УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Российский патент 2015 года по МПК G06T11/00 A61B6/03 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству компьютерной томографии, способу компьютерной томографии и компьютерной программе для компьютерной томографии. Изобретение дополнительно относится к устройству формирования пучка для использования с устройством компьютерной томографии.

Уровень техники

Патент США № 7,254,216 B2 раскрывает блок фильтра для устройства компьютерной томографии. Блок фильтра содержит первую и вторую концевые пластины на противоположных концах блока фильтра. Первый подвижный субблок содержит по меньшей мере первый рентгеновский фильтр и выполнен с возможностью перемещения вдоль оси, перпендикулярной первой концевой пластине и проходящей между первой и второй концевыми пластинами. Также обеспечивается второй подвижный субблок, который содержит по меньшей мере второй рентгеновский фильтр. Второй подвижный субблок выполнен с возможностью движения вдоль оси, перпендикулярной второй концевой пластине и проходящей между первой и второй концевыми пластинами. Первый подвижный субблок и второй подвижный субблок независимо подвижны, чтобы обеспечить по меньшей мере малый рентгеновский фильтр-бабочку, большой рентгеновский фильтр-бабочку, средний рентгеновский фильтр-бабочку, плоский фильтр, и закрытое положение источника излучения, расположенного в неподвижном положении относительно блока фильтра.

Фильтры-бабочки используются для формирования профиля интенсивности рентгеновского пучка устройства компьютерной томографии. Профиль интенсивности формируется так, чтобы компенсировать форму тела человека, в частности, профиль интенсивности формируется так, что больше фотонов направляются к центру человека, чем к его периферии, потому что излучение, направленное в центр человека, обычно ослабляется намного больше, чем излучение, направленное на периферию человека.

Устройство компьютерной томографии содержит рентгеновскую трубку для излучения конического рентгеновского пучка, который фильтруется сборочным узлом фильтра. Отфильтрованный рентгеновский пучок пересекает человека с различных направлений, и проекционные данные обнаруживаются в зависимости от интенсивности отфильтрованного рентгеновского пучка, пересекшего человека. Устройство компьютерной томографии выполнено с возможностью реконструкции изображения человека, исходя из обнаруженных проекционных данных. Реконструированные изображения обладают артефактами, которые ухудшают качество реконструированных изображений.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства компьютерной томографии, способа компьютерной томографии и компьютерной программы для компьютерной томографии, которые способны улучшить качество реконструированных изображений. Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства формирования пучка для использования с устройством компьютерной томографии, чтобы позволить устройству компьютерной томографии улучшить качество реконструированных изображений.

В первом варианте настоящего изобретения представлено устройство компьютерной томографии, содержащее:

- источник излучения для излучения конического пучка излучения для пересечения области исследования устройства компьютерной томографии,

- устройство формирования пучка для формирования конического пучка излучения,

- детектор для формирования значений обнаружения в зависимости от конического пучка излучения после пересечения им области исследования,

- блок обеспечения весов для обеспечения комбинациям вокселов изображения области исследования и значений обнаружения, причем каждая комбинация содержит воксел и значение обнаружения, которое соответствует вокселу, весов для взвешивания значений обнаружения,

- блок реконструкции для реконструкции вокселов, причем для реконструкции воксела блок реконструкции выполнен с возможностью взвешивания значений обнаружения, соответствующих вокселу, который должен реконструироваться, с помощью весов, обеспечиваемых для комбинаций воксела, который необходимо реконструировать, с соответствующим значением обнаружения, и возможностью реконструирования вокселов, исходя из взвешенных значений обнаружения,

причем устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения, положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования.

Так как устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, соответствующих соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования, устройство формирования пучка выполнено таким образом, что отношение «сигнал-шум» взвешенных значений обнаружения улучшается. Кроме того, поскольку это улучшение достигается соответствующей адаптацией устройства формирования пучка, веса, обеспеченные блоком обеспечения весов, могут быть обеспечены без учета отношения «сигнал-шум». Поэтому веса, обеспеченные блоком обеспечения весов, могут выбираться для уменьшения, в частности минимизации, определенных артефактов изображения, не учитывая отношение «сигнал-шум», причем устройство формирования пучка выполнено с возможностью уменьшения артефактов изображения, вызванных плохим отношением «сигнал-шум», таким как малое отношение «сигнал-шум» или неравномерное отношение «сигнал-шум». Устройство компьютерной томографии, содержащее устройство формирования пучка, выполненное как описано выше, позволяет поэтому улучшить качество изображений, реконструированных устройством компьютерной томографии.

Источник излучения предпочтительно выполнен с возможностью излучения рентгеновских лучей.

Воксел изображения предпочтительно является трехмерным элементом изображения для изображения, причем изображение состоит из множества вокселов.

Блок обеспечения весов предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения веса для комбинации воксела изображения области исследования и значения обнаружения, которое соответствует вокселу. Значение обнаружения соответствует вокселу, если луч конического пучка излучения, который вызвал появление значения обнаружения, пересекает соответствующий воксел. Другими словами, комбинация воксела и значения обнаружения определяет луч конического пучка излучения. В варианте осуществления каждой комбинации воксела и соответствующего значения обнаружения обеспечивается вес.

Блок реконструкции предпочтительно выполнен с возможностью реконструкции воксела изображения области исследования посредством рирпроекции соответствующих взвешенных значений обнаружения.

Устройство формирования пучка может быть выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что для части значений обнаружения или для всех значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования.

Положительная корреляция между средним значением весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения, и интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования означает, что если среднее значение весов больше, то интенсивность также больше, и если среднее значение весов меньше, то интенсивность также меньше.

Предпочтительно, источник излучения и детектор выполняются с возможностью обнаружения избыточных значений обнаружения, причем блок обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения для комбинаций вокселов изображения области исследования и избыточных значений обнаружения нормализованных весов для взвешивания избыточных значений обнаружения, причем для реконструкции воксела блок реконструкции выполнен с возможностью взвешивания избыточных значений обнаружения, которые соответствуют вокселу, подлежащему реконструкции, с помощью нормализованных весов, предусмотренных для комбинаций воксела, который должен реконструироваться, соответственно, с соответствующим избыточным значением обнаружения, и реконструкции воксела, исходя из взвешенных избыточных значений обнаружения, причем устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части избыточных значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, соответствующих соответствующему избыточному значению обнаружения, и соответствующего избыточного значения обнаружения, положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее избыточное значение обнаружения, перед пересечением области исследования.

Избыточными значениями обнаружения являются значения обнаружения, которые были сформированы в разное время, в то время, когда излучение, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, проходило через область исследования вдоль одного и того же пути в возможно других направлениях.

Нормализованные веса предпочтительно нормализуются так, что сумма весов избыточных значений обнаружения, которые соответствуют одному и тому же вокселу, равна единице. Предпочтительно, для каждой комбинации воксела и соответствующего избыточного значения обнаружения обеспечивается нормализованный вес. Предпочтительно, для реконструкции воксела блок реконструкции выполнен с возможностью i) взвешивания избыточных значений обнаружения, которые соответствуют вокселу, который должен быть реконструирован, причем избыточные значения обнаружения умножаются на нормализованные веса, обеспеченные для комбинации воксела, который должен реконструироваться, соответственно, с соответствующим избыточным значением обнаружения, и ii) реконструкции воксела, исходя из взвешенных избыточных значений обнаружения. Блок реконструкции предпочтительно выполнен с возможностью реконструкции воксела изображения области исследования посредством рирпроекций соответствующих взвешенных избыточных значений обнаружения и, предпочтительно, также дополнительных неизбыточных значений обнаружения, если они присутствуют.

Устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения интенсивность части конического пучка излучения, от которой зависит соответствующее значение обнаружения, прежде чем пересечь область исследования, положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующим комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения, чтобы гарантировать, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. Предполагается, что инверсия дисперсии пропорциональна, в частности, подобна интенсивности перед тем, как пересечь область исследования. Это позволяет поэтому иметь простую конструкцию устройства формирования пучка в зависимости от интенсивности соответствующей части конического пучка излучения, без явного определения, в частности, оценки, инверсной дисперсии значения обнаружения.

Предпочтительно, блок обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов, так чтобы артефакты конического пучка уменьшались. В частности, блок обеспечения весов предпочтительно выполнен с возможностью оптимизации весов, так чтобы артефакты конического пучка уменьшались, причем веса могут оптимизироваться без учета отношения «сигнал-шум». Это дополнительное улучшает качество реконструированных изображений.

В качестве дополнения, предпочтительно, чтобы блок обеспечения весов был выполнен с возможностью обеспечения весов, так чтобы уменьшались артефакты движения. В частности, блок обеспечения весов может быть выполнен с возможностью обеспечения весов, оптимизированных для уменьшения артефактов движения, которые вызываются перемещением объекта внутри области исследования, не рассматривая отношение «сигнал-шум». Это дополнительное улучшает качество изображений, реконструированных при использовании устройства компьютерной томографии.

В варианте осуществления блок обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов, так чтобы уменьшались артефакты конического пучка и артефакты движения, в частности, предпочтительно, эти веса определяются заранее, не рассматривая отношение «сигнал-шум».

В качестве дополнения, предпочтительно, чтобы блок обеспечения весов был выполнен с возможностью обеспечения веса для комбинации воксела и значения обнаружения в зависимости от апертуры части конического пучка излучения, который пересек воксел, и в зависимости от которого было сформировано значение обнаружения. В качестве дополнения, предпочтительно, чтобы блок обеспечения весов был выполнен с возможностью обеспечения большего веса, если апертура меньше, и меньшего веса, если апертура больше.

Поскольку значения обнаружения, соответствующие большей апертуре, обычно вызывают более явно выраженные артефакты конического пучка, чем значения обнаружения, соответствующие меньшей апертуре, посредством взвешивания значений обнаружения, имеющих меньшую апертуру, с большим весом, чем значений обнаружения, имеющих большую апертуру, артефакты конического пучка могут быть уменьшены. Взвешивание апертуры поэтому дополнительно улучшает качество реконструированных изображений.

Проекция предпочтительно определяется как группа значений обнаружения, которые были получены одновременно, в то время как источник излучения располагался в одном и том же месте.

В качестве дополнения, предпочтительно, чтобы блок обеспечения весов был выполнен с возможностью обеспечения весов, так чтобы веса значений обнаружения с увеличением апертуры непрерывно и монотонно приближались к нулю. Это позволяет избегать разрыва весов как функции времени, подавляя, таким образом, артефакты движения. Например, в частности, если значения обнаружения являются избыточными значениями обнаружения и если соответствующие веса являются нормализованными весами, эта функция взвешивания апертуры обеспечивает, что вклад проекции в реконструкцию приводит в результате к непрерывному затуханию по мере того, как проекционное положение воксела приближается к границе панели детектора. Это непрерывное постепенное затухание соответствует непрерывному незатухающему характеру избыточных значений обнаружения, так как сумма весов для всех избыточных значений обнаружения воксела принудительно делается равной единице. Тем самым обеспечивается, что взвешивание значений обнаружения также является непрерывной функцией времени, потому что проекционное положение воксела непрерывно зависит от проекционного угла и, таким образом, от времени. Избегая любого разрыва весов как функции времени, артефакты движения подавляются.

Монотонное приближение к нулю означает, что веса постоянны или уменьшаются с увеличением апертуры, но не увеличиваются с увеличением апертуры.

Устройство компьютерной томографии предпочтительно содержит подвижный блок для вращения источника излучения и области исследования относительно друг друга вокруг оси вращения, причем во время этого вращательного движения детектор формирует значения обнаружения.

Апертура части конического пучка излучения, то есть луча конического пучка излучения, является углом раскрыва луча конического пучка излучения. Угол раскрыва определяется углом между лучом и плоскостью, перпендикулярной оси вращения устройства компьютерной томографии.

Подвижный блок предпочтительно выполнен с возможностью движения источника излучения и области исследования относительно друг друга вдоль спиральной траектории, причем блок обеспечения весов выполнен с возможностью предоставления весов в зависимости от шага спиральной траектории, причем устройство компьютерной томографии содержит несколько устройств формирования пучка для различных шагов и выполнено с возможностью выбора устройства формирования пучка из нескольких устройств формирования пучка в зависимости от шага спиральной траектории и использования выбранного устройства формирования пучка во время формирования значений обнаружения. Это позволяет устройству компьютерной томографии получать значения обнаружения вдоль различных спиральных траекторий, имеющих различные шаги, причем для различных шагов могут обеспечиваться различные устройства формирования пучка, чтобы улучшить отношение «сигнал-шум».

Шаг предпочтительно определяется как относительное физическое перемещение области исследования и устройства компьютерной томографии в расчете на один оборот, поделенное на полную коллимацию детектора. Коллимация детектора предпочтительно определяется как высота детектора (то есть физический размер детектора в направлении оси вращения), спроецированная в изоцентр устройства компьютерной томографии.

В качестве дополнения, предпочтительно, чтобы устройство компьютерной томографии содержало коллиматор для коллимации конического пучка излучения, причем блок обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов в зависимости от коллимации конического пучка излучения, причем устройство компьютерной томографии содержит несколько устройств формирования пучка для различных коллимаций и выполнено с возможностью выбора устройства формирования пучка из нескольких устройств формирования пучка в зависимости от коллимации конического пучка излучения и использования выбранного устройства формирования пучка при формировании значений обнаружения. Это позволяет устройству компьютерной томографии получать значения обнаружения с различными коллимациями, причем для различных коллимаций могут обеспечиваться различные устройства формирования пучка, чтобы улучшать отношение «сигнал-шум».

В качестве дополнения, предпочтительно устройство формирования пучка выполнено таким образом, что по меньшей мере часть значений обнаружения, для которых среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения, положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования, и соответствует части конического пучка излучения вокруг центра конического пучка излучения относительно направления оси вращения. Это гарантирует, что в пределах центра конического пучка излучения, в котором обычно расположена интересующая область, которую необходимо реконструировать, улучшается отношение «сигнал-шум». Это приводит к реконструированным изображениям, в которых по меньшей мере часть области исследования, расположенная в пределах центральной части конического пучка излучения, реконструируется с улучшенным отношением «сигнал-шум». Это означает по меньшей мере, что обычно самая важная часть области исследования, являющаяся интересующей областью, реконструируется с улучшенным отношением «сигнал-шум».

Устройство формирования пучка может быть фильтром-бабочкой. Устройство формирования пучка может поэтому выполнять две функции, улучшая отношение «сигнал-шум» и регулируя форму пучка под общую форму тела человека.

