JP2019113474A - Image processing device and image processing method - Google Patents

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Abstract

To provide a device and method with which it is possible to create a highly efficient noise-rejected tomographic image on the basis of list data collected by a radiation tomographic device.SOLUTION: An image processing device 10 includes a processing target image creation unit 11, a guidance image creation unit 12, and a filter processing unit 13. The processing target image creation unit 11 divides list data into a plurality of frames in order in which the data was collected and creates a processing target image Pof each frame using a data group, out of the list data, that is included in each frame. The guidance image creation unit 12 creates a guidance image Ithat corresponds to the processing target image Pusing a data group having a greater number of data than the data group used in creating the processing target image Pof each frame. The filter processing unit 13 performs a noise-rejection process by a guided filer using the corresponding processing target image (input image) Pand guidance image Iof each frame.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置および方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and method for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus.

被検体(生体)の断層画像を取得することができる放射線断層撮影装置として、PET(Positron Emission Tomography)装置およびSPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)装置が挙げられる。   Examples of a radiation tomography apparatus capable of acquiring a tomographic image of a subject (a living body) include a PET (Positron Emission Tomography) apparatus and a SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) apparatus.

PET装置は、被検体が置かれる測定空間の周囲に配列された多数の小型の放射線検出器を有する検出部を備えている。PET装置は、陽電子放出アイソトープ(RI線源)が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生するエネルギ511keVの光子対を検出部により同時計数法で検出し、この同時計数情報を収集する。そして、この収集した多数の同時計数情報に基づいて、測定空間における光子対の発生頻度の空間分布(すなわち、RI線源の空間分布)を表す断層画像を再構成することができる。このとき、PET装置により収集された同時計数情報を時系列に並べたリストデータを収集順に複数のフレームに分割し、そのリストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて画像再構成処理を行うことで、複数のフレームの断層画像からなる動態PET画像を得ることができる。このPET装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。   The PET apparatus includes a detection unit having a large number of small-sized radiation detectors arranged around the measurement space in which the subject is placed. The PET apparatus simultaneously detects the 511 keV photon pairs generated by the annihilation of electrons and positrons in the subject to which the positron emitting isotope (RI source) has been introduced by the coincidence detection method. Gather information Then, based on the collected large amount of coincidence information, a tomographic image representing the spatial distribution of the occurrence frequency of photon pairs in the measurement space (that is, the spatial distribution of the RI source) can be reconstructed. At this time, list data in which coincidence counting information collected by a PET apparatus is arranged in time series is divided into a plurality of frames in the collection order, and image reconstruction processing is performed using a data group included in each frame among the list data. By doing this, it is possible to obtain a dynamic PET image consisting of tomographic images of a plurality of frames. The PET apparatus plays an important role in the field of nuclear medicine and the like, and can be used to study, for example, biological functions and higher-order functions of the brain.

このようにして再構成された断層画像は、ノイズを多く含んでいるので、画像フィルタによるノイズ除去処理が必要である。ノイズ除去の為に用いられる画像フィルタとしては、ガウシアン・フィルタ(Gaussian Filter)およびガイディド・フィルタ(Guided Filter)が挙げられる。従来からガウシアン・フィルタが用いられている。これに対して、ガイディド・フィルタは、近年になって開発されたものであって、ガウシアン・フィルタと比べると画像中の濃淡の境界をよく保存することができるという特徴がある。   Since the tomographic image reconstructed in this manner contains a large amount of noise, it is necessary to perform noise removal processing using an image filter. Image filters used for noise removal include Gaussian filters and guided filters. Conventionally, Gaussian filters have been used. On the other hand, the guided filter, which was developed in recent years, is characterized in that it can well preserve the boundary of light and shade in the image as compared with the Gaussian filter.

特許文献1および非特許文献1には、ガイディド・フィルタにより動態PET画像のノイズを除去する技術が記載されている。特許文献1および非特許文献1に記載された技術は、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、複数のフレームの断層画像からなる動態PET画像を積算して得られる画像をガイダンス画像として用いている。   Patent Document 1 and Non-patent Document 1 describe a technique for removing noise of a dynamic PET image by a guided filter. The techniques described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 use, as a guidance image, an image obtained by integrating dynamic PET images composed of tomographic images of a plurality of frames in noise removal processing using a guided filter.

中国特許出願公開第103955899号明細書Chinese Patent Application Publication No. 103955899

Lijun Lu,, et al. "DynamicPET Denoising Incorporating a Composite Image Guided Filter," IEEE NuclearScience Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), 2014.Lijun Lu ,, et al. "Dynamic PET Denoising Incorporating a Composite Image Guided Filter," IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS / MIC), 2014.

特許文献1および非特許文献1に記載されたガイディド・フィルタによる動態PET画像に対するノイズ除去処理技術は、ガウシアン・フィルタを用いる場合と比べるとノイズ除去性能が優れている。しかし、PET画像およびSPECT画像に対して更なるノイズ除去性能の向上が望まれている。   The noise removal processing technique for dynamic PET images with a guided filter described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 has superior noise removal performance as compared to the case of using Gaussian filters. However, further improvement in noise removal performance is desired for PET images and SPECT images.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいて高性能にノイズ除去された断層画像を作成することができる装置および方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides an apparatus and method capable of creating a high-performance noise-removed tomographic image based on list data collected by a radiation tomography apparatus. Intended to be provided.

本発明の第1態様の画像処理装置は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置であって、(1) リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像として再構成画像を作成する処理対象画像作成部と、(2) リストデータのうち処理対象画像作成部において各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成部と、(3) 処理対象画像作成部において作成された各フレームの処理対象画像、および、ガイダンス画像作成部において該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の断層画像を作成するフィルタ処理部と、を備える。   An image processing apparatus according to a first aspect of the present invention is an apparatus for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising: (1) a plurality of list data in the order of collection; A processing target image creation unit that divides a frame and creates a reconstructed image as a processing target image of the frame using a data group included in each frame of the list data; (2) a processing target image of the list data Guidance image creation for creating a reconstructed image as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in the creating unit Part, and (3) processing target image of each frame created in the processing subject image creating part, and processing of the frame in the guidance image creating part Using the guidance image produced in response to elephant image, it performs noise removal processing by Gaidido filter, and a filter processing section for creating a tomographic image after the noise removal processing of the frame.

本発明の第2態様の画像処理装置は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置であって、(1) リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像としてサイノグラムを作成する処理対象画像作成部と、(2) リストデータのうち処理対象画像作成部において各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像としてサイノグラムを作成するガイダンス画像作成部と、(3) 処理対象画像作成部において作成された各フレームの処理対象画像、および、ガイダンス画像作成部において該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを作成するフィルタ処理部と、(4) フィルタ処理部において作成された各フレームのサイノグラムを用いて、該フレームの断層画像を再構成する画像再構成部と、を備える。   An image processing apparatus according to a second aspect of the present invention is an apparatus for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising: (1) a plurality of list data in the order of collection; A processing target image creation unit that creates a sinogram as a processing target image of the frame by dividing it into frames and using a data group included in each frame of the list data; (2) a processing target image creation unit of the list data A guidance image creation unit that creates a sinogram as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in 3) The processing target image of each frame created in the processing target image creation unit, and the guidance image creation unit A filter processing unit that performs noise removal processing by a guided filter using a guidance image created corresponding to the image to be processed, and creates a sinogram after the noise removal processing of the frame; And an image reconstructor configured to reconstruct a tomographic image of the frame using the created sinogram of each frame.

本発明の第3態様の画像処理装置は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置であって、(1) リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームのサイノグラムを作成するサイノグラム作成部と、(2) 初期画像を作成する初期画像作成部と、(3) 複数のフレームそれぞれについて入力画像に基づいて順投影計算を行ってサイノグラムを作成する順投影計算部と、(4) 複数のフレームそれぞれについて順投影計算部により作成されたサイノグラムとサイノグラム作成部により作成されたサイノグラムとの比較に基づいて逆投影計算を行う逆投影計算部と、(5) 複数のフレームそれぞれについて、逆投影計算部による逆投影計算結果に基づいて画像更新計算を行って、処理対象画像として当該画像更新計算後の画像を作成する処理対象画像作成部と、(6) リストデータのうちサイノグラム作成部において各フレームのサイノグラムを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成部と、(7) 処理対象画像作成部において作成された各フレームの処理対象画像、および、ガイダンス画像作成部において該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の画像を作成するフィルタ処理部と、を備える。そして、この画像処理装置は、順投影計算部による順投影計算、逆投影計算部による逆投影計算、処理対象画像作成部による画像更新計算およびフィルタ処理部によるノイズ除去処理を繰り返し行い、順投影計算部は、その繰り返し処理の初回においては初期画像を入力画像とし、以降においてはフィルタ処理部によるノイズ除去処理後の画像を入力画像とする。   An image processing apparatus according to a third aspect of the present invention is an apparatus for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising: (1) a plurality of list data in the order of collection; A sinogram creation unit that creates a sinogram of the frame using the data group that is divided into frames and is included in each frame of the list data, (2) an initial image creation unit that creates an initial image, (3) multiple A forward projection calculation unit that performs forward projection calculation based on an input image for each of the frames in order to create a sinogram; and (4) a sinogram created by the forward projection calculation unit for each of a plurality of frames and a sinogram creation unit A back projection calculation unit that performs back projection calculation based on comparison with a sinogram; (5) a back projection calculation unit for each of a plurality of frames A processing target image creation unit that creates an image after the image update calculation as a processing target image by performing an image update calculation based on the back projection calculation result, and (6) the sinogram creation unit of the list data A guidance image creation unit that creates a reconstructed image as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the sinogram; (7) a processing target The noise removal processing is performed by the guided filter using the processing target image of each frame created in the image creating unit and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in the guidance image creating unit, And a filter processing unit that generates an image after the noise removal processing of the frame. Then, the image processing apparatus repeatedly performs forward projection calculation by the forward projection calculation unit, back projection calculation by the back projection calculation unit, image update calculation by the processing target image creation unit, and noise removal processing by the filter processing unit. The section sets the initial image as the input image at the first time of the repetitive processing, and thereafter sets the image after the noise removal processing by the filter processing section as the input image.

本発明の画像処理装置において、ガイダンス画像作成部は、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を、ガイダンス画像の最大画素値が処理対象画像の最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成するのが好適である。ガイダンス画像作成部は、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、処理対象画像作成部において該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群を含むデータ群を用いるのが好適である。また、ガイダンス画像作成部は、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、処理対象画像作成部において該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群の前後のデータ群を用いるのが好適である。   In the image processing apparatus according to the present invention, the guidance image generation unit normalizes the guidance image corresponding to the processing target image of each frame so that the maximum pixel value of the guidance image becomes equal to the maximum pixel value of the processing target image. It is preferable to create. When creating a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, the guidance image creating unit uses a data group including a data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creating unit. Is preferred. Further, when the guidance image creation unit creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, data before and after the data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creation unit It is preferred to use groups.

本発明の放射線断層撮影システムは、被検体の断層画像を再構成するためのリストデータを収集する放射線断層撮影装置と、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する上記の本発明の画像処理装置と、を備える。   A radiation tomography system according to the present invention comprises: a radiation tomography apparatus for collecting list data for reconstructing a tomographic image of an object; and a tomography after noise removal processing based on the list data acquired by the radiation tomography apparatus And the above-mentioned image processing apparatus of the present invention for creating an image.

