專利名稱：斷層成像設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斷層成像設(shè)備及其方法，其根據(jù)投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生對象的高精確斷層成像圖像，其中投影數(shù)據(jù)是從以相對于對象沿圓周旋轉(zhuǎn)方向和身體軸方向可移動的方式構(gòu)成的放射性射線源和放射性射線檢測器所獲得的。
背景技術(shù)：
近年來，出現(xiàn)了一種多檢測器行計算機斷層成像(下面稱為MDCT)，其中，多個檢測器行沿圓周旋轉(zhuǎn)軸方向排列。與單個檢測器行計算機斷層成像(下面稱為SDCT)相比，由于MDCT通過沿圓周旋轉(zhuǎn)軸方向排列多個檢測器單元行而在較廣寬度上具有檢測器，所以可以同時覆蓋較廣的成像區(qū)域。此外，利用MDCT，當(dāng)對象以更高速率相對移動時，縮短了掃描時間，從而可以減少由于例如呼吸之類的身體運動而引起的假象，并且可以顯著地提高沿圓周旋轉(zhuǎn)軸方向的分辨率。圖1是SDCT和MDCT之間的基本組成差別的圖。如圖1(A)所示，針對單個X射線源10，SDCT具有在單行中的X射線檢測器11，并且如圖1(B)所示，針對單個X射線源10，MDCT具有在多行(在附圖中為8行)中的X射線檢測器12。
在MDCT的情況下，因為每一個X射線檢測器行相對于圓周旋轉(zhuǎn)軸方向位于不同的傾斜角中，所以用于指定投影數(shù)據(jù)的參數(shù)(例如通道、行和傾斜角)增加，并且其成像重構(gòu)方法復(fù)雜并且多樣化。在這種情況下，提出了多種圖像重構(gòu)算法，例如當(dāng)要求更高的精確度時作為重構(gòu)算法的3維Radon變換方法和3維背投影(back projection)方法(3維重構(gòu)方法)，并且所述算法包括要求高速計算的MDCT所用的針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法(2維重構(gòu)方法)，該方法是通過改進SDCT所用的針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法而設(shè)計出的。
在這些圖像重構(gòu)方法中，在作為2維圖像重構(gòu)方法的針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法中，每個斷層成像圖像的重構(gòu)時間較短，從幾秒到幾十秒。在實際設(shè)備中，當(dāng)使用例如DSP板和ASIC之類的專用硬件時，每個斷層成像圖像可以在大約0.2～0.5秒的時間內(nèi)重構(gòu)圖像。此外，用于產(chǎn)生與多行檢測器中一行檢測器相等價的投影數(shù)據(jù)并且用于執(zhí)行2維背投影所需的存儲量與在SDCT中所需的存儲量幾乎相同，并且在考慮到成本時完全令人滿意。因此，在具有例如2行和4行的檢測器行的MDCT中，通常采用改進的2維重構(gòu)方法。
然而，因為針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法使用忽略X射線沿圓周旋轉(zhuǎn)方向的波束傾斜(錐角)的算法，由于錐角的影響，嚴重地劣化了具有多于16行檢測器的MDCT的圖像質(zhì)量，這降低了斷層成像設(shè)備的診斷精確度。為此，針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法的應(yīng)用局限于錐角的影響相對較小的具有大約2～8行檢測器的MDCT。
近年來，由于檢測器的行數(shù)增加，開始廣泛地研究具有較廣錐角的MDCT用的高精確度圖像重構(gòu)方法。其中，盡管3維Radon變換方法是一種精確的圖像重構(gòu)方法，但是獲得一個斷層(slice)圖像需要例如從幾十分鐘到幾小時的極長計算時間，這阻止了它的實際應(yīng)用。
另一方面，盡管3維背投影方法是一種近似圖像重構(gòu)方法，然而，它是一種考慮了錐角的相對高精確度的圖像重構(gòu)方法，其對一個斷層圖像的計算時間是大約幾分鐘到幾十分鐘，并且當(dāng)使用專用硬件時，將進一步縮短計算時間，因此，該方法執(zhí)行相對高速的計算并且是實用的。為此，正在開發(fā)實施3維背投影方法的MDCT。
采用正確地考慮錐角的高精確度3維背投影方法的圖像重構(gòu)方法的問題之一是當(dāng)執(zhí)行圖像重構(gòu)計算時，與傳統(tǒng)SDCT所用的2維背投影方法相比，顯著地增加了所需的存儲量。即，在其中的背投影計算單元中，從硬盤中讀取背投影所需的數(shù)據(jù)(投影數(shù)據(jù))，將其存儲在高速存儲器(例如高速緩沖存儲器)中，并且利用高速存儲器中的數(shù)據(jù)來執(zhí)行背投影處理。在該示例中，當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)量較大時，一部分數(shù)據(jù)被存儲在低速大容量存儲器(例如DRAM)中，并且當(dāng)在高速存儲器中不存在計算所需的數(shù)據(jù)時，從低速存儲器中連續(xù)地讀取數(shù)據(jù)，更新高速存儲器中的數(shù)據(jù)，并且在更新之后，執(zhí)行處理。因為高速存儲器通常較昂貴，所以與廉價的低速存儲器相比，高速存儲器的容量大部分都較小。
