JP5125902B2 - X-ray CT system - Google Patents
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Description
本発明はＸ線ＣＴ装置に関し、更に詳しくは、断層像に現れるリングアーチファクトを除去ないしは低減することのできるＸ線ＣＴ装置に関する。 The present invention relates to an X-ray CT apparatus, and more particularly to an X-ray CT apparatus capable of removing or reducing ring artifacts appearing in a tomographic image.
Ｘ線ＣＴ装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを対向配置し、これらの間に対象物を載せるための試料ステージを配置するとともに、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対的に回転させる回転機構を備えた構造を採る。 In an X-ray CT apparatus, generally, an X-ray generator and an X-ray detector are arranged to face each other, a sample stage for placing an object is placed between them, and the X-ray generator and the X-ray detector are arranged. A structure having a rotation mechanism that relatively rotates the pair of and the sample stage is adopted.
ＣＴ撮影に際しては、Ｘ線発生装置からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しながら回転機構を駆動し、一定の微小角度刻みでＸ線検出器の出力、つまり対象物のＸ線投影データを取り込む。そして、このようにして収集された互いに異なる複数の角度でのＸ線投影データを用いた再構成演算により、回転機構の回転中心軸に直交する平面に沿った断層像を構築する。 In CT imaging, the rotation mechanism is driven while irradiating the object on the sample stage with X-rays from the X-ray generator, and the output of the X-ray detector, that is, the X-ray projection of the object, at a constant minute angle. Capture data. Then, a tomographic image along a plane orthogonal to the rotation center axis of the rotation mechanism is constructed by reconstruction calculation using the X-ray projection data collected at a plurality of different angles collected in this way.
このようなＸ線ＣＴ装置においては、素子の特性のばらつき等に起因して、再構成演算された断層像上にリング状や円弧状の誤差、いわゆるリングアーチファクトが現れることがある。 In such an X-ray CT apparatus, ring-shaped or arc-shaped errors, so-called ring artifacts, may appear on the reconstructed tomographic image due to variations in element characteristics.
断層像からリングアーチファクトを除去する方法として、従来、断層像上のリングアーチファクトが、ＣＴ撮影時のＸ線発生装置とＸ線検出器の対と対象物との相対回転中心に相当する位置を中心としたリング状ないしは円弧状に現れることを利用し、断層像をｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系（原点は撮影時における回転中心の位置）に座標変換することにより、原画像のリングアーチファクトが変換後のｒ−θ画像では直線状に現れるようにし、そのｒ−θ画像に２次元もしくは１次元フィルタ処理を施すことによってアーチファクトを抽出し、その抽出した像を変換前の断層像（以下、原断層像と称する）から差し引く方法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
ところで、以上のような空間フィルタを用いたリングアーチファクトの除去方法によると、例えば実装回路基板など、断層像上に高輝度の部位が存在する場合、当初のリングアーチファクトを除去することができるものの、その除去後に新たなリングアーチファクトが現れることが本発明者の実験によって判明した。すなわち、図７（Ａ）に示すように、断層像上に高輝度の部位Ｂｈが存在する場合、この断層像に現れているリングアーチファクトＡｐを抽出して除去すべく、この断層像に対して空間フィルタ処理を施し、元の断層像から減算すると、同図（Ｂ）に示すように、断層像に出現していたリングアーチファクトＡｐはほぼ除去手きるものの、新たな円弧状のアーチファクトＡｎが現れる。 By the way, according to the ring artifact removal method using the spatial filter as described above, for example, when a high-luminance part exists on a tomographic image such as a mounting circuit board, the original ring artifact can be removed. It has been found by experiments of the present inventors that a new ring artifact appears after the removal. That is, as shown in FIG. 7A, when a high-intensity portion Bh exists on the tomographic image, the ring artifact Ap appearing in this tomographic image is extracted and removed with respect to this tomographic image. When spatial filtering is performed and subtraction is performed from the original tomographic image, a new arc-shaped artifact An appears, although the ring artifact Ap that appeared in the tomographic image can be almost removed as shown in FIG. .
また、上記した特許文献１および２の提案のうち、特許文献１に記載の提案では、ｘ−ｙ座標系の断層像をｒ−θ座標系に変換し、そのｒ−θ座標系の画像上で直線に現れるアーチファクトを抽出した後、その抽出画像をｘ−ｙ座標系に変換したうえで、原断層像から減算するため、アーチファクトの抽出時の座標系とその抽出されたアーチファクトを除去するときの座標系とが互いに異なることになり、正確にアーチファクトを除去きれないという問題がある。 Among the proposals in Patent Documents 1 and 2 described above, the proposal described in Patent Document 1 converts a tomographic image in the xy coordinate system to an r-θ coordinate system, and displays the image on the r-θ coordinate system. After extracting the artifacts appearing on the straight line in step 1, after converting the extracted image to the xy coordinate system and subtracting it from the original tomographic image, when removing the coordinate system at the time of artifact extraction and the extracted artifacts Therefore, there is a problem that the artifacts cannot be accurately removed.
一方、特許文献２に記載の提案においては、ｘ−ｙ座標系の断層像をｒ−θ座標系に変換し（これを中間画像と称している）、そのｒ−θ座標系の中間画像上で直線に現れるアーチファクトを抽出するとともに、その抽出画像を、ｒ−θ座標系の中間画像から減算してアーチファクトを除去した後、ｘ−ｙ座標系に変換するため、アーチファクトの抽出時の座標系とこれを除去するときの座標系とを同一とすることで、上記の問題を解決できるとしている。 On the other hand, in the proposal described in Patent Document 2, a tomographic image in the xy coordinate system is converted into an r-θ coordinate system (this is referred to as an intermediate image), and the intermediate image in the r-θ coordinate system is displayed. In order to extract the artifacts appearing on the straight line and to subtract the extracted image from the intermediate image of the r-θ coordinate system to remove the artifacts and then convert them to the xy coordinate system, the coordinate system at the time of artifact extraction And the coordinate system used to remove them can be used to solve the above problem.
