JP6293713B2 - 画像処理装置、放射線断層撮影装置並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線断層像におけるビームハードニング・アーチファクト（beam hardening artifact）を低減する処理の改良化技術に関する。

放射線断層撮影で用いられる放射線は、連続放射線である。そのため、その放射線が被検体を通過し減衰するのに伴い、放射線スペクトル（spectral）の高いエネルギー（energy）部分が相対的に多くなり減衰しにくくなるというビームハードニング現象が起こる。特に、骨部のような放射線の吸収係数が大きい組織を含む部位では、このようなビームハードニング現象が顕著に起こる。その結果、再構成画像においてその影響がビームハードニング・アーチファクトとして生じる。

そこで、従来、骨部と軟部組織とを含む部位をスキャンして放射線断層像を生成する際には、ビームハードニング・アーチファクトを抑制するため、いわゆるビームハードニング補正が行われている。

特開２０１５−１１２４７８号公報

しかしながら、骨部の大きさ、形状、密度などは個人差が大きく、たとえ同一人物であっても位置によってビームハードニング現象の態様は大きく変化する。そして、このようなビームハードニング現象の態様のバラつきは補正結果に影響を与え、場所によっては補正不足や過補正が生じる。

例えば、頭部の骨部と軟部組織との境界に着目すると、補正処理が不十分で他の領域に比べてＣＴ値が高く（白く）表現される領域とそうでない領域とが混在しバラつくことがある。このように、ビームハードニング・アーチファクトは、個人差があるだけでなく、同一画像内であっても補正が十分な領域もあるし不十分な領域もあるといったバラつきが存在する。

このような事情により、放射線断層像においてビームハードニング補正による補正結果のバラつきを低減することが可能な技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
骨部と軟部とを含む部位を表すビームハードニング補正処理済みの画像における個々の部分領域について、該部分領域周辺の複数位置における画素値と該部分領域からの距離とに基づいて、前記骨部によるビームハードニングの影響が該部分領域に対してどの程度あるかを表す第１の指標を求める第１の指標取得ステップと、
前記部分領域に対する第１の指標を用いて、該部分領域に対する画素値の補正量を決定する決定ステップと、
該部分領域の画素値を該部分領域に対する補正量に応じて補正する画素値補正ステップと、コンピュータに実行させる画像処理方法を提供する。

第２の観点の発明は、
骨部と軟部とを含む部位を表すビームハードニング補正処理済みの画像における個々の部分領域について、該部分領域周辺の複数位置における画素値と該部分領域からの距離とに基づいて、前記骨部によるビームハードニングの影響が該部分領域に対してどの程度あるかを表す第１の指標を求める第１の指標取得手段と、
前記部分領域に対する第１の指標を用いて、該部分領域に対する画素値の補正量を決定する決定手段と、
該部分領域の画素値を該部分領域に対する補正量に応じて補正する画素値補正手段と、を備えた画像処理装置を提供する。

第３の観点の発明は、
前記第１の指標取得手段が、前記部分領域周辺の複数位置について該位置の画素値に応じて大きくなる第１の値と該部分領域から該位置までの距離に応じて大きくなる第２の値とを成分として含む値を前記第１の指標として求める、上記第２の観点の画像処理装置を提供する。

第４の観点の発明は、
前記第１の指標取得手段が、前記部分領域周辺の複数位置について前記第１の値と前記第２の値との乗算値を求め、前記複数位置の各々について求められた前記乗算値の加算値を成分として含む値を前記第１の指標として求める、上記第３の観点の画像処理装置を提供する。

第５の観点の発明は、
前記第１の指標取得手段が、前記部分領域周辺の複数位置について前記第１の値と前記第２の値との積を求め、前記複数位置の各々について求められた前記積の和を成分として含む値を前記第１の指標として求める、上記第４の観点の画像処理装置を提供する。

第６の観点の発明は、
前記個々の部分領域について、該部分領域の画素値と前記軟部を表す画素値の基準値との差分を求める差分取得手段と、
前記個々の部分領域について、該部分領域を通る方向に対する前記第１の指標の変化と、該方向に対する前記差分の変化との間の相関の程度を表す第２の指標を求める第２の指標取得手段とをさらに備えており、
前記決定手段が、前記部分領域に対する第２の指標に基づいて、該部分領域に対する画素値の補正量を決定する、上記第２の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第７の観点の発明は、
前記決定手段が、前記部分領域に対する第２の指標に応じた値と該部分領域に対する前記差分との積を、前記補正量として決定する、上記第６の観点の画像処理装置を提供する。

