JP5800177B2 - 断層画像処理装置および断層画像処理方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の形態としての断層画像処理装置は、断層撮影装置により得られた互いにスライス厚が異なる複数の断層画像から、前記複数の断層画像のスライス厚のいずれよりもスライス厚が薄い薄層化断層画像を生成する断層画像処理装置であって、前記複数の断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記薄層化断層画像を生成する画像間演算処理部を備え、前記所定の演算処理は、前記複数の断層画像に対応する複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに係数を乗じ、係数を乗じた複数のスライス感度プロファイルを加減することで、前記複数のスライス感度プロファイルよりもスライス厚が薄い薄層化スライス感度プロファイルを生成した際の、前記複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに乗じられた係数とそれぞれのスライス感度プロファイルの積算値とを対応する断層画像に乗じ、当該係数および積算値を乗じた複数の断層画像を加減し、当該加減の後に薄層化スライス感度プロファイルの積算値で除する演算処理であることを特徴とする。
本発明の第2の形態としての断層画像処理装置は、断層撮影装置においてヘリカルスキャンを行うことにより得られた互いにスライス厚が異なる複数のヘリカル断層画像から、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行うことにより得られる断層画像と同等の擬似ノンヘリカル断層画像を生成する断層画像処理装置であって、前記複数のヘリカル断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記擬似ノンヘリカル断層画像を生成する画像間演算処理部を備え、前記所定の演算処理は、前記複数のヘリカル断層画像に対応する複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに係数を乗じ、係数を乗じた複数のスライス感度プロファイルを加減することで、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行った場合のスライス感度プロファイルと同等の擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルを生成した際の、前記複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに乗じられた係数とそれぞれのスライス感度プロファイルの積算値とを対応するヘリカル断層画像に乗じ、当該係数および積算値を乗じた複数のヘリカル断層画像を加減し、当該加減の後に擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルの積算値で除する演算処理であることを特徴とする。
これらの断層画像処理装置によれば、断層撮影装置により得られる断層画像よりも厚さ方向の解像度が高い断層画像を得、あるいは、より少ない演算処理量で擬似ノンヘリカル断層画像を生成することが可能となる。
断層撮影装置により得られた互いにスライス厚が異なる複数の断層画像から、前記複数の断層画像のスライス厚のいずれよりもスライス厚が薄い薄層化断層画像を生成する断層画像処理装置であって、前記複数の断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記薄層化断層画像を生成する画像間演算処理部を備え、前記所定の演算処理は、前記複数の断層画像に対応するスライス感度プロファイルから、前記スライス感度プロファイルよりもスライス厚が薄い薄層化スライス感度プロファイルを生成するためのプロファイル生成演算処理に基づいて決定された演算処理である断層画像処理装置。この適用例によれば、演算処理により得られる断層画像のスライス厚は、断層撮影装置により得られた断層画像のスライス厚よりも薄くできる。そのため、断層撮影装置により得られる断層画像よりも、より厚さ方向の解像度が高い断層画像を得ることが可能となる。
断層撮影装置においてヘリカルスキャンを行うことにより得られた互いにスライス厚が異なる複数のヘリカル断層画像から、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行うことにより得られる断層画像と同等の擬似ノンヘリカル断層画像を生成する断層画像処理装置であって、前記複数のヘリカル断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記擬似ノンヘリカル断層画像を生成する画像間演算処理部を備え、前記所定の演算処理は、前記複数のヘリカル断層画像に対応するスライス感度プロファイルから、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行った場合のスライス感度プロファイルと同等の擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルを生成するためのプロファイル生成演算処理に基づいて決定された演算処理である断層画像処理装置。この適用例によれば、互いにスライス厚が異なる複数のヘリカル断層画像から擬似ノンヘリカル断層画像を生成することにより、より少ない演算処理量で擬似ノンヘリカル断層画像を生成することが可能となる。
