JP2010042096A - X-ray computed tomography apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円軌道コーンビーム再構成機能を有するX線コンピュータ断層撮影装置(CT(Computer Tomography))に関する。 The present invention relates to an X-ray computed tomography (CT) having a circular orbit cone beam reconstruction function.
円軌道コーンビーム再構成法は(Feldkamp)らが提案しているが、この再構成法では、360°分の投影データが揃わない領域(マスク領域という)が再構成領域の両端部に存在し、そのマスク領域では再構成しても十分な画質が得られない。現在では十分な画質が得られないと言うことでマスクされ、マスク領域は画像再構成から除外されている。マスク領域を無理に再構成しても、歪み・形状再現性の劣化が発生する可能性が高い。 The circular orbit cone beam reconstruction method has been proposed by (Feldkamp) et al. In this reconstruction method, there are regions where the projection data for 360 ° are not aligned (called mask regions) at both ends of the reconstruction region. Even if the mask area is reconstructed, sufficient image quality cannot be obtained. At present, it is masked by saying that sufficient image quality cannot be obtained, and the mask area is excluded from image reconstruction. Even if the mask area is forcibly reconfigured, there is a high possibility that distortion and shape reproducibility will deteriorate.
本発明の目的は、円軌道コーンビーム再構成法において、マスク領域を歪み・形状再現性の劣化が発生する可能性が抑えて再構成することにある。 An object of the present invention is to reconstruct a mask region while suppressing the possibility of distortion and deterioration of shape reproducibility in a circular orbit cone beam reconstruction method.
本発明のある局面は、コーンビーム形のX線を発生するX線管と、被検体を透過したX線を検出して投影データを発生する2次元アレイ型のX線検出器と、前記X線管を前記X線検出器とともに前記被検体の周囲を回転する回転機構と、前記投影データに基づいて再構成領域を対象に画像データを再構成する再構成処理部と、前記再構成領域の両端部分において前記画像データの再構成に用いる投影データのビュー数を回転軸上の再構成位置に応じて変化させるために、前記再構成に用いる投影データを選択する投影データ選択部とを具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置を提供する。 An aspect of the present invention includes an X-ray tube that generates cone-beam X-rays, a two-dimensional array type X-ray detector that detects X-rays transmitted through a subject and generates projection data, and the X-ray detector A rotation mechanism that rotates the tube around the subject together with the X-ray detector; a reconstruction processing unit that reconstructs image data based on the projection data; A projection data selection unit that selects projection data used for the reconstruction in order to change the number of views of the projection data used for the reconstruction of the image data at both ends according to the reconstruction position on the rotation axis; An X-ray computed tomography apparatus is provided.
本発明によれば、円軌道コーンビーム再構成法において、マスク領域を歪み・形状再現性の劣化が発生する可能性が抑えて再構成することができる。 According to the present invention, in the circular orbit cone beam reconstruction method, the mask region can be reconstructed while suppressing the possibility of distortion and deterioration of shape reproducibility.
以下、図面を参照して本発明によるX線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明する。なお、X線コンピュータ断層撮影装置には、X線管とX線検出器とが1体として被検体の周囲を回転する回転/回転方式と、リング上に多数のX線検出器が配置され、X線管のみが被検体の周囲を回転する固定/回転方式とがあり、いずれの方式でも本発明を適用可能である。回転/回転方式に関して、一対のX線管とX線検出器とが回転フレームに搭載された一管球型と、X線管とX線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型とがあるが、いずれの型でも本発明を適用可能である。X線検出器に関して、被検体を透過したX線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してからフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、X線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とがあるが、本発明はいずれの形を採用してもよい。 Embodiments of an X-ray computed tomography apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The X-ray computed tomography apparatus includes a rotation / rotation method in which an X-ray tube and an X-ray detector are rotated as one body, and a large number of X-ray detectors are arranged on a ring. There is a fixed / rotation method in which only the X-ray tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any method. Regarding the rotation / rotation method, a so-called single-tube type in which a pair of X-ray tubes and X-ray detectors are mounted on a rotating frame, and a so-called multiple pairs of X-ray tubes and X-ray detectors are mounted on a rotating frame. There are multitubular bulb types, but the present invention can be applied to any type. Regarding the X-ray detector, an indirect conversion type in which X-rays transmitted through a subject are converted into light by a phosphor such as a scintillator and then converted into electric charge by a photoelectric conversion element such as a photodiode, and electrons in a semiconductor by X-rays There is a direct conversion type using the generation of a hole pair and its movement to the electrode, that is, a photoconductive phenomenon, but the present invention may adopt any form.
