JP2010099114A - Ｃｔ装置および金属形状抽出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属の正確な形状を抽出して金属アーチファクトを低減する。
【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、被検体の周囲を回動しながら被検体にＸ線を照射するＸ線照射装置１と、被検体の周囲を回動しながら被検体を透過したＸ線を検出するＸ線撮像装置２と、Ｘ線撮像装置２から得られた画像を処理して被検体の断面画像を得る画像処理装置４とを有する。画像処理装置４は、Ｘ線照射装置１およびＸ線撮像装置２の回動角度毎にＸ線撮像装置２から投影１次元データを収集し、各投影１次元データを回動角度順に並べたシノグラムを生成し、シノグラムを２値化し、２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成し、逆投影画像を２値化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線等の放射線を用いるＣＴ装置に係り、特に金属の正確な形状を抽出して金属アーチファクトを低減する技術に関するものである。

ＣＴ（Computed Tomography ）装置は、光源として通常Ｘ線を使用し、画像処理によって被検体の断面画像を得るが、この画像処理は被検体の物質がその原子番号に応じたＸ線の減衰特性を持つことを前提としている。被検体に金属が含まれる場合、金属の原子番号が大きいために、Ｘ線が金属をほとんど透過せず、正しい透過量が計測できない。結果として、正しい断面画像が得られず、金属周辺にライン状のノイズが多数発生し、金属部分以外の断面も正しく再現できない。このようなノイズを金属アーチファクトと呼ぶ。金属アーチファクトが生じる理由は、金属がＸ線を吸収してしまうために、被検体のＸ線吸収率の変化が投影データに現れなくなるなどにより、非線形特性を示すからである。金属アーチファクトは、産業用、医療用など、すべてのＣＴにおいて発生するが、特に歯科治療では原子番号が大きい金属を多用するのでその影響が著しい。このため、歯科治療用のＣＴにおいて激しい金属アーチファクトが発生する。金属アーチファクトが発生すると、被検体の正しい断面画像が得られず、診断等に支障が発生することが多い。

従来、Ｘ線ＣＴ装置において金属アーチファクトを低減する手法として、特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ画像再構成方法が知られている。図１８は特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ画像再構成方法の処理の流れを示すフローチャートである。特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ画像再構成方法では、被検体に対して多数の方向からＸ線を投影し、Ｘ線の吸収率を表す投影画像（シノグラム）を得る（ステップＳ１０００）。そして、シノグラム上において適切な閾値以上の値を持つ画素、すなわち金属と思われる画素の値を「０」にし（ステップＳ１００１）、このステップＳ１００１の処理後のシノグラムを逆投影して逆投影画像を得る（ステップＳ１００２）。続いて、逆投影画像において値が「０」である領域を金属領域として認識し（ステップＳ１００３）、この金属領域に適切なＸ線の減衰率の値を与えた逆投影画像を生成し、この逆投影画像に対してコンピュータ上で投影処理を行い、投影画像（シノグラム）を得る（ステップＳ１００４）。そして、ステップＳ１０００で得たシノグラムに、ステップＳ１００４で得たシノグラムを合成（加算）し（ステップＳ１００５）、合成後のシノグラムを再構成することで、断面画像（再構成画像）を得る（ステップＳ１００６）。

特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ画像再構成方法では、ステップＳ１００１の処理で金属と思われる領域の値を「０」にして金属領域を除去しているが、閾値処理を完全に行うことが難しいため、ステップＳ１００２の処理で逆投影した画像において、もともと０の値を持つ領域が金属と混合される可能性があり、金属でない領域をステップＳ１００３の処理で金属領域として誤認識してしまう可能性があった。ステップＳ１００３の処理を誤認識なく行うためには、ステップＳ１００１の閾値処理が完全である必要があるが、閾値を適切に設定することが難しく、もともと０の値を持つ領域が金属と混同される可能性があるので、正しい金属領域の形状を抽出することは困難であった。

また、特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ画像再構成方法では、シノグラム上で金属領域とそれ以外の領域の合成を行っているため、金属領域の減衰率を適切に設定した上でシノグラムを合成しなければならず，金属領域の減衰率が適切でなかった場合には、再構成画像がコントラスト不足やノイズが目立つ画像となってしまうという問題点があった。

特開２００６−１６７１６１号公報

以上のように従来のＸ線ＣＴ装置では、金属の形状が複雑であるとその形状を正確に抽出することが難しく、従って金属の影響を受けたシノグラム領域を補間しきれないので、金属アーチファクトを除去することが難しいという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、金属の正確な形状を抽出することができるＣＴ装置および金属形状抽出方法を提供することを目的とする。

