JP2014083234A - 散乱線補正方法、画像処理装置および断層撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】散乱線補正方法は、散乱を受けていない放射線である直接線X0を断層画像に対応した3次元モデルWに対して照射したと仮定し、かつ、直接線X0が3次元モデルW内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線X1が発生したときにはその1回散乱線X1はさらに散乱を受けることなく進むと仮定したときに、FPD15で検出される1回散乱線X1の第1強度分布を計算により推定する過程と、推定された前記第1強度分布に基づいて断層画像の基になった投影像から散乱成分を除去する過程と、を備えている。
【選択図】図4
Description
すなわち、本発明は、散乱を受けていない放射線である直接線を断層画像または断層画像に対応した3次元モデルに対して照射したと仮定し、かつ、直接線が前記断層画像または前記3次元モデル内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線が発生したときにはその1回散乱線はさらに散乱を受けることなく進むと仮定したときに、検出器で検出される1回散乱線の第1強度分布を計算により推定する過程と、推定された前記第1強度分布に基づいて前記断層画像の基になった投影像から散乱成分を除去する過程と、を備えている散乱線補正方法である。
推定する過程は、直接線を断層画像または3次元モデル(以下、「断層像等」という)に対して照射したならば、生成されるであろう1回散乱線を計算する。1回散乱線は、直接線が最初の散乱を受けることによって生成される放射線である。さらに、算出された1回散乱線がさらに散乱を受けずに直進するとしたならば、検出器で検出されるであろう1回散乱線の第1強度分布を計算する。この演算では、直接線の照射方向(奥行き方向)における1回散乱線の生成位置、向き、経路等が考慮されるので、第1強度分布を精度良く推定できる。また、1回散乱線がさらに散乱されて多重回散乱線となる事象を推定する演算を行わないので、演算量の低減を図ることができる。なお、多重回散乱線は、直接線が2回以上の散乱を受けることによって生成される放射線である。
図1は、実施例1に係る断層撮影装置1の全体構成図である。断層撮影装置1は、大きく、撮像部3と画像処理装置5と分けられる。
被検体Mの撮影では、X線管13が被検体MにX線を照射し、FPD15が被検体Mを透過したX線を検出する。このような撮影を、C字状アーム17を回転させながら繰り返し行う。これにより、種々の投影角において撮影が行われる。
収集部21は、FPD15の出力結果に基づいて投影角の異なる複数の投影像を生成し、収集する。また、記憶部22は、投影像が撮影されたときの撮影条件を記憶する。撮影条件は、C字状アーム17の駆動機構等の撮像部3から記憶部22に送信される。
断層画像生成部23は、投影像に基づいて再構成処理を行い、被検体Mの断層画像を生成する。再構成処理としては、例えば適当な再構成関数を用いて畳み込み積分を行うと共に、畳み込み積分結果を逆投影する処理等が例示される。
推定部25は、断層画像に基づいて3次元モデルWを生成する。
推定部25は、3次元モデルWを用いて第1強度分布を推定する。第1強度分布は、FPD15で検出される散乱成分の一部である。第1強度分布を推定する際、推定部25は、散乱を受けていないX線である直接線を3次元モデルWに対して照射したと仮定し、かつ、直接線が3次元モデルW内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線が発生したときにはその1回散乱線はさらに散乱を受けることなく進むと仮定する。なお、「1回散乱線」は、直接線が最初の散乱を受けることによって生成される放射線(本実施例ではX線)である。
除去部27は、推定された第1強度分布に基づいて対応する投影像から散乱成分を除去する。具体的には、除去部27は、まず、第1強度分布を平滑化した第2強度分布を計算する。続いて、第1強度分布と第2強度分布とを足し合わせることで、散乱成分を推定する。そして、この散乱成分を投影像から差し引く。
本実施例2は、推定部25における処理内容が実施例1と異なり、その他の構成については基本的に実施例1と同様である。実施例2における処理の手順は、図2においてステップS4を省略したものに相当する。すなわち、実施例2では、推定部25は3次元モデルを推定する処理を行わない。このため、ステップS5では、推定部25は、ステップS3で生成された断層画像Tを用いて、第1強度分布を算出する。以下では、このステップS5における処理を説明する。なお、実施例1と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。
