JP2008036272A - コーンビームｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次元Ｘ線検出器が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーティファクトを高速、かつ安定に除去（減算）することのできるコーンビームＸ線ＣＴ装置の提供。
【解決手段】被検体にＸ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線源と対向し配置され前記被検体を透過したＸ線を検出して該被検体のＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器と、
被検体に対して相対的に前記Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器を回転移動させる回転手段と、
前記Ｘ線画像データに基づいて前記被検体の３次元画像情報を得る画像再構成手段と、
該３次元画像情報から断面変換画像を作成するとともに前記２次元Ｘ線検出器の傾きに応じた角度で回転させる手段と、
回転された該断面変換画像から直線状のアーチファクトを検出、減算を行うリングアーチファクト補正手段と、
該リングアーチファクト補正がされた３次元画像情報に基づいて表示を行う表示手段とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明はコーンビームＸ線ＣＴ装置に関する。

被検体にＸ線を照射し、該被検体を透過したＸ線を２次元Ｘ線検出器で検出し、この２次元Ｘ線検出器の出力に基づいて該被検体の断面像を再構成するＸ線ＣＴ装置が知られている。

また、このようなＸ線ＣＴ装置としては、Ｘ線ビームを体軸方向に薄くコリメートし１枚ないし数枚のアキシャル断面像を再構成するファンビームＸ線ＣＴ装置と、体軸方向にも広がったＸ線ビームを用いて３次元画像情報を生成するコーンビームＸ線ＣＴ装置が知られている。

そして、コーンビームＸ線ＣＴ装置の場合、その２次元Ｘ線検出器の補正エラーに起因してアキシャル断面像に同心円状のリングからなるリングアーティファクトが発生する。

このようなリングアーティファクトを低減させる技術として、たとえば下記特許文献１に開示されているように、前記２次元Ｘ線検出器からの情報に基づいて作成した３次元画像情報から、それを断面変換してたとえばコロナル断面像を得た後に、そのコロナル断面像に表れる直線状のアーチファクトを検出かつ除去（減算）するようにし、このようなアーチファクトのないコロナル断面像からアキシャル断面像を得る構成が知られている。

このような構成は、アキシャル断面像から直接にリング状のアーチファクトを低減させるよりも、コロナル断面像等から直線上のアーチファクトを低減させる方が容易なため、高速にかつ安定して行う効果を有する。
特開２００５−２０４８５８号公報

しかし、上述したコーンビームＸ線ＣＴ装置は、たとえばコロナル断面像等に顕れる直線状のアーチファクトは実際においてアキシャル断面像のｚ方向軸に対して２次元Ｘ線検出器の傾き角に相当する角度で傾いた斜線として顕れるようになっている。

それ故、たとえばコロナル断面像等に顕れる直線状のアーチファクトの検出かつ除去するためには、上述した傾きを考慮せずには実用的にならないという不都合が生じる。

前記特許文献１にはこのことを考慮して演算がなされることの開示はなされていないものとなっている。前記特許文献１にあっては、２次元Ｘ線検出器が回転軸に対して平行に配置され、傾いて配置されていないことを前提としているからである。

本発明の目的は、２次元Ｘ線検出器が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーティファクトを高速、かつ安定に除去（減算）することのできるコーンビームＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置は、たとえば、被検体にＸ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線源と対向し配置され前記被検体を透過したＸ線を検出して該被検体のＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器と、
被検体に対して相対的に前記Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器を回転移動させる回転手段と、
前記Ｘ線画像データに基づいて前記被検体の３次元画像情報を得る画像再構成手段と、
該３次元画像情報から断面変換画像を作成するとともに前記２次元Ｘ線検出器の傾きに応じた角度で回転させる手段と、
回転された該断面変換画像から直線状のアーチファクトを検出、減算を行うリングアーチファクト補正手段と、
該リングアーチファクト補正がされた３次元画像情報に基づいて表示を行う表示手段とを備えることを特徴とする。。

（２）本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記断面変換画像は、コロナル断面像およびサジタル断面像のうち、回転中心軸の近くを横切る少なくともいずれかの断面像であることを特徴とする。

（３）本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記断面変換画像は、回転中心軸を通る放射状の縱断面像であることを特徴とする。

なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置によれば、２次元Ｘ線検出器が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーチファクトをより高速、かつ不連続なく除去することが可能となる。

以下、本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の実施例を図面を用いて説明をする。

図１は、本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の一実施例を示すブロック図であり、いわゆる座位方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置１を示している。

このコーンビームＸ線ＣＴ装置１は、概略的には、被検体２に対してＸ線を照射し該被検体２のＸ線透過画像を撮影してＸ線画像データを得る撮影部１０と、該撮影部１０の各構成要素を制御したり前記Ｘ線画像データに基づいて被検体２の３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成したりする制御演算部２０と、前記Ｘ線画像データに基づく画像等を表示する表示装置８０とから構成されている。

以下、前記撮影部１０、制御演算部２０、撮影部制御手段１００、再構成手段２００、および幾何学パラメータ計算手段３００についてさらに詳述する。

前記撮影部１０は、被検体２が座る椅子７と、この椅子７に座った被検体２にＸ線を照射するＸ線源１１と、このＸ線源１１に対向する位置に設置され該被検体２を透過したＸ線を検出することによりＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器１２と、Ｘ線源１１および２次元Ｘ線検出器１２を機械的に連結する旋回アーム５と、この旋回アーム５を保持する支柱６と、この支柱６および前記椅子７を保持する固定架台８とから構成されている。

