JP6615531B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及び医用画像処理装置 - Google Patents

Description

画像領域微分に基づいてコーンビームアーチファクトを大幅に低減するＸ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ：Computer Tomography）装置及び医用画像処理装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影において、コーンビームアーチファクトはコンピュータ断層撮影において周知の問題である。特に、先進のＣＴシステム内のＸ線源におけるコーン角は極めて大きく、ラドン領域内でデータを失うことに起因して、ＣＦＫ画像はコーンビームアーチファクトを被る傾向がある。

１つの従来技術の手法では、円形コーンビームＣＴ内のアーチファクトは、円形軌道とライン軌道の組み合わせのような理論的に完全な軌道に基づく厳密な再構成を適用することによって大幅に除去される。厳密な再構成のために、ラインスキャンを追加することによって、円形軌道とともに理論的に完全な軌道が達成されるが、追加のスキャンはしばしば、入手できないか、または収集することが非現実的である。さらに、円形データおよびラインデータは同時に得られないので、２回のスキャン間で動きまたは試剤の増強効果に何からの変化があると、２つのデータセット間でデータに不一致が生じ、画像精度に影響を及ぼす。最後に、追加のスキャンは、望ましくないことに、患者をさらに多くの放射線量にさらす。

上記の理由から、円形データのみから画像ボリュームを正確に再構成することが特に関心を集めている。１つの従来技術の手法では、ラインデータを推定するために、スキャノグラムが用いられる。この手法は、患者の放射線量を増加しないが、推定されたラインデータが全体的にかなりのアーチファクトを低減するのに役に立つものの、依然としてコーンビームアーチファクトが目につく。同時に、同じく動きまたは試剤の増強効果の何からの変化があると、スキャノグラムに基づいて結果として生成された画像に不正確さが生じる。

また、従来技術として、改善された画像が円形データおよび推定されたラインデータから再構成されるように、所定の軸に沿って拡張された大きな画像に基づいてラインデータを推定する別の方法が開示されている。この様な大きな画像は、所望の視野（ＦＯＶ：field of view）より大きな視野も有し、Ｚ方向に拡張され、拡張された大きな画像を生成する。オプションで、倍率が用いられるが、倍率値は、改善された画像を再構成するために再構成前に決定されている。

上記の技法において、円形コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＴ）においてアーチファクトを大幅に低減するためのシステムおよび方法をさらに改善することが依然として望まれている。

一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管と、前記Ｘ線管が発生するＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器によって検出されたＸ線に基づき生成された第１の画像を撮影対象の長手方向に沿って微分して微分済み画像を生成し、前記微分済み画像を順投影して微分済みデータを生成し、前記微分済みデータを用いたたたみ込み処理によりたたみ込み済みデータを生成し、前記たたみ込み済みデータを逆投影して第２の画像を生成し、前記第２の画像に基づいて前記第１の画像を補正して補正済み画像を生成することで、補正処理を実行する画像補正部と、を具備する。

本発明の一実施形態による、円軌道にわたって収集されたデータから再構成された画像内のコーンビームアーチファクトを大幅に低減するためのマルチスライスＸ線ＣＴ装置またはスキャナの一実施形態を示す図。 本発明の一実施形態によってコーンビーム（ＣＢ）アーチファクトが大幅に低減される理由の一態様を示す図。 本発明の一実施形態による、画像領域において微分することによってコーンビーム（ＣＢ）アーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスに関与する全体的なステップを示す流れ図。 本発明の一実施形態における、画像領域において微分することによってコーンビームアーチファクトを大幅に低減するための特定の概念的な解決策を示す図の集合を示す図。 コーンビームアーチファクト低減プロセスに関与するステップを示す流れ図。 本発明の一実施形態における、画像領域において微分することによるコーンビームアーチファクト低減プロセスに関与するステップを示す流れ図。 本発明の一実施形態における、画像領域において微分することによるコーンビームアーチファクト低減プロセスの一実施態様に関与する詳細なステップを示す流れ図。 ５００ｍｍの視野を有する５１２×５１２×３２０の元のＦＤＫ画像Ｉｍａｇｅ［ｘ、ｙ、ｚ］の図。 ｚ方向に沿った２つのスライス間の差を微分することによって生成されたｚ差画像（ＤＤＺ）の図。 画像ＩＭＡＧＥが最初に順投影（ＦＰ：forward project）され、その後、ラインデータが微分される第１の再構成画像の図。 ｚ方向に沿って２つのスライス間の差を微分することによってｚ差画像（ＤＤＺ）が生成され、その導関数が順投影（ＦＰ）される第２の再構成画像の図。

