JP2015093184A - プログラム、再構成装置及び断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体が再構成領域からはみ出しても、良好な再構成が可能な逐次近似法を提供する。
【解決手段】透過データを複数の放射線経路の集合であるビュー毎の測定投影データに変換し、さらに、被検体３の断面の上に設定した再構成領域に初期の再構成像を設定し、ビュー単位で、再構成像を再投影して再投影データを作り、再投影データと測定投影データとの差分を取って差分データを作成し、差分データに対し｜ω｜フィルタリングを施し、｜ω｜フィルタリングを施した差分データを再構成像の上に逆投影し、再投影乃至逆投影をビューを変更して繰り返すことで、再構成像を更新して被検体３の断面像とするプログラム。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置）、及び、トモシンセシス装置（ラミノグラフとも言う）などの非ＣＴタイプの断層撮影装置に関する。

従来のＣＴ装置では、スキャンして得られた投影データから断面像を再構成する方法として、所謂ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法がよく用いられている。

図４は従来のＲＲ方式ＣＴ装置のＦＢＰ法再構成の基本的なフローチャートを示す。ＲＲ方式ＣＴ装置（被検体の回転あるいは放射線源と放射線検出器の一体的回転でスキャンする方式）では、回転の位置毎に１ビューの投影データが得られる。この投影データに対し、ビュー毎に、投影した回転の軸の方向と直交する方向に所謂｜ω｜フィルタリングを施した（Ｓ２１）後、被検体の所望の断面の上に設定した再構成領域（内の複数格子点）に対し、逆投影して加算する（Ｓ２２）。これを３６０°分のビューに対して行うことで再構成領域に断面像が再構成される。

なお、ＦＢＰ法では、拡大再構成処理（ズーミングと言う）がよく行われている。拡大再構成では、被検体の一部に再構成領域を設定して、この領域のみを再構成することにより、良好な断面像を得ることができる。

他方、再構成方法として、画質を良くする目的で逐次近似法が用いられることがある。

図５は従来の一般的な逐次近似法再構成の基本的なフローチャートである。一般的に、ＣＴ装置ではスキャンによりさまざまな経路に沿った被検体の投影データが得られる。

まず、被検体の所望の断面の上に設定した被検体全体を含む再構成領域に対し、初期の再構成像を設定し（Ｓ３１）、経路ごとに、この再構成像を再投影し（Ｓ３２）、再投影データと測定投影データの差分を求め（Ｓ３３）、求めた差分データを再構成像上に逆投影して（加算して）更新する（Ｓ３４）。そして、経路を変えて再投影ないし逆投影を繰り返すことで、差分は次第に０に近づき、再構成像が被検体の断面像として得られる（再構成される）。

この逐次近似法は、色々な変形が可能で、たとえば、経路ごとに繰り返すのでなく、ビュー毎に繰り返してもよい。

従来のＦＢＰ法及び逐次近似法は、たとえば、それぞれ、特許文献１及び特許文献２に記載されている。

なお、特許文献１に記載されているように、ＦＢＰ法は、被検体がスキャン領域（断層撮影視野）からはみ出している場合にも適用でき、良好な断面像を得ることが可能である。

特開２００５−３０８６３３号公報 特開２０１３−１４１６０８号公報

逐次近似法では、画質を良くすることが可能だが、しかしながら、逐次近似法は、断面上で被検体が再構成領域からはみ出しているとき、良好な再構成ができない。

これは、再構成領域の外は再投影されないのに対し、測定投影データは再構成領域の外も投影されていることより、「再構成像が正しいなら、再投影データと測定投影データとの差分が０になるはずである」という逐次近似法の前提が崩れてしまうからである。すなわち、被検体が再構成領域をはみ出すことで、差分は０でなくて当然となるのである。

このため、第一に、逐次近似法では、ＦＢＰ法でよく行われる被検体の一部に再構成領域を設定して行う拡大再構成処理（ズーミングと言う）に対し、良好な再構成ができない。

また、第二に、逐次近似法では、スキャン領域に被検体の関心領域（ＲＯＩ）を収めるＲＯＩスキャン（はみ出しスキャンとも言う）のＲＯＩ部の再構成について、同様に被検体が再構成領域をはみ出すので、良好な再構成ができない。

