JP2005095329A - Superresolving apparatus and medical diagnostic imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線コンピュータ断層撮影装置で収集されたボリュームデータ又はマルチスライスデータに対して超解像処理を施す超解像処理装置及び医用画像診断装置に関する。 The present invention relates to a super-resolution processing apparatus and a medical image diagnostic apparatus that perform super-resolution processing on volume data or multi-slice data collected by an X-ray computed tomography apparatus.
X線コンピュータ断層撮影装置の進歩は目覚しく、より高精細(高解像度)且つ広範囲に撮影したいという医療現場からの強い要望に応えて、近年、マルチスライスX線コンピュータ断層撮影装置が開発され、これがかなり普及してきている。このマルチスライスX線コンピュータ断層撮影装置は、スライス方向(寝台の長手方向)に広がり幅を有するファンビームX線を曝射するX線源と、複数列(4列、8列、16列など)の検出素子列をスライス方向に並べた構造の2次元検出器とを備え、これをマルチスキャン又はヘリカルスキャンで動作させるスキャナである。これにより、シングルスライスX線CT装置に比べて、被検体の広範囲にわたるボリュームデータを高精度に且つ短時間のうちに得ることができる。 In recent years, multi-slice X-ray computed tomography apparatus has been developed in response to the strong demand from the medical field to obtain a high-definition (high-resolution) and wide-range image taking place. It has become widespread. The multi-slice X-ray computed tomography apparatus includes an X-ray source that emits a fan beam X-ray having a spread in the slice direction (longitudinal direction of the bed), and a plurality of rows (4 rows, 8 rows, 16 rows, etc.). And a two-dimensional detector having a structure in which the detector element arrays are arranged in the slice direction, and this is operated by multi-scan or helical scan. Thereby, compared with a single slice X-ray CT apparatus, volume data over a wide range of the subject can be obtained with high accuracy and in a short time.
このようにして得られるボリュームデータは、単に表示させて観察するだけでは無く、近年では様々な用途がある。例えば、医用の場合、血管の狭窄率や瑠の測定がある。具体的には、X線造影剤を被検体に投与してX線CT装置による撮影を行うことで、血管を流れる造影剤の分布状態を画像化したボリュームデータを得ることができる。このため、このボリュームデータに写り込んだ造影剤のCT値の分布から血管の狭窄率や瑠の大きさを測定することが行われている。例えば、狭窄率の測定の場合、ボリュームデータから血管内壁(造影剤が占める範囲)の太さを測定し、正常と見做される部分の血管の太さと細くなっている部分の血管の太さとを比較して求められる。血管の太さの測定には、通常、CT値に対する閾値が設定される。 The volume data obtained in this way is not only displayed and observed, but has various uses in recent years. For example, in the case of medical use, there is a measurement of the stenosis rate of a blood vessel and wrinkles. Specifically, volume data obtained by imaging the distribution state of the contrast agent flowing through the blood vessel can be obtained by administering the X-ray contrast agent to the subject and performing imaging using the X-ray CT apparatus. For this reason, the stenosis rate of the blood vessels and the size of the wrinkles are measured from the distribution of the CT value of the contrast agent reflected in the volume data. For example, in the case of measuring the stenosis rate, the thickness of the blood vessel inner wall (the range occupied by the contrast medium) is measured from the volume data, and the thickness of the blood vessel in the portion considered to be normal and the thickness of the blood vessel in the narrowed portion are measured. It is calculated by comparing. In the measurement of the thickness of the blood vessel, a threshold value for the CT value is usually set.
一方、X線コンピュータ断層撮影装置に限らず、超音波診断装置や磁気共鳴イメージング装置などを含む様々な医用画像装置から得られたボリュームデータの他の処理例が特許文献1,2に示されている。特許文献1に記載のものは、表示画像に基づいて確実な血管計測を行うことを目的とし、血管の断層像上で血管壁を垂直に横切る関心領域を設定し、この領域における画素値のプロファイルに基づいて血管に関する寸法値を計測するようにしている。一方、特許文献2に記載のものは、MIP画像を利用して投影面と平行でない方向に曲率を有する関心対象(血管、腸など)の長さを正確に計測することを目的としている。
本発明の目的は、医用画像診断装置により得られた画像データに対する超解像処理を実用化することにある。 An object of the present invention is to put a super-resolution process to image data obtained by a medical image diagnostic apparatus into practical use.
