JP2006239049A - X線ct装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線CT装置1の演算処理部7は、位置ずれ検出手段35により、投影データ、再構成像の位置ずれを検出し、位置ずれ補正手段37により、位置ずれが検出された投影データ、再構成像に対して位置ずれ補正処理を行い、加算平均手段39により投影データ、再構成像に対して時間方向への加算平均を行い、各時相における投影データ、再構成像を作成する。投影データの位置ずれ検出は、投影データのプロファイル等に基づいて行い、再構成像の位置ずれ検出は、画像モーメントの差異等に基づいて行う。
【選択図】図1
Description
そこで、画像の位置ずれによる解析精度の低下を防止するために、位置ずれが生じた画像を取り除いて解析を行い、取り除いた時相における画像を前後の時相の画像に基づいて補間処理を行う手法がある(以下、「従来技術1」という。)。
また、相関係数を算出し、相関係数が最大となるように位置合わせを行う手法がある(以下、「従来技術2」という。)。
被曝線量を低減する手法の1つとして、間欠スキャンがある。間欠スキャンは、曝射と休止を繰り返しながら撮影を行うことにより、総曝射時間の低減を図る手法である。一部の施設では、1秒程度の間隔を設けて間欠撮影を行うCT−Perfusionが既に導入されている(以下、「従来技術3」という。)。
しなしながら、「従来技術1」及び「従来技術5」及び「従来技術6」ではデータ信頼性が低下する。また、「従来技術2」では演算時間が増大する。また、「従来技術3」及び「従来技術4」では時間分解能が低下する。
再構成像の位置ずれの検出は、再構成像の画像モーメントの差異に基づいて行うことができる。例えば、再構成像の対象領域2値化画像(マスク画像)を作成し、重心及び慣性主軸(慣性等価楕円の傾き角)を求め、基準重心及び基準慣性主軸とのずれを検出することにより、再構成像の位置ずれを検出することができる。
また、位置ずれ検出処理と位置ずれ補正処理は、投影データと再構成像のいずれに対して行うようにしてもよいが、投影データに対して位置ずれ検出処理を行った場合には投影データに対して位置ずれ補正処理を行うことが望ましく、再構成像に対して位置ずれ検出処理を行った場合には再構成像に対して位置ずれ補正処理を行うことが望ましい。
また、画像再構成処理は、位置ずれ補正処理の前に行うようにしてもよいし、位置ずれ補正処理の後に行うようにしてもよい。例えば、X線CT装置は、投影データに対して画像再構成処理を行い、再構成像に対して位置ずれ検出処理及び位置ずれ補正処理を行ってもよいし、あるいは、収集した投影データに対して位置ずれ検出より及び位置ずれ補正処理を行い、その後、画像再構成処理を行って再構成像を作成してもよい。
X線CT装置は、所定量より少ない線量で撮影を行う場合(例えば、通常の1/nの管電流で撮影する場合)には、複数の時相についての投影データまたは再構成像(例えば、n周回分の投影データ又はn枚分の再構成像)を用いて重み付け加算することにより、対象の時相の投影データ又は再構成像を作成するようにしてもよい。
尚、重み付け加算の重みは、位置ずれの大きさ又は時相差等に基づいて決定することが望ましい。
また、望ましい一実施形態によるX線CT装置は、位置ずれの発生状況に応じて、処理負担の大きい投影データのプロファイル、画像モーメントの差異等に基づく位置ずれ補正処理と、処理負担が小さい補間処理と、を適宜選択して実行するので、位置ずれ補正精度を維持しつつ、処理負担を軽減して処理の迅速性を向上させることができる。
図1は、X線CT装置1の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、X線CT装置1は、スキャナ部3、スキャナ制御部5、演算処理部7、画像表示部9等から構成される。
スキャナ部3は、ガントリ11を有する。ガントリ11には、X線源13及びコリメータ15と検出器アレイ17とが被検者25を挟んで対向する位置に設けられる。
検出器アレイ17は、複数の検出器素子19から構成される。検出器アレイ17は、図示しない寝台上の被検者25を透過したX線21を検出する装置である。検出器素子19は、1つの横列、あるいは、複数の並列な横列に配置される。各検出器素子19は、入射したX線ビームの強度、すなわち、X線ビームが被検者25を透過する際の減衰の度合を示す電気信号を発生させる。
