JP2007307417A - 像データの処理方法及び像データの処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 螺旋走査において収集される投影走査データから発生される像データにおけるアーティファクトを像解像度に悪影響を及ぼすことなく減少させることのできる方法及び装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る方法は、像再構成後にフィルタ作用アルゴリズムを用いており、その一形式に従えば、像データをバックグラウンド成分５４と、シャープ・ストラクチャ成分５６とに分割する。バックグラウンド成分５４は次いで、フィルタ作用５８にかけられて、像再構成及びデータのアーティファクトが除去される。フィルタ作用を受けたバックグラウンド・データ６０は次いで、シャープ・ストラクチャ・データ５６と結合される。結合されたデータは次いで、アーティファクトの減少した像６４を発生するために用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、全般的には計算機式断層写真（ＣＴ）作像に関し、更に具体的に言えば、螺旋走査（ヘリカル・スキャン）データから再構成された像アーティファクトを減少させることに関する。

少なくとも１つの公知の構成のＣＴシステムでは、Ｘ線源がファン（扇形）ビームを投射し、このビームは、一般的に「作像平面」と呼ばれる直交座標系のＸ−Ｙ平面内にあるようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者のような作像しようとする物体を通過する。このビームは、物体によって減衰させられた後に、放射線検出器の配列に入射する。検出器配列が受け取った減衰したビーム放射線の強度は、物体によるＸ線ビームの減衰に関係する。配列の各々の検出器素子は、検出器の位置におけるビームの減衰量の測定値である別々の電気信号を発生する。すべての検出器からの減衰測定値を別々に収集して、透過輪郭を形成する。

公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器配列が、作像平面内でガントリと共に、作像しようとする物体の回りを回転し、このため、Ｘ線ビームが物体と交差する角度は絶えず変化する。１つのガントリ角度における一群のＸ線減衰測定値、即ち投影データが「ビュー」と呼ばれる。物体の「走査」は、Ｘ線源及び検出器が１回転する間における相異なるガントリ角度で求めた一組のビューで構成されている。軸方向走査では、投影データを処理して、物体を通るように切った２次元スライスに対応する像を構成している。

一組の投影データから像を再構成する１つの方法が、この分野では、フィルタ式逆投影方式と呼ばれている。この方法は、走査からの減衰測定値を「ＣＴ数」又は「ハウンズフィールド単位」と呼ばれる整数に変換し、これらの整数を用いて、陰極線管表示装置で対応する画素の輝度を制御する。多重スライスに必要な合計走査時間を短縮するために、「螺旋」走査（「ヘリカル」スキャン）を実施することができる。「螺旋」走査を実施するためには、所定数のスライスに対するデータを収集する間に、患者を移動させる。このようなシステムは、１つのファン・ビームの螺旋走査から１つの螺旋（ヘリックス）を発生する。ファン・ビームによって写像された螺旋が投影データを発生し、この投影データから各々の所定のスライスの像を再構成することができる。螺旋走査は、走査時間を短縮することに加えて、画質が一層改善されること、及びコントラストの制御が一層良くなることというようなその他の利点をもたらす。

螺旋走査では、上述したように、１つのビュー・データのみが各々のスライス位置で収集される。あるスライスの像を再構成するために、そのスライスに対する他のビュー・データが、他のビューに対して収集されたデータに基づいて発生される。螺旋再構成アルゴリズムについては、C.Crawford及びK.KingによるMed.Phys. 17(6),Nov/Dec 1990に所載の「患者を同時に移動させた計算機式断層走査（Computed Tomography Scanning with Simultaneous Patient Translation）」、並びに本願の譲受人に譲渡され、１９９４年１２月２２日に出願された米国特許出願第０８／３６２，２４７号「ＣＴシステムにおける像再構成のための螺旋補間アルゴリズム（Helical Interpolative Algorithm For Image Reconstruction in A CT System）」に記載されている。
特開平０７−１４３９７９号公報

