JP6125148B2 - 画像生成方法、画像生成装置および放射線断層撮影装置並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線投影データをファン−パラ（fan-para）変換し逆投影することにより画像を再構成する画像生成方法、画像生成装置および放射線断層撮影装置並びにそのためのプログラム（program）に関する。

第３世代のＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置では、投影データの収集にファンビーム（fan
beam）のＸ線を用いている。また、こうして収集されたファンビーム投影データ（fan beam
projection data）を、パラレルビーム投影データ（parallel beam projection
data）に変換してから逆投影処理を行って画像を再構成する場合がある。

一般的に、この変換のことをファン−パラ変換といい、ファン−パラ変換を用いた画像再構成法のことをファン−パラ変換法という。ファン−パラ変換法は、主に、ＣＴ値の均一性の確保、ＭＰＲ（Multi-Plane Reconstruction）を行う際のアーチファクト（artifact）の抑制、計算処理量の軽減などを目的として行われる。

ところで、複数ビュー（view）のファンビーム投影データをチャネル（channel）方向のデータ（data）ごとにばらして単純に並び替えてパラレルビーム投影データを得ると、各データに対応する放射線パスの位置は、チャネル方向において不等間隔となる。

しかし、ファン−パラ変換法では、ファン−パラ変換後のパラレルビーム投影データに対して周波数変換であるフーリエ変換（Fourier transform）を行うため、各データに対応する放射線パスは、チャネル方向に等間隔に並んでいる必要がある。

そこで、通常は、ファン−パラ変換を行う際に、ファンビーム投影データに対して並び替え処理だけでなくチャネル方向の補間処理も行って、放射線パス（path）の位置がチャネル方向において等間隔に並んだ、等間隔パラレルビーム投影データを得るようにする（特許文献１，段落［０００４］等参照）。

特開２０１２−００５７５７号公報

しかしながら、チャネル方向の補間処理を行って得られた等間隔パラレルビーム投影データは、補間処理前のデータと比較すると、真値からのエラー（error）をより多く含んでしまうため、再構成画像における空間分解能の低下につながってしまう。

このような事情により、ファン−パラ変換を行っても再構成画像における空間分解能の低下を抑えることができる技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャン（scan）により収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換工程と、
前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成工程とを有する画像生成方法であって、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい画像生成方法を提供する。

第２の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記基準間隔のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）である上記第１の観点の画像生成方法を提供する。

第３の観点の発明は、
前記Ｎが、２から４の整数のいずれかである上記第２の観点の画像生成方法を提供する。

第４の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置が、前記ファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置と、前記回転中心の近傍において実質的に重なるように設定される上記第２の観点または第３の観点の画像生成方法を提供する。

第５の観点の発明は、
前記データ変換工程において、前記補間処理の次数を、該補間処理により得ようとするデータの前記回転中心からの距離に応じて変える上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の画像生成方法を提供する。

第６の観点の発明は、
前記データ変換工程において、前記補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、該補間処理により得ようとするデータの位置と、該補間処理に用いる元のデータの位置との距離に応じて変える上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の画像生成方法を提供する。

第７の観点の発明は、
放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャンにより収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換手段と、
前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成手段とを有する画像生成装置であって、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい画像生成装置を提供する。

第８の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記基準間隔のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）である上記第７の観点の画像生成装置を提供する。

第９の観点の発明は、
前記Ｎが、２から４の整数のいずれかである上記第８の観点の画像生成装置を提供する。

第１０の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置が、前記ファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置と、前記回転中心の近傍において実質的に重なるように設定される上記第８の観点または第９の観点の画像生成装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
前記データ変換手段が、前記補間処理の次数を、該補間処理により得ようとするデータの前記回転中心からの距離に応じて変える上記第７の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第１２の観点の発明は、
前記データ変換手段が、前記補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、該補間処理により得ようとするデータの位置と、該補間処理に用いる元のデータの位置との距離に応じて変える上記第７の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第１３の観点の発明は、
放射線源と、
複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器と、
前記放射線源および検出器を対象の周りに回転させるスキャンにより複数ビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集手段と、
前記収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換手段と、
前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成手段とを有する放射線断層撮影装置であって、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい放射線断層撮影装置を提供する。

