專利名稱：X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正方法
技術領域：
本發(fā)明涉及校正包含錯誤的測定數(shù)據(jù)的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)、X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正方法和用于X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正的程序。
背景技術：
圖1中表示X射線計算機斷層攝影裝置(X射線CT)。X射線CT包含容納旋轉(zhuǎn)環(huán)2的臺架1、產(chǎn)生圓錐形X射線束的X射線源3和X射線濾光器4。臺架1具有包含一維或二維配置的檢測元件的陣列型X射線檢測器5。此外，X射線檢測器5的檢測元件5A可有其他配置。圖2表示出X射線束從焦點F放射的、每行有圖中示出的1000個檢測元件5A的10行檢測元件。
X射線源3和陣列檢測器5設置在旋轉(zhuǎn)環(huán)2上，面對橫臥于滑動床6上的被檢測物體(未示出)的相反側(cè)。陣列檢測器5的各檢測元件5A對應通道。X射線源(X射線產(chǎn)生部)3經(jīng)X射線濾光器4與被檢測物體相對。從X射線控制器8供給觸發(fā)信號時，高電壓裝置7驅(qū)動X射線源3。高電壓裝置7按接收觸發(fā)信號的定時向X射線源3施加高電壓。由此，X射線源3產(chǎn)生X射線，臺架/臺體(batch)控制器9同步控制臺架1的旋轉(zhuǎn)環(huán)2的旋轉(zhuǎn)和滑動床6的滑動。系統(tǒng)控制器10構(gòu)成整個系統(tǒng)的控制中心，控制X射線控制器8、臺架/臺體(batch)控制器9、滑動床6，在從X射線源3照射被檢測物體期間，經(jīng)由被檢測物體周圍的希望路徑轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺2。
即便是被檢測物體不在X射線源3和檢測元件5A之間，陣列檢測器5的檢測元件5A也可測定X射線源3產(chǎn)生的X射線的強度。檢測元件5A也可測定成為構(gòu)成被檢測物體的圖像基礎的X射線的其他特性。因此，各檢測元件(通常是1通道/1元件)5A至少測定1個X射線強度，輸出與該強度對應的模擬輸出信號。來自各檢測元件5A的輸出信號供給數(shù)據(jù)收集單元11。數(shù)據(jù)收集單元11放大各檢測元件5A的信號，變換為數(shù)字信號。從而，產(chǎn)生數(shù)字投影數(shù)據(jù)。數(shù)字投影數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)校正單元11輸出，供給處理單元12。處理單元12根據(jù)與各通道對應的數(shù)字投影數(shù)據(jù)，進行與橫臥在滑動床6的被檢測物體對應的圖像的前處理和再構(gòu)成。
原來的電子數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)使用與模擬數(shù)字(A/D轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換器耦合的模擬檢測器5或換能器，以數(shù)字形式記錄物理信號。檢測器5和/或A/D轉(zhuǎn)換器中，可正確記錄例如X射線束強度等目標物理參數(shù)的輸入?yún)?shù)信號范圍有限。輸入?yún)?shù)信號電平高于檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器的最大信號范圍(最大輸入電平(SDMax))時，檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器輸出信號(測定的數(shù)據(jù))不能正確在線輸入信號(真的數(shù)據(jù))，檢測器5和/或A/D轉(zhuǎn)換器輸出“截取”。相關技術中，檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器輸出“截取”時，只要輸入?yún)?shù)信號具有高于最大輸入電平的電平，檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器的信號輸出經(jīng)過一段時間仍保持恒定，從而產(chǎn)生問題。
因此，變更的輸入?yún)?shù)信號與輸入?yún)?shù)信號變化(對應目標物理參數(shù)的變化)無關地依然保持高于最大輸入電平時，檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器的信號輸出恒定。換言之，檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器不能檢測出目標物理參數(shù)的“真值”，相反，檢測出最大輸入電平SDMax。最大輸入電平SDmax是該裝置固有的，各種裝置惡化真實數(shù)據(jù)的原因各不相同。這里，檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器不能檢測出目標物理參數(shù)的真值的狀態(tài)稱為“溢出”狀態(tài)，該狀態(tài)也可適用于檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器以外的電子單元。
檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器的信號輸出恒定，但來自檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器的輸出由處理順序中的幾個步驟處理，產(chǎn)生再構(gòu)成數(shù)據(jù)，或者再構(gòu)成數(shù)據(jù)的分布圖(profile)在處理順序之間的不同步驟中變化。存在溢出狀態(tài)時，處理的最終結(jié)果因不正確而不適當。因此，被檢測物體最終再產(chǎn)生的圖像在溢出狀態(tài)下與實際被檢測物體不同，在測定輸入?yún)?shù)、根據(jù)該測定產(chǎn)生或再產(chǎn)生被檢測物體的圖像的任意裝置中會產(chǎn)生問題。
