JP2009034478A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、再構成処理装置及び画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】近似的にコーンビームアーチファクトを低減することを可能とするＸ線コンピュータ断層撮影装置、再構成処理装置、及び画像処理装置の提供。
【解決手段】コーンビームＸ線でスキャンすることにより収集された投影データに基づいて基準ボリュームデータを発生し、基準ボリュームデータに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出し、基準ボリュームデータとコーンビームアーチファクトの成分とを差分してコーンビームアーチファクトが低減された結果ボリュームデータを発生する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、コーンビーム再構成が可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置、再構成処理装置、及び画像処理装置に関する。

コーンビームＸ線で被検体をスキャンすることによって収集された投影データを再構成処理してボリュームデータを発生するＸ線コンピュータ断層撮影装置（コーンビームＣＴ装置）がある。コーンビームＣＴにおいては、ＦＤＫ再構成（フェルドカンプ再構成、Feldkamp再構成）等のコーンビーム再構成が有用である。

近年、Ｘ線検出器の多列化が進み、それに伴いコーン角が増大している。コーン角の影響により、コーンビーム再構成に基づいて発生されたボリュームデータには、コーンビームアーチファクトが顕著に現れる。

ところで、ＣＴスキャンには、円軌道スキャンとヘリカルスキャンとがある。それぞれのスキャンについて以下の問題がある。

（円軌道スキャン）
円軌道スキャンは、完全解を得るのに必要十分な投影データを収集することができない。円軌道スキャンの応用として、ライン＋サークル（Line+Circle）スキャンがある。ライン＋サークルスキャンは、完全解を得るのに必要十分な投影データを収集することができる。しかし、ライン＋サークルスキャンは、追加スキャンを必要とする。この追加スキャンに問題がある。すなわち、再構成原理が成立するためには、追加スキャン及び追加スキャンの前に行なわれる本スキャンにおける被検体の状態は、一致していなければならない。具体的には、本スキャン及び追加スキャン中、造影剤濃度の変化や被検体の体動などが発生してはならない。この要請を満たすことは、現実的に非常に難しい。また、追加スキャンによりワークフローが複雑化する。それに加え、追加スキャンにより被検体への被曝量が増加してしまう。

（ヘリカルスキャン）
ヘリカルスキャンは、完全解を得るのに必要十分な投影データを収集することができる。しかし、収集された投影データをそのままコーンビーム再構成することにより発生されたボリュームデータには、コーン角の影響により、コーンビームアーチファクトが顕著に発生されてしまう。一方、２００３年にアレクサンダー カッツェビッチ（Alexander Katsevich）によって提案された再構成法を用いると、ヘリカルスキャンによって収集された投影データに基づいて完全解を得ることができる。しかし、カッツェビッチによる再構成法では、ヘリカルピッチが制約されてしまう。

本発明の目的は、近似的にコーンビームアーチファクトを低減することを可能とするＸ線コンピュータ断層撮影装置、再構成処理装置、及び画像処理装置を提供することにある。

本発明の第１の局面に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、コーンビームＸ線で被検体をスキャンするためにＸ線管とＸ線検出器とを有するスキャン部と、前記スキャン部からの出力データに基づいて第１画像データを発生する再構成部と、前記第１画像データに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、前記コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出する抽出部と、前記第１画像データと前記コーンビームアーチファクトの成分とを差分して前記コーンビームアーチファクトが低減された第２画像データを発生する差分部と、を具備する。

本発明の第２の局面に係る再構成処理装置は、コーンビームＸ線で被検体をスキャンすることにより収集された投影データを記憶する記憶部と、前記投影データに基づいて第１画像データを発生する再構成部と、前記発生された第１画像データに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、前記コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出する抽出部と、前記第１画像データと前記抽出されたコーンビームアーチファクトの成分とを差分することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分が低減された第２画像データを発生する差分部と、を具備する。

本発明の第３の局面に係る画像処理装置は、コーンビームＸ線で被検体をスキャンすることにより収集された投影データに基づいて発生された第１画像データを記憶する記憶部と、前記第１画像データに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、前記コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出する抽出部と、前記第１画像データと前記抽出されたコーンビームアーチファクトの成分とを差分することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分が低減された第２画像データを発生する差分部と、を具備する。

本発明によれば、近似的にコーンビームアーチファクトを低減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピュータ断層撮影装置）、再構成処理装置、及び画像処理装置を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成を示す図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、ガントリ１０とコンピュータ装置２０とから構成される。ガントリ１０は、円環又は円板状の回転フレーム１１を回転可能に支持する。回転フレーム１１は、スキャンを行うために、被検体Ｐを挟んで対向するようにＸ線管１３とＸ線検出器１４とを有する。回転フレーム１１は、一定の角速度で連続回転する。ここで、被検体Ｐの体軸をＺ軸に規定し、鉛直な軸をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に直交する軸をＸ軸に規定する。なお、被検体Ｐは、体軸（Ｚ軸）が天板１２の長軸に略一致するように撮影領域内に載置されるとする。

