JP2020005795A - 医用画像処理装置及びx線ct装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】投影データを転送又は保管するためのデータ量を効果的に減らすことができる医用画像処理装置を提供する。【解決手段】医用画像処理装置40は、収集部と、圧縮部453とを備える。収集部は、複数の検出素子列からなるX線検出器から、複数ビューに対応する複数の投影データを収集する。圧縮部は、複数の投影データを圧縮する。デュアルエナジースキャンの場合は第1のエネルギー成分と第2のエネルギー成分に分け、投影データの相関性を利用して疑似的な動画像として非可逆圧縮によりデータを圧縮する。【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、医用画像処理装置及びX線CT(Computed Tomography)装置に関する。
被検体の体内組織が画像化された医用画像データを生成する医用画像診断装置が存在する。医用画像診断装置としては、X線CT装置及びMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置等が挙げられる。X線CT装置は、被検体にX線を照射することでX線検出器が検出した検出データを前処理することで生データを生成し、生データに基づいて、被検体のアキシャル断層又は3次元のCT画像データを生成する。
CTスキャン後に再構成条件等を変更して再構成(又は、再度の再構成)を行うようにするため、生データは一定期間保管されている必要がある。生データの伝送及び保管の効率化のため、生データの圧縮に関する各種の方法が提案されている。例えば、生データを、可逆圧縮を前提とする圧縮手法により圧縮する方法が挙げられる。その場合、生データの圧縮率は生データの内容に依存するため圧縮率が定まらない。従って、圧縮後の生データのデータ量の上限が確定しないため、十分な圧縮率を得られない場合に備えて、生データの転送性能や生データの記憶部の書き込み速度等に余裕を持たせなければならない。
また、生データは、従来のシングルスライス型の検出器の流れから、サイノグラム形式で取り扱われることが多い。しかしながら、サイノグラム形式の画像は、その一方の軸をビュー方向とする独特の画像として表現されるため、一般的な映像を対象とした画像圧縮技術では効率的に圧縮できず、専用の圧縮アルゴリズムが必要になる。これらの理由により、X線CT装置の生データに対して、生データの圧縮自体ほとんど行われていない。
本発明が解決しようとする課題は、転送又は保管のためのデータ量を効果的に減らすことである。
実施形態に係る医用画像処理装置は、収集部と、圧縮部とを備える。収集部は、複数の検出素子列からなるX線検出器から、複数ビューに対応する複数の投影データを収集する。圧縮部は、複数の投影データを圧縮する。
以下、図面を参照しながら、医用画像処理装置及びX線CT装置の実施形態について詳細に説明する。
なお、X線CT装置によるデータ収集方式には、X線源とX線検出器とが1体として被検体の周囲を回転する回転/回転(R−R:Rotate/Rotate)方式や、リング状に多数の検出素子がアレイされ、X線管のみが被検体の周囲を回転する固定/回転(S−R:Stationary/Rotate)方式等の様々な方式がある。いずれの方式でも本発明を適用可能である。以下、実施形態に係るX線CT装置では、現在、主流を占めている第3世代の回転/回転方式を採用する場合を例にとって説明する。
1.実施形態に係るX線CT装置
図1は、実施形態に係るX線CT装置の構成を示す概略図である。図2は、実施形態に係るX線CT装置の機能を示すブロック図である。
図1は、実施形態に係るX線CT装置の構成を示す概略図である。図2は、実施形態に係るX線CT装置の機能を示すブロック図である。
図1は、実施形態に係るX線CT装置1を示す。X線CT装置1は、架台装置10、寝台装置30、及びコンソール装置40を備える。架台装置10及び寝台装置30は、検査室に設置される。架台装置10は、寝台装置30に載置された被検体(例えば、患者)Pに関するX線の検出データ(「純生データ」とも呼ばれる)を取得する。図1において、説明の便宜上、架台装置10を左側の上下に複数描画しているが、実際の構成としては、架台装置10は1つである。
コンソール装置40は、検査室に隣接する制御室に設置される。コンソール装置40は、複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで生データを生成し、生データに対して再構成処理を施すことでCT画像データを再構成して表示する。
架台装置10は、X線源(例えば、X線管)11、X線検出器12、回転部(例えば、回転フレーム)13、X線高電圧装置14、制御装置15、ウェッジ16、コリメータ17、データ収集回路(DAS:Data Acquisition System)18を備える。なお、架台装置10は、架台部の一例である。
X線管11は、回転フレーム13に備えられる。X線管11は、X線高電圧装置14からの高電圧の印加により、陰極(フィラメント)から陽極(ターゲット)に向けて熱電子を照射することでX線を発生する真空管である。例えば、X線管11には、回転する陽極に熱電子を照射することでX線を発生させる回転陽極型のX線管がある。
なお、実施形態においては、一管球型のX線CT装置にも、X線管とX線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のX線CT装置にも適用可能である。また、X線を発生させるX線源は、X線管11に限定されるものではない。例えば、X線管11に替えて、電子銃から発生した電子ビームを収束させるフォーカスコイル、電磁偏向させる偏向コイル、患者Pの半周を囲い偏向した電子ビームが衝突することによってX線を発生させるターゲットリングを含む第5世代方式によりX線を発生させてもよい。なお、X線管11は、X線照射部の一例である。
X線検出器12は、X線管11に対向するように回転フレーム13に備えられる。X線検出器12は、X線管11から照射されたX線を検出し、当該X線量に対応した検出データを電気信号としてDAS18に出力する。X線検出器12は、例えば、X線管の焦点を中心として1つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のX線検出素子が配列された複数のX線検出素子列を有する。X線検出器12は、例えば、チャネル方向に複数のX線検出素子が配列されたX線検出素子列がスライス方向(列方向、row方向)に複数配列された構造を有する。
