JP5283882B2 - X線診断装置、画像処理装置及び画像再構成処理に用いられるフィルタ係数の算出プログラム - Google Patents
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Description
一実施形態に係るX線診断装置は、所定のスキャン軌道に沿ってX線管を移動させながら被検体に対しX線を曝射し、検出器の検出面に入射したX線を検出する撮影ユニットと、検出された前記X線に基づいて、フレーム毎のX線画像を生成する画像生成ユニットと、スキャン軌道毎、X線画像のフレーム毎、検出器の画素位置毎に異なるフィルタ係数を記憶する記憶ユニットと、前記所定のスキャン軌道、前記X線画像のフレーム、前記検出器の画素位置の組み合わせに基づいて各X線画像の画素毎のフィルタ係数を決定し、決定されたフィルタ係数を用いて前記フレーム毎のX線画像にフィルタ処理を実行するフィルタ処理ユニットと、フィルタ処理後の前記フレーム毎のX線画像を用いて、断層像を生成する断層像生成ユニットと、を具備し、前記記憶ユニットが記憶するフィルタ係数は、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎に等価ボケ関数を二次元画像として計算し、前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算し、前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎に決定されたものであること、を特徴とするものである。
一実施形態に係るフィルタ係数の算出プログラムは、X線診断装置におけるディジタル断層撮影の再構成処理に用いられるものであって、コンピュータに、スキャン軌道毎、X線画像のフレーム毎、検出器の画素位置の組み合わせ毎に等価ボケ関数を二次元画像として計算させる機能と、前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算させる機能と、前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎のフィルタ係数を計算させる機能と、を実現させるものである。
他の実施形態に係るフィルタ係数の算出プログラムは、X線診断装置におけるディジタル断層撮影の再構成処理に用いられるものであって、コンピュータに、逆投影、投影、逆投影、投影の二重積分を実行することにより、等価ボケ関数を計算させる機能と、前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算させる機能と、前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、各X線画像上の画素位置の組み合わせ毎のフィルタ係数を計算させる機能と、を実現させるものである。
次に、Projection Inversion法(PI法)による結像処理について説明する。この処理は、大きくフィルタ係数計算処理と断層像生成処理とに分類することができる。以下、それぞれの処理について説明する。
図3は、PI法による結像処理の流れを概念的に示した図である。同図に示すように、
断層像生成処理は、スキャン軌道に沿って複数のX線画像を撮影した後、X線画像に前処理、フィルタリングを施しバックプロジェクションを実施して断層像を得る処理である。フィルタリングには、後述するフィルタ係数計算処理により算出されたフィルタ係数が用いられる。このフィルタ係数は、スキャン軌道毎、画像フレーム毎、画像上の位置毎に異なる。従って、撮影に用いたスキャン軌道によって、適切なフィルタ係数を選択するよう構成される。また、一回の撮影で得られた複数のX線画像の各々に対して異なるフィルタ係数が適用されるように、フィルタ係数を選択する構成となっている。さらには、フィルタ係数は、X線画像の検出器画素位置に応じて異なるため、検出器画素位置に応じて異なるフィルタ係数が適用されるよう構成される。
次に、フィルタ係数計算処理について説明する。この処理では、X線画像撮影時のスキャン軌道(何枚の画像を撮影するか、及び各々の画像をどの焦点位置、検出器位置、検出器向きで撮影するかを表す)に応じて、X線画像に適用する適切なフィルタ係数を算出する。この処理は、X線画像を撮影した後で実施できるが、撮影するスキャン軌道が前もって知られていれば、X線画像の撮影前に実施しておくこともできる。また、撮影に用いられるスキャン軌道が少数の種類であるならば、その少数のスキャン軌道に対するフィルタ係数をあらかじめ算出しておき、撮影後の断層像生成処理には、あらかじめ算出されたフィルタ係数を適用することができる。
図5乃至図8は、等価ボケ関数を算出する手順を示した図である。プロジェクション画像のあるフレームのある検出画素hが1で他の画素が全て0である状態を想定する(図5中(1))。以降の処理に等価な積分演算が実行できればよいので、画像セットを作る必要はないが、説明のため、このような画像セットp1を作るものとする。また、この画像を結像領域にバックプロジェクションし、バックプロジェクション画像b1を得る(図5中(2))。
まず、最初にベクトルakを求める。akは等価ボケ関数pkに画素hに対応する画素のみに値γ2=σ2 ε/σ2 yを加えたベクトルである。ak、pkともに2次元画像を表すことに注意する。
フィルタ係数fを用いれば断層像の生成処理は、式(11)によって表されるフィルタリング、式(4)によって表されるバックプロジェクションの二つのステップで実行される。
図9は、あるフレームにおける、ある画素位置でのフィルタ係数を算出し、画像化して示した例である。この様なprojection inversion法で算出したフィルタ係数は、画素位置毎の値を持ち、一般に次のような性質を持つ。
以上述べた手法により算出されたフィルタ係数は、断層像生成の度に計算してもよい。しかしながら、断層像生成時におけるTurn around time削減の観点から、本***用X線診断装置1は、事前に(例えば装置の工場出荷時に)コンピュータ等を用いて計算されたスキャン軌道毎、画像フレーム毎、画素位置毎のフィルタ係数を予め記憶しておき、適切なフィルタ係数を選択して断層像生成処理を実行する。
次に、本***撮影用X線診断装置1のPI法による結像処理における動作について説明する。
(1)検出器画素(i, j)がどの代表点(I, J)に近いかを決定する(すなわち、フィルタ係数同定文字列から代表点位置(I, J)を算出し判定する)。