しかしながら、この特許文献２に記載の提案においては、ｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系、ｒ−θ座標系からｘ−ｙ座標系へと、２度の座標変換を行うため、画像の精度（解像度）が低下してしまうという問題がある。 However, in the proposal described in Patent Document 2, since the coordinate transformation is performed twice from the xy coordinate system to the r-θ coordinate system and from the r-θ coordinate system to the xy coordinate system, There is a problem that accuracy (resolution) is lowered.
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、断層像に高輝度領域が存在していても、リングアーチファクトの除去処理の後に新たにアーチファクトの発生を抑制することができ、もって確実にリングアーチファクトの存在しない断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and the main problem is to suppress the generation of artifacts newly after ring artifact removal processing even when a high-luminance region exists in a tomographic image. Therefore, an object is to provide an X-ray CT apparatus capable of reliably obtaining a tomographic image free from ring artifacts.
加えて、本発明の他の課題は、断層像の座標変換を伴うことなくリングアーチファクトを除去することができ、もって断層像の精度を低下させることなく、確実にリングアーチファクトを除去した断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供することにある。 In addition, another problem of the present invention is that ring artifacts can be removed without accompanying coordinate transformation of tomographic images, and tomographic images with ring artifacts reliably removed without reducing the accuracy of tomographic images. An object is to provide an X-ray CT apparatus that can be obtained.
上記した主たる課題を解決するため、請求項１に係る発明のＸ線ＣＴ装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、対象物を搭載するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを回転機構により相対的に回転させて収集した複数の回転角度でのＸ線投影データを再構成することにより、上記回転機構の回転軸に直交する面に沿った断層像を構築するＸ線ＣＴ装置において、上記断層像について、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置に関連づけたフィルタ処理を含む処理を施すことにより、当該断層像に現れるリングアーチファクトを抽出した画像を生成するリングアーチファクト抽出手段と、そのリングアーチファクトを抽出した画像を、上記断層像から差し引く減算手段を備えるとともに、上記リングアーチファクト抽出手段による処理に供する前の断層像について、当該断層像上であらかじめ設定されている輝度以上の高輝度領域を抽出し、その領域の輝度を低減する処理を施す輝度低減処理手段を備え、上記輝度低減処理手段は、上記断層像を構成する画素の平均輝度を算出し、その平均輝度よりも高輝度の領域を構成する画素について、その輝度を上記平均輝度に変更する処理を施すことによって特徴付けられる。 In order to solve the above main problem, the X-ray CT apparatus of the invention according to claim 1 includes a sample stage for mounting an object between an X-ray generator and an X-ray detector arranged to face each other. By reconstructing X-ray projection data at a plurality of rotation angles collected by rotating the X-ray generator and X-ray detector pair and the sample stage relative to each other by a rotation mechanism, the rotation is performed. In the X-ray CT apparatus for constructing a tomographic image along a plane perpendicular to the rotation axis of the mechanism, the processing includes a filtering process relating the tomographic image to a position corresponding to the rotation center of the rotating mechanism on the tomographic image. The ring artifact extraction means for generating an image from which the ring artifact appearing in the tomographic image is extracted and the image from which the ring artifact has been extracted are differentiated from the tomographic image. A process that includes a subtracting means, extracts a high-luminance area that is higher than a preset brightness on the tomographic image, and reduces the luminance of the area before being subjected to processing by the ring artifact extracting means The luminance reduction processing means calculates an average luminance of pixels constituting the tomographic image, and the luminance of the pixels constituting a region having a higher luminance than the average luminance is calculated as the average luminance. Characterized by performing a process of changing to luminance .
ここで、以上の請求項１に係る発明においては、上記輝度低減処理手段は、上記断層像を構成する画素の平均輝度を算出し、その平均輝度よりも高輝度の領域を構成する画素について、その輝度を上記平均輝度に変更する処理を施す構成が採用されている。 Here, in the invention according to claim 1 described above, the luminance reduction processing means calculates the average luminance of the pixels constituting the tomographic image, and for the pixels constituting the region of higher luminance than the average luminance, the luminance that is configured adopted to perform the processing of changing to the average luminance.
そして、請求項３に係る発明は、前記した主たる課題に加えて、他の課題をも解決するものであって、請求項２に係る発明では、上記リングアーチファクト抽出手段として、上記輝度低減処理手段による処理を施された断層像を構成する各画素の画素値を、当該断層像上でＣＴ撮影時における回転機構の回転中心に相当する位置を中心とする扇形状のコンボリューションフィルタカーネルを用いてフィルタ処理を施す手段とすることを特徴としている。 The invention according to claim 3 solves other problems in addition to the main problem described above. In the invention according to claim 2 , the brightness reduction processing means is used as the ring artifact extraction means. Using the fan-shaped convolution filter kernel centering on the position corresponding to the rotation center of the rotation mechanism at the time of CT imaging on the tomographic image, the pixel value of each pixel constituting the tomographic image processed by It is characterized by being a means for performing filter processing.
