技术领域
本发明涉及X射线CT装置、投影数据的上采样方法以及图像重构方法，详细来说，涉及通过运算来使通过螺旋摄影或连续往复摄影等而测量的被检体投影数据的视角数量、通道数量或列数增加的上采样投影数据的生成、以及使用了上采样投影数据的图像重构方法。
背景技术
X射线CT装置是这样一种装置，在使X射线管装置(X射线源)与X射线检测器对置配置的状态下围绕被检体进行旋转，从多个旋转角度方向(view：视角)照射X射线并按照每个视角来检测透射了被检体的X射线，基于所检测出的投影数据来生成被检体的断层像。在这样的X射线CT装置中，通过与X射线管装置以及X射线检测器的环绕旋转一起使卧台和扫描台架在体轴方向上相对移动，从而进行了在螺旋上进行扫描的螺旋摄影。此外，在X射线CT装置中，为了提高图像的空间分辨率，提出了例如增加平均每旋转一周的视角数量来进行摄影的方法。
但是，数据收集装置的采样率等会受到硬件的极限等所限制。
另一方面，在专利文献1中，记载了一种通过运算来增加所取得的投影数据的视角数量的方法。在专利文献1的方法中，在所选择的视角范围内对投影数据进行插值，生成插值视角。一般地，所谓插值，是指使用作为对象的点的周围的多个点的值来求取作为对象的点的值。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2001-286462号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，对于X射线CT装置而言，若视角不同则成为通过不同的X射线透射路径的数据。因此，在相邻的视角的间隔较大的情况下，若仅使用相邻的2个视角的值来求取插值视角的值，则会包含与实际的被检体的信息不同的信息。因此，若利用通过专利文献1的方法进行了上采样的投影数据来重构图像，则在该图像中会包含制作的信息，在临床上存在问题。
本发明鉴于上述问题点而作，其目标在于，提供一种在进行螺旋摄影等的情况下，能够得到更接近于实测值的上采样投影数据的X射线CT装置等。
用于解决课题的手段
为了达成上述目标，本发明提供一种X射线CT装置，其特征在于，具备：X射线管装置，其照射X射线；X射线检测器，其与所述X射线管装置对置配置，检测透射了被检体的X射线即透射X射线；旋转盘，其搭载所述X射线管装置以及所述X射线检测器，并围绕所述被检体的周围进行旋转；扫描台架，其搭载所述旋转盘；卧台，其载置所述被检体；摄影控制部，其使所述旋转盘进行旋转并且使所述卧台和所述扫描台架向体轴方向相对移动来收集由所述X射线检测器检测到的透射X射线的数据；投影数据变换部，其对所收集的透射X射线的数据实施规定的数据处理来生成目标切片位置处的断层像的重构所需的投影数据；上采样投影数据生成部，其通过生成由所述投影数据中的X射线透射路径大致一致的对置数据构成的虚拟对置数据，从而对所述投影数据进行上采样；重构运算部，其使用上采样后的投影数据即上采样投影数据来重构图像；以及显示部，其显示由所述重构运算部重构的图像。
此外，本发明提供一种X射线CT装置，其特征在于，具备：X射线管装置，其从多个焦点位置照射X射线；X射线检测器，其与所述X射线管装置对置配置，检测透射了被检体的X射线即透射X射线；旋转盘，其搭载所述X射线管装置以及所述X射线检测器，并围绕所述被检体的周围进行旋转；扫描台架，其搭载所述旋转盘；卧台，其载置所述被检体；焦点位移摄影控制部，其使所述旋转盘进行旋转并且使所述卧台和所述扫描台架向体轴方向相对移动，来收集基于使所述焦点位置位移至任意的位置而照射的各X射线的所述透射X射线的数据；投影数据变换部，其对所收集的来自各焦点位置的所述透射X射线的数据实施规定的数据处理来生成目标切片位置处的断层像的重构所需的投影数据；上采样投影数据生成部，其通过生成由所述投影数据中的X射线透射路径大致一致的对置数据构成的虚拟对置数据从而在视角方向上生成虚拟视角，并且通过将插入了所述虚拟视角的各焦点位置的投影数据进行组合来生成上采样投影数据；重构运算部，其使用所述上采样投影数据来重构图像；以及显示部，其显示由所述重构运算部重构的图像。
此外，本发明提供一种图像运算装置执行的投影数据的上采样方法，其特征在于，包括：收集通过使X射线CT装置的旋转盘进行旋转并且使卧台和扫描台架向体轴方向相对移动的摄影而测量到的被检体透射X射线的数据的步骤；通过对所收集的被检体透射X射线的数据实施规定的数据处理来生成目标切片位置处的断层像的重构所需的投影数据的步骤；以及通过生成由所述投影数据中的X射线透射路径大致一致的对置数据构成的虚拟对置数据从而对所述投影数据进行上采样的步骤。
此外，本发明提供一种图像重构方法，其特征在于，包括：使旋转盘进行旋转并且使卧台和扫描台架向体轴方向相对移动来收集基于使X射线管装置的X射线焦点位置位移至多个部位而照射的各X射线的透射X射线的数据的步骤；对所收集的来自各焦点位置的所述透射X射线的数据实施规定的数据处理来生成目标切片位置处的断层像的重构所需的投影数据的步骤；通过生成由所述投影数据中的X射线透射路径大致一致的对置数据构成的虚拟对置数据从而在视角方向上生成虚拟视角，并且通过将插入了所述虚拟视角的各焦点位置的投影数据进行组合来生成上采样投影数据的步骤；生成不插入所述虚拟视角而将各焦点位置的投影数据进行了组合的焦点位移投影数据的步骤；以及在图像面内的比规定边界更靠近图像中心的中心区域使用所述焦点位移投影数据而在比所述边界更靠外侧的周边区域使用所述上采样投影数据来重构图像的步骤。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在进行螺旋摄影等的情况下，能够得到更接近于实测值的上采样投影数据的X射线CT装置等。
附图说明
图1是X射线CT装置1的整体结构图。
图2是对在螺旋摄影中在目标切片位置取得投影数据的方法进行表示的图。
图3是对使用了虚拟对置数据空间的上采样方法进行说明的图。
图4中，(a)是示出基于2点的插值的图，(b)是示出基于4点的插值的图，(c)是示出基于TV法的插值的图。
图5是说明X射线CT装置1所执行的处理的整体流程的流程图。
图6是示出图像运算装置122的上采样投影数据生成部127所执行的上采样处理的过程的流程图。
图7是示出相邻的视角Va、Vb与虚拟视角Vc的测量时的位置关系的图。
图8是说明(a)单纯视角插值中的上采样与8(b)基于本发明的上采样的差异的图。
图9是对沿通道方向的上采样进行说明的图。
图10是第2实施方式的X射线CT装置1A的整体结构图。
图11是说明X射线CT装置1A所执行的处理的整体流程的流程图。
图12是说明上采样投影数据生成处理(A)的流程的流程图。
图13是示出上采样投影数据生成处理(A)的过程的概念图。
图14是说明上采样投影数据生成处理(B)的流程的流程图。
图15是示出上采样投影数据生成处理(B)的过程的概念图。
图16是说明上采样投影数据生成处理(C)的流程的流程图。
图17是示出上采样投影数据生成处理(C)的过程的概念图。
图18是说明上采样投影数据生成处理(D)的流程的流程图。
图19是示出上采样投影数据生成处理(D)的过程的概念图。
图20是对视角数量部分地不同的上采样投影数据518进行说明的图。
图21是对图像的中心区域604与周边区域603中的空间分辨率的变化进行说明的图。
图22是说明重构运算处理的流程的流程图。
图23是示出在图22的重构运算处理中使用的投影数据的样态的图。
图24是对第3实施方式的重构运算处理进行说明的图。
图25是在第3实施方式的重构运算处理中应用的权重系数的示例。
图26是说明第4实施方式的重构运算处理的流程的流程图。
图27是在第4实施方式的重构运算处理中应用的权重系数的示例。
图28是说明第4实施方式的重构运算处理的流程的流程图。
图29是对在第5实施方式的重构运算处理中设定的ROI和各区域所使用的投影数据进行说明的概念图。
图30是说明第5实施方式的重构运算处理的流程的流程图。
图31是示出在第6实施方式的重构运算处理中，对使用以根据距图像中心的距离而不同的视角数量进行了上采样的投影数据所重构的图像进行合成的示例的图。
图32是示出在图31的示例中，进行加权使得在边界附近区域变得平滑来合成图像的示例的图。
图33是示出将图32的示例中的区域数量扩张为n个区域的示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式详细进行说明。
[第1实施方式]
首先，参照图1，对X射线CT装置1的整体结构进行说明。
如图1所示，X射线CT装置1具备扫描台架部100和操作台120。