Claims (16)
- 所定のスキャン軌道に沿ってX線管を移動させながら被検体に対しX線を曝射し取得されたフレーム毎のX線画像と、スキャン軌道毎、X線画像のフレーム毎、検出器の画素位置毎に異なるフィルタ係数とを記憶する記憶ユニットと、
前記所定のスキャン軌道、前記X線画像のフレーム、前記検出器の画素位置の組み合わせに基づいて各X線画像の画素毎のフィルタ係数を決定し、決定されたフィルタ係数を用いて前記フレーム毎のX線画像にフィルタ処理を実行するフィルタ処理ユニットと、
フィルタ処理後の前記フレーム毎のX線画像を用いて、断層像を生成する断層像生成ユニットと、を具備し、
前記記憶ユニットが記憶するフィルタ係数は、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎に等価ボケ関数を二次元画像として計算し、
前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算し、
前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎に決定されたものであること、
を特徴とする画像処理装置。 - 前記所定のスキャン軌道を入力するための入力ユニットをさらに具備することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記フィルタ処理ユニットは、各画素のフィルタ係数に補間処理を用いるものであることを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
- 前記フィルタ係数のそれぞれは、中央画素において高い値を持ち、中央画素から遠い画素では0に近い値となり、中央画素を基準として決定される対向する二方向に負の値を持つ領域が放射状に延びるものであることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の画像処理装置。
- 前記対向する二方向は、投影直線と焦点の移動方向を含む平面と、検出面が交わる線の方向であることを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
- 前記負の値を持つ領域においては、中央画素に近い点では絶対値が大きな値を持ち、遠い点では0に近い値となることを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
- 所定のスキャン軌道に沿ってX線管を移動させながら被検体に対しX線を曝射し、検出器の検出面に入射したX線を検出する撮影ユニットと、
検出された前記X線に基づいて、フレーム毎のX線画像を生成する画像生成ユニットと、
スキャン軌道毎、X線画像のフレーム毎、検出器の画素位置毎に異なるフィルタ係数を記憶する記憶ユニットと、
前記所定のスキャン軌道、前記X線画像のフレーム、前記検出器の画素位置の組み合わせに基づいて各X線画像の画素毎のフィルタ係数を決定し、決定されたフィルタ係数を用いて前記フレーム毎のX線画像にフィルタ処理を実行するフィルタ処理ユニットと、
フィルタ処理後の前記フレーム毎のX線画像を用いて、断層像を生成する断層像生成ユニットと、を具備し、
前記記憶ユニットが記憶するフィルタ係数は、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎に等価ボケ関数を二次元画像として計算し、
前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算し、
前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎に決定されたものであること、
を特徴とするX線診断装置。 - 前記所定のスキャン軌道を入力するための入力ユニットをさらに具備することを特徴とする請求項7記載のX線診断装置。
- 前記フィルタ処理ユニットは、各画素のフィルタ係数に補間処理を用いるものであることを特徴とする請求項7又は8記載のX線診断装置。
- 前記フィルタ係数のそれぞれは、中央画素において高い値を持ち、中央画素から遠い画素では0に近い値となり、中央画素を基準として決定される対向する二方向に負の値を持つ領域が放射状に延びるものであることを特徴とする請求項7乃至9のうちいずれか一項記載のX線診断装置。
- 前記対向する二方向は、投影直線と焦点の移動方向を含む平面と、検出面が交わる線の方向であることを特徴とする請求項10記載のX線診断装置。
- 前記負の値を持つ領域においては、中央画素に近い点では絶対値が大きな値を持ち、遠い点では0に近い値となることを特徴とする請求項10記載のX線診断装置。
- X線診断装置におけるディジタル断層撮影の再構成処理に用いられるフィルタ係数の算出プログラムであって、
コンピュータに、
スキャン軌道毎、X線画像のフレーム毎、検出器の画素位置の組み合わせ毎に等価ボケ関数を二次元画像として計算させる機能と、
前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算させる機能と、
前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、検出器の画素位置の組み合わせ毎のフィルタ係数を計算させる機能と、
を実現させることを特徴とするフィルタ係数の算出プログラム。 - 前記コンピュータに、計算された前記フィルタ係数を、スキャン軌道の情報と関連付けて保存手段に保存させる機能をさらに実現させることを特徴とする請求項13記載のフィルタ係数の算出プログラム。
- X線診断装置におけるディジタル断層撮影の再構成処理に用いられるフィルタ係数の算出プログラムであって、
コンピュータに、
逆投影、投影、逆投影、投影の二重積分を実行することにより、等価ボケ関数を計算させる機能と、
前記等価ボケ関数の逆畳み込み関数を計算させる機能と、
前記逆畳み込み関数を用いて、スキャン軌道、X線画像のフレーム、各X線画像上の画素位置の組み合わせ毎のフィルタ係数を計算させる機能と、
を実現させることを特徴とするフィルタ係数の算出プログラム。 - 前記コンピュータに、計算された前記フィルタ係数を、スキャン軌道の情報と関連付けて保存手段に保存させる機能をさらに実現させることを特徴とする請求項15記載のフィルタ係数の算出プログラム。
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