本發(fā)明涉及X射線拍攝裝置的圖像重建技術(shù)。
背景技術(shù):
X射線CT(計算機(jī)斷層掃描;Computed Tomography)裝置具有向被攝體照射X射線的X射線源和X射線檢測器,X射線檢測器位于與該X射線源相向的位置,檢測透過了被攝體的X射線,用于根據(jù)對被攝體的周圍進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝所得到的多個方向的投影數(shù)據(jù),使用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將被攝體內(nèi)部的X射線衰減率的差異作為圖像進(jìn)行重建。X射線源通常采用X射線球管,其向電極照射以高電壓加速后的電子,利用制動放射過程來產(chǎn)生X射線。為了一次高速地拍攝大范圍,X射線檢測器多采用將由閃爍器和光電二極管的組合所構(gòu)成的X射線檢測元件以二維陣列狀排列的檢測器。
由X射線CT裝置得到的圖像的空間分辨率依賴于焦點(diǎn)尺寸、每旋轉(zhuǎn)一周得到的投影數(shù)據(jù)數(shù)即視圖數(shù)、X射線檢測器的X射線檢測元件的排列密度,任何改善都耗費(fèi)巨大的開發(fā)成本。
在專利文獻(xiàn)1中,作為提高X射線CT裝置的空間分辨率的技術(shù),公開了FFS(飛焦點(diǎn);Flying Focal Spot)技術(shù)。FFS技術(shù)是通過在旋轉(zhuǎn)拍攝時使焦點(diǎn)位置高速振動從而使照射視野(Scan field of view,SFOV)中心的采樣密度倍增的技術(shù)。
FFS在焦點(diǎn)位置的移動方向、即X射線檢測元件的排列方向(例如通道方向)能實(shí)現(xiàn)采樣密度的高密度化,但是由于CT裝置進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)拍攝,因此不能以相同投影角度同時得到FFS的兩個焦點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。因此,為了針對視圖方向也得到每個投影角度的數(shù)據(jù),需要對缺損數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)。
作為X射線CT裝置中的數(shù)據(jù)插補(bǔ)技術(shù),已知將以扇形束測量的數(shù)據(jù)如同以平行束取得的那樣重排時的插補(bǔ)法。而且,從扇形束向平行束的變換簡稱為扇形-平行變換。專利文獻(xiàn)2中,作為該扇形-平行變換的技術(shù),公開了沿著圖像視野(Display field of view,DFOV)中心在正弦圖上描繪的軌跡的方向進(jìn)行插補(bǔ)的技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:國際公開2011/018729
專利文獻(xiàn)2:日本特開2014-349號公報
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明要解決的課題
在考慮斷層圖像上的某個像素時,將該像素位置投影而得到的正弦圖上的位置沿著視圖方向移動。在該正弦圖上位置發(fā)生移動的軌跡、即在正弦圖上描繪的軌跡(以下稱作點(diǎn)應(yīng)答軌跡)因像素位置而不同。
專利文獻(xiàn)2中公開的插補(bǔ)法沿著圖像視野中心的點(diǎn)應(yīng)答軌跡進(jìn)行插補(bǔ),對于圖像視野中心是理想的插補(bǔ),但是只在圖像視野中央部實(shí)施最佳插補(bǔ)。另一方面,在考慮多個像素位置的點(diǎn)應(yīng)答軌跡的情況下,由于點(diǎn)應(yīng)答軌跡在每個像素位置不同,因此無法對正弦圖進(jìn)行單一插補(bǔ)。理論上,通過生成對每個像素位置實(shí)施了不同插補(bǔ)的正弦圖能夠在所有像素位置實(shí)施最佳插補(bǔ),但是由于像素數(shù)多達(dá)至少數(shù)百到數(shù)萬,因此生成與其相當(dāng)數(shù)量的正弦圖的計算負(fù)荷巨大,并不實(shí)用。
本發(fā)明的課題在于提供一種X射線拍攝裝置,能夠在降低計算負(fù)荷的同時,實(shí)現(xiàn)近似于理想的點(diǎn)應(yīng)答軌跡插補(bǔ)的數(shù)據(jù)插補(bǔ),由此實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)的提高。
用于解決課題的手段
