JP2012070814A - 画像処理装置およびプログラム並びにｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体における各局所領域での構造の細かさに応じて画質を適正化することができるＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】 被写体画像における１つの画素を注目画素ＡＰとして選択し（ステップＳ５）、注目画素ＡＰを含む局所領域Ａｒでの画素値のばらつき度ＳＤを算出する（ステップＳ８）。上記画素値のばらつき度ＳＤに応じた画質の画像を、上記被写体画像と同じ被写体を表しており、画質が互いに異なっている複数の画像ＧＡ，ＧＢ，ＧＣ，…の中から選択し（ステップＳ９）、選択された画像における注目画素ＡＰに対応する画素の画素値を用いて、注目画素ＡＰの画素値を調整する（ステップＳ１０）。この処理を、注目画素を変えながら繰り返す。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被写体画像の画質を調整する画像処理装置およびプログラム（program）並びにＸ線ＣＴ（Computed
Tomography）装置に関する。

Ｘ線ＣＴ撮影等によって得られた被写体画像を用いた画像診断において、観察に適した画質は、その観察しようとする物質あるいは組織によって異なる場合がある。

そこで、被検体画像において画素値を基に物質を弁別し、各物質の画質を適正化する画像診断装置が提案されている（特許文献１，第３４段落〜第４０段落等参照）。

この装置によれば、１つの被写体画像上で互いに異なる複数の物質をそれぞれ所望の画質にて表すことができる。これにより、複数の物質や組織をそれぞれ適した画質にて同時に観察することができ、診断効率を向上させることができる。

特開２００６−３４７８５号公報

ところで、画素値が同程度である同じ種類の物質や組織であっても、その構造の細かさに応じて画質を調整したい場合がある。例えば、同じ骨部でも、細かい構造を持つ内耳の骨部では、その構造の細部が観察できるように、空間分解能の高さを優先し、一方、変化の少ない構造を持つ頭蓋の骨部では、自然な描写で観察の障害とならないように、粒状ノイズ（noise）の低さを優先したい場合がある。

しかしながら、上記の画像診断装置では、画素値を基に画質を変化させるため、構造の細かさを基準に画質を適正化することができない。

このような事情により、被写体画像における各局所領域での構造の細かさに応じて画質を適正化することができる画像処理装置およびそのためのプログラム並びにＸ線ＣＴ装置が望まれている。

第１の観点の発明は、被写体画像における１つの画素を注目画素として選択し、該注目画素を含む局所領域における画素値のばらつき度を算出する第１算出手段と、前記画素値のばらつき度に応じた画質の画像を、前記被写体画像と同じ被写体を表しており、画質が互いに異なっている複数の画像の中から選択し、選択された画像における前記注目画素に対応する画素の画素値を用いて、前記注目画素の画素値を調整する調整手段とを備えている画像処理装置を提供する。

第２の観点の発明は、前記画素値のばらつき度が、前記局所領域における画素値の分散、標準偏差、または最大値と最小値との差である上記第１の観点の画像処理装置を提供する。

第３の観点の発明は、前記調整手段が、前記画素値のばらつき度に応じた画質の画像として、前記画素値のばらつき度が大きいほど、高周波成分がより強調された画像を選択し、前記画素値のばらつき度が小さいほど、高周波成分がより抑制された画像を選択する上記第１の観点または第２の観点の画像処理装置を提供する。

第４の観点の発明は、前記局所領域における画素値の代表値を算出する第２算出手段をさらに備えており、前記調整手段が、前記第２算出手段により算出された前記画素値の代表値に基づいて、前記画素値のばらつき度と、該ばらつき度に応じた画質の画像として選択すべき画像との対応関係を調整する上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第５の観点の発明は、前記画素値の代表値が、画素値の中間値、中央値、または平均値である上記第４の観点の画像処理装置を提供する。

第６の観点の発明は、前記被写体画像が、Ｘ線ＣＴ撮影により得られた画像である上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第７の観点の発明は、前記複数の画像が、前記被写体のＸ線投影データ（data）に、互いに異なる複数の再構成関数をそれぞれ重畳し、逆投影して得られる画像である上記第６の観点の画像処理装置を提供する。

第８の観点の発明は、前記複数の画像が、前記被写体のＸ線投影データに所定の再構成関数を重畳し、逆投影して得られる画像に、画像フィルタ（filter）を適用して得られる画像である上記第６の観点の画像処理装置を提供する。

