JP2006000669A

JP2006000669A - Ｘ線ｃｔ装置及び画像処理装置

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Publication number: JP2006000669A
Application number: JP2005234628A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Suzuki; 達郎鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2017-01-10
Also published as: JP4327778B2

Abstract

【課題】スキャナ本体をチルト角θで傾けてヘリカルスキャン等のマルチスキャンを行ったときにも、直接的に３次元表示を作成すること。
【解決手段】相対的に対象物が移動する方向に対してＸ線源１２及びＸ線検出器１４の回転軸が傾いているときに、直交座標系をＸ線検出器による透過Ｘ線の検出に基づいて得られた対象物の複数枚の各断層画像の非直交座標系に変換する座標変換を、３次元表示画像の視点としての投影面に垂直な投影路に対して行う座標変換部５４−２を設け、Ｘ線検出器から得られた複数枚の各断層画像の非直交座標系を直交座標系とみなして、座標変換部により変換された投影路を解析して、投影面に投影される３次元表示画像を作成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、Ｘ線を対象物に照射するＸ線源及び対象物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備え、Ｘ線源とＸ線検出器とを対象物を挟んで対向させると共に対象物の周囲を回転させ、対象物を一方向に移動させながらＸ線源とＸ線検出器との回転を複数回行い、このときのＸ線検出器による透過Ｘ線の検出に基づいて対象物の断層画像を解析するＸ線ＣＴ装置及び外部の撮像装置により撮像された複数枚分の断層画像データを画像処理するＸ線ＣＴ装置及び画像処理装置に関する。

図１４は一般的なＸ線ＣＴ装置の要部構成を示す図である。Ｘ線ＣＴ装置は、被検体をＸ線でスキャンするスキャナ本体（架台、ガントリ)１０１と、被検体をスキャナ本体１０１へ案内する寝台１０２と、高電圧を生成してスキャナ本体１０１へ供給する高電圧装置１０３と、寝台１０２を制御する寝台制御ユニット１０４と、スキャナ本体１０１を制御すると共にスキャナ本体１０１から得られたデータを処理するコンソール１０５とから構成されている。

スキャナ本体１０１の略中央に円筒状の貫通した空洞が形成されており、この空洞を被検体が挿入又は通過するようになっている。スキャナ本体１０１は、詳細は図示しないが、内部にその空洞の回りを回転する回転部と、外観を形成し、回転部を回転自在に支持している固定部とから構成されている。回転部には、Ｘ線を被検体に照射するＸ線管及びこのＸ線管と空洞を挟んで対向する位置に被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出素子を複数個１列に並べて構成されたシングルＸ線検出器が搭載されている。また、このシングルＸ線検出器では、１回転のスキャンで１枚の断層画像しか撮影できないが、同時に複数枚の断層画像を撮影できるように、図１５に示すように、シングルＸ線検出器を複数列並べた２次元Ｘ線検出器１０６も知られている。

高電圧装置１０３からスキャナ本体１０１に供給された高電圧は、まず、スキャナ本体１０１のＸ線管へ供給される。Ｘ線検出器から出力される検出信号は、コンソール１０５へ出力され、このコンソール１０５で再構成処理により断層画像が再構成され、メモリに保存されると共に表示装置等により表示する。スキャナ本体１０１は、通常、水平に移動する寝台１０２に対して垂直な状態となっている。すなわち、Ｘ線管からＸ線検出器１０６へ放射されるＸ線が作る面が寝台１０２の移動軸に対して垂直な状態になっている。しかし、このスキャナ本体１０１は、断層画像を必要とする臓器の形状や人体内での位置や回りの臓器との関係から目的・用途によって、例えば図１６に示すように（図１６ではＸ線検出器として２次元Ｘ線検出器を搭載した例を示す）、寝台１０２の移動軸に対して傾きチルト角θを持たせることができる。すなわち、Ｘ線管からＸ線検出器へ放射されるＸ線が作る面が寝台１０２の移動軸に対して垂直ではなく、その垂直面からチルト角θで傾くことになる。一般的なＸ線ＣＴ装置では、チルト角θを±３０°程度まで設定することが可能となっている。

