JP4316231B2 - Ｘ線ｃｔシステムならびに画像処理装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体にＸ線を複数方向から投影して得られる投影データに基づき、高品質な被検体断層像を提供するためのＸ線ＣＴシステム等における画像処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ（Computerized Tomography）システムは、被検体に複数方向からＸ線を投影するスキャンを行い、被検体を透過した各方向からのＸ線より得られる投影データに基づいて画像再構成処理を行うことによって、診断部位の断層像を提供する。
【０００３】
断層像の画質を改善するために、これまでにさまざまな画像処理技術が提案され、実際に導入されている。例えば、再構成処理前または再構成処理後のデータに対して、断層像に現れるアーチファクトを除去するための補正などが行われる（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３１６１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアーチファクト除去用の補正処理では、被検体のサイズによっては補正が不十分であったり逆に過補正であったりする場合があるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、被検体のサイズにかかわらず最適な度合いでアーチファクト除去用の補正処理を行うことを可能にし、もって高画質の断層像を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の側面は、Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで収集された投影データを入力し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理装置に関する。この画像処理装置は、入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正手段を備えており、当該補正手段は、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定する推定手段と、推定した前記強度に基づいてこの補正手段による補正効果を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の側面は、Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで収集された投影データを入力し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理方法に関する。この画像処理方法は、入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正ステップを有し、当該補正ステップは、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定する推定ステップと、推定した前記強度に基づいてこの補正ステップによる補正効果を制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の更に別の側面は、Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで投影データを収集し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成するＸ線ＣＴシステムに関する。このＸ線ＣＴシステムは、入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正手段を備え、前記補正手段は、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定する推定手段と、推定した前記強度に基づいてこの補正手段による補正効果を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴシステムの構成を示す図である。
【００１１】
図示の如く、本システムは、被検体へのＸ線照射と被検体（患者）を透過したＸ線を検出するガントリ１００と、ガントリ１００に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ１００から出力されてきたデータに基づいて断層像を再構成し出力（表示）する操作コンソール２００を含む構成である。
【００１２】
ガントリ１００は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ１をはじめ以下の構成を備える。
【００１３】
２ａおよび２ｂは操作コンソール２００との通信を行うためのインタフェース、３はテーブル１１上に横たえた被検体を図面に垂直な方向（一般に患者の体軸の方向に一致する方向であり、以下、ｚ軸方向という。）に搬送するための空洞部を有する回転部であり、その内部には、Ｘ線発生源であるＸ線管４（Ｘ線管コントローラ５により駆動が制御される）、Ｘ線の照射範囲を制限するための開口を有するコリメータ６、コリメータ６のｚ軸方向の開口幅を調整するための開口制御モータ７（開口制御モータドライバ８により駆動が制御される）が設けられている。
【００１４】
また、回転部３には、コリメータ６および空洞部を経由してきたＸ線管４からのＸ線を検出するための複数（例えば1,000個）の検出チャネルを有するＸ線検出部１４、および、Ｘ線検出部１４の各検出チャネルの出力に基づき投影データとして収集するデータ収集部１５も備える。Ｘ線管４およびコリメータ６とＸ線検出部１４とは、互いに空洞部を挟んで、すなわち、被検体を挟んで、対向する位置に設けられる。回転部３は、その位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように構成されている。この回転は、回転モータドライバ１０からの駆動信号により駆動される回転モータ９によって行われる。また、被検体を載置するテーブル１１は、ｚ軸方向への搬送がなされるが、その駆動は、テーブルモータドライバ１３からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ１２によって行われる。
【００１５】
メインコントローラ１は、インタフェース２ａを介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のＸ線管コントローラ５、開口制御モータドライバ８、回転モータドライバ１０、テーブルモータドライバ１３、およびデータ収集部１５に対し、各種制御信号を出力することになる。
【００１６】
また、データ収集部１５で収集されたデータは、インタフェース２ｂを介して操作コンソール２００に送出される。
【００１７】
