JP2006000226A

JP2006000226A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2006000226A
Application number: JP2004177406A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Urushiya; 裕之漆家
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】金属などのＸ線高吸収体があってもアーチファクトの少ない断層画像を得る。
【解決手段】再構成関数は高吸収体Ｍが含まれる範囲Ｒ１内では、図５に示すような高周波成分を低下させる再構成関数を用い、通常の範囲Ｒ３ではＳｈｅｐｐ＆Ｌｏｇａｎ関数のような標準的な再構成関数を用いる。移行範囲Ｒ２においては、高吸収体Ｍが含まれる範囲からの距離に応じて、高吸収体範囲の再構成関数と通常範囲の再構成関数を補間して漸次移行する再構成関数を用いる。
【選択図】図４

Description

本発明は、Ｘ線高吸収体によるアーチファクトを軽減した断層画像を得るコーンビーム型のＸ線ＣＴ装置に関するものである。

Ｘ線ＣＴ（Computer Tomography）装置においては、被検体の内部に金属等のＸ線高吸収体が存在すると、Ｘ線強度の減弱に伴う高周波成分が投影データに含まれるようになり、再構成画像にストリークアーチファクトと呼ばれる直線状の偽像が生じ、診断の妨げとなる。

このようなアーチファクトを除去或いは低減するため、例えば特許文献１では、先ず投影データを再構成して断層画像を作成し、この断層画像から金属などに関する関心領域を設定する。そして、投影データ上における関心領域に対応する領域を求め、この領域について移動平均処理を行う。この移動平均処理された投影データを再構成することによって、アーチファクトの低減された断層画像を得る。

特開平６−９８８８６号公報

コーンビーム型Ｘ線ＣＴ装置などで、１人の患者に対する複数の断層画像を再構成する場合に同一の再構成関数が用いられる。このため、体内外に金属を有する患者を撮影して断層画像を作成した場合に、金属が存在する断面の断層画像は、アーチファクトが発生して診断に不向きな画像となってしまう。

また、このアーチファクトを除去するための前述の特許文献１の方法では、金属等の高吸収体の存在或いはその存在領域を断層画像より発見するために、最初に再構成処理を行わなければならない。そして、投影データを補正した後に、再度再構成処理を行うことになる。

つまり、２度の再構成処理をする必要があるが、再構成処理は計算量が極めて膨大で、時間のかかる処理である。特に、Ｘ線検出器に二次元平面検出器を用いたコーンビーム型ＣＴ装置の場合には、体軸方向のスライスピッチも画素ピッチと同等の細かさで再構成できるため、再構成処理にかかる時間は多大なものとなる。

また、アーチファクトを除去或いは低減するために、投影データに移動平均処理を行えば処理時間が増大し、更に移動平均処理では精度の良い補正を行うことができない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、計算時間の損失がなく撮影サイクルを維持することができ、効率の良い撮影、診断に有効なＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、投影画像から高吸収体領域を抽出し再構成する断面が高吸収体を含むか否かを決定する決定手段と、前記高吸収体を含まない断面について通常の第１の再構成関数を使用して再構成する第１の再構成手段と、前記高吸収体を含む断面についてより高周波をカットするアーチファクト軽減効果の高い第２の再構成関数を用いて再構成する第２の再構成手段と、前記高吸収体を含む断面の近傍の断面についてその距離に応じて前記第２の再構成関数から前記第１の再構成関数に漸次移行する第３の再構成関数を用いて再構成する第３の再構成手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、投影画像から高吸収体領域を抽出した該高吸収体領域と再構成する点との距離を求め、該距離によって逆投影するデータを求めるための範囲を決定する決定手段と、前記範囲内の投影データを補間することによって求めたデータを逆投影して再構成を行う再構成手段とを有することを特徴とする。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置によれば、再構成関数を変更することによって金属アーチファクトの少ない断層画像を得ることができ、診断上有効であり、再構成関数を変更するだけであるので、計算時間の損失がなく撮影サイクルを維持することが可能となり、効率の良い撮影、診断が有効に実施できる。

