JP2009095659A - Ｃｔシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 同時に大量のスライスを細かく撮影可能なＸ線ＣＴシステムにおいては、撮影された複数ビューの投影データを用いて、複数のスライスの再構成処理を高速に行わなければならない。
【解決手段】 ホストマシン１１０は、ＣＴスキャナ１００に対しスキャンの指示を行うとともにＣＴスキャナから転送された投影データに基づき画像再構成処理を司る。ホストマシンには、画像再構成処理の分散処理を実行する１又は２以上のサブマシン１１１−１１３が接続される。ホストマシンは、分散処理の条件を定義する分散条件を入力し、分散条件に基づいて投影データをサブマシンに分配する。そして、サブマシンから処理の結果データを受信して再構成画像データを得る。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、被検体にＸ線等の放射線を曝射して得た投影画像データに基づき被検体の断層像を再構成するＣＴシステムに関する。

ＣＴ装置は、発明されて以来めざましい進歩を遂げている。近年では、例えば、被検体を体軸方向へ移動させながらＸ線管を被検体の周囲を連続的に周回させることによって被検体に対して螺旋状にＸ線を曝射するヘリカルスキャン方式が実用化されている。また、２次元検出器により、一回転のみで複数スライスの断層撮影を実行可能とする装置も実用化されている。

いわゆる第３世代と称される放射線ＣＴ装置では一般に、次のような手順によって断層画像が撮影される。まず、被検体を間にして、Ｘ線管と多チャンネルのＸ線検出器とを対向配置する。このＸ線管とＸ線検出器とを、被検体の周りに３６０度に亘って回転させながら、Ｘ線管からＸ線ビームを被検体へ曝射し、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出する。このとき、Ｘ線管から曝射されるＸ線強度は一定（すなわち、Ｘ線管の管電圧、管電流が一定）としている。なお、Ｘ線管の焦点から放射されるＸ線は、扇形のＸ線ビームにコリメートされる。また、Ｘ線ビームの広がり幅は、スライス厚などに応じて決定される。

上記したような、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りを回転させながらＸ線管からＸ線を被検体へ曝射し被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出する動作は、「スキャン (scan)」と呼ばれる。また、上記回転中にＸ線検出器で透過Ｘ線を検出（サンプリング）する回転角度は、「ビュー（view）角度」と呼ばれる。このスキャンによって得られた複数ビューの投影画像データを再構成処理することにより、被検体の断層像を取得することができる。

このような最近のＸ線ＣＴ装置では、同時に大量のスライスを細かく撮影可能なことから、撮影された複数ビューの投影画像データを用いて、複数のスライスの再構成処理を高速に行わなければならないという課題にさらされている。

現在、このような再構成処理の分散処理方法としては、例えば特許文献１に示されているものがある。

特開2005-334110号公報

上記したように、Ｘ線ＣＴ装置の進歩により、大量のスライスを再構成しなければならない必要性から、これまで着目されなかった前処理、コンボリューション演算処理、後処理にも多大な処理負荷がかかっている。そのため、バックプロジェクション演算処理のみならず、前処理、コンボリューション演算処理、後処理の高速化を実現することが課題である。

本発明は、上述した課題を解決する放射線ＣＴシステムを提供することを目的としている。

上述した目的を達成するために、本発明のＣＴシステムは例えば以下の構成を備える。すなわち、被検体に対し放射線を多方向から曝射して投影画像データを収集するスキャンを行うＣＴ装置と、前記ＣＴ装置と接続され、前記ＣＴ装置に対しスキャンの指示を行うとともに前記ＣＴ装置から転送された投影画像データに基づき再構成処理を行うホストマシンと、前記ホストマシンと接続され、前記再構成処理の分散処理を実行する１又は２以上のサブマシンとを有するＣＴシステムであって、前記ホストマシンは、前記分散処理の条件を定義する分散条件を入力する入力手段と、前記分散条件に基づいて、対向する投影画像データをセットにして前記サブマシンに分配する分配手段と、前記サブマシンから分散処理されたデータを受信する受信手段とを有し、前記サブマシンは、対応する投影画像データの組み合せにおいて、一方の投影画像データの画素値と、他方の投影画像データを回転軸に対象に左右反転させた座標位置の画素値とを加算する加算手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のスライスの再構成処理を高速に実行可能なＣＴシステムが提供される。

以下、添付の図面に沿って本発明の実施の形態を説明する。

以下の説明では、放射線の一例としてＸ線の例を示している。

（実施形態１）
図１Ａは、本実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成を示すブロック図である。

図示のように、本実施形態におけるＸ線ＣＴシステムは、放射線撮影装置としてのＣＴ装置１００と、ホストマシン１１０と、サブマシン１１１，１１２，１１３とを有する構成である。

ＣＴ装置１００において、ガントリ１０は被検体Ｐを挿入する空洞部を有する。このガントリ１０には、Ｘ線発生源であるＸ線管１０１と、被検体Ｐを介してこのＸ線管１０１と対向する位置に設けられ、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する多チャンネルのＸ線検出器１０２が取り付けられている。また、Ｘ線管１０１の直下には、Ｘ線管１０１の焦点から放射されるＸ線を、設定されたスライス厚などに応じた広がりの扇形のＸ線ビーム（ファンビーム）にコリメートするためのコリメータ１０１ａも設けられている。

ガントリ１０は、モータ制御部１０４からの駆動信号に従い駆動するモータ１０３によって回転する。この回転により、このＸ線管１０１及びコリメータ１０１ａとＸ線検出器１０２とが一体となって被検体Ｐの周りを旋回する。この旋回中、Ｘ線管制御部１０５の制御によりＸ線管１０１からＸ線ビームが被検体Ｐへ曝射しされる。被検体Ｐを透過したＸ線（投影画像データ）を２次元平面型のＸ線検出器１０２が検出する。このとき、Ｘ線管１０１から曝射されるＸ線強度は一定（すなわち、Ｘ線管１０１の管電圧、管電流が一定）とする。Ｘ線検出器１０２で検出された投影画像データはデータ収集部１０６に蓄積される。