Ｘ線管１３は、高電圧発生装置１５からの高電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けてコーンビームＸ線を発生する。コーンビームＸ線は、大きなコーン角を有するＸ線ビームであり、一般的には四角錐形状を有している。図２に示すように、Ｘ線管１３のＸ線焦点Ｆから発生されたコーンビームＸ線は、Ｘ線検出器１４によって検出される。Ｘ線検出器１４は、チャンネル方向と列方向との両方向に関して稠密に分布される複数のＸ線検出素子１４ａを有する。換言すれば、Ｘ線検出器１４は、列方向（Ｚ軸）に沿って配列される複数のＸ線検出素子列１４Ｒを有する。各素子列１４Ｒは、チャンネル方向に沿って複数のＸ線検出素子１４ａが配列されてなる。Ｘ線検出器１４の列数（Ｘ線検出素子列１４Ｒの数）は、例えば、６４以上であるとする。コーンビームＸ線のチャンネル方向の広がり角はファン角γ、列方向の広がり角はコーン角αと呼ばれている。

コンピュータ装置２０は、再構成処理装置３０と、画像を表示する画像表示装置２２と、ユーザからの各種指示をコンピュータ装置２０に入力する入力装置２３とから構成される。再構成処理装置３０は、制御部３１を中枢として、データ収集部（ＤＡＳ）３２、前処理部３３、再構成処理部３４、フィルタ処理部３５、差分処理部３６、閾値処理部３７及び記憶部３８を有する。

データ収集部３２は、Ｘ線検出器１４の各チャンネルから出力される透過Ｘ線の強度に応じた信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、生データと呼ばれている。前処理部３３は、データ収集部３２から出力される生データを前処理し、投影データに変換する。

再構成処理部３４は、投影データに対し、コーン角を考慮して逆投影処理を行なうコーンビーム再構成を行ない、画像データを発生する。画像データとしては、マルチスライス画像データでも、ボリュームデータでもよい。しかし、以下の説明を具体的に行なうため、本実施形態における画像データは、ボリュームデータであるとする。コーンビーム再構成は、被検体Ｐの体軸方向（Ｚ軸方向）におけるＸ線パスのコーン角を考慮して再構成を行なうものである。上記のように、Ｘ線検出器１４の列数は６４以上であり、コーン角が大きくなる。そのため、発生されるボリュームデータには、大きなコーン角に起因するコーンビームアーチファクトが発生する。コーンビームアーチファクトの詳細については後述する。

フィルタ処理部３５は、投影データやボリュームデータに対して、高周波成分を除去するローパスフィルタ処理や低周波成分を除去するハイパスフィルタ処理等のフィルタ処理を行なう。フィルタ処理は、実空間上での処理でも、周波数空間上での処理でもどちらでもよい。フィルタ処理部３２は、各種データに対して、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸又はそれらの軸によって規定される平面に対してフィルタ処理を行なう。実空間上でのフィルタ処理の具体例として、フィルタ処理部３２は、投影データに対して移動平均処理、つまりＺ方向にローパスフィルタ処理を行なう。また、フィルタ処理部３２は、ＸＹ平面にガウスフィルタ処理、つまりＸＹ平面にローパスフィルタ処理を行なう。

差分処理部３６は、ボリュームデータ間で差分処理を行なう。閾値処理部３７は、ボリュームデータに閾値処理を行なう。記憶部３８は、投影データやボリュームデータを記憶する。

制御部３１は、Ｘ線ＣＴ装置１の各構成要素を制御することにより、コーンビームＸ線によるスキャンを行なう。また、制御部３１は、再構成処理装置３０の各構成要素を制御することにより、ボリュームデータに含まれるコーンビームアーチファクト成分を低減するコーンビームアーチファクト低減処理を行なう。なお本実施形態は、スキャン軌道の種類に限定されない。すなわち、スキャン中に天板１２を移動させない円軌道スキャン、スキャン中に制御部３１の制御のもとに天板１２を等速で移動させる等速ヘリカルスキャン並びに天板１２の速度を変化させる可変速ヘリカルスキャンでも本実施形態は適用可能である。

以下、コーンビームアーチファクト低減処理を説明するが、まずコーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きについて説明する。

コーンビームアーチファクトは、具体的には、被検体の背骨（脊柱）が描出されたサジタル断面画像にて顕著に現れる。背骨は、体軸（Ｚ軸）に沿って脊椎と椎間板とが交互に配列されてなる。脊椎は、椎弓と椎体とからなる。椎弓は、半環形状を有する。椎体は、円板形状を有し、体軸に関して狭い厚みを有する。椎体は、サジタル断面に関して言えば、線形状を有する。また椎体とその周辺部との間では、急峻なＣＴ値勾配がある。そのため、椎体からコーンビームアーチファクトが発生する。