本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、画像領域微分に基づいてコーンビームアーチファクトを大幅に低減する補正処理を実行するものである。以下の説明においては、当該補正処理を実行するＸ線コンピュータ断層撮影装置を例として説明する。しかしながら、当該例に拘泥されず、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置を用いて予め取得されたＸ線ＣＴ画像を用いて、当該補正処理を、医用画像処理装置を用いて実現するようにしてもよい。また、当該補正処理を実行する専用プログラムを、医用ワークステーションにインストールし起動させることによって実現するようにしてもよい。

図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示した図である。類似の参照番号が複数の図を通して対応する構造を示しており、詳細には図１を参照すると、図が、ガントリ１００および他のデバイスまたはユニットを含む、本実施形態によるマルチスライスＸ線ＣＴ装置またはスキャナの一実施形態を示す。ガントリ１００は側面図で示されており、Ｘ線管１０１と、環状フレーム１０２と、多列または２次元配列タイプＸ線検出器１０３とをさらに含む。Ｘ線管１０１およびＸ線検出器１０３は環状フレーム１０２上の被検体Ｓを横切って正反対に取り付けられ、環状フレーム１０２は回転軸ＲＡの回りに回転可能に支持される。回転ユニット１０７は、０．４秒／回転のような高速度でフレーム１０２を回転させ、その間、被検体は、図示される紙面の内外の方向に軸ＲＡに沿って移動する。

マルチスライスＸ線ＣＴ装置は、高電圧発生器１０９をさらに含み、高電圧発生器は、Ｘ線管１０１がＸ線を生成するように、スリップリング１０８を通してＸ線管１０１に印加されることになる管電圧を生成する。Ｘ線は被検体Ｓに向かって放射され、被検体の断面積が円によって表される。Ｘ線検出器１０３は、被検体Ｓを通り抜けて伝搬した放射Ｘ線を検出するために、Ｘ線管１０１から、被検体Ｓを挟んで反対側に位置する。

図１をさらに参照すると、Ｘ線ＣＴ装置またはスキャナは、Ｘ線検出器１０３からの検出された信号を処理するための他のデバイスをさらに含む。データ収集回路またはデータ収集システム（ＤＡＳ）１０４は、チャネルごとにＸ線検出器１０３から出力された信号を電圧信号に変換し、その電圧信号を増幅し、その信号をディジタル信号にさらに変換する。Ｘ線検出器１０３およびＤＡＳ１０４は、所定の１回転当たり総投影数（ＴＰＰＲ：ｔｏｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を取り扱うように構成され、ＴＰＰＲは最大で９００ＴＰＰＲ、９００ＴＰＰＲ〜１８００ＴＰＰＲ、および９００ＴＰＰＲ〜３６００ＴＰＰＲとすることができる。

上記のデータは、非接触データ送信機１０５を通して、ガントリ１００の外部のコンソール内に収容される前処理デバイス１０６に送信される。前処理デバイス１０６は、生データに関する感度補正のような特定の補正を実行する。その後、記憶デバイス１１２が、再構成処理の直前の段階において、投影データとも呼ばれる結果として生成されたデータを記憶する。記憶デバイス１１２は、再構成デバイス１１４、入力デバイス１１５、表示デバイス１１６、コーンビーム（ＣＢ）アーチファクト低減デバイス１１７およびスキャン計画支援装置２００とともに、データ／制御バスを通してシステムコントローラ１１０に接続される。スキャン計画支援装置２００は、スキャン計画を作成するために撮影技師を支援するための機能を含む。

再構成デバイス１１４の一実施形態は、種々のソフトウェア構成要素およびハードウェア構成要素をさらに含み、投影データに関する所定の解析的再構成プロセスを実行する。本実施形態の一態様によれば、ＣＴ装置の再構成デバイス１１４は、有利には、所定のフィルタ補正逆投影（ＦＢＰ：filtered backprojection）技法を用いることによって、画像ボリュームを再構成する。

本実施形態の別の態様によれば、ＣＴ装置の再構成デバイス１１４は、有利には、反復再構成技法を用いて全変動（ＴＶ：total variation）を最小化する。一般に、本発明の一実施形態における再構成デバイス１１４は、全変動反復再構成（ＴＶＩＲ：total variation iterative reconstruction）アルゴリズムを実行し、そのアルゴリズムは、順序部分集合同時代数再構成（ＯＳ−ＳＡＲＴ：ordered subset simultaneous algebraic reconstruction technique）のような投影データ同時代数再構成と、ＴＶ最小化ステップのような正規化とを実行する。２つのステップは、メインループにおいて順次に実施され、一実施形態では、そのループにおける反復回数が規定される。

