JP5646275B2

JP5646275B2 - 画像処理装置及びｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5646275B2
Application number: JP2010233518A
Authority: JP
Inventors: 崇博後藤; 成臣秋野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: JP2012085729A

Description

本発明の一態様である本実施形態は、Ｘ線で被検体を走査して得られた投影データに基づいて画像を再構成する画像処理装置及びＸ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関する。

Ｘ線ＣＴ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。

Ｘ線ＣＴ装置を使った動きの速い特に心臓検査では、画像の時間分解能の向上が重要な課題の一つである。時間分解能を高めるための再構成方式としては、たとえば、ハーフ再構成やセグメント再構成等がある。

ハーフ再構成は、Ｘ線管が１８０度＋α（α：ファン角度）の範囲を回転する間に収集された投影データを用いて画像を再構成する手法である。ハーフ再構成では、３６０度範囲の投影データから画像を再構成する場合（フル再構成）と比較した場合、時間分解能を約１／２にすることができる。

一方、従来のセグメント再構成は、所定の数の心拍分の投影データから同一断面及び同一位相の投影データを抽出し、抽出した複数の投影データを合成して１８０度＋αの範囲の投影データとした後、ハーフ再構成を行なう手法である。セグメント再構成では、利用する心拍数をＮとすると、３６０度範囲の投影データから画像を再構成する場合と比較して時間分解能を約（１８０＋α）／Ｎにすることができる。

従来のセグメント再構成を行なう場合、使用する複数心拍において同一位相のデータを用いている。同一位相の設定方法としては、投影データ上における複数位相データを用いて、時間方向の差分によって求められた動き量に基づく方法がある。動き量を時系列に並べたモーションマップを生成し、そのモーションマップに基づいて動き量の少ない位相を自動的に同一位相として設定するものである。

また、視覚的に同一位相を設定する場合は、複数ビューの投影データを用いてハーフ再構成を行ない、各位相の画像データを実際に確認して操作者が任意の位相を設定する。

なお、本発明に関連する特許文献として、以下の特許文献１が挙げられる。

特開２００７−３７７８２号公報

しかしながら、実際の心臓では心拍間の形状の差異や、位相周期の差異が生じることがある。よって、従来のセグメント再構成による画像データは、時間分解能が向上した場合でもこれらの差異の影響で結果的に画質が劣化する虞がある。画質の劣化は心拍数にバラつきがある場合に見られ、特に位相がずれているものは従来の位相の設定方法では除外心拍となり、結果的に画像に寄与しない無駄な撮影を行なうことなり、不要被曝の問題がある。

さらに、一度に同位相の心臓データを収集した場合、任意の位相を用いて従来のセグメント再構成が可能であるが、使用心拍間の形状差や位相周期差が顕著となる可能性がある。

本実施形態の画像処理装置は、上述した課題を解決するために、複数心拍に亘る被検体の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、前記基準位相のビューデータ値と、前記非基準心拍のビューデータ値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分ビューデータ値の全部又は一部分の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出されたビューデータの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、を有する。
また、本実施形態の画像処理装置は、上述した課題を解決するために、複数心拍に亘る被検体の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、前記複数心拍のうち前記基準心拍以外の非基準心拍毎に、セグメント再構成するためのセグメント位相をそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、再構成処理に必要な複数ビューに相当するビューデータセットを基に画像データを再構成する再構成手段と、有し、前記心拍位相設定手段は、前記画像データを基に、前記基準心拍及び前記基準位相を設定し、前記セグメント位相設定手段は、前記基準位相の画像データの画素値と、前記非基準心拍の画像データの画素値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分画像データを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分画像データの全部又は一部分の画素値の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分画像データを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出された画像データの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定する。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、上述した課題を解決するために、被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記被検体の心拍情報を計測する心電計測手段と、前記Ｘ線検出手段から出力される、複数心拍に亘る前記Ｘ線の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、前記基準位相のビューデータ値と、前記非基準心拍のビューデータ値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分ビューデータ値の全部又は一部分の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出されたビューデータの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、を有する。
また、本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、上述した課題を解決するために、被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記被検体の心拍情報を計測する心電計測手段と、前記Ｘ線検出手段から出力される、複数心拍に亘る前記Ｘ線の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、前記複数心拍のうち前記基準心拍以外の非基準心拍毎に、セグメント再構成するためのセグメント位相をそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、再構成処理に必要な複数ビューに相当するビューデータセットを基に画像データを再構成する再構成手段と、有し、前記心拍位相設定手段は、前記画像データを基に、前記基準心拍及び前記基準位相を設定し、前記セグメント位相設定手段は、前記基準位相の画像データの画素値と、前記非基準心拍の画像データの画素値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分画像データを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分画像データの全部又は一部分の画素値の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分画像データを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出された画像データの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定する。