本發(fā)明中使用以下方法,只在多個代表性的角度方向?qū)嵤┎逖a(bǔ)來生成代表性正弦圖,在進(jìn)行反投影計算時,以依賴于重建像素位置的不同權(quán)重對這些代表性正弦圖進(jìn)行加權(quán)平均。
即,本發(fā)明的X射線拍攝裝置具備:X射線源,其從X射線焦點(diǎn)產(chǎn)生X射線;X射線檢測器,其二維排列有多個X射線檢測元件,檢測從所述X射線源照射并透過了被攝體的X射線;旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),其使所述X射線源與所述X射線檢測器在相向配置的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn);以及運(yùn)算部,其使用通過在使所述X射線的照射方向旋轉(zhuǎn)的同時從所述X射線源照射X射線而由所述X射線檢測器檢測到的多個投影數(shù)據(jù)來重建所述被攝體的斷層圖像,所述多個投影數(shù)據(jù)包括以所述X射線檢測器的旋轉(zhuǎn)方向的檢測元件編號為第一軸、以與所述X射線源的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的投影編號為第二軸來排列取得數(shù)據(jù)而得的第一正弦圖,所述運(yùn)算部具備插補(bǔ)所述第一正弦圖的數(shù)據(jù)插補(bǔ)部和使用通過所述數(shù)據(jù)插補(bǔ)部生成的第二正弦圖來進(jìn)行圖像重建的圖像重建部,所述數(shù)據(jù)插補(bǔ)部在補(bǔ)充所述第一正弦圖所包含的數(shù)據(jù)缺損或者將數(shù)據(jù)再配置為適合于重建處理的形式時,按照多個不同角度θ進(jìn)行插補(bǔ),由此生成多個第二正弦圖,所述圖像重建部進(jìn)行圖像重建處理,該圖像重建處理包括如下處理:以設(shè)于希望重建的像素位置上的虛擬點(diǎn)在所述第二正弦圖上描繪的軌跡的傾斜度與所述角度θ的角度差所對應(yīng)的權(quán)重,對多個所述第二正弦圖進(jìn)行加權(quán)平均。
另外本發(fā)明的圖像重建方法,使用由具備X射線源、X射線檢測器和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的X射線拍攝裝置得到的第一正弦圖來重建被攝體的斷層圖像,該第一正弦圖以在所述X射線檢測器的旋轉(zhuǎn)方向排列的檢測元件編號為第一軸、以與所述X射線源的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的投影編號為第二軸來排列取得數(shù)據(jù)而得,該圖像重建方法包括以下處理:在補(bǔ)充所述第一正弦圖所包含的數(shù)據(jù)缺損或者將數(shù)據(jù)再配置為適合于重建處理的形式時,按照多個不同角度θ進(jìn)行插補(bǔ),生成多個第二正弦圖,在該處理中包括以下處理:以設(shè)于希望重建的像素位置上的虛擬點(diǎn)在所述第二正弦圖上描繪的軌跡的傾斜度與所述角度θ的角度差所對應(yīng)的權(quán)重,對多個所述第二正弦圖進(jìn)行加權(quán)平均。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明,能夠在降低計算負(fù)荷的同時,實(shí)現(xiàn)近似于理想的點(diǎn)應(yīng)答軌跡插補(bǔ)的數(shù)據(jù)插補(bǔ),由此能實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)的提高。
附圖說明
圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的X射線CT裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示檢測器模塊的X射線元件排列的一個例子的圖。
圖3是圖1的X射線CT裝置的運(yùn)算裝置的功能框圖。
圖4是說明圖1的X射線CT裝置中的FFS拍攝的圖。
圖5是說明由FFS拍攝得到的數(shù)據(jù)(第一正弦圖)和缺損數(shù)據(jù)的圖。
圖6是表示預(yù)定像素在正弦圖上的軌跡的圖。
圖7是表示第一實(shí)施方式的運(yùn)算部的動作順序的流程。
圖8是說明缺損數(shù)據(jù)插補(bǔ)的圖。
圖9是表示采用多個代表正弦圖(第二正弦圖)的圖像重建的概念的圖。
圖10是說明第一實(shí)施方式的變更例3的圖。
