專利名稱：X射線ct裝置及圖像處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施方式涉及對被檢體照射X射線而進行斷層圖像的攝影的X射線CT(Computed Tomography)裝置及對由該裝置拍攝的圖像進行處理的圖像處理裝置。
背景技術：
X射線CT裝置在使X射線源及X射線檢測器以被檢體的體軸為中心旋轉的同時，使X射線源朝向被檢體照射X射線，并基于通過X射線檢測器對透射被檢體的X射線進行檢測而得到的投影數(shù)據(jù)，來重構斷層圖像，在以疾病的診斷、治療及手術計劃的制定等為代表的較多醫(yī)療行為中發(fā)揮重要的作用。通過X射線CT裝置得到的投影數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù)，因此在重構圖像中多少會產生混疊偽影(aliasing artifact)。以往,作為防止產生這種偽影的方法,例如提出如下方法:采用具有2個焦點的X射線源，按照每個焦點分別對相同切片面實施數(shù)據(jù)收集，使信道間距成為表觀的1/2的方法(飛焦點技術);相對于將焦點與旋轉軸連結的攝影中心線，使X射線檢測器的中心位置偏移信道間距的幾分之一的距離的方法(QQ偏移技術)；以及對投影數(shù)據(jù)應用低通濾波器(LPF)的方法等。

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的課題在上述飛焦點技術中，需要專用的X射線管球，不容易引入該技術。此外，在QQ偏移技術中，在AD (Area Detecting) CT那樣具有錐角的裝置的情況下,在該錐角周邊,實際數(shù)據(jù)和對置數(shù)據(jù)不存在于相同平面上，不能夠得到理想的對置數(shù)據(jù)。根據(jù)這種實際情況，多數(shù)情況下采用應用了低通濾波器的方法來作為用于減少混疊偽影的主要方法。然而，如果對投影數(shù)據(jù)的全部區(qū)域一樣地應用低通濾波器，則雖然偽影減少，但存在重構圖像的分辨率惡化而粒狀性受損的問題。本發(fā)明要解決的課題在于提供X射線CT裝置及圖像處理裝置，能夠利用簡單的方法，并且能夠在保持重構圖像的分辨率的同時減少重構圖像中的偽影。用于解決課題的手段一個實施方式的X射線CT裝置具備X射線產生部、X射線檢測部、圖像處理部及重構部。X射線產生部對被檢體照射X射線。X射線檢測部具有沿規(guī)定方向排列、檢測透射被檢體的X射線而輸出檢測信號的多個信道量的X射線檢測元件。圖像處理部對于由與從上述多個信道量的X射線檢測元件輸出的檢測信號對應的數(shù)值構成的投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分則越增大強度地進行平滑化。重構部使用由上述圖像處理部平滑化后的多個投影數(shù)據(jù)來重構圖像。發(fā)明效果能夠利用簡單的方法， 并且能夠在保持重構圖像的分辨率的同時減少重構圖像中的偽影。


圖1是表示一個實施方式的X射線CT裝置的整體結構的框圖。圖2是表示一個實施方式的X射線檢測器具有的X射線檢測元件的圖。圖3是用于說明一個實施方式的X射線CT裝置的動作的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對幾個實施方式進行說明。此外，在以下的說明中，對于具有大致相同功能及結構的要素賦予相同的附圖標記，并僅在需要的情況下進行重復說明。(第一實施方式)首先，說明第一實施方式。[X射線CT裝置的整體結構]圖1是表示本實施方式的X射線CT裝置I的整體結構的框圖。如該圖所示，X射線CT裝置I由架臺裝置A和控制裝置B構成。架臺裝置A對被檢體照射X射線，并對透射了該被檢體的X射線進行檢測而取得投影數(shù)據(jù)(或者原始數(shù)據(jù))。此外，在X射線CT系統(tǒng)的攝影系統(tǒng)中，存在X射線管球與檢測器系統(tǒng)成為一體而圍繞被檢體的周圍旋轉的旋轉/旋轉(ROTATE/ROTATE)類型、多個檢測元件排列為環(huán)狀而僅X射線管球圍繞被檢體的周圍旋轉的固定/旋轉(STATIONARY/ROTATE)類型等各種類型，哪個類型都能夠應用本發(fā)明。在此，以當前成為主流的旋轉/旋轉類型的X射線CT裝置為例進行說明。`如圖1所示，架臺裝置A具有固定部10、旋轉部11、診視床12、X射線管球13、X射線檢測器14、數(shù)據(jù)收集電路(DAS)15、數(shù)據(jù)傳送部16、架臺診視床驅動部17、供電部18及高壓產生部19等。