第８の観点の発明は、
前記軟部を表す画素値の基準値が、前記画像における前記軟部を表す領域の画素値の平均である、上記第７の観点の画像処理装置を提供する。

第９の観点の発明は、
前記軟部を表す画素値の基準値が、前記軟部に相当すると考えられる画素値の代表値である、上記第７の観点の画像処理装置を提供する。

第１０の観点の発明は、
前記画像における前記第１の指標の分布と、前記画像における前記差分の分布とに対してスムージング（smoothing）処理を行う第１のスムージング処理手段をさらに備えており、
前記第２の指標取得手段が、前記方向に対する前記スムージング処理が行われた前記第１の指標の変化と、前記方向に対する前記スムージング処理が行われた前記差分の変化との間の相関に基づいて、前記第２の指標を求める、上記第６の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
前記第２の指標取得手段が、前記相関が高いほど値が大きくなるよう前記第２の指標を求める、上記第１０の観点の画像処理装置を提供する。

第１２の観点の発明は、
前記部分領域に対して、該部分領域に対する第１の指標の大きさに応じて補正量の上限値を決定する補正上限値決定手段をさらに備えており、
前記画素値補正手段が、前記部分領域の画素値を、補正量が該部分領域対して決定された上限値を超えないように補正する、上記第２の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１３の観点の発明は、
前記画像における前記補正量の分布に対してスムージング処理を行う第２のスムージング処理手段をさらに備えており、
前記画素値補正手段が、該スムージング処理が行われた補正量を用いて補正する、上記第２の観点から第１２の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１４の観点の発明は、
前記スムージング処理が、平滑化処理である、上記第１０の観点、第１１の観点または第１３の観点の画像処理装置を提供する。

第１５の観点の発明は、
前記画像が、ビームハードニング補正処理が行われた前記部位の投影データに基づいて再構成された画像である、上記第２の観点から第１４の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１６の観点の発明は、
前記ビームハードニング補正処理が、骨部によるビームハードニングを補正するように設計されたアルゴリズムを用いる、上記第２の観点から第１５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１７の観点の発明は、
前記部位が、頭部である、上記第２の観点から第１６の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１８の観点の発明は、
前記部分領域が、単一の画素に対応した領域である、上記第２の観点から第１７の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。

第１９の観点の発明は、
上記第２の観点から第１８の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を備えた放射線断層撮影装置を提供する。

第２０の観点の発明は、
コンピュータを、上記第２の観点から第１８の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置における各手段として機能させるためのプログラムを提供する。

上記観点の発明によれば、骨部と軟部組織とを含む部位を表すビームハードニング補正処理済みの画像において、個々の部分領域を対象領域に順次設定するとともに、設定された対象領域の周辺の複数位置における画素値とその対象領域からの距離とに基づいて、骨部によるビームハードニングの影響がその対象領域に対してどの程度あるかを表す第１の指標を求め、対象領域に対する画素値の補正量を当該対象領域に対する第１の指標を用いて決定し、当該対象領域の画素値をその補正量に応じて補正するので、従来の投影データ空間におけるビームハードニング補正処理だけでは補正し切れない部分についても、周辺に存在する骨部の量や近さの情報を基にビームハードニングの影響の程度を推定し、その推定結果を用いてさらに画素値の追加補正を行うことができ、放射線断層像においてビームハードニング補正による補正結果のバラつきを低減することができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のハードウェアの構成を概略的に示す図である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の操作コンソールの機能ブロック図である。 本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフロー図である。 本実施形態における被検体の頭部がスキャンされる様子を示す図である。 ビームハードニングの非線形特性を説明するための図である。 水ファントムでのビームハードニング補正の補正効果を示す図である。 ビームハードニングの影響が現れた人体頭部ファントム及び骨等価物質によるファントムの画像を示す図である。 Iterative Methodによる補正処理の概念を示す図である。 Iterative Methodによる補正効果を示す図である。 第１の指標のコンセプトを示す図である。 第２の指標のコンセプトを示す図である。 第２の指標のコンセプトのつづきを示す図である。 補正上限値のコンセプトを示す図である。 補正上限値のコンセプトのつづきを示す図である。 従来法による頭部断層像と本提案法による頭部断層像との比較結果を示した図である。 従来法による頭部断層像と本提案法による頭部断層像との別の比較結果を示した図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明は限定されない。

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置（X-ray Computed Tomography system）のハードウェア（hardware）の構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、ガントリ（gantry）２、撮影テーブル（imaging table）４、及び操作コンソール（console）６を備えている。

ガントリ２は、Ｘ線管２１、アパーチャ（aperture）２２、コリメータ装置（collimator device）２３、Ｘ線検出器２４、データ収集部２５、回転部２６、高電圧電源２７、アパーチャ駆動装置２８、回転駆動装置２９、及びガントリ・テーブル制御部３０を有している。

