JP2006334319A - X-ray ct apparatus and method of preprocessing thereof, data preparation device and method thereof, and control program - Google Patents

X-ray ct apparatus and method of preprocessing thereof, data preparation device and method thereof, and control program Download PDF

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58Testing, adjusting or calibrating apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/582Calibration
    • A61B6/583Calibration using calibration phantoms

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray CT apparatus by which a precise projection image can be collected easily and inexpensively by eliminating the need for production and imaging of a water phantom. <P>SOLUTION: Projection image data of the water phantom is prepared by simulation, and water correction is carried out using this. Namely, water data for carrying out water correction is prepared by computer simulation by assuming the water phantom entirely filled with water virtually. The simulation is carried out considering affection of shading, beam hardening, scattered radiation, etc. due to irregularity of X-ray generation or the like at an X-ray source. The water data obtained like this serves as ideal water data from which noise is eliminated. Since water correction is carried out with the ideal data, a precise CT value is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、医療用などに利用されるX線CT装置とその前処理方法、及びX線CT装置に使用されるデータを作成するデータ作成装置とその方法、並びに前記前処理方法を実行するための制御プログラムに関する。   The present invention provides an X-ray CT apparatus and its preprocessing method used for medical use, a data creation apparatus and method for creating data used in the X-ray CT apparatus, and the preprocessing method. Related to the control program.

被写体である患者に対して、X線源より発生したX線を透過して、X線検出器により検知されたX線を投影画像として再構成するX線CT装置は、従来より一般的に知られている。   An X-ray CT apparatus that transmits X-rays generated from an X-ray source to a patient as a subject and reconstructs the X-rays detected by the X-ray detector as a projection image has been generally known. It has been.

この種のX線CT装置では、再構成される画像の画素値の校正、及びX線検出器間の感度補正を行うために、実際の投影データを用いて前処理(キャリブレーション)が実施され、この前処理で得られた補正データにより、実際に被写体を撮影することによって得られた投影データを補正することが行われている。   In this type of X-ray CT apparatus, pre-processing (calibration) is performed using actual projection data in order to calibrate pixel values of a reconstructed image and to correct sensitivity between X-ray detectors. The projection data obtained by actually photographing the subject is corrected with the correction data obtained by this preprocessing.

図3は、従来のX線CT装置における主な前処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing a flow of main preprocessing in the conventional X-ray CT apparatus.

まずステップS101では、オフセット補正を行う。即ち、式<1>に示すように、被写体を撮影することによって得られた投影データDataから、予め取得しておいたオフセットデータoffset(X線を発生させずに撮影されたデータ)を差し引いたオフセット補正値Data'を求める。   First, in step S101, offset correction is performed. That is, as shown in Expression <1>, the offset data offset (data taken without generating X-rays) acquired in advance is subtracted from the projection data Data obtained by shooting the subject. An offset correction value Data ′ is obtained.

Figure 2006334319
Figure 2006334319

次のステップS102では、ゲイン補正を行う。即ち、次式<2>に示すように、前記Data'値を、オフセット補正された白データwhite(被写体撮影時と同じ撮影条件で被写体を置かずに撮影されたデータ)で割り算して値Data''を求める。白データwhiteは、予め取得しておいたものである。   In the next step S102, gain correction is performed. That is, as shown in the following equation <2>, the Data ′ value is divided by the offset-corrected white data white (data taken without placing a subject under the same photographing conditions as when photographing the subject) to obtain a value Data. Ask for ''. The white data white is obtained in advance.

Figure 2006334319
Figure 2006334319

続くステップS103では、ログ変換を行う。即ち、式<3>に示すように、前記Data''値をログ変換してマイナスをとった値Data'''を求める。   In subsequent step S103, log conversion is performed. That is, as shown in the formula <3>, the Data ″ value is log-transformed to obtain a negative value Data ′ ″.

Figure 2006334319
Figure 2006334319

そしてステップS104においては、水補正を行う。即ち、式<4>に示すように、前記Data'''値から、オフセット補正とゲイン補正、ログ変換が施された水データwaterを差し引くことによって水補正を行う。   In step S104, water correction is performed. That is, as shown in Equation <4>, water correction is performed by subtracting water data water subjected to offset correction, gain correction, and log conversion from the Data ′ ″ value.

Figure 2006334319
Figure 2006334319

ここで、X線CT装置において再構成される画像の画素値はCT値(或いはハンスフィールド値)と呼ばれる値として作成される。CT値は、水のX線吸収係数値が0、空気のX線吸収係数値が−1000になるように定義された値であり、このCT値と呼ばれる値に変換するために、前記水補正は行われている。   Here, pixel values of an image reconstructed in the X-ray CT apparatus are created as values called CT values (or Hans field values). The CT value is a value defined such that the water X-ray absorption coefficient value is 0 and the air X-ray absorption coefficient value is −1000. In order to convert the CT value into a value called the CT value, the water correction is performed. Has been done.

