JP5912237B2 - X-ray CT apparatus and signal processing program for X-ray CT apparatus - Google Patents

X-ray CT apparatus and signal processing program for X-ray CT apparatus Download PDF

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Description

本開示は、被検体のCT像を撮影するX線CT装置、及びX線CT装置の信号処理プログラムに関する。   The present disclosure relates to an X-ray CT apparatus that captures a CT image of a subject, and a signal processing program for the X-ray CT apparatus.

X線CT装置は、被検体に対して種々の角度からX線を照射し、被検体を透過したX線を検出して被検体のCT像を生成するものである。このX線CT装置による断層画像あるいは3次元ボリュームデータの生成(以下、単にスキャンと記載する。)は、ガントリと呼ばれる装置の内側に取り付けたX線管とX線検出器とを回転させながら、ガントリの開口部に載置した被検体へX線を照射することで行われる。   An X-ray CT apparatus irradiates a subject with X-rays from various angles, detects X-rays transmitted through the subject, and generates a CT image of the subject. Generation of tomographic images or three-dimensional volume data (hereinafter simply referred to as scanning) by this X-ray CT apparatus is performed while rotating an X-ray tube and an X-ray detector attached to the inside of an apparatus called a gantry. This is performed by irradiating the subject placed on the opening of the gantry with X-rays.

こうしたスキャンによって生成されたCT像には、被検体の体や内臓の動きによって生じたアーチファクトが写り込む。このアーチファクトを低減するため、X線検出信号(X線投影データ)の収集時刻に応じてX線検出信号の重み付けを行い、重み付けのなされたX線検出信号を用いてCT像を再構成する発明が開示されている。   In the CT image generated by such scanning, artifacts generated by the movement of the subject's body and internal organs are reflected. In order to reduce this artifact, the X-ray detection signal is weighted according to the collection time of the X-ray detection signal (X-ray projection data), and the CT image is reconstructed using the weighted X-ray detection signal Is disclosed.

特開2003−199740号公報JP 2003-199740 A

先述した従来のX線CT装置においては、被検体の体や内蔵の動きが生じていたか否かに関わりなく、単に収集時刻に応じて重み付けを行うことで時間分解能の向上を図っている。時間分解能を向上させることにより、被検体の動きの影響を小さくすることができるものの、時間分解能は画質とトレードオフの関係にあるため、時間分解能を向上させるほどCT像はノイズの影響を受け画質が悪化することとなる。   In the conventional X-ray CT apparatus described above, the time resolution is improved by simply performing weighting according to the collection time regardless of whether the subject's body or internal movement has occurred. Although the effect of the movement of the subject can be reduced by improving the time resolution, the time resolution is in a trade-off relationship with the image quality, so the CT image is affected by noise as the time resolution is improved. Will get worse.

ところでスキャン中の被検体について見ると、その動きの大きさや動きの生じる位置は被検体ごとに個人差があり、またCT像の撮影位置によって様々に変化する。例えば被検体の腹部を撮影する場合、蠕動による動きを生じる腸管に比べ、背骨の動きは小さなものとなる。この動きの小さな領域内には、動きに起因したアーチファクトは現れにくい。しかし先述した従来のX線CT装置における重み付けは、このようなアーチファクト低減の必要の少ない動きの小さな領域に対しても適用されてしまうため、CT像の画質を不要に悪化させてしまうという課題があった。   By the way, when looking at the object being scanned, the magnitude of the movement and the position where the movement occurs vary from person to person, and changes variously depending on the imaging position of the CT image. For example, when imaging the abdomen of a subject, the movement of the spine is small compared to the intestinal tract that causes movement due to peristalsis. Artifacts due to movement are less likely to appear in this small area of movement. However, since the weighting in the conventional X-ray CT apparatus described above is also applied to such a small-motion region where there is little need for artifact reduction, there is a problem that the image quality of the CT image is unnecessarily deteriorated. there were.

そこで本開示においては、撮影対象の動きを検出し、動きの大きさに応じて再構成を行うことで画質の向上を図る。   Therefore, in the present disclosure, the image quality is improved by detecting the movement of the photographing target and performing reconstruction according to the magnitude of the movement.

上記課題を解決するため実施形態のX線CT装置は、X線を照射するX線管と、前記X線管に対して対向配置され前記X線を検出しX線検出信号を出力するX線検出器と、前記X線検出信号に基づいてCT像を再構成する再構成手段と、第1の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第1のCT像と、第2の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第2のCT像との差分に基づいて、前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記X線検出信号に基づいて前記CT像を再構成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an X-ray CT apparatus according to an embodiment includes an X-ray tube that irradiates X-rays and an X-ray that is disposed to face the X-ray tube, detects the X-rays, and outputs an X-ray detection signal. A detector, reconstruction means for reconstructing a CT image based on the X-ray detection signal, and a first CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the first time domain , based on the difference between the second CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the second time domain, wherein the X-ray detection signals caries Chi used for reconstruction of the CT image increases the weight for the first of the X ray detection signal detected at a given time, weighting reduces the weight for the second X-ray detection signal you pass the path of the X-rays in the first X-ray detection signal set the function, is the weighting function associates the coordinate information in the CT images Is that and a weighting means, said reconstruction means is characterized in that reconstructing the CT image based on the X-ray detection signals subjected to weighting in accordance with the weighting function.

また、上記課題を解決するため実施形態のX線CT装置は、X線を照射するX線管と、前記X線管に対して対向配置され前記X線を検出しX線検出信号を出力するX線検出器と、前記X線検出信号に基づいてCT像を再構成する再構成手段と、第1の時刻に検出された第1のX線検出信号と、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを透過する、第2の時刻に検出された第2のX線検出信号との差分に基づいて、前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記X線検出信号に基づいて前記CT像を再構成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an X-ray CT apparatus according to an embodiment detects an X-ray and outputs an X-ray detection signal that is disposed opposite to the X-ray tube that irradiates X-rays. X-ray detector, reconstruction means for reconstructing a CT image based on the X-ray detection signal, first X-ray detection signal detected at a first time, and the first X-ray detection signal transmitting the path of X-rays in, based on the difference between the second X-ray detection signal detected in the second time, the X-ray detection signal sac Chi plants constant used for the reconstruction of the CT image time increases the weight for the first X-ray detection signal detected in the weighting function to reduce the weight for the second X-ray detection signal you pass the path of the X-rays in the first X-ray detection signal set, is the weighting function w Ruomomi associated with coordinate information in the CT images And means, the reconstruction means may reconstructing the CT image based on the X-ray detection signals subjected to weighting in accordance with the weighting function.

また、上記課題を解決するため実施形態のX線CT装置は、X線を照射するX線管と、前記X線管に対して対向配置され前記X線を検出しX線検出信号を出力するX線検出器と、前記X線検出信号に基づいてCT像を再構成する再構成手段を備えるX線CT装置において、第1の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第1のCT像と、第2の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第2のCT像との差分に基づいて、前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させる時間分解能関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられる時間分解能変更手段とを有し、前記再構成手段は、前記時間分解能関数の設定された前記X線検出信号に基づいて前記CT像を再構成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an X-ray CT apparatus according to an embodiment detects an X-ray and outputs an X-ray detection signal that is disposed opposite to the X-ray tube that irradiates X-rays. In an X-ray CT apparatus comprising an X-ray detector and a reconstruction means for reconstructing a CT image based on the X-ray detection signal, reconstruction based on the X-ray detection signal detected in the first time domain a first CT image which is based on the difference between the second CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the second time domain is used for reconstruction of the CT image first increasing the weight on the X-ray detection signals, the second X you pass the path of the X-rays in the first X-ray detection signal detected at the time of the X-ray detection signal sac Chi plants constant set the time resolution function to reduce the weight for line detection signal, the weighting function Serial and a time resolution changing means Ru associated with coordinate information in CT images, the reconstruction means to reconstruct the CT image based on the set the X-ray detection signal of the time resolution function Features.

また、上記課題を解決するため実施形態のX線CT装置の信号処理プログラムは、第1の時間領域に検出されたX線検出信号に基づいて第1のCT像を再構成するステップと、第2の時間領域に検出されたX線検出信号に基づいて第2のCT像を再構成するステップと、前記第1のCT像と前記第2のCT像との差分を算出し、前記差分に基づき前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させるよう重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられるステップと、前記設定された重み付け関数に従ってX線検出信号に重み付けを施すステップと、前記重み付けの施されたX線検出信号に基づいて前記CT像を再構成するステップとを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problem, the signal processing program of the X-ray CT apparatus of the embodiment reconstructs the first CT image based on the X-ray detection signal detected in the first time domain; and reconstructing a second CT images based on the detected X-ray detection signals to the second time domain, calculates a difference between the second CT image and the first CT image, the difference It increases the weight for the first X-ray detection signal detected in the X-ray detection signal sac Chi plants constant time used for reconstruction of the CT image on the basis of X-rays in the first X-ray detection signal set the weighting function so as to reduce the weight for the second X-ray detection signal you pass through the path, X-ray and step the weighting function that is associated with the coordinate information in the CT images, in accordance with the set weighting function Weight detection signal A step of performing, characterized in that a step of reconfiguring the CT image based on the X-ray detection signals having undergone the weighting.

実施態様に係るX線CT装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the X-ray CT apparatus which concerns on an embodiment. 実施態様に係る回転体の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the rotary body which concerns on an embodiment. 実施態様に係る重み付け関数を示す図。The figure which shows the weighting function which concerns on an embodiment. 実施態様に係るスキャン工程を示す別の図。FIG. 6 is another diagram showing a scanning process according to an embodiment. 実施態様に係るスキャンを完了した状態を示す図。The figure which shows the state which completed the scan which concerns on embodiment. 実施態様に係るリファレンス画像を再構成する様子を示す図。The figure which shows a mode that the reference image which concerns on an embodiment is reconfigure | reconstructed. 実施態様に係る別のリファレンス画像を再構成する様子を示す図。The figure which shows a mode that another reference image which concerns on an embodiment is reconfigure | reconstructed. 実施態様に係る動き量マップを生成する様子を示す図。The figure which shows a mode that the motion amount map which concerns on an embodiment is produced | generated. 実施態様に係る重み付け関数を生成する様子を示す図。The figure which shows a mode that the weighting function which concerns on an embodiment is produced | generated. 実施態様に係る別の重み付け関数を生成する様子を示す図。The figure which shows a mode that another weighting function which concerns on an embodiment is produced | generated. 実施態様に係る別の重み付け関数を生成する様子を示す図。The figure which shows a mode that another weighting function which concerns on an embodiment is produced | generated. 実施態様に係る重み付け関数の別の例を示す図。The figure which shows another example of the weighting function which concerns on an embodiment. 実施態様に係るCT像の生成処理を示したフローチャート。The flowchart which showed the production | generation process of CT image which concerns on embodiment. 実施態様に係るヘリカルスキャンの工程を示す図。The figure which shows the process of the helical scan which concerns on an embodiment. 実施態様に係るリファレンス画像を再構成する別の方法を示す図。The figure which shows another method of reconstructing the reference image which concerns on an embodiment.

(X線CT装置1の構成)
以下、各実施態様について、図面を参照して説明する。図1は、各実施態様に係るX線CT装置1の内部構成を示したブロック図である。
(Configuration of X-ray CT apparatus 1)
Each embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of an X-ray CT apparatus 1 according to each embodiment.

制御部100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)から構成される。制御部100は、スキャン制御部102、再構成処理部103、画像処理部104、表示部106、記憶部107、及び入力部108から構成される。制御部100は、各部から供給される信号を処理し、また種々の制御信号を生成して各部に供給することで、X線CT装置1を統括的に制御する。   The control unit 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The control unit 100 includes a scan control unit 102, a reconstruction processing unit 103, an image processing unit 104, a display unit 106, a storage unit 107, and an input unit 108. The control unit 100 performs overall control of the X-ray CT apparatus 1 by processing signals supplied from the respective units and generating various control signals and supplying them to the respective units.

スキャン制御部102は、X線CT装置1がスキャンを行う際に入力部108などから入力されたスキャンパラメータに基づいて、X線をX線管301に照射させるためのX線ビーム照射信号をX線管制御部201へ出力する。また、スキャン制御部102は入力部108などから入力されたスライス厚、回転速度、及びスキャン領域の大きさなどのスキャンパラメータに基づいて、回転体300を回転させると共に、第1コリメータ401及び第2コリメータ430を移動させる架台駆動信号を架台駆動制御部202へ出力する。また、スキャン制御部102は入力部108などから入力されたスキャン位置などのスキャンパラメータや寝台移動指示に基づいて、天板500を移動させる寝台駆動信号を寝台駆動制御部203へ出力する。   The scan control unit 102 outputs an X-ray beam irradiation signal for irradiating the X-ray tube 301 with X-rays based on scan parameters input from the input unit 108 or the like when the X-ray CT apparatus 1 performs scanning. Output to the tube controller 201. Further, the scan control unit 102 rotates the rotating body 300 based on the scan parameters such as the slice thickness, the rotation speed, and the size of the scan area input from the input unit 108 and the like, and the first collimator 401 and the second collimator 401. A gantry drive signal for moving the collimator 430 is output to the gantry drive control unit 202. Further, the scan control unit 102 outputs a bed driving signal for moving the couchtop 500 to the bed driving control unit 203 based on scan parameters such as a scan position input from the input unit 108 and the like and a bed movement instruction.

再構成処理部103は、X線検出器302がX線を検出した際に出力するX線検出信号に逆投影処理を施して、CT像を生成する。再構成処理部103はCT像を生成すると、これを画像処理部104へと出力する。   The reconstruction processing unit 103 performs back projection processing on the X-ray detection signal output when the X-ray detector 302 detects X-rays, and generates a CT image. When generating the CT image, the reconstruction processing unit 103 outputs the CT image to the image processing unit 104.

