JP6675214B2 - Ｘ線ｃｔ装置及びデータ圧縮復元方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置及びデータ圧縮復元方法に関する。

近年、通常のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器と比較して、個々のＸ線検出素子の大きさが小さく、同じ面積でより多くのＸ線検出素子を搭載できる高精細検出器が開発されている。この高精細検出器を備えたＸ線ＣＴ装置（以下、高精細Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶこととする）では、通常のＸ線ＣＴ装置（以下、通常Ｘ線ＣＴと呼ぶこととする）と比較してＸ線検出素子の数が多くなるため、その分取得されるデータ容量が大きくなる。

このため、高精細Ｘ線ＣＴ装置で取得した生データ（以下、高精細データと呼ぶ）を圧縮することが考えられるが、通常Ｘ線ＣＴ装置で取得した画像と同等の画質で再構成画像を生成する場合には、もとの高精細データを復元する必要がある。このような場合、もとの高精細データの復元に余計な時間が必要となり、全体として再構成処理に要する時間が長くなってしまう。

特開２０１３−９９０７号公報

そこで、高精細Ｘ線ＣＴで取得した高精細データを効率よく復元可能に圧縮するＸ線ＣＴ装置及びデータ圧縮方法が要望されている。

一実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を照射するＸ線管と、前記Ｘ線に基づき、複数の圧縮前データを出力する検出器と、複数の圧縮前データをグループ化し、各グループにおける前記圧縮前データに対応するグループ化データと、前記圧縮前データを復元するための復元用データとを生成する圧縮部と、前記複数の圧縮前データに基づき画像を再構成する第１再構成モードと、前記グループ化データに基づき画像を再構成する第２再構成モードのうちいずれかを選択して画像を生成する再構成部と、前記グループ化データと前記復元用データとを前記再構成部に伝送する伝送部と、前記第１再構成モードで再構成を行う場合、前記グループ化データ及び前記復元用データに基づいて、前記圧縮前データを復元する復元部とを備える。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の一例を示す概念的な構成図。 第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能構成例を示す機能ブロック図。 第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における圧縮処理の一例を示すフローチャート。 グループ化データの生成方法を説明する図。 差分データの生成方法を説明する図。 第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における復元処理の一例を示すフローチャート。 逐次転送処理を行う場合の圧縮データの生成方法を説明する図。 第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能構成例を示す機能ブロック図。 第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における圧縮処理の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における復元処理の一例を示すフローチャート。 第３の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における圧縮処理の一例を示すフローチャート。 その他の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能構成例を示す機能ブロック図。

以下、Ｘ線ＣＴ装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の一例を示す概念的な構成図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１０は、撮像装置１１及び画像処理装置１２を有する。Ｘ線ＣＴ装置１０の撮像装置１１は通常は検査室に設置され、被検体Ｏ（患者）の部位に関するＸ線の投影データを生成する。画像処理装置１２は、通常は検査室に隣接する制御室に設置され、例えば投影データに対して補正処理等を施した後、再構成画像を生成し、表示する。

Ｘ線ＣＴ装置１０の撮像装置１１は、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ（Data Acquisition System）２４、回転架台２５、高圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８、天板２９、天板駆動装置３０、コントローラ３１、及び伝送回路３２を有する。ここで、例えば、コントローラ３１及び伝送回路３２は、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ２４、回転架台２５、高圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８を含む架台装置に設けられる。

Ｘ線管２１は、高圧電源２６により電圧（以下、管電圧という）を印加されてＸ線を発生する。Ｘ線管２１が発生するＸ線は、ファンビームＸ線やコーンビームＸ線として被検体Ｏに向かって照射される。

絞り２２は、絞り駆動装置２７を介してコントローラ３１により制御されて、Ｘ線管２１から照射されるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。

Ｘ線検出器２３は、複数のＸ線検出素子（電荷蓄積素子）により構成される。各Ｘ線検出素子は、Ｘ線管２１から照射されたＸ線を検知する。Ｘ線管２１及びＸ線検出器２３は、天板２９に載置された被検体Ｏを挟んで対向する位置となるよう回転架台２５に支持される。

このＸ線検出器２３としては、例えばチャンネル（ＣＨ）方向に複数チャンネル、スライス方向に複数列のＸ線検出素子を有するいわゆる２次元アレイ型（マルチスライス型）のものを用いてもよい。また、本実施形態のＸ線検出器２３は従来のＸ線検出器よりもＸ線検出素子が小さい高精細検出器を備えて構成される。実施形態のＸ線検出器２３は、例えば、従来のＸ線検出器よりもＣＨ方向、スライス方向のＸ線検出素子の数が多く、同じ検出面積でより解像度の高い画像を取得することができる。

