JP7305334B2 - Ｘ線診断システム及び再構成処理システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断システム及び再構成処理システムに関する。

被検体にＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線を検出することによりＸ線撮像を行うＸ線診断装置が広く医用分野において使用されている。Ｘ線診断装置における画像の取得方法の１つとして、被検体をＸ線射出装置とＸ線検出器との間に対向するように位置させ、Ｘ線射出装置及びＸ線検出器を被検体の周りを回転させることにより撮影し、Ｘ線検出器により検出された結果に基づいて画像を再構成する方法がある。Ｘ線のばく射及び検出のタイミングにおいて被検体の動きがある場合、再構成により取得された画像にぶれやぼけが発生する。この動き（体動）の影響を小さくする手法として、体動補正（ＡＰＭＣ：Automatic Patient Motion Correction）がある。

ＡＰＭＣは、再構成を行う際に、Ｘ線検出器により検出されたデータについて重みをつけて再構成を行うことにより体動の補正を行う。しかしながら、被検体の動きの大きさ、動きのタイミング等によらず、上記の処理を行うため、体動のタイミング次第では、ほとんど効果が得られないこともある。このため、動きがある場合には、投影データから画像を再構成した後に、ユーザが確認し、ＡＰＭＣ処理を含んだ画像の再構成を行う。あるいは、画像を再構成した後に、再度被検体にＸ線をばく射し、再撮影を行ってから画像の再構成を行う。

特開２０１２－３４９７２号公報

本実施形態は、被検体の動きに関するデータを取得することによる精度の高い補正を行うＸ線診断システム及び再構成処理システムを提供する。

一実施形態によれば、Ｘ線診断システムは、
被検体に対してＸ線を用いたスキャンを実行し、前記Ｘ線に基づく投影データを収集するスキャン部と、
前記スキャンと並行して前記被検体の体動を監視し、前記投影データに対応する体動情報を取得する監視部と、
前記投影データに対して前記体動情報に応じた重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する再構成処理部と、
を備える。

一実施形態に係るＸ線診断システムの全体構成の一例を示すブロック図。 一実施形態に係る画像の再構成処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る画像の再構成処理の別例を示すフローチャート。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係る重みの一例を示す図。 一実施形態に係るパラメータ変更の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係るＸ線診断システム及び再構成処理システムを説明する。なお、以下の説明において、ほぼ同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。

（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係るＸ線診断システム１の全体構成を説明する図である。Ｘ線診断システム１は、本実施形態における画像処理装置を備える医用装置の一例であり、一般的撮影装置等、様々なＸ線診断装置に本実施形態に係る画像処理装置は適用可能である。Ｘ線診断システムは、例えば、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを備えて構成される。

架台装置１０は、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線検出器１２と、回転体１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、架台制御装置１５と、監視部１６と、データ収集回路１８と、を備える。

Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線照射を行うＸ線照射部であり、例えば、Ｘ線高電圧装置１４から高電圧の電力供給を受けて、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射するＸ線管（真空管）を備えて構成される。

Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線管に限定されるものではない。例えば、Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線管に代えて、電子銃から発生した電子ビームを収束させるフォーカスコイルと、電磁偏向させる偏向コイルと、被検体Ｐの半周を囲い偏向した電子ビーム衝突することによってＸ線を発生させるターゲットリングと、を備えて構成されていてもよい。

Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列された複数のＸ線検出素子列を備える。Ｘ線検出器１２は、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配置されたＸ線検出素子列がスライス方向に複数配列された構造を有する。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線発生装置１１から照射され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した電気信号をデータ収集回路１８へと出力する。

また、Ｘ線検出器１２は、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを備えて構成される間接変換型の検出器であってもよい。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを備え、シンチレータは、入射Ｘ線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を備えて構成される。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ遮蔽板を備える。光センサアレイは、シンチレータからの光量に応じた電気信号に変換する機能を有し、例えば、光電子増倍管等の光センサを備えて構成される。

なお、Ｘ線検出器１２は、間接変換型の検出器には限定されず、入射したＸ線を直接電気信号に変換する半導体素子を備える直接変換型の検出器であってもよい。

回転体１３は、この回転体１３の中心を回転軸として回転自在に指示されており、架台制御装置１５の制御に基づいて、回転駆動される。Ｘ線発生装置１１、Ｘ線検出器１２は、回転体１３とともに、回転体１３の回転駆動にしたがい回転する回転部として架台装置１０に備えられる。回転部は、架台装置１０に固定されている固定部に備えられ、固定部に対して、回転駆動される。

本実施形態においては、例えば、Ｘ線発生装置１１、Ｘ線検出器１２、及び、回転体１３を併せてスキャン部と記載する。なお、スキャン部は、狭義においてＸ線検出器１２のことを示してもよいし、広義において以下に説明するＸ線高電圧装置１４、データ収集回路１８等を含む概念であってもよい。スキャン部は、このように、被検体Ｐに対してＸ線を用いたスキャンを実行し、Ｘ線に基づく投影データを収集する機能を有するモジュール若しくはデバイスの集合、又は、モジュール若しくはデバイスそのもののことを示す。

Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を備え、Ｘ線発生装置１１に印加される高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置と、Ｘ線発生装置１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置を備えて構成される。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であってもよい。