第１４の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記基準間隔のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）である上記第１３の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１５の観点の発明は、
前記Ｎが、２から４の整数のいずれかである上記第１４の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１６の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置が、前記ファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置と、前記回転中心の近傍において実質的に重なるように設定される上記第１４の観点または第１５の観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１７の観点の発明は、
前記データ変換手段が、前記補間処理の次数を、該補間処理により得ようとするデータの前記回転中心からの距離に応じて変える上記第１３の観点から第１６の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１８の観点の発明は、
前記データ変換手段が、前記補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、該補間処理により得ようとするデータの位置と、該補間処理に用いる元のデータの位置との距離に応じて変える上記第１３の観点から第１６の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第１９の観点の発明は、
前記データ収集手段が、実データの収集を行うビューを、前記放射線源および検出器の１回転当たりの回転角度に対して１２００以上割り当てて、前記複数ビューのファンビーム投影データを収集する上記第１３の観点から第１８の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。

第２０の観点の発明は、
コンピュータ（computer）を、
放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャンにより収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換手段と、
前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成手段として機能させ、
前記放射線パスのチャネル方向の間隔が、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さいプログラムを提供する。

上記観点の発明によれば、ファン−パラ変換を行う際に、データのチャネル方向の間隔が、検出素子のチャネル方向の配列間隔を、いわゆるアイソセンタを基準にしたときの検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい間隔となるようにして、等間隔パラレルビーム投影データを得るので、確度の高い補間前のデータまたはこれに近い補間後のデータをより多く逆投影処理に用いることができ、ファン−パラ変換を行っても再構成画像における空間分解能の低下を抑えることができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。 Ｘ線ＣＴ装置における画像生成処理に係る部分の構成を示す機能ブロック（block）図である。 データ収集時のジオメトリ（geometry）を示す図である。 ファン−パラ変換時のジオメトリを示す図である。 パラレルビーム投影データの従来法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。 一般的な方法による再構成画像におけるアイソセンタ（iso-center）からの距離に応じた空間分解能の変化を表すグラフ（graph）であり、シミュレーション（simulation）により求めたものである。 パラレルビーム投影データの本実施形態の方法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャート（flow chart）である。 一般法による画像と本法による画像との第１の比較例を示す図である。 一般法による画像と本法による画像との第２の比較例を示す図である。 一般法による画像と本法による画像との第３の比較例を示す図である。 一般法による画像と本法による画像との第４の比較例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体の撮影を行うための各部の制御や画像を生成するためのデータ処理などを行う中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラムやデータなどを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の空洞部Ｂに搬送するクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な水平方向をｘ方向とする。

走査ガントリ２０は、回転部１５と、回転部１５を回転可能に支持する本体部２０ａとを有する。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をファンビーム或いはコーンビーム（cone beam）に整形するアパーチャ（aperture）２３と、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線コントローラ２２，アパーチャ２３の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載されている。本体部２０ａは、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を具備する。回転部１５と本体部２０ａとは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。

Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、被検体４０が載置される撮影空間、すなわち走査ガントリ２０の空洞部Ｂを挟んで互いに対向して配置されている。回転部１５が回転すると、Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、その位置関係を維持したまま、被検体４０の周りを回転する。Ｘ線管２１から放射されアパーチャ２３で整形されたファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１は、被検体４０を透過し、Ｘ線検出器２４の検出面に照射される。

なおここでは、このファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１のｘｙ平面における広がり方向をチャネル方向（ＣＨ方向）、ｚ方向における広がり方向もしくはｚ方向そのものをスライス（slice）方向（ＳＬ方向）、ｘｙ平面において回転部１５の回転中心に向かう方向をアイソセンタ方向（Ｉ方向）で表すことにする。

Ｘ線検出器２４は、チャネル方向およびスライス方向に配設された複数の検出素子２４ｉにより構成されている。なお、検出素子のチャネル方向の数は、例えば６０°の角度範囲において９００個程度、その配列間隔は、例えば１ｍｍ程度である。

図２は、Ｘ線ＣＴ装置における画像生成処理に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、データ収集部３１と、ファン−パラ変換部３２と、逆投影処理部３３とを備えている。データ収集部３１は、スキャンを実行し、複数ビューのファンビーム投影データを収集する。ファン−パラ変換部３２は、収集されたファンビーム投影データに対してファン−パラ変換処理を行って、等間隔パラレルビーム投影データを得る。逆投影処理部３３は、得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行い、画像を再構成する。