上記したような、Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０２とを被検体の周りを回転させながらＸ線管１０１からＸ線を多方向から被検体へ曝射し被検体を透過したＸ線をＸ線検出器１０２で検出する動作を、「スキャン (scan)」という。また、上記回転中にＸ線検出器１０２で透過Ｘ線を検出（サンプリング）する回転角度のことを、「ビュー（view）角度」という。前述したように、被検体Ｐの体軸を中心としたある回転角度においてＸ線検出器１０２で検出された投影画像データ（ある方向から検出された投影画像データ）を「ビュー」という。このスキャンによって得られた複数ビューの投影画像データをホストマシン１１０に転送し、ホストマシン１１０が３次元再構成処理を行うことにより、被検体Ｐの断層像を生成することができる。

なお、スキャンを行うための構成はこれに限るものではない。例えば図１Ｂに示すように、Ｘ線管１０１、コリメータ１０１ａ、及びＸ線検出器１０２を動かさずに、被検体Ｐを固定した回転台をモータ２０２（モータ制御部１０４により制御される）によって回転させる構成をとることもできる。

システム制御部１０７は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０８を介してホストマシン１１０より受信したコマンドに基づいて、モータ制御部１０４、Ｘ線管制御部１０５、データ収集部１０６を統括的に制御する。システム制御部１０７はさらに、データ収集部１０６で収集された投影画像データをＩ／Ｆ１０８を介してホストマシン１１０に転送する。

ホストマシン１１０は、スキャンの設定及び指示、受信した投影画像データの再構成処理、及び断層像の表示を行う機器であり、ワークステーション等のコンピュータ装置で構成される。このホストマシン１１０は、ネットワーク１１４を介して１又は２以上のサブマシンと通信可能に接続されている。図示の例では、１１１〜１１３の３台のサブマシンがネットワーク１１４を介してホストマシン１１０に接続されている。もっとも、ホストマシン１１０、サブマシン１１１，１１２，１１３の相互接続はネットワーク１１４を介してではなくケーブル等によって直接接続する態様でもよい。

ホストマシン１１０のハードウェア構成例を、図２Ａに示す。

ＣＰＵ１１は、このホストマシン１１０全体の制御を司る中央処理装置である。ＲＯＭ１２は固定的なプログラムやデータを記憶する読み出し専用のメモリ、ＲＡＭ１３はＣＰＵ１１のワークエリアを提供し、データ等を一時的に記憶する読み書き可能なメモリである。Ｉ／Ｆ１４は上記Ｉ／Ｆ１０８と接続するインタフェースである。１５及び１６はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボード及びマウスである。ＨＤＤ１７はハードディスク装置であり、ここにオペレーティングシステム（ＯＳ）、ＣＴ制御プログラム、画像再構成処理プログラムが格納される他、再構成された断層像のデータ（再構成画像データ）も格納される。１８はネットワーク１１４に接続するインタフェースである。ＶＲＡＭ１９は、画像データを展開するメモリ、ディスプレイ２０はＶＲＡＭ１９に展開された画像データを表示する表示デバイスである。

サブマシン１１１のハードウェア構成例を、図２Ｂに示す。サブマシン１１２，１１３もサブマシン１１１と同様の構成である。

ＣＰＵ２１は、このサブマシン１１１全体の制御を司る中央処理装置である。ＲＯＭ２２は固定的なプログラムやデータを記憶する読み出し専用のメモリ、ＲＡＭ２３はＣＰＵ２１のワークエリアを提供し、データ等を一時的に記憶する読み書き可能なメモリである。Ｉ／Ｆ２４はネットワーク１１４に接続するインタフェースである。２５及び２６はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボード及びマウスである。ＨＤＤ２７はハードディスク装置であり、ここにオペレーティングシステム（ＯＳ）や画像再構成処理プログラムが格納される。ＶＲＡＭ２９は、画像データを展開するメモリ、ディスプレイ３０はＶＲＡＭ２９に展開された画像データを表示する表示デバイスである。

図３は、ホストマシン１１０の画像再構成処理に係る機能ブロック図である。この機能を実現するプログラムはＨＤＤ１７にインストールされているＣＴ制御プログラム又はそれと共に動作する画像再構成処理プログラムに含まれ、ＣＰＵ１１によって実行される。

再構成処理部３０１は、キーボード１５又はマウス１６を介してユーザにより入力された再構成条件及び分散条件を入力する。分散条件は、分散処理の条件を定義するもので、ここには、前処理、コンボリューション演算処理、バックプロジェクション処理、後処理のいずれの項目を分散処理するかという分散項目の情報が含まれる。再構成処理部３０１は更に、データ収集部１０６で収集されシステム制御部１０７、Ｉ／Ｆ１０８を介して転送された再構成パラメータ及び投影画像データを受信する。

再構成処理部３０１はその後、入力した分散条件に基づき、当該分散条件と、受信した再構成パラメータ及び投影画像データのうち分散処理に係るものを、分散制御部３０２に転送する。それ以外の投影画像データについては、再構成処理部３０１自身が処理することになる。

分散制御部３０２は、図４に示すように、データ分配部４０１と結果データ受信部４０２とを備えている。データ分配部４０１は、再構成処理部３０１から受信した再構成パラメータ及び投影画像データを、分散条件に従って投影角度をサンプリングして通信部３０３，３０４，３０５を介してサブマシン１１１，１１２，１１３に渡す。結果データ受信部４０２は、通信部３０３，３０４，３０５を介してサブマシン１１１，１１２，１１３から結果データを受信し、再構成処理部３０１に転送する。

アクセス受信部３０６は、サブマシン１１１，１１２，１１３の接続を管理しており、接続が確認されたサブマシンに対応する通信部を作成する。アクセス受信部３０６はまた、サブマシンの接続台数を分散制御部３０２に通知することも行う。

通信部３０３，３０４，３０５はそれぞれ、サブマシン１１１，１１２，１１３に対し、分散制御部３０２から送信された、分散条件及び再構成パラメータと投影画像データとを送信する。また、通信部３０３，３０４，３０５はそれぞれ、サブマシン１１１，１１２，１１３から再構成画像データを受信する。