架台制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備える処理回路と、モータ及びアクチュエータ等を備える駆動機構から構成される。架台制御装置１５は、コンソール装置４０又は架台装置１０に取り付けられた入力装置からの入力信号を受け、架台の動作制御を行う機能を有する。例えば、架台制御装置１５は、入力信号を受けて回転体１３を回転させる制御を行う回転機構として動作し、また、架台装置１０をチルトさせる制御、並びに、寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。

監視部１６は、被検体Ｐを監視し、被検体Ｐに動きが生じた場合に、この動きの情報である体動情報を取得する。監視部１６は、例えば、光学的なカメラ、圧力センサ、集音器等の被検体Ｐの動きを感知できるデバイスを備える。この監視部１６は、例えば、架台装置１０に備えられてもよいし、寝台装置３０に備えられてもよい。監視部１６は、上記の回転体１３が回転する平面上におけるスキャンを邪魔しない位置に設置され、被検体Ｐがスキャンされるタイミングにおいて、被検体Ｐのスキャン平面における動きを検知する。すなわち、監視部１６は、スキャン部によるスキャンと並行して被検体Ｐの体動を監視し、投影データに対応する体動情報を取得する。取得したデータは、無線又は有線の経路を介してコンソール装置４０へと送信される。

データ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１８は、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを少なくとも備え、検出データ（純生データ）を生成する。データ収集回路１８が生成した検出データは、コンソール装置４０へと転送される。また、データ収集回路１８は、監視部１６と接続されていてもよく、この場合、データ収集回路１８は、監視部１６が取得した体動情報もまた収集してコンソール装置４０へと転送する。

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置、移動させる装置であり、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４と、を備える。

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが再治された支持フレームを支持フレーム３４の長軸方向に移動するモータ又はアクチュエータである。支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。

天板３３は、天板３３だけを移動させてもよいし、寝台装置３０の支持フレーム３４ごと移動する方式であってもよい。本実施形態を立位ＣＴに応用する場合には、天板３３に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。

架台装置１０の撮像系と天板３３の位置関係の相対的な変更を伴うスキャン（ヘリカルスキャンや位置決めスキャン等）を実行する際には、当該位置関係の相対的な変更は天板３３の駆動によって行われてもよいし、架台装置１０の走行によって行われてもよく、また、それらの複合によって行われてもよい。

コンソール装置４０は、記憶回路４１と、表示装置４２と、入力装置４３と、処理回路４４と、を備えて構成される。

記憶回路４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶回路４１は、例えば、投影データや再構成画像データを記憶する。本実施形態においては、記憶回路４１は、例えば、画像記憶回路４１１、体動データ記憶回路４１２、及び、プログラム記憶回路４１３を備える。

画像記憶回路４１１は、架台装置１０で撮像された医用画像の画像データを記憶する回路である。体動データ記憶回路４１２は、画像記憶回路４１１に記憶されている各画像について、被検体Ｐが動いたか否かを示す、又は、被検体Ｐの動きの大きさを示す体動データを記憶する回路である。プログラム記憶回路４１３は、種々のプログラムを記憶する回路である。これらの各記憶回路は、それぞれ別の記憶回路として備えられていなくてもよく、１又は複数のメモリ内において、各記憶回路に対応する領域が区切られて使用されるものでもよく、又は、使用するタイミングにおいて必要な容量を確保して各記憶回路として使用されるものであってもよい。

表示装置４２は、各種情報を表示する。表示装置４２は、例えば、処理回路４４によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。この表示装置４２は、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プラズマディスプレイ等を備えて構成される。

入力装置４３は、操作者からの各種入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。入力装置４３は、例えば、投影データを収集する際の収集条件や、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等を操作者から受け付ける。例えば、本実施形態においては、後述する重みに関するパラメータを入力するものであってもよい。この入力装置４３は、マウス、トラックボール、キーボード、スイッチ、ボタン、ジョイスティック等を備えて構成される。あるいは、上述した表示装置４２と入力装置４３は、表示、入力の双方が可能なタッチパネル等を備えていてもよい。

処理回路４４は、入力装置４３から出力される入力操作の電気信号に応じてＸ線診断システム１の全体的な動作を制御する。本実施形態においては、処理回路４４は、例えば、システム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３、画像取得機能４４４、抽出機能４４５、算出機能４４６、生成機能４４７、及び、表示機能４４８を備える。

図１における実施形態では、システム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３、画像取得機能４４４、抽出機能４４５、算出機能４４６、生成機能４４７、及び、表示機能４４８にて行われる各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路４１のプログラム記憶回路４１３に格納されている。処理回路４４は、プログラムを記憶回路４１のプログラム記憶回路４１３から読み出し、実行することで、各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路は、図１の処理回路４４内に示された各機能を有することとなる。

なお、図１においては単一の処理回路４４にてシステム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３、画像取得機能４４４、抽出機能４４５、算出機能４４６、生成機能４４７、及び、表示機能４４８にて行われる処理機能が実現されているものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路４４を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしてもよい。

これらの各機能のうち、システム制御機能４４１は、入力装置４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各種機能を制御する。