第１実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図。第１実施形態のＸ線ＣＴ装置の機能を示すブロック図。画像データの差分処理の概念を示す図。画像データの抽出処理の概念を示す図。非基準心拍の差分画像データの画素値の標準偏差をグラフとして示す図。第１実施形態のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャート。第２実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図。第２実施形態のＸ線ＣＴ装置の機能を示すブロック図。基準心拍におけるモーションマップの一例を示す図。非基準心拍におけるモーションマップの一例を示す図。第２実施形態のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャート。

本実施形態の画像処理装置及びＸ線ＣＴ装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態のＸ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ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（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）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（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）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、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。

加えて、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ＣＴ装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態のＸ線ＣＴ装置では、従来からの一管球型のＸ線ＣＴ装置であっても、多管球型のＸ線ＣＴ装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型のＸ線ＣＴ装置として説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図である。

図１は、第１実施形態のＸ線ＣＴ装置１を示す。Ｘ線ＣＴ装置１は、大きくは、スキャナ装置１１及び画像処理装置１２によって構成される。Ｘ線ＣＴ装置１のスキャナ装置１１は、通常は検査室に設置され、患者（被検体）Ｏに関するＸ線の透過データを生成するために構成される。一方、画像処理装置１２は、通常は検査室に隣接する制御室に設置され、透過データを基に投影データを生成して再構成画像の生成・表示を行なうために構成される。

Ｘ線ＣＴ装置１のスキャナ装置１１は、Ｘ線管（Ｘ線源）２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ（ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）２４、回転部２５、高電圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８、心電計ユニット２９、天板３０、天板駆動装置３１、及びコントローラ３２を設ける。

Ｘ線管２１は、高電圧電源２６から供給された管電圧に応じて金属製のターゲットに電子線を衝突させることでＸ線を発生させ、Ｘ線検出器２３に向かって照射する。Ｘ線管２１から照射されるＸ線によって、ファンビームＸ線やコーンビームＸ線が形成される。Ｘ線管２１は、高電圧電源２６を介したコントローラ３２による制御によって、Ｘ線の照射に必要な電力が供給される。

絞り２２は、絞り駆動装置２７によって、Ｘ線管２１から照射されるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。すなわち、絞り駆動装置２７によって絞り２２の開口を調整することによって、スライス方向のＸ線照射範囲を変更できる。

Ｘ線検出器２３は、チャンネル方向に複数、及び列（スライス）方向に単一の検出素子を有する１次元アレイ型の検出器である。又は、Ｘ線検出器２３は、マトリクス状、すなわち、チャンネル方向に複数、及び列方向に複数の検出素子を有する２次元アレイ型の検出器（マルチスライス型検出器ともいう。）である。Ｘ線検出器２３は、Ｘ線管２１から照射され、患者Ｏを透過したＸ線を検出する。

ＤＡＳ２４は、Ｘ線検出器２３の各Ｘ線検知素子が検知する透過データの信号を増幅してデジタル信号に変換する。ＤＡＳ２４の出力データは、スキャナ装置１１のコントローラ３２を介して画像処理装置１２に供給される。

回転部２５は、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、及びＤＡＳ２４を一体として保持する。回転部２５は、Ｘ線管２１とＸ線検出器２３とを対向させた状態で、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、及びＤＡＳ２４を一体として患者Ｏの周りに回転できるように構成されている。なお、回転部２５の回転中心軸と平行な方向をｚ軸方向、そのｚ軸方向に直交する平面をｘ軸方向、ｙ軸方向で定義する。

高電圧電源２６は、コントローラ３２による制御によって、Ｘ線の照射に必要な電力をＸ線管２１に供給する。

絞り駆動装置２７は、コントローラ３２による制御によって、絞り２２におけるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する機構を有する。

回転駆動装置２８は、コントローラ３２による制御によって、回転部２５がその位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように回転部２５を回転させる機構を有する。