本実施形態は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、被検体が再構成領域からはみ出しても、良好な再構成が可能な逐次近似法を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出して透過データとして出力する放射線検出器と、前記被検体に対する前記透過の方向を変えるよう前記被検体と前記放射線とを相対的に走査させる走査手段と、を有する断層撮影装置の前記透過データを処理して前記被検体の断面像を再構成する再構成装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記透過データを複数の放射線経路の集合であるビュー毎の測定投影データに変換し、さらに、前記被検体の断面の上に設定した再構成領域に初期の再構成像を設定し、前記ビュー単位で、前記再構成像を再投影して再投影データを作り、前記再投影データと前記測定投影データとの差分を取って差分データを作成し、前記差分データに対し｜ω｜フィルタリングを施し、前記｜ω｜フィルタリングを施した差分データを前記再構成像の上に逆投影し、前記再投影乃至前記逆投影を前記ビューを変更して繰り返すことで、前記再構成像を更新して前記被検体の断面像とする、ことを要旨とする。

この構成で、再投影データと測定投影データとの差分データを求め、差分データに対し、｜ω｜フィルタリングと逆投影をするので、従来のＦＢＰ法と同様の効果をもたらし、被検体が再構成領域からはみ出しても、良好な逐次近似法の再構成が可能となる。

前記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のプログラムにおいて、前記断層撮影装置の前記走査は、前記被検体を中心とする前記被検体の回転または前記被検体を中心とする前記放射線源と前記放射線検出器の回転であり、前記ビューは、前記回転の１つの位置での複数の放射線経路の集合であり、前記｜ω｜フィルタリングは前記差分データ上に投影した前記回転の軸の方向と直交する方向に行うことを要旨とする。

この構成により、このプログラムをＲＲ方式のＣＴ装置に適用することができる。

前記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、請求項１に記載のプログラムにおいて、前記断層撮影装置の前記走査は、前記被検体を中心とする前記被検体の回転または前記被検体を中心とする前記放射線源と前記放射線検出器の回転であり、前記ビューは、前記回転の軸の方向から見て平行な複数の放射線経路の集合であり、前記｜ω｜フィルタリングは前記差分データ上に投影した前記回転の軸の方向と直交する方向に行うことを要旨とする。

この構成により、このプログラムをＲＲ方式のＣＴ装置に適用することができる。さらに、放射線経路が回転の軸の方向から見て平行であるので、再投影と逆投影の計算が容易となる。

前記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、請求項１に記載のプログラムにおいて、前記断層撮影装置の前記走査は、前記被検体を中心とする前記被検体のステップ状の回転または前記被検体を中心とする前記放射線源と前記放射線検出器のステップ状の回転、及び、前記回転が停止した状態で行われる前記回転の軸と直交する方向の前記被検体に対する前記放射線源と前記放射線検出器の相対的な直線的移動であり、前記ビューは、前記回転の軸の方向から見て平行な複数の放射線経路の集合であり、前記｜ω｜フィルタリングは前記差分データ上に投影した前記回転の軸の方向と直交する方向に行うことを要旨とする。

この構成により、このプログラムをＴＲ方式のＣＴ装置に適用することができる。

前記目的を達成するため、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプログラムを有する再構成装置とする。

この構成により、被検体が再構成領域からはみ出しても、良好な逐次近似法の再構成が可能な再構成装置が可能となる。

前記目的を達成するため、請求項６記載の発明は、請求項５に記載の再構成装置を有する断層撮影装置とする。

この構成により、被検体が再構成領域からはみ出しても、良好な逐次近似法の再構成が可能な断層撮影装置が可能となる。

本実施形態によれば、被検体が再構成領域からはみ出しても、良好な再構成が可能な逐次近似法を提供することができる。

本発明の第一の実施形態のＣＴ装置を示す模式図である。 本発明の第一の実施形態における再構成処理のフロー図である。 本発明の第一の実施形態における｜ω｜フィルタの例である。 従来のＲＲ方式ＣＴ装置のＦＢＰ法再構成の基本的なフローチャートである。 従来の一般的な逐次近似法再構成の基本的なフローチャートである。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（本発明の第一の実施の形態の構成）
図１は第一の実施形態のＣＴ装置を示す模式図である。

ＣＴ装置１は、放射線源２と、被検体３を透過した放射線４を検出して透過データとして出力する放射線検出器５と、透過の方向を変えるべく被検体３と放射線４とを相対的に走査する走査手段６と、透過データを取り込み被検体の断面像を再構成する再構成装置７とより成る。

