(n×n+1))。另一方面，根據(jù)第一實施例中各個方塊，對于n×n點的重構時間的總存取時間是T1＝5×(2×n×n)+5×(n+1)+1.25×(2×n×n-(n+1))。在n＝2至256范圍內，這個比率是1.12到1.30，表現(xiàn)出增速的效果。各方塊BK因為是方形的，不容易受背面投射方向的影響。這就是說，當從每個掃描位置看各個方塊BK時，它們的形狀都明顯是不變的。這就給出一個特征，即計算中所用數(shù)據(jù)的數(shù)目，如s0到s2基本上為固定的，因而，計算時間就是固定的。
在上述第一實施例中，在每個掃描位置所得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)都受到篩選，然后再背投到實際上被設在所關注之患者區(qū)域的二維重構區(qū)域B內。使用重構軟件使得圖像處理器60對每個方塊BK實行重構計算，所述每個方塊用作單元區(qū)域，這是通過劃分所述重構區(qū)域B而形成的。按照對于超高速緩沖存儲器的尺寸為最佳的方式一個接一個方塊BK地依序實行背面投射計算(重構計算)。超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)以增大了的速率被重復使用，并減少對存儲器中數(shù)據(jù)的存取，以縮短總的數(shù)據(jù)傳輸時間和因重構計算所浪費的時間。
如權利要求6所述，將所述數(shù)據(jù)依序投射到一個方塊BK，然后再投射到一個相鄰的方塊BK。于是，超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)以更加增大的速率被重復使用，以縮短總因斷層重構計算所浪費的時間。
如權利要求7所述，將所述數(shù)據(jù)背投到每個方塊BK中的多個背面投射點。按照這種方式，可以按最佳的順序實行重構計算。超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)被重復使用的高速率可靠地縮短了因重構計算所浪費的時間。
第一實施例的X射線層析攝影裝置通過使用上述重構軟件實行背面投射計算，產生所關注區(qū)域的二維重構圖像。于是，可以對每個用作單元區(qū)域的方塊BK實行背面投射計算(重構計算)，這就是按照對于超高速緩沖存儲器的尺寸為最佳的方式一個接一個對每一個方塊BK依序實行背面投射計算。超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)被以增大的速率重復使用，并減少對存儲器中數(shù)據(jù)的存取，以縮短總的數(shù)據(jù)傳輸時間和因重構計算所浪費的時間。因而，第一實施例的X射線層析攝影裝置可以高速實行重構計算。
<第二實施例>
以下將描述與權利要求3有關的本發(fā)明第二實施例的X射線CT裝置。除了圖像處理器60中存儲的重構軟件之外，本發(fā)明第二實施例的X射線CT裝置與前述第一實施例的裝置相同。下面將詳細敘述第二實施例中用的重構軟件。
采用前述第一實施例中的重構軟件，將重構區(qū)域B劃分成多個正方形方塊BK。而采用第二實施例中的重構軟件，這些方塊BK呈矩形，并沿背面投射的方向被拉長。
這種圖像處理器60將二維重構區(qū)域B劃分成多個矩形的方塊BK，每個矩形方塊包含2×4個背面投射點，在圖9A和9B中由各圓圈表示。圖像處理器60只對每個矩形方塊BK實行一次背面投射計算。也就是說，有如圖9A所示那樣，二維重構區(qū)域B中的一個方塊BK包含背面投射點b(x，y)、b(x+1，y)、b(x，y+1)、b(x+1，y+1)、b(x，y+2)、b(x+1，y+2)、b(x，y+3)和b(x+1，y+3)。在對這個方塊BK實行一次背面投射計算之后，就轉移到與此方塊BK相鄰的下一個方塊BK(如圖9B中所示二維重構區(qū)域B中的方塊，它包含背面投射點b(x+2，y)、b(x+3，y)、b(x+2，y+1)、b(x+3，y+1)、b(x+2，y+2)、b(x+3，y+2)、b(x+2，y+3)和b(x+3，y+3))，并在這一個方塊BK中進行一次背面投射計算。再轉移到下一個方塊BK，并對其進行背面投射計算。
圖9A中用于背面投射到方塊BK所需的數(shù)據(jù)s0到s2以實線示出，不需要的數(shù)據(jù)s3和s4以兩點鎖線示出。圖9B中用于背面投射到方塊BK所需的數(shù)據(jù)s2到s4以實線示出，不需要的數(shù)據(jù)s0和s1以兩點鎖線示出。重要的在于，通過根據(jù)圖9A和9B所示那樣關于一個方塊接一個方塊地實行重構，可以減少計算所需背面投射數(shù)據(jù)的數(shù)目。