以下、これら各部の機能をより詳しく説明する。

図２は、データ収集時のジオメトリを示す図である。

データ収集部３１は、走査ガントリ２０を制御してスキャンを実行し、複数ビューのファンビーム投影データを収集する。ファンビーム投影データは、各データに対応するＸ線パスがファンビーム状に、すなわち所定の角度範囲で放射状に広がった投影データである。

本例では、図３に示すように、上記スキャンを、１ビューに対応する回転角度が、検出素子のチャネル方向の配列間隔に対応する回転角度分Δαと実質的に等しくなるように、１回転分の回転角度に対して所定数のビューを均等に割り当てて行うものとする。

なお、各ビューのファンビーム投影データは、すべて、検出素子２４ｉの検出信号に直接的に基づいており、補間処理等を行っていない実データであることが望ましいが、その一部を実データのビュー方向の補間によって得るようにしてもよい。ただし、ビュー方向の補間に大きく頼って、実データの収集を行うビューの割り当てを過度に粗くすると、再構成画像における空間分解能に悪影響を及ぼすことになる。そこで、１回転分の回転角度に対して割り当てる、実データの収集を行うビューの数は、例えば、少なくとも８００ビュー以上、望ましくは１２００ビュー以上、さらに望ましくは１６００ビュー以上とする。

図４は、ファン−パラ変換時のジオメトリを示しており、左側がファンビームのジオメトリ、右側がパラレルビームのジオメトリである。

ファン−パラ変換部３２は、データ収集部３１により収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理およびチャネル方向の補間処理を行い、複数のビュー方向について等間隔パラレルビーム投影データを得る。

まず、並べ替え処理について説明する。並び替え処理は、複数ビューのファンビーム投影データを、データごとにばらして並べ替えることにより、複数のビュー方向について、Ｘ線パスが平行なパラレルビーム投影データを得る処理である。

図４から分かるように、並び替え処理後に得られるパラレルビーム投影データでは、各データに対応するＸ線パスのアイソセンタ（走査ガントリの回転中心）からの距離Ｄαは、Ｄα＝Ｆｉ×ｓｉｎ（α）で表される。ここで、ＦｉはＸ線焦点とアイソセンタＩＳＯとの距離、αはある検出素子２４ｉの回転角度である。つまり、この並び替え処理後に得られるパラレルビーム投影データは、各データに対応するＸ線パスがチャネル方向に不等間隔に並んだ不等間隔パラレルビーム投影データである。

データ収集部３１により実行されるスキャンは、上述の通り、１ビューに対応する回転角度が、検出素子２４ｉのチャネル方向の配列間隔に対応する回転角度分Δαと実質的に等しくなるように、１回転分の回転角度に対して所定数のビューを均等に割り当てて行うものとしている。そのため、不等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスのチャネル方向の間隔は、アイソセンタＩＳＯ近傍において、Ｘ線検出器２４における検出素子２４ｉのチャネル方向の配列間隔を、アイソセンタＩＳＯを基準としたときの検出面での投影拡大率（Ｘ線拡大率ともいう）で除して成る間隔Δｄになる。すなわち、この間隔Δｄは、図３に示すように、Ｘ線焦点２１ｆからアイソセンタＩＳＯ近傍を通ってある１つの検出素子２４ｉの中心までを結ぶ直線と、Ｘ線焦点２１ｆからこの検出素子２４ｉに隣接する検出素子２４ｉの中心までを結ぶ直線とを想定したとき、アイソセンタＩＳＯ近傍でのこの２直線間の距離に相当するものである。再構成画像における空間分解能は、幾何学的にみると、この間隔Δｄよりも高めることができず、この間隔Δｄは、再構成画像における空間分解能を最も高める限界条件と考えられている。ここでは、この間隔Δｄを「基準間隔」と呼ぶことにする。なお、検出素子のチャネル方向の配列間隔が１ｍｍ程度である場合、基準間隔Δｄは、例えば０．５ｍｍ程度である。

次に、チャネル方向の補間処理について説明する。チャネル方向の補間処理は、並び替え処理によって得られた不等間隔パラレルビーム投影データに対して補間処理を行い、各データに対応するＸ線パスが平行かつチャネル方向に等間隔に並んだ、等間隔パラレルビーム投影データを得る処理である。なお、この補間処理においては、等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスの位置は、不等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスと、アイソセンタ近傍において実質的に重なるように設定する。

