在計算機斷層造影中設置圖像的方法及實施該方法的設備的制作方法

專利名稱：在計算機斷層造影中設置圖像的方法及實施該方法的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在計算機斷層造影中設置圖像的方法，其中，借助于從焦點發出的射線束和平面構成的檢測器陣列對檢查對象進行掃描，以適當的方式對所確定的輸出數據進行過濾，并進行反向投影(rueckprojizieren)，以便至少獲得一幅表示檢查對象截面的吸收值的層析圖像。此外，本發明還涉及一種適合于實施該方法的CT設備。
背景技術：
原理上，在“過濾的反向投影”概念下的這類方法已經公知，但是作為3D方法，即與矩陣式的檢測器陣列相關，由于錐形的X射線束產生的所謂“錐形光束偽影(cone beam artifact)”，而在實際中不能帶來足以引人注目的圖像質量。
此外，這種方法的缺點是，如在工作臺較少前移的螺旋掃描中，通過對同一體素(Voxel)的多次照射而產生的冗余數據未被利用，導致檢查對象所攝入的射線劑量未完全用于成像。
此外，還有與2D圖像再現方法相結合的考慮，通過“過濾的反向投影”從輸出數據中計算出大量的臨時圖像，這些輸出數據源于本身對于圖像再現不夠充分的焦點軌道(Fokusbahn)段，其中，這些臨時圖像直到在第二步驟中才被形成為最終的層析圖像。這種2D方法對于具有較大寬度的檢測器陣列，即在系統軸方向具有較大的延伸的檢測器陣列不是十分實用的，因為這樣就需處理極大量的臨時圖像，這本身就會對可供使用的計算能力帶來問題。
所有這些方法存在的問題是，由于在對檢查對象進行掃描時產生的可能的數據冗余，而產生對圖像質量有負面影響的圖像偽影。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種在本文開始部分提到的能夠提高圖像質量的方法。
本發明人了解，一方面，在圖像準備中、特別是對過濾的數據進行反向投影時，須考慮關于檢查區域中被觀察的各體素所出現的冗余。然而另一方面，還須考慮射線是如何在射線束中定位的。當在圖像設置中，對關于射線束在旋轉軸方向上的延伸位于中心的射線的考慮強于關于同一延伸僅位于射線束邊緣的射線時，對圖像的質量有著重要的積極意義。
按照本發明人的建議，提供了一種改進的用于設置計算機斷層造影圖像的方法，該方法具有下述方法步驟-為了對檢查對象進行掃描，使用從至少一個焦點發出的射線束，并利用一個用于檢測該射線束的射線的、具有多個分散的檢測器單元的、平面構成的檢測器陣列，該至少一個焦點相對于檢查對象，在至少一個繞該檢查對象繞行的焦點軌道上，與相對而設的檢測器陣列一起轉動，其中，該檢測器陣列的檢測器單元給出表示射線在穿過檢查對象時的衰減的輸出數據，-將該輸出數據過濾，-然后將過濾的輸出數據進行三維反向投影，用于產生檢查對象的具有一層厚的層的至少一個層析圖像，其中，該層析圖像表示從所述輸出數據得到的、屬于該檢查對象層的體素對射線束的輻射的吸收值，以及-在反向投影中，根據射線在射線束中的位置對其進行加權。
在本發明一特殊的實施方式中，過濾是在焦點軌道上屬于各焦點位置的正切方向上進行的。已經表明，利用該過濾方向可以實現非常高的圖像質量。對該過濾方向的選擇基于這種知識，所述可實現高圖像質量的、基于臨時圖像的2D方法，可以轉換為一種3D方法，如果將計算臨時圖像所基于的焦點軌道段大大縮短，使其僅包含一個單獨投影，然后在焦點軌道的正切方向上將其數據過濾，就可以期望這樣的3D方法能夠實現可與2D方法相比擬的好的圖像質量。
如果射線束在旋轉方向具有延伸，且在旋轉軸方向上具有延伸，則具有優點的是，對在旋轉軸方向上延伸的射線束中位于中心的射線的加權比在旋轉軸方向上延伸的射線束中位于邊緣附近的射線的加權強。
