JP2002153454A

JP2002153454A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2002153454A
Application number: JP2000352619A
Authority: JP
Inventors: Rika Baba; 理香馬場; Takeshi Ueda; 健植田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＴおよびコーンビームＣＴにおいて、被写体
に金属などの高Ｘ線吸収体が含まれている場合、３次元
再構成像にアーチファクトが生じ、診断に重大な支障が
生じる。また、骨や肝臓などの人体としての高吸収体の
領域では画素の値が非常に小さくなるため、Ｓ／Ｎが低
下し、画質が激しく劣化してしまう。【解決手段】計測データ上で高吸収体を識別する。高吸
収体領域の計測データを変換する。高吸収体領域の計測
データを平滑化する。変換および平滑化後に、再構成を
実行するよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線撮影装置に係
り、特に、２次元Ｘ線検出器を用いて、高Ｘ線吸収体を
有する被写体内の３次元像の取得を実現するコーンビー
ムＣＴ等を含むＸ線ＣＴ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１次元Ｘ線検出器を用い、Ｘ線源と１次
元Ｘ線検出器を被検体の周りに１回転させながら回転撮
影を行うＣＴがある。また、２次元Ｘ線検出器を用い、
Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器を被検体の周りに１回転させ
ながら回転撮影を行うコーンビームＣＴがある。また、
Ｘ線源とＸ線検出器を固定し被検体を１回転させながら
回転撮影を行うＣＴ（Computed Tomography）およびコ
ーンビームＣＴがある。これらのＣＴおよびコーンビー
ムＣＴは周知である。

【０００３】コーンビームＣＴに用いられる２次元Ｘ線
検出器としては、Ｉ.Ｉ.（Image Intensifier：イメー
ジインテンシファイア）とビデオカメラを光学系を介し
て組み合わせたＩ.Ｉ.−カメラ型Ｘ線検出器と、平面型
Ｘ線検出器、等がある。平面型Ｘ線検出器としては、ア
モルファス・シリコン・フォトダイオードとＴＦＴを一
対としてこれを正方マトリックス状に配置し、これと蛍
光板を直接組み合わせたものがある。これらのセンサは
周知である。

【０００４】ＣＴおよびコーンビームＣＴでは、回転撮
影により得られた複数のデータにそれぞれ補正処理を施
して、３次元再構成のための１組の投影データを得る。
得られた１組の投影データに対して、３次元再構成アル
ゴリズムを用いて３次元再構成を行い、３次元像を得
る。これらのアルゴリズムは周知である。

【０００５】被写体に金属などの高いＸ線吸収をもたら
す対象が含まれている場合、３次元像にアーチファクト
が生じる。これは、高吸収体を通過するＸ線ビームによ
って得られるデータが他のビームによって得られるデー
タに比べて極端に小さくなるため、投影データ上に急峻
なエッジができ、このエッジによって３次元再構成像上
で吸収体の接線方向にアーチファクトを発生するもので
ある。

【０００６】金属などの高吸収体は臨床の場において、
手術の際に頻繁に用いられている。例としては、人工関
節、金属歯、関節において手術後に固定用に挿入される
ピン、胸部において手術後に開胸部を塞ぐために用いら
れるピン、血管拡張用に血管に挿入されるステント、な
どがある。臨床では、手術後に手術の出来や効果を確認
する、あるいは別の診断を行うために、Ｘ線ＣＴ計測を
行う。その際、高吸収体から発生するアーチファクトに
よって画像が激しく劣化し、診断に重大な支障が生じる
ことが問題となっている。

【０００７】このアーチファクトを軽減する従来技術と
して、再構成を行い、再構成像上で高吸収体を識別し、
識別した再構成データに対応する投影データに戻し、投
影データを補正し、再構成をやり直す、手法がある。再
構成像上で高吸収体を含む関心領域を指定し、関心領域
に対応する領域を投影像に設定し、設定された領域を移
動平均処理する技術（特開平６−９８８８６号公報）、
あるいは、設定された領域を補間処理する技術（特開平
８−１９５３３号公報）が提案されている。

