JP5171474B2 - 断層画像処理装置およびｘ線ｃｔ装置並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体をＸ線ＣＴ(Computed Tomography)撮影して得られた断層画像を処理する断層画像処理装置、およびＸ線ＣＴ装置、並びにそのためのプログラム(program)に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ撮影において、種々の観点から、Ｘ線検出器を構成するＸ線検出素子を増加させずに画像化可能な領域を広く確保したいという要求がある。

このような要求に応えるものとして、例えば、非対称検出器を用いるＸ線ＣＴ装置が提案されている（例えば、特許文献１，図４参照）。非対称検出器は、Ｘ線検出素子がＸ線管の焦点とガントリ(gantry)の回転中心とを通る延長線を軸に、チャネル(channel)方向に対して非対称となるよう配設されたＸ線検出器である。非対称検出器を用いるＸ線ＣＴ装置では、ガントリを３６０度回転させてフルスキャン(full scan)することにより、画像化可能な領域を、Ｘ線検出素子が非対称検出器の最外郭のチャネルまでが対称となるＸ線検出器を用いる場合と同等の領域にまで広げることができる。
特開２００３−１３５４４３号公報

しかしながら、非対称検出器を用いるＸ線ＣＴ装置は、ハード(hardware)面における設計が特殊で扱い難いため、画像化可能な領域をより簡易的に広くする手法が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑み、Ｘ線ＣＴ撮影における画像化可能な領域をより簡易的に広くすることができる断層画像処理装置、およびＸ線ＣＴ装置並びにそのためのプログラムを提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、再構成に必要なビュー(view)角度分に相当する複数のビュー方向の投影データ(data)を逆投影することにより、Ｘ線ＣＴ装置の撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野外の断層画像に含まれる画素の画素値を、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野の断層画像の画素値相当に正規化する画素値正規化手段とを備える断層画像処理装置を提供する。

第２の観点では、本発明は、前記画素値正規化手段が、前記撮像視野外の断層画像の各画素について、前記複数のビュー方向のうち投影データが実質的に逆投影されるまたは逆投影されないビュー方向の数と前記複数のビュー方向の数とに基づいて画素値を正規化する上記第１の観点の断層画像処理装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、前記画素値がＣＴ値であり、前記画素値正規化手段が、次式に従ってＣＴ値を正規化する上記第２の観点の断層画像処理装置を提供する。

ｇ′（ｘ，ｙ）＝｛ｇ（ｘ，ｙ）＋１０００｝×Ｎ／（Ｎ−Ｍ）−１０００
ただし、ｇ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）の画素における正規化前のＣＴ値、ｇ′（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）の画素における正規化後のＣＴ値、Ｎは、前記複数のビュー方向の数、Ｍは、前記実質的に逆投影されないビュー方向の数である。

第４の観点では、本発明は、前記複数のビュー方向の投影データに、測定された投影データのチャネル方向の端部につながるデータを推定して外挿する外挿法を適用して、前記複数のビューの外挿済み投影データを得、該複数のビューの外挿済み投影データを逆投影することにより、前記空間に対応する外挿法適用断層画像を再構成する外挿法適用断層画像再構成手段と、前記撮像視野外に対応する画像が正規化済みの断層画像における前記撮像視野外に対応する部分であり、前記撮像視野に対応する画像が前記外挿法適用断層画像における前記撮像視野に対応する部分である合成断層画像を生成する合成断層画像生成手段とをさらに備える上記第１の観点から第３の観点のいずれか１つの観点の断層画像処理装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記断層画像再構成手段が、前記複数のビュー方向の投影データに対してフィルタ(filter)逆投影法を適用する上記第１の観点から第４の観点のいずれか１つの観点の断層画像処理装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記断層画像における前記撮像視野外に対応する領域の画素値に基づいて、該領域における骨部領域を探索する骨部領域探索手段と、前記探索された骨部領域の周辺における画素の画素値を、該画素値に該骨部領域から該画素までの距離に応じて変化するゲイン(gain)係数を乗じてなる値に変換する画素値補正手段とをさらに備える上記第１の観点から第５の観点のいずれか１つの観点の断層画像処理装置を提供する。

第７の観点では、被検体をＸ線ＣＴ撮影して再構成に必要なビュー角度分に相当する複数のビュー方向の投影データを収集する撮影手段と、前記複数のビュー方向の投影データを逆投影することにより、撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野外の断層画像に含まれる画素の画素値を、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野の断層画像の画素値相当に正規化する画素値正規化手段とを備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、コンピュータを、再構成に必要なビュー角度分に相当する複数のビュー方向の投影データを逆投影することにより、Ｘ線ＣＴ装置の撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野外の断層画像に含まれる画素の画素値を、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野の断層画像の画素値相当に正規化する画素値正規化手段として機能させるためのプログラムを提供する。

