JP2814001B2

JP2814001B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2814001B2
Application number: JP2018627A
Authority: JP
Inventors: 和紀佐伯; 徳彦伊藤; 先男中村
Original assignee: ジーイー横河メディカルシステム株式会社
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH03222943A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はＸ線断層撮影装置（以下Ｘ線CTという）の画
像処理装置に関し、特に金属等の高Ｘ線吸収係数物質に
より生ずるアーティファクトを除去する画像処理装置に
関する。

（従来の技術）Ｘ線CTは被検体を全方向に亘ってＸ線源からＸ線を曝
射して被検体を透過したＸ線を検出器で検出し、そのデ
ータに画像再構成処理を行って画像表示し、診断に用い
る装置である。

ところで、このＸ線CTにおいては、金属等の高Ｘ線吸
収物質（以下単に金属という）が存在すると、そのCT画
像上に非常に強いメタルアーティファクトと呼ばれるア
ーティファクトが生じ読影の妨げになる場合が多く発生
する。従来から、このメタルアーティファクトを検出す
る方法として、スキャンデータから計算された投影デー
タに着目した次に示す各種の方法が提案されている。

（１）スキャン経路が等しく向きが逆のデータである対
向するデータは基本的には同一の値を持つべきである
が、パーシャルボリューム効果，ビームハードニング等
の理由により閾値を超えた相異がある時、それを検出し
て補正する方法。

（２）ストリーク状アーティファクトの発生源が投影デ
ータ状のスパイク状ノイズである時、隣接データ間のス
パイク状ノイズを検出する。ストリークアーティファク
トの発生源が投影データ上のスパイク状ノイズであると
きに効果がある。

（３）投影データ状における金属の位置を知り、その金
属を通過したＸ線による投影データのみを補正する方法
で、前項（１）項、（２）項と併用することもあれば、
又、金属を通過した投影データをその近傍のデータによ
って補間する場合もある。

スキャンデータから計算された投影データでは、デー
タのダイナミックレンジが広過ぎて上記のような検出が
困難な点を補うために、一度再構成された画像データか
ら関心ない不用な領域のデータを取り除いたデータから
投影データを求め、上記の（１），（２），（３）の方
法を適用する場合もあった。

（発明が解決しようとする課題）以上説明したような従来のアーティファクト低減処理
方法はいずれもアーティファクトを検出して補正すると
いう点に主眼がおかれていた。これらの従来の処理方法
では金属を透過したＸ線データのような変化範囲の大き
なデータからアーティファクトのみを検出するのが非常
に困難であるという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的
は、メタルアーティファクトを含む画像データからアー
ティファクトを除去すると共に、従来、アーティファク
トに隠れていて表示できなかった情報をも復元し、診断
情報の多い画像を提供する画像処理装置を実現すること
にある。

（課題を解決するための手段）前記の課題を解決する本発明は、入力された元の画像
データを観察しようとする対象物のCTナンバの範囲にメ
タルアーティファクトの一定の量を含む関数値を加減し
た値でクリップして対象領域の画像データを取り出す領
域設定装置と、前記対象領域のデータの平均値を算出し
て前記対象領域の画像データから減算して得た画像デー
タと、対象外領域のデータを０としたデータから成る画
像データを出力するレベルシフト装置と、該レベルシフ
ト装置からの入力画像データを演算して投影データを生
成するプロジェクション生成装置と、メタルアーティフ
ァクトの存在するチャネルのデータのみを各ビュー毎に
抽出する補正量検出装置と、該補正量検出装置の出力デ
ータを画像再構成して画像データにする再構成装置と、
該再構成装置の出力のメタルアーティファクトの存在す
るチャネルから抽出され画像再構成された画像データを
対象領域の元画像データから減じ、対象外領域の元画像
データをそのまま出力して補正された画像データを出力
する補正装置とから成ることを特徴とするものである。