現(xiàn)在，討論背投影處理所需的存儲量(要處理的數(shù)據(jù)量)。在使用2維背投影方法的針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法中，通過插值法，從多個數(shù)據(jù)中產(chǎn)生一個檢測器行的螺旋校正投影數(shù)據(jù)。因為針對各個檢查執(zhí)行了背投影處理，所以所需的存儲量(要處理的數(shù)據(jù)量)是一次檢查的存儲量。即，一次(一次檢查)背投影所需的存儲量是一行所需的存儲量×通道數(shù)目所需的存儲量。例如，當(dāng)假設(shè)通道數(shù)目是1000[ch]時，所需存儲量是大約2[千字節(jié)](＝1000[ch]×1[行]×2[字節(jié)])。另一方面，在3維Radon變換方法和3維背投影方法中，因為必須按照它們原來的樣子來處理來自多行的檢測器數(shù)據(jù)，所以一次(一次檢查)背投影處理所需的存儲量與檢測器行數(shù)成正比地增加。例如，在具有128行檢測器的MDCT的情況下，針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法所需的存儲量是128倍，大約256[千字節(jié)]。
如上所述，因為所需存儲量(要處理的數(shù)據(jù)量)增加并且不能夠?qū)?shù)據(jù)存儲在處理單元中的高速存儲器中，所以需要存儲交換，使得暫時地將要處理的數(shù)據(jù)存儲在處理單元外部連接的低速存儲器中，并且在根據(jù)需要連續(xù)地替換數(shù)據(jù)的同時，執(zhí)行處理。在這種情況下，處理速度取決于高速存儲器和低速存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸速度，并且不可能獲得比數(shù)據(jù)傳輸速度更快的處理速度，這導(dǎo)致處理時間的延長。此外，即使在準備了專用硬件時，會導(dǎo)致取決于數(shù)據(jù)傳輸速度的類似延長。從以上可以理解，為了獲得比數(shù)據(jù)傳輸速度更快的處理速度，必須增加昂貴的高速存儲器的容量，然而，這顯著地增加了成本，并且不是所希望的。
與傳統(tǒng)SDCT所用的2維背投影方法相比，采用正確處理錐角的高精確3維背投影方法的圖像重構(gòu)方法的另一個問題是增加了處理時間。在例如SDCT和具有4個檢測器行的MDCT所用的2維背投影方法中，因為通過使用單個檢測器行的虛擬圓軌道上的掃描數(shù)據(jù)來執(zhí)行背投影，其中所述掃描數(shù)據(jù)是通過加權(quán)來螺旋校正螺旋軌道上的掃描數(shù)據(jù)而獲得的，所以沿行方向的檢測器地址計算不是必要的。另一方面，在3維背投影方法中，為了訪問多行中的檢測器數(shù)據(jù)，需要根據(jù)例如以下方程、通過復(fù)雜計算，來計算沿通道方向和沿行方向的檢測器地址(尋址)。此外，應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的3維背投影方法的尋址處理方程不局限于以下方程(1)～(6)，而可以應(yīng)用多種處理方程。
t1(x1，y1，φ)＝x1·cosφ+y1·sinφ...(1)v1(x1,y1,z1,φ)=(z1-zs(x1,y1,φ))·SIDL(x1,y1,φ)---(2)]]>zs(x1,y1,φ)=T·[φ+arcsin{t1(x1,y1,φ)SOD}]2π+zso---(3)]]>L(x1，y1，φ)＝D(x1，y1，φ)+w1(x1，y1，φ)...(4)D(x1,y1,φ)=SOD2-t12---(5)]]>w1(x1，y1，φ)＝-x1·sinφ+y1·cosφ ...(6)此處，x1、y1、z1示出了在圖像重構(gòu)區(qū)域內(nèi)voxsel 1的坐標位置，φ示出了平行波束的圓周旋轉(zhuǎn)位置，w、t、v是檢測器的坐標軸，其中，w代表沿平行波束的前進方向的軸，t代表沿與前進方向垂直的方向(平行波束的通道方向)的軸，v代表沿圓周旋轉(zhuǎn)軸方向的檢測器的軸，w1、t1、v1代表當(dāng)φ相位的平行波束通過坐標位置(x1，y1)時在w、t、v軸上的坐標位置。SID代表放射性射線源和檢測器之間的距離，SOD代表放射性射線源和旋轉(zhuǎn)中心之間的距離。zs代表放射性射線源沿z軸方向的位置，zs0代表當(dāng)放射性射線源的圓周旋轉(zhuǎn)相位為零時的位置zs。
圖2是用于解釋SDCT中圖像重構(gòu)方法的一般概念的圖。圖3是用于解釋MDCT中圖像重構(gòu)方法的一般概念的圖。在利用如圖3所示的MDCT的圖像重構(gòu)方法進行計算時，重構(gòu)圖像30沿x和y方向的地址沿通道方向線性地改變，并且沿行方向非線性地改變。另一方面，在利用如圖2所示的SDCT的圖像重構(gòu)方法進行計算時，響應(yīng)于重構(gòu)圖像20沿x和y方向的線性地址改變，相應(yīng)的檢測器地址沿通道方向線性地改變。從以上可見，3維背投影方法表現(xiàn)出如下缺點由于2維尋址和復(fù)雜尋址，背投影計算所需的數(shù)據(jù)處理顯著延遲。具體地，在3維背投影方法中沿行方向的尋址需要使用極其復(fù)雜的非線性函數(shù)，并且難以通過修改函數(shù)來簡化，而這是數(shù)據(jù)處理延遲的主要原因。
例如，在JP-A-2003-24326中公開了考慮解決這種問題的斷層成像設(shè)備，其中，針對通過劃分斷層成像圖像重構(gòu)區(qū)域而形成的每個劃分區(qū)域，由計算機執(zhí)行背投影計算(斷層成像圖像重構(gòu)計算)，用于對在對象的感興趣區(qū)域上虛擬地設(shè)置的2維或3維斷層成像圖像重構(gòu)區(qū)域執(zhí)行背投影，從而可以依次針對考慮到高速緩沖存儲器大小而確定的每個最佳區(qū)域(劃分區(qū)域)來執(zhí)行斷層成像圖像重構(gòu)計算，結(jié)果，增加了高速緩沖存儲器中數(shù)據(jù)再用速率，減少了對存儲器的訪問次數(shù)，縮短了斷層成像圖像重構(gòu)的總數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時間，并且縮短了斷層成像圖像重構(gòu)計算時間。