前処理機能４４２は、データ収集回路１８から出力されたスキャンされたデータに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施したデータを生成する。なお、前処理前のデータ及び前処理後のデータを総称して投影データと称する場合もある。

前処理機能４４２はさらに、データ収集回路１８から出力された、監視部１６により取得された体動データを処理し、画像の再構成を行う際の重みを計算してもよい。

再構成処理機能４４３は、前処理機能４４２にて生成された投影データに対して、フィルタ補正逆投影法、逐次近似再構成法等を用いた再構成処理を行い、再構成画像（ＣＴ画像データ）を生成する。再構成は、体動データに基づいた重み付けを用いて行われる。この再構成画像は、例えば、記憶回路４１の画像記憶回路４１１に記憶される。ＣＴ画像データは、ＣＴ値の集合体であり、本実施形態における複数時相の医用画像の一例である。すなわち、再構成画像は、経時的要素を含む画像として、記憶回路４１の画像記憶回路４１１に格納される。

画像取得機能４４４は、例えば、記憶回路４１の画像記憶回路４１１に記憶されている、複数時相の再構成画像を取得する。あるいは、再構成処理機能４４３で生成された複数時相の再構成画像のデータを取得する。抽出機能４４５は、複数時相の再構成画像のデータから、所定の関心領域の抽出を行う。算出機能４４６は、所定の関心領域に関するＣＴ値を算出する。生成機能４４７は、所定の関心領域に沿って、例えば、ＣＴ値を空間的位置及び時系列ごとに並べた画像を生成する。表示機能４４８は、生成機能４４７で生成された画像に基づいて表示画像を生成し、表示装置４２の画面に表示させる。

上述したように、本実施形態においては、処理回路４４は、例えば、プロセッサにより構成される。ここで、プロセッサという文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、あるいは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array））等の回路を意味する。プロセッサは、記憶回路４１に保存されたプログラムを読み出して実行することにより機能を実現する。なお、記憶回路４１は、プログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込んでもよい。この場合、プロセッサは、回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することにより機能を実現する。プロセッサは、プロセッサ単一の回路として構成されているには限られず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現してもよい。さらに、図１における複数の構成要素を１又は複数のプロセッサへ統合し、その機能を実現してもよい。

なお、図１のＸ線診断システム１においては、コンソール装置４０の構成要素は、１つの筐体に格納されているが、これらコンソール装置４０の構成要素は、必ずしも１つの筐体に格納されている必要は無く、別筐体に格納されて複数存在してもよい。例えば、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３等の処理回路を分散して有する構成としてもよい。換言すれば、コンソール装置４０は、単一のコンソールにて複数の機能を実行するのではなく、複数の機能を別々のコンソールが実行することにしてもよい。

また、Ｘ線診断システム１には、Ｘ線発生装置１１とＸ線検出器１２とが一体として被検体Ｐの周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅ（第３世代ＣＴ）、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線発生装置１１が被検体Ｐの周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅ（第４世代ＣＴ）等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。さらには、Ｘ線診断システム１は、上記に説明したＸ線ＣＴシステムには限られず、アームでＸ線照射部とＸ線検出部を指示するＸ線アンギオグラフィシステムであってもよく、このタイプも本実施形態へ適用可能である。

図２は、本実施形態に係るＸ線投影データの取得から、画像再構成までの処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、スキャンの開始から画像の再構成までについての処理を示し、寝台装置の制御等、他の制御については記載されていないが、他の制御についても適切に並行して行われている。

まず、スキャン部において、被検体Ｐのスキャン（投影データの取得）を開始する（Ｓ１００）。これと並行して、監視部１６が被検体Ｐの体動の監視を開始する（Ｓ２００）。これらの動作は、例えば、入力装置４３を介してユーザが操作を開始する旨の指示を通知した場合に、同期して制御される。この体動監視の開始は、少なくともスキャン開始の直前までに、又は、スキャン開始と同じタイミングに実行されればよい。すなわち、スキャン部の起動とは別個に、例えば、被検体Ｐが寝台装置３０に位置したタイミングから監視を続けるものであってもよい。スキャンによる投影データの取得と、監視による体動情報の取得のタイミングの同期がとれるような実装であればよい。

次に、スキャン部は、被検体Ｐのスキャンを行う（Ｓ１０２）。スキャン部が被検体Ｐのスキャンを行っている間、監視部１６は、被検体Ｐの体動を監視する（Ｓ２０２）。すなわち、スキャン部によるスキャンの実行と並行して、監視部１６が体動の監視を行う。このように、スキャンと監視を並行して行うことにより、体動があった場合に、スキャンした結果と取得された体動データとを紐付けることが可能となる。

監視部１６は、監視中において体動を感知しない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、体動の監視（Ｓ２０２）を実行し続ける。

一方、体動を感知した場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、引き続き体動の監視（Ｓ２０２）を継続するとともに、スキャン部が取得した投影データに体動が感知されたこと、又は、体動の程度を付与して、データ収集回路１８を介して記憶回路４１に記憶する。この実装手段は、任意の手段で行ってよく、例えば、スキャン部がスキャンした投影データに体動があったことを付与して、後の再構成処理において体動があった場合の処理をしてもよい。別例として、体動があったことを投影データに付与するとともに、体動データ記憶回路４１２に体動の程度を示すデータを記憶しておき、再構成処理において体動の程度に基づいて処理をしてもよい。

