預處理方法和x射線ct裝置的制作方法

專利名稱：預處理方法和x射線ct裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及預處理方法和X射線CT(Computed Tomography)裝置，特別是涉及預處理X射線CT裝置收集的投影數據的方法和進行投影數據的預處理的X射線投影裝置。
背景技術：
X射線CT裝置將對象進行掃描，并將得到的投影數據進行預處理。預處理包括基準水校準(reference water calibration)。這是為獲得以水為基準的CT值而不可缺少的預處理。基準水校準利用掃描水模(phantom)得到的投影數據(例如參照專利文獻1特開平7-327979號公報第3頁，圖8)。
為了維持校準精度，定期更新基準數據。為了更新基準數據，定期進行使用水模的校準掃描。
準備與多個視野(FOVfield of view)對應的多個水模，通過掃描它們得到每個FOV的基準數據。如上所述，X射線CT裝置必須對多個模分別進行定期地校準掃描。每次掃描時，由于模必須精密定位，以使其中心與掃描的同中心一致，所以要花費相當的時間。另外，僅僅校準所要的時間就耗費X射線的壽命。更有必要適當地管理多個模。

發明內容
本發明的課題是實現用不依賴模的基準數據進行校準的預處理方法以及進行這樣的預處理的X射線CT裝置。
(1)用以解決上述課題的一種觀點的發明是預處理的方法，借助X射線CT裝置用X射線掃描對象并對收集的投影數據進行預處理，其特征在于，分別求出由與掃描的同中心同心的圓來切取的連結X射線焦點和X射線檢測器各通道的直線的長度，使用表示這些長度的數據校準投影數據。
(2)用以解決上述課題的另一種觀點的發明是X射線CT裝置，其具有用X射線掃描對象收集投影數據的收集部件、預處理上述投影數據的預處理部件和根據上述預處理后的投影數據重構圖像的重構部件，其特征在于，所述的預處理部件具備分別求出由與掃描的同中心同心的圓來切取的連結X射線焦點和X射線檢測器各通道的直線的長度的長度計算部件、以及使用表示它們長度的數據校準投影數據的校準部件。
雖然上述圓是半徑不同的多個圓，但最好是獲得多組基準數據。
上述圓的大小雖然與掃描的視野大小相當，但最好是獲得對應于視野的基準數據。
雖然對上述X射線檢測器連續地供給強度變化的X射線輸入信號，并求出各通道的輸出數據，而且在每個通道對上述輸出數據求出與理論值的誤差，利用上述誤差校正投影數據，但最好是除去投影數據的誤差。
雖然利用X射線管的管電流的連續變化獲得上述X射線輸入信號，但最好是X射線吸收量能使用一定的模。
雖然利用X射線吸收量連續變化的模獲得上述X射線輸入信號，但最好不必改變X射線管產生的X射線的強度。
在按上述各觀點的發明中，對連結X射線焦點與X射線檢測器的各通道的直線，分別求出由與掃描同中心同心的圓來切取的長度，由于使用表示這些長度的數據校準投影數據，所以能實現用不依賴模的基準數據進行校準的預處理方法和進行這樣的預處理的X射線CT裝置。


圖1是X射線CT裝置的方塊圖。
圖2是表示X射線檢測器結構的圖。
圖3是表示X射線照射·檢測裝置結構的圖。
圖4是表示X射線照射·檢測裝置與對象關系的圖。
圖5是表示X射線CT裝置工作的流程圖。
圖6是表示X射線CT裝置工作的流程圖。
圖7是表示xy平面的X射線焦點20、X射線束400和X射線檢測器24的幾何關系的圖。
圖8是表示工作通道數為奇數時的圖。
圖9是表示工作通道數為偶數時的圖。
圖10是表示使用模進行測定的圖。
圖11是表示使用模進行測定的圖。
圖12是表示圖像通道數據的圖。
圖13是表示輸出數據變化的曲線圖。