（作用）入力画像データから観察対象領域を抽出し、そのデー
タの平均値を減じてレベルシフトした後投影データ生成
演算後、メタルの存在するチャネルのデータのみを抽出
し、画像再構成後元の画像データから減じて、メタルア
ーティファクトを他に，極度に影響を与えない値に置き
換えて、メタルアーティファクトに妨げられることな
く、或るビューでメタルアーティファクトに隠されてい
た部分をも再現した画像データを出力する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。実施例の装置の説明をする前に、本実施例で行おう
とする処理の原理を第４図，第５図を参照して説明す
る。第４図において、１は半径Ｒの円形の金属、Ｐは金
属１から距離ｒ離れたデータ採取を行う点である。点Ｐ
から金属１を見た最大角度（点Ｐから金属１の円に引い
た接線のなす角度）を２θとする。点Ｐと金属１の中心
を結ぶ直線と接線とのなす角は図のようにθである。こ
の場合に点Ｐで採取したＸ線データの中に含まれる金属
透過データの率Ｆ（％）は次式のようになる。

第５図は（１）式をグラフ化した図である。図に示す
ように金属１から離れた点、或いは金属１の径が小さい
とき、即ちR/rの小さい場合には金属を透過したデータ
の全データに対する寄与は少ないことを示している。こ
の結果、金属を透過したＸ線を検出したデータは信用し
ないこととし、他のデータに極度に影響を与えない程度
の値に置き換え、最終的に得る画像データは金属を透過
しないビューで得たデータに依存することにしても十分
満足する結果が得られることが分る。以下にこの原理に
基づく実施例の装置を説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。図に
おいて、11はアーティファクトを含む元の画像データを
入力データとし、アーティファクトを除去するのに充分
で且つなるべく変化範囲の少ない投影データを求めるた
めに必要な画像データを出力する領域設定装置である。
投影データは画像データのある方向への投影であり、画
像データの大きさの変化範囲が小さい程投影データも扱
い易いものとなる。従って、領域設定装置11では元の画
像データI₀（x,y）全体に対してCTナンバの上限値（以
下CTUPという）と、CTナンバの下限値（以下CTLWとい
う）によりクリップ処理を行って、上下限値内のデータ
に対しては元画像をそのまま、前記範囲を外れるデータ
に対しては定数を与えて構成される画像データI₁（x,
y）を出力する。クリップ処理を行うのは画像表示しよ
うとする部分のCTナンバの範囲のみをデータとすること
により、CTナンバの異なる部分が除き得るためである。
この処理において、ダイナミックレンジを小さくして投
影データを扱い易くするために|CTUP−CTLW|をなるべく
小さく抑えたい要求があるが、メタルアーティファクト
が強烈なとき、関心部のアーティファクトがクリップさ
れてしまっては、アーティファクトが投影データに反映
されなくなって目的を達しないことがあるので、領域設
定装置11ではクリップの上下限値に余裕を持たせる量で
ある金属からデータ採集点までの距離の関数値を用意し
ている。

12は領域設定装置11からの処理対象領域と対象外領域
とに分けられた入力データI₁（x,y）のうち、対象量域
内のデータの平均値Ｍを算出し、対象領域内のデータか
ら減算して、データの平均値を０にすることにより、他
に迷惑をかけない値のレベルを０に移動させ、対象領域
外のデータを０に設定したデータI₂（x,y）を出力する
レベルシフト装置である。13は入力データI₂（x,y）に
対し投影データ演算を行って投影データＰ（i,j）（ｉ
…チャネル番号,j…ビュー番号）を求めるプロジェクシ
ョン生成装置である。プロジェクション生成装置13は２
次元高速フーリエ変換装置、直交座標の極座標への変換
装置及び高速逆フーリエ変換装置とで構成される一般的
な装置である。