また、X線検出器12は、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有し、シンチレータは入射X線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。グリッドは、シンチレータアレイのX線入射側の面に配置され、散乱X線を吸収する機能を有するX線遮蔽板を有する。なお、グリッドはコリメータ(1次元コリメータ又は2次元コリメータ)と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、シンチレータからの光量に応じた電気信号に変換する機能を有し、例えば、光電子増倍管(フォトマルチプライヤー:PMT)等の光センサを有する。
なお、X線検出器12は、入射したX線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であっても構わない。また、X線検出器12は、X線検出部の一例である。
回転フレーム13は、X線管11及びX線検出器12を対向支持する。回転フレーム13は、後述する制御装置15による制御の下、X線管11及びX線検出器12を一体として回転させる円環状のフレームである。なお、回転フレーム13は、X線管11及びX線検出器12に加えて、X線高電圧装置14やDAS18を更に備えて支持する場合もある。また、回転フレーム13は、回転部の一例である。
このように、X線CT装置1は、X線管11とX線検出器12とを対向させて支持する回転フレーム13を患者Pの周りに回転させることで、複数ビュー、即ち、患者Pの360°分の検出データを収集する。なお、CT画像データの再構成方式は、360°分の検出データを用いるフルスキャン再構成方式には限定されない。例えば、X線CT装置1は、半周(180°)+ファン角度分の検出データに基づいてCT画像データを再構成するハーフ再構成方式を採ってもよい。
X線高電圧装置14は、回転フレーム13、又は、回転フレーム13を回転可能に支持する非回転部分(例えば図示しない固定フレーム)に備えられる。X線高電圧装置14は、変圧器(トランス)及び整流器等の電気回路を有する。X線高電圧装置14は、後述する制御装置15による制御の下、X線管11に印加する高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置(図示省略)と、後述する制御装置15による制御の下、X線管11が照射するX線に応じた出力電圧の制御を行うX線制御装置(図示省略)を有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、図1において、説明の便宜上、X線高電圧装置14が、X線管11に対してx軸の正方向の位置に配置されているが、X線管11に対してx軸の負方向の位置に配置されてもよい。
制御装置15は、処理回路及びメモリと、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。処理回路及びメモリの構成については、後述するコンソール装置40の処理回路45及びメモリ41と同等であるので説明を省略する。
制御装置15は、コンソール装置40又は架台装置10に取り付けられた、後述する入力インターフェースからの入力信号を受けて、架台装置10及び寝台装置30の動作制御を行う機能を有する。例えば、制御装置15は、入力信号を受けて回転フレーム13を回転させる制御や、架台装置10をチルトさせる制御や、寝台装置30及び天板33を動作させる制御を行う。なお、架台装置10をチルトさせる制御は、架台装置10に取り付けられた入力インターフェースによって入力される傾斜角度(チルト角度)情報により、制御装置15がX軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム13を回転させることによって実現される。なお、制御装置15は架台装置10に設けられてもよいし、コンソール装置40に設けられてもよい。なお、制御装置15は、制御部の一例である。
また、制御装置15は、コンソール装置40や架台装置10に取り付けられた、後述する入力インターフェースから入力された撮像条件に基づいて、X線管11の回転角度や、後述するウェッジ16及びコリメータ17の動作を制御する。
ウェッジ16は、X線管11のX線出射側に配置されるように回転フレーム13に備えられる。ウェッジ16は、制御装置15による制御の下、X線管11から照射されたX線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ16は、X線管11から患者Pに照射されるX線が予め定められた分布になるように、X線管11から照射されたX線を透過して減衰させるフィルタである。例えば、ウェッジ16(ウェッジフィルタ(Wedge Filter)、ボウタイフィルタ(bow−tie filter)は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。
コリメータ17は、X線絞り又はスリットとも呼ばれ、X線管11のX線出射側に配置されるように回転フレーム13に備えられる。コリメータ17は、制御装置15による制御の下、ウェッジ16を透過したX線の照射範囲を絞り込むための鉛板等であり、複数の鉛板等の組合せによってX線の照射開口を形成する。
DAS18は、回転フレーム13に備えられる。DAS18は、制御装置15による制御の下、X線検出器12の各X線検出素子から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、制御装置15による制御の下、電気信号をデジタル信号に変換するA/D(Analog to Digital)変換器とを有し、増幅及びデジタル変換後の検出データを生成する。DAS18によって生成された、複数ビュー分の検出データは、コンソール装置40に転送される。
ここで、DAS18によって生成された検出データは、回転フレーム13に設けられた発光ダイオード(LED)を有する送信機から光通信によって架台装置10の固定フレームに設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、コンソール装置40に転送される。なお、回転フレーム13から架台装置10の固定フレームへの検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。また、回転フレーム13は、回転部の一例である。
寝台装置30は、基台31、寝台駆動装置32、天板33及び支持フレーム34を備える。寝台装置30は、スキャン対象の患者Pを載置し、制御装置15による制御の下、患者Pを移動させる装置である。
基台31は、支持フレーム34を鉛直方向(y軸方向)に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置32は、患者Pが載置された天板33を天板33の長軸方向(z軸方向)に移動するモータ又はアクチュエータである。支持フレーム34の上面に設けられた天板33は、患者Pを載置可能な形状を有する板である。