前記複数のヘリカル断層画像は、断層面が同一である、適用例2記載の断層画像処理装置。断層面が異なる画像を合成すると、合成された画像にコントラストの高い境界部が多重に写り込む虞がある。一方、適用例2によれば、擬似ノンヘリカル画像は断層面が同一のヘリカル断層画像に所定の演算処理を施すことにより生成されるので、擬似ノンヘリカル画像に境界部が多重に写り込むことを抑制することができる。
前記所定の演算処理および前記プロファイル生成演算処理は、線形な演算処理である適用例1ないし3のいずれか記載の断層画像処理装置。この適用例によれば、所定の演算処理をプロファイル生成演算処理に基づいて決定することがより容易となる。
適用例1ないし4のいずれか記載の断層画像処理装置であって、前記断層撮影装置は、X線断層撮影装置であって、厚さ方向に複数のX線検出器列を有しており、前記複数のX線検出器列のうち、断層画像の生成に使用するX線検出器列の数を変更することにより、得られる断層画像のスライス厚を変更可能に構成されている断層画像処理装置。この適用例によれば、一回の断層撮影によって得られるデータに基づいてスライス厚の異なる断層画像を得ることができるので、薄層化断層画像をより容易に生成することが可能となる。
A.第1実施形態:
A1.断層撮影システム:
A2.断層撮影システムの特性:
A3.演算処理の概要:
B.第1実施例:
B1.演算処理の具体例:
B2.演算処理結果:
C.第2実施形態:
D.第2実施例:
E.変形例:
A1.断層撮影システム:
図1は、本発明の第1実施形態におけるX線断層撮影システム10の概略を示す概略構成図である。このX線断層撮影システム10は、X線照射装置100と、X線検出装置200と、断層撮影制御装置300と、断層画像処理装置400とを有している。X線照射装置100とX線検出装置200とは、円筒状のガントリGNT内に格納されている。ガントリGNTを、一点鎖線で示すz軸を中心に回転させることにより、X線照射装置100とX線検出装置200とは、z軸を中心に連続的に回転する。被検者SBJを載せた寝台BEDは、z軸(体軸)方向に移動する。このようにガントリGNTをz軸を中心に回転させるとともに、寝台をz軸方向に連続的に移動させることにより、図1の破線で示すように、X線照射装置100とX線検出装置200とは、被検者SBJの周りを螺旋状に移動する。
図3は、断層撮影システムの撮影特性を示す説明図である。図3(a)は、X線照射装置100およびX線検出装置200の光学的構成を模式的に示している。X線照射装置100には、X線源(X線管)の焦点FSPから照射されるX線ビームの拡がりを制限するため、X線を遮蔽するビームコリメータ110が設けられている。X線管の焦点FSPはX線管に固有の拡がりをもっているため、X線照射装置100から照射されるX線ビームは、図3(a)の破線で示すように、z軸(体軸)方向に拡がる。
図4は、被検者SBJ体内のX線吸収係数およびスライス感度プロファイルと、再構成画像CTIにおいて観測されるCT値との関係を示す説明図である。ここで、CT値とは、X線の線吸収係数から算出される値であり、水を0、空気を−1000とするハンスフィールドユニット(HU:Hounsfield Unit)を用いて表わされる。なお、再構成画像CTIにおいて、個々の画素の階調値は、CT値を表している。そのため、以下では、特定の画素の階調値を、当該画素のCT値とも呼ぶ。また、本明細書においては、複数の再構成画像における対応する画素の階調値に対して演算処理を施すことを、当該複数の再構成画像に演算処理を施すと謂う。
B1.演算処理の具体例:
図6および図7は、実験的に得られたスライス感度プロファイルSp,Sfから、薄層化スライス感度プロファイルSrを生成する様子を示す説明図である。図6および図7の各グラフにおいて、横軸は、断層面を基準(0)とするz軸方向の位置を表し、縦軸は感度を表している。
図8および図9は、第1実施例における演算処理結果を示す説明図である。図8(a)および図8(b)は、再構成画像の画素列をz軸(体軸)方向に配列することにより得られた体軸断面画像である。体軸断面画像の元となる再構成画像(以下、「元画像」とも呼ぶ)としては、解像度を評価するための標準試料(「櫛形ファントム」と呼ばれる)をスリットがz軸(体軸)方向とほぼ直角となるように配置して、櫛形ファントムの断層撮影を行って得た再構成画像を用いた。図8(a)および図8(b)の元画像は、設定スライス厚をそれぞれ1mmおよび0.5mmとして再構成した再構成画像であり、それぞれ図6(a)および図6(a)に示すスライス感度プロファイルSp,Sfに対応する再構成画像である。
第1実施形態では、スライス厚の異なる2つの再構成画像に対して演算処理を施すことにより、演算後画像としてこれらの再構成画像よりもスライス厚が薄い断層画像を生成している。これに対し、第2実施形態では、ヘリカルスキャンで得られたスライス厚の異なる2つの再構成画像(ヘリカル断層画像)に対して演算処理を施すことにより、演算後画像としてノンヘリカルスキャンを行った場合と同等の断層画像(擬似ノンヘリカル断層画像)を生成する点で、第1実施形態と異なっている。他の点は、第1実施形態と同様である。