14はプロジェクション生成装置13からの投影データ入
力中金属を透過したデータを検出した各ビュー毎の検出
器のチャネルのデータのみを抽出した補正量データＡ
（i,j）を出力する補正量検出装置である。金属を透過
したデータを受けているチャネルの決定は、CTナンバに
或る閾値を与え、元画像データ上での閾値を超えるデー
タを金属と判断し、CTを構成するジオメトリ定数より幾
何学的に計算し金属透過データの検出チャネルとして自
動的に計算している。15は補正量検出装置14から入力さ
れた補正量投影データＡ（i,j）を画像再構成して画像
データI₃（x,y）を出力する再構成装置、16は対象領域
のデータに対しては元画像データI₀（x,y）から再構成
装置15の出力の金属透過部分の画像データI₃（x,y）を
減じたデータを、対象外領域のデータに対しては元画像
データI₀（x,y）を補正データI₄（x,y）として出力する
補正装置である。次に上記のように構成された実施例の
装置の動作を説明する。領域設定装置11に入力される画
像データには広範囲なCTナンバが含まれている。画像表
示をしようとする部分のCTナンバ、例えば、人体の臓器
のCTナンバは殆ど０〜100までの間に分布し、骨等の石
灰化された部分のCTナンバは80〜1000の間に分布してい
るので、臓器を画像表示して観察したい場合はCTナンバ
ーを±100程度に制限して出力すれば、骨等のCTナンバ
ーの大きい部分は除かれる。これが領域設定装置11にお
いて行うクリップ処理の目的である。この処理におい
て、ダイナミックレンジをなるべく小さくし、且つ関心
部の範囲内に存在する金属からのアーティファクトをク
リップして投影データに反映されなくなるのを防止する
ために、画像上のアーティファクトの中心から画像上の
任意の点（x,y）までの距離をｒとしたとき、前記のよ
うに定めた上下限値を距離ｒの関数して調整することに
より、全体のダイナミックレンジを小さく抑えたままア
ーティファクトの存在する領域も対象とすることができ
る。従って、次のような各点からの値UP（x,y）を上限
値、LW（x,y）を下限値として予め用意して格納してお
く。

UP（x,y）＝CTUP＋ｆ（ｒ） …（２） LW（x,y）＝CTLW−ｇ（ｒ） …（３）ここで、ｒは所望の面積の範囲、深さの範囲を構成する
各点までの距離ｆ（ｒ）,g（ｒ）は同一ｒ点における調整地の関数元画像データI₀（x,y）が入力されると、領域設定装置1
1は格納されている（２）式、（３）式に示す上下限値
とI₀（x,y）を比較して次式に示す処理を行い、データI
₁（x,y）を出力する。

I₁（x,y）＝I₀（x,y）:LW（x,y）≦I₀（x,y） ≦UP（x,y）とき＝Ｃ：その他のとき …（４）Ｃは領域外を示す定数第２図は領域設定装置11のデータ処理の説明図であ
る。図は元画像データI₀（x,y）が入力され、予め与え
られて格納されているCTUP,CTLW,f（ｒ）,g（ｒ）から
（２）式、（３）式の演算を行い、入力データI₀（x,
y）を選別して（４）式に従ってI₁（x,y）を出力する状
態を示している。この出力信号I₁（x,y）はレベルシフ
ト装置12に入力される。レベルシフト装置12は入力デー
タI₁（x,y）のうち対象領域内のデータの平均値Ｍを算
出し、次式の演算及びデータ処理を行ってレベルシフト
されたデータI₂（x,y）を出力する。

I₂（x,y）＝I₁（x,y）−Ｍ対象領域＝０対象外領域この結果、以後の計算において対象外領域のデータが
対象領域の投影データに影響することがなくなる。この
処理により、平均値Ｍのみからなる投影データ演算を行
った値も０になる。

レベルシフトされたデータI₂（x,y）はプロジェクシ
ョン生成装置13に入力され、投影データ演算処理を受け
各ビュー毎、各チャネル毎の投影データＰ（i,j）を出
力する。投影データＰ（i,j）は補正量検出装置14に入
力される。補正量検出装置14は原理で説明したように金
属を透過したｘ線を検出したチャネルの投影データを信
用しないで、そのデータを他に迷惑をかけない程度の値
に置き換えるために、金属透過データを抽出する。金属
透過データを識別は予め閾値を設けて、その値を超える
データを金属を透過したデータとして認識することによ
り行う。第３図は補正量検出装置14の動作を説明する図
である。（イ）図は横軸に検出器の各チャネルを、縦軸
に投影データの値を取った曲線図である。CHS,CHEは既
述のように各ビュー毎に得られた金属を透過したＸ線を
検出しているチャネルの両端のチャネルである。（ロ）
図は（イ）図に示したチャネルCHSとチャネルCHEを含む
両チャネル間のチャネルのデータのみを抽出した図であ
る。このように金属を透過したデータを抽出すると、チ
ャネルCHSとチャネルCHEの外側のチャネルのデータとの
差が画然として現れ、別なアーティファクトを生ずるの
で、その境界付近の±５チャネル程度に対してスムージ
ング処理やコンボリューションを行って境界を際立たせ
ないようにする。補正量検出装置14においてはこのよう
にしてチャネルCHSとCHEの間のチャネルのデータのみを
抽出し、次式に示すデータＡ（i,j）を再構成装置15に
入力する。