図１７（ａ）は、ヘリカルスキャン等のマルチスライスにおけるスキャナ本体１０１を傾けないとき（チルト角θ＝０°）に再構成される断層画像の状態を示す図である。このような場合には、複数枚の断層画像を構成する各画素は、直交座標上に規則的に配列しているので、これらの画素に基づいて直接３次元表示(ＭＩＰ（maximum intensity projection）、ボリュームレンダリング、サーフェイスレンダリング）を作成すると、その得られた３次元表示には歪みはなく現実の撮影した構造体の形状と一致する正確な画像となる。なお、３次元表示は、図１８に示すように、撮影対象に対して視点となる投影面を設定し、この投影面に垂直なレイ（投影線）を定義し、このレイ上の幾つかのポイント（黒○）について、複数枚の断層画像の全ての画素から構成されるボクセルの各画素値からそのポイントの画素値を計算して、この各ポイントの画素値に基づいて投影面の画素（白○）を作成するものである。通常、レイ上の幾つかのポイントの間隔は単位ボクセルの一辺に相当する長さとするのが一般的である。なお、図１８は、３次元的な構成を２次元的に（側面図的に）表現したもので、紙面に垂直な方向にボクセル、投影面、レイが存在している。

ＭＩＰは、レイ上のポイントの画素値のうちの最大値の値をとって、投影面の画素値とするものである。ボリュームレンダリングは、画素値等に応じて段階的に透過度や色を定義し、目的とする部分を選択的に抽出するものである。これにより、例えば内部が透けて見えるような３次元像を作成することができる。レイ上のポイントの各画素値に所定の係数をかけながら、順次加算して、その加算結果を投影面の画素値とするものである。その係数は、画素値に対する透過度、視線方向からの距離（投影面からそのポイントまでの距離）、陰影条件等によって決定される。サーフェイスレンダリングは、レイ上の各ポイントの画素値にしきい値（境界)を設定して、画素値を２値化して境界面を定義するもので、レイ上の投影面から最初の境界となるポイントを求め、陰影等の効果を加えて投影面の画素値とする。

図１７（ｂ）は、スキャナ本体１０１を傾けたとき（チルト角θは０°でない)に再構成される断層画像の状態を示す図である。すなわち、図１９に示すように、点線で示す被検体に対して傾いた断層画像が平行移動的に再構成されることになる。このような場合には、複数枚の断層画像を構成する各画素は、直交座標上に規則的には配列せず、チルト角θの傾きの軸（例えばｙ軸）のみ傾いた非直交座標上に配列することになる。そのため、図２０（ａ）に示すように、実線で示す側面から正方形に見える構造体が、チルト角θの傾きを考慮せずに直接３次元表示を作成すると、図２０（ｂ）に示すように、その画像はチルト角θの傾きとは逆の方向に歪み、側面から菱形に見える構造体のようになり、現実の撮影した構造体の形状と一致しない不正確な画像となってしまう。上述した状況は、シングルスＸ線検出器の場合であったが、２次元Ｘ線検出器１０６では、さらに、図２１に示すように、断層画像が傾いているだけではなく、１回のスキャンで同時に得られる断層画像の中心位置がずれているので、直接３次元表示を作成することができない。

上述したように、従来のＸ線ＣＴ装置では、スキャナ本体をチルト角θで傾けてヘリカルスキャン等のマルチスキャンを行ったときに、再構成された断層画像のデータに基づいて直接３次元表示（ＭＩＰ、ボリュームレンダリング、サーフェイスレンダリング）を作成できないという問題があった。

そこでこの発明は、スキャナ本体をチルト角θで傾けてヘリカルスキャン等のマルチスキャンを行ったときにも、直接的に３次元表示を作成することができるＸ線ＣＴ装置及び画像処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１局面は、Ｘ線を対象物に照射するＸ線源及び対象物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備え、Ｘ線源とＸ線検出器とを対象物を挟んで対向させると共に対象物の周囲を対象物の位置を連続的又は非連続的に変えて複数回数回転させ、Ｘ線検出器による透過Ｘ線の検出に基づいて対象物の複数の近接した位置での複数枚の断層画像を解析するＸ線ＣＴ装置において、相対的に対象物が移動する方向に対してＸ線源及びＸ線検出器の回転軸が傾いているときに、直交座標系をＸ線検出器による透過Ｘ線の検出に基づいて得られた対象物の複数枚の各断層画像の非直交座標系に変換する座標変換を、３次元表示画像の視点としての投影面に垂直な投影路に対して行う投影路座標変換手段を設け、Ｘ線検出器から得られた複数枚の各断層画像の非直交座標系を直交座標系とみなして、投影路逆座標変換手段により変換された投影路を解析して、投影面に投影される３次元表示画像を作成するものである。