再構成処理部103が生成するCT像は、診断のために用いる医用CT像と、医用CT像生成のため補助的に用いるリファレンス画像との2つに分けられる。以降の実施態様では、CT像である医用CT像とリファレンス画像の2つを区別して説明する。後述する医用CT像の生成処理は、概略的には以下のように行われる。まず再構成処理部103はスキャン時のX線検出器302が検出したX線検出信号に基づいて、まずリファレンス画像810、811を再構成し、このリファレンス画像同士を組み合わせて動きマップ820を生成する。そして、再構成処理部103は動きマップ820に基づいて重み付け関数830を算出し、重み付け関数830に沿って重み付けがなされたX線検出信号を用いて医用CT像を再構成する。これらのリファレンス画像810、811の再構成処理や、動きマップ820の生成処理、重み付け関数830の設定処理、及び重み付けを用いた医用CT像の再構成処理については詳しく後述する。   The CT image generated by the reconstruction processing unit 103 is divided into a medical CT image used for diagnosis and a reference image used auxiliary for generating a medical CT image. In the following embodiments, a medical CT image that is a CT image and a reference image will be described separately. A medical CT image generation process, which will be described later, is generally performed as follows. First, the reconstruction processing unit 103 reconstructs reference images 810 and 811 based on the X-ray detection signal detected by the X-ray detector 302 at the time of scanning, and generates a motion map 820 by combining the reference images. . Then, the reconstruction processing unit 103 calculates a weighting function 830 based on the motion map 820, and reconstructs a medical CT image using the X-ray detection signal weighted along the weighting function 830. The reconstruction processing of the reference images 810 and 811, the generation processing of the motion map 820, the setting processing of the weighting function 830, and the reconstruction processing of the medical CT image using weighting will be described in detail later.

画像処理部104は、入力部108から入力された指示に基づいて、再構成処理部103から出力された複数の医用CT像から任意断面の医用CT像を抽出する処理や、複数の医用CT像を組み合わせてレンダリング処理の施された3次元画像データなどの画像データに変換する処理を行う。画像処理部104は抽出した医用CT像や変換した3次元画像データを表示部106あるいは記憶部107へと出力する。   The image processing unit 104 extracts a medical CT image having an arbitrary cross section from a plurality of medical CT images output from the reconstruction processing unit 103 based on an instruction input from the input unit 108, or a plurality of medical CT images. Are combined and converted into image data such as three-dimensional image data subjected to rendering processing. The image processing unit 104 outputs the extracted medical CT image and the converted three-dimensional image data to the display unit 106 or the storage unit 107.

表示部106は例えば液晶ディスプレイなどによって構成され、画像処理部104から出力された画像データを表示する。また、X線CT装置1を操作するための操作画面や、入力部108によって入力されたスキャンパラメータなどを表示する。   The display unit 106 is configured by a liquid crystal display, for example, and displays the image data output from the image processing unit 104. In addition, an operation screen for operating the X-ray CT apparatus 1 and a scan parameter input by the input unit 108 are displayed.

記憶部107は、例えばROM、RAMや電気的に書き換えや消去が可能な不揮発性メモリであるフラッシュメモリ、およびHDD(Hard Disc Drive)などの記憶媒体を組み合わせて構成される。記憶部107は画像処理部104から出力された画像データや、再構成処理部103の再構成処理に用いる重み付け関数830を記憶し、また制御部100のCPUにより実行される種々のアプリケーションを記憶する。   The storage unit 107 is configured by combining a storage medium such as a ROM, a RAM, a flash memory that is an electrically rewritable and erasable nonvolatile memory, and an HDD (Hard Disc Drive). The storage unit 107 stores the image data output from the image processing unit 104, the weighting function 830 used for the reconstruction processing of the reconstruction processing unit 103, and stores various applications executed by the CPU of the control unit 100. .

入力部108は例えばタッチパネルディスプレイや機械的なボタンなどから構成され、X線CT装置1の使用者が入力部108へ行った入力を受け付ける。入力部108は使用者が行ったスキャンパラメータやスキャン開始/停止指示、寝台移動指示などの入力を受け付けると、使用者が行った指示に応じて入力信号を出力する。制御部100は入力部108が出力した入力信号に応じて種々の処理を実行する。   The input unit 108 includes, for example, a touch panel display, mechanical buttons, and the like, and receives an input made by the user of the X-ray CT apparatus 1 to the input unit 108. When the input unit 108 receives an input of a scan parameter, a scan start / stop instruction, a bed movement instruction, or the like performed by the user, the input unit 108 outputs an input signal according to the instruction performed by the user. The control unit 100 executes various processes according to the input signal output from the input unit 108.

X線管制御部201は、スキャン制御部102から出力されたX線ビーム照射信号を受けて、X線管301にX線を照射させるための高電圧を印加する。この高電圧の印加はX線ビーム照射信号が指定するX線パラメータに沿って行われ、X線パラメータは管電圧、管電流、及びX線パルス幅などのパラメータを指定する。   The X-ray tube control unit 201 receives the X-ray beam irradiation signal output from the scan control unit 102 and applies a high voltage for irradiating the X-ray tube 301 with X-rays. The application of the high voltage is performed along X-ray parameters specified by the X-ray beam irradiation signal, and the X-ray parameters specify parameters such as tube voltage, tube current, and X-ray pulse width.

X線管301は、X線管制御部201から印加された高電圧を受けて、X線検出器302に向けてX線を照射する。このとき、複数列を持つように構成されたX線検出器302の各列へX線が入射するように、X線管301は列方向に向かって扇状に広がる形状のX線を照射する。   The X-ray tube 301 receives the high voltage applied from the X-ray tube control unit 201 and irradiates the X-ray detector 302 with X-rays. At this time, the X-ray tube 301 irradiates X-rays having a shape spreading in a fan shape in the column direction so that X-rays enter each column of the X-ray detector 302 configured to have a plurality of columns.

X線検出器302は、X線管301から照射されたX線を検出して、これをX線検出信号として再構成処理部103へと出力する。このX線検出器302は、入射したX線を検出し、検出量に応じた電気信号を出力するX線検出素子をチャネル方向(図2中の矢印方向、あるいは回転体300の回転方向)に沿って複数列並べて構成される。より詳しくは、X線検出器302は被検体Pのチャネル方向に沿って、あるいは体軸方向(図1中のz方向)に対し垂直な方向(図2中の矢印方向)に沿ってX線検出素子を並べることでチャネルを構成し、更にこのX線検出素子のチャネルを列方向(図1中のz方向)に沿って複数列並べることで、X線検出素子を2次元状に並べて構成される。なお、以降図2中の矢印方向を単にチャネル方向、図1中のz方向を単に列方向と記載する。   The X-ray detector 302 detects the X-rays emitted from the X-ray tube 301 and outputs this to the reconstruction processing unit 103 as an X-ray detection signal. The X-ray detector 302 detects an incident X-ray and outputs an X-ray detection element that outputs an electric signal corresponding to the detection amount in the channel direction (the arrow direction in FIG. 2 or the rotation direction of the rotating body 300). A plurality of columns are arranged side by side. More specifically, the X-ray detector 302 performs X-ray along the channel direction of the subject P or along the direction (arrow direction in FIG. 2) perpendicular to the body axis direction (z direction in FIG. 1). A channel is configured by arranging detection elements, and a plurality of X-ray detection elements are arranged in a two-dimensional manner by arranging a plurality of channels of the X-ray detection elements along the column direction (z direction in FIG. 1). Is done. Hereinafter, the arrow direction in FIG. 2 is simply referred to as a channel direction, and the z direction in FIG. 1 is simply referred to as a column direction.

架台駆動制御部202は、スキャン制御部102から出力された架台駆動信号を受けて、第1コリメータ401及び第2コリメータ430を移動させ、また回転体300を回転させる。これらの移動及び回転は入力部108が指定する回転速度やスキャン範囲などのスキャンパラメータに基づいて制御される。   The gantry drive control unit 202 receives the gantry drive signal output from the scan control unit 102, moves the first collimator 401 and the second collimator 430, and rotates the rotating body 300. These movements and rotations are controlled based on scan parameters such as a rotation speed and a scan range specified by the input unit 108.

第1コリメータ401は、鉛やタングステンなどのX線を遮蔽する物質によって構成された板である。第1コリメータ401はX線管301の照射方向を塞ぐ様に複数枚設けられ、X線管301から照射されたX線の一部を遮る。第1コリメータ401の開口部から照射されるX線は、図1中の点線に示すように、列方向に向かって扇状に広がってX線検出器302へと入射する。第1コリメータ401には図示せぬ駆動モータが取り付けられ、第1コリメータ401は図1中の±z方向に移動してX線を遮る領域を変化させる。第1コリメータ401と同様に、チャネル方向に対する広がり角度を制御するため、X線管301の照射方向を塞ぐように第2コリメータ430が設けられる。図2に、回転体300をxy平面から見た断面図を示す。第1コリメータ401によって遮られたX線は、図2の点線に示すように、チャネル方向に対し扇状に広がってX線検出器302へと入射する。第2コリメータ430には図示せぬ駆動モータが取り付けられ、第2コリメータ430は図2中の±y方向へ移動してX線を遮る領域を変化させる。   The first collimator 401 is a plate made of a substance that shields X-rays such as lead and tungsten. A plurality of first collimators 401 are provided so as to block the irradiation direction of the X-ray tube 301 and block a part of the X-rays irradiated from the X-ray tube 301. The X-rays emitted from the opening of the first collimator 401 spread in a fan shape toward the column direction and enter the X-ray detector 302 as indicated by the dotted line in FIG. A drive motor (not shown) is attached to the first collimator 401, and the first collimator 401 moves in the ± z direction in FIG. 1 to change the region that blocks X-rays. Similar to the first collimator 401, a second collimator 430 is provided so as to block the irradiation direction of the X-ray tube 301 in order to control the spread angle with respect to the channel direction. FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotator 300 viewed from the xy plane. As shown by the dotted line in FIG. 2, the X-ray blocked by the first collimator 401 spreads in a fan shape with respect to the channel direction and enters the X-ray detector 302. A drive motor (not shown) is attached to the second collimator 430, and the second collimator 430 moves in the ± y direction in FIG. 2 to change the region blocking X-rays.

回転体300は、ガントリ3内に内蔵される円筒形の装置である。回転体300はX線管301、第1コリメータ401、第2コリメータ430、及びX線検出器302などの部材が取り付けられる。回転体300には回転モータが取り付けられ、X線CT装置1がスキャンを行う際に回転体300は架台駆動制御部202から出力される架台駆動指示信号を受けてこの回転モータを駆動し、被検体Pの体軸を中心とする回転運動を行う。回転体300が回転することによって、回転体300に取り付けられた各部材も被検体Pの体軸を中心とする回転運動を行う。   The rotating body 300 is a cylindrical device built in the gantry 3. The rotating body 300 is attached with members such as an X-ray tube 301, a first collimator 401, a second collimator 430, and an X-ray detector 302. A rotary motor is attached to the rotator 300, and when the X-ray CT apparatus 1 performs scanning, the rotator 300 receives the gantry drive instruction signal output from the gantry drive control unit 202 and drives the rotator to A rotational motion about the body axis of the specimen P is performed. As the rotator 300 rotates, each member attached to the rotator 300 also performs a rotational motion around the body axis of the subject P.

天板500は、被検体Pを横たえて載置することが可能な板状の部材である。天板500は天板駆動部501に支持されており、後述する天板駆動部501が天板500の長手方向(図1中のz軸方向)に沿って天板500を移動させる。   The top plate 500 is a plate-like member on which the subject P can be laid down. The top plate 500 is supported by the top plate drive unit 501, and the top plate drive unit 501 described later moves the top plate 500 along the longitudinal direction of the top plate 500 (the z-axis direction in FIG. 1).

天板駆動部501は、図示せぬモータなどによって構成された、天板500を移動させるための装置である。天板駆動部501は、例えばモータと連結したベルトを天板500に取り付けることで構成される。天板駆動部501のモータが回転することによって、連動して天板500の位置が移動することとなる。天板駆動部501は、スキャン制御部102から出力された天板駆動信号を受けて、天板500を天板500の長手方向(図1中のz軸方向)に沿って移動させる。   The top plate driving unit 501 is a device for moving the top plate 500, which is configured by a motor (not shown) or the like. The top plate driving unit 501 is configured by attaching a belt connected to a motor to the top plate 500, for example. The position of the top plate 500 moves in conjunction with the rotation of the motor of the top plate drive unit 501. The top plate drive unit 501 receives the top plate drive signal output from the scan control unit 102 and moves the top plate 500 along the longitudinal direction of the top plate 500 (z-axis direction in FIG. 1).

(スキャン処理の流れ)
X線CT装置1がスキャンを行う際には、まず回転体300が1回転する間にX線管301がX線検出器302へ向けてX線を様々な角度から照射する。X線検出器302は照射角度に合わせてX線検出信号を再構成処理部103へと出力し、再構成処理部103はX線検出器302が出力したX線検出信号に基づいて医用CT像を再構成することができる。
(Scan process flow)
When the X-ray CT apparatus 1 performs scanning, the X-ray tube 301 first irradiates X-rays from various angles toward the X-ray detector 302 while the rotator 300 rotates once. The X-ray detector 302 outputs an X-ray detection signal to the reconstruction processing unit 103 according to the irradiation angle, and the reconstruction processing unit 103 uses the medical CT image based on the X-ray detection signal output from the X-ray detector 302. Can be reconfigured.

ここで、回転体300が1回転する間に収集されたX線検出信号を用いて1枚の医用CT像を生成する場合、データの収集には回転体300が1回転するだけの時間を要することとなる。回転体300が1回転するには例えば0.5秒間といった一定の時間が掛かるため、回転体が1回転を終えるまでの間に被検体Pの組織の一部が動いてしまう事態が考えられる(以下、組織の移動が生じる領域を単に移動領域と記載する)。被検体Pの組織の動きは、例えば内臓の蠕動や、被検体Pの呼吸、あるいは被検体Pの筋肉の動きなどが原因となって引き起こされる。   Here, when a single medical CT image is generated using the X-ray detection signals collected while the rotator 300 rotates once, it takes time for the rotator 300 to rotate once to collect data. It will be. Since the rotation of the rotating body 300 takes a certain time, for example, 0.5 seconds, a part of the tissue of the subject P may move until the rotating body completes one rotation ( Hereinafter, a region where tissue movement occurs is simply referred to as a movement region). The movement of the tissue of the subject P is caused by, for example, peristalsis of the internal organs, respiration of the subject P, or movement of muscles of the subject P.