本発明の局面に係る超解像処理装置は、ファントムを使って取得されたX線コンピュータ断層撮影装置に係る点像強度分布関数のデータを記憶する手段と、被検体に関する画像データに対して前記記憶された点像強度分布関数を使って超解像処理を施す手段とを具備する。 A super-resolution processing apparatus according to an aspect of the present invention includes a unit that stores data of a point image intensity distribution function according to an X-ray computed tomography apparatus acquired using a phantom, and the image data related to a subject. Means for performing super-resolution processing using the stored point image intensity distribution function.
本発明によれば、医用画像診断装置により得られた画像データに対する超解像処理を実用化することができる。 According to the present invention, super-resolution processing for image data obtained by a medical image diagnostic apparatus can be put into practical use.
以下、図面を参照して本発明に係る超解像処理装置を装備した医用画像診断装置の実施形態を説明する。ここでは医用画像診断装置としてX線コンピュータ断層撮影装置を例に説明するが、他のモダリティ、例えば磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)、超音波診断装置、PET、SPECT、ガンマカメラ、X線診断装置に適用しても良い。 Embodiments of a medical image diagnostic apparatus equipped with a super-resolution processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, an X-ray computed tomography apparatus will be described as an example of a medical image diagnostic apparatus. However, other modalities such as a magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus), an ultrasonic diagnostic apparatus, PET, SPECT, a gamma camera, and an X-ray diagnostic apparatus are used. You may apply to.
なお、X線コンピュータ断層撮影装置には、X線管と放射線検出器とが1体として被検体の周囲を回転する回転/回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、X線管のみが被検体の周囲を回転する固定/回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転/回転タイプとして説明する。また、1スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲1周、約360°分の投影データが、またハーフスキャン法でも180°+α(α:ファン角)分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、ハーフスキャン法を例に説明する。また、入射X線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でX線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、X線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。X線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、X線管とX線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。 The X-ray computed tomography apparatus includes a rotation / rotation type in which an X-ray tube and a radiation detector are rotated as one body, and a large number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation type in which only the subject rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described. In addition, to reconstruct one slice of tomographic image data, projection data for about 360 ° around the object and projection data for about 360 ° is obtained, and projection data for 180 ° + α (α: fan angle) is also obtained by the half scan method. Needed. The present invention can be applied to any reconstruction method. Here, the half scan method will be described as an example. In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charges is based on an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is further converted into electric charges by a photoelectric conversion element such as a photodiode. The generation of electron-hole pairs in semiconductors and their transfer to the electrode, that is, the direct conversion type utilizing a photoconductive phenomenon, is the mainstream. Any of these methods may be