扫描台架部100是针对被检体照射X射线并且检测透射了被检体的X射线的装置，具备：X射线管装置(X射线源)101、旋转盘102、准直器103、X射线检测器106、数据收集装置107、台架控制装置108、卧台控制装置109以及X射线控制装置110。
在旋转盘102设置有开口部104，隔着开口部104对置配置X射线管装置101和X射线检测器106。在开口部104插入载置于卧台105的被检体。旋转盘102通过从由台架控制装置108控制的旋转盘驱动装置经由驱动传递系统传递的驱动力而围绕被检体进行旋转。
操作台120是控制扫描台架部100的各部并且取得由扫描台架部100测量的投影数据来进行图像的生成以及显示的装置。操作台120具备：输入装置121、图像运算装置122、存储装置123、系统控制装置124以及显示装置125。
X射线管装置101是X射线源，被X射线控制装置110控制而连续地或者断续地照射规定强度的X射线。X射线控制装置110按照由操作台120的系统控制装置124决定的X射线管电压以及X射线管电流，来控制对X射线管装置101施加或者供给的X射线管电压以及X射线管电流。
在X射线管装置101的X射线照射口设置准直器103。准直器103用于限制从X射线管装置101辐射的X射线的照射范围。例如成型为锥形束(圆锥形或角锥形束)等。准直器103的开口宽度由系统控制装置124控制。
从X射线管装置101照射，通过准直器103，并透射了被检体的透射X射线入射到X射线检测器106。
X射线检测器106，例如在通道方向(周向方向)上排列有例如1000个左右、在列方向(体轴方向)上排列有例如1～320个左右的由闪烁体和光电二极管的组合构成的X射线检测元件群。X射线检测器106配置为隔着被检体与X射线管装置101对置。X射线检测器106检测从X射线管装置101照射而透射了被检体的X射线量，输出到数据收集装置107。
数据收集装置107按照每个视角来收集由X射线检测器106的每个X射线检测元件所检测的X射线量，变换为数字数据，并作为透射X射线数据而依次输出到操作台120的图像运算装置122。
图像运算装置122取得从数据收集装置107输入的透射X射线数据，进行对数变换、灵敏度校正等预处理来生成重构所需要的投影数据。
此外图像运算装置122具备：投影数据变换部126、上采样投影数据生成部127和图像重构运算部128。
投影数据变换部126取得通过螺旋摄影、连续往复摄影等一边使旋转盘102进行旋转一边使卧台105和扫描台架部100向体轴方向相对移动的摄影而得到的投影数据，并变换为目标切片位置处的正常(normal)摄影(也称为轴向摄影)旋转一周份(2π)的投影数据。在以下的说明中，将变换后的正常摄影旋转一周份的投影数据称为“正常投影数据”。
上采样投影数据生成部127使用由正常投影数据中的X射线透射路径大致一致的对置数据构成的虚拟对置数据在正常投影数据上插入虚拟视角(上采样)。所谓X射线透射路径大致一致的虚拟对置数据，是指通过在所测量的Ray(X射线)当中的透射路径最近、并且从相反方向入射的Ray而得到的投影数据。所谓虚拟视角，是指插入在实际上具有测量值的实际视角之间的视角。在将视角数量上采样为2倍的情况下，在实际视角之间插入一个虚拟视角。
参照图2，对由投影数据变换部126将在螺旋摄影等中得到的投影数据变换为目标切片位置处的正常摄影旋转一周份(2π)的投影数据(正常投影数据)的处理进行说明。
图2是示出螺旋摄影中的扫描图21、22的图。在图2中，106A、106B示出了X射线检测器106中的2列份的X射线检测元件。扫描图21、22的横轴表示Z轴(体轴)，纵轴表示视角。
在图2所示的扫描图21、22中，目标切片位置Zi处的投影值在螺旋摄影的情况下通过360°插值法或180°插值法来得到。此外，已知一周如下方法：即，通过X射线检测器106的多列化，从而同时使用列方向的通道插值、对置数据插值、切片方向滤波(z滤波)，对与正常摄影时(轴向摄影时)相比在螺旋摄影中欠缺的视角进行插值来生成与正常摄影同等的视角数量的投影数据。
图2(a)示出了不使用z方向通道插值的情况，图2(b)示出了使用了z方向通道插值的情况。投影数据变换部126使用上述的z方向通道插值等方法来计算作为目标切片位置Zi处的各视角的投影值，变换为与正常摄影同等的投影数据。通过该投影数据变换处理，得到图3(a)所示的正常投影数据。
接下来，参照图3、图4，对上采样投影数据生成部127使正常投影数据的视角数量翻倍的处理(视角方向上采样)进行说明。
在图3(a)所示的旋转一周份的正常投影数据中，Ray31和Ray32是X射线透射路径大致一致的对置数据。即，Ray31中的点A1以及点A2的对置数据分别是Ray32的点B1以及点B2。如图3(a)所示，点B1以及点B2是同一视角View(2γm+π)上的相邻的通道的数据。
投影数据上的点A1与点B1的关系能够使用函数R(γ，θ)，由以下的式(1)来表示，其中该R(γ，θ)使用了以通道方向为γ、以视角方向为θ的参数。
RA1(-γm，0)＝RB1(γm，2γm+π)…(1)
此外，点A1以及点B1的通道与视角的关系能够由以下的式(2)、式(3)来表示。
由此可知，点A1以及点A2之间的虚拟视角41上的点A1A2与作为在视角View(2γm+π)上的点B1以及点B2之间插入的虚拟通道的点B1B2对应。与Ray32(视角View(2γm+π))的虚拟通道(点B1B2)对应的对置数据(Ray31)上的对应点(虚拟对置数据点)A1A2的值能够通过以下的式(4)、式(5)来计算。
以同样的过程，如图3(b)所示，计算虚拟视角41上的间隔一个像素相邻的虚拟对置数据点C1C2。反复同样的过程的同时生成由虚拟对置数据点构成的虚拟对置数据空间。然后，如图3(c)所示，通过虚拟对置数据空间上的虚拟对置数据点A1A2和点C1C2的插值，来求取虚拟视角41的位于通道位置的点V41b的值。反复执行该操作，来计算虚拟视角41的各通道的值(图3(c)的由双圆圈所示的点)。对于其他的虚拟视角42、43、……也能够同样地使用X射线透射路径大致一致的虚拟对置数据来计算出各通道数据。
若反复该操作则在实际视角之间插入虚拟视角41、42、43、……。
将由上采样投影数据生成部127进行上采样而得到的投影数据称为上采样投影数据。特别将沿视角方向进行上采样而得到的投影数据称为视角方向上采样投影数据。
上采样投影数据生成部127将上采样投影数据输出到图像重构运算部128。
图像重构运算部128使用上采样投影数据来重构被检体的断层像等图像。图像的重构处理也可以使用例如滤波校正逆投影法等解析方法、逐次近似法等任意方法。
由图像运算装置122(图像重构运算部128)重构的图像数据，输入到系统控制装置124，保存到存储装置123并且显示于显示装置125。
系统控制装置124是具备CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等的计算机。存储装置123是硬盘等数据记录装置，预先存储用于实现X射线CT装置1的功能的程序、数据等。
系统控制装置124按照图5所示的处理过程进行摄影处理。在摄影处理中，系统控制装置124将与由操作者所设定的摄影条件相应的控制信号送出到扫描台架部100的X射线控制装置110、卧台控制装置109以及台架控制装置108，对上述的各部进行控制。关于各处理的详细内容在后面叙述。
显示装置125由液晶面板、CRT监视器等显示装置和用于与显示装置协作执行显示处理的逻辑电路构成，与系统控制装置124连接。显示装置125对从图像运算装置122输出的重构图像、以及系统控制装置124处理的各种信息进行显示。
输入装置121例如由键盘、鼠标等定点设备、数字键以及各种开关按钮等构成，将由操作者输入的各种指示、信息输出到系统控制装置124。操作者使用显示装置125以及输入装置121以对话的方式操作X射线CT装置1。输入装置121也可以采用与显示装置125的显示画面一体构成的触摸面板式的输入装置。
接下来，参照图5～图8对X射线CT装置1的动作进行说明。
图5是说明本发明所涉及的X射线CT装置1执行的摄影处理整体的流程的流程图。
在摄影处理中，首先系统控制装置124受理摄影条件以及重构条件的输入。摄影条件包含：X射线管电压、X射线管电流等X射线条件、摄影范围、台架旋转速度、卧台速度等。重构条件包含重构FOV、重构层面厚度等。