ここで、撮像視野は、いわゆるＳＦＯＶ(scan field-of-view)であり、スライス(slice)面方向において、３６０度すなわちスキャン１回転分に相当する複数のビュー方向で被検体の投影が可能な円領域である。撮像視野は、Ｘ線検出器の位置やチャネル方向の幅等により幾何学的に定まる。また、撮像視野外は、撮像視野の外側の領域であって、少なくとも一部のビュー方向で被検体の投影が不可能な領域である。すなわち、撮像視野に対応する領域では、前記複数のビュー方向の投影データの全部が実質的に逆投影されて断層画像が得られるが、撮像視野外に対応する領域では、前記複数のビュー方向の投影データのうち実質的に一部のみが逆投影されて断層画像が得られる。

また、投影データが実質的に逆投影されるとは、投影データを逆投影したときに、１つの画素に注目して、その画素を通るパス(path)が存在することを意味する。したがって、撮像視野に対応する領域では、前記複数のビュー方向の投影データすべてが実質的に逆投影され、撮像視野外に対応する領域では、前記複数のビュー方向の投影データのうち一部のみが実質的に逆投影される。

本発明によれば、再構成画像における撮像視野外に対応する領域を、実測された投影データのみを逆投影して再構成し、その領域における画素の画素値を、当該画素位置を通って逆投影される投影データのビュー数により正規化する。これにより、Ｘ線ＣＴ装置のハード面での変更を伴わず、ソフト(software)的に再構成される領域を撮像視野外にまで広げることができ、Ｘ線ＣＴ撮影における画像化可能な領域をより簡易的に広くすることができる。

以下、本発明にかかる実施の形態について説明する。ここでは、本発明の一実施形態として、Ｘ線ＣＴ装置を採り上げる。このＸ線ＣＴ装置は、非対称検出器ではない一般的なＸ線検出器を有しており、一部が撮像視野外にはみ出た被検体をスキャンして、被検体の投影情報が一部欠落した投影データを含む複数ビューの投影データを収集する。そして、フィルタ逆投影法を用いて、撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成して生成する。この際、撮像視野外の領域に対応する画素の画素値を所定の正規化手法により補正する。また、投影データにおける被検体の投影情報の欠落部分近傍がフィルタ関数によって不適当に加工され、再構成画像における撮像視野の境界近傍に対応する領域では、画素値が極端に上がってアーチファクト(artifact)を形成するが、このアーチファクトを補正する。

図１は、本発明の一実施形態であるＸ線ＣＴ装置１００を示すブロック(block)図である。Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール(console)１と、撮影テーブル(table)８と、走査ガントリ９とを具備している。

操作コンソール１は、入力装置２、中央処理装置３、制御インタフェース(interface)４、データ収集バッファ(buffer)５、およびモニタ(monitor)６を具備している。入力装置２は、操作者の指示や情報などを受け付ける。中央処理装置３は、スキャン制御処理や断層画像再構成処理、画素値正規化処理などを実行する。制御インタフェース４は、中央処理装置３からの制御により、撮影テーブル８や走査ガントリ９へ制御信号などを出力する。データ収集バッファ５は、走査ガントリ９で取得したデータを収集する。モニタ６は、操作画面や断層画像などを表示する。

撮影テーブル８は、載置された被検体をその体軸方向（以下、ｚ方向という）に移動して、走査ガントリ９の空洞部に搬送する。

走査ガントリ９は、撮影空間を含む空洞部を有し、その空洞部を中心に回転する回転部７を具備する。回転部７には、Ｘ線コントローラ(controller)１０、Ｘ線管１１、コリメータ(collimator)１２、Ｘ線検出器１３、データ収集部１４、および回転コントローラ１５が搭載されている。Ｘ線コントローラ１０は、Ｘ線管１１の管電圧や管電流、Ｘ線照射のオンオフなどを制御する。コリメータ１２は、Ｘ線管１１から射出されたＸ線ビーム(beam)を整形する。Ｘ線検出器１３は、Ｘ線管１１とアイソセンタ(iso-center)ＩＳＯとを通る延長線を軸として、複数の検出素子がチャネル方向に対称に配設されてなる検出器列を有しており、各検出素子は、検出したＸ線の強度に応じた信号を出力する。データ収集部１４は、Ｘ線検出器１３の出力信号をＡ／Ｄ(analog-digital)変換して被検体の投影データを収集し、データ収集バッファ５に送る。回転コントローラ１５は、回転部７の回転速度、回転のオンオフ(on/off)などを制御する。Ｘ線管１１とＸ線検出器１３とは、空洞部を挟んで対向して配置される。