Предпочтительно, устройство компьютерной томографии дополнительно содержит второй вид устройства формирования пучка, являющегося фильтром-бабочкой. Устройство компьютерной томографии содержит поэтому в варианте осуществления по меньшей мере одно устройство формирования пучка первого вида, причем устройство формирования пучка первого вида выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения, положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования, и отдельно по меньшей мере одно устройство формирования пучка второго вида является фильтром-бабочкой. Это позволяет использовать один и тот же фильтр-бабочку с одним или несколькими устройствами формирования пучка первого вида. Например, для различных шагов спиральной траектории и/или различных коллимаций могут обеспечиваться различные устройства формирования, причем для различных спиральных траекторий с различными шагами и/или различными коллимациями, может использоваться один и тот же фильтр-бабочка.

В дополнительном варианте настоящего изобретения представлено устройство формирования пучка для использования с устройством компьютерной томографии по пункту 1 формулы изобретения, причем устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования.

В дополнительном варианте настоящего изобретения представлен способ компьютерной томографии, причем способ компьютерной томографии содержит следующие этапы, на которых:

- излучают конический пучок излучения для пересечения области исследования устройства компьютерной томографии источником излучения,

- формируют конический пучок излучения с помощью устройства формирования пучка,

- формируют значения обнаружения в зависимости от конического пучка излучения после пересечения области исследования детектором,

- обеспечивают с помощью блока обеспечения весов комбинациям вокселов изображения области исследования и значений обнаружения, причем каждая комбинация содержит воксел и значение обнаружения, которое соответствует вокселу, веса для взвешивания значений обнаружения,

- реконструируют вокселы с помощью блока реконструкции, причем для реконструкции воксела значения обнаружения, которые соответствуют вокселу, который должен реконструироваться, взвешиваются с помощью весов, обеспеченных для комбинации воксела, который должен быть реконструирован, и, соответственно, соответствующего избыточного значения обнаружения, и воксел реконструируется исходя из взвешенных значений обнаружения,

причем конический пучок излучения формируется так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинациям вокселов, соответствующих соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования.

В дополнительном варианте настоящего изобретения представляется компьютерная программа для компьютерной томографии, причем компьютерная программа для компьютерной томографии содержит программное кодовое средство, побуждающее устройство компьютерной томографии по пункту 1 формулы изобретения выполнять этапы способа компьютерной томографии по пункту 13 формулы изобретения, когда компьютерная программа для компьютерной томографии выполняется компьютером, управляющим устройством компьютерной томографии.

Следует понимать, что устройство компьютерной томографии по пункту 1 формулы изобретения, устройство формирования пучка по пункту 12 формулы изобретения, способ компьютерной томографии по пункту 13 формулы изобретения и компьютерная программа для компьютерной томографии по пункту 14 формулы изобретения обладают схожими и/или идентичными предпочтительными вариантами осуществления, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения может быть также любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктами формулы изобретения.

Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут подробно объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее.

Краткое описание чертежей

На нижеследующих чертежах

Фиг. 1 - схематичное изображение примера устройства компьютерной томографии;

Фиг. 2 - схематичное изображение примера блока коллимации и формирования пучка, содержащего устройство формирования пучка при просмотре вдоль оси Z;

Фиг. 3 - схематичное изображение примера блока коллимации и формирования пучка в направлении, перпендикулярном оси Z;

Фиг. 4 - схематичное изображение примера усредненных нормализованных весов;

Фиг. 5 - схематичное изображение примера распределения толщины устройства формирования пучка;

Фиг. 6 - схематичное изображение примера распределения толщины фильтра-бабочки;

Фиг. 7 - схематичное изображение примера распределения толщины объединенного устройства формирования пучка и фильтра-бабочки;

Фиг. 8 - блок-схема последовательности выполнения операций способа компьютерной томографии;

Фиг. 9 - пример графика контурных линий уровня шума в пределах изображения, которое было реконструировано, основываясь на значениях обнаружения, которые были получены без использования устройства формирования пучка в соответствии с изобретением,

Фиг. 10 - пример графика контурных линий уровня шума в пределах изображения, которое было реконструировано, основываясь на значениях обнаружения, которые были получены, используя оптимальное устройство формирования пучка в соответствии с изобретением;

Фиг. 11 - пример графика контурных линий уровня шума в пределах изображения, которое было реконструировано, основываясь на значениях обнаружения, которые были получены, используя неоптимальное устройство формирования оптического пучка в соответствии с изобретением,

Фиг. 12 - пример графика контурных линий улучшений отношения «сигнал-шум» изображения, которое было реконструировано, основываясь на значениях обнаружения, которые были получены во время использования оптимального устройства формирования пучка;

Фиг. 13 - пример графика контурных линий улучшений отношения «сигнал-шум» изображения, которое было реконструировано, основываясь на значениях обнаружения, которые были получены при использовании неоптимального устройства формирования пучка;

Фиг. 14 - пример графика контурных линий ширины окна освещения для различных мест внутри изображения области исследования.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично и в качестве примера представлено устройство компьютерной томографии, содержащее портальную раму 1, способную вращаться вокруг оси R вращения, проходящей параллельно направлению z. Источник 2 излучения, которым в настоящем варианте осуществления является рентгеновская трубка, монтируется на портальной раме 1. Источник 2 излучения снабжен блоком 3 коллимации и формирования, который формирует конический пучок 4 излучения из излучения, формируемого источником 2 излучения, и формирует профиль интенсивности внутри конического пучка 4 излучения. Излучение пересекает объект (не показан), такой как пациент, в области 5 исследования, которая в настоящем варианте осуществления является цилиндрической. После пересечения области 5 исследования конический пучок 4 излучения падает на детектор 6, содержащий двумерную поверхность обнаружения. Детектор 6 установлен на портальной раме 1.

Устройство компьютерной томографии содержит два двигателя 7, 8. Портальная рама 1 приводится в движение предпочтительно с постоянной, но регулируемой угловой скоростью двигателем 7. Двигатель 8 предназначен для перемещения объекта, например, пациента, который помещен на стол для пациента в области 5 исследования, параллельно направлению оси R вращения или оси Z. Эти двигатели 7, 8 управляются блоком 9 управления, например, так, что источник 2 излучения и область 5 исследования движутся друг относительно друга вдоль спиральной траектории. Однако, также возможно, что объект или область 5 исследования перемещается, а вращается только источник 2 излучения, то есть что источник 2 излучения движется вдоль круговой траектории относительно объекта или области 5 исследования.

Портальная рама 1 и двигатели 7, 8 могут рассматриваться как движущий блок для перемещения источника 2 излучения и области 5 исследования друг относительно друга по траектории, в частности, вдоль круговой или спиральной траектории.

Во время относительного перемещения источника 2 излучения и области 5 исследования детектор 6 формирует значения обнаружения в зависимости от излучения, падающего на поверхность обнаружения детектора 6. Источник 2 излучения и детектор 6 перемещаются так, что обнаруживаются избыточные значения обнаружения, то есть они перемещаются так, что первое значение обнаружения формируется излучением луча конического пучка излучения, пересекающего область 5 исследования вдоль определенного пути, и второе значение обнаружения формируется лучом конического пучка излучения, пересекающим область 5 исследования по тому же самому определенному пути. Значения обнаружения, которые соответствуют одному и тому же пути через область 5 исследования и были получены в разное время, рассматриваются как избыточные значения обнаружения.