employed as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described. In recent years, the so-called multi-tube X-ray computed tomography apparatus in which a plurality of pairs of an X-ray tube and an X-ray detector are mounted on a rotating ring has been commercialized, and the development of peripheral technologies has progressed. Yes. The present invention can be applied to both a conventional single-tube X-ray computed tomography apparatus and a multi-tube X-ray computed tomography apparatus. Here, a single tube type will be described.
図1に示すように、X線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台1を有する。架台1は、X線管10とX線検出器23を有する。X線管10とX線検出器23は、架台駆動装置25により回転駆動されるリング状の回転フレーム12に搭載される。回転フレーム12の中央部分は開口され、その開口部に、寝台2の天板2a上に載置された被検体Pが挿入される。なお、回転フレーム12の回転中心軸をZ軸(スライス方向軸)、Z軸に直交する平面をXYの直交2軸で定義する。
As shown in FIG. 1, the X-ray computed tomography apparatus has a
X線管10の陰極陽極間には高電圧発生器21から管電圧が印加され、またX線管10のフィラメントには高電圧発生器21からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりX線が発生される。X線検出器23としては、1次元アレイ型検出器と2次元アレイ型検出器(マルチスライス型検出器ともいう)とのいずれを採用してもよい。X線検出素子は例えば0.5mm×0.5mmの正方の受光面を有する。例えば916個のX線検出素子がチャンネル方向に配列される。この列がスライス方向に例えば40列並設されたものが2次元アレイ型検出器である。単一の列からなるものが1次元アレイ型検出器である。
A tube voltage is applied between the cathode and anode of the
一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集装置26は、検出器23からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ(生データ)は架台外部の計算機ユニット3に供給される。計算機ユニット3の前処理部34は、データ収集装置26から出力されるデータ(生データ)に対して感度補正等の補正処理を施して投影データを出力する。この投影データは計算機システム3のデータ記憶装置37に送られ記憶される。
A
計算機システム3は、上記前処理部34及び記憶装置37とともに、システムコントローラ29、スキャンコントローラ30、再構成処理部36、ディスプレイ38、入力器39、PSF記憶部31、超解像処理部32、画像処理部33から構成される。再構成処理部36は、例えばヘリカルスキャン、コーンビームX線を使ったボリュームスキャン又はそれらの併用により収集された投影データに基づいて、画像データを再構成する。
The computer system 3 includes a
PSF記憶部31には、当該X線コンピュータ断層撮影装置固有のXYZ各方向に関する点像強度分布関数(PSF:point spread function)のデータが予め記憶される。点像強度分布関数の「強度」とは、ここではCT値である。PSFのデータは、検出器23の検出器ピッチ(解像限界)である例えば0.5mmより微小な例えばその1/10の径(0.05mm)を有するワイヤファントム又は3次元であれば微小球体をスキャンし、その投影データから再構成、ここでは当該ワイヤファントム又は微小球体を中心とした部分領域の拡大再構成により得られたワイヤファントム又は微小球体に関する2次元又は3次元画像(ボケ画像)のデータとして得られる。つまり、PSFは、拡大再構成された解像限界未満の大きさ(径)の微小対象に関する画像データとして得られる。
The
ワイヤファントムから取得したPSFのデータは、予め測定されPSF記憶部31に記憶されている。PSFのデータは全ての被検体に対して共通で使用される。被検体ごとにPSFのデータを取得する必要はないので、各被検体に対してPSFのデータを取得するためのスキャンは不要になり、被検体に対する被曝低減を図り、実用化を進めることができる。
The PSF data acquired from the wire phantom is measured in advance and stored in the
超解像処理部32は、PSFのデータを使って超解像処理対象の画像に対して超解像処理を施す。ここでは再構成処理部36により拡大再構成された画像が超解像処理対象とされる。なお、画像処理部33でボリュームデータから断面変換(MPR)等により切り出された画像を拡大処理、つまり画素のマトリクスサイズを増加させてその画像を超解像処理対象とするようにしてもよい。超解像処理に際しては、その処理のために予め決められている処理シーケンスに従って、超解像処理部32、画像処理部33、再構成処理部36がシステムコントローラ29の制御のもとで連動して動作する。なお、本実施形態による超解像処理としては、順次説明するように第1〜第3の超解像処理があり、これら処理の中の所望の一の処理が入力器39を介して操作者により任意に選択される。
The
図2には本実施形態による第1の超解像処理手順を示している。まず、システムコントローラ29の制御のもとで、ステップS1において、被検体の3次元領域に関するボリューム再構成等により生成されたボリュームデータ又はマルチスライスデータからリファレンス像(3次元画像)が画像処理部33により生成され、ディスプレイ38に表示される(図3(a)参照)。当該表示されたリファレンス像上で、超解像処理範囲を含むZ軸に直交するアキシャル平面が入力器39を介して操作者により指定されると(S2)、当該指定されたアキシャル平面に関する画像がボリュームデータから画像処理部33により生成され、表示される(S3)。次にS4において、当該表示されたアキシャル平面に関する画像上で、超解像対象部分を含むより狭い局所範囲(超解像処理範囲)が入力器39を介して操作者により指定される(図3(b)参照)。超解像処理範囲をできるだけ限局することで、その範囲の画像を非常に高い解像度、ここではPSFのカーブをなだらかに表現できる程度の解像度で再構成(拡大再構成)することができる。また、周知のとおり、超解像処理は、全ての画素にPSFを個別にデコンボリューションする処理を含んでいるので、対象画素数(マトリクスサイズ)に応じて処理工数が膨大なるが、超解像処理範囲をできるだけ限局することで、処理時間を実効的に短縮してその実用性を向上し得る。もちろん、処理装置の高速化により処理範囲の限局が不要とされ得る場合には、初期の再構成視野(再構成FOV)の全範囲を対象として超解像処理を行うようにしてもよい。この場合、当該範囲に拡大率を掛けたマトリックス数(例えば表示マトリックスが512×512で、拡大率が8倍であるとき、4096×4096のマトリクス)で画像再構成してから超解像処理することになる。
