JP5002687B2 - X線コンピュータ断層撮影装置及び医用画像処理装置 - Google Patents

X線コンピュータ断層撮影装置及び医用画像処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、ボリュームスキャンの可能なX線コンピュータ断層撮影装置及び医用画像処理装置に関する。
X線コンピュータ断層撮影装置は、被検体を透過したX線の強度に基づいて、被検体についての情報を画像により提供するものであり、疾病の診断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為において重要な役割を果たしている。また最近の検出器の多列化は、広範囲にわたる投影データの収集高速化を実現し、ボリュームスキャンの一般化を促進している。ボリュームスキャンにより再構成スライス数の増加、つまり多断面化が増す傾向にある。そのため画像記憶容量の不足という事態が生じ易くなる。
特開2000−116634号公報
本発明の目的は、X線コンピュータ断層撮影装置及び医用画像処理装置の画像記憶容量の節約を実現することにある。
本発明のある局面は、被検体の3次元領域に関する投影データを収集する架台と、前記投影データに基づいて複数断面に関する複数の第1断層画像データファイルを再構成する画像再構成部と、前記複数の第1断層画像データファイルから他の複数断面に関する複数の第2断層画像データファイルを生成する画像生成部と、前記複数の第2断層画像データファイルを記憶する記憶部と、前記複数の第2断層画像データファイル各々について断面が前記被検体の外側に位置しているか否かを判定する判定部と、前記断面が前記被検体の外側に位置すると判定された前記第2断層画像データファイルを前記記憶部から削除するために前記記憶部を制御する制御部とを具備する。
本発明の実施形態によるX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図1のスキャンエキスパートシステムによるボリュームデータ(複数のアキシャル断面像データファイル)の保存設定画面の一例を示す図。 図1のエキスパートシステムによるボリュームデータの保存動作(削除動作)の手順を示す流れ図。 図1のスキャンエキスパートシステムによる複数のコロナル/サジタル断面像データファイルの保存設定画面の一例を示す図。 図4のコロナル断面とサジタル断面を示す図。 図1のエキスパートシステムによるコロナル/サジタル断面像データファイルの保存動作(削除動作)の手順を示す流れ図。 図1のエキスパートシステムによるコロナル/サジタル断面像データファイルの保存動作(削除動作)の他の手順を示す流れ図。 図1のスキャンエキスパートシステムによるスキャンプランホームページの一例を示す図。 図1のスキャンエキスパートシステムによるマルチビュー設定画面の一例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、X線コンピュータ断層撮影装置には、X線管と放射線検出器とが1体として被検体の周囲を回転する回転/回転タイプと、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/回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転/回転タイプとして説明する。また、1スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲1周、約360°分の投影データが、またハーフスキャン法でも180°+α(α:ファン角)分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、前者の例で説明する。また、入射X線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でX線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、X線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。X線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。また、近年では、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線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
図1は本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。このX線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に関する投影データを収集するために構成された架台1を有する。架台1は、コーンビームスキャンに対応するX線管10及びX線検出器23を有する。X線管10には図示しないが上段コリメータが装着される。上段コリメータはX線管10からのX線を角錐形に成形するために設けられている。X線管10とX線検出器23は、架台駆動装置25により回転駆動されるリング状の回転フレーム12に搭載される。なお、説明の便宜上、回転フレーム12の回転中心軸をZ軸とし、上下方向にX軸、水平方向にY軸を既定する。回転フレーム12の中央部分は開口され、その開口部に、寝台天板2上に載置された被検体Pが挿入される。寝台駆動装置24は、寝台天板2を少なくともZ軸方向に関して移動駆動するために設けられている。