圖11是表示第二實(shí)施方式的GUI的一個例子的圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施方式的X射線拍攝裝置具備:X射線源,其從X射線焦點(diǎn)產(chǎn)生X射線;X射線檢測器,其檢測從所述X射線源照射并透過了被攝體的X射線,且多個X射線檢測元件二維排列;旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),其使所述X射線源與所述X射線檢測器以相向配置的狀態(tài)旋轉(zhuǎn);以及運(yùn)算部,其使用通過從所述X射線源旋轉(zhuǎn)照射X射線而由所述X射線檢測器檢測到的多個投影數(shù)據(jù)來重建所述被攝體的斷層圖像。
所述多個投影數(shù)據(jù)包括以所述X射線檢測器的旋轉(zhuǎn)方向的檢測元件編號為第一軸,以所述X射線源的旋轉(zhuǎn)角度所對應(yīng)的投影編號為第二軸來排列取得數(shù)據(jù)而得到的第一正弦圖。所述運(yùn)算部具備插補(bǔ)所述第一正弦圖的數(shù)據(jù)插補(bǔ)部和使用所述數(shù)據(jù)插補(bǔ)部所生成的第二正弦圖來進(jìn)行圖像重建的圖像重建部,所述數(shù)據(jù)插補(bǔ)部在補(bǔ)充所述第一正弦圖所含的數(shù)據(jù)缺損或者將數(shù)據(jù)再配置為適合于重建處理的形式時,按照多個不同角度θ進(jìn)行插補(bǔ),生成多個第二正弦圖,所述圖像重建部進(jìn)行圖像重建處理,該圖像重建處理包括以下處理:以設(shè)于希望重建的像素位置上的虛擬點(diǎn)在所述第二正弦圖上描繪的軌跡的傾斜度與所述角度θ的角度差所對應(yīng)的權(quán)重,對多個所述第二正弦圖進(jìn)行加權(quán)平均。
而且,數(shù)據(jù)插補(bǔ)部進(jìn)行插補(bǔ)處理的方向(插補(bǔ)方向)是指在數(shù)據(jù)空間(正弦圖)中設(shè)想經(jīng)過缺損數(shù)據(jù)的預(yù)定角度的直線,并將位于缺損數(shù)據(jù)周圍的多個數(shù)據(jù)(未缺損數(shù)據(jù))中的、存在于該直線上的數(shù)據(jù)或者與該直線之間的距離近的數(shù)據(jù)用于插補(bǔ)時,該直線的角度(方向)。但是,并不排除將不在直線上的數(shù)據(jù)或者與直線之間的距離相對較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)用于插補(bǔ)處理。
以下,參照附圖說明本發(fā)明的X射線拍攝裝置的實(shí)施方式。
圖1表示本實(shí)施方式的X射線CT裝置100的概要。該圖中,以從作為檢查對象的被攝體3的體軸方向看到的圖表示拍攝部的構(gòu)造,以框圖表示進(jìn)行控制和運(yùn)算等的部分(稱作控制系統(tǒng))。
拍攝部具備未圖示的機(jī)架,在其中央部設(shè)有被攝體3能進(jìn)入的開口部2,在內(nèi)部收納有具有旋轉(zhuǎn)板及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)的掃描儀裝置(旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu))。旋轉(zhuǎn)板以開口部2的中心為旋轉(zhuǎn)中心軸,可旋轉(zhuǎn)地被機(jī)架支持,具備作為X射線源的X射線球管1和X射線檢測器4。具備能在開口部2內(nèi)移動的床5,被攝體3以載置于床5上的狀態(tài)被移動至開口部2內(nèi)。通過這樣的結(jié)構(gòu),能對開口部2內(nèi)的被攝體3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝。
X射線源具備X射線球管1和驅(qū)動X射線球管1的磁場(或電場)發(fā)生裝置,從位于X射線球管1內(nèi)的具有有限大小的X射線焦點(diǎn)9產(chǎn)生X射線。在隔著被攝體3與X射線球管1相向的位置配置X射線檢測器4。X射線檢測器4被分割為多個模塊8,各檢測器模塊8以X射線焦點(diǎn)9為中心配置為圓弧狀或平板狀。如圖2所示,檢測器模塊8中多個X射線檢測元件41排列為二維陣列狀。此處,將沿著X射線檢測元件的圓弧的排列方向稱為通道方向,將沿著被攝體3的體軸方向的排列方向稱為體層方向。
控制系統(tǒng)主要由存儲器和硬盤驅(qū)動器等記錄裝置101、CPU(中央處理單元;Central Processing Unit)等運(yùn)算裝置(運(yùn)算部)102、控制裝置(控制部)103、鼠標(biāo)和鍵盤等輸入裝置104以及監(jiān)視器和打印機(jī)等輸出裝置105構(gòu)成。另外,輸出裝置105還能與輸入裝置104作為一體來構(gòu)成GUI(圖形用戶界面;Graphical User Interface)。