図３は、椎体ＣＲの両端から伸びるコーンビームアーチファクトＣＡが描出されたサジタル断面画像を示す図である。図３に示すようにコーンビームアーチファクトＣＡは、Ｚ方向に幅が狭く、ＸＹ方向に広がりを持つアーチファクトである。換言すれば、コーンビームアーチファクトＣＡはＺ方向に急峻なＣＴ値勾配を有し、ＸＹ方向に緩やかなＣＴ値勾配を有している。すなわち、コーンビームアーチファクトＣＡ成分を含む投影データ及びボリュームデータは、Ｚ方向に関して高周波成分を有する。

なお、コーンビームアーチファクトは、背骨の椎体からのみ発生されるわけではなく、肺の線状部位（例えば、脈管構造）のエッジ成分においても顕著に発生される。つまり本実施形態は、コーンビームアーチファクト成分を含む投影データやボリュームデータであれば適用可能であり、撮影部位は限定されない。

次に、制御部３１によって行なわれ、上記のような形状及び向きの特徴を有するコーンビームアーチファクトの成分を低減させるコーンビームアーチファクト低減処理の動作を説明する。本実施形態に係るコーンビームアーチファクト低減処理は大きく２種類ある。一つ目のコーンビームアーチファクト低減処理Ａは、コーンビームＸ線により収集された投影データとボリュームデータとに対して処理を行なう方法である。二つ目のコーンビームアーチファクト低減処理Ｂは、投影データに対して処理を行なわず、ボリュームデータに対してのみ処理を行なう方法である。

まずは、一つ目のコーンビームアーチファクト低減処理Ａの動作について図４を参照しながら説明する。まず制御部３１の制御のもと、大きなコーン角を有するコーンビームＸ線でスキャンが行なわれ投影データが収集される。投影データは、一旦、記憶部３８に記憶される。投影データが収集され、ユーザにより入力装置２３を介して、又は自動的に処理Ａの開始要求を受けると、制御部３１は、処理Ａを開始する。

処理Ａが開始されると、制御部３１は、再構成処理部３４に投影データを送り第１の再構成処理を行なわせる。第１の再構成処理において再構成処理部３４は、コーンビーム再構成によりボリュームデータ（以下、基準ボリュームデータと呼ぶ）を発生する（ステップＳＡ１）。具体的には、コーンビーム再構成として、ＦＤＫ再構成が用いられる。基準ボリュームデータには、被検体Ｐの生体成分に加えコーンビームアーチファクト成分が含まれている。

また、ステップＳＡ１とは別に制御部３１は、フィルタ処理部３５に第１のローパスフィルタ処理を行なわせる。第１のローパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、投影データに対してＺ方向（列方向、体軸方向）に関するローパスフィルタ処理（典型的には、移動平均処理）を行い、投影データからＺ方向に関する高周波成分を除去する（ステップＳＡ２）。具体的には、まず、フィルタ処理部３５は、Ｚ軸に沿う投影パス上にある投影データを抽出する。そして、抽出された投影データに対して、フィルタ処理部３５は、Ｚ方向に関するローパスフィルタ処理を行なう。

第１のローパスフィルタ処理後、制御部３１は、再構成処理部３４に第２の再構成処理を行なわせる。第２の再構成処理において再構成処理部３４は、Ｚ方向に関するローパスフィルタ処理された投影データにコーンビーム再構成処理し、ボリュームデータ（以下、第１の中間ボリュームデータと呼ぶ）を発生する（ステップＳＡ３）。中間ボリュームデータは、コーンビームアーチファクト成分及び生体成分のＺ方向に関するＣＴ値勾配が抑制された（ぼかされた）ボリュームデータである。中間ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

基準ボリュームデータと第１の中間ボリュームデータとが発生されると制御部３１は、差分処理部３６に第１の差分処理を行なわせる。第１の差分処理において差分処理部３６は、基準ボリュームデータと第１の中間ボリュームデータとを差分処理し、差分ボリュームデータを発生する（ステップＳＡ４）。差分ボリュームデータは、Ｚ方向に関するエッジ成分（急峻なＣＴ値勾配を有する成分）からなる。Ｚ方向にエッジ成分は、具体的には、Ｚ方向に関するコーンビームアーチファクトのエッジ成分や生体組織間のエッジ成分、あるいはノイズなどである。尚、差分処理にあたり、基準ボリュームデータと第１の中間ボリュームデータに対して重み係数を乗じて差分の程度を調整できるようにしても良い。差分ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

第１の差分処理後、制御部３１は、閾値処理部３７に閾値処理を行なわせる。閾値処理において閾値処理部３７は、差分ボリュームデータに対して、コーンビームアーチファクト成分が有するＣＴ値を閾値とした閾値処理をする（ステップＳＡ５）。閾値処理により、差分ボリュームデータには、コーンビームアーチファクトのＣＴ値を有する成分が残される。

