JP2015159961A - 画像生成装置、放射線断層撮影装置及び画像生成方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】再構成画像上のアーチファクトをより低減する。
【解決手段】放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンにより収集された投影データを特定する特定手段と、撮影対象の体軸方向において、操作者に提供されるべき画像に対応する複数の第１の再構成面を設定する第１の設定手段と、上記体軸方向において、操作者に提供されない１以上の画像に対応し第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定手段と、投影データに基づいて、複数の第１の再構成面に対応する画像と１以上の第２の再構成面に対応する画像とを再構成する再構成手段と、複数の第１の再構成面及び１以上の第２の再構成面のうち少なくとも１つの第２の再構成面を含む複数の再構成面に対応する複数の画像を用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理手段と、を備えた画像生成装置を提供する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、放射線断層撮影装置を用いたスキャン（scan）により収集された投影データ（projection data）に基づいて再構成される画像のアーチファクト（artifact）を低減する技術に関する。

放射線断層撮影装置を用いたスキャンにより収集された投影データに基づいて再構成される画像のアーチファクトを低減する手法が種々提案されている。また、当該手法の一つとして、操作者の提供が計画されている撮影対象の体軸方向に並ぶ複数の画像を再構成し、それらの再構成画像について体軸方向にフィルタリング処理（filtering process）等の画像処理を行う手法が提案されている（例えば、特許文献１，２の要約等を参照）。

このような手法によれば、再構成画像において、体軸方向の変動が比較的緩やかな撮影対象の構造物を表す像については維持しつつ、体軸方向の変動が比較的激しいアーチファクトについては低減することができる。

特許第４３５０７３８号公報 特許第４４１４４２０号公報

しかしながら、上記のような体軸方向にフィルタリング処理等の画像処理を行う手法をもってしても、アーチファクトを充分に低減できない場合がある。特に、ヘリカルスキャン（helical scan）によって得られた投影データに基づいて再構成される画像では、そのヘリカルスキャンに起因する風車状のアーチファクトが現れやすいが、これを当該手法によって低減しようとする場合、効果が限定的である。

このような事情により、放射線断層撮影装置によって得られる投影データに基づいて再構成される画像のアーチファクトをより低減できる技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンにより収集された投影データを特定する特定手段と、
前記撮影対象の体軸方向において、複数の第１の再構成面を設定する第１の設定手段と、
前記撮影対象の体軸方向において、前記複数の第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定手段と、
前記投影データに基づいて、前記複数の第１の再構成面に対応する複数の画像であって、操作者に提供されるべき複数の画像と、前記１以上の第２の再構成面に対応する１以上の画像であって、前記操作者に提供されることがない１以上の画像とを再構成する再構成手段と、
前記複数の第１の再構成面及び前記１以上の第２の再構成面のうち少なくとも１つの第２の再構成面を含む複数の再構成面に対応する複数の画像を用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理手段と、を備えた画像生成装置を提供する。

第２の観点の発明は、
前記第２の設定手段が、前記所定の第１の再構成面と、該所定の第１の再構成面に近接する他の１以上の第１の再構成面とを含む所定範囲において、１以上の第２の再構成面を設定し、
前記処理手段が、前記所定範囲に含まれる複数の再構成面に対応する複数の画像を用いて前記アーチファクト低減処理を行う、上記第１の観点の画像生成装置を提供する。

第３の観点の発明は、
前記所定範囲が、前記所定の第１の再構成面とその両側に隣接する２つの第１の再構成面とを含む範囲であり、
前記第２の設定手段が、前記所定の第１の再構成面とその両側に隣接する２つの第１の再構成面との各間にそれぞれ１以上の第２の再構成面を設定する、上記第２の観点の画像生成装置を提供する。

第４の観点の発明は、
前記第２の設定手段が、互いに隣接する２つの第１の再構成面の中間位置ごとに１つずつ第２の再構成面を設定する、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生成装置を提供する。

第５の観点の発明は、
前記第１の設定手段が、前記操作者により指定された撮影範囲及びスライス厚（slice thickness）の条件に基づいて前記複数の第１の再構成面を設定する、上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第６の観点の発明は、
前記所定の第１の再構成面と該所定の第１の再構成面に最も近い第２の再構成面との距離は、前記操作者が設定可能な最小のスライス厚よりも小さい、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生成装置を提供する。

第７の観点の発明は、
前記処理手段が、前記所定の第１の再構成面に対応する画像を構成する画素を単位に前記アーチファクト低減処理を行う、上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第８の観点の発明は、
前記処理手段が、前記所定範囲に含まれる第１及び第２の再構成面に対応する画像を用いて、前記所定の第１の再構成面に対応する画像における所定の画素がアーチファクトを表している蓋然性を求め、該蓋然性に応じて該画素に対する前記アーチファクト低減処理のパラメータを制御する、上記第７の観点の画像生成装置を提供する。

第９の観点の発明は、
前記再構成手段が、前記投影データの３次元逆投影処理により前記画像を再構成する、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生成装置を提供する。

第１０の観点の発明は、
前記アーチファクト低減処理が、フィルタリング処理を含む、上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
前記フィルタリング処理が、前記複数の画像の加重加算処理を含む、上記第１０の観点の画像生成装置を提供する。