前述第一實施例已以4個背面投射點與現(xiàn)有技術相比較。其中每個方塊BK包含8個背面投射點的第二實施例將與現(xiàn)有技術及第一實施例相比較。
現(xiàn)有技術中，8次讀取數(shù)據(jù)b，并被寫入8次，而數(shù)據(jù)s被讀取16次，其中同一數(shù)據(jù)從超高速緩沖存儲器被讀取7次。于是，所述數(shù)據(jù)存取時間由下式確定數(shù)據(jù)存取時間＝5納秒/浮點×16次+5納秒/浮點×(16次-7次)+1.25納秒/浮點×7次＝133.75納秒另一方面，在這個第二實施例中，8次讀取數(shù)據(jù)b，并被寫入8次。數(shù)據(jù)s被讀取16次，其中同一數(shù)據(jù)從超高速緩沖存儲器被讀取13次。于是，所述數(shù)據(jù)存取時間由下式確定數(shù)據(jù)存取時間＝5納秒/浮點×16次+5納秒/浮點×(16次-13次)+1.25納秒/浮點×13次＝111.25納秒從上述第二實施例和現(xiàn)有技術中數(shù)據(jù)存取時間的臨時估算結果可以理解，第二實施例實現(xiàn)其存取是現(xiàn)有技術存取的133.75/111.25＝1.2倍那樣塊。
另外，在第一實施例中的每個方塊BK包含4個背面投射點，數(shù)據(jù)存取時間是61.25納秒。每個點的數(shù)據(jù)存取時間是61.25納秒/4＝15.31納秒。而在第二實施例中，每個點的數(shù)據(jù)存取時間是111.25納秒/8＝13.91納秒。也就是為第一實施例中的15.31/13.91＝1.1倍那樣的存取。于是，第二實施例在速度方面勝過第一實施例。
如果相對于二維重構區(qū)域B始終沿著一個方向排列，第二實施例中的矩形方塊就會受到背面投射方向的影響。這就是說，在從每個掃描位置看這種方塊BK時，它的形狀將會明顯的改變。圖9A中，只以數(shù)據(jù)s0至s2對方塊BK沿y方向進行背面投射。在沿x方向進行背面投射時，由于方塊BK沿y方向比沿背面投射的方向(x方向)長，所以需要比數(shù)據(jù)s0至s2多的數(shù)據(jù)s0至s4。這將需要對存儲器進行比圖9A所示情況更多的數(shù)據(jù)存取。于是，如圖10所示那樣，會使方塊BK沿背面投射方向的取向變長。第二實施例在這一方面也與第一實施例不同，這對應于權利要求3的特征。
在圖10所示的區(qū)域C中，也即掃描位置p在Np×7/8到Np×1/8的范圍內和Np×3/8到Np×5/8的范圍內，對于“0”處的掃描位置p而言，方塊BK沿背面投射方向較長。在圖10所示的區(qū)域D中，也即掃描位置p在Np×1/8到Np×3/8的范圍內和Np×5/8到Np×7/8的范圍內，對于“Np×2/8”處的掃描位置p而言，方塊BK沿背面投射方向較長。
如圖11所示，第二實施例中的重構軟件被安排成使方塊BK的取向沿背面投射方向變長。特別是，將二維重構區(qū)域B劃分成多個包含2×4個背面投射點的矩形方塊BK，并對每個方塊BK實行背面投射計算。
在上述第二實施例中，將二維重構區(qū)域B劃分成多個沿背面投射方向伸長的矩形方塊BK。于是，與現(xiàn)有技術及前述第一實施例相比，可以更加縮短數(shù)據(jù)存取時間，以使過程加速。另外，由于對這些沿投射方向取向變長的方塊BK實行背面投射計算，各方塊不容易受背面投射方向的影響。這就是說，當從每個掃描位置看各個方塊BK時，它們的形狀無明顯變化。這就給出一個特點，使計算中所用的數(shù)據(jù)，比如s0至s2實際上是固定的，同時就使因重構計算浪費的時間得以被減少。這就是說，對于每個背面投射方向來說，以固定的速率重復使用超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)，減少了因重構計算浪費的時間。
<第三實施例>
以下將描述與權利要求4有關的本發(fā)明第三實施例X射線CT裝置。除了圖像處理器60中存儲的重構軟件之外，本發(fā)明第三實施例的X射線CT裝置與前述第一實施例的裝置相同。下面將詳細敘述第三實施例中用的重構軟件。