なお、寝台駆動装置32は、天板33に加え、支持フレーム34を天板33の長軸方向(z軸方向)に移動させてもよい。また、寝台駆動装置32は、寝台装置30の基台31ごと移動させてもよい。本発明を立位CTに応用する場合、天板33に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。また、ヘリカルスキャンや位置決め等のためのスキャノ撮影等、架台装置10の撮像系と天板33の位置関係の相対的な変更を伴う撮影を実行する場合は、当該位置関係の相対的な変更は天板33の駆動によって行われてもよいし、架台装置10の固定部の走行によって行われてもよく、またそれらの複合によって行われてもよい。
なお、実施形態では、非チルト状態での回転フレーム13の回転軸又は寝台装置30の天板33の長手方向をz軸方向、z軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をx軸方向、z軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をy軸方向とそれぞれ定義するものとする。
コンソール装置40は、メモリ41、ディスプレイ42、入力インターフェース43、ネットワークインターフェース44、及び処理回路45を備える。なお、コンソール装置40は架台装置10とは別体として説明するが、架台装置10にコンソール装置40又はコンソール装置40の各構成要素の一部が含まれてもよい。また、以下の説明では、コンソール装置40が単一のコンソールで全ての機能を実行するものとするが、これらの機能は、複数のコンソールが実行してもよい。なお、コンソール装置40は、医用画像処理装置の一例である。
メモリ41は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メモリ41は、USB(Universal Serial Bus)メモリ及びDVD(Digital Video Disk)等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メモリ41は、処理回路45において用いられる各種処理プログラム(アプリケーションプログラムの他、OS(Operating System)等も含まれる)や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、OSに、操作者に対するディスプレイ42への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース43によって行うことができるGUI(Graphic User Interface)を含めることもできる。
メモリ41は、例えば、前処理前の検出データや、前処理後かつ再構成前の生データや、生データに基づく再構成後のCT画像データを記憶する。前処理は、検出データに対する、対数変換処理、オフセット補正処理、チャンネル間の感度補正処理、ビームハードニング処理等のうち少なくとも1つを意味する。また、インターネット等の通信ネットワークを介してX線CT装置1と接続可能なクラウドサーバがX線CT装置1からの保存要求を受けて検出データ、生データ、又はCT画像データを記憶するように構成されてもよい。なお、メモリ41は、記憶部の一例である。
ディスプレイ42は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ42は、処理回路45によって生成されたCT画像データや、ユーザからの各種操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)等を出力する。例えば、ディスプレイ42は、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、OLED(Organic Light Emitting Diode)ディスプレイ等である。また、ディスプレイ42は、架台装置10に設けられてもよい。また、ディスプレイ42は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置40本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしてもよい。なお、ディスプレイ42は、表示部の一例である。
入力インターフェース43は、技師等の操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、音声入力回路等によって実現される。入力デバイスが操作者から入力操作を受け付けると、入力回路は当該入力操作に応じた電気信号を生成して処理回路45に出力する。また、入力インターフェース43は、架台装置10に設けられてもよい。また、入力インターフェース43は、コンソール装置40本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されてもよい。なお、入力インターフェース43は、入力部の一例である。
ネットワークインターフェース44は、パラレル接続仕様やシリアル接続仕様に合わせたコネクタによって構成される。X線CT装置1がネットワーク上に設けられる場合、ネットワークインターフェース44は、ネットワーク上の外部装置と情報の送受信を行なう。例えば、ネットワークインターフェース44は、処理回路45の制御の下、外部装置からCT検査に係る検査オーダを受信し、また、X線CT装置1によって取得された検出データや、生成された生データ又はCT画像データを外部装置に送信する。
ここで、X線CT装置1に検査オーダを送信する外部装置は、MWM(Modality Worklist Management)サーバ等である。X線CT装置1からのデータを受信する外部装置は、画像サーバ、読影端末、図6に図示する医用画像処理装置50等である。なお、ネットワークインターフェース44は、通信部の一例である。
処理回路45は、X線CT装置1の全体の動作を制御する。処理回路45は、専用又は汎用のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)、又はGPU(Graphics Processing Unit)の他、ASIC、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス(SPLD:Simple Programmable Logic Device)、複合プログラマブル論理デバイス(CPLD:Complex Programmable Logic Device)、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:Field Programmable Gate Array)等が挙げられる。