X射線CT的特定例子中，溢出狀態(tài)存在于檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器的至少一個中，由于這些狀態(tài)，在各種被檢測物體的再構(gòu)成的圖像中顯現(xiàn)出偽跡。因此，偽跡降低X射線CT的最終產(chǎn)品的品質(zhì)，接受CT檢查的被檢測物體的部分圖像不鮮明，或者造成暗的環(huán)像，這是一個問題。因而，X射線CT結(jié)果中，再構(gòu)成的圖像必定包含重影或弄錯的特征，用于診斷種種患者狀態(tài)的X射線CT圖像的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題的存在，本發(fā)明的目的是提供適當校正溢出系統(tǒng)固有的測定范圍的數(shù)據(jù)的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)和X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正方法。
本發(fā)明的第一方面是一種X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其中由X射線產(chǎn)生部產(chǎn)生X射線束，由X射線檢測器5檢測透過了被檢測物體的X射線束，包括變換單元，其構(gòu)成為將從上述X射線檢測器5輸出的模擬投影數(shù)據(jù)變換為數(shù)字投影數(shù)據(jù)；處理單元，其構(gòu)成為從來自上述變換單元的數(shù)字投影數(shù)據(jù)檢測出溢出上述計算機斷層攝影系統(tǒng)的測定范圍的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)，通過曲線近似函數(shù)校正上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第二方面是一種X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正方法，X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)中，由X射線產(chǎn)生部產(chǎn)生X射線束，由X射線檢測器5檢測透過了被檢測物體的X射線束，包括由連接上述X射線檢測器5的變換單元將從上述X射線檢測器5輸出的模擬投影數(shù)據(jù)變換為數(shù)字投影數(shù)據(jù)，由連接上述變換單元的溢出檢測單元檢測出溢出上述射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的測定范圍的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)，為產(chǎn)生校正了的圖像，由連接上述溢出檢測單元的校正單元通過曲線近似函數(shù)校正上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第三方面是一種用于使X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)校正的程序，X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)中，由X射線檢測器5檢測X射線產(chǎn)生部產(chǎn)生并透過了被檢測物體的X射線束，使計算機實現(xiàn)如下裝置由連接上述X射線檢測器5的變換單元將從上述X射線檢測器5輸出的模擬投影數(shù)據(jù)變換為數(shù)字投影數(shù)據(jù)的裝置，由連接上述變換單元的溢出檢測單元檢測出溢出上述射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的測定范圍的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)的裝置，為產(chǎn)生校正了的圖像，由連接上述溢出檢測單元的校正單元通過曲線近似函數(shù)校正上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)的裝置。


圖1是X射線CT圖；圖2是圖1的二維陣列型X型檢測器5的斜視圖；圖3是表示基于測定的數(shù)據(jù)的再構(gòu)成處理的圖；圖4是本發(fā)明的再構(gòu)成處理器及其中包含的單元的圖；圖5是更詳細表示圖4的再構(gòu)成處理器和單元的圖；圖6是具有溢出點的測定的數(shù)據(jù)和再構(gòu)成的數(shù)據(jù)的示意圖；圖6(a)表示X射線檢測器5檢測的測定了的X射線強度的曲線，圖6(b)表示處理器12再構(gòu)成的再構(gòu)成數(shù)據(jù)的曲線；圖7是表示安裝了溢出校正處理的再構(gòu)成處理的圖；圖8是更詳細表示圖7的溢出校正處理的圖；圖9是表示測定的數(shù)據(jù)的各個溢出點和小組的溢出點的校正處理的示意圖；圖10是表示測定的點集合體中溢出點的組和子組的示意圖；圖11是通過對溢出點和非溢出點適用多項式曲線近似將數(shù)據(jù)平滑化的示意圖；圖12是對非溢出點適用的仿樣近似和插值的示意圖；圖13是通用計算機的示意圖。
具體實施例方式
接著參考

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本實施方式的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與圖1基本相同。本實施方式的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)與圖1的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)相比，處理單元12進行的處理不同。典型地，處理單元12由計算機實現(xiàn)，因此該計算機中實現(xiàn)后述的校正順序的程序不同。
圖3表示產(chǎn)生X射線、檢測出透過X射線CT的臺架內(nèi)放置的被檢測物體后的X射線、根據(jù)該檢測數(shù)據(jù)再構(gòu)成被檢測物體的圖像的一連串的順序。步驟310中，由X射線CT的X射線源3產(chǎn)生X射線。如圖2所示，透過X射線由一維或二維陣列的X射線檢測器5檢測出來。步驟320中檢測器5或A/D變換器產(chǎn)生例如對應檢測器5接收的透過X射線的強度的信號。關于檢測器5的種種組合，已經(jīng)相對于圖2在上面作了說明。
步驟330中，各檢測元件5A的輸出由數(shù)據(jù)收集單元11收集后，為準備適用下一處理步驟，數(shù)字化并形成檢測器5的X射線輪廓或A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。該數(shù)字化的數(shù)據(jù)反映了未處理的純粹測定的數(shù)據(jù)，包含檢測器5產(chǎn)生的錯誤，因此稱為“純粹的數(shù)據(jù)(原數(shù)據(jù))”。