心電計ユニット２９は、図示しない心電計電極、アンプ及びＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇｔｏｄｉｇｉｔａｌ）変換回路によって構成される。心電計ユニット２９は、心電計電極によって感知された電気信号としての心電波形データをアンプによって増幅し、増幅信号から雑音を除去してデジタル信号に変換する。心電計ユニット２９は、患者Ｏに装着される。

天板３０は、患者Ｏを載置可能である。

天板駆動装置３１は、コントローラ３２による制御によって、天板３０をｙ軸方向に沿って昇降動させると共に、ｚ軸方向に沿って進入／退避動させる機構を有する。回転部２５の中央部分は開口を有し、その開口部の天板３０に載置された患者Ｏが挿入される。

コントローラ３２は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）、及びメモリによって構成される。コントローラ３２は、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ２４、高電圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８、心電計ユニット２９、及び天板駆動装置３１等の制御を行なってスキャンを実行させる。

Ｘ線ＣＴ装置１の画像処理装置１２は、コンピュータをベースとして構成されており、病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮと相互通信可能である。画像処理装置１２は、大きくは、ＣＰＵ４１、メモリ４２、ＨＤＤ（ｈａｒｄｄｉｓｃｄｒｉｖｅ）４３、入力装置４４、及び表示装置４５等の基本的なハードウェアから構成される。ＣＰＵ４１は、共通信号伝送路としてのバスを介して、画像処理装置１２を構成する各ハードウェア構成要素に相互接続されている。なお、画像処理装置１２は、記録媒体ドライブ４６を具備する場合もある。

ＣＰＵ４１は、半導体で構成された電子回路が複数の端子を持つパッケージに封入されている集積回路（ＬＳＩ）の構成をもつ制御装置である。医師等の操作者によって入力装置４４が操作等されることにより指令が入力されると、ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶しているプログラムを実行する。又は、ＣＰＵ４１は、ＨＤＤ４３に記憶しているプログラム、ネットワークＮから転送されてＨＤＤ４３にインストールされたプログラム、又は記録媒体ドライブ４６に装着された記録媒体から読み出されてＨＤＤ４３にインストールされたプログラムを、メモリ４２にロードして実行する。

メモリ４２は、ＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）等の要素を兼ね備える構成をもつ記憶装置である。内部記憶装置は、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌｐｒｏｇｒａｍｌｏａｄｉｎｇ）、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔｓｙｓｔｅｍ）及びデータを記憶したり、ＣＰＵ４１のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いられたりする。

ＨＤＤ４３は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクが着脱不能で内蔵されている構成をもつ記憶装置である。ＨＤＤ４３は、画像処理装置１２にインストールされたプログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）や、投影データや画像データを記憶する記憶装置である。また、ＯＳに、操作者に対する情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力装置４４によって行なうことができるＧＵＩ（ｇｒａｐｈｉｃａｌｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供させることもできる。

入力装置４４は、操作者によって操作が可能なポインティングデバイスであり、操作に従った入力信号がＣＰＵ４１に送られる。

表示装置４５は、図示しない画像合成回路、ＶＲＡＭ（ｖｉｄｅｏｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、及びディスプレイ等を含んでいる。画像合成回路は、画像データに種々のパラメータの文字データ等を合成した合成データを生成する。ＶＲＡＭは、合成データを、ディスプレイに表示する表示画像データとして展開する。ディスプレイは、液晶ディスプレイやＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅｒａｙｔｕｂｅ）等によって構成され、表示画像データを表示画像として順次表示する。

記録媒体ドライブ４６は、記録媒体の着脱が可能となっており、記録媒体に記録されたデータ（プログラムを含む）を読み出してバス上に出力し、また、バスを介して供給されるデータを記録媒体に書き込む。このような記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することができる。

画像処理装置１２は、スキャナ装置１１のＤＡＳ２４から入力された生データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理（前処理）を行なって投影データを生成し、心電波形データに基づく位相と関連付けてＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶させる。以下、位相を、Ｒ波を基準としたｍｓｅｃ．（ミリ秒）として表現する。しかしながら、位相は、心拍周期をｍ［％］間隔で分割した場合の０，ｍ，２ｍ，…，１００［％］、例えば心拍周期を２［％］間隔で分割した場合の０，２，４，…，１００［％］で表現される場合もある。