X線管10の陰極陽極間には高電圧発生器21から管電圧が印加され、またX線管10のフィラメントには高電圧発生器21からフィラメント電流が供給される。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりX線が発生される。コーンビームに対応して、X線検出器23には典型的には縦横に配列される複数のX線検出素子を有する2次元アレイ型が採用される。2次元アレイ型X線検出器23は、多列型X線検出器とも呼ばれる。X線検出素子は例えば0.5mm×0.5mmの正方の受光面を有する。例えば916個のX線検出素子がX線焦点中心として略円弧状に配列される。この列がスライス方向(Z軸方向)に例えば40列並設されたものが2次元アレイ型検出器である。
一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれている投影データ収集装置26は、検出器23からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。収集された投影データは通信インターフェース28を介して架台外部のコンソール3に供給される。なお、当該コンソール3の部分が画像処理装置として架台1から独立分離することができる。
架台駆動装置25、寝台駆動装置24、高電圧発生器21及び投影データ収集装置26を統括的に制御して投影データ収集(ここではコーンビームヘリカルスキャン)を実行させるとともに、架台1全体の動作及びコンソール3との間の通信を制御するために制御装置27が設けられている。
コンソール3は、架台1との間で投影データ収集装置26から出力されるデータ(生データ)や制御信号の通信を担う通信インターフェース45及びCPU29を有する。CPU29に対してデータ制御バス43を介して、主に一時記憶のためのメモリ44、断面変換処理のためのMPR処理装置48、画像データファイル等を永続的に記憶するための典型的にはハードディスクドライブ(HDD)で構成される記憶装置49、スキャンエキスパートシステム43、表示用メモリ46、モニタ38、再構成装置36、入力インターフェース47、マウス・キーボード等の入力デバイス39が接続される。
スキャンエキスパートシステム43は、主にスキャン条件及び再構成条件の設定支援を担うシステムであり、つまり投影データの収集から、典型的にはアキシャル面の断層画像データファイル(以下単にアキシャル画像データファイルと称する、第1断層画像データファイル)の再構成、及びアキシャル面の断層画像データファイルから断面変換によりコロナル(図5(a)参照)、サジタル(図5(b)参照)、オブリーク等の他の断面に関する断層画像データファイル(以下単にコロナル画像データファイル、サジタル画像データファイル、オブリーク画像データファイルと称する、第2断層画像データファイル)の生成までの一連の処理の計画を支援するために設けられている。
スキャンエキスパートシステム43は、さらに本実施形態で特徴的な機能として、オブリーク画像データファイルの生成処理(断面変換処理)に使用した複数のアキシャル画像データファイルの記憶装置49への保存する/保存しないを操作者が設定するためのウインドウの生成およびその設定に従って記憶装置49を制御する機能を有している。また、スキャンエキスパートシステム43は、複数のアキシャル画像データファイルから断面変換により生成した複数のコロナル画像データファイル及びサジタル画像データファイルを対象として、断面が被検体の外側に位置しているか否か、つまり断面が被検体の領域を横切っているか否か、換言すると被検体が画像に写り込んでいるか否かを判定し、外側に位置していると判定した断層画像データファイルの記憶装置49への保存する/保存しないを操作者が設定するためのウインドウの生成およびその設定に従って記憶装置49を制御する機能を有している。これら機能について以下に順番に説明する。
図2にボリュームデータの保存する/保存しないの設定画面例を示している。この設定画面は、スキャンエキスパートシステム43により生成され、モニタ38に表示されるもので、当該保存する/保存しないの条件は再構成条件に含まれる。なお、ボリュームデータとは、被検体の3次元領域に関する画像データセットであり、典型的には、再構成装置36で再構成される複数のアキシャル画像データファイルである。「保存しない」が選択されたとき、この複数のアキシャル画像データファイルから、MPR処理装置48により操作者によりXYZの少なくとも一軸対して任意角度で傾斜するよう指定された少なくとも一の任意断面のオブリーク画像データファイルを生成するとき、その生成に使用した複数のアキシャル画像データファイルは記憶装置49には保存されない。
なお、ここでいう「保存する」とは、いわゆる「セーブする」こととほぼ同義であり、複数のアキシャル画像データファイルを記憶装置49に書き込み、特別な削除コマンドを受けない限りにおいて随時読み出し可能にそのデータ記憶を維持することとして定義される。また、「保存されない」とは、複数のアキシャル画像データファイルをメモリ44から記憶装置49に移動しないこと、また複数のアキシャル画像データファイルをメモリ44から記憶装置49に移動した場合であっても、その移動後に複数のアキシャル画像データファイルを物理的に記憶装置49から削除することはもちろん、複数のアキシャル画像データファイルを物理的には記憶装置49に残存しているに関わらず単に「削除フラグ」又はそれと同等のフラグを関連つけて回復可能な状態に置くこと、さらにデータ記憶管理表(ディレクトリとも呼ばれる)からその管理データを削除することを含んでいる。