図1には本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。架台100は、X線管101を有する。X線管101は、高電圧発生装置からスリップリング機構108を経由して管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受け、コーンビーム形のX線を発生する。X線管101は、回転軸(Z軸)を中心に回転自在に支持される回転フレーム102に、X線検出器105とともに搭載される。回転角検出部107は、回転フレーム102の回転角を検出するために設けられる。通常、X線管101が頂上にあるとき、回転フレーム102の回転角はゼロ度にセットされる。X線検出器103は、回転軸RAをはさんでX線管101に対向する。回転軸RAを中心として円筒形状の再構成領域が入力装置115を介して設定される。
FIG. 1 shows the configuration of an X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. The
X線検出器103は、X線管101から被検体を透過したX線を検出する。X線検出器103は、コーンビームに対応するマルチスライス型または2次元アレイ型である。すなわち、X線検出器103は、回転軸RAにそって並列される複数のX線検出素子列を有する。各X線検出素子列は、回転軸RAに直交する方向にそって一列に配列された複数のX線検出素子を有する。
The
X線検出器103の出力は、チャンネルごとにデータ収集回路(DAS)104によって増幅され、ディジタル信号に変換され、そして例えば非接触型のデータ伝送装置105を介して前処理装置106に送られ、そこで感度補正等の補正処理を受け、再構成処理の直前段階にあるいわゆる投影データとして投影データ記憶部116に記憶される。スキャンコントローラ110は、データ収集(スキャン)のために、回転駆動部、高電圧発生装置109、データ収集回路104等を制御する。
The output of the
再構成処理部119は、コーンビーム画像再構成法のもとで、投影データに基づいて画像データを再構成する。ここで、コーンビーム画像再構成法は、フェルドカンプ法(Feldkamp method)である。フェルドカンプ法は、周知の通り、ファンビームコンボリューション・バックプロジェクション法をもとにした近似的再構成法であり、コンボリューション処理は、コーン角が比較的小さいことを前提として、データをファン投影データと見なして行われる。しかし、バックプロジェクション処理は、実際のレイ(ray)に沿って行われる。つまり、投影データにZ座標に依存した重みをかけ、その重みをかけた投影データに、ファンビーム再構成と同じ再構成関数をコンボリューションし、そのデータをコーン角を持つ斜めの実際のレイに沿って逆投影する、という手順で画像が再構成される。
The
投影データ選択部117は、投影データ記憶部116に記憶された投影データから、再構成処理部119で再構成処理に使用する投影データを、Z軸上でのスライス位置(再構成位置)に応じて選択する。
図2に示すように、円柱形の再構成領域の両端部分(Z1〜Z2、Z3〜Z4)において、画像再構成処理の特にバックプロジェクション処理に用いる投影データのビュー数を、回転軸上の再構成位置に応じて変化させるために、再構成に用いる投影データを選択する。両端部分は、
このビュー数は、図3に例示するように、両端部分各々の最内位置Z2,Z3から最端位置Z1,Z4までにかけて、連続的又は段階的に変化される。またビュー数が連続的に変化されるとき、直線的(任意の一次式で定義される)又は曲線的(任意の多次式で定義される)に変化される。なお、最内位置Z2,Z3は、再構成領域の外周と、コーンビームX線の辺縁とが交差する部分のZ位置として定義される。
The projection data selection unit 117 uses the projection data stored in the projection
As shown in FIG. 2, at both end portions (Z1 to Z2 and Z3 to Z4) of the cylindrical reconstruction area, the number of views of the projection data used for the image reconstruction process, particularly the back projection process, is changed. In order to change according to the configuration position, projection data used for reconstruction is selected. Both ends are
As illustrated in FIG. 3, the number of views is changed continuously or stepwise from the innermost positions Z2, Z3 to the outermost positions Z1, Z4 of both end portions. When the number of views is continuously changed, it is changed linearly (defined by an arbitrary linear expression) or curved (defined by an arbitrary multi-order expression). The innermost positions Z2 and Z3 are defined as the Z positions where the outer periphery of the reconstruction area intersects with the edge of the cone beam X-ray.