本発明のＣＴ装置は、被検体の周囲を回動しながら前記被検体に放射線を照射する放射線照射手段と、前記被検体を挟んで前記放射線照射手段と対向するように配置され、前記被検体の周囲を回動しながら前記被検体を透過した放射線を検出する放射線撮像手段と、前記放射線照射手段および放射線撮像手段の回動角度毎に前記放射線撮像手段から投影１次元データを収集し、各投影１次元データを回動角度順に並べたシノグラムを生成するシノグラム生成手段と、前記シノグラムを２値化する第１の２値化処理手段と、前記第１の２値化処理手段による２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成する逆投影処理手段と、前記逆投影画像を２値化する第２の２値化処理手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のＣＴ装置の１構成例は、さらに、前記第２の２値化処理手段による２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを得る投影処理手段と、この投影処理手段が生成したシノグラムに基づいて金属領域を特定し、前記シノグラム生成手段が生成したシノグラム上において前記特定した金属領域を補間する補間処理手段と、この補間処理手段が生成した補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成する再構成処理手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のＣＴ装置の１構成例は、さらに、前記再構成処理手段が生成した再構成画像と前記第２の２値化処理手段が生成した逆投影画像とを合成する合成処理手段を備えることを特徴とするものである。

また、本発明のＣＴ装置の１構成例において、前記第１の２値化処理手段は、金属領域と考えられる所定の閾値以上の領域を第１の値とし、金属以外の領域と考えられる前記閾値未満の領域を第２の値とすることにより、前記シノグラム生成手段が生成したシノグラムを２値化することを特徴とするものである。
また、本発明のＣＴ装置の１構成例において、前記第２の２値化処理手段は、前記逆投影画像の最大値を閾値として前記逆投影画像を２値化することを特徴とするものである。
また、本発明のＣＴ装置の１構成例において、前記補間処理手段は、前記シノグラム生成手段が生成したシノグラム上において前記放射線撮像手段の複数の検出素子が並ぶ方向に対応する方向をチャンネル方向としたとき、このシノグラム上において前記特定した金属領域を、チャンネル方向に沿った前記金属領域の両端の境界値を用いて補間することを特徴とするものである。
また、本発明のＣＴ装置の１構成例において、前記合成処理手段は、前記合成時において前記逆投影画像の金属領域に所定の輝度値を割り当てることを特徴とするものである。

また、本発明の金属形状抽出方法は、被検体の周囲を回動しながら前記被検体に放射線を照射する放射線照射手段と前記被検体の周囲を回動しながら前記被検体を透過した放射線を検出する放射線撮像手段とによって投影１次元データを取得する投影１次元データ取得手順と、前記放射線照射手段および放射線撮像手段の回動角度毎に前記放射線撮像手段が取得した投影１次元データから、各投影１次元データを回動角度順に並べたシノグラムを生成するシノグラム生成手順と、前記シノグラムを２値化する第１の２値化処理手順と、前記第１の２値化処理手順による２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成する逆投影処理手順と、前記逆投影画像を２値化する第２の２値化処理手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の金属形状抽出方法の１構成例は、さらに、前記第２の２値化処理手順による２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを得る投影処理手順と、この投影処理手順で生成されたシノグラムに基づいて金属領域を特定し、前記シノグラム生成手順で生成されたシノグラム上において前記特定した金属領域を補間する補間処理手順と、この補間処理手順で生成された補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成する再構成処理手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の金属形状抽出方法の１構成例は、さらに、前記再構成処理手順で生成された再構成画像と前記第２の２値化処理手順で生成された逆投影画像とを合成する合成処理手順を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の金属形状抽出方法の１構成例において、前記第１の２値化処理手順は、金属領域と考えられる所定の閾値以上の領域を第１の値とし、金属以外の領域と考えられる前記閾値未満の領域を第２の値とすることにより、前記シノグラム生成手順で生成されたシノグラムを２値化することを特徴とするものである。
また、本発明の金属形状抽出方法の１構成例において、前記第２の２値化処理手順は、前記逆投影画像の最大値を閾値として前記逆投影画像を２値化することを特徴とするものである。
また、本発明の金属形状抽出方法の１構成例において、前記補間処理手順は、前記シノグラム生成手順で生成されたシノグラム上において前記放射線撮像手段の複数の検出素子が並ぶ方向に対応する方向をチャンネル方向としたとき、このシノグラム上において前記特定した金属領域を、チャンネル方向に沿った前記金属領域の両端の境界値を用いて補間することを特徴とするものである。
また、本発明の金属形状抽出方法の１構成例において、前記合成処理手順は、前記合成時において前記逆投影画像の金属領域に所定の輝度値を割り当てることを特徴とするものである。