本発明の第1態様の画像処理方法は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する方法であって、(1) リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像として再構成画像を作成する処理対象画像作成ステップと、(2) リストデータのうち処理対象画像作成ステップにおいて各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成ステップと、(3) 処理対象画像作成ステップにおいて作成された各フレームの処理対象画像、および、ガイダンス画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の断層画像を作成するフィルタ処理ステップと、を備える。   An image processing method according to a first aspect of the present invention is a method for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising: A process target image creating step of creating a reconstructed image as a process target image of the frame by dividing into frames and using a data group included in each frame among the list data; (2) a process target image of the list data Guidance image creation for creating a reconstructed image as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in the creating step And (3) processing target images of each frame created in the processing target image creating step, and guidance image creation A filter processing step of performing noise removal processing with a guided filter using a guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in step b, and creating a tomographic image after the noise removal processing of the frame; Equipped with

本発明の第2態様の画像処理方法は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する方法であって、(1) リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像としてサイノグラムを作成する処理対象画像作成ステップと、(2) リストデータのうち処理対象画像作成ステップにおいて各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像としてサイノグラムを作成するガイダンス画像作成ステップと、(3) 処理対象画像作成ステップにおいて作成された各フレームの処理対象画像、および、ガイダンス画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを作成するフィルタ処理ステップと、(4) フィルタ処理ステップにおいて作成された各フレームのサイノグラムを用いて、該フレームの断層画像を再構成する画像再構成ステップと、を備える。   An image processing method according to a second aspect of the present invention is a method for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising: A processing target image creation step of creating a sinogram as a processing target image of the frame by dividing it into frames and using a data group included in each frame among the list data; (2) processing target image creation step of the list data A guidance image creation step of creating a sinogram as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in 3) Process target image of each frame created in the process target image creation step, and guidance image creation (4) performing a noise removal process by the guided filter using a guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in the step, and creating a sinogram after the noise removal process of the frame; An image reconstruction step of reconstructing a tomographic image of the frame using the sinogram of each frame created in the filtering step.

本発明の第3態様の画像処理方法は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する方法であって、(1) リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームのサイノグラムを作成するサイノグラム作成ステップと、(2) 初期画像を作成する初期画像作成ステップと、(3) 複数のフレームそれぞれについて入力画像に基づいて順投影計算を行ってサイノグラムを作成する順投影計算ステップと、(4) 複数のフレームそれぞれについて順投影計算ステップにおいて作成されたサイノグラムとサイノグラム作成ステップにおいて作成されたサイノグラムとの比較に基づいて逆投影計算を行う逆投影計算ステップと、(5) 複数のフレームそれぞれについて、逆投影計算ステップにおける逆投影計算結果に基づいて画像更新計算を行って、処理対象画像として当該画像更新計算後の画像を作成する処理対象画像作成ステップと、(6) リストデータのうちサイノグラム作成ステップにおいて各フレームのサイノグラムを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成ステップと、(7) 処理対象画像作成ステップにおいて作成された各フレームの処理対象画像、および、ガイダンス画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の画像を作成するフィルタ処理ステップと、を備える。そして、この画像処理方法は、順投影計算ステップ、逆投影計算ステップ、処理対象画像作成ステップおよびフィルタ処理ステップを繰り返し行い、順投影計算ステップにおいて、その繰り返し処理の初回においては初期画像を入力画像とし、以降においてはフィルタ処理ステップにおけるノイズ除去処理後の画像を入力画像とする。   An image processing method according to a third aspect of the present invention is a method of creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising: (1) a plurality of list data in the order of collection; A sinogram creation step of creating a sinogram of the frame by dividing it into frames and using a data group included in each frame of the list data, (2) an initial image creating step of creating an initial image, (3) multiple Forward projection calculation step of performing forward projection calculation based on the input image for each of the frames to create a sinogram, and (4) a sinogram created in the forward projection calculation step for each of a plurality of frames and a sinogram created step Backprojection calculation step of performing backprojection calculation based on comparison with the sinogram; (5) A process target image creation step of performing image update calculation for each of the frames based on the back projection calculation result in the back projection calculation step to create an image after the image update calculation as a processing target image; Among them, using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the sinogram of each frame in the sinogram creation step, creating a guidance image that creates a reconstructed image as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame. And (7) using the guidance target image of each frame created in the processing target image creation step and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in the guidance image creation step. The noise is removed by the filter and the noise of the frame is Comprises a filtering step of creating an image after removal process, the. Then, this image processing method repeatedly performs the forward projection calculation step, the back projection calculation step, the processing target image creation step and the filter processing step, and in the forward projection calculation step, the initial image is used as the input image at the first time of the repeated processing. In the following, the image after the noise removal processing in the filtering step is used as the input image.

本発明の画像処理方法において、ガイダンス画像作成ステップは、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を、ガイダンス画像の最大画素値が処理対象画像の最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成するのが好適である。ガイダンス画像作成ステップは、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、処理対象画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群を含むデータ群を用いるのが好適である。また、ガイダンス画像作成ステップは、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、処理対象画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群の前後のデータ群を用いるのが好適である。   In the image processing method of the present invention, the guidance image creating step normalizes the guidance image corresponding to the processing target image of each frame so that the maximum pixel value of the guidance image becomes equal to the maximum pixel value of the processing target image. It is preferable to create. The guidance image creating step uses a data group including a data group used when creating a processing target image of the frame in the processing target image creating step when creating a guidance image corresponding to the processing target image of each frame. Is preferred. Also, when the guidance image creation step creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, data before and after the data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creation step It is preferred to use groups.

本発明によれば、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいて高性能にノイズ除去された断層画像を作成することができる。   According to the present invention, it is possible to create a high performance noise-removed tomographic image based on the list data collected by the radiation tomography apparatus.

図1は、RI線源が投入された被検体における同時計数情報の取得頻度の時間変化を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing a time change of acquisition frequency of coincidence counting information in a subject into which an RI radiation source is input. 図2は、第1実施形態の放射線断層撮影システム1Aの構成を示す図である。FIG. 2 is a view showing the arrangement of a radiation tomography system 1A according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態の画像処理方法を説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating the image processing method of the first embodiment. 図4は、リストデータ、フレーム、処理対象画像Pおよびガイダンス画像Iを説明する図である。Figure 4 is a diagram illustrating a list data, frame, the processing target image P m and guidance image I m. 図5は、シミュレーション方法を説明する図である。図5(a)は数値ファントムを示す。図5(b)はサイノグラムを示す。図5(c)はノイズ付加サイノグラムを示す。図5(d)は再構成画像を示す。FIG. 5 is a diagram for explaining a simulation method. FIG. 5 (a) shows a numerical phantom. FIG. 5 (b) shows a sinogram. FIG. 5 (c) shows a noise addition sinogram. FIG. 5 (d) shows a reconstructed image. 図6は、シミュレーションにおいて用いた腫瘍部(Tumor)、白質部(WM)および灰白質部(GM)それぞれのアクティビティの時間変化のモデルを示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a model of temporal change in activity of each of a tumor part (Tumor), a white matter part (WM) and a gray matter part (GM) used in the simulation. 図7は、シミュレーションにおいて得られた再構成画像を示す図である。FIG. 7 is a view showing a reconstructed image obtained in the simulation. 図8は、図7の再構成画像に対して比較例1のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 8 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 1 on the reconstructed image of FIG. 7. 図9は、図7の再構成画像に対して比較例2のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 9 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 2 on the reconstructed image of FIG. 7. 図10は、図7の再構成画像に対して本実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 10 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of the present embodiment on the reconstructed image of FIG. 7. 図11は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のMSEの時間変化を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing temporal changes in MSE of reconstructed images in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and in the present embodiment. 図12は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のPSNRの時間変化を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a time change of PSNR of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and this embodiment obtained in the simulation. 図13は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のSSIMの時間変化を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing temporal changes in SSIM of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in the simulation. 図14は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の腫瘍部(Tumor)のアクティビティの時間変化を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the time change of the activity of the tumorous part (Tumor) in each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and the present embodiment. 図15は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の白質部(WM)のアクティビティの時間変化を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the time change of the activity of the white matter portion (WM) in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in the simulation. 図16は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の灰白質部(GM)のアクティビティの時間変化を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing the time change of the activity of the gray matter portion (GM) in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in the simulation. 図17は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合について、腫瘍部、白質部および灰白質部それぞれのMAEを示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the MAE of each of the tumorous part, the white matter part and the gray matter part for each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and the present embodiment. 図18は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合について、腫瘍部、白質部および灰白質部それぞれのRMSEを示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the RMSE of each of the tumorous part, the white matter part and the gray matter part for each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and the present embodiment. 図19は、実施例において得られたMRI画像を示す図である。FIG. 19 is a view showing an MRI image obtained in the example. 図20は、図19のMRI画像の一部を拡大して示す図である。FIG. 20 is an enlarged view of a part of the MRI image of FIG. 図21は、実施例において得られたPET再構成画像を示す図である。FIG. 21 is a view showing a PET reconstructed image obtained in the example. 図22は、図21の再構成画像に対して比較例1のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 22 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 1 on the reconstructed image of FIG. 図23は、図21の再構成画像に対して比較例2のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 23 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 2 on the reconstructed image of FIG. 図24は、図21の再構成画像に対して本実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 24 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of the present embodiment on the reconstructed image of FIG. 図25は、第2実施形態の放射線断層撮影システム1Bの構成を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing the configuration of a radiation tomography system 1B according to the second embodiment. 図26は、第2実施形態の画像処理方法を説明するフローチャートである。FIG. 26 is a flowchart for explaining the image processing method of the second embodiment. 図27は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のMSEの時間変化を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing a time change of MSE of reconstructed images in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and in the present embodiment. 図28は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のPSNRの時間変化を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing a time change of PSNR of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and this embodiment obtained in the simulation. 図29は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のSSIMの時間変化を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing temporal changes in SSIM of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in simulation. 図30は、第3実施形態の放射線断層撮影システム1Cの構成を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing a configuration of a radiation tomography system 1C of the third embodiment. 図31は、第3実施形態の画像処理方法を説明するフローチャートである。FIG. 31 is a flow chart for explaining the image processing method of the third embodiment. 図32は、第3実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。FIG. 32 is a view showing an image obtained by the noise removal processing of the third embodiment. 図33は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2、第1実施形態および第3実施形態それぞれの場合の再構成画像のMSEの時間変化を示すグラフである。FIG. 33 is a graph showing time change of MSE of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2, First Embodiment, and Third Embodiment obtained in the simulation. 図34は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2、第1実施形態および第3実施形態それぞれの場合の再構成画像のPSNRの時間変化を示すグラフである。FIG. 34 is a graph showing a time change of PSNR of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2, First Embodiment, and Third Embodiment obtained in the simulation. 図35は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2、第1実施形態および第3実施形態それぞれの場合の再構成画像のSSIMの時間変化を示すグラフである。FIG. 35 is a graph showing temporal changes in SSIM of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the first and third embodiments obtained in the simulation.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, modes for carrying out the present invention will be described in detail. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. The present invention is not limited to these exemplifications, is shown by the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims.

初めに、ガイディド・フィルタの概要について説明する。ガイディド・フィルタは、下記(1)式で表される線形変換モデルを仮定して、入力画像Pおよびガイダンス画像Iを用いてノイズ除去処理を行い、ノイズ除去処理後の出力画像Qを作成する。Qは、出力画像Qにおける画素iの画素値である。Iは、ガイダンス画像Iにおける画素iの画素値である。ωは、入力画像Pにおいて画素kを中心とする複数の画素からなる小領域(パッチ領域)を表す。a,bは係数である。 First, an overview of the guided filter will be described. The guided filter performs noise removal processing using the input image P and the guidance image I on the assumption of a linear conversion model represented by the following equation (1), and creates an output image Q after the noise removal processing. Q i is the pixel value of pixel i in the output image Q. I i is the pixel value of pixel i in the guidance image I. ω k represents a small area (patch area) composed of a plurality of pixels centered on the pixel k in the input image P. a k and b k are coefficients.

誤差関数E(a,b)は下記(2)式で表される。この誤差関数E(a,b)を最小化する係数a,bを求める。εは、aをペナルティとする正則化パラメータであり、下記(3)式で表される。σは、入力画像Pの全体におけるノイズの推定標準偏差である。αは定数である。 The error function E (a k , b k ) is expressed by the following equation (2). The coefficients a k and b k that minimize the error function E (a k , b k ) are obtained . ε is a regularization parameter with a k as a penalty, and is expressed by the following equation (3). σ is an estimated standard deviation of noise in the entire input image P. α is a constant.