按照本發明的方法將尤其容易實現，如果在過濾前將射線束P(α，β，q)形式的、從扇形射線幾何獲得的輸出數據換算為射線束P(θ，β，q)(方位角“重排(rebinning)”)以及P(θ，p，q)(完全“重排”，即，方位角的和徑向的“重排”)形式的、平行射線幾何的平行數據。請參照圖3，其中，α 為焦點角，β 為扇角，q 為檢測器系統在z坐標上的相應行下標，θ=α+β 為平行扇角p=RFsin(β)為相應于與旋轉軸(系統軸)的射線間距的平行坐標，以及RF為焦點軌道半徑。
按照本發明的一種優選實施方式，平行數據的反向投影是以這種方式進行的，即在對每個體素V(x，y，z)反向投影的過程中，對每個0∈
，對于其投影沿系統軸過(x，y)的射線束 以及 其合為Px,y,z(θ)=ΣkΣqW·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~β~,q]]·P[θ+kπ,p~β~,q]]]>其中，x，y,z為各體素V(x，y，z)的坐標，k 為相應于再現中焦點繞行的半周數的整數，為其投影沿系統軸通過各體素V(x，y，z)的坐標(x，y)延伸的射線的平行坐標，為其投影沿系統軸通過各體素V(x，y，z)的坐標(x，y)延伸的射線的扇角，以及h 為確定所產生的顯示檢查對象層的層析圖像中的層厚度的加權函數，以及d 為一個函數，其等于各射線與相應體素V(x，v)間的距離，或與各射線與相應體素V(x，y)間的距離相關，W 表示一加權函數，其對平行扇角θ較大的射線所加的權小于對平行扇角θ較小的射線所加的權。
的表達方式在此表示，可以選擇性地對通過方位角“重排”或通過完全“重排”獲得的射線求和，其中，在方位角“重排”的情況下，過濾正切于β方向過濾的焦點軌道；而在完全“重排”的情況下，過濾正切于p方向過濾的焦點軌道。
由于這種求和，關于k和q可以保證，所有通過同一體素延伸的射線都被考慮，因而使得射入檢查對象的射線劑量得到完全地利用。
在一種特別優選的實施方式中，為了反向投影平行數據，建立了在加權h的和HH=ΣkΣqW·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~β~,q]]]]>上標準化的和Px,y,z(θ)=1HΣkΣqW·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~β~,q]]·P[θ+kπ,p~β~,q]]]>這一過程使得可以進一步改善圖像質量，因為可以克服一些體素由于較其它體素接受更多的射線而可能被過于強調，因而避免了相應的偽影。各體素的CT值通過在θ上求和得到。
按照本發明，該加權函數可以是一個具有W(θ+kπ)的平行扇角的函數，優選為一平滑函數，其對于關于射線扇形在旋轉軸方向或z軸方向的延伸的中心射線具有值1，而對于位于邊緣的射線具有值0。
如果檢測器陣列具有按行排列的檢測器單元，則加權通過一為行數的函數W(q)表示，這里，優選采用平滑函數，其對于一個或多個位于中心的檢測器行上的射線具有一個高值，優選為1，而對于位于邊緣的檢測器行上的射線具有約為0的值，該函數例如可以是cos2函數。
如果按照本發明的一種變形，焦點軌道為環形軌道時(斷層造影掃描)，則可以應用例如本發明的方法。但按照本發明的一種優選變形焦點軌道為螺旋軌道，它是這樣實現的環形軌道上的焦點繞系統軸運動，同時，在焦點和檢查對象之間有沿系統軸方向的相對運動。在這種螺旋掃描的基礎上，對檢查對象的更大體積也可以毫無問題地進行檢查。
在斷層造影掃描情況下，對于k，通常有k＝1或k＝2。在螺旋掃描的情況下，對k的選擇是在考慮每次完全繞行所達到的在系統軸方向的相對移動下這樣進行的，使得能對檢查對象的待成像區域進行完全的測取。
