JP2005110843A - 放射線画像処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＣＴ画像の関心領域と投影データを関連付けする。
【解決手段】 仮想的なＸ線焦点Ｈから三次元腫瘍形状に向かってＸ線を曝射した際に、投影データＩ上に形成される腫瘍Ａの影の位置を収集された投影データＩの全てに対して計算する。再投影の過程では２種類の処理が考えられ、１つは単に腫瘍Ａの形状が投影データＩ上に作る影の領域を計算する処理、他の１つは計算すると同時に腫瘍Ａの影の領域にレンダリングされた３Ｄ画像を二次元情報として埋め込む処理である。
投影データＩを回転表示する際に、投影データＩ中にレンダリングされた腫瘍領域位置Ｊを強調して表示する。
【選択図】 図９
【解決手段】 仮想的なＸ線焦点Ｈから三次元腫瘍形状に向かってＸ線を曝射した際に、投影データＩ上に形成される腫瘍Ａの影の位置を収集された投影データＩの全てに対して計算する。再投影の過程では２種類の処理が考えられ、１つは単に腫瘍Ａの形状が投影データＩ上に作る影の領域を計算する処理、他の１つは計算すると同時に腫瘍Ａの影の領域にレンダリングされた３Ｄ画像を二次元情報として埋め込む処理である。
投影データＩを回転表示する際に、投影データＩ中にレンダリングされた腫瘍領域位置Ｊを強調して表示する。
【選択図】 図９
Description
本発明は、例えばＸ線等の放射線を利用して画像撮影を行うＸ線ＣＴ（Computer Tomography：コンピュータ断層撮影）装置において、被検体内の放射線特性分布を画像化する放射線画像処理装置及び処理方法に関するものである。
従来、被検体に対してＸ線を曝射し、その被検体を透過或いは散乱したＸ線をＸ線検出器で検出し、Ｘ線のフォトン数であるＸ線検出に基づいて被検体の透視画像、断層像或いは三次元画像を撮像するＸ線ＣＴ装置が知られている。通常ではＸ線ビームはＺ方向に薄く切り出されており、ファンビームと呼ばれているが、例えば特許文献１のようにＺ方向にも広がった円錐状のコーンビームと呼ばれるＸ線ビームを用いたコーンビームＣＴ装置（ＣＢＣＴ：Cone Beam CT）も開発されている。
そして、このＣＢＣＴ装置としては、現在ではＲＯＷが１列だけの従来型ＣＴに対して、所謂第３世代型或いはＲ／Ｒ型と呼ばれる方式に相当する形式が検討されている。この第３世代型ＣＴとは、Ｘ線源と検出器のペアが、被検体の周囲を回転しながら走査して投影データの収集を行うものである。
図１１はコーンビームＣＴ装置の概略図を示しており、第３世代型ＣＴ装置に属するものであり、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ線源であるＸ線管球１と共にＸ線検出器２が被検体Ｓの周囲を回動し、１回転で関心領域の走査を終了する。
通常のＸ線ＣＴ装置では、チャンネル方向（ＣＨ方向）にサンプリングするため、検出素子はＣＨ方向に１列に並べられており、個々の素子はチャンネル番号で識別される。これに対し、図１１に示すＣＢＣＴ装置では、検出素子が更にＺ方向（ＲＯＷ方向）にも配列されている。即ち、ＣＢＣＴ装置におけるＸ線検出器２は、検出素子が直交格子状に二次元的に配置されている。このように、検出素子をＺ方向（ＲＯＷ方向）及びＣＨ方向の２方向に格子状に配置して検出器を構成するＣＢＣＴ装置において、放射線をＺ方向にも厚みを持たせて円錐（コーン）状に曝射することによって、複数列分の投影データを一括して得ることができる。
従来では、断層画像であるＣＴ画像は、投影データから計算により再構成しており、この投影データは従来のＣＴ装置では１ラインセンサ１ｍｍ幅、マルチディテクタロウＣＴでも数ｃｍ幅であり、投影データ自体ではＣＢＣＴ装置で画像として使用する価値は低い。
ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）を使用したＣＢＣＴ装置の投影データは、例えば４３ｃｍ×４３ｃｍであり、診断に利用できるに足る十分な大きさである。しかし、走査データは投影データとして使用に耐え得るサイズではないために、ＣＴ画像と投影データを有機的に関連付けることが積極的になされておらず、実現可能な技術は存在しない。
本発明の目的は、上述の課題を解決し、三次元画像で得られた関心領域を二次元画像上に形成する放射線画像処理装置及び処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る放射線画像処理装置は、被検体に放射線を曝射する放射線発生源と、前記放射線を被検体の体軸方向を中心に周囲で被検体と相対的に回転させる回転手段と、前記放射線を検出しかつ被検体の体軸方向に複数列の検出器を有する二次元検出器と、該二次元検出器で収集された多方向投影データから断面を再構成計算する再構成手段と、前記断面中に関心領域を設定する設定手段と、該設定手段で設定された前記関心領域に対応する領域を前記多方向投影データ中で指定する対応指定手段とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る放射線画像処理方法は、被検体の体軸方向を中心に相対的に回転する放射線発生源から放射線を被検体に曝射し、被検体の放射線像を被検体の体軸方向に複数列の検出器を有する二次元検出器により収集し、前記二次元検出器で得られた多方向投影データから断面を再構成計算し、前記断面中に関心領域を設定し、設定された前記関心領域に対応する領域を前記多方向投影データ中に指定することを特徴とする。
本発明によれば、診断の際にＣＴ画像と投影データの双方を有機的に利用することが可能となり、例えばＣＴの断層画像で指定した腫瘍領域に対応する場所を走査データである投影データに対応付けすることにより、断層画像と投影データを関連付けして観察可能とする。
また、投影データを切換表示して回転観察する際には、腫瘍領域が回転観察の中心とすることにより診断を容易にすることができる。更に、表示に際しては投影データにレンダリング画像を埋め、又は腫瘍領域にコントラストを大きく割り振ることによって腫瘍領域の認識を容易にすることができる。
図１は実施例の平面図、図２は側面図である。Ｘ線発生手段１１と二次元検出器１２の間に被検者Ｐが位置している。被検者Ｐは回転テーブル１３上に乗り、テーブル１３に付設された胸当て板１４に胸部を接している。二次元検出器１２は１画素が２５０×２５０μｍ、総画素数が１７２０×１７２０、外径が４３×４３ｃｍの半導体センサから構成され、その出力は後述するＢＵＳを介して再構成手段１５に接続されている。
Ｘ線発生手段１１から発射されたＸ線は、被検者Ｐを透過した後に胸当て板１４及び図示しない散乱線除去グリッドを通過し、二次元検出器１２に到達する。二次元検出器１２で取得されたデータは、再構成手段１５に転送されて断層像を形成するための再構成が行われる。
図３はブロック構成図を示し、システム全体は１つのコンピュータシステムにより構成されている。ＢＵＳ２１はコンピュータの内部バスを示しており、ＢＵＳ２１には、Ｘ線発生手段１１、二次元検出器１２、回転テーブル１３、再構成手段１５、例えばＣＰＵから成る制御手段２２、画像表示手段２３、関心領域指定手段２４、インタフェース手段２５、腫瘍領域再投影手段２６、撮影データ切出手段２７、階調変換手段２８が接続されており、このＢＵＳ２１を介して制御信号やデータの送信受信が行われる。
図４は撮影手順のフローチャート図を示し、先ずインタフェース手段２５を介して撮影開始の指示が出される（ステップＳ１０１）。続いて、撮影開始の指示を受信すると、制御手段２２の指示により被検者Ｐを載置した回転テーブル１３が回転を開始する（ステップＳ１０２）。
制御手段２２は回転テーブル１３から発生するエンコーダ信号を監視し（ステップＳ１０３）、所定の速度及び角度に到達したか否かを判断し、所定の角度に達するとＸ線発生手段１１に信号を送りＸ線の曝射を開始する（ステップＳ１０４）。また、このエンコーダ信号はデータの積分タイミング決定にも使用される。