また、逆投影するデータ範囲を高吸収体に合わせて可変にすることで、アーチファクトの少ない自然な断層画像を得ることができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明によるＸ線ＣＴシステムの構成図である。患者である被写体Ｓを挟んでＸ線源１とＸ線検出器２が配置され、Ｘ線源１には撮影システム制御部３の出力が、Ｘ線発生制御部４を介して接続されている。また、Ｘ線検出器２の出力は画像入力部５を介して撮影システム制御部３に接続されている。更に、撮影システム制御部３には、画像処理部６、画像保存部７、診断モニタ８、操作部９、ネットワーク１０が接続されており、ネットワーク１０にはプリンタ１１、診断ワークステーション１２、画像データベース１３が接続されている。

Ｘ線発生装置制御部４により制御されたＸ線源１から発生したＸ線は、患者である被写体Ｓを透過してＸ線検出器２により検知され、検知されたＸ線は投影画像として画像入力部５に入力される。このＸ線源１とＸ線検出器２は被写体Ｓを回転中心として回転を行いながら所定の回転角度毎に投影画像の収集を行う。或いは、Ｘ線源１とＸ線検出器２の位置関係を保持しながら、回転テーブルに固定した被写体Ｓを回転させてもよい。

入力された各回転角度の投影画像は、撮影システム制御部３を介して画像処理部６によってＸ線検出器２の補正、対数変換を含めた前処理や再構成処理等の画像処理がなされ、断層画像群が作成される。作成された断層画像群は診断モニタ８に表示、画像保存部７に保存、ネットワーク１０を介してプリンタ１１、診断ワークステーション１２、画像データベース１３に出力される。表示のウインドウ操作や体軸方向の断層画像の切換表示操作や断面変換操作、三次元表面表示操作などの種々の操作は操作部９によって行われる。

図２はこのシステムにおけるＣＴ撮影のフローチャート図である。最初に、ステップＳ２０１で管電圧、管電流、曝射時間などの撮影条件や患者名、年齢、性別などの患者情報や、検査ＩＤなど検査情報が設定される。設定された撮影条件に合わせてステップＳ２０２で撮影が行われると、撮影により得られた投影画像に対してステップＳ２０３で前処理が実行される。

そして、前処理された投影画像をステップＳ２０４で再構成処理することによって断層画像が作成される。作成した断層画像をステップＳ２０５で表示して、ステップＳ２０６でこの表示画像を確認することによって撮影の成否の判断を行う。

撮影に失敗していればステップＳ２０２に戻って再撮影を行い、撮影に成功していれば、ステップＳ２０７で作成した断層画像を画像サーバーなどに転送し、次の撮影に移ってゆく。

図３は処理のフローチャート図を示し、先ずステップＳ３０１で撮影によって得られた投影画像から高吸収体の抽出を行う。高吸収体ではＸ線の減衰が大きいため、投影画像上で高吸収体領域の画素値は相対的に小さな値となっている。

従って、閾値処理によって２値化して概略の形状を抽出し、２値画像処理である膨張(expansion）処理、侵食(erosion）処理を繰り返すことにより、余分な小成分や穴などを取り除くことができ、無駄なく鮮明に高吸収体領域を抽出することができる。高吸収体領域を抽出すると、ステップＳ３０２で抽出した高吸収体領域に対応するスライス位置を同定する。

これは、図４に示すように投影画像Ｐの縦方向がスライス方向に相当するので、被写体Ｓ中の金属などの高吸収体Ｍの存在する縦方向範囲を同定し、これを高吸収体Ｍの存在するスライス位置範囲とする。そして、ステップＳ３０３でこのスライス位置範囲の上下に移行範囲を設定する。この範囲の幅はスライス位置範囲の幅を、所定の割合で拡大又は縮小した幅を用いればよい。

このようにして、ステップＳ３０４で高吸収体Ｍが存在するスライス位置範囲、移行範囲、及びその他の通常範囲が決まるので、それぞれの範囲内で再構成時の再構成関数を設定する。

再構成関数は図４に示すように高吸収体Ｍが含まれる範囲Ｒ１内では、図５に示すような高周波成分を低下させる再構成関数を用い、通常の範囲Ｒ３ではＳｈｅｐｐ＆Ｌｏｇａｎ関数のような標準的な再構成関数を用いる。移行範囲Ｒ２においては、高吸収体Ｍが含まれる範囲からの距離に応じて、高吸収体範囲の再構成関数と通常範囲の再構成関数を補間して漸次移行する再構成関数を用いる。