前記旋回アーム５は、被検体２の撮影に際して、所定の投影角度毎に回転中心軸４を中心として回転移動するようになっている。これにより、前記Ｘ線源１１および２次元Ｘ線検出器１２は、ほぼ同一の円軌道上で回転移動しながら、Ｘ線撮影を行う。この回転移動については、画像再構成演算に使用される幾何学的パラメータが存在する。

すなわち、２次元Ｘ線検出器１２は、図３に示すように、回転中心軸４に寸分の誤差もなく平行に設置されることはほとんどなく、その取付角の基準角度（０°あるいは９０°）からのずれが生じるのが通常である。なお、図３において、ｕｖ座標のｕ軸は回転軌道面（ミッドプレーン）に対応しｖ軸は回転中心軸に対応し、前記２次元Ｘ線検出器１２の横軸および縦軸はそれぞれｕ’軸およびｖ’軸に対応している。図３は、該２次元Ｘ線検出器１２がｕｖ座標に対して角度（ずれ角）＋ｂだけずれて取り付けられていることを示している。このため前記幾何学パラメータとして、旋回アーム５が回転移動することにより、Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２とが描く円軌道を含む面である回転軌道面（ミッドプレーン）３と、回転中心軸４、および検出器取付角の基準角度（０°あるいは９０°）からのずれが挙げられる。

これらの幾何学的パラメータは、原理的には、撮影部１０の設計図等から定まるものであるが、実際には撮影部１０の制作誤差や部材の変形に起因し、個々のコーンビームｘ線ＣＴ装置１に固有の値となる。

前記制御演算部２０は、撮影部１０を制御する撮影部制御手段１００と、撮影部１０が出力したＸ線画像データに基づいて収集して格納する画像収集手段１１０と、収集されたＸ線画像データに基づいて３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成する再構成手段２００と、撮影部１０の機械的制作上の誤差を数値的に表し前記再構成手段２００における３次元再構成の際に補正データとして用いる幾何学パラメータを算出する幾何学パラメータ計算手段３００と、再構成手段２００で生成した３次元的Ｘ線ＣＴ像を前記表示装置８０に表示するための画像表示手段１２０とから構成されている。

前記撮影部制御手段１００は、前記旋回アーム５の回転中心軸４の周りの回転を制御する撮影系回転制御手段１０１と、Ｘ線管１１ｔに流す管電流のＯＮ、ＯＦＦ等を制御するＸ線照射制御手段１０３と、椅子７の位置を制御して被検体の２の位置を調整するための椅子位置制御手段１０５と、２次元Ｘ線検出器１２によるＸ透過像の撮影を制御する検出系制御手段１０７とから構成されている。

前記再構成手段２００は、前処理手段２１０と、検出器取付補正手段２２０と、フィルタリング手段２３０と、逆投影手段２４０と、リングアーチファクト補正手段２５０とから構成されている。

前記前処理手段２１０は、前記画像収集手段１１０によって収集されたＸ線画像データが入力され、このＸ線画像データをＸ線吸収係数の分布像に変換するようになっている。該分布像を得るための形態は、たとえば、まず、被検体２を撮影視野内に配置しない状態で予め撮影された空気のＸ線透過像の各画素データに対して自然対数変換演算を施し、次に、被検体２を椅子７に座らせた状態で撮影したＸ線透過像の各画素データに対して自然対数変換演算を施す。そして、上記２つのＸ線透過画像の差分をとることにより、被検体２のＸ線吸収係数の分布像を得るようになっている。

前記検出器取付角補正手段２２０は、前記２次元Ｘ線検出器１２の検出器取付角の基準角度（０°あるいは９０°）からのずれを、後述する検出器取付角推定手段３３０から算出される検出器取付角２２をもとに、回転変換により補正するようになっている。なお、図３は、前記２次元Ｘ線検出器１２において、その検出器取付角の基準角度（０°あるいは９０°）からずれ角ｂを有してずれていることを示している。

前記フィルタリング手段２３０はＸ線ＣＴ画像再構成におけるフィルタリング処理を行うようになっている。

前記逆投影手段２４０は、前記フィルタリング手段２３０によるフィルタリング処理後のＸ線画像データに対し、たとえばフェルドカンプの方法（非特許文献１参照）に基づいて逆投影演算を行うことにより３次元的Ｘ線ＣＴ像を生成するようになっている。なお、この場合における逆投影演算においては、後述の回転軌道面推定手段３１０、回転中心軸推定手段３２０、および検出器取付角推定手段３３０から算出される幾何学パラメータが用いられるようになっている。

前記リングアーチファクト補正手段２５０は、前記逆投影手段２４０から出力される３次元的Ｘ線ＣＴ像からリング成分を計算し、リングアーチファクトの引き算を行うようになっている。

前記幾何学パラメータ計算手段３００は、前記再構成手段２００によって画像を再構成する際に必要となる幾何学的パラメータを算出するようになっている。

すなわち、該幾何学パラメータ計算手段３００は、回転軌道面推定手段３１０と、回転中心軸推定手段３２０と、検出器取付角推定手段３３０とから構成されている。

前記回転軌道面推定手段３１０は、いわゆる回転軌道面（ミッドプレーン）を計測するようになっており、具体的には、たとえば、小金属球を棒状の細い支持体に埋め込んだファントムのＸ線透過像が、回転の間に描く軌跡を利用する方法が用いられる（特許３５４８３０６号公報参照）。