具体的には、まず、閾値処理部３７は、コーンビームアーチファクトが有するＣＴ値の範囲（例えば、コーンビームアーチファクト成分の最大ＣＴ値と最小ＣＴ値との間）を設定する。大抵の生体成分のＣＴ値は、設定されたＣＴ値範囲外にある。そして閾値処理部３７は、設定されたＣＴ値範囲から外れるＣＴ値をゼロ値に置き換える。閾値処理後の差分ボリュームデータは、Ｚ方向に急峻なＣＴ値勾配を有し、且つコーンビームアーチファクト成分のＣＴ値を有する成分を含む。換言すれば、差分ボリュームデータは、コーンビームアーチファクト成分のＣＴ値を有する、Ｚ方向に関するエッジ成分を有する。なお、ＣＴ値範囲は、閾値処理の前に予め設定されていてもよい。

閾値処理後、制御部３１は、フィルタ処理部３５に第２のローパスフィルタ処理を行なわせる。第２のローパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、閾値処理後の差分ボリュームレンダリングに対し、ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理（具体的には、２次元のガウシアンフィルタ処理）を行なう（ステップＳＡ６）。ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理された差分ボリュームデータを、偽像成分ボリュームデータと呼ぶことにする。ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理により、差分ボリュームデータに含まれる、ＸＹ平面に関する急峻なＣＴ値勾配を有する成分が抑制される（ぼかされる）。コーンビームアーチファクト成分は、ＸＹ平面に関して広がりがある。そのため、コーンビームアーチファクト成分にＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理を行なっても、ＸＹ平面に関するコーンビームアーチファクト及び生体成分のエッジ成分のＣＴ値勾配が抑制されるだけである。従って、ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理後においても、コーンビームアーチファクト成分の大部分は、抑制されずに残る。つまり偽像成分ボリュームデータは、生体成分が抑制されることによりコーンビームアーチファクト成分が抽出されたボリュームデータである。偽像成分ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

第２のローパスフィルタ処理後、制御部３１は、差分処理部３６に第２の差分処理を行なわせる。第２の差分処理において差分処理部３６は、基準ボリュームデータと偽像成分ボリュームデータとを差分し、ボリュームデータ（以下、第１の結果ボリュームデータと呼ぶ）を発生する（ステップＳＡ７）。上述のように、基準ボリュームデータは、コーンビームアーチファクト成分と生体成分とを含む。また、偽像成分ボリュームデータは、生体成分を含まず、コーンビームアーチファクト成分を含む。従って第１の結果ボリュームデータは、コーンビームアーチファクト成分が低減されたボリュームデータとなる。発生された第１の結果ボリュームデータは、出力される。

以上でコーンビームアーチファクト低減処理Ａは終了する。コーンビームアーチファクト低減処理ＡにおいてＸ線ＣＴ装置１は、コーンビームアーチファクト成分を含む基準ボリュームデータとコーンビームアーチファクト成分からなる偽像成分ボリュームデータとを差分することで、コーンビームアーチファクト成分が低減された第１の結果ボリュームデータを発生する。この処理Ａは、ライン＋サークルのように追加スキャンを必要としない。またカッツェビッチによる再構成法のように複雑な計算やヘリカルピッチの制限もない。従って、処理Ａは、スキャン軌道によらず、近似的にコーンビームアーチファクト成分を低減させることが可能となる。

次に図５を参照しながらコーンビームアーチファクト低減処理Ｂの動作を説明する。大きなコーン角を有するコーンビームＸ線でスキャンが行なわれ投影データが収集される。ユーザにより入力装置２３を介して、又は自動的に処理Ｂの開始要求を受けると制御部３１は、処理Ｂを開始する。処理Ｂが開始されると、制御部３１は、収集された投影データを再構成処理部３４に送りコーンビーム再構成処理を行なわせる。コーンビーム再構成処理において再構成処理部３４は、基準ボリュームデータを発生する（ステップＳＢ１）。発生された基準ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

ＦＤＫ再構成処理後、制御部３１は、フィルタ処理部３５にハイパスフィルタ処理を行なわせる。ハイパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、基準ボリュームデータに対し、Ｚ方向に関するハイパスフィルタ処理をし、基準ボリュームデータに含まれるコーンビームアーチファクト成分及び生体成分に含まれるＺ方向に関するＣＴ値勾配成分を強調したボリュームデータ（以下、第２の中間ボリュームデータと呼ぶ）を発生する（ステップＳＢ２）。すなわち、第２の中間ボリュームデータは、Ｚ方向に関するコーンビームアーチファクトのエッジ成分や生体組織間のエッジ成分、ノイズなどを有する。尚、この処理では、Ｚ方向にハイパスフィルタ処理を行う構成としたが他の方法で代用することもできる。例えば、基準ボリュームデータに対してＺ方向にローパスフィルタ処理を行い、元の基準ボリュームデータとローバスフィルタ処理された基準ボリュームデータとの差分を求めることにより同様の結果を得ることができる。第２の中間ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

ハイパスフィルタ処理後、制御部３１は、閾値処理部３７に閾値処理を行なわせる。閾値処理において閾値処理部３７は、第２の中間ボリュームデータに対し、コーンビームアーチファクト成分が有するＣＴ値を閾値とした閾値処理をする（ステップＳＢ３）。閾値処理後の第２の中間ボリュームデータは、Ｚ方向に急峻なＣＴ値勾配を有し、且つコーンビームアーチファクト成分のＣＴ値を有する成分を含む。換言すれば、第２の中間ボリュームデータは、コーンビームアーチファクト成分のＣＴ値を有する、Ｚ方向に関するエッジ成分を有する。