X射線管球13是產生X射線的真空管，設置于旋轉部11。X射線檢測器14是對透射了被檢體P的X射線進行檢測的X射線檢測部，以與X射線管球13對置的朝向安裝于旋轉部11。如圖2所示，X射線檢測器14構成為，將在與被檢體P的體軸大致正交的信道方向上排列的N信道量的X射線檢測元件在沿著被檢體P的體軸的切片方向上設置M列量。各X射線檢測元件14a例如具備將X射線變換為光的閃爍器等熒光體和將該光變換為電荷(電信號)的光電二極管等光電變換元件。旋轉部11設置有開口部110，在該開口部110內配置有診視床12。在診視床12的滑動頂板上承載被檢體P。架臺診視床驅動部17使旋轉部11圍繞與插入到開口部110的被檢體P的體軸方向平行的中心軸進行高速旋轉，同時使診視床12沿上述體軸方向移動。如此，被檢體P被大范圍地掃描。數(shù)據(jù)收集電路15具有排列了 DAS芯片的多個數(shù)據(jù)收集元件列，輸入由X射線檢測器14檢測的N信道XM列的全部X射線檢測元件的龐大的數(shù)據(jù)(以下，將每I個視野的N信道XM列量的數(shù)據(jù)稱為“投影數(shù)據(jù)”)，并在放大處理、Α/D變換處理等之后，統(tǒng)一經由應用了光通信的數(shù)據(jù)傳送部16向固定部10側傳送。
從商用交流電源等外部電源向固定部10供給動作電力。向固定部10供給的動作電力，例如經由集電環(huán)即供電部18向旋轉部11的各部分傳遞。高壓產生部19由高壓變壓器、燈絲加熱變換器、整流器及高壓切換器等構成，將從供電部18供給的動作電力進行高壓變換而向X射線管球13供給。接下來，說明控制裝置B?？刂蒲b置B具備前處理部20、主控制器21、重構部22、存儲部23、輸入部24、圖像處理部25、顯示部26及數(shù)據(jù)/控制總線30等。前處理部20經由數(shù)據(jù)傳送部16從數(shù)據(jù)收集電路15取得投影數(shù)據(jù)，并實施靈敏度修正、X射線強度修正。主控制器21進行與攝影處理、數(shù)據(jù)處理及圖像處理等各種處理相關的統(tǒng)一控制。重構部22通過基于規(guī)定的重構參數(shù)(重構區(qū)域尺寸、重構矩陣尺寸、用于提取關心部位的閾值等)對投影數(shù)據(jù)進行重構處理，由此生成規(guī)定的切片量的重構圖像數(shù)據(jù)。存儲部23存儲由前處理部20實施各種修正前后的投影數(shù)據(jù)、重構圖像數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)。輸入部24具備鍵盤、各種開關、鼠標等，用于切片厚度、切片數(shù)量等各種掃描條件的輸入等。圖像處理部25進行從由前處理部20輸出的投影數(shù)據(jù)中除去高頻噪聲的處理(參照圖3)、對于由重構部22生成的重構圖像數(shù)據(jù)的窗口變換、RGB處理等圖像處理。此外，圖像處理部25基于操作人員的指示，進行任意剖面的斷層圖像、從任意方向的投影像、三維表面圖像等所謂類似三維圖像的生成，并向顯示部26輸出。所輸出的圖像數(shù)據(jù)在顯示部26中顯示為X射線CT圖像。數(shù)據(jù)/控制總線30是連接各單元之間，用于收發(fā)各種數(shù)據(jù)、控制信號、地址信息等的信號線。此外，通過X射線CT裝置I中的圖像處理部25、重構部22等與圖像處理相關的結構要素，構成本實施方式的圖像處理裝置。接下來，對如上述那樣構成的X射線CT裝置I (或者圖像處理裝置)的動作進行說明。在基于由圖2所示那樣的X射線檢測器14攝影的投影數(shù)據(jù)而重構的圖像中，產生主要由向信道方向的欠采樣(under sampling)引起的混疊偽影。 為了除去該偽影，本實施方式的X射線CT裝置I對于由與從N信道量的X射線檢測元件14a輸出的檢測信號對應的數(shù)值構成的投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分越增大強度地進行平滑化，使用平滑化后的多個投影數(shù)據(jù)來重構圖像。使用圖3的流程圖具體地說明這種動作。
