断层成像设备及其方法技术

在通过投影所获得的投影数据中，将对象的图像重构区域划分为多个图像数据分段，针对每个图像数据分段来裁剪背投影处理所需的投影数据分段，并且利用裁剪出的投影数据分段，针对每个图像数据分段来执行背投影处理。此外，根据相关图像数据分段区域内多个有限数目的检测器地址，获得要用于背投影处理的投影数据的检测器地址。结果，实现了一种设备，可以通过使用少量的高速存储器以高速生成高质量断层成像图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，其根据投影数据产生对象的高精确断层成像图像，其中投影数据是从以相对于对象沿圆周旋转方向和身体轴方向可移动的方式构成的放射性射线源和放射性射线检测器所获得的。
技术介绍
近年来，出现了一种多检测器行计算机断层成像(下面称为MDCT)，其中，多个检测器行沿圆周旋转轴方向排列。与单个检测器行计算机断层成像(下面称为SDCT)相比，由于MDCT通过沿圆周旋转轴方向排列多个检测器单元行而在较广宽度上具有检测器，所以可以同时覆盖较广的成像区域。此外，利用MDCT，当对象以更高速率相对移动时，缩短了扫描时间，从而可以减少由于例如呼吸之类的身体运动而引起的假象，并且可以显著地提高沿圆周旋转轴方向的分辨率。图1是SDCT和MDCT之间的基本组成差别的图。如图1(A)所示，针对单个X射线源10，SDCT具有在单行中的X射线检测器11，并且如图1(B)所示，针对单个X射线源10，MDCT具有在多行(在附图中为8行)中的X射线检测器12。在MDCT的情况下，因为每一个X射线检测器行相对于圆周旋转轴方向位于不同的倾斜角中，所以用于指定投影数据的参数(例如通道、行和倾斜角)增加，并且其成像重构方法复杂并且多样化。在这种情况下，提出了多种图像重构算法，例如当要求更高的精确度时作为重构算法的3维Radon变换方法和3维背投影(back projection)方法(3维重构方法)，并且所述算法包括要求高速计算的MDCT所用的针对螺旋校正的加权背投影方法(2维重构方法)，该方法是通过改进SDCT所用的针对螺旋校正的加权背投影方法而设计出的。在这些图像重构方法中，在作为2维图像重构方法的针对螺旋校正的加权背投影方法中，每个断层成像图像的重构时间较短，从几秒到几十秒。在实际设备中，当使用例如DSP板和ASIC之类的专用硬件时，每个断层成像图像可以在大约0.2～0.5秒的时间内重构图像。此外，用于产生与多行检测器中一行检测器相等价的投影数据并且用于执行2维背投影所需的存储量与在SDCT中所需的存储量几乎相同，并且在考虑到成本时完全令人满意。因此，在具有例如2行和4行的检测器行的MDCT中，通常采用改进的2维重构方法。然而，因为针对螺旋校正的加权背投影方法使用忽略X射线沿圆周旋转方向的波束倾斜(锥角)的算法，由于锥角的影响，严重地劣化了具有多于16行检测器的MDCT的图像质量，这降低了断层成像设备的诊断精确度。为此，针对螺旋校正的加权背投影方法的应用局限于锥角的影响相对较小的具有大约2～8行检测器的MDCT。近年来，由于检测器的行数增加，开始广泛地研究具有较广锥角的MDCT用的高精确度图像重构方法。其中，尽管3维Radon变换方法是一种精确的图像重构方法，但是获得一个断层(slice)图像需要例如从几十分钟到几小时的极长计算时间，这阻止了它的实际应用。另一方面，尽管3维背投影方法是一种近似图像重构方法，然而，它是一种考虑了锥角的相对高精确度的图像重构方法，其对一个断层图像的计算时间是大约几分钟到几十分钟，并且当使用专用硬件时，将进一步缩短计算时间，因此，该方法执行相对高速的计算并且是实用的。为此，正在开发实施3维背投影方法的MDCT。采用正确地考虑锥角的高精确度3维背投影方法的图像重构方法的问题之一是当执行图像重构计算时，与传统SDCT所用的2维背投影方法相比，显著地增加了所需的存储量。即，在其中的背投影计算单元中，从硬盘中读取背投影所需的数据(投影数据)，将其存储在高速存储器(例如高速缓冲存储器)中，并且利用高速存储器中的数据来执行背投影处理。