ここで、再構成処理部103が移動領域に対応する画素の画素値を再構成処理によって算出する処理について考える。先述したように、スキャンの際にはX線管301は回転体300の回転によって照射角度を変えながらX線を照射する。そして、再構成処理部103は照射されたX線のうち、移動領域を透過したX線の検出信号を用いて移動領域の再構成を行う。このとき、移動領域におけるX線吸収量は、組織の移動によって時々刻々と変化するため、移動領域を透過したX線の検出信号の値もX線の検出時刻によって変化してしまう。このため、値の変化した検出信号を用いて再構成を行うと、生成された医用CT像の移動領域は移動が無かった場合に比べて画素の値が変化することとなる。画素の値が変化することにより、見かけ上、本来被検体Pに存在しないものが写り込んでいる様に見える。この医用CT像中に写りこんだ、本来被検体Pに存在しないものはアーチファクトと呼ばれ、アーチファクトは医用CT像を用いた診断の妨げとなる。   Here, consider the process in which the reconstruction processing unit 103 calculates the pixel value of the pixel corresponding to the moving region by the reconstruction process. As described above, during scanning, the X-ray tube 301 emits X-rays while changing the irradiation angle by the rotation of the rotating body 300. Then, the reconstruction processing unit 103 reconstructs the moving area using the X-ray detection signal transmitted through the moving area among the irradiated X-rays. At this time, the amount of X-ray absorption in the moving region changes momentarily as the tissue moves, so the value of the X-ray detection signal transmitted through the moving region also changes depending on the X-ray detection time. For this reason, when reconstruction is performed using the detection signal whose value has changed, the pixel value of the moving region of the generated medical CT image changes as compared to the case where there is no movement. By changing the value of the pixel, it appears that something that does not originally exist in the subject P is reflected. An object that does not exist in the subject P and appears in the medical CT image is called an artifact, and the artifact hinders diagnosis using the medical CT image.

被検体Pの組織の動きにより生じるアーチファクトは、医用CT像生成時の時間分解能を高めることにより抑制することができる。本開示のX線CT装置1においては、医用CT像の再構成に用いるX線検出信号に重み付けを施すことで、医用CT像生成時の時間分解能を変化させる。   Artifacts caused by the movement of the tissue of the subject P can be suppressed by increasing the time resolution when generating a medical CT image. In the X-ray CT apparatus 1 of the present disclosure, the time resolution at the time of generating a medical CT image is changed by weighting the X-ray detection signal used for the reconstruction of the medical CT image.

図3に、X線検出信号への重み付けのプロファイルを表す、重み付け関数830を示す。重み付け関数830の横軸には撮影時刻、及びX線管301の位置に相当するビュー(X線管301の位置)がプロットされ、一方縦軸には重みの値がプロットされている。図3に示す重み付け関数830は例として、X線管301が被検体Pの周りを1回転する間に900ビュー分のX線検出信号を出力する際に、900ビュー分のX線検出信号それぞれに重み付けを設定するものとして示す。また、図3(a)には重み付けを施した場合の重み付け関数830の例を示し、図3(b)には重み付けを施さない場合の重み付け関数830の例を示している。   FIG. 3 shows a weighting function 830 that represents a weighting profile for the X-ray detection signal. The horizontal axis of the weighting function 830 plots the imaging time and the view corresponding to the position of the X-ray tube 301 (the position of the X-ray tube 301), while the vertical axis plots the weight value. As an example, the weighting function 830 shown in FIG. 3 outputs an X-ray detection signal for 900 views when the X-ray tube 301 outputs an X-ray detection signal for 900 views while rotating around the subject P once. Is set as a weight. FIG. 3A shows an example of the weighting function 830 when weighting is performed, and FIG. 3B shows an example of the weighting function 830 when weighting is not performed.

医用CT像は、再構成処理部103が、被検体Pの周りでX線照射位置を回転させながら収集したX線検出信号の集合(以下、単に生データ800と記載する)を用いて、バックプロジェクション法に基づく再構成処理を行うことで得られる。本開示の医用CT装置1においては、再構成処理部103が再構成処理を行う際に、この生データ800に対して重み付け関数830で設定した重み付けを施すことにより時間分解能を変化させる。   The medical CT image is backed up using a set of X-ray detection signals (hereinafter simply referred to as raw data 800) collected by the reconstruction processing unit 103 while rotating the X-ray irradiation position around the subject P. It can be obtained by performing reconstruction processing based on the projection method. In the medical CT apparatus 1 of the present disclosure, when the reconstruction processing unit 103 performs the reconstruction process, the time resolution is changed by applying the weight set by the weighting function 830 to the raw data 800.

例えば、医用CT像中のある画素についてのX線投影データ(以下、単にCT値と記載する)は、対応したパスを通る900ビュー分のX線検出信号を線積分した値により得られる。再構成処理部103は、重み付け関数830に基づいて、900ビュー分のX線検出信号に対して重み付けを施す。図3(a)に示す重み付け関数830を用いる場合には、449ビュー周辺のX線検出信号に対する重みの値が増加される。一方重みの値が増加したビューに対応し、重みの値が増加したビューにおけるX線のパスと同じパスを通るビューである、0ビューあるいは900ビュー周辺のX線検出信号に対する重みは、449ビュー周辺で増加した重みの値を補償するように、重みの値が減少される。   For example, X-ray projection data (hereinafter simply referred to as a CT value) for a certain pixel in a medical CT image is obtained by a value obtained by performing line integration of 900 views of X-ray detection signals passing through a corresponding path. Based on the weighting function 830, the reconstruction processing unit 103 weights the X-ray detection signals for 900 views. When the weighting function 830 shown in FIG. 3A is used, the weight value for the X-ray detection signal around the 449 view is increased. On the other hand, the weight for the X-ray detection signal around the 0 view or 900 view corresponding to the view having an increased weight value and passing through the same path as the X-ray path in the view having the increased weight value is 449 views. The weight value is decreased to compensate for the increased weight value in the vicinity.

従って、CT値を算出するうえで支配的に働くのは、重みの値を増加させた449ビュー周辺におけるX線検出信号となる。一方、0ビューあるいは900ビュー周辺のX線検出信号がCT値に与える影響は相対的に小さなものとなる。回転体300が1回転するには一定の時間を要するため、0ビューにおけるX線検出信号を取得した時刻と900ビューにおけるX線検出信号を取得した時刻とでは、回転体300の回転時間に起因する時間間隔が空いてしまう。そのため、被検体Pに体動を生じる状態で一連のX線検出信号の収集を行うと、時間間隔の開いた0ビュー周辺と900ビュー周辺のX線検出信号とでは、例え同じパスを通過したX線検出信号であってもその値は異なって検出されてしまう。0ビュー及び900ビュー周辺のX線検出信号の重みの値を低下させることで、体動によるX線検出信号の変動がCT値に与える影響を低減することができる。X線検出信号に対して重み付けを行うことにより、短い時間領域に収集されたX線検出信号を主に用いてCT値を算出することができる。つまり、X線検出信号に対する重み付けは、医用CT像の生成時における時間分解能を向上させることと実質的に同じものとみなせる。   Accordingly, the X-ray detection signal around the 449 view with the increased weight value is dominant in calculating the CT value. On the other hand, the influence of the X-ray detection signals around the 0 view or 900 view on the CT value is relatively small. Since a certain time is required for the rotator 300 to make one rotation, the time when the X-ray detection signal in the 0 view is acquired and the time when the X-ray detection signal in the 900 view are acquired are due to the rotation time of the rotator 300. Time interval to be freed. For this reason, when a series of X-ray detection signals are collected in a state in which body motion occurs in the subject P, the X-ray detection signals around the 0 view and the 900 view that have a wide time interval pass through the same path, for example. Even if it is an X-ray detection signal, the value will be detected differently. By reducing the weight values of the X-ray detection signals around the 0 view and the 900 view, it is possible to reduce the influence of fluctuations in the X-ray detection signals due to body movements on the CT value. By weighting the X-ray detection signal, the CT value can be calculated mainly using the X-ray detection signal collected in a short time region. That is, the weighting for the X-ray detection signal can be regarded as substantially the same as improving the time resolution at the time of generating the medical CT image.

ところで、先述した図3(a)に示すような重み付けにより再構成を行った場合と、X線検出信号に対して重み付けを行わない場合、つまり図3(b)に示すような一様な重み付けにより再構成を行った場合とを比較する。図3(a)の重み付けを行った場合は、一部のX線検出信号における重みの値が大きいため、該X線検出信号に混入するランダムノイズがCT値に与える影響は大きくなる。その一方で、図3(b)の重み付けを行った場合は、X線検出信号における重みの値が一様であるため、各X線検出信号に混入するランダムノイズはX線検出信号の足し合わせによって平坦化されるため、ノイズがCT値に与える影響は小さくなる。つまり、重み付けによる時間分解能の向上はノイズによる医用CT像への画質低下の影響が大きくなる。従って、診断上有用な医用CT像を得るためには、移動量の大きな領域に対しては時間分解能を向上させてアーチファクトを低減し、一方移動量の小さな領域に対しては時間分解能を低下させて画質の向上を図ることが必要となる。   By the way, when the reconstruction is performed by weighting as shown in FIG. 3A and when the X-ray detection signal is not weighted, that is, uniform weighting as shown in FIG. Compare with the case of reconstruction. When the weighting of FIG. 3A is performed, since the weight value in some X-ray detection signals is large, the influence of random noise mixed in the X-ray detection signals on the CT value becomes large. On the other hand, when the weighting of FIG. 3B is performed, since the weight value in the X-ray detection signal is uniform, random noise mixed in each X-ray detection signal is added to the X-ray detection signal. Therefore, the influence of noise on the CT value is reduced. In other words, the improvement of the time resolution by weighting has a greater effect on the quality of the medical CT image due to noise. Therefore, in order to obtain a medical CT image useful for diagnosis, the temporal resolution is improved to reduce the artifacts for the region with a large amount of movement, while the temporal resolution is decreased for the region with a small amount of movement. Therefore, it is necessary to improve the image quality.

そこで本実施態様においては、被検体P上の移動領域の分布を検出し、その移動量に応じて領域ごとに時間分解能を変化させて再構成を行う。具体的には、再構成処理部103がスキャンによって収集したX線検出信号の集合、即ち生データ800から撮影時刻の異なるリファレンス画像810、811を再構成し、このリファレンス画像810、811同士の差分を取ることによって、被検体P中のどの領域に移動領域が分布と移動量を示す重みマップ820を生成する。更に重みマップ820から読み取った移動領域中の動き量に応じて重み付け関数830を設定する。重み付け関数830は動き量と時間分解能とを関連付けるための関数であり、動き量の大きな領域に対しては時間分解能を向上させ、動き量の小さな領域に対しては時間分解能を低下させるような重み付け関数830が医用CT像の画素毎に割り当てられる。この重み付け関数の画素毎の割り当ては、重み付け関数を医用CT像の座標情報と関連付ける処理と換言してもよい。重み付け関数830の設定が行われると、再構成処理部103は領域ごとに設定した重み付け関数830に従って医用CT像の再構成を行う。これにより、動き量の大きな領域に対しては時間分解能を高めて再構成を行うことによりアーチファクトを低減することができ、一方動き量が小さくアーチファクトの少ない領域に対しては時間分解能を下げることにより画質を向上させて医用CT像の生成を行うことができる。   Therefore, in this embodiment, the distribution of the moving area on the subject P is detected, and reconstruction is performed by changing the time resolution for each area according to the moving amount. Specifically, a set of X-ray detection signals collected by the reconstruction processing unit 103 by scanning, that is, reference images 810 and 811 having different imaging times are reconstructed from the raw data 800, and the difference between the reference images 810 and 811 is reconstructed. As a result, a weight map 820 is generated in which the moving region indicates the distribution and the moving amount in any region in the subject P. Further, a weighting function 830 is set according to the amount of movement in the moving area read from the weight map 820. The weighting function 830 is a function for associating the amount of motion with temporal resolution, and weighting that improves the temporal resolution for regions with a large amount of motion and decreases the temporal resolution for regions with a small amount of motion. A function 830 is assigned to each pixel of the medical CT image. This assignment of the weighting function for each pixel may be rephrased as a process of associating the weighting function with the coordinate information of the medical CT image. When the weighting function 830 is set, the reconstruction processing unit 103 reconstructs a medical CT image according to the weighting function 830 set for each region. As a result, it is possible to reduce artifacts by increasing the temporal resolution for regions with a large amount of motion and performing reconstruction, while reducing the temporal resolution for regions with a small amount of motion and little artifacts. It is possible to generate a medical CT image with improved image quality.

より詳しくは、本実施態様に述べるX線CT装置1は実質的に下記の順で処理を行うことで、アーチファクトを抑制した医用CT像を生成する。   More specifically, the X-ray CT apparatus 1 described in this embodiment generates a medical CT image in which artifacts are suppressed by performing processing substantially in the following order.

(1)生データ800の収集
(2)リファレンス810、811画像の再構成
(3)重みマップ820の生成
(4)重み付け関数830の設定
(5)医用CT像の再構成
以下、被検体Pの医用CT像を生成する際の、X線CT装置1の処理の流れについて述べる。
(1) Collection of raw data 800 (2) Reconstruction of reference 810 and 811 images (3) Generation of weight map 820 (4) Setting of weighting function 830 (5) Reconstruction of medical CT image A process flow of the X-ray CT apparatus 1 when generating a medical CT image will be described.