第１２の観点の発明は、
前記スキャンが、ヘリカルスキャンである、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第１３の観点の発明は、
前記第１の再構成面に対応する画像は表示するが、前記第２の再構成面に対応する画像は表示しないように表示手段を制御する表示制御手段をさらに備えた、上記第１の観点から第１２の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第１４の観点の発明は、
放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンを行って投影データを収集するスキャン手段と、
前記撮影対象の体軸方向において、複数の第１の再構成面を設定する第１の設定手段と、
前記撮影対象の体軸方向において、前記複数の第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定手段と、
前記投影データに基づいて、前記複数の第１の再構成面に対応する複数の画像であって、操作者に提供されるべき複数の画像と、前記１以上の第２の再構成面に対応する１以上の画像であって、前記操作者に提供されることがない１以上の画像とを再構成する再構成手段と、
前記複数の第１の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部と、前記１以上の第２の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部とを用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理手段と、を備えた放射線断層撮影装置を提供する。

第１５の観点の発明は、
放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンにより収集された投影データを特定する特定ステップ（step）と、
前記撮影対象の体軸方向において、複数の第１の再構成面を設定する第１の設定ステップと、
前記撮影対象の体軸方向において、前記複数の第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定ステップと、
前記投影データに基づいて、前記複数の第１の再構成面に対応する複数の画像であって、操作者に提供されるべき複数の画像と、前記１以上の第２の再構成面に対応する１以上の画像であって、前記操作者に提供されることがない１以上の画像とを再構成する再構成ステップと、
前記複数の第１の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部と、前記１以上の第２の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部とを用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理ステップと、を備えた画像生成方法を提供する。

第１６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１３の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置として機能させるためのプログラム（program）を提供する。

上記観点の発明によれば、撮影対象の体軸方向において、操作者への画像の提供が計画されている第１の再構成面とは異なる位置に第２の再構成面を設定し、少なくともその第２の再構成面の画像を用いてアーチファクト低減処理を行うので、アーチファクト低減処理に用いる複数の画像について、それらの画像が含まれる上記体軸方向の範囲を広げずに、それらの画像の枚数を増大させることができる。つまり、アーチファクト低減処理に用いる体軸方向の連続性データを増補することができる。その結果、より精度の良い補正を行うことができ、操作者に提供される再構成画像上のアーチファクトをより低減することができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。 Ｘ線ＣＴ装置における画像生成処理に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフロー図である。 第１の再構成面の設定例を示す図である。 第２の再構成面の設定例を示す図である。 本例によるアーチファクト低減処理の流れを示すフロー図である。 解析範囲及び処理用画像の設定例を示す図である。 処理対象画素に対応する画素値のｚ軸方向に対する最大変化量を特定する処理を説明するための図である。 指標関数の一例を示す図である。 一般的なフィルタリング処理を説明するための図である。 本提案法によるフィルタリング処理を説明するための図である。 実際に得られた画像の比較例を示す図である。 第２の再構成面の他の第１の設定例を示す図である。 第２の再構成面の他の第２の設定例を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを備えている。

操作コンソール１は、操作者４１からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体（撮影対象）４０の撮影を行うための各部の制御や画像を生成するためのデータ処理などを行うデータ処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラムやデータなどを記憶する記憶装置７とを備えている。

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の空洞部Ｂに搬送するクレードル（cradle）１２を備えている。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ軸方向、鉛直方向をｙ軸方向、ｚ軸方向およびｙ軸方向に垂直な水平方向をｘ軸方向とする。

走査ガントリ２０は、回転可能に支持された回転部１５を備えている。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をファンビーム或いはコーンビーム（cone beam）に整形するアパーチャ（aperture）２３と、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力信号をデータとして収集するＤＡＳ２５と、Ｘ線コントローラ２２，アパーチャ２３の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載されている。走査ガントリ２０の本体は、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を備えている。回転部１５と走査ガントリ２０の本体とは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。

Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、被検体４０が載置される撮影空間、すなわち走査ガントリ２０の空洞部Ｂを挟んで互いに対向して配置されている。回転部１５が回転すると、Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、その位置関係を維持したまま、被検体４０の周りを回転する。Ｘ線管２１から放射されアパーチャ２３で整形されたファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１は、被検体４０を透過し、Ｘ線検出器２４の検出面に照射される。

なおここでは、このファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１のｘｙ平面における広がり方向をチャネル方向（ＣＨ方向）、ｚ軸方向における広がり方向もしくはｚ軸方向そのものをスライス（slice）方向（ＳＬ方向）、ｘｙ平面において回転部１５の回転中心に向かう方向をアイソセンタ方向（Ｉ方向）で表すことにする。

Ｘ線検出器２４は、チャネル方向およびスライス方向に配設された複数の検出素子２４ｉにより構成されている。なお、検出素子２４ｉのチャネル方向の数は、例えば６０°の角度範囲において１０００個程度、その配列間隔は、例えば１ｍｍ程度である。

図２は、Ｘ線ＣＴ装置における画像生成処理に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、撮影条件設定部３１と、投影データ収集部３２と、第１の再構成面設定部３３と、第２の再構成面設定部３４と、画像再構成部３５と、アーチファクト低減処理部３６と、表示制御部３７とを有している。なお、これら各部は、データ処理装置３が記憶装置７に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより機能的に実現される。

以下、これら各部の機能についてより詳しく説明する。

撮影条件設定部３１は、操作者４１による操作に応じて撮影条件を設定する。撮影条件設定部３１は、例えば、撮影条件として、Ｘ線管電圧、Ｘ線管電流、ｚ軸方向（被検体４０の体軸方向）における撮影範囲、スライス厚、ヘリカルピッチ（helical pitch）、自動露出機構を用いる際の目標画像ノイズレベル（noise level）などを設定する。