在该示例中，当要处理的数据量较大时，一部分数据被存储在低速大容量存储器(例如DRAM)中，并且当在高速存储器中不存在计算所需的数据时，从低速存储器中连续地读取数据，更新高速存储器中的数据，并且在更新之后，执行处理。因为高速存储器通常较昂贵，所以与廉价的低速存储器相比，高速存储器的容量大部分都较小。现在，讨论背投影处理所需的存储量(要处理的数据量)。在使用2维背投影方法的针对螺旋校正的加权背投影方法中，通过插值法，从多个数据中产生一个检测器行的螺旋校正投影数据。因为针对各个检查执行了背投影处理，所以所需的存储量(要处理的数据量)是一次检查的存储量。即，一次(一次检查)背投影所需的存储量是一行所需的存储量×通道数目所需的存储量。例如，当假设通道数目是1000时，所需存储量是大约2(＝1000×1×2)。另一方面，在3维Radon变换方法和3维背投影方法中，因为必须按照它们原来的样子来处理来自多行的检测器数据，所以一次(一次检查)背投影处理所需的存储量与检测器行数成正比地增加。例如，在具有128行检测器的MDCT的情况下，针对螺旋校正的加权背投影方法所需的存储量是128倍，大约256。如上所述，因为所需存储量(要处理的数据量)增加并且不能够将数据存储在处理单元中的高速存储器中，所以需要存储交换，使得暂时地将要处理的数据存储在处理单元外部连接的低速存储器中，并且在根据需要连续地替换数据的同时，执行处理。在这种情况下，处理速度取决于高速存储器和低速存储器之间的数据传输速度，并且不可能获得比数据传输速度更快的处理速度，这导致处理时间的延长。此外，即使在准备了专用硬件时，会导致取决于数据传输速度的类似延长。从以上可以理解，为了获得比数据传输速度更快的处理速度，必须增加昂贵的高速存储器的容量，然而，这显著地增加了成本，并且不是所希望的。与传统SDCT所用的2维背投影方法相比，采用正确处理锥角的高精确3维背投影方法的图像重构方法的另一个问题是增加了处理时间。在例如SDCT和具有4个检测器行的MDCT所用的2维背投影方法中，因为通过使用单个检测器行的虚拟圆轨道上的扫描数据来执行背投影，其中所述扫描数据是通过加权来螺旋校正螺旋轨道上的扫描数据而获得的，所以沿行方向的检测器地址计算不是必要的。另一方面，在3维背投影方法中，为了访问多行中的检测器数据，需要根据例如以下方程、通过复杂计算，来计算沿通道方向和沿行方向的检测器地址(寻址)。此外，应用于根据本专利技术的3维背投影方法的寻址处理方程不局限于以下方程(1)～(6)，而可以应用多种处理方程。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·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)此处，x1、y1、z1示出了在图像重构区域内voxsel 1的坐标位置，φ示出了平行波束的圆周旋转位置，w、t、v是检测器的坐标轴，其中，w代表沿平行波束的前进方向的轴，t代表沿与前进方向垂直的方向(平行波束的通道方向)的轴，v代表沿圆周旋转轴方向的检测器的轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种断层成像设备，包括：检测装置，由２维排列的多个检测器单元组成，并且检测照射到对象并且穿透对象的Ｘ射线；用于产生检测数据作为投影数据的装置；投影数据存储装置，存储所产生的投影数据；用于将与对象感兴趣区域相对 应的预定大小的图像重构区域划分为任意大小的图像数据分段的装置；以及图像重构计算装置，根据投影数据，对划分的图像数据分段区域执行图像重构计算，并且生成３维断层成像图像，其中，图像重构计算装置包括：提取装置，从投影数据中 提取生成图像数据分段区域的３维断层成像图像所需的投影数据分段区域；投影数据分段区域存储装置，存储所提取的投影数据分段区域；以及３维背投影处理装置，连续地读出投影数据分段区域存储装置中存储的投影数据分段区域，并且针对每个相应的 图像数据分段，执行３维背投影处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤大雅，宫崎靖，广川浩一，
申请(专利权)人：株式会社日立医药，
类型：发明
国别省市：JP[日本]