Значения обнаружения, которые в этом варианте осуществления являются проекционными данными, подаются на устройство 10 формирования изображения для формирования изображения области 5 исследования, в частности, интересующей области в области 5 исследования, исходя из значений обнаружения, то есть из проекционных данных. Интересующая область располагается в области 5 исследования и предпочтительно содержит объект или часть объекта. Устройство 10 формирования изображения содержит блок 12 обеспечения весов для обеспечения комбинациям вокселов изображения области 5 исследования и избыточным значениям обнаружения нормализованных весов для взвешивания избыточных значений обнаружения. В этом варианте осуществления блок 12 обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения нормализованных весов, так чтобы артефакты конического пучка и артефакты движения уменьшались. Это снижение артефактов конического пучка и артефактов движения получается, обеспечивая нормализованный вес комбинации воксела со значением обнаружения в зависимости от апертуры части конического пучка излучения, в частности, луча конического пучка излучения, который пересек воксел и в зависимости от которого было сформировано значение обнаружения. В частности, блок 12 обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения большего веса, если апертура меньше, и меньшего веса, если апертура больше.

Портальная рама 1 и двигатели 7, 8 предпочтительно выполнены с возможностью разрешения источнику 2 излучения и области 5 исследования двигаться друг относительно друга вдоль спиральной траектории, обладающей различными шагами. Например, во время первого получения значений обнаружения для реконструкции первого изображения области 5 исследования источник 2 излучения и область 5 исследования могут перемещаться друг относительно друга вдоль первой спиральной траектории, имеющей первый шаг, и во время второго получения значений обнаружения для реконструкции второго изображения области 5 исследования, источник 2 излучения и область 5 исследования могут перемещаться друг относительно друга вдоль второй спиральной траектории, имеющей второй шаг, отличающийся от первого шага. Блок 12 обеспечения весов предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения нормализованных весов в зависимости от шага спиральной траектории.

Блок 3 коллимации и формирования пучка предпочтительно выполнен с возможностью изменения коллимации конического пучка 4 излучения. Таким образом, блок 3 коллимации и формирования пучка предпочтительно выполнен с возможностью коллимации конического пучка 4 излучения, исходя из излучения, формируемого источником 2 излучения и изменения коллимации конического пучка 4 излучения. Блок 12 обеспечения весов предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения нормализованных весов в зависимости от фактической коллимации конического пучка 4 излучения.

Блок обеспечения весов предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью обеспечения нормализованных весов, так чтобы веса значений обнаружения непрерывно и монотонно приближались к нулю с увеличением апертуры.

Блок обеспечения весов и блок реконструкции предпочтительно выполнены с возможностью осуществления способа апертурного взвешивания с весовым клином.

В способе апертурного взвешивания с весовым клином рирпроекция описывается наиболее удобно в системе координат портальной рамы, то есть в системе, где устройство детектора источника неподвижно и воксел движется вдоль спиральной траектории через систему. Осью вращения является ось z, j-ось параллельна направлению проекции и ось x выбирается так, что формируется правосторонняя система координат. Координаты по осям x и y масштабируются таким образом, что расстояние от рентгеновского источника по оси z равно единице. Проекция воксела в положении (x₀, y₀, z₀) может затем быть определена следующими уравнениями:

где p - шаг, разделенный на 2π, u - направление веера, которое может быть переустановленным направлением веера на детекторе, и ν - координата вдоль направления оси z. Местоположение ν=0 соответствует вокселу, который проецируется под углом нулевых градусов апертуры. Апертурное взвешивание предпочтительно осуществляется, указывая так называемую весовую функцию апертуры а(ν), которая обладает уже описанными основными характеристиками, а именно, которая имеет максимум при ν=0 и монотонно и непрерывно уменьшается до нуля, когда ν приближается к границе панели детектора. На практике может использоваться трапецеидальная форма. Нормализованные веса вычисляются посредством нормализации «в лоб» всех избыточных лучей. В концепции клинового алгоритма все лучи через воксел при проекционных углах, которые являются целочисленными множителями π, кроме рассматриваемого вида, считаются избыточными. Нормализованный вес для текущей проекции, где воксел находится в положении (x₀, y₀, z₀), предпочтительно определяется следующим уравнением:

где в знаменателе положения воксела (x_i, y_i, z_i) связаны со всеми избыточными положениями воксела, в том числе с текущим положением.

Направление веера является направлением лучей в плоскости, перпендикулярной оси R вращения или оси z. Переустановка является параллельной переустановкой, при которой значения обнаружения сортируются и интерполируются так, что проекция состоит из значений обнаружения с соответствующими параллельными лучами в пределах плоскости, перпендикулярной оси вращения или оси z.

Снова обращаясь к фиг. 1, устройство компьютерной томографии дополнительно содержит блок 13 реконструкции, чтобы реконструировать вокселы изображения области 5 исследования. Блок реконструкции выполнен с возможностью осуществления следующих этапов реконструкции воксела: i) взвешивают избыточные значения обнаружения, соответствующие вокселу, который должен быть реконструирован, причем избыточные значения обнаружения умножаются на нормализованные веса, обеспеченные для комбинаций воксела, который должен реконструироваться, и, соответственно, соответствующего избыточного значения обнаружения, и ii) реконструируют воксел, исходя из взвешенных избыточных значений обнаружения, в частности, посредством рирпроекции взвешенных избыточных значений обнаружения и, предпочтительно, также неизбыточных значений обнаружения, если имеются. Реконструкция предпочтительно выполняется с использованием алгоритма рирпроекции.

Изображение, реконструированное блоком 13 реконструкции, подается на устройство 11 отображения для отображения реконструированного изображения.

Кроме того, устройством 10 формирования изображения предпочтительно управляет блок 9 управления.

Далее блок 3 коллимации и формирования пучка будет описан более подробно со ссылкой на фиг. 2.

На фиг. 2 схематично и в качестве примера представлен блок 3 коллимации и формирования пучка в направлении оси z. Блок 3 коллимации и формирования пучка содержит коллиматор 30 для коллимации излучения, формируемого источником 2 излучения, так чтобы сформировать конический пучок 4 излучения.

Коллиматор 30 предпочтительно изготавливается из тяжелых химических элементов, таких как вольфрам, чтобы эффективно поглощать все рентгеновское излучение, которое, как предполагается, должно быть блокировано.

Блок 3 коллимации и формирования пучка дополнительно содержит устройство 32 формирования пучка, выполненное с возможностью формирования конического пучка 4 излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения. В частности устройство 32 формирования пучка предпочтительно выполнено с возможностью того, чтобы по меньшей мере часть значений обнаружения, для которых инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения, соответствовала части конического пучка излучения вокруг центра конического пучка 4 излучения относительно направления оси вращения. Устройство формирования пучка выполнено с возможностью, по существу, не накладывать модуляцию интенсивности в направлении веера, то есть в направлении внутри плоскости, перпендикулярной оси z.

На фиг. 3 схематично и в качестве примера показан блок 3 коллимации и формирования пучка в направлении, перпендикулярном оси z. Как можно видеть на фиг. 3, устройство 32 формирования пучка выполнено с возможностью наложения модуляции интенсивности в направлении конуса, то есть в направлении плоскости, определенной осью z и положением источника излучения.