この(2)式を正則化最小二乗法(線形リッジ回帰)により解くと、下記(4)式および(5)式が得られる。<P> は、入力画像Pの小領域ω内の平均画素値である。μは、ガイダンス画像Iの小領域ω内の平均画素値である。σは、ガイダンス画像Iの小領域ω内の画素値の分散値である。|ω|は、小領域ω内の画素数である。 If this equation (2) is solved by the regularized least squares method (linear ridge regression), the following equations (4) and (5) are obtained. <P k > is an average pixel value in the small area ω k of the input image P. mu k is the average pixel value in the small area omega k of the guidance image I. sigma k is the variance of pixel values in the small regions omega k of the guidance image I. | ω k | is the number of pixels in the small area ω k .

ノイズの影響を低減する為に、下記(6)式および(7)式で表されるように、小領域ω内で係数a,bの平均値<a>,<b> を求める。そして、この <a>,<b> を用いて、下記(8)式により、ノイズ除去処理後の出力画像Qを得ることができる。 In order to reduce the influence of noise, as expressed by the following equation (6) and (7), the average value <a k coefficients a k, b k in small region ω i>, <b k> Ask for Then, the <a k>, using <b k>, by the following equation (8), it is possible to obtain an output image Q after the noise removal processing.

一般に、ガイディド・フィルタでは、ガイダンス画像Iは入力画像Pと同じであってもよい。すなわち、動態PET画像がM個のフレームの断層画像からなるとして、これらM個のフレームのうち第mフレームの断層画像を入力画像Pおよびガイダンス画像Iの双方として用いて、ガイディド・フィルタにより、第mフレームのノイズ除去処理後の出力画像Qを作成してもよい。 In general, in a guided filter, the guidance image I may be the same as the input image P. That is, assuming that the dynamic PET image consists of tomographic images of M frames, the tomographic image of the mth frame of these M frames is used as both the input image P m and the guidance image I m by the guided filter. it may generate the output image Q m after the noise removal processing of the m-th frame.

特許文献1および非特許文献1に記載されたガイディド・フィルタによる動態PET画像に対するノイズ除去処理技術は、動態PET画像のM個のフレームの断層画像(入力画像P)の総和をガイダンス画像Iとして用いる(下記(9)式)。このガイダンス画像Iは、各入力画像Pよりノイズが低減されたものとなる。したがって、特許文献1および非特許文献1では、このガイダンス画像Iを用いることで、各入力画像Pに対して、より高性能のノイズ除去処理が可能であるとされている。 The noise removal processing technique for dynamic PET images with a guided filter described in Patent Document 1 and Non-patent Document 1 uses the sum of tomographic images (input images P m ) of M frames of dynamic PET images as a guidance image I Used (the following (9) formula). The guidance image I has noise reduced from each input image P m . Therefore, in Patent Document 1 and Non-patent Document 1, by using this guidance image I, it is considered that noise removal processing with higher performance can be performed on each input image P m .

一般に、RI線源が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅の頻度(同時計数情報の取得頻度)は、図1に示されるように、RI線源投入直後から時間の経過とともに次第に高くなっていき、やがて或る時刻Tpでピークに達し、そのピークの後は緩やかに次第に低くなっていく。図1は、RI線源が投入された被検体における同時計数情報の取得頻度の時間変化を示すグラフである。   In general, the frequency of electron-positron pair annihilation (acquisition frequency of coincidence counting information) in a subject into which an RI radiation source is injected is, as shown in FIG. It becomes higher and eventually reaches a peak at a certain time Tp, and after that peak is gradually lowered gradually. FIG. 1 is a graph showing a time change of acquisition frequency of coincidence counting information in a subject into which an RI radiation source is input.

このことから、RI線源投入直後から同時計数情報の取得の頻度が高い期間においては各フレームの期間は相対的に短く設定され、その後の同時計数情報の取得の頻度が緩やかに低くなっていく期間においては各フレームの期間は相対的に長く設定される。また、RI線源投入直後から同時計数情報の取得の頻度がピークに達するまでの期間(時刻Tp以前)と、そのピークの後の期間(時刻Tp以降)とでは、断層画像が大きく相違していることが知られている。   From this, the period of each frame is set relatively short in a period in which the frequency of acquisition of coincidence count information is high immediately after the RI source is turned on, and the frequency of acquisition of coincidence count information thereafter gradually decreases. In the period, the period of each frame is set relatively long. In addition, tomographic images are significantly different between the period (before time Tp) until the frequency of acquisition of coincidence count information reaches a peak immediately after RI source injection and the period after time Tp (after time Tp). It is known that

特許文献1および非特許文献1に記載されたノイズ除去処理技術は、各フレームの期間が一定でない点を考慮することなく、また、ピーク前後の断層画像が大きく相違する点をも考慮することなく、M個のフレームの断層画像(入力画像P)の単純な総和をガイダンス画像Iとして用いる。このことから、各フレームの断層画像に対するノイズ除去の性能には限界がある。 The noise removal processing techniques described in Patent Document 1 and Non-patent Document 1 do not take into account that the period of each frame is not constant, nor do they take into account that the tomographic images before and after the peak are largely different. , A simple sum of tomographic images (input image P m ) of M frames is used as a guidance image I. From this, there is a limit to the performance of noise removal for the tomographic image of each frame.

以下に説明する実施形態の放射線断層撮影システム,画像処理装置および画像処理方法は、放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいて高性能にノイズ除去された断層画像を作成することができる。   The radiation tomography system, the image processing apparatus, and the image processing method of the embodiments described below can create a high-performance noise-removed tomographic image based on the list data collected by the radiation tomography apparatus.

(第1実施形態)
図2は、第1実施形態の放射線断層撮影システム1Aの構成を示す図である。放射線断層撮影システム1Aは、放射線断層撮影装置2および画像処理装置10を備える。画像処理装置10は、処理対象画像作成部11、ガイダンス画像作成部12、フィルタ処理部13および記憶部15を含む。画像処理装置10としてコンピュータが用いられる。
First Embodiment
FIG. 2 is a view showing the arrangement of a radiation tomography system 1A according to the first embodiment. The radiation tomography system 1A includes a radiation tomography apparatus 2 and an image processing apparatus 10. The image processing apparatus 10 includes a processing target image creation unit 11, a guidance image creation unit 12, a filter processing unit 13, and a storage unit 15. A computer is used as the image processing apparatus 10.

放射線断層撮影装置2は、被検体の断層画像を再構成するためのリストデータを収集する装置である。放射線断層撮影装置2として、PET装置およびSPECT装置が挙げられる。以下では、放射線断層撮影装置2がPET装置であるとして説明をする。   The radiation tomography apparatus 2 is an apparatus for collecting list data for reconstructing a tomographic image of a subject. Examples of the radiation tomography apparatus 2 include a PET apparatus and a SPECT apparatus. In the following, it is assumed that the radiation tomography apparatus 2 is a PET apparatus.

放射線断層撮影装置2は、被検体が置かれる測定空間の周囲に配列された多数の小型の放射線検出器を有する検出部を備えている。放射線断層撮影装置2は、陽電子放出アイソトープ(RI線源)が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生するエネルギ511keVの光子対を検出部により同時計数法で検出し、この同時計数情報を蓄積する。そして、放射線断層撮影装置2は、この蓄積した多数の同時計数情報を時系列に並べたものをリストデータとして画像処理装置10へ出力する。   The radiation tomography apparatus 2 includes a detection unit having a large number of small-sized radiation detectors arranged around a measurement space in which a subject is placed. The radiation tomography apparatus 2 detects, by the coincidence counting method, a photon pair having an energy of 511 keV generated with the annihilation of the electron-positron pair in the subject into which the positron-emitting isotope (RI source) is introduced, This coincidence counting information is accumulated. Then, the radiation tomography apparatus 2 outputs, to the image processing apparatus 10, an arrangement of the accumulated large number of simultaneous counting information in time series as list data.

リストデータは、光子対を同時計数した1対の放射線検出器の識別情報および検出時刻情報を含む。リストデータは、さらに、各放射線検出器が検出した光子のエネルギ情報、および、1対の放射線検出器の検出時間差情報をも含んでいてもよい。   The list data includes identification information and detection time information of a pair of radiation detectors that simultaneously count photon pairs. The list data may further include energy information of photons detected by each radiation detector and detection time difference information of a pair of radiation detectors.

画像処理装置10は、リストデータに基づいて断層画像を再構成する。リストデータに基づいて断層画像を再構成する技術としては、ML-EM(maximum likelihood expectationmaximization)法、および、これを改良したブロック反復法による逐次近似的画像再構成技術が知られている。また、ブロック反復法による逐次近似的画像再構成技術としては、OSEM(ordered subset ML-EM)法、RAMLA(row-action maximum likelihood algorithm)法およびDRAMA(dynamic RAMLA)法などが知られている。また、画像処理装置10は、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行って、ノイズ除去処理後の断層画像を作成する。   The image processing apparatus 10 reconstructs a tomographic image based on the list data. As a technique for reconstructing a tomographic image based on list data, a ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) method and a successive approximation image reconstruction technique by a block iteration method which is an improvement thereof are known. Also, as successive approximation image reconstruction technology by block iteration method, OSEM (ordered subset ML-EM) method, RAMLA (row-action maximum likelihood algorithm) method, DRAMA (dynamic RAMLA) method, etc. are known. The image processing apparatus 10 also performs noise removal processing using a guided filter to create a tomographic image after the noise removal processing.

処理対象画像作成部11は、リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、そのリストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pとして再構成画像を作成する。ガイダンス画像作成部12は、リストデータのうち処理対象画像作成部11において各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iとして再構成画像を作成する。処理対象画像作成部11およびガイダンス画像作成部12は、共通のものであってもよいし、別個に設けられてもよい。 The processing target image creation unit 11 divides the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creates a reconstructed image as the processing target image P m of the frame using a data group included in each frame among the list data. Do. The guidance image creation unit 12 processes the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image P m of each frame in the processing target image creation unit 11 among the list data. creating a reconstructed image as guidance image I m corresponding to the target image P m. The processing target image creating unit 11 and the guidance image creating unit 12 may be common or may be provided separately.

フィルタ処理部13は、各フレームの対応する処理対象画像(入力画像)Pおよびガイダンス画像Iを用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の断層画像を作成する。記憶部15は、リストデータを記憶し、各フレームの対応する処理対象画像Pおよびガイダンス画像Iを記憶する。また、記憶部15は、各フレームのノイズ除去処理後の断層画像を記憶する。 The filter processing unit 13 performs noise removal processing by the guided filter using the processing target image (input image) P m and the guidance image I m corresponding to each frame, and the tomographic image of the frame after the noise removal processing is create. The storage unit 15 stores list data, and stores the processing target image P m and the guidance image I m corresponding to each frame. In addition, the storage unit 15 stores the tomographic image after the noise removal processing of each frame.

図3は、第1実施形態の画像処理方法を説明するフローチャートである。本実施形態の画像処理方法は、放射線断層撮影装置2により収集されたリストデータを取得するリストデータ取得ステップS10と、処理対象画像作成部11が行う処理対象画像作成ステップS11と、ガイダンス画像作成部12が行うガイダンス画像作成ステップS12と、フィルタ処理部13が行うフィルタ処理ステップS13と、を備える。   FIG. 3 is a flowchart illustrating the image processing method of the first embodiment. The image processing method according to the present embodiment includes a list data acquisition step S10 for acquiring list data collected by the radiation tomography apparatus 2, a processing target image generation step S11 performed by the processing target image generation unit 11, and a guidance image generation unit A guidance image creation step S12 performed by 12 and a filter processing step S13 performed by the filter processing unit 13 are provided.