FIG. 2 shows a first super-resolution processing procedure according to this embodiment. First, under the control of the
次に、指定された超解像処理範囲を含む円形の再構成FOV(再構成視野)の画像を再構成処理部36で拡大再構成(ズーミング再構成)するための再構成パラメータが、システムコントローラ29又は超解像処理部32により決定される(S5)。基本的には、再構成パラメータは臨床上の要求、例えば対象部位の大きさ等に基づいて決定される。再構成パラメータには、上記再構成FOVの中心位置及び大きさ(直径又は半径)の他に、拡大率、再構成関数、再構成マトリックス、スライスピッチ等が含まれる。拡大率としては、PSFのカーブをなだらかに表現できるように決定される。例えば、再構成視野が512×512のマトリクスであれば、その再構成FOVに対して、3倍又はそれ以上、好ましくは8倍に設定される。
Next, a reconstruction parameter for enlarging and reconstructing (zooming reconstruction) an image of a circular reconstruction FOV (reconstruction field of view) including a designated super-resolution processing range by the
再構成パラメータが決められると、その再構成パラメータはシステムコントローラ29の制御により再構成処理部36に自動的に供給される(S6)。そして、システムコントローラ29の制御により再構成処理部36では再構成バッチ処理が起動される(S7)。それにより超解像処理範囲を含む再構成FOV(再構成視野)に関する画像がX線コンピュータ断層撮影装置が有する最高の空間解像度で生成される(図3(c)参照)。処理範囲に限局して拡大再構成をすることにより、X線コンピュータ断層撮影装置が有する最高の空間解像度の画像に対して超解像処理を適用することができ、超解像処理の実効性を向上してその実用性を高めることができる。
When the reconfiguration parameter is determined, the reconfiguration parameter is automatically supplied to the
システムコントローラ29の制御により、拡大再構成された画像データは再構成処理部36から超解像処理部32に供給され(S8)、超解像処理に供される(S9)。まず、PSFのデータがPSF記憶部31から超解像処理部32に供給され、拡大再構成された画像のデータと共に超解像処理部32の内部記憶部に記憶される。なお、記憶されているPSFのデータ(拡大再構成されたワイヤファントムの画像データ)の分解能が、S7で拡大再構成された画像の分解能と相違している場合、PSFの分解能を、S7で拡大再構成された画像の分解能に揃えるために、PSFは超解像処理部32又は画像処理部33でリサンプリングされる。図3(d)には、リサンプリングされたPSFを示している。
Under the control of the
超解像処理部32において、必要に応じてリサンプリングされたXY2方向のPSFを用いて、超解像処理範囲の画像が超解像処理に施される(S9)。この超解像処理では、まず、超解像処理範囲の画像MにPSFをデコンボリューション(*)する。
M´=M(*)PSF
このデコンボリューション処理により、超解像処理範囲の画像の解像度は向上する。本実施形態では真値に対する精度を向上するために、反復解法、典型的にはjacobi法を適用して近似解を求める。反復解法では、初期解を必要とするが、ここではデコンボリューション処理を受けた画像M´を初期解として採用する。しかし、初期解としては、デコンボリューション処理を受けた画像M´に代えて、null画像を採用しても良い。誤差をE、コンボリューション処理を*、解をOと表記する。
E=(M−PSF*O)2
誤差量Eを最小化するように、Eの勾配から修正ベクトルdE/dOを求める。aは定数である。
ON+1=ON −a*dE/dO
このように検出器23の解像度(検出素子ピッチ)を超える超解像度を有する画像は、図3(e)に示すようにディスプレイ38に表示される(S10)。図10にシミュレーションの結果を示している。血管内壁に石灰部が付着した模擬血管(真値画像;図10(a))を既定し、それにPSFをコンボリュートすることにより、模擬的なボケた測定画像(図10(b))を生成した。その測定画像に対して超解像処理を施すことで、図10(c)に示すように、解像度が向上して血管と石灰部分を分離認識することができるようになっている事がわかる。
In the
M '= M (*) PSF
By this deconvolution processing, the resolution of the image in the super-resolution processing range is improved. In this embodiment, in order to improve the accuracy with respect to the true value, an approximate solution is obtained by applying an iterative solution method, typically a jacobi method. In the iterative solution method, an initial solution is required. Here, the image M ′ subjected to the deconvolution process is adopted as the initial solution. However, as an initial solution, a null image may be employed instead of the image M ′ that has undergone the deconvolution process. The error is denoted as E, the convolution process is denoted as *, and the solution is denoted as O.
E = (M-PSF * O) 2
A correction vector dE / dO is obtained from the gradient of E so as to minimize the error amount E. a is a constant.