図12は、実効スライス厚が異なるスライス感度プロファイルSa,Sbから、ノンヘリカルスライス感度プロファイルSnと同等のスライス感度プロファイルSq(以下、「擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルSq」とも呼ぶ)を生成する様子を示す説明図である。図12の各グラフにおいて、横軸は、断層面を基準(0)とするz軸方向の位置を表し、縦軸は感度を表している。
なお、本発明は上記各実施形態や各実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記各実施形態および各実施例では、スライス厚の異なる2つの再構成画像に対して演算処理を施すことにより、スライス厚が薄い断層画像あるいはノンヘリカルスキャンと同等の断層画像を生成していたが、一般に、N個(Nは、2以上の整数)の再構成画像に対して演算処理を施すものとしても良い。N個の再構成画像に対して施される演算処理としては、上記各実施形態および各実施例で示す演算処理に限らず、N個の再構成画像に対応するスライス感度プロファイルから、よりスライス厚が薄い薄層化スライス感度プロファイルや擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルを生成する演算処理に基づいて決定される。なお、薄層化スライス感度プロファイルや擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルを生成する演算処理(プロファイル生成演算処理)と、再構成画像に対して施される演算処理とは、線形な演算処理とするのが好ましい。ここで、線形な演算処理とは、演算対象となる感度SあるいはCT値(以下、併せて「演算対象値」とも呼ぶ)について、演算対象値に対する定数の乗除と、演算対象値間の加減との組み合わせで与えられる任意の演算処理を謂う。上記各実施形態および各実施例から分かるように、線形演算処理により薄層化スライス感度プロファイルSrや擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルSqを生成することにより、再構成画像に対して施される演算処理をより容易に決定することができる
本発明は、医療用X線断層撮影システムに限らず、種々のX線断層撮影システムに適用することも可能である。本発明は、例えば、工業用のX線断層撮影システムにも適用可能である。この場合、被検者の動きやX線被爆の影響を考慮する必要がないため、ビームコリメータ110の間隔や、ビームコリメータ110と焦点FSPの距離などのX線の照射条件や、ビームトリマ210の間隔等の入射条件を変えた複数回の走査によって実効スライス厚の異なる断層画像を得ることができる。そのため、断層撮影時のスライス感度プロファイルをより柔軟に変更することができ、より薄いスライス感度プロファイルあるいはより理想的な形状のスライス感度プロファイルを得ることが可能となる。
本発明は、X線断層撮影システムに限らず、種々の断層撮影システムに適用可能である。一般に、断層画像の階調値が、測定対象の真値の分布と、スライス感度プロファイルとの畳み込み演算によって与えられる断層撮影システムであれば、本発明は、任意の断層撮影システムに適用可能であり、例えば、核磁気共鳴画像撮影システム、ポジトロン断層撮影システム等の種々の断層撮影システムに適用可能である。
上記各実施形態および各実施例では、図2に示すように、再構成画像に演算処理を施して演算後画像を生成する断層画像処理装置400を、断層撮影制御装置300とは別個の装置としているが、これらの断層画像処理装置400と、断層撮影制御装置300とを一体の装置として構成することも可能である。この場合、設定スライス厚としてX線断層撮影システム10に固有の限界である最小スライス厚よりも薄いスライス厚が設定された場合や、設定プロファイルとしてノンヘリカルスキャン型のプロファイルの使用が指定された場合に、オペレータの介在なしに、再構成画像から演算後画像を生成するものとしても良い。オペレータの介在なしに、再構成画像から演算後画像を生成する場合、再構成画像を外部記憶装置に格納することなく、RAMに格納された再構成画像に対し、直接演算処理を施すものとしても良い。
100…X線照射装置
110…ビームコリメータ
200…X線検出装置
210…ビームトリマ
220…X線検出器
300…断層撮影制御装置
310…撮影条件取得部
320…断層撮影装置制御部
330…検出器信号取得部
340…画像再構成部
350…通信制御部
360…外部記憶装置
400…断層画像処理装置
410…処理条件取得部
420…画像生成部
422…再構成画像取得部
424…画像間演算処理部
450…通信制御部
460…外部記憶装置
BED…寝台
CTI…再構成画像
FSP…焦点
GNT…ガントリ
LAN…ローカルエリアネットワーク
PXL…画素
SBJ…被検者
VEa〜VEe…体積要素
Claims (6)
- 断層撮影装置により得られた互いにスライス厚が異なる複数の断層画像から、前記複数の断層画像のスライス厚のいずれよりもスライス厚が薄い薄層化断層画像を生成する断層画像処理装置であって、
前記複数の断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記薄層化断層画像を生成する画像間演算処理部を備え、