また、画像処理装置１２は、前処理された投影データに対して散乱線の除去処理を行なう。画像処理装置１２は、Ｘ線曝射範囲内の投影データの値に基づいて散乱線の除去を行なうものであり、散乱線補正を行なう対象の投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから推定された散乱線を、対象となる投影データから減じて散乱線補正を行なう。画像処理装置１２は、補正された投影データを基にセグメント再構成することで画像データを生成してＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶させる。

従来のセグメント再構成は、所定の数の心拍分の投影データから同一断面及び同一位相の投影データを抽出し、抽出された複数の投影データを合成して１８０度＋α（α：ファン角度）の範囲の投影データとした後、ハーフ再構成を行なう手法である。セグメント再構成では、利用する心拍数をＮとすると、３６０度範囲の投影データから画像を再構成する場合と比較して時間分解能を約（１８０＋α）／ｎにすることができる。

図２は、第１実施形態のＸ線ＣＴ装置１の機能を示すブロック図である。

図１に示すＣＰＵ４１がプログラムを実行することによって、Ｘ線ＣＴ装置１は、図２に示すように、スキャン制御部５１、投影データ生成部５２、再構成部５３、セグメント位相設定部５４、及びセグメント再構成部５５として機能する。なお、Ｘ線ＣＴ装置１を構成する各構成要素５１乃至５５は、ＣＰＵ４１がプログラムを実行することによって機能するものとするが、その場合に限定されるものではない。Ｘ線ＣＴ装置１を構成する各構成要素５１乃至５５の全部又は一部をハードウェアとしてＸ線ＣＴ装置１に設ける場合であってもよい。

スキャン制御部５１は、スキャナ装置１１のコントローラ３２を制御して、患者Ｏの心電波形データを取得しながら、患者Ｏのスキャンを実行させてビュー毎に生データを収集する機能を有する。すなわち、スキャン制御部５１は、心電同期撮影を実行させる。

投影データ生成部５２は、スキャナ装置１１のＤＡＳ２４から入力された生データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理を行なって投影データを生成して、ＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶させる。また、投影データ生成部５２は、投影データに対して散乱線の除去処理を行なってもよい。散乱線の除去処理とは、Ｘ線曝射範囲内の投影データの値に基づいて散乱線の除去を行なうものであり、散乱線補正を行なう対象の投影データ又はその隣接投影データの値の大きさから推定された散乱線を、対象となる投影データから減じて散乱線補正を行なう。

再構成部５３は、投影データ生成部５２（又は記憶装置）から入力される、所要位相を中心とするハーフ再構成処理に必要な複数ビューに相当する投影データセットを基に、画像データ（断面画像データ、又は３次元画像データ）を位相毎に生成する機能を有する。ハーフ再構成処理に必要な複数ビューは、１８０度＋α（α：ファン角）の範囲に含まれる全てのビューの集合であってもよいし、１８０度＋αの範囲に含まれる離間したビューの集合であってもよい。再構成部５３は、複数ビューが１８０度＋αの範囲に含まれる全てのビューの集合であっても、又は、１８０度＋αの範囲に含まれる離間したビューの集合であっても、一般的な逆投影を用いて画像データを再構成する。しかし、再構成部５３は、複数ビューが１８０度＋αの範囲に含まれる離間したビューの集合である場合、逐次近似再構成を用いて画像データを生成してもよい。逐次近似再構成は代数的な手法であり、逆投影で再構成を行なう場合と異なり、均等な間隔のビューデータがなくとも画像データを生成することができる。

セグメント位相設定部５４は、基準心拍設定部６１、基準位相設定部６２、差分演算部６３、及び位相設定部６４として機能する。従来のセグメント再構成では、全ての心拍において同一のセグメント位相を設定するものである。しかし、セグメント位相設定部５４は、画像データを基に心拍毎にセグメント位相を設定するものである。

基準心拍設定部６１は、複数心拍（第１，第２，…，第ｎ心拍）の中から基準心拍を設定する機能を有する。例えば、基準心拍設定部６１は、再構成部５３によって生成され、表示装置４５に表示された画像データを見ながら操作者が入力装置４４を介して入力する入力信号を基に、第１心拍を基準心拍として設定する。