ＤＡＳ２４は、Ｘ線検出器２３を構成する各Ｘ線検出素子が検知したＸ線の投影データを増幅してデジタル信号に変換して出力する。ＤＡＳ２４から出力される投影データは、コントローラ３１の圧縮回路３３に転送される。ＤＡＳ２４から圧縮回路３３へは、スライスごとに転送してもよいし、投影角ごと（Ｖｉｅｗごと）に転送してもよい。スライスごとに投影データを転送する方法を一括転送処理と呼び、Ｖｉｅｗごとに投影データを転送する方法を逐次転送処理と呼ぶ。圧縮回路３３は、ＤＡＳ２４から出力された投影データに対して所定の圧縮処理を施してデータ量を削減する。圧縮回路３３が行う具体的な圧縮処理については、後述する。なお、圧縮回路３３に転送される圧縮前の投影データを、圧縮前データと呼ぶものとする。圧縮回路３３でデータ削減されたデータは、伝送回路３２を介して画像処理装置１２に伝送される。

回転架台２５は、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、及びＤＡＳ２４を一体として保持する。回転架台２５が回転駆動装置２８を介してコントローラ３１に制御されて回転することにより、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、及びＤＡＳ２４は一体として被検体Ｏの周りを回転する。

高圧電源２６は、コントローラ３１に制御されて、Ｘ線の照射に必要な電力をＸ線管２１に供給する。

絞り駆動装置２７は、コントローラ３１に制御されて、絞り２２の開口を調整することによりＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。

回転駆動装置２８は、コントローラ３１に制御されて、回転架台２５を開口部の周りに回転させる。

天板２９は、被検体Ｏを載置可能に構成される。天板駆動装置３０は、コントローラ３１に制御されて、天板２９を昇降動させる。また、天板駆動装置３０は、コントローラ３１に制御されて、回転架台２５の中央部分の開口部のＸ線照射場へ天板２９を移送する。

コントローラ３１は、プロセッサ、ＲＡＭ及びＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ２４、高圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８及び天板駆動装置３０を制御することによりスキャンを実行させる。また、コントローラ３１の圧縮回路３３も、記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、後述する圧縮処理を実行する処理回路である。コントローラ３１のＲＡＭは、プロセッサが実行するプログラム及びデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。コントローラ３１のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、撮像装置１１の起動プログラム、撮像装置１１の制御プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。

なお、コントローラ３１のＲＡＭ及びＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記憶媒体又は半導体メモリなどの、プロセッサにより読み取り可能な記憶媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラム及びデータの一部又は全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。

一方、Ｘ線ＣＴ装置１０の画像処理装置１２は、例えばパーソナルコンピュータにより構成され、病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークとデータ送受信することができる。

画像処理装置１２は、図１に示すように、入力回路４１、ディスプレイ４２、ネットワーク接続回路４３、記憶回路４４、伝送回路３２、及び処理回路４５を有する。

入力回路４１は、例えばキーボード、トラックボール、タッチパネル、テンキー、などの入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を処理回路４５に出力する。例えば、ユーザにより入力回路４１を介してスキャン計画が設定されると、プロセッサを備えた処理回路４５は、スキャン計画に基づいて、例えばＸ線の照射タイミング及び期間や、Ｘ線管２１に印加すべき管電流及び管電圧をコントローラ３１に指示する。そして、コントローラ３１は、処理回路４５に指示された照射タイミング及び照射期間に、指示された管電流及び管電圧でＸ線管２１に電力を供給するよう高圧電源２６に指示する。また、処理回路４５は記憶回路４４に格納されたプログラムを実行することで、後述する復元処理や再構成処理などを行う。

ディスプレイ４２は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの表示出力装置により構成され、処理回路４５の制御に従って再構成画像などの各種画像を表示する。

ネットワーク接続回路４３は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続回路４３は、この各種プロトコルに従って画像処理装置１２と画像サーバなどの他の電気機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続などを適用することができる。

ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、病院基幹ＬＡＮなどの無線／有線ＬＡＮやインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワークなどを含む。

記憶回路４４は、磁気的もしくは光学的記憶媒体又は半導体メモリなどの、処理回路４５のプロセッサにより読み書き可能な記憶媒体を含んだ構成を有する。図１の例では記憶回路４４を１つ示したが、２つを記憶回路４４として構成してもよいし、１つの記憶回路４４を仮想的に２つの領域に分けて使用してもよい。また、記憶回路４４を構成する装置は多重化されていてもよく、複数のハードディスクを仮想的に１つのハードディスクとして用いるＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）で構成されていてもよい。

なお、記憶回路４４内のプログラム及びデータの一部又は全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。

図２は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０の機能構成例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、撮像装置１１の圧縮回路３３は、グループ化データ生成機能３３１、復元用データ（差分データ）生成機能３３２、及びデータ結合機能３３３を備えている。圧縮回路３３は、ＤＡＳ２４から出力される圧縮前データ、即ち、圧縮前の投影データを圧縮して、データを削減する処理を行う。具体的には、複数の圧縮前データをグループ化したグループ化データと、グループ化データから各圧縮前データを復元するための復元用データとを含む圧縮データを生成する。撮像装置１１の伝送回路３２は、プロセッサを備え、生成した圧縮データを画像処理装置１２に伝送する。なお、伝送回路３２は、グループ化データと復元用データとを別々に伝送してもよい。