O N + 1 = O N -a * dE / dO
Thus, an image having super-resolution exceeding the resolution (detection element pitch) of the
次に第2の超解像処理手順について図4を参照して説明する。上記第1の超解像処理では、処理範囲が、再構成面つまりZ軸に直交するアキシャル面上で定義されたのに対して、第2の超解像処理では、処理範囲が、Z軸に対して傾斜するいわゆるオブリーク面上に設定された場合の処理として提供される。システムコントローラ29の制御のもとで、ステップS11において、ボリュームデータからリファレンス像が画像処理部33により生成され、ディスプレイ38に表示される(図5(a)参照)。当該表示されたリファレンス像上で、Z軸に傾斜するオブリーク面OP及びその面上の超解像処理範囲が入力器39を介して操作者により指定されると(S12)、画像処理部33により、当該指定されたオブリーク面上の処理範囲に交差するように複数のアキシャル面(XY面)が微小間隔で設定される(S13)。アキシャル面間の微小間隔は、Z軸方向に関してPSFのカーブをなだらかに表現できる程度に設定される。例えば、アキシャル画像のスライス厚が0.5mmであれば、アキシャル面の間隔は1/4以下に設定される。
Next, the second super-resolution processing procedure will be described with reference to FIG. In the first super-resolution processing, the processing range is defined on the reconstruction plane, that is, the axial plane orthogonal to the Z-axis, whereas in the second super-resolution processing, the processing range is Z-axis. Is provided as a process in the case of being set on a so-called oblique surface that is inclined with respect to. Under the control of the
第1の超解像処理のS5、S6と同様に、複数のアキシャル面に関する複数の画像を再構成処理部36で拡大再構成(ズーミング再構成)するための再構成パラメータが、システムコントローラ29又は超解像処理部32により決定され、その再構成パラメータがシステムコントローラ29の制御により再構成処理部36に供給され、そして、システムコントローラ29の制御により再構成処理部36では再構成バッチ処理が起動される(S14)。それにより複数のアキシャル面に関する複数の画像(アキシャル像セット)が生成される。複数の画像のデータは、システムコントローラ29の制御により再構成処理部36から画像処理部33に供給され、図5(b)に示すように、複数の画像から上記オブリーク面上の処理対象の画像が断面変換処理(MPR)により生成される(S15)。
Similar to S5 and S6 of the first super-resolution processing, a reconstruction parameter for enlarging and reconstructing (zooming reconstruction) a plurality of images related to a plurality of axial planes by using the
次に、図5(c)に例示する3次元のPSFのデータがPSF記憶部31から超解像処理部32に供給され、オブリーク面の画像のデータと共に超解像処理部32の内部記憶部に記憶される。超解像処理部32では、図5(d)に示すように、記憶されている3次元のPSFのデータ(拡大再構成された微小球体の画像データ)からオブリーク面OP上の2次元PSFを生成する(S16)。生成したオブリーク面のPSFを用いて、オブリーク面の画像に対して、第1超解像処理のS9と同様に、超解像処理を施し(S17)、表示する(S18)。
Next, the three-dimensional PSF data illustrated in FIG. 5C is supplied from the
次に第3の超解像処理手順について図6を参照して説明する。上記第1、第2の超解像処理では、処理範囲が、アキシャル面又はオブリーク面上の2次元で定義され、2次元画像に対して超解像処理が施されたのに対して、第3の超解像処理では、処理範囲が、3次元で定義され、3次元画像に対して超解像処理が施される。システムコントローラ29の制御のもとで、ステップS21において、ボリュームデータからリファレンス像が画像処理部33により生成され、ディスプレイ38に表示される(図7(a)参照)。当該表示されたリファレンス像上で、3次元の処理範囲3D−ROIが入力器39を介して操作者により指定されると(S22)、画像処理部33により、当該指定された3次元の処理範囲3D−ROIに含まれる複数のアキシャル面(XY面)が微小間隔で設定される。アキシャル面間の微小間隔は、Z軸方向に関してPSFのカーブをなだらかに表現できる程度に設定される。設定された複数のアキシャル面に関する複数の画像を再構成処理部36で拡大再構成(ズーミング再構成)するための再構成パラメータが、システムコントローラ29又は超解像処理部32により決定され、その再構成パラメータがシステムコントローラ29の制御により再構成処理部36に供給され、そして、システムコントローラ29の制御により再構成処理部36では再構成バッチ処理が起動される(S23)。それにより複数のアキシャル面に関する複数の画像(アキシャル像セット)が生成される。複数の画像のデータは、システムコントローラ29の制御により、PSF記憶部31の3次元PSF(図7(b))のデータとともに、超解像処理部32に供給される。超解像処理部32では、3次元のPSFのデータ(拡大再構成された微小球体の画像データ)を用いて、複数のアキシャル面に関する複数の画像に対して、超解像処理を施し(S24)、表示する(S25)。
Next, a third super-resolution processing procedure will be described with reference to FIG. In the first and second super-resolution processes, the processing range is defined in two dimensions on the axial plane or oblique plane, and the super-resolution process is performed on the two-dimensional image. In the super-resolution processing of 3, the processing range is defined in three dimensions, and the super-resolution processing is performed on the three-dimensional image. Under the control of the
なお、オブリーク面の超解像処理では、上述では、複数のアキシャル面の拡大再構成、拡大再構成した複数のアキシャル画像から断面変換処理によりオブリーク面のオブリーク画像の生成、そしてそのオブリーク画像に対して超解像処理を施しているが、他の処理順序であっても良い。例えば、複数のアキシャル面の拡大再構成、拡大再構成した複数のアキシャル画像に対してそれぞれ超解像処理を施し、超解像処理を施した複数のアキシャル画像からオブリーク面のオブリーク画像を断面変換処理により生成するようにしてもよい。 In the above-described super-resolution processing of the oblique surface, in the above description, enlargement reconstruction of a plurality of axial surfaces, generation of an oblique image of the oblique surface by cross-section conversion processing from a plurality of enlarged and reconstructed axial images, and the oblique image Although super-resolution processing is performed, other processing order may be used. For example, enlargement reconstruction of multiple axial planes, super-resolution processing is performed on each of the multiple axial images that have been enlarged and reconstructed, and the oblique image of the oblique plane is cross-sectional converted from the multiple axial images that have undergone super-resolution processing It may be generated by processing.