X線源13からX線21が照射された状態で、ガントリ11が回転中心23を中心にして回転することにより、投影データが収集される。
ガントリ制御手段29は、ガントリ11の動作を制御する装置である。
DAS31は、検出器アレイ17から送られるアナログ信号に対して、デジタル信号への変換等を行う装置である。
演算処理部7は、再構成手段33によりデジタル化された投影データの再構成を行い、保存手段41に格納する。また、演算処理部7は、位置ずれ検出手段35により被検者25の体動に起因する再構成像あるいは投影データの位置ずれを検出し、位置ずれ補正手段37により再構成像あるいは投影データの位置ずれを補正し、加算平均手段39により複数の周回における投影データや再構成像を時間軸方向に加算平均する。
尚、再構成手段33等に関しては、演算処理部7と独立して構成するようにしてもよい。
一時格納手段43は、一時的にプログラム、データ等を記憶する装置であり、例えば、RAM(Random Access Memory)等のメモリである。
入力手段45は、操作指示、データ等を入力する装置であり、例えば、キーボード、マウス等である。
また、演算処理部7は、DSP(Digital Signal Processor)、MPU(Micro Processor Unit)、CPU(Central Processing Unit)のうち(いずれも図示しない。)、少なくとも1つを備える。
尚、画像表示部9は、演算処理部7と一体として構成してもよいし、独立して構成するようにしてもよい。
図2は、第1の実施の形態における、X線CT装置1の動作を示すフローチャートである。
図3は、第1の実施の形態における、X線CT装置1の動作の流れを示す図である。
尚、X線照射に関しては、被曝線量の低減のために通常の線量の1/N倍の線量で照射することが望ましい。この場合、Nを大きくするに従い被曝線量の低減効果が向上するが、Nは、概ね2〜3程度とすることが望ましい。
X線CT装置1は、再構成手段33により作成した再構成像に対して、演算処理部7の位置ずれ検出手段35により再構成像の位置ずれが存在するか否かを判定し(ステップ103)、再構成像の位置ずれが生じている場合(ステップ103のYes)、演算処理部7の位置ずれ補正手段37により再構成像の位置ずれ補正を行う(ステップ104)。
尚、再構成像の位置ずれの検出処理(ステップ103)、再構成像の位置ずれ補正処理(ステップ104)に関しては、後述する。
X線CT装置1は、これまでの処理により得られた再構成像に対して、時間軸方向に加算平均を行う(ステップ105)。
尚、再構成像の時間軸方向の加算平均処理(ステップ105)に関しては、後述する。
図4は、再構成像の位置ずれの検出処理(ステップ103)、再構成像の位置ずれ補正処理(ステップ104)における、X線CT装置1の動作を示すフローチャートである。
ラベリング処理は、連結成分(繋がっている全ての画素)毎に同じ番号(ラベル)を付与し、異なる連結成分には、別のラベルを付与する処理である。例えば、隣接する画素が互いに「1」の場合、これらの画素は、繋がっていることになる。尚、ラベルとして付与する値は、例えば、「50」からの続き番号とする。
最大連結成分の探索処理は、ラベリングした画像全体を走査して、ラベル値毎に画素数を数え、最も画素数が多いラベル値を有する連結成分を選択する処理である。
最大連結成分の抽出処理は、ステップ153で選び出された最も画素数が多いラベル値を有する画素を残し、当該画素以外の画素の画素値を「0」に置き換える処理である。この処理により、2値化処理の段階では画素値が「1」に置き換えられる可能性のある寝台等の不要領域の画素値が「0」に置き換えられる。
最大連結成分の輪郭の追跡処理は、ステップ154において最大連結成分のみが残された画像の左上隅画素から右向横方向に走査し、最初に出会った非ゼロのラベル値を有する画素を開始点として反時計回り方向に輪郭を追跡し、開始点に戻ったら追跡を終了する処理である。
上記輪郭線上の画素の画素値には、ラベル値とは異なる値、例えば、「1」を代入することが望ましい。
輪郭線の内部を塗り潰す処理としては、従来のシードフィルアルゴリズム(閉領域内部の1点を開始点として閉領域内部を塗り潰す処理)等を適用することができる。