前記回転中心軸推定手段３２０は、回転中心軸４の２次元Ｘ線検出器１２への投影２１を決定するようになっており、その計測にあっては、たとえば、細いワイヤー線を撮影し、回転投影軸投影パラメータを変化させながら逆投影演算を行い、アキシャル再構成像におけるワイヤー断面が最も鮮明となるパラメータを評価関数により求めるという方法が用いられる（特開２０００−２０１９１８号公報参照）。

前記検出器取付角推定手段３３０は、検出器取付角２２を決定するようになっている。この検出器取付角２２がゼロでない場合は、図３に示すように、体軸（回転中心軸方向）の座標により、回転中心軸の投影２１が変化してしまう。正しい検出器取付角２２で検出器取付角補正手段２２０を施した場合にのみ、すべてのアキシャル再構成断面にわたって回転中心軸の投影２１を正しく設定することができる。特開２００５−５８３０９号公報には、細いワイヤー線を撮影し、検出器取付角パラメータを変化させながら、回転軌道面（ミッドプレーン）３から離れた、１ないし数個のアキシャル断面の再構成演算を行い、ワイヤー断面が最も鮮明となるように検出器取付角２２を算出する方法が記載されている。

このように構成されるコーンビームＸ線ＣＴ装置１において、Ｘ線管１１ｔと旋回アーム５における回転中心軸４との距離は８００ｍｍ、該回転中心軸４と２次元Ｘ線検出器１２のＸ線入射面との距離は４００ｍｍ、該２次元Ｘ線検出器１２のＸ線入射面の大きさは４００ｍｍ×３００ｍｍの長方形であって、画像サイズは２０４８×１５３６、そして画素ピッチは０．２ｍｍである。

該２次元Ｘ線検出器１２にＸ線が入射すると、そのＸ線入射面でＣｓＩ等の発光体により光に変換され、該光の信号はフォトダイオードにより電荷に変換される。蓄積した電荷は一定のフレームレートごとにＴＦＴ素子によりデジタル信号に変換され読み出されるようになっている。

いわゆる回転撮影モードにあっては、毎秒３０フレーム、画像サイズ１０２４×７６８で２次元Ｘ線画像データが読み出されるようになっている。検出器取付角の基準角度(０°あるいは９０°)からのずれ角２２はたとえば０．５°で、この場合、回転中心軸の投影２１から最も離れたところのピクセル変位は４．５ピクセルとなる。

前記撮影系回転制御手段１０１は、Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２を被検体２の周りに回転させ、検出系制御手段１０７により、被検体２の３６０°Ｘ線透過データを撮影するようになっている。前記旋回アーム５の回転速度はたとえば１秒当たり３７．５°で、スキャン時間は９．６秒となっている。

また、図２は、本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の他の実施例を示すブロック図であり、いわゆるＣアーム方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置を示している。

このコーンビームＸ線ＣＴ装置は、大部分において上記座位方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置とほぼ同様の構成となっていることから、以下、異なる部分についてのみ説明する。なお、図２において、図１と同じ構成からなるものには同一の符号を付している。

撮影部１０ｃは、被検体２が横臥する寝台１７と、この寝台１７に横臥した被検体２にＸ線を照射するＸ線源１１と、このＸ線源１１に対向する位置に設置され該被検体２を透過したＸ線を検出してＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器１２と、前記Ｘ線源１１および２次元Ｘ線検出器１２を機械的に連結するＣ型アーム１３と、このＣ型アーム１３を保持するＣ型アーム保持体１と、このＣ型アーム保持体１４を天井に取り付ける天井支持対１５と、この天井支持体１５を図中前後左右の２次元方向に移動可能に支持する天井レール１６と、該被検体２に造影剤を注入するインジェクタ１８とから構成されている。

前記Ｘ線源１１は、Ｘ線を発生するＸ線管１１ｔと、このＸ線管１１ｔからのＸ線照射の方向を円錐または四角錘状に制御するコリメータ１１ｃとから構成されている。

前記２次元Ｘ線検出器１２はたとえばＴＦＴ素子を備えるフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）によって構成されている。この場合、２次元Ｘ線検出器１２としては、Ｘ線透過像を可視光像に変換するＸ線イメージインテンシファイアと該Ｘ線イメージインテンシファイアによる可視光像を撮影するテレビカメラからなるもので、その形状は円形、方形いかなる形状のものであってもよい。

また、前記２次元Ｘ線検出器１２はその検出器素子列が回転中心軸４に平行（０°）あるいは９０°の角度をなして配置されるようになっている。そして、２次元Ｘ線検出器１２がたとえば長方形形状の場合、その長辺を回転中心軸と９０°の角度をなして設置すると、胸部、腹部等、大視野の断面像の撮影に有用となり、長辺を回転中心軸と平行の角度をなして設置すると、頭頚部、四肢等の撮影に有用となる。このことから、２次元Ｘ線検出器１２は、その検出器素子列が、回転中心軸４に対し所定の基準角度だけ手動もしくは電動で回転できるようになっていてもよい。

なお、このＣアーム方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置にあっても、前記Ｃ型アーム１３は、被検体２の撮影に際して、所定の投影角度毎に回転中心軸４を中心として回転移動するようになっている。これにより、上記Ｘ線源１１および２次元Ｘ線検出器１２は、ほぼ同一の円軌道上で回転移動しながら、Ｘ線撮影を行う。この回転移動については、画像再構成演算に使用される幾何学的パラメータが存在する。