次に上記超解像処理部32における超解像処理の応用例について説明する。ここでは、超解像処理の反復解の収束性および画像精度を改善する工夫について提供する。まず、周知のとおり、例えば冠動脈CT検査の場合、各部分のCT値例は次の通りである。
血管:60HU
血液(造影剤):200〜300HU
脂肪:-80〜-50HU
ステント:500HU以上
特にステントはCT値が高いためボケの影響が大きく、かつその大きさから収束に反復回数が掛かる。一方、他の組織はCT値が低く画像ノイズの影響を受け易い為、ステント同様に反復を多数回繰り返すと、収束せず、発散しやすい傾向がある。そこでステントのようなハイコントラスト部分とローコントラスト部分とを異なる収束条件下もしくは画像を切り分けて反復することが有効である。図8に示すように測定画像(A)にステント等高いCT値の物体と血管、脂肪、心筋等の低いCT値の物体が混在する場合に、先ず画像からステント像及びその周辺を抽出する。つまり、測定画像に対してしきい値処理により、ローコントラスト部分を除去し、ステント等のハイコントラスト部分を、その周辺部分と共に抽出する。例えば、しきい値処理により抽出されたハイコントラストの各画素からPSF関数の半径の距離内の部分が周辺部分として抽出される。抽出されなかった画素には、例えば測定画像内の最小画素値又はしきい値処理で使用したしきい値が、その画素値として与えられる。ハイコントラスト部分とその周辺部分とが抽出された画像に対して一定の拘束条件下、例えば最小画素値又はしきい値以下の値の存在を許さないという拘束条件のもとで、PSFを使ってデコンボリューション処理を施し、次にそれを初期解として反復法を例えば147回適用する。これにより、ハイコントラスト部分(ここではステント)単独の超解像画像(B)が生成される。
Next, an application example of the super-resolution processing in the
Blood vessel: 60HU
Blood (contrast agent): 200-300HU
Fat: -80 ~ -50HU
Stent: 500HU or more
In particular, since the CT value of a stent is high, the influence of blur is large, and the number of iterations is required for convergence due to the size. On the other hand, other tissues have a low CT value and are easily affected by image noise. Therefore, when the repetition is repeated many times as in the case of a stent, the tissue does not converge and tends to diverge. Therefore, it is effective to repeat a high contrast portion and a low contrast portion such as a stent under different convergence conditions or by dividing an image. As shown in FIG. 8, when an object having a high CT value such as a stent and an object having a low CT value such as a blood vessel, fat, or myocardium coexist in the measurement image (A), the stent image and its periphery are first extracted from the image. That is, a low contrast portion is removed by threshold processing on the measurement image, and a high contrast portion such as a stent is extracted together with its peripheral portion. For example, a portion within the distance of the radius of the PSF function is extracted as a peripheral portion from each high contrast pixel extracted by threshold processing. For example, the minimum pixel value in the measurement image or the threshold value used in the threshold processing is given to the pixel that has not been extracted. Using PSF under certain constraints on the extracted image of the high-contrast portion and its peripheral portion, for example, under the constraint that the presence of a value below the minimum pixel value or threshold is not allowed A deconvolution process is performed, and then an iterative method is applied, for example, 147 times using it as an initial solution. Thereby, a super-resolution image (B) of a high contrast portion (here, a stent) alone is generated.