投影データ収集部３２は、設定された撮影条件に基づいて、被検体４０のスキャンが行われるように撮影テーブル１０および走査ガントリ２０を制御する。このスキャンの実行により、被検体４０の複数ビュー（view）の投影データが収集される。

第１の再構成面設定部３３は、撮影空間のｚ軸方向において、操作者４１に提供すべき複数の画像に対応する複数の第１の再構成面を設定する。第１の再構成面設定部３３は、例えば、設定された撮影条件、特に撮影範囲及びスライス厚に基づいて、複数の第１の再構成面を設定する。

第２の再構成面設定部３４は、撮影空間のｚ軸方向において、第１の再構成面とは異なる位置に、１以上の第２の再構成面を設定する。第２の再構成面の画像は、操作者４１への提供を目的としておらず、アーチファクト低減処理に用いることを目的とする。第２の再構成面設定部３４は、例えば、互いに隣接する２つの第１の再構成面の間ごとに、１つ以上の第２の再構成面を設定する。

画像再構成部３５は、収集された投影データに基づいて第１の再構成面及び第２の再構成面に対応する画像をそれぞれ再構成する。画像再構成には、例えば、３次元逆投影処理を用いる。

アーチファクト低減処理部３６は、少なくとも第２の再構成面の画像を用いて、第１の再構成面の画像に対するアーチファクト低減処理を行う。アーチファクト低減処理は、例えば、ｚ軸方向に並ぶ第１及び第２の再構成面の画像を用いたｚ軸方向におけるフィルタリング処理を含む。

表示制御部３７は、アーチファクト低減処理が行われた第１の再構成面の画像を表示するようモニタ６を制御する。

これより、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを説明する。

図３は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャート（flowchart）である。

ステップ（step）Ｓ１では、撮影条件設定部３１が、操作者４１による操作に応じて、撮影条件を設定する。本例では、撮影条件として、Ｘ線管電圧、Ｘ線管電流、ｚ軸方向（被検体４０の体軸方向）における撮影範囲ＲＳ、スライス厚Δｚなどを設定する。

ステップＳ２では、投影データ収集部３２が、設定された撮影条件、特に、Ｘ線管電圧、Ｘ線管電流、撮影範囲ＲＳなどに基づいて、撮影テーブル１０および走査ガントリ２０を制御して被検体４０のスキャンを実行する。本例では、スキャンとして、ヘリカルスキャンを行うものとする。投影データ収集部３２は、このスキャンにより複数ビューの投影データを収集する。収集された投影データは、記憶装置７に送られ、記憶される。

ステップＳ３では、第１の再構成面設定部３３が、撮影空間のｚ軸方向において、操作者４１に提供されるよう計画された複数の断層像に対応する複数の第１の再構成面ｓ１を設定する。

図４は、第１の再構成面の設定例を示す図である。本例では、図４に示すように、撮影範囲ＲＳの空間をスライス厚Δｚでスライスし、各スライスＳＬのｚ軸方向における中心位置に第１の再構成面ｓ１を設定する。この場合、第１の再構成面ｓ１は、ｚ軸方向にスライス厚Δｚと同じ間隔を置いて設定される。スライス厚Δｚは、例えば、０．６２５ｍｍである。

ステップＳ４では、第２の再構成面設定部３４が、撮影空間のｚ軸方向において、第１の再構成面ｓ１とは異なる位置に、１以上の第２の再構成面ｓ２を設定する。

図５は、第２の再構成面の設定例を示す図である。本例では、図５に示すように、互いに隣接する２つの第１の再構成面ｓ１の間の中間位置ごとに１つずつ第２の再構成面ｓ２を設定する。つまり、ｚ軸方向において、第１の再構成面ｓ１と第２の再構成面ｓ２とが等間隔で交互に並ぶように、第２の再構成面ｓ２を設定する。この場合、第２の再構成面ｓ２は、ｚ軸方向にスライス厚Δｚと同じ間隔を置いて設定される。したがって、互いに隣接する第１の再構成面ｓ１と第２の再構成面ｓ２との間の距離は、スライス厚Δｚの１／２となる。つまり、第１の再構成面ｓ１及び第２の再構成面ｓ２の両方を合わせた全再構成面の密度は、操作者４１への提供が計画されている第１の再構成面ｓ１のみによる再構成面の密度に対して２倍に増大している。

ステップＳ５では、画像再構成部３５が、収集された投影データに基づいて第１の再構成面ｓ１及び第２の再構成面ｓ２に対応する画像をそれぞれ再構成する。

本例では、前処理、ビームハードニング補正（beam hardening correction）、ｚフィルタ重畳処理、再構成関数重畳処理、３次元逆投影処理を行うことにより画像を再構成する。３次元逆投影処理は、投影データの補間処理が不要である。そのため、本例による再構成画像は、投影データの補間処理により生じる誤差がなく、精度が高くなる。なお、本例では、各再構成画像がその再構成面を中心にｚ軸方向にスライス厚Δｚの幅を持つ空間の情報を有するように再構成する。また、再構成画像のサイズ（size）は、例えば、５１２画素（ｘ軸方向）×５１２画素（ｙ軸方向）のサイズを想定する。