(1)生データ800の収集
X線CT装置1がスキャンを開始すると、まず回転体300を回転させた状態でX線管301が被検体Pへ向けてX線を照射し、X線検出器302が生データ800を収集する。ここで生データ800とは、照射角度毎にX線検出器302が収集したX線検出信号の集合を指す(以降、X線管301の照射角度を単にビューと記載する。)。X線管301が1回転する間にX線検出素子の1列が収集したX線検出信号の集合に1つの生データ800が対応し、生データ800は後述するチャネルとビューという2つの引数によって定義された2次元配列データとして記憶部107に記憶される。なお、以降の実施態様においては説明の簡単のため、X線検出器302のうちの単一のX線検出素子の列に注目して述べる。
(1) Collection of Raw Data 800 When the X-ray CT apparatus 1 starts scanning, the X-ray tube 301 first irradiates the subject P with X-rays while the rotating body 300 is rotated, and the X-ray detector 302 collects raw data 800. Here, the raw data 800 refers to a set of X-ray detection signals collected by the X-ray detector 302 for each irradiation angle (hereinafter, the irradiation angle of the X-ray tube 301 is simply referred to as a view). One raw data 800 corresponds to a set of X-ray detection signals collected by one column of X-ray detection elements during one rotation of the X-ray tube 301, and the raw data 800 is defined by two arguments, a channel and a view described later. It is stored in the storage unit 107 as defined two-dimensional array data. In the following embodiments, for the sake of simplicity, description will be made with attention paid to a single row of X-ray detection elements in the X-ray detector 302.

図4及び図5は、回転体300の回転と共にX線検出器302が収集する生データ800を示した図である。図4及び図5においては、2次元配列データである生データ800をX線検出信号の強度に応じて明るさの異なる2次元画像として示す。生データ800の画像の横軸はチャネルに対応し、縦軸はビューに対応する。また、本実施態様においては例として、X線検出器302の各列がX線検出素子を512個並べて構成されるものとして述べる(図4中の0ch−511chの記載に対応する。)(以降、X線検出素子がチャネル方向に並べられた順番を、単にチャネルと記載する。)。また、第1コリメータ401及び第2コリメータ430はX線照射範囲の制御を行わず、X線管301から照射されたX線は全てのX線検出素子へと入射するものとする。各列におけるX線検出素子の数は当然加減されて構わないし、X線の照射範囲は第1コリメータ401及び第2コリメータ430を制御することにより適宣狭められても構わない。   4 and 5 are diagrams showing raw data 800 collected by the X-ray detector 302 as the rotating body 300 rotates. 4 and 5, raw data 800 that is two-dimensional array data is shown as a two-dimensional image having different brightness according to the intensity of the X-ray detection signal. The horizontal axis of the image of the raw data 800 corresponds to the channel, and the vertical axis corresponds to the view. Further, in this embodiment, as an example, each column of the X-ray detector 302 is described as being configured by arranging 512 X-ray detection elements (corresponding to the description of 0ch-511ch in FIG. 4) (hereinafter referred to as “the description”). The order in which the X-ray detection elements are arranged in the channel direction is simply referred to as a channel). The first collimator 401 and the second collimator 430 do not control the X-ray irradiation range, and the X-rays irradiated from the X-ray tube 301 are incident on all X-ray detection elements. Naturally, the number of X-ray detection elements in each column may be adjusted, and the X-ray irradiation range may be appropriately narrowed by controlling the first collimator 401 and the second collimator 430.

以下、X線検出器302による生データ800の収集について述べる。まずX線管301がX線を照射すると、X線は被検体Pを透過してX線検出器302へと入射する。X線検出器302へ入射するときのX線の強度は被検体Pを透過することで変化し、並べられたX線検出素子にはチャネルごとに異なる強度のX線が入射する。X線検出器302を構成するX線検出素子の特定の列に注目すると、この列からは一度の検出毎に512個のX線検出信号が出力されることとなる。X線管301及びX線検出器302は、回転体300の回転によってX線の照射角度を変化させながらX線の照射と検出を続ける。X線検出器302が図4の状態に至るまでに125ビュー分の検出を行ったとすると、この時点のある列における生データ800は、1ビューあたり512個のX線検出信号を125ビュー分有することとなる。更に回転体300の回転とX線検出器302のX線の検出を続け、図5に示すように回転体300が1回転したところで、X線CT装置1は1スキャン分の生データ800の収集を終了する。回転体300が1回転するまでにX線検出器302が900ビュー分の検出を行ったとすると、この時点のある列における生データ800は1ビューあたり512個のX線検出信号を900ビュー分有することとなる。以上の動作により収集された生データ800は再構成処理部103へと出力され、再構成処理部103は生データ800を用いて後述するリファレンス画像810、811の生成を行う。   Hereinafter, collection of the raw data 800 by the X-ray detector 302 will be described. First, when the X-ray tube 301 emits X-rays, the X-rays pass through the subject P and enter the X-ray detector 302. The intensity of the X-rays when entering the X-ray detector 302 changes by passing through the subject P, and X-rays having different intensities are incident on the arranged X-ray detection elements for each channel. When attention is paid to a specific column of X-ray detection elements constituting the X-ray detector 302, 512 X-ray detection signals are output from this column for each detection. The X-ray tube 301 and the X-ray detector 302 continue X-ray irradiation and detection while changing the X-ray irradiation angle by the rotation of the rotating body 300. If the X-ray detector 302 has detected 125 views by the time it reaches the state of FIG. 4, the raw data 800 in a certain column at this time has 512 X-ray detection signals for 125 views per view. It will be. Further, the rotation of the rotating body 300 and the detection of X-rays by the X-ray detector 302 are continued, and when the rotating body 300 rotates once as shown in FIG. 5, the X-ray CT apparatus 1 collects raw data 800 for one scan. Exit. Assuming that the X-ray detector 302 detects 900 views before the rotation of the rotating body 300, the raw data 800 in a certain column at this time has 512 X-ray detection signals for 900 views per view. It will be. The raw data 800 collected by the above operation is output to the reconstruction processing unit 103, and the reconstruction processing unit 103 generates reference images 810 and 811 described later using the raw data 800.

(2)リファレンス画像810、811の再構成
再構成処理部103は先述した生データ800を基に、リファレンス画像810、811の再構成を行う。リファレンス画像810、811は、生データ800の一部のデータ領域から再構成されたCT像、あるいは再構成されたデータの集合である。リファレンス画像810、811は、生データ800を逆投影して得られたCT値に基づいて断層像を生成することで得られる。リファレンス画像810、811は、1回のスキャンから得られる生データ800から例えば2枚が生成される。リファレンス画像810の再構成する生データ800のデータ領域とリファレンス画像811を再構成する生データ800のデータ領域とは、X線検出信号の収集時刻が互いに異なるデータ領域を含むように、再構成処理部103は再構成するデータ領域の設定を行う。
(2) Reconstruction of reference images 810 and 811 The reconstruction processing unit 103 reconstructs the reference images 810 and 811 based on the raw data 800 described above. The reference images 810 and 811 are CT images reconstructed from a part of the data area of the raw data 800, or a set of reconstructed data. The reference images 810 and 811 are obtained by generating a tomographic image based on the CT value obtained by back projecting the raw data 800. For example, two reference images 810 and 811 are generated from the raw data 800 obtained from one scan. The reconstruction process is performed so that the data area of the raw data 800 to be reconstructed of the reference image 810 and the data area of the raw data 800 to be reconstructed of the reference image 811 include data areas having different acquisition times of X-ray detection signals. The unit 103 sets a data area to be reconfigured.

図6に、リファレンス画像810を再構成する様子を示す。以下、具体的に再構成の処理について述べる。まず再構成処理部103は再構成の前処理として、再構成されたCT像の強調のため生データ800にフィルタ処理を施す。このフィルタ処理は例えば生データ800に含まれる高周波成分を濾過することにより行われる。なお、ここでは簡単のため説明を省略するが、画質向上のために、X線強度補正やビームハードニング補正といった種々の補正処理を生データ800に施しても構わない。再構成処理部103はフィルタ処理の適用を終えると、生データ800のあるデータ領域内に含まれるX線検出信号の集合を抽出する。図6では例として、生データ800におけるデータ領域の前半部分である、1ビューから573ビューまでのデータ領域に含まれるX線検出信号を抽出した場合を示す。再構成処理部103は抽出したX線検出信号に対してバックプロジェクション法に基づく再構成処理を施し、2次元空間上にCT値をマッピングしたリファレンス画像810を生成する。   FIG. 6 shows how the reference image 810 is reconstructed. The reconfiguration process will be specifically described below. First, the reconstruction processing unit 103 performs a filtering process on the raw data 800 for enhancement of the reconstructed CT image as preprocessing for reconstruction. This filtering process is performed, for example, by filtering a high-frequency component included in the raw data 800. Although the description is omitted here for simplicity, various correction processes such as X-ray intensity correction and beam hardening correction may be performed on the raw data 800 in order to improve image quality. When the reconstruction processing unit 103 finishes applying the filter processing, the reconstruction processing unit 103 extracts a set of X-ray detection signals included in a data area in which the raw data 800 exists. FIG. 6 shows, as an example, a case where X-ray detection signals included in the data area from 1 view to 573 view, which is the first half of the data area in the raw data 800, are extracted. The reconstruction processing unit 103 performs reconstruction processing based on the back projection method on the extracted X-ray detection signal, and generates a reference image 810 in which CT values are mapped in a two-dimensional space.

また図7に、リファレンス画像811を再構成する様子を示す。リファレンス画像811の再構成処理の内容は、先述したリファレンス画像810の再構成処理と同じである。リファレンス画像811は、例えば生データ800における後半領域である、326ビューから900ビューまでのデータ領域に含まれるX線検出信号を用いて再構成される。   FIG. 7 shows how the reference image 811 is reconstructed. The content of the reconstructing process of the reference image 811 is the same as the reconstructing process of the reference image 810 described above. The reference image 811 is reconstructed using, for example, an X-ray detection signal included in a data area from 326 views to 900 views, which is the latter half area of the raw data 800.

ここで、図6及び図7に示したようなデータ領域を基にリファレンス画像810、811を再構成すると、各画像の基となったX線検出信号の収集時刻にはずれが生じることとなる。具体的には、例えば回転体300が0.50秒間を掛けて1回転すると考えると、リファレンス画像810を構成する1ビューから573ビューまでのX線検出信号は、スキャンを開始した瞬間から0.32秒が経過するまでの時間領域に収集されたものである。一方、リファレンス画像811を構成する326ビューから900ビューまでのX線検出信号は、スキャンを開始して0.18秒が経過した時点から0.50秒が経過する時点までの時間領域に収集されたものである。   Here, if the reference images 810 and 811 are reconstructed based on the data areas as shown in FIGS. 6 and 7, there will be a shift in the collection time of the X-ray detection signal that is the basis of each image. Specifically, for example, assuming that the rotator 300 makes one rotation over 0.50 seconds, the X-ray detection signals from the 1st view to the 573th view constituting the reference image 810 are 0. It is collected in the time domain until 32 seconds elapse. On the other hand, the X-ray detection signals from 326 views to 900 views constituting the reference image 811 are collected in the time domain from the time when 0.18 seconds have elapsed from the start of scanning until the time when 0.50 seconds have elapsed. It is a thing.

先述したように、被検体P内に組織の移動が生じる移動領域が存在する場合には、この移動領域のX線吸収量は組織の移動によって時々刻々と変化する。リファレンス画像810とリファレンス画像811とはX線検出信号の収集時刻が異なるため、移動領域におけるCT値は各リファレンス画像上で異なる値として現れることとなる。従って、各リファレンス画像上でCT値が変化している領域を検出することで、被検体P上の移動領域がどの部分に分布しているかを検出することができる。再構成処理部103は再構成したリファレンス画像810、811を用いて重みマップ820を生成することで、被検体P上の移動領域の検出を行う。   As described above, when there is a moving region in which the movement of the tissue occurs in the subject P, the amount of X-ray absorption in the moving region changes every moment due to the movement of the tissue. Since the reference image 810 and the reference image 811 have different X-ray detection signal acquisition times, the CT values in the moving region appear as different values on the reference images. Therefore, it is possible to detect in which part the moving region on the subject P is distributed by detecting the region where the CT value changes on each reference image. The reconstruction processing unit 103 detects a moving area on the subject P by generating a weight map 820 using the reconstructed reference images 810 and 811.

なお、本実施態様においては2枚のリファレンス画像を再構成する場合について述べたが、3枚以上のリファレンス画像を生成する処理を行っても構わない。また、2枚のリファレンス画像は生データ800のデータ領域における前半領域と後半領域を用いて再構成されると述べたが、異なるデータ領域を使用して再構成を行っても構わない。例えば、生データ800のデータ領域における100ビューから673ビューまでのデータ領域に基づいてリファレンス画像810を生成し、200ビューから773ビューまでのデータ領域に基づいてリファレンス画像811を生成するなど、データ領域のうち中間領域にある2組のデータを用いて再構成を行っても構わない。また、異なる時間に収集された2つの生データ800から、それぞれ2枚のリファレンス画像を再構成しても構わない。また、時間的に連続して収集された2つの生データ800にまたがるデータ領域からリファレンス画像を生成しても構わない。例えば、ある生データ800の700ビューから900ビューまでのデータと、この生データ800の直後に収集された生データ800の1ビューから473ビューまでのデータとに基づいて1枚のリファレンス画像を生成しても構わない。   In the present embodiment, the case where two reference images are reconstructed has been described, but a process of generating three or more reference images may be performed. In addition, although it has been described that the two reference images are reconstructed using the first half area and the second half area in the data area of the raw data 800, reconstruction may be performed using different data areas. For example, the reference image 810 is generated based on the data region from 100 views to 673 views in the data region of the raw data 800, and the reference image 811 is generated based on the data region from 200 views to 773 views. Of these, reconstruction may be performed using two sets of data in the intermediate area. Further, two reference images may be reconstructed from two raw data 800 collected at different times. In addition, a reference image may be generated from a data area that spans two raw data 800 collected continuously in time. For example, one reference image is generated based on data from 700 views to 900 views of a certain raw data 800 and data from 1 view to 473 views of the raw data 800 collected immediately after the raw data 800. It doesn't matter.

(3)重みマップ820の生成
再構成処理部103はリファレンス画像810、811の再構成を行うと、2つのリファレンス画像810、811の差異を検出して重みマップ820を生成する。図8に重みマップ820を生成する様子を示す。差異の検出は具体的には、2つのリファレンス画像810、811の各画素にマッピングされたCT値の差分を絶対値化し、この絶対値を画素値としてリファレンス画像810、811と同様のx軸とy軸の2軸からなる2次元空間にマッピングすることで行われる。
(3) Generation of Weight Map 820 When the reconstruction processing unit 103 reconstructs the reference images 810 and 811, it detects a difference between the two reference images 810 and 811 and generates a weight map 820. FIG. 8 shows how the weight map 820 is generated. Specifically, the difference is detected by converting the difference between the CT values mapped to the respective pixels of the two reference images 810 and 811 to an absolute value, and using the absolute value as a pixel value, the same x-axis as in the reference images 810 and 811 This is done by mapping to a two-dimensional space consisting of two axes of the y axis.

