CN107530040B - X射线ct装置、重构运算装置以及x射线ct图像生成方法 - Google Patents

X射线ct装置、重构运算装置以及x射线ct图像生成方法 Download PDF

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Abstract

在X射线CT装置中拍摄到包含金属的被检体的情况下，为了不发生画质劣化地以短时间的处理来减少金属伪影，在本发明中，在作为除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分的一次校正投影数据、与通过拍摄获取到的拍摄投影数据的差分的误差投影数据之中，利用高频分量为构造物的情况，提取高频分量，一边进行加权以使得能抑制金属伪影，一边将提取出的高频分量复原成所述一次校正投影数据后，重构图像，此外，根据从金属区域的CT值之中减去相当于软组织的CT值而得的值来计算一次校正投影数据创建时所利用的金属投影数据。

Description

X射线CT装置、重构运算装置以及X射线CT图像生成方法
技术领域
本发明涉及X射线CT装置中的伪影(artifact)减少技术，尤其涉及拍摄到包含金属的被检体的情况下的基于金属伪影减少技术的不发生画质劣化的重构运算装置以及搭载其的X射线CT装置、X射线CT图像生成方法。
背景技术
在X射线CT装置中，通过X射线检测器来受光透过被检体并根据已透过的被检体内的物质(组织)的X射线衰减系数而衰减的X射线，针对获得的电信号来进行各种处理，作为被检体内部的X射线衰减系数的分布图而获得X射线CT图像。所利用的X射线是多色X射线，被进行与物质相应的束硬化校正。
金属具有与水、骨头等通常的被检体中包含的物质极为不同的高的衰减特性，束硬化的影响也大。因而，若植入体等在摄像范围中包含金属，则无法以针对水、骨头的束硬化校正来应对，会在图像上产生伪影。金属所引起的伪影是金属所引起的束硬化伴随的暗带、起因于光子数不足而产生的条纹伪影。
将这些金属所引起的伪影统称为金属伪影。这些金属伪影并不止于金属边缘，也影响到远离金属的构造物，使得画质劣化，使得病变的视觉辨认性恶化。
已提出使这种金属伪影减少的图像重构方法(例如，参照专利文献1、专利文献2)。在专利文献1的技术中，对从重构图像之中提取出的金属部图像进行正向投影处理从而确定拍摄投影数据中的金属部。此外，在重构图像中金属部用周边组织的值等置换，对其应用双边滤波器等边缘保存平滑化处理，由此来生成组织分类图像，对该组织分类图像进行正向投影处理从而获得组织分类投影数据。用组织分类投影数据置换拍摄投影数据的金属部，获得对金属伪影进行校正后的校正后投影数据，对其进行图像重构，在获得的重构图像上附加金属部，获得校正图像。此外，在专利文献2的技术中，与专利文献1同样，对从重构图像之中提取出的金属部图像进行正向投影处理从而确定拍摄投影数据中的金属部。
此外，从重构图像之中，按照软组织、骨头、空气等每个组织置换成给定的值，由此来生成组织分类图像，对该组织分类图像进行正向投影处理从而获得组织分类投影数据。将组织分类投影数据与确定出金属部的拍摄投影数据进行混合，获得对金属伪影进行校正后的校正后投影数据，对其进行图像重构，在获得的重构图像上附加金属部，获得校正图像。在进行混合时，以组织分类投影数据对拍摄投影数据进行标准化(除法运算)处理，获得标准化投影数据，在标准化投影数据上，与金属对应的区域的数据用其周围的数据进行线性插补后，进行逆标准化处理(乘以组织分类投影数据)，进行图像重构来获得校正图像。
此外，在专利文献1、2的技术中，在拍摄投影数据上，与金属对应的区域的数据用其周围的数据进行线性插补后，重构图像，获得校正图像。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8233586号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2011/0007956号说明书
发明内容
发明要解决的课题
根据上述专利文献1以及专利文献2的技术，为了减少金属所引起的伪影，在正弦图(拍摄投影数据)上，与金属部分重叠的组织全部被置换后，被进行图像重构。被置换的数据是通过对组织分类图像进行正向投影处理而获得的。该组织分类图像根据有伪影的图像数据创建，在组织分类图像中埋在伪影里的骨头等组织、无法正确分类的软组织的构造的信息受损。因此，透过包含金属的区域的投影数据的信息缺损，处于其中的构造物的信息也会丢失。因而，甚至会影响到本来想要残留在图像中的构造物，在图像上容易变得不清楚，画质劣化。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在X射线CT装置中拍摄到包含金属的被检体的情况下，不发生画质劣化地以短时间的处理来减少金属伪影。
用于解决课题的手段
在本发明中，在作为除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分的一次校正投影数据、与通过拍摄获取到的拍摄投影数据的差分的误差投影数据中，利用高频分量为构造物的情况，提取高频分量。而且，一边进行加权以使得能抑制金属伪影一边将提取出的高频分量复原为所述一次校正投影数据后，重构图像。此外，根据从金属区域的CT值之中减去相当于软组织的CT值而得的值来计算一次校正投影数据创建时所利用的金属投影数据。
发明效果
在X射线CT装置中，拍摄到包含金属的被检体的情况下，能够不发生画质劣化地以短时间的处理来减少金属伪影。
附图说明
图1是第一实施方式的X射线CT装置的整体外观图。
图2是第一实施方式的X射线CT装置的功能构成图。
图3(a)是用于说明利用现有方法重构出的重构图像例的说明图，图3(b)是用于说明利用第一实施方式方法重构出的重构图像例的说明图。
图4是第一实施方式的重构运算装置的功能框图。
图5是第一实施方式的重构处理的流程图。
图6是用于说明第一实施方式的重构处理的说明图。
图7(a)是表示第一实施方式的权重的变化形态的图表，图7(b)是表示变形例的权重的变化形态的图表。
图8(a)是第一实施方式的高频分量提取以及复原处理的流程图，图8(b)是第三实施方式的高频分量提取以及复原处理的流程图。
图9是第二实施方式的重构运算装置的功能框图。
图10是第二实施方式的重构处理的流程图。
图11是用于说明第二实施方式的重构处理的说明图。
具体实施方式
本发明所涉及的重构运算装置，其特征在于，具备：一次校正投影数据生成部，从作为通过CT扫描获得的投影数据的拍摄投影数据之中除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分来生成一次校正投影数据；误差投影数据生成部，从所述拍摄投影数据之中减去所述一次校正投影数据，生成误差投影数据；高频分量提取部，从所述误差投影数据之中提取高频分量，作为高频分量投影数据来生成；高频分量复原部，对所述高频分量投影数据乘以与预先规定的投影数据相应的权重并与所述一次校正投影数据相加，由此来生成二次校正投影数据；和校正后图像数据生成部，基于所述二次校正投影数据来生成校正后图像数据。
此外，特征在于，所述一次校正投影数据生成部具备：初始图像数据生成部，根据所述拍摄投影数据来生成初始图像数据；组织分类图像数据生成部，根据所述初始图像数据来生成组织分类图像数据；组织分类投影数据生成部，对所述组织分类图像数据进行正向投影，生成组织分类投影数据；和金属透过区域置换部，将所述拍摄投影数据的金属透过区域的投影值置换成所述组织分类投影数据的该金属透过区域的投影值，生成所述一次校正投影数据，所述组织分类图像数据生成部将所述初始图像数据的各像素分类为预先规定的多个组织，按照每个组织置换成预先规定的CT值，由此来生成所述组织分类图像数据。
此外，特征在于，所述初始图像数据为非金属图像数据，所述初始图像数据生成部具备：拍摄图像数据生成部，重构所述拍摄投影数据，生成拍摄图像数据；金属图像数据生成部，生成从所述拍摄图像数据之中提取金属区域而获得的金属图像数据；金属投影数据生成部，对所述金属图像数据进行正向投影，生成金属投影数据；非金属投影数据生成部，针对所述拍摄投影数据的所述金属透过区域进行插补处理，生成非金属投影数据；和非金属图像数据生成部，重构所述非金属投影数据，生成所述非金属图像数据，所述金属透过区域是所述金属投影数据的投影值为给定的阈值以上的区域。
此外，特征在于，所述初始图像数据为拍摄图像数据，所述初始图像数据生成部具备：拍摄图像数据生成部，重构所述拍摄投影数据，生成所述拍摄图像数据。