リストデータ取得ステップS10では、放射線断層撮影装置2により収集されたリストデータを取得する。処理対象画像作成ステップS11では、リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、そのリストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pとして再構成画像を作成する。ガイダンス画像作成ステップS12では、処理対象画像作成ステップS11において各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iとして再構成画像を作成する。処理対象画像作成ステップS11およびガイダンス画像作成ステップS12は、任意の順に行われてもよいし、並列的に行なわれてもよい。フィルタ処理ステップS13では、各フレームの対応する処理対象画像(入力画像)Pおよびガイダンス画像Iを用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の断層画像を作成する。 In the list data acquisition step S10, the list data acquired by the radiation tomography apparatus 2 is acquired. In the processing target image creation step S11, the list data is divided into a plurality of frames in the order of collection, and a reconstructed image is created as the processing target image P m of the frame using a data group included in each frame in the list data. Do. In the guidance image producing step S12, by using a large number of data of the data group from the data group used in preparing the processing target image P m for each frame in the processed image producing step S11, the processing target image P m of the frame creating a reconstructed image as guidance image I m corresponding to. The processing target image creation step S11 and the guidance image creation step S12 may be performed in any order, or may be performed in parallel. In the filter processing step S13, noise removal processing is performed by the guided filter using the corresponding processing target image (input image) P m and guidance image I m of each frame, and the tomographic image of the frame after the noise removal processing is create.

図4は、リストデータ、フレーム、処理対象画像Pおよびガイダンス画像Iを説明する図である。この図において横軸はリストデータを収集した時間を表し、その時間軸が複数のフレームに分割されている。第mフレームの処理対象画像Pは、リストデータのうち第mフレームに含まれるデータ群を用いて再構成された断層画像である。第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、リストデータのうち第mフレームに含まれるデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて再構成された断層画像である。 Figure 4 is a diagram illustrating a list data, frame, the processing target image P m and guidance image I m. In this figure, the horizontal axis represents the time when list data was collected, and its time axis is divided into a plurality of frames. The processing target image P m of the m-th frame is a tomographic image reconstructed using a data group included in the m-th frame of the list data. The guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame is a tomographic image reconstructed using a data group having a larger number of data than the data group included in the m-th frame in the list data.

第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、第mフレームのデータ群の2倍以上のデータ数のデータ群を用いて作成されるのが好適である。第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、第mフレームのデータ群を含むデータ群を用いて作成されてもよいし、第mフレームのデータ群の前後のデータ群を用いて作成されてもよい。第mフレームが図1において時刻Tp以前(血流依存領域)である場合には、第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、リストデータのうち時刻Tp以前のデータ群を用いて作成されるのが好適である。第mフレームが図1において時刻Tp以降(PETリガンド動態依存領域)である場合には、第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、リストデータのうち時刻Tp以降のデータ群を用いて作成されるのが好適である。第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、リストデータの全体を用いて作成されてもよい。 The guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame is preferably created using a data group having twice or more the number of data of the data group of the m-th frame. Guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame may be created using a data group including a group of data of the m frame, the data groups before and after the data group of the m frame It may be created using. When the m-th frame is time Tp previously (flow-region) in FIG. 1, the guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame, the time Tp previous data group among the list data It is preferable to create using. When the m-th frame is the time Tp after (PET ligand kinetics dependent area) in FIG. 1, the guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame, the time Tp after the data of the list data It is preferred that they be created using groups. Guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame may be created by using the whole of the list data.

ガイダンス画像作成部12(ガイダンス画像作成ステップS12)において、第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、ガイダンス画像Iの最大画素値が処理対象画像Pの最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成されるのが好適である。すなわち、下記(10)式で表される正規化ガイダンス画像I'を用いるのが好適である。MaxPは、第mフレームの処理対象画像Pの最大画素値である。MaxIは、第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iの最大画素値である。 In the guidance image generation unit 12 (the guidance image creating step S12), the guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame, the maximum pixel value of the maximum pixel value of the guidance image I m is the processing target image P m It is preferable that normalization is performed to be equal to. That is, it is preferable to use a normalized guidance image I ' m represented by the following equation (10). MaxP m is the maximum pixel value of the processing target image P m of the m-th frame. MaxI m is the maximum pixel value of the guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame.

次に、シミュレーション結果について説明する。図5は、シミュレーション方法を説明する図である。先ず数値ファントム(図5(a))を用意した。この数値ファントムは、18F-FDG(フルオロデオキシグルコース)を投入したサルの脳の断層画像を模擬したものである。この数値ファントムには、脳の白質部(white matter、WM)および灰白質部(gray matter、GM)が含まれる他、腫瘍部(Tumor)も含まれている。図6は、シミュレーションにおいて用いた腫瘍部(Tumor)、白質部(WM)および灰白質部(GM)それぞれのアクティビティの時間変化のモデルを示すグラフである。アクティビティの時間変化(Time-Activity Curve、TAC)は、一般に、RI線源投入直後から時間の経過とともに次第に高くなっていき、やがて或る時刻でピークに達し、そのピークの後は緩やかに次第に低くなっていく。総カウント数(同時計数情報の数)を1500万とした。 Next, simulation results will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining a simulation method. First, a numerical phantom (FIG. 5 (a)) was prepared. This numerical phantom simulates a tomographic image of the monkey brain into which 18 F-FDG (fluorodeoxyglucose) has been added. The numerical phantom includes a white matter part (WM) and a gray matter part (GM) of the brain as well as a tumor part (Tumor). FIG. 6 is a graph showing a model of temporal change in activity of each of a tumor part (Tumor), a white matter part (WM) and a gray matter part (GM) used in the simulation. Time-Activity Curve (TAC) of activity generally increases gradually with time immediately after turning on the RI source, reaches a peak at a certain time, and then gradually decreases after that peak. It will be. The total count number (the number of simultaneous count information) was set to 15,000,000.

この数値ファントムに基づいて各フレームのサイノグラム(図5(b))を作成した。サイノグラムは、放射線断層撮影装置2の放射線検出器の対ごとに同時計数情報をヒストグラム化したものである。第1〜第6のフレームの各期間を10秒(小計1分)とし、第7〜第8のフレームの各期間を30秒(小計1分)とし、第9〜第16のフレームの各期間を60秒(小計8分)とし、第17〜第26のフレームの各期間を300秒(小計50分)とし、第27〜第32のフレームの各期間を600秒(小計60分)として、全体のリストデータの収集時間を120分とした。   A sinogram (FIG. 5 (b)) of each frame was created based on this numerical phantom. The sinogram is a histogram of coincidence counting information for each pair of radiation detectors of the radiation tomography apparatus 2. Each period of the first to sixth frames is 10 seconds (1 minute subtotal), each period of the 7th to 8th frames is 30 seconds (1 minute subtotal), and each period of the 9th to 16th frames Is 60 seconds (a total of 8 minutes), each period of the 17th to 26th frames is 300 seconds (a total of 50 minutes), and each period of the 27th to 32nd frames is 600 seconds (a total of 60 minutes). The collection time of the entire list data was 120 minutes.

各フレームのサイノグラムに対して、該フレームのカウント数に応じたポアソンノイズを与えて、ノイズ付加サイノグラム(図5(c))を作成した。このノイズ付加サイノグラムに基づいてML-EM法により再構成画像(図5(d))を作成した。ML-EM法における反復回数は40回であった。   Poisson noise according to the count number of each frame was given to the sinogram of each frame to create a noise-added sinogram (FIG. 5 (c)). Based on the noise-added sinogram, a reconstructed image (FIG. 5 (d)) was created by the ML-EM method. The number of iterations in the ML-EM method was 40 times.

図7は、シミュレーションにおいて得られた再構成画像を示す図である。この再構成画像は、ノイズ除去処理前の第30フレーム(5400〜6000秒の期間)の断層画像を示す。図8は、図7の再構成画像に対して比較例1のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。比較例1のノイズ除去処理は、ガウシアン・フィルタによる処理である。図9は、図7の再構成画像に対して比較例2のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。比較例1のノイズ除去処理は、特許文献1および非特許文献1に記載されたフィルタ処理である。図10は、図7の再構成画像に対して本実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。ここでは、リストデータの全体を用いて作成された正規化ガイダンス画像I'を用いた。これらの図の対比から分かるように、比較例1,2のノイズ除去処理と比べて、本実施形態のノイズ除去処理では、画像中の濃淡の境界がよく保存された上で、ノイズがよく除去されている。 FIG. 7 is a view showing a reconstructed image obtained in the simulation. This reconstruction image shows a tomographic image of the 30th frame (period of 5400 to 6000 seconds) before the noise removal processing. FIG. 8 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 1 on the reconstructed image of FIG. 7. The noise removal process of Comparative Example 1 is a process using a Gaussian filter. FIG. 9 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 2 on the reconstructed image of FIG. 7. The noise removal process of Comparative Example 1 is the filter process described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1. FIG. 10 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of the present embodiment on the reconstructed image of FIG. 7. Here, using normalized guidance image I 'm that was created using the entire list data. As can be seen from the comparison of these figures, compared to the noise removal processing of Comparative Examples 1 and 2, in the noise removal processing of the present embodiment, the boundary of the gradation in the image is well preserved and noise is removed well. It is done.

図11は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のMSEの時間変化を示すグラフである。MSE(Mean Square Error)は、真の画像(ここでは図5(a)の数値ファントム画像)との誤差を表しており、値が低いほど真の画像に近いことを意味する。図12は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のPSNRの時間変化を示すグラフである。PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)は、画像の品質をデシベル(dB)で表したものであり、値が高いほど良好な画質であることを意味する。図13は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のSSIMの時間変化を示すグラフである。SSIM(Structural Similarity Index)は、画像の輝度およびコントラストならびに構造の変化を定量化する指標であり、値が高いほど良好な画質であることを意味する。MSE、PSNRおよびSSIMの何れの指標も、比較例1,2のノイズ除去処理と比べて本実施形態のノイズ除去処理の場合の方が性能が優れていることを示している。   FIG. 11 is a graph showing temporal changes in MSE of reconstructed images in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and in the present embodiment. MSE (Mean Square Error) represents an error with a true image (here, the numerical phantom image in FIG. 5A), and a lower value means closer to a true image. FIG. 12 is a graph showing a time change of PSNR of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and this embodiment obtained in the simulation. The peak signal to noise ratio (PSNR) represents the quality of an image in decibels (dB), and a higher value means better image quality. FIG. 13 is a graph showing temporal changes in SSIM of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in the simulation. SSIM (Structural Similarity Index) is an index that quantifies changes in brightness and contrast and structure of an image, and a higher value means better image quality. The indices MSE, PSNR and SSIM also indicate that the performance of the noise removal process of the present embodiment is superior to that of the noise removal process of Comparative Examples 1 and 2.

図14は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の腫瘍部(Tumor)のアクティビティの時間変化を示すグラフである。図15は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の白質部(WM)のアクティビティの時間変化を示すグラフである。図16は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の灰白質部(GM)のアクティビティの時間変化を示すグラフである。図14〜図16それぞれは、図6に示した基準となるアクティビティの時間変化のモデルをも示す。   FIG. 14 is a graph showing the time change of the activity of the tumorous part (Tumor) in each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and the present embodiment. FIG. 15 is a graph showing the time change of the activity of the white matter portion (WM) in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in the simulation. FIG. 16 is a graph showing the time change of the activity of the gray matter portion (GM) in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in the simulation. Each of FIGS. 14-16 also shows the model of the time change of the activity used as the reference | standard shown in FIG.

これら図14〜図16に基づいて、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合について、基準に対するアクティビティの誤差を求めた。図17は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合について、腫瘍部、白質部および灰白質部それぞれのMAEを示すグラフである。図18は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合について、腫瘍部、白質部および灰白質部それぞれのRMSEを示すグラフである。MAE(Mean Absolute Error)およびRMSE(Root Mean Square Error)の何れも、値が小さいほど定量性が優れていることを意味する。MAEおよびRMSEの何れの指標も、比較例1,2のノイズ除去処理と比べて本実施形態のノイズ除去処理の場合の方が定量性が優れていることを示している。   Based on these FIGS. 14-16, the error of the activity with respect to the reference | standard was calculated | required about each case of the comparative example 1, the comparative example 2, and this embodiment which were obtained in simulation. FIG. 17 is a graph showing the MAE of each of the tumorous part, the white matter part and the gray matter part for each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and the present embodiment. FIG. 18 is a graph showing the RMSE of each of the tumorous part, the white matter part and the gray matter part for each of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and the present embodiment. Both the mean absolute error (MAE) and the root mean square error (RMSE) mean that the smaller the value, the better the quantitativity. Both indices of MAE and RMSE indicate that the quantitative removal is better in the case of the noise removal process of the present embodiment than the noise removal process of Comparative Examples 1 and 2.