若通过输入装置121等输入摄影条件以及重构条件(步骤S101)，则系统控制装置124基于摄影条件来收集投影数据(步骤S102)。即，系统控制装置124基于摄影条件向X射线控制装置110、台架控制装置108以及卧台控制装置109发送控制信号。X射线控制装置110基于从系统控制装置124输入的控制信号来控制向X射线管装置101输入的电力。台架控制装置108按照旋转速度等摄影条件来控制旋转盘102的驱动系统，使旋转盘102进行旋转。卧台控制装置109基于摄影范围使卧台105向规定的摄影开始位置对准位置。此外，也能够进行伴随基于卧台控制装置109的卧台移动、以及基于台架控制装置108的台架自由运行的摄影。
随着旋转盘102的旋转以及卧台105与扫描台架部100的相对移动，反复进行来自X射线管装置101的X射线照射和基于X射线检测器106的透射X射线数据的测量。数据收集装置107取得在被检体的周围的各种角度(视角)由X射线检测器106测量到的透射X射线数据，并发送到图像运算装置122。
图像运算装置122取得从数据收集装置107输入的透射X射线数据，进行对数变换、灵敏度校正等预处理来生成投影数据。
图像运算装置122(投影数据变换部126)取得在步骤S102的处理中生成的螺旋投影数据，进行图2所示那样的插值处理来变换为目标切片位置处的正常投影数据。然后，图像运算装置122(上采样投影数据生成部127)进行变换后的投影数据的上采样投影数据生成处理(步骤S103；参照图6)。
在上采样投影数据生成处理中，上采样投影数据生成部127对变换后的投影数据插入虚拟视角(上采样)，使得成为预先设定的视角数量，来生成视角方向上采样投影数据。
视角数量可以设为按照装置的规格预先设定的值，也可以设为由操作者设定的值。此外，也可以设为由操作者设定的画质指标(特别是空间分辨率)或根据其他参数决定的值。关于上采样处理在后面叙述(参照图6～图8)。
若通过步骤S103的处理而生成上采样后的视角方向上采样投影数据，则接下来图像运算装置122的图像重构运算部128基于在步骤S101输入的重构条件来进行图像的重构处理(步骤S104)。在图像的重构处理中使用的图像重构算法可以使用任意种类的图像重构算法。例如，可以进行Feldkamp法等的逆投影处理，也可以使用逐次近似法等。
若在步骤S104中重构图像，则系统控制装置124将所重构的图像显示于显示装置125(步骤S105)，并结束一系列的摄影处理。
接下来，参照图6对步骤S103的上采样投影数据生成处理进行说明。
图6是说明上采样投影数据生成处理的流程的流程图。
图像运算装置122取得投影数据。投影数据包含通过螺旋摄影等而测量并进行了变换使得成为作为目标切片位置处的旋转一周份(2π)的数据的正常投影数据(步骤S201)。在步骤S201取得的投影数据可以在摄影过程中由数据收集装置107来收集，也可以预先测量并存储于存储装置123等。
接下来，图像运算装置122对所取得的正常投影数据的视角在通道方向上进行上采样(步骤S202)。即，上采样投影数据生成部127在实际测量的视角即实际视角中的各通道之间，通过插值运算等来插入虚拟通道。此外，在多列检测器中，由于通道沿二维方向(旋转方向和体轴方向)配置，所以在二维方向上进行插值运算。
接下来，图像运算装置122将在步骤S202生成的虚拟通道的值赋予给处于X射线透射路径大致一致的对置数据的虚拟视角位置的对应点(虚拟对置数据点)，并实施180度插值或360度插值、z滤波之后，取得任意的切片中的投影值(步骤S203)。
接下来，图像运算装置122生成虚拟对置数据空间(步骤S204)。在步骤S204的处理中，图像运算装置122根据投影数据来求取与视角对置的射线(Ray)(例如图3(a)的处于Ray31与Ray32的关系的数据)。图3(a)所示的View(2γm+π)的对置数据如Ray31所示，成为跨越多个视角以及通道的数据。图像运算装置122求取与对置数据Ray32上的上述的虚拟通道数据(点B1B2)对应的点(对应点A1A2)。对应点(虚拟对置数据点)是位于视角与通道之间的点。图像运算装置122将点B1B2的值赋予给上述的虚拟通道数据(点A1A2的值)。将对应点A1A2称为虚拟对置数据。
若反复该操作则生成虚拟对置数据空间(图3(c))。例如，如图3(c)所示，在实际视角31a、32a之间插入虚拟视角41。虚拟视角41成为上述的对应点的集合。图像运算装置122使用虚拟对置数据空间的各对应点(虚拟对置数据点)的值通过插值运算等来求取虚拟视角上的各通道数据(步骤S205)。例如，使用图3(c)所示的虚拟对置数据点A1A2和对应点C1C2的值通过插值来求取位于虚拟视角41的通道位置的点V41b的值。
步骤S202、步骤S204中的插值运算，例如可以如图4(a)所示设为简单利用相邻的视角彼此来进行插值的2点插值，也可以如图4(b)所示设为使用相邻的视角以及通道的数据来进行插值的4点插值，还可以如图4(c)所示使用TV法(Total Variation，全变分)等。此外，对于2点插值或者4点插值而言，可以设为线性插值，也可以设为非线性插值。
将由图像运算装置122(上采样投影数据生成部127)进行上采样得到的投影数据称为上采样投影数据。上采样投影数据生成部127将上采样投影数据输出到图像重构运算部128(步骤S206)。图像重构运算部128使用上采样投影数据来重构被检体图像。
如以上说明的那样，本实施方式的X射线CT装置1具有对投影数据进行上采样的上采样投影数据生成部127。上采样投影数据生成部127取得将通过螺旋摄影而得到的投影数据变换为目标切片位置的投影数据的正常投影数据，并使用所取得的正常投影数据中的X射线透射路径大致一致的虚拟对置数据空间的数据来插入虚拟视角(在视角方向上进行上采样)。
由于使用X射线透射路径大致一致的对置数据来求取虚拟视角的各通道数据，因而能够根据具有最接近的被检体信息的投影数据来求取虚拟视角的各通道数据。由此，上采样投影数据成为接近于实测值的投影数据，能够生成能够信赖的图像。此外，与使用投影数据上相邻的点的值来进行上采样(单纯视角插值)的情况相比较，也能够获得边界部难以变得不清楚这样的效果。
使用最单纯的情况即图3(a)的投影数据，参照图7以及图8对使用了上述的实施方式中所说明的上采样方法的情况下的效果进行说明。
图7的黑圆所示的点Va、Vb表示相邻的视角。将视角Va的视角位置设为θn，将视角Vb的视角位置设为θn+1。在这些视角Va、Vb之间生成由点线圆所示的虚拟视角Vc，以使视角数量翻倍的情况为例，对基于单纯视角插值的上采样和基于本发明的上采样进行比较。虚拟视角Vc的视角位置为θn+1/2。
图8(a)针对单纯视角插值进行了表示。在单纯视角插值中，使用相邻的视角Va、Vb的数据对虚拟视角Vc的数据进行插值。如图8(a)的右图所示，在投影数据上，相当于使用上下相邻的点的数据来进行插值。例如，在视角数量为1500的情况下，成为根据相距0.24(＝360/1500)度的数据来计算插值数据。
图8(b)针对利用本发明的方法进行了上采样的情况进行了表示。在本发明中，将通过插值等而插入到相邻的实际通道(点B1、点B2)之间的虚拟通道(点B1B2)的值赋予给位于X射线透射路径大致一致的虚拟对置数据空间上的虚拟视角位置的对应点(虚拟对置数据点)，由此求取靠近虚拟视角Vc的对应点A1A2的值。同样地，根据其他的实际数据来求取靠近虚拟视角Vc的另一对应点C1C2的值，并使用点A1A2以及点C1C2的值来求取虚拟视角的通道数据。
因此，与图8(a)所示的单纯视角插值的情况相比，能够使用处于更窄角度的插值数据(图8(b)的用“×”所示的数据)来计算虚拟视角的各通道的值。即，与单纯视角插值的情况相比，能够利用波束宽度较窄(通道间距离较近)的数据来进行插值，从而能够得到具有高空间分辨率的图像。例如，在X射线管装置101与X射线检测元件间的距离为1000mm、X射线检测器106的通道方向的X射线检测元件间距离为1mm的情况下，能够根据通道间距离相距0.057(＝2·tan-1((1/2)/1000))度的数据来求取虚拟视角上的各通道数据。
此外，本发明的视角方向上采样在视角间距离Δθ与通道间距离Δch相比较大的情况(Δθ＞Δch的情况)下，具有空间分辨率提高的效果。因此，上采样投影数据生成部127期望基于视角间距离Δθ与通道间距离Δch的关系，来决定是利用单纯视角插值还是进行本发明的方法(基于对置数据的上采样方法)。另外，就现状而言，在一般普及的大部分的X射线CT装置中，由于视角速率有限制，因此Δθ＞Δch的关系成立。
或者，也可以根据Δθ与Δch的关系，对基于单纯视角插值的上采样投影数据和使用了本发明的对置数据的上采样投影数据施加适当的权重，来生成使用了双方的投影数据。
进而，在上述的实施方式中说明了将视角数量上采样为2倍的示例，但也可以扩展为N倍的上采样。
此外，在上述的实施方式中，针对使用虚拟对置数据空间来进行视角方向上的上采样的示例进行了说明，但也可以通过同样的方法，来进行通道方向或列方向(切片方向)上的上采样。