此外，特征在于，所述金属透过区域置换部针对所述组织分类投影数据的所述金属透过区域进行所述插补处理，获得组织分类插补投影数据，将所述组织分类投影数据和所述组织分类插补投影数据的差分相加于所述非金属投影数据，由此来生成所述一次校正投影数据。
此外，特征在于，所述高频分量提取部使所述误差投影数据平滑化，获得平滑化误差投影数据，从所述误差投影数据之中减去该平滑化误差投影数据，由此来生成所述高频分量投影数据。
此外，特征在于，所述校正后图像数据生成部对于所述二次校正投影数据附加所述金属投影数据，生成校正后投影数据，重构该校正后投影数据，由此来获得所述校正后图像数据。
此外，特征在于，所述校正后图像数据生成部重构所述二次校正投影数据来获得二次校正后图像数据，对于该二次校正后图像数据附加所述拍摄图像数据的金属区域的CT值，由此来获得所述校正后图像数据。
此外，特征在于，还具备：反复处理部，每当生成所述二次校正投影数据时，以该二次校正投影数据置换所述非金属投影数据，反复执行预先规定的次数的所述一次校正投影数据以及所述二次校正投影数据的生成。
此外，特征在于，所述高频分量提取部在使所述误差投影数据平滑化时利用平滑化滤波器。
此外，特征在于，所述高频分量提取部利用2个以上的平滑化滤波器，所述高频分量复原部利用与所使用的平滑化滤波器的种类相应的投影数据来生成所述权重。
此外，特征在于，所述权重的值规定为：在给定的投影值的范围内，投影值越大，则所述权重的值越大。
此外，特征在于，所述权重的值利用对所述投影数据的各投影值进行逆对数变换后的线性值而规定为：在给定的线性值的范围内，所述线性值越大，则所述权重的值越小。
此外，特征在于，在所述非金属图像数据生成部生成所述非金属图像数据时，所利用的重构FOV为最大FOV，重构中心位置为所述CT扫描时的旋转中心。
此外，特征在于，所述预先规定的多个组织包含空气、软组织、金属，所述组织分类图像数据生成部分别将分类为所述空气的空气区域的CT值置换成该空气区域的平均CT值，将分类为所述软组织的软组织区域的CT值置换成该软组织区域的平均CT值，将分类为所述金属的金属区域的CT值置换成所述软组织区域的平均CT值。
此外，特征在于，所述预先规定的多个组织包含软组织以及金属，所述组织分类图像数据生成部将分类为所述软组织的软组织区域的CT值设为保存组织构造且预先规定的阈值以下的振荡分量已被除去的值，将分类为所述金属的金属区域的CT值设为所述软组织的CT值。
此外，本发明所涉及的X射线CT装置，其特征在于，具备：X射线管，照射X射线；X射线检测器，设置在隔着被检体而对置的位置，且对透过了所述被检体的X射线进行检测；中央控制装置，控制所述X射线管和所述X射线检测器，以使得针对所述被检体进行CT扫描；信号处理装置，从由所述X射线检测器检测到的X射线之中获得拍摄投影数据；和重构运算装置，根据所述拍摄投影数据来生成重构图像。
此外，本发明所涉及的X射线CT图像生成方法，其特征在于，从作为通过CT扫描获得的投影数据的拍摄投影数据之中除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分来生成一次校正投影数据，从所述拍摄投影数据之中减去所生成的所述一次校正投影数据，生成误差投影数据，从所述误差投影数据之中提取高频分量来作为高频分量投影数据，对所述高频分量投影数据乘以与预先规定的投影数据相应的权重并与所述一次校正投影数据相加，由此来生成二次校正投影数据，基于所述二次校正投影数据来重构校正后图像数据。
<<第一实施方式>>
以下，利用添加的附图来说明本发明的第一实施方式。在说明各实施方式的所有图中，具有同一功能的，除非另有说明，否则赋予相同的符号，并省略其重复的说明。
[X射线CT装置]
首先，说明本实施方式的X射线CT装置。图1是本实施方式的X射线CT装置(多切片CT装置)100的外观图。本实施方式的X射线CT装置100具备：用作拍摄用的扫描仪110、用于载置被检体101来移动的床台150、和对由扫描仪获取到的数据进行处理并且作为用户接口发挥功能的操作单元130。按照操作单元130作出的指示，扫描仪110进行载置于床台150的被检体101的扫描处理(拍摄)。
图2是本实施方式的X射线CT装置100的功能构成图。扫描方式是旋转-旋转方式(第3代)，如图1所示，大体由扫描仪110、操作单元130和床台150构成。
扫描仪110具备：X射线产生装置(X射线管)111、高电压产生装置112、X射线检测器113、准直仪114、前置放大器115、信号处理装置116、床台移动计测装置117、驱动装置118、X射线控制装置121、扫描仪控制装置122、准直仪控制装置123、床台控制装置124、以及中央控制装置125。
此外，操作单元130具备运算装置131和输入输出装置141。运算装置131具备重构运算装置132和图像处理装置133，输入输出装置141具备输入装置142、显示装置143和存储装置144。
输入装置142由鼠标、键盘等构成，用于输入床台移动速度信息、重构位置等计测/重构参数。显示装置143由显示器等构成，显示重构图像(CT图像)。图像处理装置133根据需要对通过重构运算装置132获得的CT图像进行加工。
从输入装置142被输入拍摄条件(床台移动速度、管电流、管电压、切片位置等)、重构参数(关心区域、重构图像尺寸、反向投影相位宽度、重构滤波器函数等)以及各种指示。基于被输入的摄像条件、重构参数以及指示，从中央控制装置125向X射线控制装置121、床台控制装置124和扫描仪控制装置122发送拍摄所需的控制信号，接受拍摄启动信号并开始拍摄。
若开始拍摄，则基于被输入的拍摄条件，由X射线控制装置121向高电压产生装置112发送控制信号，高电压(管电压)施加于X射线产生装置111。然后，与被施加的高电压相应的能量的电子从阴极释放，被释放的电子与靶(阳极)碰撞而从X射线产生装置111(X射线管)的X射线源向被检体101照射与电子能量相应的能量的X射线。
同时，从扫描仪控制装置122向驱动装置118发送控制信号，X射线产生装置111、X射线检测器113、前置放大器115等绕着被检体101旋转。即，扫描仪控制装置122按照来自中央控制装置125的指示，控制X射线产生装置111以及X射线检测器113，以使得针对被检体101进行CT扫描。另一方面，通过床台控制装置124使得载置被检体101的床台150静止(常规扫描时)，或者使得在体轴方向上平行移动(螺旋扫描时)。
被照射的X射线，由准直仪114来限制照射区域，在被检体101内的各组织被吸收(衰减)，通过被检体101，由X射线检测器113来检测。此时，根据所透过的被检体101内的物质(组织)的X射线衰减系数而衰减的X射线，由配置在与X射线源对置的位置处的X射线检测器113来受光(检测)。
由X射线检测器113检测到的X射线被变换为电流(电信号)，被前置放大器115放大，由具备A/D转换器的信号处理装置116变换为数字数据(X射线衰减数据)，被实施各种校正处理、对数(LOG)变换处理等，作为投影数据而输入至运算装置131。即，信号处理装置116根据由X射线检测器113检测到的X射线来生成投影数据。另外，由信号处理装置116进行的各种处理例如包含参考校正处理、校准等。
输入至运算装置131的投影数据被运算装置131内的重构运算装置132进行图像重构处理。例如，对投影数据叠加重构滤波器来获得滤波器校正投影数据。然后，针对该滤波器校正投影数据实施重构处理，由此来获得重构图像。该重构图像是被检体101内部的X射线衰减系数的分布图，是非破坏性地获得的断层像。另外，以后，将由信号处理装置116生成并输入至运算装置131的投影数据称作拍摄投影数据。
获得的重构图像保存至输入输出装置141内的存储装置144，作为CT图像而显示于显示装置143。或者，被图像处理装置133加工后，作为CT图像而显示于显示装置143。
以扫描仪110的中央控制装置125为首的各种控制装置以及运算装置131具备CPU、存储器和存储装置。而且，它们实现的各功能是CPU将存储装置144中保存的程序载入存储器来执行而实现的。此外，全部或者一部分的功能可以通过ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)等硬件来实现。各功能的处理所利用的各种数据、处理中所生成的各种数据保存至存储装置144。
在此，在X射线CT装置100中，大多在拍摄时利用多色X射线。在利用多色X射线的情况下，若不校正地进行图像化，则获得的重构图像中因束硬化所带来的影响会产生阴影(shading)。其原因在于，前提是：CT中的图像重构处理以用单色X射线拍摄得到的投影数据为对象，即，根据物质而衰减系数不变。