特定のスライスに対する像を再構成する際、そのスライスの位置と、実際の投影データが収集される位置との距離が増加するにつれて、そのスライスに対して発生されるデータにおける誤差量も増加する。投影データにおけるこれらの誤差は通常、低周波数シェーディング・アーティファクトを発生させる。矢状縫合（sagittal）又は冠状縫合（coronal）のデータを再フォーマットする際に、これらの誤差は又、微細な水平ストリーク（縞）又はアーティファクトを発生させる。軸方向作像（イメージング）におけるストリーク・アーティファクトに関しては、再フォーマットされた像におけるストリークは厄介なものである。

投影データの誤差は一般的には、水平（逆投影）方向に伝播されるので、ストリーク・アーティファクトはスライスごとに相関を有さない。即ち、アーティファクトは、ｚ方向における高周波数のものである。このようなアーティファクトは、ｚ方向のデータをフィルタリングすることにより除去することが可能であるが、組織と空気とのインタフェイス又は骨組織のインタフェイスのようなｚ方向における急速な変化が真の構造にあるときに、データをｚ方向に単純にフィルタリングすることは、像解像度を喪失する結果となる。

勿論、再構成アーティファクトを減少させることが望ましい。又、像解像度に悪影響を及ぼすことなく、このような再構成アーティファクトを減少させることが望ましい。

これらの及びその他の目的は、像解像度を低下させずに、螺旋走査を用いて再構成された像の水平ストリークを除去する方法及び装置によって達成することができる。一実施例に従えば、螺旋再構成が実行されて、像データを発生する。この像データは次いで、フィルタ作用にかけられて、水平ストリークが除去される。このようなフィルタ作用は、像データを２つの成分に分割（セグメント）することにより実行される。１つの成分はバックグラウンド成分と呼ばれ、他の成分はシャープ・ストラクチャ成分と呼ばれる。このような分割（セグメンテーション）は、グレイ・スケール閾値法（thresholding）を用いて実行され得る。

像データが上述のようにして分割された後に、バックグラウンド成分の像データは、ｚ−ウェッジ・フィルタを用いたフィルタ作用にかけられる。このようなバックグラウンド・データは、螺旋投影データにおける誤差によって発生されるアーティファクトの大部分を含んでいるので、このようなフィルタ作用は、ストリークに対応しているフーリエ・スペクトラムを実質的に除去する。フィルタ作用を受けたバックグラウンド・データは次いで、シャープ・ストラクチャ・データと結合されて、アーティファクトを殆ど有していない像に対応する像データの完全なセットを発生する。上述したアルゴリズムを用いて、水平ストリークのような再構成アーティファクトが減少する。更に、像解像度は維持される。

図１及び図２について説明すると、計算機式断層写真（ＣＴ）作像システム１０が、「第３世代」ＣＴスキャナの代表であるガントリ１２を有していることが示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側にある検出器配列１８に向かって投射する。検出器配列１８は、検出器素子２０によって形成されており、これらの素子は一緒になって、医療上の患者２２を通過する投射されたＸ線を感知する。各々の検出器素子２０は、入射するＸ線ビームの強度、従って、患者２２を通過したときのビームの減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを収集するための走査の間に、ガントリ１２及びその上に装着された部品は、回転中心２４の回りを回転する。

ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含んでいる。制御機構２６に設けられたデータ収集システム（ＤＡＳ）３２が、検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、このデータをこの後の処理のためにディジタル信号に変換する。像再構成装置３４が、ＤＡＳ３２からのサンプリングされてディジタル化されたＸ線データを受け取って、高速の像再構成を実行する。再構成された像は計算機３６に対する入力として印加され、計算機３６は、像を大容量記憶装置３８に記憶する。