相應于本發明的基本思想，發明人還建議了一種計算機斷層造影(CT)設備，用于利用從至少一個焦點發出的射線束和一個平面結構的檢測器陣列對檢查對象進行掃描，該檢測器陣列具有多個用于檢測該射線束射線的分散的檢測器單元，其中，所述至少一個焦點在至少一個環繞該檢查對象的焦點軌道上與與其相對設置的檢測器陣列一起相對于該檢查對象運動，在該CT設備中，至少設置了用于對檢測器數據進行收集、過濾和反向投影的裝置，用以實現上述方法。其中，這些裝置優選或盡可能通過程序或程序模塊來實現。


下面將借助附圖所示實施方式對本發明進行詳細描述。其中圖1部分以透視圖、部分以方框圖示出了一具有多行檢測器單元的CT設備的示意圖；圖2示出了圖1中設備的縱剖面圖；圖3為將“重排(rebinning)”可視化的示意圖；圖4示出了在支架旋轉時，利用相對設置的焦點和檢測器用射線束的掃描；圖5示出了兩個不同的加權函數W的變化曲線；圖6示出了在支架旋轉且在z方向運動時，利用相對設置的焦點和檢測器用射線束的掃描。
具體實施例方式
在圖1和圖2中示出了適于實施本發明方法的第三代CT設備。總體上用1表示的測量裝置具有一總體上用2表示的X射線源，其具有一個在該X射線源前面、并在其附近的光闌3(圖2)，一個由多行和多列檢測器單元的多平面檢測器陣列構成的檢測器系統5，在圖1中用4表示出其中一個檢測器單元，在該檢測器系統5前和附近有一個光闌6(圖2)。在圖1中，為清楚起見僅示出了八行檢測器單元4。但在圖2中，檢測器系統5還具有用點示出的其它檢測器單元4行。
在圖2中，示意性地示出了，一方面是X射線源2和光闌3，另一方面是檢測器系統5和光闌6，它們這樣相互相對地安裝在旋轉架7上，使得在CT設備運行時，由X射線源2發出、透過可調節光闌3的錐形X射線束(其邊緣用8表示)能到達檢測器系統5。在此，對光闌6相應于由光闌3調節的X射線束的截面來調節，使得只暴露出檢測器系統5的那些能直接由X射線束觸及的區域。在圖1和2中示出的操作模塊中，有八行檢測器單元4，以下稱之為有效行。其它用點示出的行由于被光闌遮蔽，因此稱之為非有效的。
每行檢測器單元4具有k個檢測器單元，其中，βk＝β1至βk為信道下標，每個檢測器單元都分配有一個扇角βk。中間檢測器單元的扇角為0；兩個最外側的檢測器單元的扇角為β1＝+βmax和βk＝-βmax。
檢測器單元4的有效行Lq在圖2中用L1和LQ表示，其中，q＝1至Q為行下標，在所述實施方式的情況下，其相應于z坐標。
X射線束具有如圖1和圖2中所示的錐角，即X射線束的開角位于系統軸Z和焦點F所在的平面內。該X射線束的開角(扇面開角)在垂直于系統軸Z且包含焦點F的平面內為2βmax，如圖1所示。
旋轉架7可借助于驅動裝置22繞用Z表示的系統軸旋轉。系統軸Z與圖1所示空間直角坐標系統的z軸平行延伸。
檢測器系統5的列同樣沿z軸方向延伸，而在z軸方向上測得寬度為b(例如為1mm)的行則垂直于系統軸Z或z軸延伸。
為了將檢查對象、例如患者置于X射線束的射線路徑中，設置了臥榻裝置9，其可平行于系統軸Z，即在z軸方向上移動，并且是以這種方式，即在旋轉架7的旋轉運動和臥榻裝置9的平移運動之間的同步，以平移速度與旋轉運動的比為常數的方式實現，其中，該比值是可調節的，可以選擇期望的旋轉架每次轉動時臥榻裝置的移動v的值。
因此，可以在體積掃描的過程中對位于臥榻裝置9上的檢查對象的體積進行檢查，其中，體積掃描是以螺旋掃描的形式這樣進行的，即同時旋轉測量單元1和平移臥榻裝置9，借助于測量單元，在測量單元1每次旋轉時從不同的投影方向拍攝多個投影。在螺旋掃描下，X射線源的焦點F在圖1中用S表示的螺旋軌道上相對于臥榻裝置9運動。螺旋掃描須在α方向上至少伸展π+2βmax，以便能夠完整地再現每行檢測器單元的CT圖像。但這段路徑在CT設備的技術限制范圍內也可任意長。