一方、請求項３に係る発明では、上記リングアーチファクト抽出手段を、上記輝度低減処理手段による処理を施された断層像を、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置を中心に所定角度だけ回転させて各画素値を加算平均する回転加算平均化手段と、その回転加算平均され画像を構成する各画素について、当該画素と上記回転中心とを結ぶ線に沿う１次元もしくは２次元フィルタ処理を施すフィルタ処理手段とを組み合わせた構成を採用することを特徴としている。 On the other hand, in the invention according to claim 3 , the ring artifact extraction means uses the tomographic image processed by the luminance reduction processing means as a center on the position corresponding to the rotation center of the rotation mechanism on the tomographic image. One-dimensional or two-dimensional along a line connecting the pixel and the rotation center for each pixel constituting the image that is rotated and averaged by rotating the image by a predetermined angle and adding and averaging the pixel values. The present invention is characterized by adopting a configuration that combines filter processing means for performing filter processing.
本発明は、各種空間フィルタを用いたリングアーチファクトの抽出の過程で現れる新たなアーチファクトの発生原因を除外し、主たる課題を解決するとともに、リングアーチファクトの抽出・原断層像からの減算によるリングアーチファクトの除去処理そのものについて、従来技術とは異なる手法を採用することにより、他の課題を解決するものである。 The present invention eliminates the cause of new artifacts that appear in the process of ring artifact extraction using various spatial filters, solves the main problem, and extracts ring artifacts by subtracting ring artifacts from the original tomographic image. The removal process itself solves other problems by adopting a method different from that of the prior art.
すなわち、原断層像のフィルタ処理を含む処理によってリングアーチファクトを抽出する際に、新たに出現するアーチファクトの発生原因は、前記したように原断層像に存在する高輝度領域であることが判明し、この高輝度領域をなくすことによって新たなアーチファクトの発生を防止することができる。そこで、原断層像のフィルタ処理を含むリングアーチファクトの抽出処理の前に、原断層像上であらかじめ設定されている輝度以上の高輝度領域を抽出し、その領域の輝度を低減させ、その後にフィルタ処理を含むリングアーチファクトの抽出処理を行う。これにより、新たなアーチファクトの発生を防止することができる。そして、このようにしてリングアーチファクトを抽出した画像を、原断層像から減算することにより、リングアーチファクトの存在しない断層像が得られる。 That is, when ring artifacts are extracted by processing including filtering of the original tomographic image, it has been found that the cause of the newly appearing artifact is the high-luminance region existing in the original tomographic image as described above. Occurrence of new artifacts can be prevented by eliminating this high luminance region. Therefore, before ring artifact extraction processing including filtering of the original tomographic image, a high-intensity region that is higher than the preset brightness on the original tomographic image is extracted, the luminance of that region is reduced, and then the filter is filtered. Perform ring artifact extraction processing including processing. Thereby, generation | occurrence | production of a new artifact can be prevented. Then, by subtracting the image obtained by extracting the ring artifact in this way from the original tomographic image, a tomographic image having no ring artifact is obtained.
高輝度領域の抽出とその領域の輝度低減の具体例としては、請求項１に係る発明のように、断層像全体の画素の平均輝度を算出し、その平均輝度よりも高い輝度の領域（画素群）を高輝度領域として抽出し、その領域（画素）の輝度を平均輝度にまで低下させる方法が採用されている。 As a specific example of the extraction of the high luminance region and the luminance reduction of the region, as in the invention according to claim 1 , the average luminance of the pixels of the entire tomographic image is calculated, and the region (pixel) having a luminance higher than the average luminance is calculated. the group) extracted as a high luminance region, a method for reducing the brightness of the area (pixel) to the average luminance is employed.
原断層像からリングアーチファクトを抽出する手段として、請求項２に係る発明、あるいは請求項３に係る発明の手段を用いることにより、前記した特許文献１，２に記載された方法に比して、リングアーチファクトを確実に除去し、しかもリングアーチファクトの除去後の断層像を、原断層像により近い正確なものとすることができる。 As a means for extracting a ring artifact from the original tomograms by using the means of the invention according the invention, or to claim 3 according to claim 2, in comparison with the method described in Patent Documents 1 and 2 described above, The ring artifact can be reliably removed, and the tomographic image after removal of the ring artifact can be made closer to the original tomographic image with accuracy.
請求項２に係る発明では、コンボリューションフィルタカーネルを扇形とすることにより、座標変換することなく、リング状ないしは円弧状のアーチファクトを抽出して原断層像から除去することで、特許文献１、２の提案技術に比して、アーチファクトの除去を確実に、かつ、原断層像の解像度を低下させないことを実現している。 In the invention according to claim 2 , by making the convolution filter kernel into a fan shape, ring-shaped or arc-shaped artifacts are extracted and removed from the original tomographic image without performing coordinate conversion, thereby providing Patent Documents 1 and 2. Compared with the proposed technique, it is possible to reliably remove artifacts and not reduce the resolution of the original tomographic image.
すなわち、断層像に現れるリングアーチファクトは、ＣＴ撮影時の回転中心に相当する位置を中心とするリング状ないしは円弧状であり、特許文献１，２ではこれを直線状にするために座標変換し、１次元もしくは２次元のマトリクス状のカーネルを用いたフィルタ処理を施し、直線状としたアーチファクトを抽出しているが、請求項３に係る発明では、リングアーチファクトをリング状ないしは円弧状のまま、ＣＴ撮影時の回転中心を中心とする扇形のコンボリューションフィルタカーネルを用いることで、そのリング状ないしは円弧状のアーチファクトを抽出することを可能とし、座標変換を伴うことによる解像度の低下を防止することができる。 That is, the ring artifact appearing in the tomographic image is a ring shape or an arc shape centering on the position corresponding to the rotation center at the time of CT imaging, and in Patent Documents 1 and 2, coordinate conversion is performed to make this linear, Filtering using a one-dimensional or two-dimensional matrix kernel is performed to extract a linear artifact, but in the invention according to claim 3 , the ring artifact remains in a ring shape or an arc shape, CT By using a fan-shaped convolution filter kernel centered on the rotation center at the time of shooting, it is possible to extract the ring-shaped or arc-shaped artifacts, and to prevent a decrease in resolution due to coordinate conversion. it can.