采用前述第一實施例中的重構軟件，關于一個掃描位置一個接一個地對方塊BK實行重構計算，然后再轉移到關于下一個掃描位置進行背面投射。采用第三實施例中的重構軟件，關于多個掃描位置(如像大多數(shù)基本示例那樣的兩個掃描位置)對一個方塊BK實行背面投射計算，再關于同樣數(shù)目的掃描位置對下一個方塊BK實行背面投射計算。在這一方面，第三實施例與第一實施例不同。
特別如圖12所示，有如第一實施例中那樣，對同一個方塊BK實行對應于兩個掃描位置的兩種背面投射操作，然后再對下一個相鄰的方塊BK實行對應于同樣兩個掃描位置的兩種背面投射操作。對其余各方塊BK類似地實行兩種背面投射操作。兩種背面投射操作包括與一個一定的掃描位置對應的“第一背面投射”和與不同的掃描位置(如與所述第一個一定掃描位置相鄰的下一個掃描位置)對應的“第二背面投射”。圖12中的參考標號s00-s04代表用于實行對與一個一定掃描位置對應的背面投射的數(shù)據(jù)，也即對于第一背面投射的數(shù)據(jù)。參考標號s10-s14代表用于實行對與所述第一個一定掃描位置相鄰的下一個掃描位置對應的背面投射的數(shù)據(jù)，也即對于第二背面投射的數(shù)據(jù)。
有如從圖12所看到的，對于圖12所示之方塊BK的背面投射計算需要用于第一背面投射的數(shù)據(jù)s00-s02(如圖12中的實線所示)，和用于第二背面投射的數(shù)據(jù)s10-s12(如圖12中的虛線所示)。兩點鎖線所示的數(shù)據(jù)s03、s04、s13和s14對于圖12所示之方塊BK并非必須的。由X射線探測元42a測得的數(shù)據(jù)s00-s02經(jīng)歷插值過程，并背投到這個方塊BK(第一背面投射中)。由X射線探測元42a測得的數(shù)據(jù)s10-s12經(jīng)歷插值過程，并背投到同一方塊BK(第二背面投射中)。
按下示方程(12)-(19)的順序實行按照第三實施例中的重構軟件的重構計算。對于第一背面投射的計算是基于方程(12)-(15)的。對于第二背面投射的計算是基于方程(16)-(19)的。
b(x，y)＝b(x，y)+(1-a00)*s00+a00*s01…(12)b(x+1，y)＝b(x+1，y)+(1-a10)*s01+a10*s02…(13)
b(x，y+1)＝b(x，y+1)+(1-a00)*s00+a00*s01…(14)b(x+1，y+1)＝b(x+1，y+1)+(1-a10)*s01+a10*s02…(15)b(x，y)＝b(x，y)+(1-a00)*s10+a00*s11…(16)b(x+1，y)＝b(x+1，y)+(1-a10)*s11+a10*s12…(17)b(x，y+1)＝b(x，y+1)+(1-a00)*s10+a00*s11…(18)b(x+1，y+1)＝b(x+1，y+1)+(1-a10)*s11+a10*s12…(19)從超高速緩沖存儲器讀取方程(13)中的數(shù)據(jù)s01、方程(14)中的數(shù)據(jù)s00和s01、方程(15)中的數(shù)據(jù)s01和s02、方程(17)中的數(shù)據(jù)s11、方程(18)中的數(shù)據(jù)s10和s11以及方程(19)中的數(shù)據(jù)s11和s12。在第一和第二實施例中，部分數(shù)據(jù)b不被超高速緩存。在第三實施例中，連續(xù)地需要數(shù)據(jù)b，并將某些數(shù)據(jù)b寫入超高速緩沖存儲器中以及從其中讀取之。方程(12)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y)、方程(13)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y)、方程(14)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y+1)、方程(15)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y+1)、方程(16)右邊的數(shù)據(jù)b(x，y)、方程(17)右邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y)、方程(18)右邊的數(shù)據(jù)b(x，y+1)和方程(19)右邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y+1)都在超高速緩沖存儲器快速存取。