従来では、この水補正を行うための水データは、撮影領域と同程度の大きさの水が入った水ファントムを撮影することによって取得している。   Conventionally, water data for performing this water correction is acquired by photographing a water phantom containing water of the same size as the photographing region.

また、特許文献1においては、サイズの異なる複数の水ファントムを予め撮影して水データを準備しておき、撮像部位によって最適な水データを選択する技術が開示されている。
特開平9−24043号公報
Further, Patent Document 1 discloses a technique for preparing water data by photographing a plurality of water phantoms having different sizes in advance and selecting optimal water data depending on an imaging region.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-24043

しかしながら、水ファントムの撮影のためには、水ファントムを正確に撮影領域に配置する必要がある。そのため、水ファントムの設置は微妙な調節が必要であり、容易な作業ではなかった。特に、X線ビームをX軸及びY軸方向だけでなくZ軸方向(体軸方向)にも広げて照射するコーンビーム型X線CT装置を使用する場合では、水ファントムは体軸方向にも長くなって非常に大きなものとなり、容易に配置、撮影することができない。   However, in order to photograph the water phantom, it is necessary to accurately arrange the water phantom in the photographing area. Therefore, the installation of the water phantom required delicate adjustment and was not an easy task. In particular, when using a cone beam X-ray CT apparatus that irradiates the X-ray beam not only in the X-axis and Y-axis directions but also in the Z-axis direction (body axis direction), the water phantom is also applied in the body axis direction. It becomes long and very large, and cannot be easily placed and photographed.

また、特許文献1の技術のように、撮像部位によって最適な水データを選択しようとすれば、前記の配置、撮影を何度も繰り返さなければならず、さらに、複数の大きな水ファントムを作成しなければならないため、そのコストも非常に大きなものになる。   In addition, as in the technique of Patent Document 1, if the optimum water data is selected depending on the imaging region, the above-described arrangement and imaging must be repeated many times, and a plurality of large water phantoms are created. The cost is very high because it must be done.

そして、撮影条件ごとに360度の全角度で撮影された水ファントムの投影画像データのデータ量は膨大なものとなり、この膨大なデータを保持するためには、非常に大きな記憶容量が必要となる。   The amount of projection image data of the water phantom photographed at all angles of 360 degrees for each photographing condition becomes enormous, and in order to hold this enormous amount of data, a very large storage capacity is required. .

本発明は上記従来の問題点に鑑み、水ファントムの作製や撮影を不要として、高精度な投影画像を容易に且つ低コストで収集することができるX線CT装置とその前処理方法、及びデータ作成装置とその方法、並びに制御プログラムを提供することを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, the present invention eliminates the need for producing and photographing a water phantom, and can easily collect a high-accuracy projection image at low cost, its preprocessing method, and data. It is an object of the present invention to provide a creation device, its method, and a control program.

本発明は上記目的を達成するため、X線を発生するX線発生手段と、被写体を透過した前記X線を検知するX線検知手段とを有し、前記各X線検知手段で検知されたX線を投影画像として取得するX線CT装置において、前記投影画像の画素値が水のX線吸収係数を基準とした値になるように補正する水補正を、水ファントムの投影画像データに基づいて行う水補正手段を備え、前記水補正手段は、前記水ファントムの投影画像データをシミュレーションによって作成し、このシミュレーションデータに基づいて前記水補正を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention includes an X-ray generation unit that generates X-rays and an X-ray detection unit that detects the X-rays that have passed through a subject, and each X-ray detection unit detects the X-rays. In the X-ray CT apparatus that acquires X-rays as a projection image, water correction for correcting the pixel value of the projection image to be a value based on the water X-ray absorption coefficient is performed based on the projection image data of the water phantom. The water correction unit is configured to generate projection image data of the water phantom by simulation and perform the water correction based on the simulation data.

また、本発明は、X線を発生するX線発生手段と、被写体を透過した前記X線を検知するX線検知手段とを有し、前記各X線検知手段で検知されたX線を投影画像として取得するX線CT装置の前処理方法において、前記投影画像の画素値が水のX線吸収係数を基準とした値になるように補正する水補正を、シミュレーションで作成した水ファントムの投影画像データを用いて行う水補正工程を有することを特徴とする。   The present invention further includes an X-ray generation unit that generates X-rays and an X-ray detection unit that detects the X-rays transmitted through the subject, and projects the X-rays detected by the X-ray detection units. In a preprocessing method of an X-ray CT apparatus acquired as an image, a water phantom projection created by simulation is used to perform water correction for correcting the pixel value of the projection image to a value based on the water X-ray absorption coefficient. It has the water correction process performed using image data, It is characterized by the above-mentioned.