このように設定された再構成関数を、図２のステップＳ２０４で再構成処理する際に、そのスライス位置に応じて再構成関数を選択して再構成する。

このようにして、高吸収体Ｍを含まない断面については通常通りの再構成画像が得られ、高吸収体Ｍを含む断面についてはアーチファクトの軽減された再構成画像が得られる。そして、高吸収体Ｍを含む断面から高吸収体Ｍを含まない断面への移行領域の断面では、断面間の変化を滑らかなものとすることができる。

実施例２では、実施例１と同様に図２のフローチャート図のステップＳ２０３の前処理とステップＳ２０４での再構成処理が実行される。図６はこの部分における実施例２のフローチャート図を示している。

ここでは、実施例１と同様に撮影によって得られた投影画像から高吸収体の抽出を行う。そして、再構成処理ではコンボリューション処理の後に、各再構成点ごとに全投影画像において対応するデータを逆投影する。この対応するデータを高吸収体との距離に応じて適応的に算出するために、ステップＳ６０２〜ステップＳ６０４を実行する。先ず、ステップＳ６０２では投影画像上における再構成点と高吸収体との距離を求める。

このために、再構成点の投影画像上の座標を求める。座標系は図７に示すように、三次元の絶対座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、再構成する断層面を三次元絶対座標系の（Ｘ，Ｙ）平面としてスライス方向をＺ軸にとる。

Ｘ線源１の回転中心は三次元絶対座標系の原点Ｏ（０，０，０）であるとして、Ｘ線源１の回転開始の位置の座標を（−D0，０，０）であるとする。Ｘ線源１が角度θだけ回転したときのＸ線源１の位置の座標は（−D0 cosθ，−D0 sinθ，０）となる。そして、再構成点を（ｒ_x，ｒ_y，ｒ_Z）として、Ｘ線源１から原点Ｏを通って、反対側にD0＋D1の個所に垂直に投影面があるとして、投影面上にＯ’を原点とする局所的な二次元座標系（ｘ，ｙ）をとる。

この投影面と局所二次元座標系における再構成点の座標を（Ｐｘ，Ｐｙ）とすれば、次のように現すことができる。
Ｐｘ＝｛ｒ_x−ｔ×（D0 cosθ＋ｒ_x）−D1 cos｝× cosθ−｛ｒ_y−ｔ×（D0 sinθ＋ｒ_y）−D1 sinθ｝×sinθ
Ｐｙ＝ｒ_z−ｔ
ただし、ｔ＝｛(ｒ_x−D1 cosθ)×D1 cosθ＋（ｒ_y−D1 sinθ）×D1 sinθ}／｛(ｒ_x−D0 cosθ)×D1 cosθ＋（ｒ_y−D0 sinθ）×D1 sinθ｝

この再構成点（Ｐｘ，Ｐｙ）と高吸収体との距離を求める。高吸収体の領域は前述のように２値画像として求めることができ、この高吸収体領域の境界線を求める。境界線を抽出する方法は、例えば非特許文献１に記載されている画像処理アルゴリズムを用いればよい。これにより、高吸収体の境界線の点列の座標Ｑｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）が求まる。

画像処理アルゴリズムの最新動向：高木幹雄他編（株）新技術コミュニケーションズの５．幾何学的特徴の処理（２）

再構成点と高吸収体との距離ＰＱは、再構成点と境界線の点列との最小距離によって求める。つまり、ＰＱ＝ｍｉｎ√｛（Ｐｘ−Ｘｎ）²＋（Ｐｙ−Ｙｎ）²）である。

このようにして、図６のステップＳ６０２で再構成点と高吸収体との距離が求まると、ステップＳ６０３でこの距離に応じた逆投影データ範囲を決定する。この決め方は、例えば画素サイズで定義された距離と逆投影データ範囲を横画素数×縦画素数で表した次の表１のテーブルを用いればよい。

表１
距離範囲
０〜１７×７
１〜２６×６
２〜３５×５
３〜４４×４
４〜５３×３

また、逆投影データ範囲の横画素数と縦画素数を違う大きさにすることもできる。これは例えば図８に示すように、再構成点の最近傍の高吸収体の境界線の部分線分、例えば最短距離の点を中心にした所定の数の点列が縦長であれば、逆投影データ範囲を横長にとるようにする。また、この逆に点列が横長であれば、図９に示すように逆投影データ範囲を縦長にとるようにする。