方程(16)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y)、方程(17)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y)、方程(18)左邊的數(shù)據(jù)b(x，y+1)和方程(19)左邊的數(shù)據(jù)b(x+1，y+1)也都被超高速緩存。這些數(shù)據(jù)最終必須作為計算結果被寫入到存儲器中，并因此而假設這些數(shù)據(jù)不被超高速緩存。
在第三實施例的數(shù)據(jù)存取中，8次讀取數(shù)據(jù)b，其中同一數(shù)據(jù)從超高速緩沖存儲器被讀取4次。數(shù)據(jù)b被寫入8次，其中從超高速緩沖存儲器讀取的同一數(shù)據(jù)被寫入4次。數(shù)據(jù)s被讀取16次，其中同一數(shù)據(jù)從超高速緩沖存儲器被讀取10次。于是，所述數(shù)據(jù)存取時間由下式確定數(shù)據(jù)存取時間＝5納秒/浮點×(4次+4次)+1.25納秒/浮點×(4次+4次)+5納秒/浮點×(16次-10次)+1.25納秒/浮點×10次＝92.5納秒將上述轉換成每點的時間是數(shù)據(jù)存取時間＝92.5納秒/4＝23.125納秒。
將現(xiàn)有技術中對4點的兩種背面投射所取的時間轉換成每點的時間是數(shù)據(jù)存取時間＝2×68.75納秒/4＝34.375納秒。
從上述第三實施例和現(xiàn)有技術中的數(shù)據(jù)存取時間的臨時估算結果將能理解，第三實施例實現(xiàn)其存取就像現(xiàn)有技術存取的34.375/23.125＝1.5倍那樣快。
另外，第一實施例中對于每個(有4個背面投射點的)方塊BK的數(shù)據(jù)存取時間是61.25納秒。兩種背面投射的數(shù)據(jù)存取時間是61.25納秒×2＝122.5納秒。第三實施例實現(xiàn)其存取就像第一實施例存取的122.5/92.5＝1.32倍那樣快。于是，第三實施例給出優(yōu)于第一實施例的高速特點。
在上述第三實施例中，先關于多個掃描位置對一個方塊BK實行背面投射計算，再對下一個方塊BK實行同樣的背面投射計算。與現(xiàn)有技術和第一實施例相比，以更加提高的速率重復使用超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)，以縮短因重構計算所浪費的時間，實現(xiàn)高速操作。
最好按掃描位置的順序依序實現(xiàn)背面投射。不過，比如對同樣角度的每個其它掃描位置依序實行背面投射，也能達到同樣的優(yōu)點。對180°或大約180°的相對位置依序實行背面投射也能達到同樣的效果。
本發(fā)明并不限于上述各實施例，可有如下之改型(1)在前述每種實施例中，各方塊BK被成形為正方形或矩形。如權利要求2所示，各方塊可有其它多邊形的形狀，如三角形、菱形和梯形。
(2)在前述各實施例中，重構區(qū)域B被劃分成均具相同形狀之多個方塊BK。如權利要求5所示，重構區(qū)域B的中心部分與周邊部分之間的所述各方塊BK大小可以各不相同。其中比如，將重構區(qū)域B劃分成多個同樣尺寸的方塊BK，遠離X射線的聚焦位置，在數(shù)目上(粗略地)減少每個方塊BK為背面投射所需的X射線層析攝影數(shù)據(jù)(原始投射數(shù)據(jù))。于是，由于所需的超高速緩沖存儲器的大小發(fā)生變化，背面投射計算所用時間可隨所述方塊BK的位置改變。如圖13所示，可將一個扇束的二維重構區(qū)域B劃分成不同大小的方塊Bka-BKc，用于背面投射，這些方塊從周邊的朝向中心的變化，如方塊Bka的尺寸為1×1，方塊Bkb的尺寸為2×2，包含回轉中心之Bkc的尺寸為4×4。考慮回轉中心與重構區(qū)域B的中心一致，該方塊的尺寸可與離回轉中心的距離平方成反比，或者與所述距離成反比。當圖13表示不同大小的方塊時，各方塊的形狀和尺寸都可能是不同的。這將抑制因需要改變超高速緩沖存儲器的大小所致背面投射計算用時的變化，所述緩沖存儲器大小的變化是因重構區(qū)域B中各方塊之位置所發(fā)生的。于是，可使重構時間基本固定地被縮短，而與各方塊的位置無關。