再構成画像出力部３０７は、再構成処理部３０１が取りまとめた再構成画像データを、表示部３０８（ＶＲＡＭ１９及びディスプレイ２０で実現される）や記憶部３０９（ＨＤＤ１７で実現される）へ出力する。

図５は、例えばホストマシン１１０の再構成処理部３０１によって実行される一般的な画像再構成処理の概要を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに対応するプログラムは、ホストマシン１１０及びサブマシン１１１，１１２，１１３にそれぞれインストールされている画像再構成処理プログラムに共通に含まれている。よって、サブマシン１１１，１１２，１１３においても実行が可能である。

はじめに、再構成処理部３０１は、キーボード１５又はマウス１６を用いたユーザの操作により設定された再構成条件及び分散条件を入力する（ステップＳ５０１）。そして、キーボード１５又はマウス１６を用いたユーザの操作により再構成開始指令が発行されると（ステップＳ５０２）、スキャンが開始される。スキャン中、データ収集部１０６で収集されシステム制御部１０７、Ｉ／Ｆ１０８を介して転送された再構成パラメータ及び投影画像データを受信し、再構成を開始する。

まず、前処理を実行する（ステップＳ５０３）。前処理には、再構成に必要な補正や、座標変換などが含まれる。再構成に必要な補正としては例えば、ダーク（暗電流）補正、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、ビームハードニング補正などがある。また、座標変換としては、ファンビームデータを平行ビームデータに変換するファンパラ変換、重み係数を計算する直接法などがある。

次に、投影画像データを公知のフィルタ関数（再構成関数）と呼ばれる関数を用いて畳み込み積分し、投影画像データのボケを補正するコンボリューション演算処理（ステップＳ５０４）を実行する。さらに、バックプロジェクション演算処理（ステップＳ５０５）を実行する。バックプロジェクション処理とは、対象の物体にさまざまな角度からＸ線を照射し、観測された強度分布から、実空間座標の画素値を得る（再構成する）ことである。

その後、ＤＩＣＯＭ変換処理，ＪＰＧ圧縮処理等の後処理（ステップＳ５０６）を行い、再構成画像データを生成する。再構成画像出力部３０７は、再構成画像データを表示部３０８に出力して表示処理を行うとともに、記憶部３０９に出力して保存する（ステップＳ５０７）。

図６は、本実施形態における、分散処理を含む画像再構成処理の詳細を示すフローチャートである。

まず、ホストマシン１１０の再構成処理部３０１は、キーボード１５又はマウス１６を用いたユーザの操作により設定された再構成条件及び分散条件を入力する（ステップＳ６０１）。そして、キーボード１５又はマウス１６を用いたユーザの操作により再構成開始指令が発行されると（ステップＳ６０２）、スキャンが開始される。スキャン中、データ収集部１０６で収集されシステム制御部１０７、Ｉ／Ｆ１０８を介して転送された再構成パラメータ及び投影画像データを受信し、再構成を開始する。

再構成処理部３０１は、入力した分散条件から、前処理が分散項目として選択されているかを判定する（ステップＳ６０３）。前処理が分散項目として選択されていた場合は、分散制御部３０２のデータ分配部４０１は、分散条件に従って投影画像データを分配し、対応するサブマシンに送信する（ステップＳ６０３’１）。その投影画像データを受信したサブマシンは前処理を実行する（ステップＳ６０３’２）。一方、前処理が分散項目として選択されていなかった場合は、ホストマシン１１０の再構成処理部３０１が前処理を実行する（Ｓ６０３１）。

続いて、コンボリューション演算処理に移行する。

ステップＳ６０３１でホストマシン１１０の再構成処理部３０１が前処理を実行した場合は、ステップＳ６０４１で、分散条件から、コンボリューション演算処理が分散項目として選択されているかを判定する。コンボリューション演算処理が分散項目として選択されていた場合は、分散制御部３０２のデータ分配部４０１は、分散条件に従って投影画像データを分配し、対応するサブマシンに送信する（ステップＳ６０４３）。これにより投影画像データを受信したサブマシンは、コンボリューション演算処理を実行する（ステップＳ６０４’２）。一方、コンボリューション演算処理が分散項目として選択されていない場合は、ホストマシン１１０の再構成処理部３０１がコンボリューション演算処理を実行する（ステップＳ６０４２）。

ステップＳ６０３’２でサブマシンが前処理を実行した場合は、ステップＳ６０４’１で、分散条件から、コンボリューション演算処理が分散項目として選択されているかを判定する。コンボリューション演算処理が分散項目として選択されていた場合は、当該サブマシンはステップＳ６０３’２で前処理した投影画像データに対してコンボリューション演算処理を実行する（ステップＳ６０４’２）。一方、コンボリューション演算処理が分散項目として選択されていない場合は、ステップＳ６０３’２で前処理した投影画像データを結果データとしてホストマシン１１０に送信する（ステップＳ６０４’３）。ホストマシン１１０側では、分散制御部３０２の結果データ受信部４０２が、受信した結果データをまとめ、再構成処理部３０１に戻す。そして、再構成処理部３０１がコンボリューション演算処理を実行する（ステップＳ６０４２）。

次に、バックプロジェクション演算処理、後処理と続くが、いずれも上記のコンボリューション演算処理と同様の流れである。すなわち、バックプロジェクション演算処理は次のとおりである。