必要な投影データが取得されると、スキャン部は、スキャンを終了する（Ｓ１０４）。必要な投影データとは、例えば、１断面又は複数の断面の画像を再構成する場合には、当該断面を周回する間に取得されたデータであり、ヘリカルスキャン方式でデータを取得する場合には、必要な領域におけるヘリカルスキャンにおいて取得されるデータである。このタイミングにおいて、監視部１６へとスキャンが終了したことを通知してもよく、通知を受けた監視部１６が監視を終了してもよい。

次に、投影データの重み付けを行う（Ｓ１０６）。重み付けは、例えば、前処理機能４４２により実行され、各投影データに付与された体動情報に基づいて、再構成を行う際の重み付けを行う。体動があったと判断されたビューにおける投影データである第１投影データに対しては、体動がなかったと判断されたビューにおける投影データである第２投影データよりも重みを小さくする。例えば、第２投影データの重みを１としたときに、０＜β≦１である値について、１－βを第１投影データに対する重みとする。

具体的には、再構成を行う処理における投影データの積分（離散的には、和）を求める際に第１投影データに対しては、１－βを重みとして積算して計算し、第２投影データはそのまま用いて計算することにより、再構成を行う。第１投影データが複数枚ある場合には、βの値は一定値ではなく、動きの大きさ（程度）、又は、体動が開始されてからの経過時間に基づいて変化するものであってもよい。また、体動情報が付与されている投影データが１枚の場合であっても、当該投影データのビューに対する前後のビューについて、重みがなだらかに変化するように重みをつけてもよい。

さらに、第１投影データに対向するデータ、例えば、１８０°ずれたビューにおいて取得された第３投影データに対する重みを１＋βとしてもよい。このように、対向するデータ同士で重みを対称的にすることにより、再構成画像全体としての円対称性を損なうことなく、再構成することが可能となる。上述したように、第１投影データに対するビューの前後のビューについても重みを付加する場合には、重みがつけられた投影データに対向する投影データにも重みを付加してもよい。

より詳しい重み付けの例については、後述する。

次に、再構成処理機能４４３は、重み付けされた投影データに基づいて、画像の再構成を実行する（Ｓ１０８）。再構成の手法については、重み付けされた投影データを用いること以外は、例えば、フィルタ逆投影等の一般的な手法を用いる。また、ノイズ除去処理等の一般的な再構成の際に実行される処理も行ってもよい。

なお、Ｓ１０６の処理とＳ１０８の処理は別個の処理である必要は無く、Ｓ１０８の処理を行うタイミングで体動情報にしたがった重み付けを投影データに施して再構成をしてもよい。すなわち、Ｓ１０６の処理は、Ｓ１０８の処理を行うタイミングで実行されてもよく、この場合、Ｓ１０６の処理を省略することも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、スキャン部が取得した投影データに対して、監視部１６が取得した被検体Ｐの体動情報を付与して記憶し、画像の再構成を行うタイミングにおいて、体動情報に基づいた重み付けをして投影データから再構成を行うことにより、被検体Ｐの動きの影響を削減した画像の再構成を行うことが可能となる。このことから、被検体Ｐの動きがある場合にも、動きに応じた補正を行うことが可能となり、診断可能であるレベルの画像を取得することができる。さらに、診断可能な場合でも再撮影するといった頻度を下げることが可能となるので、患者に対するＸ線の被ばく量を低減することも可能となる。

（第２実施形態）
前述の第１実施形態においては、監視部１６が取得した体動データに基づいて、そのタイミングでスキャン部が取得した投影データに体動情報を付与するものとしたが、本実施形態は、スキャンのタイミングにおいて体動情報を投影データに付与する必要を無くすものである。

図３は、第２実施形態に係る処理の流れを示すフローチャートである。上述したように、本実施形態においては、体動情報を取得されたタイミングで投影データに付与するのではなく、投影データ、体動情報の取得が終了した後に、重み付けを行うタイミングで参照するものである。この図３において、図２と同じ符号が付されているステップは同様の処理を行う。

前述した実施形態とは異なり、体動感知（Ｓ２０４：ＹＥＳ）をした後に、体動データを記憶する処理（Ｓ２０６）を実行する。監視部１６は、被検体Ｐの動きを感知し、体動情報が得られると、有線又は無線により信号を送信し、体動データ記憶回路４１２に体動情報を記憶する。これには限られず、監視部１６にメモリ等の情報を格納するデバイスを設けておき、スキャン中の体動情報を記憶しておき、スキャンの終了後にまとめて体動データ記憶回路４１２に格納してもよい。

スキャン部によるスキャンが終了した後に、画像記憶回路４１１に記憶されている投影データを用いて再構成を行う際に、体動データ記憶回路４１２に格納されている体動情報にしたがって投影データに重みを付与する。このように、スキャン時にリアルタイムで体動情報と投影データを対応付けずに、再構成のタイミングで対応付けてもよい。対応付けは、上述したように、体動情報が取得されたタイミング等に基づいてスキャンされたデータと、体動情報とが紐付けされることにより実行される。

