X线CT装置以及散射X线校正方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201280060843.X	申请日：	2012.12.12
公开号：	CN103987320A	公开日：	2014.08.13
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权的转移IPC(主分类):A61B 6/03登记生效日:20170306变更事项:专利权人变更前权利人:株式会社日立医疗器械变更后权利人:株式会社日立制作所变更事项:地址变更前权利人:日本东京都变更后权利人:日本东京都\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):A61B 6/03申请日:20121212\|\|\|公开
IPC分类号：	A61B6/03	主分类号：	A61B6/03
申请人：	株式会社日立医疗器械
发明人：	坪田悠史; 渡边史人; 植木广则; 昆野康隆; 小岛进一
地址：	日本东京都
优先权：	2011.12.12 JP 2011-270845
专利代理机构：	北京银龙知识产权代理有限公司 11243	代理人：	曾贤伟;曹鑫
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

在X线CT图像中，防止散射X线引起的图像降低。X线CT装置(100)通过X线检测器(4)等拍摄被摄体(3)的X线透射图像数据(F1)，根据被拍摄的X线透射图像数据推定被摄体(3)内部的X线吸收系数分布(F3)。X线CT装置(100)对具有被推定的X线吸收系数分布的模拟被摄体(3)实施蒙特卡洛模拟，推定由被摄体引起的点扩散函数或散射X线分布(F4、F7)。然后，X线CT装置(100)根据被推定的点扩散函数或散射X线分布，校正X线透射图像数据(F5、F8)，形成被摄体(3)的X线吸收系数分布图像(F6、F9)。

权利要求书

权利要求书
1.  一种X线CT装置，其特征在于，
具备：
拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；
内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；
点扩散函数推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射的点扩散函数；
校正部，其对由所述点扩散函数推定部推定的所述点扩散函数和所述X线透射图像数据进行逆卷积积分，来校正所述X线透射图像数据；以及
图像化部，其使用由所述校正部校正后的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。

2.  根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，
所述点扩散函数推定部，针对作为数量比所述多个投影方向少的投影方向的代表投影方向实施所述蒙特卡洛模拟，对通过该蒙特卡洛模拟得到的所述代表投影方向之间的所述点扩散函数进行插值，由此推定全部所述多个投影方向的所述点扩散函数。

3.  根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，
所述点扩散函数推定部，在作为所述二维排列的所述X线检测元件中的、预定数量的元件的位置的代表元件位置实施所述蒙特卡洛模拟，对通过该蒙特卡洛模拟得到的所述代表元件位置之间的所述点扩散函数进行插值，由此推定所述二维排列的全部所述X线检测元件的位置的所述点扩散函数。

4.  一种X线CT装置，其特征在于，
具备：
拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；
内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；
X线分布推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射X线的分布；
校正部，其根据由所述X线分布推定部推定的所述分布，从所述X线透射图像数据中去除所述散射X线成分；以及
图像化部，其使用由所述校正部去除了所述散射X线成分的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。

5.  根据权利要求4所述的X线CT装置，其特征在于，
所述X线分布推定部，针对作为数量比所述多个投影方向少的投影方向的代表投影方向实施所述蒙特卡洛模拟，对通过该蒙特卡洛模拟得到的所述代表投影方向之间的所述分布进行插值，由此来推定全部所述多个投影方向的所述分布。

6.  根据权利要求5所述的X线CT装置，其特征在于，
所述X线分布推定部，根据所述代表投影方向的所述分布推定所述散射X线量的变化率达到最大的所述投影方向，重复通过所述蒙特卡洛模拟求出所述变化率达到最大的所述投影方向的所述散射X线分布的步骤，来逐次选择所述代表投影方向。

7.  根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，
所述内部分布推定部通过模拟所述被摄体作为CT值已知的多个物质的混合物，来推定所述X线吸收系数分布。

8.  根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，
还具备：
用户接口，其能够实现所述蒙特卡洛模拟中的X线统计量的设定、执行所述蒙特卡洛模拟的计算时间的设定、所述蒙特卡洛模拟在任意定时的中断中的至少任意一个操作。

9.  根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，
所述内部分布推定部，
代替根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布，而推定模拟所述被摄体的模拟被摄体内部的X线吸收系数分布，作为所述被摄体内部的X线吸收系数分布。

10.  一种散射X线校正方法，其特征在于，
包括：
拍摄工序，从X线焦点位置产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；
内部分布推定工序，根据由所述拍摄工序拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；
点扩散函数推定工序，对具有由所述内部分布推定工序推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射的点扩散函数；
校正工序，对由所述点扩散函数推定工序推定的所述点扩散函数和所述X线透射图像数据进行逆卷积积分，来校正所述X线透射图像数据；以及
图像化工序，使用由所述校正工序校正后的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。

11.  一种散射X线校正方法，其特征在于，
包括：
拍摄工序，从X线焦点位置产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；
内部分布推定工序，根据由所述拍摄工序拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；
X线分布推定工序，对具有由所述内部分布推定工序推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射X线的分布；
校正工序，根据由所述X线分布推定工序推定的所述分布，从所述X线透射图像数据中去除所述散射X线成分；以及
图像化工序，使用由所述校正工序去除了所述散射X线成分的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。