在进行通道方向上的上采样的情况下，上采样投影数据生成部127使用所取得的投影数据在实际通道间插入虚拟视角数据，并将虚拟视角数据的值赋予给X射线透射路径大致一致的虚拟对置数据空间上的点即位于虚拟通道位置的对应点的值。使用对应点的值来计算虚拟通道上的各视角数据，从而生成通道方向上采样投影数据。
使用图9，对通道方向上的上采样的一例进行说明。图9与图4(a)～(c)同样地对投影数据进行了部分截取，点C1、点C2是实际投影数据，点V1、点V2是通过插值处理等而求出的虚拟投影数据。使用这些点C1、点C2、点V1、点V2的值，来求取点C1C2的值。
为了求取点C1C2的值，也可以使用根据视角间距离Δθ和通道间距离Δch而求取的权重系数，例如进行式(6)的插值运算。
C1C2＝WC1·C1+WC2·C2+WV1·V1+WV2·V2…(6)
在此，WC1、WC2、WV1、WV2是满足式(7)的权重系数。
WC1+WC2+WV1+WV2＝1…(7)
另外，权重系数WC1、WC2、WV1、WV2根据视角间距离Δθ与通道间距离Δch的关系，通过式(8)、式(9)来求取。
WC1＝WC2＝Δθ/(2(Δθ+Δch))…(8)
WV1＝WV2＝Δch/(2(Δθ+Δch))…(9)
此外，在此对通道方向上的上采样进行了说明，但对于视角方向或切片方向上的上采样，也可以进行使用了式(6)～(9)的插值运算。
上述的本发明所涉及的上采样方法无论针对通过什么样的摄影方法而得到的投影数据也都能够应用。例如，也可以针对FFS(Flying Focus Spot，飞焦点)投影数据、四分之一偏移(Quarter Offset)投影数据进行应用。所谓FFS投影数据，是通过使X射线管中的焦点位置移动至多个部位的同时进行摄影而得到的投影数据。所谓四分之一偏移投影数据，是通过将X射线检测器106从X射线的照射中心沿旋转盘102的旋转方向(通道方向)错开1/4元件的量来进行配置，从而与在对置的视角中取得的数据进行组合而使通道间隔变为1/2(使通道数量变为2倍)的投影数据。
[第2实施方式]
接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。
在第2实施方式中，说明针对FFS投影数据应用在第1实施方式说明的使用了虚拟对置数据空间的上采样方法的示例。
近年来，开发了一种FFSX射线管装置，具有使X射线焦点位移至多个位置来照射X射线的功能。对于FFSX射线管装置而言，通过使向阳极(靶)入射的电子束的位置电磁移动，从而能够使X射线焦点位置移动至多个部位。由此，能够从同一旋转角度方向(视角)得到X射线照射路径不同的多个投影数据，因而能够提高X射线CT装置的空间分辨率(FFS法)。
然而，使用现有的FFS法重构的图像虽然有效视野整体的中心附近的空间分辨率提高，但是在中心部以外的周边部，存在空间分辨率降低的问题。对此，在专利文献1中，提出了如下的BFFS(Balanced Flying Focus Spot，平衡飞焦点)法，即，通过基于旋转一周所拍摄的视角数量(相邻的视角的角度差)和X射线管装置-旋转中心间距离来设定最佳的焦点移动距离，从而使周边部的空间分辨率变得均匀并且得到提高。
但是，数据收集装置的采样率、台架旋转速度受到硬件的极限所限制。因此，为了增加旋转一周所拍摄的视角数量，需要降低台架的旋转速度。在降低旋转速度来增加了视角数量的情况下，对于心脏等运动快的脏器来说，运动伪影会增加。越是心脏等运动快的脏器，这样的运动伪影对图像的影响越大，对于进行图像诊断的放射科医生来说很不利。因此，存在如下期望，即，在以伴有运动的部位为对象的摄影中，想要不降低旋转速度而提高涉及到整个有效视野的空间分辨率。
因此，在第2实施方式中，针对在通过使X射线焦点位置移动至多个位置来获得投影数据从而提高空间分辨率的FFS法中，即使在螺旋摄影或连续往复摄影时也无需降低旋转速度就能够提高有效视野整体的空间分辨率的X射线CT装置以及图像重构方法进行说明。
图10是示出第2实施方式的X射线CT装置1A的结构的图。如图10所示，X射线CT装置1A具备扫描台架部100和操作台120。另外，在以下的说明中，对于与第1实施方式的X射线CT装置1的各部相同的结构赋予相同的符号，并省略重复的说明。
扫描台架部100具备：X射线管装置(X射线源)101A、旋转盘102、准直器103、X射线检测器106、数据收集装置107、台架控制装置108、卧台控制装置109以及X射线控制装置110A。
X射线管装置101A是能够使旋转阳极(靶)的焦点位置移动的飞焦点X射线管装置。若将X射线CT装置1A的旋转轴方向设为Z方向，则飞焦点X射线管装置使向旋转阳极(靶)照射的电子束向与Z方向正交的X方向或Y方向偏转。由此，使X射线焦点位置发生位移，从同一视角位置照射微小不同的路径的X射线。
在本实施方式中，X射线管装置101A的焦点的移动方向设为X射线CT装置1A的旋转方向(通道方向)。此外，焦点的位置设为从基准焦点位置沿旋转方向(通道方向)位移至“+σa”以及“-σb”的位置。即X射线管装置101从向通道方向的正方向进行了移动的第1焦点“+σa”和向负方向进行了移动的第2焦点位置“-σb”分别照射X射线。
在以下的说明中，将利用FFS法得到的投影数据称为FFS投影数据。特别是，将通过从上述的第1焦点位置照射的X射线而得到的投影数据称为FFS(+)投影数据，将通过从上述的第2焦点位置照射的X射线而得到的投影数据称为FFS(-)投影数据。此外，将通过从不利用FFS技术的基准焦点位置照射的X射线而得到的投影数据称为FFS(无)投影数据。
X射线管装置101A被X射线控制装置110A控制而连续地或断续地照射规定强度的X射线。X射线控制装置110A按照由操作台120的系统控制装置124决定的X射线管电压以及X射线管电流，来控制对X射线管装置101A施加或提供的X射线管电压以及X射线管电流。X射线控制装置110A进行控制，使得例如伴随旋转盘102的旋转而按照每个视角交替地移动至上述的第1以及第2焦点位置。
图像运算装置122A取得从数据收集装置107输入的透射X射线数据，并进行对数变换、灵敏度校正等预处理来生成重构所需的投影数据。在使用FFS法的情况下，由于从X射线管装置101A例如照射按照每个视角使焦点交替地不同的X射线，因此图像运算装置122A生成通过从第1焦点位置照射的X射线而得到的投影数据即FFS(+)投影数据、以及通过从第2焦点位置照射的X射线而得到的投影数据即FFS(-)投影数据。
图像运算装置122A具备投影数据变换部126、上采样投影数据生成部127A以及图像重构运算部128A。上采样投影数据生成部127A具备虚拟对置数据空间生成部127a和上采样部127b。
上采样投影数据生成部127A通过针对使用FFS法所拍摄的焦点位移投影数据(FFS(+)投影数据以及FFS(-)投影数据)生成并插入虚拟视角，从而生成上采样投影数据。所谓虚拟视角，是指通过运算在实际上并未进行摄影的视角位置插入的视角。虚拟视角的投影数据能够通过基于实际上摄影的投影数据(以下称为实际数据)进行插值或者估算来求取。
虚拟对置数据空间生成部127a通过与第1实施方式相同的方法，来生成作为处理对象的投影数据(正常FFS(+)投影数据以及正常FFS(-)投影数据)的虚拟对置数据空间。
上采样部127b通过将FFS(+)投影数据以及FFS(-)投影数据进行组合来增加视角数量。或者，通过组合视角数量增加后的各焦点位置的FFS投影数据来进一步增加视角数量。
关于基于虚拟对置数据空间生成部127a以及上采样部127b的上采样投影数据生成的详细内容在后面叙述。将由上采样投影数据生成部127A生成的(上采样的)投影数据称为上采样投影数据。
投影数据变换部126将螺旋摄影或连续往复摄影等的使旋转盘102进行旋转的同时使卧台105和扫描台架部100向体轴方向相对移动而收集的投影数据(螺旋投影数据)，变换为目标切片位置处的旋转一周(2π)份的投影数据即正常投影数据。通过对通过上述的螺旋摄影等而得到的投影数据如图2所示应用360°插值、180°插值、z滤波处理等，从而得到目标切片位置的正常投影数据。在以下的说明中，将螺旋FFS(+)投影数据变换为目标切片位置的正常投影数据而得到的投影数据称为正常FFS(+)投影数据，将螺旋FFS(-)投影数据变换为目标切片位置的正常投影数据而得到的投影数据称为正常FFS(-)投影数据。
图像重构运算部128A使用进行上采样处理(虚拟视角插入)之前的投影数据(正常FFS(+)投影数据以及正常FFS(-)投影数据)和由上采样投影数据生成部127A生成的上采样投影数据，来重构被检体的断层像等图像。在以下的说明中，将进行上采样处理(虚拟视角插入)之前的投影数据(正常FFS(+)投影数据以及正常FFS(-)投影数据)称为“实际数据”。