すなわち、２次元Ｘ線検出器１２は、図３に示すように、回転中心軸４に寸分の誤差もなく平行に設置されることはほとんどなく、その取付角の基準角度（０°あるいは９０°）からのずれが生じるのが通常である。このため幾何学パラメータとして、Ｃ型アーム１３が回転移動することにより、Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２とが描く円軌道を含む面である回転軌道面（ミッドプレーン）３と、回転中心軸４、および上記件手記取付角の基準角度（０°あるいは９０°）からのずれが挙げられる。

これらの幾何学的パラメータは、原理的には、撮影部１０ｃの設計図等から定まるものであるが、実際には撮影部１０ｃの制作誤差や部材の変形に起因して、個々のコーンビームＸ線ＣＴ装置１に固有の値となる。

前記撮影部制御手段１００ｃは、Ｃ型アーム１３の回転中心軸４の周りの回転を制御する撮影系回転制御手段１０１と、天井支持体１５の天井レール１６上での位置を制御してＣ型アーム１３の被検体２に対する位置を２次元的に制御する撮影系位置制御手段１０２と、Ｘ線照射制御手段１０３と、インジェクタ１８が被検体２に注入する造影剤の注入両および注入タイミングを制御するインジェクタ制御手段１０４と、寝台１７の位置を制御して被検体２の位置を調整するための寝台制御手段１０６と、検出系制御手段１０７とから構成されている。

このように構成されるコーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃにおいて、撮影系回転制御手段１０１は、２次元Ｘ線検出器１２を、被検体２の左手の方向（−１００°）から天井方向（０°）を通過し、被検体２の左手の方向（＋１００°）まで移動するようになっている。Ｘ線管１１ｔをこのように移動させることにより、２００°の投影角度にわたって被検体２の２次元Ｘ線透過画像が撮影されるようになっている。Ｃ型アーム１３の回転速度はたとえば１秒当たり４０°で、スキャン時間は５秒となっている。

このように構成される座位式コーンビームＸ線ＣＴ装置１の撮影において、まず、撮影系回転制御手段１０１は旋回アーム５の回転を開始する。旋回アーム５がその２２．５度の回転加速期間を経た後、Ｘ線照射制御手段１０３は、Ｘ線管１１ｔにＸ線を照射させ、検出系制御手段１０７は２次元Ｘ線検出器１２による撮像を開始する。Ｘ線管１１ｔから照射されたＸ線は被検体２を透過した後、２次元Ｘ線検出器１２に取り込まれる。２次元Ｘ線検出器１２の信号は、Ａ／Ｄ変換された後、デジタル信号からなる２次元のＸ線画像データとして画像収集手段１１０に記録される。２次元Ｘ線検出器ＦＰＤの標準走査モードは毎秒３０フレームである。回転角度ピッチは１．２５度で、９．６秒間に２８８枚のＸ線透過像を取得する。３６０度の回転撮影が完了すると、Ｘ線照射制御手段１０３はＸ線管１１ｔのＸ線照射を終了し、撮影系回転制御手段１０１は２２．５度の回転減速期間を経たのち回転を停止する。

また、Ｃ型アーム方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃの撮影において、まず、撮影系回転制御手段１０１はＣ型アーム１３のいわゆるプロペラ回転を開始する。Ｃ型アーム１３がその回転加速期間を経た後、Ｘ線照射制御手段１０３は、Ｘ線管１１ｔにＸ線を照射し、検出系制御手段１０７は２次元Ｘ線検出器１２による撮像を開始する。回転角度ピッチは１．３３度で５秒間に１５０枚のＸ線透過像を取得する。２００度の回転撮影が完了すると、Ｘ線照射制御手段１０３はＸ線管１１ｔのＸ線照射を終了し、撮影系回転制御手段１０１は回転減速期間を経たのち回転を停止する。再構成手段２００は、以上の撮影に並行し、あるいは撮影終了後に画像収集手段１１０から２次元のＸ線画像データを読み出し、このＸ線画像データに基づいて画像際構成演算を行い、被検体２の３次元的Ｘ線ＣＴ像の再構成演算を行う。画像表示手段１２０は、３次元的Ｘ線ＣＴ像をたとえばＣＲＴ装置や液晶ディスプレイ装置等からなる表示装置８０に表示する。なお画像表示手段１２０は、画像収集手段１１０に記録された２次元のＸ線画像データを表示するようにしてもよい。

次に、前記リングアーチファクト補正手段２５０における処理の一実施例を、図４ないし図１１を用いて説明をする。なお、このリングアーチファクト補正手段２５０における処理は、前記座位式コーンビームＸ線ＣＴ装置１およびＣ型アーム方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃのいずれにあっても適用できるものである。

まず、図４は、前記２次元Ｘ線検出器１２が図３に示したように傾いて取り付けられている場合において発生するリングアーチファクト３０を３次元的に示した模式図である。前記２次元Ｘ線検出器１２が傾いて取り付けられているため、検出器特性が変化する境界線と回転中心軸の投影２１は平行でなくなり、このため、図４に示すように、リングアーチファクト３０の径は、アキシャル再構成像(アキシャル断面像)ごとに変化してしまうこととなり、該リングアーチファクト３０は３次元的には円錐の表面形状となる。なお、図４において、符号３１、３２はそれぞれアキシャル断面像を示し、符号３３は前記リングアーチファクト３０のアキシャル断面像３１における断面を、符号３４は前記リングアーチファクト３０のアキシャル断面像３２における断面を示している。