閾値処理後、制御部３１は、フィルタ処理部３５にローパスフィルタ処理を行なわせる。ローパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、閾値処理後の中間ボリュームデータに対し、ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理（具体的には、２次元のガウシアンフィルタ処理）をする（ステップＳＢ４）。ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理後、偽像成分ボリュームデータが発生される。ＸＹ平面にローパスフィルタ処理されることにより、中間ボリュームデータに含まれる、ＸＹ平面内に関する急峻なＣＴ値勾配を有する成分が抑制される。偽像成分ボリュームデータは、生体成分が抑制されることによりコーンビームアーチファクト成分が強調されたボリュームデータである。偽像成分ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

ローパスフィルタ処理後、制御部３１は、差分処理部３６に差分処理を行なわせる。差分処理において差分処理部３６は、基準ボリュームデータと偽像成分ボリュームデータとを差分し、第２の結果ボリュームデータを発生する（ステップＳＢ５）。第２の結果ボリュームデータは、コーンビームアーチファクト成分が低減されたボリュームデータとなる。第２の結果ボリュームデータは、出力される。

コーンビームアーチファクト低減処理Ｂによれば、再構成処理によって発生されたボリュームデータに対する処理のみで、ボリュームデータに含まれるコーンビームアーチファクト成分を低減することが可能となる。また、コーンビームアーチファクト低減処理Ａに比して、再構成処理の回数が少ないため、コーンビームアーチファクトを低減するための処理に要する時間が削減される。

かくして第１実施形態によれば、近似的にコーンビームアーチファクトを低減させることが可能となる。又、この方法は比較的処理が簡単であるため、短い処理時間でコーンビームアーチファクトを低減することができる。

なお、第１実施形態は上記構成に限定されず、制御部３１を中枢として、フィルタ処理部３５、差分処理部３６、閾値処理部３７及び記憶部３８を具備する画像処理装置４０でも実施可能である。この場合、記憶部３８は、Ｘ線ＣＴ装置１や再構成処理装置３０等によって発生された基準ボリュームデータや、差分ボリュームデータ、第２の中間ボリュームデータを記憶している。例えば、制御部３１により画像処理装置４０の各構成要素が制御されることにより、コーンビームアーチファクト低減処理ＢのステップＳＢ２〜ステップＳＢ５が行なわれる。この結果、コーンビームアーチファクトを含む基準ボリュームデータに対してフィルタ処理や閾値処理、差分処理といった単純な画像処理を行なうだけで、コーンビームアーチファクトが低減されたボリュームデータが発生される。

また、コーンビームアーチファクト低減処理Ａや処理Ｂにおける各ステップの順番は、上記の限りではない。例えば、ステップＳＡ５とステップＳＡ６とを、又、ステップＳＢ３とステップＳＢ４とを入れ替えても良い。また、ステップＳＡ２において投影データに対してＺ方向にローパスフィルタ処理を行なうとしたが、基準ボリュームデータに対してＺ方向にローパスフィルタ処理し、このＺ方向にローパスフィルタ処理された基準ボリュームデータと、処理されてない基準ボリュームデータとを差分することにより、差分ボリュームデータを発生してもよい。この場合、投影データに対してはコーンビーム再構成処理以外に一切処理が行なわれず、ボリュームデータに対してのみ処理が行なわれることになる。

また、コーンビームアーチファクト成分の抽出精度が落ちるが、処理時間削減等の目的のため、ステップＳＡ５やステップＳＢ３の閾値処理を削除しても良い。又、図４におけるステップＳＡ４の出力をアーチファクト成分として、ステップＳＡ５やステップＳＡ６の処理を削除しても良い。

（第２実施形態）
原理的に、コーンビームアーチファクトは、Ｘ線検出器１４に関して、コーン角が小さい中央列ほど弱く、コーン角が大きい端列ほど強く発生するという特徴を有する。第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、この特徴を利用して、コーンビームアーチファクトの低減精度を向上させ、結果ボリュームデータの画質を向上させる。

以下、第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。なお以下の説明において、第１実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。

図６は、本発明の第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置５０の構成を示す図である。図６に示すようにＸ線ＣＴ装置５０は、ガントリ１０とコンピュータ装置６０とから構成される。コンピュータ装置６０は、再構成処理装置７０と、画像を表示する画像表示装置２２と、ユーザからの各種指示をコンピュータ装置６０に入力する入力装置２３とから構成される。再構成処理装置７０は、制御部３１を中枢として、データ収集部（ＤＡＳ）３２、前処理部３３、再構成処理部３４、フィルタ処理部３５、差分処理部３６、閾値処理部３７、記憶部３８、及び重みづけ処理部３９を有する。