実際には、投影データ選択部117は、マスク領域の存在しない再構成領域の中央部分(Z2〜Z3)においては、再構成に用いるビューの数を、1回転で収集する投影データのビュー数Nに設定する。またマスク領域が部分的にも存在する再構成領域の両端部分(Z1〜Z2、Z3〜Z4)においては、再構成に用いるビューの数を、Z位置に応じて1回転分のビュー数Nから、ハーフ再構成に要するビュー数と同等のN・((180°+α)/360°)まで低下させる。なお、αはファン角である。ビュー数の変化パターンは入力装置115を介して操作者により選択されることができる。
Actually, the projection data selection unit 117 determines the number of views of projection data to be collected by one rotation N in the central portion (Z2 to Z3) of the reconstruction area where the mask area does not exist. Set to. In addition, at both end portions (Z1 to Z2, Z3 to Z4) of the reconstruction area where the mask area partially exists, the number of views used for reconstruction is changed from the view number N for one rotation according to the Z position. , It is reduced to N · ((180 ° + α) / 360 °) equivalent to the number of views required for half reconstruction. Α is a fan angle. The change pattern of the number of views can be selected by the operator via the
投影データ選択部117は、マスク領域の存在しない再構成領域の中央部分(Z2〜Z3)においては、その中の全スライス各々に対して、収集した全ビューNの投影データを再構成処理部119に供給し、一方、マスク領域が部分的にも存在する再構成領域の両端部分(Z1〜Z2、Z3〜Z4)においては、Nより少ないZ位置に応じたビュー数の投影データをできるだけ均等に間引いて再構成処理部119に供給する。再構成処理部119は、フェルドカンプ再構成法に従って、投影データ選択部117から供給された投影データに基づいて再構成領域内の画像データを再構成する。
In the central part (Z2 to Z3) of the reconstruction area in which no mask area exists, the projection data selection unit 117 reconstructs the collected projection data of all views N for each of all slices therein. On the other hand, at both end portions (Z1 to Z2, Z3 to Z4) of the reconstruction area where the mask area partially exists, the projection data of the number of views corresponding to the Z position smaller than N is as uniform as possible. This is thinned out and supplied to the
このように本実施形態では、円軌道コーンビーム再構成法において、マスク領域が部分的にも存在する再構成領域の両端部分では、再構成に用いるビュー数をZ位置に応じて徐々に減少させることにより、マスク領域を歪み・形状再現性の劣化が発生する可能性を抑えることができる。 As described above, in the present embodiment, in the circular orbit cone beam reconstruction method, the number of views used for reconstruction is gradually reduced in accordance with the Z position at both ends of the reconstruction area where the mask area partially exists. As a result, it is possible to suppress the possibility that the mask region is distorted and the shape reproducibility is deteriorated.
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
101…X線管、102…回転フレーム、103…X線検出器、116…投影データ記憶部、117…投影データ選択部、119…再構成処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
被検体を透過したX線を検出して投影データを発生する2次元アレイ型のX線検出器と、
前記X線管を前記X線検出器とともに前記被検体の周囲を回転する回転機構と、
前記投影データに基づいて再構成領域を対象に画像データを再構成する再構成処理部と、
前記再構成領域の両端部分において前記画像データの再構成に用いる投影データのビュー数を回転軸上の再構成位置に応じて変化させるために、前記再構成に用いる投影データを選択する投影データ選択部とを具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray tube that generates cone-beam X-rays;
A two-dimensional array type X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject and generates projection data;
A rotation mechanism for rotating the X-ray tube around the subject together with the X-ray detector;
A reconstruction processing unit for reconstructing image data for a reconstruction area based on the projection data;
Projection data selection for selecting projection data used for reconstruction in order to change the number of views of projection data used for reconstruction of the image data at both ends of the reconstruction area in accordance with the reconstruction position on the rotation axis An X-ray computed tomography apparatus.
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