但是，由于有多行檢測器單元4，也可以在所謂的斷層造影掃描過程中對檢查對象的體積進行檢查，其中，沒有沿z軸方向的、測量單元1和臥榻裝置9之間的相對運動(v＝0)。因此，在斷層造影掃描情況下，檢查體積的大小由檢測器單元4的有效行來確定。在斷層造影掃描中，焦點F在一以下稱之為中間平面的平面上的環形焦點軌道上運動。
斷層造影掃描可以部分繞行或完全繞行的方式實現，其中，部分繞行包括一用于完全再現CT圖像的、至少為π+2βmax(半周繞行加扇形開角)的部分繞行間隔，而在完全繞行下，該繞行間隔為2π。
在螺旋掃描或斷層造影掃描期間，從檢測器系統5的每個有效行的檢測器單元讀出的、相應于扇形射線幾何中的各個投影P(α，β，q)的測量數據被送至數/模轉換器的數據準備單元10，并被串行地傳輸給圖像計算機11。
在圖像計算機11的預處理單元12中對這些測量數據進行預處理之后，結果數據流被送至層析圖像再現單元13，該層析圖像再現單元13按照還將進行詳述的按照本發明的方法，在“過濾的反向投影”基礎上，由這些測量數據重構出所期望的檢查對象層的層析圖像。
CT圖像由以矩陣形式組合在一起的像素構成，其中，每個圖像平面有相應的像素，每個像素對應于一個以Hounsfield單位(HU)表示的CT數，以及與每個像素相應的CT數/灰度值標度用與其各自的CT數相應的灰度值表示。在此，每個像素示出了在CT圖像中示出的檢查對象層的一個體素(＝體積單元)。由于檢測器系統5具有多行，以及必要時由螺旋掃描獲得關于檢查對象多個層的測量數據，因此，有在本發明范圍內引入3D反向投影的3D數據可供使用。作為最終結果，有三維矩陣形式(例如利用x、y、z軸)的3D圖像數據可供使用，其中，該矩陣的每個元素相應于一個體素V(x，y，z)，其包含相應于所屬CT數的灰度值。該三維矩陣中那些具有相同x、y或z值的元素，分別表示檢查對象的、相應于x、y或z值的層的平面層析圖像。
由層析圖像再現單元13再現的圖像將在連接到圖像計算機11的顯示單元16(例如一個顯示器)上顯示出來。
X射線源2，例如為一個X射線管，由一個發電機單元17供給所需的電壓和電流，如管電壓U。為了將電壓和電流調節到所需的值，為發電機單元17配備了帶有鍵盤19的控制單元18，由其實現必要的調節。
CT設備的其它操作和控制也是借助控制單元18和鍵盤19實現的，這由控制單元18與圖像計算機11的連接可以看出。
此外，檢測器單元4的有效行的數目Q，以及由此的光闌3和6的位置是可以調節的，為此，控制單元18與配屬于光闌3和6的調節單元20和21相連接。此外，旋轉架7完整旋轉所需的旋轉時間τ也是可調節的，這由配屬于旋轉架7的驅動單元22與控制單元18相連接可以看出。
盡管原則上本發明的方法也可以在扇形射線幾何中實現，但對所述CT設備優選的是，在平行射線幾何中實現本發明的方法。
因此，首先將通過螺旋掃描或斷層造影掃描對患者的各重要身體部位檢查進行掃描所獲得的扇形射線幾何數據用通常稱為“重排(rebinning)”的方法，以公知的方式轉換為平行射線幾何。這種轉換是基于對在扇形射線幾何中獲得的數據再分類(Umsortierung)這樣實現的，即從在扇形射線幾何中獲得的不同投影中提取射線，將它們拼合成平行射線幾何的投影。在平行射線幾何中，間隔長度為π的數據就足以用于完全的圖像再現。盡管如此，為了獲得這些數據，在扇形射線幾何中，須有間隔長度為π+2βmax上的數據可供使用。
圖3示出了平行射線幾何中的投影。因此，該投影的所有n條平行射線RP1至RPN相對于圖3所示的x軸以及與圖1所示一致的坐標系都有一個平行扇角θ。
下面，借助于圖3中用加重線顯示的平行射線RP1對從扇形射線幾何到平行射線幾何的過渡進行描述。