走査手段６は、具体的には、被検体３を中心とする回転軸ＲＡに対し被検体３を回転させる、あるいは放射線源２と放射線検出器５を回転させる機構及び制御部を有する。

放射線検出器５はコーン状の放射線４を検出面５ａで２次元的に検出するものである。

再構成装置７は通常のコンピュータで、ＣＰＵ、記憶部、表示部や入出力部を持つ。

図１で、スキャン領域Ａは走査中に放射線４に覆われている領域で、無理なく再構成ができる領域である。

再構成領域Ｒは、再構成計算を行う領域で、回転軸ＲＡに直交する断面の上に設定した領域で、１枚でも、複数枚の平行な面としても（立体としても）自由に設定することができる。再構成領域Ｒは、被検体３全体を覆うように設定してもよいし、図１のように被検体３の一部を含むように設定してもよい。また、再構成領域Ｒは、スキャン領域Ａをはみ出すように設定することもできるが、はみだした部分については、スキャン領域から遠いほど徐々に画像が劣化する。

（第一の実施の形態の作用）
図２及び図３を参照して、第一の実施形態の作用を説明する。

第一の実施形態のＣＴ装置１は、通常のＲＲ方式ＣＴ装置と同様にスキャンを実施する。

スキャンは、被検体３を相対的に１回転させながら、所定角度間隔毎に透過データを取り込むことで行われる。

ここで、回転の１つの位置で得られる透過データが１ビューの透過データである。

なお、ビューとは、互いに交差しない放射線経路の集合で、スキャン領域Ａを連続的に覆っているような放射線経路の集合を意味する。

スキャンが終了し、１回転分のビューの透過データが記憶されると、次に、記憶した透過データを用いて下記のように再構成を行う。

図２は、第一の実施形態における再構成処理のフロー図である。

まず、ステップＳ１で、記憶した透過データすべてを測定投影データに変換して記憶する。

測定投影データＰは、放射線経路毎に透過データＩを式、
Ｐ＝ＬＯＧ（Ｉ０／Ｉ） ………（１）
で対数変換して得る。ここで、Ｉ０はエアーデータ（被検体が無い場合の透過データ）である。なお、測定投影データＰは、ビュー毎に得られる。

このようにして得た測定投影データＰは放射線の線吸収係数を放射線経路に沿って投影（正確には線積分）した値である。

次に、ステップＳ２で、被検体３の断面の上に設定した再構成領域Ｒに初期の再構成像を設定する。

ここで、再構成領域Ｒは、１枚または複数枚の平行な面（立体）であり、再構成領域Ｒは複数の格子点で表わされ、再構成像はこの複数の格子点上の数値として表わされる。

次に、ステップＳ３でビューを変更し、ステップＳ４ないしステップＳ８をビュー毎に繰り返す。ビュー変更は、１スキャン分のビューを一通り終えた後、１スキャン分を何度も繰り返す。

ステップＳ４で、再構成像を放射線経路に沿って再投影（正確には線積分）して、再投影データを求める。

ステップＳ５で、再投影データと測定投影データＰとの差分を求める。差分は同じ放射線経路同士で求め、差分データとする。

ステップＳ６で差分データに対し｜ω｜（オメガ絶対値）フィルタを掛ける。｜ω｜フィルタは周波数空間でのフィルタで、差分データ上に投影した回転軸ＲＡの方向と直交する方向に掛ける。｜ω｜フィルタはＦＢＰ法で使うフィルタと同じである。

図３は｜ω｜フィルタの例である。｜ω｜フィルタＦ（ω）は、基本的に、図３（ａ）に示すように、角周波数ω毎に｜ω｜に比例した係数を掛けるフィルタである。なお、図３で、ω_Ｎはデータピッチにより決まる最大角周波数である。

｜ω｜フィルタは図３（ａ）だけではなく、高周波領域を低下させた図３（ｂ）、また、高周波領域を増大させた図３（ｃ）のようなものでもよい。これは、｜ω｜フィルタ掛けと同時に、高域カットや高域強調の処理を行うために用いられる。