次に、ハイコントラスト部分単独の超解像画像(B)に対してPSFをコンボリューションすることにより、ハイコントラスト部分単独のボケ画像(C)を生成する。このハイコントラスト部分単独のボケ画像(C)を測定画像(A)から引き算することで、ハイコントラスト部分以外のローコントラスト部分単独の画像(D)を生成し、ローコントラスト部分単独の画像(D)をハイコントラスト部分単独の超解像画像(B)と合成して表示する。これによりローコントラスト部分の影響を受けることなくハイコントラスト部分の超解像画像を高精度で取得することができ、それと同時にローコントラスト部分の像をハイコントラスト部分から分離することができる。 Next, PSF is convoluted with respect to the super-resolution image (B) of the high-contrast portion alone, thereby generating a blurred image (C) of the high-contrast portion alone. By subtracting the blurred image (C) of the high contrast portion alone from the measurement image (A), an image (D) of the low contrast portion alone other than the high contrast portion is generated, and the image (D) of the low contrast portion alone is generated. Is combined with the super-resolution image (B) of the high contrast portion alone and displayed. Accordingly, a super-resolution image of the high contrast portion can be obtained with high accuracy without being affected by the low contrast portion, and at the same time, the image of the low contrast portion can be separated from the high contrast portion.
なお、図9に示すように、ハイコントラスト部分単独のボケ画像(C)を測定画像(A)から引き算することで生成したローコントラスト部分のボケ画像(D)に対して超解像処理を施して、ローコントラスト部分の超解像画像(E)を生成し、そのローコントラスト部分の超解像画像(E)をハイコントラスト部分の超解像画像(B)と合成して表示するようにしても良い。 In addition, as shown in FIG. 9, the super-resolution processing is performed on the blur image (D) of the low contrast portion generated by subtracting the blur image (C) of the high contrast portion alone from the measurement image (A). The super-resolution image (E) in the low contrast portion is generated, and the super-resolution image (E) in the low contrast portion is combined with the super-resolution image (B) in the high contrast portion and displayed. Also good.
以上のようにハイコントラスト部分とローコントラスト部分とを分離して別々に超解像処理を施すことで、超解像処理の反復解の収束性および画像精度を改善することができる。 As described above, by separating the high-contrast portion and the low-contrast portion and separately performing the super-resolution processing, it is possible to improve the convergence of the iterative solution and the image accuracy of the super-resolution processing.
また、上記と同様に、超解像処理対象画像の空間周波数が要求解像度以上に高周波になると反復解法において収束性が悪くなる。そこで発散しない様、回復帯域を制限することが必要である。そのために初期解に必要以上の高周波成分が含まれないよう、帯域制限(周波数空間でローパス)する。 Similarly to the above, when the spatial frequency of the super-resolution processing target image becomes higher than the required resolution, the convergence becomes worse in the iterative solution. Therefore, it is necessary to limit the recovery band so as not to diverge. Therefore, band limitation (low pass in the frequency space) is performed so that the initial solution does not include unnecessary high frequency components.
O1= M(*)PSF*F F:帯域制限フィルター
また、反復解法において必要以上の高周波成分が含まれないよう、各修正ベクトルに帯域制限を掛ける。
O 1 = M (*) PSF * F F: Band Limit Filter Also, each correction vector is band-limited so as not to include a higher frequency component than necessary in the iterative solution.
ON+1=ON −a*dE/dx * F
A)の2段階反復解法において、先ずステント用に緩い帯域制限で高い周波数成分を残して解像度の高いステント像を得る。つぎに高解像ステント像を初期解として2回目の反復解法を強い帯域制限で血管等の像を回復する。
O N + 1 = O N -a * dE / dx * F
In the two-step iterative solution of A), first, a high-resolution stent image is obtained by leaving a high frequency component with a loose band limitation for a stent. Next, a high-resolution stent image is used as an initial solution, and an image of a blood vessel or the like is restored by strong band limitation in the second iterative solution.
先ず
O’= M (*)PSF * F1 F1: 高周波成分を比較的良く通すフィルター
ON+1= ON - a * dE/dx * F1
収束したら帯域制限フィルターを替え、ON+1を初期解として再び反復処理を掛ける。
First
O '= M (*) PSF * F 1 F 1 : Filter that passes high-frequency components relatively well
O N + 1 = O N -a * dE / dx * F 1
When it converges, the band limiting filter is changed, and iterative processing is performed again with O N + 1 as the initial solution.
ON+1,2= ON,2 - a * dE/dx * F2 F2: 高周波成分をあまり通さないフィルター
これにより2回目の反復において修正ベクトルに高周波成分が含まれず、初回の反復の最終解ON+1の高周波成分を保存するため、ステント像が保存される。一方、2回目の反復解ON+1,2にはステント像以外の高周波成分が載らず、収束性が保たれる。
O N + 1,2 = O N, 2 -a * dE / dx * F 2 F 2 : Filter that does not pass high-frequency components so that the correction vector is not included in the correction vector in the second iteration, and the first iteration In order to preserve the high frequency component of the final solution ON + 1 , the stent image is preserved. On the other hand, high-frequency components other than the stent image are not included in the second iterative solution ON + 1,2 , and convergence is maintained.
