JP2012011111A - 再構成画像生成方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鮮鋭度の低下やアーチファクトの発生を招くことなく、サイノグラムに対して適切なノイズ除去処理を施し、高画質な断層画像を生成する。
【解決手段】撮影角度毎の放射線画像信号に基づいてサイノグラムを生成し、その生成したサイノグラムを周波数空間上の周波数成分データに変換し、その変換した周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割し、その分割した周波数領域毎の周波数成分データに基づいて、複数の分割サイノグラムを生成し、その各分割サイノグラムに対して別個にノイズ除去処理を施し、そのノイズ除去処理を施した分割サイノグラムに基づいて、再構成を行って被写体の断層画像を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、放射線画像検出器を被写体の周りを周回させることによって取得した撮影角度毎の放射線画像信号に基づいて再構成処理を行って被写体の断層画像を生成する再構成画像生成方法および装置に関するものである。

従来、放射線源と放射線画像検出器とを被写体を中心として対向させて配置し、これらの組を被写体を中心として周回させて、様々な角度から放射線を照射して放射線画像を撮像し、その各角度の放射線画像を用いて断層画像を再構成して任意断面を表示する放射線ＣＴ画像撮影システムが臨床で広く利用されている。

ここで、放射線ＣＴ画像撮影システムにおいては、上述したように被写体の周りの複数の撮影方向からの放射線画像を撮像し、断層画像を再構成するが、この各撮影角度で撮影した放射線画像を、放射線画像の検出素子列を横軸とし、撮影角度を縦軸として並べた画像としてサイノグラムがある。

そして、サイノグラム上においては、被写体内の病変などの物体がおよそサインカーブを描くという性質が知られている。具体的には、放射線源および放射線画像検出器の回転軸が投影される位置を中心として所定の振幅を持ったサインカーブが描かれるが、その振幅や位相は被写体内の物体の回転半径に依存する。

そして、被写体を撮影して得られるサイノグラム上には、その被写体の所定の断層における複数の微小領域によって、振幅および位相が互いに異なる複数のサインカーブが描かれることになる。

一方、従来、このサイノグラムを利用したノイズリダクション技術が提案されている。たとえば、非特許文献１には、注目画素とその注目画素の近傍画素との差分値に基づいた重み付けによるエッジ保存平滑化処理をサイノグラムに対して施すことが開示されている。

上述したようにサイノグラム上においては被写体内の物体がサインカーブを描くため、サイノグラム上でのエッジなど線状の構造は基本的に必要な信号である可能性が高い。そのため上述したようなエッジ保存平滑化処理が有効に働きやすいという利点がある。

"Dose reduction for kilovoltage cone-beam computed tomography in radiation therapy", Physics in Medicine and Biology, 53(11), 2008

特表２００３−５０２７６６号公報

しかしながら、サイノグラムには、様々な振幅および位相のサインカーブが重なって現れ、コントラストの近い物体の軌跡が多く重なっている場合がある。このような場合、この軌跡が重なる場所には、それぞれの軌跡の方向に重み付けを強くしなければならないが、より多くの軌跡が複雑に絡み合うと全ての軌跡のエッジを保存するような平滑化をかけることが困難になり、一部の軌跡情報が失われてしまうという問題がある。そして、これにより低コントラストな構造物の鮮鋭度が下がりボケてしまったり、円周方向に構造物がにじむアーチファクトが発生したりする問題がある。

また、特許文献１においては、１度再構成した断層画像を実空間で領域に分割し、それをもう一度サイノグラムに投影しなおした各画像に補完処理等をかけて画質を向上させる方法が提案されている。

しかしながら、このように断層画像をサイノグラムに投影し直す方法では、断層画像中のノイズも信号として投影してしまい、ノイズもサイノグラム上で信号と同様にサインカーブを描くため、上記のようなエッジ保存平滑化を行っても、ノイズを上手く除去することができない。

本発明は、上記の事情に鑑み、鮮鋭度の低下やアーチファクトの発生を招くことなく、サイノグラムに対して適切なノイズ除去処理を施すことができ、高画質な断層画像を生成することができる再構成画像生成方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の再構成画像生成方法は、放射線源および放射線源から射出され被写体を透過した放射線を検出する放射線画像検出器のうちの少なくとも一方を被写体の周りを周回させて所定の撮影角度毎に被写体に放射線を照射することによって放射線画像検出器から出力された撮影角度毎の放射線画像信号を取得し、その取得した撮影角度毎の放射線画像信号に基づいて再構成を行って被写体の断層画像を生成する再構成画像生成方法において、撮影角度毎の放射線画像信号に基づいてサイノグラムを生成し、その生成したサイノグラムを周波数空間上の周波数成分データに変換し、その変換した周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割し、その分割した周波数領域毎の周波数成分データに基づいて、複数の分割サイノグラムを生成し、その各分割サイノグラムに対して別個にノイズ除去処理を施し、そのノイズ除去処理を施した分割サイノグラムに基づいて、再構成を行って被写体の断層画像を生成することを特徴とする。