ステップＳ６では、アーチファクト低減処理部３６が、第１の再構成面ｓ１の画像に対するアーチファクト低減処理を行う。本例では、第１の再構成面ｓ１の画像及び第２の再構成面ｓ２の画像を用いてアーチファクト低減処理を行う。本例におけるアーチファクト低減処理については後ほど詳細に説明する。

ステップＳ７では、表示制御部３７が、アーチファクト低減処理が行われた第１の再構成面ｓ１の画像を画面に表示するようモニタ６を制御する。なお、表示制御部３７は、第１の再構成面ｓ１の画像については、操作者４１への提供が事前に計画されているため、画面に表示させて操作者４１に提供するが、第２の再構成面ｓ２の画像については、操作者４１への提供を目的としていないため、画面に表示させない。

ここで、ステップＳ６におけるアーチファクト低減処理について詳しく説明する。本例では、アーチファクト低減処理は、処理対象画像Ｇａを構成する画素単位で行う。また、アーチファクト低減処理は、処理対象画像Ｇａの近傍における複数の画像を基に処理対象画素ｐａと同じｘｙ座標の画素におけるｚ軸方向の画素値の変化を解析する。そして、その解析結果を基に処理対象画素ｐａがアーチファクトである蓋然性を求め、その蓋然性に応じたパラメータ（parameter）を用いて処理対象画素ｐａにｚ軸方向のフィルタリング処理を行う。このフィルタリング処理は、処理対象画像Ｇａの近傍にてｚ軸方向に連続的に並ぶ複数の再構成画像の加重加算処理とし、その重み係数をパラメータとする。

以下、本例によるアーチファクト低減処理の流れについて説明する。

図６は、本例によるアーチファクト低減処理の流れを示すフロー図である。

ステップＳ６０１では、操作者４１に提供される複数の第１の再構成面ｓ１の画像の中から処理対象画像Ｇａを選択する。

ステップＳ６０２では、処理対象画像Ｇａを含みｚ軸方向に所定の幅を有する所定範囲を解析範囲Ｒｃとして設定する。そして、その解析範囲に含まれる第１の再構成面ｓ１及び第２の再構成面ｓ２に対応する画像を、処理用画像Ｇｃとする。

図７は、解析範囲及び処理用画像の設定例を示す図である。本例では、図７に示すように、処理対象画像Ｇａの再構成面を中心に、ｚ軸方向に±スライス厚Δｚの幅を有する範囲を解析範囲Ｒｃとする。これにより、処理対象画像Ｇａを含めて処理対象画像Ｇａに最近傍の５枚の画像、すなわち、処理対象画像Ｇａである第１の再構成面ｓ１の画像と、その両隣りに位置する２枚の第２の再構成面ｓ２の画像と、さらにその外側に位置する２枚の第１の再構成面ｓ１の画像とを、処理用画像Ｇｃとする。

ステップＳ６０３では、処理対象画像Ｇａの中で処理対象画素ｐａを選択する。

ステップＳ６０４では、処理用画像Ｇｃにおける処理対象画素ｐａと同じｘｙ座標の画素について、画素値のｚ軸方向に対する変化を特定し、その画素値の最大変化量（最大振幅）Δｐを特定する。

図８は、処理対象画素に対応する画素値のｚ軸方向に対する最大変化量を特定する処理を説明するための図である。

本例では、図８に示すように、処理対象画像Ｇａを中心としたｚ軸方向に並ぶ５枚の処理用画像Ｇｃにおける、処理対象画素ｐａと同じｘｙ座標の画素について、画素値ｐのｚ軸方向での変化を特定する。そして、その画素値ｐのｚ軸方向に対する最大変化量Δｐ、すなわちその画素値ｐの最大値から最小値を減算して成る値を特定する。

ステップＳ６０５では、画素値の最大変化量Δｐの大きさに基づいて、所定の指標関数ｆを用いて、処理対象画素ｐａがアーチファクトである蓋然性を表す指標値indexを特定する。

図９は、指標関数の一例を示す図であり、画素値の最大変化量Δｐと指標値indexとの対応関係を表している。本例において、画素値は、いわゆるＣＴ値（ＨＵ）である。また、指標値indexは、処理対象画素ｐａがアーチファクトである蓋然性を０〜１の値で示すように定義されている。ここでは、指標値index＝０のときにその蓋然性が最も低くなり、指標値index＝１のときにその蓋然性が最も高くなる。

ここで、図９に示す指数関数が有する意味について説明する。一般的に、画素値の最大変化量Δｐが所定の下限値未満であるときには、その画素は、骨部や軟部がｚ軸方向に連続的に続いている部位を表していると推定できる。そこで、このような場合には、その画素がアーチファクトである蓋然性を有しないと考え、指標値を０にする。逆に、画素値の最大変化量Δｐが所定の上限値を超えるときには、その画素は、ｚ軸方向において骨部から軟部または軟部から骨部に変化していく部位を表していると推定できる。そこで、このような場合にも、その画素がアーチファクトである蓋然性を有しないと考え、指標値を０にする。一方、画素値の最大変化量Δｐが、所定の上限値から所定の下限値の間にあるときには、その画素は、アーチファクトの一部、例えば、風車状のヘリカルアーチファクト（helical artifact）またはコーンビームアーチファクト（cone-beam artifact）の一部であると推定できる。そこで、このような場合には、その画素がアーチファクトである蓋然性を有すると考え、指標値を０〜１の範囲で設定する。