本発明の第２局面は、外部の撮像装置により撮像された複数枚分の断層画像データを画像処理する画像処理装置において、断層画像データからなる各断層画像が直交座標空間において傾いているときに、直交座標系を各断層画像の非直交座標系に変換する座標変換を、３次元表示画像の視点としての投影面に垂直な投影路に対して行う投影路座標変換手段を設け、各断層画像の非直交座標系を直交座標系とみなして、投影路座標変換手段により座標変換された投影路を解析して、投影面に投影される３次元表示画像を作成するものである。

以上詳述したようにこの発明によれば、スキャナ本体をチルト角θで傾けてヘリカルスキャンやマルチスキャンを行ったときにも、直接的に３次元表示を作成することができるＸ線ＣＴ装置及び画像処理装置を提供できる。

以下、この発明の第１の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。図１は、この発明を適用した画像処理装置を組込んだＸ線ＣＴ(computed tomography）装置の概略の構成を示すブロック図である。このＸ線ＣＴ装置は、架台１と、画像処理装置としてのコンソール２と、寝台３と、電源装置４とから構成されている。基本的には従来の技術で図１２で説明した構成とほぼ同じである。なお、従来の技術で図１２を参照して説明した、スキャナ本体が架台１に対応し、寝台及び寝台制御ユニットが寝台３に対応し、コンソールはコンソール２に対応している。前記架台１は、回転部１１とそれ以外の固定部とから構成され、前記回転部１１には、Ｘ線発生部１２、高電圧発生器１３、（シングル）Ｘ線検出器１４、ＤＡＳ（データ収集装置）１５、データ圧縮部１６、回転側データ伝送部１７等が搭載されており、固定部には、固定側データ伝送部１８、データ復元部１９及び架台コントローラ２０等が設けられ、前記回転部１１と固定部との間にはスリップリング２１が設けられている。

前記電源装置４から供給された電力は、前記架台１の固定部に入力され、この固定部から前記スリップリング２１を通して前記回転部１１の前記高電圧発生器１３に入力される。この高電圧発生器１３は、供給された電力をＸ線発生に適した高電圧に昇圧して前記Ｘ線発生部１２に供給する。このＸ線発生部１２と前記Ｘ線検出器１４とは、従来の技術で説明したように、この架台１の略中央に形成された空洞を挟んで対向して配置されており、互いの位置関係を保ちながら相対的に回転するようになっている。

前記Ｘ線発生部１２は、Ｘ線管やコリメータ等から構成され、供給された高電圧によりＸ線を発生させ、このＸ線を制御して空洞に進入した又は空洞を通過する被検体に照射する。前記Ｘ線検出器１４は、複数個のＸ線検出素子を１列に並べたシングルＸ線検出器であり、被検体を透過したＸ線を検出し、電気信号（例えば蓄積電荷）として取出すことができるようになっている。

前記ＤＡＳ１５は、前記Ｘ線検出器１４から電気信号を検出データ（デジタルデータ）として取出し（収集し）、この検出データを前記データ圧縮部１６へ出力する。検出データは、前記Ｘ線発生部１２と前記Ｘ線検出器１４との回転角度（位相）によるビュー毎にＸ線検出器１４のＸ線検出素子毎に得られる。前記データ圧縮部１６は、前記Ｘ線検出器１４のＸ線検出素子毎に得られるデータから差分データ等を計算してデータ圧縮する。例えば、１つのＸ線検出素子（１つのチャンネル）のデータについて、収集データ（検出データ）が２０ビットバイナリデータであったのを、精度（分解能）を低下させずに１０ビットバイナリデータに圧縮する。