Ｘ線管２１及びＸ線検出器２４は、空洞部２Ｂを挟み対向して配置されている。

アパーチャ２２は、Ｘ線管２１と空洞部２Ｂとの間に配置されている。Ｘ線管２１のＸ線焦点からＸ線検出器２４に向けて放射されるＸ線をファンビーム（fan beam）やコーンビーム（cone beam）に成形する。

コリメータ装置２３は、空洞部２ＢとＸ線検出器２４との間に配置されている。コリメータ装置２３は、Ｘ線検出器２４に入射する散乱線を除去する。

Ｘ線検出器２４は、Ｘ線管２１から放射される扇状のＸ線ビームの広がり方向（チャネル（channel）方向という）および厚み方向（列方向という）に、２次元的に配列された複数のＸ線検出素子を有している。各Ｘ線検出素子は、空洞部２Ｂに配された被検体５の透過Ｘ線をそれぞれ検出し、その強度に応じた電気信号を出力する。被検体５は、例えば、人間や動物などの生体である。

データ収集部２５は、Ｘ線検出器２４の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号を受信し、Ｘ線データに変換して収集する。

回転部２６は、空洞部２Ｂの周りに回転可能に支持されている。回転部２６には、Ｘ線管２１、アパーチャ２２、コリメータ装置２３、Ｘ線検出器２４、及びデータ収集部２５が搭載されている。

撮影テーブル４は、クレードル（cradle）４１、クレードル駆動装置４２を有している。被検体５は、クレードル４１の上に載置される。クレードル駆動装置４２は、クレードル４１をガントリ２の空洞部２Ｂすなわち撮影空間に入れ出しする。

高電圧電源２７は、Ｘ線管２１に高電圧及び電流を供給する。

アパーチャ駆動装置２８、アパーチャ２２を駆動しその開口を変形させる。

回転駆動装置２９、回転部２６を回転駆動する。

ガントリ・テーブル制御部３０は、ガントリ２内の各装置・各部、撮影テーブル４等を制御する。

操作コンソール６は、操作者からの各種操作を受け付ける。操作コンソール６は、入力装置６１、表示装置６２、記憶装置６３、及び演算処理装置６４を有している。本例では、操作コンソール６は、コンピュータ（computer）により構成されている。

なお、ここでは、図１に示すように、被検体５の体軸方向、すなわち撮影テーブル４による被検体５の搬送方向をｚ方向とする。また、鉛直方向をｙ方向、ｙ方向およびｚ方向に直交する水平方向をｘ方向とする。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能について説明する。本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、従来のビームハードニング補正による補正結果のバラつきを低減する機能を有する。基本的なコンセプトとしては、まず従来のビームハードニング補正を行う。そして、その結果得られたビームハードニング補正済み断層像において、各画素を対象画素に順次設定するとともに、その周辺画素における対象画素からの距離と画素値（ＣＴ値）との関係を精査する。これによって得られた画素値の変化の挙動から、各画素がビームハードニング・アーチファクトであるのか、部分的な出血や造影剤による造影効果を表すものであるのかといった評価を行う。そして、その評価結果から、画素ごとあるいは部分的な画像領域ごとに、ビームハードニング・アーチファクトのバラつきを判断し、補正不足の画素・画像領域に対しては追加の補正を行い、画素・画像領域ごとの補正のバラつきを低減する。その結果、品質がより安定したビームハードニング補正を行うことができる。

図２は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の操作コンソールの機能ブロック図（block diagram）である。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の操作コンソール６は、上記機能を実現させるための機能ブロックとして、スキャン制御部７１、ビームハードニング補正部７２、画像再構成部７３、第１の指標算出部７４、差分ＣＴ値算出部７５、第２の指標算出部７６、補正量決定部７７、スムージング処理部７８、補正上限設定部７９、ＣＴ値補正部８０、及び表示制御部８１を有している。

なお、第１の指標算出部７４は発明における第１の指標取得手段の一例である。差分ＣＴ値算出部７５は発明における差分取得手段の一例である。第２の指標算出部７６は発明における第２の指標取得手段の一例である。補正量決定部７７は発明における決定手段の一例である。スムージング処理部７８は発明における第１及び第２のスムージング処理手段の一例である。補正上限設定部７９は発明における設定手段の一例である。また、ＣＴ値補正部８０は発明における画素値補正手段の一例である。

また、操作コンソール６は、演算処理装置６４が所定のプログラム（program）を実行することにより各機能ブロックとして機能する。所定のプログラムは、例えば、記憶装置６３または外部接続された記憶装置または記憶媒体９０に記憶されている。