体動情報は、例えば、スキャンが開始されてからの時間、体動情報が取得されたビューの情報等、少なくともいずれの投影データに対する体動情報であるかの情報であるかを判断できる情報とともに記憶される。この場合、例えば、前処理機能４４２は、体動情報が存在する場合には、当該体動データがいずれのビューの投影データに対する体動データであるかを判断し、この判断結果に基づいて、投影データに対する重みを算出する。再構成処理機能４４３は、算出された重みに基づいて再構成を行う。なお、前述した実施形態と同様に、前処理機能４４２が事前に重みを算出して再構成をするのではなく、再構成処理機能４４３が再構成を行うタイミングで重みの算出をしてもよい。

以上のように、本実施形態によっても前述した実施形態と同様の作用を奏することが可能である。さらに、本実施形態によれば、スキャンしたデータと、取得した体動情報とをスキャン時に付与をせず、体動情報を別個格納可能であるので、スキャン時における処理を軽減することが可能となる。

（重み付けについての実施形態と変形例）
次に、重み付けについての説明と、重み付けについての種々の実施形態を説明する。以下においては、１回転する間のスキャンにおける体動情報と、それに対する重みについての関係を説明する。１回転は、例えば、３６０°の角度で表し、体動が発生している時間領域（スキャンした画像）に対応する角度、又は、体動が発生した時間の前後の時間を含む投影データに重みを付加するビューが存在する角度をθ°として表す。実装としては、角度ではなく、１スキャンごとのビューで表していてもよい。例えば、１回転がｎビューである場合には、体動が発生しているビュー、又は、重みを付加するビューは、ｎビューのうち、θ／３６０枚のビューとなる。

図４は、監視部１６が被検体Ｐの動きを感知しなかった場合の重みを示すグラフである。横軸は、スキャンの角度、言い換えるとビューの番号に比例した軸であり、縦軸は、投影データに付加する重みである。このグラフに示すように、１回転する間にスキャンされた投影データに対して、全て同じ重み、例えば、１の重みで画像の再構成を行う。監視部１６が被検体Ｐの体動を感知すると、感知により、又は、感知した体動の程度により、図４に示す重みが変更される。

体動は、例えば、監視部１６がカメラである場合、画像を監視することにより感知する。動きがあった場合には体動があった、動きがなかった場合には体動がなかったと判断する。体動を感知した場合には、図５から図１３に示す例のように、重み付けを算出し、再構成処理機能４４３が画像の再構成を行う際の重みとして投影データに積算する。

さらには、動きの程度を検出できるものであってもよい。例えば、動きが～１ｍｍ、１ｍｍ～２ｍｍ、２ｍｍ～・・・、等、と１ｍｍ単位で検出できるものであってもよい。この場合、動きの大きさにしたがって、例えば、重み付けの元となる係数（図５から図１３におけるグラフの縦軸）を変化させてもよい。なお、１ｍｍ単位というのは例示しただけであり、動きの程度の尺度は、これに限られるものではない。

監視部１６が圧力センサである場合には、領域ごとに掛かっている圧力に基づいて上記の体動のありなし、又は、体動の程度を表してもよい。監視部１６が集音器である場合には、集音した被検体Ｐの動きによる音の大きさにより、体動の感知を行ってもよい。また、複数の監視手段を用いて、体動情報の取得の精度を高めてもよい。

図５から図１３は、重み付けの例を示す図である。

図５は、３６０°－θ°から３６０°の間で体動がある場合の重みの一例である。このように、３６０°－θ°から３６０°の間における重みを１よりも小さくし、対向する１８０°－θ°の間における重みを１よりも大きくする。図５の例では、０から２の間で重み付けされる。１８０°－θ°のビューに関する投影データにおいては、１である重みが、１８０°に向かって２へと近づいて行く。近づいて行く曲線は、例えば、シグモイド関数、ｓｉｎｃ関数等の滑らかに接続される関数である。

なお、図５を含め、以下の図においては、３６０°－θ°のタイミングから体動が始まっているものとするが、この場合、１８０°－θ°、及び、３６０°－θ°のビューの投影データよりも前、例えば、さらに５°のビューをさかのぼって重みを掛けてもよい。このように、体動が感知されたタイミングに対してマージンを持たせて重みを掛けたり、又は、逆に一部のみに重みを掛けたりすることにより、体動の影響をより少なくするとともに、画像のアーチファクト等を減少させることもできる。

図６は、図５に比較して、θが大きい場合である。このような場合には、重み付けの係数を算出する幅が大きくなり、よりなだらかな曲線として重み付けがされる。

図７は、終期のビューではなく、途中で体動が発生し、元の位置に近いところで被検体Ｐが停止した場合の重みを示す。この場合、体動が発生しているθ°の間、又は、体動が発生した周辺のビューを含むθ°の間で重みを変化させる。すなわち、一般的なＡＰＭＣの重みのグラフを体動が発生したタイミングにずらしたような重み付けとなる。