然而，如在JP-A-2003-24326中所公開的，為了對高速緩沖存儲器中存儲的劃分斷層成像圖像重構(gòu)區(qū)域執(zhí)行背投影，要將該區(qū)域的所有背投影數(shù)據(jù)存儲在高速緩沖存儲器中，這增加了高速存儲器的量，并且就設(shè)備成本而言不是優(yōu)選的。此外，在檢測器行數(shù)急劇增加的MDCT的情況下，要處理的數(shù)據(jù)量變得極大，這引起高速存儲器量的顯著增加，并且阻止了處理成本減少和高速處理。
本發(fā)明的目的是提供一種斷層成像設(shè)備及其方法，抑制高速存儲器的容量增長，避免處理成本的顯著增加，并且可以以高速產(chǎn)生高質(zhì)量的斷層成像圖像。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備利用2維排列的檢測裝置來檢測穿過對象的穿透光，并且根據(jù)檢測的投影數(shù)據(jù)來產(chǎn)生對象感興趣區(qū)域的3維斷層成像圖像，這種斷層成像設(shè)備的一個特征是提供處理裝置，該處理裝置將對象的圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為多個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域，從檢測裝置所檢測的投影數(shù)據(jù)中提取背投影到圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域上所需的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，并且利用提取的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，針對每個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域來執(zhí)行3維背投影計算處理。
根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備按照減少背投影處理所需的高速存儲器量的方式來構(gòu)成，其中，將圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為多個小區(qū)域(圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域)，針對每個劃分的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域，從成像所獲得的投影數(shù)據(jù)中提取背投影計算處理所需的最小投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，并且利用提取的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的數(shù)據(jù)，針對小區(qū)域的每個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域，執(zhí)行背投影計算處理。
此外，為了使高速存儲器的容量利用率最大化，優(yōu)選地根據(jù)在圖像重構(gòu)處理期間可以使用的高速存儲器容量來確定沿檢查方向的投影數(shù)據(jù)的大小。此外，為了降低圖像重構(gòu)處理的復(fù)雜度，優(yōu)選地在將圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為圖像數(shù)據(jù)分段時，將其劃分為相同大小的小分段。此外，為了減少同時進行數(shù)據(jù)處理所需的存儲器量，優(yōu)選地將沿檢查方向的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的大小確定為單次檢查的大小。
根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備的另一個特征在于在具有上述特征的斷層成像設(shè)備中，處理裝置通過基于圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域中檢測裝置的多個代表性地址的插值處理，近似地計算要背投影的投影數(shù)據(jù)的地址。換句話說，在針對每個圖像數(shù)據(jù)分段的背投影處理中，通過利用圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域上的檢測裝置的多個有限代表性地址進行插值，計算提取的投影數(shù)據(jù)分段上的檢測裝置的地址。從而，可以以高速執(zhí)行背投影處理中檢測裝置的地址計算。


圖1是用于解釋SDCT和MDCT之間基本組成差別的圖；圖2是用于解釋SDCT中的背投影圖像重構(gòu)方法的一般概念的圖；圖3是用于解釋MDCT中的背投影圖像重構(gòu)方法的一般概念的圖；圖4是示出了表示根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備實施例的MDCT的整體組成的圖；圖5是用于解釋在根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備中劃分圖像重構(gòu)區(qū)域的示例的圖；圖6是用于解釋與通過劃分圖像重構(gòu)區(qū)域而構(gòu)成的圖像數(shù)據(jù)分段相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段裁剪的圖；圖7是示出了與圖像數(shù)據(jù)分段相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段的裁剪處理流程的圖；以及圖8是用于解釋在圖7的步驟S 86處的插值處理的一般概念的圖。
具體實施例方式