在一般的X射线CT装置中，在图像重构处理中组入对水、骨头的束硬化的影响进行校正的处理。例如，占被检体101的大部分的软组织具有与水类似的衰减特性，因此进行针对水的束硬化校正，对被检体101中的阴影等的束硬化的影响进行校正。此外，在被检体101内包含许多与水的衰减特性差异较大的骨头的情况下，从重构图像之中提取骨头，并且根据提取出的骨头的投影量来进行束硬化校正，抑制骨头所产生的暗带等影响。
然而，如上述，在植入体所使用的金属等具有与水、骨头极为不同的高的衰减特性的物质包含于被检体101内的情况下，利用针对水、骨头的束硬化校正无法抑制画质劣化。
例如，如图3(a)所示，在重构图像300内产生散射线、金属所引起的束硬化伴随的暗带、起因于光子数不足而产生的条纹伪影。以下，将这些被检体图像内产生的因金属所引起的伪影统称为金属伪影301。该金属伪影并不止于金属边缘，也影响到远离金属的构造物，使得病变的视觉辨认性显著恶化。
如上述，在专利文献1或者专利文献2公开的方法中，虽然金属伪影被除去，但与之相伴，构造物的信息也会丢失，画质劣化。在本实施方式中，既能将本来要残留的构造物残留在图像中，即抑制构造物的劣化，又能减少金属伪影。
为了实现该效果，本实施方式的重构运算装置132针对从信号处理装置116输出的投影数据信号(以下称为拍摄投影数据。)实施各种处理来进行校正，将画质的劣化抑制在最小限度，进行获得除去了金属伪影的重构图像(CT图像)的图像重构处理。
在该图像重构处理时，重构运算装置132为了对包含金属伪影的CT图像进行校正，拍摄投影数据上的金属对应位置用减少了金属伪影分量的至少一部分的投影数据来代替。此外，在代替后的投影数据与拍摄投影数据的差分数据中，提取插补位置的高频分量，根据金属伪影的强度而复原为代替后的投影数据。以下，说明本实施方式的重构运算装置132中的重构处理的详情。
[重构运算装置]
首先，说明实现上述处理的本实施方式的重构运算装置132的功能构成。
如图4所示，本实施方式的重构运算装置132具备：一次校正投影数据生成部210，从拍摄投影数据之中除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分来生成一次校正投影数据；误差投影数据生成部220，从拍摄投影数据之中减去一次校正投影数据，生成误差投影数据；高频分量提取部230，从误差投影数据之中提取高频分量，作为高频分量投影数据来生成；高频分量复原部240，高频分量投影数据乘以与预先规定的投影数据相应的权重并与所述一次校正投影数据相加，由此来生成二次校正投影数据；和校正后图像数据生成部250，基于二次校正投影数据来生成校正后图像数据。
此外，本实施方式的一次校正投影数据生成部210具备：初始图像数据生成部211，根据拍摄投影数据来生成初始图像数据；组织分类图像数据生成部217，根据拍摄图像数据来生成组织分类图像数据；组织分类投影数据生成部218，对组织分类图像数据进行正向投影，生成组织分类投影数据；和金属透过区域置换部219，将拍摄投影数据的金属透过区域的投影值置换成组织分类投影数据的金属透过区域的投影值，生成一次校正投影数据，组织分类图像数据生成部217将初始图像数据的各像素分类为预先规定的多个组织，按照每个组织置换成预先规定的CT值，由此来生成所述组织分类图像数据。
另外，初始图像数据为非金属图像数据，初始图像数据生成部211具备：拍摄图像数据生成部212，重构拍摄投影数据，生成拍摄图像数据；金属图像数据生成部213，生成从拍摄图像数据之中提取金属区域而获得的金属图像数据；金属投影数据生成部214，对金属图像数据进行正向投影，生成金属投影数据；非金属投影数据生成部215，针对拍摄投影数据的金属透过区域进行插补处理，生成非金属投影数据；和非金属图像数据生成部216，重构非金属投影数据，生成非金属图像数据。此时，金属透过区域设为金属投影数据的投影值为给定的阈值以上的区域。
进而，校正后图像数据生成部250具备对于二次校正投影数据附加金属投影数据来生成校正后投影数据的金属投影数据附加部251，通过重构校正后投影数据，由此来获得所述校正后图像数据。
以下，利用图5以及图6来说明各部分的处理的详情。图5是本实施方式的重构运算装置132所进行的伴有金属伪影的校正的重构处理的处理流程，图6是用于说明重构处理的流程的说明图。以下，将图像数据的各像素值称为CT值，将投影数据的各检测元件所对应的位置的值称为投影值。此外，将根据投影数据来生成图像数据的处理称为重构，将根据图像数据来生成投影数据的处理称为正向投影。此外，在图6中，将图像数据记载为图像，将投影数据记载为投影。
[拍摄图像数据生成处理]
首先，拍摄图像数据生成部212进行拍摄图像数据生成处理(步骤S1101)。在拍摄图像数据生成处理中，拍摄图像数据生成部212如以下的式(1)所示，针对拍摄投影数据porg实施图像重构处理R-1，生成拍摄图像数据forg。对于图像重构处理R-1，例如利用逆Radon变换等。
forg＝R-1(porg)···(1)
此时，将重构FOV设为全部FOV，将重构中心设为旋转中心，将重构滤波器设为腹部滤波器。如此以全部FOV进行重构，从而能够考虑被检体101整体的金属区域，即便是具有不包含在重构FOV内的金属的情况，也能够对该金属所引起的伪影进行校正。在此，全部FOV是指，包含被检体整体的FOV尺寸。
在此，在拍摄部位如头部等明确为较小的情况下，期望将重构FOV设定得较小至包含拍摄部位(例如头部)的程度。该切换能够通过根据投影数据、床台高度估计出的被检体的尺寸、重心、重构滤波器(头部用、腹部用、心脏用等)、拍摄协议(腹部、头部、骨盆等)来进行。
[金属图像数据生成处理]
接下来，金属图像数据生成部213进行金属图像数据生成处理(步骤S1102)。在金属图像数据生成处理中，如以下的式(2)所示，从拍摄图像数据forg之中仅提取金属部分，进而减去相当于软组织的CT值vsft，生成金属图像数据fmtl。
fmtl＝Emtl(forg)-vsft···(2)
在此，Emtl表示金属区域的分区(segmentation)处理，例如通过阈值处理等来实现。
在此，减去相当于软组织的CT值vsft的原因在于，使得在后述的金属投影数据附加部251所进行的金属投影数据附加处理中，在相加金属投影数据时投影值不会变得过大。变得过大的原因在于，在后述的金属投影数据附加处理中附加金属投影数据时成为基础的组织分类投影数据的金属区域具有相当于软组织的投影值而非空气。
金属投影数据也可以利用考虑到束硬化的值。此时，具体而言，与现有的水、骨头的束硬化校正同样，基于已知的尺寸的金属的实测投影值和通过仿真计算出的理想投影值之间的关系式来进行校正。
[金属投影数据生成处理]
若生成金属图像数据fmtl，则金属投影数据生成部214进行金属投影数据生成处理(步骤S1103)。金属投影数据生成部214如以下的式(3)所示，对金属图像数据fmtl进行正向投影处理R，生成金属投影数据pmtl。
pmtl＝R(fmtl)···(3)
正向投影处理R例如通过Radon变换等来实现。
[非金属投影数据生成处理]
若生成金属投影数据pmtl，则非金属投影数据生成部215执行在投影数据上用相邻的投影值对金属透过区域进行插补来生成非金属投影数据的非金属投影数据生成处理(步骤S1104)。
非金属投影数据生成部215首先将金属投影数据pmtl中投影值为预先规定的阈值以上的区域，确定为投影数据上的金属透过区域。另外，金属透过区域是在X射线检测器113中检测到透过了被检体101的金属区域的X射线的区域。而且，如式(4)所示，针对拍摄投影数据porg中的金属透过区域进行插补处理M，生成非金属投影数据plin。。
plin＝M(porg)···(4)
插补处理中，利用作为超过阈值的数据部的金属透过区域的、与通道方向的两端部相邻的、未超过阈值的区域的数据，通过线性插补来进行。此外，确定金属透过区域时利用的阈值例如设为1.0。
[非金属图像数据生成部]
若生成非金属投影数据plin，则非金属图像数据生成部216进行非金属图像数据生成处理(步骤S1105)。非金属图像数据生成部216如以下的式(5)所示，对非金属投影数据plin实施图像重构处理R-1，生成已排除金属的非金属图像数据flin。
flin＝R-1(plin)···(5)
此时，与拍摄图像数据生成处理同样，将重构FOV设为全部FOV，将重构中心设为旋转中心，对于重构滤波器而利用噪声比较少的滤波器例如腹部用滤波器来进行图像重构处理。另外，旋转中心是CT扫描时的X射线产生装置111与X射线检测器113的旋转中心。在此，在拍摄部位如头部等明确为较小的情况下，期望将重构FOV设定得较小至包含拍摄部位(例如头部)的程度。该切换能够通过根据投影数据、床台高度估计出的被检体尺寸、重心、重构滤波器(头部用、腹部用、心脏用等)、拍摄协议(腹部、头部、骨盆等)来进行。
