JP2007089673A - X線ct装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンの画質改善を実現する。
【解決手段】多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置の3次元画像再構成を用いたヘリカルスキャンの画像再構成において、多列X線検出器の1つの列の幅よりも厚いスライス厚を画像再構成するには、投影データ上で検出器列方向(z方向)にz方向フィルタを重畳する方法と、断層像空間上でz方向にフィルタを重畳する方法がある。この2つの方法を計算時間、断層像の画質の観点から最適化して、断層像の画像再構成を高速に、良い画質で得ることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、医療用X線CT(Computed Tomography)装置、または産業用X線CT装置に関し、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンの画像再構成の高速化、画質改善に関する。
従来、多列X線検出器X線CT装置またはフラットパネルに代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器などを有するX線CT装置において、多列X線検出器の1つの列の幅よりも厚いスライス厚を画像再構成する方法としては、図6のように2つの方法がある(たとえば、特許文献1,2参照)。1つは、投影データ上におけるz方向フィルタ重畳処理方法(以下、「投影データz方向フィルタ」と略す)、もう1つは画像空間データ上におけるz方向フィルタ(以下、「画像空間z方向フィルタ」と略す)である。これらは、図6のように、各々長所、短所があった。
このように、上記のようなX線CT装置の画像再構成方法としては、一長一短があり、画像再構成の高速化、画質の観点からは問題であった。
特開2004−73360号公報 特開2004−230030号公報
しかし、上記のようなX線CT装置において、X線コーンビームのコーン角が大きくなるにつれ、画像再構成アルゴリズムも様々なものが考えられ、スライス厚制御の自由度も大きくなる。その一方で、画像再構成時間と画質は、トレード・オフの関係にあり、最適化が必要となる方向である。
そこで、本発明の目的は、多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンにおいてスライス厚制御を行った画像再構成時間と画質を最適化したX線CT装置を提供することにある。
本発明は、医療用X線CT装置、または産業用X線CT装置において、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンの様々なスライス厚の断層像を画像再構成する際に、画像再構成の高速化、画質改善を実現することを特徴とするX線CT装置、またはX線CT撮影方法を提供する。
第1の観点では、本発明は、X線発生装置と、X線発生装置に相対してX線を検出する多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、そのX線データ収集手段から収集された投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、断層像撮影の各種撮影条件を設定する撮影条件設定手段、とを有するX線CT装置において、画像空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚を制御する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第1の観点におけるX線CT装置では、各断層像の断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布(Slice Sensitivity Profile)を考慮しながら、画像空間上で断層像平面に垂直なz方向フィルタ重畳処理を行い、スライス感度分布を見ながらz方向フィルタ重畳係数を調整することで、様々なスライス厚の断層像を画像再構成することができる。
第2の観点では、本発明は、X線発生装置と、X線発生装置に相対してX線を検出する多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、そのX線データ収集手段から収集された投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、断層像撮影の各種撮影条件を設定する撮影条件設定手段、とを有するX線CT装置において、投影データ空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚を制御する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第2の観点におけるX線CT装置では、多列X線検出器の各列の投影データに対して、投影データ空間上で列方向(z方向)フィルタ重畳を行い、z方向フィルタ重畳係数を調整することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第3の観点では、本発明は、X線発生装置と、X線発生装置に相対してX線を検出する多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、そのX線データ収集手段から収集された投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、断層像撮影の各種撮影条件を設定する撮影条件設定手段、とを有するX線CT装置において、投影データ空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いた後に、画像空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚を制御する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第3の観点におけるX線CT装置では、前記第2の観点における投影データ空間に列方向(z方向)フィルタ重畳処理を行った後に、前記第1の観点における画像空間にz方向フィルタ重畳処理を行い、投影データ空間の列方向(z方向)フィルタ重畳係数、画像データ空間のz方向フィルタ重畳係数を調整することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第4の観点では、本発明は、第3の観点のX線CT装置において、撮影条件設定手段で設定された断層像撮影の各種撮影条件により、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第4の観点におけるX線CT装置では、撮影条件設定手段により設定された断層像撮影の各種条件に合わせて、投影データ空間zフィルタ係数、画像データ空間zフィルタ係数を画質または再構成時間または撮影時間または撮影効率の点から最適化することができる。
第5の観点では、本発明は、第1から第4のいずれかの観点のX線CT装置において、撮影条件設定手段で設定された断層像撮影の画質に関わる撮影条件により、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第5の観点におけるX線CT装置では、撮影条件設定手段により設定された断層像の画質に関わる撮影条件に合わせて、投影データ空間zフィルタ係数、画像データ空間zフィルタ係数を画質または再構成時間または撮影時間または撮影効率の点から最適化することができる。
第6の観点では、本発明は、第1から第5のいずれかの観点のX線CT装置において、画像ノイズ指標またはアーチファクト指標のうちの少なくとも1つを設定する撮影条件設定手段と、画像ノイズ指標またはアーチファクト指標のうちの少なくとも1つに応じて画像空間z方向フィルタ係数と投影データ空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第6の観点におけるX線CT装置では、画像ノイズ指標をあらかじめ入力できる撮影条件設定手段を持ち、その画像ノイズの目標値に到達できるように、画像空間z方向フィルタ係数と投影データ空間z方向フィルタ係数とを調整、最適化することができる。