エンコーダとして、回転テーブル１３の１回転当り２５０００パルスを発生させるものを使用すると、１回転に対して１０００ビューの投影データを収集するには、エンコーダ信号の２５パルス毎に、二次元検出器１２からデータを収集すればよい。
続いて、制御手段２２はこのエンコードパルスを計時して２５パルス毎に積分信号を発生させ（ステップＳ１０５）、二次元検出器１２に到達したＸ線量を計測する。また、二次元検出器１２からのデータはＢＵＳ２１を介して逐次的に再構成手段１５に転送し、データの転送は回転テーブル１３が所定の回転角度で回転し、所定のビュー数が収集されるまで続ける（ステップＳ１０６）。所定のビュー数が収集されると、制御手段２２はＸ線発生手段１１にＸ線の曝射停止信号を送信し（ステップＳ１０７）、回転テーブル１３を減速させながら停止するまで制御する（ステップＳ１０８）。
そして、Ｘ線曝射が完了した直後の最後の投影データを再構成手段１５に転送し、制御手段２２は収集された投影データを基にした再構成を再構成手段１５に指示する（ステップＳ１０９）。また、全体のデータ収集が完了してから再構成を開始してもよい。
再構成では前処理、フィルタ処理、逆投影処理が行われ、前処理においてオフセット処理、ＬＯＧ変換、ゲイン補正、欠陥補正がなされる。フィルタ処理ではラマチャンドラン関数或いはシェップローガン関数が一般的であり、本実施例でもこれらを使用し、フィルタ処理されたデータは逆投影される。これらのフィルタ処理から逆投影までのアルゴリズムは、非特許文献１のフェルドカンプのアルゴリズムを使用可能であるが、これに限定されるものではない。
FeldkampとDavis及びKress著「実用コーンビームアルゴリズム」（"Practical Cone-Beam Algorithm"），J.Opt.Soc.Am.A1,612〜619,1984
そして、逆投影が完了してＣＴの断面画像が再構成され、画像表示手段２３に表示され（ステップＳ１１０）、断面画像を表示することにより撮影は完了する（ステップＳ１１１）。
図５は画像処理におけるフローチャート図を示しており、先ず上述した再構成手段１５により再構成された断層画像であるＣＴ断面画像を画像表示手段２３に表示する（ステップＳ２０１）。画像表示手段２３に表示されたＣＴ断面画像は、撮影技師により撮影完了の確認のために使用される。通常では、医師はＣＴ断面画像が転送されたＰＣ（Personal Computer）で画像を用いて診断を行う。
医師はＣＴ断面画像が転送されたＰＣ上でＣＴ断面画像と投影画像を関連付けることによって診断する。しかし、近年のコンピュータ技術においては、別のＰＣの磁気記憶装置等のリソースをネットワークを介して共有することは一般的に行われており、本実施例では１台のＰＣで説明したが、複数台のＰＣを用いることもできる。
続いて、操作者はＣＴ断面画像上で関心領域指定手段２４を使用して、病気の領域、或いは病気であることが疑われる領域である関心領域を指定する（ステップＳ２０２）。
図６は胸部のＣＴ断面画像における関心領域を指定する場合の説明図であり、肺野中の腫瘍Ａに対して矩形の関心領域Ｂが設定される。本実施例においては、操作者の便宜を考えて関心領域Ｂは矩形と設定しているが、任意の多角形を用いることにより腫瘍Ａの境界を意図的に限定してもよい。
腫瘍Ａを囲むように関心領域Ｂを広めに設定した場合は、関心領域Ｂから腫瘍Ａの境界を認識する必要がある（ステップＳ２０３）。認識処理としては、例えば非特許文献２に記載されているRegion Growing処理等の様々なものが開発されているが、ここではヒストグラムと二値化を使用する簡便な方法について説明する。
ANIL K. JAIN著 Fundamentals Of Digital Image Processing(Prentice Hall社、1989)のP412