このデータ圧縮部１６で得られた圧縮データは、前記回転側データ伝送部１７へ出力され、この回転側データ伝送部１７は、例えばＬＥＤ(light emitting diode)等から構成され、その圧縮データを光信号に変換して送信する。

前記固定側データ伝送部１８は、例えばフォトダイオード等から構成され、前記回転部１１の回転側データ伝送部１７から送信された光信号を受信する。この固定側データ伝送部２で受信した光信号は、電気信号（圧縮データ）に変換され、前記データ復元部１９へ供給される。このデータ復元部１９では、圧縮データを元の収集データに復元する処理が行われ、復元された収集データは、前記コンソール２へ出力される。

このコンソール２には、中央制御ユニット３１、画像再構成ユニット３２、データ保存ユニット３３及び画像表示ユニット３４、さらに図示しないがネットワークインターフェイス等が設けられている。前記中央制御ユニット３１は、ＣＰＵ(central processing unit）、ＲＯＭ(read only memory）、ＲＡＭ(random access memory)、各種インターフェイス等から構成されており、システムバス３５を介して前記画像構成ユニット３２、前記データ保存ユニット３３、前記画像表示ユニット３４とそれぞれ接続されている。前記架台１のデータ復元部１９から出力された復元された収集データは、前記画像再構成ユニット３２に入力されると共に前記データ保存ユニット３３に保存される。前記画像再構成ユニット３２では、再構成処理により断層画像データが作成され、この断層画像データは、前記画像表示ユニット３４により断層画像として表示される。

さらに、前記中央制御ユニット３１は、前記架台１の回転部１１の高電圧発生器１３を制御して、前記Ｘ線発生部１２により被検体へのＸ線照射を制御するようになっている。また、前記中央制御ユニット３１は、前記架台コントローラ２０を制御して、前記回転部１１の回転制御及び前記架台１の傾き（チルト角）の角度制御を行うようになっている。前記寝台３は、被検体を載置する後述する天板を移動させる天板移動部４１と、この天板移動部４１等を制御する寝台コントローラ４２と等から構成され、前記中央制御ユニット３１は、前記寝台コントローラ４２を制御して、天板を移動させ、被検体の撮影部位を架台１の空洞内へ位置決めする制御を行うようになっている。

図２は、前記コンソール２の画像表示ユニット３４の要部構成を示すブロック図である。この画像表示ユニット３４は、ディスプレイ５１と、ディスプレイ制御部５２と、ビデオＲＡＭ５３と、画像処理ユニット５４等から構成され、前記ディスプレイ制御部５２、前記ビデオＲＡＭ５３、前記画像処理ユニット５４は、前記システムバス３５を介して前記中央制御ユニット３１と接続されている。なお、前記画像処理ユニット５４は、この画像表示ユニット３４内に設けられている構成となっているが、画像表示ユニット３４の外に独立して設けられていても良いものである。

前記ディスプレイ５１は、前記ディスプレイ制御部５２により、前記画像処理ユニット５４により画像処理されたデータに基づいて前記ビデオＲＡＭ５３に描画された画像を表示する。なお、前記画像処理ユニット５４は、前記中央制御ユニット３１を介さずに画像処理した画像を前記ビデオＲＡＭ５３に転送することができ、また前記ディスプレイ制御部５２は、前記中央制御ユニット３１を介さずに前記ビデオＲＡＭ５３に描画された画像を前記ディスプレイ５１に表示出力することができるようになっている。

前記画像処理ユニット５４は、ヘリカルスキャンや、スキャン中に寝台の移動を伴わないでスキャンを寝台の位置を変えながら複数回行って連続した一連の画像を得るマルチスキャンを行ったときに、前記画像再構成ユニット３２で再構成された複数枚の断層画像データに基づいて、任意の位置・角度の断層画像や３次元表示（ＭＩＰ、ボリュームレンダリング、サーフェイスレンダリング）の画像を作成するものである。前記画像処理ユニット５４には、３次元表示の画像を作成するために３次元表示部５４-1が設けられ、この３次元表示部５４-1により、ＭＩＰ（maximum intensity projection）、ボリュームレンダリング、サーフェイスレンダリングの画像を作成する。さらに、この３次元表示部５４-1には、直接３次元表示を作成するために、投影面に対して垂直に定義されるレイ（投影路）の座標変換を行うレイ座標変換部５４-2が設けられている。このレイ座標変換部５４-2は、図３に示すように、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）をｙ軸のみをチルト角θ傾いた非直交座標系（ｘ´，ｙ´，ｚ´）に変換する座標変換（１）をレイに対して行う。すなわち、
ｘ´＝ｘ、ｙ´＝（ｙ／ cosθ）、ｚ´＝ｚ−（ｙ・ tanθ） …（１）
この座標変換（１）により座標変換されたレイに対して、前記画像再構成ユニット３２で再構成された複数枚の断層画像データは、相対的に仮想的な直交座標系（ｘ´，ｙ´，ｚ´）のデータと見なすことができる。

