JP2005185367A

JP2005185367A - Ｘ線投影データの補正方法及びｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP2005185367A
Application number: JP2003428066A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Takiura; 泰郎滝浦; Tetsuya Horiuchi; 哲也掘内
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4515756B2

Abstract

【目的】Ｘ線投影データに含まれるフォトンノイズをより適正・十分に除去可能なことを課題とする。
【構成】オフセット補正された注目位置のＸ線投影データＤ’に基づき対応するフォトンノイズσを求め、該フォトンノイズσと別途発生した乱数ＲＮＤとに基づき生成した補正データＣを感度補正するステップと、オフセット補正及び感度補正された注目位置周辺の複数のＸ線投影データＤ'’に基づき注目位置についての補間データＭを生成するステップと、前記補間データＭとオフセット補正及び感度補正された注目位置のＸ線投影データＤ''とを比較すると共に、Ｘ線投影データＤ''≧補間データＭの場合は、Ｘ線投影データＤ''から感度補正された補正データＣ’を減算し、それ以外の場合はＸ線投影データＤ''に補正データＣ’を加算する。
【選択図】図１

Description

本発明はＸ線投影データの補正方法及びＸ線ＣＴ装置に関し、更に詳しくは、Ｘ線投影データのフォトンノイズによる影響を軽減するＸ線投影データの補正方法及びＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置では、被検体を透過したＸ線フォトン数の時間的、空間的な揺らぎ（フォトンノイズ）によって、再構成したＣＴ値にもフォトンノイズに起因する揺らぎが生じ、これがＣＴ断層像の画像雑音となって表れる。このフォトンノイズはポアソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）分布に従うと共に、平均Ｎ個のフォトンを検出するような計測では、その標準偏差が√Ｎになることが知られている。このため、一様なＸ線で曝射された被検体の画素毎に吸収されたフォトン数が例えば平均１００００個のときは、１％（１００個程度）の画素値の変動は不可避であると共に、特に、Ｘ線ＣＴ装置のように、被検体の被曝をできるだけ少なくしたい撮影系のＣＴ断層像では、フォトンノイズ（即ち、Ｓ／Ｎの劣化）が画像雑音の主要因となっており、フォトンノイズによる影響を軽減することが望まれる。

従来は、測定信号の高周波成分を損なうことなくノイズを除去する測定信号処理方法であって、測定信号の測定値Ｄｍと、その近傍の測定値Ｄｍ−１，Ｄｍ＋１から求めた推定値Ｄｎとの比較に基づいて、測定値Ｄｍに含まれるノイズ成分を推定し、該推定したノイズ成分で測定値Ｄｍを補正するものが知られている（特許文献１）。
特開２０００−５１２０３（要約，図）

しかし、上記特許文献１の段落「００３２」には、測定データからノイズを除去するためのデータ補正、及び、その他オフセット補正、Ｘ線強度補正、感度補正等の前処理を行うことは記載されているが、測定データに基づき推定したノイズ成分について感度補正を行うことは考慮されておらず、このため、ノイズ成分の除去効果が十分ではなかった。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、Ｘ線投影データに含まれるフォトンノイズをより適正・十分に除去可能なＸ線投影データの補正方法及びＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

上記の課題は例えば図１の構成により解決される。即ち、本発明（１）のＸ線投影データの補正方法は、少なくともオフセット補正された注目位置のＸ線投影データＤ’に基づき対応するフォトンノイズσを求め、該求めたフォトンノイズσと別途発生した乱数ＲＮＤとに基づき生成した補正データＣを感度補正するステップと、オフセット補正及び感度補正された注目位置周辺の複数のＸ線投影データＤ'’に基づき前記注目位置についての補間データＭを生成するステップと、前記生成した補間データＭと前記オフセット補正及び感度補正された注目位置のＸ線投影データＤ''とを比較すると共に、該Ｘ線投影データＤ''≧前記補間データＭの場合は、該Ｘ線投影データＤ''から前記感度補正された補正データＣ’を減算し、それ以外の場合は前記Ｘ線投影データＤ''に前記感度補正された補正データＣ’を加算するステップとを備えるものである。