図3にはスキャンエキスパートシステム43による複数のアキシャル画像データファイルの保存動作(削除動作)の手順を示している。まず、体軸方向に比較的広い被検体の3次元領域に関する投影データを収集するためにボリュームスキャンとして例えばコーンビームヘリカルスキャンが制御装置27の制御のもとで実行される(S11)。ボリュームスキャンとしてここではコーンビームヘリカルスキャンとしたが、それに限定されることなく、被検体の3次元領域に関する投影データを収集することのできるスキャンであれば、シングルスライスヘリカルスキャン等他のスキャン方式であってもかまわない。コーンビームヘリカルスキャンにより収集された被検体の3次元領域に関する投影データは、制御装置27及びCPU29の制御のもとで通信インターフェース28,45を介して架台1からコンソール3に送られ、CPU29の制御によりメモリ44又は記憶装置49に記憶される。
この被検体の3次元領域に関する投影データに基づいて再構成装置36により複数の平行断面、ここではXY面の複数のアキシャル画像データファイルが再構成され、CPU29の制御によりメモリ44又は記憶装置49に記憶される(S12)。さらに、再構成された複数のアキシャル画像データファイルを使って、操作者により事前に任意に指定されているオブリーク断面に関するオブリーク画像データファイル(MPR断層像データファイル)がMPR処理装置48により生成され、CPU29の制御により記憶装置49に記憶される(S13)。
このオブリーク画像データファイルの生成及び記憶装置49への記憶とともに、つまりオブリーク画像データファイルの記憶装置49への書き込み完了を契機として、スキャンエキスパートシステム43の支援下で設定した保存条件(保存する/保存しない)に応じた処理をCPU29は実行する(S14)。「保存する」が設定されているとき、複数のアキシャル画像データファイルは記憶装置49に保存される(S16)。具体的には上述したように、複数のアキシャル画像データファイルが作業用の一時保管用のメモリ44から記憶装置49に移動され、随時読み出し可能な状態に保持される。または複数のアキシャル画像データファイルが記憶装置49の一時的記憶領域に書き込まれているときには、そのまま又は保存フラグをつけて保持される。「保存しない」が設定されているとき、複数のアキシャル画像データファイルは記憶装置49に保存されない(S15)。具体的には上述したように、複数のアキシャル画像データファイルが作業用の一時保管用のメモリ44から記憶装置49に移動されない。または複数のアキシャル画像データファイルが記憶装置49の一時的記憶領域に書き込まれているときには、記憶装置49から削除される。この「削除」により、上述したように、複数のアキシャル画像データファイルは物理的に記憶装置49から削除され、または複数のアキシャル画像データファイルは物理的には記憶装置49に残存されているに関わらず単に「削除フラグ」又はそれと同等のフラグを関連つけられて回復可能な状態に置かれ、あるいはデータ記憶管理表からその管理データが削除される。
このようにMPR処理を伴う場合、比較的データ量の大きな複数のアキシャル画像データファイルを保存しないという条件を設定して、必要に応じて記憶容量の節約を実現することができる。また、保存しないという条件を事前に設定することができるので、後日ファイル整理作業において保存の必要性を考慮しながら、アキシャル画像データファイルを削除するという作業が不要とされ、操作者の作業負担を軽減することができる。さらに、保存しないという条件をオブリーク画像ごとに一括して設定することができるので、複数のアキシャル画像データファイルを個々に削除するという作業を繰り返す必要がなく、操作者の作業負担を軽減することができる。
図4にコロナル/サジタル画像データファイルの保存する/保存しないの設定画面例を示している。この設定画面は、ボリュームデータの場合と同様に、スキャンエキスパートシステム43により生成され、モニタ38に表示されるもので、当該保存する/保存しないの条件は再構成条件に含まれる。コロナル/サジタル画像データファイルの保存する/保存しないの設定画面は、例えば、図8に示すスキャンプランのホームページから「再構成詳細」タブをクリックして再構成条件設定画面を開き、そして再構成条件設定画面の「マルチビュー」タブをクリックして図9のマルチビュー条件設定画面を開き、そのマルチビュー条件設定画面内の「Detail(詳細)」ボタンをクリックすることで開かれる。
「保存する/保存しない」の定義については、上述したようにボリュームデータの場合と同様にであるが、「保存する/保存しない」の対象は相違する。図5(a)に示すように複数のアキシャル画像データファイルから複数のコロナル画像データファイルが生成されるが、それら複数のコロナル画像データファイルのすべてを保存する/保存しないとするのではなく、コロナル画像データファイル各々について個別に「保存する/保存しない」を決定するものである。具体的には、断面が被検体の内側に位置している、つまり断面が被検体に交差しているコロナル画像データファイルは保存し、一方、断面が被検体の外側に位置している、つまり断面が被検体に交差していないコロナル画像データファイルは保存しないとするものである。この「保存する/保存しない」の対象及びその基本的規則は図5(b)に示すようにサジタル画像データファイルについても同じである。図4の設定画面において、「Air抜き」の“ON”の設定が当該「保存しない」に対応し、「Air抜き」の“OFF”の設定が当該「保存する」に対応する。この条件設定をコロナル画像データファイルとサジタル画像データファイルとに対して個別に設定可能である。