また、処理回路45は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した処理回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メモリは処理回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメモリが複数の処理回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。
処理回路45は、メモリ41に記憶されたプログラムを実行することで、スキャン制御機能451、前処理機能452、圧縮機能453、及び再構成処理機能454を実現する。なお、機能451〜454の全部又は一部は、コンソール装置40のプログラムの実行により実現される場合に限定されるものではなく、コンソール装置40にASIC等の回路として備えられる場合であってもよい。また、機能451〜454の全部又は一部は、コンソール装置40のみならず、制御装置15に備えられる場合もある。
スキャン制御機能451は、予め設定されたスキャン条件に従って制御装置15を介してX線管11及びX線検出器12等を制御することでCTスキャンを実行させ、制御装置15から複数ビュー分の検出データを収集する機能を含む。例えば、スキャン条件は、照射X線に関する、管電流mA、管電圧kV、X線強度制御条件(モジュレーション条件)、X線管11(又は、回転フレーム13)の回転速度等を含む。なお、スキャン制御機能451は、スキャン制御部の一例である。
前処理機能452は、スキャン制御機能451によって収集された複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで、複数ビュー分の生データを複数の投影データとして収集する機能を含む。なお、前処理機能452は、前処理部又は収集部の一例である。
圧縮機能453は、前処理機能452によって収集された複数の投影データを圧縮する機能を含む。また、圧縮機能453は、圧縮後の複数の投影データをメモリ41に記憶させる機能や、圧縮後の動画像データをネットワークインターフェース44を介して外部装置に送信する機能を含む場合もある。なお、圧縮機能453は、圧縮部の一例である。
ここで、圧縮機能453は、複数の投影データのうち隣接する投影データ同士の相関性を利用して、複数の投影データを表す複数の画像データを疑似的な動画像データとして取り扱う。これにより、圧縮機能453は、一般的な映像の非可逆圧縮に利用される方法により複数の投影データを動画像データとして、圧縮することができる。非可逆圧縮とは、圧縮前のデータと、圧縮及び展開を経たデータとが完全には一致しないデータ圧縮方法を意味する。例えば、動画像データの不可逆圧縮として、MPEG−1、MPEG−2、MPEG−4等が挙げられる。
一般的な映像に対する圧縮技術は急速に進歩するとともに一般化してきている。非可逆圧縮であっても、元画像の僅か数%のデータ量で非常に精細な映像の伝送及び保存が可能になってきている。非可逆圧縮を生データの圧縮に適用するにあたり、圧縮率を適切な値まで低下(データ量としては増大)させることにより、問題ない画質とデータ量を両立できると考えられる。X線CT装置1の生データの場合は、X線管11の放電などの特殊な場合を除き、CT画像全体に及ぶ生データの急変はないため、非可逆圧縮を行ったとしてもCT画像の画質を維持することができる。
再構成処理機能454は、圧縮機能453によって圧縮後の動画像データに基づいて、必要に応じて圧縮後の動画像データを展開し、画像再構成処理によりCT画像データを生成する機能を含む。また、再構成処理機能454は、CT画像データをメモリ41に記憶させる機能や、CT画像データをCT画像としてディスプレイ42に表示させる機能や、CT画像データをネットワークインターフェース44を介して外部装置に送信する機能を含む場合もある。
再構成処理機能454は、圧縮機能453によって圧縮後の動画像データを、再構成条件変更後の再度の再構成に使用する場合は、再度の再構成の前に、前処理機能452によって前処理された後の複数ビュー分の生データに基づいて、画像再構成処理によりCT画像データを生成する。なお、再構成処理機能454は、再構成処理部の一例である。
なお、機能451〜454の詳細については、図3〜図5を用いて後述する。
図3は、X線CT装置1の動作をフローチャートとして示す図である。図3において、「ST」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
CTスキャンの実行予定の患者Pを天板33に載置させた状態で、操作者が入力インターフェース43を操作することで、スキャン制御機能451は、予め設定されたスキャン条件に従って制御装置15を介してX線管11及びX線検出器12等を制御することで、ボリュームスキャン及びヘリカルスキャン等のCTスキャンを実行させる(ステップST1)。スキャン制御機能451は、CTスキャンにより、制御装置15から複数ビュー分の検出データを収集する。なお、ステップST1によるCTスキャンの実行に先立って行われるプリスキャン(「スキャノ撮影」又は「スカウト撮影」とも呼ばれる)については、説明を省略する。
前処理機能452は、ステップST1のCTスキャンによって収集された複数ビュー分の検出データに対して前処理を施すことで、複数ビュー分の生データを複数の投影データとして収集する(ステップST2)。なお、生データ(又は、検出データ)に付加すべきスキャン実施時の各種データは、圧縮前に回転フレーム13で付加したり、圧縮後に固定フレームで付加したりすることができる。
図4は、複数ビュー分の生データの表現形式の違いによる画像の違いを説明するための図である。
図4の左側上段は、X線検出器12が少数、例えば、1個の検出素子列を備える場合(いわゆるシングルスライス検出器の場合)に生成される複数ビュー分の生データを、サイノグラム形式で表現した場合の画像の一例を示す。サイノグラム形式の画像の縦軸はビュー方向に対応する一方、横軸はX線検出器12のチャンネル方向に対応する。図4の右側上段は、X線検出器12が多数、例えば、64個の検出素子列を備える場合(いわゆるマルチスライス検出器の場合)に生成される複数ビュー分の生データを、サイノグラム形式で表現した場合の画像の一例を示す。サイノグラム形式の画像は、縦軸をビュー方向とする独特の画像として表現されるため、一般的な映像を対象とした非可逆圧縮では圧縮できず、専用の圧縮アルゴリズムが必要になる。
また、図4の左側下段は、X線検出器12が1個の検出素子列を備える場合に生成される複数ビュー分の生データを、投影データ形式で表現した場合の画像の一例を示す。投影データ形式の画像の縦軸はX線検出器12の列方向に対応する一方、横軸はX線検出器12のチャンネル方向に対応する。シングルスライス検出器の場合、投影データ形式の画像であっても、両軸をX線検出器12の2方向とする「画像」として表現され得ないため、MPEG等の非可逆圧縮方法を用いて圧縮しようとしても圧縮効率が悪い。