说明书

说明书X线CT装置以及散射X线校正方法
技术领域
本发明涉及X线CT装置以及对通过X线CT装置等拍摄的数据的散射X线校正方法。
背景技术
X线CT(Computed Tomography：计算机断层扫描)装置是用于使用数据处理系统将被摄体内部的X线衰减率(X线吸收系数)的差异重构为图像的装置。X线CT装置具备向被摄体照射X线的X线源和检测透过被摄体的X线的X线检测器。隔着被摄体相对配置X线源和X线检测器，保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄被摄体的X线透射图像数据。通常，在X线CT装置的X线源中使用对阳极照射通过高电压加速后的电子来产生X线的X线管。此外，X线检测器具有为了一次高速地拍摄广范围而将X线检测原件排列成二维状的结构。
通过X线CT装置的拍摄而得到的投影数据中，除了非散射地透过被摄体而得到的X线(直达X线)强度之外，还包括通过被摄体等被散射的X线(散射X线)的入射强度的信息。在X线CT装置中，为了去除散射X线，在X线检测器的X线源侧配置了用于去除通过被摄体产生的散射X线的散射线防止格栅(grid)。然而，通过该方法也无法去除所有的散射X线。因此，同时还进行基于软件的散射X线校正(例如，参照下述专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4218908号公报
专利文献2：日本特开2009-82615号公报
专利文献3：日本特许第3566762号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来，随着X线检测器的多列化，X线CT装置通过一次拍摄能够广范围地拍摄被摄体。另一方面，存在以下问题：通过X线检测器的多列化，对被摄体的X线照射宽度扩大，同时散射X线量增加，由此，在重构图像上产生伪影(artifact)，导致画质降低。尤其，当拍摄骨头等X线高吸收体存在的区域时，相对于直达X线所引起的检测信号，散射X线所引起的检测信号的比例相对增加，有时会过小评价被摄体的X线吸收系数。
图7是示意性表示在重构图像中生成的伪影的说明图。图7(a)表示在低吸收体L的内部存在两个高吸收体杆(rod)H的人体模拟构造物(以下，称为体模(phantom))。如图7(b)所示的重构图像所示，当拍摄到该体模时，在两个高吸收体杆H之间观测到将CT值测量成比实际小的暗带伪影(dark band artifact)。另外，在图7中，通过阴影线的间隔(密度)图示CT值的大小，以CT值越小阴影线的间隔越短(密)的方式来图示。
因此，本发明课题是提供一种X线CT装置以及散射X线校正方法，其能够通过高精度地推定散射X线量后进行校正，来防止由散射X线引起的画质降低。
用于解决课题的手段
为了解决这样的课题，本发明提供一种X线CT装置，其特征在于，具备：拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；点扩散函数推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射的点扩散函数；校正部，其对由所述点扩散函数推定部推定的所述点扩散函数和所述X线透射图像数据进行逆卷积积分，来校正所述X线透射图像数据；以及图像化部，其使用由所述校正部校正后的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。
此外，本发明提供一种X线CT装置，其特征在于，具备：拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；X线分布推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射X线分布；校正部，其根据由所述X线分布推定部推定的所述分布，从所述X线透射图像数据中去除所述散射X线成分；以及图像化部，其使用由所述校正部去除了所述散射X线成分的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。
发明效果
根据本发明，能够提供一种X线CT装置以及散射X线校正方法，其能够通过高精度地推定散射X线量后进行校正，来防止由散射X线引起的画质降低。
附图说明
图1是表示第一实施方式的X线CT装置的结构的说明图。
图2是表示检测器模块的结构的说明图。
图3是表示第一实施方式的X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。
图4是表示模拟被摄体的物质的决定方法的一例的说明图。
图5是表示第二实施方式的X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。
图6是表示蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation)的步骤的一例的流程图。
图7是示意性地表示在重构图像中产生的伪影的说明图。
具体实施方式
以下适当参照附图对用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)进行详细说明。另外，在各图中对共通的部分赋予相同的符号，并省略重复的说明。
《第一实施方式》
<X线CT装置100的结构>
图1是表示第一实施方式的X线CT装置100的结构的说明图。在以下的说明中，将图1中的X轴方向设为通道(channel)方向，将Y轴方向设为X线焦点方向，将Z轴方向设为切片(slice)方向。图1中表示从被摄体3的体轴方向(切片方向：Z轴方向)看X线CT装置100的图。
在X线CT装置100的未图示的机架(gantry)中央部设有被摄体3可进入的开口部2。此外，在X线CT装置100的扫描装置中具备作为X线源的X线管1和X线检测器4，以开口部2的中心作为旋转中心轴，可旋转地被机架支持。通过这样的结构，能够旋转拍摄开口部2内的被摄体3。
作为X线源的X线管1从X线管1内的具有有限大小的X线焦点9产生X线。在隔着被摄体3与X线管1对置的位置配置X线检测器4。X线检测器4被分割成多个检测器模块8，各个检测器模块8以X线焦点9为中心配置成圆弧状或平板状。
图2是表示检测器模块8的结构的说明图。检测器模块8中，X线检测元件6经由隔离物7对通道方向(扫描设备旋转方向)以及切片方向(体轴方向)二维排列。这是为了通过一次X线照射得到被摄体3的广范围的X线透射图像数据(投影数据)。在此，X线检测元件6例如组合闪烁器和光电二极管、或由将放射线变换成电信号的半导体构成，测量向X线检测元件6的X线入射强度。此外，为了去除由被摄体3等产生的散射X线，在检测器模块8的X线管1侧配置散射线防止格栅5。
返回到图1的说明，根据用户通过输入装置104设定的扫描条件，通过记录装置101、运算装置102，由控制装置103进行X线CT装置100的拍摄控制。将通过旋转拍摄得到的大量投影数据记录在记录装置101中，通过运算装置102执行图像处理运算。然后，图像处理运算后的投影数据作为被摄体3的断层图像等信息显示在输出装置105上。
<X线CT装置100的图像形成处理>
接下来，对X线CT装置100的图像形成处理进行说明。通过X线CT装置100拍摄的投影数据(X线透射图像数据)中包含由被摄体3引起的散射X线。因此，X线CT装置100进行一般的图像处理中的图像校正处理外，推定考虑了针对每次拍摄而变化的由被摄体3引起的散射X线的分布的点扩散函数(PSF：Point Spread Function)并修正，然后形成图像。
图3是表示X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。X线CT装置100对通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)进行校正、重构处理(F2)，生成重构图像(Image：图像)。另外，例如F2中的校正、重构处理是灵敏度校正等一般的图像校正处理。
接下来，X线CT装置100的运算装置102根据通过校正、重构处理(F2)生成的重构图像(Image：图像)，在运算装置102(参照图1)上假想地模拟被摄体3(F3)。然后，对通过F3模拟的假想被摄体3实施能够计算X线的详细的物理相互作用的蒙特卡洛模拟(F4)。由此，能够精度良好地推定反映针对每次拍摄而变化的被摄体3的结构的点扩散函数(PSF)。另外，在散射X线校正前的重构图像(Image：图像)中可能存在由散射X线引起的伪影。然而，当伪影的影响不过度深刻时，能够从重构图像读取被摄体3的内部结构信息。
运算装置102根据在F4中推定的点扩散函数(PSF)，校正通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)(F5)。具体而言，从投影数据中去除散射X线成分。然后，运算装置102重新对散射X线成分去除后的投影数据进行校正、重构处理(F6)。由此，在运算装置102中，得到与通过校正、重构处理(F2)生成的重构图像(Image：图像)相比进一步降低散射X线的影响的优质的重构图像(New Image：新图像)。另外，与F2同样地，F6中的校正、重构处理是灵敏度校正等一般的图像校正处理。
<图像形成处理的细节>
接下来，对图3所示的图像形成处理的各步骤的细节进行说明。另外，拍摄(F1)、校正、重构处理(F2)以及校正、重构处理(F6)是一般的X线CT装置100的拍摄以及图像校正处理，省略其说明。
(被摄体3的模拟：F3)
在图3的F3中，X线CT装置100的运算装置102根据重构图像(Image：图像)，在计算机上假想地模拟被摄体3并生成假想被摄体3A。在此，重构图像(Image：图像)将被摄体3内部的X线吸收系数的差异表现成CT值。以水为0HU、空气为-1000HU的方式将CT值规格化。另一方面，蒙特卡洛模拟中需要的是物质的元素组成和密度，但仅用CT值无法决定组成和密度。