【０００８】人体としての高吸収体としては、骨や肝臓
などがある。これらの高吸収体の領域では画素の値が非
常に小さくなるため、Ｓ／Ｎが低下し、画質が劣化して
しまう。このＳ／Ｎ低下を軽減する従来技術としては、
Ｘ線量を増加することにより画像の値を持ち上げる方法
がとられている。あるいは、検出器のノイズを低減する
方法が試みられている。これらは、周知の事実である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】アーチファクト低減を
目的とした従来技術では、再構成演算を繰り返し行う、
再構成データを投影データに戻す、などの演算が必要で
あり、処理時間が増大するという問題がある。

【００１０】特に、２次元検出器を用いるコーンビーム
ＣＴでは、再構成演算の量は膨大である。繰り返し再構
成演算を行うことにより処理時間は膨大になり、操作
者、診断者、患者の負担の増加を生じる。これらの問題
から、臨床現場では、ＣＴ像が望ましくとも、高吸収体
の含まれる対象に対してはＣＴ計測を行わないのが実状
である。

【００１１】Ｓ／Ｎ向上を目的とした従来技術では被曝
Ｘ線量の増加を引き起こし、被検者の負担を増加させる
という問題がある。あるいは、検出器のノイズを低減す
ることは技術的に困難であるという問題がある。

【００１２】そこで、本発明の目的は、高吸収体を含む
被写体に対して、容易に、かつ高速、高画質な３次元再
構成像を得るＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のＸ線ＣＴ装置では、検査対象に照射するＸ
線を発生するＸ線管と、前記検査対象の計測像を検出す
る２次元Ｘ線検出器と、前記検査対象に対する、前記Ｘ
線管および前記２次元Ｘ線検出器の相対位置を変化させ
る回転装置と、前記計測像の演算処理を行なう演算処理
装置とを有し、かつ、前記演算処理装置は、前記計測像
に対して平滑化処理を行ない平滑化像を得る処理と、各
画素について、（前記計測像の画素値）／（前記平滑化
像の画素値）の比を求め、前記比が予め定められた閾値
よりも小さい場合に、前記計測像の画素値を、（ａ）前
記平滑化像の画素値と閾値の積の値で置換する処理、
（ｂ）前記平滑化像の画素値で置換する処理、（ｃ）予
め定められた一定値で置換する処理のうち何れか一処理
とを行なうよう構成したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記構成において、前記
（ｂ）の処理、又は前記（ｃ）の処理を行なった後に、
前記計測像に対して平滑化処理を行なうよう構成したこ
とを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明のＸ線ＣＴ装置では、検査
対象に照射するＸ線を発生するＸ線管と、前記検査対象
の計測像を検出する２次元Ｘ線検出器と、前記検査対象
に対する、前記Ｘ線管および前記２次元Ｘ線検出器の相
対位置を変化させる回転装置と、前記計測像の演算処理
を行なう演算処理装置とを有し、かつ、前記演算処理装
置は、前記計測像の各画素についての画素値を予め定め
られた閾値と比較して、前記画素値が前記閾値よりも小
さい場合、（ａ）前記画素値を、前記計測像に対して平
滑化処理を行なって得た平滑化像の画素値で置換する処
理、又は、（ｂ）前記画素値を、前記閾値と予め定めら
れた係数との積で置換した後に、前記計測像に対して平
滑化処理を行なうよう構成したことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明になるＸ線ＣＴ装
置の概要を示す。装置は、Ｘ線を発生するＸ線管101、
被写体103を透過したＸ線を検出するＸ線検出器102、被
写体103を保持するベッド104、被写体103とＸ線管101と
Ｘ線検出器102の相対位置を変化させる回転装置105、Ｘ
線検出器102で検出されたデータを処理する演算処理装
置106、等から成る。

【００１７】図１では、Ｘ線検出器102は、検出素子が
２次元に配列した２次元Ｘ線検出器である。ベッドは床
面に対して水平であり、回転装置105によりＸ線管101と
Ｘ線検出器102が被写体103の周囲を回転する。Ｘ線検出
器102は回転しながら、様々な方向から被写体103のデー
タを計測し、演算処理装置106にデータを送り出す。演
算処理装置106は、データに対して高吸収体処理および
再構成処理を行い、３次元像を作成する。