本発明によれば、放射線照射手段および放射線撮像手段の回動角度毎に放射線撮像手段から投影１次元データを収集してシノグラムを生成し、シノグラムを２値化し、２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成し、逆投影画像を２値化することにより、金属のみの逆投影画像を得ることができる。その結果、本発明では、従来よりも金属の正確な形状を抽出することができ、金属アーチファクトを低減することができる。

また、本発明では、２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを取得し、このシノグラムに基づいて金属領域を特定し、シノグラム生成手段が生成したシノグラム上において特定した金属領域を補間し、補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成することにより、金属が存在しない被検体の断面画像を得ることができる。

また、本発明では、再構成処理手段が生成した再構成画像と第２の２値化処理手段が生成した逆投影画像とを合成することにより、金属アーチファクトが少なく、かつ金属が正確な形状で重畳された被検体の断面画像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
Ｘ線ＣＴ装置は、被検体の周囲を回動しながら被検体にＸ線を照射するＸ線照射装置１と、被検体を挟んでＸ線照射装置１と対向するように配置され、被検体の周囲を回動しながら被検体を透過したＸ線を検出するＸ線撮像装置２と、Ｘ線照射装置１とＸ線撮像装置２とを制御する制御装置３と、Ｘ線撮像装置２から得られた画像を処理して被検体の断面画像を得る画像処理装置４と、画像処理装置４が生成した被検体の断面画像を表示する表示装置５とを有する。

図２はＸ線照射装置１によるＸ線投影処理とＸ線撮像装置２によるＸ線撮像処理とを説明する図である。
Ｘ線照射装置１は、検査対象の患者（以下、被検体と呼ぶ）１００に対してＸ線１０１を照射するＸ線管１０と、被検体１００を通るＺ軸を回動軸としてＸ線管１０が被検体１００の周囲を回動するようにＸ線管１０を駆動する駆動機構（不図示）とから構成される。

Ｘ線撮像装置２は、被検体１００を挟んでＸ線管１０と対向するように配置され、Ｘ線管１０から放射されたＸ線１０１を検出する検出器２０と、Ｚ軸を回動軸として検出器２０が被検体１００の周囲を回動するように検出器２０を駆動する駆動機構（不図示）とから構成される。検出器２０は、図２に示すチャンネル方向１０２に沿って１次元状に配置された多数の検出素子２００からなる。

図３は本実施の形態のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャートである。最初に、制御装置３は、Ｘ線管１０と検出器２０とが被検体１００の周囲を回動するように、Ｘ線照射装置１とＸ線撮像装置２とを制御する。検出器２０には、Ｘ線管１０から放射されたＸ線が直接もしくは被検体１００を通って入射するので、検出器２０の出力からはＸ線の透過率を示す投影データが得られる。ここでは、検出器２０が１次元状に配置された複数の検出素子２００からなるため、１次元の投影データ（以下、投影１次元データと称す）が得られる。画像処理装置４は、投影１次元データをＸ線管１０および検出器２０の回動角度毎に収集する（図３ステップＳ１００）。なお、実際には、回動角度毎に連続的に投影１次元データを収集するのではなく、所定の回動ステップ角毎に投影１次元データを収集することになる。

図４は画像処理装置４の構成例を示すブロック図である。画像処理装置４は、データを記憶する記憶部４０と、Ｘ線照射装置１およびＸ線撮像装置２の回動角度毎にＸ線撮像装置２から投影１次元データを収集し、各投影１次元データを回動角度順に並べたシノグラムを生成するシノグラム生成部４１と、シノグラムを２値化する２値化処理部（第１の２値化処理部）４２と、２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成する逆投影処理部４３と、逆投影画像を２値化する２値化処理部（第２の２値化処理部）４４と、２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを得る投影処理部４５と、投影処理部４５が生成したシノグラムに基づいて金属領域を特定し、シノグラム生成部４１が生成したシノグラム上において特定した金属領域を補間する補間処理部４６と、補間処理部４６が生成した補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成する再構成処理部４７と、再構成処理部４７が生成した再構成画像と２値化処理部４４が生成した逆投影画像とを合成する合成処理部４８とから構成される。

検出器２０から収集した投影１次元データは、記憶部４０に格納される。記憶部４０に格納された投影１次元データの各データは、個々の検出素子２００にそれぞれ対応しており、Ｘ線の透過率を示している。シノグラム生成部４１は、記憶部４０に格納された投影１次元データの各データがＸ線の透過率を示す値からＸ線の吸収率を示す値になるように、投影１次元データを変換する（図３ステップＳ１０１）。シノグラム生成部４１は、このような変換処理を回動角度毎に収集された投影１次元データの各々に対して行う。