図９（ａ）〜（ｄ）の指標関数において、Ｘ１〜Ｘ２の範囲は、例えば、３〜２００、撮影条件によっては、１０〜２００程度で調整する。

本例では、図９に示す指標関数のいずれかを用いて、得られた画素値の最大変化量Δｐに対応付けされた指標値indexを処理対象画素ｐａの指標値indexとして特定する。

ステップＳ６０６では、処理対象画素ｐａにフィルタリング処理を行う。この際、処理対象画素ｐａの指標値indexに応じて、フィルタリング処理のパラメータを決定する。本例では、フィルタリング処理を、解析画像Ｇｃの加重加算処理とし、パラメータは、その加重加算処理における重み係数とする。処理対象画素ｐａにおける画素値ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）のフィルタリング処理後の画素値ｐ′（ｘ，ｙ，ｚ）は、例えば、次式により表すことができる。

ここで、g（i，index）は、指標値indexに基づくｉ番目の再構成面の画像の重み係数である。例えば、処理対象画素ｐａのフィルタリング処理では、重み係数は次のように設定することができる。

指標値index＝１の場合、例えば、ｐ（ｘ，ｙ，ｚ−２）からp（ｘ，ｙ，ｚ＋２）までの各画素値に掛ける重み係数ｇ（−２，１）からｇ（＋２，１）は、それぞれ、０．２，０．２，０．２，０．２，０．２とする。

指標値index＝０．５の場合、例えば、ｐ（ｘ，ｙ，ｚ−２）からｐ（ｘ，ｙ，ｚ＋２）までの各画素値に掛ける重み係数g（−２，０．５）からg（＋２，０．５）は、それぞれ、０．１，０．２，０．４，０．２，０．１とする。

指標値index＝０の場合、例えば、ｐ（ｘ，ｙ，ｚ−２）からｐ（ｘ，ｙ，ｚ＋２）までの各画素値に掛ける重み係数g（−２，０）からg（＋２，０）は、それぞれ、０，０，１．０，０，０とする。

つまり、処理対象画素ｐａがアーチファクトである蓋然性が高いほど、その画素の画素値をｚ軸方向に平滑化し、当該蓋然性が低いほど、その画素の画素値をオリジナルの画素値として残すようにする。

ステップＳ６０７では、次の処理対象画素ｐａとして設定すべき画素があるか否かを判定する。あれば、ステップＳ６０３に戻り、新たに処理対象画素ｐａを選択する。なければ、ステップＳ６０８に進む。

ステップＳ６０８では、次の処理対象画像Ｇａとして設定すべき画像があるか否かを判定する。次の処理対象画像Ｇａとして設定すべき画像がある場合には、ステップＳ６０１に戻り、新たに処理対象画像Ｇａを選択する。なければ、アーチファクト低減処理を終了する。

ここで、一般的なフィルタリング処理と本提案法によるフィルタリング処理との比較・考察を行う。

通常、フィルタリング処理では、処理対象画像Ｇａを含みｚ軸方向に一定の幅を有する所定範囲内の再構成画像を用いる。

このとき、一般的なフィルタリング処理では、操作者４１への提供が計画されている再構成画像、すなわち、本例における第１の再構成面ｓ１に対応する画像のみを用いる。

図１０は、一般的なフィルタリング処理を説明するための図である。例えば、図１０に示すように、処理対象画像Ｇａに対応する再構成面を中心に、±スライス厚Δｚの幅（スライス厚Δｚの２倍の幅）を有する範囲内の第１の再構成面ｓ１の画像を用いて、フィルタリング処理を行う。つまり、フィルタリング処理に用いる画像を、処理対象画像Ｇａとなる１枚の第１の再構成面ｓ１の画像と、この処理対象画像Ｇａに最近傍となる他の２枚の第１の再構成面ｓ１の画像とから成る計３枚の画像とする。

この方法は、操作者４１への提供が計画され再構成される画像をそのまま利用する方法であり、考え方としてはとても自然であるとともに、非常に効率的である。しかし、この方法では、フィルタリング処理に用いる画像が、操作者４１への提供が事前に計画された画像のみとなるので、フィルタリング処理に用いる画像のｚ軸方向の密度は、スライス厚などの撮影条件によって決定され、固定されることになる。また、フィルタリング処理に用いる画像のｚ軸方向の範囲を広く取ると、この範囲内の画像間における撮影対象の構造物のｚ軸方向における変化が過大となり、処理対象画像Ｇａにおいてその構造物を表す画素のフィルタリング処理後の画素値の精度が悪くなる。そのため、フィルタリング処理に用いる画像のｚ軸方向の範囲は、その範囲内における構造物のｚ軸方向の変化が一定レベル以下となるように制限する必要がある。その結果、フィルタリング処理に用いる画像の枚数は、設定されるスライス厚などによってほぼ決定されることになる。すなわち、フィルタリング処理によるアーチファクト低減効果は、設定されるスライス厚に大きく依存し、仕様として認めた最小のスライス厚が設定された場合に、その効果が最大となる。

一方、本提案法では、操作者４１に提供される画像をそのまま用いてアーチファクト低減処理を行うという自然な発想を超えて、操作者４１への提供を目的としない第２の再構成面ｓ２の画像を意図的に生成し、これらの画像を用いてフィルタリング処理を行う。

