JP4841639B2

JP4841639B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4841639B2
Application number: JP2009054424A
Authority: JP
Inventors: 直幸河内; 哲也堀内
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2009119289A

Description

この発明は、扇状に拡がるＸ線ビーム（ｂｅａｍ）のファンビームデータ（ｆａｎｂｅａｍｄａｔａ）を、Ｘ線ビームの投影角度が平行なパラレルビームデータ（ｐａｒａｌｌｅｌｂｅａｍｄａｔａ）に変換し、画像再構成を行うＸ線ＣＴ装置に関する。

近年、Ｘ線ＣＴ装置では、被検体の３次元的な断層画像データを用いて、この３次元的な断層画像データを１つの方向から投影する投影画像情報の形成が行われる。この投影画像情報を形成する方法の１つに、投影方向に存在する画素値の最大値を表示するＭＩＰ（ＭａｘｉｍｕｍＩｎｔｅｎｓｉｔｙＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）方式が存在する（例えば、非特許文献１参照）。

ところが、このＭＩＰ方式を行うと、投影画像上に縞状のアーチファクト（Ａｒｔｉｆａｃｔ）が出現する。そして、この縞状のアーチファクトを低減するために、扇状に拡がるＸ線ビームのファンビームデータを、平行なＸ線ビームからなるパラレルビームデータに投影ライン変換し、このパラレルビームデータを用いて画像再構成が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５９−１６８８４０号公報（第３〜４頁、第２〜３図）

岡部哲夫、瓜谷富三編著、「放射線診断機器工学」医歯薬出版、２００３年４月２０日、ｐ１７４―１７５斉藤恒雄著、「画像処理アルゴリズム」近代科学社出版、１９９３年３月１０日、ｐ１０７―１０８

しかしながら、上記背景技術によれば、スキャン（ｓｃａｎ）中心位置から離れるに従い断層画像の空間分解能が劣化する。すなわち、断層画像は、スキャン中心位置からの距離に比例して、スキャン中心位置を中心とする円周方向に流れる画像となる。

特に、高分解能ＣＴ検査による肺野の断層画像では、肺野に存在する血管の分枝がスキャン中心位置を中心とする円周方向に流れる画像が顕著に現れ、目立った画像の劣化が生じる要因となっている。

これらのことから、投影ライン変換を行う際に、断層画像のスキャン中心位置からの距離と共に大きくなる分解能劣化を軽減するＸ線ＣＴ画像再構成方法およびＸ線ＣＴ装置をいかに実現するかが重要となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、投影ライン変換を行う際に、断層画像のスキャン中心位置からの距離と共に大きくなる分解能劣化を軽減することができるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるＸ線ＣＴ装置は、被検体に照射される厚みを持った扇状のＸ線ビームを、前記被検体の周囲で回転させる回転部と、前記被検体を透過したＸ線ビームの投影データを、前記回転の連続する複数の回転角度で検出するＸ線検出器と、前記回転角度ごとの前記投影データからなるファンビームデータを用いて、投影ラインが平行をなす等しい投影角度ごとのパラレルビームデータを形成する投影ライン変換手段と、前記パラレルビームデータに基づいて、前記被検体の断層画像データを画像再構成する画像再構成手段と、前記断層画像データの画像中に前記回転の中心位置に相当するスキャン中心位置を定め、前記断層画像データの画素に、前記スキャン中心位置からの距離が大きくなるに従い鮮鋭化の度合いも大きくなる第３のエンハンスメント処理を行う第３のエンハンスメント処理手段とを備える。

断層画像データを鮮鋭化するエンハンスメント処理を行うこととしているので、ファンビームデータからパラレルビームデータへの変換により、ＭＩＰ作成時に生じる縞状アーチファクトを低減すると共に、スキャン中心位置から離れた断層画像の分解能劣化を軽減することができ、特に繊細な肺野断層画像のスキャン中心位置から離れた位置の画質を向上することができる。

Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。Ｘ線管およびＸ線検出器による撮像を示す説明図である。Ｘ線ＣＴ装置で取得されるファンビームデータを示す説明図である。実施の形態のデータ処理装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態にかかる第３のエンハンスメント処理の動作を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるＸ線ＣＴ装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態）
まず、本実施の形態にかかるＸ線ＣＴ装置の全体構成について説明する。図１は、Ｘ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）１０および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を有する。

走査ガントリ１０は、Ｘ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２により、例えば、厚みを持って扇状に拡がるコーン状のＸ線ビームとなるように成形され、Ｘ線検出器２４に照射される。

Ｘ線検出器２４は、ファンビームＸ線の広がり方向にマトリックス状に配列された複数のシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）を有する。Ｘ線検出器２４は、複数のシンチレータをマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）状に配列した、幅のある多チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）の検出器となっている。