一方、Ｘ線ＣＴ装置１０の画像処理装置１２は、伝送回路３２、復元回路４００、再構成機能４１０、入力回路４１、ディスプレイ４２を備えて構成される。このうち、復元回路４００及び再構成機能４１０は、記憶回路４４に格納されたプログラムがプロセッサなどを備えた処理回路４５によって実行されることで実現される機能である。

画像処理装置１２の伝送回路３２は、プロセッサを備え、圧縮回路３３から伝送される圧縮データを受信し、復元回路４００に送る。入力回路４１は、ユーザによりスキャン計画等が設定される他、第１再構成モードと第２再構成モードが選択可能に設定される。

ここで、第１再構成モードとは、複数の圧縮前データを用いて画像を再構成する動作モードであり、第２再構成モードとは、グループ化データを用いて画像を再構成する動作モードである。後述するように、グループ化データは、複数の、例えば４つの圧縮前データをグループ化して（統合して）、１つのグループ化データ（統合データ）を生成するものである。したがって、複数の圧縮前データを用いて画像を再構成する第１再構成モードの方が、グループ化データを用いて画像を再構成する第２再構成モードよりも、解像度の高い画像を生成することができる。一方、第１再構成モードの方が画像を再構成するためのデータ数が多いため、再構成に要する処理時間が第２再構成モードよりも長くなる。

第１再構成モードが設定された場合、即ち、再構成機能４１０が第１再構成モードで画像を再構成する場合、復元回路４００は、圧縮回路３３で生成されたグループ化データと復元用データとを用いて、圧縮データから圧縮前データを復元する。そして、再構成機能４１０は、復元された圧縮前データを用いて画像を再構成する。

一方、第２再構成モードが設定された場合、即ち、再構成機能４１０が第２再構成モードで画像を再構成する場合、復元回路４００は、圧縮データに含まれるグループ化データを抽出して再構成機能４１０に送る。再構成機能４１０は、抽出されたグループ化データを用いて画像を再構成する。

以下、上述した圧縮回路３３の圧縮処理と、復元回路４００の復元処理とをより具体的に説明する。

図３は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０における圧縮処理の一例を示すフローチャートである。

ＳＴ１０１では圧縮回路３３に、ＤＡＳ２４から圧縮前データ、即ち、圧縮前の投影データが入力される。圧縮前データは、Ｘ線検出器２３の個々のＸ線検出素子からの出力に１対１に対応するものである。したがって、圧縮前データの数は、Ｘ線検出器２３を構成するＸ線検出素子の数に対応する。

ＳＴ１０３において、圧縮回路３３のグループ化データ生成機能３３１は、入力した圧縮前の投影データからグループ化データを生成する。

図４は、圧縮前の投影データからグループ化データを生成する方法の一例を説明する図である。図４（ａ）は、本実施形態のＸ線検出器２３で取得した圧縮前データ、即ち、圧縮前の投影データの例を示している。一方、図４（ｂ）は、従来のＸ線検出器で取得した投影データの例を示している。図４（ａ）及び図４（ｃ）は、いずれも、例えば横方向がチャネル方向に対応し、縦方向がスライス方向に対応する。そして、これらの図では、Ｘ線検出素子のそれぞれの出力に対応する各圧縮前データが、チャネル方向及びスライス方向にマトリクス状に配置されている。例えば、チャネル方向及びスライス方向に圧縮前データの数が等しい正方マトリクス状に配置されている。

前述したように、本実施形態のＸ線検出器２３は、ＣＨ方向及びスライス方向において、従来のＸ線検出器よりも、より多くのＸ線検出素子を備えている。また、本実施形態のＸ線検出器２３の個々のＸ線検出素子は、従来のＸ線検出器と比較して小型であり、同じ検出面積でのＸ線検出素子の数は、従来のＸ線検出器よりも多い。そのため、本実施形態のＸ線検出器２３で取得された圧縮前の投影データの数は、従来のＸ線検出器で取得された投影データの数に比べて多くなる。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、本実施形態のＸ線検出器２３で取得される圧縮前の投影データの数が、従来のＸ線検出器で取得される投影データの数の４倍である例を示している。そこで本実施形態は、取得した圧縮前の投影データを圧縮してデータ数を低減している。

具体的には、複数の圧縮前データをグループ化して１つのグループ化データを生成することによって、データ数（伝送容量）の低減を行っている。図４（ａ）及び図４（ｃ）に示す例では、マトリクス状に配置された多数の圧縮前データから、例えば、２×２の正方マトリクス内の４つの圧縮データをグループ化して１つのグループ化データを生成している。この結果、例えば、図４（ａ）では１００であった圧縮前データの数が、図４（ｃ）では、２５の数のグループ化データとなっており、データの数が１／４にまで低減されている。