重みづけ処理部３９は、抽出されたコーンビームアーチファクト成分に対して、Ｚ方向の位置に応じて変化する重みの分布を有する重みづけ処理をする。

以下、制御部３１によって行なわれる第２実施形態に係るコーンビームアーチファクト低減処理の動作を説明する。第２実施形態に係るコーンビームアーチファクト低減処理は、大きく２種類ある。一つ目のコーンビームアーチファクト低減処理Ｃは、コーンビームＸ線により収集された投影データとボリュームデータとに対して処理を行なう。二つ目のコーンビームアーチファクト低減処理Ｄは、投影データに対して処理を行なわず、ボリュームデータに対してのみ処理を行なう。

まず、コーンビームアーチファクト低減処理Ｃの説明を行なう。図７は、コーンビームアーチファクト低減処理Ｃの流れを示す図である。まず制御部３１の制御のもと、大きなコーン角を有するコーンビームＸ線でスキャンが行なわれ投影データが収集される。投影データは、一旦、記憶部３８に記憶される。投影データが収集され、ユーザにより入力装置２３を介して、又は自動的に処理Ｃの開始要求を受けると、制御部３１は、処理Ｃを開始する。

処理Ｃが開始されると、制御部３１は、再構成処理部３４に投影データを送り第１の再構成処理を行なわせる。第１の再構成処理において再構成処理部３４は、コーンビーム再構成（例えばＦＤＫ再構成）により基準ボリュームデータを発生する（ステップＳＣ１）。

また、ステップＳＣ１とは別に制御部３１は、フィルタ処理部３５に第１のローパスフィルタ処理を行なわせる。第１のローパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、投影データに対してＺ方向（列方向、体軸方向）に関するローパスフィルタ処理（典型的には、移動平均処理）を行い、投影データからＺ方向に関する高周波成分を除去する（ステップＳＣ２）。

第１のローパスフィルタ処理後、制御部３１は、再構成処理部３４に第２の再構成処理を行なわせる。第２の再構成処理において再構成処理部３４は、Ｚ方向に関するローパスフィルタ処理された投影データをコーンビーム再構成処理し、第１の中間ボリュームデータを発生する（ステップＳＣ３）。中間ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

基準ボリュームデータと第１の中間ボリュームデータとが発生されると制御部３１は、差分処理部３６に第１の差分処理を行なわせる。第１の差分処理において差分処理部３６は、基準ボリュームデータと第１の中間ボリュームデータとを差分処理し、差分ボリュームデータを発生する（ステップＳＣ４）。差分ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

第１の差分処理後、制御部３１は、閾値処理部３７に閾値処理を行なわせる。閾値処理において閾値処理部３７は、差分ボリュームデータに対して、コーンビームアーチファクト成分が有するＣＴ値を閾値とした閾値処理をする（ステップＳＣ５）。

閾値処理後、制御部３１は、フィルタ処理部３５に第２のローパスフィルタ処理を行なわせる。第２のローパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、閾値処理後の差分ボリュームデータに対し、ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理（具体的には、２次元のガウシアンフィルタ処理）を行ない、偽像成分ボリュームデータを発生する（ステップＳＣ６）。偽像成分ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

第２のローパスフィルタ処理後、制御部３１は、重みづけ処理部３９に重みづけ処理を行なわせる。重みづけ処理において重みづけ処理部３９は、偽像成分ボリュームデータに対し、ボリュームデータ上でのＺ方向に関する位置（Ｘ線検出器１４の列方向に関する位置）に応じて変化する重みを有する重みづけ処理を行なう（ステップＳＣ７）。より詳細には、重み分布は、Ｚ方向に関する中央部（Ｘ線検出器１４の中央列、小コーン角）から端部（Ｘ線検出器１４の端列、大コーン角）にいくにつれて高くなる。重みづけ処理により、偽像成分ボリュームデータにおけるコーンビームアーチファクト成分の分布は、実際のコーンビームアーチファクト成分の分布に近づく。

図８は、重み分布の一例を示す図である。図８に示すように、重みは、Ｚ軸に関する端部から中央部に行くにつれ線形的に低下する。例えば、端部における重みは、１．０である。すなわち、端部におけるコーンビームアーチファクト成分のＣＴ値は、変化されない。一方、中央部における重みは、０である。すなわち、中央部におけるコーンビームアーチファクト成分のＣＴ値は、ゼロになる。なお、重みの低下の仕方は、線形的であるとしたが、曲線的に変化させてもよい。例えば、曲線的な変化の一例として、端部から中央部にかけてＳ字状に変化するシグモイドカーブが考えられる。

重みづけ処理が行なわれると制御部３１は、第２の差分処理部３６に差分処理を行なわせる。第２の差分処理において差分処理部３６は、基準ボリュームデータと重みづけ処理された偽像成分ボリュームデータとを差分し、第３の結果ボリュームデータを発生する（ステップＳＣ８）。第３の結果ボリュームデータは、Ｚ方向の端部から中央部にかけて発生強度が弱くなるというコーンビームアーチファクト成分の特徴が加味されている。従って、第１の結果ボリュームデータや第２の結果ボリュームデータの中央部に生じやすかったコーンビームアーチファクト成分の過剰な補正は、第３の結果ボリュームデータには生じにくい。すなわち、第３の結果ボリュームデータは、第１の結果ボリュームデータや第２の結果ボリュームデータに比して、特に、中央部における画質が向上する。