また、本発明は、X線を発生するX線発生手段と、被写体を透過した前記X線を検知するX線検知手段とを有し、前記各X線検知手段で検知されたX線を投影画像として取得するX線CT装置の前処理方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な制御プログラムであって、前記投影画像の画素値が水のX線吸収係数を基準とした値になるように補正する水補正を、シミュレーションで作成した水ファントムの投影画像データを用いて行う水補正ステップを有することを特徴とする。   The present invention further includes an X-ray generation unit that generates X-rays and an X-ray detection unit that detects the X-rays transmitted through the subject, and projects the X-rays detected by the X-ray detection units. A computer-readable control program for executing a pre-processing method of an X-ray CT apparatus acquired as an image so that a pixel value of the projection image becomes a value based on an X-ray absorption coefficient of water It is characterized by having a water correction step for performing the water correction to be corrected using the projection image data of the water phantom created by the simulation.

更に、本発明は、X線発生手段により発生されたX線を検知するX線検知手段を有するX線CT装置における水補正用データを作成するデータ作成装置であって、前記X線発生装置と前記X線検知手段のそれぞれの座標データを入力するための第1の入力手段と、前記水補正用データを作成するための水ファントムの座標データを入力するための第2の入力手段と、前記第1の入力手段と前記第2の入力手段により入力されたそれぞれの座標データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたそれぞれの座標データに基づき、前記水補正用データを演算する演算手段と、前記演算手段により演算された前記データを格納する格納手段とを有することを特徴とする。   Furthermore, the present invention is a data creation device for creating water correction data in an X-ray CT apparatus having an X-ray detection means for detecting X-rays generated by the X-ray generation means, A first input means for inputting respective coordinate data of the X-ray detection means; a second input means for inputting coordinate data of a water phantom for creating the water correction data; A storage means for storing the respective coordinate data input by the first input means and the second input means, and an operation for calculating the water correction data based on the respective coordinate data stored in the storage means And storage means for storing the data calculated by the calculation means.

また、本発明は、X線発生手段により発生されたX線を検知するX線検知手段を有するX線CT装置における水補正用データを作成するデータ作成方法であって、前記X線発生装置と前記X線検知手段のそれぞれの座標データを入力するための第1の入力ステップと、前記水補正用データを作成するための水ファントムの座標データを入力するための第2の入力ステップと、前記第1の入力手段と前記第2の入力手段により入力されたそれぞれの座標データを記憶手段に記憶する記憶ステップと、前記記憶手段に記憶されたそれぞれの座標データに基づき、前記水補正用データを演算する演算ステップと、前記演算ステップにより演算された前記データを格納する格納手段とを有することを特徴とする。   The present invention also provides a data creation method for creating water correction data in an X-ray CT apparatus having an X-ray detection means for detecting X-rays generated by the X-ray generation means, A first input step for inputting coordinate data of each of the X-ray detection means, a second input step for inputting coordinate data of a water phantom for creating the water correction data, and A storage step of storing the respective coordinate data input by the first input unit and the second input unit in the storage unit, and the water correction data based on the respective coordinate data stored in the storage unit It has a calculation step for calculating, and storage means for storing the data calculated in the calculation step.

本発明によれば、水ファントムの作製や撮影が不要になり、高精度な投影画像を容易に収集することが可能になる。   According to the present invention, it becomes unnecessary to produce and shoot a water phantom, and it is possible to easily collect highly accurate projection images.

本発明のX線CT装置とその前処理方法、及びデータ作成装置とその方法、並びに制御プログラムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of an X-ray CT apparatus and its preprocessing method, a data creation apparatus and method, and a control program according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<X線CT装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態に係るX線CT装置の全体構成の概略を示すブロック図である。
<Configuration of X-ray CT apparatus>
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the overall configuration of an X-ray CT apparatus according to an embodiment of the present invention.

このX線CT装置は、X線検出器1、X線源3、X線発生装置制御部4、及び画像入力部5を有し、X線発生装置制御部4により制御されたX線源3より発生したX線は、被写体である患者2を透過してX線検出器1により検知される。検知されたX線は投影画像として画像入力部5に入力される。   The X-ray CT apparatus includes an X-ray detector 1, an X-ray source 3, an X-ray generator control unit 4, and an image input unit 5, and the X-ray source 3 controlled by the X-ray generator control unit 4. The generated X-ray passes through the patient 2 as the subject and is detected by the X-ray detector 1. The detected X-ray is input to the image input unit 5 as a projection image.

X線源3とX線検出器1は、患者2を回転中心として回転を行いながら所定の回転角度ごとに投影画像の収集を行う。或いはX線源3とX線検出器1の位置関係を保持しながら回転テーブルに固定した被写体である患者2を回転させても良い。   The X-ray source 3 and the X-ray detector 1 collect projection images for each predetermined rotation angle while rotating around the patient 2 as a rotation center. Alternatively, the patient 2 as the subject fixed to the rotary table may be rotated while maintaining the positional relationship between the X-ray source 3 and the X-ray detector 1.