グループ化する方法として、図４（ａ）及び図４（ｃ）に示す例では、ＣＴ値を平均する平均化処理を用いている。図４（ａ）の右下に太い四角で囲った範囲には、左上から順に、「８」、「１５」、「１０」、「７」の４つのＣＴ値を示す圧縮前データが含まれている。グループ化データは、これら４つの圧縮前データのＣＴ値を平均した「１０」を、グループ化データのＣＴ値として保持する。このように、複数の圧縮前データを平均してグループ化することにより、ＤＡＳから出力された投影データの数を低減し、データ量を削減している。

上述の例ではＣＴ値を平均することで投影データを圧縮する例を示したが、圧縮する方法としては上記の単純平均処理に限定されず、重み付き平均でもよい。この他、符号化処理や統計処理など処理によって複数の圧縮前データを１つのグループ化データに統合することができれば、どのような方法であってもよい。

図３に戻り、ＳＴ１０５において、復元用データ生成機能３３２は、圧縮前データとグループ化データとから復元用データを生成する。ここで、復元用データとは、グループ化データから圧縮前データを復元するためのデータである。復元用データの一例は差分データである。差分データは、グループ化データと複数の圧縮前データとの夫々の差分を表わすものである。

図５は、差分データの生成方法を説明する図である。図５の左は図４（ａ）の圧縮前データと同じ例を示している。同様に、図５の中央は図４（ｃ）のグループ化データと同じ例を示している。差分データは、１つのグループ化データの生成に用いられた複数の圧縮前データのそれぞれからグループ化データを減算することで求められる。例えば、図５の左側に示す圧縮前データの右下の太い四角で囲った範囲にある４つのデータ（「８」、「１５」、「１０」、「７」）のそれぞれから、グループ化データの「１０」を減算したデータが差分データとして算出される。つまり、図５の右図の右下に示した、「-２」、「５」、「０」、「-３」が差分データとして算出される。

図３に戻り、ＳＴ１０７において、データ結合機能３３３は、グループ化データと、復元用データである差分データとを結合して圧縮データを生成する。圧縮データは、圧縮データの生成に関する情報を含む付帯情報、グループ化データ及び差分データを備えたデータである。付帯情報には、例えば、１つのグループ化データに対応する圧縮前データのデータ数や、圧縮前データのデータ容量、グループ化データの容量や差分データの容量などが含まれる。圧縮データはシリアライズしたバイナリデータやＸＭＬデータとしてもよいし、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式に準拠したデータ形式としてもよい。

ＳＴ１０９において、伝送回路３２はグループ化データと差分データとを結合して生成した圧縮データを画像処理装置１２に伝送する。

次に、圧縮データを画像処理装置１２で復元し、再構成する処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ＳＴ１１０において、圧縮回路３３から伝送された圧縮データが復元回路４００に入力される。ＳＴ１１２では、入力回路４１を介して設定された動作モードが第１再構成モードであるのか、或いは第２再構成モードであるのかを示す情報を入力する。

ＳＴ１１４において、復元回路４００は、設定されている動作モードが、第１再構成モードあるか否かを判定する。第１再構成モードである場合は、圧縮データに含まれるグループ化データと復元用データ（差分データ）とを用いて圧縮前データを復元する（ＳＴ１１６）。

具体的には、圧縮データからグループ化データを抽出する一方、このグループ化データに対応する複数の、例えば４つの差分データを抽出する。そして、抽出したグループ化データと４つの差分データとをそれぞれ加算することによって、１つのグループ化データから４つの圧縮前データを復元する。このような復元処理を、圧縮データの総てのグループ化データに対して行う。

さらに、ＳＴ１１８では、復元された圧縮前データを用いて再構成画像を生成する。再構成画像の生成は、再構成機能４１０が行う。

一方、ＳＴ１１４で、設定されている動作モードが、第１再構成モードではない、即ち、第２再構成モードであると判定された場合には、ＳＴ１２０に進む。ＳＴ１２０では、圧縮データからグループ化データを抽出する。そして、ＳＴ１２２では、抽出されたグループ化データを用いて再構成画像を生成する。この再構成画像の生成も再構成機能４１０が行う。

最後に、ＳＴ１２４で、第１再構成モード、或いは第２再構成モードのいずれかで再構成された再構成画像がディスプレイ４２に表示される。

なお、上述の説明ではグループ化データと復元用データとを結合した圧縮データを伝送する例を示したが、ＳＴ１０７のステップを省略し、グループ化データと復元用データとを別々に伝送してもよい。例えば、先にグループ化データを伝送し、グループ化データを再構成して解像度の低いＣＴ画像を生成する。復元用データは、クループ化データが伝送された以降、バックグラウンドで伝送される。このようにグループ化データと復元用データとを別々に伝送することで、さらに伝送におけるスループットが向上する。