一方で、図4の右側下段は、X線検出器12が64個の検出素子列を備える場合に生成される複数ビュー分の生データを、投影データ形式で表現した場合の画像の一例を示す。このように、投影データ形式の画像は、両軸をX線検出器12の2方向とする「画像」として表現されるため、圧縮機能453は、複数の投影データを表す複数の画像データを動画像データとしてMPEG等の非可逆圧縮方法を用いて効率よく圧縮できる。
図3の説明に戻って、圧縮機能453は、ステップST2によって収集された複数の投影データのうち隣接する投影データ同士の相関性を利用して、複数の投影データを圧縮する(ステップST3)。圧縮機能453は、図4の右側下段の複数の画像データを疑似的な動画像データとし、非可逆圧縮により動画像データを圧縮することができる。圧縮機能453は、ステップST3によって圧縮後の動画像データをメモリ41に記憶させたり、圧縮後の動画像データをネットワークインターフェース44を介して外部装置に送信したりする(ステップST4)。
再構成処理機能454は、ステップST3によって圧縮後の動画像データに基づいて、必要に応じて圧縮後の動画像データを展開し、画像再構成処理によりCT画像データを生成する(ステップST5)。再構成処理機能454は、ステップST5によって生成されたCT画像データをメモリ41に記憶させたり、CT画像データをCT画像としてディスプレイ42に表示させたり、CT画像データをネットワークインターフェース44を介して外部装置に送信したりする(ステップST6)。
X線CT装置1によれば、前処理機能452が、複数ビュー分の生データを複数の投影データとして収集し、圧縮機能453が、複数の投影データを表す複数の画像データを疑似的な動画像データとして取り扱い、動画像データに対して非可逆圧縮等の圧縮を行う。これにより、X線CT装置1によれば、コンソール装置40内の転送、画像サーバ等の外部装置へのデータ転送、又は、メモリ41への保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。また、データ転送は、コンソール装置40内の転送に限定されるものではなく、回転フレーム13内で複数ビュー分の生データの非可逆圧縮を行えば、回転フレーム13内のデータ転送や、回転フレーム13から固定フレームへのデータ転送におけるデータ量の削減も実現することができる。
2.第1変形例
前述の説明では、前処理機能452が、前処理後の複数ビュー分の生データを、複数の投影データとして収集する場合について説明したがその場合に限定されるものではない。例えば、前処理機能452は、前処理前の、複数ビュー分の検出データを複数の投影データとして収集してもよい。その場合、圧縮機能453は、複数の投影データを動画像データとして圧縮する。前処理機能452は、圧縮機能453による圧縮後の動画像データに対して、必要に応じて展開した上で、前処理を行う。そして、再構成処理機能454は、当該前処理後の動画像データ基づいて、画像再構成処理によりCT画像データを生成する。
前述の説明では、前処理機能452が、前処理後の複数ビュー分の生データを、複数の投影データとして収集する場合について説明したがその場合に限定されるものではない。例えば、前処理機能452は、前処理前の、複数ビュー分の検出データを複数の投影データとして収集してもよい。その場合、圧縮機能453は、複数の投影データを動画像データとして圧縮する。前処理機能452は、圧縮機能453による圧縮後の動画像データに対して、必要に応じて展開した上で、前処理を行う。そして、再構成処理機能454は、当該前処理後の動画像データ基づいて、画像再構成処理によりCT画像データを生成する。
また、圧縮機能453は、前処理前の動画像データをメモリ41に記憶させることもでき、前処理前の動画像データをネットワークインターフェース44を介して外部装置に送信することもでき、前処理前の動画像データを動画像としてディスプレイに表示させることもできる。外部装置に送信された動画像データは前処理が施されていないので、外部装置は、送信された前処理機能452は、動画像データに対して、必要に応じて展開した上で、前処理を施した上で、再構成処理を行う。
X線CT装置1の第1変形例によれば、前処理機能452が、複数ビュー分の検出データを複数の投影データとして収集し、圧縮機能453が、複数の投影データを表す複数の画像データを疑似的な動画像データとして取り扱い、動画像データに対して非可逆圧縮等の圧縮を行う。これにより、X線CT装置1の第1変形例によれば、コンソール装置40内の転送、画像サーバ等の外部装置へのデータ転送、又は、メモリ41への保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。また、データ転送は、コンソール装置40内の転送に限定されるものではなく、回転フレーム13内で複数ビュー分の検出データの非可逆圧縮を行えば、回転フレーム13内のデータ転送や、回転フレーム13から固定フレームへのデータ転送におけるデータ量の削減も実現することができる。
3.第2変形例
X線CT装置1は、X線検出器12として、X線のエネルギー成分(線質)によって感度特性の異なる複数の検出層を積層した検出器(例えば、2層検出器)を有する場合もある。その場合、多層検出器は、高エネルギー用の第1検出層と、低エネルギー用の第2検出層とを備え、スキャン制御機能451は、CTスキャンとして、いわゆるデュアルエナジースキャンを実行する。デュアルエナジースキャンにより、前処理機能452は、第1検出層からの複数ビュー分の検出データに基づく、高エネルギー成分のみに対応する複数の投影データを収集する。一方で、前処理機能452は、第2検出層からの複数ビュー分の検出データに基づく、低エネルギー成分のみに対応する複数の投影データを収集する。
X線CT装置1は、X線検出器12として、X線のエネルギー成分(線質)によって感度特性の異なる複数の検出層を積層した検出器(例えば、2層検出器)を有する場合もある。その場合、多層検出器は、高エネルギー用の第1検出層と、低エネルギー用の第2検出層とを備え、スキャン制御機能451は、CTスキャンとして、いわゆるデュアルエナジースキャンを実行する。デュアルエナジースキャンにより、前処理機能452は、第1検出層からの複数ビュー分の検出データに基づく、高エネルギー成分のみに対応する複数の投影データを収集する。一方で、前処理機能452は、第2検出層からの複数ビュー分の検出データに基づく、低エネルギー成分のみに対応する複数の投影データを収集する。