本発明（１）では、オフセット補正されたＸ線投影データＤ’の感度補正を行うと共に
、注目位置のＸ線投影データＤ’に基づき求めたフォトンノイズσと別途発生した乱数ＲＮＤとに基づき生成した補正データＣについても感度補正を行うため、チャネル間の感度バラツキによらず、各チャネルのＸ線投影データに含まれるフォトンノイズをより適正・十分に除去可能となる。

本発明（２）では、上記本発明（１）において、補間データＭは、注目位置に隣接する複数チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求められる。

本発明（３）では、上記本発明（１）において、補間データＭは、注目位置に隣接する複数ビューから抽出した各同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求められる。

本発明（３）によれば、隣接する各ビューについての各ビュー角の差は非常に小さいため、注目位置に隣接する複数ビューから抽出した各同一チャネルのＸ線投影データは、上記注目位置に隣接する複数チャネルから抽出した各Ｘ線投影データと等価であると共に、本発明（３）では、各同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により補間データＭを求めるため、チャネル間感度補正の精度によらない、高信頼性の補間データが得られる。

本発明（４）では、上記本発明（１），（２）又は（３）において、補間データＭは、注目位置につき被検体体軸方向に隣接する複数の各同一ビュー及び同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求められる。被検体体軸方向に隣接するＸ線投影データは、アキシャル／ヘリカル撮影時のスキャンピッチによらず、被検体体軸方向に隣接する各Ｘ線投影データを用いた補間演算により細密間隔で得られる。

また本発明（５）のＸ線ＣＴ装置は、被検体を挟んで相対向するＸ線管及びＸ線検出器を備え、該Ｘ線検出器の検出信号に基づき被検体のＣＴ断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、少なくともオフセット補正された注目位置のＸ線投影データＤ’に基づき対応するフォトンノイズσを求め、該求めたフォトンノイズσと別途発生した乱数ＲＮＤとに基づき生成した補正データＣを感度補正する補正データ生成手段と、オフセット補正及び感度補正された注目位置周辺の複数のＸ線投影データＤ'’に基づき前記注目位置についての補間データＭを生成する補間データ生成手段と、前記生成した補間データＭと前記オフセット補正及び感度補正された注目位置のＸ線投影データＤ''とを比較すると共に、該Ｘ線投影データＤ''≧補間データＭの場合は、該Ｘ線投影データＤ''から前記感度補正された補正データＣ’を減算し、それ以外の場合は、前記Ｘ線投影データＤ''に前記感度補正された補正データＣ’を加算する投影データ補正手段とを備えるものである。

本発明（６）では、上記本発明（５）において、補間データ生成手段は、補間データを注目位置に隣接する複数チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求める。

本発明（７）では、上記本発明（５）において、補間データ生成手段補間データを注目位置に隣接する複数ビューから抽出した各同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求める。

本発明（８）では、上記本発明（６），（６）又は（７）において、補間データ生成手段は、補間データを注目位置につき被検体体軸方向に隣接する複数の各同一ビュー及び同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求める。

以上述べた如く本発明によれば、投影データ中のフオトンノイズをより適正に低減させ
ることにより、画質を改善することが可能となる。逆に、画質が補正前と同等で良い場合は、Ｘ線強度を下げることが可能となり、患者被曝の低減、Ｘ線管球の利用効率の向上が期待できる。

以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図２は実施の形態によるＸ線ＣＴ装置の要部構成図で、該装置は、Ｘ線ファンビームＸＬＦＢにより被検体１００のアキシャル／ヘリカルスキャン読取等を行う走査ガントリ部３０と、被検体１００を載せて体軸ＣＬｂの方向に移動させる撮影テーブル２０と、前記走査ガントリ部３０及び撮影テーブル２０の遠隔制御を行うと共に、医師やＸ線撮影技師が各種の設定・操作を行う操作コンソール部１０とを備える。