前述したように、本実施形態のＸ線検出器２３は、ＣＨ方向及びスライス方向において、従来のＸ線検出器よりも、より多くのＸ線検出素子を備えており、圧縮前データはこのＸ線検出素子の出力に１対１に対応するデータである。したがって、グループ化データから圧縮前データを復元し、復元した圧縮前データを用いて再構成する第１再構成モードは、従来のＸ線検出器から出力される投影データを用いた再構成画像よりも高解像度の画像を生成することができる。但し、第１再構成モードの再構成処理で使用する圧縮前データの数は、従来の投影データの数よりも多いため、再構成処理に時間を要する。

一方、第２再構成モードでは、圧縮前データよりも少ない数のグループ化データを使用するため、再構成処理に要する時間が短縮され、例えば、リアルタイムでの再構成処理が可能となる。但し、解像度に関しては、従来のＸ線検出器から出力される投影データを用いた再構成画像と同程度となる。このように、本実施形態では、第１再構成モードと第２再構成モードにそれぞれ対応する処理を行うことでき、柔軟性の高い処理が可能となる。

また、第１再構成モードと第２再構成モードのどちらが選択された場合であっても、撮像装置１１から画像処理装置１２に伝送される圧縮データは、圧縮回路３３でデータ量が低減されたデータであるため、圧縮データの伝送に要する時間は短縮される。また、圧縮データを一時的に保存するメモリ（図示せず）の容量も低減することができる。

なお、ここまでの説明では、逐次転送処理により、ＤＡＳ２４から圧縮回路３３が圧縮前データを取得するものとして説明したが、一括転送処理により取得した場合も同様の手順で圧縮データの生成及び復元処理を行うことができる。

図７は、一括転送処理を行う場合の圧縮データの生成方法を説明する図である。一括転送処理ではスライスごとにＤＡＳ２４から圧縮前データが出力される。図７（ａ）は、図４（ａ）と同じ圧縮前データを例示している。ここで、図４（ｂ）に例示した、従来の投影データと同程度のスライス方向の解像度を持つグループ化データを生成しようとすると、図７（ａ）に示した圧縮前データのスライス方向に２行分のデータが必要になる。したがって、逐次転送処理の場合は、少なくとも２行分の圧縮前データがＤＡＳ２４から入力されたタイミングで圧縮処理が実行される。

つまり、図７（ａ）に示すように、２行ごとに圧縮処理が実行され、グループ化データと差分データが生成される。このように生成されたデータは、データ結合機能３３３で、図７（ｂ）に示すように付帯情報をヘッダとして順に結合されて圧縮データとして生成される。付帯情報には圧縮データの結合順序、すなわち、どの位置にどのデータが結合しているかを示す情報を付帯させることができるため、圧縮データの結合順序は図７（ｂ）に示した例に限定されない。また、図７（ａ）に示したグループ化データ１から５及び差分データ１から５をそれぞれ一纏めにして１つのグループ化データと差分データとを生成してもよい。すなわち、２行単位で生成される一括転送処理のデータから、図５で説明した逐次転送処理と同じ形式の圧縮データを生成してもよい。

なお、圧縮回路３３から画像処理装置１２の復元回路４００にデータを伝送するタイミングに関して、例えば２つの伝送方法が考えられる。第１の伝送方法は、圧縮処理が実行されると同時に圧縮されたグループ化データを逐次復元回路４００に伝送する方法である。第２の伝送方法は、圧縮処理の実行の都度、例えば圧縮回路３３内に設けられているメモリにグループ化データを順次格納し、総ての圧縮前データについて圧縮処理が実行された後に、総てのグループ化データをまとめて復元回路４００に伝送する方法である。

このように第１の実施形態では、高精細データ（圧縮前データ）を取得した場合であっても、圧縮する際に予め従来の投影データと互換性のあるグループ化データを生成することで、復元処理を省略することが可能なＸ線ＣＴ装置１０について説明した。グループ化データでグループ化する圧縮前データの数（以下、グループ化数と呼ぶ）は、圧縮前データの解像度と従来の投影データの解像度との比から求めることができる。例えば、図４（ａ）、（ｂ）に例示するように、圧縮前データの解像度が従来の投影データの解像度の４倍である場合には、グループ化数を４とする。これにより、グループ化データの解像度は従来の投影データの解像度と同じになり、グループ化データと従来の投影データとの間で互換性を持たせることができる。

一方、第１の実施形態において、グループ化数は、圧縮前データの解像度と従来の投影データの解像度との比以外の指標、例えば、入力回路４１を介して設定された解像度等の画質によっても決定することもできる。例えば、Ｘ線検出素子の数に依存して定まる圧縮前データの解像度が「１０００×１０００」である場合に、解像度が「５００×５００」となるようにグループ化数を決定してもよいし、解像度が「１００×１００」となるようにグループ化数を決定してもよい。グループ化データの解像度の設定は、「０．５」、「０．１」など、圧縮前データの解像度に対する比率であってもよい。また、従来の投影データに対する解像度の倍率として、グループ化データの解像度を設定してもよい。このような解像度の設定を圧縮回路３３の内部のメモリ等に記憶しておき、圧縮回路３３は、メモリ等に記憶された解像度に対応するようグループ化数を変更してグループ化データを生成してもよい。