ステップＳ６０４２でホストマシン１１０の再構成処理部３０１がコンボリューション演算処理を実行した場合は、ステップＳ６０５１で、分散条件から、バックプロジェクション演算処理が分散項目として選択されているかを判定する。バックプロジェクション演算処理が分散項目として選択されていた場合は、分散制御部３０２のデータ分配部４０１は、分散条件に従って、コンボリューション演算処理されたデータを分配し、対応するサブマシンに送信する（ステップＳ６０５３）。これによりデータを受信したサブマシンは、バックプロジェクション演算処理を実行する（ステップＳ６０５’２）。サブマシンにおいてバックプロジェクションの演算処理された結果は、それだけでは意味をなさないので、一旦ホストマシン１１０に集められる。そして、ホストマシン１１０において、集められた各実空間の座標の画素値をそれぞれ加算することにより、最終的なバックプロジェクションの演算結果を得ることになる。一方、バックプロジェクション演算処理が分散項目として選択されていない場合は、ホストマシン１１０の再構成処理部３０１がバックプロジェクション演算処理を実行する（ステップＳ６０５２）。

ステップＳ６０４’２でサブマシンがコンボリューション演算処理を実行した場合は、ステップＳ６０５’１で、分散条件から、バックプロジェクション演算処理が分散項目として選択されているかを判定する。バックプロジェクション演算処理が分散項目として選択されていた場合は、当該サブマシンはステップＳ６０４’２でコンボリューション演算処理されたデータに対してバックプロジェクション演算処理を実行する（ステップＳ６０５’２）。一方、バックプロジェクション演算処理が分散項目として選択されていない場合は、ステップＳ６０４’２でコンボリューション演算処理されたデータを結果データとしてホストマシン１１０に送信する（ステップＳ６０５’３）。ホストマシン１１０側では、分散制御部３０２の結果データ受信部４０２が、受信した結果データをまとめ、再構成処理部３０１に戻す。そして、再構成処理部３０１がバックプロジェクション演算処理を実行する（ステップＳ６０５２）。

また、後処理は次のとおりである。

ステップＳ６０５２でホストマシン１１０の再構成処理部３０１がバックプロジェクション処理を実行した場合は、ステップＳ６０６１で、分散条件から、後処理が分散項目として選択されているかを判定する。後処理が分散項目として選択されていた場合は、分散制御部３０２のデータ分配部４０１は、分散条件に従って、バックプロジェクション演算処理された再構成画像データを分配し、対応するサブマシンに送信する（ステップＳ６０６３）。これにより再構成データを受信したサブマシンは、後処理を実行する（ステップＳ６０６’２）。一方、後処理が分散項目として選択されていない場合は、ホストマシン１１０の再構成処理部３０１が後処理を実行する（ステップＳ６０６２）。

ステップＳ６０５’２でサブマシンがバックプロジェクション処理を実行した場合は、ステップＳ６０６’１で、分散条件から、後処理が分散項目として選択されているかを判定する。後処理が分散項目として選択されていた場合は、当該サブマシンはステップＳ６０６’２で後処理を実行する。一方、後処理が分散項目として選択されていない場合は、ステップＳ６０５’２でバックプロジェクション処理した再構成画像データを結果データとしてホストマシン１１０に送信する（ステップＳ６０６’３）。ホストマシン１１０側では、分散制御部３０２の結果データ受信部４０２が、受信した結果データをまとめ、再構成処理部３０１に戻す。そして、再構成処理部３０１が後処理を実行する（ステップＳ６０６２）。

ステップＳ６０６’２においてサブマシンで後処理が行われた場合は、このステップＳ６０６’２における後処理の結果データがホストマシン１１０に転送される（ステップＳ６０７’）。この場合、ホストマシン１１０側では、分散制御部３０２の結果データ受信部４０２は、受信した結果データをまとめ、再構成処理部３０１に戻す。

そして、再構成処理部３０１は、ステップＳ６０７において、再構成画像データを表示部３０８に出力して表示処理を行うとともに、記憶部３０９に出力して保存する。

図７，８はそれぞれ、第１及び第２の具体例を適用した場合に、図６のフローチャートにおいてどのように処理が流れるかを示している。第１の具体例はコンボリューション演算処理とバックプロジェクション演算処理が分散項目として選択された場合であり、図７の太線Ａで示される流れで処理が進む。一方、第２の具体例は前処理とバックプロジェクション演算処理が分散項目として選択された場合であり、図８の太線Ｂで示される流れで処理が進むことになる。なお、第１の具体例のように連続する処理（すなわち、コンボリューション演算処理とバックプロジェクション演算処理）を分散項目として選択する方が、ホストマシンとサブマシンとの間でデータ交換の回数が少なく済み、高速化の点で有利である。

次に、図６のステップＳ６０３’１，Ｓ６０４３，Ｓ６０５３において、投影画像データを各サブマシンに分配する方法を説明する。

例えば、フルスキャン（３６０度投影）、１０２０ビュー、サブマシンの数を３つと仮定した場合、投影角度をサンプリングする方法としては、以下の４つが考えられる。

（１）図９のように、連続した角度で３つのサブマシンに分配する。例えば、１２０度ずつ３４０ビューずつ各サブマシンに割り振る。
（２）図１０のように、対向データをセットにして分配する。例えば、１２０度ずつ対向する１７０ビューずつ各サブマシンに割り振る。

図１０に示す方法を用いる場合、コンボリューション演算処理及びバックプロジェクション演算処理が半分の演算量で実行可能となる。図１３は図１０の方法を用いた場合の分散処理を含む画像再構成処理の詳細を示すフローチャートである。図１３のＳ１３０２，Ｓ１３０’２では、予めサブマシン又はメインマシンが、前処理後、対向する投影画像データの各組み合せにおいて、一方の投影画像データの画素値と、他方の投影画像データを回転軸対称に左右反転させた座標位置の画素値とを加算している。これによりＶｉｅｗが半分となるため、コンボリューション演算処理及びバックプロジェクション演算処理が半分の演算量で済む。なお、図１３に示すその他のステップは図６と同じであるのでその説明を省略する。

なお、前処理を分散処理する場合には対向データをセットとしてサブマシンに分配すること（Ｓ１３０’１）が必須となる。

（３）図１１のように、所定のビュー角度ごとにサブマシンに分配する。例えば、合計が１２０度ずつ３４０ビューずつになるように、所定のビュー角度ごとに分配する。
（４）図１２のように、処理が終了したサブマシンから次のデータを逐次与える。例えば、サブマシン１が高速なマシンでサブマシン２，３が低速マシンであった場合、処理が終わったものから逐次的に割り振られるので、図１２のようにサブマシン１の担当分が多くなる。この方法を用いると、サブマシンにおいて投影画像データを待つ時間が少なくなる。図１２では０度から順番に割り振っているが、とびとびの角度で割り振ることも考えられる。

