JP6412636B2 - 画像生成装置、画像生成方法及びx線ct装置 - Google Patents
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Description
その他の解決手段は実施形態中において記載する。
図1は、本実施対象に係るX線CT装置の概略構成図を示す図である。
X線CT装置100は入力装置200と、撮影装置300と、画像生成装置400とを備えている。
また、撮影装置300は、X線発生装置310、X線検出装置320、ガントリ(Gantry:構台)330、撮影制御装置340、及び被検体搭載用テーブルA2を備えている。
なお、入力装置200及び画像生成装置400は、必ずしもX線CT装置100と別の装置である必要はなく、一体としてもよい。
また、画像生成装置400と入力装置200の両方の機能を併せ持つ装置を使用して実現してもよい。
また、ガントリ330の中央には被検体A1及び被検体搭載用テーブルA2を配置するための円形の開口部331が設けられている。ガントリ330内には、X線管311及びX線検出器321を搭載する回転板332と、回転板332を回転させるための駆動機構(不図示)とが備えられている。
また、被検体搭載用テーブルA2には、ガントリ330に対する被検体A1の位置を調整するための駆動機構(不図示)が備えられている。
X線管311のX線発生点とX線検出器321のX線入力面との距離は、例えば、1000mmである。ガントリ330の開口部331の直径は、例えば、700mmである。X線検出器321は、シンチレータ(Scintillator:X線や電離放射線を受けて蛍光を発する)、及びフォトダイオード(蛍光等の光を電気に変換する)等から構成される公知のX線検出器を使用する。X線検出器321は、X線管311のX線発生点から等距離に多数の検出素子を円弧状に配列した構成であり、その素子数(チャンネル数)は、例えば1000個である。各検出素子のチャンネル方向のサイズは、例えば1mmである。
なお、シンチレータや、フォトダイオードではなく、CdTe(テルル化カドミウム)を用いた半導体X線検出器でもよい。
撮影装置300の1回転における撮影回数は、例えば、900回であり、回転板332が0.4度回転する毎に1回の撮影が行われる。
なお、各仕様はこれらの値に限定されるものはなく、X線CT装置100の構成に応じて種々変更可能である。
図2は、本実施形態に係る画像生成装置の構成を示す機能ブロック図である。
画像生成装置400は、メモリ401、CPU(Central Processing Unit)402、HD(Hard Disk)等の記憶装置403、送受信装置404、入力装置405及び表示装置406を有している。
メモリ401には、記憶装置403に格納されているプログラムが展開され、展開されたプログラムがCPU402によって実行されることで、処理部410と、処理部410を構成するデータ取得部411、画像再構成処理部412、基底物質分解処理部413、散布図生成部414、角度処理部(誤差最小化部)415、画素変換部(変換部)416及び出力処理部417が具現化している。なお、各部411〜417が行う処理の詳細は後記する。
画像再構成処理部412は、取得したカウント投影データを基に、線減弱係数画像を生成する。
基底物質分解処理部413は、基底物質線減弱係数と、線減弱係数画像とを用いて、基底物質分解処理を行う。
散布図生成部414は、基底物質分解処理の結果、取得される物質分解画像の画素を、基底物質に関する情報を各軸とした散布図にプロットする。
角度処理部415は、生成された散布図を基に、回転角度を算出する。回転角度については後記する。また、角度処理部415は、算出した回転角度に基づいて散布図を回転させる。
画素変換部416は、回転した散布図を基に、物質分解画像の画素を変換することで、誤差最小化画像(変換後の画像)を生成する。誤差最小化画像については後記する。
出力処理部417は、各部411〜416の処理結果を表示装置406に表示する。
入力装置405は、キーボードや、マウス等であり、例えば、散布図回転や、座標変換に関する情報が入力される。
表示装置(表示部)406は、ディスプレイ等であり、各処理の結果が表示される。
図3は、本実施形態に係る誤差最小化画像生成処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図1及び図2を参照する。なお、本願の特徴はステップS121〜S141の処理にある。