一方、操作コンソール２００は、いわゆるワークステーションであり、図示するように、装置全体の制御を司るＣＰＵ５１、ブートプログラム等を記憶しているＲＯＭ５２、主記憶装置として機能するＲＡＭ５３をはじめ、以下の構成を備える。
【００１８】
ＨＤＤ５４は、ハードディスク装置であって、ここにＯＳのほか、ガントリ１００に各種指示を与えたり、ガントリ１００より受信したデータに基づいて断層像を再構成し、表示するための画像処理プログラムが格納されている。また、ＶＲＡＭ５５は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでＣＲＴ５６に表示させることができる。５７および５８はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、５９および６０はガントリ１００と通信を行うためのインタフェースであり、それぞれガントリ１００のインタフェース２ａおよび２ｂに接続される。
【００１９】
実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成は概ね上記のとおりである。かかる構成のＸ線ＣＴシステムにおいて、投影データの収集は例えば次のように行われる。
【００２０】
まず、被検体を回転部３の空洞部に位置させた状態でｚ軸方向の位置を固定し、Ｘ線管４からのＸ線ビームを被検体に照射し（Ｘ線の投影）、その透過Ｘ線をＸ線検出部１４で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管４とＸ線検出部１４を被検体の周囲を回転させながら（すなわち、投影角度（ビュー角度）を変化させながら）複数N（例えば、N=1,000）のビュー方向で、360度分行う。
【００２１】
検出された各透過Ｘ線は、データ収集部１５でディジタル値に変換されて投影データとしてインタフェース２ｂを介して操作コンソール２００に転送される。これら一連の工程を１つの単位として１スキャンとよぶ。そして、順次ｚ軸方向にスキャン位置を所定量移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はアキシャルスキャン方式とよばれるが、投影角度の変化に同期してテーブル１１を所定速度で移動させることでスキャン位置を移動させながら（Ｘ線管４とＸ線検出部１４とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる）投影データを収集する、いわゆるヘリカルスキャン方式であってもよい。
【００２２】
操作コンソール２００は、ガントリ１００から転送されてくる投影データをＨＤＤ５４に格納するとともに、例えば、所定の再構成関数とたたみ込み演算を行い、バックプロジェクション処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール２００は、スキャン処理中にガントリ１００から順次転送されてくる投影データからリアルタイムに断層像を再構成し、常に最新の断層像をＣＲＴ５６に表示させることが可能である。さらに、ＨＤＤ５４に格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。
【００２３】
次に、本実施形態における操作コンソール２００で行われる処理の概要を、図２のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに対応するプログラムは、ＨＤＤ５４にインストールされている画像処理プログラムに含まれ、ＲＡＭ５３にロードされてＣＰＵ５１によって実行されるものである。
【００２４】
まず、スキャン計画を立てる（ステップＳ１）。一般には、画像処理プログラムが提供するＧＵＩ（ＣＲＴ５６に設定画面が表示され、キーボード５７および／またはマウス５８を用いて入力することを可能にするユーザインタフェース）を介して、諸種のスキャン条件が設定されることになる。スキャン条件としては、例えば、スライス厚、スキャン開始／終了位置、Ｘ線管４に与える電流値、ガントリ３の回転速度等がある。このスキャン計画そのものは公知のものであるので、その詳細は省略する。設定されたスキャン条件はＲＡＭ５３に記憶される。
【００２５】
次に、ステップＳ２で、オペレータからのキーボード５７またはマウス５８の入力に応じて、設定されたスキャン条件を含むスキャン指示をガントリ１００に送出する。ガントリ１００はこれに応じて、スキャン条件に従いスキャンを開始する。
【００２６】
そして、ガントリ１００より転送されてくる各スライス位置の投影データを入力し（ステップＳ３）、その投影データに対し、対数変換、線質硬化（Beam Hardning）補正、所定のリファレンス用検出チャネルを用いた投影データの正規化（リファレンス補正）等の、所定の前処理を行う（ステップＳ４）。
【００２７】
その後、アーチファクト除去用の補正処理を実行する（ステップＳ５）。この補正処理の内容については後ほど詳しく説明する。
【００２８】
そして、所定の画像再構成アルゴリズム（例えば、フィルタード・バックプロジェクション）に従い断層像の再構成を行い（ステップＳ６）、その断層像をＣＲＴ５６に表示する（ステップＳ７）。
【００２９】
本実施形態における操作コンソール２００で行われる処理の概ね上記のとおりであるが、次に、上記のステップＳ５におけるアーチファクト除去用の補正処理について詳しく説明する。
【００３０】
図３は、投影角度θにおいて被検体にＸ線を照射したときに収集される投影データを示す図である。
【００３１】
同図において、Ｘ線管４から強度Ｉ０のＸ線が、投影角度θで被検体に照射される（同図（ａ））。ＨはＸ線が照射される被検体（テーブル１１に横たわっている）の断層面を示している。Ｘ線検出器１４の各検出チャネル（ｃｈ）では、Ｘ線パスに係る吸収係数の通路積分量だけ減衰した強度のＸ線が投影データとして検出される（同図（ｂ））。本明細書では、検出強度（検出チャネル出力）のことを「カウント値」といい、また、投影角度θ、検出チャネルｃｈにおけるカウント値をｃ（θ，ｃｈ）で表す。
【００３２】
上記したステップＳ３では各投影角度における各検出チャネルのカウント値が操作コンソール２００に入力されることになる。操作コンソール２００では、このカウント値をＸ線減衰量を表すかたちに変形するため、次式で示すような対数変換を行う（上記したステップＳ４における前処理として行われる。）。本明細書では、カウント値の対数変換後のデータをプロジェクションとよび、投影角度θ、検出チャネルｃｈにおけるプロジェクションをｐ（θ，ｃｈ）で表す。
【００３３】
ｐ（θ，ｃｈ）＝−ｌｏｇ（ｃ（θ，ｃｈ）／Ｉ０） （１）
【００３４】
このようにして得られたプロジェクションｐ（θ，ｃｈ）が、同図（ｃ）に示される。
【００３５】
さて、このｐ（θ，ｃｈ）にアーチファクト除去用の補正処理を加えるわけであるが、本実施形態におけるアーチファクト除去用の補正処理は、基本的には、検出チャネルｃｈのカウント値が小さいほど、すなわちＸ線減衰量が大きいほど、検出チャネル方向のｐ（θ，ｃｈ）の高周波抑制効果を大きくするような補正を行う。これは、カウント値が小さいほど、すなわちＸ線減衰量が大きいほど増大するノイズ成分を抑圧するためである。