スキャン制御部７１は、操作者の操作に応じて、スキャンが実施されるようガントリ・テーブル制御部３０を制御する。

ビームハードニング補正部７２は、スキャンによって得られた複数ビューの投影データに対して、所定のアルゴリズム（algorithm）によりビームハードニング補正を行う。

画像再構成部７３は、投影データに基づいて再構成関数を用いて断層像を再構成する。画像再構成部７３は、ビームハードニング補正部７２からの要求により、収集されたオリジナル（original）の投影データに基づいて断層像を再構成したり、ビームハードニング補正済みの投影データに基づいてビームハードニング補正済み断層像を再構成したりする。

第１の指標算出部７４は、ビームハードニング補正済み断層像を構成する個々の画素について、ビームハードニングの影響がどの程度あるかを表す第１の指標を算出する。

差分ＣＴ値算出部７５は、ビームハードニング補正済み断層像を構成する個々の画素について、その画素のＣＴ値と軟部組織を表すＣＴ値の基準値（以下、基準ＣＴ値ともいう）との差分（以下、差分ＣＴ値ともいう）を算出する。

第２の指標算出部７６は、ビームハードニング補正済み断層像を構成する個々の画素について、その画素を含む方向での第１の指標の変化と差分ＣＴ値の変化との相関に基づいて、その画素がビームハードニング・アーチファクトである確度を表す第２の指標を算出する。

補正量決定部７７は、ビームハードニング補正済みの断層像を構成する個々の画素について、その画素に対する第２の指標に基づいて、ＣＴ値の補正量を決定する。

スムージング処理部７８は、ビームハードニング補正済み断層像における各画素に対する第１の指標、差分ＣＴ値あるいは補正量の空間的な分布に対して、スムージング処理を行う。

補正上限設定部７９は、ビームハードニング補正済み断層像における各画素について、その画素に対する第１の指標を用いて、その画素に対する補正上限値を設定する。補正上限値とは、補正量の上限を示す値である。

ＣＴ値補正部８０は、ビームハードニング補正済み断層像における各画素について、その画素に対する補正量に応じたＣＴ値のシフト補正を追加的に行う。このとき、補正量が補正上限値を超えないようにする。

表示制御部８１は、追加補正済みの断層像を画面に表示するよう表示装置６２を制御する。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れについて説明する。

図３は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフロー図（flowchart）である。

ステップＳ１では、スキャンを行う。具体的には、スキャン制御部７１がガントリ・テーブル制御部３０を制御して、頭部５ｈのスキャンを実施する。

図４は、本実施形態における被検体の頭部５ｈがスキャンされる様子を模式的に示す図である。本例では、図４に示すように、クレードル４１に載置された被検体５の頭部５ｈを含む撮影空間Ｒ１に対してスキャンが実施される。スキャンは、Ｘ線管２１及びＸ線検出器２４を被検体５の周りに回転させながら、Ｘ線管２１のＸ線焦点から被検体５にＸ線を照射することにより行われる。またスキャンは、ビュー角度範囲を１８０度＋Ｘ線ビームのファン角（fan angle）αとする、いわゆるハーフスキャン（half scan）とする。スキャンを実施すると、Ｘ線検出器２４におけるＸ線検出素子の配列構造に起因して、撮影空間をｚ軸方向にスライスして成る複数のスライスの各々について複数ビュー（view）の投影データが収集される。

ステップＳ２では、ビームハードニング補正を行う。具体的には、ビームハードニング補正部７２が、ステップＳ１のスキャンにより得られた投影データに対してビームハードニング補正を行う。以下、ビームハードニング補正について詳しく説明する。

ビームハードニング補正では、例えば、図５に示すようなビームハードニングの非線形特性を３〜４次程度の高次多項式で近似した後、逆変換して線形データに置き換えるという補正方法が用いられる。高次多項式での近似は、その高次多項式の係数を、数種のファントム（phantom）または数種の透過経路長の減衰特性より較正し決定することにより行う。

この補正式は人体の大部分が水に近いことから、一般に水を基準として算出されるものが使われる。

図６に水ファントムでの補正効果を示す。ビームハードニング補正なしの断層像では、ファントムの中心側のＣＴ値が外側と比べて低くなっているのが分かる。一方、ビームハードニング補正ありの断層像では、水を表すＣＴ値が均一であり、ファントムの中心側と外側とでほぼ同じＣＴ値になっていることが分かる。

ところで、前述のビームハードニング補正方法はファーストオーダー(first-order)ビームハードニング補正とよばれ、その基準物質は一般的には水である。しかし人体には水とは吸収係数が大きく異なる骨が存在する。そのため、水のビームハードニング補正だけでは骨によるビームハードニングの影響が補正しきれない。この影響は頭部撮影における頭蓋骨内側のシェーディング、側頭骨間に生じるダークバンド状のアーチファクトが代表的である。