本発明の再構成画像生成装置は、放射線源および放射線源から射出され被写体を透過した放射線を検出する放射線画像検出器のうちの少なくとも一方を被写体の周りを周回させて所定の撮影角度毎に被写体に放射線を照射することによって放射線画像検出器から出力された撮影角度毎の放射線画像信号を取得する放射線画像取得部と、放射線画像取得部によって取得された撮影角度毎の放射線画像信号に基づいて再構成を行って被写体の断層画像を生成する再構成部とを備えた再構成画像生成装置において、放射線画像取得部によって取得された撮影角度毎の放射線画像信号に基づいてサイノグラムを生成するサイノグラム生成部と、サイノグラム生成部により生成されたサイノグラムを周波数空間上の周波数成分データに変換する周波数成分変換部と、周波数成分変換部により変換された周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割する周波数成分分割部と、周波数成分分割部により分割された周波数領域毎の周波数成分データに基づいて、複数の分割サイノグラムを生成し、各分割サイノグラムに対して別個にノイズ除去処理を施すノイズ除去処理部とを備え、再構成部が、ノイズ除去処理部よりノイズ除去処理の施された分割サイノグラムに基づいて、再構成を行って被写体の断層画像を生成するものであることを特徴とする。

また、上記本発明の再構成画像生成装置においては、ノイズ除去処理部を、ノイズ除去処理として重み付けフィルタを用いたエッジ保存型平滑化処理を行うものとすることができる。

また、エッジ保存型平滑化処理として、注目画素とその注目画素の近傍画素との差分値に基づいて重み付けをする処理を用いることができる。

また、エッジ保存型平滑化処理として、空間フィルタを用いたエッジ抽出処理をともなうノイズ除去処理を用いることができる。

また、ノイズ除去処理部を、各分割サイノグラムに含まれる被写体内の物体の周回の回転半径に応じた軌跡情報に基づいて重み付けのパラメータを決定するものとできる。

また、ノイズ除去処理部を、各分割サイノグラムに含まれるサインカーブの傾き方向の重みが大きくなるように重み付けのパラメータを決定するものとできる。

また、周波数成分分割部を、分割された周波数領域毎の周波数成分データに周回の回転半径に応じた特徴量がそれぞれ含まれるように領域の分割を行うものとできる。

また、周波数成分分割部を、周波数空間上の原点を通過し、かつ互いに異なる傾きを有する直線で周波数成分データを分割するものとできる。

また、ノイズ除去処理部よりノイズ除去処理の施された分割サイノグラムを合成して１つの合成サイノグラムを生成する画像合成部を設け、再構成部を、画像合成部において生成された合成サイノグラムを用いて再構成を行って被写体の断層画像を生成するものとできる。

また、再構成部を、ノイズ除去処理部よりノイズ除去処理の施された各分割サイノグラムを用いてそれぞれ再構成を行って部分断層画像を生成し、その生成した部分断層画像を合成して被写体の断層画像を生成するものとできる。

本発明の再構成画像生成方法および装置によれば、サイノグラムを周波数空間上の周波数成分データに変換し、その変換した周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割し、その分割した周波数領域毎の周波数成分データに基づいて、複数の分割サイノグラムを生成し、その各分割サイノグラムに対して別個にノイズ除去処理を施し、そのノイズ除去処理を施した分割サイノグラムに基づいて、再構成を行って被写体の断層画像を生成するようにしたので、上述したようにサイノグラム上にコントラストの近い物体の軌跡が多く重なっている場合においても、周波数領域毎に分割された分割サイノグラムに対して種々の軌跡に応じた適切なノイズ除去処理を施すことができるので、軌跡情報を失うことによる鮮鋭度の低下やアーチファクトの発生を招くことなく、適切なノイズ除去処理を施すことができ、高画質な断層画像を生成することができる。

本発明の再構成画像生成装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムの概略構成図 本発明の再構成画像生成装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムにおける放射線検出部とコンピュータの内部構成を示すブロック図 本発明の再構成画像生成装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムの撮影の作用を説明するためのフローチャート 本発明の再構成画像生成装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムにおいて生成されるサイノグラムの一例を示す図 図４に示すサイノグラムの被写体Ｐを示す図 図４に示すサイノグラムに対し２次元フーリエ変換処理を施した周波数空間上の周波数成分データを示す模式図 図６に示す周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割した図 注目画素とその注目画素の近傍の画素との差分値に基づく重み付けを行う処理を説明するための図 （Ａ）エッジ抽出処理に用いられる横方向の微分フィルタ、（Ｂ）エッジ抽出処理に用いられる縦方向の微分フィルタ エッジの傾き方向θの座標軸を示す図 エッジ抽出処理によって抽出されたエッジ方向への平滑化フィルタ処理を説明するための図 分割サイノグラムの現れるサインカーブについて説明するための図 サインカーブに基づく重み係数の演算方法を説明するための図 分割された周波数領域毎の各分割サイノグラムを用いて個別に再構成処理を行った部分断層画像を示す図