ここで、チャネル方向の補間処理について、一般的な方法と本実施形態による方法とを比較して説明する。

図５は、一般的な方法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。図５の上側の矢印群（non-normalized Fan Data）は、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。また、図５の下側の矢印群（normalized Fan Data）は、一般的な方法による補間処理後の等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。

一般的な方法では、図５に示すように、等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔は、基準間隔Δｄと実質的に同じになるように設定する。つまり、得ようとする等間隔パラレルビーム投影データＰ２のＸ線パスの間隔すなわちチャネル方向のサンプリング間隔の設定は、再構成画像における空間分解能を最も高くできるとされる上限に既に達しており、これ以上細かくサンプリングしても、計算処理量が増えるだけで、空間分解能の向上に寄与しないと考えられている設定が成される。

不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスの間隔と、等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスの間隔との差は、実際には微小である。しかし、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスと、等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスとの位置関係は、アイソセンタＩＳＯ近傍ではずれがなく、アイソセンタＩＳＯから離れるにつれ微小なずれが生じ始める。そして、アイソセンタＩＳＯからの距離が大きくなるに連れて、その微小なずれが積み重なって徐々に大きくなり、ある位置で極大点をとる。この極大点の周辺では、空間分解能を維持するのに必要な情報が失われる。この極大点を過ぎると、Ｘ線パスの位置的なずれは徐々に小さくなり、ある位置ではずれがなくなり、Ｘ線パス同士が一致する。その後、また徐々にずれが大きくなり、再び極大点をとる。

このように、空間分解能、例えばその指標であるＭＴＦ（Modulation
Transfer Function）は、アイソセンタＩＳＯからの距離に応じて周期性を伴って低下していく。

図６は、一般的な方法による再構成画像におけるアイソセンタＩＳＯからの距離に応じた空間分解能の変化を表すグラフであり、シミュレーションによって得られたものである。左側のグラフは、ＭＴＦ値が５０％になるときの１ｃｍ当たりのラインペア（line pair）数を画像上の各位置で求め、それらをプロット（plot）したものである。また、右側のグラフは、ＭＴＦ値が１０％になるときの１ｃｍ当たりのラインペア数を画像上の各位置で求め、それらをプロットしたものである。いずれのグラフにも、参考のために、ファンビーム投影データを基にした再構成画像における空間分解能の変化曲線を入れてある。これらのグラフにおいても、一般的な方法による再構成画像においては、空間分解能がアイソセンタＩＳＯからの距離に応じて周期性を伴って低下していく様子が観測される。

一般的な方法の場合、不等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスと、等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスとの位置的なずれ量が部分的に大きくなり、その周辺で空間分解能が低下してしまう。

図７は、本実施形態の方法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。図７の上側の矢印群は、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。また、図７の下側の矢印群は、本実施形態の方法による補間処理後の等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。

本実施形態の方法では、図７に示すように、等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔は、基準間隔Δｄより小さく設定し、さらには、基準間隔Δｄの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）と実質的に同じになるように設定する。

一見すると、このようにしても、空間分解能の向上には寄与しないと思われるかもしれない。しかし、実は、このように、等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔を、基準間隔Δｄよりも小さくすると、確度の高い補間前のデータすなわち不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるデータそのものまたはこれに近い補間後のデータが逆投影処理に用いられる機会を増大させることができ、再構成画像における空間分解能の低下を抑えることが可能となる。

また、さらには、等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔を、基準間隔Δｄの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）とすることで、等間隔パラレルビーム投影データＰ３の中に、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるデータそのもの、またはこれに近いデータを、より多く含めることができ、再構成画像における空間分解能の低下をより抑えることが可能となる。

なお、上記の整数Ｎが大きいほど、空間分解能低下の抑制効果は大きくなるが、その効果は徐々に頭打ちになる一方、計算処理量は増大し続ける。そのため、効果と計算量とのバランス（balance）を考慮すると、現時点における設定としては、例えばＮ＝２〜４程度が望ましい。

また、上記の補間処理としては、例えば、線形補間（一次補間）のほか、スプライン（spline）補間、ラグランジェ（Lagrange）補間、ニュートン（Newton）補間、バイリニア（bi-linear）補間などの多次補間を用いることができる。