計算機３６は又、キーボードを有しているコンソール４０を介して、オペレータからの指令及び走査パラメータを受け取る。関連した陰極線管表示装置４２は、オペレータが再構成された像及び計算機３６からのその他のデータを観察することができるようにする。オペレータから供給された指令及びパラメータを計算機３６で用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対する制御信号及び情報を供給する。更に、計算機３６は、ガントリ１２内で患者２２を位置決めするために電動式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を作動させる。具体的に言うと、テーブル４６は、ガントリ開口４８内で患者２２の一部を動かす。

像アーティファクトの減少について述べる以下の説明では、矢状（sagittal）像及び冠状（coronal）像に特に触れることがある。しかしながら、このアーティファクト減少アルゴリズムは、矢状像及び冠状像のみに関連して実施される場合に制限されるものではなく、その他の像にも用いることができる。更に、このアルゴリズムは 計算機３６で実行され、例えば、大容量記憶装置３８に記憶された像データを処理することを承知されたい。この代わりに、このアルゴリズムを像再構成装置３４で実行して、フィルタ作用を受けたデータを計算機３６に供給してもよい。勿論、この他の構成も可能である。

図３について説明すると、前に述べたように、ＣＴ走査を実行するときに、投影データが得られる。螺旋走査では、螺旋再構成５０が次に実行されて、像データが発生される。像再構成に関しては、多くの像再構成アルゴリズムが知られており、公知のアルゴリズムのうちのいくつかは、商業的に入手可能なＣＴ装置で実施されている。本発明のアルゴリズムは、このような多くの再構成アルゴリズムに関連して実施することができ、いかなる特定の像再構成アルゴリズムに向けられたものでもなく、又、いかなる特定の像再構成アルゴリズムに関連して実施されるものでもない。

具体的に図３を参照すると、螺旋再構成の後に、得られた像データを２つのセグメントに分割する（セグメンテーション５２）。具体的には、バックグラウンド成分５４と、シャープ・ストラクチャ成分５６とが発生される。このセグメンテーションは、一実施例ではグレイ・スケール閾値法（thresholding）を用いて実行される。グレイ・スケール閾値法は、ＣＴ数を所定の範囲、即ち、閾値と比較して、各々のＣＴ数を、それぞれのＣＴ数がその閾値よりも大きいか又は小さいかに基づいて特定の成分に割り当てる方法に関連する。グレイ・スケール閾値法に関する更に詳細については、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，４００，３７７号、「交差平面放射線を用いた断層像再構成のためにアーティファクトを減少させる方法（Artifact Reduction Method For Tomographic Image Rconstruction Using Cross-Plane Rays）」に記述されており、本特許は、ここに参照されるべきものである。

例えば、関心のある物体がｚ方向に沿ってその構造内で急速な変化を有しているときには、その構造に対するＣＴ数は通常、像バックグラウンドに対するＣＴ数と大きく異なる。ＣＴ数、即ちグレイ・スケールは、急速な変化に対して、即ちシャープ・ストラクチャとバックグラウンドとに対して異なるので、グレイ・スケール閾値法は、像データをバックグラウンド成分とシャープ・ストラクチャ成分とに分割するのに有効である。

像データを上述したように分割した後に、バックグラウンド像データ又は成分は、ｚ−ウェッジ・フィルタを用いてフィルタ作用にかけられる（フィルタ作用５８）。ｚ−ウェッジ・フィルタ作用に関する更に詳細については、上述した米国特許第５，４００，３７７号に記述されている。フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データ６０は次いで、シャープ・ストラクチャ・データ又は成分５６と結合される（結合６２）。結合されたデータは次いで、水平ストリークを殆ど有していない像６４を発生するために用いられる。この結合の際、フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データ６０をシャープ・ストラクチャ像データ５６に加えるようにしてもよい。

ｚ−ウェッジ・フィルタは上述したように、バックグラウンド成分からｚ方向における高周波数アーティファクトを除去する。しかしながら、フィルタ作用を行う前にシャープ・ストラクチャ成分を分割することにより、像解像度は維持される。従って、水平ストリーク及びアーティファクトは、像解像度を保持しながら減少する。