因此，在X线CT装置100中，将组成、密度以及CT值已知的几个物质事先定义为构成被摄体3的物质，将取得它们中间的CT值的物质视为已定义物质的混合物，由此来模拟被摄体3的内部结构(X线吸收系数分布)。具体而言，例如针对每个重构图像的像素，定义构成物质作为已定义的物质或它们的混合物。
图4是表示模拟被摄体3的物质的决定方法的一例的说明图。例如如图4(a)所示，将空气、水、特富龙(Teflon：聚四氟乙烯)(注册商标、以下相同)分别视为CT值取-1000HU、0HU、1000HU的代表物质，将取任意CT值的物质作为这些代表物质的混合物，以如下方式构成。另外，在图4中，横轴是像素的CT值、纵轴是代表物质的混合比例。
空气：水：特富龙＝100％：0％：0％(CT值≦-1000HU的情况)
空气：水：特富龙＝A％：(100-A)％：0％(-1000HU＜CT值≦0HU的情况)
空气：水：特富龙＝0％：(100-B)％：B％(0HU＜CT值≦1000HU的情况)
空气：水：特富龙＝0％：0％：100％(1000HU＜CT值的情况)
在此，比率是体积比。此外，将A以及B表示成下述(式1)、(式2)。
A＝-CT值[HU]/1000×100……(式1)
B＝CT值[HU]/1000×100……(式2)
另外，若被摄体3的组成某种程度可预测，则选择在被摄体3中大量存在的物质作为代表物质，不选择在被摄体3中几乎不存在的物质作为代表物质，由此能够实现精密化、高精度化。然而，为了能够插值任意的CT值，希望扩大代表物质的CT值的范围。
此外，相反地计算负荷降低，因此可以将CT值在一定范围内的区域置换成单一物质。例如，如图4(b)所示，考虑以下的设定。
空气(CT值≦-500HU的情况)
水(-500HU＜CT值≦500HU的情况)
特富龙(500HU＜CT值的情况)
接下来，对被摄体3的形状的模拟进行说明。重构图像(Image：图像)例如表现为512×512像素的矩阵。反映这一点，在运算装置102上也以每一切片512×512体素(voxel)表现被摄体3，对各体素附加通过上述方法决定的构成物质信息。即，假想被摄体3A包含周围空气而构成为长方体状区域的集合。
另外，除了扫描被摄体3整体的情况外，通过X线CT装置100拍摄的区域仅限于被摄体3的一部分。这种情况下，不能得到重构区域外的被摄体3的信息，但散射X线在重构区域外也进行相互作用，也有再次返回到重构区域内的可能性。因此，还需要模拟重构区域外的被摄体3的结构。这种情况下，例如采用将重构区域的周边像素所示的结构视为在视野外也同样存在的方法。
(对假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟的执行：F4)
接下来，说明针对在运算装置102上模拟的假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟(图3的F4)。X线CT装置100的运算装置102通过蒙特卡洛模拟求出对在运算装置102上重现的被摄体3进行与实际拍摄相同的X线投影时的投影数据。此时，针对被摄体3以外的条件，例如X线源(X线管1、X线焦点9)和X线检测器4等装置结构，也按照实际的结构在运算装置102上进行模拟。
X线CT装置100通过蒙特卡洛模拟，对模拟的被摄体3照射铅笔状X线射束，求出与X线输入方向对应的X线检测器4面上的X线强度分布(点扩散函数p)。将测量到的投影数据设为g(ch、sl)，将没有散射X线的理想投影数据设为t(ch、sl)，将点扩散函数设为p(ch、sl)，将它们的傅里叶变换分别设为G(CH、SL)、T(CH、SL)、P(CH、SL)时，已知下述(式3)以及(式4)的关系成立。在此，CH、SL分别表示ch方向、sl方向的频率成分。
g＝t*p……(式3)
G＝T·P……(式4)
在此，*表示卷积积分，·表示乘积。另外，省略了变量表示。
若用F表示逆傅里叶变换，则求出的理想投影数据t用下述(式5)给出。
t＝F[G/P]＝g*F[1/P]……(式5)
该方法被称为逆卷积积分法。
散射X线的扩散方式依存于被摄体3的部位和拍摄角度方向θ’来变化。将在铅笔射束的射入方向上的检测元件6的位置设为(ch’、sl’)时，将表现出X线射入方向(拍摄角度方向)依存性的点扩散函数p用下述(式6)表示。
p(ch，sl，ch’，sl’，θ’)……(式6)
在X线CT装置100中，假定点扩散函数是比较缓慢变化的函数，为了计算高速化，针对几个代表投影角度、检测元件6的位置(ch’，sl’，θ’)计算点扩散函数。例如，将X线检测器4按通道方向分割成十份，对位于各区域中央的检测元件6位置(ch’，sl’)计算点扩散函数。根据求出的点扩散函数和(式5)得出各区域的理想投影数据t(F5)。
此外，也可以根据代表投影角度、位置的点扩散函数p，通过插值来推定中间投影角度、位置的点扩散函数。此时，例如，点扩散函数p作为从代表位置的距离(|ch|)的函数，通过C·EXP(-D·|ch|)进行拟合，作为系数C和D而求出，对该系数实施数据插值。在此，EXP表示指数函数。
另外，为了去除伴随蒙特卡洛模拟的统计量不足的高频成分，可以对点扩散函数的分布或拟合参数分布执行平滑化处理。例如，对通道方向或切片方向、投影角度方向取得数据的移动平均来进行平滑化处理。通过这样的方法，X线CT装置100对全部投影角度方向求出理想的投影t数据，重新实施图像形成。由此，得到没有散射X线影响的优质图像。
如以上说明那样，在第一实施方式的X线CT装置100中，根据被摄体3的重构图像推定被摄体3引起的散射的点扩散函数，因此能够重现与被摄体3对应的结构的变化。由此，X线CT装置100能够高精度地推定点扩散函数，能够减小散射X线引起的画质降低。此外，根据第一实施方式的X线CT装置100，使用能够严格地模拟物理相互作用的蒙特卡洛模拟，因此能够更高精度地推定点扩散函数。
此外，第一实施方式的X线CT装置100将投影角度仅限定为代表角度方向，将X线检测元件6限定为代表位置来进行模拟，求出点扩散函数，通过插值来求出其他投影角度、其他X线检测元件6位置的点扩散函数，从而能够大幅度地缩短校正散射X线所需要的计算时间。另外，第一实施方式的X线CT装置100对通过计算得到的点扩散函数的分布或其拟合参数分布进行平滑化处理，因此能够去除统计变动引起的高频噪音，能够缩短计算时间以及抑制过校正或误校正。即，根据第二实施方式的X线CT装置100，能够在现实的计算时间内得到没有散射X线影响的优质的CT图像。
《第二实施方式》
在第一实施方式中，通过推定代表点的点扩散函数来进行了散射X线校正。在第二实施方式中，通过蒙特卡洛模拟推定散射X线的分布来进行散射X线校正。另外，在第二实施方式中，X线CT装置100的结构(参照图1、图2)与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
<X线CT装置100的图像形成处理>
对第二实施方式的X线CT装置100的图像形成处理进行说明。通过X线CT装置100拍摄的投影数据(X线透射图像数据)中包含被摄体3引起的散射X线。因此，X线CT装置100除了一般的图像处理中的图像校正处理外，还推定针对每次拍摄而变化的被摄体3引起的散射X线的分布并进行校正，然后形成图像。
图5是表示第二实施方式的X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。
拍摄(F1)、校正、重构处理(F2)以及假想的被摄体3的模拟(F3)与第一实施方式的X线CT装置100的图像形成处理相同，省略其说明。
对通过F3模拟的假想被摄体3A实施能够计算X线的详细物理相互作用的蒙特卡洛模拟(F7)。由此，能够精度良好地推定反映了针对每次拍摄而变化的被摄体3的结构的散射X线分布(Scat.Dist.)。另外，在散射X线校正前的重构图像(Image：图像)中可能存在由散射X线引起的伪影。然而，当伪影的影响不过度深刻时，能够从重构图像读取被摄体3的内部结构信息。
运算装置102根据在F7中推定的散射X线分布，校正通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)(F8)。具体而言，从投影数据中去除散射X线成分。然后，运算装置102重新对散射X线成分去除后的投影数据进行校正、重构处理(F9)。由此，在运算装置102中得到与通过校正、重构处理(F2)生成的重构图像(Image：图像)相比进一步减少了散射X线的影响的优质的重构图像(New Image：新图像)。另外，与F2同样地，F9中的校正、重构处理是灵敏度校正等一般的图像校正处理。
<图像形成处理的细节>
接下来，对图5所示的图像形成处理的各步骤的细节进行说明。
另外，拍摄(F1)、校正、重构处理(F2)以及校正、重构处理(F9)是一般的X线CT装置100的拍摄以及图像校正处理，省略其说明。此外，被摄体3的模拟(F3)与第一实施方式相同，省略其说明。
(对假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟的执行：F7)
接下来，说明针对在运算装置102上模拟的假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟(图5的F7)。X线CT装置100的运算装置102通过蒙特卡洛模拟，求出对在运算装置102上重现的被摄体3进行与实际的拍摄相同的X线投影时的投影数据。此时，针对被摄体3以外的条件，例如X线源(X线管1、X线焦点9)和X线检测器4等装置结构，也按照实际的结构在运算装置102上进行模拟。