圖14是表示誤差數據的曲線圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來說明用以實施發明的最佳實施例。但是，本發明不僅限于用以實施發明的最佳實施例。圖1中表示出了X射線CT裝置的方塊圖。本裝置是用于實施本發明的最佳實施例的一例。根據本裝置的結構，表示出用于實施有關X射線CT裝置的本發明的最佳實施形式的一例，根據本裝置的工作原理，表示出用于實施有關預處理方法的本發明的最佳實施形式的一例。
如圖1所示，本裝置具有掃描機架2、攝影臺4和操作控制臺6。掃描機架2具有X射線管20。把X射線管20發射的未圖示的X射線，用準直儀(collimator)22成形(collimation準直)使之成為錐形狀的X射線束，即錐面光束(cone beam)，并照射到X射線檢測器24上。X射線檢測器24具有對準分散的X射線束并排列成陣列(array)狀的多個檢測元件。其后對X射線檢測器的構成進行說明。
攝影對象放置在攝影臺4上并搬入X射線管20與X射線檢測器24之間的空間。X射線管20、準直儀22和X射線檢測器24構成X射線·照射檢測裝置。其后對X射線照射·檢測裝置進行說明。
數據收集部26與X射線檢測器24連接。數據收集部26收集X射線檢測器24的各個檢測元件的作為數字數據的檢測信號。檢測元件的檢測信號成為表示X射線照射對象的投影的信號。下面將其稱為投影數據或者簡稱為數據來自X射線管20的X射線的照射由X射線控制器28控制。圖中省略了X射線管20與X射線控制器28的連接關系。準直儀22由準直儀控制器30控制。圖中省略了準直儀22與準直儀控制器30的連接關系。
從上述X射線管20到準直儀控制器30的部件都裝載在掃描機架2的旋轉部34上。旋轉部34的旋轉由旋轉控制器36控制，圖中省略了旋轉部34與旋轉控制器36的連接關系。
操作控制臺6具有數據處理裝置60。數據處理裝置60由例如計算機等構成。在數據處理裝置60上連接著控制接口62。在控制接口62上連接著掃描機架2和攝影臺4。數據處理裝置60通過控制接口62控制掃描機架2與攝影臺4。
通過控制接口62控制掃描機架2內的數據收集部26、X射線控制器28、準直儀控制器30和旋轉控制器36。圖中省略了這些部件分別與控制接口62的連接。
在數據處理裝置60上連接著數據收集緩沖器64。在數據收集緩沖器64上連接著掃描機架2的數據收集部26。用數據收集部26收集的數據通過數據收集緩沖器64輸入到數據處理裝置60。
在數據處理裝置60上連接著存儲裝置66。存儲裝置66存儲通過數據收集緩沖器64和控制接口62分別輸入到數據處理裝置60的投影數據。存儲裝置66還存儲數據處理裝置60用的程序。數據處理裝置60通過執行該程序來完成本裝置的工作。
數據處理裝置60通過數據收集緩沖器64，使用在存儲裝置66收集的投影數據，進行圖象重構。在圖象重構中使用例如濾光反投影(filtered backprojiection)法等。數據處理裝置60在圖象重構之前進行投影數據的預處理。至于投影數據的預處理將在以后詳細說明。
在數據處理裝置60上連接著顯示裝置68和操作裝置70。顯示裝置68由圖形顯示器等構成。操作裝置70由備有定點裝置(pointing device)的鍵盤等構成。
顯示裝置68顯示由數據處理裝置60輸出的重構圖象和其它信息。操作裝置70由使用者操作，將各種指示或信息等輸入到數據處理裝置60中。使用者使用顯示裝置68和操作裝置70，進行人一機對話式操作本裝置。
圖2示出X射線檢測器24的模式結構。如該圖所示，X射線檢測器24成為將多個X射線檢測元件24(ik)按2維陣列狀排列的多通道的X射線檢測器。多個X射線檢測元件24(ik)整體形成呈圓筒凹面狀彎曲的X射線受光面。