如此以全部FOV进行重构，从而能够生成包含被检体101整体的非金属图像数据flin。由此，在后述的组织分类投影数据生成处理中，能够生成具有与被检体101的未溢出的拍摄投影数据相近的值的组织分类投影数据。因此，即便在重构FOV不含被检体101整体的情况下，也能够高精度地对金属伪影进行校正。
[组织分类图像数据生成处理]
若生成非金属图像数据flin，则组织分类图像数据生成部217执行根据作为初始图像数据的非金属图像数据flin来生成组织分类图像数据的组织分类图像数据生成处理(步骤S1106)。
组织分类图像数据生成部217如以下的式(6)所示，针对非金属图像数据flin进行组织分类处理Esft，生成组织分类图像数据fprior。
fprior＝Esft(flin)···(6)
在此，Esft表示软组织的分区处理(组织分类处理)。
在组织分类处理Esft中，组织分类图像数据生成部217首先针对非金属图像数据flin的各像素的CT值进行阈值处理，将非金属图像数据flin的各像素分类为例如空气、软组织、骨头、金属这4个组织。而且，关于被分类为空气以及软组织的两个区域，将各像素的CT值分别置换成该区域的平均CT值[HU]。另一方面，关于被设为骨头以及金属的两个区域，设为原样的CT值，生成组织分类图像数据fprior。
另外，在组织分类处理时，为了减轻噪声、伪影所带来的影响，也可事前针对非金属图像数据进行公知的平滑化滤波器处理。此外，关于被分类为金属的金属区域，也可以置换成被设为软组织的区域的平均CT值。
此外，关于被分类为软组织的区域，不一定要置换成平均值。
只要是保存组织构造物且细微的振荡分量(给定的阈值以下的振荡数的振荡分量)已除去的CT值即可。这种CT值例如通过对于非金属图像数据应用TV(Total Variation：全变差)滤波器等的边缘保存型图像滤波器来获得。
[组织分类投影数据生成处理]
若生成组织分类图像数据fprior，则组织分类投影数据生成部218进行组织分类投影数据生成处理(步骤S1107)。组织分类投影数据生成部218如以下的式(7)所示，对组织分类图像数据fprior进行正向投影处理R，生成组织分类投影数据pprior。
pprior＝R(fprior)···(7)
[金属透过区域置换处理]
若生成组织分类投影数据pprior，则金属透过区域置换部219进行金属透过区域置换处理(步骤S1108)。在本实施方式中，金属透过区域置换部219将对拍摄投影数据porg的金属透过区域进行线性插补而获得的非金属投影数据plin的、线性插补部(金属透过区域)，置换成保持金属透过区域端部边界处的连续性的、表示平滑变化的值(置换值)，来生成一次校正投影数据pfstc。
在此，置换值根据组织分类投影数据pprior来计算。另外，金属透过区域如上述在拍摄投影数据porg上是金属投影数据pmtl中投影值为预先规定的阈值以上的区域。
具体而言，金属透过区域置换部219针对组织分类投影数据pprior的金属透过区域进行插补处理M，获得组织分类插补投影数据M(pprior)，将组织分类投影数据pprior和组织分类插补投影数据M(pprior)的差分相加于非金属投影数据plin，由此来生成一次校正投影数据pfstc。具体而言，如以下的式(8)所示，在组织分类投影数据pprior上，计算与非金属投影数据plin生成时同样对金属透过区域进行了插补处理M的数据、和线性插补前的数据的差分，将该差分与非金属投影数据plin相加，生成一次校正投影数据pfstc。
pfstc＝pprior-M(pprior)+plin···(8)
另外，插补处理M是与非金属投影数据plin生成时同样的处理，是利用在通道方向上与金属透过区域的两端相邻的投影值对组织分类投影数据的金属透过区域进行插补的处理。通过该金属透过区域置换处理，能够获得在金属区域的边界(拍摄投影数据与组织分类投影数据之间的边界)处保持了连续性的校正投影数据。
另外，该金属透过区域置换处理(一次校正投影数据的生成)并不限定于上述方法。例如，可以利用以下的方法。
例如，也可以利用以下的式(9)所示的线性基线偏移方法(Linear baselineshift approach)来生成一次校正投影数据pfstc。具体而言，首先，取拍摄投影数据porg与组织分类投影数据pprior的差分。然后，针对获得的差分数据来进行与非金属投影数据生成时同样的插补处理M。最后，在线性插补后的投影数据上相加组织分类投影数据pprior。
pfstc＝M(porg-pprior)+pprior···(9)
此外，例如，也可以利用以下的式(10)所示的方法来生成一次校正投影数据pfstc。具体而言，首先，拍摄投影数据porg除以组织分类投影数据pprior。然后，针对获得的除法运算后的投影数据来进行与非金属投影数据生成时同样的插补处理M。最后，对线性插补后的投影数据乘以组织分类投影数据pprior。
pfstc＝M(porg/pprior)×pprior···(10)
[误差投影数据生成处理]
若生成一次校正投影数据pfstc，则误差投影数据生成部220进行误差投影数据生成处理(步骤S1109)。具体而言，误差投影数据生成部220如以下的式(11)所示，从拍摄投影数据porg之中减去一次校正投影数据pfstc和金属投影数据pmtl，生成误差投影数据perr。
perr＝porg-pfstc-pmtl···(11)
[高频分量提取处理]
若生成误差投影数据perr，则高频分量提取部230进行高频分量提取处理(步骤S1110)。在高频分量提取处理中，高频分量提取部230如以下的式(12)所示，使误差投影数据perr平滑化，获得平滑化误差投影数据，从误差投影数据perr之中减去该平滑化误差投影数据，由此从误差投影数据perr之中提取高频分量，生成高频分量投影数据phfrq。另外，平滑化通过利用了平滑化滤波器S的平滑化处理来实施。
phfrq＝perr-S(perr)···(12)
在此，利用在误差投影数据perr之中金属伪影分量(束硬化分量)相当于低频分量，构造物、离散误差分量相当于高频分量的情况，从误差投影数据perr之中提取高频分量，由此来提取构造物、离散误差分量。
即，平滑化处理S用于从误差投影数据之中分离噪声、构造物、离散误差分量。平滑化处理所利用的平滑化滤波器S的核例如设为通道方向的一维、或通道和列的二维。核尺寸根据像素尺寸、切片间隔来决定。例如，在像素尺寸、切片间隔宽的情况下，决定为核尺寸大。如此一来，能够有效地减少像素尺寸、切片间隔所引起的离散误差。
[高频分量复原处理]
若生成高频分量投影数据phfrq，则高频分量复原部240进行高频分量复原处理(步骤S1111)。高频分量复原部240对高频分量投影数据phfrq的各投影值乘以与金属投影数据pmtl的投影值相应的权重Wprj(pmtl)，并与一次校正投影数据pfstc相加，生成复原了高频分量的二次校正投影数据pcorr。
具体而言，二次校正投影数据pcorr通过以下的式(13)来计算。即，如上述，对高频分量投影数据phfrq乘以权重Wprj(pmtl)，并与一次校正投影数据pfstc相加，由此来计算。
pcorr＝pfstc+Wprj(pmtl)phfrq···(13)
此时，权重Wprj(pmtl)例如像以下的式(14)所示那样决定。
Figure BDA0001419148290000171
在此，tmin以及tmax是满足tmin＜tmax的、金属投影数据pmtl的投影值。它们是用于决定权重Wprj(pmtl)的阈值。在图7(a)中示出表示该权重Wprj(pmtl)的变化形态的图表410。
高频分量投影数据phtrq中包含构造物、噪声、少量的金属伪影分量、以及正向投影时的离散误差。关注于金属伪影分量的大小(金属伪影的强度)与金属的衰减的大小、即金属投影数据pmtl的大小成比例，来决定上述权重Wprj(pmtl)。
即，权重Wprj(pmtl)如上述式(14)所示那样在金属投影数据pmtl的投影值大的情况下决定为小值，在该投影值小的情况下决定为大值。由此，能够减少金属投影数据pmtl的投影值小的视角下的离散误差。此外，能够在重构后的图像中附加无不舒适感的程度的噪声，且能够恢复构造物。
另外，也可以进行在金属透过区域置换处理的式(10)所记载的标准化投影数据上计算误差数据、高频分量数据等的高频分量复原处理。