逆投影範囲が求まると、ステップＳ６０４でこの範囲内の投影画像データを補間して逆投影データを求める。補間には、スプライン関数等の補間関数を用いてもよいし、或いは再構成点からの距離の逆数を正規化した重み付けで足し込んだデータを用いることもできる。

このようにして求めた逆投影データを逆投影することによって、アーチファクトで低減された再構成画像を作成することができる。

投影画像データから高吸収体領域を抽出した後に、再構成処理の中の逆投影処理においてアーチファクトを低減する方法を説明すると、Ｘ線ＣＴ装置の再構成処理として最も一般的に用いられている手法は、コンボリューション（演算）・バックプロジェクション（逆投影演算）法である。

コーンビームＣＴにおいても、このコンボリューション・バックプロジェクション法を、コーンビームに拡張したＦｅｌｄｋａｍｐの方法が用いられている。このＦｅｌｄｋａｍｐの方法は、image=ＢＰ[ｗ₁×{ｗ₂=proj＊func}]Λと表すことができる。

ここで、imageは再構成画像、projは投影データ、funcは再構成関数と呼ばれるコンボリューション関数データであり、ｗ₁、ｗ₂は重みを表し、＊はコンボリューション、ＢＰはバックプロジェクションを表している。

図１０は従来のバックプロジェクションの説明図を示し、バックプロジェクションは再構成点Ａを通るＸ線源１からのＸ線経路の投影画像Ｐ上における点のデータを１周（ハーフスキャンでは半周＋ファン角度）に渡って、全て足し込むことによって行われる。ただし、Ｘ線経路の投影画像Ｐ上における点は、必ずしも投影画像Ｐの画素の中心点に一致するとは限らないため、その点の近傍４点を補間したデータを逆投影データとして足し込んでいる。

本発明では、この逆投影に用いるデータを全て近傍４点とするのではなく、図１１に示すように投影画像Ｐ上で再構成点Ａと抽出された高吸収体Ｍとの距離に応じて範囲を可変にするものである。つまり、高吸収体Ｍとの距離が近ければ、より広い範囲にわたるデータを補間して用い、高吸収体Ｍとの距離が遠ければ、その範囲を狭めるものである。これによって、高吸収体Ｍの近辺における高周波成分の影響を緩和することができ、アーチファクトが低減された再構成画像を得ることができる。

Ｘ線ＣＴシステムの構成図である。撮影の流れのフローチャート図である。処理の流れのフローチャート図である。断面位置によって再構成関数を変更する説明図である。再構成関数の周波数特性のグラフ図である。処理の流れのフローチャート図である。再構成点と投影面の幾何学的位置関係の説明図である。再構成点の最近傍の高吸収体の境界線の部分線分が縦長である場合の説明図である。再構成点の最近傍の高吸収体の境界線の部分線分が横長である場合の説明図である。従来のバックプロジェクションの説明図である。可変な逆投影データ範囲の説明図である。

符号の説明

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３撮影システム制御部
４Ｘ線発生制御部
５画像入力部
６画像処理部
７画像保存部
８診断モニタ
９操作部

Claims

投影画像から高吸収体領域を抽出し再構成する断面が高吸収体を含むか否かを決定する決定手段と、前記高吸収体を含まない断面について通常の第１の再構成関数を使用して再構成する第１の再構成手段と、前記高吸収体を含む断面についてより高周波をカットするアーチファクト軽減効果の高い第２の再構成関数を用いて再構成する第２の再構成手段と、前記高吸収体を含む断面の近傍の断面についてその距離に応じて前記第２の再構成関数から前記第１の再構成関数に漸次移行する第３の再構成関数を用いて再構成する第３の再構成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
投影画像から高吸収体領域を抽出した該高吸収体領域と再構成する点との距離を求め、該距離によって逆投影するデータを求めるための範囲を決定する決定手段と、前記範囲内の投影データを補間することによって求めたデータを逆投影して再構成を行う再構成手段とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記決定手段は予め前記高吸収体領域再構成点間距離と逆投影データ範囲のテーブルを用いて、前記高吸収体領域再構成点間距離から前記逆投影データ範囲を決定することを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記再構成点の最近傍の前記高吸収体の境界線の部分線分が縦長であれば、前記逆投影データ範囲を横長に、前記部分線分が横長であれば前記逆投影データ範囲を縦長にとることを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。