ちなみに、図１７は前記２次元X線検出器１２が回転中心軸の投影２１に平行に取り付けられている場合（すなわち傾いていない場合）におけるリングアーチファクト３０を３次元的に示した模式図である。この場合は、リングアーチファクト３０の３次元形状は円柱表面となり、円錐表面となることはない。

また、図４に示したリングアーチファクト３０を含むコロナル断面像４０を図５に示す。図５に示すように、表面が円錐となる該リングアーチファクト３０の断面は双曲線となっていることが判る。そして、検出器取付角の基準角（０°あるいは９０°）からのずれ角ｂはたとえば０．５°であり、前記双曲線は、図５中グレーで示した再構成中心付近の領域５２を除けば、±ｂ°の漸近線で充分に近似することができる。

このことから、前記リングアーチファクト補正手段２５０における処理は、前記ずれ角ｂに基づいて行われる。ここで、該ずれ角ｂは外部回転パラメータであり、機械系の経時的な変化によって検出器取付角が変化したとしても、該ずれ角ｂに対応するパラメータを書き換えることで対応できるようになる。そして、このずれ角ｂはたとえばいわゆるジオメトリ調整で求められる。

そして、図６は前記リングアーチファクト３０の断面を含むアキシャル断面像３２を示しており、図中符号５１、５２によって、それぞれ異なるリングアーチファクト補正処理を行う場合の分割領域を示している。すなわち、符号５１で示す領域はコロナル断面像を用いてリングアーチファクト補正を施す領域（コロナル処理領域）となり、符号５２で示す領域はサジタル断面像を用いてリングアーチファクト補正を施す領域（サジタル処理領域）となっている。たとえば、図中符号４０に示す面における断面像はコロナル断面像で、図５に示した断面像に相当している。このように、コロナル断面像とサジタル断面像のうち、回転中心軸の近くを横切るいずれか一方の縦断面像を用いることによって、たとえば図５で示すように漸近線で近似できないグレー領域５２の処理を回避することが可能になる。

図７ないし９は、前記リングアーチファクト補正手段２５０によって上述したリングアーチファクト３０を除去する手順を示すフローチャートである。まず、図７のステップＳ２４９に示すように、リングアーチファクト補正を施す領域を設定する。この場合におけるリングアーチファクト補正領域の設定は、たとえば３次元的Ｘ線ＣＴ像を表示装置８０に表示し該表示装置８０に表示された像上で該領域を情報入力装置９０を介して設定してもよい。また、再構成中心からの円柱半径をパラメータとして設定するようにしてもよい。さらに、３次元的Ｘ線ＣＴ像を生成する全領域をリングアーチファクト補正領域としてもよい。

次に、図７のステップＳ２５１に示すように、前記逆投影手段２４０から出力されるアキシャル断面像に基づいてコロナル断面像を作成する。

次に、図７のステップＳ２６０に示すように、前記コロナル断面像からリングアーチファクトを補正する。この場合、前記コロナル画像に対しそのスライス位置に応じて図６に示したコロナル処理領域（図中白で示される領域）５１内のリングアーチファクトを補正するようになっている。

このステップＳ２６０における処理は、さらに詳述すると、図８に示すフローチャートのステップＳ２６１ないしステップＳ２６９までの手順に基づいてなされるようになっている。以下、図８のフローチャートに基づいて、コロナル断面像４０からリングアーチファクトを補正する手順の詳細を説明する。

まず、図８のステップＳ２６１に示すように、サジタル処理領域を削除する。すなわち、図６に示したサジタル処理領域（図中グレーで示される領域）５２をコロナル断面図４０から削除する。ここで削除とは、たとえば、以下に説明する２次微分を無効化するように画素を実際に一定値に置き換える処理をいい、あるいは、画素値は置き換えずに計算機プログラムの中で処理領域から外す処理をいう。

次に、図８のステップＳ２６２に示すように、サジタル処理領域を削除したコロナル断面像４０を検出器取付角＋ｂだけ回転する。図１０は、前記コロナル断面像４０を角度＋ｂだけ回転させて得られる像４１である。

次に、図８のステップＳ２６３に示すように、＋ｂ°回転したコロナル断面像４１ｐ_＋ｂ（ｉ，ｊ）から、下記の式１、式２に従って、＋ｂ°の直線リング成分ｓ_＋ｂ（ｉ，ｊ）を計算する。

ここで、座標ｉは＋ｂ°回転した画像４１の回転軌道面方向、ｊは回転中心軸方向を指し、ｊ方向に平行な直線を抽出する。式１により、コロナル処理領域５１内の各ｉ，ｊで、ｉ方向の２次微分λ_＋ｂ（ｉ，ｊ）を計算する。

式２は、λ_＋ｂ（ｉ，ｊ）のｊ方向に２ｎ＋１列（ｎ＝３~５程度）の移動平均をとる処理であり、閾値Ｕ_ｔｈを超える点を除く。これは、本物の信号が除かれてしまうことを回避するための処置である。Ｕ_ｔｈとしてはたとえば水のＸ線吸収係数の１００分の１程度の値を設定する。ｊ方向に平行でない反対角度の直線はｉ方向に平均化されるため影響を受けず、以下のステップＳ２６５〜Ｓ２６７で処理される。