下面，參考附圖來詳細解釋根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備的實施例。圖4是示出了表示根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備實施例的MDCT的整體組成的圖。MDCT的掃描方法是一種旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)方法(第三代)，并且當(dāng)大致劃分時，MDCT由掃描儀40、操作單元50和用于在其上安放對象的同時移動對象的床60組成。
掃描儀40包括例如中央控制設(shè)備400、X射線控制設(shè)備401、高電壓生成設(shè)備402、高電壓切換單元403、X射線生成設(shè)備404、X射線檢測器405、前置放大器406、掃描儀控制設(shè)備407、掃描儀驅(qū)動設(shè)備408、準直儀控制設(shè)備409、床控制設(shè)備410和床移動測量設(shè)備411。操作單元50包括輸入-輸出設(shè)備51，包括例如顯示設(shè)備、輸入設(shè)備和存儲設(shè)備；以及計算設(shè)備52，包括例如圖像重構(gòu)計算設(shè)備和圖像處理設(shè)備。輸入設(shè)備包括例如鼠標和鍵盤，并且用于例如測量床移動速度信息和圖像重構(gòu)位置，并且用于輸入圖像重構(gòu)的參數(shù)，存儲設(shè)備用于存儲這些信息，并且顯示設(shè)備用于顯示這些信息以及例如重構(gòu)圖像之類的多種數(shù)據(jù)。圖像重構(gòu)計算設(shè)備用于處理從多行檢測器獲得的投影數(shù)據(jù)，并且圖像處理設(shè)備用于對重構(gòu)圖像應(yīng)用多種處理并且用于顯示重構(gòu)圖像。
中央控制設(shè)備400根據(jù)從操作單元50中的輸入設(shè)備輸入的關(guān)于例如掃描條件(例如床移動速度、X射線管電流、X射線管電壓和斷層位置)和重構(gòu)參數(shù)(例如感興趣區(qū)域、重構(gòu)圖像大小、背投影相位寬度和重構(gòu)濾波器函數(shù))的命令，將成像所需的控制信號傳輸?shù)絏射線控制設(shè)備401、床控制設(shè)備410和掃描儀控制設(shè)備407，并且在接收到成像開始信號時開始成像操作。當(dāng)成像操作開始時，將控制信號從X射線控制設(shè)備401發(fā)送到高電壓生成設(shè)備402，高電壓經(jīng)過高電壓切換單元403被施加到X射線生成設(shè)備404，從X射線生成設(shè)備404發(fā)出的X射線照射到對象，并且穿透射線入射到X射線檢測器405中。同時，從掃描儀控制設(shè)備407將控制信號發(fā)送到掃描儀驅(qū)動設(shè)備408，并且控制X射線生成設(shè)備404、X射線檢測器405和前置放大器406，以便繞對象圓周旋轉(zhuǎn)。
從X射線生成設(shè)備404發(fā)出的X射線由準直儀控制設(shè)備409所控制的準直儀412來控制其照射面積，被對象內(nèi)的各個組織吸收(衰減)，穿過對象并且由X射線檢測器405檢測到。在X射線檢測器405中將其檢測到的X射線轉(zhuǎn)換為電流，并且由前置放大器406放大，然后作為投影數(shù)據(jù)信號輸入到操作單元50中的計算設(shè)備52中。輸入到計算設(shè)備52的投影數(shù)據(jù)信號在計算設(shè)備52中的圖像重構(gòu)計算設(shè)備處進行圖像重構(gòu)處理。重構(gòu)的圖像被存儲在輸入-輸出設(shè)備51中的存儲設(shè)備中，并且作為CT圖像被顯示在輸入-輸出設(shè)備51中的顯示設(shè)備上。
如圖1所示，與單行檢測器類型的CT不同，在多行檢測器類型的CT中，因為檢測器單元沿圓周旋轉(zhuǎn)軸方向排列在多行中，整體上，實現(xiàn)了比單行檢測器類型CT具有更寬寬度的檢測器。此外，在單行檢測器CT中，X射線波束與圓周旋轉(zhuǎn)軸垂直相交，另一方面，在多行檢測器類型的CT中，隨著波束遠離檢測器行的中平面(中間行)，X射線波束表現(xiàn)出相對圓周旋轉(zhuǎn)軸的傾斜角(錐角)。
圖5是用于解釋在根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備中劃分圖像重構(gòu)區(qū)域的示例的圖。在本實施例中，通過存儲在中央控制設(shè)備400中的程序，3維圖像重構(gòu)區(qū)域被劃分為P＝M×N×L塊圖像數(shù)據(jù)分段61～6p。當(dāng)要重構(gòu)的圖像矩陣是512×512×512時，在假設(shè)沿x軸方向的劃分數(shù)目是M、沿y軸方向的劃分數(shù)目是N并且沿z軸方向的劃分數(shù)目是L時，如下確定劃分數(shù)目M＝2m，m是大于0的整數(shù)N＝2n，n是大于0的整數(shù)L＝2l，l是大于0的整數(shù)通過如上確定劃分數(shù)目，圖像重構(gòu)區(qū)域可以分別沿x、y和z方向被劃分為相等的整數(shù)單位大小，從而在整個圖像數(shù)據(jù)分段61～6p中，可以共享用于訪問圖像數(shù)據(jù)分段61～6p內(nèi)的各個象素的處理循環(huán)，這減少了處理復(fù)雜度。
圖6是用于解釋與通過劃分圖像重構(gòu)區(qū)域而組成的圖像數(shù)據(jù)分段相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段裁剪(cut out)的圖。在根據(jù)本發(fā)明實施例的背投影處理中，首先，通過計算設(shè)備52中圖像重構(gòu)計算設(shè)備中的程序，將輸入到計算設(shè)備52中的投影數(shù)據(jù)劃分并提取為較小大小的投影數(shù)據(jù)分段71～73，投影數(shù)據(jù)分段71～73是重構(gòu)相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)分段61～63所需的，并且被讀入且存儲到高速存儲器中。然后，通過在計算設(shè)備52中的圖像重構(gòu)計算設(shè)備中存儲的另一個程序，根據(jù)存儲在高速存儲器中的投影數(shù)據(jù)分段71～73，執(zhí)行背投影處理。此外，在本實施例中，為了簡化，以矩形提取投影數(shù)據(jù)區(qū)域，可以以例如菱形和平行四邊形之類的多邊形形式提取區(qū)域。