Ｘ線検出器２４は、全体として、凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。Ｘ線検出器２４は、例えば無機結晶からなるシンチレータと光電変換器であるフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等を組み合わせたものである。

Ｘ線検出器２４には、データ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は、Ｘ線検出器２４の個々のシンチレータの検出情報を収集する。Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係およびコリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０により制御される。

以上の、Ｘ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ１０の回転部３４に搭載されている。ここで、被検体あるいはファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）は、回転部３４の中心に位置するボア（ｂｏｒｅ）２９内の撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４上に載置される。回転部３４は、回転コントローラ３６により制御されつつ回転し、Ｘ線管２０からＸ線を爆射し、Ｘ線検出器２４において被検体およびファントムの透過Ｘ線を、走査ガントリの回転角度に応じた各ビュー（ｖｉｅｗ）ごとの投影データとして検出する。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。

操作コンソール６は、データ処理装置６０を有する。データ処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成され、前処理手段、エンハンスメント（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）処理手段、画像再構成手段、並びに、後処理手段等を含む。データ処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ１０が接続されている。データ処理装置６０は、制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ１０を制御する。

走査ガントリ１０内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６は、制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、これら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。

また、データ処理装置６０には、データ収集バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）６４が接続されている。データ収集バッファ６４は、走査ガントリ１０のデータ収集部２６に接続されており、データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。

データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した透過Ｘ線信号すなわち投影データを用いて画像再構成を行う。また、データ処理装置６０には、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、データ収集バッファ６４に収集された投影データや再構成された断層画像データおよび本装置の機能を実現するためのプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。

また、データ処理装置６０には、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される断層画像データやその他の情報を表示する。操作装置７０は、オペレータによって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。オペレータは表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。なお、走査ガントリ１０、撮影テーブル４および操作コンソール６は、被検体あるいはファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）を撮影して断層画像データを取得する。

図２は、Ｘ線管２０、Ｘ線検出器２４およびボア２９内に配置されたファントム３１０を示している。ファントム３１０は、円形断面を有しており、その中心は、ボア２９の撮像中心に配置されている。Ｘ線管２０から発生されるＸ線ファンビームは、ファントム３１０を透過して、Ｘ線検出器２４で検出される。

Ｘ線検出器２４は、Ｘ線ファンビームが扇状に拡がる方向に、アレイ（ａｒｒａｙ）状に配列された複数のシンチレータからなり、アレイの各チャネルを指定するチャネル番号ｉごとにファントム３１０の投影データを検出する。ここで、Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、ボア２９を中心にして対向配置されており、相対位置を変化すること無くボア２９の周りを回転し投影データの取得を行う。そして、この回転角度に対応したビュー番号ｊごとの投影データを収集し、一枚のファンビームデータを生成する。なお、Ｘ線ファンビームは、回転部３４の回転面と概ね直交するボア２９の奥行き方向に厚みを有している。そして、このＸ線ファンビームを検出するＸ線検出器２４は、厚み方向にも複数のシンチレータアレイを有し、ビュー番号ｊと同様に、この厚み方向のシンチレータを指定するロー（ｒｏｗ）番号ｒごとに投影データを検出する。

つづいて、本実施の形態にかかるデータ処理装置６０の動作を図４のフローチャートに示す。
図４は、データ処理装置６０の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、撮影テーブル４に載置された被検体をボア２９の中央部に配置し、回転部３４の回転角度を示すビュー番号ｊごとに被検体の投影データを取得する（ステップＳ４０１）。これにより、データ収集バッファ６４は、図３に示す様な、投影データをビュー番号に従って配列したファンビームデータを取得し、また同時にロー番号で指定される厚み方向の複数のファンビームデータも取得する。

その後、データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４のファンビームデータに前処理を行う（ステップＳ４０２）。この前処理は、ファンビームデータのオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）補正、対数変換、Ｘ線線量補正およびＸ線検出器感度補正等を含み、Ｘ線管２０の変動あるいはＸ線検出器２４の感度のバラツキ補正等を行う。

その後、データ処理装置６０は、前処理が行われたファンビームデータに対して、パラレルデータに変換する投影ライン変換を行う（ステップＳ４０４）。この投影ライン変換では、図２および３に示すＸ線ファンビームを検出してビュー番号順に並べたファンビームデータを、投影ラインが平行をなす投影角度の等しいパラレルビームデータに変換する（例えば、特許文献１参照）。なお、この投影ライン変換により、後述する画像再構成の後にＭＩＰ等の画像処理を行う際に、画像処理画像に生じる縞状アーチファクトの低減が計られる。

その後、データ処理装置６０の画像再構成手段は、パラレルビームデータに画像再構成処理を行う（ステップＳ４０５）。画像再構成手段は、パラレルビームデータに例えばＦＢＲ（ＦｉｌｔｅｒｅｄＢａｃｋＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等を用いて画像再構成処理を行い、断層画像データを生成する（例えば、非特許文献２参照）。