第7の観点では、本発明は、第1から第5のいずれかの観点のX線CT装置において、撮影条件設定手段で設定された断層像撮影の撮影時間および撮影効率に関わる撮影条件により、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第7の観点におけるX線CT装置では、撮影条件設定手段により設定された断層像撮影の撮影時間および撮影効率に関わる撮影条件に合わせて、投影データ空間zフィルタ係数、画像データ空間zフィルタ係数を画質または再構成時間または撮影時間または撮影効率の点から最適化することができる。
第8の観点では、本発明は、第1から第7のいずれかの観点のX線CT装置において、3次元画像再構成を用いた画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第8の観点におけるX線CT装置では、多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器の投影データを3次元画像再構成することで、ヘリカルスキャンにおいては速いヘリカルピッチでも画質劣化しない、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンにおいては、検出器列幅が厚くなっても各列の断層像の画質が劣化しない、画質改善された断層像を画像再構成することができる。
第9の観点では、本発明は、第1から第8のいずれかの観点のX線CT装置において、断層像のスライス厚に依存して画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第9の観点におけるX線CT装置では、様々なスライス厚、スライス感度分布の断層像を得るには、投影データ空間の列方向(z方向)フィルタ重畳係数、画像データ空間のz方向フィルタ重畳係数を調整することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第10の観点では、本発明は、第1から第9のいずれかの観点のX線CT装置において、X線検出器の列方向の各列の幅および列数に依存して画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第10の観点におけるX線CT装置では、多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器から読み出されるX線検出器データまたは投影データの列方向(z方向)の各列の厚さおよび列数に応じて、投影データ空間の列方向(z方向)フィルタ係数、画像データ空間のz方向フィルタ重畳係数を調整することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第11の観点では、本発明は、第1から第10のいずれかの観点のX線CT装置において、画像再構成されるxy平面の断層像の各画素の位置に依存して画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第11の観点におけるX線CT装置では、画像再構成されたxy平面の断層像の各画素にz方向にどのようなスライス感度分布を持たせるかを考慮しながら、投影データ空間の列方向(z方向)フィルタ係数、画像データ空間のz方向フィルタ係数を調整することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第12の観点では、本発明は、第1から第11のいずれかの観点のX線CT装置において、画像空間z方向フィルタ係数は全部正である画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第12の観点におけるX線CT装置では、画像空間z方向フィルタ係数が全部正の場合は、その正の係数がかかるz方向の長さに相当するスライス厚を持った断層像が得られる。またその正の係数の重畳に応じたスライス感度分布を持った断層像が得られる。
第13の観点では、本発明は、第1から第11のいずれかの観点のX線CT装置において、画像空間z方向フィルタ係数は一部負である画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第13の観点におけるX線CT装置では、画像空間z方向フィルタ係数が一部負の場合は、係数が正の部分の断層像と係数が負の部分の断層像の差画像となる断層像が得られる。またその係数の重畳に応じたスライス感度分布を持った断層像が得られる。
第14の観点では、本発明は、第1から第13のいずれかの観点のX線CT装置において、投影データ空間z方向フィルタ係数は全部正である画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第14の観点におけるX線CT装置では、投影データ空間列方向(z方向)フィルタ係数が全部正の場合は、その正の係数がかかる列方向(z方向)の長さに相当するスライス厚を持った断層像が得られる。またその正の係数の重畳に応じたスライス感度分布を得られる。
第15観点では、本発明は、第1から第13のいずれかの観点のX線CT装置において、投影データ空間z方向フィルタ係数は一部負である画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第15の観点におけるX線CT装置では、投影データ空間列方向(z方向)フィルタ係数が一部負の場合は、係数が正の部分の断層像と係数が負の部分の断層像の差画像となる断層像が得られる。またその係数に応じたスライス感度分布を得られる。
第16の観点では、本発明は、第1から第15のいずれかの観点のX線CT装置において、投影データ空間におけるz方向フィルタ重畳処理、逆投影処理、画像空間におけるz方向フィルタ重畳処理のうち少なくとも2つを並列動作させる画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第16の観点におけるX線CT装置では、画質が良く、画像再構成処理時間のかかる画像空間のz方向フィルタ重畳処理、速いヘリカルピッチでは画質が劣化するが、画像再構成処理時間が短い投影データ空間のz方向フィルタ重畳処理の各々のフィルタ係数を調整、最適化することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第17の観点では、本発明は、第1から第16のいずれかの観点のX線CT装置において、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚制御を行い、ヘリカルスキャンによる断層像を画像再構成する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第17の観点におけるX線CT装置では、ヘリカルスキャンにおいて、画質が良く、画像再構成処理時間のかかる画像空間のz方向フィルタ重畳処理、速いヘリカルピッチでは画質が劣化するが、画像再構成処理時間が短い投影データ空間のz方向フィルタ重畳処理の各々のフィルタ係数を調整、最適化することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第18の観点では、本発明は、第1から第16のいずれかの観点のX線CT装置において、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚制御を行い、可変ピッチヘリカルスキャンによる断層像を画像再構成する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第18の観点におけるX線CT装置では、可変ピッチヘリカルスキャンにおいて、画質が良く、画像再構成処理時間のかかる画像空間のz方向フィルタ重畳処理、速いヘリカルピッチでは画質が劣化するが、画像再構成処理時間が短い投影データ空間のz方向フィルタ重畳処理の各々のフィルタ係数を調整、最適化することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
第19の観点では、本発明は、第17または第18のいずれかの観点のX線CT装置において、ヘリカルスキャンまたは可変ピッチヘリカルスキャンのヘリカルピッチに依存して、画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第19の観点におけるX線CT装置では、ヘリカルスキャンまたは可変ピッチヘリカルスキャンのヘリカルピッチに依存して、投影データ空間z方向フィルタ係数により、どのくらいのスライス厚まで投影データ空間z方向フィルタ重畳処理でまず厚くするか、また最終的に画像空間z方向フィルタ係数により、最終的なスライス厚まで画像空間z方向フィルタ重畳処理で厚くするかを定める。