本実施の形態では、閉領域は、ステップ155において求めた輪郭線であり、閉領域内部の点は、ステップ154において求めた最大連結成分のラベル値の付いた画素である。このラベル値の付いた画素を1つ検出し、この画素を開始点としてシードフィル処理を行えば、輪郭線内部を塗り潰すことができる。
尚、重心(Xc,Yc)、慣性主軸θは、[数式1]に従って求めることができる。
但し、I(x,y)は、座標(x,y)における画素値である。対象2値化画像では、I(x,y)=1、である。また、[数式1]における、a、b、c、は、[数式2]で表される。
基準重心(X0,Y0)を再構成像の大きさ(画素数)の半分程度に設定し、例えば、再構成像のサイズが512×512画素である場合、基準重心(X0,Y0)=(255,255)、と設定することができる。
また、基準重心(X0,Y0)をダイナミック撮影で得られる任意の特定の時相における対象領域2値化画像の重心としてもよく、例えば、ダイナミック撮影で得られる一連の再構成像の最初の時相における対象領域2値化画像の重心を基準重心(X0,Y0)としてもよい。
また、基準慣性主軸θ0は、ダイナミック撮影で得られる任意の特定の時相における対象領域2値化画像の基準慣性主軸としてもよく、例えば、ダイナミック撮影で得られる一連の再構成像の最初の時相における対象画像2値化画像の慣性主軸を基準慣性主軸θ0としてもよい。
また、ステップ160における平行移動、回転移動による位置ずれ補正は、[数式3]に従って行うことができる。
但し、(x,y)は、位置ずれ補正前の再構成像における任意の座標を示し、(x1,y1)は、位置ずれ補正後の再構成像における任意の座標を示す。
通常線量の1/Nの線量で撮影した場合、通常線量で撮影した場合と同等以上の再構成像上でのS/N比を得るためには、N枚以上の再構成像の加算平均をとることが望ましい。
以下、任意の時相tnとその前後の時相tn−1及び時相tn+1の計3枚の再構成像を用いて加算平均処理を行う場合について説明する。
時相tnにおける再構成像をP(tn)とすると、時間方向への加算平均処理後の再構成像P’(tn)は、[数式4]のように表される。
W(Δt)は、時相差に依存して決定される重みである。W(Δt)は、例えば、図5に示すグラフにより決定することができる。
図6は、W(Δr)(重み)とΔr(重心の位置ずれ)との関係を示すグラフである。
W(Δr)は、重心の位置ずれに依存して決定される重みである。W(Δr)は、例えば、図6に示すグラフにより決定することができる。尚、Δrは、[数式6]のように表される。
W(Δθ)は、慣性主軸のずれに依存して決定される重みである。W(Δθ)は、例えば、図7に示すグラフにより決定することができる。
被検者が撮影断面に水平な方向へ動いた場合の位置ずれに関しては、高い精度で補正可能であるので、k1及びk2は、1に近い値を設定することが望ましい。
被検者が撮影断面に垂直な方向へ動いた場合の位置ずれに関しては、補正精度が若干落ちる傾向があるので、k1及びk2は、位置ずれの大きさに応じて1より小さな値を設定することが望ましい。
従って、体動補正に要する処理時間を短縮すると共に、撮像画像の品質を向上させ、S/N比、時間分解能等を犠牲にすることなく、被曝線量を低減することができる。
図8は、第2の実施の形態における、X線CT装置1の動作を示すフローチャートである。
図9は、第2の実施の形態における、X線CT装置1の動作の流れを示す図である。
尚、X線照射に関しては、被曝線量の低減のために通常の線量の1/N倍の線量で照射することが望ましい。この場合、Nを大きくするに従い被曝線量の低減効果が向上するが、Nは、概ね2〜3程度とすることが望ましい。
尚、投影データの位置ずれの検出処理(ステップ202)、投影データの位置ずれ補正処理(ステップ203)に関しては、後述する。
X線CT装置1は、これまでの処理により得られた一連の投影データ群に対して、時間軸方向に加算平均を行う(ステップ204)。
尚、投影データの時間軸方向の加算平均処理(ステップ204)に関しては、後述する。
X線CT装置1は、ステップ204で得られた投影データに基づいて、演算処理部7の再構成手段33により画像再構成を行い、再構成像53(断層画像データ)を作成する(ステップ205)。