走査ガントリ部３０において、４０は回転陽極型のＸ線管、４０ＡはＸ線管の管電圧ｋＶ、管電流ｍＡ等を制御するＸ線制御部、５０はＸ線ファンビームＸＬＦＢのスライス厚を制限するコリメータ、５０Ａはコリメータ制御部、９０はチャネルＣＨ方向に並ぶ多数（ｎ＝１０００程度）のＸ線検出素子が体軸ＣＬｂ方向の例えば２列Ｌ１，Ｌ２に配列されているＸ線検出器（マルチディテクタ）、９１はＸ線検出器９０の検出信号に基づき被検体１００の投影データｇ₁（θ，Ｘ）,ｇ₂（θ，Ｘ）を生成し、収集するデータ収集部（ＤＡＳ）、３５はこれらＸ線撮影系に係る各機器を被検体体軸ＣＬｂの回りに回転自在に支持するガントリ、３５Ａはガントリ３５の回転制御部である。

操作コンソール部１０において、１１はＸ線ＣＴ装置の主制御・処理（スキャン制御、本発明によるスキャンデータの補正処理、ＣＴ断層像の再構成処理等）を行う中央処理装置、１１ａはそのＣＰＵ、１１ｂはＣＰＵ１１ａが使用するＲＡＭ，ＲＯＭ等からなる主メモリ（ＭＭ）、１２はキーボードやマウス等を含む指令やデータの入力装置、１３はスキャン計画情報やＣＴ断層像に関する各種情報を表示するための表示装置（ＣＲＴ）、１４はＣＰＵ１１ａと走査ガントリ部３０及び撮影テーブル２０等との間で各種制御信号ＣＳやモニタ信号ＭＳのやり取りを行う制御インタフェース、１５はデータ収集部９１からの投影データを一時的に蓄積するデータ収集バッファ、１６はスキャン（投影）データやＣＴ断層像データを最終的に蓄積・格納すると共に、Ｘ線ＣＴ装置の運用に必要な各種アプリケーションプログラムや各種演算／補正用のデータファイル等を格納している２次記憶装置（ハードディスク装置等）である。

上記構成によるＣＴ撮影時の動作を概説すると、Ｘ線管４０からのＸ線ファンビームＸＬＦＢは被検体１００を透過してＸ線検出器９０の検出列Ｌ１，Ｌ２に一斉に入射する。データ収集部９１はＸ線検出器９０の各検出出力に対応する投影データｇ₁（θ，Ｘ），ｇ₂（θ，Ｘ）を生成し、これらをデータ収集バッファ１５に格納する。ここで、ＸはＸ線検出器９０の検出チャネル１〜ｎ、θは体軸ＣＬｂの周りのビュー角を表す。更に、ガントリ３５が僅かに回転した各ビュー角θで上記同様の投影を行い、こうしてガントリ１回転分の投影データを収集・蓄積する。また同時に、アキシャル／ヘリカルスキャン方式に従って撮影テーブル２０を体軸ＣＬｂ方向に間欠的／連続的に移動させ、こうして被検体１００の所要撮影領域についての全投影データを収集・蓄積する。そして、ＣＰＵ１１ａは、上記得られた投影データに対して所定の前処理を行うと共に、得られた投影データに基づき被検体１００のＣＴ断層像を再構成し、これを表示装置１３に表示する。

次に本発明によるＸ線投影データの補正方法を詳細に説明する。図３は実施の形態によるＸ線ＣＴ撮影処理のフローチャートである。好ましくは、事前に被検体１００のスカウトスキャンを行った後、この処理に入る。ステップＳ１１では続く被検体１００のアキシャル／ヘリカルスキャンのためのスキャンパラメータを設定する。ステップＳ１２では該
設定を確認する「ＣＯＮＦＩＲＭ」ボタンの入力を待ち、やがて、入力されると、ステップＳ１３では上記設定されたスキャンパラメータに従って被検体１００のスキャン制御を行う。ステップＳ１４では被検体１００の投影データを収集・蓄積する。ステップＳ１５では所要撮影領域のスキャン完了か否かを判別し、完了でない場合はステップＳ１３に戻る。こうして、やがてスキャン完了すると、ステップＳ１６以降では投影データに対する前処理を行う。