また、請求項３に係る発明では、同様にリングアーチファクトがＣＴ撮影時の回転中心を中心として現れることを利用し、構築された断層像を当該断層像上でその回転中心に相当する位置を中心として所定の角度にわたって回転加算平均することにより、回転中心に相当する位置を中心とするリングアーチファクトは残り、他の像は平均化されてぼやける。その回転加算平均化された画像構成する各画素について、当該画素と回転中心に相当する位置を結ぶ線に沿った、つまり直径方向に沿う１次元もしくは２次元フィルタを用いて平均化すると、リングアーチファクト以外の像はほぼ消滅し、リングアーチファクトのみが残った像、つまりリングアーチファクトの抽出画像が得られる。この像を原断層像から減算することにより、リングアーチファクトを除去することができ、しかも、座標変換を伴わないので解像度の低下も生じない。 Further, in the invention according to claim 3 , similarly, the fact that the ring artifact appears around the rotation center at the time of CT imaging is used, and the constructed tomogram is centered on the position corresponding to the rotation center on the tomogram. As a result of rotation addition averaging over a predetermined angle, ring artifacts centered on the position corresponding to the rotation center remain, and other images are averaged and blurred. For each pixel constituting the rotational addition averaged image, ring artifacts can be obtained by averaging using a one-dimensional or two-dimensional filter along the line connecting the pixel and the position corresponding to the rotation center, that is, along the diameter direction. Images other than are almost disappeared, and an image in which only ring artifacts remain, that is, an extracted image of ring artifacts is obtained. By subtracting this image from the original tomographic image, ring artifacts can be removed, and since no coordinate conversion is involved, there is no reduction in resolution.
本発明によれば、実装回路基板等を対象物とした場合など、断層像に高輝度領域が存在していても、空間フィルタを用いた処理を含む処理によってその断層像に出現しているリングアーチファクトを抽出したとき、新たなリングアーチファクトが現れることを防止することができる。このようなリングアーチファクトの抽出画像を、原断層像から減算することで、リングアーチファクトの存在しない断層像を確実に得ることができる。 According to the present invention, even when a high-luminance region exists in a tomographic image, such as when a mounted circuit board is used as an object, the ring that appears in the tomographic image by processing including processing using a spatial filter. When an artifact is extracted, it is possible to prevent a new ring artifact from appearing. By subtracting the ring artifact extracted image from the original tomographic image, a tomographic image having no ring artifact can be obtained with certainty.
また、請求項３および４に係る発明によると、座標変換を伴うことなく、原断層像に出現しているリングアーチファクトを抽出することができ、断層像の解像度を低下させることなく、確実にリングアーチファクトを除去することができ、新たなアーチファクトの発生を抑制することと併せて、アーチファクトのない高解像度の断層像を得ることができる。 In addition, according to the inventions according to claims 3 and 4, ring artifacts appearing in the original tomographic image can be extracted without accompanying coordinate transformation, and the ring can be reliably obtained without reducing the resolution of the tomographic image. Artifacts can be removed, and generation of new artifacts can be suppressed, and a high-resolution tomographic image free of artifacts can be obtained.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸が水平方向を向くように配置され、そのＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されている。そして、これらの間に、対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が設けられている。この例においては、試料ステージ３がＸ線光軸に直交する鉛直の回転軸Ｒを中心として回転する。また、この試料ステージ３は移動機構（図示略）の駆動によりＸ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動させることができ、この移動により撮影倍率や撮影範囲を設定することができる。また、Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は２次元Ｘ線検出器である。 The X-ray generator 1 is arranged so that its X-ray optical axis is directed in the horizontal direction, and the X-ray detector 2 is arranged facing the X-ray generator 1 in the horizontal direction. And between these, the sample stage 3 for mounting the target object W is provided. In this example, the sample stage 3 rotates around a vertical rotation axis R perpendicular to the X-ray optical axis. In addition, the sample stage 3 can be moved in three axial directions including the X-ray optical axis by driving a moving mechanism (not shown), and an imaging magnification and an imaging range can be set by this movement. The X-ray generator 1 generates cone beam X-rays, and the X-ray detector 2 is a two-dimensional X-ray detector.
ＣＴ撮影は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を対象物Ｗに向けて照射しつつ、試料ステージ３を回転させ、その微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力を収集することによって行われる。 CT imaging is performed by collecting the output of the X-ray detector 2 at each minute rotation angle while rotating the sample stage 3 while irradiating the object W with X-rays from the X-ray generator 1. Is called.
すなわち、ＣＴ撮影中においては、試料ステージ３の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力が画像データ取り込み回路１０を介してデータ記憶部１１に取り込まれ、各投影角度でのＸ線投影データとして記憶される。 That is, during CT imaging, the output of the X-ray detector 2 is fetched into the data storage unit 11 via the image data fetching circuit 10 at every minute rotation angle of the sample stage 3, and X-ray projection data at each projection angle. Is remembered as
ＣＴ撮影の終了後、つまり例えば３６０°分のＸ線投影データがデータ記憶部１１に記憶された時点で、そのＸ線投影データは再構成演算部１２による再構成演算に供される。再構成演算部１２では、公知の手法によってＸ線投影データを再構成することにより、試料ステージ３の回転軸Ｒに直交する任意のスライス面に沿った断層像を構築する。構築された断層像は、断層像記憶部１３に記憶される。 After the end of CT imaging, that is, when, for example, 360 ° X-ray projection data is stored in the data storage unit 11, the X-ray projection data is subjected to a reconstruction calculation by the reconstruction calculation unit 12. The reconstruction calculation unit 12 reconstructs X-ray projection data by a known method, thereby constructing a tomographic image along an arbitrary slice plane orthogonal to the rotation axis R of the sample stage 3. The constructed tomographic image is stored in the tomographic image storage unit 13.
