JP6656891B2 - X線ct装置、画像処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係るX線検査装置の全体構成図である。図1を参照しながら、X線検査装置1の全体構成の概要を説明する。
(方法2)まず、細かく分割しておき(例えば、1[keV]毎に分割)、再構成または物質密度の推定を行う段階で、フォトン数を合算する。
画像処理部34の生成部342は、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信して取得する。そして、ステップS12へ移行する。
生成部342は、画像処理部34の記憶部341から検出器応答データを読み出して取得する。そして、ステップS13へ移行する。
生成部342は、上述の式(1)を用いて、取得した第1投影データおよび検出器応答データから、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを生成する。この場合、検出器応答データは、上述の式(1)における行列Mおよび行列Ciのデータを示す。生成部342は、上述の式(1)に示すように、検出器応答データを作用させた投影データが、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成することになる。生成部342は、生成した第2投影データを、画像処理部34の再構成部343へ送る。そして、ステップS14へ移行する。
再構成部343は、生成部342により生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する。具体的には、再構成部343は、まず、第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象となるエネルギー帯の被検体サイノグラムである復元対象データI、および基準データI0から、上述の式(3)により線減弱係数の積分値M(m,n)を算出する。次に、再構成部343は、算出した積分値M(m,n)に対して、チャネル方向に1次元フーリエ変換をする。次に、再構成部343は、1次元フーリエ変換をした値に対して、ランプフィルタまたはShepp−Loganフィルタ等の高域通過フィルタによって周波数方向にフィルタ処理をして、1次元逆フーリエ変換をする。そして、再構成部343は、1次元逆フーリエ変換をしたデータを、すべてのビュー毎に逆投影して加算することによって、再構成された再構成画像である復元画像を生成する。
本変形例の画像処理部34aについて、第1の実施形態の画像処理部34と相違する点を中心に説明する。本変形例の画像処理部34aは、図7に示す第1の実施形態の画像処理部34が備える記憶部341および生成部342の代わりに、それぞれ、後述する図9に示す記憶部341aおよび生成部342aを備えている。
本変形例の再構成部343の動作について、第1の実施形態の再構成部343と相違する点を中心に説明する。本変形例の再構成部343は、再構成した復元画像の画素である線減弱係数、および特定の物質の質量減弱係数に基づいて、その特定の物質の密度を推定する。以下、その物質密度の推定動作の詳細を説明する。
本実施形態の画像処理部34bについて、第1の実施形態の変形例1の画像処理部34aと相違する点を中心に説明する。本実施形態の画像処理部34bは、上述の式(6)における正則化項λfにおける、式(7)等で示される関数f(x)について、隣り合うエネルギー帯の画素値(フォトン数)の差に対して重みを加味して算出する。以下、重みを加味した算出動作の詳細を説明する。
画像処理部34bの生成部342bは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信して取得する。そして、ステップS22へ移行する。
生成部342bは、画像処理部34bの記憶部341bから検出器応答データを読み出して取得する。そして、ステップS23へ移行する。
算出部344は、生成部342bが第2投影データを算出するために利用する上述の式(16)の第1重みwjを算出する。まず、算出部344は、例えば、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成のうちの少なくともいずれかの情報を、システム制御部36等から取得する。そして、算出部344は、取得した情報に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwjを算出する。すなわち、算出部344は、第1重みwjを、第2投影データの復元スペクトルにおいて、エネルギー方向に急峻に変化すると想定されるエネルギーでは小さくし、エネルギー方向に滑らかであると想定されるエネルギーでは大きくするように算出する。算出部344は、算出した第1重みwjを、生成部342bに送る。そして、ステップS24へ移行する。
生成部342bは、算出部344から受け取った第1重みwj、および検出器応答データから、式(6)、(16)、および(18)〜(20)を用いて、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出して生成する。この場合、検出器応答データは、上述の式(6)における行列Hおよび重みλのデータを示す。生成部342bは、検出器応答データを作用させた投影データが、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成する。生成部342bは、生成した第2投影データを、画像処理部34の再構成部343へ送る。そして、ステップS25へ移行する。
再構成部343は、生成部342bにより生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する。
本変形例の画像処理部34cについて、第2の実施形態の画像処理部34bと相違する点を中心に説明する。本変形例の画像処理部34cは、算出部が、再構成部によって算出された物質密度を使用して、第1重みwjを算出する動作を中心に説明する。
本実施形態の画像処理部について、第2の実施形態の画像処理部34bと相違する点を中心に説明する。本実施形態の画像処理部の生成部342dは、スペクトルのエネルギー方向の滑らかさの異なる2つのスペクトルについての投影データを生成し、それらを合成する。以下、この2つのスペクトルについての投影データの生成および合成の動作の詳細を説明する。