図6にはスキャンエキスパートシステム43による複数のコロナル画像データファイルの保存動作(削除動作)の手順を示している。サジタル画像データファイルの保存動作(削除動作)の手順は、コロナル画像データファイルの保存動作(削除動作)の手順と同じであるので、以下では説明を省略する。まず、図2のS11及びS12と同様に、体軸方向に比較的広い被検体の3次元領域に関する投影データを収集するためにボリュームスキャンとして例えばコーンビームヘリカルスキャンが制御装置27の制御のもとで実行され(S21)、収集された被検体の3次元領域に関する投影データは、CPU29の制御のもとでメモリ44又は記憶装置49に記憶される。この被検体の3次元領域に関する投影データに基づいて再構成装置36により複数の平行断面、ここではXY面の複数のアキシャル画像データファイルが再構成され、CPU29の制御によりメモリ44又は記憶装置49に記憶される(S22)。さらに、再構成された複数のアキシャル画像データファイルを使って、一定間隔の複数のコロナル断面に関する複数のコロナル画像データファイルがMPR処理装置48により生成され、CPU29の制御によりメモリ44又は記憶装置49に記憶される(S23)。
続いて、スキャンエキスパートシステム43によりコロナル画像データファイルについて個別に平均画素値(平均CT値)が計算され(S24)、平均CT値と閾値とが比較される(S25)。閾値は、空気のCT値(例えば−1000)と、脂肪組織のCT値(例えば−100)との間の値の例えばその中央値として、“−550”に初期的に設定されている。なお、操作者は、この閾値を任意の値に変更可能である。閾値を空気のCT値の近似値としないで、空気のCT値と脂肪組織のCT値との中央値としたことにより、断面が被検体外側に位置しているコロナル画像データファイルはもちろん、断面が被検体の辺縁に位置していて画像として診断に適さないコロナル画像データファイルも含めて保存対象から外すことができる。
平均CT値が閾値と同じ又は高いと判定されたコロナル画像データファイルは、その断面が、画像診断に適当な程度にまで被検体内側に位置しているとして、CPU29により記憶装置49に保存される(S27)。一方、平均CT値が閾値より低いと判定されたコロナル画像データファイルは、その断面が被検体外側又は辺縁に位置しているとして、CPU29により記憶装置49には保存されない(S26)。
このように被検体内のコロナル/サジタル画像データファイルだけを保存し、被検体外側又は辺縁に位置しているコロナル/サジタル画像データファイルは保存しないことにより、データ記憶容量の効率的な使用を実現して、記憶容量を節約することができる。また、後日ファイル整理作業において保存の必要性を1枚ずつ考慮しながら、コロナル/サジタル画像データファイルを削除するという作業が不要とされ、操作者の作業負担を軽減することができる。
なおコロナル画像データファイルの断面が被検体外側又は辺縁に位置しているか否かについての判定方法としては、上述では、平均CT値を計算して、それを閾値と比較するものであったが、それに限定されることはない。例えばスキャンエキスパートシステム43は図7のS34に示すように、まず各コロナル画像データファイルのすべての画素を対象として画素ごとにその画素値(CT値)と閾値(第1閾値)とを比較し、画素値が第1閾値より低い画素の数を計数する。第1閾値は、空気のCT値(例えば−1000)と、脂肪組織のCT値(例えば−100)との間の値であって、さらに空気よりの値つまりその中央値(−550)と空気のCT値との間の値として、例えば“−800”に初期的に設定されている。なお、操作者は、この第1閾値を任意の値に変更可能である。第1閾値を空気のCT値の近似値としたことにより、空気であるか否かの判定精度を向上することができる。
次に、S34の計数値を規格化するために、スキャンエキスパートシステム43はS35に示すように、コロナル画像データファイルの全画素数に対するS34の計数値の割合を計算する(S35)。スキャンエキスパートシステム43はコロナル画像データファイルの全画素数に対するS34の計数値の割合(断面全域に対して空気領域が占める割合に相当)を、閾値(第2閾値)と比較する(S36)。当該割合が第2閾値より高いとき(断面全域に対して空気領域が占める割合が比較的高いとき)、断面が被検体外側又は辺縁に位置している可能性が高いとして、当該コロナル画像データファイルを保存対象から外す(S26)。当該割合が第2閾値と同じ又は低いとき、断面が画像診断に適当な程度にまで被検体の内側に位置している可能性が高いとして、当該コロナル画像データファイルを保存する(S27)。なお、操作者は、この第2閾値を任意の値に変更可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
1…架台、2…寝台天板、3…コンソール、10…X線管、12…回転フレーム、21…高電圧発生器、23…X線検出器、24…寝台駆動装置、25…架台駆動装置、26…投影データ収集装置、27…制御装置、28…通信インタフェース、29…CPU、36…再構成装置、38…モニタ、39…入力器、43…スキャンエキスパートシステム、44…メモリ、45…通信インタフェース、46…表示用メモリ、47…入力インターフェース、48…MPR処理装置、49…記憶装置(ハードディスクドライブ;HDD)。