断層像記憶部１３に記憶された断層像（原断層像）は、まず、輝度低減処理部１４における後述の処理により、当該断層像上に存在する高輝度領域が抽出され、その抽出された領域（画素群）の輝度が低減される。 From the tomographic image (original tomographic image) stored in the tomographic image storage unit 13, first, a high-luminance region existing on the tomographic image is extracted by the processing described later in the luminance reduction processing unit 14, and the extracted region The luminance of (pixel group) is reduced.
次に、高輝度領域の輝度が低減された断層像は、フィルタ処理部１５で後述するフィルタ処理に供されることにより、断層像に現れているリングアーチファクトが抽出された画像とされ、そのリングアーチファクト抽出画像は、輝度低減処理部１４による処理に供される前の断層像、つまり原断層像とともに減算部１６に送られる。減算部１６では、原断層像からリングアーチファクト抽出画像を減算することにより、原断層像に現れているリングアーチファクトを除去した画像、つまり補正画像を得る。その補正画像は表示器１７に表示される。 Next, the tomographic image in which the luminance of the high luminance region is reduced is subjected to the filter processing described later in the filter processing unit 15 to be an image from which ring artifacts appearing in the tomographic image are extracted. The artifact extraction image is sent to the subtraction unit 16 together with the tomographic image before being subjected to processing by the luminance reduction processing unit 14, that is, the original tomographic image. The subtraction unit 16 subtracts the ring artifact extraction image from the original tomographic image to obtain an image from which the ring artifact appearing in the original tomographic image has been removed, that is, a corrected image. The corrected image is displayed on the display 17.
上記した画像データ取り込み回路１０、データ記憶部１１、再構成演算部１２、断層像記憶部１３、輝度低減処理部１４、フィルタ処理部１５、減算部１６および表示器１７は、システム制御部１８の制御下に置かれている。ここで、これらは実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに基づく機能を実現するものであるが、図１では説明の便宜上、その主だった機能ごとのブロックで表している。また、システム制御部１８は、前記したＸ線発生装置１に対して供給すべき管電流および管電圧を制御するＸ線コントローラ１９も制御下においているとともに、試料ステージ３の回転機構並びに移動機構についても、軸制御部２０を介して制御する。更に、システム制御部１８にはマウスやキーボード、ジョイスティック等からなる操作部２１が接続されており、この操作部２０の操作によって試料ステージ３を移動させたりＸ線条件を変更するなど、装置に対する各種指令を与えることができる。 The image data capturing circuit 10, the data storage unit 11, the reconstruction calculation unit 12, the tomographic image storage unit 13, the luminance reduction processing unit 14, the filter processing unit 15, the subtraction unit 16 and the display unit 17 are included in the system control unit 18. Is under control. Here, these are actually configured by a computer and its peripheral devices, and realize functions based on installed programs. In FIG. 1, for convenience of explanation, these are represented by blocks for each main function. ing. The system control unit 18 is also under the control of the X-ray controller 19 that controls the tube current and the tube voltage to be supplied to the X-ray generator 1 described above, and the rotation mechanism and movement mechanism of the sample stage 3. Is also controlled via the axis control unit 20. Further, an operation unit 21 including a mouse, a keyboard, a joystick, and the like is connected to the system control unit 18. Various operations on the apparatus such as moving the sample stage 3 and changing the X-ray condition by operating the operation unit 20 are performed. Directives can be given.
さて、輝度低減処理部１４による輝度低減処理について説明すると、この輝度低減処理部１４では、原断層像を構成する全画素の輝度値の平均値を算出し、その平均値よりも輝度の高い領域（画素群）を抽出する。そして、その。抽出した領域の輝度値を平均値にまで低減させる。 Now, the luminance reduction processing by the luminance reduction processing unit 14 will be described. The luminance reduction processing unit 14 calculates an average value of the luminance values of all the pixels constituting the original tomographic image, and is an area whose luminance is higher than the average value. (Pixel group) is extracted. And that. The brightness value of the extracted area is reduced to an average value.
このような高輝度領域の輝度の低減処理が施された断層像は、次いでフィルタ処理部１５におけるフィルタ処理に供される。このフィルタ処理部１５では、断層像を構成する各画素の画素値について、当該断層像上の回転軸Ｒに相当する位置（アイソセンタ）を中心とする扇形状のカーネルを用いたコンボリューションフィルタを用いてフィルタ処理を施す。フィルタカーネルは、図２に模式的に示すように、断層像上で回転軸Ｒに相当する位置Ｒを中心とした一定角度θの広がりを持ち、かつ、その位置Ｒから遠ざかる方向への距離ｒが一定の扇形状のものとし、フィルタ処理すべき全ての画素について、例えば該当の画素ｐ１，ｐ２を中心とするフィルタカーネルＦＣ１，ＦＣ２を当てはめて処理をする。 The tomographic image that has been subjected to such luminance reduction processing in the high luminance region is then subjected to filter processing in the filter processing unit 15. The filter processing unit 15 uses a convolution filter that uses a fan-shaped kernel centering on a position (isocenter) corresponding to the rotation axis R on the tomographic image for the pixel value of each pixel constituting the tomographic image. Filter. As schematically shown in FIG. 2, the filter kernel has a certain angle θ spread around a position R corresponding to the rotation axis R on the tomographic image, and a distance r in a direction away from the position R. Is processed in a manner of applying a filter kernel FC1, FC2 centering on the corresponding pixels p1, p2, for example, to all pixels to be filtered.