在此，利用图8(a)来说明本实施方式的高频分量提取处理和高频分量复原处理的流程。
首先，高频分量提取部230利用平滑化滤波器S使误差投影数据perr平滑化，生成平滑化误差投影数据(步骤S1201)。然后，从误差投影数据perr之中减去该平滑化误差投影数据，由此来生成高频分量投影数据phfrq(步骤S1202)。
接下来，高频分量复原部240生成与金属投影数据pmtl的投影值相应的权重Wprj(pmtl)(步骤S1203)。然后，对高频分量投影数据phfrq乘以权重Wprj(pmtl)并与一次校正投影数据pfstc相加，即附加高频分量，由此来生成二次校正投影数据pcorr(步骤S1204)。
[金属投影数据附加处理]
若生成二次校正投影数据pcorr，则金属投影数据附加部251进行金属投影数据附加处理(步骤S1112)。金属投影数据附加部251如以下的式(15)所示，对二次校正投影数据pcorr相加金属投影数据pmtl，生成校正后投影数据pcorm。
pcorm＝pcorr+pmtl···(15)
如此在投影数据上附加金属投影数据pmtl，从而能够在校正后图像的金属部中反映重构滤波器的影响，能够获得无不舒适感的图像。
[校正后图像数据生成处理]
最后，校正后图像数据生成部250进行校正后图像数据生成处理(步骤S1113)。校正后图像数据生成部250如以下的式(16)所示，对校正后投影数据pcorm实施图像重构处理R-1，生成校正后图像数据fcorm。
fcorr＝R-1(pcorm)···(16)
此时，以期望的重构滤波器、期望的重构FOV、期望的重构位置来进行图像重构。
在图3(b)中示出根据图3(a)所示的重构了图像的拍摄投影数据而通过本实施方式的重构运算装置132所进行的重构处理获得的校正后图像数据310。如该图所示可知，通过本实施方式的重构处理，可抑制金属伪影(图3(a)的301)，且构造物残存。
如以上说明的那样，本实施方式的X射线CT装置具备：X射线管(X射线产生装置)111，照射X射线；X射线检测器113，设置在隔着被检体101而与所述X射线管对置的位置，且对透过了所述被检体101的X射线进行检测；中央控制装置125，控制所述X射线管和所述X射线检测器113，以使得针对所述被检体101进行CT扫描；信号处理装置116，从由所述X射线检测器113检测到的X射线之中获得拍摄投影数据；和重构运算装置132，根据所述拍摄投影数据来生成重构图像。
而且，重构运算装置132具备：一次校正投影数据生成部210，从所述拍摄投影数据之中除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分来生成一次校正投影数据；误差投影数据生成部220，从所述拍摄投影数据之中减去所述一次校正投影数据，生成误差投影数据；高频分量提取部230，从所述误差投影数据之中提取高频分量，作为高频分量投影数据来生成；高频分量复原部240，对所述高频分量投影数据乘以与预先规定的投影数据相应的权重并与所述一次校正投影数据相加，由此来生成二次校正投影数据；和校正后图像数据生成部250，基于所述二次校正投影数据来生成校正后图像数据。
所述一次校正投影数据生成部210具备：初始图像数据生成部211，根据所述拍摄投影数据来生成初始图像数据；组织分类图像数据生成部217，根据所述初始图像数据来生成组织分类图像数据；组织分类投影数据生成部218，对所述组织分类图像数据进行正向投影，生成组织分类投影数据；和金属透过区域置换部219，将所述拍摄投影数据的金属透过区域的投影值置换成所述组织分类投影数据的该金属透过区域的投影值，生成所述一次校正投影数据，所述组织分类图像数据生成部217将所述初始图像数据的各像素分类为预先规定的多个组织，按照每个组织置换成预先规定的CT值，由此来生成所述组织分类图像数据。
所述初始图像数据为非金属图像数据，所述初始图像数据生成部211具备：拍摄图像数据生成部212，重构所述拍摄投影数据，生成拍摄图像数据；金属图像数据生成部213，生成从所述拍摄图像数据之中提取金属区域而获得的金属图像数据；金属投影数据生成部214，对所述金属图像数据进行正向投影，生成金属投影数据；非金属投影数据生成部215，针对所述拍摄投影数据的所述金属透过区域进行插补处理，生成所述非金属投影数据；和非金属图像数据生成部216，重构所述非金属投影数据，生成所述非金属图像数据，所述金属透过区域是所述金属投影数据的投影值为给定的阈值以上的区域。
如此，根据本实施方式，利用相邻的数据对投影数据上的金属透过区域进行插补来生成一次校正投影数据pfstc。然后，在该一次校正投影数据pfstc的相对于拍摄投影数据porg的误差投影数据perr上，提取相当于构造物的高频分量，附加于一次校正投影数据pfstc。由此，能够恢复构造物的信息。此外，金属区域周边的细微的噪声也能够恢复，能够获得更自然的图像。
进而，在将高频分量附加于一次校正投影数据pfstc时，根据金属投影数据pmtl的投影值的大小来进行加权。由此，金属伪影越强，则越能抑制贡献。因而，纵使提取出的高频分量中包含金属伪影分量，也能够抑制其复原。进而，金属投影数据pmtl的投影值小的视角下的离散误差被减少。
此外，一次校正投影数据pfstc在由拍摄投影数据重构出的拍摄图像数据中，基于根据从金属区域的CT值减去相当于软组织的CT值而得的值所计算的金属投影数据来计算。因此，一次校正投影数据pfstc中的金属透过区域的投影值接近于实际。
在现有的方法中，在对拍摄投影数据中的金属透过区域进行校正时，正弦图上与金属部分重叠的组织全部被置换成组织分类投影数据。在由置换后的投影数据重构出的图像上，埋在金属伪影里的骨头、无法正确分区的软组织的构造等、用组织分类图像数据无法分区的构造物缺损。
然而，根据本实施方式，在该高频分量复原处理中，提取误差投影数据perr的高频分量，对提取出的高频分量进行加权并与一次校正投影数据pfstc相加，复原组织分类投影数据pprior中不含的已缺损的构造物分量。因而，在本实施方式中，能够改善正弦图上与金属区域重叠的组织的缺损。
此外，根据现有技术，在对拍摄投影数据中的金属透过区域进行校正时，利用由无噪声的组织分类图像创建出的正向投影数据进行置换，因此校正后图像的金属周边成为无噪声的有不舒适感的图像。然而，根据本实施方式，在高频分量复原处理中将包含噪声分量的高频分量投影数据phfrq附加于一次校正后投影数据pfstc，因此该课题被改善，即便在金属周边也能获得无不舒适感的图像。
此外，根据现有技术，在对拍摄投影数据中的金属透过区域进行校正时，由于噪声、束硬化效果、伪影、CT值调整误差、分区精度等，组织分类投影数据的投影值有误差的情况下，在与被校正投影的切换部会产生不连续，有时会从金属边缘产生条纹伪影。
然而，根据本实施方式，在金属透过区域置换处理中，在组织分类投影数据pprior之中，对金属透过区域进行了线性插补处理的组织分类插补投影数据取与组织分类投影数据pprior的差分，并且与非金属投影数据plin相加。即，进行置换，使得对金属区域进行了线性插补处理的位置平滑地连接。因而，能够改善投影数据的不连续性，能够抑制金属边缘处的条纹伪影。
此外，在生成金属投影数据时，例如期望的重构切片间隔宽的情况(切片厚度厚的情况；例如5mm厚图像)、期望的FOV尺寸大的情况(例如FOV尺寸为450mm)下，根据现有的方法，会对像素粗的金属图像进行正向投影处理。因此，金属投影数据pmtl会产生离散误差，这将成为最终获得的校正后图像数据fcorm的伪影。
此时，根据现有技术，若为了生成高精度的金属投影数据而生成与期望的切片厚度、FOV尺寸不同的细像素的金属图像，则最后附加的金属图像数据必须用期望的重构切片厚度、期望的FOV尺寸来重新重构，伴随计算时间的增大。
进而，根据现有技术，在创建组织分类投影数据时，在组织分类投影数据fprior中也会产生离散误差，这在校正后图像数据fcorm中会成为伪影(例如，风车状伪影)。
然而，根据本实施方式，如上述，由于离散误差被减少，因此即便是重构间隔宽的情况(切片厚度厚的情况)、FOV大的情况，也能够抑制校正后图像数据fcorm的伪影。
此外，在生成组织分类图像时，根据本实施方式，在非金属图像数据flin生成时，能够利用噪声少的特定的滤波器。根据现有的技术，通过用于平滑化的重构滤波器，有时分区精度会恶化，进而无法获得期望的校正精度。然而，在本实施方式中，能够改善分区精度的恶化。
此外，根据本实施方式，利用全部FOV对非金属图像数据flin重构。由此，被检体101整体包含在图像中，被检体101不会从图像露出。故此，在此后的组织分类图像数据生成时，可适当地进行组织分类。