存儲裝置101中存儲有通過拍攝而得到的數(shù)據(jù)或運(yùn)算裝置102正在計算的數(shù)據(jù)、運(yùn)算裝置102的運(yùn)算所需的參數(shù)或數(shù)值,還存儲有使運(yùn)算裝置102、控制裝置103動作的程序等。
運(yùn)算裝置102除了投影、反投影等圖像重建的運(yùn)算之外,還進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、插補(bǔ)等運(yùn)算。
控制裝置103進(jìn)行掃描儀裝置控制、X射線球管1和X射線檢測器4的動作控制、被檢體3就寢的床5的控制等裝置整體動作的控制。例如在X射線源具有使X射線球管1的焦點(diǎn)位置振動的功能的情況下,伴隨旋轉(zhuǎn)拍攝,進(jìn)行使焦點(diǎn)位置振動的控制。
根據(jù)用戶通過輸入裝置104設(shè)定的掃描條件,在控制裝置103的控制下進(jìn)行X射線CT裝置100的拍攝控制。通過旋轉(zhuǎn)拍攝而得到的多個投影數(shù)據(jù)(X射線檢測器4檢測到的數(shù)據(jù))被記錄在記錄裝置101中,由運(yùn)算裝置102執(zhí)行圖像處理運(yùn)算,作為被攝體3的斷層圖像等信息顯示在監(jiān)視器等輸出裝置105中。
本實(shí)施方式的X射線CT裝置的特征之處在于運(yùn)算裝置102的功能,具體在于檢測到的數(shù)據(jù)存在缺損的情況下的數(shù)據(jù)插補(bǔ)處理。圖3中表示具有數(shù)據(jù)插補(bǔ)處理功能的運(yùn)算裝置102的功能框圖的一個例子。
如圖3所示,運(yùn)算裝置102具備:校正部1021,其對測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移校正、靈敏度校正、散射線校正、射束硬化校正等校正;扇形-平行變換部1022,其在測量到的數(shù)據(jù)為扇形束數(shù)據(jù)的情況下將其變換為虛擬的平行束數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)插補(bǔ)部1023,其進(jìn)行對測量到的數(shù)據(jù)的缺損部(稱作缺損數(shù)據(jù))插補(bǔ)的處理;以及圖像重建部1024,其使用插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)重建CT圖像。這些各部分的功能的一部分或者全部,通過將預(yù)先存儲在存儲裝置101中的程序加載到CPU并執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)。另外,還存在部分功能通過ASIC(專用集成電路;Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列;Field-Programmable Gate Array)來實(shí)現(xiàn)的情況。
在說明運(yùn)算裝置102的具體處理內(nèi)容以及順序之前,首先針對存在缺損的數(shù)據(jù)以作為典型例子的FFS拍攝為例進(jìn)行說明。
圖4表示基于FFS的密度加倍采樣的概念圖。
FFS拍攝中,使用X射線球管1所具備的磁場(或電場)產(chǎn)生裝置使電子束的軌道彎曲,從而使X射線焦點(diǎn)9的位置針對每個投影(視圖)發(fā)生位移。焦點(diǎn)的位移方向可以為機(jī)架旋轉(zhuǎn)方向(通道方向)、體軸方向(體層方向)。圖4中為了使說明簡化,示出了使焦點(diǎn)9在通道方向的兩處F1、F2之間發(fā)生位移的情況,以下也說明在通道方向發(fā)生位移的情況,但是本發(fā)明不限定于該焦點(diǎn)位移方法。
如圖4所示,通過焦點(diǎn)位移,能夠在照射視野的中央附近(點(diǎn)劃線所示的平面)使連接X射線與檢測元件中心的線段的密度加倍。
用于密度加倍的焦點(diǎn)中心位置(一次投影間的平均位置)的移動量Δf遵照式(1)。此處,pdet是焦點(diǎn)位移方向的檢測元件間距,SOD是X射線焦點(diǎn)9與機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心間的距離,SID是X射線焦點(diǎn)9到檢測器模塊8的距離(下同)。