在蒙特卡洛模拟中，从X线焦点9使X线作为大量光子而放射。根据事先测量的各扫描条件中的能量谱，对各光子分配X线的能量。通过概率记述各光子受到的相互作用，使用模拟随机数决定相互作用的有无。作为X线参与的代表性的物理过程，例如有康普顿(Compton)散射、瑞利(Rayleigh)散射、光电效应以及特性X线放射过程等。
在蒙特卡洛模拟中，与实际拍摄同样地，在假想空间中X线源(X线管1、X线焦点9)和X线检测器4一边绕着被摄体3的周围旋转一边从多个角度方向进行拍摄，通过计算求出投影数据。此时，在蒙特卡洛模拟中能够获知X线和被摄体3之间有无相互作用，因此能够分别独立地求出向X线检测器4的直达X线的入射强度和散射X线的入射强度。
这样，通过对假想被摄体3A执行蒙特卡洛模拟，能够精度良好地推定考虑了被摄体3的散射X线分布(Scat.Dist.)。
接下来，对蒙特卡洛模拟中的计算高速化方法进行说明。在实际的CT拍摄中，虽然也根据扫描条件而定，但每旋转一周使用1000张左右的投影数据来重构图像。即，在实际的拍摄中，每旋转一周进行1000次左右的、从不同角度方向的拍摄。
另一方面，在X线CT装置100的运算装置102进行的模拟中，通过模拟仅求出比实际拍摄次数少的数量的代表角度方向的投影数据。这是由于散射X线的分布与直达X线的分布相比变化较缓和，因此能够根据几个代表角度方向的投影数据中包含的散射X线分布推定其他角度方向的散射X线分布。这样，能够通过仅在代表角度方向进行投影模拟来缩短模拟所需要的计算时间。
代表角度方向可以随机选择或等角度间隔地选择，但为了在有限的计算时间内精度良好地重现散射X线分布，例如可以如下这样选择。
图6是表示蒙特卡洛模拟的步骤的一例的流程图。
在步骤S1中，运算装置102对预先决定的初始投影角度(例如0度、90度、180度、270度)进行上述蒙特卡洛模拟，并计算散射X线分布。
在步骤S2中，运算装置102根据下述(式7)计算散射X线量的变化的大小。
在下述(式7)中，datascat(ch，sl，θ)表示检测器每旋转一周得到的散射X线分布，作为通道方向X线检测元件6的位置(ch)、切片方向的X线检测元件6的位置(sl)、投影角度(θ)的函数来表示。其中，ch、sl、θ是离散的变量。
[数学式1]
|ddθΣch,sldatascat(ch,sl,θ)|]]>···(式7)
在步骤S3中，运算装置102求出散射X线量的变化的大小为最大的区间。
在步骤S4中，运算装置102在步骤S3中求出的区间中设定投影角度，进行上述的蒙特卡洛模拟，计算散射X线分布。
例如，在从投影角度θ1到θ2之间上述(式7)的变化表示最大值的情况下(S3)，运算装置102作为下一投影角度，例如取(θ1+θ2)/2，再次进行蒙特卡洛模拟来计算散射X线分布(S4)。
在步骤S5中，到满足被要求的统计精度为止或到超过被容许的计算时间为止(S5，否)运算装置102返回步骤S2，重复以下的处理。然后，当满足被要求的统计精度或超过被容许的计算时间时(S5，是)进入步骤S6。
在此，蒙特卡洛模拟所需要的时间根据要求精度而变化。当实施散射X线校正时，用户通过输入装置104可任意地设定蒙特卡洛模拟中使用的X线统计量或计算时间。此外，用户能够在任意的定时中断蒙特卡洛模拟。当通过用户中断模拟时，X线CT装置100使用到中断为止完成计算的数据来进行散射X线校正。
在步骤S6中，运算装置102对在步骤S1以及步骤S4中得到的散射X线分布进行插值处理以及平滑化处理，并结束基于本流程图的处理。
在上述处理中得到的散射X线分布，对投影角度方向具有比实测少的数据数量，因此为了插值中间角度数据而进行步骤S6的插值处理。作为数据的插值方法，已知例如样条插值法(Spline interpolation)和拉格朗日插值法(Lagrange interpolation)等。此外，为了消除伴随蒙特卡洛模拟的统计量不足的高频成分而进行步骤S6的平滑化处理。例如，通过对通道方向或切片方向、投影角度方向取数据的移动平均来进行平滑化处理。
(使用了散射X线分布的X线校正：F8)
接下来，对根据在F7中推定的散射X线分布校正通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)的散射X线校正(图5的F8)的细节进行说明。X线CT装置100的运算装置102使用通过模拟得到的散射X线分布，从拍摄得到的投影数据中减去散射X线的贡献。
具体而言，运算装置102通过下述(式8)所示的计算进行散射X线校正。在下述(式8)中，DATA是通过拍摄得到的投影数据，DATAref是通过拍摄得到的投影的参考数据(例如，位于端部的X线检测元件6的输出的平均数据)，datascat是通过计算得到的散射X线分布数据，datatotalref是通过计算得到的所有的X线分布(＝直达X线分布+散射X线分布)的参考数据，并省略了变量的表示。α是表示校正强度的常数。另外，测量数据是以X线非照射时的输出(偏移值)为0的方式校正的数据。
[公式2]
NewData=DATADATAref-αdatascatdatareftotal]]>···(式8)
此外，运算装置102还通过下述(式9)所示的计算进行空气数据(将被摄体3设为空气时的输出值)的散射X线校正。在下述(式9)中，AIR是将被摄体3作为空气来拍摄时的投影数据。此外，各角标的意思与上述(式8)相同。
[公式3]
NewAir=AIRAIRref-αairscatairreftotal]]>···(式9)
运算装置102使用上述(式8)以及(式9)计算出的值，通过下述(式10)进行X线检测元件6的灵敏度校正(称为空气校正)。
NewData/NewAir…(式10)
运算装置102根据上述(式10)所示的散射X线校正以及空气校正后的数据再次进行图像重构。由此，X线CT装置100能够向用户提供没有散射X线影响的优质的图像。
另外，在上述中示出了散射X线校正后实施空气校正的情况，但也可以在空气校正后实施散射X线校正。然而，此时认为空气数据中包含的散射X线较小而不进行考虑。具体而言，进行如下述(式11)所示的运算。
[公式4]
DATADATAref/AIRAIRref-αdatascatairtotal]]>···(式11)
如以上说明所示，在第二实施方式的X线CT装置100中，以被摄体3的重构图像(Image：图像)为基础推定散射X线分布(Scat.Dist.)，因此能够重现与被摄体3对应的构造的变化。由此，X线CT装置100能够高精度地推定散射X线分布，能够减少由散射X线引起的画质降低。此外，根据第二实施方式的X线CT装置100，使用能够严格地模拟物理相互作用的蒙特卡洛模拟，因此能够更高精度地推定散射X线分布。
此外，第二实施方式的X线CT装置100将投影角度仅限定在代表角度方向进行模拟来求出散射X线分布，通过插值来计算其他角度方向的散射X线分布，因此能够大幅度地缩短推定散射X线分布所需要的计算时间。另外，第二实施方式的X线CT装置100对通过计算得到的散射X线分布进行平滑化处理，因此能够去除统计变动引起的高频噪音，能够缩短计算时间以及抑制过校正或误校正。即，根据第二实施方式的X线CT装置100，能够在现实的计算时间内得到没有散射X线影响的优质的CT图像。
《第三实施方式》
在第一实施方式以及第二实施方式中，每次对被摄体3进行测量(拍摄:F1)时，对假想被摄体3A(X线吸收系数分布)进行蒙特卡洛模拟(F4)，求出散射X线分布或点扩散函数。在第三实施方式中，通过事前的模拟，定义模拟了被摄体3的体模(模拟被摄体)，通过第一实施方式或第二实施方式所示的方法详细地求出散射X线分布或点扩散函数的分布。由此，能够大幅度地缩短散射X线校正所需要的时间。另外，在第三实施方式中，X线CT装置100的结构(参照图1、图2)以及图像形成处理的流程(参照图3、图5)与第一实施方式或第二实施方式相同，因此省略其详细的说明。
在第三实施方式中，例如，X线CT装置100作为体模而采用椭圆柱形的水。如果是椭圆柱，则变量只有长半径a、短半径b。以下，代替短半径b，使用椭圆率f＝1-b/a作为变量。X线CT装置100在测量实际的被摄体3之前，对具有各种椭圆率f的多个椭圆柱求出散射X线分布或点扩散函数的长半径a依存性。然后，X线CT装置100通过插值或函数拟合求出对应于任意变量a、f的散射X线分布或点扩散函数的分布，并对其进行数据库化。
当实际拍摄被摄体3时，X线CT装置100根据通过拍摄得到的重构图像，使被摄体3的拍摄部位形状近似于椭圆状来测定其长半径a、椭圆率f。X线CT装置100从上述的数据库中选择近似于被测定的长半径a、椭圆率f的散射X线分布或点扩散函数的分布，并通过第一实施方式或第二实施方式所示的方法对测定数据实施散射X线校正。然后，X线CT装置100使用散射X线校正后的测定数据实施图像重构。由此，能够得到没有散射X线影响的优质的图像。
如以上说明所示，根据第三方式的X线CT装置100，除了能够得到与第一实施方式或第二实施方式的X线CT装置100相同的效果外，还能得到下述的效果。即，根据第三方式的X线CT装置100，在拍摄被摄体3前事先执行计算需要长时间的蒙特卡洛模拟，因此能够大幅度地缩短散射X线校正所需要的时间。
符号说明
1 X线管(X线源)
2 开口部
3 被摄体
3A 假想被摄体(模拟被摄体、X线吸收系数分布)
4 X线检测器
5 散射线防止格栅
6 隔离物
7 X线检测元件
8 检测器模块
9 X线焦点
100 X线CT装置
101 记录装置
102 运算装置
103 控制装置
104 输入装置
105 输出装置
F1 拍摄(拍摄部)
F2 校正、重构处理
F3 被摄体的模拟(内部分布推定部)
F4 对假想被摄体的蒙特卡洛模拟(点扩散函数推定部)
F5 投影数据校正(校正部)
F6 校正、重构处理(图像化部)
F7 对假想被摄体的蒙特卡洛模拟(X线分布推定部)
F8 投影数据校正(校正部)
F9 校正、重构处理(图像化部)