このような構成の第１の実施の形態においては、寝台３の天板に載置された被検体に対して、架台１はチルト角θで傾き、この架台１の空洞へ天板上の被検体が進入する。この状態でＸ線発生部１２から被検体を透過したＸ線がＸ線検出器１４により検出される。このＸ線検出器１４の検出データは、ＤＡＳ１５により収集され、この収集された収集データは、データ圧縮部１６で圧縮されたのち、回転側データ伝送部１７及び固定側データ伝送部１８により光通信で伝送され、データ復元部１９により元の収集データに復元される。この復元された収集データから、画像再構成ユニット３２は被検体の断層面について断層画像データを再構成する。

ヘリカルスキャンやマルチスキャンの場合には、複数枚の断層画像データが再構成されることになる。例えば図４中において点線で示すように、チルト角θで傾いた断層画像データが重なるようにして並んでおり、その全体のボクセル（ピクセル）データは、直交座標的に配列されていない。なお、図４は３次元的な構成を２次元的に（側面図的に）表現したもので、紙面に垂直な方向にボクセル、投影面、レイが存在している。ここで、３次元表示（ＭＩＰ、ボリュームレンダリング、サーフェイスレンダリング）の操作すると、画像表示ユニットの画像処理ユニット５４の３次元表示部５４-1により、例えば図４に示すように、投影面が設定され、この投影面に対して垂直なレイが設定される。実際の形状は（ｘ，ｙ，ｚ）座標系において、正しく表現されているので、この投影面も（ｘ，ｙ，ｚ）座標上にて定義される。

次に、レイ座標変換部５４-2により、投影面及びレイに対して前述した座標変換（１）が行われる。変換後のｘ´軸、ｙ´軸、ｚ´軸が直交している物として示した図が図５である。投影面上のピクセルは通常ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸上で直交した正方ピクセルであるが、図５に示す（ｘ´，ｙ´，ｚ´）座標上においては、各座標点（ポイント）は、座標変換（１）により変換されるので、必ずしも直交した正方ピクセルとはならない。また図１６に示した通常のレンタリング処理においては、ポイントは単位ボクセルの一辺に相当する長さとするが、変換後の（ｘ´，ｙ´，ｚ´）座標上においては、座標変換に応じてポイント間の間隔も変わる。このように、画像再構成ユニット３２により再構成された断層画像データのボクセルは、そのまま直交座標的に配列したものとして取り扱うことができるかわりに、投影面のピクセル位置、投影方向及びレイ上のポイントの間隔が、チルト角θ＝０の架台１が傾いていない場合とは座標変換（１）の変換分だけ異なることになる。すなわち、投影面のピクセル位置、投影方向及びレイ上のポイントの間隔が異なるだけで、チルト角θ＝０の場合と同じレンダリングのアルゴリズムが使用できることになる。

ここで、３次元表示部５４-1により、３次元表示の画像が作成されてビデオＲＡＭ５３に描画され、ディスプレイ制御部５２の制御により、ディスプレイ５１にその画像が表示される。

なお、所望の位置・角度の断層画像を作成する場合も、全く同様にして、その所望の位置・角度の断層画像面（ピクセル）を指定して、レイ座標変換部５４-2によりその指定した断層画像面（ピクセル）に対して座標変換（１）を行えば、画像再構成ユニット３２により再構成された断層画像データのボクセルは、直交座標的に配列したものとして取り扱うことができ、チルト角θ＝０の架台１が傾いていない場合に得られた断層画像データから指定された位置・角度の断層画像を作成するのと同じになる。