図１１は、本提案法によるフィルタリング処理を説明するための図である。例えば、図１１に示すように、互いに隣接する２つの第１の再構成面ｓ１の間ごとに第２の再構成面ｓ２を設定する。そして、処理対象画像Ｇａに対応する再構成面を中心に、±スライス厚Δｚの幅を有する範囲内の再構成面の画像を用いて、フィルタリング処理を行う。すなわち、フィルタリング処理に用いる画像を、処理対象画像Ｇａとなる１枚の第１の再構成面ｓ１の画像と、この処理対象画像Ｇａに最近傍となる２枚の他の第１の再構成面ｓ１の画像とに加え、それぞれがこれら第１の再構成面ｓ１同士の間に位置する２枚の第２の再構成面ｓ２の画像とから成る計５枚の画像とする。

この方法では、ｚ軸方向における画像の密度を高めることにより、フィルタリング処理に用いる画像のｚ軸方向における範囲は維持したまま、その範囲内の画像の枚数を増大させることができ、一般的な方法よりもアーチファクト低減効果を向上させることができる。特に、ｚ軸方向に連続的な複数の画像における画素値のｚ軸方向の変化を基に処理対象画像の画素領域がアーチファクトである蓋然性を求め、その蓋然性に応じてフィルタリング処理のパラメータを変えるような場合には、以下に説明するように、アーチファクト低減効果は更なる向上が期待できる。

ここで、再構成画像のｚ軸方向における位置の僅かな変化に対して、同じ座標の画素の画素値がどのように変化するかを考えてみる。撮影対象の構造物を表す画素では、再構成画像のｚ軸方向における位置の僅かな変化に対して、画素値がほぼ維持される傾向にある。一方、アーチファクトを表す画素では、再構成画像のｚ軸方向における位置の僅かな変化に対して、画素値が大きく変動する傾向にある。そのアーチファクトが、ヘリカルスキャンに起因するヘリカルアーチファクトや、コーンビーム投影データに起因するコーンビームアーチファクトである場合には、その傾向は顕著である。したがって、本提案法では、撮影対象の構造物とアーチファクトとの差別化をより高い精度で行うことができ、フィルタリング処理の更なる最適化を図ることができる。そして、ｚ軸方向における画像の密度を高めて、フィルタリング処理に用いる画像を増大させるほど、アーチファクトの低減効果をより高めることができる。ただし、ｚ軸方向における画像の密度を高めることは、再構成する画像の枚数を増大させることを意味し、画像再構成に掛かる時間も増大することになる。そのため、実装では、フィルタリング処理後の画像の精度とその処理に要する時間とのバランスを十分考慮して、第２の再構成面の数や間隔を設定する必要がある。

なお、第２の再構成面の設定の好適な例としては、スライス厚Δｚの最小の設定を０．６２５ｍｍとした場合、図１１に示すように、互いに隣接する２つの第１の再構成面の間ごとに第２の再構成面を設定する例が考えられる。また、フィルタリング処理に用いる画像の好適な例としては、図１１に示すように、処理対象画像に対応する再構成面を中心に、±スライス厚Δｚの幅を有する範囲内の再構成面の画像とする例が考えられる。

ここで、実際に得られた画像の比較例を示す。

図１２は、実際に得られた画像の比較例を示す図である。この図の画像は、いずれも人の頭部をヘリカルスキャンして得られた同一の投影データに基づく断層像である。スライス厚は０．６２５ｍｍである。図１２（ａ）は、アーチファクト低減処理を行う前のオリジナル画像である。この画像からは、耳骨周辺にアーチファクトが確認できる。図１２（ｂ）は、従来法によるアーチファクト低減処理を行った後の画像であり、指標値の特定及びフィルタリング処理に、処理対象画像とその最近傍の２枚の第１の再構成面の画像とから成る計３枚の画像を用いている。この画像からは、アーチファクトの改善は見て取れるが、それでもアーチファクトが残っている。図１２（ｃ）は、従来法によるアーチファクト低減処理を行った後の画像であり、フィルタリング処理のパラメータを強めに調整したものである。この図からは、一部アーチファクトが改善されているものの、矢印で示すようにまだ残余がある。図１２（ｄ）は、本提案法によるアーチファクト低減処理を行った後の画像であり、指標値indexの特定及びフィルタリング処理に、処理対象画像Ｇａとその最近傍の２枚の第１の再構成面ｓ１の画像とこれらの間の２枚の第２の再構成面ｓ２の画像とを用いている。この図からは、従来法によるものと比較して、アーチファクト低減効果が高いことが見て取れる。

このような本実施形態によれば、撮影対象のｚ軸方向において、操作者４１への画像の提供が計画されている第１の再構成面ｓ１とは異なる位置に第２の再構成面ｓ２を設定し、少なくともその第２の再構成面ｓ２の画像を用いてアーチファクト低減処理を行うので、アーチファクト低減処理に用いる複数の画像について、それらの画像が含まれるｚ軸方向の範囲を広げずに、それらの画像の枚数を増大させることができる。つまり、アーチファクト低減処理に用いるｚ軸方向の連続性データを増補することができる。その結果、より精度の良い補正を行うことができ、操作者４１に提供される再構成画像上のアーチファクトをより低減することができる。