特に可変ピッチヘリカルスキャンの加速部分、および減速部分においては、時間的に変化するヘリカルピッチの範囲に応じて、投影データ空間z方向フィルタ係数により、どのくらいのスライス厚まで投影データ空間z方向フィルタ重畳処理でまず厚くするか、また最終的に画像空間z方向フィルタ係数により、最終的なスライス厚まで画像空間z方向フィルタ重畳処理で厚くするかを定める。
第20の観点では、本発明は、第1から第16のいずれかの観点のX線CT装置において、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚制御を行い、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンによる断層像を画像再構成する画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
上記第20の観点におけるX線CT装置では、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンにおいて、画質が良く、画像再構成処理時間のかかる画像空間のz方向フィルタ重畳処理、速いヘリカルピッチでは画質が劣化するが、画像再構成処理時間が短い投影データ空間のz方向フィルタ重畳処理の各々のフィルタ係数を調整、最適化することで、様々なスライス厚、断層像平面に垂直なz方向のスライス感度分布を持った断層像を画像再構成することができる。
本発明のX線CT装置、またはX線CT画像再構成方法によれば、多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンにおいて、スライス厚制御を行った画像再構成時間と画質を最適化したX線CT装置を実現することができる。
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図1は、本発明の一実施形態にかかるX線CT装置の構成ブロック図である。このX線CT装置100は、操作コンソール1と、撮影テーブル10と、走査ガントリ20とを具備している。
操作コンソール1は、操作者の入力を受け付ける入力装置2と、前処理、画像再構成処理、後処理などを実行する中央処理装置3と、走査ガントリ20で収集したX線検出器データを収集するデータ収集バッファ5と、X線検出器データを前処理して求められた投影データから画像再構成した断層像を表示するモニタ6と、プログラムやX線検出器データや投影データやX線断層像を記憶する記憶装置7とを具備している。
撮影テーブル10は、被検体を乗せて、走査ガントリ20の開口部に入れ出しするクレードル12を具備している。クレードル12は、撮影テーブル10に内蔵するモータで昇降および直線移動される。
走査ガントリ20は、X線管21と、X線コントローラ22と、コリメータ23と、多列X線検出器24と、DAS(Data Acquisition System)25と、被検体の体軸の回りに回転しているX線管21などを制御する回転部コントローラ26と、制御信号などを前記操作コンソール1や撮影テーブル10とやり取りする制御コントローラ29とを具備している。また、走査ガントリ傾斜コントローラ27により、走査ガントリ20は、z方向の前方および後方に±約30度ほど傾斜できる。
図2は、X線管21と多列X線検出器24の幾何学的配置の説明図である。
X線管21と多列X線検出器24は、回転中心ICの回りを回転する。鉛直方向をy方向とし、水平方向をx方向とし、これらに垂直なテーブル進行方向をz方向とするとき、X線管21および多列X線検出器24の回転平面は、xy平面である。また、クレードル12の移動方向は、z方向である。
X線管21は、コーンビームCBと呼ばれるX線ビームを発生する。コーンビームCBの中心軸方向がy方向に平行なときを、ビュー角度0度とする。
多列X線検出器24は、例えば256列のX線検出器列を有する。また、各X線検出器列は例えば1024チャネルのX線検出器チャネルを有する。
X線が照射されて、収集された投影データは、多列X線検出器24からDAS25でA/D変換され、スリップリング30を経由してデータ収集バッファ5に入力される。データ収集バッファ5に入力されたデータは、記憶装置7のプログラムにより中央処理装置3で処理され、断層像に画像再構成されてモニタ6に表示される。
図3は、本発明のX線CT装置100の動作の概略を示すフロー図である。
ステップS1では、ヘリカルスキャンでは、X線管21と多列X線検出器24とを被検体の回りに回転させ、かつ撮影テーブル10上のクレードル12を直線移動させながらX線検出器データのデータ収集動作を行ない、ビュー角度viewと、検出器列番号jと、チャネル番号iとで表わされるX線検出器データD0(view,j,i)にテーブル直線移動z方向位置Ztable(view)を付加させて、X線検出器データを収集する。また、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンでは撮影テーブル10上のクレードル12を、あるz方向位置に固定させたまま、データ収集系を1回転または複数回転させてX線検出器データのデータ収集を行う。必要に応じて、次のz方向位置に移動した後に、再度データ収集系を1回転または複数回転させてX線検出器データのデータ収集を行う。ここで、ビュー角度viewとは、スキャンの実施の際に、回転部15によって、X線管21が鉛直方向(y軸方向)において被検体の上方に対応する位置から被検体の周囲を回転移動する角度を示す。また、検出器列番号jとは、多列X線検出器24において、列方向(z軸方向)に並ぶ各々のX線検出器の位置を示す番号である。また、チャネル番号iとは、多列X線検出器24において、チャネル方向に並ぶ各々のX線検出器の位置を示す番号である。また、X線検出器データD0(view,j,i)とは、所定のビュー角度viewに移動されたX線管21がX線を被検体へ照射した際に、多列X線検出器24において検出器列番号j,チャネル番号iに位置するX線検出器が、その被検体を透過したX線を検出することで収集するX線検出器データを示している。また、テーブル直線移動z方向位置Ztable(view)とは、スキャンの実施の際に、撮影テーブル10のクレードル12が被検体の体軸方向(z軸方向)に沿って移動された位置を示している。
ステップS2では、X線検出器データD0(view,j,i)に対して前処理を行い、投影データに変換する。前処理は図4のようにステップS21のオフセット補正,ステップS22の対数変換,ステップS23のX線線量補正,ステップS24の感度補正からなる。
ステップS3では、前処理された投影データD1(view,j,i)に対して、ビームハードニング補正を行なう。ビームハードニング補正S3では前処理S2の感度補正S24が行なわれた投影データをD1(view,j,i)とし、ビームハードニング補正S3の後のデータをD11(view,j,i)とすると、ビームハードニング補正S3は以下の数式(1)に示すように、例えば多項式形式で表わされる。
Figure 2007089673
ステップS4では、ビームハードニング補正された投影データD11(view,j,i)に対して、z方向(列方向)のフィルタをかける投影データz方向フィルタ処理を行なう。
ステップS4では、各ビュー角度、各データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列X線検出器D11(ch,row)(ch=1〜CH, row=1〜ROW)の投影データに対し、列方向に例えば下記の数式(2)のような列方向フィルタサイズが5列のフィルタをかける。
(w(ch),w(ch),w(ch),w(ch),w(ch)) ・・・(2)
ただし、以下の数式(3)を満足するものとする。
Figure 2007089673
補正された検出器データD12(ch,row)は、以下の数式(4)のようになる。
Figure 2007089673
また、列方向フィルタ係数を各チャネルごとに変化させると画像再構成中心からの距離に応じてスライス厚を制御できる。一般的に断層像では再構成中心に比べ周辺部の方が、スライス厚が厚くなるので、列方向フィルタ係数を中心部と周辺部で最適に変化させて、スライス厚は周辺部でも画像再構成中心部でも一様に近くすることもできる。
ステップS5では、再構成関数重畳処理を行う。すなわち、フーリエ変換し、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。再構成関数重畳処理S5では、z方向フィルタ重畳処理後のデータをD12とし、再構成関数重畳処理後のデータをD13、重畳する再構成関数をKernel(j)とすると、再構成関数重畳処理は以下の数式(5)のように表わされる。
Figure 2007089673