記憶部４０に格納された投影１次元データは、Ｘ線管１０から扇形に広がるファンビームによる投影１次元データであるため、平行ビームによる投影１次元データに直す必要がある。そこで、シノグラム生成部４１は、ファンビームによる投影１次元データを複数の投影１次元データから同じ方向のビームを補間によって平行化した投影１次元データに変換した上で、変換後の投影１次元データの各々を回動角度順に平行に並べて２次元にした投影画像（シノグラム）を生成する（図３ステップＳ１０２）。シノグラム生成部４１が生成したシノグラムは、記憶部４０に格納される。

図５に示すようにＸ線管１０と検出器２０とが被検体１００の周囲を回動すると仮定する。図５では、被検体１００の断面を、Ｘ線の吸収率が高くなるほど白色に近くなるように描いている。１０３は被検体１００の内部に存在する金属である。金属１０３によるＸ線の吸収率が最も高いため、金属１０３を白色で描いている。１０４は被検体１００の周囲を示していて、Ｘ線の吸収率が最も低くなっている。

図５のような被検体１００から得られるシノグラムは図６のようになる。図６のシノグラム上のＡの位置でのＸ線吸収特性を灰色、Ｂの位置でのＸ線吸収特性を黒色で示したシノグラム断面のＸ線吸収特性は図７のようになる。図６の縦軸および図７の横軸は、検出器２０の各検出素子２００の位置に対応している。ここでは、検出器２０は、１０２４個の検出素子２００からなるものとしている。また、検出器２０は、Ｘ線の透過率を示すデータを出力するものであるが、図６、図７では、ステップＳ１０１で説明したとおり、Ｘ線の透過率を示すデータをＸ線の吸収率を示すデータに変換した後のシノグラムを示している。図６では、白色に近くなるほどＸ線の吸収率が高いことを示している。図６に示すシノグラム上において、サインカーブを描いている領域が図５の金属１０３に対応する領域である。

次に、２値化処理部４２は、シノグラム生成部４１が生成したシノグラムの各画素に対して閾値以上を「１」、閾値未満を「０」とする閾値処理を行い、シノグラムを２値化する（図３ステップＳ１０３）。ここでの閾値は、２値化した際に被検体１００の内部またはその周辺に存在する金属がほぼ完全に「１」となるような値に設定する。したがって、金属のＸ線吸収率の値よりも若干低い値に閾値を設定すればよい。値が「１」の領域には金属以外の領域が含まれる可能性があるが、後述する処理で金属以外の領域を削除できるので、値が「１」の領域に金属以外の領域が含まれていても構わない。２値化後のシノグラムは、記憶部４０に格納される。

続いて、逆投影処理部４３は、２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影することにより、逆投影画像を生成する（図３ステップＳ１０４）。単純逆投影は、Ｘ線管１０と検出器２０とが回動しながら被検体１００の投影データを取得するのと逆の処理を計算にて行うものである。この逆投影画像は、被検体１００の断面の画像に相当する。

図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は単純逆投影の原理を説明する図である。図８（Ａ）に示すような状態でＸ線管１０から放射されたＸ線を検出器２０で検出すると、図８（Ｂ）のような投影１次元データ８０が得られる。前述のとおり、Ｘ線管１０と検出器２０とが被検体１００の周囲を回動すると、回動角度毎に投影１次元データ８０が得られる。これらの投影１次元データ８０を回動角度順に平行に並べていくと、シノグラムが出来上がる。次に、図８（Ｃ）に示すように投影１次元データ８０を回動角度毎に２次元空間に逆投影し、逆投影した各画像を重ね合わせて加算すると、図８（Ｄ）に示すような逆投影画像８１が得られる。生成された逆投影画像は、記憶部４０に格納される。

２値化処理部４４は、逆投影処理部４３が生成した逆投影画像の各画素に対して閾値以上を「１」、閾値未満を「０」とする閾値処理を行い、逆投影画像を２値化する（図３ステップＳ１０５）。ステップＳ１０３の２値化で金属領域を全て「１」として抽出できていれば、全ての角度からの逆投影が重なることにより、金属領域は逆投影画像において最大値（Ｘ線の吸収率が最大）をとり、２値化後のシノグラムに含まれていた金属以外の領域は最大値よりも低い値をとる。

したがって、基本的には逆投影画像の最大値を閾値として２値化すれば、金属領域を正確に抽出することができる。ただし、実際には金属のエッジ部分で画素の値が最大値よりも若干低い値となるので、２値化の閾値は逆投影画像の最大値よりも若干低い値とすることが望ましい。このステップＳ１０５の２値化処理により、金属のみの逆投影画像を得ることができる。２値化処理部４４が生成した２値化後の逆投影画像は、記憶部４０に格納される。