步驟340中，對于步驟330得到的數(shù)字化數(shù)據(jù)適用一般稱為前處理的各種處理。前處理包含參考校正、偏置校正、水校正靈敏度不均衡校正等，但不限定于此。將前處理用于數(shù)字化的X射線輪廓，去除存在的部分錯誤。但是，步驟340的前處理中，上述溢出狀態(tài)引起的錯誤不能被去除。關于其他前處理，美國專利5825842號中有公開。
前處理步驟340的結(jié)果在步驟350中用于產(chǎn)生再構(gòu)成數(shù)據(jù)。再構(gòu)成數(shù)據(jù)具有與數(shù)字化數(shù)據(jù)不同的輪廓。步驟360中根據(jù)步驟350得到的再構(gòu)成數(shù)據(jù)決定被照射對象的再構(gòu)成。再構(gòu)成步驟360中組合來自檢測器5的全部通道的數(shù)據(jù)，步驟370中，關于被檢測物體，產(chǎn)生最終再構(gòu)成的CT圖像。
另外的實施方式中，數(shù)據(jù)收集單元11和處理單元12從檢測器5的多行收集數(shù)據(jù)，處理單元12根據(jù)數(shù)據(jù)收集單元11收集的全部數(shù)據(jù)產(chǎn)生最終再構(gòu)成的CT圖像，將該圖像顯示在顯示器13上。但是，通過上述溢出狀態(tài)，再構(gòu)成的CT圖像具有弄錯了的特征，隱藏了被檢測物體的實際特征。
圖4表示再構(gòu)成處理器12的更具體的圖。來自收集單元11的投影數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲器15中。圖像存儲器14用于存儲再構(gòu)成了的圖像數(shù)據(jù)或存儲再構(gòu)成中的圖像數(shù)據(jù)。如計算機存儲器領域的從業(yè)人員所理解的那樣，存儲器14和15可作為RAM或其他半導體存儲器來安裝。溢出校正單元16至少包含1個多項式校正單元、仿樣單元、已知數(shù)據(jù)校正單元，此外，有時還具有加權單元。接著，參考圖5說明這些單元的功能。單元14，15，16在CPU17的控制下。CPU17決定溢出點，對于從數(shù)據(jù)收集單元11得到的投影數(shù)據(jù)進行希望的處理，校正溢出狀態(tài)。
圖5中，表示出再構(gòu)成處理器12的另一結(jié)構(gòu)的更詳細的圖。圖像存儲器14和數(shù)據(jù)存儲器15連接CPU17。此外，多項式校正單元18、仿樣校正單元19、已知數(shù)據(jù)校正單元20、加權單元21、溢出單元22、變換單元23、選擇單元24、插值單元25、已知數(shù)據(jù)輸入單元26、映射單元27也連接CPU17，被其控制。多項式校正單元18和仿樣校正單元19分別進行校正，加權單元21對于來自多項式校正單元18的輸出和來自仿樣校正單元19的輸出的組合(合成)進行溢出校正。圖4和圖5所示的處理器12可作為專用微計算機安裝在硬件內(nèi)，或安裝在軟件中。例如，可作為半導體門陣列安裝溢出校正單元16。
例如，圖6(a)表示X射線檢測器5檢測的測定了的X射線強度的曲線，圖6(b)表示處理器12再構(gòu)成的再構(gòu)成數(shù)據(jù)的曲線。更具體說，圖6(a)表示將檢測器5測定、A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的X射線強度相對于測定X射線強度的通道曲線化的圖。曲線(A)表示X射線源3產(chǎn)生的真正的X射線強度(X射線強度的真值)在通道軸上的變化，曲線(B)表示“純粹的”A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)或測定的數(shù)字化的數(shù)據(jù)在通道軸上的變化。如圖6(a)所示，真的X射線強度區(qū)域(I)為溢出狀態(tài)，與測定的X射線強度的同一區(qū)域不同。存在溢出的情況下，測定的數(shù)據(jù)內(nèi)X射線強度的真值用等于最大輸入電平SDmax的值置換，產(chǎn)生平直的輪廓。
圖6(b)表示上述步驟360產(chǎn)生的再構(gòu)成數(shù)據(jù)。曲線(C)表示對應于和真的X射線強度值(a)對應的真的再構(gòu)成數(shù)據(jù)，與對應于根據(jù)測定的數(shù)據(jù)(B)再構(gòu)成的曲線(D)的溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)的分布圖不同的輪廓。圖6(a)表示測定的數(shù)據(jù)(B)中有檢測器5或A/D轉(zhuǎn)換器不能測定X射線強度的實際值的平直部分，平直部分在收集數(shù)據(jù)時通過“平直”特征來認定。但是，溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)(D)不具有“平直”特征。因此，分析溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)(D)時難以認定溢出通道。
溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)(D)具有2個特征。第一，包含溢出點的溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)(D)在區(qū)域(I)中與測定的X射線強度(B)不同，不固定到恒定值，也不恒定。但是，其輪廓表示出噪聲，具有不連續(xù)性。該不連續(xù)輪廓在再構(gòu)成圖像中產(chǎn)生環(huán)狀偽跡。
接著，溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)(D)的數(shù)據(jù)值(強度)高于真的再構(gòu)成數(shù)據(jù)(C)(沒有溢出點的數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)值(強度)。通過再構(gòu)成的圖像的該特征效果，最終的CT圖像變暗，可能喪失生理學的結(jié)構(gòu)。