圖7是示出了與圖像數(shù)據(jù)分段相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段的裁剪處理流程的圖。在步驟S81處，在calc_address()中，通過在計算設(shè)備52中的圖像重構(gòu)計算設(shè)備中存儲的程序，計算與2維圖像數(shù)據(jù)分段61的頂角處的四個點(p(x1，y1)，p(x2，y2)，p(x3，y3)，p(x4，y4))相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段71的各個檢測器地址(rw1，ch1)、(rw2，ch2)、(rw3，ch3)、(rw4，ch4)(關(guān)于通過頂角處四個點的X射線的檢測器的地址)。此外，在3維圖像數(shù)據(jù)分段的情況下，計算與在頂角處的八個點(p(x1，y1，z1)，p(x2，y2，z2)，...p(x8，y8，z8))相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段的各個檢測器地址(rw1，ch1)、...(rw8，ch8)。對于上述計算，可以使用上述方程(1)～(6)。
在步驟S82處，在calc_maxmin4()中，計算在步驟S 81處所計算的四個檢測器地址中的相應(yīng)最大值和最小值(max_rw，max_ch，min_rw，min_ch)。這些值可以通過簡單地比較檢測器地址(rw1，ch1)、(rw2，ch2)、(rw3，ch3)、(rw4，ch4)...的值來計算。
在步驟S83處，在calc_cut_size()中，根據(jù)在步驟S82中計算的檢測器地址，來計算如圖6所示的投影數(shù)據(jù)分段71沿行方向和沿通道方向的大小(rw_size，ch_size)。這些大小可以通過將步驟S82處計算的檢測器地址的最大值和最小值(max_rw，max_ch，min_rw，min_ch)代入以下方程來計算rw_size＝max_rw-min_rwch_size＝max_ch-min_ch在步驟S 84處，在calc_base_address()中，計算如圖6所示的與投影數(shù)據(jù)分段71的投影數(shù)據(jù)相關(guān)的基準地址(rw_base，ch_base)。該地址可以通過將步驟S82處計算的檢測器地址的最大值和最小值(max_rw，max_ch，min_rw，min_ch)代入以下方程來計算rw_base＝min_rwch_base＝min_ch在步驟S 85處，在cut_data()中，根據(jù)投影數(shù)據(jù)分段71的大小(rw_size，ch_size)和基準地址(rw_base，ch_base)，從投影數(shù)據(jù)中提取投影數(shù)據(jù)分段71。在本實施例中，盡管在步驟S83處計算了投影數(shù)據(jù)分段的大小，可以使用足以存儲投影數(shù)據(jù)分段的預(yù)定固定大小。
在步驟S86處，在cal_interpolation_data()中，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)分段61中多個有限而不是所有的檢測器地址，來計算圖像數(shù)據(jù)分段中重構(gòu)點處的檢測器地址。圖8是用于解釋在步驟S86處的插值處理的一般概念的圖。如圖8所示，通過利用計算設(shè)備52中圖像重構(gòu)計算設(shè)備中存儲的程序進行的線性插值處理，根據(jù)與矩形的劃分圖像數(shù)據(jù)分段61的四個頂點p(x1，y1)、p(x2，y2)、p(x3，y3)、p(x4，y4)相對應(yīng)的檢測器地址，計算重構(gòu)象素點p(x5，y5)的檢測器地址。具體地，當(dāng)假設(shè)與四個頂點p(x1，y1)、p(x2，y2)、p(x3，y3)、p(x4，y4)相對應(yīng)的檢測器地址為(rw1，ch1)、(rw2，ch2)、(rw3，ch3)、(rw4，ch4)，則在將各個插值系數(shù)與坐標值相乘并將其相加的同時，如下確定重構(gòu)點的檢測器地址(rw5，ch5)rw5＝coeff1*rw1+coeff2*rw2+coeff3*rw3+coeff4*rw4ch5＝coeff1*ch1+coeff2*ch2+coeff3*ch3+coeff4*ch4其中，coeff1、coeff2、coeff3、coeff4是插值系數(shù)，并且在Lagrange插值的情況下，如下來確定這些插值系數(shù)coeff1＝((x5-x2)*(x5-x3)*(x5-x4))/((x1-x2)*(x1-x3)*(x1-x4))*