(3)前述每個實施例采用“等倍重構”，其中重構點的間距等于回轉中心處探測器象素的間距(＝1/象素密度)，對應于按幾何倍率(＝從X射線管41焦點到X射線探測器42的距離/從X射線管41焦點到回轉中心的距離)分成的X射線探測器42的各X射線探測元42a的間距。與上述相反，可以采用“擴展重構”，其中通過斷層重構區(qū)域B內的點數(shù)乘以m×m，使具有n×n個背面投射點的重構區(qū)域B成為具有(m×n)×(m×n)個背面投射點的擴展斷層重構區(qū)域BB。圖14是表示具有2n×2n個背面投射點的擴展重構區(qū)域BB的舉例示意圖，這是由具有n×n個背面投射點的重構區(qū)域B乘以2×2形成的。如圖14所示，陰影線的圓圈表示原來的背面投射點，即上述重構區(qū)域B中的n×n個背面投射點。虛線圓圈表示附加的背面投射點，以形成擴展重構區(qū)域BB。兩點鎖線中圍成的區(qū)域是一個單元方塊BK。雖然單元方塊BK中的背面投射點數(shù)從4點增加到16點，但投射數(shù)據(jù)s保持一樣，只有數(shù)據(jù)s0-s2被用于背面投射。于是，保持較高的超高速緩存效率，實現(xiàn)高速重構計算。這指明了權利要求9的正確性。
(4)前述每個實施例中，在篩選過程之后，使X射線層析攝影數(shù)據(jù)被插值，用以實現(xiàn)背投到重構區(qū)域B中的各方塊BK的背面投射計算。如權利要求8所示，可以實行將篩選過程之后的X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到各方塊BK而沒有插值的背面投射計算。在這種情況下，無需讀取插值數(shù)據(jù)，而可以省略插值計算，實現(xiàn)高速處理。另外，可將重構區(qū)域劃分成多個增大尺寸的方塊，對應于所讀取數(shù)據(jù)量的減少，實現(xiàn)高速重構計算。
(5)在前述各實施例中，圖像拾取臺40包括X射線管41，用于以扇形X射線束照射物體或患者M，還包括一維X射線探測器42。圖像拾取臺40可以包括用于以扇形X射線束照射物體或患者M的X射線管41，還包括變化了的二維區(qū)域探測器，如可與X射線管41同步轉動的圖像增強器或平板形X射線探測器。重構軟件可以適用于將在每個掃描位置得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)(二維X射線傳輸數(shù)據(jù))背投到三維重構區(qū)域，該區(qū)域實際上設在被X射線層析攝影物體M的所關注區(qū)域?？蓪⑺鋈S重構區(qū)域劃分成多個單元區(qū)域(三維方塊)，并對每個單元區(qū)域實行背面投射計算，實現(xiàn)快速三維圖像重構。理由與二維圖像重構有關的每個實施例都是相同的。所述各三維方塊可有立方體、直平行六面體、三角錐體、圓錐體或其它立體形狀。按照這種方式，可以高速實行背面投射計算(三維重構計算)，用以將數(shù)據(jù)背投到三維重構區(qū)域。
(6)在前述每個實施例中，讀取、計算并寫入一個方塊BK的一個背面投射數(shù)據(jù)，然后再同樣地讀取、計算并寫入同一方塊BK的下一個背面投射數(shù)據(jù)。代之以在一個方塊接一個方塊的基礎上，可以全部讀取每個方塊的所有背面投射數(shù)據(jù)(讀取步驟)，然后可以全部計算這些數(shù)據(jù)(計算步驟)，之后再全部寫入這些被計算的數(shù)據(jù)(寫入步驟)。這一過程給出與前述各實施例同樣的效果。
(7)可將前述各實施例中的重構軟件和X射線層析攝影裝置應用于醫(yī)用CT裝置，用于處理人體患者M，或者將X射線層析攝影裝置用于使X射線管和X射線探測器同步地掃描物體M(即沿直線平行移動)，以將物體M的給定點恒定地投射到X射線探測器上的預定點。還可將所述重構軟件和X射線層析攝影裝置應用于無損探傷設備，用以檢查印刷電路及各種其它電子器件。
(8)在前述各實施例中，X射線管以X射線輻照物體M。本發(fā)明并不限于使用X射線。為得到同樣的效果，還可以使用穿透物體M的電磁波，如γ-射線、光和電子束。因此，本發(fā)明的X射線層析攝影裝置就不僅限于X射線的層析攝影，而還可應用于使用除X射線以外的多種電磁波進行射線層析攝影的多種射線層析攝影設備，以檢查物體M。
(9)在前述各實施例中，使通過篩選每個掃描位置所得之X射線層析攝影數(shù)據(jù)過程得到的數(shù)據(jù)經(jīng)歷背面投射計算，用以背投到斷層重構區(qū)域。還可將本發(fā)明應用于背面投射計算，用以把在每個掃描位置得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到重構區(qū)域，而無需篩選所述數(shù)據(jù)。