基準位相設定部６２は、基準心拍設定部６１によって設定された基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する機能を有する。例えば、基準位相設定部６２は、再構成部５３によって生成され、表示装置４５に表示された画像データを見ながら操作者が入力装置４４を介して入力する入力信号を基に、３９０ｍｓｅｃ．を基準位相として設定する。

差分演算部６３は、基準位相設定部６２によって設定された基準位相の画像データの画素値（ＣＴ値）と、ＨＤＤ４３等の記憶装置から取得される基準心拍以外の心拍（非基準心拍）の画像データの画素値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分画像データを心拍毎にそれぞれ生成する機能と、差分画像データを基に、基準位相の画像データの画素値との差異が最小となる非基準心拍の画像データを心拍毎にそれぞれ抽出する機能とを有する。差分演算部６３は、差分画像データ（又は、差分画像データの一部分）の画素値の標準偏差又は絶対値総和（又は、二乗和）を求め、標準偏差又は総和が最小となる差分画像データを心拍毎にそれぞれ抽出する。

図３は、画像データの差分処理の概念を示す図である。図４は、画像データの抽出処理の概念を示す図である。

図３の左列上段は、基準心拍設定部６１によって設定された基準心拍としての第１心拍の中の複数位相の画像データのうち、基準位相設定部６２によって設定された基準位相としての３９０ｍｓｅｃ．の画像データを示す。図３の中央列上段は、基準心拍設定部６１によって設定された基準心拍以外の心拍としての第２心拍の中の複数位相の画像データを示す。図３の右列上段は、左列上段の第１心拍の位相３９０ｍｓｅｃ．の画像データと、中央列上段の第２心拍の複数位相の画像データとの差分処理後の複数位相の差分画像データを示す。図３の中段は第３心拍について、図３の下段は第ｎ心拍について、それぞれ示したものである。

図４の左列上段は、図３の右列上段に示す第２心拍の複数位相の差分画像データを示す。図４の右列上段は、左列上段の第２心拍の複数位相の差分画像データから心拍毎に抽出されたある位相の差分画像データを示す。図４の中段は第３心拍について、図４の下段は第ｎ心拍について、それぞれ示したものである。

図２に示す位相設定部６４は、差分演算部６３によって抽出された画像データに相当する心拍毎の位相を、各心拍におけるセグメント位相として設定する機能を有する。図５によると、位相設定部６４は、第２心拍においては、セグメント位相を４４０ｍｓｅｃ．と設定する。

セグメント再構成部５５は、基準位相設定部６２によって設定される基準心拍の基準位相のセグメントに含まれる複数ビューの投影データ（対向データを含む）と、セグメント位相設定部５４によって心拍毎に設定されたセグメント位相に含まれる複数ビューの投影データ（対向データを含む）とを基にセグメント再構成を実施して、セグメント再構成画像データを生成する機能を有する。なお、再構成部５３における説明と同様に、セグメント再構成部５５は、逐次近似再構成を行なってもよい。

図５は、非基準心拍の差分画像データの画素値の標準偏差をグラフとして示す図である。

図５によると、位相設定部６４は、基準心拍以外の心拍としての第２心拍においては、差分画像データの標準偏差が最小となるセグメント位相４７０ｍｓｅｃ．を設定し、基準心拍以外の心拍としての第３心拍においては、差分画像データの標準偏差が最小となるセグメント位相４２１ｍｓｅｃ．を設定し、基準心拍以外の心拍としての第４心拍においては、差分画像データの標準偏差が最小となるセグメント位相４４３ｍｓｅｃ．を設定し、基準心拍以外の心拍としての第ｎ心拍においては、差分画像データの標準偏差が最小となるセグメント位相２４３ｍｓｅｃ．を設定する。よって、セグメント再構成部５５は、基準心拍設定部６１及び基準位相設定部６２によって設定された第１心拍のセグメント位相３９０ｍｓｅｃ．に含まれる投影データと、第２心拍のセグメント位相４７０ｍｓｅｃ．に含まれる投影データと、第３心拍のセグメント位相４２１ｍｓｅｃ．に含まれる投影データと、第４心拍のセグメント位相４４３ｍｓｅｃ．に含まれる投影データと、第ｎ心拍のセグメント位相２４３ｍｓｅｃ．に含まれる投影データとを基に、セグメント再構成を実施する。しかし、従来技術では、全ての心拍のセグメント位相、例えば３９０ｍｓｅｃ．に含まれる投影データを基に、セグメント再構成されてしまう。