また、本実施形態によれば、第２の再構成面ｓ１を処理対象画像Ｇａに近接して設定しているので、ｚ軸方向の位置が僅かに異なる複数の再構成面の画像をより多く用いてアーチファクト低減処理を行うことが可能である。このようにすれば、ｚ軸方向の位置の僅かな変化に対して、画素値がほとんど変化しない撮影対象の構造物と画素値が大きく変動しやすいアーチファクトとの弁別性を高めることができ、より大きなアーチファクト低減効果を得ることができる。特に、ヘリカルスキャンにより得られた投影データに基づいて再構成された画像に現れる風車状のヘリカルアーチファクトは、ｚ軸方向の位置の変化に対して非常に敏感に反応し、画素値が大きく変動する性質を持つ。そのため、本実施形態では、ヘリカルアーチファクトに対して非常に大きなアーチファクト低減効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、処理対象画像Ｇａを含むｚ軸方向の所定範囲内の複数の画像において、処理対象画素ｐａと同じｘｙ座標の画素の画素値ｐの変化を特定し、その変化から処理対象画素ｐａがアーチファクトである蓋然性を求め、その蓋然性に応じたパラメータによりｚ軸方向のフィルタリング処理を行っており、また、その処理対象画像Ｇａを含む所定範囲内の複数の画像として、第２の再構成面ｓ２の画像を用いているので、撮影対象の構造物とアーチファクトとの弁別性をより高めてアーチファクトをより低減することができる。

また、本実施形態によれば、処理対象画像Ｇａに対応する第１の再構成面ｓ１とこの再構成面に最も近い第２の再構成面ｓ２との距離が、操作者４１が設定可能な最小のスライス厚よりも小さいので、操作者４１が設定可能な最小のスライス厚を設定した場合よりも、画像のｚ軸方向における密度を高めることができ、アーチファクト低減効果を従前での最大レベルよりさらに引き上げることができる。

なお、発明は、本実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

例えば、処理対象画素ｐａがアーチファクトである蓋然性を更に高い精度で求め、その蓋然性が一定レベルを超えるときにのみ、処理対象画素ｐａに対してアーチファクトを低減するための処理を行うようにしてもよい。例えば、次のような処理を行ってもよい。まず、処理対象画素ｐａの周辺領域、あるいは処理対象画像Ｇａにおける全領域もしくは被検体の占有領域である所定領域の各画素について、処理対象画素ｐａの場合と同様の指標値を求める。次に、その所定領域を構成する画素のうち指標値indexが閾値０を超える画素の割合を求める。そして、この割合が一定レベルを超える場合に、処理対象画素ｐａはアーチファクトであると考え、この場合にのみ、処理対象画素ｐａに対してアーチファクトを低減するためのフィルタリングなどの処理を行う。

また例えば、第２の再構成面ｓ２の設定や解析範囲Ｒｃの設定については、本実施形態に限定されず、種々の設定が可能である。例えば、解析範囲Ｒｃを、処理対象画像Ｇａと処理対象画像Ｇａに最近傍の２Ｎ枚（Ｎ≧２）の画像とが含まれる範囲とし、処理対象画像Ｇａである第１の再構成面ｓ１の画像と、その両隣りに並ぶ第１の再構成面ｓ１及び第２の再構成面ｓ２から成る２Ｎ枚の画像とを、処理用画像Ｇｃとすることができる。

図１３，図１４は、第２の再構成面の他の設定例を示す図である。第２の再構成面ｓ２は、図１３に示すように、互いに隣接する２つの第１の再構成面ｓ１の間ごとにＮ枚（Ｎ≧２）ずつ設定するようにしてもよい。この場合、例えば、図１３で示すように、解析範囲Ｒｃを、処理対象画像Ｇａと処理対象画像Ｇａに最近傍の２Ｎ枚の画像とが含まれる範囲とし、処理対象画像Ｇａである第１の再構成面ｓ１の画像と、その両隣りに並ぶ２Ｎ枚の第２の再構成面ｓ２の画像とを、処理用画像Ｇｃとすることができる。また例えば、図１４で示すように、解析範囲Ｒｃを、処理対象画像Ｇａと処理対象画像Ｇａに最近傍の２Ｎ＋２枚の画像が含まれる範囲とし、処理対象画像Ｇａである第１の再構成面ｓ１の画像と、その両隣りに並ぶ２Ｎ枚の第２の再構成面ｓ２の画像と２枚の第１の再構成面ｓ１の画像とを、処理用画像Ｇｃとすることができる。

また例えば、本実施形態では、処理対象画像Ｇａの近傍における複数の画像において、処理対象画素ｐａと同じｘｙ座標の画素におけるｚ軸方向での画素値の最大変化量Δｐを求め、この最大変化量Δｐに基づいて指標値indexを特定し、その指標値indexに応じたパラメータを用いて処理対象画素ｐａに対するフィルタリング処理を行っている。しかし、この方法とは別に、指標値indexを求めずに、上記の画素値の最大変化量Δｐに応じたパラメータを用いて処理対象画素ｐａに対するフィルタリング処理を行うようにしてもよい。

また例えば、本実施形態では、操作者４１に提供する第１の再構成面ｓ１の画像すべてに対してアーチファクト低減処理を行っているが、その中の特定の画像に対してのみ、アーチファクト低減処理を行ってもよい。この場合、上記特定の画像である処理対象画像の近傍に第２の再構成面ｓ２の画像を少なくとも１つ再構成し、その後、その第２の再構成面ｓ２の画像を用いてアーチファクト低減処理を行えばよい。