以上の実施形態１によれば、ホストマシンが投影角度単位で投影画像データを１台以上のサブマシンに分配するため、バックプロジェクションだけでなく、前処理・コンボリューション処理・後処理の分散処理が可能である。よって、前処理・コンボリューション処理・バックプロジェクション処理・後処理を分散処理させることで、再構成処理を高速化することが可能となる。

（実施形態２）
前述したように、近年のＸ線ＣＴ装置は同時に大量のスライスを細かく撮影可能なことから大量のスライスを高速に再構成しなければならず多大な負荷を生じている。またこれに伴い、医師にとっても、大量のスライスを診なければならず、大きな負荷となることが想像される。そこで本実施形態では、医師が診なければならない画像を絞り込むことができる機能を付加する。

本実施形態におけるホストマシン１１０の機能ブロック図を図１４に示す。図１４に示された構成は概ね図３と同様であるが、画像処理部３２０が付加されている。画像処理部３２０の詳細構成を図１５に示す。

腫瘤検出部３２１は、撮影した各ビューの投影画像（投影画像データ）を画像処理し、腫瘤を検出する（図１６参照）。腫瘤の検出はさまざまであるが、画素値が低くかつ所定の面積以上の部分を腫瘤とする。位置情報逆投影部３２２は、撮影した各ビューの投影画像から検出された腫瘤の座標を逆投影する（図１７参照）。位置情報検出部３２３は、位置情報逆投影部３２２による逆投影の結果に基づいて、腫瘤の３次元座標における位置情報を検出する（図１８参照）。

なお、位置情報逆投影部３２２で行われる逆投影は、腫瘤が検出された座標のみを逆投影するのではなく、検出された座標からの距離と反比例する重みを与えて逆投影するようにしてもよい。また、位置情報検出部３２３では、重みの閾値を設け、その閾値以上の重みがある部分を腫瘤が存在する３次元座標と決定することが好ましい。

次に、上記の画像処理部３２０の処理をサブマシンを利用した分散処理で行う場合について説明する。

画像処理部３２０の処理を分散処理で行う場合、分散条件に応じて、（１）「腫瘤検出のみ」、（２）「位置情報逆投影のみ」、（３）「腫瘤検出及び位置情報逆投影」、のいずれかをサブマシンに分散処理させることが可能である。

上記のうち（３）の「腫瘤検出及び位置情報逆投影」を例に説明すると、図１９に示すように、サブマシン１１１，１１２，１１３は個々に分配された投影画像に腫瘤検出を行い、位置情報を逆投影する。サブマシン１１１，１１２，１１３は、その結果データをホストマシン１１０に送信し、ホストマシン１１０が全ての逆投影情報をもとに位置情報を検出する。

このとき、各サブマシンへの投影画像データの分配方法としては、次の２つ方法が考えられる。第１の方法は、図２０に示すような１投影角度（１ビュー）単位の投影画像を分配する方法である。第２の方法は、図２１に示すような、被検体の体軸を横切る方向で分割された投影画像を複数ビュー分まとめて分配する方法である。図２０のように１ビュー単位の投影画像で分配される方法であれば、分配した画像に境界は生じないので腫瘤検出に問題は生じない。一方、図２１のように被検体の体軸を横切る方向に画像を分割して分配した場合には、投影画像を切った部分に境界が生じ、その部分に存在する腫瘤の検出が困難になる。

この対策としては、分割された各画像に見つけたい腫瘤が入る程度のオーバーラップ部を設けて分配する方法（図２２参照）や、サブマシン同士が、境界付近に関して腫瘤情報を交換して検出する方法（図２３参照）等が考えられる。

以上説明した本実施形態によれば、各ビューの投影画像から腫瘤検出を行い、これを３次元座標に逆投影することで再構成処理部３０１が再構成処理を実行する前に腫瘤の座標を検出することができる。これにより、例えば、再構成処理部３０１が行う再構成の対象を、腫瘤が検出された位置のスライスに限定することが可能である。
なお、本実施の形態では、ホストマシン１１０とサブマシン１１１〜１１３がネットワークを介して接続される構成を説明したが、１つの装置内でバスに接続された処理デバイスとして構成されてもよい。

（実施形態３）
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。

図２４は本発明を実施可能なシステム図である。プリンタ１１１２は医療用画像を印刷するためのものである。画像診断ワークステーション１１１３は画像診断のためのものである。画像データベース１１１４は撮影された画像を保存するものであり、ＰＡＣＳ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などとも呼ばれる。１１１７は撮影装置であり、Ｘ線ＣＴ装置や、ＭＲＩ装置などに代表される装置で、モダリティなどとも呼ばれる。撮影装置１１１７で撮影された画像は診断モニタ１１０９に表示されたり、画像保存部１１０８に保存されたり、ネットワーク１１１１を介してプリンタ１１１２、診断ワークステーション１１３及び／又は画像データベース１１１４に出力されたりする。近年フィルムレス運用の場合はプリンタ１１１２を設けていない場合もある。

次に、撮影装置１１１８は各種モダリティ１１１７の１形態であるが、ここではコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略図を示している。

全体の撮影コントロール、画像収集、画像処理及び画像出力は、Ｘ線撮影システム制御部１１０６が行う。Ｘ線撮影システム制御部１１０６がＸ線発生装置制御部１１０４にＸ線の発生を指示すると、Ｘ線発生装置制御部１１０４により制御されたＸ線源１１０３がＸ線を発生し、このＸ線が被写体である患者１１０２を透過してＸ線検出器１１０１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１１０５に入力される。そして、Ｘ線源１１０３及びＸ線検出器１１０１を、被写体である患者１１０２を回転中心として回転させながら、所定の回転角度毎に投影画像の収集を行う。なお、患者１１０２が位置する部分に回転テーブル（図示せず）等を設けて回転可能とし、Ｘ線源１１０３とＸ線検出器１１０１との位置関係を保持しながら、患者１１０２を回転させてもよい。入力された各回転角度の投影画像に対して、画像処理部１１０７によってＸ線検出器１１０１の補正及びログ変換を含めた前処理や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。さらには、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、３次元表面表示操作等の種々の操作は操作部１１１０によって行われる。また、装置１１１５、１１１６は画像処理装置である。ここでは２台設置されているが２台に限定するものではなく台数に制限は無い。