【００３６】
補正後のデータｐ’（θ，ｃｈ）は、次式で表される。
【００３７】
ｐ’（θ，ｃｈ）＝ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））＋ｇ・｛ｐ（θ，ｃｈ）−ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））｝ （２）
【００３８】
ただし、右辺第１項のｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））は、典型的には前後複数チャネル（例えば７チャネル）の移動平均法による平均化処理である。これによって低周波成分が抽出され高周波成分が抑制される。もちろん、高周波抑制効果が得られるかぎり、移動平均法による平滑化だけではなく別のローパスフィルタを用いてもよい。
【００３９】
そして、右辺第２項は、元のデータｐ（θ，ｃｈ）から低周波成分ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））を差し引いて得られる高周波成分に所定のゲインｇ（ただし０≦ｇ≦１）を乗じる演算である。上式より、このゲインｇを小さくするほど補正効果（すなわち高周波抑制効果）が強まり、逆にゲインｇを大きくするほど補正効果が弱まることが理解されよう。したがって、この補正処理においては、図４に示すように、検出チャネルｃｈのカウント値が小さいほど（すなわちＸ線減衰量が大きいほど）、補正効果を強めるべくゲインｇが小さな値に設定され、検出チャネルｃｈのカウント値が大きいほど（すなわちＸ線減衰量が小さいほど）、補正効果を弱めるべくゲインｇが大きな値に設定されることになる。
【００４０】
従来、ゲインｇは例えば次式により求められていた。
【００４１】
ｇ＝1.0−ｅｃ（θ，ｃｈ） /U （３）
ただし、Ｕは所定の定数である。
【００４２】
さて、従来のアーチファクト除去用の補正処理では、被検体のサイズによっては補正が不十分であったり逆に過補正であったりする場合があるということは先述したとおりである。この原因は、上記（３）式によるゲインｇの設定にあることが分かった。以下、その理由を図５を用いて詳しく説明する。
【００４３】
図５の（ａ）は、被検体Ｈの投影断面を示している。この投影断面を楕円と仮定し、この楕円の短軸の半径をＡ、長軸の半径をＢとする。そして、この短軸に所定線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＡ、長軸に同じ線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＢとする。
【００４４】
図５の（ｃ）は、（３）式による、各カウント値に対するゲインｇを示すグラフである。このグラフから分かるようにカウント値が大きくなるほどゲインｇの値は１に近づいていく。このグラフにおけるカウント値ｃＢ〜ｃＡの区間では、ゲインｇが適度に変動し、適切な補正効果が得られる。
【００４５】
図５の（ｂ）は、（ａ）に示した被検体Ｈより小さいサイズの被検体Ｈ’の投影断面を示しており、やはりその投影断面を楕円と仮定する。この楕円の短軸の半径をＡ’、長軸の半径をＢ’とし、また、この短軸に所定線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＡ’、長軸に同じ線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＢ’とする。
【００４６】
さて、（ｃ）のグラフにおけるこのカウント値ｃＢ’〜ｃＡ’の区間に注目してみると、その区間ではゲインｇはほぼ１に収束しており、補正がほとんど効かないことになる。
【００４７】
さらに、図示は省略するが、逆に（ａ）に示した被検体Ｈよりも大きいサイズの被検体に対しては、（ｃ）のグラフにおける対応する区間ではゲインｇは小さな値でのみ変動することになり、過補正になるおそれがある。
【００４８】
このように、従来のゲインｇの設定式は被検体の投影断面のサイズをまったく考慮していないために、補正が不十分であったり、過補正となる場合があった。
【００４９】
そこで、本件発明者は、被検体の投影断面を楕円と見立て、その楕円の長軸（被検体のサイズを表す）をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（カウント値）に基づいて補正曲線を調整することで、補正効果を制御することを提案する。
【００５０】
被検体内のＸ線吸収係数が均一と仮定すれば、Ｘ線が被検体を通過する距離はプロジェクションに対応する。よって、楕円の長軸の長さを求めることは１スキャンにおける最大のプロジェクションを求めることに相当する。しかし、適正な補正を開始するまでに１スキャン待たなければならないのは望ましくない。本発明は第１スキャンの第１ビューの投影データから適正な補正が加えられることを一つの特徴とする。
【００５１】
図６は、実施形態における、ステップＳ５のアーチファクト除去用の補正処理の内容を示すフローチャートである。ここでは、第１ビューの投影データに係る補正について示すこととし、第１ビューの投影角度をθとする。これは、ヘリカルスキャンを行う場合には一般に、初期投影角度は任意であることを考慮したものである。
【００５２】
まず、ステップＳ５２で、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸に係るプロジェクション、すなわち最大プロジェクションｐｍａｘを推定する。具体的には、例えば以下のように推定する。
【００５３】
まず、投影下面積（プロジェクション面積）を求める。これは各検出チャネルｃｈのプロジェクションの総和を求めることとほぼ等価である。よって、プロジェクション面積Ｓは次式で表される。
【００５４】
【００５５】
ただし、Ｎは検出チャネルの総数を表す。
【００５６】
また、投影断面である楕円の短軸の半径をＡ、長軸の半径をＢとすると、投影断面の面積Ｓ（＝プロジェクション面積）は次式で表される。
【００５７】
Ｓ＝ｋＡＢπ＋ｉ （５）
ただし、ｋ、ｉは装置によって決まる定数である。
【００５８】
さらに、Ｘ線検出部１４の中心の検出チャネルｃｃｈにおけるプロジェクションｐ（θ，ｃｃｈ）は、次式で表される。
【００５９】
【００６０】
上記した（４）、（５）、（６）式より、Ａ、Ｂが求められる。Ｂの長さは長軸に係るプロジェクションに相当する。これによって最大プロジェクションｐｍａｘを推定することができる。
【００６１】
次に、ステップＳ５３で、最大プロジェクションｐｍａｘに対応するカウント値（最小カウント値）ｃｍｉｎを次式により求める。
【００６２】
【００６３】
これにより、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（最小カウント値）が推定された。
【００６４】