以上述條件在使焦點(diǎn)在通道方向發(fā)生位移的同時進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)拍攝的情況下,由于焦點(diǎn)位置在相鄰?fù)队敖嵌乳g切換,因此不能以相同投影角度同時得到兩焦點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。因此,如圖5所示,實(shí)施FFS時的正弦圖(第一正弦圖)在通道方向以及視圖方向分別每隔一個存在缺損數(shù)據(jù)。圖5中施加了斜線的體元表示缺損數(shù)據(jù)。
插補(bǔ)缺損數(shù)據(jù)的最簡單方法是通道方向的線性插補(bǔ)(通道插補(bǔ))、視圖方向的線性插補(bǔ)(視圖插補(bǔ))。若比較對正弦圖一律進(jìn)行通道插補(bǔ)的情況和一律進(jìn)行視圖插補(bǔ)的情況,則照射視野(SFOV)中央部的空間分辨率為視圖插補(bǔ)優(yōu)異,照射視野周邊部的空間分辨率為通道插補(bǔ)優(yōu)異。其理由為照射視野中央部的位置的點(diǎn)應(yīng)答軌跡大部分沿著視圖方向,照射視野周邊部的位置的點(diǎn)應(yīng)答軌跡大部分沿著通道方向。
考慮上述特性時,認(rèn)為最佳插補(bǔ)方法為向沿著各像素在正弦圖上描繪的點(diǎn)應(yīng)答軌跡的方向的插補(bǔ)(以下稱為軌跡插補(bǔ))。軌跡插補(bǔ)的概念在圖6中示出。在圖6中,關(guān)于上側(cè)所示的照射視野SFOV的三個位置O、A、B示出了下側(cè)的正弦圖上的點(diǎn)應(yīng)答軌跡LO、LA、LB。如圖所示,照射視野的中心位置O的點(diǎn)應(yīng)答軌跡為與經(jīng)過通道方向中心的視圖方向平行的直線LO,而在其以外的位置為具有對應(yīng)于距離中心位置的偏差的振幅的、以直線LO為橫軸的大致正弦曲線(在扇形束的情況下,正弦曲線為稍變形的形狀)。軌跡插補(bǔ)以沿著該點(diǎn)應(yīng)答軌跡的方向?yàn)椴逖a(bǔ)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ),對于處于描繪該點(diǎn)應(yīng)答軌跡的位置的像素是理想的插補(bǔ)。但是,由圖6也可知,由于在正弦圖上各像素的點(diǎn)應(yīng)答軌跡重合,因此不能作為單一正弦圖進(jìn)行插補(bǔ)。
在本實(shí)施方式中,生成在不同插補(bǔ)方向進(jìn)行了插補(bǔ)的多個正弦圖(第二正弦圖,以下稱為代表正弦圖),將這些多個代表正弦圖以針對每個像素位置而不同的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)來用于圖像重建(反投影),從而在降低計算負(fù)荷的同時,得到?jīng)]有依賴于像素位置的空間分辨率的劣化、整體畫質(zhì)優(yōu)異的圖像。此處,關(guān)于代表正弦圖的設(shè)定,從降低計算負(fù)荷、提高畫質(zhì)(尤其是提高空間分辨率)的觀點(diǎn)出發(fā),能夠采取若干不同方法。以下,說明運(yùn)算裝置102的動作的實(shí)施方式。
<第一實(shí)施方式>
第一實(shí)施方式為針對預(yù)先決定的代表角度進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)。圖7表示本實(shí)施方式的運(yùn)算裝置102的處理流程。而且,此處重建法以濾波器校正反投影法進(jìn)行說明。
首先,校正部1021對通過FFS測量而得到的數(shù)據(jù)(700)進(jìn)行對數(shù)變換、以及檢測元件的偏移校正以及靈敏度校正、X射線強(qiáng)度校正、散射線校正、射束硬化校正等既知校正(S710)。
接著,數(shù)據(jù)插補(bǔ)部1023在正弦圖上以視圖方向?yàn)檩S,決定相對于軸的代表角度θi(多個),針對每個代表角度進(jìn)行向其方向的插補(bǔ)(S720)。代表角度θi例如以90度(絕對值)為最大值,以預(yù)定的角度間隔進(jìn)行設(shè)定。例如設(shè)角度間隔為30度,設(shè)θi=-90度、-60度、-30度、0度、30度、60度、90度這7個代表角度。θ的下標(biāo)i是以角度從小到大的順序賦予代表角度的序號。而且,代表角度沒有必要為等間隔。