図6を参照する。図6は、第1強度分布の推定処理を説明する図である。断層画像Tの領域内における減弱係数は均一でない。図6では、断層画像Tが減弱係数の異なる2つの領域を有していることを模式的に示している。断層画像Tは、複数のボクセルvによって構成されている。各ボクセルvの減弱係数の値は一律ではない。少なくとも、被検体Mを表す各ボクセルvの減弱係数は同じ値をとらない。ただし、1つ1つのボクセルvの内部領域では、減弱係数が均一である。図6では、図示の便宜上、1つのボクセルviを示している。
本実施例3は、推定部25における処理内容が実施例1、2と異なり、その他の構成については基本的に実施例1と同様である。実施例3における処理の手順は、図2に示すフローチャートと同じである。そこで、以下では、ステップS4、S5における処理を説明する。なお、実施例1と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。
図8を参照する。図8は、仮想される3次元モデルUとX線管13とFPD15を模式的に示す平面図である。推定部25は、断層画像に基づいて3次元モデルUを生成する。3次元モデルU内の減弱係数は均一でない。図8では、3次元モデルUが減弱係数の異なる複数の領域を有していることを模式的に示している。3次元モデルUは、被検体Mを表すボクセルvと、被検体M以外を表すボクセルvとによって構成されている。被検体Mを表す各ボクセルvの減弱係数は同じ値をとらない。図8では、平面視で3行3列に配列されている9個のボクセルv1乃至v9を示している。なお、図8の紙面垂直方向においても、複数のボクセルvが配列されていてもよい。
推定部25は、投影像の実際の撮影条件に基づいて、X線管13及びFPD15を3次元モデルUの周囲に仮想的に配置する。そして、推定部25は、直接線X0を三次元モデルUに対して照射したと仮定し、かつ、直接線X0が三次元モデルU内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線X1が発生したときにはその1回散乱線X1はさらに散乱を受けることなく進むと仮定したときに、FPD15で検出される1回散乱線X1の第1強度分布を計算により推定する。
まず、スライスk1に入射する直接線X0の強度分布P0を算出する。強度分布P0は、直接線X0の初期強度の分布である。続いて、強度分布P0がスライスk1において散乱されることによって生成される1回散乱線X1の強度分布S0を算出する。続いて、強度分布S0がスライスk2を通過することによって減衰されたときの1回散乱線X1の強度分布S0’を算出する。さらに、強度分布S0’がスライスk3を通過することによって減衰され、FPD15によって検出される1回散乱線X1の強度分布S0”を算出する。
強度分布P0がスライスk1を通過することによって減衰されたときの強度分布P1を算出する。この処理では、ステップS11において算出した強度分布P0を用いる。続いて、スライスk2において生成される1回散乱線X1の強度分布S1を算出する。続いて、強度分布S1がスライスk3を通過することによって減衰され、FPD15によって検出される1回散乱線X1の強度分布S1’を算出する。
強度分布P1がスライスk2を通過することによって減衰されたときの強度分布P2を算出する。この処理では、ステップS15において算出した強度分布P0を用いる。続いて、強度分布P2がスライスk3において散乱されることによって生成され、FPD15によって検出される1回散乱線X1の強度分布S2を算出する。
強度分布S0”、S1’、S2を重ね合わせることにより、第1強度分布を得る。
5 … 画像処理装置
13 … X線管(照射源)
15 … フラットパネル型X線検出器(FPD)(検出器)
21 … 収集部(投影像取得部)
22 … 記憶部
23 … 断層画像生成部
25 … 推定部
27 … 除去部
A … 照射軸
B … 照射軸
d … 検出素子
X0 … 直接線
X1 … 1回散乱線
X2 … 多重回散乱線
M … 被検体
T … 断層画像
W、U …三次元モデル
k1、k2、k3 … スライス
v … ボクセル
μ … 減弱係数
Q(θ) … 検出素子に向かう1回散乱線がボクセル内で生成される確率
S(v、d) … 個別強度
Claims (12)