その後、データ処理装置６０は、断層画像データのＣＴ値変換等の後処理を行う（ステップＳ４０６）。
その後、データ処理装置６０は、ステップＳ４０６で生成された断層画像データにエンハンス処理（図４中、「第３のエンハンスメント処理」と表示）を行う（ステップＳ１１０１）。図５は、このエンハンスメント処理（図５中、「第３のエンハンスメント処理」と表示）の動作を示すフローチャートである。まず、データ処理装置６０は、断層画像データの画像中に位置するスキャン中心位置情報を取得する（ステップＳ１２０１）。ここで、スキャン中心位置は、回転部３４の回転中心であり、ステップＳ４０５の画像再構成を行う際に再構成画像上の中心位置からスキャン中心位置情報が取得される。

その後、データ処理装置６０は、断層画像データの演算処理をする処理位置を設定する（ステップＳ１２０２）。なお、この処理位置は、表示される断層画像データの２次元画像領域内に存在し、再設定されるごとに未処理の画像領域内位置を順次移動する。

その後、データ処理装置６０は、処理位置のスキャン中心位置からの距離ｄを算定する（ステップＳ１２０３）。そして、データ処理装置６０は、この距離に応じた重み係数Ｗ_k（ｄ）を求め（ステップＳ１２０４）、演算処理を行う（ステップＳ１２０５）。ここで、この演算処理は、

で現される式を用いて行われる。ここで、２次元的な断層画像データの画素位置を表す座標を（ｌ、ｍ）とし、この画素位置の画素値をＩ_l、_mとし、ｋはこの画素位置を中心にして演算処理を行う２次元的な領域の範囲を示すパラメータとし、Ｗ_k（ｄ）は重み係数でスキャン中心位置からの距離ｄに応じて変化する。また、Ｅ_l、_mは、演算処理された座標（ｌ、ｍ）の画素値である。

ここで、重み係数Ｗ_k（ｄ）は、いわゆるコンバリュージョンカーネル（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｋｅｒｎｅｌ）をなす、高域通過型の空間フィルタである。そして、重み係数Ｗ_k（ｄ）の高域通過特性は、距離ｄが大きくなるほど鮮鋭化の度合いが大きくされる。この鮮鋭化の度合いを大きくする方法は、重み係数Ｗ_k（ｄ）の値を大きくする、あるいは演算処理を行う２次元的な領域の範囲を示すパラメータｋの範囲を大きくする等により行われる。

その後、データ処理装置６０は、すべての画素位置で演算処理を行ったかどうかを判定し（ステップＳ１２０６）、演算処理をすべての画素位置で行っていない場合には（ステップＳ１２０６否定）、ステップＳ１２０２に移行し処理位置の更新を行った後に再度演算処理を行い、また、演算処理をすべての画素位置で行った場合には（ステップＳ１２０６肯定）、この演算処理を終了し、図４のフローチャートに戻ってエンハンスメント処理を行った断層画像データを表示して全処理を終了する。

上述してきたように、本実施の形態３では、投影ライン変換により、ファンビームデータからパラレルビームに変換し、この投影ライン変換の後に画像再構成を行い生成された断層画像データに、スキャン中心位置からの距離に応じたエンハンスメント処理を行うこととしているので、投影ライン変換によりＭＩＰ作成時に生じる縞状アーチファクトを低減すると共に、スキャン中心位置から離れた画素位置の分解能劣化を軽減することができる。

４撮影テーブル
６操作コンソール
１０走査ガントリ
２０Ｘ線管
２２コリメータ
２４Ｘ線検出器
２６データ収集部
２８Ｘ線コントローラ
２９ボア
３０コリメータコントローラ
３４回転部
３６回転コントローラ
６０データ処理装置
６２制御インタフェース
６４データ収集バッファ
６６記憶装置
６８表示装置
７０操作装置
３１０ファントム

Claims

被検体に照射される厚みを持った扇状のＸ線ビームを、前記被検体の周囲で回転させる回転部と、
前記被検体を透過したＸ線ビームの投影データを、前記回転の連続する複数の回転角度で検出するＸ線検出器と、
前記回転角度ごとの前記投影データからなるファンビームデータを用いて、投影ラインが平行をなす等しい投影角度ごとのパラレルビームデータを形成する投影ライン変換手段と、
前記パラレルビームデータに基づいて、前記被検体の断層画像データを画像再構成する画像再構成手段と、
前記断層画像データの画像中に前記回転の中心位置に相当するスキャン中心位置を定め、
前記断層画像データの画素に、前記スキャン中心位置からの距離が大きくなるに従い鮮鋭化の度合いも大きくなるエンハンスメント処理を行うエンハンスメント処理手段と、
を備えるＸ線ＣＴ装置。