本実施形態における画像処理装置１１１５，１１１６による動作は、図２５に示すようなコンピュータシステム（ハードウェア）のプログラム実行による機能として実現できる。図２５は撮影装置１１１８及び／又は画像処理装置１１１５、１１１６を実現するコンピュータシステムの構成図である。このシステムは、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２１、ネットワークインターフェイス２０３をはじめ、以下の構成を備える。制御装置２０４は、入力装置２０７と出力装置２０８を制御する。記憶装置２０５は、記憶制御部２１０、データベース２１１、記憶部２１２を含む。記憶制御部２１０は、患者情報を格納しているデータベース２１１と画像データが保存されている記憶部２１２を制御する。２０９は画像生成部である。これらの各構成要素は直接的又は間接的に、システムバス２０６に接続され、システムバス２０６を介して互いに通信可能である。なおこの構成は、ＬＳＩやＡＳＩＣ等でも構成できる。

次に、本実施形態の処理の流れを図２６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ３０１でＣＴ撮影を行う。ＣＴ撮影は撮影装置１１１８にて行われる。

次に、ステップＳ３０２において、スライス面の指定がＸ線撮影システム制御部１１０６により検出される。スライス面の指定は撮影装置１１１８付属の操作部１１１０により診断モニタ１１０９を見ながら操作される。スライス面を指定するためには、被験者の単純撮影を表示することで選択する方法と、投影画像を用いて選択する方法があるがどちらでもかまわない。例えば、図２９に示すように、再構成する断層画像のスライス面を指定する。上下のスライス面の間隔が狭ければ狭いほど３次元画像情報量は増加する。逆に上下のスライス面の間隔が広ければ、それだけ情報量が少ないことになる。

次に、ステップＳ３０３において、Ｘ線撮影システム制御部１１０６は、処理ノード数（処理を実行する画像処理装置の数）を確認する。処理ノード数はネットワーク１１１１を介して接続されている画像処理装置１１１５や１１１６の状態により決定される。ネットワークに接続された各ノードすなわち画像処理装置が画像処理可能状態であるかを確認する。なお、このような分散環境における状態確認方法は古くから様々な発明がなされており、それら公知の分散処理技術を用いることにより達成できる。また、画像処理装置１１１５や１１１６が動作可能な状態に無い場合は撮影装置１１１８自らが再構成処理を行う場合もある。

次に、ステップＳ３０４において、Ｘ線撮影システム制御部１１０６は、データの分配量を決定する。再構成処理分散の単純な例として、図３０の７００に示すような投影画像を取得した場合に通常であれば、全ての投影画像の再構成処理を行うことによってスライス画像を生成する。図３０は、画像処理装置が１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃの３台ある場合の例を示している。画像処理装置１１１５ａには７０１の領域のスライス画像処理、画像処理装置１１１５ｂには７０２の領域のスライス画像処理、画像処理装置１１１５ｃには７０３の領域のスライス画像処理を分散して処理するように分配する。従って、画像処理装置１１１５ａが必要とする投影画像データは、スライス画像生成に必要な領域のみであるため投影画像の上部のみがあればよい、同様に１１１５ｂが必要とする投影画像データは投影画像の中間領域、１１１５ｃが必要とする投影画像データは投影画像の下部領域である。

次に、ステップＳ３０５で、Ｘ線撮影システム制御部１１０６は、各画像処理装置に処理元となるデータを分配する。分配では再構成処理に必要となる領域の投影データ、必要なスライス位置やその他画像処理パラメータなどを分配する。

次に、ステップＳ３０６で各画像処理装置１１１５や１１１６は再構成処理を行う。それぞれの画像処理装置は投影画像データの転送が終了後ただちに再構成処理を行う。分配された処理領域に関して必要となる領域のコンボリューション処理を施す。例えば図３１に示したとおり、スライス面８０１の再構成処理のために必要となるコンボリューション領域は８０３である。また、スライス面８０２の再構成処理のために必要となるコンボリューション領域は８０４である。ここで、８０３と８０４の投影データ領域はオーバーラップしている。そのため、スライス面８０１のために投影データ領域８０３のコンボリューションを行い、さらに、スライス面８０２のために投影データ領域８０４のコンボリューションを行えば、オーバーラップしている領域分だけ無駄な処理が発生する。そこで、無駄な処理を行わないようスライス処理間でコンボリューション結果を共有しあい、うまく処理結果を再利用する必要がある。図２７に示すように、コンボリューション処理は投影画像データの横ラインデータと再構成関数と呼ばれる１次元データとのコンボリューションをとることにより行われる。再構成関数の典型的な例であるRamachandoran及びShepp&Loganの関数を図３２に示す。

その後、このようにコンボリューション処理した投影画像データを用いてバックプロジェクション処理を行う。バックプロジェクション処理は、図２８に示すように、再構成画像の各画素について、その画素を透過した投影画像上の点の座標を求め、その座標の近傍４点の画素値を補間によって求め、足し込んでいくというものである。

ここで、補間における幾何学的関係を図３３に示す。図３３において点Ｐ１〜Ｐ４が投影点の近傍４画素の中心点である。これらの４点と投影点との距離を夫々ｄ１〜ｄ４、近傍４画素の画素値をＱ１〜Ｑ４とすれば、数式１により求められるバックプロジェクションデータＶを用いて補間を行えばよい。

（数式１）

そして、このように補間したバックプロジェクションデータＶの足し込みを全投影画像データ、全画素について行えば再構成処理が完了する。以上のようにして指定されたスライス面の断層画像を作成することができる。