また、ユーザ等が入力した画質や、ユーザ等がよく使用する倍率や画像の表示設定などを分析することで、画質設定を決定してもよい。例えば、初めは低倍率で全体を観察するが、後から倍率を上げて詳細を観察するような場合、一旦、低解像度のグループ化データを用いて高速に再構成処理を行って画像を表示した後、ユーザがこの画像を観察している間にバックグラウンドでより解像度の高い圧縮前データを復元、再構成処理しておく。そして、高解像度で観察する際には、圧縮前データから再構成された画像に切り替えるようにしてもよい。

このように、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０は、圧縮前データを圧縮する際に、効率よく再構成処理が行えるグループ化データを予め生成することで、圧縮前データの伝送容量を低減させるとともに、再構成画像の復元や表示にかかる時間を短縮することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、圧縮データを生成する際に生成する差分データをさらに圧縮する。

図８は、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０の機能構成例を示す機能ブロック図である。図２で示した第１の実施形態と同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。

図８に示すように、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０の圧縮回路３３は、第１の実施形態に加えて復元用データ（差分データ）圧縮機能３３４と、圧縮率算出機能３３５を備えて構成される。復元用データ（差分データ）圧縮機能３３４は、復元用データとしての差分データを圧縮して圧縮差分データを生成する。差分データの圧縮は、例えば公知の圧縮アルゴリズムを用いて行うものである。

圧縮率算出機能３３５は、圧縮差分データの圧縮率を算出する。圧縮率は、例えば、圧縮前の差分データと圧縮後の圧縮差分データとのデータ容量の比率を求めることで算出される。

図９は、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０における圧縮処理の一例を示すフローチャートである。図３に示した第１の実施形態と同じ処理については同一の符号を付し説明を省略する。

ＳＴ２００では、復元用データ（差分データ）圧縮機能３３４が差分データを圧縮して圧縮差分データを生成する。

ＳＴ２０２において、圧縮率算出機能３３５は圧縮差分データの圧縮率を算出する。

ＳＴ２０４において、データ結合機能３３３は圧縮差分データの圧縮率が所定の閾値以上か否かを判定する。圧縮率が所定の閾値以上の場合には、データ結合機能３３３は、グループ化データと圧縮差分データとを結合して圧縮データを生成する。一方、圧縮率が所定の閾値よりも小さい場合には、データ結合機能３３３は、グループ化データと圧縮前の差分データとを結合して圧縮データを生成する。

このように差分データをさらに圧縮することでデータ容量を低減できる。但し、圧縮差分データの圧縮率が小さい場合は圧縮によるデータ容量の低減の効果よりも復元にかかるオーバーヘッドの方が大きくなる。そこで、差分データを一旦圧縮して圧縮差分データを生成し、その圧縮率に応じて圧縮差分データを圧縮データに含めるのか、或いは圧縮していない差分データを圧縮データに含めるのかを判断している。

図１０は、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０における復元処理の一例を示すフローチャートである。図６に示した第１の実施形態と同じ処理については同一の符号を付し説明を省略する。

ＳＴ３００において、復元回路４００は圧縮データに圧縮差分データが含まれているかが判定される。圧縮差分データが含まれるか否かは、例えば、付帯情報に、圧縮データが圧縮差分データを含んでいるのか、或いは圧縮前の差分データを含んでいるのかを示す情報を含ませておき、この付帯情報を参照することによって判定することができる。

圧縮データに圧縮差分データが含まれている場合には、ＳＴ３０２で、復元回路４００は圧縮差分データを復元し、差分データに戻す。

第２の実施形態では、差分データをさらに圧縮し、圧縮した差分データの圧縮率に応じて、圧縮差分データとグループ化データとからなる圧縮データを生成するか、或いは、グループ化データと圧縮前の差分データとからなる圧縮データを生成するかを決定している。圧縮差分データの圧縮率が大きければ生成した圧縮データのデータ容量を低減することができるが、圧縮率が小さい場合、データ容量を低減できないばかりか、圧縮差分データの復元に要する時間がオーバーヘッドになる。そこで、圧縮率が大きい場合のみ差分データを圧縮した圧縮差分データ用いた圧縮データを生成している。このように、圧縮率を算出し、より効率のよい圧縮方法を選択可能とすることで、画像再構成時の復元におけるオーバーヘッドを低減することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、収集した圧縮前データを圧縮すべきか否か判定し、効率的に圧縮できる条件のときのみ圧縮データを生成する。

図１１は、第３の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における圧縮処理の一例を示すフローチャートである。図３に示した第１の実施形態と同じ処理については同一の符号を付し説明を省略する。