圖7表示認定溢出點，根據(jù)各種算法校正溢出點的CT圖像的再構(gòu)成處理。該處理具有和圖3的步驟同樣的步驟，因此這里不說明這些步驟。本實施方式中，圖7所示的處理按檢測器5的檢測元件5A的每一行安裝(其他實施方式中，也可按每一列安裝，或者單個檢測器5按每個時間安裝)。此外，本實施方式中，溢出校正步驟770在前處理步驟740之后進行。幾個用途中，通過硬件速度制約或其他制約，在前處理之前不執(zhí)行溢出校正，因此溢出校正步驟770按該順序執(zhí)行。其他實施方式中，速度并非要素的情況下，前處理步驟之前可執(zhí)行溢出校正步驟。
如上所述，入射的X射線強度電平超出檢測器5可檢測的最大強度時，只要溢出狀態(tài)持續(xù)，檢測器56按最大輸出固定。其輸出值為不表示X射線強度的假值。圖7的處理中，為校正通過檢測器5的截取導入的假值，認定溢出點(與圖6(a)的曲線(B)對應的區(qū)域(I)內(nèi)的點)，制作溢出點地圖。即，特定引起溢出的空間范圍。存在溢出狀態(tài)時，不能從步驟760得到的再構(gòu)成數(shù)據(jù)直接確定溢出點，因此前處理步驟740中，通過步驟750根據(jù)圖6(a)所示的純粹A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)(B)，即不接受前處理也不接受再構(gòu)成處理的初始階段的原數(shù)據(jù)作成溢出地圖。溢出地圖是表示X射線檢測器5的通道中為溢出狀態(tài)的通道的二進制地圖。溢出地圖在對溢出點適用溢出校正的下一步驟中使用。
步驟770中，溢出校正被適用于和為溢出狀態(tài)的通道對應的再構(gòu)成數(shù)據(jù)的值，以便指定步驟750作成的溢出地圖。溢出校正步驟770校正步驟760的再構(gòu)成數(shù)據(jù)后，再構(gòu)成步驟780中構(gòu)成被檢測物體的圖像，步驟790中在顯示器13上顯示被檢測物體的再構(gòu)成的CT圖像。
這樣，本實施方式的方法、系統(tǒng)、程序校正相關技術中欠缺的、再構(gòu)成圖像中環(huán)狀偽跡、變暗的喪失生理學結(jié)構(gòu)的可能性。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)溢出校正步驟770可安裝多種數(shù)學算法。圖8所示實施方式中，說明1個可能的方法。圖8表示與圖7的溢出校正步驟770對應的結(jié)構(gòu)圖。各個溢出點和小組的溢出點根據(jù)溢出地圖810和圖7的步驟760得到的再構(gòu)成數(shù)據(jù)820認定，步驟830中根據(jù)例如線性插值校正。
步驟830通過僅校正各個溢出點和小組的溢出點，產(chǎn)生新的再構(gòu)成數(shù)據(jù)集Reconstruction_Data’。步驟830中不校正比溢出點大的組。
為更好理解步驟830，圖9中，示意性表示出溢出地圖810和再構(gòu)成數(shù)據(jù)820。圖9的下部表示的溢出地圖表示陣列檢測器5沿著X軸的各通道?？瞻讏A表示通過步驟830的插值校正的溢出點，下面的實心圓對應原來的非溢出點，此外，上面的實心圓表示還未校正的溢出點。
圖9上部表示再構(gòu)成數(shù)據(jù)的值Reconstruction_Data’?？瞻兹切伪硎靖鶕?jù)與溢出點相接的非溢出點的值通過線性插值校正的溢出點，實心的三角形表示按與線性插值不同的順序校正的溢出點。虛線表示溢出狀態(tài)不明確的非溢出點。圖8中說明的處理的1個目標是使溢出點盡可能接近非溢出曲線。
根據(jù)步驟830，對于連續(xù)的溢出點數(shù)少于規(guī)定數(shù)Min_Consecutive_Overflow Pts的溢出點，適用線性插值。根據(jù)希望的精度確定Min_Consecutive_Overflow Pts的數(shù)目。數(shù)目越小，處理越準確。圖9的例子中，Min_Consecutive_Overflow Pts為2。圖9表示使用線性插值校正溢出點的3個區(qū)域。步驟830中進行線性插值后，步驟840中更新溢出地圖。對于更新了的地圖，再次認定比Min_Consecutive_Overflow Pts少的連續(xù)數(shù)目的溢出點的組。此外，用校正了步驟820中提供的再構(gòu)成數(shù)據(jù)的溢出點進行更新，提供給其他步驟。
步驟840中，處理認定更新了的再構(gòu)成數(shù)據(jù)Reconstruction_Data’中的溢出點的組。接著說明該順序。圖10表示存在于通道行的溢出點的多個組。1次考察1行的通道，通道的每行中的溢出組之和用OFG表示。例如，圖10中表示出溢出點的多個組的溢出組[g]。溢出組[g]的位置由開始電OFGStart[g]定義，組的最終點由OFGEnd[g]表示。組[g]中的溢出點數(shù)為OFGPts[g]，通過下式給出。
式1OFGPts[g]＝OFGEnd[g]-OFGStart[g]+1 (1)分離連續(xù)溢出點的非溢出點MinGroupSpacing的數(shù)目小于或等于規(guī)定值時，一連串的連續(xù)溢出點被認為是組的子組。例如，圖10中，將MinGroupSpacing設定為1。此外，2個子組之間的非溢出點數(shù)為1，小于MinGroupSpacing，因此2個子組(a)和(b)是同一組[g]的一部分。因此，關于規(guī)定的MinGroupSpacing，多個子組相鄰的予組之間具有少于或等于MinGroupSpacing的數(shù)目的非溢出點時，多個子組被考慮為1個單一的組。
但是，另外的實施方式中，圖10所示的子組有時對應不同的組。任何方法中通過選擇子組可實現(xiàn)更好的曲線近似。此外，圖10表示非溢出點為溢出組的一部分的情況(這里，1個非溢出點為溢出組[g]的一部分)。
步驟840中，OFG、OFGStart[g]、OFGEnd[g]、OFGPts[g]確定后，對認定了的溢出組適用各種校正。步驟850中，步驟840認定或界定的溢出組中適用多項式校正。本實施方式中，如圖11所示，溢出數(shù)據(jù)通過近似次數(shù)為Np的多項式而平滑化。但是，另外的實施方式中，為平滑化溢出數(shù)據(jù)，使用不同的類型的曲線或低通濾波器。
圖11表示在位于Reconstruction_Data’[n]內(nèi)的組[g]中，根據(jù)下式對點(通道)近似多項式。
OFGStart[g]-PFBpts≤n≤OFGEnd[g]+PFBpts (2)上式中，PFBpts是在組[g]兩側(cè)成為溢出組[g]的邊界的非溢出點數(shù)。PFBpts數(shù)目依賴于后面所述的各種要素選擇。多項式校正的形式如下。