特定角度方向的插補(bǔ)是使用沿著該角度方向排列的數(shù)據(jù)(未缺損數(shù)據(jù))的插補(bǔ)。參照圖8說明其一個例子。在圖8中,缺損位置以方塊表示,其周圍的數(shù)據(jù)d1~d4以圓圈顯示。正弦圖數(shù)據(jù)d以通道方向的檢測元件編號ch、體層方向的檢測元件編號sl和投影編號view的函數(shù)表示。對這些變量乘以適當(dāng)系數(shù)α、β、γ并匯總,以矢量x=(αch、βsl、γview)表示,將正弦圖上的缺損位置表示為x’,則插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)通常遵照式(2)。
在式(2)中,w(x-x’)是根據(jù)缺損位置x’與用于對其進(jìn)行插補(bǔ)的數(shù)據(jù)d(x)的變量即矢量x的關(guān)系而決定的權(quán)重。由式(3)定義在正弦圖上的數(shù)據(jù)間的距離r,設(shè)權(quán)重為w(r)=r-2,則式(2)為加大最接近于缺損位置x’的位置的數(shù)據(jù)(圖8中為d1)的權(quán)重來進(jìn)行插補(bǔ),未考慮角度方向。
與此相對,在進(jìn)行圖8中由虛線所示的角度方向的插補(bǔ)的情況下,考慮與經(jīng)過缺損位置的代表角度(相對于視圖方向的軸的角度)的直線L的距離來進(jìn)行插補(bǔ)。具體地,針對缺損位置的鄰近數(shù)據(jù)(圖8,d1~d4)求出到直線L的最短距離rort,設(shè)w(rort)=rort-2?;蛘撸梢赃€求出與直線L(代表角度方向)平行的距離rpal(=(r2-rort2)1/2),如式(4)那樣,定義將rort和rpal使用適當(dāng)權(quán)重ε結(jié)合而得到的新的距離r’,并設(shè)w(r’)=r’-2。
另外,可以如式(5)那樣,施加不使用比某一距離R更遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)這一限制。由此,能防止分辨率的劣化。
數(shù)據(jù)插補(bǔ)部1023使以上的插補(bǔ)處理的角度方向一致,針對所有缺損位置得到該角度方向的代表正弦圖。針對所設(shè)定的所有角度方向進(jìn)行該處理,得到與所設(shè)定的角度方向(代表角度)相同數(shù)量的代表正弦圖(插補(bǔ)后的正弦圖)。
接著,返回圖7,針對各代表正弦圖,扇形-平行變換部1022以及圖像重建部1024分別實(shí)施扇形-平行變換(S730)和重建濾波處理(S740)。扇形-平行變換為將作為扇形束而得到的數(shù)據(jù)變換為假定照射平行束而得到的數(shù)據(jù)的處理,是一種插補(bǔ)處理,能夠進(jìn)行公知的插補(bǔ)方法,例如進(jìn)行對應(yīng)于距離的加權(quán)的插補(bǔ)等。另外,重建濾波處理是數(shù)據(jù)與重建函數(shù)進(jìn)行卷積的處理,能夠考慮所希望的空間分辨率、對比度分辨率,適當(dāng)選擇并應(yīng)用Ramachandran(拉瑪錢德朗)濾波器、Shepp(薛普)濾波器、Chesler(切斯勒)濾波器等公知的重建濾波器。這些重建濾波器的選擇,例如通過由用戶經(jīng)由輸入裝置104直接選擇濾波器的種類或者選擇所希望的分辨率來進(jìn)行。
而且,在圖7中示出了在生成代表正弦圖(S720)后進(jìn)行扇形-平行變換(S730)的例子,但是這些處理可以顛倒順序。即,可以在對校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行扇形-平行變換之后生成插補(bǔ)方向不同的多個代表正弦圖。但是,為了不降低分辨率,優(yōu)選圖7所示的順序。另外,生成代表正弦圖(S720)和扇形-平行變換(S730)可同時進(jìn)行。
使用這樣實(shí)施扇形-平行變換以及重建濾波處理而得到的正弦圖的數(shù)據(jù)(各角度方向的數(shù)據(jù))進(jìn)行反投影。因此,首先根據(jù)代表正弦圖計算用于反投影處理的軌跡插補(bǔ)后的投影數(shù)據(jù)(S750)。
此處,將處理S740后的正弦圖表示為D[θi](θi為代表角度)。D[θi]是扇形-平行變換后的通道方向的檢測元件編號CH、扇形-平行變換后的體層方向的檢測元件編號SL、扇形-平行變換后的投影編號VIEW的函數(shù)。
反投影對象的像素的坐標(biāo)確定后,與其對應(yīng)地在正弦圖上描繪的點(diǎn)應(yīng)答軌跡確定。若將該軌跡表示為f(VIEW),則軌跡方向的角度Θ以arctan[f’(VIEW)]表示。使用多個角度接近于Θ的代表角度的代表正弦圖通過式(6)求出用于反投影的正弦圖數(shù)據(jù)D[Θ]。