ＳＴ３０１は圧縮回路３３が、圧縮条件に基づき圧縮前データを圧縮するか否かを判定する。圧縮条件は、例えば、圧縮前データ（投影データ）から積算されるサイノグラムにおける信号値の不均一性、具体的には信号値の標準偏差、平均差、平均絶対偏差や、信号値が所定の閾値以上であるといった条件である。

圧縮前データのサイノグラムにおいて信号値が不均一な場合、すなわち、高信号の画素と低信号の画素とが混在し、それらが隣接していたり、全体に散在している場合は、差分データとしたときの圧縮率が大きくなることが予測される。このように、圧縮前データ全体における信号値の分布や信号値の大きさなどに基づいて、予め圧縮率が大きくなる、或いは、圧縮が有効であると判断できる条件を圧縮条件として予め記憶しておく。圧縮前データが入力されたとき、圧縮条件に基づき圧縮するか否かを判定し、圧縮すべき場合（ＳＴ３０１のＹｅｓ）は、第１の実施形態のＳＴ１０３からＳＴ１０９の処理により圧縮前データが圧縮される。第２の実施形態の方法で圧縮されてもよい。一方、圧縮条件に基づき、圧縮しても十分な圧縮が見込めないと判断される場合（ＳＴ３０１のＮｏ）は、圧縮前データをそのまま画像処理装置に伝送する（ＳＴ３０３）。

上述では、圧縮前データ全体で圧縮条件を判定し、圧縮するか否かを判定する例を示したが、圧縮前データの部分に基づいて圧縮条件を判定してもよい。例えば、サイノグラム上で被検体に相当する部分的な領域のみを用いて圧縮条件を判断してもよい。具体的には、サイノグラム中で被検体が写っている領域は、サイノグラム中で透過したＸ線量が少ない領域に対応する。信号値と所定の閾値とを比較して、ある閾値以上のＸ線吸収が行われたと判定できる箇所についてのみ圧縮条件に基づく判定を行う。

また、圧縮前データ全体ではなく、このような部分的な領域を圧縮して圧縮データを生成してもよい。すなわち、部分的にグループ化データを生成し、それ以外の部分は圧縮前の画素もしくは所定の画素を持たせて圧縮してもよい。例えば、サイノグラムの中で所定のチャネル範囲に入るデータ、すなわち、サイノグラムの中心付近のデータのみを圧縮し、残った端の領域のデータは圧縮せず、部分的にグループ化データを生成してもよい。

圧縮データと圧縮前データとを混合させた圧縮データを生成してもよい。また、部分的に圧縮した圧縮データのみを画像処理装置に伝送するようにしてもよい。

このように、圧縮条件に基づき圧縮が有効であると判断できる場合に圧縮処理を行うことで、リソースを有効に活用することができる。また、圧縮が有効でない場合に圧縮を行わないことで、圧縮及び復元にかかる時間を省略できる。

（その他の実施形態）
上述した第１から第３の実施形態では、圧縮回路３３を、検査室に設置される撮像装置１１、或いは架台装置に設ける構成として説明したが、圧縮回路３３を画像処理装置１２内に設ける構成とすることもできる。図１２は、この構成例を示す機能ブロック図である。図１２に示すように、ＤＡＳ２４から、コントローラ３１及び伝送回路３２を介して伝送された圧縮前データは、画像処理装置１２内の圧縮回路３３で圧縮処理されてグループ化データと復元用データ（差分データ）とを含む圧縮データが生成される。圧縮データは記憶回路４４に一時的に記憶される。その後の処理は、第１及び第２の実施形態と同じである。

この構成においても、第１再構成モードで再構成される画像は、従来のＸ線検出器から出力される投影データを用いた再構成画像よりも高解像度の画像を生成することができる一方、第２再構成モードでは、圧縮前データよりも少ない数のグループ化データを使用するため、再構成処理に要する時間が短縮され、例えば、リアルタイムでの再構成処理が可能となる。このように、図１２に示すその他の実施形態においても、第１再構成モードと第２再構成モードにそれぞれ対応する処理を行うことでき、柔軟性の高い処理が可能となる。また、記憶回路４４に記憶されるデータは圧縮データであるため、圧縮前データをそのまま記憶するよりも記憶容量は小さくてもよい。

以上述べた少なくともひとつの実施形態に係るＸ線ＣＴ装置及びデータ圧縮復元方法によれば、高精細Ｘ線ＣＴで取得した高精細データを効率よく復元可能に圧縮することができる。

上述の実施形態におけるプロセッサとは、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、プログラマブル論理デバイス、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）などの回路を意味する。上記プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）などが挙げられる。

また、処理回路４５は、単一のプロセッサによって構成されてもよいし、複数の独立したプロセッサの組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、複数のプロセッサにそれぞれ対応する複数の記憶回路８２が設けられると共に、各プロセッサにより実行されるプログラムが当該プロセッサに対応する記憶回路に記憶される構成でもよい。別の例としては、１個の記憶回路４４が複数のプロセッサの各機能に対応するプログラムを一括的に記憶する構成でもよい。