ステップS6では、再構成関数重畳処理した投影データD13(view,j,i)に対して、3次元逆投影処理を行い、逆投影データD3(x,y)を求める。画像再構成される画像はz軸に垂直な面、xy平面に3次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはxy平面に平行なものとする。この3次元逆投影処理については、図5を参照して後述する。
ステップS7では、逆投影された断層像D3(x,y,z)に対して、画像空間z方向フィルタ重畳処理を行う。画像空間z方向フィルタ重畳処理された断層像をD4(x,y,z)とすると、以下の数式(6)となる。
Figure 2007089673
ただし、v(i)はz方向の幅が2l+1の画像空間z方向フィルタ係数で以下の数式(7)のような係数列となる。
Figure 2007089673
ヘリカルスキャンにおいては、画像空間フィルタ係数v(i)はz方向位置に依存しない画像空間z方向フィルタ係数であってよいが、特にz方向に検出器幅の広い2次元X線エリア検出器24、多列X線検出器24を用いた場合に、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンにおいては、画像空間z方向フィルタ係数v(i)はz方向のX線検出器の列の位置に依存した画像空間z方向フィルタ係数であれば、各断層像の列位置に依存した詳細な調整ができるので更に効果的である。
ステップS8では、画像空間z方向フィルタ重畳処理をされた断層像D4(x,y,z)に対して画像フィルタ重畳、CT値変換などの後処理を行い、断層像D41(x,y,z)を得る。
後処理の画像フィルタ重畳処理では、3次元逆投影後の断層像をD41(x,y,z)とし、画像フィルタ重畳後のデータをD42(x,y,z)、断層像平面であるxy平面の2次元フィルタである画像フィルタをFilter(z)とすると、以下の数式(8)のように示される。
Figure 2007089673
つまり、検出器の各j列ごとに独立した画像フィルタ重畳処理を行なえるため、各列ごとのノイズ特性、分解能特性の違いを補正できる。
得られた断層像はモニタ6に表示される。
図5は、3次元逆投影処理(図4のステップS6)を示すフロー図である。
本発明では、画像再構成される画像はz軸に垂直な面、xy平面に3次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはxy平面に平行なものとする。
ステップS61では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー(すなわち、360度分のビュー又は「180度分+ファン角度分」のビュー)中の一つのビューに着目し、再構成領域Pの各画素に対応する投影データDrを抽出する。
xy平面に平行な512×512画素の正方形の領域を再構成領域Pとし、y=0のx軸に平行な画素列L0からy=511の画素列L511に至るまで、これらの画素列L0〜L511をX線透過方向に多列X線検出器24の面に投影したラインT0〜T511上の投影データを抽出すれば、それらが断層像上の各画素に逆投影される投影データDr(view,x,y)となる。ただし、x,yは断層像の各画素(x,y)に対応する。
X線透過方向は、X線管21のX線焦点と各画素と多列X線検出器24との幾何学的位置によって決まるが、X線検出器データD0(view,j,i)のz座標z(view)がテーブル直線移動z方向位置Ztable(view)としてX線検出器データに添付されて判っているため、加速・減速中のX線検出器データD0(view,j,i)でもX線焦点、多列X線検出器のデータ収集幾何学系の中において、X線透過方向を正確に求めることが出来る。
なお、例えば画素列L0をX線透過方向に多列X線検出器24の面に投影したラインT0のように、ラインの一部が多列X線検出器24のチャネル方向の外に出た場合は、対応する投影データDr(view,x,y)を「0」にする。また、z方向の外に出た場合は投影データDr(view,x,y)を補外して求める。
このように、再構成領域Pの各画素に対応する投影データDr(view,x,y)を抽出できる。
図5に戻り、ステップS62では、投影データDr(view,x,y)にコーンビーム再構成加重係数を乗算した投影データD2(view,x,y)を作成する。
ここで、コーンビーム再構成加重係数w(i,j)は以下の通りである。ファンビーム画像再構成の場合は、一般に、view=βaでX線管21の焦点と再構成領域P上(xy平面上)の画素g(x,y)とを結ぶ直線がX線ビームの中心軸Bcに対してなす角度をγとし、その対向ビューをview=βbとするとき、以下の数式(9)のように示される。
βb=βa+180°−2γ ・・・(9)
再構成領域P上の画素g(x,y)を通るX線ビームとその対向X線ビームが再構成平面Pとなす角度を、αa,αbとすると、以下の数式(10)に示すように、これらに依存したコーンビーム再構成加重係数ωa,ωbを掛けて加算し、逆投影画素データD2(0,x,y)を求める。
D2(0,x,y)=ωa・D2(0,x,y)_a+ωb・D2(0,x,y)_b ・・・(10)
ただし、D2(0,x,y)_aはビューβaの投影データ、D2(0,x,y)_bはビューβbの投影データとする。
なお、コーンビーム再構成加重係数の対向ビーム同士の和は、以下の数式(11)のように示される。
ωa+ωb=1 ・・・(11)
コーンビーム再構成加重係数ωa,ωbを掛けて加算することにより、コーン角アーチファクトを低減することが出来る。
また、ファンビーム画像再構成の場合は、更に距離係数を再構成領域P上の各画素に乗算する。距離係数はX線管21の焦点から投影データDrに対応する多列X線検出器24の検出器列j,チャネルiまでの距離をr0とし、X線管21の焦点から投影データDrに対応する再構成領域P上の画素までの距離をr1とするとき、(r1/r0)である。
また、平行ビーム画像再構成の場合は、再構成領域P上の各画素にコーンビーム再構成加重係数w(i,j)のみを乗算すればよい。
ステップS63では、予めクリアしておいた逆投影データD3(x,y)に、投影データD2(view,x,y)を画素対応に加算する。
ステップS64では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー(すなわち、360度分のビュー又は「180度分+ファン角度分」のビュー)について、ステップS61〜S63を繰り返し、図10に示すように、逆投影された断層像D3(x,y)を得る。これをあるz座標の断層像としてD3(x,y,z)とする。
なお、再構成領域Pを512×512画素の正方形の領域とせずに、直径512画素の円形の領域としてもよい。
一般的に図6の表に示すように、X線CT装置においてはスライス厚を制御する技術として、図7に示す投影データ上におけるz方向フィルタ重畳処理方法と、図8に示す画像空間データ上におけるz方向フィルタ重畳処理方法とがある。
図6の表に示すように、投影データ上におけるz方向フィルタ重畳処理方法の長所としては、投影データ上でz方向フィルタを重畳し、1回の3次元画像再構成を行うだけでスライス厚の厚い断層像が高速に得られる点であり、投影データ上におけるz方向フィルタ重畳処理方法の短所としては、断層像の画素の位置にかかわらず、投影データ上で列方向に1種類のz方向フィルタを重畳するので、画像空間でのz方向フィルタの幅が各画素の位置に依存してしまい、逆投影するX線ビーム幅の矛盾が発生してアーチファクトが出る点である。
一方、画像空間上におけるz方向フィルタ重畳処理方法の長所としては、画像空間上でz方向フィルタを重畳し、スライス厚の厚い断層像を得るので正確なz方向フィルタ処理が行え、断層像の画質が良い点であり、画像空間上におけるz方向フィルタ重畳処理方法の短所としては、z方向に複数枚の断層像を画像再構成するので処理時間がかかる点である。
これらの2つのスライス厚を制御する技術には、このように一長一短がある。多列X線検出器24でも16列程度、z方向のX線検出器幅が20mm程度と小さい多列X線検出器においては、従来は投影データ上におけるz方向フィルタ重畳処理方法が一般的に用いられて来た。その理由としては、従来はまだまだ画像逆投影処理に時間がかかっており、何回も画像逆投影処理を行う画像空間z方向フィルタ重畳処理よりは、画像逆投影処理の回数の少ない投影データ空間z方向フィルタ重畳処理の方が好まれて来た。
投影データ空間z方向フィルタ重畳処理では、投影データ上で列方向であるz方向に加重係数フィルタを重畳し、その後、再構成関数重畳、画像逆投影を1回ずつ行うだけで済み、画像再構成処理時間は短い。