圖示的流程圖所示的處理，例如對應于醫(yī)師、技師操作輸入部24而發(fā)出了執(zhí)行X射線攝影的指令而開始。在處理開始最初，首先主控制器21控制架臺診視床驅動部17使旋轉部11旋轉，并且經由供電部18及高壓產生部19向X射線管球13供給電壓而使其產生X射線，掃描被檢體P (步驟SI)。此時，多個視野(攝影角度)的N信道XM列的投影數(shù)據(jù)經由數(shù)據(jù)收集電路15及數(shù)據(jù)傳送部16等發(fā)送到前處理部20，并經過各種修正后存儲到存儲部23中。接下來，為了除去在重構圖像中出現(xiàn)的上述偽影，對于在步驟SI中存儲到存儲部23中的各視野的投影數(shù)據(jù)的各列(I M)的數(shù)值組分別執(zhí)行步驟S2 S4的處理。S卩，首先，圖像處理部25提取作為處理對象的列的信道方向上的邊緣的強度(構成該列的數(shù)值的變化量)(步驟S2)。在此，如果將作為處理對象的列的各數(shù)值表示為輸入數(shù)據(jù)In[ch](ch = I N),則該輸入數(shù)據(jù)In[ch]的各部分的邊緣強度Edge [ch]由以下的
(I)式表示。[數(shù)式I]Edge [ch] = ABS (In [ch_l]-1n [ch+1])(I)
但是，不限于該例，只要在步驟S2中能夠提取向信道方向的輸入數(shù)據(jù)In[ch]的變化量即可，可以使用任意的方法。此外，提取邊緣強度的處理還能夠解釋為HPF(High PassFilter:高通濾波)處理，容易受到噪聲的影響。鑒于此，也可以作為邊緣強度提取的前處理，而對各投影數(shù)據(jù)實施向信道方向的LPF (Low Pass Filter:低通濾波)處理。在得到邊緣強度Edge[ch]之后，圖像處理部25決定對輸入數(shù)據(jù)In[ch]實施的LPF處理的強度(步驟S3)。在此，求出使得在步驟S2中得到的邊緣強度Edge [ch]的值越大的部分則輸入數(shù)據(jù)In[ch]越被較強地平滑化那樣的LPF強度S[ch]。具體地說，預先定義將邊緣強度Edge[ch]變換為LPF強度S[ch]的變換函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)求出LPF強度S[ch]即可。上述變換函數(shù)只要是對應于邊緣強度Edge [ch]而LPF強度S[ch]單調增加的函數(shù)即可，則可以是任意的函數(shù)，但在本實施方式中使用由以下的(2)式表示的S型函數(shù)。[數(shù)式2]S [ch] = I/(1+exp (_a* (Edge [ch] _b)))(2)在此，a、b是以重構圖像中的偽影減少的效果最大、且粒狀性的惡化等弊害最小的方式，實驗地、經驗地或者理論地確定的參數(shù)。在得到LPF強度S[ch]之后，圖像處理部25使用該LPF強度S[ch]對輸入數(shù)據(jù)In[ch]實施LPF處理(步驟S4)。在本實施方式的LPF處理中，通過輸入數(shù)據(jù)In[ch]和高斯濾波器的卷積(convolution),來實現(xiàn)步驟S4的LPF處理。在使用高斯濾波器的情況下，使高斯分布的離散與LPF強度S[ch]成正比例。即，如果將與各信道ch (= I N)對應的離散表示為V[ch]，則通過以下的(3)式來確定高斯形狀。[數(shù)式3]V[ch] = C*S[ch](3)在此，C是以重構圖像中的偽影減少的效果最大、且粒狀性的惡化等弊害最小方式，實驗地、經驗地或者理論地確定的參數(shù)。此外，根據(jù)(2)、(3)式，邊緣強度Edge[ch]越大的部分，求出越大值的尚散V[ch]。若將對輸入數(shù)據(jù)In[ch]實施了 LPF處理的結果作為輸出數(shù)據(jù)0ut[ch]，使高斯(高斯函數(shù))的平均μ = 0.0，則輸出數(shù)據(jù)0ut[ch]如以下的(4)式那樣由In[ch]和高斯(Gaussian)的卷積來表示。[數(shù)式4] Ou^ch\ = In[ch\ Gauss αη(σ2 - V[ch],/i = 0.0) (4)另外，在LPF強度S[ch] = O的情況下，不能夠定義高斯，因此不進行(4)式的LPF處理。圖像處理部25在步驟S4中通過基于(3)、(4)式進行運算來求出輸出數(shù)據(jù)Out [ch]，并將求出的輸出數(shù)據(jù)Out [ch]存儲到存儲部23。另外，處理對象的輸入數(shù)據(jù)(在本實施方式中為In[ch])與高斯的卷積的具體的運算方法在圖像工學的領域中是公知的，因此省略(4)式的運算過程的說明。