以下、図面を参照して本発明の再構成画像生成装置の一実施形態を用いた放射線ＣＴ画像撮影システムについて説明する。まず、本放射線ＣＴ画像撮影システム全体の概略構成について説明する。図１は、本放射線ＣＴ画像撮影システムの概略構成を示す図である。

本放射線ＣＴ画像撮影システムは、図１に示すように、被写体Ｐの放射線画像の撮影を行なう撮影装置１と、被写体Ｐを支持するための支持台であるベッド２２と、撮影装置１に接続され、撮影装置１の制御を行うとともに、撮影により得られた放射線画像信号の処理を行うコンピュータ３０と、このコンピュータ３０に接続されたモニタ３１とを備えている。

撮影装置１は、円錐状の放射線を射出する放射線源１０、放射線源１０から射出された放射線を検出する放射線検出部１１、放射線源１０および放射線検出部１１が端部にそれぞれ対向して設けられ、これらを保持するＣアーム１２と、このＣアーム１２を回転させる回転駆動部１５と、回転駆動部１５を保持するアーム２０と備えている。

Ｃアーム１２は、回転駆動部１５に対して、回転軸Ｃの周りに３６０°回転可能に取り付けられている。また、アーム２０は可動部２０ａを備えるとともに、天井に対して移動可能に設置された基部２１に保持されている。そして、Ｃアーム１２は、基部２１を移動させることによって撮影室内において広範の位置に移動可能であるとともに、アーム２０の可動部２０ａを可動させることによって回転方向（回転軸角度）も変更可能に構成されている。

放射線源１０と放射線検出部１１とは回転軸Ｃを間に挟んで対向配置されており、放射線ＣＴ画像撮影を行うときには、回転軸Ｃ、放射線源１０、放射線検出部１１の互いの位置関係は固定された状態で、Ｃアーム１２が回転駆動部１５によって１８０°〜３６０°回転させられる。

図２に、放射線検出部１１とコンピュータ３０の内部の概略構成を示すブロック図を示す。

放射線検出部１１は、図２に示すように、被写体Ｐを透過した放射線の照射を受けて電荷を発生し、被写体Ｐの放射線画像を表す放射線画像信号を出力する放射線画像検出器１１ａと、放射線画像検出器１１ａから出力された放射線画像信号に対して所定の信号処理を施す信号処理部１１ｂとを備えている。

放射線画像検出器１１ａは、放射線画像の記録と読出しを繰り返して行うことができるものであり、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する、いわゆる直接型の放射線画像検出器を用いてもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する、いわゆる間接型の放射線画像検出器を用いるようにしてもよい。また、放射線画像信号の読出方式としては、ＴＦＴ（thin film transistor）スイッチをオン・オフされることによって放射線画像信号が読みだされる、いわゆるＴＦＴ読出方式のものを用いることが望ましいが、これに限らずその他のものを用いるようにしてもよい。

信号処理部１１ｂは、放射線画像検出器１１ａから読み出された電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプなどからなるアンプ部や、アンプ部から出力された電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部などを備えている。

コンピュータ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）および半導体メモリやハードディスクやＳＳＤ等のストレージデバイスなどを備えており、これらのハードウェアによって、放射線画像取得部３０ａ、サイノグラム生成部３０ｂ、周波数成分変換部３０ｃ、周波数成分分割部３０ｄ、分割サイノグラム記憶部３０ｅ、ノイズ除去処理部３０ｆ、画像合成部３０ｇ、および再構成部３０ｈが構成されている。

放射線画像取得部３０ａは、予め設定された撮影角度毎の放射線の照射によって放射線画像検出器１１ａより検出された放射線画像信号を取得するものである。

サイノグラム生成部３０ｂは、放射線画像取得部３０ａによって取得された撮影角度毎の放射線画像信号に基づいてサイノグラムを生成するものである。サイノグラムの生成方法については、後で詳述する。

周波数成分変換部３０ｃは、サイノグラム生成部３０ｂにおいて生成されたサイノグラムに対して２次元フーリエ変換処理を施して周波数空間上の周波数成分データを生成するものである。

周波数成分分割部３０ｄは、周波数成分変換部３０ｃにおいて生成された周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域毎の周波数成分データに分割するものである。具体的には、本実施形態の周波数成分分割部３０ｄは、互いに異なる回転半径の被写体領域の物体（たとえば、病変など）の軌跡情報がそれぞれ取得できるように周波数成分データを互いに異なる周波数領域毎に分割するものである。すなわち、逆にいうと分割された周波数領域毎の周波数成分データは、それぞれ互いに異なる回転半径の被写体領域の物体の軌跡情報を含むものとなる。なお、上記回転半径とは、Ｃアーム１２の回転中心、すなわち放射線源１０と放射線画像検出器１１ａとを結ぶ線分の中心からの距離のことをいう。