在本实施方式中，图像重构运算部128A考虑到图像的空间分辨率，使用实际数据(FFS(+)投影数据、FFS(-)投影数据)和上采样投影数据来重构图像。具体而言，通过在图像面内的中心区域使用实际数据来重构图像，从而提高中心区域的空间分辨率。此外通过在图像的周边区域使用上采样投影数据来重构图像，从而提高空间分辨率。即，虽然在图像的整个区域使用了FFS投影数据的实际数据的情况下在周边区域空间分辨率会降低，但在本实施方式中，通过在周边区域使用上采样投影数据来实现周边区域的空间分辨率的提高。上采样投影数据由于通过运算来插入虚拟视角，因而即使不降低旋转速度也能够提高视角数量。因此，特别适于生成有运动的部位的图像的情况。
图像的重构处理也可以使用例如滤波校正逆投影法等解析方法、逐次近似法等任意方法。
由图像运算装置122A(图像重构运算部128A)重构的图像数据输入到系统控制装置124，保存在存储装置123并且显示于显示装置125。
系统控制装置124按照图11所示的处理过程来进行摄影处理。在摄影处理中，系统控制装置124将与由操作者设定的摄影条件相应的控制信号送出到扫描台架部100的X射线控制装置110A、卧台控制装置109以及台架控制装置108，对上述的各部进行控制。关于各处理的详细内容在后面叙述。
接下来，说明X射线CT装置1A的动作。
图11是说明本发明的第2实施方式的X射线CT装置1A所执行的摄影处理整体的流程的流程图。
在摄影处理中，首先系统控制装置124受理摄影条件以及重构条件的输入。摄影条件包含：X射线管电压、X射线管电流等X射线条件、摄影范围、台架旋转速度、卧台速度等。重构条件包含重构FOV、重构层面厚度等。
若通过输入装置121等输入摄影条件以及重构条件(步骤S301)，则系统控制装置124基于摄影条件向X射线控制装置110A、台架控制装置108以及卧台控制装置109发送控制信号。X射线控制装置110A基于从系统控制装置124输入的控制信号来控制向X射线管装置101A输入的电力。此外X射线控制装置110A进行如下的FFS控制，即，通过使对X射线管装置101A的旋转阳极照射的电子束在规定的定时按规定的方向以及距离进行移动，从而使X射线焦点位置交替地移动来照射X射线。台架控制装置108按照旋转速度等摄影条件对旋转盘102的驱动系统进行控制，使旋转盘102进行旋转。
卧台控制装置109基于摄影范围使卧台向规定的摄影开始位置对准位置。然后，系统控制装置124开始摄影。摄影包含基于卧台控制装置109的控制的卧台移动或基于台架控制装置108的控制的台架自由运行、或者伴随它们双方的移动的摄影。即，系统控制装置124进行螺旋摄影或连续往复摄影等。
来自X射线管装置101A的X射线照射和基于X射线检测器106的透射X射线数据的测量随着旋转盘102的旋转以及卧台105与扫描台架部100的相对移动而反复进行。数据收集装置107取得在被检体的周围的各种角度(视角)由X射线检测器106测量到的透射X射线数据，并发送到图像运算装置122A。图像运算装置122A取得从数据收集装置107输入的透射X射线数据，进行对数变换、灵敏度校正等预处理来生成投影数据。在第2实施方式中，由于使用FFS法使X射线焦点位置移动至2点来进行了摄影，因此图像运算装置122A生成通过从第1焦点位置照射的X射线而得到的投影数据即FFS(+)投影数据、和通过从第2焦点位置照射的X射线而得到的投影数据即FFS(-)投影数据(步骤S302)。
图像运算装置122A(投影数据变换部126)将FFS(+)投影数据和FFS(-)投影数据，变换为目标切片位置的正常FFS(+)投影数据和正常FFS(-)投影数据。
图像运算装置122A(上采样投影数据生成部127A)使用通过步骤S302的处理而生成的FFS(+)投影数据和FFS(-)投影数据(将它们总称为FFS投影数据)，来进行上采样投影数据生成处理(步骤S303)。
在上采样投影数据生成处理中，上采样投影数据生成部127A对实际数据插入虚拟视角(上采样)，使得成为预先设定的视角数量，从而生成上采样投影数据。视角数量可以设为按照装置的规格预先设定的值，也可以设为由操作者设定的值。此外，也可以设为根据操作者所设定的画质指标(特别是空间分辨率)、其他参数而决定的值。关于上采样投影数据生成处理的具体方法，在后面叙述(参照图12～图19)。
若通过步骤S303的处理而生成插入了虚拟视角的上采样投影数据，则接下来图像运算装置122A的图像重构运算部128A基于在步骤S301输入的重构条件来进行图像的重构处理(步骤S304)。在图像的重构处理中使用的图像重构算法可以使用任意种类的图像重构算法。例如，可以进行Feldkamp法等逆投影处理，也可以使用逐次近似法等。
以往，使用FFS投影数据所重构的图像的空间分辨率若与不使用FFS投影数据的情况相比较，则有时在图像的中心区域较高，随着去往周边而变得比使用了FFS无的投影数据的情况低(参照图21)。因此，在本发明中，在步骤S304的重构运算处理中，针对并未获得FFS的效果的空间分辨率低的区域(Low区域：周边区域)，使用进行了基于虚拟视角的上采样的投影数据。在获得FFS的效果的区域(Hi区域：中心区域)中使用FFS投影数据的实际数据来重构图像。关于重构处理的详细内容在后面叙述。
若在步骤S304中重构图像，则系统控制装置124将重构后的图像显示于显示装置125(步骤S305)，并结束一系列的摄影处理。
接下来，关于步骤S303的上采样投影数据生成处理，参照图12～图20对上采样投影数据生成处理(A)～(D)的各方式进行说明。
首先参照图12以及图13对上采样投影数据生成处理(A)进行说明。另外，以下的说明中的FFS(+)投影数据501、FFS(-)投影数据502是通过螺旋摄影等而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502，作为使用变换为目标切片位置处的投影数据(正常FFS(+)投影数据501和正常FFS(-)投影数据502)的数据的投影数据来进行说明。
图像运算装置122A若取得移动X射线管装置101A的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S401)，则通过在视角方向上交替地组合FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502，从而得到FFS投影数据503(步骤S402)。进而，对FFS投影数据503执行虚拟视角生成处理504(步骤S403)，得到上采样投影数据505。在步骤S403中，图像运算装置122A所执行的虚拟视角生成处理504通过进行虚拟对置数据生成处理和上采样处理而得到上采样投影数据505。上采样投影数据生成部127A将上采样投影数据505输出到图像重构运算部128A(步骤S404)。
在此，上述的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502包含如螺旋摄影或连续往复摄影或连续多次摄影等那样使旋转盘进行旋转的同时使卧台105和扫描台架部110向体轴方向相对移动来进行测量得到的投影数据。此外，也可以包含通过使用摄影同步装置取得生物体信号的同时进行摄影的同步摄影而得到的投影数据。所谓摄影同步装置，例如是使用呼吸机、心电仪、脈波仪等来测量生物体信号，与基于生物体信号而得到的被检体的运动同步地控制摄影的装置。
参照图14以及图15对上采样投影数据生成处理(B)进行说明。
图像运算装置122A若取得移动X射线管装置101A的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S501)，则针对FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502分别执行上述的虚拟视角生成处理504(步骤S502)。然后，通过在视角方向上交替地组合上采样后的FFS(+)投影数据511、FFS(-)投影数据512，从而得到FFS投影数据513(步骤S503)。上采样投影数据生成部127A将上采样投影数据513输出到图像重构运算部128A(步骤S504)。
参照图16以及图17对上采样投影数据生成处理(C)进行说明。