画像処理部の生成部342dは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信して取得する。そして、ステップS32へ移行する。
生成部342dは、画像処理部の記憶部341bから検出器応答データを読み出して取得する。そして、ステップS33へ移行する。
算出部344は、生成部342bが第2投影データを算出するために利用する上述の式(16)の第1重みwjを算出する。まず、算出部344は、例えば、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成のうちの少なくともいずれかの情報を、システム制御部36等から取得する。そして、算出部344は、取得した情報に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwjを算出する。算出部344は、算出した第1重みwjを、生成部342dに送る。
第1補助生成部3421は、算出部344により算出された第1重みwj、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第3投影データを算出して生成する。第1補助生成部3421は、生成した第3投影データを合成部3423に送る。そして、ステップS35へ移行する。
第2補助生成部3422は、算出部344により算出された第1重みwj、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第4投影データを算出して生成する機能部である。このとき、第2補助生成部3422は、第4投影データについての復元スペクトルの方が、第3投影データについての復元スペクトルよりも、エネルギー方向の滑らかさが高まるように生成する。すなわち、第2補助生成部3422は、式(16)で用いる第1重み(式(16)ではwjと表記)を、第1補助生成部3421が同じく式(16)で用いる第1重みよりも大きくして、第4投影データを生成する。第2補助生成部3422は、生成した第4投影データを合成部3423に送る。そして、ステップS36へ移行する。
合成部3423は、第1補助生成部3421により生成された第3投影データと、第2補助生成部3422により生成された第4投影データとを合成して第2投影データを生成する機能部である。合成部3423は、上述の式(22)を用いて、算出部344から受け取った第1重みwjが小さいほど、第3投影データに大きな重みを与えるようにして、第2投影データを生成する。
10 架台装置
11 X線管
11a、11b X線ビーム
12 回転フレーム
13 検出器
14 照射制御部
15 架台駆動部
16 データ収集部
20 寝台装置
21 寝台駆動装置
22 天板
30 コンソール装置
31 入力装置
32 表示装置
33 スキャン制御部
34、34a〜34c 画像処理部
35 画像記憶部
36 システム制御部
40 被検体
41 投影断面
50 シンチレータ
50a 反射板
51 接着層
52 SiPM
341、341a〜341c 記憶部
342、342a〜342d 生成部
343、343c 再構成部
344、344c 算出部
1001 サイノグラム
1011、1011a〜1011d 被検体サイノグラム
2001 入射スペクトル
2011 検出スペクトル
2012〜2014 スペクトル
2101 入射スペクトル
2111 検出スペクトル
2121、2122 復元スペクトル
2200 出射スペクトル
2201 被検体スペクトル
3421 第1補助生成部
3422 第2補助生成部
3423 合成部
Claims (20)
- 検出器により被検体を透過した放射線のエネルギーが検出され、前記エネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行するX線CT装置であって、
前記検出器により検出された前記放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルから生成されたデータであって、前記第1スペクトルにおける第1エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第1サイノグラムの集合である第1投影データを、前記検出器の応答特性に基づく情報であって、前記検出器で発生するエスケープの発生確率、該検出器の特定のチャネルの周囲のチャネルから前記特定のチャネルに対する蛍光、クロストークおよび散乱のうち少なくともいずれかの情報である応答情報により補正して、第2投影データを生成する生成部と、
前記第2投影データを再構成する再構成部と、
を備えたX線CT装置。 - 前記被検体の周囲で放射線を照射するX線管と、
前記第1スペクトルを検出する前記検出器と、
前記第1投影データを生成するために、前記検出器から前記第1スペクトルを収集する収集部と、
をさらに備えた請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記第2投影データは、前記第1投影データの前記第1サイノグラムが前記生成部により補正された、第2エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第2サイノグラムの集合である請求項1に記載のX線CT装置。
- 前記生成部は、前記第1投影データとして、前記第1投影データに係るチャネルとは空間的に異なるチャネルに係るデータを合成したデータを用いて前記第2投影データを生成する、請求項1記載のX線CT装置。
- 前記応答情報は、放射線が入射する前記検出器の前記応答特性として出力する前記第1スペクトルに含まれる誤差に寄与する物理現象の程度の大きさを示す情報である請求項1に記載のX線CT装置。
- 前記生成部は、前記検出器により検出される前記放射線の単位時間あたりのフォトン数に応じて、前記第2投影データを生成するための前記応答情報を切り替える請求項1に記載のX線CT装置。
- 前記再構成部は、1種類以上のエネルギー幅の前記第2エネルギー帯に対応する前記第2サイノグラムを再構成して生成した画像の画素値である線減弱係数、および、前記1種類以上のエネルギー幅の前記第2エネルギー帯に対応する特定物質の質量減弱係数に基づいて、前記特定物質の物質密度を算出する請求項3に記載のX線CT装置。