资源描述

《X线CT装置以及散射X线校正方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《X线CT装置以及散射X线校正方法.pdf（21页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103987320 A (43)申请公布日 2014.08.13 C N 1 0 3 9 8 7 3 2 0 A (21)申请号 201280060843.X (22)申请日 2012.12.12 2011-270845 2011.12.12 JP A61B 6/03(2006.01) (71)申请人株式会社日立医疗器械地址日本东京都 (72)发明人坪田悠史渡边史人植木广则昆野康隆小岛进一 (74)专利代理机构北京银龙知识产权代理有限公司 11243 代理人曾贤伟曹鑫 (54) 发明名称 X线CT装置以及散射X线校正方法 (57) 摘要在X线CT图像中。

2、，防止散射X线引起的图像降低。X线CT装置(100)通过X线检测器(4)等拍摄被摄体(3)的X线透射图像数据(F1)，根据被拍摄的X线透射图像数据推定被摄体(3)内部的 X线吸收系数分布(F3)。X线CT装置(100)对具有被推定的X线吸收系数分布的模拟被摄体(3) 实施蒙特卡洛模拟，推定由被摄体引起的点扩散函数或散射X线分布(F4、F7)。然后，X线CT装置(100)根据被推定的点扩散函数或散射X线分布，校正X线透射图像数据(F5、F8)，形成被摄体 (3)的X线吸收系数分布图像(F6、F9)。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.06.10 (。

3、86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2012/082251 2012.12.12 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/089155 JA 2013.06.20 (51)Int.Cl. 权利要求书3页说明书10页附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图7页 (10)申请公布号 CN 103987320 A CN 103987320 A 1/3页 2 1.一种X线CT装置，其特征在于，具备：拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置。

4、的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；点扩散函数推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射的点扩散函数；校正部，其对由所述点扩散函数推定部推定的所述点扩散函数和所述X线透射图像数据进行逆卷积积分，来校正所述X线透射图像数据；以及图像化部，其使用由所述校正部校正后的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X 线吸收系数分布图像。 2。

5、.根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，所述点扩散函数推定部，针对作为数量比所述多个投影方向少的投影方向的代表投影方向实施所述蒙特卡洛模拟，对通过该蒙特卡洛模拟得到的所述代表投影方向之间的所述点扩散函数进行插值，由此推定全部所述多个投影方向的所述点扩散函数。 3.根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，所述点扩散函数推定部，在作为所述二维排列的所述X线检测元件中的、预定数量的元件的位置的代表元件位置实施所述蒙特卡洛模拟，对通过该蒙特卡洛模拟得到的所述代表元件位置之间的所述点扩散函数进行插值，由此推定所述二维排列的全部所述X线检测元件的位置的所述点扩散函数。 4.一种。

6、X线CT装置，其特征在于，具备：拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布； X线分布推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射X线的分布；校正部，其根据由所述X线分布推定部推定的所述分布，从所述X线透射图像数据中去除。

7、所述散射X线成分；以及图像化部，其使用由所述校正部去除了所述散射X线成分的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。 5.根据权利要求4所述的X线CT装置，其特征在于，所述X线分布推定部，针对作为数量比所述多个投影方向少的投影方向的代表投影方权利要求书CN 103987320 A 2/3页 3 向实施所述蒙特卡洛模拟，对通过该蒙特卡洛模拟得到的所述代表投影方向之间的所述分布进行插值，由此来推定全部所述多个投影方向的所述分布。 6.根据权利要求5所述的X线CT装置，其特征在于，所述X线分布推定部，根据所述代表投影方向的所述分布推定所述散射X线量的变化率达到。

8、最大的所述投影方向，重复通过所述蒙特卡洛模拟求出所述变化率达到最大的所述投影方向的所述散射X线分布的步骤，来逐次选择所述代表投影方向。 7.根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，所述内部分布推定部通过模拟所述被摄体作为CT值已知的多个物质的混合物，来推定所述X线吸收系数分布。 8.根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，还具备：用户接口，其能够实现所述蒙特卡洛模拟中的X线统计量的设定、执行所述蒙特卡洛模拟的计算时间的设定、所述蒙特卡洛模拟在任意定时的中断中的至少任意一个操作。 9.根据权利要求1所述的X线CT装置，其特征在于，所述内部分布推定部，代替根据由所述拍摄。

9、部拍摄的所述X线透射图像数据推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布，而推定模拟所述被摄体的模拟被摄体内部的X线吸收系数分布，作为所述被摄体内部的X线吸收系数分布。 10.一种散射X线校正方法，其特征在于，包括：拍摄工序，从X线焦点位置产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定工序，根据由所述拍摄工序拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；点扩散函数推定工序，对具有由所述内部分布推定工序推定的所述X线吸收系数分。

10、布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射的点扩散函数；校正工序，对由所述点扩散函数推定工序推定的所述点扩散函数和所述X线透射图像数据进行逆卷积积分，来校正所述X线透射图像数据；以及图像化工序，使用由所述校正工序校正后的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。 11.一种散射X线校正方法，其特征在于，包括：拍摄工序，从X线焦点位置产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部。

11、分布推定工序，根据由所述拍摄工序拍摄的所述X线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；权利要求书CN 103987320 A 3/3页 4 X线分布推定工序，对具有由所述内部分布推定工序推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射X线的分布；校正工序，根据由所述X线分布推定工序推定的所述分布，从所述X线透射图像数据中去除所述散射X线成分；以及图像化工序，使用由所述校正工序去除了所述散射X线成分的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。权利要求书CN 103987。

12、320 A 1/10页 5 X 线 CT 装置以及散射 X 线校正方法技术领域 0001 本发明涉及X线CT装置以及对通过X线CT装置等拍摄的数据的散射X线校正方法。背景技术 0002 X线CT(Computed Tomography：计算机断层扫描)装置是用于使用数据处理系统将被摄体内部的X线衰减率(X线吸收系数)的差异重构为图像的装置。X线CT装置具备向被摄体照射X线的X线源和检测透过被摄体的X线的X线检测器。隔着被摄体相对配置 X线源和X线检测器，保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄被摄体的X线透射图像数据。通常，在X线CT装置的X线源中使。

13、用对阳极照射通过高电压加速后的电子来产生X线的X线管。此外，X线检测器具有为了一次高速地拍摄广范围而将X线检测原件排列成二维状的结构。 0003 通过X线CT装置的拍摄而得到的投影数据中，除了非散射地透过被摄体而得到的 X线(直达X线)强度之外，还包括通过被摄体等被散射的X线(散射X线)的入射强度的信息。在X线CT装置中，为了去除散射X线，在X线检测器的X线源侧配置了用于去除通过被摄体产生的散射X线的散射线防止格栅(grid)。然而，通过该方法也无法去除所有的散射X线。因此，同时还进行基于软件的散射X线校正(例如，参照下述专利文献13)。 0004 现有技术文献 0005 专利文献。

14、0006 专利文献1：日本特许第4218908号公报 0007 专利文献2：日本特开2009-82615号公报 0008 专利文献3：日本特许第3566762号公报发明内容 0009 发明要解决的课题 0010 近年来，随着X线检测器的多列化，X线CT装置通过一次拍摄能够广范围地拍摄被摄体。另一方面，存在以下问题：通过X线检测器的多列化，对被摄体的X线照射宽度扩大，同时散射X线量增加，由此，在重构图像上产生伪影(artifact)，导致画质降低。尤其，当拍摄骨头等X线高吸收体存在的区域时，相对于直达X线所引起的检测信号，散射X线所引起的检测信号的比例相对增加，有时会过小评价被摄体的X。