なお、中央処理装置３および走査ガントリ９は、本発明における撮影手段の一例である。また、中央処理装置３は、本発明における断層画像再構成手段、画素値正規化手段、外挿法適用断層画像再構成手段、合成断層画像生成手段、骨部領域探索手段、および画素値補正手段の一例である。

図２は、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置１００における断層画像生成処理の流れを示すフローチャート(flowchart)である。

ステップ(step)Ｓ１では、投影データ収集処理を実行する。すなわち、被検体の所定の部位に対して例えばアキシャルスキャン(axial scan)を行い、所定のスライス対する画像再構成に必要なビュー角度分に相当する複数のビュー方向の投影データを、投影データセットＰとして収集する。なお、ここでは、画像再構成に必要なビュー角度を３６０度、すなわちスキャン１回転分とし、上記複数のビューを、９８４ビューとする。また、投影データは、いわゆるファンパラ(fan-parallel)変換後のデータとし、１つのビュー方向においてＸ線のパラレルビーム(parallel beam)を被検体に照射したときに得られる、Ｘ線検出器１３の各チャネルに対応する投影データ値の集まりとする。

ステップＳ２では、断層画像再構成処理を実行する。すなわち、投影データセットＰを基にフィルタ逆投影法により画像再構成し、実空間における撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像Ｇ１を生成する。より具体的には、投影データをフーリエ(Furrier)変換してフィルタリング(filtering)し、逆フーリエ変換したものを、再構成空間において、ビュー方向毎に３６０度分逆投影して、断層画像Ｇ１を画像再構成する。

図６は、このようにして生成される断層画像の一例を示す図である。図６（１）と図６（２）とは、いずれも所定のファントム(phantom)を被検体Ｈとしてスキャンしたときの同一の断層画像を示しており、図６（１）は、ウィンドウレベル(window level)ＷＬおよびウィンドウ幅ＷＷを一般的な値にして表示したときの断層画像、図６（２）は、ウィンドウレベルＷＬをより小さい値にして表示したときの断層画像である。断層画像Ｇ１のうち撮像視野に対応する撮像視野画像Ｇ１ｆでは、撮像視野の境界に対応する円周Ｂａの近傍において画素値が高くなったアーチファクトＡ１が生じているものの、それ以外は被検体Ｈの像を精度よく描写している。一方、断層画像Ｇ１のうち撮像視野外に対応する撮像視野外画像Ｇ１ｆｇでは、図６（１）に示すように、一見、被検体の情報がほとんど欠落したように見えるが、画素値の低い部分も見えるようにウィンドウレベルＷＬを下げると、図６（２）に示すように、被検体の像が浮かび上がってくる。このように、撮像視野外画像Ｇ１ｆｇでは、逆投影された投影データが不足しているために、画素値が低下し、若干のアーチファクトが生じているが、推定のない投影データの実測部分のみに基づいて再構成されているので、被検体の像が実際の像にかなり近い状態で描写されていることが分かる。

ステップＳ３では、撮像視野外画素値正規化処理を実行する。すなわち、断層画像Ｇ１の撮像視野外画像Ｇ１ｆｇの画素値を、その画素について実質的に逆投影されない投影データのビューの数（以下、欠損ビュー数ともいう）と上記複数のビューの数とにより正規化し、正規化済撮像視野外画像Ｇ１′ｆｇを生成する。

ここで、撮像視野外画素値正規化処理の詳細について説明する。

図３は、撮像視野外画素値正規化処理の一例を示すフローチャートである。撮像視野外画素値正規化処理は、例えば、図３に示すような複数のステップで構成される。

ステップＳ３１では、撮像視野外画像を特定する。すなわち、断層画像Ｇ１のうち撮像視野外画像Ｇ１ｆｇを処理対象として特定する。

ステップＳ３２では、注目画素を設定する。すなわち、特定した撮像視野外画像Ｇ１ｆｇを構成する画素のうち、後述の画素値の正規化が未だ行われていない１つの画素を選択し、その画素を処理対象となる注目画素Ｇ１（ｘｔ，ｙｔ）として設定する。