此外，在创建组织分类投影时，例如重构FOV小且被检体从图像露出的情况(被检体整体未包含在图像中的情况)下，根据现有方法，被检体信息缺损，组织分类投影数据评价得过小，产生大误差。然而，根据本实施方式，可抑制这种误差，可获得良好的结果。
<<第二实施方式>>
接下来，说明本发明的第二实施方式。在本实施方式中，每当获得二次校正投影数据pcorr时，置换成非金属投影数据plin，进行反复处理。
本实施方式的X射线CT装置基本上具有与第一实施方式的X射线CT装置100同样的构成。不过，在伴有金属伪影的校正的重构处理中进行反复处理。因而，本实施方式的重构运算装置132如图9所示还具备进行反复处理的反复处理部260。以下，关于本实施方式，主要说明与第一实施方式不同的构成。
[反复处理]
本实施方式的反复处理部260每当生成二次校正投影数据pcorr时，将二次校正投影数据pcorr置换成非金属投影数据plin，反复进行预先规定的次数的一次校正投影数据pfstc以及二次校正投影数据pcorr的生成。
即，本实施方式的反复处理部260在生成非金属投影数据plin时，反复执行预先规定的次数的、从非金属图像数据生成部216进行的非金属图像数据生成处理至高频分量复原部240进行的二次校正投影数据pcorr的生成处理。此时，利用高频分量复原部240所生成的二次校正投影数据pcorr对非金属投影数据plin置换，来反复执行处理。另外，反复执行的各处理的处理内容与第一实施方式相同。
以下，关于本实施方式的处理的流程，利用图10以及图11来主要说明与第一实施方式不同的地方。图10是本实施方式的重构运算装置132所进行的、伴有金属伪影的校正的重构处理的处理流程，图11是用于说明重构处理的流程的说明图。
拍摄图像数据生成部212所进行的拍摄图像数据生成处理(步骤S2101)、金属图像数据生成部213所进行的金属图像数据生成处理(步骤S2102)、金属投影数据生成部214所进行的金属投影数据生成处理(步骤S2103)、以及非金属投影数据生成部215所进行的非金属投影数据生成处理(步骤S2104)由于与第一实施方式相同，因此省略说明。
若将所有反复次数设为N，将反复次数的计数器设为n，则首先反复处理部260将反复次数的计数器n初始化(n＝1)(步骤S2105)。
非金属图像数据生成部216如以下的式(17)所示，对非金属投影数据plin实施图像重构处理R-1，生成排除了金属的非金属图像数据flin n(步骤S2106)。
flin n＝R-1(pcorr n-1)···(17)
另外，非金属图像数据flin n以及二次校正投影数据pcorr各自的、右上方的n、n-1表示生成各数据的反复次数。即，对于第n次反复中生成的图像数据或者投影数据，在右上方赋予n。在此，设pcorr 0＝plin。
组织分类图像数据生成部217如以下的式(18)所示，根据非金属图像数据flin n来生成组织分类图像数据fprior n(步骤S2107)。
fprior n＝Esft(flin n)···(18)
组织分类投影数据生成部218如以下的式(19)所示，根据组织分类图像数据fprior n来生成组织分类投影数据pprior n(步骤S2108)。
pprior n＝R(fprior n)···(19)
金属透过区域置换部219如以下的式(20)所示，在组织分类投影数据pprior n上，计算与非金属投影数据生成时同样地对金属透过区域进行了插补处理M的数据、和线性插补前的数据的差分，将该差分与非金属投影数据plin(在此为pcorr n-1)相加，生成一次校正投影数据pfstc n(步骤S2109)。
pfstc n＝pprior n-M(pprior n)+pcorr n-1···(20)
当然，在本实施方式中，对于一次校正投影数据pfstc n的生成，也可以与第一实施方式同样地利用以下的式(21)、式(22)的方法。
pfstc n＝M(porg-pprior n)pprior n···(21)
pfstc n＝M(porg/pprior n)×pprior n···(22)
误差投影数据生成部220如以下的式(23)所示，从拍摄投影数据porg之中减去一次校正投影数据pfstc n和金属投影数据pmtl，生成误差投影数据perr n(步骤S2110)。
perr n＝porg-pfstc n-pmtl···(23)
高频分量提取部230从误差投影数据perr n之中减去高频分量，生成高频分量投影数据phfrq n(步骤S2111)。
在本实施方式中，高频分量也如以下的式(24)所示，针对误差投影数据perr n实施平滑化处理S，从误差投影数据perr n之中减去平滑化后的数据，由此被提取。
phfrq n＝perr n-S(perr n)···(24)
然后，高频分量复原部240进行高频分量复原处理(步骤S2112)。在此，对所生成的高频分量投影数据phfrq n的各投影值乘以与金属投影数据pmtl的投影值相应的权重Wprj(pmtl)，并与一次校正投影数据pfstc n相加，生成复原了高频分量的二次校正投影数据pcorr n。
此时，二次校正投影数据pcorr通过以下的式(25)来计算。即，如上述，对高频分量投影数据phfrq n乘以权重Wprj(pmtl)并与一次校正投影数据pfstc n相加，由此来计算。在此，权重Wprj(pmtl)例如像式(14)所示那样决定。
pcorr n＝pfstc n+Wprj(pmtl)phfrq n···(25)
在此，所利用的权重Wprj(pmtl)设为与第一实施方式相同。
之后，反复处理部260将反复次数n与反复次数N进行比较(步骤S2113)，在不足N的情况下，将n增1(步骤S2114)，反复执行处理。另一方面，在结束了N次处理的情况下，使处理进入金属投影数据附加处理以后。此后的处理与第一实施方式相同。
即，金属投影数据附加部251如以下的式(26)那样在N次处理后的二次校正投影数据pcorr上相加金属投影数据pmtl，生成校正后投影数据pcorm(步骤S2115)。
pcorm＝pcorr N+pmtl···(26)
之后，校正后图像数据生成部250如以下的式(27)所示，对校正后投影数据pcorm实施图像重构处理R-1，生成校正后图像数据fcorm(步骤S2116)。
fcorr＝R-1(pcorm)···(27)
如以上说明的那样，本实施方式的X射线CT装置100与第一实施方式同样地具备：X射线管(X射线产生装置)111、X射线检测器113、中央控制装置125、信号处理装置116、以及重构运算装置132。而且，重构运算装置132具备：一次校正投影数据生成部210、误差投影数据生成部220、高频分量提取部230、高频分量复原部240、校正后图像数据生成部250、以及反复处理部260。
所述一次校正投影数据生成部210具备：初始图像数据生成部211、组织分类图像数据生成部217、组织分类投影数据生成部218、以及金属透过区域置换部219，所述初始图像数据生成部211具备：拍摄图像数据生成部212、金属图像数据生成部213、金属投影数据生成部214、非金属投影数据生成部215、以及非金属图像数据生成部216。
而且，所述反复处理部260每当生成所述二次校正投影数据时，利用该二次校正投影数据对所述非金属投影数据置换，反复执行预先规定的次数的所述一次校正投影数据以及所述二次校正投影数据的生成。
如此，根据本实施方式，由于具备与第一实施方式同样的构成，因此可获得与第一实施方式同样的效果。进而，根据本实施方式，将二次校正投影数据pcorr用作非金属投影数据来进行反复处理。此时，通过简易地除去金属部的插补处理而生成的非金属投影数据包含大的插补误差，但非金属投影数据被置换成误差比较少的二次校正投影数据，从而非金属投影数据的精度提高，接下来生成的其二次校正投影数据pcorr的精度也提高。作为结果，基于其生成的校正后投影数据pcorm的精度也得以提高，最终的校正后图像数据fcorm提高。
<<第三实施方式>>
接下来，说明本发明的第三实施方式。在本实施方式中，在高频分量提取时进行多次的平滑化处理。此时，也可以使得所利用的滤波器变化。
本实施方式的X射线CT装置100基本上具有与第一实施方式同样的构成。
不过，由于高频分量的提取处理不同，因此高频分量提取部230以及高频分量复原部240的处理不同。以下，关于本实施方式，只要说明与第一实施方式不同的构成。
在本实施方式中，高频分量提取部230利用2个以上的不同种类的平滑化滤波器，高频分量复原部240利用与所使用的平滑化滤波器的种类相应的投影数据来生成进行乘法运算的权重。