图像运算装置122A若取得移动X射线管装置101A的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S601)，则针对FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502分别执行上述的虚拟视角生成处理504(步骤S602)。然后，通过在视角方向上交替地组合上采样后的FFS(+)投影数据511、FFS(-)投影数据512，从而得到上采样后的FFS投影数据513(步骤S603)。
上采样投影数据生成部127A针对上采样后的FFS投影数据513，进一步进行欠缺数据处理514(步骤S604)。
所谓欠缺数据处理，是指对于在将FFS(+)投影数据、FFS(-)投影数据在视角方向上交替地组合而得到的FFS投影数据513中产生的欠缺数据，通过使用在视角方向以及通道方向上相邻的投影数据或其附近的投影数据来进行插值或估算从而进行补足的处理。对于在通道方向上移动焦点位置得到的FFS(+)投影数据和FFS(-)投影数据来说，X射线路径分别不同。因此会得到通道数量的2倍的数据。在摄影时按每1个视角交替地移动焦点位置来测量投影数据的情况下，由于例如在奇数视角取得FFS(+)投影数据，在偶数视角取得FFS(-)投影数据，因此在将这些数据交替地组合而得到的FFS投影数据513中，按照每1个视角交错地产生了欠缺数据。
在步骤S604的处理中，进行补足这样的欠缺数据的处理514。
若得到进行了步骤S604的欠缺数据处理514后的上采样投影数据515，则上采样投影数据生成部127A将上采样投影数据515输出到图像重构运算部128A(步骤S605)。
参照图18以及图19对上采样投影数据生成处理(D)进行说明。
图像运算装置122A若取得移动X射线管装置101A的焦点而得到的FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502(步骤S701)，则针对FFS(+)投影数据501和FFS(-)投影数据502分别执行上述的虚拟视角生成处理504(步骤S702)。然后，通过将上采样后的FFS(+)投影数据511、FFS(-)投影数据512在视角方向上交替地组合，从而得到上采样后的FFS投影数据513(步骤S703)。
上采样投影数据生成部127A针对上采样后的FFS投影数据513，进一步执行上述的虚拟视角生成处理504(步骤S704)。通过步骤S704的处理，从而得到上采样投影数据516。
上采样投影数据生成部127A将上采样投影数据516输出到图像重构运算部128A(步骤S705)。
在图12的步骤S403、图14的步骤S502、图16的步骤S602、图18的步骤S702以及步骤S704的虚拟视角生成处理中，能够与第1实施方式(图3、图4)同样地应用使用了虚拟对置数据空间的虚拟视角的计算方法(上采样方法)。
即，上采样投影数据生成部127A(图像运算装置122A)针对要插入的视角(虚拟视角)，使用在视角方向或通道方向上接近的投影数据、或者对置的射线的数据(对置数据)、或者在对置数据的视角方向或通道方向上接近的投影数据等，通过插值或估算来计算出虚拟视角的投影数据。
(使用了虚拟对置数据空间的虚拟视角计算方法：虚拟对置数据生成处理)
对于在旋转一周(2π)的摄影中得到的投影数据来说，能够使用对置的射线(Ray)的数据(以下将对置的射线的数据称为对置数据)来生成虚拟视角。参照图3对如下示例进行说明：针对在旋转一周的摄影中得到的投影数据，使用对置数据来生成虚拟视角，使视角数量变为2倍。
图像运算装置122A(投影数据变换部126)取得通过螺旋摄影或连续往复摄影等而得到的螺旋投影数据(螺旋FFS(+)投影数据、螺旋FFS(-)投影数据)，并使用180°插值、360°插值或z滤波处理等而变换为目标切片位置处的正常投影数据(正常FFS(+)投影数据、正常FFS(-)投影数据)(参照图2)。轴向投影数据(轴向FFS(+)投影数据、轴向FFS(-)投影数据)成为图3(a)所示那样的数据。
图像运算装置122A(上采样投影数据生成部127A)针对变换后的投影数据(正常FFS(+)投影数据、正常FFS(-)投影数据)进行插入虚拟视角的处理。
针对FFS(+)投影数据、FFS(-)投影数据，也能够应用在第1实施方式中说明的虚拟对置数据生成处理。
即，在图3(a)所示的旋转一周份的投影数据(正常FFS(+)投影数据、正常FFS(-)投影数据)中，Ray31与Ray32对置。
即，是相同的X射线照射路径。Ray31上的点A1以及点A2的对置数据分别成为Ray32的点B1以及点B2。点B1以及点B2如图3(a)所示是同一视角View(2γm+π)上的相邻的通道的数据。投影数据上的点A1以及点B1的关系能够使用函数R(γ，θ)，由上述的式(1)来表示，其中该函数R(γ，θ)使用了以通道方向为γ、以视角方向为θ的参数。
此外，点A1以及点B1的通道与视角的关系能够由上述的式(2)、式(3)来表示。
由此可知，点A1以及点A2之间的虚拟视角41上的点A1A2与作为在视角View(2γm+π)上的点B1以及点B2之间插入的虚拟通道的点B1B2对应。与Ray32(视角View(2γm+π))的虚拟通道(点B1B2)对应的对置数据(Ray31)上的虚拟对置数据点A1A2的值能够通过上述的式(4)、式(5)来计算。
以同样的过程，如图3(b)所示，计算虚拟视角41上的间隔一个像素相邻的虚拟对置数据点C1C2。反复同样的过程的同时生成虚拟对置数据空间。然后，如图3(c)所示，通过虚拟对置数据空间上的虚拟对置数据点A1A2与点C1C2的插值，来求取虚拟视角41的位于通道位置的点V41b的值。反复执行该操作，来计算虚拟视角41的各通道的值(图3(c)的由双圆圈所示的点)。对于其他的虚拟视角42、43、……也能够同样地使用虚拟对置数据来计算出各点的通道数据。
在使用了虚拟对置数据空间的虚拟视角的生成方法(上采样方法)中，基于具有相对于要估算的通道数据(由双圆圈所示的点)最接近的生物体信息(透射了被检体的测量数据)的虚拟对置数据(实际数据)来计算虚拟视角的各通道数据。所谓具有最接近的生物体信息的虚拟对置数据，是指在测量到的Ray之中透射路径最近、并且从反方向入射的Ray。特征在于，选择性地取得Ray，根据所选择的Ray来计算所估算的虚拟Ray，生成虚拟视角。通过使用该方法，从而能够实现通道数量保持不变而仅视角数量进行上采样。在2倍采样的情况下，使用对置数据的2点的平均值等来求出虚拟视角的通道数据，但在N倍采样的情况下，也可以通过2点间的线性插值或非线性插值来求取。此外，通过该方法，通道方向的上采样也能够同时进行。
另外，虚拟视角的生成方法并不限定于如上所述使用了对置数据的上采样方法。也可以如图4(a)所示设为简单利用相邻的视角彼此来进行插值的2点插值，又可以如图4(b)所示设为使用相邻的视角以及通道的数据来进行插值的4点插值，还可以如图4(c)所示使用基于TV法(Total Variation)的插值。
此外，上采样投影数据的视角数量也可以设为如实际数据的1.5倍等那样包含小数数值的任意的视角数量。例如，在视角方向上部分地增加视角数量的情况下，成为小数倍的视角数量。如图20(a)所示，被检体2的剖面为近似于椭圆的形状。因此，如图20(b)所示，也可以在相当于椭圆的长径的视角的情况下使视角数量密集等实现部分的视角数量增加，生成小数倍的上采样投影数据518。
接下来，参照图21～图23对图11的步骤S304的重构运算处理进行说明。
如上所述，若与不使用FFS投影数据的情况相比较，则使用FFS投影数据重构的图像的空间分辨率有时在图像的中心区域较高，随着去往周边部而变得比使用了FFS无的投影数据的情况低(参照图21)。
图21(b)是示出图21(a)所示的断层像601中的距中心O的距离与空间分辨率的关系的曲线图606。在使用了FFS投影数据的情况下，在与图像中心O相隔距离P0的边界605的内侧的区域(以下称为中心区域604)，空间分辨率(表示空间分辨率的指标值)比使用了FFS(无)投影数据的情况高。另一方面，在比边界点P0(图21(a)所示的边界605)更靠外侧的区域(以下称为周边区域603)，空间分辨率(表示空间分辨率的指标值)比使用了FFS(无)投影数据的情况低。
因此，针对已经具有足够的空间分辨率的中心区域604的数据，使用不进行上采样的FFS投影数据(实际数据)来进行图像重构，而针对周边区域603，使用通过虚拟视角生成而进行上采样后的投影数据来进行图像重构，由此提高周边区域603的空间分辨率。
通过这样，从而对于中心区域604而言，能够在防止数据的精细制作所造成的不良影响的同时提高空间分辨率，并且，对于周边区域603而言，通过生成虚拟视角，从而能够不降低旋转速度便提高视角数量，由此能够提高空间分辨率。