上記の補間処理として多次補間を用いる場合には、補間処理の次数を、この補間処理により得ようとするデータに対応するＸ線パスのアイソセンタＩＳＯからの距離に応じて変えるようにしてもよい。例えば、この距離が小さいときは、補間処理の次数を小さくし、この距離が大きくなるほど、補間処理の次数を大きくしていくようにしてもよい。このようにすれば、再構成画像におけるアイソセンタＩＳＯに対応する中心からの半径方向での空間分解能の高低傾向により適した補間処理を適用することができ、空間分解能の低下をさらに抑制することが期待できる。

また、補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、この補間処理により得ようとするデータに対応するＸ線パスと、この補間処理に用いる元のデータに対応するＸ線パスとの距離に応じて変えるようにしてもよい。つまり、重み付けに非線形性を与えるようにしてもよい。例えば、この距離が小さいときは、重みを大きくし、この距離が大きくなるほど、重みを小さくしていくようにしてもよい。このようにすれば、補間後のデータに対応するＸ線パスが、その補間処理に用いる元のデータに対応するＸ線パスに十分近いと判断できるときに、その元のデータに対する重み付けを線形補間の場合よりもより大きくして、実データにより近いデータを得ることができ、空間分解能の低下をさらに抑制することが期待できる。

なお、並び替え処理およびチャネル方向の補間処理は、アルゴリズム（algorithm）上において、それぞれ分けて段階的に行ってもよいし、一つの処理にまとめて行ってもよい。

逆投影処理部３３は、ファン−パラ変換部３２により得られた複数のビュー方向についての等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行い、画像を再構成する。逆投影処理としては、例えば、フィルタ逆投影処理（filtered back-projection process）、コンボリューション逆投影処理（convolution back-projection process）などを用いることができる。フィルタ逆投影処理は、投影データのフーリエ変換に周波数空間で再構成関数（フィルタ関数）を乗算し、逆フーリエ変換して画像を再構成する処理である。また、コンボリューション逆投影処理は、再構成関数の逆フーリエ変換を求め、これを実空間上で投影データに重畳すなわちコンボリューションして逆投影することにより、画像を再構成する処理である。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを説明する。

図８は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ（step）Ｓ１では、データ収集部３１が、スキャンを実行して、複数ビューのファンビーム投影データを収集する。このとき、例えば、スキャン１回転分の回転角度に対して、実データの収集を行うビューを、検出素子２４ｉの配列間隔分に相当する回転角度ごとに、割り当ててスキャンを行う。なお、これに相当するビュー数のファンビーム投影データを、実データによるビュー方向の補間を含めて生成する場合には、実データの収集を行うビューを、スキャン１回転分の回転角度に対して少なくとも１２００以上割り当てるようにする。

ステップＳ２では、ファン−パラ変換部３２が、ステップＳ１にて収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して、並び替え処理およびチャネル方向の補間処理を行うことにより、ファン−パラ変換を行い、等間隔パラレルビーム投影データを得る。このとき、Ｘ線パスのチャネル方向の間隔を、基準間隔Δｄの１／Ｎ（Ｎは例えば２〜４の整数）の間隔に設定する。

ステップＳ３では、ステップＳ２にて得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行って、画像を再構成する。

これより、一般的な方法（以下、一般法という）による再構成画像と本実施形態の方法（以下、本法という）による再構成画像との比較結果について説明する。

図９は、一般法による画像と本法による画像との第１の比較例を示す図である。本例は、ＭＴＦ測定用ファントム（phantom）を、その中心がアイソセンタＩＳＯから半径５０ｍｍの位置に来るよう配置してスキャンしたときの例である。左側の画像Ｇ１１（Original）は、一般法によるオリジナル画像であり、チャネル方向の補間処理におけるＸ線パスの間隔を基準間隔Δｄに設定したときのものである。右側の画像Ｇ１２（chup2）は、本法による画像であり、チャネル方向の補間処理におけるＸ線パスの間隔を基準間隔Δｄの１／２、すなわちチャネル方向のサンプリング（sampling）を２倍密に設定したときのものである。中央下側の画像Ｇ１３がこれらの差分画像である。図９に示されるように、一般法によるオリジナル画像Ｇ１１では、ＭＴＦ測定用ファントム内のピン（pin）がチャネル方向（アイソセンタを中心とした半径方向）に間延びしている。一方、本法による画像Ｇ１２では、そのピンが本来の円形形状として表現され、改善されているのが分かる。