Как уже упоминалось выше, вокселу в положении (x₀, y₀, z₀) придается нормализованный вес w₀ рирпроекции согласно уравнению (2). Это взвешивание вычисляется для каждого воксела. Это означает, что другой воксел (x_a, y_a, z_a), который проецируется на то же самое положение детектора, что и воксел (x₀, y₀, z₀), получит другой нормализованный вес. Благодаря проекционной геометрии все вокселы, которые проецируются на одно и то же место детектора, располагаются на прямой линии, соединяющей положение источника и координату детектора. Средний нормализованный вес, связанный со значением детектора, соответствующим координатам (u₀, ν₀), может быть вычислен усреднением по всем вокселам на этой линии, где линия должна быть дополнительно ограничена частью, которая пересекает область 5 исследования, то есть она должна ограничиваться всеми вокселами, которые никогда не покидают конический пучок в направлении веера.

Средние значения нормализованных весов, которые были определены для различных значений обнаружения, схематично и в качестве примера показаны на фиг. 4. На фиг. 4 различные значения обнаружения указываются их положением на поверхности обнаружения. Положение на поверхности обнаружения указывается столбцом c детектора, который соответствует вышеупомянутой координате u, и строкой детектора r, которая соответствует вышеупомянутой координате ν. Ось, указанная на фиг. 3 посредством r, параллельна оси R вращения. В натуральном масштабе системы координат u и ν даются в единицах пиксельной ширины и высоты детектора, то есть пиксель детектора (спроецированный в изоцентр) имеет ширину и высоту, равные 1. Такой натуральный масштаб облегчает традиционную адресацию строк и столбцов детектора простым соотношением r=ν+(количество строк-1)/2 и c=u+(количество столбцов-1)/2. Усредненные нормализованные веса α приближаются к нулю на краях поверхности обнаружения, которые перпендикулярны оси, указанной посредством r или оси R вращения. Значения обнаружения на этих краях соответствуют наиболее удаленным частям конического пучка 4 излучения в направлении их оси R вращения, то есть значения обнаружения, и эти края соответствуют частям конического пучка излучения, имеющего самую большую абсолютную апертуру. Усредненные нормализованные веса независимы от вращательного положения источника 2 излучения и зависят, предпочтительно, от коллимации конического пучка 4 излучения и/или от шага спиральной траектории.

Как уже упоминалось выше, устройство 32 формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка 4 излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. В частности, значение обнаружения формируется лучом конического пучка излучения, который пересекает область 5 исследования и который падает на соответствующий чувствительный элемент детектора 6. Устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинациям вокселов вдоль луча с соответствующим значением обнаружения.

Дисперсия значений обнаружения оценивается, предпочтительно, используя модель Пуассона. Пусть I₀ означает среднее число фотонов, излучаемых в направлении пикселя детектора. Благодаря затуханию пучка при прохождении через пациента, в среднем, только I фотонов достигают пикселя детектора. Количество фотонов продолжает следовать статистике Пуассона. Таким образом, дисперсия обнаруженного сигнала равна I. Для реконструкции так называемый линейный интеграл коэффициента полного затухания оценивается, используя формулу:

Для последующего обсуждения дисперсия производной величины m оценивается посредством распространения гауссовой ошибки:

приводя в результате к

Среднее количество фотонов, излучаемых в направлении пикселя детектора, равно интенсивности соответствующей части конического пучка 4 излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения пикселя обнаружения, прежде чем он пересечет область 5 исследования. Эта интенсивность или среднее количество фотонов могут быть определены из воздушных сканирований. Воздушное сканирование является получением значений обнаружения без присутствия объекта в области 5 исследования.

Чтобы достигнуть наилучшего отношения «сигнал-шум» во время усреднения избыточных значений обнаружения, должно быть выполнено следующее соотношение, в котором черта над весом w₀ означает средний вес:

Общее предположение для избыточных значений обнаружения состоит в том, что полное затухание вдоль соответствующих путей луча было одним и тем же, означая, что доля f фотонов, которые достигают детектора, является одной и той же для всех избыточных лучей. Другими словами, мы можем записать

Так как доля f, как предполагается, является одной и той же для всех избыточных лучей, она будет взаимно уничтожаться во время нормализации весов, приводя в результате к

Устройство формирования пучка поэтому предпочтительно выполнено с возможностью обеспечения, что начальная, без затухания, интенсивность I₀ такова, что выполняется соотношение, определенное в уравнении (8). Устройство формирования пучка предпочтительно изготавливается из однородного материала с постоянным коэффициентом затухания. Требуемое распределение по толщине устройства формирования пучка для формирования профиля интенсивности конического пучка излучения таково, что выполняется уравнение (8), и поэтому распределение может вычисляться, используя закон Бера.

На фиг. 5 схематично и для примера показана толщина d устройства формирования пучка, которое выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения таким образом, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения.

Устройство компьютерной томографии содержит предпочтительно несколько устройств формирования пучка для различных шагов и/или для различных коллимаций, причем устройство компьютерной томографии выполнено с возможностью выбора устройства формирования пучка из нескольких устройств формирования пучка в зависимости от шага спиральной траектории и/или коллимации конического пучка 4 излучения, соответственно, и использования выбранного устройства формирования пучка во время формирования значений обнаружения. Для выбора соответствующего устройства формирования пучка блок 3 коллимации и формирования пучка содержит блок 33 замены устройства формирования пучка для замены устройства формирования пучка, фактически расположенного на пути прохождения конического пучка излучения, на другое устройство формирования пучка. Блок 33 замены устройства формирования пучка может быть скользящим блоком, на котором рядом друг с другом установлены несколько устройств формирования пучка, причем желаемое устройство формирования пучка может быть расположено в пределах пучка, переводя устройство формирования пучка скольжением в желаемое положение. Блок скольжения предпочтительно может скользить вдоль оси z.

Обращаясь снова к фиг. 2 и 3, устройство компьютерной томографии дополнительно содержит фильтр-бабочку 31, который, по сравнению с устройством 32 формирования пучка может рассматриваться как второй вид устройства формирования пучка. Фильтр-бабочка 31 выполнен с возможностью наложения модуляции интенсивности в направлении веера и отсутствия наложения модуляции интенсивности в коническом направлении. На фиг. 6 схематично и в качестве примера показана толщина d фильтра-бабочки. Как можно видеть на фиг. 6, фильтр-бабочка предпочтительно выполнен так, что излучение, соответствующее малым углам веера, ослабляется меньше, чем излучение, соответствующее большим углам веера, то есть излучение, вызывающее значения обнаружения на середине поверхности детектора относительно оси с, ослабляется меньше, чем излучение, которое вызывает значения обнаружения на краях поверхности детектора относительно оси с.

Комбинация фильтра галстука-бабочки и устройства формирования пучка может заменяться единым устройством формирования пучка, являющимся фильтром-бабочкой, то есть вторым видом устройства формирования пучка, а устройство формирования пучка, выполняемое с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения, может рассматриваться как первый вид устройства формирования пучка. Это устройство формирования пучка выполняет поэтому две функции и может рассматриваться как фильтр-бабочка, который выполнен, как описано выше, чтобы формировать конический пучок излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. Распределение толщины такого устройства формирования пучка схематично и в качестве примера показано на фиг. 7. Блок замены устройства формирования пучка может обеспечиваться для выбора этого устройства формирования пучка в зависимости от коллимации конического пучка излучения и/или шага спиральной траектории.

На фиг. 5-7 толщина приводится в единицах линейных интегралов, то есть как толщина фильтра, умноженная на коэффициент затухания. Например, если материалом фильтра является тефлон с коэффициентом затухания 0,021/мм при 80 кэВ, толщина приблизительно 48 мм эквивалентна линейному интегралу для 1.

Далее способ компьютерной томографии будет описан со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 8.