まず、撮影装置300が、被検体A1を撮像する撮像処理を行う(S101)。
そして、データ取得部411は、撮影装置300からエネルギウィンドウ毎におけるカウント投影データを取得するカウント投影データ取得処理を行う(S102)。
エネルギウィンドウ分割数NはパルスモードX線検出器を実現するための回路実装密度、回路発熱上限、データ転送レート等に制限され、N=3〜8程度であることが望ましい。
そして、画像再構成処理部412は、取得したカウント投影データに対し、エネルギウィンドウ毎にN回の画像再構成を行う画像再構成処理を行う(S103)。
この結果、エネルギウィンドウ毎の線減弱係数画像が出力される(S104)。ここで、カウント投影データをN個のエネルギウィンドウに分配するため、本実施形態のX線CT装置100で得られるエネルギウィンドウ毎の線減弱係数画像の統計誤差は、電流モードのX線CT装置で得られる統計誤差に比べて大きな値となる。
なお、基底物質線減弱係数は、適切なビームハードニング補正が可能なとき、設定された基底物質群に対し一意に定まり、既知の値として扱うことが可能である。
基底物質の数(基底物質数)Mがエネルギウィンドウ数N以下であれば数学上は基底物質分解が解又は最小二乗解を持ち、物質分解画像が出力される。ただし線減弱係数画像が統計誤差を持つため、実質的に分解可能な基底物質の組み合わせは原子番号が大きく離れた物質に制限される。ここでは物質分解画像が適切に得られたものとして説明を続ける。
そして、角度処理部415は、物質分解画像の散布図における均質領域の長手方向の角度を算出し、この角度を基に回転角度を算出する回転角度算出処理を行う(S122)。ステップS122の処理は後記する。
続いて、角度処理部415は、算出した回転角度に従って散布図を回転させる回転処理を行う(S123)。
また、画素変換部416は、物質分解画像の画素を、回転させられた散布図における画素に置き換えることで、画素変換処理を行う(S131)。画素変換処理については後記する。
そして、出力処理部417は、ステップS123の処理結果や、ステップS131の処理結果を表示装置406に出力する出力処理を行う(S141)。
図4は、物質分解画像の散布図の例を示す図であり、図5は、HAp画像ヒストグラムの例を示す図である。
図4に示す散布図600は、図3のステップS121で生成されるものである。
散布図600は、物質分解画像のHAp画像と、脂肪画像両者を用いた散布図である。なお、物質分解画像は、図3のステップS111で生成されるものである。
散布図600において、横軸がHAp比率(基底物質濃度)、縦軸が脂肪比率(基底物質濃度)を示している。縦軸をHAp比率軸、横軸を脂肪比率軸と適宜称する。散布図600における各プロット点は、物質分解画像の各ピクセルに対応し、物質分解画像のピクセルが、基底物質分解における、どのHAp比率(基底物質濃度)、脂肪比率(基底物質濃度)に対応しているのかを示している。HAp比率、脂肪比率等の物質比率は、空間に占める基底物質(ここでは、HAp、脂肪)の体積割合である。
そして、散布図600では、例として符号601〜604を含むHAp比率6種(0〜5%)×脂肪比率2種(0%、75%)の均質領域に分けられている。
ちなみに、図5におけるHAp画像ヒストグラム700は、図4の散布図600のうち、符号601〜602を含む均質領域を関心領域(ROI)とし、ROIにおけるヒストグラムを算出したものである。ROIは、物質比率(HAp比率、脂肪比率)が均質(すなわち、各エネルギウィンドウにおける減弱係数が均質)と考えられる領域であり、物質分解画像の画素値から得られるものである。例えば、各エネルギウィンドウにおける減弱係数が事前に設定されている狭い一定の範囲にあること等から、散布図生成部414が判定するものである。
図5からはわかりにくいが、図4を見れば、図5のヒストグラム701〜704の誤差分布(ヒストグラムの幅)は、これらのヒストグラム701〜704に対応する各均質領域601〜604がHAp比率軸とも脂肪比率軸とも異なる方向を向いた楕円状構造を持つことに由来することがわかる。ちなみに、図7のヒストグラム701は、図6の均質領域601に対応し、図7のヒストグラム702は、図6の均質領域602に対応している。そして、図7のヒストグラム703は、図6の均質領域603に対応し、図7のヒストグラム704は、図6の均質領域604に対応している。