PolyFitg[ch]=Σσ=0Np-1Cg[a]·Cha...(3)]]>上式中Cg[a]是用于組[g]的近似的第a個多項式系數(shù)。使用多項式(3)中的溢出組中的數(shù)據(jù)的一般最小二乘法近似來得到多項式系數(shù)Cg[a]。即，對于級數(shù)(order)為Np的多項式，[式4]Cg[a]＝Least squares fit of{(OFGStart[g]，Reconstruction_Value[OFGStart[g])，...，(OFGEnd[g]，Reconstruction_Value[OFGEnd[g]])} (4)使用下式給出使用式(3)定義的多項式校正的(使用多項式平滑化校正)PolySmooth。
PolySmooth[Ch]＝PolyFitg[Ch] OFGStart[g]≤Ch≤OFGEnd[g]時PolySmooth[Ch]＝Reconstruction_Data[Ch]上述以外的情況下 (5)PolySmooth校正不插值也不估算更新了的再構(gòu)成數(shù)據(jù)Reconstruction_Data’中的溢出點的正確值，僅僅是平滑出溢出區(qū)域，僅去除再構(gòu)成圖像中的環(huán)形的偽跡。圖11用實線表示基于(i)成為溢出組[g]邊界的非溢出點和(ii)溢出組[g]的溢出點的PolySmooth校正的結(jié)果。實線與就圖9說明的表示真的再構(gòu)成數(shù)據(jù)的虛線不同。
步驟850可包含多個子步驟，例如圖8表示2個子步驟851和852。子步驟851中確定關于溢出組[g]中的溢出點的第三級的多項式近似，步驟852中為更好地近似真的數(shù)據(jù)值，插值溢出點，將其置換為子步驟851產(chǎn)生的多項式曲線。
圖8說明的處理不限定于在步驟840認定溢出組后適用多項式近似850。例如，圖8表示溢出校正處理從步驟840進行到將仿樣近似適用于溢出組的步驟860，或者進行到適用校正方法組合的步驟870。
步驟860和步驟850相似，但不同之處是采用的數(shù)學校正。步驟860包含多個步驟，或者如圖8所示，包含2個步驟。并非旨在將本實施方式限定為2個步驟，而圖8所示例子中，步驟861確定近似非溢出點的仿樣曲線，將步驟861的輸出輸入到步驟862中，步驟862中對成為溢出組邊界的非溢出點適用仿樣插值。
本實施方式中，仿樣曲線近似于成為Reconstruction_Data’的組[g]兩側(cè)邊界的非溢出點。仿樣曲線由下式給出。
SplineCurveg[Ch]＝SplineFit(Reconstruction_Data′[m])(6)在此，OFGStart[g]-SFpts≤m＜OFGStart[g]并且OFGEnd[g]≤m≤OFGEnd[g]+SFpts(7)該例子中，仿樣近似適用于位于式(7)定義的間隔內(nèi)的總共2個SFpts點。仿樣近似適用于校正全部溢出點，SFpts表示成為溢出組[g]邊界的非溢出點數(shù)。當前的系統(tǒng)中，溢出組不在檢測器5的端部。一般情況下，外插檢測器5端部的組。
圖12中，與通道[Ch]對應的SplineCurveg[Ch]曲線用與對應再構(gòu)成數(shù)據(jù)的真值的虛線不同的實線來表示。使用更新了的溢出地圖，校正溢出組[g]中的全部溢出點。圖12中，空白圓表示為仿樣近似SplineCurveg[Ch]曲線而使用的非溢出點，黑心五角形表示使用SplineCurveg[Ch]曲線校正的溢出點。對組[g]的溢出點使用仿樣近似后，更新溢出地圖，直到校正全部溢出組之前，都一直對剩余的溢出組反復該處理。
SplineFix校正由下式給出。
SplineFix[Ch]＝SplineCurveg[Ch] OFGStart[g]≤Ch≤OFGEnd[g]時SplineFix[Ch]＝Reconstruction_Data[Ch]上述以外的情況下 (8)圖8所示的處理不限定于PolySmooth校正或SplineFix校正，使用其他數(shù)學校正算法也可校正溢出組的溢出點。一般地，存在溢出狀態(tài)時，真的再構(gòu)成數(shù)據(jù)不明確，因此產(chǎn)生完全校正非常困難。SplineFix產(chǎn)生溢出數(shù)據(jù)的一般校正，根據(jù)情況，SplineFix校正的強度會過多或過少校正A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，最終的再構(gòu)成圖像中導入了新的偽跡。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)組合PolySmooth和SplineFix可改善校正。本實施方式中，2個校正(PolySmooth和SplineFix)的自適應加權平均由圖8的步驟870安裝完成。步驟870中，接收來自PolySmooth校正步驟850的輸出和來自SplineFix校正步驟860的輸出。根據(jù)著2個輸出，如后所述，計算新的校正SplinePolyFix。但是，本發(fā)明的另外的實施方式中，使用非自適應的加權、或2個的加權相乘等其它函數(shù)來組合2個校正或任意的其他校正。
關于本實施方式，仿樣曲線校正的強度是非溢出數(shù)據(jù)的斜率SL和SU的函數(shù)。上式中，SL是組的低側(cè)(更小通道值，圖中溢出組的左側(cè))的非溢出點的斜率，SU是組的上側(cè)(更大通道值，圖中溢出組的右側(cè))的斜率。PolySmooth校正和SplineFix校正使用并組合由2個斜率SL和SU的最大斜率確定的自適應加權Wp。另外的實施方式中，Wp是斜率SL和SU、溢出組[g]中的點OFGPts的數(shù)目等種種溢出參數(shù)，或者參數(shù)組合的函數(shù)。
該實施方式中，PolySmooth和SplineFix的組合是SplinePoly，由下式給出。
SplinePoly[p]=Wp(SM)·PolySmooth[p]+SplineFix[p]Wp(SM)+1...(9)]]>在此SM為斜率SL和SU的最大斜率SM＝Max(SL，SU)(10)在本實施方式中，SL和SU用下式計算SL=Reconstruction_Data[PL2]-Reconstruction_Data[PL1]PL2-PL1...(11)]]>SU=Reconstruction_Data[PR2]-Reconstruction_Data[PR1]PR2-PR1...(12)]]>PL1＝OFGStart[g]-SFBpts(13)PL2＝OFGStart[g]-1 (14)PR1＝OFGEndt[g]+1 (15)PR2＝OFGEnd[g]+SFBpts (16)從式(11)到式(16)可知，斜率SL和SU對于成為非溢出組邊界的非溢出點計算。