次に、ステップＳ５４で、上記した最小カウント値ｃｍｉｎを用いた補正係数αを次式により求める。
【００６５】
α＝β・ｃｍｉｎ／ｌｎ（0.1） （８）
ただし、βは補正強度を決定する所定の係数である。
【００６６】
続いて、上記した補正係数αを用いた補正ゲインｇを、次式により求める。
【００６７】
ｇ＝1.0−ｅｃ（θ，ｃｈ） / α （９）
【００６８】
上記した従来の補正ゲインｇの設定式（３）では、被検体のサイズに関する情報が考慮されていなかったのに対し、この（９）式には、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（最小カウント値）によって決定される係数αが含まれている。
【００６９】
（９）式で表される補正ゲインｇによる補正曲線は、図７に示すように、標準的な曲線７０が、αの値に応じて曲線７１や曲線７２のように調整されることになる。
【００７０】
そして、ステップＳ５６で、上記した（２）式と同様に補正を実行する。
【００７１】
ｐ’（θ，ｃｈ）＝ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））＋ｇ・｛ｐ（θ，ｃｈ）−ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））｝ （10）
【００７２】
以上説明した実施形態によれば、被検体の投影断面を楕円と見立て、被検体のサイズとしての楕円の長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（カウント値）に基づいて補正曲線を調整するようにした。これにより、補正効果が適正に制御されるようになる。
【００７３】
また、以上説明した実施形態によれば、本発明はＸ線ＣＴシステムにおける操作コンソール２００の制御処理によって実現されたが、この操作コンソール２００とは独立してスクリーニング検査等のための画像観察用端末（Dr's console）を上記システムに接続し、上述した処理をこの端末に行わせることももちろん可能である。操作コンソール２００および上記画像観察用端末の構成自体は汎用の画像処理装置（ワークステーションやパーソナルコンピュータ等）で実現できるものであるので、上述のとおり、ソフトウェアを同装置にインストールし、それでもって実現することが可能である。
【００７４】
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するための、コンピュータにインストールされるプログラム自体および、そのプログラムを格納した記録媒体そのものも本発明を実現するものである。つまり、本発明の特許請求の範囲には、本発明の機能処理を実現するためのプログラム自体および、そのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も含まれる。
【００７５】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、光ディスク（CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等）、光磁気ディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。
【００７６】
その他、プログラムの供給方法としては、インターネットを介して本発明のプログラムをファイル転送によって取得する態様も含まれる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検体のサイズにかかわらず最適な度合いでアーチファクト除去用の補正処理を行うことを可能にし、もって高画質の断層像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。
【図２】実施形態における操作コンソールで行われる処理の概要を示すフローチャートである。
【図３】被検体にＸ線を照射したときに収集される投影データを示す図である。
【図４】実施形態における補正ゲインと補正効果との関係を示す図である。
【図５】被検体のサイズと補正ゲインとの関係を説明する図である。
【図６】実施形態におけるアーチファクト除去用の補正処理を示すフローチャートである。
【図７】補正曲線が調整されるようすを示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体にＸ線を複数方向から投影して得られる投影データに基づき、高品質な被検体断層像を提供するためのＸ線ＣＴシステム等における画像処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ（Computerized Tomography）システムは、被検体に複数方向からＸ線を投影するスキャンを行い、被検体を透過した各方向からのＸ線より得られる投影データに基づいて画像再構成処理を行うことによって、診断部位の断層像を提供する。
【０００３】
断層像の画質を改善するために、これまでにさまざまな画像処理技術が提案され、実際に導入されている。例えば、再構成処理前または再構成処理後のデータに対して、断層像に現れるアーチファクトを除去するための補正などが行われる（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３１６１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアーチファクト除去用の補正処理では、被検体のサイズによっては補正が不十分であったり逆に過補正であったりする場合があるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、被検体のサイズにかかわらず最適な度合いでアーチファクト除去用の補正処理を行うことを可能にし、もって高画質の断層像を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の側面は、Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで収集された投影データを入力し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理装置に関する。この画像処理装置は、入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正手段を備えており、当該補正手段は、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定する推定手段と、推定した前記強度に基づいてこの補正手段による補正効果を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の側面は、Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで収集された投影データを入力し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理方法に関する。