続いて、第１実施形態のＸ線ＣＴ装置１の動作を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

Ｘ線ＣＴ装置１は、スキャナ装置１１のコントローラ３２を制御して、患者Ｏの心電波形データを取得しながら（ステップＳＴ１）、複数心拍に亘って患者Ｏの心臓の同一断面をスキャンしてビュー毎に生データを収集する（ステップＳＴ２）。

Ｘ線ＣＴ装置１は、ステップＳＴ２によって収集された生データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理を行なって投影データを生成して（ステップＳＴ３）、ＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶させる。

Ｘ線ＣＴ装置１は、ハーフ再構成に必要な投影データセットを基に、画像データを再構成する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ４は、複数心拍に亘る投影データを基に、各心拍について、複数位相の画像データを再構成する。

Ｘ線ＣＴ装置１は、複数心拍の中から基準心拍を設定し（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ５によって設定された基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する（ステップＳＴ６）。Ｘ線ＣＴ装置１は、ステップＳＴ６によって設定された基準位相の画像データの画素値と、非基準心拍の画像データの画素値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分画像データを心拍毎にそれぞれ生成し、差分画像データを基に、基準位相の画像データの画素値との差異が最小となる非基準心拍の画像データを心拍毎にそれぞれ抽出する（ステップＳＴ７）。

Ｘ線ＣＴ装置１は、ステップＳＴ７によって抽出された心拍毎の画像データに相当する位相を、各心拍のセグメント位相として設定する（ステップＳＴ８）。Ｘ線ＣＴ装置１は、ステップＳＴ６によって設定される基準心拍の基準位相のセグメントに含まれる複数ビューの投影データと、ステップＳＴ８によって心拍毎に設定されたセグメント位相に含まれる複数ビューの投影データとを基にセグメント再構成を実施して、セグメント再構成画像データを生成する（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ９によって生成されたセグメント再構成画像データは、ＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶されたり、表示装置４５に表示されたりする（ステップＳＴ１０）。

第１実施形態のＸ線ＣＴ装置１によると、心拍間の形状の差異を考慮して心拍毎に形状差の少ないセグメント位相をそれぞれ設定することで、セグメント画像の画質を向上できる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態のＸ線ＣＴ装置を示すハードウェア構成図である。

図７は、第２実施形態のＸ線ＣＴ装置１Ａを示す。Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、大きくは、スキャナ装置１１及び画像処理装置１２Ａによって構成される。Ｘ線ＣＴ装置１Ａのスキャナ装置１１は、通常は検査室に設置され、患者Ｏに関するＸ線の透過データを生成するために構成される。一方、画像処理装置１２Ａは、通常は検査室に隣接する制御室に設置され、透過データを基に投影データを生成して再構成画像の生成・表示を行なうために構成される。

Ｘ線ＣＴ装置１Ａの画像処理装置１２Ａは、コンピュータをベースとして構成されており、病院基幹のＬＡＮ等のネットワークＮと相互通信可能である。画像処理装置１２Ａは、大きくは、ＣＰＵ４１Ａ、メモリ４２、ＨＤＤ４３、入力装置４４、及び表示装置４５等の基本的なハードウェアから構成される。ＣＰＵ４１Ａは、共通信号伝送路としてのバスを介して、画像処理装置１２Ａを構成する各ハードウェア構成要素に相互接続されている。なお、画像処理装置１２Ａは、記録媒体ドライブ４６を具備する場合もある。

ＣＰＵ４１Ａは、ＣＰＵ４１と同様に、半導体で構成された電子回路が複数の端子を持つパッケージに封入されている集積回路の構成をもつ制御装置である。

なお、図７に示すＸ線ＣＴ装置１Ａの構成において、図１に示すＸ線ＣＴ装置１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図８は、第２実施形態のＸ線ＣＴ装置１Ａの機能を示すブロック図である。

図７に示すＣＰＵ４１Ａがプログラムを実行することによって、Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、図８に示すように、スキャン制御部５１、投影データ生成部５２、セグメント位相設定部５４Ａ、及びセグメント再構成部５５として機能する。なお、Ｘ線ＣＴ装置１Ａを構成する各構成要素５１乃至５５は、ＣＰＵ４１Ａがプログラムを実行することによって機能するものとするが、その場合に限定されるものではない。Ｘ線ＣＴ装置１Ａを構成する各構成要素５１乃至５５の全部又は一部をハードウェアとしてＸ線ＣＴ装置１Ａに設ける場合であってもよい。