平行射線RP1源自對焦點軌道S上的焦點位置F1在扇形射線幾何中獲得的投影。在圖3中，還示出了在扇形射線幾何中屬于該投影的、通過旋轉軸14并因此而沿坐標系z軸延伸的中心射線RFZ1。焦點位置F1在相應于焦點角α1，其是x軸和中心射線RFZ1之間的角。相對于中心射線RFZ1，射線RP1具有扇角β。因此，很容易看出，對于平行扇角θ有θ＝α+β。
垂直于各平行射線測得的與旋轉軸14或z軸的射線距離p由p＝RFsin(β)給出。
如在圖3中用加重線示出的，示出了通過旋轉軸14及x軸的中心射線RPZ，該射線為在扇形射線幾何中在焦點位置FZ、焦點角αZ下獲取的投影在扇形幾何中的中心射線。由于對于該中心射線存在在扇形射線幾何中獲取的投影β＝0，則顯然，在這種情況下，對該中心射線有根據所實施的是方位角“重排”還是完全“重排”，平行投影為P(α，β，q)形式或P(θ，p，q)形式，其中，α為焦點角，β為扇角，q為檢測器系統在z坐標上的相應行下標，θ＝α+β 為平行扇角p＝RFsin(β)為相應于與旋轉軸(系統軸)的射線間距的平行坐標，以及RF為焦點軌道半徑。
在按照本發明的第一實施方式的、借助于鍵盤19進行選擇的第一操作方式中，所述CT設備基于通過方位角“重排”獲得的投影工作。在方位角“重排”情況下，相應于這些投影的數據在β方向被過濾，即在屬于各平行投影的中心射線的焦點位置的正切T的方向(見圖3)，并且是利用在計算機斷層造影中常用的過濾器核進行的，如Shepp-Logan核或Ramachandran-Lakshminarayanan核。
這種過濾后的平行數據然后被以這種方式進行反向投影，即在對每個體素V(x，y，z)進行反向投影的過程中，對每個θ∈
，對于其投影沿系統軸過(x，y)的射線 其和為Px,y,z(θ)=ΣkΣqW(q)·h·[dx,y,z[θ+kπ,β,~q]]·P[θ+kπ,β~,q]]]>其中，x，y，z為各體素V(x，y，z)的坐標，k 為相應于再現中焦點繞行的半周數的整數， 為其投影沿系統軸通過各體素V(x，y，z)的坐標(x，y)延伸的射線的扇角，以及h 為在所產生的顯示檢查對象層的層析圖像中確定層厚度的加權函數，以及d 為一個函數，其等于各射線與相應體素V(x，y)間的距離，或與各射線與相應體素V(x，y)間的距離相關，W(q)為一加權函數，其對在旋轉軸方向上延伸的射線束中位于邊緣附近或至少是不在中心的射線的加權比對位于中心的射線的加權弱。
由于所選擇的過濾方向以及這種求和，通過k和q可以一方面避免錐形光束偽影(cone beam artifact)，另一方面可以考慮到所有對通過體素V(x，y，z)延伸的射線的高度劑量利用的需要。但是，此外還對通過相應的加權對射線束中的射線定位加以考慮。
與體素V(x，y，z)相關的吸收值μx，y，z通過在至少半周繞行上關于θ的和得到，即通過公式μx,y,z=ΣθPx,y,z(θ)]]>得到。
與各吸收值相應的CT數以常規方式通過該吸收值確定。
在此，可以借助鍵盤19設置不同的加權函數h和不同的函數d。
適于作為加權函數h的例如有三角函數或梯形函數。
加權函數W是投影角θ的函數。
作為函數d可以設置為各平行射線與體素V(x，y，z)的距離，或代之以例如該距離的z(軸)分量。
在一種所述第一操作方式的變形中，為了反向投影這些平行數據，在加權h的和H上建立標準化的和Px，y，z(θ)H=ΣkΣqW(q)·h·[dx,y,z[θ+kπ,β~,q]]]]>Px,y,z(θ)=1HΣkΣqW(q)·h·[dx,y,z[θ+kπ,β~,q]]·P[θ+kπ,β~,q].]]>這使得可以進一步改進圖像質量，因為這可以避免由于多次半周繞行的“照射”、即由射線觸及而可能過分強調的體素，并因而避免相應的偽影。在螺旋掃描中，當測量裝置的每次全繞行的相對移動很小時(小斜度)，使體素多次被輻射，會出現這種允余。