次に、実施例について説明する。実施例では、被検体として、18F-FDGを投入したサルの脳を用いた。PET装置として、浜松ホトニクス株式会社製の動物用PET装置(SHR-38000)を用いた。トランスミッション計測を30分間に亘って行い、また、エミッション計測を120分間に亘って行って、トランスミッション計測結果に基づいてエミッション計測結果に対して吸収補正を行った。前述のシミュレーションと同様にリストデータを第1〜第32のフレームに分割した。各フレームの再構成画像をML-EM法により作成した。また、この被検体のMRI(Magnetic Resonance Imaging)画像をも取得した。 Next, an example will be described. In the example, a monkey brain to which 18 F-FDG was added was used as a subject. An animal PET apparatus (SHR-38000) manufactured by Hamamatsu Photonics K.K. was used as the PET apparatus. Transmission measurement was performed for 30 minutes, and emission measurement was performed for 120 minutes, and absorption correction was performed on the emission measurement result based on the transmission measurement result. The list data was divided into first to thirty-second frames in the same manner as the above-described simulation. The reconstructed image of each frame was created by the ML-EM method. In addition, an MRI (Magnetic Resonance Imaging) image of the subject was also acquired.

図19は、実施例において得られたMRI画像を示す図である。図20は、図19のMRI画像の一部を拡大して示す図である。図21は、実施例において得られたPET再構成画像を示す図である。この再構成画像は、ノイズ除去処理前の第30フレーム(5400〜6000秒の期間)の断層画像を示す。図22は、図21の再構成画像に対して比較例1のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。図23は、図21の再構成画像に対して比較例2のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。図24は、図21の再構成画像に対して本実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。ここでは、リストデータの全体を用いて作成された正規化ガイダンス画像を用いた。   FIG. 19 is a view showing an MRI image obtained in the example. FIG. 20 is an enlarged view of a part of the MRI image of FIG. FIG. 21 is a view showing a PET reconstructed image obtained in the example. This reconstruction image shows a tomographic image of the 30th frame (period of 5400 to 6000 seconds) before the noise removal processing. FIG. 22 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 1 on the reconstructed image of FIG. FIG. 23 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of Comparative Example 2 on the reconstructed image of FIG. FIG. 24 is a view showing an image obtained by performing the noise removal processing of the present embodiment on the reconstructed image of FIG. Here, a normalized guidance image created using the entire list data was used.

図20〜図24それぞれは、図19中の矩形枠部分に相当する部分を拡大して示している。図20〜図24それぞれにおいて、実線矢印は脳の中心(大脳鎌)を指し示し、破線矢印は大脳のしわ(中心溝)を指し示している。これらの図の対比から分かるように、比較例1,2のノイズ除去処理と比べて、本実施形態のノイズ除去処理では、画像中の濃淡の境界がよく保存された上で、ノイズがよく除去されており、脳の構造をよく表している。また、本実施形態のノイズ除去処理では、スパイクノイズが低減されている。   Each of FIGS. 20 to 24 is an enlarged view of a portion corresponding to the rectangular frame portion in FIG. In each of FIG. 20 to FIG. 24, solid arrows indicate the center of the brain (cerebral peduncle), and dashed arrows indicate cerebral wrinkles (central groove). As can be seen from the comparison of these figures, compared to the noise removal processing of Comparative Examples 1 and 2, in the noise removal processing of the present embodiment, the boundary of the gradation in the image is well preserved and noise is removed well. It is a good representation of the brain structure. In addition, spike noise is reduced in the noise removal process of the present embodiment.

以上のとおり、本実施形態では、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像I(または正規化ガイダンス画像I')を作成する。これにより、各フレームの期間が一定でない場合や、各フレームのデータ数が一定でない場合であっても、より高性能に各フレームのノイズ除去された断層画像を作成することができる。また、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、特に正規化ガイダンス画像I'を用いることにより、断層画像の画質を更に改善することができる。また、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、被検体内でのPETリガンドの動態を考慮したガイダンス画像I(または正規化ガイダンス画像I')を用いることにより、動態が急激に変化する動態PET画像の画質を改善することができる。 As described above, in the present embodiment, in the noise removal processing by the guided filter, processing of the frame is performed using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image P m of each frame. A guidance image I m (or a normalized guidance image I ′ m ) corresponding to the target image P m is created. As a result, even when the period of each frame is not constant or the number of data of each frame is not constant, it is possible to create a noise-removed tomographic image of each frame with higher performance. Also, when noise removal processing by Gaidido filter, in particular by using a normalized guidance image I 'm, it is possible to further improve the image quality of tomographic images. In addition, when using the guidance image I m (or the normalized guidance image I ' m ) in consideration of the movement of the PET ligand in the subject during the noise removal processing by the guided filter, the movement PET that changes the movement rapidly The image quality of the image can be improved.

(第2実施形態)
図25は、第2実施形態の放射線断層撮影システム1Bの構成を示す図である。放射線断層撮影システム1Bは、放射線断層撮影装置2および画像処理装置20を備える。画像処理装置20は、処理対象画像作成部21、ガイダンス画像作成部22、フィルタ処理部23、画像再構成部24および記憶部25を含む。画像処理装置20としてコンピュータが用いられる。
Second Embodiment
FIG. 25 is a diagram showing the configuration of a radiation tomography system 1B according to the second embodiment. The radiation tomography system 1 </ b> B includes a radiation tomography apparatus 2 and an image processing apparatus 20. The image processing apparatus 20 includes a processing target image creation unit 21, a guidance image creation unit 22, a filter processing unit 23, an image reconstruction unit 24, and a storage unit 25. A computer is used as the image processing apparatus 20.

画像処理装置20は、リストデータに基づいて断層画像を再構成する。また、画像処理装置20は、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行って、ノイズ除去処理後の断層画像を作成する。処理対象画像作成部21は、リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、そのリストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pとしてサイノグラムを作成する。ガイダンス画像作成部22は、リストデータのうち処理対象画像作成部21において各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iとしてサイノグラムを作成する。処理対象画像作成部21およびガイダンス画像作成部22は、共通のものであってもよいし、別個に設けられてもよい。 The image processing apparatus 20 reconstructs a tomographic image based on the list data. The image processing apparatus 20 also performs noise removal processing using a guided filter to create a tomographic image after the noise removal processing. Target image creation section 21 is divided into a plurality of frames list data in order of acquisition, by using the data groups contained in each frame of the list data to create a sinogram as processing target image P m of the frame. The guidance image creation unit 22 processes the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image P m of each frame in the processing target image creation unit 21 among the list data. creating a sinogram as guidance image I m corresponding to the target image P m. The processing target image creation unit 21 and the guidance image creation unit 22 may be common or may be provided separately.

フィルタ処理部23は、各フレームの対応する処理対象画像(入力画像)Pおよびガイダンス画像Iを用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを作成する。画像再構成部24は、フィルタ処理部23において作成された各フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを用いて、該フレームの断層画像を再構成する。記憶部25は、リストデータを記憶し、各フレームの対応する処理対象画像Pおよびガイダンス画像Iを記憶する。また、記憶部25は、各フレームのノイズ除去処理後の断層画像を記憶する。 The filter processing unit 23 performs noise removal processing with a guided filter using the processing target image (input image) P m and the guidance image I m corresponding to each frame, and creates a sinogram after the noise removal processing of the frame. Do. The image reconstruction unit 24 reconstructs a tomographic image of the frame using the sinogram after noise removal processing of each frame created in the filter processing unit 23. Storage unit 25 stores the list data, and stores the corresponding processed image P m and guidance image I m for each frame. Further, the storage unit 25 stores the tomographic image after the noise removal processing of each frame.

図26は、第2実施形態の画像処理方法を説明するフローチャートである。本実施形態の画像処理方法は、放射線断層撮影装置2により収集されたリストデータを取得するリストデータ取得ステップS20と、処理対象画像作成部21が行う処理対象画像作成ステップS21と、ガイダンス画像作成部22が行うガイダンス画像作成ステップS22と、フィルタ処理部23が行うフィルタ処理ステップS23と、画像再構成部24が行う画像再構成ステップS24と、を備える。   FIG. 26 is a flowchart for explaining the image processing method of the second embodiment. The image processing method according to the present embodiment includes a list data acquisition step S20 for acquiring list data collected by the radiation tomography apparatus 2, a processing target image generation step S21 performed by the processing target image generation unit 21, and a guidance image generation unit A guidance image generation step S22 performed by the image processing unit 22, a filter processing step S23 performed by the filter processing unit 23, and an image reconstruction step S24 performed by the image reconstruction unit 24 are provided.

リストデータ取得ステップS20では、放射線断層撮影装置2により収集されたリストデータを取得する。処理対象画像作成ステップS21では、リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pとしてサイノグラムを作成する。ガイダンス画像作成ステップS22では、処理対象画像作成ステップS21において各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iとしてサイノグラムを作成する。処理対象画像作成ステップS21およびガイダンス画像作成ステップS22は、任意の順に行われてもよいし、並列的に行なわれてもよい。 In list data acquisition step S20, the list data acquired by the radiation tomography apparatus 2 is acquired. The processed image producing step S21, is divided into a plurality of frame list data in order of acquisition, by using the data groups contained in each frame of the list data, to create a sinogram as processing target image P m of the frame. In the guidance image producing step S22, by using a large number of data of the data group from the data group used in preparing the processing target image P m for each frame in the processed image producing step S21, the processing target image P m of the frame creating a sinogram as guidance image I m corresponding to. The processing target image creation step S21 and the guidance image creation step S22 may be performed in any order, or may be performed in parallel.

フィルタ処理ステップS23では、各フレームの対応する処理対象画像(入力画像)Pおよびガイダンス画像Iを用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを作成する。画像再構成ステップS24では、フィルタ処理ステップS23において作成された各フレームのイズ除去処理後のサイノグラムを用いて、該フレームの断層画像を再構成する。 In the filter processing step S23, noise removal processing is performed by the guided filter using the corresponding processing target image (input image) P m and guidance image I m of each frame, and a sinogram after the noise removal processing of the frame is created. Do. In the image reconstruction step S24, a tomographic image of the frame is reconstructed using the sinogram after the de-sizing process of each frame created in the filtering step S23.

リストデータ、フレーム、処理対象画像Pを作成する際に用いるデータ群、および、ガイダンス画像Iを作成する際に用いるデータ群、の間の関係については、第1実施形態において図4を用いて説明したとおりである。ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に用いる処理対象画像Pおよびガイダンス画像Iは、第1実施形態では再構成画像であったのに対して、第2実施形態ではサイノグラムである点で相違する。本実施形態においても、ガイダンス画像作成部22(ガイダンス画像作成ステップS22)において、第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、ガイダンス画像Iの最大画素値が処理対象画像Pの最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成されるのが好適である(上記(10)式)。 List data, frame data group used in preparing a processing object image P m, and the data group used in preparing a guidance image I m, the relationship between the Figure 4 used in the first embodiment As described above. The processing target image P m and the guidance image I m used for the noise removal processing by the guided filter are different in that they are sinograms in the second embodiment, whereas they are reconstruction images in the first embodiment. In this embodiment, the guidance image generation unit 22 (the guidance image creating step S22), and the guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame, the maximum pixel value of the guidance image I m is the processing target image It is preferable that normalization is performed so as to be equal to the maximum pixel value of P m (the above equation (10)).