ステップＳ３３では、欠損ビュー数を読み出す。すなわち、予め用意された欠損ビュー数マップ(map)Ｍ（ｘ，ｙ）を参照して、注目画素Ｇ１（ｘｔ，ｙｔ）に対応する欠損ビュー数Ｍ（ｘｔ，ｙｔ）を読み出す。欠損ビュー数マップＭ（ｘ，ｙ）は、再構成空間における座標とこの座標に対応する欠損ビュー数とを対応付けたマップである。欠損ビュー数は、再構成空間で逆投影される投影データの全ビュー数Ｎ（ここでは、Ｎ＝９８４）のうち、１つの画素に注目したときに、その画素について投影データが逆投影されないビュー数であり、Ｘ線管１１やＸ線検出器１３の幾何学的位置関係から求めることができる。

図７（１）は、欠損ビュー数マップの一例を示す図である。また、図７（２）は、当該マップにおける撮像視野の直径方向での欠損ビュー数の変化を示す図であり、横軸をその直径方向における座標ｒｘ、縦軸をその座標ｒｘの画素に対応する欠損ビュー数Ｍ（ｒｘ）として表したものである。欠損ビュー数マップＭ（ｘ，ｙ）は、例えば、各画素に対応する欠損ビュー数の大きさをその画素の濃淡で（欠損ビュー数が大きいほど輝度が上がるよう）表すと、図７（１）に示すように、撮像視野に対応する画素領域Ｒｆは真黒となり、撮像視野外に対応する画素領域Ｒｆｇは、アイソセンタ(iso-center)ＩＳＯから離れるほど、つまり外側に行くほど白くなるようなマップが得られる。また、欠損ビュー数マップＭ（ｘ，ｙ）における撮像視野の直径方向に設定された直線Ｌ上の座標（相対値）と、その座標における欠損ビュー数との関係は、図７（２）に示すように、撮像視野に対応する画素領域Ｒｆの座標ではゼロであり、撮像視野外に対応する画素領域ＲｆｇではアイソセンタＩＳＯから離れるほど大きくなり、端部では４００ビューを越える。

なお、上記のビュー数Ｎが変化すると画素毎の欠損ビュー数も変化するので、ビュー数Ｎとして設定可能な条件が複数ある場合には、その条件に合わせて複数種類の欠損ビュー数マップを用意しておく必要がある。

ステップＳ３４では、画素値を正規化する。ここでは、注目画素Ｇ１（ｘｔ，ｙｔ）の画素値を、次式に従って正規化する。

g1'(xt,yt)={g1(xt,yt)+1000}×N/{N-M(xt,yt)}-1000 （数式１）
ただし、g1'(xt,yt)：注目画素における正規化済の画素値
g1(xt,yt)：注目画素における正規化前の画素値
N：再構成空間において逆投影される投影データの全ビュー数
M(xt,yt)：注目画素における欠損ビュー数
つまり、画素値に１０００を加算して、画素値を、水をゼロ(zero)基準としたＣＴ値から空気をゼロ基準とした画素値に変換して、一旦、画素値がＸ線吸収率の大きさに対して線形となるようにする。その後、逆投影される投影データの全ビュー数を実際に逆投影される投影データのビュー数で割った値を重み係数として求め、その重み係数を変換済の画素値に乗算する。そして、得られた画素値から１０００を減算して、画素値をＣＴ値に戻す。これにより、逆投影される投影データの不足によって落ち込んだ画素値を、元のレベル(level)まで引き上げる。

ステップＳ３５では、撮像視野外画像Ｇ１ｆｇを構成する画素のうち、画素値の正規化が未だ行われていない画素があるか否かを判定する。この判定において肯定される場合には、ステップＳ３１に戻り、撮像視野外画像における画素値の正規化を続行する。一方、この判定において否定される場合には、撮像視野外画素値正規化処理を終了する。

図８は、このような撮像視野外画素値正規化処理により得られる正規化済断層画像の一例を示す図である。正規化済断層画像Ｇ１′は、例えば図８に示すように、撮像視野外に対応する正規化済撮像視野外画像Ｇ１′ｆｇにおいて、被検体Ｈの像が実際の像にかなり近い状態で描写されるとともに、逆投影される投影データの不足によって落ち込んだ画素値が元のレベルまで引き上げられる。

ステップＳ４では、骨部周辺画素値補正処理を実行する。すなわち、正規化済撮像視野外画像Ｇ１′ｆｇにおける骨部周辺に生じる、ビームハードニング(beam hardening)効果等に起因する画素値の低下を補正し、補正済撮像視野外画像Ｇ１″ｆｇを生成する。