本発明の様々な実施例についてこれまで説明したところから、本発明の目的が達成されたことは明らかである。本発明を詳しく説明し、図面に示したが、これは例示したものであって、例に過ぎず、本発明を制約するものと解してはならないことをはっきりと承知されたい。例えば、ここで説明したＣＴシステムは「第３世代」システムであるが、「第４世代」システムのような他の多くのＣＴシステムを用いてもよい。更に、ｚ−ウェッジ・フィルタを必ずしもすべての用途に必要としなくてもよい。ｚ方向に沿った単純ロー・パス・フィルタ作用を実行することも、いくつかの用途には十分であり得る。従って、本発明の要旨は、特許請求の範囲のみによって限定されることを承知されたい。

ＣＴ作像システムの見取図である。 図１に示すシステムのブロック図である。 本発明の一実施例に従って実行される工程の順序を示す概略図である。

符号の説明

１０ ＣＴ作像システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１８ 検出器配列
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御装置
３０ ガントリ・モータ制御装置
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ 計算機
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ 陰極線管表示装置
４４ テーブル・モータ制御装置
４６ 電動式テーブル
４８ ガントリ開口

Claims (13)

1. 走査において収集される投影走査データから得られる像データの処理方法であって、
   前記像データをバックグラウンド像データとストラクチャ像データとに割り当てる工程と、
   前記バックグラウンド像データにフィルタ作用を及ぼす工程と、
   該フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データと前記ストラクチャ像データとを結合する工程とを備えた、像データの処理方法。
2. 前記像データをバックグラウンド像データとストラクチャ像データとに割り当てる工程は、前記像データを該像データのＣＴ数の違いに基づいて実行される請求項１に記載の方法。
3. 前記像データをバックグラウンド像データとストラクチャ像データとに割り当てる工程は、グレイ・スケール閾値法を用いて実行される請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記バックグラウンド像データにフィルタ作用を及ぼす工程は、ｚ−ウェッジ・フィルタを用いて実行される請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データとストラクチャ像データとを結合する工程は、前記フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データを前記ストラクチャ像データに加える工程を含んでいる請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記走査は、螺旋走査を含んでいる請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 走査において収集される投影走査データから得られる像データの処理装置であって、
   前記像データをバックグラウンド像データとストラクチャ像データとに割り当てる手段と、
   前記バックグラウンド像データにフィルタ作用を及ぼす手段と、
   該フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データと前記ストラクチャ像データとを結合させる手段とを備えた像データの処理装置。
8. 前記像データをバックグラウンド像データとストラクチャ像データとに割り当てる手段は、前記像データを該像データのＣＴ数の違いに基づいて割り当てるようにプログラムされた計算機を含んでいる請求項７に記載の像データの処理装置。
9. 前記像データをバックグラウンド像データとストラクチャ像データとに割り当てる手段は、前記像データをグレイ・スケール閾値法に基づいて割り当てるようにプログラムされた計算機を含んでいる請求項７又は８に記載の像データの処理装置。
10. 前記バックグラウンド像データにフィルタ作用を及ぼす手段は、前記像データをｚ−ウェッジ・フィルタを用いてフィルタ作用を及ぼすようにプログラムされた計算機を含んでいる請求項７から９のいずれか一項に記載の像データの処理装置。
11. 前記フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データとストラクチャ像データとを結合させる手段は、前記フィルタ作用を受けたバックグラウンド像データを前記ストラクチャ像データに加えるようにプログラムされた計算機を含んでいる請求項７から１０のいずれか一項に記載の像データの処理装置。
12. 前記走査は、螺旋走査を含んでいる請求項７から１１のいずれか一項に記載の像データの処理装置。
13. 請求項７から１２のいずれか一項に記載された像データの処理装置を備えたＣＴシステム。

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