図１０は、一般法による画像と本法による画像との第２の比較例を示す図である。本例は、第１の比較例のときと同じＭＴＦ測定用ファントムを、その中心がアイソセンタＩＳＯから半径１００ｍｍの位置に来るよう配置してスキャンしたときの例である。左側の画像Ｇ２１（Original）は、一般法によるオリジナル画像（Ｘ線パスの間隔＝「基準間隔」）であり、右側の画像Ｇ２２（chup2）は、本法による画像（Ｘ線パスの間隔＝「基準間隔」の１／２）である。また、中央下側の画像Ｇ２３がこれらの差分画像であり、その横のグラフＧ２４は、ＭＴＦ値が１０％になるときの１ｃｍ当たりのラインペア（lp/cm）と、ＭＴＦ値が５０％になるときの１ｃｍ当たりのラインペア（lp/cm）とを、アイソセンタＩＳＯからの距離に対してプロットしたものである。図１０の差分画像からも分かるように、一般法によるオリジナル画像Ｇ２１では、Sharp（鮮鋭）/Blur（ぼけ）のバンド（帯）がアイソセンタＩＳＯからの距離に応じて円周方向上に生じている。一方、本法による画像Ｇ２２では、そのようなバンドの発生が抑えられ、空間分解能がフラット（flat）な画像に改善されている。

図１１は、一般法による画像と本法による画像との第３の比較例を示す図である。本例は、頭部ファントムをスキャンしたときの例であり、画像は、アイソセンタから半径８５ｍｍの位置にある内耳骨部分の構造を示している。左上側の画像Ｇ３１は、一般法によるオリジナル画像であり、チャネル方向の補間処理におけるＸ線パスの間隔を基準間隔Δｄに設定したときのものである。右上側の画像Ｇ３２（chup4）は、本法による画像であり、チャネル方向の補間処理におけるＸ線パスの間隔を「基準間隔」の１／４、すなわちチャネル方向のサンプリングを４倍密に設定したときのものである。左下側の画像Ｇ３３は、左上側の画像Ｇ３１における破線で囲んだ領域の拡大図であり、右下側の画像Ｇ３４（ch2v2）は、右上側の画像における破線で囲んだ領域の拡大図である。本法による画像では、アイソセンタＩＳＯから離れた部位においても、その空間分解能が改善されていることが分かる。

図１２は、一般法による画像と本法による画像との第４の比較例を示す図である。本例は、頭部ファントムをスキャンしたときの例であり、画像は、その内耳骨の局所部分の構造を示している。左上側の画像Ｇ４１（Original）は、一般法によるオリジナル画像であり、チャネル方向の補間処理におけるＸ線パスの間隔を基準間隔Δｄに設定したときのものである。右上側の画像Ｇ４２（chup2）は、本法による画像であり、チャネル方向の補間処理におけるＸ線パスの間隔を基準間隔Δｄの１／２、すなわちチャネル方向のサンプリングを２倍密に設定したときのものである。左下側の画像Ｇ４３（v2）は、実データの収集を行うビュー数を通常の２倍（１回転当たり１６００以上）、すなわちビュー方向のサンプリングを２倍密に設定したときのものである。また、右下側の画像Ｇ４４（ch2v2）は、チャネル方向およびビュー方向の両方向のサンプリングを通常の２倍密に設定したときのものである。図１２から分かるように、チャネル方向およびビュー方向の両方向のサンプリングを通常の２倍密に設定したときの画像が、最も空間分解能が高い。

このように、本実施形態によれば、ファン−パラ変換を行う際に、放射線パスのチャネル方向の間隔が、検出素子のチャネル方向の配列間隔を、いわゆるアイソセンタを基準にしたときの検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい間隔となるようにして、等間隔パラレルビーム投影データを得るので、確度の高い補間前のデータまたはこれに近い補間後のデータをより多く逆投影処理に用いることができ、ファン−パラ変換を行っても再構成画像における空間分解能の低下を抑えることができる。

なお、本実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更・追加等が可能である。

例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、上記の画像生成処理を行う画像生成装置も発明の実施形態の一例である。また、コンピュータを、このような画像生成装置として機能させるためのプログラム、このプログラムが記憶された記憶媒体などもまた、発明の実施形態の一例である。