ここで、骨部周辺画素値補正処理の詳細について説明する。

図４は、骨部周辺画素値補正処理の一例を示すフローチャートである。骨部周辺画素値補正処理は、例えば、図４に示すような複数のステップで構成される。

ステップＳ４１では、骨部領域を探索する。すなわち、正規化済撮像視野外画像Ｇ１′ｆｇにおいて、画素値の閾値判定により、骨部領域Ｂｊ（ｊ＝１，２，…）を探索する。例えば、図９（１）に示すように、正規化済撮像視野外画像Ｇ１′ｆｇにおいて、上記画素値の閾値判定により骨部領域Ｂ１が検出される。

ステップＳ４２では、骨部領域が検出されたかを判定する。この判定において、肯定される場合には、ステップＳ４３に進み、否定される場合には断層画像生成処理を終了する。

ステップＳ４３では、注目骨部領域を設定する。すなわち、検出された骨部領域Ｂｊのうち、後述の画素値の補正が未だ行われていない骨部領域を処理対象となる注目骨部領域Ｂｔとして設定する。例えば、骨部領域Ｂ１を注目骨部領域Ｂｔとして設定する。

ステップＳ４４では、注目骨部領域を挟む同心円を設定する。すなわち、アイソセンタＩＳＯを中心として注目骨部領域Ｂｔを挟む２つの同心円Ｄｔ１，Ｄｔ２を設定する。例えば、図９（２）に示すように、骨部領域Ｂ１を注目骨部領域Ｂｔとして、同心円Ｄ１１，Ｄ１２が設定される。

ステップＳ４５では、注目骨部領域の角度範囲を計測する。すなわち、注目骨部領域Ｂｔを、アイソセンタＩＳＯを一端とする２直線で挟んだときの、当該２直線が成す角度範囲αｔを計測する。例えば、図９（２）に示すように、骨部領域Ｂ１を挟む２直線が成す角度範囲をα１とする。

ステップＳ４６では、注目骨部領域の近傍画素値を補正する。すなわち、同心円Ｄｔ１，Ｄｔ２で挟まれるリング(ring)状の領域Ｄｔ内で、注目骨部領域Ｂｔの中心を通る直線を中心にαｔ×Ｓｃａｌｅの角度範囲に含まれる各画素値ｇ１′（ｘｋ，ｙｋ）に対して、ゲイン係数Ｇａｉｎを乗じて補正する。このとき、注目骨部領域Ｂｔを補正対象として含んでもよいし含まなくてもよい。ゲイン係数Ｇａｉｎは、注目骨部領域Ｂｔからの距離または角度差が大きくなるほど小さくなるよう変化する。例えば、当該距離または角度差がゼロのとき値２をとり、これらが大きくなるにつれ値１に近づくよう変化する。この注目骨部領域の近傍画素値の補正を式で表すと、次式のようになる。

g1"(xk,yk)={g1'(xk,yk)+1000}×Gain-1000 （数式２）
ただし、g1"(xk,yk)：補正済画素値
g1'(xk,yk)：補正前画素値
Gain：ゲイン係数
例えば、Ｓｃａｌｅを３程度とし、図９（２）に示すように、同心円Ｄ１１，Ｄ１２で挟まれるリング状の領域Ｄ１内で、骨部領域Ｂ１の中心を通る直線を中心にα１×Ｓｃａｌｅの角度範囲に含まれる各画素値ｇ１′（ｘｋ，ｙｋ）に対して、ゲイン係数Ｇａｉｎを乗じて補正する。

ステップＳ４７では、検出された骨部領域Ｂｊのうち、画素値の補正を未だ行っていない骨部領域があるか否かを判定する。この判定において肯定される場合には、ステップＳ４３に戻り、骨部周辺における画素値の補正を継続する。一方、この判定において否定される場合には、骨部周辺画素値補正処理を終了する。

図１０は、このような骨部周辺画素値補正処理により得られる補正済断層画像の一例を示す図である。補整済断層画像Ｇ１″は、例えば図１０に示すように、補整済撮像視野外画像Ｇ１″ｆｇの骨部領域Ｂ１周辺において、ビームハードニング効果等に起因する画素値の低下が補正される。