図８は、０から２の間で重み付けするのではなく、０＜α≦１である所定の値αを用いて、１－αから１＋αの間で重み付けしようとするものである。必ずしも重み付けは、０から２の間でされる必要は無い。例えば、体動が小さい場合には、α＝０．２等の比較的小さい値を用いて重み付けし、体動が大きい場合には、α＝０．８等の比較的大きい値を用いて重み付けする。このように、重み付けを変化させることにより、より柔軟でかつ高精度な補正を行うことが可能となる。なお、体動が小さい、大きい等の程度は、あらかじめシステムに決められたしきい値に基づいて体動の程度を判断してもよいし、後述するようにユーザが再構成画像を確認しながら判断してもよい。

図９は、なめらかな曲線で接続するのではなく、線形的に重みを接続するものである。このように、必ずしもなめらか（補正の開始ビューにおいて微分可能な状態）に接続されている必要は無く、線形的に接続されてもよい。

図１０は、従来のＡＰＭＣによる初期、終期の重み付けに加えて、さらに、体動による重み付けをするものである。このように、バックグラウンド処理として、従来のＡＰＭＣの重みを掛けておき、さらに、体動を感知した場合には重み付けを加算するものであってもよい。このようにすることで、比較的動きが少ないことが多い中期にスキャンした投影データの重みを重くしておき、かつ、体動が発生した場合には、その影響を少なくすることもできる。

図１１は、図１０までの補正とは異なり、体動を感知したビューが存在する領域について、重みを小さくするものである。重みとしては、１－αから１＋αとなっているがこれには限られず、例えば、所定の値又は体動の程度に応じた値γを用いて、体動が感知できなかった領域は、重みを１＋γにしておき、体動を感知したビュー又は体動を感知したビューを含む領域において１＋γから０へとなめらかに、又は、直線的に重みを減らしていくものであってもよい。さらに、この場合、再構成した後に、再構成処理データについて全ての投影データの重みの平均が１となるように、正規化してもよい。なお、図１１に示すものと同様に、他の重みについても基準を１ではない値にしてもよい。

図１２は、立ち下がりにおいてもアーチファクトの発生を抑制するべく、なめらかな曲線で接続するものである。例えば、θよりも小さい角度φを指定し、図に示すように、初期のφ°に対するビューにおける投影データに対する重みを小さくし、かつ、１８０°から１８０°＋φ°までのビューにおける投影データに対する重みをなだらかに１にもどすものである。

図１３は、ここまでに説明したものとは異なり、ステップ関数により重みを変化させるものである。このように、重みは、必ずしも連続的に変化させる必要は無く、不連続に変化させてもよい。さらに、（ステップ関数）×（上記の重みの関数）としてもよい。すなわち、体動の発生したビューのタイミングに基づき、１から１＋γへとステップし、その後、上述した各重みの係数の変化のようになだらかに変化させてもよい。

図１４は、重みに関するパラメータを変化させるためのインターフェースを含む表示装置４２を示す図である。再構成した結果が図１４（ａ）に示すように、少しぼやけている場合がある。別の例としては、再構成した結果の画像にアーチファクト等が発生している場合がある。このような場合、体動補正の度合いをユーザが変更することが望まれる。図１４（ａ）に示すインターフェースでは、出力された再構成画像を確認して、ユーザが重みに関するパラメータを変更することが可能である。パラメータの変更は、例えば、入力装置４３であるキーボード、マウス、タッチパネル等で実行することが可能である。

例えば、表示装置４２中の表示領域４２１に表示された再構成画像を観察しながら、ユーザが上記に説明した所定の値αを重み変更バー４２２のバーを動かすことにより重みを変更する。重み変更バー４２２のバーを動かすことで、再構成画像が時々刻々とバーに指定された重みに基づいて再度再構成され、表示領域４２１に表示される。また、リアルタイムに再構成画像を変化させるのでは無く、例えば、ユーザが入力を停止したタイミング、又は、別途用意されたプレビューボタンが押下されたタイミングで画像の再構成を行い表示してもよい。

パラメータは、αには限られず、例えば、形状変更ボックス４２３に示すようなラジオボックスを用意しておき、これらのラジオボックスを選択することにより、重みの変化する形状を変更できるものであってもよい。より細かくは、図５から図１３に示したグラフを表示し、表示されたグラフをユーザが自由に変更できるものであってもよい。この場合、θの値自体を変更できるようにしてもよい。

このように、ユーザインタフェースを備え、ユーザが再構成画像を確認しながら重みのパラメータを変更できるようにすることで、ユーザが望んでいる画像を取得することが可能となる。また、表示装置４２には、表示領域４２１に表示された再構成画像を決定して保存するように機能する、決定ボタン等が備えられていてもよい。さらに、同じ条件でパラメータを設定できるように、パラメータ記憶ボタン、及び、記憶したパラメータを用いて再構成を行うことができるように、パラメータ呼び出しボタン等、適宜必要なボタン等が備えられていてもよい。

上述した実施形態は、例えば、断面に対する投影データが取得可能な平行ビーム投影、ファンビーム投影についてはもちろん、コーンビーム投影においても同様に適用することが可能である。また、シングルスライスに対しても、マルチスライスに対しても、前述の実施形態を適用することが可能である。例えば、コーンビーム投影により再構成を行う場合、ビューにより特定のチャネルに対して上述の重み付けをしてもよい。この場合、ヘリカルスキャン等のスキャン方式に対しても、体動に基づいた補正を行うことが可能となる。