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同様に、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。

１０ Ｘ線ＣＴ装置
１１ 撮像装置
１２ 画像処理装置
２１ Ｘ線管
２３ Ｘ線検出器
２４ ＤＡＳ
２５ 回転架台
２６ 高圧電源
２７ 駆動装置
２８ 回転駆動装置
２９ 天板
３０ 天板駆動装置
３１ コントローラ
３２ 伝送回路
３３ 圧縮回路
４１ 入力回路
４２ ディスプレイ
４３ ネットワーク接続回路
４４ 記憶回路
４５ 処理回路
３３１ グループ化データ生成機能
３３２ 復元用データ生成機能
３３３ データ結合機能
３３４ 復元用データ圧縮機能
３３５ 圧縮率算出機能
４００ 復元回路
４１０ 再構成機能

Claims (12)

1. Ｘ線を照射するＸ線管と、
   前記Ｘ線に基づき、第１の解像度を有する第１のデータを出力する検出器と、
   前記第１のデータをグループ化し、前記第１のデータに対応し、前記第１の解像度よりも低い第２の解像度を有する第２のデータと、前記第１のデータから前記第２のデータを差し引いた復元用データとを生成する圧縮部と、
   前記第１のデータに基づき画像を再構成する第１再構成モードと、前記第２のデータに基づき画像を再構成する第２再構成モードのうちいずれかを選択して画像を生成する再構成部と、
   前記第２のデータと前記復元用データとを前記再構成部に伝送する伝送部と、
   前記第１再構成モードで再構成を行う場合、前記第２のデータ及び前記復元用データに基づいて、前記第１のデータを復元する復元部と、
   を備えるＸ線ＣＴ装置。
2. 前記検出器は、複数のＸ線検出素子を備えて構成され、
   前記第１のデータは、前記複数のＸ線検出素子からそれぞれ出力される、
   請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記圧縮部は、前記第２再構成モードにおける画質に応じて、前記第１のデータを異なる数でグループ化する、
   請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記圧縮部は、スライス方向及びチャネル方向の数が同じである正方マトリクス内にある第１のデータをグループ化して前記第２のデータを生成する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記圧縮部が生成する前記第２のデータは、前記第１のデータに対して、平均化処理、符号化処理、及び統計的処理の少なくともいずれかの処理を行うことによって、前記第１のデータのデータ量を削減したデータである、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記第１再構成モードは、前記第２再構成モードよりも高解像度で画像を再構成する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記第１再構成モードと前記第２再構成モードのいずれかの動作モードを選択可能に入力する入力部をさらに備え、
   前記再構成部は、前記入力された動作モードに応じて、前記第１のデータを用いて前記第１再構成モードで再構成するか、又は、前記第２のデータを用いて前記第２再構成モードで再構成するか、を選択する、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記圧縮部は、前記復元用データを圧縮して圧縮差分データを生成し、前記圧縮差分データと前記第２のデータとを含むデータを生成し、
   前記復元部は、前記第１再構成モードで画像を再構成する場合、前記圧縮差分データを復元し、復元された前記復元用データと前記第２のデータを用いて、前記第１のデータを復元する、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記圧縮部は、前記復元用データを圧縮して前記圧縮差分データを生成するときに前記圧縮差分データの前記復元用データに対する圧縮率を求め、前記圧縮率が所定の閾値よりも大きいときに、前記圧縮差分データと前記第２のデータとを含むデータを生成する一方、前記圧縮率が所定の閾値以下のときは、圧縮前の前記復元用データと前記第２のデータとを含むデータを生成し、
   前記復元部は、前記圧縮率が所定の閾値よりも大きいときに、前記圧縮差分データから復元された前記復元用データと前記第２のデータを用いて、前記第１のデータを復元する一方、前記圧縮率が所定の閾値以下のときは、圧縮前の前記復元用データと前記第２のデータを用いて、前記第１のデータを復元する、
   請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記圧縮部は、圧縮条件に基づき前記第１のデータを圧縮するか否か判定する、
    請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 前記圧縮部は、前記第１のデータから生成されるサイノグラムデータのばらつきに応じて、前記第１のデータを圧縮するか否か判定する、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. Ｘ線管が照射したＸ線に基づき、第１の解像度を有する第１のデータを検出器から出力し、
    前記第１のデータをグループ化し、前記第１のデータに対応し、前記第１の解像度よりも低い第２の解像度を有する第２のデータと、前記第１のデータから前記第２のデータを差し引いた復元用データとを生成し、
    前記第１のデータに基づき画像を再構成する第１再構成モード及び、前記第２のデータに基づき画像を再構成する第２再構成モードのうちいずれかを選択して画像を生成し、
    前記第２のデータと前記復元用データとを画像を再構成する装置に伝送し、
    前記第１再構成モードで画像を再構成する場合、前記第２のデータ及び前記復元用データを用いて、前記第１のデータを復元する、
    データ圧縮復元方法。

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