まず、ステップＳ１６では（１）式に従って各チャネル投影データcountのオフセット補正を行い、オフセット補正後の投影データcount'を形成する。

ここで、添え字ｉはビュー番号、ｊはチャネル番号を表す。また記号「Offset_Correction（）」はオフセット補正処理の総称であり、例えば、各投影データcountから予めチャネル毎に抽出しておいたオフセットデータを差し引く処理を意味する。

ステップＳ１７ではオフセット補正後の投影データcount’に基づきフォトンノイズσphotonを予測する。Ｘ線のフォトンノイズはポアソン分布に従うことが知られており、投影データcount’に含まれるフォトンノイズσphotonは（２）式により求められる。

ここで、Ｋは装置によって決まる定数である。

ステップＳ１８では（３）式に従ってフォトンノイズσphotonに応じたポアソン分布の乱数ＲＮＤを発生させ、フォトンノイズσphotonと乱数ＲＮＤとに基づき補正データcmp
生成する。

ここで、記号「ＲＮＤ（Ｐｏｉｓｓｏｎ）」は０〜１の範囲内で発生されるポアソン分布の乱数である。なお、実際は線量が大きく、正規分布で近似できるので、正規分布の乱数を発生しても良い。

ステップＳ１９，Ｓ２０では（４）式に従って上記オフセット補正後の投影データcount'及び補正データcmpの双方に対してチャネル間感度補正を行う。

ここで、記号「Air_Cal（）」はチャネル間感度補正処理の総称であり、例えば、予め、空気をスキャンして各チャネルに一定の検出出力が得られるように補正ベクトルを作っておくものを使用できる。

ステップＳ２１以降では投影データcount''に含まれるフォトンノイズの除去処理を行う。即ち、まずステップＳ２１では、注目位置の投影データcount''とその近傍チャネルの各投影データcount''を用いて、例えば（５）式により、これらの平均値（本発明の補間データに相当）meanを求める。

なお、ここでは注目位置の投影データcount''を平均演算に含めたが、これを除外して求めても良い。

図４は上記補間データを求める際に使用する周辺データのいくつかの抽出方法を示す図であり、図４（Ａ）は、注目位置（ｉビュー，ｊチャネル）に隣接する複数チャネルのＸ線投影データＤ''（ｉ，ｊ−１），Ｄ''（ｉ，ｊ＋１）等を用いた補間演算により補間データＭ（ｉ，ｊ）を求める場合を示している。また、図４（Ｂ）は、注目位置（ｉ，ｊ）に隣接する複数ビューから抽出した各同一チャネルのＸ線投影データＤ''（ｉ−１，ｊ），Ｄ''（ｉ＋１，ｊ）等を用いた補間演算により補間データＭ（ｉ，ｊ）を求める場合を示している。そして、図４（Ｃ）は、注目位置（ｉビュー，ｊチャネル）ｓのスライスにつき被検体体軸方向に隣接する複数の各同一ビュー及び同一チャネルのＸ線投影データＤ''（ｉ，ｊ）_Ｓ−１，Ｄ''（ｉ，ｊ）_Ｓ＋１等を用いた補間演算により補間データＭ（ｉ，ｊ）_Ｓを求める場合を示している。上記の各抽出方法は単独でも又は任意複数の抽出方法を組み合わせて採用しても良い。

図３に戻り、ステップＳ２２では前記感度補正された注目位置の投影データcount”と上記求めた平均値meanとを比較し、もし、count”≧meanの場合は、ステップＳ２３でフォトンノイズ補正後の投影データcount'''を（６）式に従って求める。

また、count”＜meanの場合は、ステップＳ２４でフォトンノイズ補正後の投影データcount'''を（７）式に従って求める。

上記いずれの場合も、注目位置の投影データcount”は、注目位置の補間データmeanに近づく方向に補正される。以上の補正処理は全ての投影データcount''に対して行われ、こうして、フォトンノイズを除去された新たな投影データcount'''の系列が生成される。