さらに、X線CT装置は、画像処理部7、画像保存部8、診断モニター9、及び操作部10を有し、画像入力部5に入力された各回転角度の投影画像は、画像処理部7によって、X線検出器1の補正、ログ変換を含めた前処理、及び再構成処理等の画像処理がなされ、断層画像群が作成される。作成された断層画像群は、診断モニター9に表示されたり、画像保存部8に保存されたり、ネットワーク11を介してプリンター12、診断ワークステーション13、或いは画像データベース14に出力されたりする。   Further, the X-ray CT apparatus includes an image processing unit 7, an image storage unit 8, a diagnostic monitor 9, and an operation unit 10, and projection images at respective rotation angles input to the image input unit 5 are image processing units 7. Thus, image processing such as correction of the X-ray detector 1, preprocessing including log conversion, reconstruction processing, and the like is performed, and a tomographic image group is created. The created tomographic image group is displayed on the diagnostic monitor 9, stored in the image storage unit 8, or output to the printer 12, the diagnostic workstation 13, or the image database 14 via the network 11.

表示のウインドウ操作、体軸方向の断層画像の切り換え表示操作、断面変換操作、及び3次元表面表示操作などの種々の操作は、操作部10によって行われる。そして、システム制御部6は、これら動作全体を制御する。   Various operations such as a display window operation, a tomographic image switching display operation in the body axis direction, a cross-section conversion operation, and a three-dimensional surface display operation are performed by the operation unit 10. Then, the system control unit 6 controls these entire operations.

<本実施の形態に係る水データの作成処理>
以上のような構成のX線CT装置において、本実施の形態の前処理は、前述した図3の流れに従って画像処理部7で実行されるが、実行のためにはオフセットデータ、白データ、水データを予め用意しておく。その際、水データは、仮想的に全て水に満たされた水ファントムを想定して、コンピュータによる計算機シミュレーションによって作成する点が本実施の形態の特徴である。
<Water data creation process according to the present embodiment>
In the X-ray CT apparatus configured as described above, the preprocessing of the present embodiment is executed by the image processing unit 7 in accordance with the flow of FIG. 3 described above, but for execution, offset data, white data, water Prepare data in advance. In this case, the feature of the present embodiment is that the water data is created by computer simulation using a computer assuming a water phantom that is virtually filled with water.

図4は、本実施の形態に係る水データの作成を計算機シミュレーションで求めるためのコンピュータの構成図である。   FIG. 4 is a configuration diagram of a computer for obtaining water data according to the present embodiment by computer simulation.

図4において、101はCPUであり、ROM103に格納されたプログラムを実行することにより本装置全体を制御する。CPU101と各部は、システムバス107により接続されている。102はRAMであり、種々のデータやCPU101がプログラムを実行する際のワーク領域として使用される。103はROMであり、本実施例を実現するためのプログラムや本装置の初期設定値等が格納されている。104は表示部であり、CPU101の制御の下で種々の情報を表示する。105は入力部であり、キーボード、マウスなどで構成され、シミュレーションを行うための各種設定値、本装置への指示などを行う際にユーザが操作する。106は外部記憶装置であり、シミュレーションの結果得られた値を記憶媒体へ記憶する。この外部記憶装置で記憶された値を前述のX線CT装置へ設定する。なお、ネットワークインターフェースを備え、ネットワークを介してX線CT装置へ設定値を送信するようにしてもよい。   In FIG. 4, reference numeral 101 denotes a CPU, which controls the entire apparatus by executing a program stored in the ROM 103. The CPU 101 and each unit are connected by a system bus 107. Reference numeral 102 denotes a RAM which is used as a work area when the CPU 101 executes various data and programs. Reference numeral 103 denotes a ROM which stores a program for realizing the present embodiment, an initial setting value of the apparatus, and the like. A display unit 104 displays various information under the control of the CPU 101. An input unit 105 includes a keyboard, a mouse, and the like, and is operated by the user when performing various setting values for performing simulations, giving instructions to the apparatus, and the like. Reference numeral 106 denotes an external storage device that stores a value obtained as a result of the simulation in a storage medium. The value stored in the external storage device is set in the aforementioned X-ray CT apparatus. Note that a network interface may be provided, and the setting value may be transmitted to the X-ray CT apparatus via the network.

本実施の形態において、水ファントムは撮影領域に合わせた円柱形を仮定するが、この幾何学的関係を図2に示す。   In the present embodiment, it is assumed that the water phantom has a cylindrical shape corresponding to the imaging region, and this geometrical relationship is shown in FIG.

図2は、水ファントム投影の幾何学的関係を説明するための説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the geometric relationship of the water phantom projection.