式(6)中,g是Θ與θi的角度差的函數(shù),即權(quán)重。即,θi與正弦圖數(shù)據(jù)D[Θ]的角度Θ的角度差越小,權(quán)重越大。用于式(6)的計算的代表正弦圖數(shù)據(jù)可以僅為θj≦Θ<θj+1的兩個代表角度數(shù)據(jù)。此時的權(quán)重例如能使用克羅內(nèi)克函數(shù)的符號δ以式(7)表示。
而且,軌跡方向的角度Θ在旋轉(zhuǎn)中心位置以外的像素處沿著點(diǎn)應(yīng)答軌跡f(VIEW)變化,因此針對每個投影編號(扇形-平行變換后的視圖數(shù))進(jìn)行上述式(6)的計算。圖9表示該情形。對應(yīng)于圖9的右側(cè)所示的正弦圖上的點(diǎn)應(yīng)答軌跡的角度變化,所使用的代表正弦圖的組合不同。例如,在點(diǎn)應(yīng)答軌跡的角度的絕對值最大(但是為60度以下)的正弦圖的區(qū)域1中,在以-30度的插補(bǔ)方法插補(bǔ)后的代表正弦圖和以-60度的插補(bǔ)方法插補(bǔ)后的代表正弦圖中,應(yīng)用式(7)的權(quán)重得到數(shù)據(jù)。另外,在區(qū)域3中,由于點(diǎn)應(yīng)答軌跡基本與視圖方向平行,因此使用以0度的插補(bǔ)方法插補(bǔ)后的代表正弦圖。
接著,將由式(6)求出的D[Θ]向某個像素進(jìn)行反投影(S760)。反投影的計算方法通常已知,作為一個例子,可以按以下的方法進(jìn)行。
關(guān)于反投影方向,將像素中心的坐標(biāo)投影到平行化的虛擬檢測器面的位置(位于希望重建的像素位置的虛擬點(diǎn)的位置)設(shè)為(CH’、SL’)。上述D[Θ]為依賴于(CH、SL)的數(shù)據(jù),但是CH、SL是離散的,有必要通過插補(bǔ)來推定(CH’、SL’)的數(shù)據(jù)。使用應(yīng)插補(bǔ)的數(shù)據(jù)位置與用于插補(bǔ)的數(shù)據(jù)位置的距離所對應(yīng)的適當(dāng)?shù)臋?quán)重h,如式(8)所示進(jìn)行插補(bǔ)。
此處,ΔCH=|CH’-CH|,ΔSL=|SL’-SL|。在式(8)中沒有必要進(jìn)行沿著特定方向的插補(bǔ),利用已知的樣條插補(bǔ)等即可。而且,式(6)和式(8)的插補(bǔ)可同時進(jìn)行。該情況下,可以通過式(9)求出D[Θ]。
通過對所有像素和所有視圖進(jìn)行采用上述式(6)以及式(8)或式(9)的處理,能得到被攝體的斷層圖像。斷層圖像顯示在監(jiān)視器等輸出裝置105中(S770)。
根據(jù)本實(shí)施方式,準(zhǔn)備插補(bǔ)方向不同的多個代表正弦圖,在反投影時,考慮像素的點(diǎn)應(yīng)答軌跡,針對每個像素將這些代表正弦圖的數(shù)據(jù)加權(quán)來使用,從而能進(jìn)行近似的點(diǎn)應(yīng)答軌跡插補(bǔ),在FFS等需要缺損數(shù)據(jù)插補(bǔ)的技術(shù)中,能提高畫質(zhì),實(shí)現(xiàn)有效的高密度化。
而且,本實(shí)施方式不僅能應(yīng)用于FFS,還能應(yīng)用于數(shù)據(jù)中發(fā)生缺損情況下的所有測量。例如在X射線檢測器4的任一X射線檢測元件存在缺陷,該檢測元件部分的數(shù)據(jù)缺損的情況下,也能應(yīng)用本實(shí)施方式。
另外,在上述說明中示出了代表正弦圖的代表角度的最大值為+90度、最小值為-90度的情況,但是代表正弦圖的決定方法不限定于上述的實(shí)施方式,而能夠變更。以下,說明數(shù)據(jù)插補(bǔ)部1023生成代表正弦圖時的變更例。
<變更例1>
在變更例1中,將代表角度的最大值以及最小值設(shè)定為對應(yīng)于掃描條件的角度。參照圖6可知,點(diǎn)應(yīng)答軌跡的傾斜度的最大值Θmax不會超過90度,因此將代表角度的最大值對應(yīng)于掃描條件而設(shè)定為小于90度的值。對應(yīng)于掃描條件的代表角度的最大值Θmax由下述式(10)求出。而且,最小值由-Θmax給出。
此處,VIEWmax是每旋轉(zhuǎn)一周的視圖數(shù),RDFOV是在以機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心為軸的圓柱坐標(biāo)中測量時包含在圖像視野中的像素位置的最大半徑。而且,上述RDFOV也可以為用戶所指定的任意關(guān)心區(qū)域(ROI,Region Of Interest)中所含的像素位置的最大半徑RROI。
根據(jù)變更例1,不生成不必要的代表正弦圖,由此能夠進(jìn)一步減少計算負(fù)荷。另外,如果代表正弦圖數(shù)相同,則通過減小間隔角度,能夠進(jìn)一步提高與軌跡插補(bǔ)的近似度,能夠提高插補(bǔ)精度。