((y5-y2)*(y5-y3)*(y5-y4))/((y1-y2)*(y1-y3)*(y1-y4))coeff2＝((x5-x1)*(x5-x3)*(x5-x4))/((x2-x1)*(x2-x3)*(x2-x4))*((y5-y1)*(y5-y3)*(y5-y4))/((y2-y1)*(y2-y3)*(y2-y4))coeff3＝((x5-x1)*(x5-x2)*(x5-x4))/((x3-x1)*(x3-x2)*(x3-x4))*((y5-y1)*(y5-y2)*(y5-y4))/((y3-y1)*(y3-y2)*(y3-y4))coeff4＝((x5-x1)*(x5-x2)*(x5-x3))/((x4-x1)*(x4-x2)*(x4-x3))*((y5-y1)*(y5-y2)*(y5-y3))/((y4-y1)*(y4-y2)*(y4-y3))在本實施例中，盡管使用了四個頂點，本發(fā)明不局限于此。此外，可以使用根據(jù)上下左右的點而確定的六點插值。此外，可以執(zhí)行通過插值的這種檢測器地址計算，僅用于確定計算復(fù)雜的行位置。在完成步驟S86處的圖像數(shù)據(jù)分段61中重構(gòu)點的檢測器地址計算之后，針對隨后的圖像數(shù)據(jù)分段62和投影數(shù)據(jù)分段72來執(zhí)行類似的處理。此時，由于可以共享圖像數(shù)據(jù)分段61的兩個點p(x2，y2)、p(x3，y3)和投影數(shù)據(jù)分段71的檢測器地址(rw2，ch2)、(rw3，ch3)，可以降低處理復(fù)雜度和存儲器容量增加。以上為了簡化解釋，主要參考2維圖像數(shù)據(jù)解釋了插值處理，對于3維圖像數(shù)據(jù)，可以使用類似處理。
如上所述，詳細解釋了本發(fā)明的實施例，然而，這僅是用于解釋和例證，并且本發(fā)明不局限于此。
此外，在本實施例中，盡管解釋了使用X射線的斷層成像設(shè)備的示例，本發(fā)明不局限于此，并且本發(fā)明可應(yīng)用于使用例如中子束、正電子束、伽馬波束和光束的斷層成像設(shè)備。
此外，本發(fā)明的掃描方法不局限于第一代、第二代、第三代和第四代中的任意一種，并且本發(fā)明可應(yīng)用于例如安裝了多個X射線源的多管CT、陰極掃描CT和電子束CT。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于具有不同配置的多種檢測器，例如在X射線源位于中央時繞圓柱面排列的檢測器、平板檢測器、在X射線源位于中央時排列在球面上的檢測器、以及在圓周旋轉(zhuǎn)軸位于中央時繞圓柱面排列的檢測器。此外，本發(fā)明不局限于螺線軌道掃描，而可應(yīng)用于圓形軌道掃描。此外，盡管在前述說明中圖像重構(gòu)區(qū)域沿x和y方向被劃分為相同的數(shù)目，本發(fā)明不局限于此，并且可以將圖像重構(gòu)區(qū)域沿x和y方向劃分為不同數(shù)目。此外，在前述說明中，圖像重構(gòu)區(qū)域被劃分為x、y和z空間的矩形，也可以將圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為例如三角形和八邊形的多邊形，另外，可以按照極坐標來劃分圖像重構(gòu)區(qū)域。
此外，關(guān)于圖像數(shù)據(jù)分段被劃分為P＝M×N×L，可以將劃分數(shù)目設(shè)計為通過提供一種措施來輸入，該措施允許經(jīng)過輸入-輸出設(shè)備51從外部進行這種輸入。此外，可以通過提供一種措施來將輸入到計算設(shè)備52的投影數(shù)據(jù)設(shè)計為可顯示的，該措施允許在輸入-輸出設(shè)備51中的顯示設(shè)備上與劃分圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域一起顯示。更具體地，通過結(jié)合投影數(shù)據(jù)，顯示來自平躺對象的正面和/或側(cè)面的投影圖像作為掃描圖，在掃描圖上設(shè)置3維圖像重構(gòu)區(qū)域，并且例如通過在以例如矩形和方形表示的3維圖像重構(gòu)區(qū)域中描繪分割線，將如何將設(shè)置的3維圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為圖像數(shù)據(jù)分段設(shè)計為可顯示的。此外，可以設(shè)計成可以通過提供一種措施從所顯示的掃描圖中選出任何圖像數(shù)據(jù)分段，該措施允許經(jīng)過輸入-輸出設(shè)備51從外部進行選擇。
權(quán)利要求
1.一種斷層成像設(shè)備，包括檢測裝置，由2維排列的多個檢測器單元組成，并且檢測照射到對象并且穿透對象的X射線；用于產(chǎn)生檢測數(shù)據(jù)作為投影數(shù)據(jù)的裝置；投影數(shù)據(jù)存儲裝置，存儲所產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)；用于將與對象感興趣區(qū)域相對應(yīng)的預(yù)定大小的圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為任意大小的圖像數(shù)據(jù)分段的裝置；以及圖像重構(gòu)計算裝置，根據(jù)投影數(shù)據(jù)，對劃分的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域執(zhí)行圖像重構(gòu)計算，并且生成3維斷層成像圖像，其中，圖像重構(gòu)計算裝置包括提取裝置，從投影數(shù)據(jù)中提取生成圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域的3維斷層成像圖像所需的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域；投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置，存儲所提取的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域；以及3維背投影處理裝置，連續(xù)地讀出投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置中存儲的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，并且針對每個相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)分段，執(zhí)行3維背投影處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷層成像設(shè)備，其中，投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置的處理速度高于投影數(shù)據(jù)存儲裝置的處理速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷層成像設(shè)備，其中，提取裝置包括裝置，用于根據(jù)預(yù)定尋址方法，計算關(guān)于通過劃分區(qū)域的代表性點的X射線的檢測裝置的地址；以及裝置，用于根據(jù)代表性點的計算位置，通過插值，確定關(guān)于通過除代表性點之外的點的穿透射線的檢測裝置的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的斷層成像設(shè)備，其中，通過將所提取的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的數(shù)據(jù)連續(xù)地存儲到投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置中，來執(zhí)行3維背投影處理裝置所執(zhí)行的3維背投影處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷層成像設(shè)備，其中，提取裝置包括裝置，用于根據(jù)預(yù)定尋址方法，計算關(guān)于通過圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域的多個頂點的穿透射線的檢測裝置的地址；裝置，用于計算針對多個頂點所計算的檢測裝置的地址中沿通道方向和行方向的最大值和最小值；裝置，用于根據(jù)所計算的最大值和最小值來計算投影數(shù)據(jù)分段的大??；以及裝置，用于根據(jù)所計算的最大值和最小值來計算用作投影數(shù)據(jù)分段的基準的基準地址，并且通過這些裝置，執(zhí)行投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的提取。
6.一種斷層成像設(shè)備，包括檢測裝置，由2維排列的多個檢測器單元組成，并且檢測照射到對象并且穿透對象的X射線；用于產(chǎn)生檢測數(shù)據(jù)作為投影數(shù)據(jù)的裝置；投影數(shù)據(jù)存儲裝置，存儲所產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)；用于將與對象感興趣區(qū)域相對應(yīng)的圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為任意大小的圖像數(shù)據(jù)分段的裝置；以及圖像重構(gòu)計算裝置，根據(jù)投影數(shù)據(jù)，對劃分的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域執(zhí)行圖像重構(gòu)計算，并且產(chǎn)生3維斷層成像圖像，所述斷層成像設(shè)備還包括輸入裝置，從外部輸入要由劃分裝置劃分的圖像重構(gòu)區(qū)域的大小；顯示裝置，顯示投影數(shù)據(jù)和劃分的圖像數(shù)據(jù)分段的位置；以及選擇裝置，從與圖像數(shù)據(jù)分段的位置一起顯示的投影數(shù)據(jù)中，從外部選擇任意圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域，其中，圖像重構(gòu)計算裝置包括提取裝置，從投影數(shù)據(jù)中提取生成圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域的3維斷層成像圖像所需的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域；投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置，存儲所提取的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域；以及3維背投影處理裝置，連續(xù)地讀出投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置中存儲的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，并且針對每個相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)分段，執(zhí)行3維背投影處理。
7.一種斷層成像方法，包括步驟由檢測裝置檢測照射到對象并且穿過對象的X射線，其中，所述檢測裝置由2維排列的多個檢測器單元組成，并且產(chǎn)生檢測數(shù)據(jù)作為投影數(shù)據(jù)；由投影數(shù)據(jù)存儲裝置存儲所產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)；將與對象感興趣區(qū)域相對應(yīng)的圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為任意大小的圖像數(shù)據(jù)分段；以及由圖像重構(gòu)計算裝置根據(jù)投影數(shù)據(jù)對劃分的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域執(zhí)行圖像重構(gòu)計算，并且生成3維斷層成像圖像，還包括從外部輸入在劃分步驟中要劃分的圖像重構(gòu)區(qū)域的大小；與劃分的圖像數(shù)據(jù)分段的位置一起顯示投影數(shù)據(jù)；從與圖像數(shù)據(jù)分段的位置一起顯示的投影數(shù)據(jù)中，從外部選擇任意圖像數(shù)據(jù)分段；通過圖像