図10及び図11において、横軸は、チャネル61(Channel:C)を示し、縦軸は、投影角度62(View:V)を示す。
図12及び図13において、横軸は、チャネル61(Channel:C)を示し、縦軸は、信号強度67(Signal:S)を示す。
図14は、被検者25の体動の方向を示す図である。
点65、点66は、それぞれ、時相t’、投影角度62=φにおけるプロファイルカーブの立ち上がり位置、立ち下がり位置を示す。すなわち、点65、点66は、時相t’における被検者25とルームエアの境界の位置を示す。
尚、S(C)は、投影データの位置ずれ補正前のチャネル61位置Cにおける信号値を示し、S1(C)は、投影データの位置ずれ補正後のチャネル61位置Cにおける信号値を示す。
通常線量の1/Nの線量で撮影した場合、通常線量で撮影した場合と同等以上の再構成像上でのS/N比を得るためには、N周回分以上の投影データの加算平均をとることが望ましい。
以下、任意の時相tnとその前後の時相tn−1及び時相tn+1の計3つの時相の投影データを用いて加算平均処理を行う場合について説明する。
時相tnにおける投影データをR(tn)とすると、時間方向への加算平均処理後の投影データR’(tn)は、[数式8]のように表される。
w(Δt)は、時相差に依存して決定される重みである。w(Δt)は、例えば、図15に示すグラフにより決定することができる。
図16は、w(l)(重み)とl(X線管球から検出器に向かう軸に水平な方向への体動に基づくずれ量)との関係を示すグラフである。
w(l)は、矢印72方向(図14)の位置ずれに依存して決定される重みである。W(l)は、例えば、図16に示すグラフにより決定することができる。尚、lは、[数式10]のように表される。
W(m)は、矢印71方向(図14)のずれに依存して決定される重みである。W(m)は、例えば、図17に示すグラフにより決定することができる。尚、mは、[数式11]のように表される。
位置ずれが比較的小さい場合、k3及びk4は、1に近い値を設定することが望ましい。
位置ずれが比較的大きい場合、k3及びk4は、位置ずれの大きさに応じて1より小さな値を設定することが望ましい。
従って、体動補正に要する処理時間を短縮すると共に、撮像画像の品質を向上させ、S/N比、時間分解能等を犠牲にすることなく、被曝線量を低減することができる。
図18は、第3の実施の形態における、X線CT装置1の動作を示すフローチャートである。
図19は、第3の実施の形態における、X線CT装置1の動作の流れを示す図である。
尚、X線照射に関しては、被曝線量の低減のために通常の線量の1/N倍の線量で照射することが望ましい。この場合、Nを大きくするに従い被曝線量の低減効果が向上するが、Nは、概ね2〜3程度とすることが望ましい。
X線CT装置1は、再構成手段33により作成した再構成像に対して、演算処理部7の位置ずれ検出手段35により再構成像の位置ずれが存在するか否かを判定し(ステップ303)、再構成像の位置ずれが生じている場合(ステップ303のYes)、再構成像の位置ずれが前後の時相においても生じているか、あるいは、当該時相のみにおいて生じているかを判定する(ステップ304)。
再構成画像の位置ずれが当該時相のみにおいて生じている場合、すなわち、再構成像の位置ずれが連続的ではない場合(再構成像の位置ずれを生じている時間が所定の時間未満である場合等)(ステップ304のNo)、X線CT装置1は、当該時相の前後の時相の再構成像を用いて補間処理を行い、当該時相における再構成像を作成する(ステップ306)。
X線CT装置1は、これまでの処理により得られた再構成像に対して、時間軸方向に加算平均を行う(ステップ307)。
図20は、第4の実施の形態における、X線CT装置1の動作を示すフローチャートである。
図21は、第4の実施の形態における、X線CT装置1の動作の流れを示す図である。
尚、X線照射に関しては、被曝線量の低減のために通常の線量の1/N倍の線量で照射することが望ましい。この場合、Nを大きくするに従い被曝線量の低減効果が向上するが、Nは、概ね2〜3程度とすることが望ましい。
投影データの位置ずれが当該時相のみにおいて生じている場合、すなわち、投影データの位置ずれが連続的ではない場合(投影データの位置ずれを生じている時間が所定の時間未満である場合等)(ステップ403のNo)、X線CT装置1は、当該時相の前後の時相の投影データを用いて補間処理を行い、当該時相における投影データを作成する(ステップ405)。