<變更例2>
變更例1是對應(yīng)于掃描條件變更了代表角度的最大值、最小值的例子,而在變更例2中,對應(yīng)于重建濾波器的設(shè)定,變更代表角度的間隔角度。
重建濾波器由用戶考慮圖像的空間分辨率等來選擇。此時在選擇了低分辨率的重建濾波器的情況下,可以加大間隔角度,減少代表正弦圖的數(shù)量。另外,在選擇了高分辨率的重建濾波器的情況下,也可以減小間隔角度,提高軌跡插補(bǔ)精度。
而且,關(guān)于焦點(diǎn)尺寸、旋轉(zhuǎn)速度、螺距、逐次近似應(yīng)用重建法的平滑化強(qiáng)度的選擇,也能具有根據(jù)推測為用戶所要求的畫質(zhì)來自動調(diào)整代表正弦圖數(shù)的功能。與上述同樣地進(jìn)行調(diào)整,使得要求空間分辨率越高,越增加代表正弦圖數(shù)。
<變更例3>
在變更例3中,將插補(bǔ)方法簡化為僅依賴于插補(bǔ)角度的絕對值。即,作為代表正弦圖僅采用正、負(fù)之一(例如正)。該情況下,取代式(2),使用式(11)。
式(11)在+Θ和-Θ下給出相同結(jié)果,因此代表正弦圖僅生成正的角度(0≦θ≦Θmax)即可。
如圖10所示,該變更例3在僅使用鄰近4點(diǎn)數(shù)據(jù)這一限制下有效。即在僅考慮包圍缺損數(shù)據(jù)的鄰近4點(diǎn)(d1~d4)時,不論插補(bǔ)方向(角度)為+Θ還是-Θ,所使用的數(shù)據(jù)及其權(quán)重都相等。該情況下,只要僅準(zhǔn)備正的代表角度的代表正弦圖,在點(diǎn)應(yīng)答軌跡的角度為正或負(fù)的情況下都能應(yīng)對。
<第二實(shí)施方式>
第二實(shí)施方式的特征在于追加了通過用戶的直接設(shè)定來設(shè)定代表正弦圖的功能。
圖11中表示輸入裝置104中顯示的GUI的一個例子。該例子是將插補(bǔ)的程度以“弱”、“中”、“強(qiáng)”指定的GUI,例如顯示為用戶選擇畫質(zhì)的菜單的一部分。由用戶選擇插補(bǔ)的程度后,根據(jù)所選擇的插補(bǔ)的程度變更代表正弦圖的數(shù)量。代表正弦圖的數(shù)量多,即以微小的角度間隔生成代表正弦圖的話,插補(bǔ)的精度提高,因此,變更插補(bǔ)的程度使得“中”比“弱”、“強(qiáng)”比“中”的代表正弦圖數(shù)增多。
另外,可以在作為缺省而設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)插補(bǔ)方法例如通道插補(bǔ),并選擇了這些插補(bǔ)的程度時,進(jìn)行軌跡插補(bǔ)。在標(biāo)準(zhǔn)插補(bǔ)方法中,由于正弦圖能夠單一地插補(bǔ),因此用戶能夠在確認(rèn)由標(biāo)準(zhǔn)插補(bǔ)方法得到的圖像后,選擇精度更高的插補(bǔ)。
而且,也可以使用戶能直接輸入代表正弦圖數(shù)、插補(bǔ)角度間隔、最大插補(bǔ)角度。
以上,主要基于應(yīng)用于FFS的實(shí)施方式說明了本發(fā)明的X射線拍攝裝置,但是本發(fā)明不僅僅應(yīng)用于FFS,也能應(yīng)用于產(chǎn)生了缺損數(shù)據(jù)從而需要插補(bǔ)的投影數(shù)據(jù)。另外,在附圖中示出了以橫軸為通道方向、以縱軸為視圖方向的二維正弦圖,也可以為以橫軸為體層方向、以縱軸為視圖方向的二維正弦圖,并且同樣能夠應(yīng)用于包含通道方向和體層方向的軸的三維數(shù)據(jù)。
另外,上述實(shí)施方式中示出的數(shù)值僅僅為舉例,不限定本發(fā)明。
工業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明,能夠在降低運(yùn)算裝置負(fù)擔(dān)的同時實(shí)現(xiàn)接近于理想的插補(bǔ)方法、即沿著點(diǎn)應(yīng)答軌跡的插補(bǔ)的數(shù)據(jù)插補(bǔ)。其結(jié)果為,在FFS等需要對缺損數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)的技術(shù)中,能進(jìn)行高精度插補(bǔ),能提高畫質(zhì)。
符號說明
1:X射線球管;2:開口部;3:被攝體;4:X射線檢測器;5:床;8:檢測器模塊;9:X射線焦點(diǎn);41:X射線檢測元件;101:記錄裝置;102:運(yùn)算裝置;103:控制裝置;104:輸入裝置;105:輸出裝置;1021:校正部;1022:扇形-平行變換部;1023:數(shù)據(jù)插補(bǔ)部;1024:圖像重建部。