この扇形状のフィルタカーネルを用いた処理は、例えば前記した特許文献１において、断層像をｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系に変換し、その変換後の画像の各画素について矩形のマトリクス状のフィルタカーネルを用いて処理をするのと数学的には等価であり、引用文献１では変換により直線化されたアーチファクトを抽出するのに対し、この実施の形態ではリング状ないしは円弧状のまま抽出することができる。 The processing using this fan-shaped filter kernel is performed, for example, by converting a tomographic image from an xy coordinate system to an r-θ coordinate system in Patent Document 1 described above, and a rectangular matrix for each pixel of the converted image. It is mathematically equivalent to processing using a filter kernel having a shape, and in the cited document 1, artifacts linearized by transformation are extracted, whereas in this embodiment, it remains a ring shape or an arc shape. Can be extracted.
このようにしてリングアーチファクトを抽出した画像は、減算部１６において原断層像から減算する処理に供され、これによってリングアーチファクトを除去ないしは大幅に低減した、いわば補正された画像を得る。 The image from which the ring artifact has been extracted in this manner is subjected to a process of subtracting from the original tomographic image in the subtracting unit 16, thereby obtaining a so-called corrected image in which the ring artifact has been removed or greatly reduced.
図３は以上の手順を模式的に示す図である。Ｐｏは原断層像であり、その原断層像ＰｏにおいてＷｐは対象物Ｗの断層像、Ｂｈは高輝度領域、Ａｐはリングアーチファクトを表している。この原断層像Ｐｏに輝度低減処理を施して高輝度領域Ｂｈの輝度を低減し、その輝度低減後の画像Ｐｍについて、コンボリューションカーネルＦＣを用いたフィルタ処理を施すことによって、リングアーチファクトＡｐのみを抽出した抽出画像Ｐｐを得る。その抽出画像Ｐｐを原断層像Ｐｏから減算することにより、原断層像Ｐｏに現れていたリングアーチファクトＡｐが除去ないしは低減され、補正画像Ｐｃを得ることができる。このとき、フィルタ処理を施す前に、原断層像Ｐｏ上の高輝度領域Ｂｈの輝度を低減しているため、高輝度領域Ｂｈに起因して新たなアーチファクトが生じることがない。図４に前記した図７（Ａ）に示したものと同じ原断層像をもとに、高輝度領域の輝度低減処理を施した後にフィルタ処理を施してリングアーチファクトを抽出し、原断層像から減算した結果を示すように、新たなアーチファクトの存在はみられない。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the above procedure. Po is an original tomographic image. In the original tomographic image Po, Wp represents a tomographic image of the object W, Bh represents a high luminance region, and Ap represents a ring artifact. The original tomographic image Po is subjected to luminance reduction processing to reduce the luminance of the high luminance region Bh, and the image Pm after the luminance reduction is subjected to filter processing using the convolution kernel FC, so that only the ring artifact Ap is obtained. An extracted extracted image Pp is obtained. By subtracting the extracted image Pp from the original tomographic image Po, the ring artifact Ap appearing in the original tomographic image Po is removed or reduced, and the corrected image Pc can be obtained. At this time, since the brightness of the high brightness area Bh on the original tomographic image Po is reduced before the filtering process is performed, no new artifact is generated due to the high brightness area Bh. Based on the same original tomographic image as that shown in FIG. 4A described above in FIG. 4, after performing luminance reduction processing of the high luminance region, filter processing is performed to extract ring artifacts, and from the original tomographic image, As shown by the subtraction result, there is no new artifact.
また、以上のようなフィルタ処理は、原断層像Ｐｏの座標変換を行うことなく、実空間上でフィルタ処理を施してリングアーチファクトを抽出し、その抽出画像をそのまま原断層像から減算することによってリングアーチファクトを除去しているが故に、従来のフィルタ処理によるリングアーチファクトの抽出・除去手法に比して、原断層像の解像度の劣化を伴うことがない。 In addition, the filter processing as described above is performed by filtering the real tomographic image Po in the real space to extract ring artifacts and subtracting the extracted image as it is from the original tomographic image. Since the ring artifact is removed, the resolution of the original tomographic image is not deteriorated as compared with the conventional ring artifact extraction / removal method using the filter processing.
次に、本発明の他の実施の形態について述べる。図５はその構成図であり、図１に示すものと同じ部材、回路ないしは機能ブロックについては同じ符号を付して示している。この例の特徴は、先の実施の形態における、扇形のコンボリューションフィルタカーネルを用いたフィルタ処理部１５に変えてを、加算回転平均化処理部１５ａと他の種類のフィルタ処理部１５ｂを設けた点にある。 Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration diagram thereof, and the same members, circuits, or functional blocks as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The feature of this example is that instead of the filter processing unit 15 using the fan-shaped convolution filter kernel in the previous embodiment, an addition rotation averaging processing unit 15a and another type of filter processing unit 15b are provided. In the point.