15、线吸收系数。 0011 图7是示意性表示在重构图像中生成的伪影的说明图。图7(a)表示在低吸收体 L的内部存在两个高吸收体杆(rod)H的人体模拟构造物(以下，称为体模(phantom)。如图7(b)所示的重构图像所示，当拍摄到该体模时，在两个高吸收体杆H之间观测到将CT值测量成比实际小的暗带伪影(dark band artifact)。另外，在图7中，通过阴影线的间隔 (密度)图示CT值的大小，以CT值越小阴影线的间隔越短(密)的方式来图示。 0012 因此，本发明课题是提供一种X线CT装置以及散射X线校正方法，其能够通过高说明书CN 103987320 A 2/10页 6 精度地。

16、推定散射X线量后进行校正，来防止由散射X线引起的画质降低。 0013 用于解决课题的手段 0014 为了解决这样的课题，本发明提供一种X线CT装置，其特征在于，具备：拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X 线透射图像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；点扩散函数推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特。

17、卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射的点扩散函数；校正部，其对由所述点扩散函数推定部推定的所述点扩散函数和所述X线透射图像数据进行逆卷积积分，来校正所述X线透射图像数据；以及图像化部，其使用由所述校正部校正后的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。 0015 此外，本发明提供一种X线CT装置，其特征在于，具备：拍摄部，其中，从X线焦点产生X线的X线源和二维排列了用于检测所述X线的X线检测元件的X线检测器保持隔着被摄体相对配置的关系的同时在所述被摄体的周围旋转，从多个投影方向拍摄所述被摄体的X线透射图像数据；内部分布推定部，其根据由所述拍摄部拍摄的所述X线透射图。

18、像数据，推定所述被摄体内部的X线吸收系数分布；X线分布推定部，其对具有由所述内部分布推定部推定的所述X线吸收系数分布的模拟被摄体，实施模拟所述X线的物理相互作用的蒙特卡洛模拟，来推定所述被摄体引起的散射X线分布；校正部，其根据由所述X线分布推定部推定的所述分布，从所述X线透射图像数据中去除所述散射X线成分；以及图像化部，其使用由所述校正部去除了所述散射X线成分的所述X线透射图像数据，形成所述被摄体的X线吸收系数分布图像。 0016 发明效果 0017 根据本发明，能够提供一种X线CT装置以及散射X线校正方法，其能够通过高精度地推定散射X线量后进行校正，来防止由散射X线引起的画质降。

19、低。附图说明 0018 图1是表示第一实施方式的X线CT装置的结构的说明图。 0019 图2是表示检测器模块的结构的说明图。 0020 图3是表示第一实施方式的X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。 0021 图4是表示模拟被摄体的物质的决定方法的一例的说明图。 0022 图5是表示第二实施方式的X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。 0023 图6是表示蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation)的步骤的一例的流程图。 0024 图7是示意性地表示在重构图像中产生的伪影的说明图。具体实施方式 0025 以下适当参照附图对用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)。

20、进行详细说明。另外，在各图中对共通的部分赋予相同的符号，并省略重复的说明。 0026 第一实施方式说明书CN 103987320 A 3/10页 7 0027 0028 图1是表示第一实施方式的X线CT装置100的结构的说明图。在以下的说明中，将图1中的X轴方向设为通道(channel)方向，将Y轴方向设为X线焦点方向，将Z轴方向设为切片(slice)方向。图1中表示从被摄体3的体轴方向(切片方向：Z轴方向)看X线 CT装置100的图。 0029 在X线CT装置100的未图示的机架(gantry)中央部设有被摄体3可进入的开口部2。此外，在X线CT装置100的扫描装置中具备作为X。

21、线源的X线管1和X线检测器4，以开口部2的中心作为旋转中心轴，可旋转地被机架支持。通过这样的结构，能够旋转拍摄开口部2内的被摄体3。 0030 作为X线源的X线管1从X线管1内的具有有限大小的X线焦点9产生X线。在隔着被摄体3与X线管1对置的位置配置X线检测器4。X线检测器4被分割成多个检测器模块8，各个检测器模块8以X线焦点9为中心配置成圆弧状或平板状。 0031 图2是表示检测器模块8的结构的说明图。检测器模块8中，X线检测元件6经由隔离物7对通道方向(扫描设备旋转方向)以及切片方向(体轴方向)二维排列。这是为了通过一次X线照射得到被摄体3的广范围的X线透射图像数据(投影数据)。

22、。在此， X线检测元件6例如组合闪烁器和光电二极管、或由将放射线变换成电信号的半导体构成，测量向X线检测元件6的X线入射强度。此外，为了去除由被摄体3等产生的散射X线，在检测器模块8的X线管1侧配置散射线防止格栅5。 0032 返回到图1的说明，根据用户通过输入装置104设定的扫描条件，通过记录装置 101、运算装置102，由控制装置103进行X线CT装置100的拍摄控制。将通过旋转拍摄得到的大量投影数据记录在记录装置101中，通过运算装置102执行图像处理运算。然后，图像处理运算后的投影数据作为被摄体3的断层图像等信息显示在输出装置105上。 0033 0034 接下来，对X线CT装。

23、置100的图像形成处理进行说明。通过X线CT装置100拍摄的投影数据(X线透射图像数据)中包含由被摄体3引起的散射X线。因此，X线CT装置100进行一般的图像处理中的图像校正处理外，推定考虑了针对每次拍摄而变化的由被摄体3引起的散射X线的分布的点扩散函数(PSF：Point Spread Function)并修正，然后形成图像。 0035 图3是表示X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。X线CT装置100对通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)进行校正、重构处理(F2)，生成重构图像(Image：图像)。另外，例如F2中的校正、重构处理是灵敏度校正等一般的。

24、图像校正处理。 0036 接下来，X线CT装置100的运算装置102根据通过校正、重构处理(F2)生成的重构图像(Image：图像)，在运算装置102(参照图1)上假想地模拟被摄体3(F3)。然后，对通过F3模拟的假想被摄体3实施能够计算X线的详细的物理相互作用的蒙特卡洛模拟 (F4)。由此，能够精度良好地推定反映针对每次拍摄而变化的被摄体3的结构的点扩散函数(PSF)。另外，在散射X线校正前的重构图像(Image：图像)中可能存在由散射X线引起的伪影。然而，当伪影的影响不过度深刻时，能够从重构图像读取被摄体3的内部结构信息。说明书CN 103987320 A 4/10页 8。

25、 0037 运算装置102根据在F4中推定的点扩散函数(PSF)，校正通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)(F5)。具体而言，从投影数据中去除散射X线成分。然后，运算装置102重新对散射X线成分去除后的投影数据进行校正、重构处理(F6)。由此，在运算装置102中，得到与通过校正、重构处理(F2)生成的重构图像(Image：图像)相比进一步降低散射X线的影响的优质的重构图像(New Image：新图像)。另外，与F2同样地，F6中的校正、重构处理是灵敏度校正等一般的图像校正处理。 0038 0039 接下来，对图3所示的图像形成处理的各步骤的细节进行说明。另外，。

26、拍摄(F1)、校正、重构处理(F2)以及校正、重构处理(F6)是一般的X线CT装置100的拍摄以及图像校正处理，省略其说明。 0040 (被摄体3的模拟：F3) 0041 在图3的F3中，X线CT装置100的运算装置102根据重构图像(Image：图像)，在计算机上假想地模拟被摄体3并生成假想被摄体3A。在此，重构图像(Image：图像)将被摄体3内部的X线吸收系数的差异表现成CT值。以水为0HU、空气为-1000HU的方式将 CT值规格化。另一方面，蒙特卡洛模拟中需要的是物质的元素组成和密度，但仅用CT值无法决定组成和密度。 0042 因此，在X线CT装置100中，将组成、密度以及。