なお、重みづけ処理の順番は、上記の順番に限定されない。例えば、ステップＳ５やステップＳＣ６の前に行なってもよい。

次にコーンビームアーチファクト低減処理Ｄの説明をする。図９は、コーンビームアーチファクト低減処理Ｄの流れを示す図である。

大きなコーン角を有するコーンビームＸ線でスキャンが行なわれ投影データが収集される。ユーザにより入力装置２３を介して、又は自動的に処理Ｄの開始要求を受けると制御部３１は、処理Ｄを開始する。処理Ｄが開始されると、制御部３１は、収集された投影データを再構成処理部３４に送りコーンビーム再構成処理を行なわせる。コーンビーム再構成処理において再構成処理部３４は、基準ボリュームデータを発生する（ステップＳＤ１）。発生された基準ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

コーンビーム再構成処理後、制御部３１は、フィルタ処理部３５にハイパスフィルタ処理を行なわせる。ハイパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、基準ボリュームデータに対し、Ｚ方向に関するハイパスフィルタ処理をし、基準ボリュームデータに含まれるコーンビームアーチファクト成分及び生体成分に含まれるＺ方向に関するＣＴ値勾配成分を強調した第２の中間ボリュームデータを発生する（ステップＳＤ２）。第２の中間ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

ハイパスフィルタ処理後、制御部３１は、閾値処理部３７に閾値処理を行なわせる。閾値処理において閾値処理部３７は、第２の中間ボリュームデータに対し、コーンビームアーチファクト成分が有するＣＴ値を閾値とした閾値処理をする（ステップＳＤ３）。閾値処理により、第２の中間ボリュームデータには、Ｚ方向に急峻なＣＴ値勾配を有し、且つコーンビームアーチファクト成分のＣＴ値を有する成分が残される。

閾値処理後、制御部３１は、フィルタ処理部３５にローパスフィルタ処理を行なわせる。ローパスフィルタ処理においてフィルタ処理部３５は、閾値処理後の第２の中間ボリュームデータに対し、ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理（具体的には、２次元のガウシアンフィルタ処理）をする（ステップＳＤ４）。ＸＹ平面に関するローパスフィルタ処理により、偽像成分ボリュームデータが発生される。偽像成分ボリュームデータは、記憶部３８に記憶される。

ローパスフィルタ処理後、制御部３１は、重みづけ処理部３９に重みづけ処理を行なわせる。重みづけ処理において重みづけ処理部３９は、偽像成分ボリュームデータに対し、ボリュームデータ上でのＺ方向に関する位置に応じて重みが変化する重みづけ処理を行なう（ステップＳＤ５）。

重みづけ処理後、制御部３１は、差分処理部３６に差分処理を行なわせる。差分処理において差分処理部３６は、基準ボリュームデータと重みづけ処理された偽像成分ボリュームデータとを差分し、第４の結果ボリュームデータを発生する（ステップＳＤ６）。

コーンビームアーチファクト低減処理Ｄによれば、再構成処理によって発生されたボリュームデータに対する処理のみで、Ｚ方向の端部から中央部にかけて発生強度が弱くなるというコーンビームアーチファクトの特徴を加味して、ボリュームデータに含まれるコーンビームアーチファクト成分を低減することが可能となる。

かくして第２実施形態によれば、近似的にコーンビームアーチファクトを低減させることが可能となる。

なお、第２実施形態は上記構成に限定されず、制御部３１を中枢として、フィルタ処理部３５、差分処理部３６、閾値処理部３７、記憶部３８及び重みづけ処理部３９を具備する画像処理装置８０でも実施可能である。この場合、記憶部３８は、Ｘ線ＣＴ装置１や再構成処理装置３０等によって発生された基準ボリュームデータや、差分ボリュームデータ、第２の中間ボリュームデータを記憶している。例えば、制御部３１により画像処理装置４０の各構成要素が制御されることにより、コーンビームアーチファクト低減処理ＢのステップＳＤ２〜ステップＳＤ６が行なわれる。この結果、コーンビームアーチファクトを含む基準ボリュームデータに対してフィルタ処理や閾値処理、差分処理、重みづけ処理といった単純な画像処理を行なうだけで、コーンビームアーチファクトが低減されたボリュームデータが発生される。

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。

本発明の第１実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図１のＸ線検出器の構成を示す図。 第１実施形態に係るコーンビームアーチファクトを示す図である。 図１の制御部の制御のもとに行なわれるコーンビームアーチファクト低減処理Ａの流れを示す図。 図２の制御部の制御のもとに行なわれるコーンビームアーチファクト低減処理Ｂの流れを示す図。 本発明の第２実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図６の制御部の制御のもとに行なわれるコーンビームアーチファクト低減処理Ｃの流れを示す図。 図６の重みづけ処理部による重みづけ処理の重み分布の一例を示す図。 図６の制御部の制御のもとに行なわれるコーンビームアーチファクト低減処理Ｄの流れを示す図。