まず、ユーザが入力部105を操作することにより、X線検出器の座標値、X線源の座標値、及び、水ファントムである円柱形の座標値を設定する。この値は、図1に示したX線CT装置の物理的な配置に基づいて設定されたものである。なお、図2においては、円柱形の中心を、座標系の中心としている。   First, the user operates the input unit 105 to set the coordinate value of the X-ray detector, the coordinate value of the X-ray source, and the cylindrical coordinate value that is a water phantom. This value is set based on the physical arrangement of the X-ray CT apparatus shown in FIG. In FIG. 2, the center of the cylindrical shape is the center of the coordinate system.

入力部105により入力された各座標値は、RAM102に記憶され、CPU101により図2に示される仮想的な空間が生成される。   Each coordinate value input by the input unit 105 is stored in the RAM 102, and the virtual space shown in FIG.

次に、CPU101により以下の演算が行われる。   Next, the CPU 101 performs the following calculation.

即ち、X線源3からX線検出器1の座標P(Py,Pz)の点に至るまでの経路において、円柱形をした水ファントム内を通過する長さs2とそれ以外の空気を通過する長さ(s1+s3)とを求める。   That is, in the path from the X-ray source 3 to the point of the coordinates P (Py, Pz) of the X-ray detector 1, the length s2 passing through the cylindrical water phantom and the other air are passed. The length (s1 + s3) is obtained.

この長さs2を求める手順は、(1)始めにX線経路(直線SP)の方程式を求め、(2)次に直線SPと円柱の2つの交点を求め、(3)そして、その2つの交点間の距離を求める、という手順になる。以下、この手順(1)、(2)、(3)を順に説明していく。   The procedure for obtaining the length s2 is as follows: (1) First, an equation of the X-ray path (straight line SP) is obtained; (2) next, two intersection points of the straight line SP and the cylinder are obtained; (3) The procedure is to find the distance between the intersections. Hereinafter, the procedures (1), (2), and (3) will be described in order.

(1)X線経路(直線SP)の方程式   (1) X-ray path (straight line SP) equation

Figure 2006334319
Figure 2006334319

であるから、X線経路(直線SP)の方程式は、 Therefore, the equation of the X-ray path (straight line SP) is

Figure 2006334319
Figure 2006334319

となる。 It becomes.

(2)直線SPと円柱の2つの交点の算出
円柱の方程式は、
(2) Calculation of two intersection points of straight line SP and cylinder The equation of the cylinder is

Figure 2006334319
Figure 2006334319

であるから、式(a)を Therefore, the equation (a)

Figure 2006334319
Figure 2006334319

とすれば、 given that,

Figure 2006334319
Figure 2006334319

であるから、 Because

Figure 2006334319
Figure 2006334319

よって   Therefore

Figure 2006334319
Figure 2006334319

これより2つの交点は、   From this, the two intersections are

Figure 2006334319
Figure 2006334319

となる。なお、t1は式(c)の+、t2は式(c)の−とする。
(3) 2つの交点間の距離
前記2つの交点間の距離は、
It becomes. Note that t1 is + in the formula (c) and t2 is-in the formula (c).
(3) Distance between two intersections The distance between the two intersections is

Figure 2006334319
Figure 2006334319

によって求めることができる。 Can be obtained.

以上のようにして点P(Py,Pz)に投影されるX線が水ファントム内を通る長さs2が求まった。ここで、点Pに投影されるX線経路の全長をLとすれば、Lは、   As described above, the length s2 through which the X-ray projected on the point P (Py, Pz) passes through the water phantom is obtained. Here, if the total length of the X-ray path projected onto the point P is L, L is

Figure 2006334319
Figure 2006334319

であり、空気を通る長さ(s1+s3)は、 And the length (s1 + s3) passing through the air is

Figure 2006334319
Figure 2006334319

となり減弱がない場合のX線強度をI0、水、空気があった場合のX線強度をIWとすれば、 If the X-ray intensity when there is no attenuation is I0, and the X-ray intensity when there is water and air is IW,

Figure 2006334319
Figure 2006334319

ここで、μA,μWはそれぞれ空気、水のX線吸収係数)である。   Here, μA and μW are air and water X-ray absorption coefficients, respectively.

また、水ファントムを置かないで撮影した場合(白画像)のX線強度をIAとすれば、   Also, if the X-ray intensity when taking a picture without a water phantom (white image) is IA,

Figure 2006334319
Figure 2006334319

である。したがって、 It is. Therefore,

Figure 2006334319
Figure 2006334319

となる。 It becomes.

シミュレーションによる水ファントムの投影画像データは、式(d),(e)を用いて作成する。このためには、まず投影画像の各画素について画素の位置座標P(Py,Pz)を式(d)に代入することにより、水ファントム内の通過長さs2を求める。   The projection image data of the water phantom by simulation is created using equations (d) and (e). For this purpose, first, the passage length s2 in the water phantom is obtained by substituting the pixel position coordinates P (Py, Pz) into the equation (d) for each pixel of the projection image.