次に、投影処理部４５は、２値化後の逆投影画像を計算上で投影して、投影画像（シノグラム）を得る（図３ステップＳ１０６）。この投影処理は、２値化後の逆投影画像を被検体の断面画像とし、Ｘ線管１０と検出器２０とが回動しながら被検体１００の投影データを取得するのと同じ処理を計算にて行うものである。実際の投影と同様に、回動角度毎に投影１次元データが得られるので、これらの投影１次元データを回動角度順に平行に並べることによりシノグラムを生成することができる。

ここでのシノグラムは、後述する線形補間領域を特定するためのものであるので、２値化後の逆投影画像において値が「１」となっている金属領域のＸ線吸収率と２値化後の逆投影画像において値が「０」となっている金属以外の領域のＸ線吸収率とはそれぞれ任意の値でよく、金属領域が白色（吸収率が最大）、金属以外の領域が黒色（吸収率が最低）となるような投影を行えばよい。投影処理部４５が生成したシノグラムは、記憶部４０に格納される。

図９（Ａ）は内部に金属１０３が存在する被検体１００の断面画像の１例である。図９（Ｂ）はこのような被検体１００から得られる理想的なシノグラムを示している。図９（Ａ）のような被検体１００に対してステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理を行うと、図９（Ｃ）のようなシノグラムが得られ、このシノグラムに対してステップＳ１０３の２値化処理を行うと、図９（Ｄ）のようなシノグラムが得られる。さらに、図９（Ｄ）のシノグラムを単純逆投影すると（ステップＳ１０４）、図９（Ｅ）のような逆投影画像が得られ、この逆投影画像に対してステップＳ１０５の２値化処理を行うと、図９（Ｆ）のような逆投影画像が得られる。図９（Ｆ）の逆投影画像に対してステップＳ１０６の投影処理を行うと、図１０のようなシノグラムが得られる。このシノグラムのサインカーブを描いている領域は、図９（Ｂ）のサインカーブを描いている領域とほぼ同等であり、金属領域を正確に抽出できていることが分かる。

次に、補間処理部４６は、ステップＳ１０６で投影処理部４５が生成したシノグラムに基づいて金属領域を特定し、ステップＳ１０２でシノグラム生成部４１が生成したシノグラム上において上記特定した金属領域に相当する領域を、チャンネル方向に沿って補間する（図３ステップＳ１０７）。
なお、補間処理としては線形補間、多項式補間、ウエブレット補間などが知られているが、何れの補間処理を採用してもよい。

図１１はシノグラムの線形補間処理を説明する図であり、シノグラム生成部４１が生成したシノグラムの１例を示す図である。上記のとおり、投影処理部４５が生成したシノグラムにおいては金属領域が白色、金属以外の領域が黒色となっているので、補間処理部４６は金属領域を容易に特定できる。また、図６、図９（Ｂ）〜図９（Ｄ）、図１０、図１１のシノグラムでは、縦方向がチャンネル方向（検出器２０の検出素子２００が並ぶ方向）である。

線形補間は、図１１に示すようにシノグラム生成部４１が生成したシノグラム上において金属領域と金属以外の領域との境界１１０の値と、チャンネル方向に沿って境界１１０と対向する境界１１１の値とを用いて、境界１１０と境界１１１との間の画素の値を補間するものである。金属領域と金属以外の領域との境界１１０、１１１の値として用いるのは、より正確にはチャンネル方向に沿って境界の外側に存在する金属以外の領域の画素のうち、直近に存在する画素の値である。このような線形補間により、金属が存在しないシノグラムを生成することができる。線形補間後のシノグラムを図１２に示す。線形補間後のシノグラムは、記憶部４０に格納される。

再構成処理部４７は、補間処理部４６が生成した線形補間後のシノグラムを、周知の画像再構成法により回動角度毎に計算上で２次元空間に逆投影することにより、再構成画像を生成する（図３ステップＳ１０８）。画像の再構成手法には、様々な手法があるが、一般的には処理速度の点からＦＢＰ（Filtered Back Projection）法が使用される。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はＦＢＰ法の原理を説明する図である。ＦＢＰ法は、上記の単純逆投影とは異なり、投影１次元データをフィルタ処理し、図１３（Ａ）に示すようにフィルタ処理した投影１次元データ１３０を回動角度毎に２次元空間に逆投影し、逆投影した各画像を重ね合わせて加算して図１３（Ｂ）に示すような再構成画像１３１を得る。具体的には、投影１次元データをＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数空間に変換し、周波数空間上でフィルタ処理を適用し、逆ＦＦＴで実空間に戻して逆投影し、逆投影した各画像を重ね合わせて加算する。こうして、金属が存在しないシノグラムを再構成することで、金属が存在しない再構成画像（断面画像）を得ることができる。再構成処理部４７が生成した再構成画像は、記憶部４０に格納される。