На этапе 101 источник 2 излучения вращается вокруг оси R вращения и объект или область 5 исследования перемещается в направлении оси R вращения, чтобы вращать источник 2 излучения и область 5 исследования относительно друг друга вдоль спиральной траектории. Источник 2 излучает излучение, которое коллимируется в конический пучок излучения коллиматором, формируется устройством формирования пучка и пересекает область исследования 5 устройства компьютерной томографии. Излучение, прошедшее через объект или область 5 исследования, обнаруживается детектором 6, который формирует значения обнаружения в зависимости от конического пучка излучения. Конический пучок излучения, детектор и спиральная траектория выбираются так, что получают избыточные значения обнаружения.

На этапе 102 для комбинаций вокселов изображения области исследования и избыточных значений обнаружения блок 12 обеспечения весов обеспечивает нормализованные веса для взвешивания избыточных значений обнаружения. На этапе 103 блок 13 реконструкции реконструирует вокселы, причем для реконструкции воксела выполняются следующие этапы: i) взвешивают избыточные значения обнаружения, которые соответствуют вокселу, который должен реконструироваться, причем избыточные значения обнаружения умножаются на веса, в частности, на нормализованные веса, обеспечиваемые для комбинации воксела, который должен реконструироваться, и соответствующих избыточных значений обнаружения, и ii) реконструируют воксел, исходя из взвешенных избыточных значений обнаружения. На этапе 103 этап реконструкции воксела предпочтительно выполняется, используя алгоритм рирпроекции. В варианте осуществления взвешивание выполняется сначала для всех избыточных значений обнаружения, то есть этап i) выполняется для всех избыточных значений обнаружения, и затем вокселы реконструируются, то есть этап ii) выполняется для всех вокселов, которые необходимо реконструировать.

На этапе 101 конический пучок излучения формируется так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения.

В варианте осуществления, прежде чем получить значения обнаружения на этапе 101 могут быть выбраны коллимация и/или шаг спиральной траектории, причем устройство формирования пучка выбирается в зависимости от выбранной коллимации и/или шага, соответственно, и в котором выбранное устройство формирования пучка используется при получении значения обнаружения.

Фильтр-бабочка предпочтительно выполнен с возможностью формирования конического пучка излучения таким образом, что к изоцентру устройства компьютерной томографии испускается больше фотонов, чем к периферии области исследования. Это приводит к лучшему использованию дозы, поскольку обычно лучи вблизи изоцентра ослабляются намного больше, чем периферические лучи. Устройство компьютерной томографии может содержать несколько отдельных фильтров-бабочек, которые могут рассматриваться как второй вид устройства формирования пучка, и/или устройство компьютерной томографии может содержать несколько устройств формирования пучка, которые могут рассматриваться как устройства первого вида устройств формирования пучка, причем эти устройства формирования пучка также выполняют функцию фильтра-бабочки, то есть эти устройства формирования пучка могут рассматриваться как фильтры-бабочки, изменяемые таким образом, чтобы формировать конический пучок излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения.

Форма пучка вдоль оси вращения предпочтительно проектируется таким образом, что достигается равномерное освещение строк детектора.

Во время реконструкции рентгеновские лучи от различных строк и столбцов детектора предпочтительно усредняются, если они содержат по существу избыточную информацию. Это усреднение предпочтительно не выполняется при способе, в котором оптимизируется отношение «сигнал-шум». Это усреднение является взвешенным усреднением, причем взвешивание предпочтительно настраивается, чтобы сбалансировать между собой отношение «сигнал-шум», артефакты движения и артефакты конического пучка. Это предпочтительно достигается, используя так называемую апертурную реконструкцию с весовым клином, при которой значениям обнаружения с большей апертурой назначается меньший вес, чем значениям обнаружения с меньшей апертурой.

На фиг. 4 схематично и в качестве примера показаны усредненные нормализованные веса для спирального сканирования с шагом, равным единице. Если эти усредненные нормализованные веса рассматриваются как желаемые с точки зрения подавления артефактов движения и конического пучка, из этих усредненных нормализованных весов может быть получено желаемое распределение отношения «сигнал-шум» на поверхности детектора. Если данные а₁,..., a_n с неопределенностями σ₁,..., σ_n заданы, среднее значение этих данных а₁,..., a_n предпочтительно вычисляется с относительными весами l/σ₁ ²,..., 1/σ_n ², чтобы достигнуть наилучшего отношения «сигнал-шум» для среднего значения. Поэтому использование дозы устройства компьютерной томографии может быть улучшено, если конический пучок излучения формируется так, что ожидаемые обратные дисперсии данных, то есть значений обнаружения, совпадают с этими относительными весами.

Хотя аналитическая реконструкция, в частности, апертурная реконструкция с весовым клином, упоминается выше, устройство компьютерной томографии может также быть выполнено с возможностью осуществления другой реконструкции, например, итерационной реконструкции. Если выполняется итерационная реконструкция, предпочтительно используется апертурное взвешивание, чтобы подавить артефакты движения и достигнуть хорошей сходимости. Если используются различные алгоритмы реконструкции, оптимальная форма пучка может различаться. В варианте осуществления устройство компьютерной томографии может быть выполнено с возможностью выбора алгоритма реконструкции автоматически или пользователем, в котором устройство компьютерной томографии предпочтительно выполняется с возможностью выбора устройства формирования пучка, которое соответствует выбранному алгоритму реконструкции, в котором выбранное устройство формирования пучка используется при получении значений обнаружения.

Как уже упоминалось выше, устройство формирования пучка предпочтительно зависит от коллимации и/или шага спиральной траектории. Если устройство компьютерной томографии содержит только единственное устройство формирования пучка с отдельным или интегрированным фильтром-бабочкой, использование этого устройства формирования пучка может быть напрямую связано с конкретными протоколами малых доз.

Материал устройства формирования пучка предпочтительно является «мягким» материалом, чтобы избежать ужесточения пучка. Устройство формирования пучка предпочтительно изготавливается из тефлона. Также фильтр-бабочка предпочтительно изготавливается из тефлона. «Мягкий» материал предпочтительно является материалом, имеющим спектральную зависимость коэффициента затухания, которая подобна спектральной зависимости основной составляющей объекта, который должен быть реконструирован, например, спектральной зависимости основной составляющей человеческого тела, а именно, воды.

Устройство формирования пучка предпочтительно имеет максимальную толщину, равную или меньшую, чем 10 см и, кроме того, предпочтительно равную или меньшую, чем 5 см. В предпочтительном варианте осуществления устройство формирования пучка имеет максимальную толщину 4 см.

На фиг. 9 схематично и в качестве примера показан график контурных линий значения шума в единицах Хоунсфильда для изображения сферического объекта, который был реконструирован, основываясь на значениях обнаружения, полученных без использования устройства формирования пучка в соответствии с изобретением. На фиг. 9 числа указывают уровни шума соответствующей линией, соединяющей вокселы с одним и тем же уровнем шума. На фиг. 10 показано соответствующее распределение уровня шума в единицах Хоунсфильда, связанное с реконструкцией того же самого сферического элемента, исходя из значений обнаружения, полученных при использовании оптимального устройства формирования пучка в соответствии с изобретением. Оптимальное устройство формирования пучка, соответствующее изобретению, является устройством формирования пучка, выполненным с возможностью формирования конического пучка излучения так, что для всех значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. На фиг. 11 показано распределение уровня шума в единицах Хоунсфильда, связанное с реконструкцией изображения сферического элемента, исходя из значений обнаружения, которые были получены при использовании неоптимального устройства формирования пучка, соответствующего изобретению. Неоптимальное устройство формирования пучка в соответствии с изобретением выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что для части, то есть не для всех значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением нормализованных весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. Неоптимальное устройство формирования пучка, использованное для получения значений обнаружения, которые привели к фиг. 11, имеет максимальную толщину 4 см.