すなわち、図６（ａ）に示すように、画像再構成ユニット３２により再構成された断層画像データの実際のボクセル（チルト角θで傾いている）に対して、破線で示す断層画像Ｄの面を指定する。このとき、断層画像Ｄは図６（ｂ）に示すようにピクセルピッチが縦方向・横方向（この断層画像におけるＸ方向・Ｙ方向)共に同じＰＳとなる正方ピクセルとなる。

この指定された断層画像Ｄに対して、レイ座標変換部５４-2により座標変換(１）を行えば、その座標変換（１）された断層画像Ｄ´は、図７（ａ）に示すように、ボクセルの仮想的な直交座標系（ボクセルは立方体的に配列される）において、図６（ａ）のボクセルと断層画像Ｄとの位置関係と相対的に同じ位置関係を保つことになる。しかし、このとき、断層画像Ｄ´は図７R>７（ｂ）に示すようにピクセルピッチが縦方向と横方向とで必ずしも同じＰＳとはならない。この理由は、座標変換（１）に示すように、仮想的な直交座標系においてｘ´（ｘ）方向の変換は位置も長さも変化しなし、ｚ´方向の変換は位置が変化するだけであるが、ｙ´方向の変換は長さが変化してしまうため、このｙ´方向の影響を受けるピクセルピッチ（ＰＳ（ｙ成分））は次式のように変化する。
ＰＳ´（ｙ´成分）＝ＰＳ（ｙ成分）／ cosθである。

しかし、このようなピクセルピッチの変化について、画像作成では考慮する必要はない。仮想的な直交座標系において求められた断層画像Ｄ´の各ピクセルの値は、ボクセルと断層画像との位置関係が保たれているため、そのまま実際の直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の断層画像Ｄのピクセルの値として採用することができるからである。仮想的な直交座標系における断層画像Ｄ´の各ピクセルの値の求める方法としては、求めるピクセルの近傍の４個又は８個のボクセルの値を補間して求める方法もあるが、求めるピクセルに最も近いボクセルの値をそのままニアレストネイバーとして採用しても良い。

このように第１の実施の形態によれば、求めるレイ又は所望の位置・角度の断層画像面に対して座標変換（１）を行って、画像再構成ユニット３２により再構成された断層画像データのボクセルを直交座標的に配列したものとして取り扱うことにより、架台（スキャナ本体）をチルト角θで傾けてマルチスキャンを行った時にも、直接的に３次元表示及び所望の位置・角度の断層画像データを簡単に作成することができる。

この発明の第２の実施の形態を図８乃至図１３１３を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置も基本的には、前述の第１の実施の形態（図１参照）とほとんど同一の構成となっており、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。さらにこの第２の実施の形態では、Ｘ線検出器１４として、シングルＸ線検出器ではなく、Ｘ線検出素子を１列配列したシングルＸ線検出器を複数列配列した２次元Ｘ線検出器（図１５参照）について説明するが、このシングルＸ線検出器を使用した場合に適用しても良いものである。

図８は、前記コンソール２の画像表示ユニット３４の要部構成を示すブロック図である。この画像表示ユニット３４は、前述の第１の実施の形態で説明したように、ディスプレイ５１と、ディスプレイ制御部５２と、ビデオＲＡＭ５３と、画像処理ユニット５４等から構成されている。前記画像処理ユニット５４には、前記３次元表示部５４-1（前記レイ座標変換部５４-2は設けらていなくとも良い）及び直交ボクセル変換部５４-3が設けられている。この直交ボクセル変換部５４-3は、従来の技術の図２１に示すようなチルト角θで傾き、さらに断層画像の中心位置がずれたボクセルから、図９に示す直交ボクセルを作成するものである。

Ｘ軸（図１０紙面に垂直な軸）については傾きをもたないので、Ｙ軸及びＺ軸からなる所定の平面について考察する。図１０に示すように、前記画像再構成ユニット３２により再構成されたスライス位置ｍの断層画像中の２つの画素（ピクセル、ボクセル）ｆ(m,n) 、ｆ(m,n+1) と次のスライス位置ｍ＋１の断層画像中の２つの画素ｆ(m+1,n) 、ｆ(m+1,n+1) とから線形補間式数１により、直交ボクセルの１つのボクセルの値ｇ(p,q) を計算して求めることができる。