しかし、多列X線検出器24のz方向のX線検出器幅が広くなり、投影データ上におけるz方向フィルタ重畳処理では矛盾が生じる場合が出てきた。例えば、図9に示すように、投影データ上z方向フィルタの幅が4列分だったとする。この場合、3次元画像再構成では断層像の画素の位置によらず4列分の幅のz方向フィルタで重畳された投影データが3次元逆投影される。
しかし、図9に示すように、X線管21側での断層像の画素における投影データz方向フィルタの幅はw1となる。また、多列X線検出器24側での断層像の画素における投影データz方向フィルタの幅はw2となる。この場合、明らかにw2>w1となる。
画像再構成される断層像のスライス厚が厚くなればなるほど、この現象は顕著となる。また、w2>w1のように逆投影されるX線ビーム幅が断層像の位置により異なると断層像にアーチファクトが発生する。つまり、画像再構成される断層像のスライス厚が厚くなると投影データz方向フィルタ重畳処理ではアーチファクトが発生しやすくなる。
またヘリカルスキャンにおいては、ヘリカルピッチが速ければ速いほどw1,w2のX線ビーム幅のデータのz方向位置が異なり、アーチファクトが更に出やすくなる。
これに対して画像空間z方向フィルタ重畳処理では、図10のように、あらかじめ薄いスライス厚の断層像1,2,3を画像再構成しておく。この場合、薄いスライス厚の断層像では断層像の画素の位置によるX線ビーム幅の違いによる矛盾は小さく、アーチファクトは出にくく画質は良い。これらの画質の良い薄いスライス厚の画像に画像空間z方向フィルタ重畳処理を行うので、最終的に画像再構成されるスライス厚の厚い断層像でも画質は良い。
以上からわかるように、スライス厚が薄い場合の画像再構成には投影データ空間z方向フィルタ重畳処理が適し、スライス厚が厚い場合の画像再構成には画像空間z方向フィルタ重畳処理が適する。
更に、画像再構成時間をより短縮するには、スライス厚が厚い場合の画像再構成では、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理によるX線ビーム幅の矛盾によるアーチファクトが影響しないスライス厚まで投影データ空間z方向フィルタ重畳処理を用い、更にスライス厚を厚くする場合は、画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いるのが良い。
図3のフロー図で説明すると、ステップS4の投影データ空間z方向フィルタ重畳処理で、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理によるX線ビーム幅の矛盾によるアーチファクトが影響しないスライス厚まで投影データ空間z方向フィルタを重畳し、更にスライス厚を厚くする必要がある場合は、ステップS7の画像空間z方向フィルタ重畳処理で最終的なスライス厚にまで画像再構成を行う。
なお、画像空間z方向フィルタ重畳処理におけるz方向フィルタ重畳前の各々の断層像のスライス感度プロファイルスライス厚と、z方向フィルタ重畳後のスライス感度プロファイルスライス厚は図16のようになる。これにより、画像空間z方向フィルタ重畳処理によりスライス厚が制御されることがわかる。
この場合の投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理のバランスはスライス厚、多列X線検出器24のX線検出器チャネルの列方向の各列の幅に依存する。また、ヘリカルスキャンにおいてはヘリカルピッチにも依存する。つまり、これらのスライス厚、X線検出器列方向幅、ヘリカルピッチが選択された後に投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数が最適に定まるようにするのが良い。
図11に示す撮影の流れにおいて上記を示す。
ステップP1において、被検体のセットを行う。この時に、被検体の体軸方向がz方向、撮影する断層像平面および走査ガントリ20の回転平面は、xy平面となる。
ステップP2において、スカウト撮影を行う。
ステップP3において、撮影条件設定を行う。AP方向(y方向,0度方向)または、LR方向(x方向,90度方向)もしくは、この2方向のスカウト像を撮影し、操作者はそのスカウト像上で撮影する位置、範囲、断層像の間隔、各断層像のスライス厚、断層像の枚数、使用するX線検出器のz方向の幅、列数、各列の幅、ヘリカルスキャンにおいてはヘリカルピッチ、シネスキャンにおいてはデータ収集回数またはデータ収集時間などを設定する。また、画質のパラメータとして、画像ノイズ(画素値の標準偏差)の目標値であるノイズ指標値、または画像のアーチファクト量の目標値であるアーチファクト指標値を設定することもできる。
ステップP4において、ステップP3により定められたスライス厚、X線検出器の列数、各列の幅、また、ヘリカルスキャンまたは可変ピッチヘリカルスキャンのヘリカルピッチに依存して、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数を調整して、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数決定を行う。
ステップP5において、ステップP3により定められたコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンまたは可変ピッチヘリカルスキャンを定められた撮影条件に従って撮影を行う。
ステップP6において、ステップP4で定められた係数に従って、投影データ空間z方向フィルタ係数により、ある一定のスライス厚まで投影データ空間z方向フィルタ重畳処理で厚くしておいて、更に画像空間z方向フィルタ係数により、最終的なスライス厚まで画像空間z方向フィルタ重畳処理で厚くするスライス厚制御を行って画像再構成を行う。
ステップP7において、画像表示を行う。また、必要に応じて3次元画像表示、MPR(Multi Plain Reformat)画像表示を行う。
これらにより、各々の撮影条件により定められたスライス厚、X線検出器列方向幅、ヘリカルピッチによる最適な画質の断層像が画像再構成できる。
特にコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンにおいては、図12のように各列の番号付けをした場合、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理や、画像空間z方向フィルタ重畳処理を行わずに画像再構成を行った場合に、例えば図13(a),(b)のように、スライス厚が各列に依存して変化してしまう場合がある。これはX線検出器のクロストークや3次元画像再構成アルゴリズムの調整など様々の要因が絡んで来ているためである。これではステップS7において、3次元画像表示、MPR画像表示を行った時にz方向に不均一な画像となってしまう可能性がある。これを避けるために、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理の投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ重畳処理の画像空間z方向フィルタ係数を各列ごとに持たせて、列に依存させて調整することにより、図13(b)のように各列のスライス厚をほぼ一定にすることができる。
また画像ノイズも列に依存して変化してしまう場合がある。例えば、図14(a),(b)のように、画像ノイズが各列に依存してしまう場合もある。これもX線検出器のクロストークや3次元画像再構成アルゴリズムの調整など様々の要因が絡んで来ているためである。これではステップS7において、3次元画像表示、MPR画像表示を行った時にz方向に不均一な画像となってしまう可能性がある。これを避けるために、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理の投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ重畳処理の画像空間z方向フィルタ係数を各列ごとに持たせて、列に依存させて調整する画像ノイズフィルタなどをかけることにより、図14(b)のように、各列の画像ノイズをほぼ一定にすることができる。
このように、様々な画像特性を一様にするように投影データ空間z方向フィルタ重畳処理の投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ重畳処理の画像空間z方向フィルタ係数を各列ごとに持たせて、列に依存させて調整する。