ステップＳ２５では画像再構成前に必要なその他の処理（リファレンス補正、フィルタ処理等）を行い、ステップＳ２６では逆投影法によりＣＴ断層像を再構成する。そして、ステップＳ２７ではＣＴ断層像を画面に表示する。

なお、上記実施の形態では補間データmeanを平均値演算により求める場合を示したが、これに限らない。補間データは他の公知の様々な演算（スプライン補間等）によって求めても良い。

また、上記実施の形態によるＸ線投影データの補正方法は、コンピュ−タに実効させるためのコンピュ−タ実効可能なプログラムとして、ＣＤ−ＲＯＭ等に記録し、又は通信回線を使用したオンライン配信により、ユーザに提供可能である。

また、上記本発明に好適なる実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組み合わせの様々な変更が行えることは言うまでも無い。

本発明の原理を説明する図である。実施の形態によるＸ線ＣＴ装置の要部構成図である。実施の形態によるＸ線ＣＴ撮影処理のフローチャートである。実施の形態によるフォトンノイズ補正処理を説明する図である。

符号の説明

１０操作コンソール部
２０撮影テーブル（クレイドル）
３０走査ガントリ部
３５ガントリ
４０Ｘ線管
５０コリメータ
９０Ｘ線検出器

Claims

少なくともオフセット補正された注目位置のＸ線投影データに基づき対応するフォトンノイズを求め、該求めたフォトンノイズと別途発生した乱数とに基づき生成した補正データを感度補正するステップと、
オフセット補正及び感度補正された注目位置周辺の複数のＸ線投影データに基づき前記注目位置についての補間データを生成するステップと、
前記生成した補間データと前記オフセット補正及び感度補正された注目位置のＸ線投影データとを比較すると共に、該Ｘ線投影データ≧前記補間データの場合は、該Ｘ線投影データから前記感度補正された補正データを減算し、それ以外の場合は前記Ｘ線投影データに前記感度補正された補正データを加算するステップとを備えることを特徴とするＸ線投影データの補正方法。
補間データは、注目位置に隣接する複数チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求められることを特徴とする請求項１記載のＸ線投影データの補正方法。
補間データは、注目位置に隣接する複数ビューから抽出した各同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求められることを特徴とする請求項１記載のＸ線投影データの補正方法。
補間データは、注目位置につき被検体体軸方向に隣接する複数の各同一ビュー及び同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求められることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のＸ線投影データの補正方法。
被検体を挟んで相対向するＸ線管及びＸ線検出器を備え、該Ｘ線検出器の検出信号に基づき被検体のＣＴ断層像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
少なくともオフセット補正された注目位置のＸ線投影データに基づき対応するフォトンノイズを求め、該求めたフォトンノイズと別途発生した乱数とに基づき生成した補正データを感度補正する補正データ生成手段と、
オフセット補正及び感度補正された注目位置周辺の複数のＸ線投影データに基づき前記注目位置についての補間データを生成する補間データ生成手段と、
前記生成した補間データと前記オフセット補正及び感度補正された注目位置のＸ線投影データとを比較すると共に、該Ｘ線投影データ≧補間データの場合は、該Ｘ線投影データから前記感度補正された補正データを減算し、それ以外の場合は、前記Ｘ線投影データに前記感度補正された補正データを加算する投影データ補正手段とを備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
補間データ生成手段は、補間データを注目位置に隣接する複数チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求めることを特徴とする請求項５記載のＸ線ＣＴ装置。
補間データ生成手段は、補間データを注目位置に隣接する複数ビューから抽出した各同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求めることを特徴とする請求項５記載のＸ線ＣＴ装置。
補間データ生成手段は、補間データを注目位置につき被検体体軸方向に隣接する複数の各同一ビュー及び同一チャネルのＸ線投影データを用いた補間演算により求めることを特徴とする請求項５乃至７の何れか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。