このとき、前記画像再構成ユニット３２により再構成された断層画像の傾いたボクセルと同じサイズの（同じボクセル数、同じボクセル間距離を有する）直交ボクセルを作成すると、この直交ボクセルの各ボクセルが線形補間により算出されているので補間誤差が含まれており、この直交ボクセルから作成される３次元表示の画像及び任意の位置・角度の断層画像の分解能は、前記画像再構成ユニット３２により再構成された断層画像の分解能より低下している。

そこでこの直交ボクセルから作成される画像の分解能の低下を抑えるために、図１１に示すように、直交ボクセルのサイズ（ボクセル間距離）を小さく（ボクセル密度を高く）する。従って、全体としてのボクセル数はサイズを小さくした程度に応じて大きくなる。図１１では、両方向（ｙ方向及びｚ方向）にボクセルサイズを小さくしたが、片方のみ（ｙ方向のみ又はｚ方向のみ）であっても構わない。

この線形補間式数１は、Ｘ線検出器１４として、２次元Ｘ線検出器を使用した場合（図１５及び図２１２１参照）に適用できると共に、シングルＸ線検出器を使用した場合（図１９参照）にも適用できる汎用性の高い補間式である。しかし、シングルＸ線検出器を使用した場合には、従来技術の図１９に示すようなチルト角θで傾いたボクセルを図９に示す直交ボクセルに変換する。図１２に示すように、前記画像再構成ユニットにより再構成されたスライス位置ｍの断層画像中の１つの画素（ピクセル、ボクセル）ｆ(m,n) と次のスライス位置ｍ＋１の断層画像中の１つの画素ｆ(m+1,n) とから線形補間式数２により、直交ボクセルの１つのボクセルｇ(p,n) を計算して求めることができる。

これは、前記画像再構成ユニット３２により再構成された複数枚の断層画像が完全にＺ軸方向に平行移動するように並んでいるため、画素の位置のずれがなく、断層画像の傾きのみが問題となるからである。従って、スライス位置ｍの断層画像中の１つの画素ｆ(m,n) と次のスライス位置ｍ＋１の断層画像中の１つの画素ｆ(m+1,n) とは同じスライド軸上に位置しており、この２点により、同じスライド軸上の直交ボクセルの１つのボクセルｇ(p,n) を線形補間により計算して求めることができる。

しかし、この場合にも、数１の場合と同様に、直交ボクセルの分解能の低下を抑える必要があり、そのために、図１３に示すように、直交ボクセルのスライド方向のサイズ（ボクセル間距離）を小さくする。従って、全体としてのボクセル数はサイズを小さくした程度に応じて大きくなる。

このような構成の第２の実施の形態においては、画像再構成ユニット３２に再構成された複数枚の断層画像の各画素からなるチルト角θで傾いたボクセルから、直交ボクセル変換部５４-3の線形補間によりボクセルのサイズ（ボクセル間距離）が小さいボクセル密度が高い直交ボクセルが作成される。この作成された直交ボクセルから任意の位置・角度の断層画像を切出し、あるいは３次元表示部５４-1で、ＭＩＰ、ボリュームレンダリング、サーフェイスレンダリング等の３次元表示の画像（投影面画像）を作成して、ビデオＲＡＭ５３及びディスプレイ制御部５２を通して、ディスプレイ５１に表示させる。

このように第２の実施の形態によれば、チルト角θで傾いたボクセルから線形補間により直交ボクセルを作成することにより、この直交ボクセルに基づいて任意の位置・角度の断層画像及び３次元表示を作成することができる。

なお、この第２の実施の形態においては、Ｘ軸は考慮せずに２次元的な線形補間（４点補間、２点補間）で直交ボクセルを作成したが、この発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ軸を考慮して、３次元的な線形補間（８点補間、４点補間）で直交ボクセルを作成しても良いものである。また、線形補間にも限定されるものではなく、画像表示にかかる時間における補間計算にかかる時間が占める割合が許容範囲ならば他の非線形補間でも良いものである。また、補間のみに限定されるものではなく、直交ボクセルに最も近い元のボクセルの値をそのままとる（ニアレストネイバー）ようにしても良い。