【００１８】Ｘ線検出器102を２次元Ｘ線検出器とする
ことにより、データを像として得ることができる。検出
器を１次元Ｘ線検出器、あるいは１次元Ｘ線検出器を多
層に配置したマルチスライス検出器とし、得られたデー
タを並べ直して像とすることが可能である。

【００１９】ベッドを床面に対してほぼ水平にすること
により、被写体は仰臥位をとることが可能となり、被写
体の負担が軽減する。ベッドを床面に対してほぼ垂直に
することにより、被写体は立位あるいは座位をとること
が可能となり、重力の負荷を受ける通常の生活状態での
計測が可能となる。

【００２０】被写体103とＸ線管101とＸ線検出器102の
相対位置を変化させるために、被写体を固定してＸ線管
とＸ線検出器を回転する方法の他に、Ｘ線管とＸ線検出
器を固定して被写体を回転する方法、あるいはＸ線管と
Ｘ線検出器と被写体を回転する方法がある。

【００２１】図２に、本発明の実施例１における高吸収
体補正処理フローの概要を示す。Ｘ線検出器から出力さ
れ演算処理装置へ入力したデータを計測データとする。
計測データは、高吸収体補正処理を経て投影データと成
り、再構成処理により３次元再構成データと成る。図２
では、再構成処理はオフセット補正、感度補正、歪補
正、はみ出し補正、対数変換処理等、再構成処理に付随
する前処理を含むものとして考える。

【００２２】２次元検出器の場合、得られる計測データ
は、計測像（例えば、Ｘ線吸収が大きいほど画像の値は
小さくなる場合をいう。）として得られる。１次元検出
器あるいはマルチスライス検出器の場合、計測データを
並べ替えて２次元像とし、計測像を得る。

【００２３】計測像を平滑化処理し、平滑化像を得る。
平滑化は、各画素において、その画素と周囲８画像を用
いて平均値を求める９点平均化、周囲２４点を用いて平
均値を求める２５点平均化などが考えられる。平均化の
際に、中心画素に１、周囲に０.５のように画素に重み
をかける方法もある。平均化に用いる画素数が少ないほ
ど局所的な変化に強くなり、多いほど見落としが減少す
る。

【００２４】各画素において、計測像と平滑化像の値の
比（計測像の画素値／平滑化像の画素値）を求める。こ
の比がしきい値（α）よりも小さい場合、高吸収体とみ
なして高吸収体補正処理を行う。具体的には、人体の膝
関節像においてはα＝約０.５で識別が可能である。全
ての画素について高吸収体判別および補正処理が終了し
たら、再構成処理に入る。

【００２５】図３を用いて、高吸収体処理方法について
説明する。図３は、計測像上の任意のラインプロファイ
ルである。横軸に座標（画素位置）、縦軸に画像の値
（画素値）をとってある。計測像プロファイルを太い実
線（ａ）で、平滑化像プロファイルを細い実線（ｂ）で
示す。矢印間の領域（ｅ）が、上記識別によって高吸収
体領域とみなされた領域である。

【００２６】（方法１）計測像において高吸収体とみな
された画素の値（Ａ）を、平滑化像の値（Ｂ）のしきい
値（α）倍に変換する。即ち、Ａ'＝Ｂ×αとする。変
換後のプロファイルを細い実線（ｂ）で示す。

【００２７】（方法２）計測像において高吸収体とみな
された画素の値（Ａ）を、平滑化像の値（Ｂ）に変換す
る。即ち、Ａ''＝Ｂ。変換後のプロファイルを細い点線
（ｃ）で示す。変換によって高吸収体領域の境界に生じ
る値の不連続を解消するため、平滑化を行う。

【００２８】（方法３）計測像において高吸収体とみな
された画素の値（Ａ）を、一定値（Ｃ）に変換する。即
ち、Ａ'''＝Ｃ。変換後のプロファイルを太い一点鎖線
（ｄ）で示す。変換によって高吸収体領域の境界に生じ
る値の不連続を解消するため、平滑化を行う。