次に、シミュレーション結果について説明する。本シミュレーションでは、第1実施形態において図5を用いて説明したとおりにして、数値ファントム(図5(a))に基づいて各フレームのサイノグラム(図5(b))を作成し、さらに各フレームのサイノグラムにポアソンノイズを与えてノイズ付加サイノグラム(図5(c))を作成した。ノイズ付加サイノグラム(図5(c))を処理対象画像Pとした。また、処理対象画像Pとしてのノイズ付加サイノグラム(図5(c))を用いて、比較例1、比較例2または本実施形態のノイズ除去処理をした後、ML-EM法により再構成画像を作成した。ML-EM法における反復回数は40回であった。本実施形態のノイズ除去処理では、各フレームの処理対象画像Pに対応する正規化ガイダンス画像I'を、リストデータの全体を用いて作成されたサイノグラムにポアソンノイズを与えることで作成した。 Next, simulation results will be described. In this simulation, as described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, a sinogram (FIG. 5 (b)) of each frame is created based on the numerical phantom (FIG. 5 (a)), and further each frame Poisson noise was given to the sinogram of to create a noise-added sinogram (FIG. 5 (c)). The noise addition sinogram (FIG. 5 (c)) was processed image P m. Moreover, after performing the noise removal process of Comparative Example 1, Comparative Example 2 or this embodiment using the noise addition sinogram (FIG. 5 (c)) as the processing object image P m , the reconstructed image by the ML-EM method It was created. The number of iterations in the ML-EM method was 40 times. In the noise removal processing of the present embodiment, a normalized guidance image I ′ m corresponding to the processing target image P m of each frame is created by applying Poisson noise to a sinogram created using the entire list data.

図27は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のMSEの時間変化を示すグラフである。図28は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のPSNRの時間変化を示すグラフである。図29は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2および本実施形態それぞれの場合の再構成画像のSSIMの時間変化を示すグラフである。これらの図から分かるように、MSE、PSNRおよびSSIMの何れの指標も、比較例1,2のノイズ除去処理と比べて本実施形態のノイズ除去処理の場合の方が性能が優れていることを示している。   FIG. 27 is a graph showing a time change of MSE of reconstructed images in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained in the simulation and in the present embodiment. FIG. 28 is a graph showing a time change of PSNR of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and this embodiment obtained in the simulation. FIG. 29 is a graph showing temporal changes in SSIM of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and the present embodiment obtained in simulation. As can be seen from these figures, any index of MSE, PSNR and SSIM has better performance in the case of the noise removal process of this embodiment as compared to the noise removal process of Comparative Examples 1 and 2. It shows.

第2実施形態においても、第1実施形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像I(または正規化ガイダンス画像I')を作成する。これにより、各フレームの期間が一定でない場合や、各フレームのデータ数が一定でない場合であっても、より高性能に各フレームのノイズ除去された断層画像を作成することができる。また、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、特に正規化ガイダンス画像I'を用いることにより、断層画像の画質を更に改善することができる。また、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、被検体内でのPETリガンドの動態を考慮したガイダンス画像I(または正規化ガイダンス画像I')を用いることにより、動態が急激に変化する動態PET画像の画質を改善することができる。 Also in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, in the noise removal processing by the guided filter, a data group having a larger number of data than the data group used in creating the processing target image P m of each frame is used to correspond to the processing target image P m of the frame Create a guidance image I m (or a normalized guidance image I ' m ). As a result, even when the period of each frame is not constant or the number of data of each frame is not constant, it is possible to create a noise-removed tomographic image of each frame with higher performance. Also, when noise removal processing by Gaidido filter, in particular by using a normalized guidance image I 'm, it is possible to further improve the image quality of tomographic images. In addition, when using the guidance image I m (or the normalized guidance image I ' m ) in consideration of the movement of the PET ligand in the subject during the noise removal processing by the guided filter, the movement PET that changes the movement rapidly The image quality of the image can be improved.

(第3実施形態)
図30は、第3実施形態の放射線断層撮影システム1Cの構成を示す図である。放射線断層撮影システム1Cは、放射線断層撮影装置2および画像処理装置30を備える。画像処理装置30は、サイノグラム作成部31、ガイダンス画像作成部32、初期画像作成部33、順投影計算部34、逆投影計算部35、処理対象画像作成部36、フィルタ処理部37および記憶部38を含む。画像処理装置30としてコンピュータが用いられる。
Third Embodiment
FIG. 30 is a diagram showing a configuration of a radiation tomography system 1C of the third embodiment. The radiation tomography system 1C includes a radiation tomography apparatus 2 and an image processing apparatus 30. The image processing device 30 includes a sinogram creation unit 31, a guidance image creation unit 32, an initial image creation unit 33, a forward projection calculation unit 34, a back projection calculation unit 35, a processing target image creation unit 36, a filter processing unit 37, and a storage unit 38. including. A computer is used as the image processing apparatus 30.

画像処理装置30は、リストデータに基づいて断層画像を再構成する。また、画像処理装置30は、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行って、ノイズ除去処理後の断層画像を作成する。サイノグラム作成部31は、リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、そのリストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームのサイノグラムを作成する。ガイダンス画像作成部32は、フィルタ処理部37におけるガイディド・フィルタによるノイズ除去処理の際に用いられるガイダンス画像Iを作成する。初期画像作成部33は、初期画像を作成する。初期画像は、任意であるが、例えば、各画素値が正の一定値(例えば値1)である画像である。 The image processing device 30 reconstructs a tomographic image based on the list data. The image processing apparatus 30 also performs noise removal processing using a guided filter to create a tomographic image after the noise removal processing. The sinogram creation unit 31 divides the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creates a sinogram of the frame using a data group included in each frame among the list data. Guidance image generation unit 32 generates a guidance image I m for use in the noise removal processing by Gaidido filtering in the filter unit 37. The initial image creation unit 33 creates an initial image. The initial image is, for example, an image in which each pixel value is a positive constant value (for example, a value of 1), although it is arbitrary.

順投影計算部34は、複数のフレームそれぞれについて入力画像に基づいて順投影計算を行ってサイノグラムを作成する。逆投影計算部35は、複数のフレームそれぞれについて順投影計算部34により作成されたサイノグラムとサイノグラム作成部31により作成されたサイノグラムとの比較に基づいて逆投影計算を行う。処理対象画像作成部36は、複数のフレームそれぞれについて、逆投影計算部35による逆投影計算結果に基づいて画像更新計算を行って、処理対象画像Pとして当該画像更新計算後の画像を作成する。フィルタ処理部37は、処理対象画像作成部36において作成された各フレームの処理対象画像P、および、ガイダンス画像作成部32において該フレームの処理対象画像Pに対応して作成されたガイダンス画像Iを用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の画像を作成する。 The forward projection calculation unit 34 performs forward projection calculation for each of the plurality of frames based on the input image to create a sinogram. The back projection calculation unit 35 performs back projection calculation based on the comparison between the sinogram created by the forward projection calculation unit 34 and the sinogram created by the sinogram creation unit 31 for each of a plurality of frames. The processing target image creation unit 36 performs image update calculation for each of a plurality of frames based on the back projection calculation result by the back projection calculation unit 35, and creates an image after the image update calculation as the processing target image P m. . The filter processing unit 37 generates a processing target image P m of each frame created by the processing target image creating unit 36 and a guidance image created corresponding to the processing target image P m of the frame by the guidance image creating unit 32. using I m, it performs noise removal processing by Gaidido filter to create an image after the noise removal processing of the frame.

ガイダンス画像作成部32は、リストデータのうちサイノグラム作成部31において各フレームのサイノグラムを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iとして再構成画像を作成する。記憶部38は、リストデータを記憶し、各フレームの対応する処理対象画像Pおよびガイダンス画像Iを記憶する。また、記憶部38は、各フレームのノイズ除去処理後の断層画像を記憶する。 The guidance image creation unit 32 corresponds to the processing target image P m of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the sinogram of each frame in the sinogram creation unit 31 among the list data. creating a reconstructed image as guidance image I m for. Storage unit 38 stores list data, and stores the corresponding processed image P m and guidance image I m for each frame. Further, the storage unit 38 stores the tomographic image after the noise removal processing of each frame.

順投影計算部34による順投影計算、逆投影計算部35による逆投影計算、処理対象画像作成部36による画像更新計算およびフィルタ処理部37によるノイズ除去処理は、繰り返し回数が所定の反復回数に達するまで、繰り返し行われる。順投影計算部34は、その繰り返し処理の初回においては、初期画像作成部33により作成された初期画像を入力画像とする。順投影計算部34は、以降においては、フィルタ処理部37によるノイズ除去処理後の画像を入力画像とする。繰り返し回数が所定の反復回数に達したときの処理対象画像作成部36による画像更新計算後の画像、または、フィルタ処理部37によるノイズ除去処理後の画像が、ノイズ除去処理後の断層画像として出力される。   In the forward projection calculation by the forward projection calculation unit 34, the back projection calculation by the back projection calculation unit 35, the image update calculation by the processing target image creation unit 36, and the noise removal processing by the filter processing unit 37, the number of repetitions reaches a predetermined number of repetitions Until, it is done repeatedly. The forward projection calculation unit 34 sets the initial image created by the initial image creation unit 33 as an input image at the first time of the iterative process. Thereafter, the forward projection calculation unit 34 uses the image after the noise removal processing by the filter processing unit 37 as an input image. The image after the image update calculation by the processing target image creation unit 36 when the number of repetitions reaches a predetermined number of repetitions, or the image after noise removal processing by the filter processing unit 37 is output as a tomographic image after noise removal processing Be done.

図31は、第3実施形態の画像処理方法を説明するフローチャートである。本実施形態の画像処理方法は、放射線断層撮影装置2により収集されたリストデータを取得するリストデータ取得ステップS30と、サイノグラム作成部31が行うサイノグラム作成ステップS31と、ガイダンス画像作成部32が行うガイダンス画像作成ステップS32と、初期画像作成部33が行う初期画像作成ステップS33と、順投影計算部34が行う順投影計算ステップS34と、逆投影計算部35が行う逆投影計算ステップS35と、処理対象画像作成部36が行う処理対象画像作成ステップS36と、フィルタ処理部37が行うフィルタ処理ステップS37と、繰り返し回数kの値を1増する繰り返し回数更新ステップS38と、繰り返し回数kが所定の反復回数に達したか否かを判定する判定ステップS39と、を備える。   FIG. 31 is a flow chart for explaining the image processing method of the third embodiment. The image processing method according to this embodiment includes a list data acquisition step S30 for acquiring list data collected by the radiation tomography apparatus 2, a sinogram creation step S31 performed by the sinogram creation unit 31, and a guidance performed by the guidance image creation unit 32. Image creation step S32, initial image creation step S33 performed by the initial image creation unit 33, forward projection calculation step S34 performed by the forward projection calculation unit 34, back projection calculation step S35 performed by the back projection calculation unit 35, and processing object The processing target image creation step S36 performed by the image creation unit 36, the filter processing step S37 performed by the filter processing unit 37, the repetition number update step S38 in which the value of the repetition number k is increased by 1, and the repetition number k is a predetermined repetition number And a determination step S39 of determining whether or not

リストデータ取得ステップS30では、放射線断層撮影装置2により収集されたリストデータを取得する。サイノグラム作成ステップS31では、リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームのサイノグラムを作成する。ガイダンス画像作成ステップS32では、フィルタ処理ステップS37におけるガイディド・フィルタによるノイズ除去処理の際に用いられるガイダンス画像Iを作成する。ガイダンス画像作成ステップS32では、リストデータのうちサイノグラム作成ステップS31において各フレームのサイノグラムを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iとして再構成画像を作成する。初期画像作成ステップS33では、初期画像を作成する。 In list data acquisition step S30, the list data acquired by the radiation tomography apparatus 2 is acquired. In the sinogram creation step S31, the list data is divided into a plurality of frames in the order of collection, and the data group included in each frame of the list data is used to create a sinogram of the frame. In the guidance image producing step S32, it creates a guidance image I m for use in the noise removal processing by Gaidido filtering in the filter processing step S37. In the guidance image creation step S32, the processing object image P m of the frame is handled using a data group having a larger number of data than the data group used in creating the sinogram of each frame in the sinogram creation step S31 among the list data. creating a reconstructed image as guidance image I m for. In the initial image creation step S33, an initial image is created.