また、反復解法を多数繰り返すと画像ノイズの影響が増えて解が発散しやすくなるので、画像の画素値に応じて拘束条件を与えて、収束条件を改善することも重要である。 Also, if the iterative solution is repeated many times, the influence of image noise increases and the solution is likely to diverge. Therefore, it is also important to improve the convergence condition by giving a constraint condition according to the pixel value of the image.
一定範囲を超える画素値をある一定値に変換する。測定画像の各画素のCT値を基準に、修正量に制限を掛ける。測定画像の各画素CT値から一定の変動許容範囲を決め、各反復解値をクリッピングする。許容範囲は測定画像の各画素ごとに異なっても良い。 A pixel value exceeding a certain range is converted into a certain value. The correction amount is limited based on the CT value of each pixel of the measurement image. A certain variation allowable range is determined from each pixel CT value of the measurement image, and each repetitive solution value is clipped. The allowable range may be different for each pixel of the measurement image.
反復解値 : ON+1 = CLIP( ON - a * dE/dx )
CLIP( ):クリッピング関数
例:測定画像Oのある画素が50HUなら、各反復解の画素が0HU以下の値は0HU、100HU以上の値は100HUにクリッピングする。
Iterative solution values: O N + 1 = CLIP ( O N - a * dE / dx)
CLIP (): Clipping function Example: If a pixel of the measurement image O is 50HU, the value of each iterative solution pixel is clipped to 0HU if the value is 0HU or less, and to 100HU if the value is 100HU or more.
ステントの様な微小サイズ・高CT値の物体は回復による画素値の変動が激しく許容範囲の設定は難しいので、血管・血液像の様に低CT値の物体の場合は画素だけクリッピングしても良い。 For pixels with a small size and high CT value such as a stent, pixel values fluctuate greatly due to recovery, and it is difficult to set an allowable range. For low CT values such as blood vessels and blood images, even if only pixels are clipped good.
または、測定画像の各画素CT値から各反復ごとの一定の変動許容範囲を決め、修正値をクリッピングする。許容範囲は測定画像の各画素ごとに異なっても良い。
修正値 : ON+1 = ON - CLIP( a * dE/dx )
例:測定画像Oのある画素が50HUなら、反復1回あたりの許容修正量を5HUとする。
Alternatively, a fixed variation allowable range for each iteration is determined from each pixel CT value of the measurement image, and the correction value is clipped. The allowable range may be different for each pixel of the measurement image.
Modify value: O N + 1 = O N - CLIP (a * dE / dx)
Example: If a pixel in the measurement image O is 50HU, the allowable correction amount per iteration is 5HU.
もしくは測定画像上の画素で傾斜ベクトルを求め、傾斜の大きな個所で修正許容量を大きく、
傾斜の小さな所で修正許容量を小さくする。
Alternatively, the inclination vector is obtained from the pixels on the measurement image, and the correction tolerance is increased at a portion where the inclination is large.
Reduce the correction tolerance at a small slope.
これら各種拘束条件、Jacobi法以外の反復アルゴリズムを組み合わせても良い。 These various constraint conditions and iterative algorithms other than the Jacobi method may be combined.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…架台、2…寝台、3…計算機ユニット、10…X線管、12…回転フレーム、21…高電圧発生器、23…X線検出器、25…架台駆動装置、26…データ収集装置、29…システムコントローラ、30…スキャンコントローラ、31…PSF記憶部、32…超解像処理部、34…前処理部、36…再構成処理部、37…投影データ記憶部、38…ディスプレイ、39…入力器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
被検体に関する画像データに対して前記記憶された点像強度分布関数を使って超解像処理を施す手段とを具備することを特徴とする超解像処理装置。 Means for storing point image intensity distribution function data relating to an X-ray computed tomography apparatus acquired using a phantom;
Means for performing super-resolution processing on the image data relating to the subject using the stored point image intensity distribution function.
ファントムを使って取得された前記画像取得手段に係る点像強度分布関数のデータを記憶する手段と、
前記医用画像データに対して前記記憶された点像強度分布関数を使って超解像処理を施す手段とを具備することを特徴とする医用画像診断装置。 Image acquisition means for acquiring medical image data from a subject;
Means for storing data of a point spread function related to the image acquisition means acquired using a phantom;
A medical image diagnostic apparatus comprising: means for performing a super-resolution process on the medical image data using the stored point spread function.
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