図７はヒストグラムと二値化の方法の説明図を示し、操作者によって指定された関心領域Ｂ内のヒストグラムＣは、一般には破線で示すように２つ山の分布となる。人間が腫瘍Ａの形状を認識するためには、関心領域Ｂ内が２種の濃度から構成されていることが必要である。このヒストグラムＣの累積ヒストグラムＤを計算し、この計算された累積ヒストグラムＤの直線近似Ｅを求める。累積ヒストグラムＤと直線近似Ｅの交点は、概略が２つ山の分布の谷に位置するため、その交点を二値化の閾値Ｆに採用する。
次に、三次元における腫瘍Ａの領域の拡張を行う（ステップＳ２０４）。上述の過程では、１枚のＣＴ断面画像に対して、腫瘍Ａの領域の抽出を行ったが、この過程を複数のＣＴ断面画像に対して行う。
腫瘍Ａの領域の三次元への拡張処理は、２つのパスによって実現可能である。第１のパスでは、対象となる全てのＣＴ断面画像に対して操作者によりステップＳ２０３の工程が実行される。つまり、それぞれのＣＴ断面で腫瘍Ａの境界が抽出される。第２のパスでは、必須ではないがＣＴ断面画像毎の腫瘍Ａの境界に丸みを持たせる処理である。この処理は三次元のモフォロジフィルタにより実現することができる。具体的には、非特許文献３に記載されているモフォロジフィルタのErosion処理が適している。
ANIL K. JAIN著 Fundamentals Of Digital Image Processing(Prentice Hall社、1989)のP384
腫瘍Ａの領域の三次元への拡張処理は上述の方法に限定されるものではなく、１つのＣＴ断面画像において腫瘍Ａの領域が決定された後に、そのＣＴ断面画像に直交する断面変換画像に対して、このヒストグラムベースの二値化処理を適用することによっても実現できる。ただし、ヒストグラムを計算する際には、関心領域Ｂを設定する必要があるので、腫瘍Ａが存在するＣＴ断面画像は操作者によって指定する必要がある。
腫瘍Ａの三次元構造が特定された後に、腫瘍Ａの領域を確認する（ステップＳ２０５）。確認方法は二次元表示により確認する方法と、三次元表示（３Ｄ画像表示）により確認する方法がある。二次元表示はＣＴ断面画像を順次に切換表示することにより、立体イメージを頭の中に構成するものであり、３Ｄ画像表示法には、ボリュームレンダリング法、サーフェスレンダリング法、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projections）法、ＭｉｎＩＰ法、Ｘ線投影法等が知られている。
また、この３Ｄ画像表示においては、光学パラメータ変換関数（サーフェスレンダリング法の場合は閾値）、カラー、光源の位置、強さ等を変更させて表示することもできる。これら３Ｄ画像表示法、光学パラメータ変換関数等のパラメータについては、予めデフォルト条件を定めておき、以降は操作者の操作によって任意に変更可能な構成にしておくとよい。
図８はボリュームレンダリング法の説明図を示し、矩形状のボックスＧを操作し、又はレンダリング画像を自動的に一定速度で回転表示させることにより、操作者に立体形状の確認を促す。確認の結果、腫瘍Ａの領域の境界が不適切であれば、ステップＳ２０３又はステップＳ２０４に戻って修正する。
図９は三次元腫瘍領域の投影データへの再投影の説明図を示しており、決定された腫瘍領域位置を二次元の投影データ上に再投影するための幾何学系は既知である。仮想的なＸ線焦点Ｈから三次元腫瘍形状に向かってＸ線を曝射した際に、投影データＩ上に形成される腫瘍Ａの影の位置を収集された投影データの全てに対して計算する。再投影の過程では２種類の処理が考えられ、１つは単に腫瘍Ａの形状が投影データＩ上に作る影の領域を計算する処理、他の１つは計算と同時に腫瘍Ａの影の領域にレンダリングされた３Ｄ画像を二次元情報として埋め込む処理である。
このようにすることによって、後述する投影データＩを回転表示する際に、投影データＩ中にレンダリングされた腫瘍領域位置Ｊを強調して表示することができる。上述の２種類の処理方法はインタフェース手段２５により切換えることができる。