若對于在步驟SI中存儲到存儲部23中的各視野的投影數(shù)據(jù)的各列(I M)的成分分別執(zhí)行完步驟S2 S4的處理，則重構部22使用存儲部23所存儲的應用LPF處理后的各視野的投影數(shù)據(jù)(由上述Out [ch]構成的投影數(shù)據(jù))，通過規(guī)定的重構方法生成重構圖像數(shù)據(jù)，并將生成的數(shù)據(jù)存儲到存儲部23中(步驟S5)。然后，基于存儲部23所存儲的重構圖像數(shù)據(jù)，圖像處理部25生成任意截面的斷層圖像、從任意方向的投影像、類似三維圖像等，并向顯示部26輸出(步驟S6)。所輸出的圖像數(shù)據(jù)在顯示部26中顯示為X射線CT圖像。至此，該流程圖所示的一系列的處理結束。如以上說明的那樣，在本實施方式中，對于由數(shù)據(jù)收集電路15收集的投影數(shù)據(jù)的各列(I M)，提取向信·道方向的邊緣強度Edge [ch]，并求出與提取的邊緣強度相對應的LPF強度S[ch]，并進行將與求得的LPF強度S[ch]成正比例的值作為離散V [ch]的高斯濾波器與輸入數(shù)據(jù)In[ch]的卷積，由此求出輸出數(shù)據(jù)0ut[ch]。若對投影數(shù)據(jù)實施這種LPF處理，則投影數(shù)據(jù)向信道方向的變化越大的部位越被增大強度地進行平滑化。即，成為混疊偽影的產生原因的部位被強力地平滑化，對于其他部分極力維持原數(shù)據(jù)的值。在基于這種LPF處理后的投影數(shù)據(jù)而重構的圖像中，混疊偽影減少甚至消失。此外，在與混疊偽影無關的部位，LPF處理的強度較弱從而圖像的粒狀性被維持，因此分辨率不會不必要地惡化。(第二實施方式)接下來，說明第二實施方式。在本實施方式中，與第一實施方式的不同點為，不使用與高斯濾波器的卷積，而通過將輸入數(shù)據(jù)In[ch]和對輸入數(shù)據(jù)In[ch]實施了 LPF處理后的數(shù)據(jù)進行加權相加，來得到輸出數(shù)據(jù)Out [ch]。圖1、圖2所示的結構及圖3所示的處理的流程與第一實施方式同樣。但是，在步驟S4中，圖像處理部25按照以下的順序得到輸出數(shù)據(jù)0ut[ch]。S卩，首先圖像處理部25對輸入數(shù)據(jù)In[ch] —樣地實施LPF處理。將實施該LPF處理后的結果表示為LPF數(shù)據(jù)LPF_In[ch]。在該LPF處理中例如采用如下的3點濾波器的卷積:將對輸入數(shù)據(jù)In[ch-1]、In[ch]、In [ch+1]按照0.3、0.4、0.3的比率進行加權相加后的結果作為LPF數(shù)據(jù)LPF_In[ch]。但是，此處的LPF處理只要是向信道方向的shift-1nvariant (移不變)型的處理即可，可以使用任意的方法。接下來，圖像處理部25如以下的(5)式那樣，以基于在步驟S3中得到的LPF強度S[ch]的權重，對輸入數(shù)據(jù)In[ch]和LPF數(shù)據(jù)LPF_In[ch]進行加法，由此求出輸出數(shù)據(jù)Out[ch]。[數(shù)式5]Out [ch] = (1.0_S [ch]) *In [ch]+S [ch] *LPF_In [ch] (5)如此，即使在求出了輸出數(shù)據(jù)0ut[ch]的情況下，向信道方向的數(shù)值變化越大的部位則越增大強度地將投影數(shù)據(jù)平滑化，因此起到與第一實施方式同樣的效果。(變形例)在步驟S2中提取邊緣強度Edge[ch]的方法、在步驟S3中從邊緣強度Edge[ch]導出LPF強度S[ch]的方法、以及在步驟S4中以對應于LPF強度S[ch]的強度對投影數(shù)據(jù)(In[ch])實施LPF處理的方法，不限于上述各實施方式公開的方法。這些方法能夠置換為本領域技術人員能夠想到的各種方法。在上述各實施方式中，例示了具備N信道XM列的X射線檢測器14的X射線CT裝置1，但對于具備僅有1列(M = 1) X射線檢測元件的X射線檢測器的所謂單排CT，也能夠應用圖3的流程圖所示的方法。在上述各實施方式中，通過X射線CT裝置I內的圖像處理部25、重構部22執(zhí)行圖3的流程圖所示的步驟S2 S6的處理等。然而，也可以通過X射線CT裝置I以外的圖像處理裝置來進行這些處理的一部分或者全部。在該情況下，作為上述圖像處理裝置，能夠采用個人計算機、與醫(yī)院內的網絡連接的服務器、或者為了執(zhí)行步驟S2 S6的處理的一部分或者全部而構成的專用的計算機系統(tǒng)等各種裝置。