ここで、サイノグラムについて一般的に知られている性質として、周波数−距離関係（FDR(Frequency Distance Relation)）がある。これはサイノグラムに対して２次元フーリエ変換を施すと、｜ｋ/ｗ｜（ｗ：空間周波数，ｋ：角度方向のフーリエ展開級数）の情報の大部分は回転半径ｄの物体の軌跡情報の寄与によるものであるという性質である。したがって、この性質を用いて、本実施形態においては、互いに異なる回転半径の被写体領域の物体の軌跡情報を取得するために、２次元フーリエ変換後の周波数空間上の原点を通過し、かつ互いに異なる傾き（｜ｋ/ｗ｜）を有する直線で周波数成分データを分割する。なお、詳細な分割方法については後で詳述する。

分割サイノグラム記憶部３０ｅは、周波数成分分割部３０ｄにより分割された周波数領域毎の周波数成分データに対して逆フーリエ変換を施すことによって実空間に変換し、各周波数領域の周波数成分データに対応する複数の分割サイノグラムデータを生成して記憶するものである。

ノイズ除去処理部３０ｆは、分割サイノグラム記憶部３０ｅに記憶された複数の分割サイノグラムデータをそれぞれ別個に読み出し、各分割サイノグラムデータに対して別個にノイズ除去処理を施すものである。

ここで、上述したように各分割サイノグラムデータは、互いに異なる回転半径の被写体領域の物体の軌跡情報を含むものとなる。そこで、本実施形態のノイズ除去処理部３０ｆは、上記のような各分割サイノグラムデータに対して、物体の軌跡情報が残されたままノイズ除去が行われるようなエッジ保存型平滑化処理を施すものである。このエッジ保存型平滑化処理の詳細については、後で詳述する。

画像合成部３０ｇは、ノイズ除去処理の施された各分割サイノグラムを合成して、再び１のノイズ除去済サイノグラムを生成するものである。

再構成部３０ｈは、画像合成部３０ｇにおいて合成されたノイズ除去済サイノグラムのデータを用いて、再構成処理を行って被写体の断層画像を生成するものである。再構成の手法としては、ＦＢＰ（Filter Back Projection）法、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）法やコンボリューション法などの解析的手法を用いてもよいし、ＭＬ−ＥＭ（Maximum Likelihood - Expectation Maximization）法、ＯＳ−ＥＭ（Orderd Subsets Expectation Maximization）法、ＭＡＰ-ＥＭ（Maximum A Posteriori - Expectation Maximization）法、ＡＲＴ（Algebraic Reconstruction Techniques）、ＳＩＲＴ法（Simultaneous Interactive Reconstruction Techniques）、ＳＡＲＴ（Statistical Algebraic Reconstruction Techniques）、ＩＲＴ（Iterative Reconstruction Techniques）などの逐次近似法を用いてもよい。

撮影制御部３０ｉは、回転駆動部１５によるＣアーム１２の回転動作と、放射線源１０から射出される放射線の照射タイミングとを駆動制御するものである。具体的な制御方法については後で詳述する。

モニタ３１は、コンピュータ３０から出力された被写体の断層画像を表す画像信号に基づいて、断層画像もしくは複数枚の断層画像によって構成される３次元画像を表示するものである。

次に、本放射線ＣＴ画像撮影システムの作用について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、被写体Ｐをベッド２２上に横たわらせ、被写体Ｐの体の略中心を回転軸Ｃとして、この回転軸Ｃを挟んで放射線源１０と放射線検出部１１とが対称位置に配されるようにＣアーム１２の位置決めが行なわれる。Ｃアーム１２の移動は、使用者によるコンピュータ３０の操作に基づいて行なわれる。

次に、撮影者によって所定の入力部を用いて撮影条件が入力された後、撮影開始ボタンが押下されて撮影開始指示が入力され、Ｃアーム１２の回転動作が開始され、予め設定された撮影角度毎の放射線画像の撮影が開始される（Ｓ１０）。

具体的には、回転駆動部１５によってＣアーム１２が回転させられ、被験者Ｐを通る回転軸Ｃの回りに放射線源１０と放射線検出部１１とが一体的に回転させられ、回転速度が一定速度になった時点から放射線源１０から放射線が射出される。

そして、予め設定されたＣアーム１２の撮影角度毎に、被験者Ｐを通った円錐状放射線が放射線画像検出器１１ａに曝射されるとともに、放射線画像検出器１１ａに記録された電荷信号の読み出しが行われ、被験者Ｐを互いに異なる撮影角度から撮影した複数の放射線画像信号が順次読み出される。なお、Ｃアーム１２の各撮影角度を加算した全撮影角度の範囲は、１８０度に円錐状放射線のコーン角度を加えて約２００度以上に設定することが望ましい。