重構(gòu)計算裝置，從投影數(shù)據(jù)中提取生成所選擇的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域的3維斷層成像圖像所需的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域；在投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置中存儲提取的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域；以及針對投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域存儲裝置中存儲的每個投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，執(zhí)行3維背投影處理。
8.一種斷層成像設(shè)備，其中由檢測裝置檢測穿過對象的穿透射線，所述檢測裝置由2維排列的多個檢測單元組成，由圖像重構(gòu)計算裝置根據(jù)檢測到的投影數(shù)據(jù)，對與對象感興趣區(qū)域相對應(yīng)的圖像重構(gòu)區(qū)域執(zhí)行圖像重構(gòu)計算，并且生成對象感興趣區(qū)域的3維斷層成像圖像，其中，圖像重構(gòu)計算裝置包括處理裝置，將圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為多個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域，從檢測裝置所檢測的投影數(shù)據(jù)中剪裁出向各個所劃分的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域進行背投影所需的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域，并且通過利用各個剪裁出的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的數(shù)據(jù)，針對各個相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域，執(zhí)行3維背投影處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的斷層成像設(shè)備，所述處理裝置根據(jù)預(yù)定尋址公式，針對各個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域中的多個代表性重構(gòu)點，計算要從各個投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域背投影到各個相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域的投影數(shù)據(jù)的檢測裝置的地址，并且根據(jù)所計算的多個代表性重構(gòu)點的檢測裝置的地址，針對其他重構(gòu)點，通過插值來近似計算地址。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的斷層成像設(shè)備，通過將各個數(shù)據(jù)分段區(qū)域的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的裁剪出的投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的數(shù)據(jù)連續(xù)地存儲到圖像重構(gòu)計算裝置中的高速存儲器中，來執(zhí)行處理裝置針對各個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域所執(zhí)行的3維背投影處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的斷層成像設(shè)備，以根據(jù)預(yù)定尋址公式計算與各個投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的頂點相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的檢測裝置的地址、計算所計算的檢測裝置地址中的最大值和最小值、以及根據(jù)所計算的檢測裝置地址的最大值和最小值計算投影數(shù)據(jù)分段的大小和投影數(shù)據(jù)分段的基準地址以基礎(chǔ)，來由處理裝置執(zhí)行與各個圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)分段的裁剪。
全文摘要
在通過投影所獲得的投影數(shù)據(jù)中，將對象的圖像重構(gòu)區(qū)域劃分為多個圖像數(shù)據(jù)分段，針對每個圖像數(shù)據(jù)分段來裁剪背投影處理所需的投影數(shù)據(jù)分段，并且利用裁剪出的投影數(shù)據(jù)分段，針對每個圖像數(shù)據(jù)分段來執(zhí)行背投影處理。此外，根據(jù)相關(guān)圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域內(nèi)多個有限數(shù)目的檢測器地址，獲得要用于背投影處理的投影數(shù)據(jù)的檢測器地址。結(jié)果，實現(xiàn)了一種設(shè)備，可以通過使用少量的高速存儲器以高速生成高質(zhì)量斷層成像圖像。
文檔編號G06T11/00GK1913831SQ200580003790
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月2日
發(fā)明者后藤大雅, 宮崎靖, 廣川浩一 申請人:株式會社日立醫(yī)藥