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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(yùn)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?yàn)槊恳粋€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(jì)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(jìn)SDCT所用的針對螺旋校正的加權(quán)背投影方法而設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)的2維重構(gòu)方法。
然而，因?yàn)獒槍β菪Ｕ募訖?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(yán)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(jì)算時間，這阻止了它的實(shí)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(jì)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(jìn)一步縮短計(jì)算時間，因此，該方法執(zhí)行相對高速的計(jì)算并且是實(shí)用的。為此，正在開發(fā)實(shí)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(jì)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(jì)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?jǐn)?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(jì)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?yàn)楦咚俅鎯ζ魍ǔ］^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?yàn)獒槍Ω鱾€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?yàn)楸仨毎凑账鼈冊瓉淼臉幼觼硖幚韥碜远嘈械臋z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?yàn)樗璐鎯α?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(zhǔn)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?yàn)橥ㄟ^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(jì)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(jì)算，來計(jì)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(biāo)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(biāo)軸，其中，w代表沿平行波束的前進(jìn)方向的軸，t代表沿與前進(jìn)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(biāo)位置(x1，y1)時在w、t、v軸上的坐標(biāo)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(jìn)行計(jì)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(jìn)行計(jì)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(diǎn)由于2維尋址和復(fù)雜尋址，背投影計(jì)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?jǐn)鄬映上駡D像重構(gòu)區(qū)域而形成的每個劃分區(qū)域，由計(jì)算機(jī)執(zhí)行背投影計(jì)算(斷層成像圖像重構(gòu)計(jì)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(jì)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(jì)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?jǐn)鄬映上駡D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(jì)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(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)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(jìn)行插值，計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)施例方式
下面，參考附圖來詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明的斷層成像設(shè)備的實(shí)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(shí)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(zhǔn)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(jì)算設(shè)備52，包括例如圖像重構(gòu)計(jì)算設(shè)備和圖像處理設(shè)備。輸入設(shè)備包括例如鼠標(biāo)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(jì)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(zhǔn)直儀控制設(shè)備409所控制的準(zhǔn)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(jì)算設(shè)備52中。輸入到計(jì)算設(shè)備52的投影數(shù)據(jù)信號在計(jì)算設(shè)備52中的圖像重構(gòu)計(jì)算設(shè)備處進(jìn)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?yàn)闄z測器單元沿圓周旋轉(zhuǎn)軸方向排列在多行中，整體上，實(shí)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(yuǎn)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(shí)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?jǐn)?shù)目是M、沿y軸方向的劃分?jǐn)?shù)目是N并且沿z軸方向的劃分?jǐn)?shù)目是L時，如下確定劃分?jǐn)?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?jǐn)?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(shí)施例的背投影處理中，首先，通過計(jì)算設(shè)備52中圖像重構(gòu)計(jì)算設(shè)備中的程序，將輸入到計(jì)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(jì)算設(shè)備52中的圖像重構(gòu)計(jì)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(shí)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(jì)算設(shè)備52中的圖像重構(gòu)計(jì)算設(shè)備中存儲的程序，計(jì)算與2維圖像數(shù)據(jù)分段61的頂角處的四個點(diǎn)(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(diǎn)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(jì)算與在頂角處的八個點(diǎn)(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(jì)算，可以使用上述方程(1)～(6)。
在步驟S82處，在calc_maxmin4()中，計(jì)算在步驟S 81處所計(jì)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(jì)算。
在步驟S83處，在calc_cut_size()中，根據(jù)在步驟S82中計(jì)算的檢測器地址，來計(jì)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(jì)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(jì)算rw_size＝max_rw-min_rwch_size＝max_ch-min_ch在步驟S 84處，在calc_base_address()中，計(jì)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(zhǔn)地址(rw_base，ch_base)。該地址可以通過將步驟S82處計(jì)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(jì)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(zhǔn)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(shí)施例中，盡管在步驟S83處計(jì)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(jì)算圖像數(shù)據(jù)分段中重構(gòu)點(diǎn)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(jì)算設(shè)備52中圖像重構(gòu)計(jì)算設(shè)備中存儲的程序進(jìn)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(diǎn)p(x1，y1)、p(x2，y2)、p(x3，y3)、p(x4，y4)相對應(yīng)的檢測器地址，計(jì)算重構(gòu)象素點(diǎn)p(x5，y5)的檢測器地址。具體地，當(dāng)假設(shè)與四個頂點(diǎn)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(biāo)值相乘并將其相加的同時，如下確定重構(gòu)點(diǎn)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(shí)施例中，盡管使用了四個頂點(diǎn)，本發(fā)明不局限于此。此外，可以使用根據(jù)上下左右的點(diǎn)而確定的六點(diǎn)插值。此外，可以執(zhí)行通過插值的這種檢測器地址計(jì)算，僅用于確定計(jì)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(diǎn)的檢測器地址計(jì)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(diǎn)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(xì)解釋了本發(fā)明的實(shí)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(shí)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(biāo)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?jǐn)?shù)目設(shè)計(jì)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(jìn)行這種輸入。此外，可以通過提供一種措施來將輸入到計(jì)算設(shè)備52的投影數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)為可顯示的。此外，可以設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)算，并且生成3維斷層成像圖像，其中，圖像重構(gòu)計(jì)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(jì)算關(guān)于通過劃分區(qū)域的代表性點(diǎn)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(diǎn)的計(jì)算位置，通過插值，確定關(guān)于通過除代表性點(diǎn)之外的點(diǎn)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(jì)算關(guān)于通過圖像數(shù)據(jù)分段區(qū)域的多個頂點(diǎn)的穿透射線的檢測裝置的地址；裝置，用于計(jì)算針對多個頂點(diǎn)所計(jì)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(jì)算的最大值和最小值來計(jì)算投影數(shù)據(jù)分段的大??；以及裝置，用于根據(jù)所計(jì)算的最大值和最小值來計(jì)算用作投影數(shù)據(jù)分段的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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??；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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jìn)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(diǎn)，計(jì)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(jì)算的多個代表性重構(gòu)點(diǎn)的檢測裝置的地址，針對其他重構(gòu)點(diǎn)，通過插值來近似計(jì)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(jì)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(jì)算與各個投影數(shù)據(jù)分段區(qū)域的頂點(diǎn)相對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)的檢測裝置的地址、計(jì)算所計(jì)算的檢測裝置地址中的最大值和最小值、以及根據(jù)所計(jì)算的檢測裝置地址的最大值和最小值計(jì)算投影數(shù)據(jù)分段的大小和投影數(shù)據(jù)分段的基準(zhǔn)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(shí)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