各ビューには、高エネルギー成分の投影データを表す画像と、低エネルギー成分の投影データを表す画像とが存在する。各ビューの投影データを示す2枚の画像を1枚の静止画像と見る場合、静止画像の一部を高エネルギー成分に係る投影データを表す成分としRGB(Red, Green, Blue)のいずれかの要素に対応させ、静止画像の一部を低エネルギー成分に係る投影データを表す成分とし他の要素に対応させることで、隣接するビュー間の画像同士に強い相関性があると考えられる。そこで、圧縮機能453は、一般的な映像を非可逆圧縮する場合と同様に、複数ビューに係る複数の静止画像を疑似的な動画像データとすることで、エネルギー間の相関性も利用して非可逆圧縮を行うことができる。
このように、X線CT装置1の第2変形例によれば、多層構造のX線検出器12を利用してデュアルエナジースキャンにより生データ(又は、検出データ)を収集する場合であっても、コンソール装置40内の転送、画像サーバ等の外部装置へのデータ転送、又は、メモリ41への保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。
4.第3変形例
X線CT装置1は、X線検出器12として、X線のエネルギー成分によって感度特性の異なる複数の検出素子を検出エリアごとに配置した検出器を有する場合もある。例えば、奇数チャンネルに相当する検出エリアの検出素子グループと、偶数チャンネルに相当する検出エリアの検出素子グループとで異なる感度特性を有する場合である。その場合、当該検出器は、高エネルギー用の第1検出素子グループと、低エネルギー用の第2検出素子グループとを備え、スキャン制御機能451は、CTスキャンとして、いわゆるデュアルエナジースキャンを実行する。デュアルエナジースキャンにより、前処理機能452は、第1検出素子グループからの複数ビュー分の検出データに基づく、高エネルギーのみに対応する複数の投影データを収集する。一方で、前処理機能452は、第2検出素子グループからの複数ビュー分の検出データに基づく、低エネルギーのみに対応する複数の投影データを収集する。
X線CT装置1は、X線検出器12として、X線のエネルギー成分によって感度特性の異なる複数の検出素子を検出エリアごとに配置した検出器を有する場合もある。例えば、奇数チャンネルに相当する検出エリアの検出素子グループと、偶数チャンネルに相当する検出エリアの検出素子グループとで異なる感度特性を有する場合である。その場合、当該検出器は、高エネルギー用の第1検出素子グループと、低エネルギー用の第2検出素子グループとを備え、スキャン制御機能451は、CTスキャンとして、いわゆるデュアルエナジースキャンを実行する。デュアルエナジースキャンにより、前処理機能452は、第1検出素子グループからの複数ビュー分の検出データに基づく、高エネルギーのみに対応する複数の投影データを収集する。一方で、前処理機能452は、第2検出素子グループからの複数ビュー分の検出データに基づく、低エネルギーのみに対応する複数の投影データを収集する。
各ビューには、高エネルギー成分の投影データを表す画像と、低エネルギー成分の投影データを表す画像とが存在する。各ビューの投影データを示す2枚の画像を1枚の静止画像と見る場合、静止画像の一部を高エネルギー成分に係る投影データを表す成分としRGBのいずれかの要素に対応させ、静止画像の一部を低エネルギー成分に係る投影データを表す成分とし他の要素に対応させることで、隣接するビュー間の画像同士に強い相関性があると考えられる。そこで、圧縮機能453は、一般的な映像を非可逆圧縮する場合と同様に、複数ビューに係る複数の静止画像を疑似的な動画像データとすることで、エネルギー間の相関性も利用して非可逆圧縮を行うことができる。
このように、X線CT装置1の第3変形例によれば、エリア構造のX線検出器12を利用してデュアルエナジースキャンにより生データ(又は、検出データ)を収集する場合であっても、コンソール装置40内の転送、画像サーバ等の外部装置へのデータ転送、又は、メモリ41への保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。
5.第4変形例
X線CT装置1は、回転フレーム13の1回転中にX線のエネルギー成分を変動させる方式をとる場合であってもよい。つまり、X線CT装置1は、回転フレーム13の1回転中のビュー毎に、照射X線を異なるエネルギー成分に高速に切り替えて、CTスキャンとして、デュアルエナジースキャンを実行する。この切り替え方式は、「Fast−kV switching方式(高速スイッチング方式)」とも呼ばれる。
X線CT装置1は、回転フレーム13の1回転中にX線のエネルギー成分を変動させる方式をとる場合であってもよい。つまり、X線CT装置1は、回転フレーム13の1回転中のビュー毎に、照射X線を異なるエネルギー成分に高速に切り替えて、CTスキャンとして、デュアルエナジースキャンを実行する。この切り替え方式は、「Fast−kV switching方式(高速スイッチング方式)」とも呼ばれる。
この場合、前処理機能452によって収集される複数の投影データにおいて、第1のエネルギー成分(例えば、高エネルギー成分)に係る投影データと、第2のエネルギー成分(例えば、低エネルギー成分)に係る投影データとが交互に現れる。例えば、高エネルギー成分について、奇数ビュー分の複数の投影データが得られ、低エネルギー成分について、偶数ビュー分の複数の投影データが得られる。
高速スイッチング方式における複数の投影データについては、エネルギー成分ごとに分割して処理した方が隣接するビュー間の投影データの相関性が高くなる可能性がある。つまり、全ビュー分の複数の投影データを示す複数の画像を一連の動画像データとして取り扱うと、隣接フレーム間の相関性は低くなってしまう。そこで、前処理機能452は、全ビュー分の複数の投影データのうち、高エネルギー成分に対応する奇数ビュー分の複数の投影データを疑似的な第1の動画像として収集し、低エネルギー成分に対応する偶数ビュー分の複数の投影データを疑似的な第2の動画像として収集し、圧縮機能453は、第1の動画像及び第2の動画像を格別に圧縮する。
このように、X線CT装置1の第4変形例によれば、高速スイッチング方式のデュアルエナジースキャンにより生データ(又は、検出データ)を収集する場合であっても、コンソール装置40内の転送、画像サーバ等の外部装置への転送、又は、メモリ41への保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。
6.第5変形例
前述の第4変形例においてエネルギー成分ごとに分割して得られる高エネルギー成分に係る各投影データを示す画像と、低エネルギー成分に係る各投影データを示す画像とを、X線検出器12の各検出器セル(画像のピクセルに相当)が異なる要素の値(画像ではRGBに相当)となるように合成することで画像を生成することもできる。