そして、このs2を式(e)に代入する。ここで、式(e)における   Then, this s2 is substituted into the equation (e). Where in equation (e)

Figure 2006334319
Figure 2006334319

は、実際に被写体を置かずに撮影された白画像の平均画素値を用いれば良い。 The average pixel value of a white image taken without actually placing a subject may be used.

<本実施の形態に係る水補正>
以上のようにして、理想的な水ファントムデータを作成することができるが、水補正には、各X線検出器1の出力レベルを実際の撮影時の出力レベルと同等にしたときにおける画素間のばらつきを補正するという目的もある。
<Water correction according to this embodiment>
As described above, ideal water phantom data can be created. For water correction, the output level of each X-ray detector 1 is equivalent to the output level at the time of actual imaging. There is also an object of correcting the variation.

そこで、例えば平坦なアクリル板を、X線CT装置で撮影することで、各X線検出器1の出力時において実際の撮影時の出力レベルに近い画素間のばらつきデータを得ることができる。このデータを、前述したシミュレーションによる水ファントムの投影画像データに反映させれば、より精度の高いシミュレーションデータを作成することができる。このアクリル板の撮影は、キャリブレーション時に常に行う必要はなく、装置設置時に撮影したデータを使って、白画像との相関関係を用いて作成しても良い。   Therefore, for example, by imaging a flat acrylic plate with an X-ray CT apparatus, it is possible to obtain variation data between pixels close to the output level at the time of actual imaging at the time of output of each X-ray detector 1. If this data is reflected in the projection image data of the water phantom by the above-mentioned simulation, more accurate simulation data can be created. The acrylic plate need not always be photographed at the time of calibration, and may be created using the correlation with the white image using data photographed at the time of installation of the apparatus.

また、前記シミュレーションによる水ファントムの投影画像データからより精密なシミュレーションデータを作成するために、白画像のシェーディングを距離の2乗則を用いてシミュレーションする方法もある。このシェーディングには、白画像の実データを低次元の関数でフィッティングした値を使えば良い。   There is also a method of simulating shading of a white image using the square law of distance in order to create more precise simulation data from the projection image data of the water phantom by the simulation. For this shading, a value obtained by fitting the actual data of the white image with a low-dimensional function may be used.

このようにして、様々な撮影条件の下でシェーディングの影響まで含めた前記シミュレーションによる水ファントムの投影画像データを作成することができるが、更により精密なシミュレーションを行うには、ビームハードニング(beam hardening)や散乱線の影響を考慮してシミュレーションを行えば良い。   In this way, the projection image data of the water phantom by the simulation including the influence of shading under various photographing conditions can be created. However, in order to perform a more precise simulation, beam hardening (beam) The simulation may be performed in consideration of the effects of (hardening) and scattered radiation.

ビームハードニングのシミュレーションは、実験により水の厚さによる各X線検出器1の出力値の関数を求めてシミュレーションすれば良い。散乱のシミュレーションは、水内部を通過する際の散乱をモンテカルロ法などによりシミュレーションする。或いは物理密度の低い空気から物理密度のより高い水につき当たる部分における散乱を同じくモンテカルロ法などによってシミュレーションする。また、モンテカルロ法を用いずに実験データを用いたシミュレーションを行っても良い。   The beam hardening simulation may be performed by obtaining a function of the output value of each X-ray detector 1 according to the thickness of water by experiment. In the simulation of scattering, scattering at the time of passing through the inside of water is simulated by a Monte Carlo method or the like. Alternatively, the scattering at the portion where the air hits the water with higher physical density from the air with lower physical density is also simulated by the Monte Carlo method or the like. Further, simulation using experimental data may be performed without using the Monte Carlo method.

この他にも様々な物理現象を理論から導き出した数式や実験データを用いてシミュレーションを行えば、実際に撮影した場合と遜色のない投影画像データを作成することができる。   In addition, if simulation is performed using mathematical formulas and experimental data derived from various physical phenomena from the theory, it is possible to create projection image data that is inferior to the case of actual shooting.

このように、実際に撮影したデータ(シェーディングなど)や、実験により求めたデータ(散乱、ビームハードニングなど)を用いてシミュレーションを行って水ファントムの投影画像データ(水データ)を作成し、この水データを用いて水補正を行うことにより、アーチファクト(artifact)の少ない再構成画像を得ることができる。   In this way, the projection image data (water data) of the water phantom is created by performing simulation using actually captured data (such as shading) and experimentally obtained data (such as scattering and beam hardening). By performing water correction using the water data, a reconstructed image with less artifacts can be obtained.