【００２９】上記方法１および方法２は、計測像におい
て高吸収体とみなされた画素の値（Ａ）を平滑化像の値
（Ｂ）の係数（β）倍に変換する方法の一種である。即
ち、Ａ'＝Ｂ×βとする。方法１はβ＝α、方法２はβ
＝１に相当する。βが１に近づくほど補正効果は大き
く、高吸収体の構造が保存される。

【００３０】しかし、変換によって生じる不連続が大き
くなるため平滑化を強くかける必要があり、平滑化点数
を多くするために処理時間が増加する。βがαに近づく
ほど不連続は小さくなり、β＝αでは不連続が生じない
ために平滑化が不要となる。しかし、βが小さくなるほ
ど補正効果は減少する。なお、βが０に近づくほど高吸
収体の構造は薄れ、β＝０では消去される。

【００３１】上記実施例１では、計測像と平滑化像との
比をしきい値（α）と比較することによって高吸収体を
識別した。本発明の別の実施例２では、図４の高吸収体
補正処理フローに示すように、計測像を直接、しきい値
（γ）と比較して識別を行う。

【００３２】すなわち、本実施例２における高吸収体補
正では、計測像の各画素についての画素値がしきい値
（γ）よりも小さい場合に、高吸収体と識別された画素
の値（Ａ）を平滑化する。あるいは、しきい値（γ）の
係数（β）倍に変換し、平滑化を行う。本実施例２は、
上記実施例１に比較して、識別の精度は低下するが、必
要な画素に対してのみ平滑化処理を行うため演算量が減
少し、簡便である。

【００３３】上記実施例１および２では、高吸収体領域
と識別された計測データを変換後、平滑化を行う。平滑
化を高吸収体領域の境界を挟む任意の範囲に対してのみ
行う。少ない演算量で、変換による不連続を解消させる
ことができる。あるいは、平滑化を高吸収体領域および
境界を挟む任意の範囲に対して行う。高吸収体領域にお
いてＳ／Ｎを向上し、変換による不連続を解消させるこ
とができる。平滑化を高吸収体領域に対してのみ行うこ
とにより、高吸収体領域においてＳ／Ｎを向上すること
ができる。

【００３４】２次元データを用いて高吸収体の識別を行
うことにより、１次元データを用いる場合よりも正確に
高吸収体の識別を行うことができる。また、容易に識別
を行うことができる。例えば、図５のように、計測像10
7において横方向に高吸収体108が入っている場合を考え
る。

【００３５】１次元データの場合、例えば横方向に１ラ
インを取り出し、その中で識別を行うことになる。Ａ−
Ａ'の１ラインのプロファイルを図５の下部に示す。平
滑化も各ライン内で行われるため、横方向の高吸収体Ａ
−Ａ'の中心付近109では、平滑化データの値は高吸収体
の値と同等になり、高吸収体と識別されなくなる。

【００３６】一方、２次元データでは平滑化は斜線で描
いた領域で行われるため、横方向の高吸収体Ａ−Ａ'の
中心付近でも、平滑化データの値は高吸収体の値に比べ
て高くなり、しきい値処理により高吸収体と識別でき
る。

【００３７】２次元データを用いて計測データの変換を
行うことにより、１次元データを用いる場合に比較して
不連続を減少することができる。１次元データを用いる
場合、データ並び方向に対しては考慮するため不連続を
解消できるが、データ並びに垂直な方向に対しては考慮
しないため不連続を生じる。図５の場合、Ａ−Ａ'では
不連続を生じないが、Ｂ−Ｂ'では不連続を生じる。し
たがって、１次元データを用いる場合には、垂直方向に
おいて不連続を消去できないためアーチファクト低減効
果が制限される。これに対して、２次元データを用いる
場合には、横方向と垂直方向の両方向において不連続を
減少できるため、かかる不連続の減少によって、再構成
像上でのアーチファクトを減少することができる。

【００３８】以上のように、上記実施例によれば、計測
データと平滑化データの比較により高吸収体を識別する
ことにより、簡便に識別が可能である。

【００３９】計測データとしきい値の比較により高吸収
体を識別することにより、さらに簡便に識別が可能であ
る。

【００４０】計測データを平滑化データのしきい値倍の
値に変換することにより、境界に不連続を生じずに高吸
収体補正を行うことができるため、再構成像において不
連続によるアーチファクト発生の心配がない。