この画像処理方法は、入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正ステップを有し、当該補正ステップは、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定する推定ステップと、推定した前記強度に基づいてこの補正ステップによる補正効果を制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の更に別の側面は、Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで投影データを収集し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成するＸ線ＣＴシステムに関する。このＸ線ＣＴシステムは、入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正手段を備え、前記補正手段は、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定する推定手段と、推定した前記強度に基づいてこの補正手段による補正効果を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴシステムの構成を示す図である。
【００１１】
図示の如く、本システムは、被検体へのＸ線照射と被検体（患者）を透過したＸ線を検出するガントリ１００と、ガントリ１００に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ１００から出力されてきたデータに基づいて断層像を再構成し出力（表示）する操作コンソール２００を含む構成である。
【００１２】
ガントリ１００は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ１をはじめ以下の構成を備える。
【００１３】
２ａおよび２ｂは操作コンソール２００との通信を行うためのインタフェース、３はテーブル１１上に横たえた被検体を図面に垂直な方向（一般に患者の体軸の方向に一致する方向であり、以下、ｚ軸方向という。）に搬送するための空洞部を有する回転部であり、その内部には、Ｘ線発生源であるＸ線管４（Ｘ線管コントローラ５により駆動が制御される）、Ｘ線の照射範囲を制限するための開口を有するコリメータ６、コリメータ６のｚ軸方向の開口幅を調整するための開口制御モータ７（開口制御モータドライバ８により駆動が制御される）が設けられている。
【００１４】
また、回転部３には、コリメータ６および空洞部を経由してきたＸ線管４からのＸ線を検出するための複数（例えば1,000個）の検出チャネルを有するＸ線検出部１４、および、Ｘ線検出部１４の各検出チャネルの出力に基づき投影データとして収集するデータ収集部１５も備える。Ｘ線管４およびコリメータ６とＸ線検出部１４とは、互いに空洞部を挟んで、すなわち、被検体を挟んで、対向する位置に設けられる。回転部３は、その位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように構成されている。この回転は、回転モータドライバ１０からの駆動信号により駆動される回転モータ９によって行われる。また、被検体を載置するテーブル１１は、ｚ軸方向への搬送がなされるが、その駆動は、テーブルモータドライバ１３からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ１２によって行われる。
【００１５】
メインコントローラ１は、インタフェース２ａを介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のＸ線管コントローラ５、開口制御モータドライバ８、回転モータドライバ１０、テーブルモータドライバ１３、およびデータ収集部１５に対し、各種制御信号を出力することになる。
【００１６】
また、データ収集部１５で収集されたデータは、インタフェース２ｂを介して操作コンソール２００に送出される。
【００１７】
一方、操作コンソール２００は、いわゆるワークステーションであり、図示するように、装置全体の制御を司るＣＰＵ５１、ブートプログラム等を記憶しているＲＯＭ５２、主記憶装置として機能するＲＡＭ５３をはじめ、以下の構成を備える。
【００１８】
ＨＤＤ５４は、ハードディスク装置であって、ここにＯＳのほか、ガントリ１００に各種指示を与えたり、ガントリ１００より受信したデータに基づいて断層像を再構成し、表示するための画像処理プログラムが格納されている。また、ＶＲＡＭ５５は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでＣＲＴ５６に表示させることができる。５７および５８はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、５９および６０はガントリ１００と通信を行うためのインタフェースであり、それぞれガントリ１００のインタフェース２ａおよび２ｂに接続される。
【００１９】
実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成は概ね上記のとおりである。かかる構成のＸ線ＣＴシステムにおいて、投影データの収集は例えば次のように行われる。
【００２０】
まず、被検体を回転部３の空洞部に位置させた状態でｚ軸方向の位置を固定し、Ｘ線管４からのＸ線ビームを被検体に照射し（Ｘ線の投影）、その透過Ｘ線をＸ線検出部１４で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管４とＸ線検出部１４を被検体の周囲を回転させながら（すなわち、投影角度（ビュー角度）を変化させながら）複数N（例えば、N=1,000）のビュー方向で、360度分行う。
【００２１】
検出された各透過Ｘ線は、データ収集部１５でディジタル値に変換されて投影データとしてインタフェース２ｂを介して操作コンソール２００に転送される。これら一連の工程を１つの単位として１スキャンとよぶ。そして、順次ｚ軸方向にスキャン位置を所定量移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はアキシャルスキャン方式とよばれるが、投影角度の変化に同期してテーブル１１を所定速度で移動させることでスキャン位置を移動させながら（Ｘ線管４とＸ線検出部１４とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる）投影データを収集する、いわゆるヘリカルスキャン方式であってもよい。
【００２２】