i是通道編號，例如i＝1，2......1000。k是列編號，例如k＝1，2，3，......32。X射線檢測元件24(ik)構成列編號k彼此相同的各個檢測元件列。另外，X射線檢測器24的檢測元件列不限于32列，可以是適當的多數或單數。
X射線檢測元件24(ik)由例如閃爍器(scintillator)和光電二極管(photodiode)的組合構成。但不限于此，例如可以是利用銻化鎘(CaTe)等的半導體X射線檢測元件或者利用氙(Xe)氣的電離箱型的X射線檢測元件。
圖3示出X射線照射·檢測裝置的X射線管20和準直儀22與X射線檢測器24的相互關系。圖3中的(a)表示從掃描機架2的正面看的狀態圖。(b)是表示從側面看的狀態圖。如該圖所示，把由X射線管20發射的X射線用準直儀22成形，使之成為錐形狀的X射線束400并照射到X射線檢測器24上。
用圖3的(a)示出了錐形狀的X射線束400的一個方向的擴散。下面將該方向稱為寬度方向。X射線束400的寬度方向與X射線檢測器24的通道排列方向一致。用圖3的(b)表示X射線束400的另一方向的擴散。下面將該方向稱為X射線束400的厚度方向。X射線束400的厚度方向與X射線檢測器24的多個檢測元件列的并行設置方向一致。X射線束400的兩個擴散方向互相垂直。
使體軸與這樣的X射線束400交叉，例如如圖4所示，裝在攝影臺4上的對象8被搬入X射線照射空間。掃描機架2成為內部包括X射線照射·檢測裝置的筒狀結構。
X射線照射空間形成在掃描機架2的筒狀結構的內側空間。用X射線束400將對象8的被分割的像投影到X射線檢測器24上。用X射線檢測器24在每個檢測器列檢測透過對象8的X射線。用準直儀22孔闌的開度來調節照射到對象8上的X射線束400的厚度th。
如箭頭42所示，通過與X射線照射·檢測裝置的旋轉并行地沿對象8的體軸方向連續的移動攝像臺4，X射線照射·檢測裝置沿包圍對象8的螺旋狀的軌道與對象8相對的旋轉。基于此，進行所謂螺旋式掃描(helical scan)。在使攝像臺4停止的狀態下，如使X射線照射檢測裝置旋轉，則進行軸向掃描(axialscan)。
下面將掃描的旋轉軸的方向作為z方向，將連接旋轉中心與X射線管20的方向作為y方向，將與z方向和y方向垂直的方向作為x方向。由此形成旋轉坐標系xyz。
掃描每旋轉一圈，就收集多個(例如1000左右)圖形的投影數據。借助X射線檢測器24-收集部26-數據收集緩沖器64系列來進行投影數據的收集。
以下說明本裝置的工作。在圖5示出本裝置工作的流程圖。如該圖所示，在步驟501進行攝影條件的設定。由使用者通過操作裝置70進行攝影條件的設定。由此設定攝影部位、管電壓、管電流、分割厚度等各種掃描參量。
隨后，在步驟503進行掃描。借助掃描機架2和攝影臺4按在步驟501設定的攝影條件進行掃描。借此收集對象8的投影數據。掃描機架2和攝影臺4是本發明的收集部件的一例。
隨后，在步驟505對投影數據進行預處理。預處理用數據處理裝置60進行。數據處理裝置60是本發明的預處理部件的一例。如圖6所示，預處理中包括基準水校準和剩余誤差補償。剩余誤差補償特別是只在需要高質量圖像時進行，而在不需要高質量圖像時可以省略。
基準水校準使用基準數據由數據處理裝置60進行。數據處理裝置60是本發明的校準部件的一例。剩余誤差補償使用誤差數據由數據處理裝置60進行。數據處理裝置60是本發明的補正部件的一例。預先分別求得基準數據和誤差數據，存儲到存儲裝置66中。至于基準數據和誤差數據的求出方法在后面重新說明。
隨后，在步驟507進行圖像重構。圖像重構由數據處理裝置60進行。數據處理裝置60是本發明重構部件的一例。數據處理裝置60根據通過掃描收集的投影數據，借助濾光反向投影法等重構圖像。在步驟507顯示和存儲重構圖像。圖像的顯示用顯示裝置60進行。圖像的存儲用存儲裝置66進行。