Ａ（i,j）＝Ｐ（i,j） CHS≦CH≦CHE ＝０その他のチャネルただし、CHS,CHE周辺で既述のようにスムージング
処理をすることもある。

補正量データＡ（i,j）は再構成装置15に入力されて
画像データI₃（x,y）とされて補正装置16に入力され
る。補正装置16は対象領域に対しては元画像データI
₀（x,y）から画像データI₃（x,y）を減算して、金属透
過データを第３図に示す他に迷惑を掛けない値のレベル
に落して次段に出力する。その出力データI₄（x,y）は
次式に示す通りである。

I₄（x,y）＝I₀（x,y）−I₃（x,y）：対象領域＝I₀（x,y）：対象外領域以上説明したように本実施例によれば、投影データ
中、他に極度に迷惑を掛けていたデータを他に迷惑を掛
けない値を中心とするデータにより減算処理することに
よりメタルアーティファクトのあるビューのチャネルの
データをレベルを落とし、又、同一部分でもアーティフ
ァクトのないビューのデータを再現して、メタルアーテ
ィファクトの影響をなくし、今までかき消されていた情
報を復元して観察できるようになって、今迄メタルアー
ティファクト等により診断できなかった部分の診断がで
きるようになり、診断の可能性が飛躍的に向上するよう
になる。又、メタルアーティファクト等を含んだ複数枚
の画像データ群から画像の改善や3D画像を作るとき等
に、本実施例の装置を用いて処理しておくことにより、
得られる画像データをより正確に作成することができ
る。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば第２図の予め用意しておく関数ｆ（ｒ）,g（ｒ）
は、金属の中心位置と、円カーソルの半径ｒをユーザ指
定とし、又、そのｒ＝０のときの関数値もユーザ指定と
することは可能である。更にこの関数形は特に規定する
ものではなく、目的を達するものであれば、自由に設定
できる。

第３図において、チャネルCHSとCHEの境界付近で行っ
たスムージング処理は本発明の趣旨とは無関係であり、
本発明の必要条件となるものではない。

（発明の効果）以上詳細に説明したように本発明によれば、メタルア
ーティファクトを含む画像データからアーティファクト
を除去すると共に、従来、アーティファクトに隠されて
いた情報をアーティファクトのあるビューだけ取り除い
て他のビューのデータによる情報を復元し、診断情報の
多い画像を提供することができるようになり、実用上の
効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は領域設定装置の動作の説明図、第３図は補正量検出装置の動作の説明図、第４図は金属とデータ採取点との幾何学的配置を示す
図、第５図は金属の大きさと金属とデータ採取点との距離と
の関係によるデータの寄与率を示す図である。 11……領域設定装置、12……レベルシフト装置 13……プロジェクション生成装置 14……補正量検出装置 15……再構成装置、16……補正装置

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−291388（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−137351（ＪＰ，Ａ) 特開平２−195944（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 6/03

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された元の画像データを観察しようと
する対象物のCTナンバの範囲にメタルアーティファクト
の一定の量を含む関数値を加減した値でクリップして対
象領域の画像データを取り出す領域設定装置（11）と、前記対象領域のデータの平均値を算出して前記対象領域
の画像データから減算して得た画像データと、対象外領
域のデータを０としたデータから成る画像データを出力
するレベルシフト装置（12）と、該レベルシフト装置（12）からの入力画像データを演算
して投影データを生成するプロジェクション生成装置
（13）と、メタルアーティファクトの存在するチャネルのデータの
みを各ビュー毎に抽出する補正量検出装置（14）と、該補正量検出装置（14）の出力データを画像再生して画
像データにする再構成装置（15）と、該再構成装置（15）の出力のメタルアーティファクトの
存在するチャネルから抽出され画像再構成された画像デ
ータを対象領域の元画像データから減じ、対象外領域の
元画像データをそのまま出力して補正された画像データ
を出力する補正装置（16）とから成ることを特徴とする
画像処理装置。