角度処理部415は、散布図600における均質領域601〜604(ここでは、均質領域603)の長手方向611を検出し、検出した長手方向611と、任意の物質軸(ここでは脂肪比率軸)とが為す角度を回転角度621として算出する。この処理は、図3におけるステップS122で行われるものである。長手方向611は、均質領域601〜604におけるプロット点の相関方向を示しており、例えば、最小二乗法等により算出される。
角度処理部415は、図3のステップS123において、算出した回転角度621の方向に散布図600を回転させる。ここで、回転中心は図4の各々の均質領域601〜604の中心である。なお、回転中心は散布図600の原点に限らず、どこでもよい。
なお、図4における符号631については後記する。
図6は、回転処理後における散布図の例を示す図である。
図6における縦軸と横軸は図4と同様である。
回転散布図800において、図4の均質領域601〜604に相当する各均質領域601a〜604aの長手方向はHAp比率軸に対して垂直状態となっていることがわかる。均質領域601a〜604a以外の均質領域も同様である。
なお、符号821については後記する。
図7に示すHAp画像ヒストグラム900は、図5におけるHAp画像ヒストグラム700と同様の手法で生成されたものである
図6の均質領域601aの誤差分布を示すヒストグラム901、図6の均質領域602aの誤差分布を示すヒストグラム902の対でわかるようにHAp1%の差に対してそれぞれの誤差分布幅は小さく改善している。つまり、各ヒストグラム901、902の幅が小さくなっている。このようなヒストグラム901,902となることで、図6における回転散布図800を利用して物質分解画像を変換した誤差最小化画像はシャープな画像となる。従って、画像の視認性が大きく改善し、ROIの再設定における画像部分の指定をやりやすくなる。図6の均質領域603aの誤差分布を示すヒストグラム903、図6の均質領域604aの誤差分布を示すヒストグラム904も同様である。ヒストグラム901〜904は、誤差分布をHAp比率由来の誤差分布のみにしたという意味で、統計誤差を最小化したヒストグラムである。つまり、「誤差最小化画像」における「誤差最小化」とは、誤差分布をHAp比率(処理対象となっている基底物質)由来の誤差分布のみに最小化したという意味である。ちなみに、図6及び図7に示すHAp比率の値及び脂肪比率の値は、回転処理によって意味を失っているため、図6及び図7において、HAp比率の値及び脂肪比率の値は単に目安の意味しか有していない。
図8を参照して画素変換部416における処理手順を説明する。
具体的には、画素変換部416は、以下のような処理を行う。
画素変換部416は、図4の散布図600における画素に対応する、図6の散布図800における画素を特定する(画素特定処理:S151)。具体的には、画素変換部416は、以下のような処理を行う。例えば、図4におけるプロット点631と、図8におけるプロット点821は同じ画素を示している。従って、画素変換部416は、図4におけるプロット点631が示す画素に対応する、図8におけるプロット点821が示す画素を特定する。
画素変換部416は、この変換に従って物質分解画像の画素を変換する(画像変換処理:S153)。この結果、誤差最小化画像が生成される
角度処理部415による回転処理では画像結果による確認も兼ねることができる利点があり、ユーザによる手動回転は演算コストが小さく瞬時に表示できる利点がある。
また、ビームハードニング補正の不完全性により、回転処理後の誤差最小化画像が、被検体A1(図1)の部位毎に微妙に異なる場合、該部位毎に回転処理を行ってもよい。
図9は、本実施形態に係る操作画面の例を示す図である。
なお、撮像処理(図3のS101)や、画像再構成処理(図3のS103)等の当該技術分野における一般的な操作に対しては、図9に示す操作画面1000とは別の画面で行われるものとする。
操作画面1000において、第1の物質分解画像領域1001は入力画像である物質分解画像(HAp画像)が表示される領域である。また、第2の物質分解画像領域1002は、入力画像である物質分解画像(脂肪画像)が表示される領域である。このように、物質分解画像領域は、基底物質の数だけ表示される。
さらに、散布図領域1003は、図3のステップS121で生成された散布図が表示される領域である。なお、散布図領域1003に表示されている散布図には、均質領域の長手方向の角度を示すマーカ1004が表示されている。