ステップＳ５では、外挿法適用断層画像生成処理を実行する。具体的には、投影データセットＰに外挿法を適用して、外挿法適用断層画像Ｇ２を生成する。外挿法適用断層画像Ｇ２は、投影データにおける被検体の投影情報の欠落部分を擬似的に外挿してからフィルタ逆投影法を用いて画像再構成されるので、撮像視野の境界近傍に対応する部分に白とびのアーチファクトがほとんど発生しない。

ここで、外挿法適用断層画像生成処理の詳細について説明する。

図５は、外挿法適用断層画像生成処理の一例を示すフローチャートである。外挿法適用断層画像生成処理は、例えば、図５に示すような複数のステップで構成される。

ステップＳ５１では、注目投影データを設定する。すなわち、投影データセットＰを構成する各投影データＰｖ（ｖ＝１，２，…，Ｎ）のうち、後述の欠落部分の外挿が未だ行われていない１つの投影データを、処理対象となる注目投影データＰｔとして設定する。

ステップＳ５２では、注目投影データの実測部分の特徴量を算出する。すなわち、注目投影データＰｔのプロファイル(profile)上で、曲線の左右端部における勾配（傾き）ＳＬｌｔ，ＳＬｒｔ、信号強度ＭＧｌｔ，ＭＧｒｔ等を算出する。例えば、図１１に示すように、注目投影データＰｔの実測部分ｐｍを基に、投影データＰｔのプロファイル上で、曲線の左端部における勾配ＳＬｌｔと信号強度ＭＧｌｔを算出する。

ステップＳ５３では、注目投影データＰｔの欠落部分の推定および外挿を行う。すなわち、勾配ＳＬｌｔ，ＳＬｒｔ、信号強度ＭＧｌｔ，ＭＧｒｔ等を基に、注目投影データＰｔの欠落部分を推定し挿入する。例えば、図１１に示すように、勾配ＳＬｌｔおよび信号強度ＭＧｌｔを基に、中心位置のチャネル方向の位置をＸｌｔ、半径をＲｌｔとする円Ｃｌｔを定義する。次に、この円Ｃｌｔを被検体Ｈの体軸方向（ｚ方向）に延ばして形成される円柱状の水物質を仮想的に生成し、これを注目投影データＰｔのプロファイル上の端部にフィッティング(fitting)する。そして、この水物質を注目投影データＰｔに対応するビュー方向のパラレルビームで順投影して成る投影データ部分ｅｍを被検体Ｈの投影情報の欠落部分として外挿する。なお、この手法の詳細については、非特許文献、"A novel reconstruction algorithm to extend the CT scan
field-of-view", J.Hsieh, et al, Medical Physics, Vol.31, No.9, September
2004, P.2385-2391、あるいは、特許文献、特開２００４−１２１８５３号公報を参照されたい。

ステップＳ５４では、投影データＰｖのうち、未だ欠落部分の外挿が行われていない投影データがあるか否かを判定する。この判定において、肯定される場合には、ステップＳ５１に戻り、投影データの欠損分の外挿を続行する。一方、否定される場合には、ステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、外挿法適用断層画像を生成する。すなわち、欠落部分が外挿された投影データを含む外挿投影データセットＰ′を基に、フィルタ逆投影法により画像再構成し、実空間における撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する外挿法適用断層画像Ｇ２を生成する。

図１２は、このような外挿法適用断層画像生成処理により得られる外挿法適用断層画像の一例を示す図である。外挿法適用断層画像Ｇ２は、例えば図１２に示すように、撮像視野の境界近傍に対応する部分に白とびのアーチファクトがほとんど発生しない。

ステップＳ６では、画像合成処理を実行する。具体的には、図１３に示すように、外挿法適用断層画像Ｇ２における撮像視野に対応する外挿撮像視野画像Ｇ２ｆと、撮像視野補正済撮像視野外画像Ｇ１″ｆｇとを合成して、撮像視野に対応する画像が外挿撮像視野画像Ｇ２ｆであり、撮像視野外に対応する画像が撮像視野補正済撮像視野外画像Ｇ１″ｆｇである合成断層画像Ｇ３を生成する。これにより、撮像視野外に対応する領域における画素値のずれや被検体の輪郭のずれが抑制され、かつ、撮像視野の境界近傍に対応する領域における白とびのアーチファクトが抑制された断層画像が生成される。

このように、本実施形態によれば、再構成画像における撮像視野外に対応する領域を、実測された投影データのみを逆投影して再構成し、その領域における画素の画素値を、当該画素位置を通って逆投影される投影データのビュー数により正規化する。これにより、Ｘ線ＣＴ装置のハード面での変更を伴わず、ソフト的に再構成される領域を撮像視野外にまで広げることができ、Ｘ線ＣＴ撮影における画像化可能な領域をより簡易的に広くすることができる。