(10)在前述各實施例中，由X射線層析攝影數(shù)據(jù)遍及圍繞物體的主體軸線的整個360°重構圖像。一般地說，本發(fā)明被應用于背面投射，包括以X射線層析攝影數(shù)據(jù)為基礎的小于360°的重構。
(11)可將有如權利要求1-18任一項所述的重構軟件記錄在能夠由計算機讀取的記錄介質上(各種記錄介質，如磁盤和磁光盤)。通過把所述軟件從這樣的記錄介質安裝到計算機的運算處理單元，所述處理單元就能夠高速進行重構計算。因而，就可給具有高速特點之重構軟件以提高了的自由度。
可以按其它多種特定的形式具體實施本發(fā)明，而不致偏離本發(fā)明的精髓和特有的特點，相應地，除前述說明外，應參照所附各權利要求指明本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種重構軟件，用于實行背面投射計算，以將在每個掃描位置得到的物體X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到重構區(qū)域，所述軟件包括如下步驟對通過劃分所述重構區(qū)域形成的每個單元區(qū)域進行所要實行的背面投射計算，用以將在每個掃描位置得到的所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)，或通過篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)產生的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域；通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透所述物體之電磁波照射所述物體，所述探測器探測透過所述物體的電磁波。
2.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，所述每個單元區(qū)域具有正方形、矩形、三角形、菱形、梯形或其它多邊形，這時所述重構區(qū)域是二維的；也可具有立方體、直平行六面體、三角錐體、圓錐體或其它立體形狀或其它立體形狀，這時所述重構區(qū)域是三維的。
3.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，所述每個單元區(qū)域的取向變化成為沿背面投射的方向被拉長。
4.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，關于與所有掃描位置中間的多個掃描位置，依序對每個單元區(qū)域實行背面投射計算。
5.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，在所述重構區(qū)域的中心部分與周邊部分之間所述各單元區(qū)域的尺寸不同。
6.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，先將所述數(shù)據(jù)依序背投到一個單元區(qū)域，然后再投射到一個相鄰的單元區(qū)域。
7.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，將所述數(shù)據(jù)背投到所述單元區(qū)域中的多個背面投射點，先投射到一個背面投射點，然后再投射到一個相鄰的背面投射點。
8.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，將篩選過程之后的所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到所述各單元區(qū)域，而沒有插值。
9.如權利要求1所述的重構軟件，其特征在于，所述重構區(qū)域是擴展重構區(qū)域，它被劃分成在回轉中心處的象素密度高于探測器的象素密度。
10.如權利要求2所述的重構軟件，其特征在于，在所述重構區(qū)域的中心部分與周邊部分之間所述各單元區(qū)域的尺寸不同。
11.如權利要求2所述的重構軟件，其特征在于，先將所述數(shù)據(jù)依序背投到一個單元區(qū)域，然后再投射到一個相鄰的單元區(qū)域。
12.如權利要求2所述的重構軟件，其特征在于，將所述數(shù)據(jù)背投到所述單元區(qū)域中的多個背面投射點，先投射到一個背面投射點，然后再投射到一個相鄰的背面投射點。