次に、投影データ切出手段２３による再投影領域を中心とした画像を切り出す（ステップＳ２０７）。この切り出しは、ステップＳ２０６で決定された腫瘍Ａの位置を中心として行われる。図１０は切出処理の説明図を示し、（ａ）は切り出しを行わない場合を示している。この切り出しを行わない場合には、投影データを切換え表示した際に、画像の回転中心と腫瘍Ａの位置が異なるために、医師は観察し難いという問題点がある。
そこで、（ｂ）に示すように、医師の関心のある腫瘍Ａの領域を中心にハッチングで示すように画像を切り出しておけば、投影画像を切換えて回転を実感する際に、腫瘍Ａが常に回転中心にあるために観察が容易となる。
次に、階調変換手段２８により再投影領域にコントラストを割り当てた階調変換を行う（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０６の再投影の過程でレンダリング処理を投影データＩに埋め込む処理を選択した場合には、この腫瘍Ａの領域にフォーカスした階調変換処理の必然性はない。つまり、腫瘍Ａの領域はレンダリング処理により既に強調されているからである。
ステップＳ２０６でレンダリングの埋め込みをせずに、腫瘍領域の位置のみを特定した場合には、その特定領域の画素値がＳ字カーブのコントラストの高くなるようにルックアップテーブルを作成して階調変換がなされる。この階調変換処理は全ての投影データに対して行われ、最後に画像表示手段２３に切出画像が切換えが表示される（ステップＳ２０９）。
本実施例においては、Ｘ線は連続して発生されることを想定しているが、これに限定されるものでなく、エンコーダ信号を基に二次元検出器１２の積分区間に合わせて、Ｘ線発生手段１１からパルス状のＸ線を発生させることもできる。
また、Ｘ線だけではなく、放射線を使用した場合にも本発明は適用できる。
１１ Ｘ線発生手段
１２ 二次元検出器
１３ 回転テーブル
１４ 胸当て板
１５ 再構成手段
２１ ＢＵＳ
２２ 制御手段
２３ 画像表示手段
２４ 関心領域指定手段
２５ インタフェース手段
２６ 腫瘍領域再投影手段
２７ 投影データ切出手段
２８ 階調変換手段
Ｐ 被検者
１２ 二次元検出器
１３ 回転テーブル
１４ 胸当て板
１５ 再構成手段
２１ ＢＵＳ
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２３ 画像表示手段
２４ 関心領域指定手段
２５ インタフェース手段
２６ 腫瘍領域再投影手段
２７ 投影データ切出手段
２８ 階調変換手段
Ｐ 被検者
Claims (4)
- 被検体に放射線を曝射する放射線発生源と、前記放射線を被検体の体軸方向を中心に周囲で被検体と相対的に回転させる回転手段と、前記放射線を検出しかつ被検体の体軸方向に複数列の検出器を有する二次元検出器と、該二次元検出器で収集された多方向投影データから断面を再構成計算する再構成手段と、前記断面中に関心領域を設定する設定手段と、該設定手段で設定された前記関心領域に対応する領域を前記多方向投影データ中で指定する対応指定手段とを有することを特徴とする放射線画像処理装置。
- 前記関心領域に対応する領域を基に投影データを画像処理する請求項１に記載の放射線画像処理装置。
- 前記画像処理は前記関心領域に対応する領域を基に階調変換又は前記対応する領域を中心に前記投影データを動画表示する請求項２に記載の放射線画像処理装置。
- 被検体の体軸方向を中心に相対的に回転する放射線発生源から放射線を被検体に曝射し、被検体の放射線像を被検体の体軸方向に複数列の検出器を有する二次元検出器により収集し、前記二次元検出器で得られた多方向投影データから断面を再構成計算し、前記断面中に関心領域を設定し、設定された前記関心領域に対応する領域を前記多方向投影データ中に指定することを特徴とする放射線画像処理方法。
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2003
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