放射線画像検出器１１ａから読み出された電荷信号は、信号処理部１１ｂにおいて所定の処理が施された後、コンピュータ３０に出力され、コンピュータ３０の放射線画像取得部３０ａによって取得され保存される。

次に、上述したようにして放射線画像取得部３０ａによって取得された撮影角度毎の放射線画像信号はサイノグラム生成部３０ｂに出力され、サイノグラム生成部３０ｂにおいて、入力された放射線画像信号に基づいてサイノグラムが生成される（Ｓ１２）。

サイノグラムとは、図４に示すように、撮影角度を縦軸とし、放射線画像検出器１１ａを構成する各検出素子の列方向を横軸として、各検出素子の画素信号を配列したものである。なお、放射線画像検出器１１ａの各検出素子の列方向とは、Ｃアーム１２の回転軸に対して直交する方向についての検出素子の配列方向である。そして、図４に示すサイノグラムは、放射線画像検出器１１ａを構成する多数の検出素子の列のうちの１つの列の放射線画像信号を用いて生成されたものである。

ここで、たとえば、図５に示すような被写体Ｐを撮影したときにサイノグラム上に現れる情報について説明する。図５に示す被写体Ｐの中には、たとえば病変Ｔ１と病変Ｔ２とが存在するものとする。そして、この病変Ｔ１と病変Ｔ２とは、放射線画像検出器１１ａの回転中心Ｃから互いに異なる回転半径の位置に存在するものとする。このような被写体Ｐを撮影してサイノグラムを生成すると、図４に示すように、病変Ｔ１の軌跡情報がＳ１として現れ、病変Ｔ２の軌跡情報がＳ２として現れることになる。そして、これらの軌跡情報はサインカーブとして現れ、このサインカーブは各病変の回転半径の位置に応じた振幅と位相を有するものとなる。具体的には、病変Ｔ１の回転半径が軌跡情報Ｓ１の振幅ｄ１となり、病変Ｔ２の回転半径が軌跡情報Ｓ２の振幅ｄ２となる。

すなわち、サイノグラムには、被写体Ｐ内に存在する病変などの高コントラスト体の軌跡情報がサインカーブとして現れ、そのサインカーブの振幅と位相とは、その病変の回転半径を表すものとなる。

そして、従来、このサイノグラムに対してノイズ除去処理を行うことが行われていたが、上述したようにサイノグラムには、様々な振幅および位相のサインカーブが重なっているため、コントラストの近い物体の軌跡情報が多く重なっていると、軌跡情報が失われ、適確な方向に重み付けを行うことができなくなってしまう。そのような状態で平滑化の度合いを強くすると、低コントラストな構造物の鮮鋭度が下がったり、円周方向に構造物がにじむアーチファクトが発生したりする。

そこで、本実施形態においては、被写体内に存在する種々の病変の軌跡情報を失うことなく、適切にノイズのみを除去するために、まず、サイノグラム生成部３０ｂにおいて生成されたサイノグラムを周波数成分変換部３０ｃに出力し、周波数成分変換部３０ｃにおいて、入力されたサイノグラムサイノグラムに対して２次元フーリエ変換処理を施して、周波数空間上の周波数成分データを生成する（Ｓ１４）。

図６は、図４に示すように軌跡情報Ｓ１と軌跡情報Ｓ２とを有するサイノグラムに対して、２次元フーリエ変換処理を施すことによって生成された周波数成分データを示すものである。図６に示すように、図４に示すサイノグラム上に現れていた軌跡情報Ｓ１は２次元フーリエ変換処理によって直線情報ｆ１となって周波数成分データ上に現れ、軌跡情報Ｓ２は２次元フーリエ変換処理によって直線情報ｆ２となって周波数成分データ上に現れることになる。

そして、周波数成分変換部３０ｃにより生成された周波数成分データは、周波数成分分割部３０ｄに出力され、周波数成分分割部３０ｄにおいて複数の周波数領域に分割される（Ｓ１６）。

具体的には、互いに異なる回転半径の病変Ｔ１，Ｔ２の軌跡情報Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ分けて取得するため、図７に示すように、周波数空間上の原点を通過し、かつ互いに異なる傾き（｜ｋ/ｗ｜）を有する直線で周波数成分データを周波数領域Ｒ１〜Ｒ４毎に分割し、軌跡情報Ｓ１に対応する直線情報ｆ１と軌跡情報Ｓ２に対応する直線情報ｆ２とが互いに異なる周波数領域Ｒ２と周波数領域Ｒ３とにそれぞれ属するようにする。