按照本發明方法的另一實施方式的、借助于鍵盤19進行選擇的第二操作方式與第一操作方式的不同之處在于，所述CT設備不是基于通過方位角“重排”，而是基于通過完全“重排”獲得的投影工作的。在完全“重排”情況下，相應于這些投影的數據在p方向被過濾，即同樣分別在屬于各平行投影的中心射線的焦點位置的正切T的方向(見圖3)被過濾。
因此，在反向投影過程中，為這種過濾后的平行數據建立和Px,y,z(θ)=ΣkΣqW(q)·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~,q]]·P[θ+kπ,p~,q].]]>其中， 為那些其投影沿系統軸過各體素V(x，y，z)的坐標(x，y)延伸的射線的平行坐標。
在所述第二操作方式的情況下，在為了反向投影這些平行數據的變形中，也在加權h的和H上建立標準化的和Px，y，z(θ)H=ΣkΣqW(q)·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~,q]]]]>Px,y,z(θ)=1HΣkΣqW(q)·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~,q]]·P[θ+kπ,p~,q].]]>在所述第一和第二操作方式的情況下，按照本發明方法的工作原理，考慮與體素V(x，y，z)相關的所有射線，這些射線的投影沿旋轉軸14或z軸通過x，y延伸。對這些射線是否和如何考慮，將通過加權函數W和h以及函數d來確定。
但所述CT設備還可以具有其它利用鍵盤19進行選擇的、與以上描述不同的操作方式，其中，對于給定的焦點位置，確定通過各體素V(x，y，z)延伸的理論射線，然后，考慮加權函數h和函數d，在反向投影的過程中，在建立和時，僅考慮那些實際為該和作出貢獻的射線。
在所述實施方式的情況下，測量裝置1和臥榻裝置9之間的相對運動是由于臥榻裝置9的移動而產生的。但在本發明的范圍內，還可以使臥榻裝置9固定，而代之以使測量裝置1移動。此外，在本發明的范圍內，還可以使測量裝置1和臥榻裝置9都移動，以產生所需的相對運動。
在圖4中，簡單示意性地示出了在2D顯示中的射線加權問題。在該例中，CT的支架與焦點和檢測器在0°位置用實線表示，繞z軸旋轉180°后在180°位置用虛線表示。檢測器具有12個檢測器行L1至L12，它們分別被射線束的相應射線S1至S12所觸及。在此需說明，檢測器延伸的空間尺寸的顯示有些夸張，以便對本發明進行更清楚的解釋。這里所示支架在繞z軸或系統軸的環形軌道上運動。沒有在z軸方向上的運動。
觀察位于射線束中心的體素V2，該體素在支架的兩個位置上均被位于中心的射線S4所透射，按照本發明，對該射線測量進行高的加權。同時，在0°位置，位于稍微靠外的體素V1在0°位置時由靠外的射線S1透射，稍后由位于射線束內的射線S4透射。按照本發明的加權，對射線S1的加權低于對射線S4的加權。觀察同樣位置靠外的體素V3，這里的加權是相反的。由于這里檢測器是由以矩陣形式、按行和列排列的檢測器單元構成的，可以將對射線的加權直接與行號q相耦合。
在下面的圖5中，示出了三個按照本發明的加權Wq的變化曲線的例子。其共同之處在于相對于位置靠外的射線，對中心射線的加權較重。但這些函數又是不同的。點線表示兩側從中心線下降的變化曲線，虛線給出了具有外側快速下降的、在較大中心區域內的等量加權，而實線示出了鐘形的變化曲線，其在極值0和1之間允許柔和的過渡。