27、CT值已知的几个物质事先定义为构成被摄体3的物质，将取得它们中间的CT值的物质视为已定义物质的混合物，由此来模拟被摄体3的内部结构(X线吸收系数分布)。具体而言，例如针对每个重构图像的像素，定义构成物质作为已定义的物质或它们的混合物。 0043 图4是表示模拟被摄体3的物质的决定方法的一例的说明图。例如如图4(a) 所示，将空气、水、特富龙(Teflon：聚四氟乙烯)(注册商标、以下相同)分别视为CT值取-1000HU、0HU、1000HU的代表物质，将取任意CT值的物质作为这些代表物质的混合物，以如下方式构成。另外，在图4中，横轴是像素的CT值、纵轴是代表物质的混合比例。 0044。

28、空气：水：特富龙100：0：0(CT值-1000HU的情况) 0045 空气：水：特富龙A：(100-A)：0(-1000HUCT值0HU的情况) 0046 空气：水：特富龙0：(100-B)：B(0HUCT值1000HU的情况) 0047 空气：水：特富龙0：0：100(1000HUCT值的情况) 0048 在此，比率是体积比。此外，将A以及B表示成下述(式1)、(式2)。 0049 A-CT值HU/1000100(式1) 0050 BCT值HU/1000100(式2) 0051 另外，若被摄体3的组成某种程度可预测，则选择在被摄体3中大量存在的物质作为代表物质，不选择在被摄体3中几乎不。

29、存在的物质作为代表物质，由此能够实现精密化、高精度化。然而，为了能够插值任意的CT值，希望扩大代表物质的CT值的范围。 0052 此外，相反地计算负荷降低，因此可以将CT值在一定范围内的区域置换成单一物质。例如，如图4(b)所示，考虑以下的设定。 0053 空气(CT值-500HU的情况) 0054 水(-500HUCT值500HU的情况) 0055 特富龙(500HUCT值的情况) 说明书CN 103987320 A 5/10页 9 0056 接下来，对被摄体3的形状的模拟进行说明。重构图像(Image：图像)例如表现为512512像素的矩阵。反映这一点，在运算装置102上也以每一。

30、切片512512体素 (voxel)表现被摄体3，对各体素附加通过上述方法决定的构成物质信息。即，假想被摄体 3A包含周围空气而构成为长方体状区域的集合。 0057 另外，除了扫描被摄体3整体的情况外，通过X线CT装置100拍摄的区域仅限于被摄体3的一部分。这种情况下，不能得到重构区域外的被摄体3的信息，但散射X线在重构区域外也进行相互作用，也有再次返回到重构区域内的可能性。因此，还需要模拟重构区域外的被摄体3的结构。这种情况下，例如采用将重构区域的周边像素所示的结构视为在视野外也同样存在的方法。 0058 (对假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟的执行：F4) 0059 接下来，说明针对在运。

31、算装置102上模拟的假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟(图3 的F4)。X线CT装置100的运算装置102通过蒙特卡洛模拟求出对在运算装置102上重现的被摄体3进行与实际拍摄相同的X线投影时的投影数据。此时，针对被摄体3以外的条件，例如X线源(X线管1、X线焦点9)和X线检测器4等装置结构，也按照实际的结构在运算装置102上进行模拟。 0060 X线CT装置100通过蒙特卡洛模拟，对模拟的被摄体3照射铅笔状X线射束，求出与X线输入方向对应的X线检测器4面上的X线强度分布(点扩散函数p)。将测量到的投影数据设为g(ch、sl)，将没有散射X线的理想投影数据设为t(ch、sl)，将点扩散函数设。

32、为p(ch、sl)，将它们的傅里叶变换分别设为G(CH、SL)、T(CH、SL)、P(CH、SL)时，已知下述 (式3)以及(式4)的关系成立。在此，CH、SL分别表示ch方向、sl方向的频率成分。 0061 gt*p(式3) 0062 GTP(式4) 0063 在此，*表示卷积积分，表示乘积。另外，省略了变量表示。 0064 若用F表示逆傅里叶变换，则求出的理想投影数据t用下述(式5)给出。 0065 tFG/Pg*F1/P(式5) 0066 该方法被称为逆卷积积分法。 0067 散射X线的扩散方式依存于被摄体3的部位和拍摄角度方向来变化。将在铅笔射束的射入方向上的检测元件6的位置设为(。

33、ch、sl)时，将表现出X线射入方向(拍摄角度方向)依存性的点扩散函数p用下述(式6)表示。 0068 p(ch，sl，ch，sl， )(式6) 0069 在X线CT装置100中，假定点扩散函数是比较缓慢变化的函数，为了计算高速化，针对几个代表投影角度、检测元件6的位置(ch，sl， )计算点扩散函数。例如，将X 线检测器4按通道方向分割成十份，对位于各区域中央的检测元件6位置(ch，sl)计算点扩散函数。根据求出的点扩散函数和(式5)得出各区域的理想投影数据t(F5)。 0070 此外，也可以根据代表投影角度、位置的点扩散函数p，通过插值来推定中间投影角度、位置的点扩散函数。此时，例。

34、如，点扩散函数p作为从代表位置的距离(|ch|)的函数，通过CEXP(-D|ch|)进行拟合，作为系数C和D而求出，对该系数实施数据插值。在此， EXP表示指数函数。 0071 另外，为了去除伴随蒙特卡洛模拟的统计量不足的高频成分，可以对点扩散函数说明书CN 103987320 A 6/10页 10 的分布或拟合参数分布执行平滑化处理。例如，对通道方向或切片方向、投影角度方向取得数据的移动平均来进行平滑化处理。通过这样的方法，X线CT装置100对全部投影角度方向求出理想的投影t数据，重新实施图像形成。由此，得到没有散射X线影响的优质图像。 0072 如以上说明那样，在第一实施方式的。

35、X线CT装置100中，根据被摄体3的重构图像推定被摄体3引起的散射的点扩散函数，因此能够重现与被摄体3对应的结构的变化。由此，X线CT装置100能够高精度地推定点扩散函数，能够减小散射X线引起的画质降低。此外，根据第一实施方式的X线CT装置100，使用能够严格地模拟物理相互作用的蒙特卡洛模拟，因此能够更高精度地推定点扩散函数。 0073 此外，第一实施方式的X线CT装置100将投影角度仅限定为代表角度方向，将X线检测元件6限定为代表位置来进行模拟，求出点扩散函数，通过插值来求出其他投影角度、其他X线检测元件6位置的点扩散函数，从而能够大幅度地缩短校正散射X线所需要的计算时间。另外。

36、，第一实施方式的X线CT装置100对通过计算得到的点扩散函数的分布或其拟合参数分布进行平滑化处理，因此能够去除统计变动引起的高频噪音，能够缩短计算时间以及抑制过校正或误校正。即，根据第二实施方式的X线CT装置100，能够在现实的计算时间内得到没有散射X线影响的优质的CT图像。 0074 第二实施方式 0075 在第一实施方式中，通过推定代表点的点扩散函数来进行了散射X线校正。在第二实施方式中，通过蒙特卡洛模拟推定散射X线的分布来进行散射X线校正。另外，在第二实施方式中，X线CT装置100的结构(参照图1、图2)与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。 0076 0077 对第二实施。

37、方式的X线CT装置100的图像形成处理进行说明。通过X线CT装置 100拍摄的投影数据(X线透射图像数据)中包含被摄体3引起的散射X线。因此，X线CT 装置100除了一般的图像处理中的图像校正处理外，还推定针对每次拍摄而变化的被摄体 3引起的散射X线的分布并进行校正，然后形成图像。 0078 图5是表示第二实施方式的X线CT装置的图像形成处理的概要的说明图。 0079 拍摄(F1)、校正、重构处理(F2)以及假想的被摄体3的模拟(F3)与第一实施方式的X线CT装置100的图像形成处理相同，省略其说明。 0080 对通过F3模拟的假想被摄体3A实施能够计算X线的详细物理相互作用的蒙特卡洛模拟。

38、(F7)。由此，能够精度良好地推定反映了针对每次拍摄而变化的被摄体3的结构的散射X线分布(Scat.Dist.)。另外，在散射X线校正前的重构图像(Image：图像)中可能存在由散射X线引起的伪影。然而，当伪影的影响不过度深刻时，能够从重构图像读取被摄体3的内部结构信息。 0081 运算装置102根据在F7中推定的散射X线分布，校正通过拍摄(F1)得到的投影数据(Raw Data：原始数据)(F8)。具体而言，从投影数据中去除散射X线成分。然后，运算装置102重新对散射X线成分去除后的投影数据进行校正、重构处理(F9)。由此，在运算装置102中得到与通过校正、重构处理(F2)生成的。