順投影計算ステップS34では、複数のフレームそれぞれについて入力画像に基づいて順投影計算を行ってサイノグラムを作成する。逆投影計算ステップS35では、複数のフレームそれぞれについて順投影計算ステップS34において作成されたサイノグラムとサイノグラム作成ステップS31により作成されたサイノグラムとの比較に基づいて逆投影計算を行う。処理対象画像作成ステップS36では、複数のフレームそれぞれについて、逆投影計算ステップS35による逆投影計算結果に基づいて画像更新計算を行って、処理対象画像Pとして当該画像更新計算後の画像を作成する。フィルタ処理ステップS37では、処理対象画像作成ステップS36において作成された各フレームの処理対象画像P、および、ガイダンス画像作成ステップS32において該フレームの処理対象画像Pに対応して作成されたガイダンス画像Iを用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の画像を作成する。 In the forward projection calculation step S34, forward projection calculation is performed on each of a plurality of frames based on the input image to create a sinogram. In the back projection calculation step S35, the back projection calculation is performed based on the comparison between the sinogram created in the forward projection calculation step S34 and the sinogram created in the sinogram creation step S31 for each of the plurality of frames. In the processing target image creation step S36, an image update calculation is performed on each of a plurality of frames based on the back projection calculation result in the back projection calculation step S35 to create an image after the image update calculation as the processing target image P m. . In the filter processing step S37, the processing target image P m of each frame created in the processing target image creating step S36 and the guidance image created corresponding to the processing target image P m of the frame in the guidance image creating step S32 using I m, it performs noise removal processing by Gaidido filter to create an image after the noise removal processing of the frame.

繰り返し回数更新ステップS38では、繰り返し回数kの値を1増する。判定ステップS39では、繰り返し回数kが所定の反復回数に達したか否かを判定する。判定ステップS39において繰り返し回数kが所定の反復回数に達したと判定されるまで、順投影計算ステップS34、逆投影計算ステップS35、処理対象画像作成ステップS36、フィルタ処理ステップS37および繰り返し回数更新ステップS38を、繰り返し行う。   In the repeat count updating step S38, the value of the repeat count k is increased by one. At the determination step S39, it is determined whether the number of repetitions k has reached a predetermined number of repetitions. The forward projection calculation step S34, the back projection calculation step S35, the processing target image creation step S36, the filter processing step S37, and the repetition number update step S38 until it is determined in the judgment step S39 that the repetition number k has reached a predetermined repetition number. Do it repeatedly.

順投影計算ステップS34において、その繰り返し処理の初回(k=0)においては、初期画像作成ステップS33において作成された初期画像を入力画像とする。順投影計算ステップS34において、以降(k≧1)においては、フィルタ処理ステップS37におけるノイズ除去処理後の画像を入力画像とする。   In the forward projection calculation step S34, the initial image created in the initial image creation step S33 is used as an input image in the first process (k = 0) of the iterative process. In the forward projection calculation step S34, in the following (k ≧ 1), the image after the noise removal processing in the filter processing step S37 is used as an input image.

判定ステップS39において繰り返し回数kが所定の反復回数に達したと判定されると、処理対象画像作成ステップS36における画像更新計算後の画像、または、フィルタ処理ステップS37におけるノイズ除去処理後の画像が、ノイズ除去処理後の断層画像として出力される。   If it is determined in the determination step S39 that the number of repetitions k has reached the predetermined number of repetitions, the image after the image update calculation in the processing target image creation step S36 or the image after the noise removal processing in the filter processing step S37 is It is output as a tomographic image after noise removal processing.

リストデータ、フレーム、処理対象画像Pを作成する際に用いるデータ群、および、ガイダンス画像Iを作成する際に用いるデータ群、の間の関係については、第1実施形態において図4を用いて説明したとおりである。ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に用いる処理対象画像Pは、第1実施形態では再構成画像であり、第2実施形態ではサイノグラムであったのに対して、第3実施形態では画像再構成の繰り返し処理の途中における画像更新計算の後の画像である点で相違する。本実施形態においても、ガイダンス画像作成部32(ガイダンス画像作成ステップS32)において、第mフレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像Iは、ガイダンス画像Iの最大画素値が処理対象画像Pの最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成されるのが好適である(上記(10)式)。 List data, frame data group used in preparing a processing object image P m, and the data group used in preparing a guidance image I m, the relationship between the Figure 4 used in the first embodiment As described above. The processing target image P m used for the noise removal processing by the guided filter is a reconstructed image in the first embodiment and a sinogram in the second embodiment, whereas it is an image reconstruction in the third embodiment. It differs in that it is an image after the image update calculation in the middle of the repetitive processing. In this embodiment, the guidance image generation unit 32 (the guidance image creating step S32), the guidance image I m corresponding to the processing target image P m of the m-th frame, the maximum pixel value of the guidance image I m is the processing target image It is preferable that normalization is performed so as to be equal to the maximum pixel value of P m (the above equation (10)).

次に、シミュレーション結果について説明する。本シミュレーションでは、第1実施形態において図5を用いて説明したとおりにして、数値ファントム(図5(a))に基づいて各フレームのサイノグラム(図5(b))を作成し、さらに各フレームのサイノグラムにポアソンノイズを与えてノイズ付加サイノグラム(図5(c))を作成した。このノイズ付加サイノグラム(図5(c))を、サイノグラム作成部31(サイノグラム作成ステップS31)で作成されたサイノグラムとした。各フレームの処理対象画像Pに対応する正規化ガイダンス画像I'は、リストデータの全体を用いて作成されたサイノグラムにポアソンノイズを与え、このノイズ付加サイノグラムに基づいて画像再構成することで作成した。ML-EM法による画像再構成処理において、処理対象画像作成部36(処理対象画像作成ステップS36)による画像更新計算の後に、フィルタ処理部37(フィルタ処理ステップS37)によるノイズ除去処理を行った。ML-EM法における反復回数は40回であった。 Next, simulation results will be described. In this simulation, as described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, a sinogram (FIG. 5 (b)) of each frame is created based on the numerical phantom (FIG. 5 (a)), and further each frame Poisson noise was given to the sinogram of to create a noise-added sinogram (FIG. 5 (c)). The noise-added sinogram (FIG. 5C) is a sinogram created by the sinogram creation unit 31 (sinogram creation step S31). The normalized guidance image I ′ m corresponding to the processing target image P m of each frame gives Poisson noise to a sinogram created using the entire list data, and performs image reconstruction based on this noise-added sinogram Created. In the image reconstruction processing by the ML-EM method, the noise removal processing by the filter processing unit 37 (filter processing step S37) is performed after the image update calculation by the processing target image generation unit 36 (processing target image generation step S36). The number of iterations in the ML-EM method was 40 times.

図32は、第3実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像を示す図である。この図は、第30フレーム(5400〜6000秒の期間)の断層画像を示す。第1実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像(図10)と比べると、第3実施形態のノイズ除去処理をして得られた画像(図32)は、更にノイズが除去されたものとなっている。   FIG. 32 is a view showing an image obtained by the noise removal processing of the third embodiment. This figure shows a tomographic image of the 30th frame (period of 5400 to 6000 seconds). Compared with the image (FIG. 10) obtained by the noise removal process of the first embodiment, the image (FIG. 32) obtained by the noise removal process of the third embodiment is further noise-removed. It has become a thing.

図33は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2、第1実施形態および第3実施形態それぞれの場合の再構成画像のMSEの時間変化を示すグラフである。図34は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2、第1実施形態および第3実施形態それぞれの場合の再構成画像のPSNRの時間変化を示すグラフである。図35は、シミュレーションにおいて得られた比較例1、比較例2、第1実施形態および第3実施形態それぞれの場合の再構成画像のSSIMの時間変化を示すグラフである。これらの図から分かるように、MSE、PSNRおよびSSIMの何れの指標も、比較例1,2のノイズ除去処理と比べて第3実施形態のノイズ除去処理の場合の方が性能が優れていることを示している。また、第1実施形態のノイズ除去処理と比べても第3実施形態のノイズ除去処理の場合の方が性能が優れていることを示している。   FIG. 33 is a graph showing time change of MSE of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2, First Embodiment, and Third Embodiment obtained in the simulation. FIG. 34 is a graph showing a time change of PSNR of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2, First Embodiment, and Third Embodiment obtained in the simulation. FIG. 35 is a graph showing temporal changes in SSIM of reconstructed images in Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the first and third embodiments obtained in the simulation. As can be seen from these figures, any index of MSE, PSNR and SSIM has better performance in the case of the noise removal process of the third embodiment compared to the noise removal process of the comparative examples 1 and 2. Is shown. Further, compared to the noise removal process of the first embodiment, the performance in the case of the noise removal process of the third embodiment is superior.

第3実施形態においても、第1実施形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、各フレームの処理対象画像Pを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像Pに対応するガイダンス画像I(または正規化ガイダンス画像I')を作成する。これにより、各フレームの期間が一定でない場合や、各フレームのデータ数が一定でない場合であっても、より高性能に各フレームのノイズ除去された断層画像を作成することができる。また、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、特に正規化ガイダンス画像I'を用いることにより、断層画像の画質を更に改善することができる。また、ガイディド・フィルタによるノイズ除去処理に際して、被検体内でのPETリガンドの動態を考慮したガイダンス画像I(または正規化ガイダンス画像I')を用いることにより、動態が急激に変化する動態PET画像の画質を改善することができる。 Also in the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, in the noise removal processing by the guided filter, a data group having a larger number of data than the data group used in creating the processing target image P m of each frame is used to correspond to the processing target image P m of the frame Create a guidance image I m (or a normalized guidance image I ' m ). As a result, even when the period of each frame is not constant or the number of data of each frame is not constant, it is possible to create a noise-removed tomographic image of each frame with higher performance. Also, when noise removal processing by Gaidido filter, in particular by using a normalized guidance image I 'm, it is possible to further improve the image quality of tomographic images. In addition, when using the guidance image I m (or the normalized guidance image I ' m ) in consideration of the movement of the PET ligand in the subject during the noise removal processing by the guided filter, the movement PET that changes the movement rapidly The image quality of the image can be improved.

(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。第1〜第3の実施形態のノイズ除去処理のうちの何れか2以上のノイズ除去処理を組み合わせてもよい。例えば、サイノグラムにおいて第2実施形態のようにしてノイズ除去処理をし、その後に、再構成画像において第1実施形態のようにしてノイズ除去処理をしてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. Any two or more of the noise removal processes of the first to third embodiments may be combined. For example, noise removal processing may be performed in the sinogram as in the second embodiment, and then noise removal processing may be performed in the reconstructed image as in the first embodiment.

放射線断層撮影装置2は、上記の実施形態ではPET装置であるとしたが、SPECT装置であってもよい。   Although the radiation tomography apparatus 2 is a PET apparatus in the above embodiment, it may be a SPECT apparatus.

1A〜1C…放射線断層撮影システム、2…放射線断層撮影装置、10…画像処理装置、11…処理対象画像作成部、12…ガイダンス画像作成部、13…フィルタ処理部、15…記憶部、20…画像処理装置、21…処理対象画像作成部、22…ガイダンス画像作成部、23…フィルタ処理部、24…画像再構成部、25…記憶部、30…画像処理装置、31…サイノグラム作成部、32…ガイダンス画像作成部、33…初期画像作成部、34…順投影計算部、35…逆投影計算部、36…処理対象画像作成部、37…フィルタ処理部、38…記憶部。   1A to 1C: radiation tomography system, 2: radiation tomography apparatus, 10: image processing device, 11: processing target image creation unit, 12: guidance image creation unit, 13: filter processing unit, 15: storage unit, 20: ... Image processing apparatus 21 processing target image creation unit 22 guidance image creation unit 23 filter processing unit 24 image reconstruction unit 25 storage unit 30 image processing apparatus 31 sinogram creation unit 32 ... Guidance image creation unit, 33 ... Initial image creation unit, 34 ... Forward projection calculation unit, 35 ... Back projection calculation unit, 36 ... Processing target image creation unit, 37 ... Filter processing unit, 38 ... Storage unit.