最後に、ステップＳ３０７で後処理を行う。後処理は再構成処理を行った各ノード１１１５や１１１６からネットワークを介して撮影装置１１１８へ処理済みのスライス画像を返信し、Ｘ線撮影システム制御部１１０６の統合手段１４０３で３次元再構成画像としてまとめることで行われる。まとめ処理には医用画像データフォーマットに変換したり、メモリやハードディスク上の不必要となったデータを削除したりする作業が行われる。

次に、分配量の決定方法について詳述する。

先ず初めに、再構成処理は投影画像データに対してコンボリューション処理を行い、コンボリューション処理した投影画像データを、再構成画像の各ピクセルにバックプロジェクションすることによって行われる。次に、ある任意の１スライス画像を再構成するために必要となる処理について説明する。ある任意のスライス面を再構成するために必要な投影データは、図３５に示すように、投影画像中のある領域に限られる。この位置関係は図３４に示す関係になっている。図３４において再構成画像のＺ座標がＺiであるスライスの投影画像上のＺ’座標の処理領域は下記の数式２で表される。

（数式２）
Ｚi ×（Ｄ＋Ｓ）／（Ｄ＋Ｒ） 〜 Ｚi ×（Ｄ＋Ｓ）／（Ｄ−Ｒ）

数式２において、Ｒは再構成エリア半径（再構成画像の縦又は横の長さの半分）、ＤはＸ線源―回転中心（再構成画像中心）間距離、Ｓは回転中心―センサ間距離である。

また、投影画像Ｚ’上の任意の点は、Ｚｉを用いて数式３で表される。

（数式３）
Ｚ’ ＝ Ｚｉ×（Ｄ＋Ｓ）／Ｄ

従って、例えば再構成すべきスライス面の間隔が密である必要が無い場合には、投影画像全体のデータが再構成に必要という訳ではなく、図３６に示すように、断続的な領域のみあればよい。そして、コンボリューション処理もこの領域についてのみ行えばよい。

一方、例えば再構成すべきスライス面の間隔が密である場合には、図３１のように隣り合うスライス面でオーバーラップしているためコンボリューションする領域は図３１の場合は、領域８０３の下部から領域８０４の上部までを１度処理するだけでよい。

次に、再構成処理を配分する方法を考える。これまで見てきたように、再構成画像のＺ座標の値｜Ｚi｜が大きくなればなるほど、すなわち再構成エリアの上下の端に近づけば近づくほど１スライスを生成するために必要となる投影データ量が多くなる。このことは、Ｚ座標の値｜Ｚi｜が大きくなればより多くの処理時間もかかるということである。そこで、処理時間が最も均等になるための配分方法を導出する。はじめに１つの画像処理装置で処理をした場合にかかる時間は数式４で表される。

（数式４）
処理時間＝{Zi(D+S)/(D-R)-Zi(D+S)/(D+R)}*Con*Bp*Vn

数式４において、Conはコンボリューション処理にかかる単位時間当たりの時間、Bpはバックプロジェクション処理にかかる単位時間当たりの時間、Vnは投影画像数である。

ここで、(D+S)/(D-R)をa、(D+S)/(D+R)をb、Con*Bp*Vnをcとし、さらに、c*(a-b)をdすると、数式４は数式５のように書き換えられる。

（数式５）
処理時間＝dZi

次に、再構成の対象とする領域の中心とＸ線軸との高さの差をＺ（ｉ）、Ｚ（ｉ）の最大値をＺｅ、分散するノード数（分割数）をＭとする。また、Ｍ／２＝ｍ、ｋを０＜ｋ≦ｍの自然数とする。また、ノード１番目に分配する分配領域は、Ｚ（０）＝０からＺ（１）の領域である。ノードｋ番目に分配する分配領域は、Ｚ（ｋ−１）からＺ（ｋ）の領域である。ノードｍ番目に分配する分配領域は、Ｚ（ｍ−１）からＺ（ｍ）＝Ｚｅの領域である。このとき、Ｚ（０）〜Ｚ（ｍ）をｍ分割した場合の、それぞれＺ（０）〜Ｚ（１）、Ｚ（１）〜Ｚ（２）、・・・、Ｚ（ｋ−１）〜Ｚ（ｋ）、・・・、Ｚ（ｍ−１）〜Ｚ（ｍ）で処理すべき分配量は、全処理量の１／ｍである。したがって、ｋ番目の分配量Ｚ（ｋ−１）〜Ｚ（ｋ）は、数式６で表せる。

（数式６）
Ｚ（ｋ）＝√｛Ｚ(ｋ＋１)×Ｚ(ｋ＋１)−Ｚｅ×Ｚｅ／ｍ｝、Ｚ（ｍ）＝Ｚｅ

例えば具体例を挙げて説明すると、Ｚｅ＝１０、ｍ＝５で０〜１０までをスライス面の間隔を１で再構成画像を生成すると仮定すると、
Z(5)=Ze=10、
Z(4)=√｛Z(5)*Z(5)−Ze*Ze/m｝=√(80)=8.9...
Z(3)=√(60)=7.7...
Z(2)=√(40)=6.3...
Z(1)=√(20)=4.4...
Z(0)=0
となる。小数点以下の扱いについては設定や施設の方針にもよるが、ここでは切り上げ処理を行うこととする。

以上より、各ノードが再構成処理を行うスライス面は、m1がスライス０〜スライス５、ｍ２がスライス６とスライス７、ｍ３はスライス８、ｍ４はスライス９、ｍ５はスライス１０を再構成する。分配されるスライス面が決められれば数式２によりＺｉの値から必要なデータ領域を求めることが出来る。