本實施方式中，Wp(SM)如下通過模擬決定。非溢出數(shù)據(jù)(純粹數(shù)據(jù))由模擬產(chǎn)生，或?qū)嶒炄〉?，因此處理純粹?shù)據(jù)，產(chǎn)生非溢出Reconstruction_Data。接著，通過模擬修正非溢出純粹數(shù)據(jù)，產(chǎn)生溢出數(shù)據(jù)，說明溢出狀態(tài)。處理該溢出數(shù)據(jù)，產(chǎn)生溢出Reconstruction_Data。非溢出和溢出Reconstruction_Data二者已知，因此Wp的真值作為Sm的函數(shù)計算。例如，不同的Sm從修正的非溢出純粹數(shù)據(jù)的組計算出，對應的Wp值通過使溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)近似于非溢出再構(gòu)成數(shù)據(jù)而模擬決定。本實施方式中，把用模擬計算的兩個Sm和Wp的組共同在坐標圖中畫曲線，使最小二乘法線性曲線近似于WP對Sm的數(shù)據(jù)，根據(jù)下式來產(chǎn)生自適應加權函數(shù)。
Wp(SM)＝m·SM+b (17)
上式(17)中m是斜率，b是截距，由最小二乘法近似決定。其他實施方式中，使用不同近似函數(shù)或查找表決定WP(SM)。
通過SplinePolyFix校正，產(chǎn)生具有定標(scaling)的仿樣曲線特性的校正，使得其與非溢出數(shù)據(jù)統(tǒng)計學上一致。通過該校正，產(chǎn)生降低了溢出偽跡的改善的再構(gòu)成圖像。
圖8說明的處理的進一步改善使用以前的知識數(shù)據(jù)實線，該知識數(shù)據(jù)涉及圖7的前處理步驟740對非溢出數(shù)據(jù)產(chǎn)生怎樣影響。一般情況下，以前的知識數(shù)據(jù)是較準數(shù)據(jù)、數(shù)學函數(shù)或二者的組合。x射線CT的情況下，例如，前處理步驟有時會包含在再構(gòu)成數(shù)據(jù)內(nèi)引入了不同曲線形狀的水校正，該不同曲線形狀是指頻繁有頂點的形狀。這表示在例如圖6(b)的真再構(gòu)成數(shù)據(jù)(c)中。最下面的頂點位置和頂點兩側(cè)的曲線的斜率是前處理步驟中使用的水校正數(shù)據(jù)和通道的行中的溢出組的位置的函數(shù)。水校正數(shù)據(jù)恒定，在決定任意校正前已知。
步驟870決定的SplinePolyFix校正與步驟880得到的以前的知識數(shù)據(jù)(頭部或腹部等的與被掃描的被檢測物體的衰減相關的幾個一般性知識)組合，可產(chǎn)生更好的校正APFix。
APFix＝F{SplinePoly，prior knowledge} (18)上式中，APFix是通過以前的知識進行的溢出校正，F(xiàn){}是根據(jù)以前的知識定標SplinePoly的加權等的組合了SplinePoly和以前的知識數(shù)據(jù)的函數(shù)。
SplinePolyFix校正與APFix校正估算溢出點的真數(shù)據(jù)值。部分條件(噪聲等)下，APFix和/或SplinePolyFix就特定的溢出組而言比溢出數(shù)據(jù)還差，有時產(chǎn)生校正了的值。因此，校正的圖像中產(chǎn)生不希望的新的偽跡。
因此，步驟890中，在大概談及的校正之間決定優(yōu)選的校正選擇。把SplinePolyFix校正和APFix校正與polySmooth校正相比，決定校正是否有效。溢出組內(nèi)任意SplinePolyFix校正了的點、或APFix校正了的點比對應的polySmooth校正了的點大時，決定校正的有效性。上述條件有效的情況下，認為校正無效。APFixValid和SplinePolyValid的標記由下面的算法設定。
APFixValid＝1SplinePolyValid＝1(i＝OFGStart[g]；i＜OFEnad[g]；i++){(APFix[i]＞PolySmooth[i]時) APFixValid＝0；(SplinePoly]＞PolySmooth[i]時)SplinePolyValid＝0；}上式中“1”表示有效、“0”表示無效。
關于溢出組[g]的優(yōu)選校正根據(jù)表1決定。


但是，其他實施方式中，可使用不同基準決定校正有效性，接著選擇優(yōu)選校正。
最后步驟895中根據(jù)表1的選擇結(jié)果和來自選擇步驟890的輸入校正再構(gòu)成數(shù)據(jù)的全部溢出點，在顯示器上顯示被檢測物體的再構(gòu)成的圖像。
計算機領域的從業(yè)人員應當明白，本發(fā)明的任意實施方式根據(jù)本發(fā)明的教導，可方便實用安裝原來的通用計算機或微型桌面處理器程序。軟件領域的從業(yè)人員應當明白，只要是本領域的程序，可根據(jù)本發(fā)明的教導容易做成適當?shù)能浖?br> 圖13是根據(jù)本發(fā)明的教導可編程的通用計算機1300的示意圖。圖13中，使用計算機1300可安裝本發(fā)明的處理。這里，計算機例如包含顯示器裝置1302(例如包括觸摸屏接口等的觸摸屏監(jiān)視器)、鍵盤1304、指向裝置1306、鼠標鍵區(qū)(pad)或數(shù)字化鍵區(qū)(pad)1308、使用適當設備總線(SCSI總線、擴展IDE總線、超級DMA總線、PCI總線等)連接的硬盤1310或其他固定式高密度媒體驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器1312、伴隨帶狀或CD媒體1316的帶或CD-ROM驅(qū)動器1314、或者光磁媒體等的其他可移動媒體驅(qū)動器、母板1318。母板1318例如包含處理器1320、RAM1322、ROM1324(DRAM，ROM，EPROM，EEPROM，SRAM，SDRAM，快閃RAM等)、連接于特殊化為圖像獲取裝置的執(zhí)行硬件/軟件功能的可選的特定目的邏輯設備(ASIC等)或者可配置邏輯設備(GAL和可再編程FPGA等)1328來使用的I/O端口1326、麥克風1330、揚聲器(可為多個)1332。上述特殊化的功能中包含聲音處理、圖像處理、信號處理、核心網(wǎng)絡處理、自動分類等。
如上所述，本發(fā)明哎呀的系統(tǒng)至少包含1個計算機可讀媒體。計算機可讀媒體的例子為光盤、硬盤、軟盤、磁帶、光磁盤、PROM(EPROM、EEPROM、快閃EPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM等。本發(fā)明在計算機可讀媒體中的任意媒體或媒體組合中包含控制計算機硬件、可在計算機與人類用戶之間進行相互作用的軟件。這樣的軟件包含設備驅(qū)動器、操作系統(tǒng)和開發(fā)工具等用戶應用軟件等，但不限定于此。這樣的計算機可讀媒體還包括用于執(zhí)行本發(fā)明上述任意程序的本發(fā)明的程序。本發(fā)明的計算機碼裝置可以是包含腳本、匯編、動態(tài)鏈接庫、Java類完全可執(zhí)行的程序的任意匯編的碼機構(gòu)或可執(zhí)行的碼機構(gòu)，但不限定于此。