【００４１】計測データを平滑化データに変換すること
により、値の落ち込みを補正することができるため、再
構成像において大きなアーチファクト低減効果を得るこ
とができる。

【００４２】計測データを一定値に変換することによ
り、高吸収体領域を一定値に変換でき、再構成像におい
て高吸収体構造を消去することができる。

【００４３】計測データを平滑化データあるいは一定値
に変換することにより、高吸収体による画素値低下に起
因するＳ／Ｎ低下を補正することができる。

【００４４】変換後、変換したデータを平滑化処理する
ことにより、変換により生じた不連続を消去することが
できるため、再構成像においてアーチファクトの発生を
防ぐことができる。

【００４５】また、上記実施例１および２では、２次元
像に対して補正処理を行った。実施例中の平滑化データ
の取得、計測データと平滑化データとの比較、値の変
換、不連続解消のための平滑化等の補正処理を、１次元
データに対して実施することも可能である。

【００４６】また、上記実施例１および２では、再構成
に付随する前処理を行なう前のデータに対して補正処理
を行なった。補正処理を、前処理後のデータあるいは前
処理途中のデータに対して実施することも可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、計測データ上で高吸収
体を識別し、高吸収体領域の計測データを変換した後
に、再構成を実行することにより、再構成処理時間を増
大することなく、高吸収体によるアーチファクトを補正
することができる。その結果、操作者、診断者、被検者
の時間的拘束および負担の増加を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線ＣＴ装置の概要を説明する図。

【図２】本発明の実施例１による高吸収体補正処理の概
要を示すフロー図。

【図３】本発明の実施例１による高吸収体補正処理を説
明する図。

【図４】本発明の実施例２による高吸収体補正処理の概
要を示すフロー図。

【図５】本発明による高吸収体補正効果を説明する図。

【符号の説明】

101：Ｘ線管、102：Ｘ線検出器、103：被写体、104：ベ
ッド、105：回転装置、106：処理装置、107：計測像、1
08：高吸収体、109：高吸収体Ａ−Ａ'の中心付近。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象に照射するＸ線を発生するＸ線管
と、前記検査対象の計測像を検出する２次元Ｘ線検出器
と、前記検査対象に対する、前記Ｘ線管および前記２次
元Ｘ線検出器の相対位置を変化させる回転装置と、前記
計測像の演算処理を行なう演算処理装置とを有し、か
つ、前記演算処理装置は、前記計測像に対して平滑化処
理を行ない平滑化像を得る処理と、各画素について、
（前記計測像の画素値）／（前記平滑化像の画素値）の
比を求め、前記比が予め定められた閾値よりも小さい場
合に、前記計測像の画素値を、（ａ）前記平滑化像の画
素値と閾値の積の値で置換する処理、（ｂ）前記平滑化
像の画素値で置換する処理、（ｃ）予め定められた一定
値で置換する処理のうち何れか一処理を行なうよう構成
したことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】前記（ｂ）の処理、又は前記（ｃ）の処理
を行なった後に、前記計測像に対して平滑化処理を行な
うよう構成したことを特徴とする請求項１記載のＸ線Ｃ
Ｔ装置。
【請求項３】検査対象に照射するＸ線を発生するＸ線管
と、前記検査対象の計測像を検出する２次元Ｘ線検出器
と、前記検査対象に対する、前記Ｘ線管および前記２次
元Ｘ線検出器の相対位置を変化させる回転装置と、前記
計測像の演算処理を行なう演算処理装置とを有し、か
つ、前記演算処理装置は、前記計測像の各画素について
の画素値を予め定められた閾値と比較して、前記画素値
が前記閾値よりも小さい場合、（ａ）前記画素値を、前
記計測像に対して平滑化処理を行なって得た平滑化像の
画素値で置換する処理、又は、（ｂ）前記画素値を、前
記閾値と予め定められた係数との積で置換した後に、前
記計測像に対して平滑化処理を行なうよう構成したこと
を特徴とするＸ線ＣＴ装置。