前述の第4変形例においてエネルギー成分ごとに分割して得られる高エネルギー成分に係る各投影データを示す画像と、低エネルギー成分に係る各投影データを示す画像とを、X線検出器12の各検出器セル(画像のピクセルに相当)が異なる要素の値(画像ではRGBに相当)となるように合成することで画像を生成することもできる。
図5は、X線CT装置1の第5変形例における処理の流れを示す図である。
図5の最上段は、高エネルギー成分に係る奇数ビュー分の複数の投影データを示す画像と、低エネルギー成分に係る偶数ビュー分の複数の投影データを示す画像とが交互に現れる複数の画像を示す。例えば、全ビュー分の複数の投影データが2個のエネルギー成分に分割される場合、圧縮機能453は、高エネルギー成分に係る各画像をRGBのB要素に対応させる一方で、低エネルギー成分に係る各画像をRGBのR要素に対応させる。なお、全ビュー分の複数の投影データが3個のエネルギー成分に分割される場合、圧縮機能453は、各エネルギー成分の複数の画像をRGBのそれぞれの要素に対応させればよい。
圧縮機能453は、図5の上から2段目に示すように、最上段の複数の投影データを示す複数の画像を、高エネルギー成分に係る複数の投影データを示す複数の画像(B要素)と、低エネルギー成分に係る複数の投影データを示す複数の画像(R要素)とに分割する。
分割された高エネルギー成分に係る複数の画像(B要素)は、ビューが離間している。そこで、圧縮機能453は、図5の上から3段目の高エネルギー成分に示すように、2段目の複数の投影データを示す複数の画像に基づいて補間処理を行うことで、高エネルギー成分に係る複数の補間投影データを表す複数の画像(B要素)を生成する。圧縮機能453は、低エネルギー成分に係る複数の画像(R要素)についても、高エネルギー成分に係る複数の画像(B要素)と同様に処理を行い、低エネルギー成分に係る複数の補間投影データを表す複数の画像(R要素)を生成する。
圧縮機能453は、図5の最下段に示すように、高エネルギー成分に係る複数の補間投影データを表す複数の画像(B要素)と、低エネルギー成分に係る複数の補間投影データを表す複数の画像(R要素)とをビューごとに合成することで、複数の合成投影データを表す複数の画像を生成する。各合成投影データを表す画像のRGB要素のB要素は、高エネルギー成分に係る画像に対応し、R要素は、低エネルギー成分に係る画像に対応する。2個のエネルギー成分の場合、RGBの他のG要素は、「0」でよい。これにより、圧縮機能453は、異なるエネルギー成分間の相関性も利用して疑似的な動画像データの非可逆圧縮を行うことができる。
なお、圧縮機能453は、複数の合成投影データをメモリ51に記憶させる場合に限定されるものではない。例えば、圧縮機能453は、複数の合成投影データに加え、各エネルギー成分の複数の補間投影データをメモリ51に記憶させてもよい。また、例えば、ビューごとに、合成投影データと高エネルギー成分の補間投影データとの差分である差分投影データと、合成投影データと低エネルギー成分の補間投影データとの差分である差分投影データとを算出し、それらを合成投影データと共にメモリ51に記憶させてもよい。ともに、後段の処理において各エネルギー成分の複数の補間投影データを再現できるが、後者の場合の方が、データ容量をより抑えることができる。
このように、X線CT装置1の第5変形例によれば、第5変形例と同等な効果が得られる。
7.実施形態に係る医用画像処理装置
図1〜図5を用いて説明した本発明の技術思想を医用画像処理装置に適用することもできる。医用画像処理装置は、ネットワークを介してデータ送受信可能にX線CT装置に接続される。医用画像処理装置としては、例えば、X線CT装置によって生成された再構成前の検出データ又は生データやCT画像データに対して各種処理を施すワークステーションや、タブレット端末等の携帯型情報処理端末等や、CT画像データ等のデータを表示して医者が読影を行うための読影端末が挙げられる。なお、医用画像処理装置はオフラインの装置であって、X線CT装置によって生成されたデータを可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。
図1〜図5を用いて説明した本発明の技術思想を医用画像処理装置に適用することもできる。医用画像処理装置は、ネットワークを介してデータ送受信可能にX線CT装置に接続される。医用画像処理装置としては、例えば、X線CT装置によって生成された再構成前の検出データ又は生データやCT画像データに対して各種処理を施すワークステーションや、タブレット端末等の携帯型情報処理端末等や、CT画像データ等のデータを表示して医者が読影を行うための読影端末が挙げられる。なお、医用画像処理装置はオフラインの装置であって、X線CT装置によって生成されたデータを可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。
図6は、実施形態に係る医用画像処理装置の構成を示す概略図である。図7は、実施形態に係る医用画像処理装置の機能を示すブロック図である。
図6は、実施形態に係る医用画像処理装置50を示す。医用画像処理装置50は、メモリ51、ディスプレイ52、入力インターフェース53、ネットワークインターフェース54、及び処理回路55を備える。
メモリ51は、図1に示すメモリ41と同等の構成を有する。メモリ51は、例えば、前処理前の検出データや、前処理後かつ再構成前の生データや、再構成後のCT画像データを記憶する。なお、メモリ51は、記憶部の一例である。
ディスプレイ52は、図1に示すディスプレイ42と同等の構成を有する。ディスプレイ52は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ52は、処理回路55によって生成されたCT画像データや、操作者からの各種操作を受け付けるためのGUI等を出力する。なお、ディスプレイ52は、表示部の一例である。
入力インターフェース53は、図1に示す入力インターフェース43と同等の構成を有する。入力インターフェース53の入力デバイスが操作者から入力操作を受け付けると、入力回路は当該入力操作に応じた電気信号を生成して処理回路55に出力する。なお、入力インターフェース53は、入力部の一例である。
ネットワークインターフェース54は、図1に示すネットワークインターフェース54と同等の構成を有する。ネットワークインターフェース54は、処理回路55による制御の下、X線CT装置から、前処理前の検出データや、前処理後かつ再構成前の生データや、再構成後のCT画像データを受信する。なお、ネットワークインターフェース54は、通信部の一例である。
処理回路55は、図1に示す処理回路45と同等の構成を有する。処理回路55は、医用画像処理装置50の全体の動作を制御する。