参照图22的流程图对重构运算处理的过程进行说明。
首先，图像重构运算部128A取得空间分辨率的边界点P0(步骤S801)。边界点P0是根据FFS投影数据得到的空间分辨率和根据FFS无投影数据得到的空间分辨率发生反转的位置距摄影中心的距离。该边界点P0可根据实验数据预先求取，并保持于存储装置123等。
作为空间分辨率的评价指标值，存在MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)。例如，可以如MTF50％、10％、2％等这样，按照各个不同的空间分辨率指标值来求取上述的边界点P0，由操作者来进行选择。由于要求什么样的画质根据检查、诊断目标而不同，所以期望能够根据与其他的画质(噪声等)之间的平衡来选择所需的空间分辨率。
或者，也可以根据通过MTF50％、10％、2％等多个空间分辨率而得到的边界点P0来求取成为重心的边界点。
图像重构运算部128A在比边界点P0更靠中心侧的中心区域604使用FFS投影数据的实际数据，在比边界点P0更靠外侧的周边区域603使用对FFS投影数据进行上采样后的上采样投影数据，来进行重构运算(步骤S802)。
在周边区域603使用的上采样投影数据可以使用由上述的上采样投影数据生成处理(A)～(D)之中的任意方法所生成的上采样投影数据。即，既可以如图23(a)所示使用通过图12以及图13所示的上采样投影数据生成处理(A)而生成的上采样投影数据505，又可以如图23(b)所示使用通过图14以及图15所示的上采样投影数据生成处理(B)而生成的上采样投影数据513，也可以如图23(c)所示使用通过图16以及图17所示的上采样投影数据生成处理(C)而生成的上采样投影数据515，还可以如图23(d)所示使用通过图18以及图19所示的上采样投影数据生成处理(D)而生成的上采样投影数据516。
此外，对于上采样投影数据505、513、515、516来说，虚拟视角的生成方法均可以如上所述采用使用了虚拟对置数据空间的上采样方法，也可以采用基于视角方向上相邻的2点的插值，或者也可以采用基于视角方向以及通道方向上相邻的4点的插值，或者还可以是使用了TV法等的插值等。
在重构运算中，既可以在将变换后的FFS投影数据(上采样前的数据)和上采样投影数据在投影数据上合成为正常投影数据后，进行逆投影处理等图像的重构，也可以生成将与使用FFS投影数据的实际数据(上采样前的数据)所重构的图像的中心区域604该当的部分、和与使用上采样投影数据所重构的图像的周边区域603相当的部分进行了合成的图像。
图像重构运算部128A输出通过步骤S802的处理而生成的图像(步骤S803)。输出目标地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上说明的那样，第2实施方式的X射线CT装置1A将使X射线管装置101A的X射线焦点位置位移来通过螺旋摄影而得到的焦点位移投影数据(螺旋FFS投影数据)变换为正常投影数据，在视角方向上进行上采样。然后，在图像的重构运算处理中，在比规定的边界点P0更靠近摄影中心的中心区域604使用FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)，而在比边界点P0更远离摄影中心的周边区域603使用上采样投影数据来重构图像。
由于将通过虚拟视角进行了上采样的数据用于有效视野周边部，所以不必为了增加视角数量而降低旋转速度来进行摄影。因此，不管基于硬件的限制的旋转速度的界限等如何，都能够提高周边部的空间分辨率，从而提高有效视野整体的空间分辨率。适于有运动的部位的摄影。
[第3实施方式]
接下来，参照图24～图26对本发明的第3实施方式进行说明。
第3实施方式的X射线CT装置1A在第2实施方式的重构运算处理中进行结合处理，使得边界点P0处的空间分辨率平滑地连续。
在结合处理中，如图24所示，在包含边界点P0的规定范围的区域(以下称为边界区域Q)以规定比例对由FFS实际投影数据重构的图像和由上采样投影数据重构的图像双方进行合成。在比边界区域Q更靠近中心部的中心区域604a，与第2实施方式同样地100％使用由FFS投影数据的实际数据重构的图像。在比边界区域Q更靠外侧的周边区域603a，与第2实施方式同样地100％使用由上采样投影数据重构的图像。
即，根据距中心的距离将由FFS投影数据重构的图像和由上采样投影数据重构的图像使权重彼此变化的同时进行合成。
图25是示出与基于上采样投影数据的重构图像相乘的权重系数的曲线图。如图25所示，权重系数W(P)根据距中心O的距离P而变化。在中心区域604a为“0”，在边界区域Q为平滑上升的曲线，在周边区域603a成为“1”。另外，对于与基于FFS实际投影数据(正常FFS投影数据)的重构图像相乘的权重系数来说，权重系数也根据距中心O的距离而变化，但与图25所示的权重系数W(P)相反，在中心区域604a为“1”，在边界区域Q为平滑下降的曲线，在周边区域603a成为“0”。
边界区域Q的范围是任意的，可以根据所希望的区域的所希望的空间分辨率而变化。
此外，在图25的示例中，权重系数由依赖于距图像中心的距离P的平滑的曲线来表示，但并不限定于此，也可以由直线、折线来表示。
此外，在第3实施方式中，如图24(a)～图24(d)所示，在周边区域603a以及边界区域Q使用的上采样投影数据也可以使用由上述的上采样投影数据生成处理(A)～(D)之中的任意方法所生成的上采样投影数据。
即，既可以如图24(a)所示使用通过图12以及图13所示的上采样投影数据生成处理(A)而生成的上采样投影数据505，又可以如图24(b)所示使用通过图14以及图15所示的上采样投影数据生成处理(B)而生成的上采样投影数据513，也可以如图24(c)所示使用通过图16以及图17所示的上采样投影数据生成处理(C)而生成的上采样投影数据515，还可以如图24(d)所示使用通过图18以及图19所示的上采样投影数据生成处理(D)而生成的上采样投影数据516。
此外，对于虚拟视角的计算方法来说，上采样投影数据505、513、515、516均可以如上所述通过基于在视角方向上相邻的2点的插值(图4(a))、或者基于在视角方向以及通道方向上相邻的4点的插值(图4(b))、或者使用了TV法等的插值、估算(图4(c))来求取，也可以使用虚拟对置数据空间来计算(图3)。
此外，上采样投影数据的视角数量并不限于实际数据的2倍，也可以设为比2倍多的视角数量。此外，也可以在视角方向上部分地增加视角数量，设为如1.5倍等这样包含小数的数值的任意的视角数量。
参照图26来说明第3实施方式的重构运算处理的流程。
首先，图像重构运算部128A取得空间分辨率的边界点P0(步骤S901)。边界点P0的取得与第2实施方式(图22的步骤S801)相同。
接下来，图像重构运算部128A生成使用FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)所重构的图像、和使用对FFS投影数据进行了上采样的上采样投影数据所重构的图像(步骤S902)。
接下来，图像重构运算部128A生成合成图像，该合成图像在比包含边界点P0的边界区域Q更靠中心侧的中心区域604a使用了由FFS投影数据的实际数据重构的图像，在比边界区域Q更靠外侧的周边区域603a使用了由上采样投影数据重构的图像。对在步骤S902中重构的各图像进行加权相加，使得在边界区域Q成为连续的空间分辨率(步骤S903)。加权的方法如上所述，例如将图25所示的形状的权重系数与由上采样投影数据生成的图像相乘，将与图25所示的曲线图相反形状的权重系数与由FFS实际投影数据(正常投影数据)生成的图像相乘，对这些图像进行相加。
图像重构运算部128A输出通过步骤S903的处理而生成的图像(步骤S904)。输出目标地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上说明的那样，第3实施方式的X射线CT装置1A在图像的重构运算处理中，对在靠近图像中心的中心区域604a使用FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)而在比边界点P0更靠周边侧的周边区域603a使用上采样投影数据所重构的各图像进行合成。进而，对上述的各图像进行加权相加，使得在规定的边界区域Q空间分辨率平滑地连续。
由此，除了能够获得第2实施方式的效果以外，还能够得到在边界区域Q中空间分辨率平滑地连续的图像。