13.如權利要求3所述的重構軟件，其特征在于，在所述重構區(qū)域的中心部分與周邊部分之間所述各單元區(qū)域的尺寸不同。
14.如權利要求3所述的重構軟件，其特征在于，先將所述數(shù)據(jù)依序背投到一個單元區(qū)域，然后再投射到一個相鄰的單元區(qū)域。
15.如權利要求3所述的重構軟件，其特征在于，將所述數(shù)據(jù)背投到所述單元區(qū)域中的多個背面投射點，先投射到一個背面投射點，然后再投射到一個相鄰的背面投射點。
16.如權利要求4所述的重構軟件，其特征在于，在所述重構區(qū)域的中心部分與周邊部分之間所述各單元區(qū)域的尺寸不同。
17.如權利要求4所述的重構軟件，其特征在于，先將所述數(shù)據(jù)依序背投到一個單元區(qū)域，然后再投射到一個相鄰的單元區(qū)域。
18.一種重構方法，用于實行背面投射計算，以將在每個掃描位置得到的物體X射線層析攝影數(shù)據(jù)背投到重構區(qū)域，所述方法包括如下步驟對通過劃分所述重構區(qū)域形成的每個單元區(qū)域進行所要實行的背面投射計算，用以將在每個掃描位置得到的所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)，或通過篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)產生的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域；通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透所述物體之電磁波照射所述物體，所述探測器探測透過所述物體的電磁波。
19.一種X射線層析攝影裝置，用以通過使用重構軟件進行背面投射計算產生所關注區(qū)域的二維或三維重構圖像，其特征在于所述重構軟件包括對通過劃分所述重構區(qū)域形成的每單元區(qū)域進行所要實行的背面投射計算的步驟，以便將每個掃描位置所得到的所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)或由篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域；通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透所述物體之電磁波照射所述物體，所述探測器探測透過所述物體的電磁波。
20.一種記錄斷層重構軟件并可為計算機讀取的存儲介質，其特征在于所述重構軟件包括如下步驟對通過劃分所述重構區(qū)域所形成的每單元區(qū)域產生所要實行的背面投射計算，以便將每個掃描位置所得到的X射線層析攝影數(shù)據(jù)或由篩選所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)背投到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域；通過使關于物體彼此相對布置的放射源和探測器同步地掃描該物體，或者與物體的轉動同步地掃描該物體，得到所述X射線層析攝影數(shù)據(jù)；所述放射源以能夠穿透物體之電磁波照射該物體，所述探測器探測透過該物體的電磁波。
全文摘要
X射線管(X射線焦點)和X射線探測器在物體兩側彼此相對，同步地掃描所述物體，得到每個掃描位置的X射線層析攝影數(shù)據(jù)。將X射線層析攝影數(shù)據(jù)或從篩選過程得到的數(shù)據(jù)背面投射到二維或三維重構區(qū)域，所述重構區(qū)域實際上設在所關注的物體區(qū)域。一種重構軟件被用于使計算機對由劃分所述重構區(qū)域形成的每個單元區(qū)域(方塊)實行重構計算。按照對于超高速緩沖存儲器的尺寸為最佳的方式一個接一個單元區(qū)域(方塊)地依序實行重構計算。以增大了的速率重復使用重超高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)，減少將數(shù)據(jù)在存儲器中的存取，以縮短因重構計算浪費的時間。
文檔編號G06T11/00GK1397255SQ0214105
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月12日 優(yōu)先權日2001年7月13日
發(fā)明者浮田昌昭 申請人:株式會社島津制作所