<本実施の形態の利点>
本実施の形態では、水ファントムの投影画像データをシミュレーションによって作成し、これを用いて水補正を行うようにした。即ち、水補正を行うための水データを仮想的に全て水に満たされた水ファントムを想定して計算機シミュレーションによって作成する。そのシミュレーションは、X線源のX線発生むら等によるシェーディング、ビームハードニング、散乱線などの影響も考慮したシミュレーションとした。
<Advantages of this embodiment>
In the present embodiment, projection image data of a water phantom is created by simulation, and water correction is performed using this. That is, the water data for performing water correction is created by computer simulation assuming a water phantom that is virtually filled with water. The simulation was performed in consideration of the effects of shading, beam hardening, scattered radiation, etc. due to X-ray generation unevenness of the X-ray source.

このようにして得られた水データはノイズを排除した理想的な水データとなる。この理想的なデータにより水補正が行われるため、正確なCT値が得られ、アーチファクトも抑制することができ、高精度の診断を行うことが可能である。また、水ファントムの作製や撮影の必要がなくなるので、コストを抑えることができるだけでなく無駄な撮影の手間も省くことができる。さらに、全角度同じデータとなるため1角度分のデータのみを作成すればよく、記憶容量が小さくて済むので、一層コストを抑えることができる。   The water data obtained in this way is ideal water data from which noise has been eliminated. Since water correction is performed using this ideal data, an accurate CT value can be obtained, artifacts can be suppressed, and highly accurate diagnosis can be performed. In addition, since there is no need to make and shoot a water phantom, it is possible not only to reduce costs but also to save unnecessary shooting. Furthermore, since the data is the same for all angles, only one angle of data need be created, and the storage capacity can be reduced, further reducing the cost.

なお、本発明の目的は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。   Note that an object of the present invention is to supply a storage medium storing software program codes for realizing the functions of the embodiments to a system or apparatus, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus as a storage medium. This can also be achieved by reading and executing the stored program code.

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。   In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。又は、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしても良い。   Examples of the storage medium for supplying the program code include a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a DVD-ROM, a DVD-RAM, and a DVD. -RW, DVD + RW, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, etc. can be used. Alternatively, the program code may be downloaded via a network.

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (operating system) running on the computer based on the instruction of the program code. A case where part or all of the actual processing is performed and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing is also included.

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Further, after the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. This includes a case where the CPU or the like provided in the board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.

この場合、上記プログラムは、該プログラムを記憶した記憶媒体から直接、又はインターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続された不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより供給される。   In this case, the program is supplied by downloading directly from a storage medium storing the program or from another computer or database (not shown) connected to the Internet, a commercial network, a local area network, or the like.

実施の形態に係るX線CT装置の全体構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the whole structure of the X-ray CT apparatus which concerns on embodiment. 水ファントム投影の幾何学的関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the geometric relationship of water phantom projection. 従来のX線CT装置における主な前処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the main preprocessing in the conventional X-ray CT apparatus. 実施の形態に係る水データの作成を計算機シミュレーションで求めるためのコンピュータの構成図である。It is a block diagram of the computer for calculating | requiring creation of the water data which concerns on embodiment by computer simulation.

符号の説明Explanation of symbols

1 X線検出器
3 X線源
4 X線発生装置制御部
6 システム制御部
7 画像処理部
8 画像保存部
9 診断モニター
1 X-ray detector 3 X-ray source 4 X-ray generator control unit 6 System control unit 7 Image processing unit 8 Image storage unit 9 Diagnostic monitor

Claims (11)