另外，在上述的重构运算处理中，在对所重构的图像进行合成时进行了加权相加，但也可以在投影数据上对上采样投影数据和FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)进行合成，之后，对所合成的投影数据进行重构。在该情况下，在与边界区域Q相当的部分，使用对上采样投影数据和FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)进行加权相加而生成的投影数据。
[第4实施方式]
接下来，参照图27以及图28对本发明的第4实施方式进行说明。
在第4实施方式的X射线CT装置1A中，也可以遍及整个图像，使权重变化来对使用了FFS投影数据的实际数据(正常投影数据)的图像和使用了上采样投影数据的图像进行合成。
图27是示出在第4实施方式中与基于上采样投影数据的重构图像相乘的权重系数W′(P)的曲线图。在该曲线图中，在靠近中心的区域从“0”起平滑地上升，在周边区域的端部成为“1”。即，成为在边界区域Q以外的区域，权重系数也根据距中心O的距离而变化的形状。这样，权重系数的曲线图形状可以设为任意，使权重系数进行变化以使得即使在边界区域Q以外的区域也能够在所希望的区域得到所希望的空间分辨率。
另外，与基于FFS实际投影数据(正常FFS投影数据)的重构图像相乘的权重系数与图27相反，在靠近中心的区域从“1”起平滑地下降，在周边区域的端部成为“0”。
此外，在图27的示例中权重系数W′(P)由依赖于距图像中心的距离P的平滑的曲线来表示，但并不限定于此，也可以由直线来表示。
参照图28来说明第4实施方式的重构运算处理的流程。
首先，图像重构运算部128A取得空间分辨率的边界点P0(步骤S1001)。边界点P0的取得与第2实施方式(图22的步骤S801)相同。
接下来，图像重构运算部128A生成使用FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)重构的图像、和使用对正常FFS投影数据进行了上采样的上采样投影数据重构的图像(步骤S1002)。
上采样投影数据可以使用利用上采样投影数据生成处理(A)～(D)中的任意一者而生成的投影数据。
接下来，图像重构运算部128A将所希望的形状的权重系数与各图像相乘，进行相加(步骤S1003)。权重用于在对使用FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)所重构的图像和使用对正常FFS投影数据进行了上采样的上采样投影数据所重构的图像进行合成时，以适当的比率进行合成使得在所希望的区域得到所希望的空间分辨率。
然后，图像重构运算部128A输出通过步骤S1003的处理而生成的图像(步骤S804)。输出目标地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上说明的那样，第4实施方式的X射线CT装置1A在图像的重构运算处理中，使用根据距摄影中心的距离而变化的权重系数来对由FFS投影数据的实际数据(正常投影数据)重构的图像和由上采样投影数据重构的图像进行合成。
由此，除了能够获得第2实施方式的效果以外，还能够得到在图像的希望的区域成为所希望的空间分辨率的图像。此外，通过增大实际数据的权重，从而能够得到在所希望的区域可靠性高的图像。
[第5实施方式]
接下来，参照图29以及图30对本发明的第5实施方式进行说明。
在第5实施方式中，如图29所示，针对由操作者设定的关心区域(ROI：Region Of Interest)7以及中心区域604应用FFS投影数据的实际数据503。此外在周边区域603应用上采样投影数据505。在ROI7处于周边区域603的情况下，针对ROI7内的范围使用FFS投影数据的实际数据503。
参照图30来说明第5实施方式的重构运算处理的流程。
首先，系统控制装置124设定关心区域(ROI)7(步骤S1101)。ROI7的设定由操作者经由输入装置121来进行。接下来，图像重构运算部128A取得空间分辨率的边界点P0(步骤S1102)。边界点P0的取得与第2实施方式(图22的步骤S801)相同。
接下来，图像重构运算部128A在步骤S1101中设定的ROI7和中心区域604使用FFS投影数据的实际数据(正常FFS投影数据)，在除了ROI7以外的周边区域603，使用基于虚拟视角的上采样投影数据来重构图像(步骤S1103)。
上采样投影数据可以使用利用上采样投影数据生成处理(A)～(D)中的任意一者而生成的投影数据。
图像重构运算部128A输出通过步骤S1103的处理而生成的图像(步骤S1104)。输出目标地例如是存储装置123、显示装置125等。
如以上说明的那样，第5实施方式的X射线CT装置1A通过对在ROI7以及中心区域604使用了FFS投影数据的实际数据(螺旋摄影的情况下变换为目标切片位置处的投影数据之后的正常FFS投影数据)的图像进行重构，从而提高图像的可靠性。此外，在除了ROI7以外的周边区域603，使用上采样投影数据来提高空间分辨率。由此，能够得到在作为诊断的对象的ROI、图像的中心部可靠性高、并且周边部的空间分辨率也得到了提高的图像。
另外，在第5实施方式中，也可以在边界区域Q进行第3实施方式所示那样的结合处理，或者使用第4实施方式所示那样的所希望的形状的权重系数对基于FFS投影数据的图像和基于上采样投影数据的图像进行加权相加。
[第6实施方式]
接下来，参照图31～图33对本发明的第6实施方式进行说明。
如图31所示，在第6实施方式中，图像重构运算部128A将针对在重构图像1001的图像面内从中心O到距离P1的区域1002、从距离P1到距离P2的区域1003、从距离P2到距离P3的区域1004使用分别不同的视角数量(上采样数)的FFS投影数据而重构的图像进行合成。例如，在区域1002设为FFS投影数据的实际数据的视角数量V1，在区域1003使用上采样为视角数量V2的FFS投影数据，在区域1004中使用上采样为视角数量V3的FFS投影数据。
若将各区域1002、1003、1004的合成前的各图像设为ξ(V1)、ξ(V2)、ξ(V3)，则合成后的图像ξ(V)能够由以下的式(10)来表示。
ξ(V)＝ξ(V1)+ξ(V2)+ξ(V3)…(10)
上采样投影数据可以由第2实施方式中说明的上采样投影数据生成处理(A)～(D)中的任意方法来生成。
此外，也可以进行结合处理，使得如图32所示的图像1001a那样，在区域1002与区域1003的边界部、区域1003与区域1004的边界部得到连续的空间分辨率。关于结合处理，与第2实施方式相同。即，使用在边界部1006、1007使空间分辨率连续且平滑地变化那样的权重系数W(V1)、W(V2)、W(V3)对由各视角数量的投影数据重构的图像ξ(V1)、ξ(V2)、ξ(V3)进行合成。
合成后的图像ξ(V)能够由以下的式(11)来表示。
ξ(V)＝W(V1)ξ(V1)+W(V2)ξ(V2)+W(V3)ξ(V3)
…(11)
此外，在图31以及图33所示的例子中虽然将区域数量设为了3个，但并不限定于3个，也可以如图33所示的图像1001b那样，扩展为n个区域。
合成后的图像ξ(V)通过由以下的式(12)来表示。
ξ(V)＝W(V1)ξ(V1)+W(V2)ξ(V2)+W(V3)ξ(V3)+…+W(Vn)ξ(Vn)…(12)
根据第6实施方式，能够合成根据图像距中心O的距离P而使用了不同的视角数量V1～Vn的上采样投影数据的图像。因此，例如，在边界点P0的周边区域，通过随着远离图像中心O而使上采样数逐渐适当地增加，从而能够使空间分辨率提高所希望的量。由此，能够在整个图像上使空间分辨率一致。此外，也可以优先提高所希望的区域的空间分辨率等，根据诊断目标来生成各种画质的图像。
以上，对本发明所涉及的X射线CT装置的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。只要是本领域技术人员，显然能够在本申请所公开的技术思想的范畴内，想到各种变更例或修正例，应当理解这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。
符号说明
1、1A X射线CT装置；100 扫描台架部；101、101A X射线管装置；102 旋转盘；103 准直器；106 X射线检测器；110、110A X射线控制装置；120 操作台；121 输入装置；122 图像运算装置；123 存储装置；124 系统控制装置；125 显示装置；126 投影数据变换部；127、127A 上采样投影数据生成部；128、128A 图像重构运算部；501 FFS(+)投影数据；502 FFS(-)投影数据；503 FFS投影数据(焦点位移投影数据)；505、513、515、516、518 上采样投影数据。