本实施方式的高频分量提取部230与第一实施方式同样地从误差投影数据perr之中提取高频分量，生成高频分量投影数据phfrq。高频分量的提取与第一实施方式同样地通过实施平滑化处理来进行。不过，在本实施方式中，反复执行多次的平滑化处理。
此外，本实施方式的高频分量复原部240与第一实施方式同样地对高频分量投影数据phfrq的各投影值乘以与预先规定的种类的投影数据p的投影值相应的权重Wprj(p)并与一次校正投影数据pfstc相加，生成二次校正投影数据pcorr。
按照图8(b)，以具体例来说明本实施方式的高频分量提取部230所进行的高频分量提取处理以及高频分量复原部240所进行的高频分量复原处理。在此，作为一例，举出利用不同的两种平滑化滤波器进行两次的平滑化的情况为例来进行说明。另外，也可以利用相同的平滑化滤波器来进行多次的平滑化。
例如，在第1次的平滑化处理中，利用使用了视角方向1、列方向3、通道方向3的尺寸的平滑化核的第一平滑化滤波器S1，在第2次的平滑化处理中，利用使用了视角方向3、列方向5、通道方向5的尺寸的平滑化核的第二平滑化滤波器S2。
首先，高频分量提取部230将第一平滑化滤波器S1应用于误差投影数据perr，生成平滑化误差投影数据S1(perr)(步骤53101)。然后，从误差投影数据perr之中减去该平滑化误差投影数据S1(perr)，由此来生成第一高频分量投影数据phfrq1(步骤S3102)。步骤S3101以及步骤S3102的处理如以下的式(28)所示。
phfrq1＝perr-S1(perr)···(28)
然后，高频分量复原部240作为权重计算所利用的投影数据而选择拍摄投影数据porg，如以下的式(29)所示那样生成与该拍摄投影数据porg的投影值相应的权重Wprj(porg)(步骤S3103)。
Figure BDA0001419148290000261
tmin1以及tmax1是满足tmin1＜tmax1的、拍摄投影数据porg的投影值。它们是用于决定第一权重Wprj(porg)的阈值。
在利用第一平滑化滤波器S1的第1次的平滑化处理中，主要提取噪声分量。一般，投影数据上的噪声依赖于拍摄投影数据porg的投影值的大小。如果忽略金属部中的衰减，则投影数据上的噪声依赖于组织分类投影数据pprior的大小。因而，关于噪声分量是主要的第一高频分量投影数据phfrq1，乘以拍摄投影数据porg的投影值、组织分类投影数据pprior的大小所相应的第一权重Wprj(porg)。
然后，高频分量复原部240如以下的式(30)所示，将所生成的权重Wprj(porg)乘以第一高频分量投影数据phfrq1并从误差投影数据perr之中减去，由此来生成反映后的误差投影数据perr1(步骤S3104)。由此，高频分量复原部240使得在误差投影数据perr中反映提取出的第一高频分量投影数据phfrq1。
perr1＝perr-Wprj(porg)phfrq1···(30)
接下来，高频分量提取部230将第二平滑化滤波器S2应用于反映后的误差投影数据perr1，生成平滑化误差投影数据S2(perr1)(步骤S3105)。然后，从误差投影数据perr1之中减去该平滑化误差投影数据S2(perr1)，由此来生成第二高频分量投影数据phfrq2(步骤S3106)。步骤S3105以及步骤S3106的处理由以下的式(31)表示。
phfrq2＝perr1-S2(perr1)···(31)
之后，高频分量复原部240作为权重计算所利用的投影数据而选择金属投影数据pmtl，如以下的式(32)所示那样生成与该金属投影数据pmtl的投影值相应的权重Wprj(pmtl)(步骤S3107)。
Figure BDA0001419148290000271
在此，tmin2以及tmax2分别是满足tmin2＜tmax2的、金属投影数据pmtl的投影值。它们是用于决定第二权重Wprj(pmtl)的阈值。
在利用第二平滑化滤波器S2的第2次的平滑化处理中，主要提取构造物分量、离散误差分量、金属伪影分量。金属伪影分量依赖于金属投影数据pmtl的投影值的大小。因而，对于包含金属伪影分量的第二高频分量投影数据phfrq2乘以与金属投影数据pmtl的投影值的大小相应的第二权重Wprj(pmtl)。
然后，高频分量复原部240与第一实施方式同样地如以下的式(33)所示，对提取出的第一高频分量投影数据phfrq1乘以与拍摄投影数据porg相应的第一权重Wprj(porg)，此外，对提取出的第二高频分量投影数据phfrq2乘以与金属投影数据pmtl相应的第二权重Wprj(pmtl)，并与一次校正投影数据pfstc相加，由此来计算复原了高频分量的二次校正投影数据pcorr(步骤S3108)。
pcorr＝pfstc+Wprj(porg)phfrq1+Wprj(pmtl)phfrq2···(33)
另外，在上述处理中，也可以先进行第一平滑化处理以及第二平滑化处理的任意处理。
此外，由于其他处理与第一实施方式相同，因此在这里省略说明。
如以上说明的那样，本实施方式的X射线CT装置100与第一实施方式同样地具备：X射线管(X射线产生装置)111、X射线检测器113、中央控制装置125、信号处理装置116、以及重构运算装置132。而且，重构运算装置132具备：一次校正投影数据生成部210、误差投影数据生成部220、高频分量提取部230、高频分量复原部240、校正后图像数据生成部250、以及反复处理部260。
而且，所述一次校正投影数据生成部210具备：初始图像数据生成部211、组织分类图像数据生成部217、组织分类投影数据生成部218、以及金属透过区域置换部219，所述初始图像数据生成部211具备：拍摄图像数据生成部212、金属图像数据生成部213、金属投影数据生成部214、非金属投影数据生成部215、以及非金属图像数据生成部216。
而且，所述高频分量提取部230在使所述误差投影数据平滑化时，利用2个以上的不同种类的平滑化滤波器，所述高频分量复原部240利用与所使用的平滑化滤波器的种类相应的投影数据来生成所述乘法运算的权重。
根据本实施方式，由于具备与第一实施方式同样的构成，因此可获得与第一实施方式同样的效果。进而，根据本实施方式，在高频分量提取处理以及高频分量复原处理中，利用不同的多个平滑化滤波器来提取高频分量。然后，对提取后的高频分量乘以基于与该分量的特性相应的投影数据的权重，来复原高频分量。由此，既能减少剂量不足所引起的噪声又能减少金属伪影，且能够有效地恢复埋在金属投影数据里的构造物、离散误差分量。
另外，为使说明简单，在本实施方式中，作为平滑化滤波器，利用了平滑化的程度仅根据核尺寸而变化的简单的平滑化滤波器。但是，所利用的平滑化滤波器并不限定于此。也可以利用中值滤波器、高斯滤波器、TV滤波器、采用Wavelet处理的滤波器等、进一步具有非线性特性的任何平滑化滤波器。本实施方式的平滑化处理是为了提取误差投影数据中的趋势分量而进行的，因此只要是能实现该目的的滤波器即可。
此外，在本实施方式中，举出应用于第一实施方式的情况为例进行了说明，但本实施方式也可以应用于第二实施方式。即，也可以将获得的二次校正投影数据pcorr置换成非金属投影数据plin，反复执行给定次数的反复处理。
<变形例>
另外，在上述各实施方式中，初始图像数据也可以为拍摄图像数据。
在该情况下，初始图像数据生成部211也可以具备重构拍摄投影数据porg并生成拍摄图像数据forg的拍摄图像数据生成部212，不具备除此之外的、金属图像数据生成部213、金属投影数据生成部214、非金属投影数据生成部215、以及非金属图像数据生成部216。
进而，在上述各实施方式中，校正后图像数据生成部250在根据二次校正投影数据pcorr来生成校正后图像数据fcorm时，在投影数据(二次校正投影数据pcorr)上附加(复原)金属信息。然而，并不限定于该方法。
例如，也可以在重构后附加金属信息。在该情况下，校正后图像数据生成部250通过重构二次校正投影数据pcorr来获得二次校正后图像数据，对于该二次校正后图像数据附加拍摄图像数据的金属区域的CT值，由此来获得校正后图像数据fcorm。另外，金属区域的CT值在金属图像数据fmtl创建时获得。
进而，校正后图像数据生成部250可以在根据二次校正投影数据pcorr来生成校正后图像数据fcorm时，不附加金属信息。这是因为，在重构图像内金属部不是诊断对象的情况下，无需金属信息。
此外，在上述各实施方式中，在权重的计算中，直接利用拍摄投影数据porg、金属投影数据pmtl、或组织分类投影数据pprior的投影值。然而，权重的计算方法并不限定于此。例如，如以下的式(34)所示，也可根据对各投影数据的各投影值进行了逆对数变换的线性值p来决定权重Wprj(p)。即，将权重Wprj(p)决定为：线性值p越大，则权重值越小。