先述したように、リファレンス画像810とリファレンス画像811とのCT値の違いは、移動領域内のX線吸収量の変化によって引き起こされる。このCT値の差分量は、移動領域内のX線吸収量の変化が大きいほど、つまり移動領域内における動き量が大きいほど、大きな画素値となって重みマップ820上に現れる。従って実質的には、重みマップ820上には被検体P内の移動領域の分布と動き量がマッピングされることとなる。   As described above, the difference in CT value between the reference image 810 and the reference image 811 is caused by a change in the amount of X-ray absorption in the moving region. The difference amount of the CT value becomes a larger pixel value and appears on the weight map 820 as the change in the X-ray absorption amount in the movement region is larger, that is, as the movement amount in the movement region is larger. Therefore, the distribution of the moving area in the subject P and the amount of movement are substantially mapped on the weight map 820.

なお、リファレンス画像810、811にはノイズ成分が混入するため、重みマップ820には移動領域の移動を反映していない画素が含まれてしまう。こうした画素を取り除くため、再構成処理部103は重みマップ820の平滑化処理を行う。平滑化処理は、ある座標の画素にマッピングされた画素値を補正し、周辺画素との画素値の変化を滑らかにするよう変化させる処理である。平滑化処理にはローパスフィルタや移動平均フィルタ、あるいはメディアンフィルタといった種々の画像フィルタを重みマップ820に適用することにより行われる。平滑化処理を行うことにより重みマップ820からノイズを取り除くことができる。   Since noise components are mixed in the reference images 810 and 811, the weight map 820 includes pixels that do not reflect the movement of the moving area. In order to remove such pixels, the reconstruction processing unit 103 performs a smoothing process on the weight map 820. The smoothing process is a process of correcting a pixel value mapped to a pixel at a certain coordinate and changing the pixel value with a peripheral pixel so as to be smooth. The smoothing process is performed by applying various image filters such as a low-pass filter, a moving average filter, or a median filter to the weight map 820. Noise can be removed from the weight map 820 by performing the smoothing process.

また、再構成処理部103は平滑化処理の行われた重みマップ820の各画素に正規化処理を施す。正規化処理は、重みマップ820内の各画素値を後述する重み付け関数830の設定などの演算に適した範囲の値へと変換する処理である。正規化処理は、例えば重みマップ820内で最大値をとる画素値を抽出し、この最大値で各画素の画素値を除算することにより行われる。この計算により、重みマップ820内の各画素値は0から1の範囲の値に正規化されることとなる。   In addition, the reconstruction processing unit 103 performs normalization processing on each pixel of the weight map 820 that has been subjected to smoothing processing. The normalization process is a process of converting each pixel value in the weight map 820 into a value in a range suitable for calculation such as setting of a weighting function 830 described later. The normalization process is performed, for example, by extracting a pixel value having a maximum value in the weight map 820 and dividing the pixel value of each pixel by this maximum value. By this calculation, each pixel value in the weight map 820 is normalized to a value in the range of 0 to 1.

再構成処理部103は以上の処理により平滑化処理が行われ、且つ正規化処理が行われた重みマップ820を生成する。再構成処理部103はこの重みマップ820の各画素値に基づいて重み付け関数830を設定する。   The reconstruction processing unit 103 generates a weight map 820 that has been subjected to smoothing processing and normalization processing by the above processing. The reconstruction processing unit 103 sets a weighting function 830 based on each pixel value of the weight map 820.

(4)重み付け関数830の設定
再構成処理部103は重みマップ820の生成を行うと、重みマップ820の各画素にマッピングされた動き量の値に基づいて、画素毎に重み付け関数830を設定する。後述する医用CT像の再構成処理において、再構成処理部103は1ビューから900ビューまでの全てのX線検出信号を用いて再構成処理を行う。この再構成処理は、X線検出信号に対して重み付け関数830に基づく重み付けを加えた上で、バックプロジェクション法によって医用CT像を再構成することにより行われる。ここで重み付け関数830は、生データ800から抽出された900個のX線検出信号に対して重み付けを与えるための関数である。再構成処理部103は、後述する重み付け関数830による重み付け加算によってCT値を算出し、医用CT像の再構成処理を行う。
(4) Setting of Weighting Function 830 When the reconstruction processing unit 103 generates the weight map 820, the weighting function 830 is set for each pixel based on the motion amount value mapped to each pixel of the weight map 820. . In a medical CT image reconstruction process to be described later, the reconstruction processing unit 103 performs a reconstruction process using all X-ray detection signals from one view to 900 views. This reconstruction processing is performed by adding a weight based on the weighting function 830 to the X-ray detection signal and then reconstructing a medical CT image by the back projection method. Here, the weighting function 830 is a function for weighting 900 X-ray detection signals extracted from the raw data 800. The reconstruction processing unit 103 calculates a CT value by weighted addition using a weighting function 830 described later, and performs a medical CT image reconstruction process.

再構成処理部103は、重みマップ820の各画素にマッピングされた動き量の値に基づいて形状の異なる重み付け関数830を画素に対して設定する。重み付け関数830の形状は少なくとも3種類以上が存在し、記憶部107には形状の異なる重み付け関数830がそれぞれ動き量と関連付けられて記憶される。この場合、再構成処理部103は動き量に関連付けられた重み付け関数830を記憶部107から読み出すことで重み付け関数830の設定を行う。重み付け関数830の形状は後述する時間分解能に影響するが、形状の異なる重み付け関数830を複数用意しておくことにより、時間分解能の大きく異なる不自然な画素の発生を抑えることができる。なお、記憶部107に重み付け関数830そのものを記憶する替わりに、重み付け関数830の形状を設定するための係数などを動き量に関連付けて記憶部107に記憶しても構わない。この場合、再構成処理部103は動き量に関連付けられた係数を記憶部107から読み出し、この係数を基に重み付け関数830を算出することで重み付け関数830の設定を行う。   The reconstruction processing unit 103 sets a weighting function 830 having a different shape for each pixel based on the amount of motion mapped to each pixel in the weight map 820. There are at least three types of weighting functions 830, and weighting functions 830 having different shapes are stored in the storage unit 107 in association with the amount of motion. In this case, the reconstruction processing unit 103 sets the weighting function 830 by reading out the weighting function 830 associated with the motion amount from the storage unit 107. Although the shape of the weighting function 830 affects the time resolution described later, by preparing a plurality of weighting functions 830 having different shapes, it is possible to suppress the occurrence of unnatural pixels with greatly different time resolution. Instead of storing the weighting function 830 itself in the storage unit 107, a coefficient for setting the shape of the weighting function 830 may be stored in the storage unit 107 in association with the amount of motion. In this case, the reconstruction processing unit 103 reads the coefficient associated with the motion amount from the storage unit 107, and sets the weighting function 830 by calculating the weighting function 830 based on the coefficient.

図9に、医用CT画像中のある座標[x1,y1]の画素を再構成する際に用いる、重み付け関数830の例を示す。重み付け関数830は、0から2までの範囲の多段階の値を持ち、連続的に重みの値が切り替わるように設定され、0、1、及び2の3段階以上の重みを持つように設定される。また重み付け関数830は、生データ800のデータ領域の中心である449番目のビューに近づくほど重みの値が増加して2に近づき、449番目のビューにおいて最大値となる。一方データ領域の端である1番目や900番目のビューに近づくほど重みの値が減少して0に近づき、1番目及び900番目のビューにおいて最小値をとるように設定される。例えば図9に示すような重み付け関数830が設定されると、449番目のビューに属するX線検出信号は重み付け加算の際に2倍近い検出量を持つものとして扱われ、一方1番目や900番目のビューに属するX線検出信号は重み付け加算の際に0に近い検出量を持つように重み付けがなされる。即ち、重み付け関数830の形状は、例えばデータ領域中心のビューに対する重みの値を増加させる一方で、この増加を補償するようにデータ領域端のビューに対する重みの値を減少させた形状となる。より具体的には、あるビューの重みの値と、このビューと同じパスを通るビューの重みの値との合計値が1となり、各ビューに対する重みの値が補償しあうように重み付け関数830が設定される。   FIG. 9 shows an example of the weighting function 830 used when reconstructing a pixel at a certain coordinate [x1, y1] in the medical CT image. The weighting function 830 has a multi-stage value ranging from 0 to 2, is set so that the weight value is switched continuously, and is set to have a weight of three or more levels of 0, 1, and 2. The In addition, the weighting function 830 increases the weight value as it approaches the 449th view that is the center of the data area of the raw data 800, and approaches the maximum value in the 449th view. On the other hand, the weight value decreases as it approaches the first or 900th view that is the end of the data area, approaches 0, and is set to take the minimum value in the 1st and 900th views. For example, when the weighting function 830 as shown in FIG. 9 is set, the X-ray detection signal belonging to the 449th view is treated as having a detection amount nearly doubled at the time of weighted addition, whereas the first and 900th views The X-ray detection signals belonging to the views are weighted so as to have a detection amount close to 0 at the time of weighted addition. That is, the shape of the weighting function 830 is, for example, a shape in which the weight value for the view at the center of the data region is increased while the weight value for the view at the end of the data region is decreased to compensate for this increase. More specifically, the sum of the weight value of a view and the weight value of the view passing through the same path as this view is 1, and the weighting function 830 compensates so that the weight value for each view is compensated. Is set.

再構成処理部103がこうした重み付けをX線検出信号に施した上で再構成処理を行うことにより、ある座標[x1,y1]の画素のCT値は、生データ800の収集時刻のうち中心時刻(449番目のビューの収集時刻に対応する。)に近いX線検出信号が支配的に決定するようになり、一方中心時刻から離れた時刻(1番目や900番目に近いビューの収集時刻に対応する。)に近いX線検出信号がCT値の算出に寄与する度合いは小さくなる。この重み付け処理は実質的には、時間分解能を向上させる処理と見なすことができる。   When the reconstruction processing unit 103 performs such weighting on the X-ray detection signal and performs the reconstruction process, the CT value of the pixel at a certain coordinate [x1, y1] is the central time among the collection times of the raw data 800. The X-ray detection signal close to (corresponding to the collection time of the 449th view) is dominantly determined, while the time away from the central time (corresponding to the collection time of the view closest to the first or 900th view). The degree of contribution of the X-ray detection signal close to the calculation of the CT value is small. This weighting process can be substantially regarded as a process for improving the time resolution.

本実施態様においては重みマップ820から検出された動き量に応じて重み付け関数830の形状を変化させることで、時間分解能の調節を行う。具体的には、重みマップ820上で動き量が大きな画素に対しては、時間分解能を向上させるために中心時刻から離れた時刻の重みの値を大きく減じ、中心時刻周辺の重みの値を大きく増加させた重み付け関数830を設定する。一方、重みマップ820上で動き量が小さな画素に対しては時間分解能を低下させるため、中心時刻から離れた時刻に収集されたX線検出信号の重みの値の減少量を低下させ、中心時刻周辺のX線検出信号の重みの値を減少させた重み付け関数830を設定する。   In this embodiment, the time resolution is adjusted by changing the shape of the weighting function 830 in accordance with the amount of motion detected from the weight map 820. Specifically, for a pixel with a large amount of motion on the weight map 820, the weight value at the time away from the central time is greatly decreased to increase the weight value around the central time in order to improve the time resolution. An increased weighting function 830 is set. On the other hand, in order to reduce the temporal resolution for pixels with a small amount of motion on the weight map 820, the amount of decrease in the value of the weight of the X-ray detection signal collected at a time away from the central time is reduced. A weighting function 830 in which the weight value of the peripheral X-ray detection signal is reduced is set.

以下に、重みマップ820にマッピングされた動き量に基づいて重み付け関数830を設定する様子を示す。再構成処理部103が行う重み付け関数830の設定は、例えば重みマップ820が検出した動き量(図9、図10、及び図11中の「strength」に対応。)に比例して、重みの値を増加させる領域の幅及び減少させる領域の幅の変化した重み付け関数830を記憶部107から読みだすことにより行われる。   Hereinafter, a state in which the weighting function 830 is set based on the motion amount mapped to the weight map 820 is shown. The setting of the weighting function 830 performed by the reconstruction processing unit 103 is, for example, a weight value in proportion to the amount of motion detected by the weight map 820 (corresponding to “strength” in FIGS. 9, 10, and 11). This is performed by reading the weighting function 830 in which the width of the region for increasing the width and the width of the region for decreasing is changed from the storage unit 107.

図10に、ある座標[x2,y2]の画素を再構成する際の重み付け関数830を示す。座標[x2,y2]の動き量は座標[x1,y1]の動き量よりも大きいために、重み付け関数830は座標[x1,y1]に比べ時間分解能を向上させる形状に設定される。具体的には、中心時刻周辺で重みが1から2へと増加する領域の幅が、座標[x1,y1]の重み付け関数830よりも広くなるように、更に中心時刻から離れた領域で重みの値が1から0へと減少する領域の幅が、座標[x1,y1]の重み付け関数830よりも広くなった重み付け関数830が記憶部107から読み出される。中心時刻から離れた時刻の重みの値を減らすほど、実質的には時間分解能が向上することとなる。   FIG. 10 shows a weighting function 830 when reconstructing a pixel at a certain coordinate [x2, y2]. Since the motion amount of the coordinates [x2, y2] is larger than the motion amount of the coordinates [x1, y1], the weighting function 830 is set to a shape that improves the time resolution compared to the coordinates [x1, y1]. Specifically, the weight of the region where the weight increases from 1 to 2 around the central time is wider than the weighting function 830 of the coordinates [x1, y1], and the weight of the region further away from the central time is increased. The weighting function 830 in which the width of the region where the value decreases from 1 to 0 is wider than the weighting function 830 of the coordinates [x1, y1] is read from the storage unit 107. As the weight value of the time away from the central time is decreased, the time resolution is substantially improved.