操作コンソール２００は、ガントリ１００から転送されてくる投影データをＨＤＤ５４に格納するとともに、例えば、所定の再構成関数とたたみ込み演算を行い、バックプロジェクション処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール２００は、スキャン処理中にガントリ１００から順次転送されてくる投影データからリアルタイムに断層像を再構成し、常に最新の断層像をＣＲＴ５６に表示させることが可能である。さらに、ＨＤＤ５４に格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。
【００２３】
次に、本実施形態における操作コンソール２００で行われる処理の概要を、図２のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに対応するプログラムは、ＨＤＤ５４にインストールされている画像処理プログラムに含まれ、ＲＡＭ５３にロードされてＣＰＵ５１によって実行されるものである。
【００２４】
まず、スキャン計画を立てる（ステップＳ１）。一般には、画像処理プログラムが提供するＧＵＩ（ＣＲＴ５６に設定画面が表示され、キーボード５７および／またはマウス５８を用いて入力することを可能にするユーザインタフェース）を介して、諸種のスキャン条件が設定されることになる。スキャン条件としては、例えば、スライス厚、スキャン開始／終了位置、Ｘ線管４に与える電流値、ガントリ３の回転速度等がある。このスキャン計画そのものは公知のものであるので、その詳細は省略する。設定されたスキャン条件はＲＡＭ５３に記憶される。
【００２５】
次に、ステップＳ２で、オペレータからのキーボード５７またはマウス５８の入力に応じて、設定されたスキャン条件を含むスキャン指示をガントリ１００に送出する。ガントリ１００はこれに応じて、スキャン条件に従いスキャンを開始する。
【００２６】
そして、ガントリ１００より転送されてくる各スライス位置の投影データを入力し（ステップＳ３）、その投影データに対し、対数変換、線質硬化（Beam Hardning）補正、所定のリファレンス用検出チャネルを用いた投影データの正規化（リファレンス補正）等の、所定の前処理を行う（ステップＳ４）。
【００２７】
その後、アーチファクト除去用の補正処理を実行する（ステップＳ５）。この補正処理の内容については後ほど詳しく説明する。
【００２８】
そして、所定の画像再構成アルゴリズム（例えば、フィルタード・バックプロジェクション）に従い断層像の再構成を行い（ステップＳ６）、その断層像をＣＲＴ５６に表示する（ステップＳ７）。
【００２９】
本実施形態における操作コンソール２００で行われる処理の概ね上記のとおりであるが、次に、上記のステップＳ５におけるアーチファクト除去用の補正処理について詳しく説明する。
【００３０】
図３は、投影角度θにおいて被検体にＸ線を照射したときに収集される投影データを示す図である。
【００３１】
同図において、Ｘ線管４から強度Ｉ０のＸ線が、投影角度θで被検体に照射される（同図（ａ））。ＨはＸ線が照射される被検体（テーブル１１に横たわっている）の断層面を示している。Ｘ線検出器１４の各検出チャネル（ｃｈ）では、Ｘ線パスに係る吸収係数の通路積分量だけ減衰した強度のＸ線が投影データとして検出される（同図（ｂ））。本明細書では、検出強度（検出チャネル出力）のことを「カウント値」といい、また、投影角度θ、検出チャネルｃｈにおけるカウント値をｃ（θ，ｃｈ）で表す。
【００３２】
上記したステップＳ３では各投影角度における各検出チャネルのカウント値が操作コンソール２００に入力されることになる。操作コンソール２００では、このカウント値をＸ線減衰量を表すかたちに変形するため、次式で示すような対数変換を行う（上記したステップＳ４における前処理として行われる。）。本明細書では、カウント値の対数変換後のデータをプロジェクションとよび、投影角度θ、検出チャネルｃｈにおけるプロジェクションをｐ（θ，ｃｈ）で表す。
【００３３】
ｐ（θ，ｃｈ）＝−ｌｏｇ（ｃ（θ，ｃｈ）／Ｉ０） （１）
【００３４】
このようにして得られたプロジェクションｐ（θ，ｃｈ）が、同図（ｃ）に示される。
【００３５】
さて、このｐ（θ，ｃｈ）にアーチファクト除去用の補正処理を加えるわけであるが、本実施形態におけるアーチファクト除去用の補正処理は、基本的には、検出チャネルｃｈのカウント値が小さいほど、すなわちＸ線減衰量が大きいほど、検出チャネル方向のｐ（θ，ｃｈ）の高周波抑制効果を大きくするような補正を行う。これは、カウント値が小さいほど、すなわちＸ線減衰量が大きいほど増大するノイズ成分を抑圧するためである。
【００３６】
補正後のデータｐ’（θ，ｃｈ）は、次式で表される。
【００３７】
ｐ’（θ，ｃｈ）＝ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））＋ｇ・｛ｐ（θ，ｃｈ）−ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））｝ （２）
【００３８】
ただし、右辺第１項のｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））は、典型的には前後複数チャネル（例えば７チャネル）の移動平均法による平均化処理である。これによって低周波成分が抽出され高周波成分が抑制される。もちろん、高周波抑制効果が得られるかぎり、移動平均法による平滑化だけではなく別のローパスフィルタを用いてもよい。
【００３９】
そして、右辺第２項は、元のデータｐ（θ，ｃｈ）から低周波成分ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））を差し引いて得られる高周波成分に所定のゲインｇ（ただし０≦ｇ≦１）を乗じる演算である。上式より、このゲインｇを小さくするほど補正効果（すなわち高周波抑制効果）が強まり、逆にゲインｇを大きくするほど補正効果が弱まることが理解されよう。したがって、この補正処理においては、図４に示すように、検出チャネルｃｈのカウント値が小さいほど（すなわちＸ線減衰量が大きいほど）、補正効果を強めるべくゲインｇが小さな値に設定され、検出チャネルｃｈのカウント値が大きいほど（すなわちＸ線減衰量が小さいほど）、補正効果を弱めるべくゲインｇが大きな値に設定されることになる。
【００４０】
従来、ゲインｇは例えば次式により求められていた。
【００４１】
ｇ＝1.0−ｅｃ（θ，ｃｈ） /U （３）
ただし、Ｕは所定の定数である。
【００４２】
さて、従来のアーチファクト除去用の補正処理では、被検体のサイズによっては補正が不十分であったり逆に過補正であったりする場合があるということは先述したとおりである。この原因は、上記（３）式によるゲインｇの設定にあることが分かった。以下、その理由を図５を用いて詳しく説明する。
【００４３】
図５の（ａ）は、被検体Ｈの投影断面を示している。この投影断面を楕円と仮定し、この楕円の短軸の半径をＡ、長軸の半径をＢとする。そして、この短軸に所定線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＡ、長軸に同じ線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＢとする。
【００４４】