Распределение уровня шума, показанное на фиг. 9, более асимметрично, чем распределения уровня шума, показанные на фиг. 10 и 11. Следует заметить, что на фиг. 9-11 показан срез трехмерного распределения уровня шума, в котором срез располагается перпендикулярно оси R вращения. Если пользователь рассматривает соответствующее трехмерное изображение срез за срезом, распределение уровня шума, показанное на фиг. 9, вращается вокруг центра распределения уровня шума. Это снижает качество трехмерного изображения. Так как распределения уровня шума, показанные на фиг. 10 и 11, показывают большую степень осевой симметрии, влияние вращения распределения уровня шума при рассмотрении различных срезов на качество изображения уменьшается. Таким образом, использование фильтра пучка в соответствии с изобретением улучшает качество изображения.

На фиг. 12 схематично и в качестве примера показано улучшение отношения «сигнал-шум» в процентах, когда используется оптимальное устройство формирования пучка, по сравнению с отношением «сигнал-шум», полученным, когда не используется устройство формирования пучка, соответствующее изобретению. Фиг. 12 является графиком контурных линий, на котором значения изображения, имеющие одно и то же улучшение отношения «сигнал-шум», соединяются одной и той же контурной линией. На фиг. 13 показан соответствующий график контурных линий для неоптимального устройства формирования пучка. В этом варианте осуществления, как можно видеть на фиг. 12 и 13, при использовании устройства формирования пучка получается улучшение отношения «сигнал-шум» более чем на 28 процентов.

На фиг. 14 схематично и в качестве примера показан график контурных линий, который показывает для различных вокселов в срезе трехмерного изображения области исследования угловую ширину окна освещения. Ширина окна освещения определяется как диапазон углов, в котором воксел остается в пределах конуса. Для фиг. 14 предполагается шаг, равный единице.

Поскольку на фиг. 14 в направлении слева направо ширина окна освещения существенно увеличивается, отношение «сигнал-шум» на фиг. 14 в направлении слева направо также увеличивается. Как можно видеть на фиг. 12 и 13, улучшение отношения «сигнал-шум» больше на левой стороне, чем на правой стороне, если используется устройство формирования пучка, соответствующее изобретению. Таким образом, использование формирования пучка приводит в результате к большим улучшениям отношения «сигнал-шум» в областях изображения, в которых отношение «сигнал-шум» меньше, и к меньшим улучшениям отношения «сигнал-шум» в областях изображения, в которых отношение «сигнал-шум» больше. Это ведет к более равномерному распределению отношения «сигнал-шум» по изображению и, следовательно, дополнительно улучшает качество реконструированного изображения.

Хотя в описанных выше вариантах осуществления обеспечивается блок коллимации и формирования пучка, содержащий коллиматор, устройство формирования пучка с интегрированным фильтром-бабочкой или устройство формирования пучка с отдельным фильтром-бабочкой, эти устройства формирования пучка и фильтры и коллиматор могут также быть элементами, которые не объединяются в блоке коллимации и формирования пучка. Кроме того, блок смены блока формирования пучка может быть расположен вне блока коллимации и формирования пучка и может также обеспечиваться, если устройство формирования пучка не является частью блока коллимации и формирования пучка.

Хотя в описанных выше вариантах осуществления, коллиматор и устройство формирования пучка и/или фильтр-бабочка располагаются так, что пучок излучения коллимируется коллиматором перед тем, как падает на устройство формирования пучка и/или на фильтр-бабочку, в других вариантах осуществления коллиматор и устройство формирования пучка и/или фильтр-бабочка могут быть расположены так, что пучок излучения падает на устройство формирования пучка и/или на фильтр-бабочку до того, как коллимируется коллиматором.

Хотя в описанных выше вариантах осуществления веса для взвешивания значений обнаружения являются нормализованными весами, в других вариантах осуществления могут также использоваться веса, которые не нормализованы. Кроме того, хотя в описанных выше вариантах осуществления взвешивались избыточные значения обнаружения, также возможно, что взвешиваются значения обнаружения, которые не избыточны.

Если были получены избыточные значения обнаружения и неизбыточные значения обнаружения, блок реконструкции предпочтительно выполняется с возможностью реконструкции изображения области исследования из избыточных значений обнаружения, которые взвешены, и из неизбыточных значений обнаружения, которые также могут быть взвешены. В частности, перед реконструкцией, то есть, например, перед рирпроекцией, избыточные значения обнаружения могут быть взвешены посредством описанных выше весов, предпочтительно, упомянутых выше нормализованных весов, причем сумма весов значений обнаружения, которые соответствуют одному и тому же вокселу, равна единице, и неизбыточные значения обнаружения предпочтительно взвешиваются таким образом или не взвешиваются.

Хотя выше был упомянут способ апертурной реконструкции с весовым клином, изображение области исследования может быть также реконструировано, используя другой способ реконструкции. Например, может использоваться итерационный способ реконструкции, обеспечивающий наибольшее правдоподобие, такой как, например, который раскрыт в статье "Correction of Iterative Reconstruction Artifacts in Helical Cone-Beam CT", Zeng, K. et al., 10th International Meeting on Fully Three-Dimensional Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine, стр. 242-245. Кроме того, может использоваться способ апертурной реконструкции с весовым клином, раскрытый в "Weighted FBP - a simple approximate 3D FBP algorithm for multislice spiral CT with good dose usage for arbitrary pitch", Stierstorfer K. et al., Phys. Med. Biol,, том 49, стр. 2209-2218, 2004. В качестве дополнения, для реконструкции изображения области исследования могут использоваться угловая взвешенная рирпроекция с параллельным пучком, как раскрыто, например, в "Extended parallel backprojection for standard three-dimensional and phase-correlated four-dimensional axial and spiral cone-beam CT with arbitrary pitch, arbitrary cone-angle, and 100% dose usage", Kachelriess, M. et al., Med. Phys., том 31, стр. 1623-1641, 2004, способ реконструкции компьютерной томографии с взвешенным коническим пучком, как раскрыто в "A new weighting scheme for cone-beam helical CT to reduce the image noise", Taguchi, K. et al., Phys. Med. Biol, том 49, стр. 2351-2364, 2004 или способы реконструкции, основанные на двумерных аппроксимациях, подобно способу ASSR, раскрытому, например, в "Advanced single-slice rebinning in cone-beam spiral CT", Kachelriess, M. et al., Med. Phys., volume 27, pages 754-772, 2000.

Если в описанных выше вариантах осуществления упоминается, что устройство формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения, то, предпочтительно, устройство формирования пучка выполняется с возможностью формирования конического пучка излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения подобна среднему значению весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения.

Другие модификации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения после изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы и единственное число не исключает множественное число.

Единый блок или устройство могут выполнять функции нескольких позиций, представленных в формуле изобретения. Простой факт, что определенные меры представлены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих мер не может использоваться для достижения преимущества.