第９の観点の発明は、コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置として機能させるためのプログラムを提供する。

第１０の観点の発明は、上記第６の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を有しているＸ線ＣＴ装置を提供する。

上記観点の発明によれば、被写体画像における各局所領域での画素値のばらつき度に応じて画質を調整することができ、被写体画像における各局所領域での構造の細かさに応じて画質を適正化することができる。

本実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置を示すブロック図である。 本実施形態における処理の流れの説明図である。 断層像上で選択された注目画素の一例を示す図である。 断層像上で設定された局所領域の一例を示す図である。 ＣＴ値ばらつき度と再構成関数ごとの重み付け係数との関係を示すグラフである。 ＣＴ値ばらつき度と再構成関数ごとの重み付け係数との関係を示すグラフにおける、再構成関数を切り換える各閾値のＣＴ値代表値の大きさに対する変化を示す図である。 ＣＴ値ばらつき度に応じて画質が適正化された断層像の一例を示す図である。

以下、図を参照して発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置の構成ブロック（block）図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１、撮影テーブル（table）１０、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付ける入力装置２と、画像再構成処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得した投影データを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、投影データから再構成したＣＴ画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラムやデータ、ＣＴ画像などを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体を載置して走査ガントリ２０のボア（空洞部）に対し搬入搬出するクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降およびテーブル直線移動される。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線コントローラ２２と、コリメータ２３と、Ｘ線検出器２４と、データ収集部ＤＡＳ（Data Acquisition System）２５と、被検体の体軸の回りにＸ線管２１などを回転させる回転部コントローラ（controller）２６と、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０とやり取りする制御コントローラ２９とを具備している。

本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の構成は概ね上記の通りである。この構成のＸ線ＣＴ装置において、投影データの収集は例えば次のように行われる。

まず、被検体を走査ガントリ２０の回転部１５の空洞部に位置させた状態でｚ軸方向の位置を固定し、Ｘ線管２１からのＸ線ビームを被検体に照射し（Ｘ線の投影）、その透過Ｘ線をＸ線検出器２４で検出する。そして、この透過Ｘ線の検出を、Ｘ線管２１とＸ線検出器２４を被検体の周囲で回転させながら、すなわち、投影角度（ビュー（view）角度）を変化させながら、複数Ｎ（例えば、Ｎ＝１，０００）のビュー方向で、３６０度分データ収集を行う。

検出された各透過Ｘ線は、ＤＡＳ２５でディジタル値に変換されて投影データとしてデータ収集バッファ５を介して操作コンソール１に転送される。この動作を１スキャン（scan）とよぶ。そして、順次ｚ軸方向にスキャン位置を所定量だけ移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はコンベンショナルスキャン（conventional
scan）方式またはアキシャルスキャン（axial scan）方式とよばれる。もっとも、投影角度の変化に同期して撮影テーブル１０を所定速度で移動させ、スキャン位置を移動させながら（Ｘ線管２１とＸ線検出器２４とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる）投影データを収集する方式を、いわゆるヘリカルスキャン（helical
scan）方式とよぶ。本発明はコンベンショナルスキャン方式、ヘリカルスキャン方式いずれにも適用できる。

操作コンソール１は、走査ガントリ２０から転送されてくる投影データを中央処理装置３の固定ディスク（disk）ＨＤＤに格納するとともに、例えば、所定の再構成関数と重畳演算を行い、逆投影処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール１は、スキャン処理中に走査ガントリ２０から順次転送されてくる投影データからリアルタイム（real
time）に断層像を再構成し、常に最新の断層像をモニタ６に表示させることが可能である。さらに、固定ディスクＨＤＤに格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。

以下、本実施形態における操作コンソール１の処理内容を、図２の説明図を参照しながら説明する。

図２は、本実施形態における操作コンソール１の処理の流れを示す説明図である。このフローチャート（flowchart）に対応するプログラムは、ハードディスク（hard disk）ＨＤＤ等からなる記憶装置７にインストール（install）されている画像処理プログラムに含まれ、中央処理装置３によって実行されるものである。

ステップ（step）Ｓ１では、走査ガントリ２０のデータ収集系、Ｘ線管２１、Ｘ検出器２４、ＤＡＳ２５により、被検体の投影データをスリップリング（slip
ring）３０経由で収集する。