前記所定の演算処理は、前記複数の断層画像に対応する複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに係数を乗じ、係数を乗じた複数のスライス感度プロファイルを加減することで、前記複数のスライス感度プロファイルよりもスライス厚が薄い薄層化スライス感度プロファイルを生成した際の、前記複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに乗じられた係数とそれぞれのスライス感度プロファイルの積算値とを対応する断層画像に乗じ、当該係数および積算値を乗じた複数の断層画像を加減し、当該加減の後に薄層化スライス感度プロファイルの積算値で除する演算処理である
断層画像処理装置。 - 断層撮影装置においてヘリカルスキャンを行うことにより得られた互いにスライス厚が異なる複数のヘリカル断層画像から、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行うことにより得られる断層画像と同等の擬似ノンヘリカル断層画像を生成する断層画像処理装置であって、
前記複数のヘリカル断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記擬似ノンヘリカル断層画像を生成する画像間演算処理部を備え、
前記所定の演算処理は、前記複数のヘリカル断層画像に対応する複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに係数を乗じ、係数を乗じた複数のスライス感度プロファイルを加減することで、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行った場合のスライス感度プロファイルと同等の擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルを生成した際の、前記複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに乗じられた係数とそれぞれのスライス感度プロファイルの積算値とを対応するヘリカル断層画像に乗じ、当該係数および積算値を乗じた複数のヘリカル断層画像を加減し、当該加減の後に擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルの積算値で除する演算処理である
断層画像処理装置。 - 前記複数のヘリカル断層画像は、断層面が同一である、請求項2記載の断層画像処理装置。
- 請求項1ないし3のいずれか記載の断層画像処理装置であって、
前記断層撮影装置は、X線断層撮影装置であって、
厚さ方向に複数のX線検出器列を有しており、
前記複数のX線検出器列のうち、断層画像の生成に使用するX線検出器列の数を変更することにより、得られる断層画像のスライス厚を変更可能に構成されている
断層画像処理装置。 - 断層撮影装置により得られた互いにスライス厚が異なる複数の断層画像から、前記複数の断層画像のスライス厚のいずれよりもスライス厚が薄い薄層化断層画像を、コンピュータを用いて生成する断層画像処理方法であって、
前記コンピュータが前記複数の断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記薄層化断層画像を生成する工程を備え、
前記所定の演算処理は、前記複数の断層画像に対応する複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに係数を乗じ、係数を乗じた複数のスライス感度プロファイルを加減することで、前記複数のスライス感度プロファイルよりもスライス厚が薄い薄層化スライス感度プロファイルを生成した際の、前記複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに乗じられた係数とそれぞれのスライス感度プロファイルの積算値とを対応する断層画像に乗じ、当該係数および積算値を乗じた複数の断層画像を加減し、当該加減の後に薄層化スライス感度プロファイルの積算値で除する演算処理である
断層画像処理方法。 - 断層撮影装置においてヘリカルスキャンを行うことにより得られた互いにスライス厚が異なる複数のヘリカル断層画像から、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行うことにより得られる断層画像と同等の擬似ノンヘリカル断層画像を、コンピュータを用いて生成する断層画像処理方法であって、
前記コンピュータが前記複数のヘリカル断層画像に所定の演算処理を施すことにより前記擬似ノンヘリカル断層画像を生成する工程を備え、
前記所定の演算処理は、前記複数のヘリカル断層画像に対応する複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに係数を乗じ、係数を乗じた複数のスライス感度プロファイルを加減することで、前記断層撮影装置においてノンヘリカルスキャンを行った場合のスライス感度プロファイルと同等の擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルを生成した際の、前記複数のスライス感度プロファイルのそれぞれに乗じられた係数とそれぞれのスライス感度プロファイルの積算値とを対応するヘリカル断層画像に乗じ、当該係数および積算値を乗じた複数のヘリカル断層画像を加減し、当該加減の後に擬似ノンヘリカルスライス感度プロファイルの積算値で除する演算処理である
断層画像処理方法。
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