合成処理部４８は、再構成処理部４７が生成した再構成画像と２値化処理部４４が生成した逆投影画像とを対応する画素毎に重ね合わせることにより、最終的な再構成画像を生成する（図３ステップＳ１０９）。金属が存在しない再構成画像と金属のみの逆投影画像とを合成することにより、金属が存在する再構成画像（被検体１００の断面画像）を得ることができる。この合成時において逆投影画像の金属領域には所定の輝度値を割り当てる。被検体１００の断面画像において金属領域は金属であることが分かればよいので、逆投影画像において値が「１」となっている金属領域に割り当てる輝度値は任意の値でよい。合成処理部４８が生成した再構成画像は、記憶部４０に格納される。

表示装置５は、合成処理部４８が生成した再構成画像を表示する（図３ステップＳ１１０）。以上で、Ｘ線ＣＴ装置の動作が終了する。

図１４（Ａ）〜図１４（Ｉ）はＣＴアルゴリズムの線形性を説明する図である。図１４（Ａ）は被検体の断面画像の１例を示す図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の断面画像を投影して得たシノグラムを示す図、図１４（Ｃ）は図１４（Ｂ）のシノグラムを再構成して得た再構成画像を示す図である。図１４（Ｄ）は金属の断面画像の１例を示す図、図１４（Ｅ）は図１４（Ｄ）の断面画像を投影して得たシノグラムを示す図、図１４（Ｆ）は図１４（Ｅ）のシノグラムを再構成して得た再構成画像を示す図である。図１４（Ｇ）は図１４（Ａ）の被検体の断面画像と図１４（Ｄ）の金属の断面画像とを重ね合わせた図、図１４（Ｈ）は図１４（Ｇ）の断面画像を投影して得たシノグラムを示す図、図１４（Ｉ）は図１４（Ｈ）のシノグラムを再構成して得た再構成画像を示す図である。

図１４（Ａ）〜図１４（Ｉ）は、図１４（Ｂ）のシノグラムと図１４（Ｅ）のシノグラムとを加算して図１４（Ｈ）のシノグラムを生成して、このシノグラムを再構成した場合と、図１４（Ｃ）の再構成画像と図１４（Ｆ）の再構成画像とを加算した場合のいずれにおいても、図１４（Ｇ）の断面画像に近似した図１４（Ｉ）の再構成画像が得られることを示している。

図１５（Ａ）は本実施の形態のステップＳ１０３の処理によって２値化したシノグラムの１例を示す図であり、図１１に示したシノグラムを２値化したものを示す図である。図１５（Ａ）のシノグラムをステップＳ１０４の処理によって単純逆投影すると、図１５（Ｂ）のような逆投影画像となる。図１５（Ｂ）の逆投影画像をステップＳ１０５の処理によって２値化すると、図１５（Ｃ）のような逆投影画像となり、金属のみの逆投影画像を得ることができる。

図１５（Ｃ）の逆投影画像をステップＳ１０６の処理によって投影すると、図１５（Ｄ）のようなシノグラムとなる。図１１に示したシノグラムをステップＳ１０７の処理によって線形補間すると、図１５（Ｅ）のようなシノグラムとなり、金属の影響を除去したシノグラムを得ることができる。図１５（Ｅ）のシノグラムをステップＳ１０８の処理によって再構成すると、図１５（Ｆ）のような再構成画像となり、金属が存在しない再構成画像を得ることができる。さらに、ステップＳ１０９の処理によって図１５（Ｆ）の再構成画像と図１５（Ｃ）の逆投影画像とを重ね合わせると、図１６のような再構成画像となり、金属が重畳された再構成画像を得ることができる。

図１７は従来のＸ線ＣＴ装置によって得られた再構成画像を示す図である。この再構成画像は、図１１、図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）、図１６の場合と同じ被検体から得た画像である。図１７から明らかなように従来のＸ線ＣＴ装置では、金属アーチファクトが発生しているのに対し、図１６に示した本実施の形態の再構成画像では、金属アーチファクトを大幅に低減できていることが分かる。