再構成演算部１２により再構成されて構築された原断層像について、先の例と同様の輝度低減処理部１４によって高輝度領域の輝度を低減した後、回転加算平均化処理部１５ａでは、その断層像上で試料ステージ３の回転軸Ｒに相当する位置（アイソセンタ）を中心として、当該断層像を回転加算平均する。その回転量は特に限定されるものではないが、３０°〜１８０°程度の回転加算平均とする。この回転加算平均化処理によって、回転軸Ｒに相当する位置を中心とするリング状ないしは円弧状のリングアーチファクトは殆ど変化することはないが、それ以外の対象物の断層像は平均化によりぼやけた状態となる。 For the original tomographic image reconstructed by the reconstruction calculation unit 12, after reducing the luminance of the high luminance region by the luminance reduction processing unit 14 similar to the previous example, the rotation addition averaging processing unit 15a On the tomographic image, the tomographic image is rotationally averaged around a position (isocenter) corresponding to the rotation axis R of the sample stage 3. The amount of rotation is not particularly limited, but the rotation addition average is about 30 ° to 180 °. By this rotation addition averaging process, the ring-shaped or arc-shaped ring artifact centered on the position corresponding to the rotation axis R hardly changes, but the tomographic images of other objects are blurred by the averaging. It becomes a state.
その回転加算平均化画像は、フィルタ処理部１５ｂにおいて直径方向への平均化処理が施される。すなわち、この例におけるフィルタ処理部１５ｂでは、回転加算平均化画像を構成する各画素について、当該画素と上記のアイソセンタとを結ぶ線に沿った１次元もしくは２次元のフィルタを用いて平均化する。例えば１次元フィルタを用いる場合、直径方向への画素数は５〜２０画素程度として平均化する。２次元フィルタを用いる場合には、その両側に数画素程度の同じ画素列を設けたフィルタとする。ここで、画素の配列は互いに直交する２軸方向であり、任意の画素とアイソセンタとを結ぶ線の方向とは殆どの画素について一致しないことになるが、補間計算によって当該画素とアイソセンタとを結ぶ線に沿った画素列を用いてフィルタ処理に供することができる。このフィルタ処理部１５ｂによる、言わば直径方向への平均化処理により、回転加算平均化画像から対象物の断層像はほぼ消滅した状態となり、リングアーチファクトのみが抽出された画像となる。 The rotation addition averaged image is subjected to averaging processing in the diameter direction in the filter processing unit 15b. That is, the filter processing unit 15b in this example averages each pixel constituting the rotational addition averaged image using a one-dimensional or two-dimensional filter along a line connecting the pixel and the isocenter. For example, when a one-dimensional filter is used, the number of pixels in the diameter direction is averaged as about 5 to 20 pixels. When a two-dimensional filter is used, the filter is provided with the same pixel row of about several pixels on both sides. Here, the arrangement of the pixels is a biaxial direction orthogonal to each other, and the direction of a line connecting an arbitrary pixel and isocenter does not coincide with most pixels, but the pixel and isocenter are connected by interpolation calculation. It can use for a filter process using the pixel row | line | column along a line. By the averaging process in the diametrical direction by the filter processing unit 15b, the tomographic image of the object is almost disappeared from the rotation addition averaged image, and only the ring artifact is extracted.
以上のようにして得られたリングアーチファクトの抽出画像は、減算部１６において原断層像から減算する処理に供され、これによってリングアーチファクトを除去ないしは低減した画像が得られる。 The extracted image of the ring artifact obtained as described above is subjected to a process of subtracting from the original tomographic image in the subtracting unit 16, thereby obtaining an image in which the ring artifact is removed or reduced.
図６は以上の過程を模式的に示す図である。この図６において、先の例と同様にＰｏは原断層像であり、その原断層像ＰｏにおいてＷｐは対象物Ｗの断層像、Ｂｈは高輝度領域、Ａｐはリングアーチファクトを表している。この原断層像Ｐｏに輝度低減処理を施して高輝度領域Ｂｈの輝度を低減し、その輝度低減後の画像Ｐｍについて、アイソセンタを中心とした所定角度の回転加算平均により、リングアーチファクトＡｐが残り、対象物Ｗの断層像Ｗｐがぼやけた回転加算平均化画像Ｐａを得る。この回転加算平均化画像，うをフィルタ処理部１５における直径方向への平均化処理に供することにより、リングアーチファクトＡｐのみを抽出した抽出画像Ｐｐを得る。その抽出画像Ｐｐを原断層像Ｐｏから減算することにより、原断層像Ｐｏに現れていたリングアーチファクトＡｐが除去ないしは低減され、対象物Ｗの断層像のみが残った補正画像Ｐｃが得られる。 FIG. 6 is a diagram schematically showing the above process. In FIG. 6, Po is an original tomographic image as in the previous example. In the original tomographic image Po, Wp represents a tomographic image of the object W, Bh represents a high luminance area, and Ap represents a ring artifact. The original tomographic image Po is subjected to luminance reduction processing to reduce the luminance of the high luminance region Bh, and the ring artifact Ap remains in the image Pm after the luminance reduction by a rotational addition average of a predetermined angle centered on the isocenter. A rotation addition averaged image Pa in which the tomographic image Wp of the object W is blurred is obtained. By using this rotational addition averaged image and the average processing in the diameter direction in the filter processing unit 15, an extracted image Pp in which only the ring artifact Ap is extracted is obtained. By subtracting the extracted image Pp from the original tomographic image Po, the ring artifact Ap appearing in the original tomographic image Po is removed or reduced, and a corrected image Pc in which only the tomographic image of the object W remains is obtained.