図７にこれらの影響が現れた人体頭部ファントムの画像（左）と骨等価物質によるファントムの画像（右）とを示す。いずれの画像にも、骨相当の物資の周辺にシェーディングやバンド状のアーチファクトが顕著に現れている。

仮に軟部組織と骨部それぞれのＸ線透過長が分かれば２つのビームハードニング補正テーブルを持つことで、より正確なビームハードニング補正が可能となる。このような補正を実現する手法は、1978年にP.M.Josephらによって画像再構成を繰り返すIterative Methodとして発表されている。

図８にそのIterative Methodによる補正処理の概念を示す。一度目の再構成画像からＣＴ値の閾値によって骨だけを抽出し、この骨画像を再投影(re-projection)することにより骨のＸ線透過長を求め、その骨の透過長に応じて発生するビームハードニングによるエラーを求める。次に補正テーブルによりオリジナルデータを補正した後に２度目の再構成を行うことで目的の画像を得ることができる。

図９にIterative Methodによる補正を用いたときの人体頭部ファントムの画像（左）と骨等価物質によるファントムの画像（右）とを示す。図７の補正無しの例と比較して骨部からのアーチファクトが補正されている様子が分かる。

本例では、ビームハードニング補正として、骨部によるビームハードニングの補正が可能な上述のIterative Methodによる補正を用いることにする。なお、ビームハードニング補正には、このIterative Methodによる補正に限定されることなく、種々の補正を用いることができる。

ステップＳ３では、ビームハードニング補正済み断層像を再構成する。具体的には、画像再構成部７３が、ビームハードニング補正済み投影データに基づいてビームハードニング補正済み断層像を再構成する。

ステップＳ４では、第１の指標Ｂを算出する。具体的には、第１の指標算出部７４が、ビームハードニング補正済み断層像における軟部組織に対応する領域の各画素について、ビームハードニングの影響を受ける程度の推定レベルを表す第１の指標Ｂを算出する。軟部組織に対応する領域の特定には、例えばＣＴ値の閾値判定を用いる。

図１０に、第１の指標のコンセプト（concept）を示す。

ある特定の対象画素に対する第１の指標Ｂは、その周辺画素のＣＴ値と対象画素からの距離とにより導出される値の積算値（以下、骨近接度という）の和により概算される。

次式は、第１の指標Ｂの算出式の例である。

ここで、（ｘ，ｙ）は対象画素の座標、（ｘi，ｙi）は周辺画素の座標である。

そのため、周辺画素のＣＴ値Ｐが高ければ高いほど、また骨部相当のＣＴ値Ｐを有する画素に近ければ近いほど、第１の指標Ｂは高くなる。また、周辺画素を全方位に確認していくことになるため、一つの方向についての骨近接度がそれほど高くなくても、周辺を骨部で囲まれる対象画素の場合には、第１の指標Ｂは各方向の骨近接度の和として表されるので、そのような領域内の画素に対する第１の指標Ｂは、結果として高くなる。

ステップＳ５では、スムージング処理を行う。具体的には、スムージング処理部７８が、ステップＳ４で算出された第１の指標Ｂの空間的な分布に対してスムージング処理を行う。スムージング処理には、例えば３×３あるいは５×５の平滑化フィルタを用いる。

ステップＳ６では、差分ＣＴ値Ｐｄを算出する。具体的には、差分ＣＴ値算出部７５が、ビームハードニング補正済み断層像における軟部組織に対応する領域の各画素について、その画素のＣＴ値Ｐと軟部組織の基準ＣＴ値Ｐ＿ｓｏｆｔとの差分である差分ＣＴ値Ｐｄを算出する。

ステップＳ７では、スムージング処理を行う。具体的には、スムージング処理部７８が、ステップＳ６で算出された差分ＣＴ値Ｐｄの空間的な分布に対してスムージング処理を行う。

ステップＳ８では、第２の指標Ｓを算出する。具体的には、第２の指標算出部７６が、ビームハードニング補正済み断層像における軟部組織に対応する領域の各画素について、その画素がビームハードニング・アーチファクトである確度を表す第２の指標Ｓを算出する。ここでは、第２の指標Ｓは、その対象画素を含む方向において、スムージング処理済みの第１の指標Ｂの位置的な変化と、スムージング処理済みの差分ＣＴ値Ｐｄの位置的な変化との間の相関の高さを表す値として算出される。

図１１に、第２の指標のコンセプトを示す。ある特定の対象画素に対する第２の指標Ｓは、対象画素を含む画素列における、第１の指標Ｂの位置的な傾斜（勾配）と差分ＣＴ値Ｐｄの位置的な傾斜（勾配）との相関の高さを表す値により概算される。