符号の説明

１…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、１０…ガントリ、１１…フレーム、１２…天板、１３…Ｘ線管、１４…Ｘ線検出器、１５…高電圧発生装置、２０…コンピュータ装置、２２…画像表示装置、２３…入力装置、３０…再構成処理装置、３１…制御部、３２…データ収集部、３３…前処理部、３４…再構成処理部、３５…フィルタ処理部、３６…差分処理部、３７…閾値処理部、３８…記憶部、４０…画像処理装置

Claims (17)

1. コーンビームＸ線で被検体をスキャンするためにＸ線管とＸ線検出器とを有するスキャン部と、
   前記スキャン部からの出力データに基づいて第１画像データを発生する再構成部と、
   前記第１画像データに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、前記コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出する抽出部と、
   前記第１画像データと前記コーンビームアーチファクトの成分とを差分して前記コーンビームアーチファクトが低減された第２画像データを発生する差分部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記再構成部は、前記出力データをフェルドカンプ再構成して前記第１画像データを発生する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記抽出部は、前記出力データ及び前記第１画像データの少なくとも一つに対してフィルタ処理することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記抽出部は、前記出力データ及び前記第１画像データの少なくとも一つに基づいて、前記コーンビームアーチファクトの成分として、前記被検体の体軸方向に関するエッジ成分からなる第３画像データを発生する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記抽出部は、
   前記出力データに前記体軸方向に関するローパスフィルタ処理をし、
   前記体軸方向に関するローパスフィルタ処理された出力データに基づいて第４画像データを発生し、
   前記発生された第４画像データと前記第１画像データとを差分することにより、前記第３画像データを発生する、
   請求項４記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記抽出部は、前記第１画像データに前記体軸方向に関するハイパスフィルタ処理をすることにより前記第３画像データを発生する、請求項４記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記抽出部は、前記被検体の体軸方向に関するエッジ成分からなる第３画像データに含まれる、前記体軸方向に略直交する平面に関するエッジ成分を抑制することにより前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記抽出部は、前記被検体の体軸方向に関するエッジ成分からなる第３画像データに対し、前記体軸方向に略直交する平面内にローパスフィルタ処理することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記抽出部は、前記被検体の体軸方向に関するエッジ成分からなる第３画像データに含まれる生体成分を除去することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記抽出部は、前記被検体の体軸方向に関するエッジ成分からなる第３画像データに対し、前記コーンビームアーチファクトの成分が有する画素値に基づく閾値処理をすることにより、前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 前記抽出部は、
    前記出力データに対し、前記被検体の体軸方向に関するローパスフィルタ処理をし、
    前記体軸方向に関するローパスフィルタ処理された出力データに基づいて第４画像データを発生し、
    前記発生された第４画像データと前記第１画像データとを差分することにより前記第３画像データを発生し、
    前記発生された第３画像データに対し、前記体軸方向に略直交する平面に関するローパスフィルタ処理することにより前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、
    請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
12. 前記抽出部は、
    前記第１画像データに対し、前記被検体の体軸方向に関するハイパスフィルタ処理することにより第４画像データを発生し、
    前記発生された第４画像データと前記第１画像データとを差分することにより前記第３画像データを発生し、
    前記発生された第３画像データに対し、前記体軸方向に略直交する平面に関するローパスフィルタ処理することにより前記コーンビームアーチファクトの成分を抽出する、
    請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
13. 前記コーンビームアーチファクトの成分に対し、前記体軸方向の位置に応じて変化する重みの分布を有する重みづけ処理をする重みづけ部をさらに備える、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
14. 前記重みづけ部は、前記体軸方向に関し、中央部から端部に行くにつれて高くなるような前記重みの分布を有する前記重みづけ処理をする、請求項１３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
15. 前記Ｘ線検出器は、複数のＸ線検出素子列がチャンネル方向に沿って配列され、且つ前記Ｘ線検出素子列が前記被検体の体軸方向に６４列以上配列されている、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
16. コーンビームＸ線で被検体をスキャンすることにより収集された投影データを記憶する記憶部と、
    前記投影データに基づいて第１画像データを発生する再構成部と、
    前記発生された第１画像データに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、前記コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出する抽出部と、
    前記第１画像データと前記抽出されたコーンビームアーチファクトの成分とを差分することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分が低減された第２画像データを発生する差分部と、
    を具備する再構成処理装置。
17. コーンビームＸ線で被検体をスキャンすることにより収集された投影データに基づいて発生された第１画像データを記憶する記憶部と、
    前記第１画像データに含まれるコーンビームアーチファクトの成分を、前記コーンビームアーチファクトに特有な形状及び向きに基づいて抽出する抽出部と、
    前記第１画像データと前記抽出されたコーンビームアーチファクトの成分とを差分することにより、前記コーンビームアーチファクトの成分が低減された第２画像データを発生する差分部と、
    を具備する画像処理装置。

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