また例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴまたはＳＰＥＣＴとを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置、一般撮影装置などにも適用可能である。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ アパーチャ
２４ Ｘ線検出器
２５ 検出器コントローラ
２６ 回転部コントローラ
２８ Ｘ線検出装置
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
３１ データ収集部
３２ ファン−パラ変換部
３３ 逆投影処理部
４０ 被検体
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ装置

Claims (11)

1. 放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャンにより収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換工程と、
   前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成工程とを有しており、
   前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さく設定され、
   前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置は、前記複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる１枚の画像に対応する不等間隔パラレルビーム投影データであって、前記等間隔パラレルビーム投影データと同一のビュー方向についての不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置と重なるように設定され、
   前記検出器に投影される前記対象の大きさに関わらず、前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記基準間隔のＮ分の１であり、
   前記Ｎは、２から４の整数のいずれかである画像生成方法。
2. 前記データ変換工程において、前記補間処理として多次補間が用いられ、前記補間処理の次数を、該補間処理により得ようとするデータの前記回転中心からの距離に応じて変える請求項１に記載の画像生成方法。
3. 前記データ変換工程において、前記補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、該補間処理により得ようとするデータの位置と、該補間処理に用いる元のデータの位置との距離に応じて変える請求項１または請求項２に記載の画像生成方法。
4. 放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャンにより収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換手段と、
   前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成手段とを有しており、
   前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さく設定され、
   前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置は、前記複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる１枚の画像に対応する不等間隔パラレルビーム投影データであって、前記等間隔パラレルビーム投影データと同一のビュー方向についての不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置と重なるように設定され、
   前記検出器に投影される前記対象の大きさに関わらず、前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記基準間隔のＮ分の１であり、
   前記Ｎは、２から４の整数のいずれかである画像生成装置。
5. 前記データ変換手段は、前記補間処理として多次補間を用い、前記補間処理の次数を、該補間処理により得ようとするデータの前記回転中心からの距離に応じて変える請求項４に記載の画像生成装置。
6. 前記データ変換手段は、前記補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、該補間処理により得ようとするデータの位置と、該補間処理に用いる元のデータの位置との距離に応じて変える請求項４または請求項５に記載の画像生成装置。
7. 放射線源と、
   複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器と、
   前記放射線源および検出器を対象の周りに回転させるスキャンにより複数ビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集手段と、
   前記収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換手段と、
   前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成手段とを有しており、
   前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さく設定され、
   前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置は、前記複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる１枚の画像に対応する不等間隔パラレルビーム投影データであって、前記等間隔パラレルビーム投影データと同一のビュー方向についての不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置と重なるように設定され、
   前記検出器に投影される前記対象の大きさに関わらず、前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記基準間隔のＮ分の１であり、
   前記Ｎは、２から４の整数のいずれかである放射線断層撮影装置。
8. 前記データ変換手段は、前記補間処理として多次補間を用い、前記補間処理の次数を、該補間処理により得ようとするデータの前記回転中心からの距離に応じて変える請求項７に記載の放射線断層撮影装置。
9. 前記データ変換手段は、前記補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、該補間処理により得ようとするデータの位置と、該補間処理に用いる元のデータの位置との距離に応じて変える請求項７または請求項８に記載の放射線断層撮影装置。
10. 前記データ収集手段は、実データの収集を行うビューを、前記放射線源および検出器の１回転当たりの回転角度に対して１２００以上割り当てて、前記複数ビューのファンビーム投影データを収集する請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
11. コンピュータを、
    放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャンにより収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理および補間処理を行うことにより、チャネル方向の間隔が等しい等間隔パラレルビーム投影データを複数のビュー方向について得るデータ変換手段と、
    前記得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行うことにより、画像を再構成する画像再構成手段として機能させ、
    前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さく設定され、
    前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置は、前記複数ビューのファンビーム投影データに対して並び替え処理を行って得られる１枚の画像に対応する不等間隔パラレルビーム投影データであって、前記等間隔パラレルビーム投影データと同一のビュー方向についての不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向における前記回転中心の近傍の放射線パスの位置と重なるように設定され、
    前記検出器に投影される前記対象の大きさに関わらず、前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記基準間隔のＮ分の１であり、
    前記Ｎは、２から４の整数のいずれかであるプログラム。