ステップＳ２では、収集された投影データに対し、対数変換、線質硬化（Beam Hardening）補正、Ｘ線検出器の感度補正等の、所定の前処理を行う。

ステップＳ３では、前処理された投影データに複数の再構成関数、例えば３つの異なる再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣをそれぞれ重畳する。本実施形態では、再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣとして、例えば、画像の平滑化を行う、すなわち高周波成分を抑制し粒状ノイズを低減する再構成関数ＦＡと、画像の鮮鋭化を行う、すなわち高周波成分を強調し、空間分解能を高くする再構成関数ＦＢと、両者の中間の再構成関数ＦＣを用意する。これにより、３つの再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣで重畳された３つの投影データを得る。

ステップＳ４では、３つの再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣで重畳された投影データを各々別に逆投影する。これにより、画質がそれぞれ異なる３つの断層像が再構成される。

ステップＳ５では、逆投影処理で再構成された断層像のうちのいずれか１つを基準として、当該断層像上で注目画素ＡＰを選択する。ここでは、図３に示すように、再構成関数ＦＣによる断層像ＧＣを基準とし、その断層像ＧＣ上で注目画素ＡＰを選択する。なお、この基準とした断層像は、発明における被写体画像の一例である。

ステップＳ６では、図４に示すように、断層像ＧＣ上で注目画素ＡＰを含む局所領域Ａｒを設定する。この局所領域Ａｒの大きさは、例えば、表示視野（ＤＦＯＶ）の径が４０〔ｃｍ〕で、断層像のサイズが５１２×５１２画素である場合には、注目画素ＡＰを中心とする３×３画素の大きさ、あるいは５×５画素の大きさとする。なお、この局所領域Ａｒの大きさは、実空間上で対応する領域の大きさが一定の大きさとなるように設定するとよい。つまり、断層像を拡大表示したときは、その拡大率に合わせて局所領域Ａｒの画素サイズも変化させる。

ステップＳ７では、局所領域ＡｒにおけるＣＴ値の代表値（以下、ＣＴ値代表値という）ＲＶを算出する。このＣＴ値代表値ＲＶとしては、例えば、局所領域Ａｒに含まれる各画素のＣＴ値に対する中央値、中間値、平均値などが考えられるが、ここでは平均値とする。

ステップＳ８では、局所領域ＡｒにおけるＣＴ値のばらつきの程度を示す指標値（以下、ＣＴ値ばらつき度という）ＳＤを算出する。このＣＴ値ばらつき度ＳＤとしては、例えば、局所領域Ａｒに含まれる各画素のＣＴ値における最大値と最小値の差、分散、標準偏差などが考えられるが、ここでは標準偏差とする。

ステップＳ９では、注目画素ＡＰに対応する画素の画素値を、複数の再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの断層像ＧＡ，ＧＢ，ＧＣにおける対応画素の画素値を重み付け加算して求める際に用いる重み付け係数、すなわち混合比を、ＣＴ値代表値ＲＶおよびＣＴ値ばらつき度ＳＤに基づいて決定する。

ここで、重み付け係数の決定方法について説明する。

重み付け係数は、ＣＴ値ばらつき度ＳＤの値が大きくなるほど鮮鋭化画像寄りの画質になり、ＣＴ値ばらつき度ＳＤの値が小さくなるほど平滑化画像寄りの画質になるよう、決定する。

図５は、ＣＴ値ばらつき度ＳＤと再構成関数ごとの重み付け係数との関係を示すグラフである。

ＣＴ値ばらつき度ＳＤの閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３，Ｔｈ４において各々の再構成関数の断層像ＧＡ，ＧＢ，ＧＣを切り換えている。なお、すべての重み付け係数の和は、すべてのＣＴ値ばらつき度の範囲で１である。例えば、ＣＴ値ばらつき度ＳＤが大きい領域（閾値Ｔｈ４以上）、すなわちＣＴ値のばらつきが大きい領域では、構造が細かくＸ線吸収の変化が大きいと考えられるので、構造の細部が観察できるよう、鮮鋭化を行う再構成関数ＦＢを用いた断層像ＧＢを用いる。また、ＣＴ値ばらつき度ＳＤが小さい領域（０以上閾値Ｔｈ１以下）、すなわちＣＴ値のばらつきが小さい領域では、構造が一様でＸ線吸収の変化が小さいと考えられるので、より自然な描写で観察の障害とならないよう、平滑化を行う再構成関数ＦＡを用いた断層像ＧＡを用いる。また、ＣＴ値ばらつき度ＳＤが中間の領域（閾値Ｔｈ２以上閾値Ｔｈ３以下）、すなわちＣＴ値のばらつきが中くらいの領域では、構造の細かさが中くらいと考えられるので、平滑化と鮮鋭化の中間の再構成関数ＦＣを用いた断層像ＧＣを用いる。ＣＴ値ばらつき度ＳＤが、閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ２、Ｔｈ３〜Ｔｈ４の間にある領域については、２つの断層像を、例えば図５に示すように線形重み付けして合成する。