次式は、第２の指標Ｓの算出式の例である。

ここで、Ｐ＿ｓｏｆｔは軟部組織の基準ＣＴ値、Ｐｄ（ｘ，ｙ）は対象画素の差分ＣＴ値である。

なお、軟部組織の基準ＣＴ値Ｐ＿ｓｏｆｔは、例えば、補正済み断層像における軟部組織を表す複数画素のＣＴ値Ｐの平均とすることができる。軟部組織はＣＴ値Ｐの閾値判定処理により特定することができる。また例えば、軟部組織の基準ＣＴ値Ｐ＿ｓｏｆｔは、経験則から軟部組織に相当すると考えられるＣＴ値Ｐの代表値とすることができる。

一般的に、対象画素の差分ＣＴ値Ｐｄが補正済み断層像における骨部を表すＣＴ値に近ければ近いほど、またその骨部を表すＣＴ値Ｐが高ければ高いほど、対象画素がビームハードニング・アーチファクトである可能性は高くなると考えられる。そのため、対象画素を含む画素列において、第１の指標Ｂの位置的な傾斜と差分ＣＴ値Ｐｄの位置的な傾斜との相関が高いほど、対象画素がビームハードニング・アーチファクトである可能性は高くなる。

一方、図の下で表すように、その相関が低いほど、対象画素がビームハードニング・アーチファクトである可能性は低くなる。

図１２に、第２の指標のコンセプトのつづきを示す。補正済み断層像において、出血や造影剤の造影効果によって部分的にＣＴ値Ｐが高くなっている場合には、そのような領域において第１の指標Ｂの位置的な傾斜と差分ＣＴ値Ｐｄの位置的な傾斜との間の相関は低くなる。

したがって、ある特定の対象画素に対する第２の指標Ｓは、画素がビームハードニング・アーチファクトである確度を表すと言える。

ステップＳ９では、補正上限値を設定する。具体的には、補正上限設定部７９が、ビームハードニング補正済み断層像における軟部組織に対応する領域の各画素について、補正上限値ΔＰ＿ｃａｐを設定する。補正上限値は、その対象画素に対して算出されたオリジナルの第１の指標Ｂもしくはスムージング処理済みの第１の指標Ｂに基づいて、その指標の値が大きいほど大きくなるような値として設定される。

図１３に、補正上限値のコンセプトを示す。過剰な補正を抑制する機能として、補正量の上限値を設定する。第１の指標Ｂに連動して領域ごとに最適な補正上限値を設定することにより、より適正な補正が期待できる。

図１４に、補正上限値のコンセプトのつづきを示す。図１４では、部分的な出血や局所的な造影効果によるＣＴ値Ｐの上昇をビームハードニング・アーチファクトと誤認して補正してしまうリスクを低減している様子が理解できる。

次式は、補正上限値ΔＰ＿ｃａｐの算出式の例である。

ここで、ａは任意の定数である。

ステップＳ１０では、補正量を決定する。具体的には、補正量決定部７７が、ビームハードニング補正済み断層像における軟部組織に対応する領域の各画素について、ＣＴ値の補正量ΔＰを決定する。補正量決定部７７は、例えば、対象画素に対して算出された第２の指標Ｓに基づいて対象画素に対する重み係数ｗｇｈｔ＿ｉｎｄを決定し、対象画素に対する重み係数ｗｇｈｔ＿ｉｎｄと差分ＣＴ値Ｐｄとの乗算値を補正量ΔＰとする。ただし、対象画素の補正量ΔＰはその対象画素に対して設定された補正上限値ΔＰ＿ｃａｐを超えない範囲とする。

次式は、補正量ΔＰの算出式の例である。

ここで、Ｓ＿ｍａｘ、Ｓ＿ｍｉｄ、Ｓ＿ｍｉｎは、それぞれ、補正済み断層像における第２の指標Ｓの最大値、中間値または中央値、最小値である。

これにより、対象画素がビームハードニング・アーチファクトである可能性が高いほど、またＣＴ値Ｐが軟部に相当するＣＴ値より大きいほど大きくなる量を補正量ΔＰとすることができる。その結果として、部分的な出血や局所的な造影効果によるＣＴ値Ｐの上昇については、適切に保持することができる。同様にもう少し範囲の狭い骨部と軟部との境界における出血や造影効果についても適切に保持することができる。

ステップＳ１１では、スムージング処理を行う。具体的には、スムージング処理部７８が、ステップＳ１０で決定された補正量ΔＰの空間的な分布に対してスムージング処理を行う。