つまり、図12のように、nb列に画像空間z方向フィルタ係数IZnb(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZnb(i)を持たせ、1b列に画像空間z方向フィルタ係数IZ1b(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZ1b(i)とを持たせ、1a列に画像空間z方向フィルタ係数IZ1a(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZ1a(i)とを持たせ、na列に画像空間z方向フィルタ係数IZna(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZna(i)とを持たせる。このように、各列ごとにフィルタ係数を持たせる。
ただし、iはz方向(列方向)フィルタ係数で例えば5列幅のフィルタ係数では、以下の数式(12)に示すようなz方向(列方向)フィルタになる。
Figure 2007089673
また、特に可変ピッチヘリカルスキャンの場合のヘリカルピッチの変化は、図15のように変化する。
速度一定領域においては、nb列においての画像空間z方向フィルタ係数IZnb(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZnb(i)、1b列においての画像空間z方向フィルタ係数IZ1b(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZ1b(i)、1a列においての画像空間z方向フィルタ係数IZ1a(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZ1a(i)、na列においての画像空間z方向フィルタ係数IZna(i)と投影データ空間z方向フィルタ係数VZna(i)の各係数パラメータは1種類で固定でよいが、加速領域、減速領域においては1種類の係数パラメータでは対応できない。図15のように、加速領域、減速領域を細分化し、各々の領域の速度に依存させて係数パラメータを変化させるか、またはz座標もしくは時刻tのパラメータで各z座標、各時刻依存の関数の形で係数パラメータを持たせるようにさせてもよい。
また、ここで投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理の各々の処理時間が画像再構成時間にかかる影響を説明する。
図17では、横軸に時間軸を取り、縦軸に各場合の処理時間の例を並べている。
図17のように通常画像再構成時間は、前処理時間T(図3のステップS1,ステップS2,ステップS3を含む)、投影データ空間z方向フィルタ重畳処理TVZ(図3のステップS4を含む)、再構成関数重畳処理時間T(図3のステップS5を含む)、画像空間z方向フィルタ重畳処理TIZ(図3のステップS6,ステップS7,ステップS8を含む)より構成されているとする。
この場合、およそTIZ=3・Tvzとする。この時にz方向フィルタ処理を投影データ空間に、よりzフィルタ処理の重点を置くと場合1のようになる。また画像空間に、よりzフィルタ処理の重点を置くと場合2のようになる。
これによりわかるように、画像空間zフィルタ処理は処理時間がかかるということがわかる。しかし、画像空間zフィルタ処理は画質が良いため、処理時間と画質のトレードオフの関係となっている。このため、処理時間がかからず画質が劣る投影データzフィルタ処理との組合わせでは、画質と処理時間の観点で最適化する必要が出てくる。
本実施例においては、以下のようにして、断層像撮影において画質優先モードと処理時間優先モードを切換えて、各々のモードにおいて投影データ空間zフィルタ係数、画像空間zフィルタ係数を最適化して断層像撮影を行う。
ステップP11では、撮影条件設定を行う。この時に操作者が画像優先モード、処理時間優先モードの選択を行ってもよいし、部位ごとの推奨撮影条件にあらかじめ設定しておいてもよい。
ステップP12では、画質優先モードかを判断し、YESの画質優先モードであればステップP13へ進み、NOの処理時間モードであればステップP14へ進む。
ステップP13では、画質優先モードの投影データ空間zフィルタ係数、画像空間zフィルタ係数テーブルを参照する。
ステップP14では、処理時間優先モードの投影データ空間zフィルタ係数、画像空間zフィルタ係数テーブルを参照する。
ステップP15では、撮影条件の決定および投影データ空間zフィルタ係数、画像空間zフィルタ係数の決定をする。
ステップP16では、断層像撮影を行う。
ステップP17では、画像再構成を行う。
ステップP18では、画像表示を行う。
ステップP13,ステップP14で参照する各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数のテーブルについては、ヘリカルスキャンの場合の例を図19に示す。このテーブルにおいては、各部位、検査対象、多列X線検出器モード、撮影モード、優先モードごとにテーブルを定めている。特に図19のヘリカルスキャンにおいては、ヘリカルピッチごとに投影データ空間zフィルタ係数IZh××、画像空間zフィルタ係数VZh××が定められている。ただし、××は係数の番号を示す。
このようにして、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数を撮影条件ごとに制御することで画質を最適化できる。
例えば、画質優先モードにおいては、各ヘリカルピッチにおいて各画質の特性、例えばアーチファクト、画像ノイズごとに各々の指標値ごとに、投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数を制御することで画質を最適化できる。
なお、これらの投影データ空間zフィルタ係数IZ××、画像空間zフィルタ係数VZ××は、あらかじめファントムや標準的な被検体の断層像を用いて調整しておくことで画質を最適に保つことができる。
また、図20には、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)の場合の各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数のテーブルを示している。3次元画像再構成の場合は、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンにおいても投影データ空間zフィルタが行える。また、画像空間zフィルタも行えるため、ヘリカルスキャンの場合と同様に撮影条件に応じて投影データ空間zフィルタ係数VZa××、および画像空間zフィルタ係数IZa××の最適化が行える。図20の例においては、図21に示すオーバーラップピッチに応じて、各、画質の特性、例えばアーチファクト指標値ごとに投影データ空間zフィルタ係数、および画像空間zフィルタ係数を制御して画質を最適化している。なお、オーバーラップピッチは、図21(a),(b),(c)に示すように、z方向の複数位置Z1,Z2,Z3においてコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)を行う場合に、X線管21と多列X線検出器24とがz方向に移動する距離Pと、回転中心における多列X線検出器24のz軸方向の検出器幅Dの比で定められる。つまり、P/Dがオーバーラップピッチとなる。
また、ヘリカルスキャンの場合と同様に、これらの投影データ空間zフィルタ係数IZ××、画像空間zフィルタ係数VZ××は、あらかじめファントムや標準的な被検体の断層像を用いて調整しておくことで画質を最適に保つことができる。
また、シネスキャンにおいても図20の各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数のテーブルを定義できる。コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)の場合は、シネスキャンの場合と同様にz方向の端部のX線検出器列における断層像のアーチファクトが特に問題となるため、各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数のテーブルが重要となる。
また、図22には、可変ピッチヘリカルスキャンの場合の各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数のテーブルを示している。3次元画像再構成を用いれば、可変ピッチヘリカルスキャンにおいてもz方向のX線管電流制御と合わせてz方向に一様な画質の断層像が得られる。つまり、z方向にほぼ一様なアーチファクト、スライス厚さ、ノイズなどの画質特性を持った断層像が得られるようにできる。この場合に、変化するヘリカルピッチごとに投影データ空間zフィルタおよび画像空間zフィルタの最適化が重要である。