なお、本実施形態では、物質の種類によって画質の味付けを若干変えるため、各閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４をＣＴ値代表値ＲＶの大きさに応じてシフト（shift）させる。

図６は、各閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４のＣＴ値代表値ＲＶの大きさに対する変化を示す図である。この例では、ＣＴ値代表値ＲＶが−１０００〜−８００程度である領域では、空気に近い物質の画像になるので、平滑化画像寄りの観察しやすい画質となるよう各閾値を大きめに設定する。ＣＴ値代表値ＲＶが−８００〜−３００程度である領域では、空気以外のＸ線吸収の低い物質の画像になるので、構造が分かりやすい鮮鋭化画像寄りの画質となるよう各閾値を小さめに設定する。ＣＴ値代表値ＲＶが−３００〜＋５００程度である領域では、内臓などの軟部組織の画像になるので、より自然で観察に障害とならない平滑化画像寄りの画質となるよう各閾値を大きめに設定する。また、ＣＴ値代表値ＲＶが＋５００〜である領域では、骨部組織に近い画像なので、構造が分かりやすい鮮鋭化画像寄りの画質となるよう各閾値を小さめに設定する。

ステップＳ１０では、注目画素ＡＰに対応する画素の画素値を、複数の再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの断層像ＧＡ，ＧＢ，ＧＣにおける対応画素の画素値を重み付け加算して求める。この重み付け加算には、ステップＳ９で決定した重み付け係数を用いる。

ステップＳ１１では、注目画素として他に選択すべき画素があるか否かを判定する。選択すべき画素があると判定された場合には、ステップＳ５に戻り、別の画素を注目画素として選択し、処理を続ける。一方、選択すべき画素がないと判定された場合には、再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣの断層像を合成して得られた断層像、すなわち領域ごとに画質が調整された断層像を表示する（ステップＳ１２）。これにより、ＣＴ値ばらつき度に応じて画質が適正化された１つの断層像が表示される。

図７に、ＣＴ値ばらつき度に応じて画質が適正化された断層像の一例を示す。図７（ａ）は、平滑化を行う再構成関数ＦＡを用いた断層像ＧＡであり、図７（ｂ）は、中間の再構成関数ＦＣを用いた断層像ＧＣであり、図７（ｃ）は、鮮鋭化を行う再構成関数ＦＢを用いた断層像ＧＢである。また、図７（ｄ）は、図５および図６に示すような、ＣＴ値代表値ＲＶおよびＣＴ値ばらつき度ＳＤと重み付け係数との関係を用いて、これらの断層像を重み付け加算することにより得られた合成画像ＧＧである。この合成画像ＧＧにおいて、脳実質に相当する領域では、構造が一様でＸ線吸収の変化が小さいので、平滑化を行う再構成関数ＦＡを用いた断層像ＧＡが主に採用され、粒状ノイズが低く抑えられた画質になっている。一方、内耳に相当する領域では、構造が細かくＸ線吸収の変化が大きいので、鮮鋭化を行う再構成関数ＦＢを用いた断層像ＧＢが主に採用され、空間分解能が高い画質になっている。その他の領域では、概ね中間の画質である断層像ＧＣが採用され、鮮鋭化と平滑化の中間の画質になっている。

以上説明したように、本実施形態によれば、異なる再構成関数を用いて再構成された断層像を複数作成しておき、断層像における各局所領域でのＣＴ値ばらつき度によって断層像を切り換えて合成することにより、断層像における各局所領域での構造の細かさに応じて画質を適正化することができる。また、断層像を切り換える基準となるＣＴ値ばらつき度ＳＤの閾値を、ＣＴ値代表値ＲＶに応じてさらに変化させているので、物質や組織の種類に応じて、画質を平滑化寄りにしたり、鮮鋭化寄りにしたりと、画質の味付けを変えることができる。