また、ユーザは、回転角度操作部1021により、回転角度の選択と調整を行うことができる。選択肢の例としては「デフォルト角度」、「自動認識角度」、「手動角度」、「手動増分」等がある。
ここで、「デフォルト角度」とは物質分解画像の基底物質とエネルギウィンドウ設定条件で決まる、事前に計算されたファントムに依存しない値である。つまり、「デフォルト角度」とは、予め設定されている回転角度である。
しかしながら、ビームハードニング補正後に、未補正/過補正成分が残る場合がある。このような場合、回転角度は被検体A1に依存しうることになる。
また、ROIの設定は、統計誤差の小さい画像が好適であるため、一度得た誤差最小化画像からROIを更新するフィードバックループがあってもよい。「一度得た誤差最小化画像からROIを更新するフィードバックループ」とは、以下のようなことである。まず、回転処理前の物質分解画像(第1の物質分解画像領域1001及び第2の物質分解画像領域1002に表示されている画像)に対し、ユーザが一度ROIを設定する。そして、回転処理後、出力処理部417は、誤差最小化画像領域1011に表示されている誤差最小化画像に、回転処理前の物質分解画像で設定されたROIを表示し、ユーザにROIの再設定の要否を判断させる。
また、マウスを用いて散布図が回転されると、その回転角度が「手動角度」として操作画面1000に反映表示されてもよい。
図9に示すように、「デフォルト角度」、「自動認識角度」、「手動角度」は、ラジオボタン等によって、実行される項目が指定されてもよい。
前記した「手動増分」は、散布図だけを試験的に回転させる機能を含んでいてもよい。すなわち、「手動増分」に入力された情報で行われた散布図の回転は、試験的に行われる回転であって、この回転に基づいて誤差最小化画像を生成するためには、実行ボタンが前記なく入力される必要があってもよい。また、「手動増分」で入力された情報が、回転処理後の散布図(回転散布図領域1012に表示されている)に即時反映する機能が付されてもよい。ちなみに、図3の回転角度算出処理(S122)はデフォルト、自動認識、手動の例を含む広い概念である。
M≧4についても同様に拡張することが可能である。
また、回転処理後における散布図800(図6)における画素で、物質分解画像の画素を置き換えることで、カウント投影データからの画像再構成を行うことなく、統計誤差を最小化した誤差最小化画像を生成することができる。これにより、少ない計算コストで統計誤差を最小化した画像を得ることができる。
また、本実施形態における画像生成装置400は、パルスモードX線検出器から得られたカウント投影データを基に処理を行うことで、エネルギ情報が得られるものの、統計誤差が大きくなる物質分解画像の統計誤差を小さくした画像を得ることができる。
)に格納すること以外に、メモリや、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、IC(Integrated Circuit)カードや、SD(Secure Digital)カード、DVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
200 入力装置
300 撮影装置
400 画像生成装置
406 表示装置(表示部)
410 処理部
411 データ取得部
412 画像再構成処理部
413 基底物質分解処理部
414 散布図生成部
415 角度処理部(誤差最小化部)
416 画素変換部(変換部)
600,800 散布図
601〜604,601a〜604a 均質領域
700,900 HAp画像ヒストグラム
701〜704,901 ヒストグラム
1000 操作画面
1001 第1の物質分解画像領域
1002 第2の物質分解画像領域
1003 散布図領域
1004 マーカ
1011 誤差最小化画像領域
1021 回転角度操作部
1022 実行操作部
Claims (14)
- 基底物質分解に用いられた各基底物質の濃度を軸とし、前記基底物質分解によって出力された物質分解画像の画素が、基底物質分解における基底物質濃度に対応した散布図を生成する散布図生成部と、
前記散布図においてプロットされたプロット点の統計誤差を最小化する方向に、前記散布図を回転させる誤差最小化部と、
前記誤差最小化部によって回転させられた散布図における画素を基に、前記物質分解画像を変換する変換部と、