ＴＶ最小化ステップ前に、投影データは順序部分集合同時代数再構成技法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）を受ける。投影データは、所定の数の部分集合Ｎにグループ分けされ、各グループは特定の数の表示を有する。順序部分集合同時代数再構成技法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）中に、一実施形態では、各部分集合が順次に処理される場合がある。別の実施形態では、複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ：central processing unit）またはグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ：graphics processing unit）のような特定のマイクロプロセッサを利用することによって、複数の部分集合を並列に処理することができる。全変動（ＴＶ）最小化ステップでは、再構成デバイス１１４の一実施形態は、ライン探索方式を利用して、現在の画像ボリュームの目的関数が先行する画像ボリュームの目的関数より小さくなるのを確実にするように、正のステップサイズを探索する。

順序部分集合同時代数再構成技法（ＯＳ−ＳＡＲＴ）中に、再構成デバイス１１４は２つの主な演算も実行する。すなわち、部分集合Ｎごとに、再構成デバイス１１４は、画像ボリュームを再投影して、計算された投影データを形成し、被測定投影データと計算された投影データとの間の正規化された差を逆投影して、更新された画像ボリュームを再構成する。追加の詳細では、再構成デバイス１１４の一実施形態は、レイトレーシング技法を用いることによって画像ボリュームを再投影し、その技法では、システム行列の係数はキャッシュされない。さらに、再構成デバイス１１４の一実施形態は、部分集合内の全ての光線（Ｘ線レイ）を同時に再投影し、これはオプションでは並列に実施される。逆投影において、再構成デバイス１１４の一実施形態は、ピクセル駆動技法を用いて、部分集合内の正規化された差投影データの全てを逆投影し、所望の更新された画像ボリュームを形成する。再構成デバイス１１４は、部分集合内の全ての光線和、すなわち、差投影データを逆投影して画像ボリュームを形成するので、この演算もオプションで並列に実施される。これらの演算は、一度のＯＳ−ＳＡＲＴステップを完了するために、全ての部分集合Ｎに適用される。さらに、オプションで、ＡＷＡＤが組み合わせられる。

上記の構成要素に加えて、本発明の一実施形態は、コーンビームアーチファクト低減を実行するための種々の他のソフトウェアモジュールおよびハードウェア構成要素をさらに含む。本発明の一態様によれば、ＣＴ装置のコーンビーム（ＣＢ）アーチファクト低減デバイス１１７は、有利には、特定の状況下でコーンビームアーチファクトを大幅に低減するためにコーンビームアーチファクト低減機能を実行する。一般に、ＣＢアーチファクトは、画像品質を劣化させる、シェーディングコーンビームと高コントラストコーンビームとを含む２つの成分を有する。画像品質を改善するために、シェーディングはリビニング（rebinning）をフィルタリングすることによって補正され、一方、高コントラストは１つの例示的なプロセスではライン画像によって補正される。

本発明の別の実施形態では、ＣＴ装置のコーンビーム（ＣＢ）アーチファクト低減デバイス１１７は、有利には、厳密な再構成の要素およびＳＡＲＴのような反復再構成の要素を組み合わせて、コーンビームアーチファクトを大幅に低減する。後にさらに詳細に説明されるように、再構成デバイス１１４は、円形光源軌道にわたってコーンビーム源を用いて収集された被測定投影データから円形画像を再構成する。その後、ＣＢアーチファクト低減デバイス１１７は、画像領域内の円形画像を微分し、その後、効率および画像品質を改善するために、微分された円形画像からラインデータを順投影する。再構成デバイス１１４は、順投影前に微分された順投影されたラインデータに基づいて、ライン画像を再構成する。上記のステップに基づいて、ＣＢアーチファクト低減デバイス１１７は、円形画像およびライン画像を合成する。従来通りに再構成されていれば画像に存在していたＣＢアーチファクトに比べて、合成された画像は大幅に低減されたＣＢアーチファクトを含む。最後に、ＣＢアーチファクト低減デバイス１１７は、補正済み画像を出力する。

本発明による一実施形態では、コーンビームアーチファクト低減デバイス１１７は、データ／制御バスを介して、記憶デバイス１１２、再構成デバイス１１４、表示デバイス１１６および入力デバイス１１５のような他のソフトウェアモジュールおよび／またはシステム構成要素に動作可能に接続される。この点に関して、コーンビームアーチファクト低減デバイス１１７は、本発明による他の実施形態では、コーンビームアーチファクト低減機能および／または他の関連するタスクを必ずしも単独で実行するとは限らない。さらに、本発明による代替の実施形態において、コーンビームアーチファクト低減デバイス１１７は、オプションでは、再構成デバイス１１４のような他のデバイスの一部である。コーンビームアーチファクト低減デバイス１１７および再構成デバイス１１４はいずれも、種々の方法において実現され、ソフトウェア構成要素およびハードウェア構成要素の特定の組み合わせには限定されない。