以下說明基準數據求出方法。在圖7示出xy平面的X射管20、X射線束400和X射線檢測器24的幾何關系。X射線管20用其焦點代表。XY平面的原點是掃描中心即同中心ISO。y軸成為連接焦點20和同中心ISO的直線。x軸成為通過同中心ISO與y軸垂直的直線。
y軸通過X射線檢測器24的中心。以y軸為基準對X射線檢測器的各通道給與通道編號(1，2，3……)。通道與y軸的關系如圖8和圖9所示。圖8表示第1號通道受光面的中心與y軸一致的情況。這是工作通道數是奇數的情況。圖9是表示第1號通道受光面的中心從y軸向左只偏移通道間距Det Pitch的1/2的情況。這是工作通道數為偶數的情況。通道間距Det Pitch用以焦點20為中心的角度表示。
在xy平面中，設定與同中心ISO同心的圓后，該圓用下式表示。
x2+y2＝半徑2
在xy平面中，設定連結焦點20與通道i的直線Line_i后，直線Line_i用下式表示。
y＝kx+b這里k用下式提供。
而且，b用下式提供。
b＝Tube_ISOb表示從焦點20到同中心ISO的距離。
直線Line_i在點P1、P2與圓相交。2點P1、P2的坐標能以式(1)、(2)作為聯立方程式來求解。
因此，2點P1、P2間的距離，即用圓切割直線Line_i的長度，能按下式用坐標P1(x1，y1)和P2(x2，y2)計算。
這樣計算的長度成為將直線Line_i看做X射線、將圓看做水模時的與投影數據相當的長度。因而長度能作為基準水校準用的基準數據來利用。
按照工作頻道數(Act_Ch)的奇/偶，對于i＝1，2，3……(Act_Ch-1)/2或者i＝1，2，3……，Act_Ch/2計算這樣的長度，作為X射線檢測器24的左半部分各通道的基準數據。對于右半部分，利用通道配置的對稱性，共用左半部分的基準數據。這樣就不要計算對于右半部分的基準數據。長度的計算用數據處理裝置60進行。數據處理裝置60是本發明的長度計算部件的一例。
這樣一來，能獲得基準水校準用的基準數據。對于半徑不同的多個圓分別求得基準數據。通過使這些圓的大小與攝影的圖像范圍視野(FOV)相等，能分別獲得與多個FOV對應的基準數據。
用這樣的基準數據進行基準水校準的重構圖像具有與用根據水模的基準數據進行基準水校準的情況毫不遜色的品質。這已被實驗所確認。
這樣就不需要水模，使用它的校準掃描也變得不需要了。因而也避免了水模的管理以及校準掃描等有關的各種麻煩。進而由于不需要為得到基準掃描而進行X射線照射，因而也不耗費X射線管的壽命。
以下說明誤差數據的求出方法。為求出誤差數據，如圖10所示使用模10。模10由例如塑料等適合的物質構成。模的定位不必精密，其中心從同中心ISO稍微偏離一些也可以。因此，定位操作就很輕松。
對于模10，用X射線檢測器24測定基于X射線400的投影數據(輸出數據)。一邊使輸入到X射線檢測器24的X射線強度變化，一邊進行輸出數據的測定。這樣的測定，例如能通過使X射線管的管電流變化來實現。或者如圖11所示，作為模10，利用X射線透過長度即X射線吸收量在z方向依次變化的情況，通過沿z方向對其進行掃描是可能的。X射線管20、X射線檢測器24和模10是本發明測定部件的一例。
用任一方法，作為X射線檢測器24的輸出數據，能得到圖12所示的圖像通道數據。這里對每個圖像的輸入X射線的強度為不同。例如X射線強度的變化是線性的。
著眼于通道i時，能得到例如圖13所示那樣的輸出數據。這里實線是實測值，點劃線是理論值。理論值在使管電流變化時由管電流決定，X射線吸收量在使用變化的模時由模的構造決定。理論值也可以對實測值進行例如最小二乘法等的函數擬合來求得。