ところで、被検体が撮像視野外にはみ出すと、スキャンによって得られる一部のビュー方向の投影データ(data)では、被検体の投影情報がチャネル方向の端部で途切れてしまい、欠落（truncation）が生じる。この欠落が生じた投影データを含む複数のビュー方向の投影データで構成される投影データセット(dataset)を基に、例えばフィルタ(filter)逆投影法を用いて画像再構成してみる。すると、再構成画像における撮像視野外に対応する領域では、全ビューのうち少なくとも一部のビューについてパス(path)がないために投影データが逆投影されず、投影データが不足してアーチファクト(artifact)やＣＴ値のシフト(shift)が生じる。また、投影データの欠落部分近傍がフィルタ関数によって不適当に加工され、再構成画像における撮像視野の境界近傍に対応する領域では、画素値が極端に上がってアーチファクトを形成する。

このようなアーチファクトやＣＴ値のシフトを低減することが可能な方法として、外挿法と呼ばれる投影データを補正する方法が提案されている。外挿法とは、投影データの実測部分等を基に途切れた欠落部分を推定し、その推定した欠落部分を実測部分に付け加えるように外挿する方法である。このような外挿法により補正された投影データを基に画像再構成すると、撮像視野外に対応する領域では、逆投影時に欠落した一部のビュー方向の投影データ部分が仮設的に補われ、再構成画像におけるアーチファクトやＣＴ値のシフトが低減される。

しかしながら、外挿法によって外挿される投影データ部分は、あくまで推定による擬似データであるから、実際に被検体を投影したときに得られる投影データ部分から大きくずれる場合がある。このような場合、例えば、再構成画像における画素値が実際に得られるべき値より大きくずれることがある。また例えば、再構成画像における被検体の輪郭の位置が不正確となり、連続する複数の再構成画像で構成される３次元画像では、被検体の体軸方向の輪郭が大きく揺らぐことがある。

本実施形態によれば、外挿法を適用したときのように投影データにおける欠落部分の不適当な推定により、実際とは大幅に異なる像が再構成されることがなく、また、逆投影される投影データの数が不足して落ち込んだ画素値を元に戻すことができ、撮像視野外を含む領域を、画素値のずれや被検体の輪郭のずれが抑制された断層画像として画像化することが可能となる。

また、本実施形態では、正規化済撮像視野外画像における骨部周辺の画素値を引き上げているので、その骨部周辺に生じるビームハードニング効果等に起因する画素値の低下を補正することができる。

また、本実施形態では、画像合成処理により、断層画像における撮像視野に対応する画像として、外挿法を適用して生成された断層画像を用いた合成断層画像を生成しているので、撮像視野外に対応する領域の画素値のずれや被検体の輪郭のずれが抑制されるだけでなく、さらに、投影データの欠損に起因して撮像視野の境界近傍に対応する領域に生じる白とびのアーチファクトが抑制された断層画像を得ることができる。これにより、医師による読影が容易となり、診断効率が向上する。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更および追加が可能である。

例えば、外挿法は、上記非特許文献で提案されている手法に限定されず、投影データの欠落部分にデータを外挿する手法であれば、いずれの手法であってもよい。

また、例えば、再構成に必要な複数ビューとしては、いわゆるフルスキャン(full
scan)に対応する３６０度分のビューだけでなく、いわゆるハーフスキャン(half scan)に対応する１８０＋α度分のビューであってもよい。

また、例えば、画像再構成するために用いる逆投影法としては、特に、フィルタ逆投影法に限定されず、種々の逆投影法またはそれらを応用した手法を用いることができる。

また、例えば、投影データを収集する際に行うスキャンは、アキシャルスキャンだけでなく、ヘリカルスキャン(helical scan)等であってもよい。

なお、被検体をＸ線ＣＴ撮影する撮影手段を有しておらず、投影データセットを逆投影することにより、撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、再構成された断層画像における撮像視野外に対応する領域における画素の画素値を、この画素に対して再構成手段により逆投影される投影データのビュー数に基づいて正規化する画素値正規化手段を備える、例えばワークステーション(workstation)等の断層画像処理装置も本発明の一実施形態である。