図２は、本発明による一実施形態によってコーンビーム（ＣＢ）アーチファクトが大幅に低減される理由の一態様を示す図である。同図は、１組（複数個）の細い物体Ｏが、所定の円形軌道ＣＴの上方にある光源に対して相対的な位置にある例示的な状況を示す。光源位置Ｓ１におけるコーンビームは、物体Ｏに向かって所定のコーンビーム角で放射する。例示的な状況は、診断の目的上、画像がしばしば、より高い解像度を有するズームされた視野または所望の視野（ＦＯＶ）において再構成されることも示す。順投影のために、Ｘ線ビームを減衰させる物体全体に関する情報が必要であるので、図２に示されるように、２つのボリューム画像ＣＦＫ＿ＡおよびＣＦＫ＿Ｂが生成される。陰影エリアは不十分に収集された被測定データに対応する。画像ＣＦＫ＿Ａは最終結果において用いられることになる所望のＦＯＶを有し、一方、画像ＣＦＫ＿Ｂは、欠損しているラインデータを生成するための最大ＦＯＶを有する。ラインデータを生成するためのラインデータ方向ＬＴＲに沿って必要範囲２Ｈが示される。

ここで、図３を参照すると、流れ図が、コーンビーム（ＣＢ）アーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスに関与する全体的なステップを示す。実際には、その流れ図は、本実施形態によるコーンビーム（ＣＢ）アーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスの概念図であり、本実施形態は、以下の説明において与えられる例示的なステップまたは動作には必ずしも限定されない。

ステップＳ１００において、所定の円形軌道にわたって移動するコーンビーム源を用いて被測定データが収集される。一般的に、被測定データはコーンビームの円形の走査形状に起因して不十分であるので、画像が従来通りに再構成された場合には、収集された被測定データは、コーンビームアーチファクトを起こしやすい。ステップＳ１１０において、フェルドカンプ、デイビス、クレス（ＦＤＫ：Feldkamp、Davis、Kress）再構成画像およびハイブリッドコンボリューション再構成（Hconv）画像のような円形画像が、所定の円形光源軌道の上方のコーンビーム源を用いて収集された被測定データから再構成される。再構成された円形画像は、オプションで、後に検索されることになる所定の記憶装置内に記憶される。

ステップＳ１１５において、ステップＳ１２０において順投影してラインデータを得る前に、画像領域において円形画像が微分される。さらに、ステップＳ１１５後に、追加の微分は行われない。言い換えると、本実施形態によるコーンビーム（ＣＢ）アーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスにおいて、順投影後に微分は実行されない。例えば、Ｎ個のスライスを有するＣＦＫ画像から、所定のＺ軸に沿って差画像が得られる。その差は、Ｚ軸に対して微分される。要するに、本実施形態によるコーンビーム（ＣＢ）アーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスにおける順投影前の微分は、関連する従来技術のプロセスにおける順投影後の微分に取って代わる。

ステップＳ１２０およびＳ１３０において、ステップＳ１１５からの微分された画像からラインデータが生成され、生成されたラインデータからライン画像が再構成される。ステップＳ１２０において、ステップＳ１１０において再構成された円形画像からラインデータが順投影または再投影され、その後、ステップＳ１１５において微分される。ステップＳ１２０におけるラインデータ生成の詳細は、別の例示的な流れ図に関して後に説明されることになる。ステップＳ１３０において、ステップＳ１２０において生成された順投影されたラインデータに基づくが、追加の微分を行うことなく、ライン画像が再構成される。

ステップＳ１３５において、オプションで倍率αが用いられる。倍率は、ステップＳ１３０において再構成されたライン画像を重み付けする。すなわち、最終画像内のコーンビームアーチファクトを最終的に低減するために、オプションで、倍率αの値があらかじめ決定されるか、または計算される。ステップＳ１３５において、拡大縮小されたライン画像を生成するために、ステップＳ１３０において再構成されたライン画像に、オプションで倍率αが適用される。

上記のステップＳ１１０、Ｓ１１５、Ｓ１２０、Ｓ１３０およびＳ１３５に基づいて、ここで、ステップＳ１４０において、円形画像および処理されたライ画像が合成される。従来通りに再構成されていれば画像に存在していたＣＢアーチファクトに比べて、合成された画像は、大幅に低減されたＣＢアーチファクトを含む。最後に、表示または解析のために、ステップＳ１５０において補正済み画像が出力される。ＣＢアーチファクトを大幅に低減する別の実施形態では、ラインデータの精度を改善し、それにより、出力される画像内のアーチファクト低減を改善するために、ＳＡＲＴのような既知の反復技法を用いて、上記のステップのうちの幾つかが反復的に繰り返される。