なお、上述の実施形態は、全てＸ線診断装置として説明したが、被検体Ｐに対するＸ線を用いたスキャンを実行するスキャン部が収集した、Ｘ線に基づく投影データと、スキャンと並行して被検体Ｐの体動を監視する監視部１６が取得した、投影データに対応する体動情報と、を取得する取得部と、投影データに対して体動情報に応じた重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する再構成処理手段４４３と、を備える再構成処理システムとして説明することが可能である。

さらに、スキャン部が、被検体Ｐに対してＸ線を用いたスキャンを実行し、Ｘ線に基づく投影データを収集し、監視部１６が、スキャンと並行して被検体Ｐの体動を監視し、投影データに対応する体動情報を取得し、再構成処理手段４４３が、投影データに対して体動情報に応じた重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する、ステップを備えるＸ線診断方法としても適用できる。

さらにまた、コンピュータを、被検体Ｐに対してＸ線を用いたスキャンを実行し、Ｘ線に基づく投影データを収集するスキャン手段、スキャンと並行して被検体Ｐの体動を監視し、投影データに対応する体動情報を取得する監視手段、投影データに対して体動情報に応じた重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する再構成処理手段、として機能させるプログラムとして実装することも可能である。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置及び方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置及び方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲及びこれに均等な範囲は、発明の範囲や養子に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：Ｘ線診断システム、
１０：架台装置、１１：Ｘ線発生装置、１２：Ｘ線検出器、１３：回転体、１４：Ｘ線高電圧装置、１５：架台制御装置、１６：監視部、１８：データ収集回路、
３０：寝台装置、３１：基台、３２：寝台駆動装置、３３：天板、３４：支持フレーム、
４０：コンソール装置、４１：記憶回路、４２：表示装置、４３：入力装置、４４：処理回路

Claims (17)