また、コンピュータを、上記断層画像再構成手段と、上記画素値正規化手段として機能させるためのプログラムも本発明の一実施形態である。

本実施形態によるＸ線ＣＴ装置を示すブロック図である。 本実施形態によるＸ線ＣＴ装置における断層画像生成処理の一例を示すフローチャートである。 撮像視野外画素値正規化処理の一例を示すフローチャートである。 骨部周辺画素値補整処理の一例を示すフローチャートである。 外挿法適用断層画像生成処理の一例を示すフローチャートである。 断層画像再構成処理により得られる断層画像の一例を示す図である。 欠損ビュー数マップの一例および当該マップ上の欠損ビュー数の変化を表す図である。 撮像視野外画素値正規化処理により得られる正規化済断層画像の一例を示す図である。 骨部周辺画素値補正処理の一例を説明するための図である。 骨部周辺画素値補正処理により得られる補正済断層画像の一例を示す図である。 外挿法の一例を説明するための図である。 外挿法適用断層画像生成処理により得られる外挿法適用断層画像の一例を示す図である。 画像合成処理の一例の概要を説明するための図である。

符号の説明

１００ Ｘ線ＣＴ装置
１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
４ 制御インタフェース
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 回転部
８ 撮影テーブル
９ 走査ガントリ
１０ Ｘ線コントローラ
１１ Ｘ線管
１２ コリメータ
１３ Ｘ線検出器
１４ データ収集部
１５ 回転コントローラ

Claims (8)

1. 再構成に必要なビュー角度分に相当する複数のビュー方向の投影データを逆投影することにより、Ｘ線ＣＴ装置の撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、
   前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野外の断層画像に含まれる画素の画素値を、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野の断層画像の画素値相当に正規化する画素値正規化手段とを備える断層画像処理装置。
2. 前記画素値正規化手段は、前記撮像視野外の断層画像の各画素について、前記複数のビュー方向のうち投影データが実質的に逆投影されるまたは逆投影されないビュー方向の数と前記複数のビュー方向の数とに基づいて画素値を正規化する請求項１に記載の断層画像処理装置。
3. 前記画素値はＣＴ値であり、
   前記画素値正規化手段は、次式に従ってＣＴ値を正規化する請求項２に記載の断層画像処理装置。
   ｇ′（ｘ，ｙ）＝｛ｇ（ｘ，ｙ）＋１０００｝×Ｎ／（Ｎ−Ｍ）−１０００
   ただし、ｇ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）の画素における正規化前のＣＴ値、ｇ′（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）の画素における正規化後のＣＴ値、Ｎは、前記複数のビュー方向の数、Ｍは、前記実質的に逆投影されないビュー方向の数である。
4. 前記複数のビュー方向の投影データに、測定された投影データのチャネル方向の端部につながるデータを推定して外挿する外挿法を適用して、前記複数のビューの外挿済み投影データを得、該複数のビューの外挿済み投影データを逆投影することにより、前記空間に対応する外挿法適用断層画像を再構成する外挿法適用断層画像再構成手段と、
   前記撮像視野外に対応する画像が正規化済みの断層画像における前記撮像視野外に対応する部分であり、前記撮像視野に対応する画像が前記外挿法適用断層画像における前記撮像視野に対応する部分である合成断層画像を生成する合成断層画像生成手段とをさらに備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の断層画像処理装置。
5. 前記断層画像再構成手段は、前記複数のビュー方向の投影データに対してフィルタ逆投影法を適用する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の断層画像処理装置。
6. 前記断層画像における前記撮像視野外に対応する領域の画素値に基づいて、該領域における骨部領域を探索する骨部領域探索手段と、
   前記探索された骨部領域の周辺における画素の画素値を、該画素値に該骨部領域から該画素までの距離に応じて変化するゲイン係数を乗じてなる値に変換する画素値補正手段とをさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の断層画像処理装置。
7. 被検体をＸ線ＣＴ撮影して再構成に必要なビュー角度分に相当する複数のビュー方向の投影データを収集する撮影手段と、
   前記複数のビュー方向の投影データを逆投影することにより、撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、
   前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野外の断層画像に含まれる画素の画素値を、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野の断層画像の画素値相当に正規化する画素値正規化手段とを備えるＸ線ＣＴ装置。
8. コンピュータを、
   再構成に必要なビュー角度分に相当する複数のビュー方向の投影データを逆投影することにより、Ｘ線ＣＴ装置の撮像視野と撮像視野外とを含む空間に対応する断層画像を再構成する断層画像再構成手段と、
   前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野外の断層画像に含まれる画素の画素値を、前記断層画像再構成手段により得られる前記撮像視野の断層画像の画素値相当に正規化する画素値正規化手段として機能させるためのプログラム。