通用計算機1300的編程包含將從膠片或圖像獲取裝置得到的圖像數(shù)字化并存儲的軟件模塊。作為另外一個方法，本發(fā)明安裝成處理從通過圖像檔案通信系統(tǒng)(PACS)等其他裝置得到的圖像導出的數(shù)字數(shù)據(jù)。換言之，處理的數(shù)字圖像不必要是執(zhí)行發(fā)明時變換為數(shù)字形式的，可以是以數(shù)字形式存在的。
因此，本領域技術人員應當理解，本發(fā)明公開的機構(gòu)和程序可使用安裝根據(jù)本發(fā)明的教導編程的原來的微處理器或計算機。另外，本領域技術人員應當理解，如果是本領域的程序，根據(jù)本發(fā)明的教導，可容易地做成適當?shù)能浖a。但是，本領域技術人員應當理解，通過做成面向特定用途的集成單元或相互連接原來的組成單元的適當網(wǎng)絡都可安裝本發(fā)明。
此外，本發(fā)明為承載在記錄媒體上來執(zhí)行本發(fā)明的處理，還包括包含在編程通用微處理器或計算機時可使用的命令的計算機基礎產(chǎn)品。該存儲媒體包含軟盤、光盤、CD-ROM、光磁盤等任意類型的盤、以及ROM、RAM、EPROM、EEPROM、快閃存儲器、磁卡或光卡、或者適合于存儲電子命令的任意類型媒體，但不限定于此。
遵照上述教導，可進行本發(fā)明的多種修正和變更。因此，本發(fā)明為后附的權利要求的范圍，具體說，要理解為可執(zhí)行與上述方法不同的方法。
本領域技術人員應當理解，通過做成面向特定用途的集成單元或相互連接原來的組成單元的適當網(wǎng)絡都可安裝本發(fā)明。
對于本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)的來源，可以是X射線機器、X射線CT、MRI裝置等的任意適當圖像獲取裝置。此外，取得的數(shù)據(jù)不為數(shù)字形式，則可將其數(shù)字化。結(jié)果，處理的到的圖像數(shù)據(jù)的來源可以是存儲圖像獲取裝置產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的存儲器。存儲器可以是本地或遠程的，此時，使用PACS(圖像實現(xiàn)計算機系統(tǒng))等的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡訪問圖像數(shù)據(jù)并進行本發(fā)明的處理。
此外，本發(fā)明不局限于上述實施方式本身，在實施階段在不背離其宗旨的范圍內(nèi)可改變構(gòu)成要素并具體化。此外，通過上述實施方式公開的多個構(gòu)成要素的適當組合可形成多種發(fā)明。例如，實施方式所示的全部構(gòu)成要素中可刪除其中的幾個構(gòu)成要素。此外，不同實施方式的構(gòu)成要素間也可適當組合。
權利要求
1.一種X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其中由X射線產(chǎn)生部產(chǎn)生X射線束，由X射線檢測器5檢測透過了被檢測物體的X射線束，其特征在于，包括變換單元，其構(gòu)成為將從上述X射線檢測器5輸出的模擬投影數(shù)據(jù)變換為數(shù)字投影數(shù)據(jù)；和處理單元，其構(gòu)成為從來自上述變換單元的數(shù)字投影數(shù)據(jù)檢測出超出上述計算機斷層攝影系統(tǒng)的測定范圍的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)，并通過曲線近似函數(shù)來校正上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述處理單元包括溢出單元，其構(gòu)成為檢測出上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)；和校正單元，其構(gòu)成為根據(jù)由上述溢出單元得到的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)、由上述變換單元得到的數(shù)字投影數(shù)據(jù)的非溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)和上述處理單元的曲線近似函數(shù)來校正上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述校正單元包括第一近似單元，其構(gòu)成為使第一曲線近似函數(shù)近似于由上述變換單元得到的數(shù)字投影數(shù)據(jù)的非溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)；第二近似單元，其構(gòu)成為使第二曲線近似函數(shù)近似于由上述變換單元得到的數(shù)字投影數(shù)據(jù)的非溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)與由上述溢出單元得到的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)的組合；和加權單元，其構(gòu)成為加權組合由上述第一近似單元得到的輸出和由上述第二近似單元得到的輸出，來輸出上述數(shù)字投影數(shù)據(jù)的校正，上述加權選擇上述加權單元根據(jù)上述X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的已知數(shù)字投影數(shù)據(jù)通過模擬計算得到的加權和從已知查找表中得到的加權中的一方。
4.根據(jù)權利要求1所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，還包括再構(gòu)成單元，其構(gòu)成為根據(jù)從上述校正單元得到的校正了的數(shù)字投影數(shù)據(jù)和上述非溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)來再構(gòu)成上述被檢測物體的圖像。