1. スキャン部と、監視部と、再構成処理部と、を備え、
   前記スキャン部は、
   被検体に対してＸ線を用いたスキャンを実行し、
   前記Ｘ線に基づく投影データを収集し、
   前記監視部は、
   前記スキャンを実行している間において前記被検体の体動を監視し、
   前記被検体がスキャンされるタイミングにおけるスキャン平面内における前記被検体の動きを光学的な変動、圧力的な変動又は空気の振動の変動のうち少なくとも１つにより感知し、
   前記投影データに対応する体動情報であって、前記体動の有無及び前記体動の程度を表す情報を含む体動情報を取得し、
   前記再構成処理部は、
   前記体動が発生したタイミング及び前記体動が発生した前後のタイミングに対応するスキャンしたビューの情報を取得し、
   前記体動が発生していない場合には、前記スキャン部がスキャンしたビューにおける前記投影データに適用する重みを所定値とし、
   前記体動が発生した場合には、
   前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのビューに対する重みを前記所定値よりも小さく設定し、
   前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューに対向するビューに対する重みを前記所定値よりも大きく設定し、
   それ以外のビューに対する重みを前記所定値と設定し、
   前記投影データに前記重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する、
   Ｘ線診断システム。
2. ０より大きく、かつ、１以下である値βに対して、
   前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューにおける前記投影データに対する重みを１－βとし、
   前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングに対向するそれぞれに対応するビューにおける前記投影データに対する重みを１＋βとする、
   請求項１に記載のＸ線診断システム。
3. ０より大きく、かつ、１以下である所定の値αに対して、
   前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューにおける前記投影データに対する重みは、最小値が１－αであり、
   前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングに対向するそれぞれに対応するビューにおける前記投影データに対する重みは、最大値が１＋αである、
   請求項１又は請求項２に記載のＸ線診断システム。
4. 前記再構成処理部は、前記体動が発生したタイミングに基づいて、ビューにおける前記投影データに対する重み付けをなめらかに遷移させる、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線診断システム。
5. 前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューにおける前記投影データに対する重み付けは、当該体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューが属する前記体動があった領域において、シグモイド関数、又は、ｓｉｎｃ関数により連続的に変化する、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＸ線診断システム。
6. 前記スキャン部がスキャンするタイミングにおいて、前記監視部が取得した前記体動情報を前記投影データに付与して記憶する、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＸ線診断システム。
7. 前記スキャン部がスキャンした前記投影データに対する前記監視部が取得した前記体動情報を前記投影データとは独立に、かつ、前記投影データと紐付けて記憶し、前記再構成処理部が画像の再構成を行うタイミングで前記体動情報に基づいて重みを付加して再構成を行う、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＸ線診断システム。
8. 前記監視部が取得した前記体動情報が、前記被検体の所定の領域において取得した情報であるときに、前記再構成処理部は、前記投影データにおいて、前記所定の領域に属するデータに対して重みを適用して再構成処理を行う、
   請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のＸ線診断システム。
9. 前記再構成処理部が再構成した前記再構成画像データに基づいた再構成画像を表示する表示部と、
   ユーザが前記表示部に表示された前記再構成画像を確認し、重みに関するパラメータを変更する入力部と、
   をさらに備える、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のＸ線診断システム。
10. 被検体に対するＸ線を用いたスキャンを実行するスキャン部が収集した、前記Ｘ線に基づく投影データ群をスキャン部から取得する取得部と、
    前記投影データ群に対して付与された情報を抽出し、前記投影データ群のうち当該抽出された情報に対応する投影データについて、体動が発生したタイミング及び前記体動が発生した前後のタイミングに対応するスキャンしたビューの情報を取得し、
    前記体動が発生していない場合には、前記スキャン部がスキャンしたビューにおける前記投影データに適用する重みを所定値とし、
    前記体動が発生した場合には、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのビューに対する重みを前記所定値よりも小さく設定し、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューに対向するビューに対する重みを前記所定値よりも大きく設定し、
    それ以外のビューに対する重みを前記所定値と設定し、
    前記投影データに前記重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する、
    再構成処理部と、
    を備えた再構成処理システム。
11. 被検体に対してＸ線を用いたスキャンを実行し、前記Ｘ線に基づく投影データを収集するスキャン部と、
    前記スキャンを実行している間において前記被検体の体動を監視し、前記被検体がスキャンされるタイミングにおけるスキャン平面内における前記被検体の動きを光学的な変動、圧力的な変動又は空気の振動の変動のうち少なくとも１つにより感知し、前記投影データに対応する体動情報であって、前記体動の有無及び前記体動の程度を表す情報を含む体動情報を取得する監視部と、
    前記体動が発生したタイミング及び前記体動が発生した前後のタイミングに対応するスキャンしたビューの情報を取得し、
    前記体動が発生していない場合には、前記スキャン部がスキャンしたビューにおける前記投影データに適用する重みを所定値とし、
    前記体動が発生した場合には、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのビューに対する重みを前記所定値よりも小さく設定し、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューに対向するビューに対する重みを前記所定値よりも大きく設定し、
    それ以外のビューに対する重みを前記所定値と設定し、
    前記投影データに前記重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する再構成処理部と、
    を備える医用画像処理装置。
12. スキャン部が、
    被検体に対してＸ線を用いたスキャンを実行し、前記Ｘ線に基づく投影データを収集し、
    監視部が、
    前記スキャンを実行している間において前記被検体の体動を監視し、
    前記被検体がスキャンされるタイミングにおけるスキャン平面内における前記被検体の動きを光学的な変動、圧力的な変動又は空気の振動の変動のうち少なくとも１つにより感知し、
    前記投影データに対応する体動情報であって、前記体動の有無及び前記体動の程度を表す情報を含む体動情報を取得し、
    再構成処理部が、
    前記体動が発生したタイミング及び前記体動が発生した前後のタイミングに対応するスキャンしたビューの情報を取得し、
    前記体動が発生していない場合には、前記スキャン部がスキャンしたビューにおける前記投影データに適用する重みを所定値とし、
    前記体動が発生した場合には、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのビューに対する重みを前記所定値よりも小さく設定し、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューに対向するビューに対する重みを前記所定値よりも大きく設定し、
    それ以外のビューに対する重みを前記所定値と設定し、
    前記投影データに前記重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する、
    医用画像処理方法。
13. 被検体に対するスキャンを実行して取得されるスキャンされたデータ、及び、前記スキャンを実行している間において前記被検体の体動を監視して取得され、前記体動の有無及び前記体動の程度を表す情報を含む体動情報であって前記スキャンされたデータに対応する体動情報、を取得する取得部と、
    前記体動が発生したタイミング及び前記体動が発生した前後のタイミングに対応するスキャンしたビューの情報を取得し、
    前記体動が発生していない場合には、スキャン部がスキャンしたビューにおける投影データに適用する重みを所定値とし、
    前記体動が発生した場合には、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのビューに対する重みを前記所定値よりも小さく設定し、
    前記体動が発生したタイミング及び前後のタイミングのそれぞれに対応するビューに対向するビューに対する重みを前記所定値よりも大きく設定し、
    それ以外のビューに対する重みを前記所定値と設定し、
    前記投影データに前記重みを適用して再構成処理を行い、再構成画像データを生成する、
    再構成処理部と、
    を備える医用画像処理装置。
14. 前記スキャンするタイミングにおいて取得した前記体動情報を、前記スキャンされたデータに付与して記憶する、請求項１３に記載の医用画像処理装置。
15. 前記スキャンされたデータに対して取得された前記体動情報を前記スキャンされたデータとは独立に、かつ、前記スキャンされたデータと紐付けて記憶し、
    前記再構成処理部は、画像の再構成を行うタイミングで前記体動情報に基づいて重みを付加して再構成を行う、請求項１３に記載の医用画像処理装置。
16. 前記再構成処理部は、取得された前記体動情報が前記被検体の所定の領域において取得した情報であるときに、前記スキャンされたデータにおいて、前記所定の領域に属するデータに対して重みを適用して再構成処理を行う、請求項１３又は請求項１４に記載の医用画像処理装置。
17. 前記再構成処理部が再構成した前記再構成画像データに基づいた再構成画像を表示する表示部と、
    ユーザが前記表示部に表示された前記再構成画像を確認し、重みに関するパラメータを変更する入力部と、
    をさらに備える、請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の医用画像処理装置。

Images