ステップＳ１２では、ＣＴ値Ｐを追加補正する。具体的には、ＣＴ値補正部８０が、次式の如く、ビームハードニング補正済み断層像における軟部組織に対応する領域の各画素について、スムージング処理済みの補正量ΔＰを用いてＣＴ値Ｐをシフト補正する。

次式は、補正済みＣＴ値Ｐ′の算出式の例である。

ステップＳ１３では、追加補正済み断層像を表示する。具体的には、表示制御部８１が、表示装置６２を制御して、ステップＳ１２のＣＴ値Ｐの追加補正により得られた追加補正済断層像を画面に表示させる。

これより、本提案法により得られた断層像の例を示す。

図１５は、従来法による頭部断層像と本提案法による頭部断層像との比較結果を示した図である。従来法による頭部断層像（左図）では、骨部（頭蓋骨）と軟部組織（脳組織）との境界に、ビームハードニング補正の補正不足によるＣＴ値上昇が確認できる。一方、本提案法による頭部断層像（右図）では、その補正不足によるＣＴ値の上昇が抑えられ改善された様子を確認することができる。

図１６は、従来法による頭部断層像と本提案法による頭部断層像との別の比較結果を示した図である。３枚の画像のうち、左が従来法による頭部断層像であり、中央が本提案法であって第１の指標に応じた補正量を決定し、かつ補正上限値を設定しない場合の頭部断層像であり、右が本提案法であって第２の指標に応じた補正量を決定し、かつ補正上限値を設定した場合の頭部断層像である。従来法による頭部断層像（左図）では、骨部（頭蓋骨）と軟部組織（脳組織）との境界に、ビームハードニング補正の補正不足によるＣＴ値上昇が確認できる。本提案法であって補正上限値を設定しない場合の頭部断層像（中央図）では、ビームハードニング補正の補正不足は改善されているが、右上の出血によるＣＴ値上昇が損なわれている。一方、本提案法であって補正上限値を設定した場合の頭部断層像（右図）では、ビームハードニング補正の補正不足が改善され、かつ、部分的な出血によるＣＴ値上昇が保持されている。

以上、本実施形態によれば、ビームハードニング補正処理済みの頭部断層像において、個々の画素を対象画素に順次設定するとともに、設定された対象画素の周辺の複数位置におけるＣＴ値とその対象画素からの距離とに基づいて、骨部によるビームハードニングの影響がその対象画素に対してどの程度あるかを表す第１の指標を求め、対象画素に対するＣＴ値の補正量を当該対象画素に対する第１の指標を用いて決定し、当該対象画素のＣＴ値をその補正量に応じて補正するので、従来の投影データ空間におけるビームハードニング補正処理だけでは補正し切れない部分についても、周辺に存在する骨部の量や近さの情報を基にビームハードニングの影響の程度を推定し、その推定結果を用いてさらにＣＴ値の追加補正を行うことができ、頭部断層像においてビームハードニング補正による補正結果のバラつきを低減することができる。

また、本実施形態では、対象画素を含む画素列において、第１の指標の位置的な変化と、ＣＴ値と軟部組織の基準ＣＴ値との差分である差分ＣＴ値の位置的な変化との相関の高さを表す第２の指標を算出し、第２の指標に応じた補正量を決定し、対象画素のＣＴ値を補正するので、第２の指標を対象画素がビームハードニング・アーチファクトである確度として用い、その確度に応じたＣＴ値の追加補正を行うことができ、従来のビームハードニング補正では補正不足となる領域について、さらに補正を行うことができる。

また、本実施形態では、対象画素ごとに第１の指標の大きさに応じた補正上限値を設定するので、追加補正による副作用のリスクを低減することができ、部分的な出血や造影剤による局所的な造影効果などを損なわずに保持して、より精度の高い補正を行うことができる。

なお、発明は、上記実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、各指標を求めたりＣＴ値を補正したりする際に、単一の画素に対応した領域を１単位として行っているが、複数の画素によって構成される部分領域、例えば縦横２×２画素からなる画像領域を１単位として行うようにしてもよい。

また例えば、本実施形態では、撮影する部位は頭部であるが、骨部と軟部組織とが含まれていればいずれの部位であってもよい。

また、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線以外の放射線、例えばガンマ線を用いる断層撮影装置にも適用可能である。