すなわち、｜ω｜フィルタとしては、低周波領域（図３でω＝０の周辺）で｜ω｜に比例していれば｜ω｜フィルタであると言うことができる。

図２に戻り、ステップＳ７で、｜ω｜フィルタ掛け後の差分データを再構成像へ逆投影（加算）し、再構成像を更新する。

逆投影は、ＦＢＰ法と同じで、放射線経路に沿って格子点に差分値を加算する処理である。

ステップＳ８で、終了条件を満たすかを判定する。終了条件として、差分が一定値以下となったかを判定してもよいが、また、１スキャン分のビューを繰り返す回数が所定値となったかで判定してもよい。

終了条件を満たさない（ＮＯ）と判定した場合は次のビューへ進みステップＳ４乃至ステップＳ８を繰り返す。

ステップＳ８で、終了条件を満たすと判定した場合は、現在の再構成像を最終的に得られる断面像として終了する。

なお、得られた断面像は線吸収係数の分布像である。

（第一の実施の形態の効果）
第一の実施形態によれば、ビュー毎に、再投影データと測定投影データとの差分データを求め、差分データに対し、｜ω｜フィルタリングと逆投影をするので、従来のＦＢＰ法と同様の効果をもたらし、被検体３が再構成領域Ｒからはみ出しても、良好な再構成が可能な逐次近似法を提供することができる。

この結果、被検体３が再構成領域Ｒからはみ出しても、逐次近似法の特徴である画質の良い断面像が得られる。

また、第一の実施形態によれば、被検体３の一部に再構成領域Ｒを設定して行う拡大再構成処理に対し、良好な再構成ができる。

また、第一の実施形態によれば、スキャン領域Ａに被検体３の関心領域（ＲＯＩ）を収めるＲＯＩスキャンのＲＯＩ部の再構成について、同様に良好な再構成ができる。

（第一の実施の形態の変形）
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。

（変形例１）
第一の実施形態で、ビューは、回転の１つの位置でのビューであり、放射線焦点Ｆからのコーン状の放射線経路の集合であるが、このビューを異なるビューに変換してからビュー毎の繰り返し計算を行うこともできる。

前述したように、ビューとは、互いに交差しない放射線経路の集合で、スキャン領域を連続的に覆っているような放射線経路の集合を意味する。

例えば、ビューとして、回転軸ＲＡの方向から見て平行で、回転軸ＲＡと直交する方向から見てファン状である経路の集合を採用することができる。この場合は、所謂ファンパラ変換をして新しいビュー毎の投影データを得る。また、｜ω｜フィルタリングは、新しいビューでの差分データ上に放射線経路に沿って投影した回転軸ＲＡの方向と直交する方向に行うことになる。

このビューを採用することで、放射線経路が回転軸ＲＡの方向から見て平行であるので、再投影と逆投影の計算が容易となる。

（変形例２）
第一の実施形態のＣＴ装置１は、通常のＲＲ方式のＣＴ装置であるが、所謂ＴＲ（トランスレート・ローテート）方式のＣＴ装置であってもよい。

ＴＲ方式のＣＴ装置は走査手段６の走査が異なる。ＴＲ方式のＣＴ装置の走査は、被検体を中心とする被検体３のステップ状の回転または被検体３を中心とする放射線源２と放射線検出器５のステップ状の回転、及び、回転が停止した状態で行われる回転軸ＲＡと直交して放射線４と交差する方向への被検体３に対する放射線源２と放射線検出器５の相対的な直線的移動（トランスレート）である。ここで、「相対的な」とは、被検体３が移動してもよく、放射線源２と放射線検出器５が移動してもよく、被検体３の移動に加えて放射線源２と放射線検出器５も移動するものでもよい、ことを意味する。

この場合、ビューは、回転軸ＲＡの方向から見て平行で、回転軸ＲＡと直交する方向（トランスレートの方向）から見てファン状の複数の放射線経路の集合とし、得られたトランスレート位置毎の投影データを、組み換えることでビュー毎の投影データが得られる。

また、｜ω｜フィルタリングは、このビューでの差分データ上に放射線経路に沿って投影した回転軸ＲＡの方向と直交する方向に行うことになる。

（変形例３）
第一の実施形態の再構成装置７は、ＲＲ方式のヘリカルスキャンに対しても適用できるほか、他のいかなる方式のＣＴ装置（例えば、ＴＲ方式、ＳＲ方式、第五世代方式、等）にも適用できる。