此外，用于由這種圖像處理裝置進行處理的投影數(shù)據(jù)，可以讀出X射線CT裝置I的存儲部23所存儲的數(shù)據(jù)，也可以讀出該圖像處理裝置中設置的存儲部所存儲的數(shù)據(jù)、或者CD-ROM、USB存儲器等存儲介質所存儲的數(shù)據(jù)。對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式僅作為例子提示，不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新實施方式能夠以其他各種方式實施，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形也包含在發(fā)明范圍及其宗旨內，并且包含在權利要求書所記載的發(fā)明及其等同的范圍內。
權利要求
1.一種X射線CT裝置，其中，具備: X射線產生部,對被檢體照射X射線； X射線檢測部，具有沿規(guī)定方向排列、檢測透射被檢體的X射線而輸出檢測信號的多個信道量的X射線檢測元件； 圖像處理部，對于由與從上述多個信道量的X射線檢測元件輸出的檢測信號對應的數(shù)值構成的投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分則越增大強度地進行平滑化；以及 重構部，使用由上述圖像處理部平滑化后的多個投影數(shù)據(jù)來重構圖像。
2.如權利要求1記載的X射線CT裝置，其中， 上述圖像處理部對于上述投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分則越增大離散的值地應用高斯濾波器，由此將上述投影數(shù)據(jù)平滑化。
3.如權利要求1記載的X射線CT裝置，其中， 上述圖像處理部求出將上述投影數(shù)據(jù)一樣地平滑化后的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)和上述投影數(shù)據(jù)所包含的對應的數(shù)值彼此以使上述變化量越大的部分則越減小上述投影數(shù)據(jù)側的權重的方式進行加法，由此將上述投影數(shù)據(jù)平滑化。
4.一種圖像處理裝置，其中，具備: 圖像處理部，對于由與檢測信號對應的數(shù)值構成的投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分則越增大強度地進行平滑化，該檢測信號是在沿規(guī)定方向排列的多個信道量的X射線檢測元件檢測到透射被檢體的X射線時輸出的檢測信號；以及 重構部，使用由上述圖像處理部平`滑化后的多個投影數(shù)據(jù)來重構圖像。
5.如權利要求4記載的圖像處理裝置，其中， 上述圖像處理部對于上述投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分則越增大離散的值地應用高斯濾波器，由此將上述投影數(shù)據(jù)平滑化。
6.如權利要求4記載的圖像處理裝置，其中， 上述圖像處理部求出將上述投影數(shù)據(jù)一樣地平滑化的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)和上述投影數(shù)據(jù)所包含的對應的數(shù)值彼此以使上述變化量越大的部分則越減小上述投影數(shù)據(jù)側的權重的方式進行加法，由此將上述投影數(shù)據(jù)平滑化。
全文摘要
能夠利用簡單的方法，并且能夠保持重構圖像的分辨率并減少重構圖像中的偽影。一實施方式的X射線CT裝置具備X射線產生部、X射線檢測部、圖像處理部及重構部。X射線產生部對被檢體照射X射線。X射線檢測部具有沿規(guī)定方向排列、檢測透射被檢體的X射線而輸出檢測信號的多個信道量的X射線檢測元件。圖像處理部對于由與從上述多個信道分的X射線檢測元件輸出的檢測信號對應的數(shù)值構成的投影數(shù)據(jù)，使上述數(shù)值的變化量越大的部分則越增大強度地進行平滑化。重構部使用由上述圖像處理部平滑化后的多個投影數(shù)據(jù)來重構圖像。
文檔編號A61B6/03GK103167833SQ201280001604
公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月4日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者中西知 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社