セグメント位相設定部５４Ａは、基準心拍設定部６１、基準位相設定部６２Ａ、差分演算部６３Ａ、及び位相設定部６４Ａとして機能する。従来のセグメント再構成では、全ての心拍において同一のセグメント位相を設定するものである。しかし、セグメント位相設定部５４Ａは、ビューデータを基に心拍毎にセグメント位相を設定するものである。

基準位相設定部６２Ａは、ビュー毎の透過データに基づくビューデータ（スキャン制御部５１によって収集された生データ、又は投影データ生成部５２によって生成された投影データ）を基に、基準心拍設定部６１によって設定された基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する機能を有する。例えば、基準位相設定部６２は、ビューデータを基に基準心拍のモーション（動き量）マップを生成することで、基準心拍における複数位相の中からモーションが最小の最適位相を基準位相として設定する。また、例えば、基準位相設定部６２Ａは、表示装置４５に表示されたモーションマップを見ながら操作者が入力装置４４を介して入力する入力信号を基に、基準位相を設定してもよい。

図９は、基準心拍におけるモーションマップの一例を示す図である。図１０は、非基準心拍におけるモーションマップの一例を示す図である。

図９は、スキャン制御部５１によって収集されたビューデータに基づく、基準心拍のモーションマップを示す。図１０は、スキャン制御部５１によって収集されたビューデータに基づく、基準心拍に連続する（隣り合う）非基準心拍のモーションマップを示す。モーションマップは、所定位相のビューデータ値と、所定位相の数位相前のビューデータ値との差分ビューデータ値の和を所定位相のモーションとするものである。

図８に示す差分演算部６３Ａは、基準位相設定部６２Ａによって設定された基準位相のビューデータ値と、ＨＤＤ４３等の記憶装置から取得される非基準心拍のビューデータ値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ生成する機能と、差分ビューデータを基に、基準位相のビューデータ値との差異が最小となる非基準心拍の差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出する機能とを有する。例えば、差分演算部６３Ａは、差分ビューデータ（又は、差分ビューデータの一部分）値の標準偏差又は絶対値総和（又は、二乗和）を求め、標準偏差又は総和が最小となる差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出する。

位相設定部６４Ａは、差分演算部６３Ａによって抽出されたビューデータに相当する心拍毎の位相を、各心拍におけるセグメント位相として設定する機能を有する。また、例えば、位相設定部６４Ａは、表示装置４５に表示された非基準心拍のモーションマップを見ながら操作者が入力装置４４を介して入力する入力信号を基に、心拍毎にセグメント位相を設定してもよい。

なお、図８に示すＸ線ＣＴ装置１Ａの機能において、図２に示すＸ線ＣＴ装置１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

続いて、第２実施形態のＸ線ＣＴ装置１Ａの動作を、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。

Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、スキャナ装置１１のコントローラ３２を制御して、患者Ｏの心電波形データを取得しながら（ステップＳＴ１）、複数心拍に亘って患者Ｏの心臓の同一断面をスキャンしてビュー毎に生データを収集する（ステップＳＴ２）。

Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、ステップＳＴ２によって収集された生データに対して対数変換処理や、感度補正等の補正処理を行なって投影データを生成して（ステップＳＴ３）、ＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶させる。

Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、複数心拍の中から基準心拍を設定する（ステップＳＴ１５）。Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、ビュー毎の透過データに基づくビューデータを基に、ステップＳＴ１５によって設定された基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する（ステップＳＴ１６）。ステップＳＴ１６は、ビューデータを基に基準心拍のモーションマップを生成することで、基準心拍における複数位相の中からモーションが最小の最適位相を基準位相として設定する。Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、ステップＳＴ１６によって設定された基準位相のビューデータ値と、非基準心拍のビューデータ値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ生成し、差分ビューデータを基に、基準位相のビューデータ値との差異が最小となる非基準心拍のビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出する（ステップＳＴ１７）。

Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、ステップＳＴ１７によって抽出されたビューデータに相当する心拍毎の位相を、各心拍のセグメント位相として設定する（ステップＳＴ１８）。Ｘ線ＣＴ装置１Ａは、ステップＳＴ１６によって設定される基準心拍の基準位相のセグメントに含まれる複数ビューの投影データと、ステップＳＴ１８によって心拍毎に設定されたセグメント位相に含まれる複数ビューの投影データとを基にセグメント再構成を実施して、セグメント再構成画像データを生成する（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ９によって生成されたセグメント再構成画像データは、ＨＤＤ４３等の記憶装置に記憶されたり、表示装置４５に表示されたりする（ステップＳＴ１０）。

第２実施形態のＸ線ＣＴ装置１Ａによると、心拍間の形状の差異を考慮して心拍毎に形状差の少ないセグメント位相をそれぞれ設定することで、セグメント画像の画質を向上できる。

また、第２実施形態のＸ線ＣＴ装置１Ａによると、ビューデータに基づいて心拍毎にセグメント位相をそれぞれ設定することができるので、第１実施形態のＸ線ＣＴ装置１と比較して、コストを軽減できる。

なお、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１，１Ａは、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１，１Ａに開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１，１ＡＸ線ＣＴ装置
１１スキャナ装置
１２，１２Ａ画像処理装置
２１Ｘ線管
２３Ｘ線検出器
２４ＤＡＳ
３２コントローラ
４１，４１ＡＣＰＵ
４３ＨＤＤ
４４入力装置
４５表示装置
５１スキャン制御部
５２投影データ生成部
５３再構成部
５４，５４Ａセグメント位相設定部
５５セグメント再構成部
６１基準心拍設定部
６２，６２Ａ基準位相設定部
６３，６３Ａ差分演算部
６４，６４Ａ位相設定部

Claims

複数心拍に亘る被検体の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、
前記基準位相のビューデータ値と、前記非基準心拍のビューデータ値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分ビューデータ値の全部又は一部分の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出されたビューデータの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、
前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
複数心拍に亘る被検体の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、
前記複数心拍のうち前記基準心拍以外の非基準心拍毎に、セグメント再構成するためのセグメント位相をそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、
前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、
再構成処理に必要な複数ビューに相当するビューデータセットを基に画像データを再構成する再構成手段と、有し、
前記心拍位相設定手段は、前記画像データを基に、前記基準心拍及び前記基準位相を設定し、
前記セグメント位相設定手段は、前記基準位相の画像データの画素値と、前記非基準心拍の画像データの画素値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分画像データを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分画像データの全部又は一部分の画素値の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分画像データを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出された画像データの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定することを特徴とする画像処理装置。
被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、
前記被検体の心拍情報を計測する心電計測手段と、
前記Ｘ線検出手段から出力される、複数心拍に亘る前記Ｘ線の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、
前記基準位相のビューデータ値と、前記非基準心拍のビューデータ値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分ビューデータ値の全部又は一部分の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分ビューデータを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出されたビューデータの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、
前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、
を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記被検体の心拍情報を計測する心電計測手段と、
前記Ｘ線検出手段から出力される、複数心拍に亘る前記Ｘ線の透過データに基づいて生成されるビュー毎のビューデータを前記心拍情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶されたビューデータを基に、前記複数心拍の中から基準心拍を設定し、前記基準心拍に含まれる複数位相の中から基準位相を設定する心拍位相設定手段と、
前記複数心拍のうち前記基準心拍以外の非基準心拍毎に、セグメント再構成するためのセグメント位相をそれぞれ設定するセグメント位相設定手段と、
前記基準位相のセグメントに含まれるビューのビューデータと、前記セグメント位相に含まれるビューのビューデータとを基に、前記複数心拍におけるセグメント再構成を実施するセグメント再構成手段と、
再構成処理に必要な複数ビューに相当するビューデータセットを基に画像データを再構成する再構成手段と、有し、
前記心拍位相設定手段は、前記画像データを基に、前記基準心拍及び前記基準位相を設定し、
前記セグメント位相設定手段は、前記基準位相の画像データの画素値と、前記非基準心拍の画像データの画素値とを対応させてそれぞれ差分処理して差分画像データを心拍毎にそれぞれ生成し、前記差分画像データの全部又は一部分の画素値の標準偏差、又は絶対値総和を求め、前記標準偏差又は前記総和が最小となる差分画像データを心拍毎にそれぞれ抽出し、前記抽出された画像データの位相を前記セグメント位相としてそれぞれ設定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。