さらに、第一の実施形態の再構成装置７は、非ＣＴタイプの断層撮影装置に対しても適用できる。たとえば、回転軸を図１から傾斜させた所謂傾斜型ＣＴ装置、また、所謂トモシンセシス装置（あるいはラミノグラフともいう）と言われる断層撮影装置に対して適用することができる。

なお、１ビューの差分データ内での｜ω｜フィルタを掛ける方向は、断層撮影装置の走査方式に応じて異なるが、一般的には、「走査によって透過像が振れる方向」に掛ける。

たとえば、ＲＲ方式のＣＴ装置では、投影した回転軸と直交する方向が透過像が振れる方向であり、ＴＲ方式のＣＴ装置では、トランスレートの方向を投影した方向（投影した回転軸と直交する方向に等しい）が、透過像が振れる方向である。また、ＲＲ方式ＣＴ装置のヘリカルスキャンでは、ヘリカル軌道の接線を投影した方向が透過像が振れる方向で、これは投影した回転軸と直交する方向で近似できる。また、直線移動のみのトモシンセシス装置の場合、直線移動の方向を投影した方向が、透過像が振れる方向である。

（変形例４）
第一の実施形態では、再構成装置７の再構成処理は、基本部分のみ記載しているが、通常の逐次近似で用いられるいろいろな技法を追加できる。

たとえば、投影データのノイズに応じ、差分データの逆投影のウエイトを経路毎に変えることで、ノイズを低減した再構成をすることができる。

また、ビューを変更するループにおいて、変更順をビューの収集順とは変えて工夫することで、逐次近似の収束を早くすることが可能である。

１…ＣＴ装置、２…放射線源、３…被検体、４…放射線、５…放射線検出器、５ａ…検出面、６…走査手段、７…再構成装置、
Ｆ…放射線焦点、ＲＡ…回転軸、Ａ…スキャン領域、Ｒ…再構成領域

Claims (6)

1. 被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出して透過データとして出力する放射線検出器と、前記被検体に対する前記透過の方向を変えるよう前記被検体と前記放射線とを相対的に走査させる走査手段と、を有する断層撮影装置の前記透過データを処理して前記被検体の断面像を再構成する再構成装置のプログラムであって、
   前記プログラムは、前記透過データを複数の放射線経路の集合であるビュー毎の測定投影データに変換し、さらに、前記被検体の断面の上に設定した再構成領域に初期の再構成像を設定し、前記ビュー単位で、前記再構成像を再投影して再投影データを作り、前記再投影データと前記測定投影データとの差分を取って差分データを作成し、前記差分データに対し｜ω｜フィルタリングを施し、前記｜ω｜フィルタリングを施した差分データを前記再構成像の上に逆投影し、前記再投影乃至前記逆投影を前記ビューを変更して繰り返すことで、前記再構成像を更新して前記被検体の断面像とする、ことを特徴とするプログラム。
2. 請求項１に記載のプログラムにおいて、前記断層撮影装置の前記走査は、前記被検体を中心とする前記被検体の回転または前記被検体を中心とする前記放射線源と前記放射線検出器の回転であり、
   前記ビューは、前記回転の１つの位置での複数の放射線経路の集合であり、
   前記｜ω｜フィルタリングは前記差分データ上に投影した前記回転の軸の方向と直交する方向に行うプログラム。
3. 請求項１に記載のプログラムにおいて、前記断層撮影装置の前記走査は、前記被検体を中心とする前記被検体の回転または前記被検体を中心とする前記放射線源と前記放射線検出器の回転であり、
   前記ビューは、前記回転の軸の方向から見て平行な複数の放射線経路の集合であり、
   前記｜ω｜フィルタリングは前記差分データ上に投影した前記回転の軸の方向と直交する方向に行うプログラム。
4. 請求項１に記載のプログラムにおいて、前記断層撮影装置の前記走査は、前記被検体を中心とする前記被検体のステップ状の回転または前記被検体を中心とする前記放射線源と前記放射線検出器のステップ状の回転、及び、前記回転が停止した状態で行われる前記回転の軸と直交する方向の前記被検体に対する前記放射線源と前記放射線検出器の相対的な直線的移動であり、
   前記ビューは、前記回転の軸の方向から見て平行な複数の放射線経路の集合であり、
   前記｜ω｜フィルタリングは前記差分データ上に投影した前記回転の軸の方向と直交する方向に行うプログラム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプログラムを有する再構成装置。
6. 請求項５に記載の再構成装置を有する断層撮影装置。

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