Claims (9)

  1. 被検体の3次元領域に関する投影データを収集する架台と、
    前記投影データに基づいて複数断面に関する複数の第1断層画像データファイルを再構成する画像再構成部と、
    前記複数の第1断層画像データファイルから他の複数断面に関する複数の第2断層画像データファイルを生成する画像生成部と、
    前記複数の第2断層画像データファイルを記憶する記憶部と、
    前記複数の第2断層画像データファイル各々について断面が前記被検体の外側に位置しているか否かを判定する判定部と、
    前記断面が前記被検体の外側に位置すると判定された前記第2断層画像データファイルを前記記憶部から削除するために前記記憶部を制御する制御部とを具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。
  2. 前記判定部は、前記第2断層画像データファイル各々について平均CT値を計算する手段と、前記平均CT値を、空気のCT値と脂肪組織のCT値との間の値に設定された閾値と比較する手段と、前記平均CT値が前記閾値よりも低いとき、前記断面が前記被検体の外側に位置すると判定する手段とを有することを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  3. 前記判定部は、前記第2断層画像データファイル各々について各画素のCT値を空気のCT値と脂肪組織のCT値との間の値に設定された第1閾値と比較する手段と、前記第1閾値よりも低いCT値を有する画素の数を計数する手段と、前記計数した画素数又は前記計数した画素数の全画素数に対する割合が第2閾値よりも高いとき、前記断面が前記被検体の外側に位置すると判定することを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  4. 前記第1断層画像データファイルは、アキシャル画像データファイルであり、前記第2断層画像データファイルは、コロナル画像データファイルであることを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  5. 前記第1断層画像データファイルは、アキシャル画像データファイルであり、前記第2断層画像データファイルは、サジタル画像データファイルであることを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  6. 前記投影データの収集から前記第1断層画像データファイルの再構成及び前記第2断層画像データファイルの生成までの一連の処理の計画を支援するための計画支援部をさらに備え、前記計画支援部は、前記断面が前記被検体の外側に位置すると判定された前記第2断層画像データファイルを前記記憶部から削除するか否かを設定するためのウインドウを生成することを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  7. 被検体の3次元領域にわたる複数断面に関する複数の第1断層画像データファイルから他の複数断面に関する複数の第2断層画像データファイルを生成する画像生成部と、
    前記複数の第2断層画像データファイルを記憶する記憶部と、
    前記複数の第2断層画像データファイル各々について断面が前記被検体の外側に位置しているか否かを判定する判定部と、
    前記断面が前記被検体の外側に位置すると判定された前記第2断層画像データファイルを前記記憶部から削除するために前記記憶部を制御する制御部とを具備することを特徴とする医用画像処理装置。
  8. 被検体の3次元領域に関する投影データを収集する架台と、
    前記投影データに基づいて複数断面に関する複数の第1断層画像データファイルを再構成する画像再構成部と、
    前記複数の第1断層画像データファイルから他の複数断面に関する複数の第2断層画像データファイルを生成する画像生成部と、
    前記複数の第2断層画像データファイルを記憶する記憶部と、
    前記複数の第2断層画像データファイル各々について断面が前記被検体の外側に位置しているか否かを判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果に基づいて、前記第2断層画像データファイル各々について保存にかかる処理を切り替える制御部とを具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。
  9. 被検体の3次元領域にわたる複数断面に関する複数の第1断層画像データファイルから他の複数断面に関する複数の第2断層画像データファイルを生成する画像生成部と、
    前記複数の第2断層画像データファイルを記憶する記憶部と、
    前記複数の第2断層画像データファイル各々について断面が前記被検体の外側に位置しているか否かを判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果に基づいて、前記第2断層画像データファイル各々について保存にかかる処理を切り替える前記記憶部を制御する制御部とを具備することを特徴とする医用画像処理装置。
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