そして、周波数成分分割部３０ｄにより周波数領域Ｒ１〜Ｒ４毎に分割された周波数成分データは分割サイノグラム記憶部３０ｅに出力され、分割サイノグラム記憶部３０ｅにおいてそれぞれ別個に逆フーリエ変換処理が施されることによって、周波数領域Ｒ１〜Ｒ４にそれぞれ対応した複数の分割サイノグラムが生成され、別個に記憶される（Ｓ１８）。

次に、分割サイノグラム記憶部３０ｅに記憶された各分割サイノグラムが、ノイズ除去処理部３０ｆにより読み出され、各分割サイノグラムに対してそれぞれ別個にノイズ除去処理が施される（Ｓ２０）。具体的には、病変Ｔ１，Ｔ２の軌跡情報Ｓ１，Ｓ２が残されたままノイズ除去が行われるようなエッジ保存型平滑化処理が各分割サイノグラムに対して施される。

ここで、エッジ保存型平滑化処理の具体例について以下に説明する。エッジ保存型平滑化処理の１つとして、たとえば、注目画素とその注目画素の近傍の画素との差分値に基づく重み付けを行う処理がある。

この処理は、具体的には、たとえば、注目画素が、図８に示すＰ５の画素である場合には、平滑化処理後の注目画素の画素値Ｐ５’を、下式（１）を演算することによって取得する。
上式（１）におけるＰｋは中心画素（注目画素）とその周囲の近傍の８画素の画素値であり、Ｗｋは重み値である。そして、重み値Ｗｋは、下式（２）によって取得されるものである。
上記演算式によると差分値がゼロのときは重み値が１となり、差分が大きいほど重み値は小さくなる。すなわち、差分が大きいほど平滑化に寄与しなくなり、エッジ情報が保存されることになる。

また、エッジ保存型平滑化処理として、空間フィルタによるエッジ抽出処理を用いた平滑化処理を利用することができる。この平滑化処理におけるエッジ抽出処理に用いられるフィルタとしては、たとえば、図９（Ａ），（Ｂ）に示すような横方向の微分フィルタと縦方向の微分フィルタとがある。これらの微分フィルタの出力は、平坦な場所ではゼロ、特定の方向に傾きがある場所では大きな値となる。

そして、たとえば、図９（Ａ），（Ｂ）に示すような２方向の微分フィルタの値から、その場所がどの方向に傾きを持ったエッジあるかを算出することができる。具体的には、たとえば、ｘ−ｙ座標軸を図１０に示すようにとった場合、エッジの傾き方向θは下式（３）に基づいて算出することができる。なお、下式（３）におけるatan()はtanの逆関数であり、ｆ１は横方向の微分フィルタの値であり、ｆ２は縦方向の微分フィルタの値である。ただし、ｆ１がゼロの場合にはゼロかπ/２とする。
そして、上記演算によって算出されたエッジ方向への平滑化フィルタ処理は、図１１および下式（４）にしたがって演算することによって行われる。なお、ａｋ’は中心画素に対する各近傍画素の方向とエッジの勾配方向との角度差から各近傍画素の重みを算出した値であり、θｋは中心画素から各近傍画素への角度であり、θはエッジの勾配方向である。
たとえば、θ＝π/４である場合、ａ１’＝ａ９’＝０、ａ２’＝ａ４’＝ａ６’＝ａ８’＝１/√２、ａ３’＝ａ５’＝ａ７’＝１となる。

また、各分割サイノグラムデータに含まれる軌跡情報として、いずれの回転半径の軌跡情報が多く含まれているかに応じて重み付けのパラメータを決定するようにしてもよい。基本的には、各分割サイノグラムデータに含まれる軌跡情報はサインカーブを描くことになるので、この性質を利用してそのサインカーブの傾き方向の重みを大きくするように重み付けを決定するようにしてもよい。

ただし、分割サイノグラムに現れるサインカーブは、そのサインカーブの頂点部分に近づくにつれて軌跡の傾きがなだらかになるため、このなだらかな部分の情報は実はより小さな半径情報を含む分割サイノグラム中に含まれることがある。具体的には、たとえば、図１２に示すＳ２のカーブの頂点付近の情報は、図７に示すＲ２やＲ１の分割サイノグラムに含まれやすくなる。

すなわち、所定の分割サイノグラムのその分割サイノグラムが多く持っている半径領域より外側の領域には、より大きな半径領域の物体の軌跡の頂点付近の情報が連なっていうような感じとなる。

したがって、所定の分割サイノグラムにおいて、その分割サイノグラムが持っている半径領域の頂点付近およびその外側の領域（図１２の矢印で示す領域）については、図１２に示す撮影角度方向に重み付けを強くすることがより好ましい。