Обеспечение весов, осуществляемое блоком обеспечения весов, и реконструкция вокселов изображения области исследования, выполняемая блоком реконструкции, может осуществляться любым другим количеством блоков или устройств. Например, обеспечение весов и реконструкция могут быть выполнены единым блоком или любым другим количеством различных блоков. Обеспечение весов и реконструкция и/или управление устройством компьютерной томографии в соответствии со способом компьютерной томографии может быть осуществлено как программное кодовое средство компьютерной программы и/или как специализированное аппаратное обеспечение.

Компьютерная программа может храниться/распространяться на соответствующем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель данных, обеспечиваемый вместе с аппаратным обеспечением или как его часть, но может также распространяться в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения.

Изобретение относится к устройству компьютерной томографии, содержащему источник излучения и детектор для формирования значений обнаружения в зависимости от конического пучка излучения. Блок обеспечения весов обеспечивает для комбинаций вокселов изображения со значениями обнаружения веса, чтобы назначать вес значениям обнаружения, и устройство формирования пучка формирует конический пучок излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. Такое формирование конического пучка излучения улучшает отношение «сигнал-шум» взвешенных значений обнаружения.

Изобретение относится к устройству компьютерной томографии. Техническим результатом является повышение качества реконструированных изображений. Устройство содержит: источник (2) излучения и детектор (6) для формирования значений обнаружения в зависимости от конического пучка (4) излучения. Блок (12) обеспечения весов обеспечивает веса для комбинаций вокселов изображения и значений обнаружения для взвешивания значений обнаружения, и устройство формирования пучка формирует конический пучок (4) излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения инверсия дисперсии соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется со средним значением весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, с соответствующим значением обнаружения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство компьютерной томографии, причем устройство компьютерной томографии содержит:
источник (2) излучения для излучения конического пучка (4) излучения, который должен пересечь область (5) исследования устройства компьютерной томографии,
устройство (32) формирования пучка для формирования конического пучка (4) излучения,
детектор (6) для формирования значений обнаружения в зависимости от конического пучка (4) излучения, пересекающего область (5) исследования,
блок (12) обеспечения весов для обеспечения комбинациям вокселов изображения области (5) исследования и значений обнаружения, причем каждая комбинация содержит воксел и значение обнаружения, которое соответствует вокселу, весов для взвешивания значений обнаружения,
блок (13) реконструкции для реконструкции вокселов, причем для реконструкции вокселов блок (13) реконструкции выполнен с возможностью взвешивания значений обнаружения, которые соответствуют вокселу, который должен быть реконструирован, весами, обеспеченными для комбинаций воксела, который необходимо реконструировать, и соответствующего значения обнаружения, и реконструкции воксела исходя из взвешенных значений обнаружения,
причем устройство (32) формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка (4) излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинациям вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка (4) излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области (5) исследования.

2. Устройство компьютерной томографии по п.1, в котором
источник (2) излучения и детектор (6) выполнены с возможностью обнаружения избыточных значений обнаружения,
блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения комбинациям вокселов изображения области (5) исследования и избыточных значений обнаружения нормализованных весов для взвешивания избыточных значений обнаружения,
для реконструкции воксела блок (13) реконструкции выполнен с возможностью взвешивания избыточных значений обнаружения, которые соответствуют вокселу, который должен быть реконструирован, с помощью нормализованных весов, обеспеченных комбинациям воксела, который необходимо реконструировать, и соответствующего избыточного значения обнаружения, и реконструкции воксела исходя из взвешенных избыточных значений обнаружения,
устройство (32) формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка (4) излучения так, что по меньшей мере для части избыточных значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему избыточному значению обнаружения, и соответствующего избыточного значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического
пучка (4) излучения, от которого зависит соответствующее избыточное значение обнаружения, перед пересечением области (5) исследования.

3. Устройство компьютерной томографии по п.1, в котором блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов так, что уменьшаются артефакты конического пучка.

4. Устройство компьютерной томографии по п.1, в котором блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов так, что уменьшаются артефакты движения.

5. Устройство компьютерной томографии по п.1, в котором блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения веса для комбинации воксела и значения обнаружения в зависимости от апертуры части конического пучка излучения, который пересек воксел, и в зависимости от которого формируется значение обнаружения.

6. Устройство компьютерной томографии по п.5, в котором блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения большего веса, если апертура меньше, и меньшего веса, если апертура больше.

7. Устройство компьютерной томографии по п.6, в котором блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения веса так, что веса значений обнаружения непрерывно и монотонно приближаются к нулю с увеличением апертуры.

8. Устройство компьютерной томографии по п. 1, причем устройство
компьютерной томографии содержит движущий блок (1, 7, 8) для перемещения источника (2) излучения и области (5) исследования относительно друг друга вдоль спиральной траектории, причем блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов в зависимости от шага спиральной траектории, причем устройство компьютерной томографии содержит несколько устройств (32) формирования пучка для различных шагов и выполнено с возможностью выбора устройства формирования пучка из нескольких устройств формирования пучка в зависимости от шага спиральной траектории и использования выбранного устройства формирования пучка при формировании значений обнаружения.

9. Устройство компьютерной томографии по п.1, причем устройство компьютерной томографии содержит коллиматор (30) для коллимации конического пучка (4) излучения, причем блок (12) обеспечения весов выполнен с возможностью обеспечения весов в зависимости от коллимации конического пучка излучения (4), причем устройство компьютерной томографии содержит несколько устройств (32) формирования пучка для различных коллимаций и выполнено с возможностью выбора устройства формирования пучка из нескольких устройств формирования пучка в зависимости от коллимации конического пучка (4) излучения и использования выбранного устройства формирования пучка при формировании значений обнаружения.

10. Устройство компьютерной томографии по п.1, в котором устройством формирования пучка является фильтр-бабочка.

11. Устройство компьютерной томографии по п.1, причем устройство компьютерной томографии дополнительно содержит второй вид устройства формирования пучка, являющегося фильтром-бабочкой (31) .

12. Устройство формирования пучка для использования с устройством компьютерной томографии по п.1, причем устройство (32) формирования пучка выполнено с возможностью формирования конического пучка (4) излучения так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинации вокселов, которые соответствуют соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка (4) излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования (5).

13. Способ компьютерной томографии, причем способ компьютерной томографии содержит следующие этапы, на которых:
- излучают конический пучок (4) излучения для пересечения области (5) исследования устройства компьютерной томографии источником (2) излучения,
- формируют конический пучок (4) излучения с помощью устройства
(32) формирования пучка,
- формируют с помощью детектора (6) значения обнаружения в зависимости от конического пучка (4) излучения после пересечения области (5) исследования,
обеспечивают для комбинаций вокселов изображения области (5) исследования и значений обнаружения, причем каждая комбинация содержит воксел и значение обнаружения, соответствующее вокселу, веса для взвешивания значений обнаружения блоком (12) обеспечения весов,
реконструируют вокселы с помощью блока (13) реконструкции, причем для реконструкции воксела значения обнаружения, которые соответствуют вокселу, который должен реконструироваться, взвешивают с помощью весов, обеспеченных для комбинаций воксела, который необходимо реконструировать, и соответствующего избыточного значения обнаружения, и воксел реконструируют исходя из взвешенных значений обнаружения, причем конический пучок (4) излучения формируют так, что по меньшей мере для части значений обнаружения среднее значение весов, соответствующих комбинациям вокселов, соответствующих соответствующему значению обнаружения, и соответствующего значения обнаружения положительно коррелируется с интенсивностью соответствующей части конического пучка (4) излучения, от которого зависит соответствующее значение обнаружения, перед пересечением области исследования (5).