Claims (13)

放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置であって、
前記リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、前記リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像として再構成画像を作成する処理対象画像作成部と、
前記リストデータのうち前記処理対象画像作成部において各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成部と、
前記処理対象画像作成部において作成された各フレームの処理対象画像、および、前記ガイダンス画像作成部において該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の断層画像を作成するフィルタ処理部と、
を備える画像処理装置。
An apparatus for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising:
A processing target image creation unit that divides the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creates a reconstructed image as a processing target image of the frame using a data group included in each frame among the list data;
As a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in the processing target image creation unit among the list data A guidance image creation unit that creates a reconstructed image;
The noise is removed by the guided filter using the processing target image of each frame created by the processing target image creating unit and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame by the guidance image creating unit. A filter processing unit that performs processing to create a tomographic image after noise removal processing of the frame;
An image processing apparatus comprising:
放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置であって、
前記リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、前記リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像としてサイノグラムを作成する処理対象画像作成部と、
前記リストデータのうち前記処理対象画像作成部において各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像としてサイノグラムを作成するガイダンス画像作成部と、
前記処理対象画像作成部において作成された各フレームの処理対象画像、および、前記ガイダンス画像作成部において該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを作成するフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理部において作成された各フレームのサイノグラムを用いて、該フレームの断層画像を再構成する画像再構成部と、
を備える画像処理装置。
An apparatus for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising:
A processing target image creation unit that divides the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creates a sinogram as a processing target image of the frame using a data group included in each frame among the list data;
As a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in the processing target image creation unit among the list data A guidance image creation unit that creates a sinogram,
The noise is removed by the guided filter using the processing target image of each frame created by the processing target image creating unit and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame by the guidance image creating unit. A filter processing unit that performs processing to create a sinogram after noise removal processing of the frame;
An image reconstructor configured to reconstruct a tomographic image of the frame using a sinogram of each frame generated by the filter processor;
An image processing apparatus comprising:
放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する装置であって、
前記リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、前記リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームのサイノグラムを作成するサイノグラム作成部と、
初期画像を作成する初期画像作成部と、
前記複数のフレームそれぞれについて入力画像に基づいて順投影計算を行ってサイノグラムを作成する順投影計算部と、
前記複数のフレームそれぞれについて前記順投影計算部により作成されたサイノグラムと前記サイノグラム作成部により作成されたサイノグラムとの比較に基づいて逆投影計算を行う逆投影計算部と、
前記複数のフレームそれぞれについて、前記逆投影計算部による逆投影計算結果に基づいて画像更新計算を行って、処理対象画像として当該画像更新計算後の画像を作成する処理対象画像作成部と、
前記リストデータのうち前記サイノグラム作成部において各フレームのサイノグラムを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成部と、
前記処理対象画像作成部において作成された各フレームの処理対象画像、および、前記ガイダンス画像作成部において該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の画像を作成するフィルタ処理部と、
を備え、
前記順投影計算部による順投影計算、前記逆投影計算部による逆投影計算、前記処理対象画像作成部による画像更新計算および前記フィルタ処理部によるノイズ除去処理を繰り返し行い、
前記順投影計算部は、その繰り返し処理の初回においては前記初期画像を前記入力画像とし、以降においては前記フィルタ処理部によるノイズ除去処理後の画像を前記入力画像とする、
画像処理装置。
An apparatus for creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising:
A sinogram creation unit that divides the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creates a sinogram of the frames using a data group included in each frame among the list data;
An initial image creation unit that creates an initial image;
A forward projection calculation unit that performs forward projection calculation based on an input image for each of the plurality of frames to create a sinogram;
A back projection calculation unit that performs back projection calculation based on a comparison between a sinogram created by the forward projection calculation unit and a sinogram created by the sinogram creation unit for each of the plurality of frames;
A processing target image creation unit that performs image update calculation for each of the plurality of frames based on the back projection calculation result by the back projection calculation unit, and creates an image after the image update calculation as a processing target image;
Among the list data, using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the sinogram of each frame in the sinogram creation unit, the reconstructed image is used as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame. Guidance image creation unit to create,
The noise is removed by the guided filter using the processing target image of each frame created by the processing target image creating unit and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame by the guidance image creating unit. A filter processing unit that performs processing to create an image after noise removal processing of the frame;
Equipped with
The forward projection calculation by the forward projection calculation unit, the back projection calculation by the back projection calculation unit, the image update calculation by the processing target image generation unit, and the noise removal processing by the filter processing unit are repeatedly performed.
The forward projection calculation unit sets the initial image as the input image at the first time of the repetitive processing, and thereafter sets the image after noise removal processing by the filter processing unit as the input image.
Image processing device.
前記ガイダンス画像作成部は、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を、前記ガイダンス画像の最大画素値が前記処理対象画像の最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成する、
請求項1〜3の何れか1項に記載の画像処理装置。
The guidance image creation unit creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame by performing normalization such that the maximum pixel value of the guidance image is equal to the maximum pixel value of the processing target image.
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記ガイダンス画像作成部は、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、前記処理対象画像作成部において該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群を含むデータ群を用いる、
請求項1〜4の何れか1項に記載の画像処理装置。
When the guidance image creating unit creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, a data group including a data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creating unit Using
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記ガイダンス画像作成部は、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、前記処理対象画像作成部において該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群の前後のデータ群を用いる、
請求項1〜5の何れか1項に記載の画像処理装置。
When the guidance image creating unit creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, data before and after the data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creating unit Use groups
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
被検体の断層画像を再構成するためのリストデータを収集する放射線断層撮影装置と、
前記放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する請求項1〜6の何れか1項に記載の画像処理装置と、
を備える放射線断層撮影システム。
A radiation tomography apparatus for collecting list data for reconstructing a tomographic image of a subject;
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a tomographic image after noise removal processing is created based on the list data collected by the radiation tomography apparatus.
Radiation tomography system comprising:
放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する方法であって、
前記リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、前記リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像として再構成画像を作成する処理対象画像作成ステップと、
前記リストデータのうち前記処理対象画像作成ステップにおいて各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成ステップと、
前記処理対象画像作成ステップにおいて作成された各フレームの処理対象画像、および、前記ガイダンス画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の断層画像を作成するフィルタ処理ステップと、
を備える画像処理方法。
A method of creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising:
A processing target image creation step of dividing the list data into a plurality of frames in collection order, and creating a reconstructed image as a processing target image of the frame using a data group included in each frame among the list data;
As a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in the processing target image creation step among the list data A guidance image creation step of creating a reconstructed image;
The noise is removed by the guided filter using the processing target image of each frame created in the processing target image creating step and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in the guidance image creating step. A filter processing step of processing to create a tomographic image of the frame after noise removal processing;
An image processing method comprising:
放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する方法であって、
前記リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、前記リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像としてサイノグラムを作成する処理対象画像作成ステップと、
前記リストデータのうち前記処理対象画像作成ステップにおいて各フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像としてサイノグラムを作成するガイダンス画像作成ステップと、
前記処理対象画像作成ステップにおいて作成された各フレームの処理対象画像、および、前記ガイダンス画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後のサイノグラムを作成するフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理ステップにおいて作成された各フレームのサイノグラムを用いて、該フレームの断層画像を再構成する画像再構成ステップと、
を備える画像処理方法。
A method of creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising:
A processing target image creation step of dividing the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creating a sinogram as a processing target image of the frame using a data group included in each frame among the list data;
As a guidance image corresponding to the processing target image of the frame using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the processing target image of each frame in the processing target image creation step among the list data A guidance image creation step of creating a sinogram;
The noise is removed by the guided filter using the processing target image of each frame created in the processing target image creating step and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in the guidance image creating step. A filtering step of processing to create a sinogram after noise removal processing of the frame;
An image reconstruction step of reconstructing a tomographic image of the frame using a sinogram of each frame created in the filtering step;
An image processing method comprising:
放射線断層撮影装置により収集されたリストデータに基づいてノイズ除去処理後の断層画像を作成する方法であって、
前記リストデータを収集順に複数のフレームに分割し、前記リストデータのうち各フレームに含まれるデータ群を用いて、該フレームのサイノグラムを作成するサイノグラム作成ステップと、
初期画像を作成する初期画像作成ステップと、
前記複数のフレームそれぞれについて入力画像に基づいて順投影計算を行ってサイノグラムを作成する順投影計算ステップと、
前記複数のフレームそれぞれについて前記順投影計算ステップにおいて作成されたサイノグラムと前記サイノグラム作成ステップにおいて作成されたサイノグラムとの比較に基づいて逆投影計算を行う逆投影計算ステップと、
前記複数のフレームそれぞれについて、前記逆投影計算ステップにおける逆投影計算結果に基づいて画像更新計算を行って、処理対象画像として当該画像更新計算後の画像を作成する処理対象画像作成ステップと、
前記リストデータのうち前記サイノグラム作成ステップにおいて各フレームのサイノグラムを作成する際に用いたデータ群より多いデータ数のデータ群を用いて、該フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像として再構成画像を作成するガイダンス画像作成ステップと、
前記処理対象画像作成ステップにおいて作成された各フレームの処理対象画像、および、前記ガイダンス画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像に対応して作成されたガイダンス画像を用いて、ガイディド・フィルタによりノイズ除去処理を行い、該フレームのノイズ除去処理後の画像を作成するフィルタ処理ステップと、
を備え、
前記順投影計算ステップ、前記逆投影計算ステップ、前記処理対象画像作成ステップおよび前記フィルタ処理ステップを繰り返し行い、
前記順投影計算ステップにおいて、その繰り返し処理の初回においては前記初期画像を前記入力画像とし、以降においては前記フィルタ処理ステップにおけるノイズ除去処理後の画像を前記入力画像とする、
画像処理方法。
A method of creating a tomographic image after noise removal processing based on list data collected by a radiation tomography apparatus, comprising:
A sinogram creation step of dividing the list data into a plurality of frames in the order of collection, and creating a sinogram of the frame using a data group included in each frame among the list data;
An initial image creation step of creating an initial image;
A forward projection calculation step of performing forward projection calculation based on an input image for each of the plurality of frames to create a sinogram;
Backprojection calculation step of performing backprojection calculation based on a comparison between the sinogram created in the forward projection calculation step and the sinogram created in the sinogram creation step for each of the plurality of frames;
A processing target image creation step of performing image update calculation for each of the plurality of frames based on the back projection calculation result in the back projection calculation step, and creating an image after the image update calculation as a processing target image;
Among the list data, using a data group having a larger number of data than the data group used when creating the sinogram of each frame in the sinogram creation step, the reconstructed image is used as a guidance image corresponding to the processing target image of the frame. A guidance image creation step to be created;
The noise is removed by the guided filter using the processing target image of each frame created in the processing target image creating step and the guidance image created corresponding to the processing target image of the frame in the guidance image creating step. A filtering step of processing to create an image after noise removal processing of the frame;
Equipped with
Repeatedly performing the forward projection calculation step, the back projection calculation step, the processing target image creation step, and the filtering step;
In the forward projection calculation step, the initial image is set as the input image at the first time of the iterative processing, and thereafter, an image after noise removal processing in the filter processing step is set as the input image.
Image processing method.
前記ガイダンス画像作成ステップは、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を、前記ガイダンス画像の最大画素値が前記処理対象画像の最大画素値と等しくなるよう正規化を行って作成する、
請求項8〜10の何れか1項に記載の画像処理方法。
The guidance image creation step creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame by performing normalization such that the maximum pixel value of the guidance image is equal to the maximum pixel value of the processing target image.
The image processing method according to any one of claims 8 to 10.
前記ガイダンス画像作成ステップは、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、前記処理対象画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群を含むデータ群を用いる、
請求項8〜11の何れか1項に記載の画像処理方法。
When the guidance image creation step creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, a data group including a data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creation step Using
The image processing method according to any one of claims 8 to 11.
前記ガイダンス画像作成ステップは、各フレームの処理対象画像に対応するガイダンス画像を作成する際に、前記処理対象画像作成ステップにおいて該フレームの処理対象画像を作成する際に用いたデータ群の前後のデータ群を用いる、
請求項8〜12の何れか1項に記載の画像処理方法。
When the guidance image creation step creates a guidance image corresponding to the processing target image of each frame, data before and after the data group used when creating the processing target image of the frame in the processing target image creation step Use groups
The image processing method according to any one of claims 8 to 12.
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