ただし、上述したように基本的には軌跡情報はサインカーブに沿うことになるので、ここではサインカーブに沿った重み付け処理の例について説明する。

具体的には、サインカーブに基づく重み係数Ｓｋは図１３および下式（５）にしたがって算出される。なお、下式（５）におけるθｋは中心画素から各近傍画素への角度（ｋ＝５のときは規定しない）であり、θ_Ｓ１，θ_Ｓ２はサインカーブの傾き方向の角度（所定の画素を通るサインカーブは２通り存在する）であり、βはサインカーブに基づく重み係数の寄与率を決める定数である。また、上記サインカーブは、分割サイノグラムが持つ回転半径範囲の中の中央値に基づくとする。たとえば、半径ｄ１から半径ｄ２の範囲の情報をもつ場合には、（ｄ１＋ｄ２）/２の振幅のサインカーブとなる。
そして、上式（５）にしたがって算出された重み係数を、上述した近傍画素の差分値の重み付け平滑化処理に適用する場合には、下式（６）を演算するようにすればよい。
また、上式（５）にしたがって算出された重み係数を、上述したエッジ抽出処理に基づく重み付けフィルタ平滑化処理に適用する場合には、下式（７）を算出するようにすればよい。
以上がエッジ保存型平滑化処理の具体例の説明である。

そして、ノイズ除去処理部３０ｆにおいてノイズ除去処理の施された各分割サイノグラムは画像合成部３０ｇに出力され、画像合成部３０ｇは、入力された複数の分割サイノグラムを合成して再び１枚の合成サイノグラムを生成する（Ｓ２２）。

そして、画像合成部３０ｇにおいて生成された合成サイノグラムは、再構成部３０ｈに出力され、再構成部３０ｈは、入力された合成サイノグラムを用いて再構成処理を行って被写体Ｐの断層画像を生成する（Ｓ２４）。

そして、再構成部３０ｈにおいて生成された断層画像を表す画像信号に対して所定の信号処理が施されて表示用断層画像信号が生成され、その表示用断層画像信号はモニタ３１に出力され、モニタ３１において表示用断層画像信号に基づいて被写体Ｐの断層画像が表示される。なお、モニタ３１に表示される画像としては１枚の断層画像でも良いし、放射線画像検出器１１ａの検出素子列毎に、上記と同様にして生成された複数の断層画像を取得し、この複数の断層画像に基づいて３次元画像を表示するようにしてもよい。

また、上記実施形態の説明においては、画像合成部３０ｇにおいて分割サイノグラムを合成した後に再構成処理を行うようにしたが、これに限らず、各分割サイノグラムに対してそれぞれ再構成処理をほどこして部分断層画像を生成した後に、複数の部分断層画像を合成して一枚の断層画像を生成するようにしてもよい。図１４は、図７に示す周波数領域Ｒ１〜Ｒ４に対応する各分割サイノグラムを用いて生成した各部分断層画像を示すものである。

ここで、図１４に示す各周波数領域Ｒ１〜Ｒ４に対応する部分断層画像について説明すると、周波数領域Ｒ１に対応する部分断層画像には、回転半径の小さい領域の情報とともに、被写体Ｐの輪郭部のように異なる位相のサインカーブの頂点部分が重なって角度方向になだらかに伸びたエッジ部の情報が含まれることになる。

そして、周波数領域Ｒ２、周波数領域Ｒ３、周波数領域Ｒ４となるにつれて回転半径の小さい領域の情報が次第に少なくなっていき、特定の回転半径の情報が多く含まれるようになる。周波数領域Ｒ２に対応する部分断層画像には病変Ｔ１の断層像が現れ、周波数領域Ｒ３に対応する部分断層画像には病変Ｔ２の断層像が現れることになる。なお、周波数領域Ｒ４に対応する部分断層画像には背景部分の情報が多く含まれることになる。

また、上記実施形態においては、放射線画像検出器と放射線源との両方を回転させる構成としたが、たとえば、放射線画像検出器を被写体Ｐの周囲に多数並べて設けるようにした場合には、放射線源のみを回転させればよいことになる。また、逆に、放射線源を被写体Ｐの周囲に多数並べて設けるようにした場合には、放射線画像検出器のみを回転させればよいことになる。そのような構成の場合でも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態は、本発明の再構成画像生成装置を、被写体の頭部や胸部のＣＴ画像を撮影する放射線ＣＴ画像撮影システムに適用したものであるが、被写体はこれらに限らず、たとえば、被写体の乳房のＣＴ画像を撮影する放射線ＣＴ画像撮影システムに適用するようにしてもよい。

１ 撮影装置
１０ 放射線源
１１ 放射線検出部
１１ａ 放射線画像検出器
１２ Ｃアーム
３０ コンピュータ
３０ａ 放射線画像取得部
３０ｂ サイノグラム生成部
３０ｃ 周波数成分変換部
３０ｄ 周波数成分分割部
３０ｅ 分割サイノグラム記憶部
３０ｆ ノイズ除去処理部
３０ｇ 画像合成部
３０ｈ 再構成部
３１ モニタ