また、コンピュータを上記Ｘ線ＣＴ装置における制御や処理を行う各手段として機能させるためのプログラムやこれを記録した記録媒体もまた、発明の実施形態の一例である。

１ Ｘ線ＣＴ装置
２ ガントリ
２Ｂ 空洞部
４ 撮影テーブル
５ 被検体
５ｈ 頭部
６ 操作コンソール
２１ Ｘ線管
２２ アパーチャ
２３ コリメータ装置
２４ Ｘ線検出器
２５ データ収集部
２６ 回転部
２７ 高電圧電源
２８ アパーチャ駆動装置
２９ 回転駆動装置
３０ ガントリ・テーブル制御部
４１ クレードル
４２ クレードル駆動装置
６１ 入力装置
６２ 表示装置
６３ 記憶装置
６４ 演算処理装置
７１ スキャン制御部
７２ ビームハードニング補正部
７３ 画像再構成部
７４ 第１の指標算出部
７５ 差分ＣＴ値算出部
７６ 第２の指標算出部
７７ 補正量決定部
７８ スムージング処理部
７９ 補正上限設定部
８０ ＣＴ値補正部
８１ 表示制御部
９０ 記憶媒体

Claims (18)

1. 骨部と軟部とを含む部位を表すビームハードニング補正処理済みの画像における個々の部分領域について、該部分領域周辺の複数位置における画素値と該部分領域からの距離とに基づいて、前記骨部によるビームハードニングの影響が該部分領域に対してどの程度あるかを表す第１の指標を求める第１の指標取得手段と、
   前記部分領域に対する第１の指標を用いて、該部分領域に対する画素値の補正量を決定する決定手段と、
   該部分領域の画素値を該部分領域に対する補正量に応じて補正する画素値補正手段と、
   前記個々の部分領域について、該部分領域の画素値と前記軟部を表す画素値の基準値との差分を求める差分取得手段と、
   前記個々の部分領域について、該部分領域を通る方向に対する前記第１の指標の変化と、該方向に対する前記差分の変化との間の相関の程度を表す第２の指標を求める第２の指標取得手段と、を備え、
   前記決定手段は、前記部分領域に対する第２の指標に基づいて、該部分領域に対する画素値の補正量を決定する、画像処理装置。
2. 前記第１の指標取得手段は、前記部分領域周辺の複数位置について該位置の画素値に応じて大きくなる第１の値と該部分領域から該位置までの距離に応じて大きくなる第２の値とを成分として含む値を前記第１の指標として求める、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記第１の指標取得手段は、前記部分領域周辺の複数位置について前記第１の値と前記第２の値との乗算値を求め、前記複数位置の各々について求められた前記乗算値の加算値を成分として含む値を前記第１の指標として求める、請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記第１の指標取得手段は、前記部分領域周辺の複数位置について前記第１の値と前記第２の値との積を求め、前記複数位置の各々について求められた前記積の和を成分として含む値を前記第１の指標として求める、請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記決定手段は、前記部分領域に対する第２の指標に応じた値と該部分領域に対する前記差分との積を、前記補正量として決定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
6. 前記軟部を表す画素値の基準値は、前記画像における前記軟部を表す領域の画素値の平均である、請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記軟部を表す画素値の基準値は、前記軟部に相当すると考えられる画素値の代表値である、請求項５に記載の画像処理装置。
8. 前記画像における前記第１の指標の分布と、前記画像における前記差分の分布とに対してスムージング処理を行う第１のスムージング処理手段をさらに備えており、
   前記第２の指標取得手段は、前記方向に対する前記スムージング処理が行われた前記第１の指標の変化と、前記方向に対する前記スムージング処理が行われた前記差分の変化との間の相関に基づいて、前記第２の指標を求める、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の画像処理装置。
9. 前記第２の指標取得手段は、前記相関が高いほど値が大きくなるよう前記第２の指標を求める、請求項８に記載の画像処理装置。
10. 前記部分領域に対して、該部分領域に対する第１の指標の大きさに応じて補正量の上限値を決定する補正上限値決定手段をさらに備えており、
    前記画素値補正手段は、前記部分領域の画素値を、補正量が該部分領域に対して決定された上限値を超えないように補正する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の画像処理装置。
11. 前記画像における前記補正量の分布に対してスムージング処理を行う第２のスムージング処理手段をさらに備えており、
    前記画素値補正手段は、該スムージング処理が行われた補正量を用いて補正する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の画像処理装置。
12. 前記スムージング処理は、平滑化処理である、請求項８、請求項９または請求項１１に記載の画像処理装置。
13. 前記画像は、ビームハードニング補正処理が行われた前記部位の投影データに基づいて再構成された画像である、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の画像処理装置。
14. 前記ビームハードニング補正処理は、骨部によるビームハードニングを補正するように設計されたアルゴリズムを用いる、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の画像処理装置。
15. 前記部位は、頭部である、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
16. 前記部分領域は、単一の画素に対応した領域である、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
17. 請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の画像処理装置を備えた放射線断層撮影装置。
18. コンピュータを、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の画像処理装置における各手段として機能させるためのプログラム。