- 散乱を受けていない放射線である直接線を断層画像または断層画像に対応した3次元モデルに対して照射したと仮定し、かつ、直接線が前記断層画像または前記3次元モデル内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線が発生したときにはその1回散乱線はさらに散乱を受けることなく進むと仮定したときに、検出器で検出される1回散乱線の第1強度分布を計算により推定する過程と、
推定された前記第1強度分布に基づいて前記断層画像の基になった投影像から散乱成分を除去する過程と、
を備えている散乱線補正方法。 - 請求項1に記載の散乱線補正方法において、
前記推定する過程は、前記断層画像または前記3次元モデルに対する直接線の照射角を変えて、複数の第1強度分布を推定する散乱線補正方法。 - 請求項2に記載の散乱線補正方法において、
前記推定する過程は、各照射角を、前記投影像における投影角と一致させる散乱線補正方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の散乱線補正方法において、
前記断層画像または前記3次元モデルは複数のボクセルを有し、
前記検出器は複数の検出素子を有し、
前記推定する過程は、ボクセルと検出素子との全ての組み合わせについて、一のボクセルにおいて生成された1回散乱線が一の検出素子によって検出される個別強度を計算することによって、第1強度分布を推定する散乱線補正方法。 - 請求項4に記載の散乱線補正方法において、
前記推定する過程は、個別強度を計算する際、直接線が前記断層画像または前記3次元モデル内において減衰する割合と、一のボクセル内で一の検出素子に向かう1回散乱線が生成される確率と、1回散乱線が前記断層画像または前記3次元モデル内において減衰する割合と、を考慮する散乱線補正方法。 - 請求項4または5に記載の散乱線補正方法において、
被検体を表すボクセルの減弱係数が同じ値をとる散乱線補正方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載の散乱線補正方法において、
前記推定する過程は、前記断層画像または前記3次元モデルを直接線の照射軸と略直交する複数のスライスに区分し、個別強度をスライスごとに計算する散乱線補正方法。 - 請求項1から7のいずれかに記載に散乱線補正方法において、
前記除去する過程は、1回散乱線がさらに散乱を受けた場合に発生する多重回散乱線が前記検出器で検出される第2強度分布を、前記第1強度分布に基づいて推定し、かつ、前記第1強度分布及び前記第2強度分布に基づいて前記投影像から散乱成分を除去する散乱線補正方法。 - 請求項8に記載に散乱線補正方法において、
前記第1強度分布を平滑化することによって前記第2強度分布を推定する散乱線補正方法。 - 散乱を受けていない放射線である直接線を断層画像または断層画像に対応した3次元モデルに対して照射したと仮定し、かつ、直接線が前記断層画像または前記3次元モデル内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線が発生したときにはその1回散乱線はさらに散乱を受けることなく進むと仮定したときに、検出器で検出される1回散乱線の第1強度分布を推定する推定部と、
推定された前記第1強度分布に基づいて前記断層画像の基になった投影像から散乱成分を除去する除去部と、
を備えている画像処理装置。 - 被検体に放射線を照射する照射源と、
被検体を透過した放射線を検出する検出器と、
前記検出器の検出結果に基づいて投影像を取得する投影像取得部と、
前記複数の投影像に基づいて断層画像を生成する断層画像生成部と、
散乱を受けていない放射線である直接線を断層画像または断層画像に対応した3次元モデルに対して照射したと仮定し、かつ、直接線が前記断層画像または前記3次元モデル内で初めて散乱を受けることによって1回散乱線が発生したときにはその1回散乱線はさらに散乱を受けることなく進むと仮定したときに、前記検出器で検出される1回散乱線の第1強度分布を推定する推定部と、
推定された前記第1強度分布に基づいて前記投影像から散乱成分を除去する除去部と、
を備える断層撮影装置。 - 請求項11に記載に記載の断層撮影装置において、
さらに、前記断層画像の基になる投影像が撮影されたときの撮影条件を投影像ごとに記憶する記憶部を備え、
前記推定部は、前記撮影条件に基づいて、前記断層画像または前記3次元モデルに対する直接線の照射角を設定する断層撮影装置。
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