Figure BDA0001419148290000301
在此，tmin3以及tmax3分别是满足tmin3＜tmax3的、进行了逆对数变换的线性值p。它们是用于决定该权重Wprj(p)的阈值。在图7(b)中示出该情况下的权重的变化形态的图表420。
此外，在上述各实施方式中，记载为重构运算装置132是由X射线CT装置100具备的，但并不限定于此。例如，也可以是具备CPU、存储器和存储装置的、与X射线CT装置100独立的信息处理装置，构筑在能够从信号处理装置116接收数据的信息处理装置上。
根据本发明的各种实施方式有关的以上记述可实现本发明的目的是显而易见的。虽然详细记述本发明的实施方式的同时进行了图示，但这些仅仅意在本发明的实施方式的一例的说明以及例示，并非限定于这些内容。
符号说明
100 X射线CT装置、101 被检体、111 X射线产生装置、112 高电压产生装置、113 X射线检测器、114 准直仪、115 前置放大器、116 信号处理装置、117 床台移动计测装置、118 驱动装置、121 X射线控制装置、122 扫描仪控制装置、123 准直仪控制装置、124 床台控制装置、125 中央控制装置、130 操作单元、131 运算装置、132重构运算装置、133 图像处理装置、141 输入输出装置、142 输入装置、143 显示装置、144 存储装置、150 床台、210一次校正投影数据生成部、211 初始图像数据生成部、212 拍摄图像数据生成部、213金属图像数据生成部、214 金属投影数据生成部、215 非金属投影数据生成部、216 非金属图像数据生成部、217 组织分类图像数据生成部、218 组织分类投影数据生成部、219 金属透过区域置换部、220 误差投影数据生成部、230 高频分量提取部、240 高频分量复原部、250校正后图像数据生成部、251 金属投影数据附加部、260 反复处理部、300重构图像、301 金属伪影、310 校正后图像数据、410 权重图表、420权重图表。

Claims (18)

1.一种重构运算装置，其特征在于，具备：
一次校正投影数据生成部，从作为通过CT扫描获得的投影数据的拍摄投影数据之中除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分来生成一次校正投影数据；
误差投影数据生成部，从所述拍摄投影数据之中减去所述一次校正投影数据，生成误差投影数据；
高频分量提取部，从所述误差投影数据之中提取高频分量，作为高频分量投影数据来生成；
高频分量复原部，对所述高频分量投影数据乘以与金属投影数据相应的权重并与所述一次校正投影数据相加，由此来生成二次校正投影数据；和
校正后图像数据生成部，基于所述二次校正投影数据来生成校正后图像数据。
2.根据权利要求1所述的重构运算装置，其特征在于，
所述一次校正投影数据生成部具备：
初始图像数据生成部，根据所述拍摄投影数据来生成初始图像数据；
组织分类图像数据生成部，根据所述初始图像数据来生成组织分类图像数据；
组织分类投影数据生成部，对所述组织分类图像数据进行正向投影，生成组织分类投影数据；和
金属透过区域置换部，将所述拍摄投影数据的金属透过区域的投影值置换成所述组织分类投影数据的该金属透过区域的投影值，生成所述一次校正投影数据，
所述组织分类图像数据生成部将所述初始图像数据的各像素分类为预先规定的多个组织，按照每个组织置换成预先规定的CT值，由此来生成所述组织分类图像数据。
3.根据权利要求2所述的重构运算装置，其特征在于，
所述初始图像数据为非金属图像数据，
所述初始图像数据生成部具备：
拍摄图像数据生成部，重构所述拍摄投影数据，生成拍摄图像数据；
金属图像数据生成部，生成从所述拍摄图像数据之中提取金属区域而获得的金属图像数据；
金属投影数据生成部，对所述金属图像数据进行正向投影，生成金属投影数据；
非金属投影数据生成部，针对所述拍摄投影数据的所述金属透过区域进行插补处理，生成非金属投影数据；和
非金属图像数据生成部，重构所述非金属投影数据，生成非金属图像数据，
所述金属透过区域是所述金属投影数据的投影值为给定的阈值以上的区域。
4.根据权利要求2所述的重构运算装置，其特征在于，
所述初始图像数据为拍摄图像数据，
所述初始图像数据生成部具备：拍摄图像数据生成部，重构所述拍摄投影数据，生成所述拍摄图像数据。
5.根据权利要求3所述的重构运算装置，其特征在于，
所述金属透过区域置换部针对所述组织分类投影数据的所述金属透过区域进行所述插补处理，获得组织分类插补投影数据，将所述组织分类投影数据和所述组织分类插补投影数据的差分相加于所述非金属投影数据，由此来生成所述一次校正投影数据。
6.根据权利要求1所述的重构运算装置，其特征在于，
所述高频分量提取部使所述误差投影数据平滑化，获得平滑化误差投影数据，从所述误差投影数据之中减去该平滑化误差投影数据，由此来生成所述高频分量投影数据。
7.根据权利要求3所述的重构运算装置，其特征在于，
所述校正后图像数据生成部对于所述二次校正投影数据附加所述金属投影数据，生成校正后投影数据，重构该校正后投影数据，由此来获得所述校正后图像数据。
8.根据权利要求3所述的重构运算装置，其特征在于，
所述校正后图像数据生成部重构所述二次校正投影数据来获得二次校正后图像数据，对于该二次校正后图像数据附加所述拍摄图像数据的金属区域的CT值，由此来获得所述校正后图像数据。
9.根据权利要求3所述的重构运算装置，其特征在于，
所述重构运算装置还具备：反复处理部，每当生成所述二次校正投影数据时，以该二次校正投影数据来置换所述非金属投影数据，反复执行预先规定的次数的所述一次校正投影数据以及所述二次校正投影数据的生成。
10.根据权利要求6所述的重构运算装置，其特征在于，
所述高频分量提取部在使所述误差投影数据平滑化时利用平滑化滤波器。
11.根据权利要求10所述的重构运算装置，其特征在于，
所述高频分量提取部使用2个以上的平滑化滤波器，
所述高频分量复原部利用与所使用的平滑化滤波器的种类相应的投影数据来生成所述权重。
12.根据权利要求1所述的重构运算装置，其特征在于，
所述权重的值规定为：在给定的投影值的范围内，投影值越大，则所述权重的值越大。
13.根据权利要求1所述的重构运算装置，其特征在于，
所述权重的值利用对所述拍摄投影数据的各投影值进行逆对数变换后的线性值而规定为：在给定的线性值的范围内，所述线性值越大，则所述权重的值越小。
14.根据权利要求3所述的重构运算装置，其特征在于，
在所述非金属图像数据生成部生成所述非金属图像数据时，所利用的重构FOV为最大FOV，重构中心位置为所述CT扫描时的旋转中心。
15.根据权利要求2所述的重构运算装置，其特征在于，
所述预先规定的多个组织包含空气、软组织、金属，
所述组织分类图像数据生成部分别将分类为所述空气的空气区域的CT值置换成该空气区域的平均CT值，将分类为所述软组织的软组织区域的CT值置换成该软组织区域的平均CT值，将分类为所述金属的金属区域的CT值置换成所述软组织区域的平均CT值。
16.根据权利要求2所述的重构运算装置，其特征在于，
所述预先规定的多个组织包含软组织以及金属，
所述组织分类图像数据生成部将分类为所述软组织的软组织区域的CT值设为保存组织构造且除去了预先规定的阈值以下的振荡分量的值，将分类为所述金属的金属区域的CT值设为所述软组织的CT值。
17.一种X射线CT装置，其特征在于，具备：
X射线管，照射X射线；
X射线检测器，设置在隔着被检体而与所述X射线管对置的位置，且对透过了所述被检体的X射线进行检测；
中央控制装置，控制所述X射线管和所述X射线检测器，以使得针对所述被检体进行CT扫描；
信号处理装置，从由所述X射线检测器检测到的X射线之中获得拍摄投影数据；和
权利要求1所述的重构运算装置，根据所述拍摄投影数据来生成重构图像。
18.一种X射线CT图像生成方法，其特征在于，
从作为通过CT扫描获得的投影数据的拍摄投影数据之中除掉金属所引起的伪影分量的至少一部分来生成一次校正投影数据，
从所述拍摄投影数据之中减去所生成的所述一次校正投影数据，生成误差投影数据，
从所述误差投影数据之中提取高频分量来作为高频分量投影数据，
对所述高频分量投影数据乘以与金属投影数据相应的权重并与所述一次校正投影数据相加，由此来生成二次校正投影数据，
基于所述二次校正投影数据来重构校正后图像数据。
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