次に、図８のステップＳ２６４に示すように、前記ステップで算出された＋ｂ°の直線リング成分を、コロナル断面像４１から引き算する。なお、この場合の引き算において、たとえば１以外の補正係数Ｇを乗じ処理を抑制するようにしてもよい。

次に、図８のステップＳ２６５に示すように、サジタル処理領域を削除したコロナル断面像４０を−ｂ°の回転を施し、反対角度の直線を抽出する。図１１は、前記コロナル断面像４０を角度−ｂだけ回転させて得られる像４２である。

次に、図８のステップＳ２６６に示すように、−ｂ°回転したコロナル断面像４２Ｐ_−ｂ（ｉ，ｊ）から、−ｂ°の直線リング成分Ｓ_−ｂ（ｉ，ｊ）を計算する。この場合の計算は、前記式１、および式２を用いて同様に行う。

次に、図８のステップＳ２６７に示すように、前ステップで計算した−ｂ°の直線リング成分に補正係数Ｇを乗じ、コロナル断面像から引き算する。

次に、図８のステップＳ２６８に示すように、コロナル断面像の回転を戻す。

そして、図８のステップＳ２６９に示すように、図７のステップＳ２４９で設定したリングアーチファクト補正領域かつコロナル処理領域をすべて処理したかをチェックする。全てのコロナル断面像の処理が完了するまで、ステップＳ２６１からステップＳ２６８までの処理を繰り返す。

このようにしてコロナル断面像からリングアーチファクトを補正する処理が終了した場合、図７のステップＳ２７１に示すように、前記逆投影手段２４０から出力されるアキシャル断面像に基づいてサジタル断面像を作成する。

そして、図７のステップＳ２８０に示すように、前記サジタル断面像からリングアーチファクトを補正する。この場合、前記サジタル画像に対しそのスライス位置に応じて図６に示したサジタル処理領域（図中グレーで示される領域）５２内のリングアーチファクトを補正するようになっている。

このステップＳ２８０における処理は、さらに詳述すると、図９に示すフローチャートのステップＳ２８１ないしステップＳ２８９までの手順に基づいてなされるようになっている。以下、図９のフローチャートに基づいて、サジタル断面像からリングアーチファクトを補正する手順の詳細を説明する。

まず、図９のステップＳ２８１に示すように、コロナル処理領域を削除する。

次に、図９のステップＳ２８２に示すように、コロナル処理領域を削除したサジタル断面像を検出器取付角ｂだけ回転する。

次に、図９のステップＳ２８３に示すように、＋ｂ°回転したサジタル断面像ｐ_＋ｂ（ｉ，ｊ）から、前記式１、式２に従って、＋ｂ°の直線リング成分ｓ_＋ｂ（ｉ，ｊ）を計算する。

ここで、座標ｉは＋ｂ°回転した画像４１の回転軌道面方向、ｊは回転中心軸方向を指し、ｊ方向に平行な直線を抽出する。式１により、をとり、コロナル処理領域５１内の各ｉ，ｊで、ｉ方向の２次微分λ_＋ｂ（ｉ，ｊ）を計算する。

式２は、λ_＋ｂ（ｉ，ｊ）のｊ方向に２ｎ＋１列（ｎ＝３~５程度）の移動平均をとる処理であるが、閾値Ｕ_ｔｈを超える点を除く。これは、本物の信号が除かれてしまうことを避けるための処置である。Ｕ_ｔｈの代表値としては水のＸ線吸収係数の１００分の１程度の値を設定する。ｊ方向に平行でない反対角度の直線はｉ方向に平均化されるため影響を受けず、以下のステップＳ２８５〜Ｓ２８７で処理される。

次に、図９のステップＳ２８４に示すように、前記ステップで算出された＋ｂ°の直線リング成分を、サジタル断面像から引き算する。なお、この場合の引き算において、たとえば１以外の補正係数Ｇを乗じ処理を抑制するようにしてもよい。

次に、図９のステップＳ２８５に示すように、コロナル処理領域を削除したサジタル断面像を−ｂ°の回転を施し、反対角度の直線を抽出する。

次に、図９のステップＳ２８６に示すように、−ｂ°回転したサジタル断面像Ｐ_−ｂ（ｉ，ｊ）から、−ｂ°の直線リング成分Ｓ_−ｂ（ｉ，ｊ）を計算する。この場合の計算は、前記式１、および式２を用いて同様に行う。

次に、図９のステップＳ２８７に示すように、前ステップで計算した−ｂ°の直線リング成分に補正係数Ｇを乗じ、サジタル断面像から引き算する。

次に、図９のステップＳ２６８に示すように、サジタル断面像の回転を戻す。

そして、図９のステップＳ２８９に示すように、図７のステップＳ２４９で設定したリングアーチファクト補正領域かつサジタル処理領域をすべて処理したかをチェックする。全てのサジタル断面像の処理が完了するまで、ステップＳ２８１からステップＳ２８８までの処理を繰り返す。

図７のステップＳ２９０に示すように、前記ステップＳ２６０によってリングアーチファクトが補正されたコロナル断面像と、前記ステップＳ２８０によってリングアーチファクトが補正されたサジタル断面像をつなぎ合わせることにより、アキシャル断面像を作成する。