図４は、本発明による一実施形態においてラインデータを順投影する前に画像を微分することによって、コーンビームアーチファクトを大幅に低減するための特定の概念的解決策を示す図の集合である。図２に関して既に説明されたように、例示的な状況は、診断の目的上、より高い解像度を有するズームされた視野または所望の視野（ＦＯＶ）を必要とする。順投影のために、Ｘ線ビームを減衰させる物体全体に関する情報が必要であるので、図４Ａおよび図４Ｂに示されるような第１の画像ＣＦＫ＿Ａおよび第２の画像ＣＦＫ＿Ｂが、図４Ｃに示されるような、円形軌道ＣＴの上方のコーンビーム源ＣＢＳを用いて収集された対応する円形データから円形フェルドカンプ（ＣＦＫ）を用いて再構成される。また、図４Ｃは、画像ボリュームＣＦＫ＿Ａのための円形データが画像ＣＦＫ＿Ｂのための円形データのズームされた部分であることも示す。すなわち、画像ＣＦＫ＿Ａは、画像ＣＦＫ＿Ｂの最大ＦＯＶまたは大きなＦＯＶ内の所望のＦＯＶを有し、最大ＦＯＶはＺ軸方向に沿って拡張される。

図４Ｃと図４Ｄとの間で示されるように、画像は、再投影される前に微分される。すなわち、２つの画像間の差が所定の軸に関して微分される。例えば、ｚ軸に沿って所定のピッチにおいてスライス間で差画像が得られ、その差画像がｚ軸に関して微分される。Ｎ個のスライスを有するＣＦＫ画像からｚ差画像（Ｄｄｚ）を得るために、一般的に、２つの実施態様がある。１つの実施態様は、Ｄｄｚ画像がＮ−１個のスライスを有し、元のＣＦＫ画像およびＤｄｚ画像の中心が同じであることである。別の実施態様は、Ｄｄｚ画像が、１つのスライスを全てのピクセルに対して０値でパディングすることによってＮ個のスライスを有し、Ｄｄｚ画像の中心が１つの画像スライスの半分の距離だけＺ方向にシフトされることである。順投影された（すなわち、再投影された）ラインは、本実施形態による特定のサンプリングピッチには限定されない。一般に、一実施形態において、順投影ラインピッチは、オプションで、所定の幅に設定されるか、または既知の従来技術の幅範囲を超える疎度（間引きの程度）に設定される。すなわち、微分は、間引きされた複数のビュー（sparse view positions, line views）に関して実行され、これらに対応する微分済みデータが生成される。

一実施形態によれば、図４Ｄに示されるようなラインデータは、本実施形態による、順投影前に既に微分されているフィルタリング済み逆投影ボリューム画像ＣＦＫ＿Ｂの順投影によって生成される。この点に関して、再投影は、本出願における上記のラインデータ生成において、順投影と同義に用いられる。上記のように、第２の画像ＣＦＫ＿Ｂは最大ＦＯＶを有する。大きなコーン角を有するＸ線は、構成された画像を越えてＺ方向の空間を通過することができるので、画像ＣＦＫ＿Ｂは、オプションで、走査されるシステムのコーン角よって決まるあるＺ範囲を越えて拡張される。他の実施形態では、画像ＣＦＫ＿Ｂ内のコーンビームアーチファクトを低減するために、ライン軌道ＬＴに沿った順投影前に、オプションで、画像ＣＦＫ＿Ｂに所定の適応ローパス３Ｄフィルタが適用される。代替的には、別の実施形態において、ライン軌道ＬＴに沿った順投影前に、画像ＣＦＫ＿Ｂに所定の因数分解手法が適用される。

微分された第２の画像ＣＦＫ＿Ｂの再投影によってライン軌道からラインデータが得られた後に、本実施形態によるコーンビームアーチファクト低減プロセスの一実施形態では、図４Ｄに示されるようなラインデータから、図４Ｅに示されるような所望のＦＯＶを有するライン画像が再構成される。同時に、再構成された画像は、図４Ｅ内の記号によっても示されるように、オプションで、所定の倍率αによって重み付けられる。最後に、図４Ｅに示されるような所望のＦＯＶを有するライン画像が、プラス記号によって示されるように、図４Ａに示されるような画像ボリュームＣＦＫ＿Ａと合成され、図４Ｆに示されるような補正済みＬＣ画像を生成する。合成された画像ＬＣは、大幅に低減されたコーンビームアーチファクトを有する。一実施形態では、オプションで、最大ＦＯＶを有するラインデータから再構成された画像を加えることによって、画像ボリュームＣＦＫ＿Ｂが更新される。さらに、ラインデータはアーチファクトを有するボリューム画像から順投影されるので、そのデータは近似されたデータである。このため、別の実施形態では、反復手法を用いて、ラインデータを精緻化し、コーンビームアーチファクト低減を改善する。