實測值相對理論值有誤差。該誤差是測定系統的固有誤差。如圖14所示，通過從實測值減去理論值，就能求得測定系統的誤差特性即每個輸出數據的誤差數據。
對每個通道進行這樣的計算能求得每個通道的誤差數據。用數據處理裝置60進行誤差計算。數據處理裝置60是本發明的誤差計算部件的一例。
由于能對每個輸出數據得到誤差數據，在剩余誤差補償時，能使用與校正對象的數據對應的誤差數據，因此能提高校正精度。
在本裝置中，為進行剩余誤差補償，雖然模成為必要，但由于基準水校準用的水模是不必要的，所以能總體的削減模的保有數和使用數。另外能延長X射線管的壽命。
權利要求
1.一種預處理的方法，借助X射線CT裝置用X射線掃描對象并對收集的投影數據進行預處理，其特征在于分別求出由與掃描的同中心同心的圓來切取的連結X射線焦點和X射線檢測器各通道的直線的長度；用表示這些長度的數據校準投影數據。
2.根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于上述圓是半徑不同的多個圓。
3.根據權利要求1或2所述的預處理方法，其特征在于上述圓的大小與掃描的視野的大小相當。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的預處理方法，其特征在于連續向上述X射線檢測器供給強度變化的X射線輸入信號，并求出各通道的輸出數據；對每個通道求出上述輸出數據與理論值的誤差；用上述誤差校正投影數據。
5.根據權利要求4所述的預處理方法，其特征在于利用X射線管的管電流的連續變化獲得上述X射線輸入信號。
6.根據權利要求4所述的預處理方法，其特征在于利用X射線吸收量連續變化的模型獲得上述X射線輸入信號。
7.一種X射線CT裝置，具有用X射線掃描對象并收集投影數據的收集部件；預處理上述投影數據的預處理部件；以及根據預處理后的投影數據重構圖像的重構部件，其特征在于上述預處理部件包括分別求出由與掃描的同中心同心的圓來切取的連結X射線焦點和X射線檢測器各通道的直線的長度的長度計算部件；用表示這些長度的數據校準投影數據的校準部件。
8.根據權利要求7所述的X射線CT裝置，其特征在于上述圓是半徑不同的多個圓。
9.根據權利要求7或8所述的X射線CT裝置，其特征在于上述圓的大小與掃描的視野大小相當。
10.根據權利要求7～9中任一項所述的X射線CT裝置，其特征在于上述預處理部件包括連續向上述X射線檢測器供給強度變化的X射線輸入信號并求出各通道的輸出數據的測定部件；對每個通道求出上述輸出數據與理論值的誤差的誤差計算部件；用上述誤差校正投影數據的校正部件。
11.根據權利要求10所述的X射線CT裝置，其特征在于上述測定部件利用X射線管的管電流的連續變化獲得上述X射線輸入信號。
12.根據權利要求10所述的X射線CT裝置，其特征在于上述測定部件利用X射線吸收量連續變化的模獲得上述X射線輸入信號。
全文摘要
實現由不依賴模的基準數據進行校準的預處理方法和進行這樣的預處理的X射線CT裝置。分別求出由與掃描的同中心同心的圓來切取的連結X射線焦點和X射線檢測器各通道的直線的長度，并用表示這些長度的數據校準投影數據。圓是半徑不同的多個圓。圓的大小與視野的大小相當。
文檔編號G06T1/00GK1633946SQ20031012491
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月29日 優先權日2003年12月29日
發明者王學禮, 丁瑋, 晏雄偉, 鄉野誠 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司