X線を発生するX線発生手段と、被写体を透過した前記X線を検知するX線検知手段とを有し、前記各X線検知手段で検知されたX線を投影画像として取得するX線CT装置において、
前記投影画像の画素値が水のX線吸収係数を基準とした値になるように補正する水補正を、水ファントムの投影画像データに基づいて行う水補正手段を備え、
前記水補正手段は、
前記水ファントムの投影画像データをシミュレーションによって作成し、このシミュレーションデータに基づいて前記水補正を行うことを特徴とするX線CT装置。
X-rays having X-ray generation means for generating X-rays and X-ray detection means for detecting the X-rays that have passed through the subject, and acquiring the X-rays detected by the X-ray detection means as projection images In CT equipment,
Water correction means for performing water correction for correcting the pixel value of the projection image to be a value based on the water X-ray absorption coefficient based on the projection image data of the water phantom,
The water correction means is
An X-ray CT apparatus characterized in that projection image data of the water phantom is created by simulation and the water correction is performed based on the simulation data.
前記シミュレーションは、撮影時の出力レベルに近似したレベルで検知信号が出力される前記各X線検知手段の出力時における画素間のばらつきデータを用いたシミュレーションを含むことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。   2. The simulation includes a simulation using variation data between pixels at the time of output of each X-ray detection unit that outputs a detection signal at a level approximate to an output level at the time of imaging. The X-ray CT apparatus described. 前記シミュレーションは、シェーディングのシミュレーションを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the simulation includes a shading simulation. 前記シミュレーションは、ビームハードニングのシミュレーションを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the simulation includes a beam hardening simulation. 前記シミュレーションは、散乱線のシミュレーションを含むことを特徴とする請求項1乃至4に記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the simulation includes a simulation of scattered radiation. 前記シミュレーションは、実験データを用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the simulation uses experimental data. X線を発生するX線発生手段と、被写体を透過した前記X線を検知するX線検知手段とを有し、前記各X線検知手段で検知されたX線を投影画像として取得するX線CT装置の前処理方法において、
前記投影画像の画素値が水のX線吸収係数を基準とした値になるように補正する水補正を、シミュレーションで作成した水ファントムの投影画像データを用いて行う水補正工程を有することを特徴とするX線CT装置の前処理方法。
X-rays having X-ray generation means for generating X-rays and X-ray detection means for detecting the X-rays that have passed through the subject, and acquiring the X-rays detected by the X-ray detection means as projection images In the pre-processing method of the CT apparatus,
A water correction step of performing water correction for correcting the pixel value of the projection image so as to be a value based on an X-ray absorption coefficient of water by using projection image data of a water phantom created by simulation. A preprocessing method for an X-ray CT apparatus.
X線を発生するX線発生手段と、被写体を透過した前記X線を検知するX線検知手段とを有し、前記各X線検知手段で検知されたX線を投影画像として取得するX線CT装置の前処理方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な制御プログラムであって、
前記投影画像の画素値が水のX線吸収係数を基準とした値になるように補正する水補正を、シミュレーションで作成した水ファントムの投影画像データを用いて行う水補正ステップを有することを特徴とする制御プログラム。
X-rays having X-ray generation means for generating X-rays and X-ray detection means for detecting the X-rays transmitted through the subject, and acquiring the X-rays detected by the X-ray detection means as projection images A computer-readable control program for executing a pre-processing method of a CT apparatus,
A water correction step for performing water correction for correcting the pixel value of the projection image so as to be a value based on an X-ray absorption coefficient of water using the projection image data of the water phantom created by the simulation is provided. Control program.
X線発生手段により発生されたX線を検知するX線検知手段を有するX線CT装置における水補正用データを作成するデータ作成装置であって、
前記X線発生装置と前記X線検知手段のそれぞれの座標データを入力するための第1の入力手段と、
前記水補正用データを作成するための水ファントムの座標データを入力するための第2の入力手段と、
前記第1の入力手段と前記第2の入力手段により入力されたそれぞれの座標データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたそれぞれの座標データに基づき、前記水補正用データを演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された前記データを格納する格納手段とを有することを特徴とするデータ作成装置。
A data creation device for creating water correction data in an X-ray CT apparatus having an X-ray detection means for detecting X-rays generated by an X-ray generation means,
First input means for inputting respective coordinate data of the X-ray generator and the X-ray detection means;
A second input means for inputting the coordinate data of the water phantom for creating the water correction data;
Storage means for storing respective coordinate data input by the first input means and the second input means;
Based on the respective coordinate data stored in the storage means, calculating means for calculating the water correction data;
And a storage means for storing the data calculated by the calculation means.
前記第2の入力手段により入力されら座標データは、円柱形を示すデータであり、
前記演算手段は、前記円柱を通過する割合に基づいて、前記データを演算することを特徴とする請求項9に記載のデータ作成装置。
The coordinate data input by the second input means is data indicating a cylindrical shape,
The data creation apparatus according to claim 9, wherein the calculation unit calculates the data based on a ratio of passing through the cylinder.
X線発生手段により発生されたX線を検知するX線検知手段を有するX線CT装置における水補正用データを作成するデータ作成方法であって、
前記X線発生装置と前記X線検知手段のそれぞれの座標データを入力するための第1の入力ステップと、
前記水補正用データを作成するための水ファントムの座標データを入力するための第2の入力ステップと、
前記第1の入力手段と前記第2の入力手段により入力されたそれぞれの座標データを記憶手段に記憶する記憶ステップと、
前記記憶手段に記憶されたそれぞれの座標データに基づき、前記水補正用データを演算する演算ステップと、
前記演算ステップにより演算された前記データを格納する格納手段とを有することを特徴とするデータ作成方法。
A data creation method for creating water correction data in an X-ray CT apparatus having an X-ray detection means for detecting X-rays generated by an X-ray generation means,
A first input step for inputting respective coordinate data of the X-ray generator and the X-ray detector;
A second input step for inputting coordinate data of a water phantom for creating the water correction data;
A storage step of storing each coordinate data input by the first input means and the second input means in a storage means;
A calculation step for calculating the water correction data based on the respective coordinate data stored in the storage means;
And a storage means for storing the data calculated by the calculation step.
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