圖6分別示出了螺旋CT支架在0°位置和相鄰的180°位置的射線束。相應于螺旋CT的特性，這些位置除了旋轉在z方向上還是相互錯開的。在該顯示中，體素V1在0°位置和180°位置都受到射線S1的投射。相應于射線S1的非中心位置以及其所屬的位于檢測器外側的檢測器行L1，將對該兩個測量進行較低的加權。體素V2在0°位置由位于非中心的、在該位置為體素V2較低加權的射線S12投射，而在180°位置則由為體素V2較重加權的中心射線S6投射。相應于射線S1在0°和180°位置的位置，對這些射線均進行關于體素V1的較低加權。總之，通過這里所示的附加加權W，可以顯著改進圖像質量。
已經表明，在所述實施方式的情況下，錐形的X射線束具有直角的截面。但在本發明的范圍內，還可以有其它的截面幾何形狀。
與所述實施方式相關，可以應用第三代CT設備，即X射線源和檢測系統在成像過程中可共同繞系統軸移動。但本發明也可與第四代CT設備一起使用，其中，僅X射線源繞系統軸移動，其與固定的檢測器環共同起作用，只要該檢測器系統是多行檢測器單元陣列。
本發明的方法還可應用于第五代CT設備，其中，X射線不僅是從一個焦點，而且是從一個或多個繞系統軸移動的X射線源的多個焦點發出的，只要該檢測器系統具有多行檢測器單元的陣列。
與上述實施方式相關的CT設備具有其檢測器單元按照正交矩陣形式排列的檢測器系統。但本發明也可用于其檢測器系統具有按其它形式排列的多平面檢測器單元的其它CT設備。
上述實施方式涉及本發明方法的醫學應用。但本發明也可用于醫學以外的領域，如對包裹檢查或材料檢查。
權利要求
1.一種用于在計算機斷層造影中設置圖像的方法，該方法具有下述方法步驟1.1為了對檢查對象進行掃描，使用從至少一個焦點發出的射線束，并利用一個用于檢測該射線束的射線的、具有多個分散的檢測器單元的、平面構成的檢測器陣列，該至少一個焦點相對于檢查對象，在至少一個繞該檢查對象繞行的焦點軌道上，與相對而設的檢測器陣列一起轉動，其中，該檢測器陣列的檢測器單元給出表示射線在穿過檢查對象時的衰減的輸出數據，1.2將該輸出數據過濾，1.3然后將過濾的輸出數據進行三維反向投影，用于產生檢查對象的具有一層厚的層的至少一個層析圖像，其中，該層析圖像表示從所述輸出數據得到的、屬于該檢查對象層的體素對射線束的輻射的吸收值，以及1.4在反向投影中，根據射線在射線束中的位置對其進行加權。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過濾在焦點軌道上屬于各焦點位置的正切方向上進行。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述射線束具有在旋轉方向上的延伸和在旋轉軸方向上的延伸，其中，對在旋轉軸方向上延伸的射線束中位于中心的射線的加權比在旋轉軸方向上延伸的射線束中位于邊緣附近的射線的加權強。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在過濾之前，將射線P(α，β，q)形式的、從扇形射線幾何獲得的輸出數據換算為射線P(θ，β，q)或P(θ，p，q)形式的、平行射線幾何的平行數據，其中，α為焦點角，β為扇角，q為檢測器系統在z坐標上的相應行下標，θ＝α+β 為平行扇角p＝RFsin(β)為相應于與旋轉軸(系統軸)的射線間距的平行坐標，以及RF為焦點軌道半徑。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述平行數據的反向投影是以這種方式實現的，即在對每個體素V(x，y，z)反向投影的過程中，對每個θ∈