図５と図６の両方を参照すると、本実施形態による、ラインデータを順投影する前に画像を微分することによってコーンビームアーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスを明らかにするために、２つの流れ図を与えて２つのプロセスを対照する。図５は、コーンビームアーチファクト低減プロセスに関与するステップを示す流れ図である。一方、図６は、ラインデータを順投影する前に画像を微分することによってコーンビームアーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスを示す。両方のプロセスにおいて、被測定データは、所定の円形軌道に沿って移動し、かつ一定のコーンビーム角を有する光源を用いて、所定の円形データ収集技法によって収集されたと仮定される。

ここで、特に図５を参照すると、コーンビームアーチファクト低減プロセスは、ステップＳ１００において参照画像ＣＦＫを生成し、ステップＳ１１０においてラインデータを順投影し、その後、ステップＳ１２０においてラインデータを微分し、その後、ステップＳ１３０においてラインデータをたたみ込む。コーンビームアーチファクト低減プロセスは、ステップＳ１４０において逆投影によってライン画像を生成し、オプションで、ステップＳ１５０においてライン画像を拡大縮小し、その後、ステップ１６０において、ステップＳ１５０からのオプションで拡大縮小されたライン画像と、ステップＳ１００からの元のＣＦＫボリューム画像とを合わせて、ステップＳ１７０において補正済み画像を出力する。

対照的に、図６では、本実施形態によるコーンビームアーチファクトを低減する１つの例示的なプロセスが、ステップＳ４００において参照画像ＣＦＫを生成し、ステップ４１０において、画像スライス差を微分し、その後、ステップＳ４２０において順投影する。すなわち、画像領域において導関数が生成され、その後、ステップＳ４２０において順投影されてラインデータを生成し、その後、ステップＳ４３０において、ラインデータがたたみ込まれる。本実施形態によるコーンビームアーチファクトを低減する例示的なプロセスは、ステップＳ４４０において逆投影によってライン画像を生成し、オプションで、ステップＳ４５０においてライン画像を拡大縮小し、その後、ステップＳ４６０において、ステップＳ４５０からのオプションで拡大縮小されたライン画像と、ステップＳ４００からの元のＣＦＫボリューム画像とを合わせて、ステップＳ４７０において、補正済み画像を出力する。

ここで図７を参照すると、流れ図が、本実施形態によるコーンビームアーチファクトを低減するプロセスに関与する１つの具体的な実施態様の例示的なステップを示す。コーンビームアーチファクトの補正は、本実施形態に従って実施される方法およびシステムの特定の態様の組み合わせによって達成される。ライン軌道のような所定の光源軌道が参照画像ＣＦＫ＿Ｂの円形光源軌道を補うので、補正の一態様が達成される。さらに、その実施形態におけるコーンビームアーチファクト低減プロセスは、ステップ３６０後の補正済み画像が本実施形態に従ってコーンビームアーチファクトを大幅に低減しているように、ライン画像に対してステップＳ２３０〜Ｓ２９０のような特定のステップを反復的に繰り返す。代替の実施形態では、コーンビームアーチファクト低減プロセスは、反復の代わりに所定の態様で画像操作を実行する。

補正の別の態様は、本実施形態による１つの例示的なプロセスにおいて、ラインデータを順投影する前に画像スライスを微分することによって達成される。本実施形態による１つの例示的なプロセスでは、画像スライス微分は順投影前に実行されるので、画像スライスの数より一般的に多いラインビュー（line views）を微分するより効率的である。例えば、本実施形態による１つの例示的なプロセスは、順投影後の８００個のラインビューの代わりに、３２０個のスライスを微分する。上記の効率は、疎な表示を有する特定のデータセットにおいてさらに向上する。

補正の別の態様は、本実施形態による１つの例示的なプロセスでは、順投影されたライン画像が、上側および下側スライス境界付近の品質および安定性のような幾つかの特性に関して一般的に改善されることである。