39、重构图像(Image：图像)相比进一步减少了散射X线的影响的优质的重构图像(New Image：新图像)。另外，与F2同样地，F9中的校正、重构处理是灵敏度校正等一般的图像校正处理。说明书CN 103987320 A 10 7/10页 11 0082 0083 接下来，对图5所示的图像形成处理的各步骤的细节进行说明。 0084 另外，拍摄(F1)、校正、重构处理(F2)以及校正、重构处理(F9)是一般的X线CT 装置100的拍摄以及图像校正处理，省略其说明。此外，被摄体3的模拟(F3)与第一实施方式相同，省略其说明。 0085 (对假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟的执行：F7) 008。

40、6 接下来，说明针对在运算装置102上模拟的假想被摄体3A的蒙特卡洛模拟(图5 的F7)。X线CT装置100的运算装置102通过蒙特卡洛模拟，求出对在运算装置102上重现的被摄体3进行与实际的拍摄相同的X线投影时的投影数据。此时，针对被摄体3以外的条件，例如X线源(X线管1、X线焦点9)和X线检测器4等装置结构，也按照实际的结构在运算装置102上进行模拟。 0087 在蒙特卡洛模拟中，从X线焦点9使X线作为大量光子而放射。根据事先测量的各扫描条件中的能量谱，对各光子分配X线的能量。通过概率记述各光子受到的相互作用，使用模拟随机数决定相互作用的有无。作为X线参与的代表性的物理过程，例如。

41、有康普顿 (Compton)散射、瑞利(Rayleigh)散射、光电效应以及特性X线放射过程等。 0088 在蒙特卡洛模拟中，与实际拍摄同样地，在假想空间中X线源(X线管1、X线焦点 9)和X线检测器4一边绕着被摄体3的周围旋转一边从多个角度方向进行拍摄，通过计算求出投影数据。此时，在蒙特卡洛模拟中能够获知X线和被摄体3之间有无相互作用，因此能够分别独立地求出向X线检测器4的直达X线的入射强度和散射X线的入射强度。 0089 这样，通过对假想被摄体3A执行蒙特卡洛模拟，能够精度良好地推定考虑了被摄体3的散射X线分布(Scat.Dist.)。 0090 接下来，对蒙特卡洛模拟中的计算高速化。

42、方法进行说明。在实际的CT拍摄中，虽然也根据扫描条件而定，但每旋转一周使用1000张左右的投影数据来重构图像。即，在实际的拍摄中，每旋转一周进行1000次左右的、从不同角度方向的拍摄。 0091 另一方面，在X线CT装置100的运算装置102进行的模拟中，通过模拟仅求出比实际拍摄次数少的数量的代表角度方向的投影数据。这是由于散射X线的分布与直达X线的分布相比变化较缓和，因此能够根据几个代表角度方向的投影数据中包含的散射X线分布推定其他角度方向的散射X线分布。这样，能够通过仅在代表角度方向进行投影模拟来缩短模拟所需要的计算时间。 0092 代表角度方向可以随机选择或等角度间隔地选择，。

43、但为了在有限的计算时间内精度良好地重现散射X线分布，例如可以如下这样选择。 0093 图6是表示蒙特卡洛模拟的步骤的一例的流程图。 0094 在步骤S1中，运算装置102对预先决定的初始投影角度(例如0度、90度、180度、 270度)进行上述蒙特卡洛模拟，并计算散射X线分布。 0095 在步骤S2中，运算装置102根据下述(式7)计算散射X线量的变化的大小。 0096 在下述(式7)中，data scat (ch，sl，)表示检测器每旋转一周得到的散射X线分布，作为通道方向X线检测元件6的位置(ch)、切片方向的X线检测元件6的位置(sl)、投影角度()的函数来表示。其中，ch、sl、。

44、是离散的变量。 0097 数学式1 说明书CN 103987320 A 11 8/10页 12 0098 (式7) 0099 在步骤S3中，运算装置102求出散射X线量的变化的大小为最大的区间。 0100 在步骤S4中，运算装置102在步骤S3中求出的区间中设定投影角度，进行上述的蒙特卡洛模拟，计算散射X线分布。 0101 例如，在从投影角度1到2之间上述(式7)的变化表示最大值的情况下(S3)，运算装置102作为下一投影角度，例如取(1+2)/2，再次进行蒙特卡洛模拟来计算散射 X线分布(S4)。 0102 在步骤S5中，到满足被要求的统计精度为止或到超过被容许的计算时间为止 (S5。

45、，否)运算装置102返回步骤S2，重复以下的处理。然后，当满足被要求的统计精度或超过被容许的计算时间时(S5，是)进入步骤S6。 0103 在此，蒙特卡洛模拟所需要的时间根据要求精度而变化。当实施散射X线校正时，用户通过输入装置104可任意地设定蒙特卡洛模拟中使用的X线统计量或计算时间。此外，用户能够在任意的定时中断蒙特卡洛模拟。当通过用户中断模拟时，X线CT装置100使用到中断为止完成计算的数据来进行散射X线校正。 0104 在步骤S6中，运算装置102对在步骤S1以及步骤S4中得到的散射X线分布进行插值处理以及平滑化处理，并结束基于本流程图的处理。 0105 在上述处理中得到的散。

46、射X线分布，对投影角度方向具有比实测少的数据数量，因此为了插值中间角度数据而进行步骤S6的插值处理。作为数据的插值方法，已知例如样条插值法(Spline interpolation)和拉格朗日插值法(Lagrange interpolation)等。此外，为了消除伴随蒙特卡洛模拟的统计量不足的高频成分而进行步骤S6的平滑化处理。例如，通过对通道方向或切片方向、投影角度方向取数据的移动平均来进行平滑化处理。 0106 (使用了散射X线分布的X线校正：F8) 0107 接下来，对根据在F7中推定的散射X线分布校正通过拍摄(F1)得到的投影数据 (Raw Data：原始数据)的散射X线校正(。

47、图5的F8)的细节进行说明。X线CT装置100的运算装置102使用通过模拟得到的散射X线分布，从拍摄得到的投影数据中减去散射X线的贡献。 0108 具体而言，运算装置102通过下述(式8)所示的计算进行散射X线校正。在下述(式8)中，DATA是通过拍摄得到的投影数据，DATA ref 是通过拍摄得到的投影的参考数据 (例如，位于端部的X线检测元件6的输出的平均数据)，data scat 是通过计算得到的散射X 线分布数据，data total ref 是通过计算得到的所有的X线分布(直达X线分布+散射X线分布)的参考数据，并省略了变量的表示。是表示校正强度的常数。另外，测量数据是以X 。

48、线非照射时的输出(偏移值)为0的方式校正的数据。 0109 公式2 0110 (式8) 0111 此外，运算装置102还通过下述(式9)所示的计算进行空气数据(将被摄体3设说明书CN 103987320 A 12 9/10页 13 为空气时的输出值)的散射X线校正。在下述(式9)中，AIR是将被摄体3作为空气来拍摄时的投影数据。此外，各角标的意思与上述(式8)相同。 0112 公式3 0113 (式9) 0114 运算装置102使用上述(式8)以及(式9)计算出的值，通过下述(式10)进行 X线检测元件6的灵敏度校正(称为空气校正)。 0115 NewData/NewAir(式10) 0116 运算装置102根据上述(式10)所示的散射X线校正以及空气校正后的数据再次进行图像重构。由此，X线CT装置100能够向用户提供没有散射X线影响的优质的图像。 0117 另外，在上述中示出了散射X线校正后实施空气校正的情况，但也可以在空气校正后实施散射X线校正。然而，此时认为空气数据中包含的散射X线较小而不进行考虑。具体而言，进行如下述(式11)所示的运算。 0118 公式4 0119 (式11) 0120 如以上说明所示，在第二实施方式的X线CT装置100中，以被摄体3的重构图像。

展开阅读全文