図５の（ｃ）は、（３）式による、各カウント値に対するゲインｇを示すグラフである。このグラフから分かるようにカウント値が大きくなるほどゲインｇの値は１に近づいていく。このグラフにおけるカウント値ｃＢ〜ｃＡの区間では、ゲインｇが適度に変動し、適切な補正効果が得られる。
【００４５】
図５の（ｂ）は、（ａ）に示した被検体Ｈより小さいサイズの被検体Ｈ’の投影断面を示しており、やはりその投影断面を楕円と仮定する。この楕円の短軸の半径をＡ’、長軸の半径をＢ’とし、また、この短軸に所定線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＡ’、長軸に同じ線量のＸ線を照射したときのカウント値をｃＢ’とする。
【００４６】
さて、（ｃ）のグラフにおけるこのカウント値ｃＢ’〜ｃＡ’の区間に注目してみると、その区間ではゲインｇはほぼ１に収束しており、補正がほとんど効かないことになる。
【００４７】
さらに、図示は省略するが、逆に（ａ）に示した被検体Ｈよりも大きいサイズの被検体に対しては、（ｃ）のグラフにおける対応する区間ではゲインｇは小さな値でのみ変動することになり、過補正になるおそれがある。
【００４８】
このように、従来のゲインｇの設定式は被検体の投影断面のサイズをまったく考慮していないために、補正が不十分であったり、過補正となる場合があった。
【００４９】
そこで、本件発明者は、被検体の投影断面を楕円と見立て、その楕円の長軸（被検体のサイズを表す）をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（カウント値）に基づいて補正曲線を調整することで、補正効果を制御することを提案する。
【００５０】
被検体内のＸ線吸収係数が均一と仮定すれば、Ｘ線が被検体を通過する距離はプロジェクションに対応する。よって、楕円の長軸の長さを求めることは１スキャンにおける最大のプロジェクションを求めることに相当する。しかし、適正な補正を開始するまでに１スキャン待たなければならないのは望ましくない。本発明は第１スキャンの第１ビューの投影データから適正な補正が加えられることを一つの特徴とする。
【００５１】
図６は、実施形態における、ステップＳ５のアーチファクト除去用の補正処理の内容を示すフローチャートである。ここでは、第１ビューの投影データに係る補正について示すこととし、第１ビューの投影角度をθとする。これは、ヘリカルスキャンを行う場合には一般に、初期投影角度は任意であることを考慮したものである。
【００５２】
まず、ステップＳ５２で、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸に係るプロジェクション、すなわち最大プロジェクションｐｍａｘを推定する。具体的には、例えば以下のように推定する。
【００５３】
まず、投影下面積（プロジェクション面積）を求める。これは各検出チャネルｃｈのプロジェクションの総和を求めることとほぼ等価である。よって、プロジェクション面積Ｓは次式で表される。
【００５４】
ただし、Ｎは検出チャネルの総数を表す。
【００５６】
また、投影断面である楕円の短軸の半径をＡ、長軸の半径をＢとすると、投影断面の面積Ｓ（＝プロジェクション面積）は次式で表される。
【００５７】
Ｓ＝ｋＡＢπ＋ｉ （５）
ただし、ｋ、ｉは装置によって決まる定数である。
【００５８】
さらに、Ｘ線検出部１４の中心の検出チャネルｃｃｈにおけるプロジェクションｐ（θ，ｃｃｈ）は、次式で表される。
【００５９】
上記した（４）、（５）、（６）式より、Ａ、Ｂが求められる。Ｂの長さは長軸に係るプロジェクションに相当する。これによって最大プロジェクションｐｍａｘを推定することができる。
【００６１】
次に、ステップＳ５３で、最大プロジェクションｐｍａｘに対応するカウント値（最小カウント値）ｃｍｉｎを次式により求める。
【００６２】
これにより、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（最小カウント値）が推定された。
【００６４】
次に、ステップＳ５４で、上記した最小カウント値ｃｍｉｎを用いた補正係数αを次式により求める。
【００６５】
α＝β・ｃｍｉｎ／ｌｎ（0.1） （８）
ただし、βは補正強度を決定する所定の係数である。
【００６６】
続いて、上記した補正係数αを用いた補正ゲインｇを、次式により求める。
【００６７】
ｇ＝1.0−ｅｃ（θ，ｃｈ） / α （９）
【００６８】
上記した従来の補正ゲインｇの設定式（３）では、被検体のサイズに関する情報が考慮されていなかったのに対し、この（９）式には、被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（最小カウント値）によって決定される係数αが含まれている。
【００６９】
（９）式で表される補正ゲインｇによる補正曲線は、図７に示すように、標準的な曲線７０が、αの値に応じて曲線７１や曲線７２のように調整されることになる。
【００７０】
そして、ステップＳ５６で、上記した（２）式と同様に補正を実行する。
【００７１】
ｐ’（θ，ｃｈ）＝ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））＋ｇ・｛ｐ（θ，ｃｈ）−ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））｝ （10）
【００７２】
以上説明した実施形態によれば、被検体の投影断面を楕円と見立て、被検体のサイズとしての楕円の長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度（カウント値）に基づいて補正曲線を調整するようにした。これにより、補正効果が適正に制御されるようになる。
【００７３】
また、以上説明した実施形態によれば、本発明はＸ線ＣＴシステムにおける操作コンソール２００の制御処理によって実現されたが、この操作コンソール２００とは独立してスクリーニング検査等のための画像観察用端末（Dr's console）を上記システムに接続し、上述した処理をこの端末に行わせることももちろん可能である。操作コンソール２００および上記画像観察用端末の構成自体は汎用の画像処理装置（ワークステーションやパーソナルコンピュータ等）で実現できるものであるので、上述のとおり、ソフトウェアを同装置にインストールし、それでもって実現することが可能である。
【００７４】
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するための、コンピュータにインストールされるプログラム自体および、そのプログラムを格納した記録媒体そのものも本発明を実現するものである。つまり、本発明の特許請求の範囲には、本発明の機能処理を実現するためのプログラム自体および、そのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も含まれる。