図７をさらに参照すると、コーンビームアーチファクトを大幅に低減する例示的なプロセスが、本実施形態による１つの例示的な実施態様におけるステップを参照することによってさらに詳述される。一般に、参照画像は、Ｃｓｅｇ＋ｚ／ｃｏｓ（γ）によって与えられる所定のフィルタリング方向に沿ってフィルタリングすることによって、フィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいて得られ、ただし、γはコーン角であり、ｚはＣｓｅｇからの垂直距離であり、それは検出器列の数−１を２で割ることによって定義される。ステップＳ２１０において、被測定データが所定のＨｃｏｎｖステップを受け、そのステップは、２つの参照画像を再構成するために、たたみ込まれたデータを出力する。一実施形態では、Ｈｃｏｎｖステップは、混成のランプ核（Ramp Kernel）＋ヒルベルト核（Hilbert Kernel）を利用する。別の実施形態では、円形フェルドカンプ（ＣＦＫ）技法を用いて、２つの参照画像を生成する。さらに、オプションで、Ｈｃｏｎｖステップにリビニングステップが追加され、頭部撮影の場合の脳の陰影のような画像品質を改善する。代替の実施形態では、Ｈｃｏｎｖステップの前後に、オプションで、たたみ込まれたデータのリビニングおよび逆リビニングをそれぞれ実行して、何らかの画像品質を改善する。

その後、２つの参照画像が生成される。１つの例示的なプロセスのステップＳ３００において、円形フェルドカンプ（ＣＦＫ）技法を用いて円形コーンビームデータから第１の参照画像ＣＦＫ＿Ａが再構成され、第１の基準ボリューム画像ＣＦＫ＿Ａは第１の視野（ＦＦＯＶ）を有する。ＦＦＯＶは一般的に所望の逆投影視野である。同様に、１つの例示的なプロセスのステップＳ２２０において、円形コーンビームデータから第２の参照画像ＣＦＫ＿Ｂが再構成され、第２の基準ボリューム画像ＣＦＫ＿Ｂは第２の視野（ＳＦＯＶ）を有し、ＳＦＯＶはＦＦＯＶより大きく、オプションでは、ＣＴ撮影システムのガントリに及ぶ。ここで、第１の参照画像ＣＦＫ＿Ａおよび第２の参照画像ＣＦＫ＿Ｂはいずれも、オプションで、それぞれのステップＳ３００およびＳ２２０において、後に検索するために記憶される。さらに、ステップＳ２２０は、反復に関与するステップの後続の段階のために反復カウンタＩｔｅｒも初期化する。

図７をさらに参照すると、コーンビームアーチファクトを大幅に低減するプロセスの反復ステップがさらに詳述される。ステップＳ２３０において、反復カウンタが１だけインクリメントされ、所定の全反復回数に対する現在の反復段階の経過を追跡する。ステップＳ２４０において、オプションで、ＯＳＲフィルタのような所定のフィルタが第２の基準ボリューム画像ＣＦＫ＿Ｂに適用され、画像ＣＦＫ＿Ｃを生成し、その画像はＬＬＦＤＫ補正済みＣＦＫ画像である。その後、ステップＳ２５５において画像スライスを微分する前に、ここで、画像ＣＦＫ＿Ｃは、拡張されたスライスＣＦＫ＿Ｄにボリューム拡張される。ステップＳ２５５における微分は、上記の図３、図４および図６に関して、既にある程度説明されており、追加の説明が図８および図９に関して後に与えられることになる。ステップＳ２５５において微分した後に、ここで、微分された画像は、ステップＳ２６０において順投影される。すなわち、スライスＣＦＫ＿Ｄが順投影され、ラインデータを出力し、同じラインデータが、ステップＳ３１０およびステップＳ２７０においてそれぞれライン画像Ａおよびライン画像Ｂに再構成される。

その後、オプションで、ライン画像Ｂは、ステップＳ２７０において、反復の段階ごとにライン撮影倍率αによって拡大縮小される。最後に、ステップＳ２８０において、オプションで拡大縮小されたライン画像Ｂが第２の参照画像ＣＦＫ＿Ｂと合成され、ステップ２９０において、補正済みのα＊ＬＣ画像Ｂを生成し、その後、ステップＳ２３０において、最適に補正済みのα＊ＬＣ画像Ｂを用いて次の反復を開始し、反復カウンタＩｔｅｒがインクリメントされる。

同様に、ステップＳ３１０において、ライン画像Ａも、オプションで、反復の段階ごとにライン撮影倍率αによって拡大縮小される。最後に、ステップＳ３２０において、オプションで拡大縮小されたライン画像Ａが第１の参照画像ＣＦＫ＿Ａと合成され、ステップＳ３３０において補正済みのα＊ＬＣ画像Ａを生成する。

最適に補正済みのα＊ＬＣ画像Ａに関して、ステップＳ３４０において、反復カウンタＩｔｅｒの値が所定の最大反復回数より大きいか否かが判断される。ステップＳ３４０において、Ｉｔｅｒカウンタ値が最大反復値Ｎｉｔｅｒ以下であると判断される場合には、所定の反復回数がまだ完了していないので、コーンビームアーチファクトを大幅に低減するプロセスは、さらに反復するためにステップＳ２６０に進む。一方、ステップＳ３４０において、Ｉｔｅｒカウンタ値が最大反復値Ｎｉｔｅｒより大きいと判断される場合には、所定の反復回数が完了しているので、コーンビームアーチファクトを大幅に低減するプロセスは、オプションで、ステップＳ３５０において、ＬＬＦＤＫ補正を適用し、その後、ステップＳ３６０において補正済み最終画像を生成する。適応的に最適化された倍率値αを用いてコーンビームアーチファクトを大幅に低減するプロセスは、上記のステップまたは動作には限定されず、本実施形態による他の態様のステップを含む。