図11に、ある座標[x3,y3]の画素を再構成する際の重み付け関数830を示す。座標[x3,y3]の動き量は座標[x1,y1]の動き量よりも小さいために、重み付け関数830は座標[x1,y1]に比べ時間分解能を低下させるような形状のものが記憶部107から読み出され設定される。具体的には、中心時刻周辺で重みの値が1から2へと増加する領域の幅が、座標[x1、y1]の重み付け関数830よりも狭くなるように、更に中心時刻から離れた領域で重みの値が1から0へと減少する領域の幅が、座標[x1、y1]の重み付け関数830よりも狭くなる重み付け関数830が設定される。中心時刻から離れた時刻の重みの値の減少量が減るほど、実質的には時間分解能が低下することとなる。   FIG. 11 shows a weighting function 830 for reconstructing a pixel at a certain coordinate [x3, y3]. Since the amount of movement of the coordinates [x3, y3] is smaller than the amount of movement of the coordinates [x1, y1], the weighting function 830 has a shape that lowers the time resolution compared to the coordinates [x1, y1]. It is read from 107 and set. Specifically, in a region further away from the central time so that the width of the region where the weight value increases from 1 to 2 around the central time becomes narrower than the weighting function 830 of the coordinates [x1, y1]. A weighting function 830 is set in which the width of the area where the weight value decreases from 1 to 0 is narrower than the weighting function 830 of the coordinates [x1, y1]. As the amount of decrease in the weight value at the time away from the center time decreases, the time resolution substantially decreases.

なお、本実施態様では、重み付け関数830は記憶部107に予め記憶され、再構成処理部103がこれを記憶部107から読みだして設定する動作について述べた。しかし、重み付け関数830は予め記憶される代わりに、動き量に合わせて再構成処理部103が算出するものであっても構わない。また、本実施態様では例として、データ領域の中心のビューに対する重みの値が増加し、一方データ領域の端に対する重みの値が減少する重み付け関数830を述べた。しかし、重み付け関数830の重みの値が増加する領域はデータ領域の中心に限らず、例えばデータ領域の端のビューに対する重みの値を増加させ、対応するデータ領域の中心にあるビューに対する重みの値を減少させた重み付け関数830を用いても構わない。また、重みの値を増加させ、あるいは減少させる領域はデータ領域の中心や端に限らず、中心と端との中間領域などの任意の領域を増加あるいは減少させた重み付け関数830を用いても構わない。   In the present embodiment, the weighting function 830 is stored in the storage unit 107 in advance, and the operation in which the reconstruction processing unit 103 reads and sets this from the storage unit 107 has been described. However, the weighting function 830 may be calculated by the reconstruction processing unit 103 in accordance with the amount of motion instead of being stored in advance. Also, in the present embodiment, as an example, the weighting function 830 is described in which the weight value for the center view of the data area increases while the weight value for the edge of the data area decreases. However, the area where the weight value of the weighting function 830 increases is not limited to the center of the data area. For example, the weight value for the view at the center of the corresponding data area is increased by increasing the weight value for the view at the end of the data area. A weighting function 830 with a reduced value may be used. Further, the area where the weight value is increased or decreased is not limited to the center or end of the data area, but a weighting function 830 in which an arbitrary area such as an intermediate area between the center and the end is increased or decreased may be used. Absent.

なお、本実施態様では重み付け関数830の例として、重みの値が0から1へ、また1から2へ遷移する例を述べた。しかし本実施形態の重み付け関数830はこれに限られるものではなく、図12(a)に示すように重みの値を0.5から1へ、また1から1.5へ遷移させるなど、重みの値が変化する幅を適宣変更しても構わない。またあるいは、重みマップ820から検出された動き量の大きさに応じて重みの値が変化する幅が異なる重み付け関数830を用いても構わない。図12(a)に示す形状の重み付け関数830において、動き量が大きい場合には重みの値が例えば0から2の範囲で変化する重み付け関数830を用いることで実質的に時間分解能を向上させ、一方動き量が小さい場合には重みの値が例えば0.5から1.5の範囲で変化する重み付け関数830を用いることで時間分解能を低下させることができる。   In this embodiment, as an example of the weighting function 830, an example in which the weight value transitions from 0 to 1 and from 1 to 2 has been described. However, the weighting function 830 of the present embodiment is not limited to this, and as shown in FIG. 12A, the weight value is changed from 0.5 to 1 and from 1 to 1.5. The range in which the value changes may be changed as appropriate. Alternatively, a weighting function 830 having a different width in which the weight value changes according to the amount of motion detected from the weight map 820 may be used. In the weighting function 830 having the shape shown in FIG. 12A, when the amount of motion is large, the time resolution is substantially improved by using the weighting function 830 in which the weight value changes in the range of 0 to 2, for example. On the other hand, when the amount of motion is small, the time resolution can be lowered by using the weighting function 830 whose weight value changes in the range of 0.5 to 1.5, for example.

また、図12(b)に示すように、1回転を超えて収集されたX線検出信号に対して重み付け関数830を設定しても構わない。図12(b)では、例として1100ビュー分のX線検出信号に対して重み付けを行う例を示す。図12(b)では0から200ビューにおける重みの値が0から1へなだらかに増加するように設定される。一方、0から200ビューと同じパスを通る900から1100ビューにおける重みの値は、0から200ビューの重みの値を補償し合計値が1となるように、1から0へとなだらかに減少するように設定される。動き量が小さい場合には超過するビュー数が増加した重み付け関数830を用いて、0ビューから1300ビュー分のX線検出信号に対して重み付けを行う。0から400ビューの範囲で重みの値が増加し、一方900から1300ビューの範囲で重みの値が減少する重み付け関数830を用いる。一方動き量が大きい場合には超過するビュー数が減少した重み付け関数830を用いて、0ビューから1000ビュー分のX線検出信号に対して重み付けを行う。0から100ビューの範囲で重みの値が増加し、一方900から1000ビューの範囲で重みの値が減少する重み付け関数830を用いる。このように、動き量の大きさに合わせて超過するビュー数及び値の変化するビューの範囲が異なる重み付け関数830を用いることで、時間分解能を変化させることができる。   Also, as shown in FIG. 12B, a weighting function 830 may be set for the X-ray detection signals collected over one rotation. FIG. 12B shows an example in which weighting is performed on X-ray detection signals for 1100 views as an example. In FIG. 12B, the weight value in 0 to 200 views is set to increase gently from 0 to 1. On the other hand, the weight value in 900 to 1100 views passing through the same path as 0 to 200 views gradually decreases from 1 to 0 so that the weight value of 0 to 200 views is compensated and the total value becomes 1. Is set as follows. When the amount of motion is small, weighting is performed on the X-ray detection signals from 0 view to 1300 views using the weighting function 830 in which the number of views that have exceeded is increased. A weighting function 830 is used in which the weight value increases in the range of 0 to 400 views, while the weight value decreases in the range of 900 to 1300 views. On the other hand, when the amount of motion is large, weighting is performed on the X-ray detection signals from 0 view to 1000 views using the weighting function 830 in which the number of excess views is reduced. A weighting function 830 is used in which the weight value increases in the range of 0 to 100 views, while the weight value decreases in the range of 900 to 1000 views. As described above, the time resolution can be changed by using the weighting function 830 in which the number of views exceeding the amount of motion and the range of the view whose value changes are different.

(5)医用CT像の再構成
再構成処理部103は重み付け関数830を設定すると、設定した重み付け関数830に従って医用CT像の再構成を行う。医用CT像は、生データ800における全てのデータ領域に含まれるX線検出信号を用いて再構成される。
(5) Reconstruction of Medical CT Image When the reconstruction processing unit 103 sets the weighting function 830, it reconstructs a medical CT image according to the set weighting function 830. The medical CT image is reconstructed using X-ray detection signals included in all data regions in the raw data 800.

以下、より具体的に医用CT像の再構成処理について述べる。再構成処理部103は再構成を開始するに当たって、生データ800に含まれるX線検出信号の集合を抽出する。   The medical CT image reconstruction process will be described more specifically below. The reconstruction processing unit 103 extracts a set of X-ray detection signals included in the raw data 800 before starting reconstruction.

次に、再構成処理部103は医用CT像上の各画素と披検体P上のX線が透過した断面とを関連付ける。再構成処理部103は、医用CT像上の座標[x,y]を透過したX線のX線検出信号が、生データ800上のどのX線検出信号に対応するかを算出し、対応するX線検出信号を抽出する。医用CT像の再構成においては、生データ800に含まれる900個のX線検出信号が抽出されることとなる。次に、再構成処理部103は重みマップ820からある画素[x,y]に対応する動き量を読み出し、これに対応した重み付け関数830を決定する。再構成処理部103はある画素[x,y]に対応するX線検出信号の集合に対して、重み付け関数830に基づく重み付けを施し、検出量の値を変化させる。再構成処理部103は値の変化した900個のX線検出信号が持つ検出量の値を重み付け加算し、得られた値をCT値として、医用CT像中の画素[x,y]にマッピングする。同様の処理を全ての画素について行い、再構成処理部103は医用CT像の再構成を行う。 Next, the reconstruction processing unit 103 associates each pixel on the medical CT image with a cross section through which X-rays on the specimen P are transmitted. The reconstruction processing unit 103 calculates to which X-ray detection signal on the raw data 800 the X-ray detection signal of the X-ray that has transmitted the coordinates [x, y] on the medical CT image corresponds. An X-ray detection signal is extracted. In the reconstruction of the medical CT image, 900 X-ray detection signals included in the raw data 800 are extracted. Next, the reconstruction processing unit 103 reads a motion amount corresponding to a certain pixel [x, y] from the weight map 820 and determines a weighting function 830 corresponding to the motion amount. The reconstruction processing unit 103 weights a set of X-ray detection signals corresponding to a certain pixel [x, y] based on the weighting function 830 to change the value of the detection amount. The reconstruction processing unit 103 weights and adds the detection amount values of the 900 X-ray detection signals whose values have changed, and maps the obtained value to the pixel [x, y] in the medical CT image as a CT value. To do. Similar processing is performed for all pixels, and the reconstruction processing unit 103 reconstructs a medical CT image.

「(4)重み付け関数830の設定」の項で述べたように、重み付け関数830は被検体P上で動き量が大きな領域において時間分解能が高くなるように設定される。時間分解能を向上させることにより、組織の移動による影響を低減し、医用CT像上に現れるアーチファクトを抑制することができる。一方重み付け関数830は、被検体P上で移動量が小さな領域において時間分解能が低くなるように設定される。時間分解能を低下させることにより、実質的にはより多くのX線検出信号に基づいてCT値を決定するため、ノイズの影響を減じ画質を向上させることができる。   As described in the section “(4) Setting the weighting function 830”, the weighting function 830 is set so that the time resolution is high in the region where the amount of motion is large on the subject P. By improving the time resolution, it is possible to reduce the influence due to the movement of the tissue and suppress artifacts appearing on the medical CT image. On the other hand, the weighting function 830 is set so that the time resolution is low in the region where the movement amount is small on the subject P. By reducing the time resolution, the CT value is substantially determined based on a larger number of X-ray detection signals, so that the influence of noise can be reduced and the image quality can be improved.

このように、本実施態様における医用CT像の再構成は画素毎に組織の移動を検出し、動き量に応じて時間分解能を加減することで行われる。組織の移動が大きくアーチファクトの大きな領域に対してのみ時間分解能を向上させて再構成を行うことで、移動領域に生じるアーチファクトを低減しつつ、移動領域以外の領域の画質を向上させることができる。   As described above, the reconstruction of the medical CT image in this embodiment is performed by detecting the movement of the tissue for each pixel and adjusting the time resolution in accordance with the amount of movement. By performing reconstruction by improving the temporal resolution only for an area where the movement of the tissue is large and the artifact is large, it is possible to improve the image quality of the area other than the moving area while reducing artifacts generated in the moving area.

(医用CT像の再構成処理の流れ)
図13は、本実施態様における医用CT像の再構成処理の流れを示したフローチャートである。以下、図13に沿って再構成処理の流れについて述べる。なお、図13の再構成処理を行うにあたって、X線検出器302による生データ800の収集及び重みマップ820の生成は既に行われているものとする。
(Flow of medical CT image reconstruction process)
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of medical CT image reconstruction processing in the present embodiment. Hereinafter, the flow of the reconstruction process will be described with reference to FIG. Note that when performing the reconstruction process of FIG. 13, it is assumed that the raw data 800 is collected and the weight map 820 is already generated by the X-ray detector 302.

まず再構成処理部103が再構成処理を開始すると(ステップ1000)、再構成処理部103はX線検出器302により収集された生データ800から、医用CT像のある画素[X,Y]を透過したX線のX線検出信号が、生データ800上のどのチャネルに属するかを算出し、該当するビューとチャネルのX線検出信号を抽出する(ステップ1001)。なお図13中のch=CalcCH(X,Y,VIEW)なる関数は、医用CT像上の画素の座標[X,Y]とビュー番号[VIEW]が与えられたとき、これに対応する生データ800上のチャネル番号[ch]を算出する関数である。   First, when the reconstruction processing unit 103 starts the reconstruction process (step 1000), the reconstruction processing unit 103 extracts a pixel [X, Y] having a medical CT image from the raw data 800 collected by the X-ray detector 302. Which channel on the raw data 800 the transmitted X-ray X-ray detection signal belongs to is calculated, and the corresponding view and channel X-ray detection signals are extracted (step 1001). Note that the function ch = CalcCH (X, Y, VIEW) in FIG. 13 is the raw data corresponding to the coordinates [X, Y] of the pixel on the medical CT image and the view number [VIEW]. This is a function for calculating a channel number [ch] on 800.

次に再構成処理部103は重みマップ820上に基づいて、座標[X,Y]にある画素の動き量(図13中の「strength」)を読み出す(ステップ1002)。なお図13中のstrength=StrengthMAP[X,Y]なる関数は、重みマップ820上の座標[X,Y]にマッピングされた値を動き量[strength]として読み出す関数である。   Next, the reconstruction processing unit 103 reads the motion amount of the pixel at the coordinates [X, Y] (“strength” in FIG. 13) based on the weight map 820 (step 1002). A function of strength = StrengthMAP [X, Y] in FIG. 13 is a function for reading a value mapped to the coordinates [X, Y] on the weight map 820 as a motion amount [strength].