これにより、リングアーチファクトが補正されたアキシャル断面像を得ることができ、リングアーチファクト補正を終了する。

このように構成されたコーンビームＸ線ＣＴ装置によれば、２次元Ｘ線検出器１２が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーチファクトを高速、かつ不連続なく除去することができるようになる。

上述した実施例は、３次元的に円錐形状となるリングアーチファクトの補正を、コロナル断面像およびサジタル断面像を用いて行ったものである。すなわち、円錐形状の断面は双曲線となるため、その漸近線の抽出でリング補正を行えるように、図６に示したようにコロナル処理領域５１とサジタル処理領域５２とに分けて処理する必要があるからである。

しかし、次に示す実施例は、いわゆるオブリーク断面像と称され、回転中心軸を通る放射状の縱断面像を用いてリングアーチファクトの補正を行うものである。

すなわち、図１２は３次元的に示すリングアーチファクト３０との関係で示されるオブリーク断面像６０を示すもので、図１３に示すように、該オブリーク断面像６０における該リングアーチファクト３０は傾き±ｂ°の直線６３として表せることになる。

図１４は、このようなオブリーク断面像６０を用いてリングアーチファクトの補正処理を行う手順を示したフローチャートである。

まず、図１４のステップＳ３５１に示すように、前記逆投影手段２４０から出力されるアキシャル断面像に基づいて回転中心軸を通る放射状の縱断面像（オブリーク断面像６０）を作成する。この場合、該オブリーク断面像６０は、等角度間隔とし、再構成画像サイズに対して２倍程度の枚数のオブリーク断面像を作成するように作成するとよい。たとえば５１２×５１２のアキシャル再構成画像の場合には１０２４方向のオブリーク断面像を作成する。

次に、図１４のステップＳ３５２に示すように、前記オブリーク断面像６０を検出器取付角ｂだけ回転する。図１５は該オブリーク断面像６０を角度＋ｂだけ回転させた場合を示した図である。

次に、図１４のステップＳ３５３に示すように、＋ｂ度回転した前記オブリーク断面像６１Ｐ_＋ｂ（ｉ，ｊ）から、＋ｂ度の直線リング成分Ｓ_＋ｂ（ｉ，ｊ）を算出する。この場合の算出は、前記式１、式２に従って行う。

次に、図１４のステップＳ３５４に示すように、＋ｂ度の直線リング成分Ｓ_＋ｂ（ｉ，ｊ）をコロナル断面像４１から引算する。この引算の際には、１以外の補正係数Ｇを乗じ処理を抑制してもよい。

次に、図１４のステップＳ３５５に示すように、前記オブリーク断面像６０を−ｂ度の回転を施し、反対角度の直線を抽出する。図１６は該オブリーク断面像６０を角度-ｂだけ回転させた場合を示した図である。

次に、図１４のステップＳ３５６に示すように、−ｂ度回転したオブリーク断面像６１Ｐ_−ｂ（ｉ，ｊ）から、−ｂ度の直線リング成分Ｓ_−ｂ（ｉ，ｊ）を算出する。この場合の算出は、前記式１、２に従って行う。

次に、図１４のステップＳ３５７に示すように、−ｂ度の直線リング成分Ｓ_−ｂ（ｉ，ｊ）に補正係数Ｇを乗じ、オブリーク断層像６２から引算する。

次に、図１４のステップＳ３５８に示すように、オブリーク断面像の回転を戻す。

そして、図１４のステップＳ３５９に示すように、すべてのオブリーク断面像について直線リング成分の計算を行ったかをチェックする。オブリーク断面像の処理が完了するまで、前記ステップＳ３５１からステップＳ３５９までの処理を繰り返す。

これにより、リングアーチファクト補正後のオブリーク断面像をアキシャル断面像に変換して、リングアーチファクト補正手段２５０を完了する。

図１８は、本発明が適用されるコーンビームＸ線ＣＴ装置の他の実施例を示す構成図である。

図１８において、Ｘ線源１１および２次元Ｘ線検出器１２は床に対して固定され、該Ｘ線源１１および２次元Ｘ線検出器１２の間に配置される被検体２は、回転台１９に載せられ、該回転台１９によって自転できるようになっている。このような構成からなるコーンビームＸ線ＣＴ装置は被検体回転型と称されている。

そして、Ｘ線源１１、２次元Ｘ線検出器１２、および回転台１９は、撮影部制御手段１００によって制御されるとともに、再構成手段２００は前記２次元Ｘ線検出器１２から得られる画像データによって画像を再構成するようになっていることは上述した実施例と同様である。

このような構成からなるコーンビームＸ線ＣＴ装置においても、前記２次元Ｘ線検出器１２が図３に示したと同様にずれて取り付けられている場合に、それによって発生するリングアーチファクトの補正を上述したと同様の構成によって行うことができる。

図１９は、本発明が適用されるコーンビームＸ線ＣＴ装置の他の実施例を示す構成図で、いわゆるマルチスライスＣＴ装置と称されている。

図１９において、寝台１７上に横臥された被検体２の周りにＸ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２ｍとが対向された状態で回転移動できるようになっている。

ここで、前記Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２ｍは図示しないガントリ内に配置され、該２次元Ｘ線検出器１２は、その検出器チャネルが、Ｘ線源１１から等距離となるように円柱の表面に沿って配置された構成と
そして、Ｘ線源１１、２次元Ｘ線検出器１２は、撮影部制御手段１００によって制御されるとともに、再構成手段２００は前記２次元Ｘ線検出器１２から得られる画像データによって画像を再構成するようになっていることは上述した実施例と同様である。