ここで、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、本実施形態による、順投影前に画像を微分する一実施形態における元の画像とその微分後の画像とを比較するための例示的な画像が示される。図８Ａは、５００ｍｍの視野を有する５１２×５１２×３２０の元のＦＤＫ画像Ｉｍａｇｅ［ｘ、ｙ、ｚ］である。図８Ｂは、ｚ方向に沿って２つのスライス間の差を微分することによって生成されたｚ差画像（ＤＤＺ）である。１つの定義によれば、ＤＤＺ画像は以下式（１）のように定義される。

ここで、図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、本実施形態による順投影前に画像を微分する一実施形態における結果画像と、順投影後に微分する結果画像とを比較するための例示的な図が示される。図９Ａは、次の式（２）に従って得られる第１の再構成画像である。

すなわち、画像ＩＭＡＧＥは、最初に順投影（ＦＰ）され、その後、ラインデータが微分される。図９Ｂは、次の式（３）に従って得られる第２の再構成画像である。

この第２の再構成画像は、ｚ方向に沿って２つのスライス間の差を微分することによってｚ差画像（ＤＤＺ）が生成され、その導関数が順投影（ＦＰ）される。図９Ａおよび図９Ｂにおける結果として生成された画像は、実質的に同じ画像品質であるが、本実施形態による１つの例示的なプロセスにおいて画像を生成することにより、効率が大きく改善される。

上記実施形態において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、いわゆる第３世代であるとした。すなわち、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０３とが一体となって回転軸の周囲を皆伝する回転／回転型（Rotate／Rotate-Type）であるとした。しかしながら、各実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、それのみに限定されない。例えばＸ線コンピュータ断層撮影装置は、リング状に配列された多数の検出素子が固定され、Ｘ線管１０１のみが回転軸の周囲を回転する固定／回転型（Stationary／Rotate-Type）でもよい。また、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、リング状に配列された多数の検出素子が固定され、リング状に陽極が配置され、電磁偏向により電子ビームを陽極に照射させる第５世代でもよい。

以上、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ものである。

１００…ガントリ、１０１…Ｘ線管、１０２…環状フレーム、１０３…Ｘ線検出器、１０４…データ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）、１０５…非接触データ伝送回路、１０６…前処理デバイス、１０７…回転ユニット、１０８…スリップリング（slip ring）、１０９…高電圧発生器、１１０…システムコントローラ、１１２…記憶デバイス、１１３…電流レギュレータ、１１４…再構成デバイス、１１５…入力デバイス、１１６…表示デバイス、１１７…コーンビーム（ＣＢ）アーチファクト低減デバイス、２００…スキャン計画支援装置

Claims (5)

1. Ｘ線管と、
   前記Ｘ線管が発生するＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器によって検出されたＸ線に基づき生成された第１の画像を撮影対象の長手方向に沿って微分して微分済み画像を生成し、前記微分済み画像を順投影して微分済みデータを生成し、前記微分済みデータを用いたたたみ込み処理によりたたみ込み済みデータを生成し、前記たたみ込み済みデータを逆投影して第２の画像を生成し、前記第２の画像に基づいて前記第１の画像を補正して補正済み画像を生成することで、補正処理を実行する画像補正部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記画像補正部は、間引きされた複数のビューに関して前記微分済みデータを生成する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記画像補正部は、生成された前記補正済み画像を新たな前記第１の画像として、前記補正処理を逐次繰り返し実行する請求項１又は２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記画像補正部は、前記第１の画像から最大撮影視野に対応する第１の円形画像及び所定の撮影視野に対応する第２の円形画像を生成し、前記第１の円形画像及び第２の円形画像を前記第１の画像として、前記補正処理を実行する請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置によって撮影された第１の画像を記憶する記憶部と、
   前記第１の画像を撮影対象の長手方向に沿って微分して微分済み画像を生成し、前記微分済み画像を順投影して微分済みデータを生成し、前記微分済みデータを用いたたたみ込み処理によりたたみ込み済みデータを生成し、前記たたみ込み済みデータを逆投影して第２の画像を生成し、前記第２の画像に基づいて前記第１の画像を補正して補正済み画像を生成することで、補正処理を実行する画像補正部と、
   を具備する医用画像処理装置。