この実施の形態においても、フィルタ処理を施す前に、原断層像Ｐｏ上の高輝度領域Ｂｈの輝度を低減しているため、高輝度領域Ｂｈに起因して新たなアーチファクトが生じることがなく、また、原断層像Ｐｏの座標変換を行うことなく、実空間上で回転加算平均とフィルタ処理を施すことでリングアーチファクトを抽出し、原断層像から減算することによってリングアーチファクトを除去しているため、従来のフィルタ処理によるリングアーチファクトの抽出・除去手法に比して、座標変換に伴う画像の精度劣化を生じることなく確実にリングアーチファクトの除去ないしは低減が可能となる。 Also in this embodiment, since the brightness of the high brightness area Bh on the original tomographic image Po is reduced before performing the filtering process, no new artifact is caused due to the high brightness area Bh. In addition, the ring artifact is removed by subtracting from the original tomographic image by extracting the ring artifact by performing rotation addition averaging and filtering in the real space without performing coordinate conversion of the original tomographic image Po. Compared with the conventional ring artifact extraction / removal technique using filter processing, it is possible to reliably remove or reduce ring artifacts without causing deterioration in image accuracy due to coordinate transformation.
なお、空間フィルタを用いてリングアーチファクトを抽出する手法としては、前記した特許文献１，２に記載の手法を用いてもよく、この場合においても、原断層像に高輝度領域の存在する場合には、断層像の解像度は低下するものの、空間フィルタ処理によって新たなアーチファクトの発生を防止することができる。 In addition, as a method for extracting ring artifacts using a spatial filter, the methods described in Patent Documents 1 and 2 described above may be used. In this case as well, when a high-luminance region exists in the original tomographic image, Although the resolution of the tomographic image is lowered, the generation of new artifacts can be prevented by the spatial filter processing.
また、以上の各実施の形態においては、高輝度領域の輝度を低減させる方法として、全画素の平均輝度を算出し、その平均輝度よりも高輝度の領域を抽出して、その抽出した領域の輝度を平均輝度にまで低減させた例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、あらかじめ設定されている輝度よりも高い輝度を有する領域（画素群）について、新たなアーチファクトの発生の原因とならない程度のあらかじめ設定された輝度にまでその輝度を低減させればよい。 In each of the above embodiments, as a method for reducing the luminance of the high luminance region, the average luminance of all the pixels is calculated, the region having a luminance higher than the average luminance is extracted, and the extracted region is extracted. Although an example in which the luminance is reduced to the average luminance is shown, the present invention is not limited to this, and a new artifact is generated in a region (pixel group) having a luminance higher than a preset luminance. It is only necessary to reduce the brightness to a preset brightness that does not cause the above.
更に、以上の各実施の形態においては、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対に対して試料ステージを回転させた例を示したが、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を試料ステージを中心として回転させる構成を採ってもよいことは勿論である。 Further, in each of the above embodiments, an example in which the sample stage is rotated with respect to the pair of the X-ray generator and the X-ray detector has been shown. However, the pair of the X-ray generator and the X-ray detector is the sample. Of course, a configuration in which the stage is rotated about the stage may be adopted.
１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 試料ステージ
１０ 画像データ取り込み回路
１１ データ記憶部
１２ 再構成演算部
１３ 断層像記憶部
１４ 輝度低減処理部
１５ フィルタ処理部
１５ａ 回転加算平均化処理部
１５ｂ フィルタ処理部
１６ 減算部
１７ 表示器
１８ システム制御部
１９ Ｘ線コントローラ
２０ 軸制御部
２１ 操作部
Ｗ 対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray generator 2 X-ray detector 3 Sample stage 10 Image data capture circuit 11 Data storage part 12 Reconstruction calculating part 13 Tomographic image storage part 14 Luminance reduction process part 15 Filter process part 15a Rotation addition averaging process part 15b Filter Processing unit 16 Subtraction unit 17 Display unit 18 System control unit 19 X-ray controller 20 Axis control unit 21 Operation unit W Object
Claims (3)
上記断層像について、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置に関連づけたフィルタ処理を含む処理を施すことにより、当該断層像に現れるリングアーチファクトを抽出した画像を生成するリングアーチファクト抽出手段と、そのリングアーチファクトを抽出した画像を、上記断層像から差し引く減算手段を備えるとともに、上記リングアーチファクト抽出手段による処理に供する前の断層像について、当該断層像上であらかじめ設定されている輝度以上の高輝度領域を抽出し、その領域の輝度を低減する処理を施す輝度低減処理手段を備え、
上記輝度低減処理手段は、上記断層像を構成する画素の平均輝度を算出し、その平均輝度よりも高輝度の領域を構成する画素について、その輝度を上記平均輝度に変更する処理を施すことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。 A sample stage for mounting an object is provided between the X-ray generator and the X-ray detector arranged to face each other, and the pair of the X-ray generator and X-ray detector and the sample stage are rotated. In an X-ray CT apparatus for constructing a tomographic image along a plane orthogonal to the rotation axis of the rotation mechanism by reconstructing X-ray projection data at a plurality of rotation angles collected by rotating relatively with
Ring artifact extraction that generates an image obtained by extracting ring artifacts appearing in the tomographic image by performing processing including filter processing associated with the position corresponding to the rotation center of the rotation mechanism on the tomographic image on the tomographic image Means and a subtracting means for subtracting the image from which the ring artifact is extracted from the tomographic image, and the tomographic image before being subjected to processing by the ring artifact extracting means is equal to or higher than a brightness set in advance on the tomographic image. A brightness reduction processing means for extracting a high brightness area of the image and performing a process of reducing the brightness of the area ,
The brightness reduction processing means calculates an average luminance of the pixels constituting the tomographic image, the pixels constituting the region of high luminance than the average luminance, and this is subjected to processing for changing the brightness on the average luminance X-ray CT apparatus characterized by this.
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