図22の例においては、可変ピッチヘリカルスキャンまたはシャトルモード可変ピッチヘリカルスキャンにおける最大ヘリカルピッチのノイズ、アーチファクトなどの各画質特性の最適化を目標とした投影データ空間zフィルタ係数および画像空間zフィルタ係数の最適化を行っている。この場合には最大ヘリカルピッチの各々のフィルタ係数を定めるとともに、ヘリカルピッチは0から最大値まで変化するので、各ヘリカルピッチごとに投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数を最適になるように定めている。または、各ヘリカルピッチをパラメータとした関数として投影データ空間zフィルタ係数と、画像空間zフィルタ係数を定めてもよい。
なお、シャトルモード可変ピッチヘリカルスキャンとは図23に示すように、あるz方向座標の範囲[z,z]の間を加速,減速しながら可変ピッチヘリカルスキャンを複数回繰り返すスキャンモードでパフュージョンの検査などに用いられる。
これに対し、通常の可変ピッチヘリカルスキャンは図24に示すように、あるz方向座標の範囲[z,z]の間を加速,減速してヘリカルピッチを変化させながらスキャンを行うスキャンモードである。
または、これを発展させた形としてz方向座標の範囲[z,z]の間をテーブル速度v1,ヘリカルピッチp1でz方向座標範囲[z,z]、テーブル速度v2,ヘリカルピッチp2でz方向座標範囲[z,z]、テーブル速度v3,ヘリカルピッチp3でz方向座標範囲[z,z]は一定速度でヘリカルスキャンし、z方向座標範囲[z,z]は加速、z方向座標範囲[z,z]は加速、z方向座標範囲[z,z]は減速、z方向座標範囲[z,z]は減速で可変ピッチヘリカルスキャンを行う場合もある。特に複数臓器、複数の検査対象領域をヘリカルスキャンで高速にスキャンしたい場合に有効である。
上記のように、本実施形態のX線CT装置100は、被検体の周囲を回転するように被検体へX線を照射し、その被検体を透過したX線を検出するスキャンを、走査ガントリ20が実施することによって投影データを得る。ここでは、走査ガントリ20は、被検体の周囲を回転し、被検体へX線を放射するX線管21と、そのX線管21から放射され、その被検体を透過したX線を検出する多列X線検出器24とを含む。このX線管21は、被検体の周囲を回転する回転方向に沿ったチャネル方向と、回転軸方向に沿った列方向zとに広がったコーン状のX線を、被検体へ放射する。そして、多列X線検出器24は、そのX線管21から放射され、その被検体を透過したX線を検出する複数のX線検出器が、チャネル方向と列方向とにマトリクス状に配列されている。そして、X線CT装置100においては、上記のように走査ガントリ20がスキャンを実施することにより得られる投影データに基づいて、被検体のスライス画像を中央処理装置3が画像再構成する。ここでは、中央処理装置3は、スキャンによって得られた投影データに対して、列方向zにおける第1のZフィルタ処理(「投影データ空間z方向フィルタ」)を実施し、その第1のZフィルタ処理が実施された投影データに基づいて、第1スライス厚に対応する第1スライス画像を、列方向zに複数並ぶように画像再構成する。その後、その第1スライス画像に対して、列方向Zにおける第2のZフィルタ処理(「画像空間z方向フィルタ」)を実施することにより、第1スライス厚より厚い第2スライス厚に対応する第2スライス画像を得る。つまり、中央処理装置3は、スキャンによって列方向zに対応して得られる投影データに対して、「投影データ空間z方向フィルタ」を実施した後に、その「投影データz方向フィルタ」が実施された投影データに再構成関数を重畳し3次元逆投影することによって、薄いスライス厚の第1スライス画像を列方向に並ぶように複数画像再構成する。そして、その薄いスライス厚の複数の第1スライス画像に対して列方向(z方向)フィルタを重畳する「画像空間z方向フィルタ」を実施して、厚いスライス厚の第2スライス画像を再構成する。また、ここでは、中央処理装置は、撮影条件に応じて、第1のZフィルタ処理におけるフィルタ係数と第2のZフィルタ処理におけるフィルタ係数とを調整し、第1スライス画像と第2スライス画像のスライス厚を変えて再構成を実施する。このため、本実施形態のX線CT装置100は、画像品質の向上と再構成演算の高速化とを両立することができる。
すなわち、以上のX線CT装置100によれば、多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンの多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンにおいて、スライス厚制御を行った画像再構成時間と画質を最適化したX線CT装置を実現することができる。
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
たとえば、画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による3次元画像再構成法でもよい。さらに、他の3次元画像再構成方法でもよい。
また、本実施例では、各列ごとに係数の異なった列方向(z方向)フィルタを重畳することにより、画質のばらつきを調整し、各列において均一なスライス厚、アーチファクト、ノイズの画質を実現しているが、これには様々なフィルタ係数が考えられるが、いずれも同様の効果を出すことができる。
本実施例は、医用X線CT装置を元に書かれているが、産業用X線CT装置または他の装置と組合わせたX線CT−PET装置,X線CT−SPECT装置などで利用できる。
本実施例は、図17で各々の場合の処理時間を並べたが、画像再構成手段により各々の処理時間は異なるため各々の画像再構成手段により、投影データ空間zフィルタ係数および画像空間zフィルタ係数の最適化は異なってくるが、同様の考え方で処理時間の最適化を行うことはできる。
図1は、本発明の一実施形態にかかるX線CT装置を示すブロック図である。 図2は、X線発生装置(X線管)および多列X線検出器の回転を示す説明図である。 図3は、本発明の一実施形態に係るX線CT装置の概略動作を示すフロー図である。 図4は、前処理の詳細を示すフロー図である。 図5は、3次元画像再構成処理の詳細を示すフロー図である。 図6は、投影データ上においてz方向フィルタを重畳処理する方法と画像空間上におけるz方向フィルタ重畳処理する方法の長所、短所の比較を示す表である。 図7は、投影データz方向フィルタ重畳処理を示す図である。 図8は、画像空間z方向フィルタ重畳処理を示す図である。 図9は、投影データz方向フィルタ幅の矛盾を示す図である。 図10は、矛盾のない画像空間z方向フィルタを示す図である。 図11は、撮影の流れを示すフロー図である。 図12は、X線検出器列の位置に依存した画像空間z方向フィルタ係数を示す図である。 図13においては、(a)が、各列のスライス厚の変化を示す図である。また、(b)が列依存で調整した各列のスライス厚の変化を示す図である。 図14においては、(a)が各列の画像ノイズの変化を示す図である。また、(b)が、列依存で調整した各列の画像ノイズの変化を示す図である。 図15は、可変ピッチヘリカルスキャンのヘリカルピッチの変化を示す図である。 図16は、画像空間z方向フィルタ重畳処理のスライス感度分布を示す図である。 図17は、投影データ空間zフィルタ重畳処理と画像空間zフィルタ重畳処理の全体の画像再構成時間への影響を示す図である。 図18は、画質優先モードと処理時間優先モードを持った断層像撮影のフロー図である。 図19は、各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と画像空間zフィルタ係数のテーブルを示す図である。 図20は、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)の各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と画像空間zフィルタ係数のテーブルを示す図である。 図21は、z方向に複数位置で撮影した場合のオーバーラップピッチを示す図である。 図22は、可変ピッチヘリカルスキャンの各撮影条件における投影データ空間zフィルタ係数と画像空間zフィルタ係数のテーブルを示す図である。 図23は、シャトルモード可変ピッチヘリカルスキャンの動作を示す図である。 図24は、可変ピッチヘリカルスキャンの動作を示す図である。
符号の説明
1…操作コンソール
2…入力装置
3…中央処理装置
5…データ収集バッファ
6…モニタ