次に再構成処理部103は読み出した動き量[strength]の値に基づいて重み付け関数830を設定し、設定した重み付け関数830に基づいて、あるビューにおける重み(図13中の「weight」)の値を算出する(ステップ1003)。なお図13中のweight=CalcWeight(strangth,VIEW)なる関数は、ステップ1002で読み出された動き量[strangth]とビュー番号[VIEW]が与えられたとき、重み付け関数830から重みの値[weight]を算出する関数である。   Next, the reconstruction processing unit 103 sets a weighting function 830 based on the value of the read motion amount [strength], and based on the set weighting function 830, the weight of a certain view (“weight” in FIG. 13). A value is calculated (step 1003). Note that the function weight = CalcWeight (strength, VIEW) in FIG. 13 is obtained from the weighting function 830 when the motion amount [strength] and the view number [VIEW] read in step 1002 are given. ] Is a function for calculating

次に再構成処理部103は、重み付けられたX線検出信号の値を医用CT画像の座標[X,Y]にある画素のCT値(図13中のPixel[X,Y])と重み付け加算する(ステップ1004)。なお図13中のPixel[X,Y]=Ray[ch,VIEW]*weight+Pixel[X,Y]なる関数は、ステップ1001で算出したチャネル番号[ch]と与えられたビュー番号[VIEW]に属するX線検出信号の値(図13中の「Ray[ch,VIEW]」)を生データ800から読み出し、読み出したX線検出信号の値にステップ1003で算出した重みの値を乗算する。そして乗算によって得られた値を、医用CT像の座標[X,Y]へマッピングされた値Pixel[X,Y]へ加算する関数である。   Next, the reconstruction processing unit 103 weights and adds the weighted X-ray detection signal value to the CT value of the pixel at the coordinates [X, Y] of the medical CT image (Pixel [X, Y] in FIG. 13). (Step 1004). Note that the function Pixel [X, Y] = Ray [ch, VIEW] * weight + Pixel [X, Y] in FIG. 13 belongs to the channel number [ch] calculated in step 1001 and the given view number [VIEW]. The value of the X-ray detection signal (“Ray [ch, VIEW]” in FIG. 13) is read from the raw data 800, and the read X-ray detection signal value is multiplied by the weight value calculated in Step 1003. The function is a function for adding the value obtained by multiplication to the value Pixel [X, Y] mapped to the coordinates [X, Y] of the medical CT image.

再構成処理部103はCT値の重み付け加算が終了すると、ステップ1001からステップ1004に係る処理が全てのビューについて行われたか否かを判定する(ステップ1005)。なお、図13中の「Nview」は、一度のスキャンで得られるビュー数を示す。再構成処理部103が、処理の行われていないビューが存在すると判断すると(ステップ1005のYes)、再構成処理部103はビュー番号[VIEW]を更新して(ステップ1006)、再びステップ1001の処理に戻る。   When the weighting addition of CT values is completed, the reconstruction processing unit 103 determines whether or not the processing according to Step 1001 to Step 1004 has been performed for all views (Step 1005). Note that “Nview” in FIG. 13 indicates the number of views obtained by one scan. When the reconstruction processing unit 103 determines that there is an unprocessed view (Yes in step 1005), the reconstruction processing unit 103 updates the view number [VIEW] (step 1006), and again in step 1001. Return to processing.

再構成処理部103が全てのビューについて処理が行われたと判断すると(ステップ1005のNo)、再構成処理部103はステップ1001からステップ1005に係る処理が全てのx座標について行われたか否かを判定する(ステップ1007)。なお、図13中の「MatrixX」は、医用CT像中で最大のx座標の値を示す。再構成処理部103が、処理の行われていないx座標が存在すると判断すると(ステップ1007のYes)、再構成処理部103はビュー番号[VIEW]及びx座標の値[X]を更新して(ステップ1008)、再びステップ1001の処理に戻る。   When the reconstruction processing unit 103 determines that processing has been performed for all views (No in step 1005), the reconstruction processing unit 103 determines whether or not the processing according to steps 1001 to 1005 has been performed for all x coordinates. Determination is made (step 1007). Note that “MatrixX” in FIG. 13 indicates the maximum x-coordinate value in the medical CT image. When the reconstruction processing unit 103 determines that there is an x-coordinate that has not been processed (Yes in step 1007), the reconstruction processing unit 103 updates the view number [VIEW] and the x-coordinate value [X]. (Step 1008), the process returns to Step 1001 again.

再構成処理部103が全てのx座標について処理が行われたと判断すると(ステップ1007のNo)、再構成処理部103はステップ1001からステップ1007に係る処理が全てのy座標について行われたか否かを判定する(ステップ1009)。なお、図13中の「MatrixY」は、医用CT像中で最大のy座標の値を示す。再構成処理部103が、処理の行われていないy座標が存在すると判断すると(ステップ1009のYes)、再構成処理部103はビュー番号[VIEW]、x座標の値[X]、及びy座標の値[Y]を更新して(ステップ1010)、再びステップ1001の処理に戻る。再構成処理部103が全てのy座標について処理が行われたと判断すると(ステップ1009のNo)、再構成処理部103は医用CT像の再構成を終了する(ステップ1011)。   When the reconstruction processing unit 103 determines that processing has been performed for all x coordinates (No in Step 1007), the reconstruction processing unit 103 determines whether the processing according to Step 1001 to Step 1007 has been performed for all y coordinates. Is determined (step 1009). Note that “MatrixY” in FIG. 13 indicates the maximum y-coordinate value in the medical CT image. If the reconstruction processing unit 103 determines that there is an unprocessed y coordinate (Yes in step 1009), the reconstruction processing unit 103 determines that the view number [VIEW], the x coordinate value [X], and the y coordinate [Y] is updated (step 1010), and the process returns to step 1001 again. When the reconstruction processing unit 103 determines that processing has been performed for all y coordinates (No in step 1009), the reconstruction processing unit 103 ends the reconstruction of the medical CT image (step 1011).

以上の処理により、再構成処理部103は医用CT像の再構成を行う。なお本実施態様に述べる再構成の処理はこれに限られるものではなく、例えばステップ1001からステップ1004に述べた処理の順番を適宣入れ替えても構わないし、ステップ1005、ステップ1007、及びステップ1009に述べた判定の順を適宣入れ替えても構わない。   Through the above processing, the reconstruction processing unit 103 reconstructs a medical CT image. Note that the reconstruction process described in the present embodiment is not limited to this. For example, the order of the processes described in Step 1001 to Step 1004 may be appropriately changed, and Step 1005, Step 1007, and Step 1009 may be replaced. The order of the judgments described may be appropriately changed.

なお、以上の処理はX線検出器302の特定の一列に注目し、一列のX線検出素子から1断面分の医用CT像を生成する場合について述べたが、X線検出器302が複数列並べられたX線検出素子から構成される場合の処理も同様である。各列から出力された生データ800に対して先述した再構成処理を施すことにより、複数断面の医用CT像を生成することができる。   In the above processing, attention is paid to a specific row of the X-ray detector 302, and a case where a medical CT image for one cross section is generated from a row of X-ray detection elements has been described. The same applies to the processing when the X-ray detection elements are arranged. By performing the above-described reconstruction process on the raw data 800 output from each column, a medical CT image having a plurality of cross sections can be generated.

(ヘリカルスキャンにおける重みマップ820の生成)
先の実施態様に述べた医用CT像の再構成処理は、天板500を一定の位置に固定した状態でスキャンを行う所謂コンベンショナルスキャンに注目して述べた。しかし、本実施態様に述べる医用CT像の再構成処理はコンベンショナルスキャンに限られるものではなく、ガントリ3に対して天板500を長手方向(図14中のz軸方向)に沿って移動させながらスキャンを行い、らせん状にデータを収集するヘリカルスキャンに対しても適用することが可能である。
(Generation of weight map 820 in helical scan)
The medical CT image reconstruction processing described in the previous embodiment has been described focusing on so-called conventional scanning in which scanning is performed with the top 500 fixed at a fixed position. However, the medical CT image reconstruction process described in the present embodiment is not limited to the conventional scan, and the top plate 500 is moved with respect to the gantry 3 along the longitudinal direction (z-axis direction in FIG. 14). It can also be applied to a helical scan that scans and collects data in a spiral.

図14にヘリカルスキャンにおけるスキャンの様子を示す。実際のヘリカルスキャンにおいては天板500がガントリ3に対して移動するが、図14では説明の簡単のため、図中でガントリ3を相対的に移動させたものを示す。   FIG. 14 shows a scan state in the helical scan. In the actual helical scan, the top 500 moves relative to the gantry 3, but FIG. 14 shows the gantry 3 relatively moved in FIG.

X線CT装置1がヘリカルスキャンを開始すると、回転体300が回転した状態でX線管301はX線検出器302の各列へX線が入射するようにX線を照射し、X線検出器302は様々な角度から照射されたX線を検出する。このヘリカルスキャンの最中に天板500は長手方向に対して一定速度で移動するため、X線検出信号を収集するX線検出素子のz座標は撮影時刻と共に変化することとなる。X線検出器302は天板500を所定の距離だけ移動させてヘリカルスキャンを終えると、各列から収集された生データ800を再構成処理部103へと出力する。   When the X-ray CT apparatus 1 starts the helical scan, the X-ray tube 301 irradiates each row of the X-ray detector 302 so that the X-rays are incident on the X-ray detector 302 in a state where the rotating body 300 is rotated. The instrument 302 detects X-rays emitted from various angles. During the helical scan, the top plate 500 moves at a constant speed in the longitudinal direction, so that the z coordinate of the X-ray detection element that collects the X-ray detection signal changes with the imaging time. When the X-ray detector 302 moves the top plate 500 by a predetermined distance and finishes the helical scan, the X-ray detector 302 outputs the raw data 800 collected from each column to the reconstruction processing unit 103.

再構成処理部103がある断面の医用CT像の再構成を行う際には、再構成処理部103は、医用CT像の座標[x,y]に対応する領域を透過したX線検出信号を各生データ800から抽出する。そして、抽出されたX線検出信号を重み付け加算することでCT値を算出し、このCT値を医用CT像上の座標[x,y]へとマッピングする。このマッピングを医用CT像上の各座標について行うことで、再構成処理部103は再構成を行う。   When the reconstruction processing unit 103 reconstructs a medical CT image of a cross section, the reconstruction processing unit 103 outputs an X-ray detection signal transmitted through an area corresponding to the coordinates [x, y] of the medical CT image. Extract from each raw data 800. Then, a CT value is calculated by weighted addition of the extracted X-ray detection signals, and this CT value is mapped to coordinates [x, y] on the medical CT image. By performing this mapping for each coordinate on the medical CT image, the reconstruction processing unit 103 performs reconstruction.

ここで図14の例において、医用CT像の座標[x,y]に対応する領域に注目すると、座標[x,y]に対応する領域を透過したX線検出信号は、X線910が透過してからX線911が透過するまでの間で1回転分存在することとなる。医用CT像についても同じことが言え、ある断面の医用CT像を再構成するためのX線検出信号は1回転分存在することとなる。この1回転分のX線検出信号は、ヘリカル補間により補間されたX線検出信号を含むものであっても構わない。例えば、2つの隣り合う位置のX線検出信号を補間して求められた、2つの位置の中間位置におけるX線検出信号などが含まれるものであっても構わない。   Here, in the example of FIG. 14, when attention is paid to the region corresponding to the coordinates [x, y] of the medical CT image, the X-ray detection signal transmitted through the region corresponding to the coordinates [x, y] is transmitted through the X-ray 910. Then, there will be one rotation until the X-ray 911 is transmitted. The same can be said for a medical CT image, and an X-ray detection signal for reconstructing a medical CT image of a certain cross section exists for one rotation. The X-ray detection signal for one rotation may include an X-ray detection signal interpolated by helical interpolation. For example, an X-ray detection signal at an intermediate position between two positions obtained by interpolating X-ray detection signals at two adjacent positions may be included.

従って、図6などに示したリファレンス画像810、811及び重みマップ820の生成によって、ヘリカルスキャンにおいても移動領域を考慮した再構成処理を行うことが可能となる。具体的には、再構成処理部103はある断面の医用CT像を再構成する際に、再構成する断面に対応するX線検出信号を各生データ800から抽出する。更に、抽出された生データ800を撮影時刻の順に並べ、撮影時刻の前半領域に属するX線検出信号と、後半領域に属するX線検出信号とに分類する。なおこの分類は、図6及び図7を用いて示したように一部のX線検出信号が重複するように分類されても構わない。   Therefore, by generating the reference images 810 and 811 and the weight map 820 shown in FIG. 6 and the like, it is possible to perform reconstruction processing in consideration of the moving region even in the helical scan. Specifically, when reconstructing a medical CT image of a certain section, the reconstruction processing unit 103 extracts an X-ray detection signal corresponding to the section to be reconstructed from each raw data 800. Further, the extracted raw data 800 is arranged in order of imaging time, and is classified into an X-ray detection signal belonging to the first half area of the imaging time and an X-ray detection signal belonging to the second half area. Note that this classification may be performed so that some X-ray detection signals overlap as shown in FIGS. 6 and 7.

再構成処理部103は前半領域に属するX線検出信号と後半領域に属するX線検出信号からリファレンス画像810、811を再構成し、各リファレンス画像のCT値の差分の絶対値を取ることによって重みマップ820を生成する。再構成処理部103は重みマップ820を生成すると、図13を用いて先述した処理に基づいて医用CT像を再構成する。以上の処理によって、天板500を移動させながらスキャンを行うヘリカルスキャンにおいても移動領域を考慮した再構成を行うことが可能となる。   The reconstruction processing unit 103 reconstructs the reference images 810 and 811 from the X-ray detection signal belonging to the first half area and the X-ray detection signal belonging to the second half area, and calculates the weight by taking the absolute value of the difference between the CT values of the reference images. A map 820 is generated. When the reconstruction processing unit 103 generates the weight map 820, it reconstructs a medical CT image based on the processing described above with reference to FIG. With the above processing, it is possible to perform reconstruction in consideration of the moving region even in helical scanning in which scanning is performed while the top plate 500 is moved.