【００７５】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、光ディスク（CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等）、光磁気ディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。
【００７６】
その他、プログラムの供給方法としては、インターネットを介して本発明のプログラムをファイル転送によって取得する態様も含まれる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検体のサイズにかかわらず最適な度合いでアーチファクト除去用の補正処理を行うことを可能にし、もって高画質の断層像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるＸ線ＣＴシステムのブロック構成図である。
【図２】実施形態における操作コンソールで行われる処理の概要を示すフローチャートである。
【図３】被検体にＸ線を照射したときに収集される投影データを示す図である。
【図４】実施形態における補正ゲインと補正効果との関係を示す図である。
【図５】被検体のサイズと補正ゲインとの関係を説明する図である。
【図６】実施形態におけるアーチファクト除去用の補正処理を示すフローチャートである。
【図７】補正曲線が調整されるようすを示す図である。
Claims (9)
- Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで収集された投影データを入力し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理装置であって、
入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正手段を備え、
前記補正手段は、
被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を、前記被検体の投影下面積と所定の投影角度θ及び検出チャネルｃｈにおける投影データｐ（θ，ｃｈ）とを用いて推定する推定手段と、
推定された前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度に基づいて、この補正手段による補正効果を、前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度が弱いほど補正効果を大きくするように制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする画像処理装置。 - 前記補正手段は、透過Ｘ線の強度が弱いほど高周波成分を抑制するよう補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
- 前記推定手段は、前記被検体の投影下面積と第１ビューの投影データに基づく投影角度における透過Ｘ線の強度とを用いて前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を推定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置。
- 前記補正手段は、投影角度θ、検出チャネルｃｈにおけるプロジェクションをｐ（θ，ｃｈ）、補正後のデータをｐ’（θ，ｃｈ）としたとき、
ｐ’（θ，ｃｈ）＝ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））＋ｇ・｛ｐ（θ，ｃｈ）−ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））｝
の式に基づいて補正を行うものであり（ただし、ｓｍ（ｐ（θ，ｃｈ））は前記プロジェクションの前後複数チャネルの移動平均法による平均化処理後のデータ、ｇはゲイン（（ただし０≦ｇ≦１）である）、前記ゲインｇは、前記推定された長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を用いて求められたものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の画像処理装置。 - Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで収集された投影データを入力し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理方法であって、
入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正ステップを有し、
前記補正ステップは、
被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を、前記被検体の投影下面積と所定の投影角度θ及び検出チャネルｃｈにおける投影データｐ（θ，ｃｈ）とを用いて推定する推定ステップと、
推定された前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度に基づいて、この補正ステップによる補正効果を、前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度が弱いほど補正効果を大きくするように制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。 - 前記補正ステップは、透過Ｘ線の強度が弱いほど高周波成分を抑制するよう補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像処理方法。
- Ｘ線発生源からのＸ線を被検体に複数方向から照射しその透過Ｘ線を検出することで投影データを収集し、その投影データに基づいて被検体の断層像を生成するＸ線ＣＴシステムであって、
入力した投影データに対してアーチファクト除去用の補正処理を行う補正手段を備え、
前記補正手段は、
被検体の投影断面を楕円と見立てたときの長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度を、前記被検体の投影下面積と所定の投影角度θ及び検出チャネルｃｈにおける投影データｐ（θ，ｃｈ）とを用いて推定する推定手段と、
推定された前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度に基づいて、この補正手段による補正効果を、前記長軸をＸ線パスとする透過Ｘ線の強度が弱いほど補正効果を大きくするように制御する制御手段と、
を含むことを特徴とするＸ線ＣＴシステム。 - 請求項５または請求項６に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項８に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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