Claims (11)

1. 放射線源および該放射線源から射出され被写体を透過した放射線を検出する放射線画像検出器のうちの少なくとも一方を前記被写体の周りを周回させて所定の撮影角度毎に前記被写体に前記放射線を照射することによって前記放射線画像検出器から出力された前記撮影角度毎の放射線画像信号を取得し、該取得した前記撮影角度毎の放射線画像信号に基づいて再構成を行って前記被写体の断層画像を生成する再構成画像生成方法において、
   前記撮影角度毎の放射線画像信号に基づいてサイノグラムを生成し、
   該生成したサイノグラムを周波数空間上の周波数成分データに変換し、
   該変換した周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割し、
   該分割した周波数領域毎の前記周波数成分データに基づいて、複数の分割サイノグラムを生成し、該各分割サイノグラムに対して別個にノイズ除去処理を施し、
   該ノイズ除去処理を施した分割サイノグラムに基づいて、前記再構成を行って前記被写体の断層画像を生成することを特徴とする再構成画像生成方法。
2. 放射線源および該放射線源から射出され被写体を透過した放射線を検出する放射線画像検出器のうちの少なくとも一方を前記被写体の周りを周回させて所定の撮影角度毎に前記被写体に前記放射線を照射することによって前記放射線画像検出器から出力された前記撮影角度毎の放射線画像信号を取得する放射線画像取得部と、該放射線画像取得部によって取得された前記撮影角度毎の放射線画像信号に基づいて再構成を行って前記被写体の断層画像を生成する再構成部とを備えた再構成画像生成装置において、
   前記放射線画像取得部によって取得された撮影角度毎の放射線画像信号に基づいてサイノグラムを生成するサイノグラム生成部と、
   該サイノグラム生成部により生成されたサイノグラムを周波数空間上の周波数成分データに変換する周波数成分変換部と、
   該周波数成分変換部により変換された周波数成分データを互いに異なる複数の周波数領域に分割する周波数成分分割部と、
   該周波数成分分割部により分割された周波数領域毎の前記周波数成分データに基づいて、複数の分割サイノグラムを生成し、該各分割サイノグラムに対して別個にノイズ除去処理を施すノイズ除去処理部とを備え、
   前記再構成部が、前記ノイズ除去処理部よりノイズ除去処理の施された前記分割サイノグラムに基づいて、前記再構成を行って前記被写体の断層画像を生成するものであることを特徴とする再構成画像生成装置。
3. 前記ノイズ除去処理部が、前記ノイズ除去処理として重み付けフィルタを用いたエッジ保存型平滑化処理を行うものであることを特徴とする請求項２記載の再構成画像生成装置。
4. 前記エッジ保存型平滑化処理が、注目画素と該注目画素の近傍画素との差分値に基づいて重み付けをする処理であることを特徴とする請求項３記載の再構成画像生成装置。
5. 前記エッジ保存型平滑化処理が、空間フィルタを用いたエッジ抽出処理をともなうノイズ除去処理であることを特徴とする請求項３記載の再構成画像生成装置。
6. 前記ノイズ除去処理部が、前記各分割サイノグラムに含まれる前記被写体内の物体の前記周回の回転半径に応じた軌跡情報に基づいて、前記重み付けのパラメータを決定するものであることを特徴とする請求項３から４いずれか１項記載の再構成画像生成装置。
7. 前記ノイズ除去処理部が、前記各分割サイノグラムに含まれるサインカーブの傾き方向の重みが大きくなるように前記重み付けのパラメータを決定するものであることを特徴とする請求項６記載の再構成画像生成装置。
8. 前記周波数成分分割部が、前記分割された周波数領域毎の周波数成分データに前記周回の回転半径に応じた特徴量がそれぞれ含まれるように前記周波数領域の分割を行うものであることを特徴する請求項２から７いずれか１項記載の再構成画像生成装置。
9. 前記周波数成分分割部が、前記周波数空間上の原点を通過し、かつ互いに異なる傾きを有する直線で前記周波数成分データを分割するものであることを特徴とする請求項２から８いずれか１項記載の再構成画像生成装置。
10. 前記ノイズ除去処理部よりノイズ除去処理の施された前記分割サイノグラムを合成して１つの合成サイノグラムを生成する画像合成部を備え、
    前記再構成部が、該画像合成部において生成された合成サイノグラムを用いて前記再構成を行って前記被写体の断層画像を生成するものであることを特徴とする請求項２から９いずれか１項記載の再構成画像生成装置。
11. 前記再構成部が、前記ノイズ除去処理部よりノイズ除去処理の施された前記各分割サイノグラムを用いてそれぞれ前記再構成を行って部分断層画像を生成し、該生成した部分断層画像を合成して前記被写体の断層画像を生成するものであることを特徴とする請求項２から９いずれか１項記載の再構成画像生成装置。