，對于其投影沿系統軸過(x，y)的射線束 以及 其合為Px,y,z(θ)=ΣkΣqW·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~β~,q]]·P[θ+kπ,p~β~,q]]]>其中，x，y，z為各體素V(x，y，z)的坐標，k 為相應于再現中焦點繞行的半周數的整數， 為其投影沿系統軸通過各體素V(x，y，z)的坐標(x，y)延伸的射線的平行坐標， 為其投影沿系統軸通過各體素V(x，y，z)的坐標(x，y)延伸的射線的扇角，以及h 為確定所產生的顯示檢查對象層的層析圖像中的層厚度的加權函數，以及d 為一個函數，其等于各射線與相應體素V(x，y)間的距離，或與各射線與相應體素V(x，y)間的距離相關，W 表示一加權函數，其對平行扇角θ較大的射線所加的權小于對平行扇角θ較小的射線所加的權。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在反向投影平行數據時，建立了在加權h的和HH=ΣkΣqW·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~β~,q]]]]>上標準化的和Px,y,z(θ)=1HΣkΣqW·h·[dx,y,z[θ+kπ,p~β~,q]]·P[θ+kπ,p~β~,q].]]>
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述加權函數為具有W(θ+kπ)的平行扇角的函數。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述加權函數W(θ+kπ)為一平滑函數，其對于關于平行扇角位于射線束中心的射線具有值1，而對于位于邊緣的射線具有值0。
9.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述檢測器陣列具有按行排列的檢測器單元，以及所述加權函數為行數W(q)的函數。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述加權函數W(q)為一平滑函數，其對于至少一個位于中心的檢測器行上的射線具有值1，而對于位于邊緣附近的檢測器行上的射線具有值0。
11.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述焦點軌道是環形軌道。
12.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述焦點軌道是螺旋形軌道，它是這樣實現的環形軌道上的焦點繞系統軸運動，同時，在焦點和檢查對象之間沿系統軸方向相對運動。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述檢測器矩陣的檢測器單元是以行和列分散排列的，優選為按矩陣形式排列。
14.一種計算機斷層造影設備，用于利用從至少一個焦點發出的射線束和一個平面結構的檢測器陣列對檢查對象進行掃描，該檢測器陣列具有多個用于檢測該射線束射線的分散的檢測器單元，其中，所述至少一個焦點在至少一個環繞該檢查對象的焦點軌道上與與其相對設置的檢測器陣列一起相對于該檢查對象運動，在該計算機斷層造影設備中，至少設置了用于按照權利要求1至13之一對檢測器數據進行收集、過濾和反向投影的裝置。
15.根據權利要求14所述的計算機斷層造影設備，其特征在于，所述功能裝置的至少一部分通過程序或程序模塊來實現。
全文摘要
本發明涉及一種用于圖像再現的方法，在計算機斷層造影中，利用平面伸展的檢測器，其中，在反向投影中，根據射線在射線束中的位置對其進行加權。本發明還涉及一種適于實施本發明方法的CT設備。
文檔編號G01N23/04GK1489977SQ03159709
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月23日 優先權日2002年9月23日
發明者赫伯特·布魯德, 赫伯特 布魯德, 弗洛爾, 托馬斯·弗洛爾, 安娜貝拉·勞舍爾, 拉 勞舍爾, 卡爾·施瓦茨, 施瓦茨, 卡爾·斯蒂爾斯托弗, 斯蒂爾斯托弗 申請人:西門子公司