処理回路55は、メモリ51に記憶されたプログラムを実行することで、圧縮機能453、再構成処理機能454、及び収集機能455を実現する。なお、機能453〜455の全部又は一部は、医用画像処理装置50のプログラムの実行により実現される場合に限定されるものではなく、医用画像処理装置50にASIC等の回路として備えられる場合であってもよい。
収集機能455は、ネットワークインターフェース54を介してX線CT装置等の外部装置から、複数ビュー分の生データ(又は、複数ビュー分の検出データ)を、複数の投影データとして収集する機能を含む。なお、図7において、図2に示す部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
医用画像処理装置50によれば、収集機能455が、複数ビュー分の生データを複数の投影データとして収集し、圧縮機能453が、複数の投影データを表す複数の画像データを疑似的な動画像データとして取り扱い、動画像データに対して非可逆圧縮等の圧縮を行う。これにより、医用画像処理装置50によれば、医用画像処理装置50内の転送、画像サーバ等の外部装置への転送、又は、メモリ51への保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。
なお、スキャン制御機能451は、スキャン制御部の一例である。前処理機能452は、前処理部又は取集部の一例である。圧縮機能453は、圧縮部の一例である。再構成処理機能454は、再構成処理部の一例である。収集機能455は、収集部の一例である。
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、転送又は保管のためのデータ量を効果的に減らすことができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 X線CT装置
11 X線源(X線管)
12 X線検出器
40 コンソール装置(医用画像処理装置)
45 処理回路
50 医用画像処理装置
55 処理回路
451 スキャン制御機能
452 前処理機能
453 圧縮機能
454 再構成処理機能
455 収集機能
11 X線源(X線管)
12 X線検出器
40 コンソール装置(医用画像処理装置)
45 処理回路
50 医用画像処理装置
55 処理回路
451 スキャン制御機能
452 前処理機能
453 圧縮機能
454 再構成処理機能
455 収集機能
Claims (10)
- 複数の検出素子列からなるX線検出器から、複数ビューに対応する複数の投影データを収集する収集部と、
前記複数の投影データを圧縮する圧縮部と、
を備える医用画像処理装置。 - 前記X線検出器からの複数ビュー分の検出データを、前記複数の投影データとして収集する、
請求項1に記載の医用画像処理装置。 - 前記X線検出器からの複数ビュー分の検出データに対して前処理を施して、複数ビュー分の生データを生成する前処理部をさらに備え、
前記収集部は、前記複数ビュー分の生データを、前記複数の投影データとして収集する、
請求項1に記載の医用画像処理装置。 - 前記圧縮部は、前記複数の投影データのうち、隣接する投影データ同士の相関性を利用して、前記動画像データを圧縮する、
請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の医用画像処理装置。 - 前記圧縮部は、前記複数の投影データを表す複数の画像データを疑似的な動画像データとし、非可逆圧縮により前記動画像データを圧縮する、
請求項4に記載の医用画像処理装置。 - 前記複数ビューの各ビューにおける投影データを示す画像データは、デュアルエナジースキャンにおける第1のエネルギー成分に係る投影データを表す成分と、第2のエネルギー成分に係る投影データを表す成分とを含む、
請求項5に記載の医用画像処理装置。 - 前記圧縮部は、前記複数ビューのビュー毎に、照射X線を異なるエネルギー成分に高速に切り替えるデュアルエナジースキャンにおいて、第1のエネルギー成分に係る複数の投影データを表す複数の画像データを前記動画像データとして圧縮すると共に、第2のエネルギー成分に係る複数の投影データを表す複数の画像データを前記動画像データとして圧縮する、
請求項5に記載の医用画像処理装置。 - 前記圧縮部は、前記複数ビューのビュー毎に、照射X線を異なるエネルギー成分に高速に切り替えるデュアルエナジースキャンにおいて、第1のエネルギー成分に係る複数の投影データを表す複数の画像データと、第2のエネルギー成分に係る複数の投影データを表す複数の画像データとを合成した複数の合成投影データを生成し、
前記複数ビューの各ビューにおける合成投影データを示す画像データは、前記第1のエネルギー成分に係る投影データを表す成分と、前記第2のエネルギー成分に係る投影データを表す成分とを含む、
請求項5に記載の医用画像処理装置。 - 前記圧縮部は、前記複数の合成投影データと、前記第1のエネルギー成分に係る複数の投影データと、前記第2のエネルギー成分に係る複数の投影データとを記憶部に記憶させる、
請求項8に記載の医用画像処理装置。 - 複数の検出素子列からなるX線検出器と、
前記X線検出器から、複数ビューに対応する複数の投影データを収集する収集部と、
前記複数の投影データを圧縮する圧縮部と、
を備えるX線CT装置。
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JP2018128323A JP2020005795A (ja) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | 医用画像処理装置及びx線ct装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021112380A (ja) * | 2020-01-20 | 2021-08-05 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | X線ct装置 |
-
2018
- 2018-07-05 JP JP2018128323A patent/JP2020005795A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021112380A (ja) * | 2020-01-20 | 2021-08-05 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | X線ct装置 |
JP7399720B2 (ja) | 2020-01-20 | 2023-12-18 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | X線ct装置 |
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