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。

この発明の第１の実施の形態の画像処理装置を組込んだＸ線ＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールの画像表示ユニットの要部構成を示すブロック図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールのレイ座標変換部が行う座標変換を説明するための図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールのレイ座標変換部が座標変換を行う前のボクセルとレイとの関係を示す図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールのレイ座標変換部が座標変換を行った後のボクセルとレイとの関係を示す図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールのレイ座標変換部が座標変換を行う前のボクセルと断層画像との関係及び断層画像のピクセルを示す図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールのレイ座標変換部が座標変換を行った後のボクセルと断層画像との関係及び断層画像のピクセルを示す図。この発明の第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコンソールの画像表示ユニットの要部構成を示すブロック図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の直交座標変換部で作成された直交ボクセルを示す図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の直交座標変換部における直交ボクセルの作成方法( 補間法 )を説明するための図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の直交座標変換部で作成されたボクセル密度が高い直交ボクセルの例を示す図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のシングルスライスのヘリカルスキャン時に適用できる直交座標変換部における直交ボクセルの作成方法( 補間法 )を説明するための図。同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のシングルスライスのヘリカルスキャン時に直交座標変換部で作成されたボクセル密度が高い直交ボクセルの例を示す図。一般的なＸ線ＣＴ装置の要部構成を示す図。Ｘ線ＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器の例を示す図。Ｘ線ＣＴ装置のスキャナ本体をチルト角θで傾けた状態を示す図。Ｘ線ＣＴ装置でチルト角θで傾けない場合及び傾けた場合のヘリカルスキャンを行ったときに再構成された複数枚の断層画像の状態を示す図。Ｘ線ＣＴ装置における３次元表示の投影面及びレイとボクセルとの関係を示す図。Ｘ線ＣＴ装置でチルト角θで傾けた場合のヘリカルスキャンを行ったときに再構成された複数枚の断層画像と被検体との関係を示す図。Ｘ線ＣＴ装置でチルト角θで傾けた場合のヘリカルスキャンを行ったときに再構成された複数枚の断層画像における構造体の実際の形状及び直接３次元表示を作成したときの構造体の形状を示す図。２次元Ｘ線検出器を使用したＸ線ＣＴ装置でチルト角θで傾けた場合のヘリカルスキャンを行ったときに再構成された複数枚の断層画像の状態を示す図。

符号の説明

１４…Ｘ線検出器、３２…画像再構成ユニット、３４…画像表示ユニット、５４…画像処理ユニット、５４-1…３次元表示部、５４-2…レイ座標変換部、５４-3…直交ボクセル変換部。

Claims

Ｘ線を対象物に照射するＸ線源及び前記対象物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備え、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを前記対象物を挟んで対向させると共に前記対象物の周囲を前記対象物の位置を連続的又は非連続的に変えて複数回数回転させ、前記Ｘ線検出器による透過Ｘ線の検出に基づいて前記対象物の複数の近接した位置での複数枚の断層画像を解析するＸ線ＣＴ装置において、
相対的に前記対象物が移動する方向に対して前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の回転軸が傾いているときに、直交座標系を前記Ｘ線検出器による透過Ｘ線の検出に基づいて得られた前記対象物の複数枚の各断層画像の非直交座標系に変換する座標変換を、３次元表示画像の視点としての投影面に垂直な投影路に対して行う投影路座標変換手段を設け、前記Ｘ線検出器から得られた複数枚の各断層画像の非直交座標系を直交座標系とみなして、前記投影路座標変換手段により変換された投影路を解析して、前記投影面に投影される前記３次元表示画像を作成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
外部の撮像装置により撮像された複数枚分の断層画像データを画像処理する画像処理装置において、
前記断層画像データからなる各断層画像が直交座標空間において傾いているときに、直交座標系を前記各断層画像の非直交座標系に変換する座標変換を、３次元表示画像の視点としての投影面に垂直な投影路に対して行う投影路座標変換手段を設け、前記各断層画像の非直交座標系を直交座標系とみなして、前記投影路座標変換手段により座標変換された投影路を解析して、前記投影面に投影される前記３次元表示画像を作成することを特徴とする画像処理装置。