なお、発明の実施形態は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更・追加等が可能である。

例えば、上記実施形態では、３種の再構成関数ＦＡ，ＦＢ，ＦＣを用いる例について説明したが、各々の種類を多くしたり少なくしたりしてもよい。

また、再構成関数に画像フィルタを併用して、重み付け加算に用いる画質の異なる複数の画像を生成してもよい。または、再構成関数を１種類用いた後に、複数種類の画像フィルタを用いて、あるいは１種類の画像フィルタを繰返し適用して、画質の異なる複数の画像を生成してもよい。具体例として、比較的強い鮮鋭化を行う再構成関数を用いて画像を再構成し、この再構成画像に平滑化フィルタを繰返し適用することで、鮮鋭度が段階的に異なっている複数の画像を生成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、画質の異なる複数の断層像を、ＣＴ値ばらつき度ＳＤの値に応じた重み付け係数で重み付け加算することにより、画質の変化が滑らかで、より自然な描写の合成画像を生成するようにしているが、ＣＴ値ばらつき度ＳＤの値に応じて、画質が異なる複数の断層像のうちいずれか１つの断層像を用いることにより、合成画像を生成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＣＴ値代表値ＲＶとＣＴ値ばらつき度ＳＤとは、注目画素ＡＰによって定まる同じ形状および同じサイズ（size）の局所領域に対して算出しているが、ＣＴ値代表値ＲＶとＣＴ値ばらつき度ＳＤとで、算出対象とする局所領域の形状やサイズを変えるようにしてもよい。

また、本実施形態では、画質の異なる複数の断層像を予め用意しておき、画素ごとにこれらの画像における画素の画素値を重み付け加算して合成画像を生成しているが、重み付け加算する際に、その重み付け加算に用いる部分画像または画素をその都度再構成して重み付け加算し、合成画像を生成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、被写体画像をＸ線ＣＴ画像としているが、ＭＲ画像や超音波画像、Ｘ線画像等であってもよい。

また、本実施形態では、被写体画像を２次元画像としているが、３次元画像とすることもできる。

また、本実施形態では、被写体として人体を想定しているが、もちろん、被写体は、動物や物体等であってもよい。また、用途は、医療用に限定されず、産業用であってもよい。

また、本実施形態による画像処理機能を有している画像処理装置、コンピュータをこのような画像処理装置やＸ線ＣＴ装置として機能させるためのプログラムもまた発明の実施形態の一例である。

１…操作コンソール
２…入力装置
３…中央処理装置
５…データ収集バッファ
６…モニタ
７…記憶装置
１０…撮影テーブル
１２…クレードル
１５…回転部
２０…走査ガントリ
２１…Ｘ線管
２２…Ｘ線コントローラ
２３…コリメータ
２４…Ｘ線検出器
２５…データ収集部ＤＡＳ
２６…回転部コントローラ
２９…制御コントローラ
３０…スリップリング

Claims (10)

1. 被写体画像における１つの画素を注目画素として選択し、該注目画素を含む局所領域における画素値のばらつき度を算出する第１算出手段と、
   前記画素値のばらつき度に応じた画質の画像を、前記被写体画像と同じ被写体を表しており、画質が互いに異なっている複数の画像の中から選択し、選択された画像における前記注目画素に対応する画素の画素値を用いて、前記注目画素の画素値を調整する調整手段とを備えている画像処理装置。
2. 前記画素値のばらつき度は、前記局所領域における画素値の分散、標準偏差、または最大値と最小値との差である請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記調整手段は、前記画素値のばらつき度に応じた画質の画像として、前記画素値のばらつき度が大きいほど、高周波成分がより強調された画像を選択し、前記画素値のばらつき度が小さいほど、高周波成分がより抑制された画像を選択する請求項１または請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記局所領域における画素値の代表値を算出する第２算出手段をさらに備えており、
   前記調整手段は、前記第２算出手段により算出された前記画素値の代表値に基づいて、前記画素値のばらつき度と、該ばらつき度に応じた画質の画像として選択すべき画像との対応関係を調整する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記画素値の代表値は、画素値の中間値、中央値、または平均値である請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記被写体画像は、Ｘ線ＣＴ撮影により得られた画像である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
7. 前記複数の画像は、前記被写体のＸ線投影データに、互いに異なる複数の再構成関数をそれぞれ重畳し、逆投影して得られる画像である請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記複数の画像は、前記被写体のＸ線投影データに所定の再構成関数を重畳し、逆投影して得られる画像に、画像フィルタを適用して得られる画像である請求項６に記載の画像処理装置。
9. コンピュータを、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。
10. 請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の画像処理装置を有しているＸ線ＣＴ装置。