5.根據(jù)權利要求4所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示單元，其構(gòu)成為顯示上述再構(gòu)成單元再構(gòu)成的被檢測物體的圖像。
6.根據(jù)權利要求3所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述校正單元還包括插值單元，其構(gòu)成為認定從上述變換單元得到的數(shù)字投影數(shù)據(jù)內(nèi)的溢出點，在上述溢出點的組具有少于規(guī)定數(shù)的溢出點時，對上述溢出點的組進行線性插值。
7.根據(jù)權利要求6所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述第一近似單元和第二近似單元僅校正具有溢出點比規(guī)定數(shù)多的溢出點的組。
8.根據(jù)權利要求7所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述規(guī)定數(shù)為1。
9.根據(jù)權利要求1所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述X射線檢測器5是具有多個檢測元件的陣列檢測器5。
10.根據(jù)權利要求6所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述溢出單元包括映射單元，其構(gòu)成為制作認定從上述變換單元得到的數(shù)字投影數(shù)據(jù)內(nèi)的溢出點的溢出地圖，向上述校正單元提供上述溢出地圖。
11.根據(jù)權利要求10所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，還包括已知數(shù)據(jù)輸入單元，其構(gòu)成為向上述加權單元輸入上述X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的已知數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權利要求11所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述已知數(shù)字投影數(shù)據(jù)是通過由上述X射線檢測器5檢測在上述計算機斷層攝影系統(tǒng)內(nèi)向水照射X射線束、透過了上述水的X射線束而得到的水校正數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權利要求12所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，還包括已知數(shù)據(jù)校正單元，其構(gòu)成為根據(jù)從上述已知數(shù)據(jù)單元得到的輸入和從上述加權單元得到的輸入來計算上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)的校正；和選擇單元，其構(gòu)成為根據(jù)從上述已知數(shù)據(jù)校正單元得到的輸出和從上述加權單元得到的輸出來選擇適用于上述數(shù)字投影數(shù)據(jù)的校正。
14.根據(jù)權利要求13所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述第一曲線近似函數(shù)是仿樣函數(shù)，上述第二曲線近似函數(shù)是多項式函數(shù)，上述選擇單元從上述加權單元的校正和上述第二近似單元的校正以及上述已知數(shù)據(jù)校正單元的校正中選擇連續(xù)溢出點數(shù)最小的校正。
15.根據(jù)權利要求1所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述處理單元包括選擇單元，其構(gòu)成為根據(jù)上述溢出特性來選擇校正算法。
16.根據(jù)權利要求1所述的X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，其特征在于，上述處理單元構(gòu)成為沿著上述X射線檢測器5的通道方向來校正上述數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
17.一種X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正方法，在該X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)中，用X射線檢測器5檢測由X射線產(chǎn)生部產(chǎn)生的、透過了被檢測物體的X射線束，其特征在于，包括以下步驟用連接著上述X射線檢測器5的變換單元將從上述X射線檢測器5輸出的模擬投影數(shù)據(jù)變換為數(shù)字投影數(shù)據(jù)，用連接著上述變換單元的溢出檢測單元檢測溢出上述X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)的測定范圍的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)，為了產(chǎn)生校正的圖像，用連接著上述溢出檢測單元的校正單元通過曲線近似函數(shù)來校正上述溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種X射線計算機斷層攝影系統(tǒng)，由X射線源3產(chǎn)生X射線束，由X射線檢測器5檢測透過了被檢測物體的X射線束，包括變換單元11，其構(gòu)成為將從X射線檢測器5輸出的模擬投影數(shù)據(jù)變換為數(shù)字投影數(shù)據(jù)；處理單元12，其構(gòu)成為從來自變換單元的數(shù)字投影數(shù)據(jù)檢測出溢出計算機斷層攝影系統(tǒng)的測定范圍的溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)，通過曲線近似函數(shù)校正溢出數(shù)字投影數(shù)據(jù)。適當校正溢出系統(tǒng)固有測定范圍的數(shù)據(jù)。
文檔編號H05G1/26GK1743835SQ20051008197
公開日2006年3月8日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權日2004年7月14日
發(fā)明者伊爾瑪·A·海因 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社