以上のように、本実施の形態では、シノグラムを２値化し、２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成し、逆投影画像を２値化することにより、金属のみの逆投影画像を得ることができる。その結果、本実施の形態では、従来よりも金属アーチファクトを低減し、金属の正確な形状を抽出することができる。また、本実施の形態では、２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを取得し、このシノグラムに基づいて金属領域を特定し、シノグラム生成部４１が生成したシノグラム上において特定した金属領域を補間し、補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成することにより、金属が存在しない被検体の断面画像を得ることができる。さらに、本実施の形態では、再構成処理部４７が生成した再構成画像と２値化処理部４４が生成した逆投影画像とを合成することにより、金属アーチファクトが少なく、かつ金属が正確な形状で重畳された被検体の断面画像を得ることができる。

金属アーチファクトは、再構成画像上で強力なノイズとなるため、再構成画像を用いた画像処理に多大な悪影響を及ぼす。例えば再構成画像を用いて、位相限定法を用いた位置決め、類似度計測などを行う場合、大きな問題となることが明確であるため、金属アーチファクト低減は、ＣＴにより得られる画像を用いた画像処理に多大な効果をもたらすと考えられる。近年、Ｘ線以外の放射線を用いた透過による物体内部の観測方法の研究が進んできている。放射線の具体例としては、超音波、テラヘルツ光、電波（ミリ波）などが挙げられる。これらにおいても、その透過を遮蔽する物質に対しては同様の問題が発生すると思われるため、このような放射線を用いる場合にも、本発明は有効であると考えられる。

なお、本実施の形態では、Ｘ線ＣＴ装置の例として、広角ファンビームを用いて、被検体を固定して単一の断面を計測するファンビームスキャン方式に適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、テーブルを動かしながら連続的にスキャンするヘリカルスキャン方式や、１次元の検出器を多層に配列したマルチスライスＣＴや２次元の検出器を用いるコーンビームＣＴなどの他の方式にも適用することができる。

また、本実施の形態の画像処理装置４は、ＣＰＵ、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明したような処理を実行する。

本発明は、医療用や産業用などにおけるＣＴの画像処理技術に適用することができる。

本発明の実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるＸ線投影装置によるＸ線投影処理とＸ線撮像装置によるＸ線撮像処理とを説明する図である。 本発明の実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置の画像処理装置の構成例を示すブロック図である。 被検体の模式的な１例を示す図である。 図５の被検体から得られるシノグラムを示す図である。 図６のシノグラムの断面のＸ線吸収特性を示す図である。 本発明の実施の形態における単純逆投影の原理を説明するための図である。 本発明の実施の形態における被検体の断面画像の１例、被検体から得られるシノグラム、２値化後のシノグラム、逆投影画像、および２値化後の逆投影画像を示す図である。 図９の２値化後の逆投影画像を投影して得られるシノグラムを示す図である。 本発明の実施の形態におけるシノグラムの線形補間処理を説明する図である。 図１１のシノグラムを線形補間した後のシノグラムを示す図である。 ＦＢＰ法の原理を説明する図である。 ＣＴアルゴリズムの線形性を説明する図である。 本発明の実施の形態における２値化したシノグラムの１例、逆投影画像、２値化後の逆投影画像、逆投影画像を投影して得たシノグラム、線形補間後のシノグラム、および線形補間後のシノグラムを再構成した再構成画像を示す図である。 図１５の再構成画像と２値化後の逆投影画像とを重ね合わせた再構成画像を示す図である。 従来のＸ線ＣＴ装置によって得られた再構成画像を示す図である。 従来のＸ線ＣＴ画像再構成方法の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…Ｘ線照射装置、２…Ｘ線撮像装置、３…制御装置、４…画像処理装置、５…表示装置、１０…Ｘ線管、２０…検出器、４０…記憶部、４１…シノグラム生成部、４２…２値化処理部（第１の２値化処理部）、４４…２値化処理部（第２の２値化処理部）、４３…逆投影処理部、４５…投影処理部、４６…補間処理部、４７…再構成処理部、４８…合成処理部、１００…被検体、１０１…Ｘ線、２００…検出素子。

Claims (14)