また例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、上記の画像生成処理を行う画像生成装置も発明の実施形態の一例である。また、コンピュータを、このような画像生成装置として機能させるためのプログラム、このプログラムが記憶された記憶媒体などもまた、発明の実施形態の一例である。

また例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴまたはＳＰＥＣＴとを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置などにも適用可能である。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ データ処理装置
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 アパーチャ
２４ Ｘ線検出器
２５ 検出器コントローラ
２６ 回転部コントローラ
２８ Ｘ線検出装置
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
３１ 撮影条件設定部
３２ 投影データ収集部
３３ 第１の再構成面設定部
３４ 第２の再構成面設定部
３５ 画像再構成部
３６ アーチファクト低減処理部
３７ 表示制御部
４０ 被検体
４１ 操作者
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ装置

Claims (16)

1. 放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンにより収集された投影データを特定する特定手段と、
   前記撮影対象の体軸方向において、複数の第１の再構成面を設定する第１の設定手段と、
   前記撮影対象の体軸方向において、前記複数の第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定手段と、
   前記投影データに基づいて、前記複数の第１の再構成面に対応する複数の画像であって、操作者に提供されるべき複数の画像と、前記１以上の第２の再構成面に対応する１以上の画像であって、前記操作者に提供されることがない１以上の画像とを再構成する再構成手段と、
   前記複数の第１の再構成面及び前記１以上の第２の再構成面のうち少なくとも１つの第２の再構成面を含む複数の再構成面に対応する複数の画像を用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理手段と、を備えた画像生成装置。
2. 前記第２の設定手段は、前記所定の第１の再構成面と、該所定の第１の再構成面に近接する他の１以上の第１の再構成面とを含む所定範囲において、１以上の第２の再構成面を設定し、
   前記処理手段は、前記所定範囲に含まれる複数の再構成面に対応する複数の画像を用いて前記アーチファクト低減処理を行う、請求項１に記載の画像生成装置。
3. 前記所定範囲は、前記所定の第１の再構成面とその両側に隣接する２つの第１の再構成面とを含む範囲であり、
   前記第２の設定手段は、前記所定の第１の再構成面とその両側に隣接する２つの第１の再構成面との各間にそれぞれ１以上の第２の再構成面を設定する、請求項２に記載の画像生成装置。
4. 前記第２の設定手段は、互いに隣接する２つの第１の再構成面の中間位置ごとに１つずつ第２の再構成面を設定する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像生成装置。
5. 前記第１の設定手段は、前記操作者により指定された撮影範囲及びスライス厚の条件に基づいて前記複数の第１の再構成面を設定する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像生成装置。
6. 前記所定の第１の再構成面と該所定の第１の再構成面に最も近い第２の再構成面との距離は、前記操作者が設定可能な最小のスライス厚よりも小さい、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像生成装置。
7. 前記処理手段は、前記所定の第１の再構成面に対応する画像を構成する画素を単位に前記アーチファクト低減処理を行う、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像生成装置。
8. 前記処理手段は、前記所定範囲に含まれる第１及び第２の再構成面に対応する画像を用いて、前記所定の第１の再構成面に対応する画像における所定の画素がアーチファクトを表している蓋然性を求め、該蓋然性に応じて該画素に対する前記アーチファクト低減処理のパラメータを制御する、請求項７に記載の画像生成装置。
9. 前記再構成手段は、前記投影データの３次元逆投影処理により前記画像を再構成する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の画像生成装置。
10. 前記アーチファクト低減処理は、フィルタリング処理を含む、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の画像生成装置。
11. 前記フィルタリング処理は、前記複数の画像の加重加算処理を含む、請求項１０に記載の画像生成装置。
12. 前記スキャンは、ヘリカルスキャンである、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の画像生成装置。
13. 前記第１の再構成面に対応する画像は表示するが、前記第２の再構成面に対応する画像は表示しないように表示手段を制御する表示制御手段をさらに備えた、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の画像生成装置。
14. 放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンを行って投影データを収集するスキャン手段と、
    前記撮影対象の体軸方向において、複数の第１の再構成面を設定する第１の設定手段と、
    前記撮影対象の体軸方向において、前記複数の第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定手段と、
    前記投影データに基づいて、前記複数の第１の再構成面に対応する複数の画像であって、操作者に提供されるべき複数の画像と、前記１以上の第２の再構成面に対応する１以上の画像であって、前記操作者に提供されることがない１以上の画像とを再構成する再構成手段と、
    前記複数の第１の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部と、前記１以上の第２の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部とを用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理手段と、を備えた放射線断層撮影装置。
15. 放射線源及び検出器を用いた撮影対象のスキャンにより収集された投影データを特定する特定ステップと、
    前記撮影対象の体軸方向において、複数の第１の再構成面を設定する第１の設定ステップと、
    前記撮影対象の体軸方向において、前記複数の第１の再構成面とは異なる１以上の第２の再構成面を設定する第２の設定ステップと、
    前記投影データに基づいて、前記複数の第１の再構成面に対応する複数の画像であって、操作者に提供されるべき複数の画像と、前記１以上の第２の再構成面に対応する１以上の画像であって、前記操作者に提供されることがない１以上の画像とを再構成する再構成ステップと、
    前記複数の第１の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部と、前記１以上の第２の再構成面に対応する画像のうち少なくとも一部とを用いて、所定の第１の再構成面に対応する画像に対してアーチファクト低減処理を行う処理ステップと、を備えた画像生成方法。
16. コンピュータを、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の画像生成装置として機能させるためのプログラム。