(対向するX線検出信号を用いた重みマップ820の生成)
先述した実施態様においては、図6、図7、及び図8を用いて述べたように、生データ800のあるデータ領域に属するX線検出信号を用いて一旦リファレンス画像810、811を再構成し、再構成されたリファレンス画像810、811の差分を取ることにより重みマップ820を生成していた。しかし、重みマップ820の生成はこの方法に限られない。
(Generation of weight map 820 using opposing X-ray detection signals)
In the above-described embodiment, as described with reference to FIGS. 6, 7, and 8, the reference images 810 and 811 are once reconstructed using the X-ray detection signals belonging to a certain data area of the raw data 800. The weight map 820 is generated by taking the difference between the reconstructed reference images 810 and 811. However, the generation of the weight map 820 is not limited to this method.

図14に重みマップ820を生成する別の例を示す。X線管301とX線検出器302は回転しながらX線の照射及びX線検出信号の収集を行い、2回転したところでスキャンを終了する。このため、各X線検出信号について、被検体Pを透過した軌跡と逆の軌跡を辿ってX線検出器へと入射する、対となるX線検出信号(以下、単に対向データと記載する。)が存在することとなる。図14に対となるX線検出信号の例を示す。例えば573番目のビューにおいてX線検出器の中央へと入射したX線900は、X線管301が対向する位置にある123番目のビューにおいてX線検出器の中央へと入射するX線901と、逆の軌跡を辿ることとなる(図14については作図の都合のため、X線900とX線901とは位置をずらして示す。)。即ち、X線900とX線901とは、照射時刻が異なるものの被検体P上の同じ領域を透過することとなる。   FIG. 14 shows another example of generating the weight map 820. The X-ray tube 301 and the X-ray detector 302 rotate while collecting X-rays and collecting X-ray detection signals. When the X-ray tube 301 and the X-ray detector 302 are rotated twice, the scan is finished. For this reason, for each X-ray detection signal, a pair of X-ray detection signals (hereinafter simply referred to as facing data) that enter the X-ray detector by following a trajectory opposite to the trajectory transmitted through the subject P. ) Will exist. FIG. 14 shows an example of a pair of X-ray detection signals. For example, an X-ray 900 incident on the center of the X-ray detector in the 573th view is an X-ray 901 incident on the center of the X-ray detector in the 123rd view at the position where the X-ray tube 301 faces. (The X-ray 900 and the X-ray 901 are shown with their positions shifted for convenience of drawing). That is, the X-ray 900 and the X-ray 901 pass through the same region on the subject P, although the irradiation times are different.

ところで、X線900及びX線901が透過した軌跡上に移動領域が存在する場合には、X線900とX線901の照射時刻が異なるため、対向データのの値が異なることとなる。また、移動領域における動き量が大きい場合には透過量の変化が大きいため、対向データの値の差も大きくなる。再構成処理部103は重みマップ820を生成するため、対向データの差分の絶対値を算出する。2回転分のスキャンを行った場合、1800ビュー分のX線検出信号に対して、対向データの差分の絶対値は、900個が得られることとなる。再構成処理部103は算出された900個の絶対値を基に再構成を行う。この再構成は、投影される値がX線透過量ではなく対向するX線検出信号の差分の絶対値であることを除けば、リファレンス画像810、811の再構成を行う処理と同様である。差分の絶対値は移動領域の動き量を反映する値であるため、再構成処理部位103が再構成を行って差分の絶対値を重みマップ820の各座標へとマッピングすることで、移動領域の分布を重みマップ820上に反映させることができる。なお、ここでは例として2回転分のスキャンを行う場合について説明を行ったが、例えば1146ビュー分のスキャンを行ない、573個の絶対値を基に再構成を行っても構わないし、2回転以上のスキャンを行うものであっても構わない。   By the way, when there is a moving region on the trajectory through which the X-ray 900 and the X-ray 901 are transmitted, since the irradiation times of the X-ray 900 and the X-ray 901 are different, the values of the facing data are different. Further, when the amount of movement in the moving region is large, the change in the amount of transmission is large, so that the difference in the value of the opposing data also becomes large. In order to generate the weight map 820, the reconstruction processing unit 103 calculates the absolute value of the difference between the opposing data. When scanning for two rotations is performed, 900 absolute values of the difference between the opposing data are obtained for the X-ray detection signals for 1800 views. The reconstruction processing unit 103 performs reconstruction based on the 900 absolute values calculated. This reconstruction is the same as the process of reconstructing the reference images 810 and 811 except that the projected value is not the X-ray transmission amount but the absolute value of the difference between the opposing X-ray detection signals. Since the absolute value of the difference is a value that reflects the amount of movement of the moving region, the reconstruction processing unit 103 performs reconstruction and maps the absolute value of the difference to each coordinate of the weight map 820, thereby The distribution can be reflected on the weight map 820. In addition, although the case where the scan for 2 rotations was performed was demonstrated here as an example, the scan for 1146 views may be performed, for example, and reconstruction may be performed based on 573 absolute values. It does not matter if the scan is performed.

以上の処理によれば、リファレンス画像810、811を逐一再構成して重みマップ820を生成する手法に比べ、再構成の処理回数を1回分減じることができる。従って再構成処理部103の処理負荷を軽減し、より高速な処理を行うことが可能となる。   According to the above processing, it is possible to reduce the number of reconstruction processes by one as compared with the method of reconstructing the reference images 810 and 811 one by one and generating the weight map 820. Therefore, it is possible to reduce the processing load on the reconstruction processing unit 103 and perform higher-speed processing.

なお、各実施態様の構成は、ここに挙げたものに限定されない。例えば各実施形態では、再構成処理部103がリファレンス画像810、811を再構成し、また重みマップ820を生成すると述べた。リファレンス画像810、811や重みマップ820は説明の簡単のため図6、図7、及び図8などで画像として示したが、これらは画像データとして再構成される必要はない。再構成処理部103は例えば数値の並べられたデータとしてリファレンス画像810、811の再構成や重みマップ820を生成するものであっても構わない。   In addition, the structure of each embodiment is not limited to what was mentioned here. For example, in each embodiment, it has been described that the reconstruction processing unit 103 reconstructs the reference images 810 and 811 and generates the weight map 820. Although the reference images 810 and 811 and the weight map 820 are shown as images in FIGS. 6, 7, and 8 for the sake of simplicity of explanation, they need not be reconstructed as image data. For example, the reconstruction processing unit 103 may generate the reconstruction of the reference images 810 and 811 and the weight map 820 as data in which numerical values are arranged.

また各実施形態ではX線検出器302が複数列のX線検出素子から構成されると述べたが、X線CT装置1の構成はこれに限られない。例えばX線検出器302が単一列のX線検出素子から構成されていたとしても、各実施形態に述べた手法により移動領域を考慮した再構成を行うことができる。   In each embodiment, it has been described that the X-ray detector 302 includes a plurality of rows of X-ray detection elements, but the configuration of the X-ray CT apparatus 1 is not limited thereto. For example, even if the X-ray detector 302 is composed of a single row of X-ray detection elements, reconstruction can be performed in consideration of the moving region by the method described in each embodiment.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 X線CT装置
3 ガントリ
100 制御部
102 スキャン制御部
103 再構成処理部
104 画像処理部
106 表示部
107 記憶部
108 入力部
201 X線管制御部
202 架台駆動制御部
203 寝台駆動制御部
300 回転体
301 X線管
302 X線検出器
401 第1コリメータ
430 第2コリメータ
500 天板
501 天板駆動部
800 生データ
810 リファレンス画像
811 リファレンス画像
820 重みマップ
830 重み付け関数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray CT apparatus 3 Gantry 100 Control part 102 Scan control part 103 Reconstruction process part 104 Image processing part 106 Display part 107 Storage part 108 Input part 201 X-ray tube control part 202 Stand drive control part 203 Bed drive control part 300 Rotation Body 301 X-ray tube 302 X-ray detector 401 First collimator 430 Second collimator 500 Top plate 501 Top plate driver 800 Raw data 810 Reference image 811 Reference image 820 Weight map 830 Weighting function

Claims (6)

X線を照射するX線管と、
前記X線管に対して対向配置され前記X線を検出しX線検出信号を出力するX線検出器と、
前記X線検出信号に基づいてCT像を再構成する再構成手段と、
第1の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第1のCT像と、第2の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第2のCT像との差分に基づいて、前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、
前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記X線検出信号に基づいて前記CT像を再構成する
ことを特徴とするX線CT装置。
An X-ray tube that emits X-rays;
An X-ray detector that is disposed opposite to the X-ray tube and detects the X-ray and outputs an X-ray detection signal;
Reconstruction means for reconstructing a CT image based on the X-ray detection signal;
A first CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the first time domain, and a first CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the second time domain. based on a difference between the second CT image, to increase the weight for the first X-ray detection signal detected in the X-ray detection signals caries Chi predetermined time used in reconstruction of the CT image, the first the set weighting function for reducing the weight for the second X-ray detection signal you pass the path of X-rays in the X-ray detection signals, the said weighting function and the weighting means that is associated with the coordinate information in the CT images Have
It said reconstruction means, X-rays CT apparatus characterized by reconstructing the CT image based on the X-ray detection signals subjected to weighting in accordance with the weighting function.
少なくとも3つ以上の重み付け関数を記憶する記憶部とを更に備え、
前記重み付け手段は、前記差分に基づいて前記記憶部から前記重み付け関数を読み出して、前記重み付け関数の設定を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
A storage unit that stores at least three weighting functions;
The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the weighting unit reads the weighting function from the storage unit based on the difference and sets the weighting function.
前記重み付け手段は、
前記第1のCT像と前記第2のCT像に基づいて、前記CT像における座標情報と前記差分とを関連付けた重みマップを生成し、前記重みマップに基づいて前記重み付け関数の設定を行う
請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のX線CT装置。
The weighting means is
A weight map that associates the coordinate information in the CT image with the difference is generated based on the first CT image and the second CT image, and the weighting function is set based on the weight map. The X-ray CT apparatus according to claim 1 or 2.
X線を照射するX線管と、
前記X線管に対して対向配置され前記X線を検出しX線検出信号を出力するX線検出器と、
前記X線検出信号に基づいてCT像を再構成する再構成手段と、
第1の時刻に検出された第1のX線検出信号と、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを透過する、第2の時刻に検出された第2のX線検出信号との差分に基づいて、前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、
前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記X線検出信号に基づいて前記CT像を再構成する
ことを特徴とするX線CT装置。
An X-ray tube that emits X-rays;
An X-ray detector that is disposed opposite to the X-ray tube and detects the X-ray and outputs an X-ray detection signal;
Reconstruction means for reconstructing a CT image based on the X-ray detection signal;
A first X-ray detection signal detected at a first time and a second X-ray detection signal detected at a second time that passes through an X-ray path in the first X-ray detection signal; based on the difference, the increasing weights for the first X-ray detection signal detected in the X-ray detection signal sac Chi plants constant time used for reconstruction of CT images, the first X-ray detection set the weighting function to reduce the weight for the second X-ray detection signal you pass the path of the X-ray in the signal, the weighting function and a weighting means that is associated with the coordinate information in the CT image,
It said reconstruction means, X-rays CT apparatus characterized by reconstructing the CT image based on the X-ray detection signals subjected to weighting in accordance with the weighting function.
X線を照射するX線管と、
前記X線管に対して対向配置され前記X線を検出しX線検出信号を出力するX線検出器と、
前記X線検出信号に基づいてCT像を再構成する再構成手段を備えるX線CT装置において、
第1の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第1のCT像と、第2の時間領域に検出された前記X線検出信号に基づいて再構成された第2のCT像との差分に基づいて、前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させる時間分解能関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられる時間分解能変更手段とを有し、
前記再構成手段は、前記時間分解能関数の設定された前記X線検出信号に基づいて前記CT像を再構成する
ことを特徴とするX線CT装置。
An X-ray tube that emits X-rays;
An X-ray detector that is disposed opposite to the X-ray tube and detects the X-ray and outputs an X-ray detection signal;
In an X-ray CT apparatus comprising reconstruction means for reconstructing a CT image based on the X-ray detection signal,
A first CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the first time domain, and a first CT image reconstructed based on the X-ray detection signal detected in the second time domain. based on a difference between the second CT image, to increase the weight for the first X-ray detection signal detected in the X-ray detection signal sac Chi plants constant time used for reconstruction of the CT image, the second set the time resolution function to reduce the weight for the second X-ray detection signal you pass the path of the X-rays in the first X-ray detection signals, the time resolution is the weighting function Ru associated with coordinate information in the CT images Change means,
It said reconstruction means, X-rays CT apparatus characterized by reconstructing the CT image based on the set the X-ray detection signal of the time resolution function.
第1の時間領域に検出されたX線検出信号に基づいて第1のCT像を再構成するステップと、
第2の時間領域に検出されたX線検出信号に基づいて第2のCT像を再構成するステップと、
前記第1のCT像と前記第2のCT像との差分を算出し、前記差分に基づき前記CT像の再構成に用いる前記X線検出信号のうち所定の時刻に検出された第1のX線検出信号に対する重みを増加させ、前記第1のX線検出信号におけるX線のパスを通過する第2のX線検出信号に対する重みを減少させるよう重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記CT像における座標情報と関連付けられるステップと、
前記設定された重み付け関数に従ってX線検出信号に重み付けを施すステップと、
前記重み付けの施されたX線検出信号に基づいて前記CT像を再構成するステップと
を備えたことを特徴とするX線CT装置の信号処理プログラム。
Reconstructing a first CT image based on an X-ray detection signal detected in a first time domain;
Reconstructing the second CT image based on the X-ray detection signal detected in the second time domain;
Calculating a difference between the second CT image and the first CT image, first detected in the X-ray detection signal sac Chi plants constant time used for reconstruction of the CT image on the basis of the difference increasing the weight on the X-ray detection signal, to set the weighting function so as to reduce the weight for the second X-ray detection signal you pass the path of the X-rays in the first X-ray detection signals, the weighting function and steps that are associated with the coordinate information in the CT image,
Weighting the X-ray detection signal according to the set weighting function;
A signal processing program for an X-ray CT apparatus, comprising: reconstructing the CT image based on the weighted X-ray detection signal.
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