1. 被検体の周囲を回動しながら前記被検体に放射線を照射する放射線照射手段と、
   前記被検体を挟んで前記放射線照射手段と対向するように配置され、前記被検体の周囲を回動しながら前記被検体を透過した放射線を検出する放射線撮像手段と、
   前記放射線照射手段および放射線撮像手段の回動角度毎に前記放射線撮像手段から投影１次元データを収集し、各投影１次元データを回動角度順に並べたシノグラムを生成するシノグラム生成手段と、
   前記シノグラムを２値化する第１の２値化処理手段と、
   前記第１の２値化処理手段による２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成する逆投影処理手段と、
   前記逆投影画像を２値化する第２の２値化処理手段とを備えることを特徴とするＣＴ装置。
2. 請求項１記載のＣＴ装置において、
   さらに、前記第２の２値化処理手段による２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを得る投影処理手段と、
   この投影処理手段が生成したシノグラムに基づいて金属領域を特定し、前記シノグラム生成手段が生成したシノグラム上において前記特定した金属領域を補間する補間処理手段と、
   この補間処理手段が生成した補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成する再構成処理手段とを備えることを特徴とするＣＴ装置。
3. 請求項２記載のＣＴ装置において、
   さらに、前記再構成処理手段が生成した再構成画像と前記第２の２値化処理手段が生成した逆投影画像とを合成する合成処理手段を備えることを特徴とするＣＴ装置。
4. 請求項１記載のＣＴ装置において、
   前記第１の２値化処理手段は、金属領域と考えられる所定の閾値以上の領域を第１の値とし、金属以外の領域と考えられる前記閾値未満の領域を第２の値とすることにより、前記シノグラム生成手段が生成したシノグラムを２値化することを特徴とするＣＴ装置。
5. 請求項１記載のＣＴ装置において、
   前記第２の２値化処理手段は、前記逆投影画像の最大値を閾値として前記逆投影画像を２値化することを特徴とするＣＴ装置。
6. 請求項２記載のＣＴ装置において、
   前記補間処理手段は、前記シノグラム生成手段が生成したシノグラム上において前記放射線撮像手段の複数の検出素子が並ぶ方向に対応する方向をチャンネル方向としたとき、このシノグラム上において前記特定した金属領域を、チャンネル方向に沿った前記金属領域の両端の境界値を用いて補間することを特徴とするＣＴ装置。
7. 請求項３記載のＣＴ装置において、
   前記合成処理手段は、前記合成時において前記逆投影画像の金属領域に所定の輝度値を割り当てることを特徴とするＣＴ装置。
8. 被検体の周囲を回動しながら前記被検体に放射線を照射する放射線照射手段と前記被検体の周囲を回動しながら前記被検体を透過した放射線を検出する放射線撮像手段とによって投影１次元データを取得する投影１次元データ取得手順と、
   前記放射線照射手段および放射線撮像手段の回動角度毎に前記放射線撮像手段が取得した投影１次元データから、各投影１次元データを回動角度順に並べたシノグラムを生成するシノグラム生成手順と、
   前記シノグラムを２値化する第１の２値化処理手順と、
   前記第１の２値化処理手順による２値化後のシノグラムを回動角度毎に計算上で２次元空間に単純逆投影して逆投影画像を生成する逆投影処理手順と、
   前記逆投影画像を２値化する第２の２値化処理手順とを備えることを特徴とする金属形状抽出方法。
9. 請求項８記載の金属形状抽出方法において、
   さらに、前記第２の２値化処理手順による２値化後の逆投影画像を計算上で投影してシノグラムを得る投影処理手順と、
   この投影処理手順で生成されたシノグラムに基づいて金属領域を特定し、前記シノグラム生成手順で生成されたシノグラム上において前記特定した金属領域を補間する補間処理手順と、
   この補間処理手順で生成された補間後のシノグラムを計算上で再構成して再構成画像を生成する再構成処理手順とを備えることを特徴とする金属形状抽出方法。
10. 請求項９記載の金属形状抽出方法において、
    さらに、前記再構成処理手順で生成された再構成画像と前記第２の２値化処理手順で生成された逆投影画像とを合成する合成処理手順を備えることを特徴とする金属形状抽出方法。
11. 請求項８記載の金属形状抽出方法において、
    前記第１の２値化処理手順は、金属領域と考えられる所定の閾値以上の領域を第１の値とし、金属以外の領域と考えられる前記閾値未満の領域を第２の値とすることにより、前記シノグラム生成手順で生成されたシノグラムを２値化することを特徴とする金属形状抽出方法。
12. 請求項８記載の金属形状抽出方法において、
    前記第２の２値化処理手順は、前記逆投影画像の最大値を閾値として前記逆投影画像を２値化することを特徴とする金属形状抽出方法。
13. 請求項９記載の金属形状抽出方法において、
    前記補間処理手順は、前記シノグラム生成手順で生成されたシノグラム上において前記放射線撮像手段の複数の検出素子が並ぶ方向に対応する方向をチャンネル方向としたとき、このシノグラム上において前記特定した金属領域を、チャンネル方向に沿った前記金属領域の両端の境界値を用いて補間することを特徴とする金属形状抽出方法。
14. 請求項１０記載の金属形状抽出方法において、
    前記合成処理手順は、前記合成時において前記逆投影画像の金属領域に所定の輝度値を割り当てることを特徴とする金属形状抽出方法。