- 前記生成部は、さらに、前記第2投影データに基づくエネルギーごとのX線の量を示す第2スペクトルのエネルギー方向の連続性を示す情報に基づいて、該第2投影データを生成する請求項3に記載のX線CT装置。
- 前記第2スペクトルにおいて隣り合う前記第2エネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部をさらに備え、
前記算出部は、前記第2スペクトルにおいてエネルギー方向に変化率が大きいほど、前記変化率に対応する前記第2エネルギー帯の前記第1重みを小さくする請求項8に記載のX線CT装置。 - 前記生成部は、
前記第1投影データから、前記応答情報、および、第3投影データに基づくエネルギーごとのX線の量を示す第3スペクトルのエネルギー方向の連続性を示す情報に基づいて、前記第3投影データを生成する第1補助生成部と、
前記第1投影データから、前記応答情報、および、第4投影データに基づくエネルギーごとのX線の量を示す第4スペクトルのエネルギー方向の連続性を示す情報に基づいて、前記第4投影データを生成する第2補助生成部と、
前記第3投影データと、前記第4投影データとをそれぞれ重みづけして合成して前記第2投影データを得る合成部と、
を有し、
前記第3スペクトルおよび前記第4スペクトルにおいて、それぞれ隣り合う所定のエネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部をさらに備え、
前記第2補助生成部は、前記第3スペクトルの前記第1重みよりも大きい前記第4スペクトルの前記第1重みを含む前記連続性を示す情報を用いて、前記第4投影データを生成し、
前記合成部は、前記第1重みが小さいほど、前記第3投影データに対する重みを大きく、かつ、前記第4投影データに対する重みを小さくして合成する請求項8に記載のX線CT装置。 - 前記算出部は、X線管から出射される放射線のスペクトルの情報、前記X線管のターゲットの部材、前記X線管のターゲットの角度、前記X線管が備えるフィルタ、撮影時の前記X線管の管電圧、前記被検体に使用される造影剤、および、想定される前記被検体の組成のうち少なくともいずれかに基づいて、前記第1重みを算出する請求項9または10に記載のX線CT装置。
- 前記被検体に使用する造影剤の情報、または、前記第2スペクトルがエネルギー方向に急峻に変化すると予想されるエネルギーの情報の操作入力を受け付ける入力部と、
をさらに備え、
前記算出部は、前記入力部により受け付けた前記操作入力の情報に基づいて、前記第1重みを算出する請求項9または10に記載のX線CT装置。 - 前記再構成部は、特定物質の質量減弱係数に基づいて、前記特定物質の物質密度を算出し、
前記算出部は、前記物質密度に基づいて前記第1重みを算出する請求項9または10に記載のX線CT装置。 - 前記生成部は、ベクトル間に距離が定義される時、前記第1投影データと、前記応答情報により補正した前記第2投影データとの前記距離が小さくなるように該第2投影データを生成する請求項1に記載のX線CT装置。
- 前記距離に対して、前記第1エネルギー帯ごとに重み付けするための第2重みを算出する算出部を備え、
前記生成部は、前記第2重みを用いて、前記第2投影データを生成する請求項14に記載のX線CT装置。 - 前記第2投影データは、前記第1投影データの前記第1サイノグラムが前記生成部により補正された、第2エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第2サイノグラムの集合であり、
前記算出部は、前記第2エネルギー帯が低エネルギー側のエネルギー帯であるほど、前記第2重みを小さく算出する請求項15に記載のX線CT装置。 - 前記応答情報を記憶する記憶部をさらに備え、
前記生成部は、前記記憶部から前記応答情報を読み出して取得する請求項1に記載のX線CT装置。 - 前記記憶部は、前記第1投影データから前記第2投影データに変換するフィルタ係数を前記応答情報として記憶し、
前記生成部は、前記記憶部から前記フィルタ係数を読み出し、前記第1投影データに対して該フィルタ係数を畳み込むことによって前記第2投影データを生成する請求項17に記載のX線CT装置。 - 被検体を透過した放射線のエネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行する画像処理装置であって、
前記放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルから生成されたデータであって、前記第1スペクトルにおける第1エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第1サイノグラムの集合である第1投影データを、検出器に対応する情報であって、前記検出器で発生するエスケープの発生確率、該検出器の特定のチャネルの周囲のチャネルから前記特定のチャネルに対する蛍光、クロストークおよび散乱のうち少なくともいずれかの情報である応答情報により補正して、第2投影データを生成する生成部と、
前記第2投影データを再構成する再構成部と、
を備えた画像処理装置。 - 被検体を透過した放射線のエネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行するプログラムであって、
前記放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルから生成されたデータであって、前記第1スペクトルにおける第1エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第1サイノグラムの集合である第1投影データを、検出器に対応する情報であって、前記検出器で発生するエスケープの発生確率、該検出器の特定のチャネルの周囲のチャネルから前記特定のチャネルに対する蛍光、クロストークおよび散乱のうち少なくともいずれかの情報である応答情報により補正して、第2投影データを生成する生成ステップと、
前記第2投影データを再構成する再構成ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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