X線CT装置1は、これまでの処理により得られた一連の投影データ群に対して、時間軸方向に加算平均を行う(ステップ406)。
X線CT装置1は、ステップ406で得られた投影データに基づいて、演算処理部7の再構成手段33により画像再構成を行い、再構成像53(断層画像データ)を作成する(ステップ407)。
また、各種処理・制御等に必要なプログラム等をCD−ROM等の記録媒体に保持させて流通させてもよいし、このプログラムを通信回線を介して送受することもできる。
3………スキャナ部
5………スキャナ制御部
7………演算処理部
9………画像表示部
11………ガントリ
13………X線源
15………コリメータ
17………検出器アレイ
19………検出器素子
21………X線
23………回転中心
27………X線制御手段
29………ガントリ制御手段
31………DAS
33………再構成手段
35………位置ずれ検出手段
37………位置ずれ補正手段
39………加算平均手段
41………保存手段
43………一時格納手段
45………入力手段
51………投影データ
53………再構成像
61………チャネル
62………投影角度
67………信号強度
Claims (7)
- 被検体を走査しながら撮影して複数の時相について投影データを収集し、前記投影データに対して画像再構成処理を行い、前記複数の時相について再構成像を作成するX線CT装置であって、
前記投影データまたは前記再構成像の少なくともいずれかの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれが検出された前記投影データまたは前記再構成像の少なくともいずれかに対して位置ずれ補正処理を行う位置ずれ補正手段と、
を具備することを特徴とするX線CT装置。 - 前記投影データまたは前記再構成像の少なくともいずれかに対して時間方向への加算平均を行う時間方向加算平均手段を具備することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
- 前記位置ずれ検出手段は、前記投影データのプロファイルに基づいて前記位置ずれの有無を判定し、
前記位置ずれ補正手段は、前記位置ずれがある投影データまたはこの投影データから作成した再構成像の少なくともいずれかに対して、前記位置ずれ補正処理を行うことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記位置ずれ検出手段は、前記再構成像の画像モーメントの差異に基づいて前記位置ずれの有無を判定し、
前記位置ずれ補正手段は、前記位置ずれがある再構成像に対して、前記位置ずれ補正処理を行うことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 複数の時相についての投影データまたは再構成像の少なくともいずれかを重み付け加算することにより、対象の時相の投影データまたは再構成像の少なくともいずれかを作成する重み付け加算手段を具備することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
- 前記位置ずれを生じた時相が連続する回数を計数し、前記回数が所定数に達するか否かを判定する判定手段をさらに具備し、
前記位置ずれ補正手段は、
前記判定手段が、前記回数は前記所定数に達していないと判定した場合、前後の時相の投影データまたは再構成像の少なくともいずれかを用いて補間処理を行い、対象の時相の投影データまたは再構成像の少なくともいずれかを作成し、
前記判定手段が、前記回数は前記所定数に達していると判定した場合、複数の時相についての投影データまたは再構成像の少なくともいずれかを重み付け加算し、対象の時相の投影データまたは再構成像の少なくともいずれかを作成することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記位置ずれの大きさ及び時相差に応じて、前記重み付け加算の重みを決定する重み決定手段を具備することを特徴とする請求項5または請求項6に記載のX線CT装置。
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