このような構成からなるコーンビームＸ線ＣＴ装置においても、前記２次元Ｘ線検出器１２ｍが図３に示したと同様にずれて取り付けられている場合に、それによって発生するリングアーチファクトの補正を上述したと同様の構成によって行うことができる。

上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。

本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の一実施例を示す概略構成図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の他の実施例を示す概略構成図である。 ２次元Ｘ線検出器がコーンビームＸ線ＣＴ装置に対し回転中心軸の投影から角度ｂだけ傾いて取り付けられていることを示す説明図である。 ２次元Ｘ線検出器が傾いて取り付けられている場合において発生するリングアーチファクトの３次元的模式図である。 リングアーチファクトを含むコロナル断面像を示す模式図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正にあって、その処理の分割領域を示す説明図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正の手順の一実施例を示すフローチャートである。 図７においてコロナル断面像を用いてリングアーチファクト補正を行う一実施例の詳細を示すフローチャートである。 図７においてサジタル断面像を用いてリングアーチファクト補正を行う一実施例の詳細を示すフローチャートである。 リングアーチファクトを含むコロナル断面像を角度＋ｂだけ回転させた状態を示す図である。 リングアーチファクトを含むコロナル断面像を角度−ｂだけ回転させた状態を示す図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正の他の実施例で用いられるオブリーク断面像を説明するための図である。 前記オブリーク断面像におけるリングアーチファクトを示す図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正の手順の他の実施例を示すフローチャートである。 前記オブリーク断面像を角度＋ｂだけ回転させた図である。 前記オブリーク断面像を角度−ｂだけ回転させた図である。 ２次元Ｘ線検出器が回転中心軸の投影に平行に取り付けられている場合のリングアーチファクトの３次元的模式図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の他の実施例を示す構成図である。 本発明によるコーンビームＸ線ＣＴ装置の他の実施例を示す構成図である。

符号の説明

１……座位方式コーンビームＸ線ＣＴ装置、１ｃ……Ｃアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置、２……被検体、３……回転軌道面（ミッドプレーン）、４……回転中心軸、５……旋回アーム、６……支柱、７……椅子、８……固定架台、１０……撮影部、１０ｃ……Ｃアーム方式のコーンビームＸ線ＣＴの撮影部、１１……Ｘ線源、１１ｔ……Ｘ線管、１１ｃ……コリメータ、１２、１２ｍ……２次元Ｘ線検出器、１３……Ｃ型アーム、１４……Ｃ型アーム保持体、１５……天井指示体、１６……天井レール、１７……寝台、１８……インジェクタ、１９……回転台、２０、２０ｃ……制御演算部、２１……回転中心軸の２次元Ｘ線検出器への投影、２２……検出器取付角、３１、３２……アキシャル断面像、３３、３４……リングアーチファクトのアキシャル断面像による断面、４０……コロナル断面像、４１……コロナル断面像を角度＋ｂだけ回転した画像、４２……コロナル断面像を角度−ｂだけ回転した画像、４３、４４、４５……リングアーチファクトのコロナル断面像による断面、５１……コロナル処理領域、５２……サジタル処理領域、６０……オブリーク断面像、６１……オブリーク断面像を角度＋ｂだけ回転した画像、６２……オブリーク断面像を角度−ｂだけ回転した画像、６３、６４、６５……リングアーチファクトのオブリーク断面像、８０……表示装置、９０……情報入力装置、１００、１００ｃ……撮影部制御手段、１０１……撮影系回転制御手段、１０２……撮影系位置制御手段、１０３……Ｘ線照射制御手段、１０４……インジェクタ制御手段、１０５……椅子位置制御手段、１０６……寝台制御手段、１０７……検出系制御手段、１１０……画像収集手段、１２０……画像表示手段、２００……再構成手段、２１０……前処理手段、２２０……検出器取付角補正手段、２３０……フィルタリング手段、２４０……逆投影手段、２５０……リングアーチファクト補正手段、３００……幾何学的パラメータ計算手段、３１０……回転軌道面推定手段、３２０……回転中心軸推定手段、３３０……検出器取付角推定手段。

Claims (3)

1. 被検体にＸ線を照射するＸ線源と、
   前記Ｘ線源と対向し配置され前記被検体を透過したＸ線を検出して該被検体のＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器と、
   被検体に対して相対的に前記Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器を回転移動させる回転手段と、
   前記Ｘ線画像データに基づいて前記被検体の３次元画像情報を得る画像再構成手段と、
   該３次元画像情報から断面変換画像を作成するとともに前記２次元Ｘ線検出器の傾きに応じた角度で回転させる手段と、
   回転された該断面変換画像から直線状のアーチファクトを検出、減算を行うリングアーチファクト補正手段と、
   該リングアーチファクト補正がされた３次元画像情報に基づいて表示を行う表示手段とを備えることを特徴とするコーンビームＸ線ＣＴ装置。
2. 前記断面変換画像は、コロナル断面像およびサジタル断面像のうち、回転中心軸の近くを横切る少なくともいずれかの断面像であることを特徴とする請求項１に記載のコーンビームＸ線ＣＴ装置。
3. 前記断面変換画像は、回転中心軸を通る放射状の縱断面像であることを特徴とする請求項１に記載のコーンビームＸ線ＣＴ装置。
   

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