実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの構成例を示すブロック図である。 実施形態におけるＸ線ＣＴシステムの別の構成例を示すブロック図である。 実施形態におけるホストマシンのハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施形態におけるサブマシンのハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施形態におけるホストマシンの画像再構成処理に係る機能ブロック図である。 実施形態における分散制御部の詳細構成を示す図である。 実施形態における画像再構成処理の概要を示すフローチャートである。 実施形態における分散処理を含む画像再構成処理の詳細を示すフローチャートである。 図６のフローチャートに沿って第１の具体例を説明する図である。 図６のフローチャートに沿って第２の具体例を説明する図である。 連続した角度で投影画像データを分配する方法の一例を示す図である。 対向データをセットにして投影画像データを分配する方法の一例を示す図である。 とびとびの角度で投影画像データを分割する方法の一例を示す図である。 細かいサンプリング角度で投影画像データを分配する方法の一例を示す図である。 対向データをセットにして投影画像データを分配する分散処理を含む画像再構成処理の詳細を示すフローチャートである。 実施形態２におけるホストマシンの機能ブロック図である。 実施形態２における画像処理部の詳細構成を示す図である。 実施形態２における腫瘤検出部の処理を説明する図である。 実施形態２における位置情報逆投影部の処理を説明する図である。 実施形態２における位置情報検出部の処理を説明する図である。 実施形態２における腫瘤検出及び位置情報逆投影の分散処理の例を説明する図である。 投影角度毎に投影画像データを分配する場合を示す図である。 体軸方向で分割した投影画像データを分配する場合を示す図である。 分割された画像にオーバーラップ部を設ける方法を説明する図である。 サブマシン同士が情報を交換する方法を説明する図である。 コーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成図である。 実施形態３において配設されるコンピュータシステムのブロック図である。 実施形態３における処理を説明するフローチャートである。 コンボリューション処理を説明する概念図である。 バックプロジェクション処理を説明する概念図である。 再構成スライス面の指定を説明する概念図である。 再構成分散の例を示す図である。 再構成に必要となる投影データ領域の例を示す図である。 再構成関数を説明する概念図である。 補間を説明する概念図である。 指定した再構成スライス面の再構成画像上の位置を説明する図である。 バックプロジェクションに必要な投影画像のライン範囲を説明する図である。 バックプロジェクションに必要な領域を説明する概念図である。

符号の説明

１０：ガントリ
１００：ＣＴスキャナ
１０１：Ｘ線管
１０１ａ：コリメータ
１０２：Ｘ線検出器
１０３：モータ
１０４：モータ制御部
１０５：Ｘ線管制御部
１０６：データ収集部
１０７：システム制御部
１０８：インタフェース（Ｉ／Ｆ）
１１０：ホストマシン
１１１，１１２，１１３：サブマシン
１１４：ネットワーク

Claims (3)

1. 被検体に対し放射線を多方向から曝射して投影画像データを収集するスキャンを行うＣＴ装置と、
   前記ＣＴ装置と接続され、前記ＣＴ装置に対しスキャンの指示を行うとともに前記ＣＴ装置から転送された投影画像データに基づき再構成処理を行うホストマシンと、
   前記ホストマシンと接続され、前記再構成処理の分散処理を実行する１又は２以上のサブマシンと、
   を有するＣＴシステムであって、
   前記ホストマシンは、
   前記分散処理の条件を定義する分散条件を入力する入力手段と、
   前記分散条件に基づいて、対向する投影画像データをセットにして前記サブマシンに分配する分配手段と、
   前記サブマシンから分散処理されたデータを受信する受信手段と、を有し、
   前記サブマシンは、
   対向する投影画像データの組み合せにおいて、一方の投影画像データの画素値と、他方の投影画像データを回転軸に対象に左右反転させた座標位置の画素値とを加算する加算手段を有する
   ことを特徴とするＣＴシステム。
2. 被検体に対し放射線を多方向から曝射して投影画像データを収集するスキャンを行うＣＴ装置と、
   前記ＣＴ装置と接続され、前記ＣＴ装置に対しスキャンの指示を行うとともに前記ＣＴ装置から転送された投影画像データを用いた画像処理を実行するホストマシンと、
   前記ホストマシンと接続され、前記画像処理の分散処理を実行する複数のサブマシンと、
   を有するＣＴシステムであって、
   前記ホストマシンは、
   各方向の投影画像データから腫瘤を検出する腫瘤検出手段と、
   前記腫瘤検出手段により各方向の投影画像データから検出された腫瘤の座標を逆投影する位置情報逆投影手段と、
   前記位置情報逆投影手段による逆投影の結果に基づいて腫瘤の３次元座標における位置情報を検出する位置情報検出手段と、
   を有し、
   前記サブマシンは、分散条件に応じて、前記腫瘤検出手段及び前記位置情報逆投影手段における各処理の少なくともいずれか１つのための分散処理を実行する
   ことを特徴とするＣＴシステム。
3. 放射線撮影装置において撮影された複数の投影画像データを複数の画像処理装置において３次元再構成処理を行うＣＴシステムであって、
   前記放射線撮影装置は、
   再構成の対象とする領域の中心とＸ線軸との高さの差をＺ（ｉ）、
   Ｚ（ｉ）の最大値をＺｅ、
   分散するノード数をＭとし、
   Ｍ／２をｍ、ｋを０＜ｋ≦ｍの自然数とするとき、
   ノード１番目に分配する分配領域を、Ｚ（０）＝０からＺ（１）の領域、
   ノードｋ番目に分配する分配領域を、Ｚ（ｋ−１）からＺ（ｋ）の領域、
   ノードｍ番目に分配する分配領域を、Ｚ（ｍ−１）からＺ（ｍ）＝Ｚｅの領域とし、
   Ｚ（ｋ）が、
   Ｚ（ｋ）＝√｛Ｚ(ｋ＋１)×Ｚ(ｋ＋１)−Ｚｅ×Ｚｅ／ｍ｝、Ｚ（ｍ）＝Ｚｅ
   で求められる領域の投影画像データを、各画像処理装置への分配すべき投影画像データとして決定する決定手段と、
   前記決定手段によって決定された投影画像データを各画像処理装置へ分配する分配手段と、を有し、
   前記複数の画像処理装置は、分配された投影画像データの再構成処理を行う処理手段を有する
   ことを特徴とするＣＴシステム。

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