を有することを特徴とする画像生成装置。 - 前記誤差最小化部は、
前記散布図におけるプロット点の相関方向への傾きを算出し、前記算出された相関方向への傾きが、処理対象となる軸に対して、垂直方向となるよう回転させることで、前記散布図においてプロットされたプロット点の統計誤差を最小化する方向に、前記散布図を回転させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。 - 前記変換部は、
前記回転された散布図における画素における情報で、前記物質分解画像の画素における情報を置き換えることで、前記統計誤差を最小化された散布図における画素を基に、前記物質分解画像を変換する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。 - 少なくとも前記回転前の散布図及び前記回転後の散布図を表示部に表示する出力処理部
を有することを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。 - 前記基底物質分解は、パルスモードX線検出器を備えたX線CTから得られた線減弱画像に対して行われる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。 - 物質分解画像の変換を行う画像生成装置が、
基底物質分解に用いられた各基底物質の濃度を軸とし、前記基底物質分解によって出力された物質分解画像の画素が、基底物質分解における基底物質濃度に対応した散布図を生成し、
前記散布図においてプロットされたプロット点の統計誤差を最小化する方向に、前記散布図を回転させ、
回転させられた前記散布図における画素を基に、前記物質分解画像を変換する
ことを特徴とする画像生成方法。 - 前記画像生成装置は、
前記散布図におけるプロット点の相関方向への傾きを算出し、前記算出された相関方向への傾きが、処理対象となる軸に対して、垂直方向となるよう回転させることで、前記散布図においてプロットされたプロット点の統計誤差を最小化する方向に、前記散布図を回転させる
ことを特徴とする請求項6に記載の画像生成方法。 - 前記画像生成装置は、
前記回転された散布図における画素における情報で、前記物質分解画像の画素における情報を置き換えることで、前記統計誤差を最小化された散布図における画素を基に、前記物質分解画像を変換する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像生成方法。 - 前記画像生成装置は、
少なくとも前記回転前の散布図及び前記回転後の散布図を表示部に表示する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像生成方法。 - 前記基底物質分解は、パルスモードX線検出器を備えたX線CTから得られた線減弱画像に対して行われる
ことを特徴とする請求項6に記載の画像生成方法。 - 基底物質分解に用いられた各基底物質の濃度を軸とし、前記基底物質分解によって出力された物質分解画像の画素が、基底物質分解における基底物質濃度に対応した散布図を生成する散布図生成部と、
前記散布図においてプロットされたプロット点の統計誤差を最小化する方向に、前記散布図を回転させる誤差最小化部と、
前記誤差最小化部によって回転させられた散布図における画素を基に、前記物質分解画像を変換する変換部と、
を有することを特徴とするX線CT装置。 - 前記誤差最小化部は、
前記散布図におけるプロット点の相関方向への傾きを算出し、前記算出された相関方向への傾きが、処理対象となる軸に対して、垂直方向となるよう回転させることで、前記散布図においてプロットされたプロット点の統計誤差を最小化する方向に、前記散布図を回転させる
ことを特徴とする請求項11に記載のX線CT装置。 - 前記変換部は、
前記回転された散布図における画素における情報で、前記物質分解画像の画素における情報を置き換えることで、前記統計誤差を最小化された散布図における画素を基に、前記物質分解画像を変換する
ことを特徴とする請求項11に記載のX線CT装置。 - 前記基底物質分解は、パルスモードX線検出器を備えたX線CTから得られた線減弱画像に対して行われる
ことを特徴とする請求項11に記載のX線CT装置。
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