7…記憶装置
10…撮影テーブル
12…クレードル
15…回転部
20…走査ガントリ
21…X線管
22…X線コントローラ
23…コリメータ
24…多列X線検出器
25…DAS(データ収集装置)
26…回転部コントローラ
27…走査ガントリ傾斜コントローラ
29…制御コントローラ
30…スリップリング
dp…X線検出器面
P…再構成領域
pp…投影面
IC…回転中心(ISO)

Claims (20)

  1. X線発生装置と、X線発生装置に相対してX線を検出する多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、
    そのX線データ収集手段から収集された投影データを画像再構成する画像再構成手段、
    画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、
    断層像撮影の各種撮影条件を設定する撮影条件設定手段、
    とを有するX線CT装置において、
    画像空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚を制御する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  2. X線発生装置と、X線発生装置に相対してX線を検出する多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、
    そのX線データ収集手段から収集された投影データを画像再構成する画像再構成手段、
    画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、
    断層像撮影の各種撮影条件を設定する撮影条件設定手段、
    とを有するX線CT装置において、
    投影データ空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚を制御する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  3. X線発生装置と、X線発生装置に相対してX線を検出する多列X線検出器またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動をさせながら、その間にある被検体を透過したX線投影データを収集するX線データ収集手段、
    そのX線データ収集手段から収集された投影データを画像再構成する画像再構成手段、
    画像再構成された断層像を表示する画像表示手段、
    断層像撮影の各種撮影条件を設定する撮影条件設定手段、
    とを有するX線CT装置において、
    投影データ空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いた後に、画像空間におけるz方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚を制御する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  4. 請求項3に記載のX線CT装置において、
    撮影条件設定手段で設定された断層像撮影の各種撮影条件により、
    投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のX線CT装置において、
    撮影条件設定手段で設定された断層像撮影の画質に関わる撮影条件により、
    投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載のX線CT装置において、
    画像ノイズ指標またはアーチファクト指標のうちの少なくとも1つを設定する撮影条件設定手段と、
    画像ノイズ指標またはアーチファクト指標のうちの少なくとも1つに応じて画像空間z方向フィルタ係数と投影データ空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  7. 請求項1から請求項5のいずれかに記載のX線CT装置において、
    撮影条件設定手段で設定された断層像撮影の撮影時間および撮影効率に関わる撮影条件により、
    投影データ空間z方向フィルタ係数、画像空間z方向フィルタ係数のうち、少なくとも1つの係数が変化する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  8. 請求項1から請求項7のいずれかに記載のX線CT装置において、
    3次元画像再構成を用いた画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のX線CT装置において、
    断層像のスライス厚に依存して画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  10. 請求項1から請求項9のいずれかに記載のX線CT装置において、
    X線検出器の列方向の各列の幅および列数に依存して画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  11. 請求項1から請求項10のいずれかに記載のX線CT装置において、
    画像再構成されるxy平面の断層像の各画素の位置に依存して画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  12. 請求項1から請求項11のいずれかに記載のX線CT装置において、
    画像空間z方向フィルタ係数は全部正である画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  13. 請求項1から請求項11のいずれかに記載のX線CT装置において、
    画像空間z方向フィルタ係数は一部負である画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  14. 請求項1から請求項13のいずれかに記載のX線CT装置において、
    投影データ空間z方向フィルタ係数は全部正である画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  15. 請求項1から請求項13のいずれかに記載のX線CT装置において、
    投影データ空間z方向フィルタ係数は一部負である画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  16. 請求項1から請求項15のいずれかに記載のX線CT装置において、
    投影データ空間におけるz方向フィルタ重畳処理、逆投影処理、画像空間におけるz方向フィルタ重畳処理のうち少なくとも2つを並列動作させる画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  17. 請求項1から請求項16のいずれかに記載のX線CT装置において、
    投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚制御を行い、ヘリカルスキャンによる断層像を画像再構成する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  18. 請求項1から請求項16のいずれかに記載のX線CT装置において、
    投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚制御を行い、可変ピッチヘリカルスキャンによる断層像を画像再構成する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  19. 請求項17または請求項18のいずれかに記載のX線CT装置において、
    ヘリカルスキャンまたは可変ピッチヘリカルスキャンのヘリカルピッチに依存して、画像空間z方向フィルタ係数、投影データ空間z方向フィルタ係数が変わる画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
  20. 請求項1から請求項16のいずれかに記載のX線CT装置において、
    投影データ空間z方向フィルタ重畳処理と画像空間z方向フィルタ重畳処理を用いてスライス厚制御を行い、コンベンショナルスキャン(アキシャルスキャン)またはシネスキャンによる断層像を画像再構成する画像再構成手段
    を持つことを特徴とするX線CT装置。
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