JP6707046B2 - 断層像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

断層像処理装置、方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、ＣＴ（Computed Tomography）装置等により取得される断層像に含まれる散乱線成分を除去する処理を行う断層像処理装置、方法およびプログラムに関する。
従来、被写体を透過した放射線により被写体の放射線画像を撮影する際、とくに被写体の厚さが大きいと、被写体内において放射線が散乱して散乱線が発生し、この散乱線により、取得される放射線画像のコントラストが低下するという問題がある。このため、放射線画像の撮影時には、放射線を検出して放射線画像を取得するための放射線検出器に散乱線が照射されないように、被写体と放射線検出器との間に散乱線除去グリッド（以下単にグリッドとする）を配置して撮影を行うことがある。グリッドを用いて撮影を行うと被写体により散乱された放射線が放射線検出器に照射されにくくなるため、放射線画像のコントラストを向上させることができる。
グリッドは、放射線を透過しない鉛等と、放射線を透過しやすいアルミニウムまたはファイバー等のインタースペース素材とが、例えば４．０本／ｍｍ程度の細かな格子密度で交互に配置されて構成されていることから、重量があるものとなっている。このため、病室等において行うポータブル撮影では、寝ている患者と放射線検出器との間にグリッドを配置する必要があり、その結果、配置の作業の負担、および撮影時の患者の負担が大きいものとなる。また、収束型のグリッドの場合、放射線の斜入により放射線画像に濃度ムラが発生するおそれがある。また、放射線画像には被写体像とともにグリッドのピッチに対応した細かな縞模様（モアレ）が記録されてしまい、放射線画像が見難いものとなってしまうおそれもある。
このため、グリッドを使用することなく放射線画像の撮影を行い、グリッドによる散乱線の除去による画質改善の効果を、画像処理により放射線画像に対して付与することが行われている（特許文献１参照）。特許文献１の手法は、放射線画像の撮影時に散乱線を除去するために使用が想定されるグリッドの特性を取得し、この特性に基づいて放射線画像に含まれる散乱線成分を推定し、推定された散乱線成分を用いて散乱線除去処理を行うものである。また、ＣＴ装置等により取得される投影像から断層像を生成する際に、断層像に基づいて被写体の撮影領域の密度分布を算出し、密度分布に基づいて散乱線成分を推定し、推定した散乱線成分を投影像から除去し、散乱線成分を除去した投影像から断層像を生成する手法が提案されている（特許文献２参照）。さらに、断層像に基づいて被写体の体厚を推定し、推定した体厚を用いて散乱線成分を推定して、放射線画像の散乱線除去処理を行う手法も提案されている（特許文献３参照）。
特開２０１４−２０７９５８号公報 特開２００７−３００９６４号公報 特開２０１５−４３９５９号公報
しかしながら、上述した特許文献２に記載された手法においては、断層像に基づいて推定された散乱線成分と、投影像に含まれる散乱線成分とを完全に一致させることは難しい。このため、断層像に基づいて推定された散乱線成分を投影像から除去しても、散乱線成分が残ってしまうおそれがある。このように、投影像から精度よく散乱線成分を除去できないと、散乱線成分が除去された投影像から再度生成された断層像の画質を向上させることができない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、断層像に含まれる散乱線成分を精度よく除去することを目的とする。
本発明による断層像処理装置は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の線源位置において、被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を再構成することにより、被写体の断層像を生成する再構成手段と、
断層像に基づいて、被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分を複数の投影像から除去する散乱線除去手段とを備え、
再構成手段は、散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成し、
新たな断層像に基づく複数の投影像からの散乱線成分の除去、および新たな断層像に基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行うよう、再構成手段および散乱線除去手段を制御する繰り返し手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
なお、本発明による断層像処理装置においては、散乱線除去手段は、断層像から複数の投影像のそれぞれに対する被写体の体厚を算出するものであってもよい。
また、本発明による断層像処理装置においては、散乱線除去手段は、断層像における被写体の領域に基づいて、複数の投影像のそれぞれに対する体厚を算出するものであってもよい。
また、本発明による断層像処理装置においては、散乱線除去手段は、複数の投影像のそれぞれに対する体厚に基づいて散乱線成分を推定するものであってもよい。
また、本発明による断層像処理装置においては、繰り返し手段は、新たな断層像と新たな断層像が生成される前に生成された断層像との変化量がしきい値未満となったときに、繰り返し処理を終了するものであってもよい。
また、本発明による断層像処理装置においては、繰り返し手段は、繰り返し処理を予め定められた回数行った後に、繰り返し処理を終了するものであってもよい。
この場合、繰り返し手段は、予め定められた回数を被写体の体厚が大きいほど多くするものであってもよい。
また、本発明による断層像処理装置においては、再構成手段は、逐次近似再構成法により断層像を生成するものであってもよい。
逐次近似再構成法は、投影像を再構成して断層像を生成し、撮影時において被写体が検出手段に投影される過程を模擬して断層像から投影像を生成し、生成した投影像と検出手段により検出された投影像との差を算出し、差が小さくなるように断層像を推定して再構成することを繰り返す手法である。
また、本発明による断層像処理装置においては、散乱線除去手段は、投影像の撮影時に散乱線を除去するために使用が想定される、仮想的なグリッドの特性である仮想グリッド特性に基づいて、散乱線除去処理を行うものであってもよい。
本発明による断層像処理方法は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の線源位置において、被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を再構成することにより、被写体の断層像を生成し、
断層像に基づいて、被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分を複数の投影像から除去し、
散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成し、
新たな断層像に基づく複数の投影像からの散乱線成分の除去、および新たな断層像に基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行うことを特徴とするものである。
なお、本発明による断層像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明による他の断層像処理装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサであって、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の線源位置において、被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を再構成することにより、被写体の断層像を生成する再構成処理と、
断層像に基づいて、被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分を複数の投影像から除去する散乱線除去処理と、
散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成し、新たな断層像に基づく複数の投影像からの散乱線成分の除去、および新たな断層像に基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行うよう、再構成手段および散乱線除去手段を制御する繰り返し処理とを実行するプロセッサを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、複数の投影像を再構成することにより被写体の断層像が取得され、断層像に基づいて、被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分が複数の投影像から除去される。そして、散乱線成分が除去された投影像を再構成することによる新たな断層像が生成される。さらに、新たな断層像に基づく複数の投影像からの散乱線成分の除去、および新たな断層像に基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理が行われて、断層像が生成される。このため、繰り返し処理により、断層像に基づいて投影像から除去される散乱線成分を、投影像に含まれる散乱線成分に近づけることができる。したがって、断層像から精度よく散乱線成分を除去することができ、その結果、高画質の断層像を得ることができる。
本発明の実施形態による断層像処理装置を適用した断層像撮影システムの構成を示す概略ブロック図 本実施形態における断層像処理装置の概略構成を示すブロック図 断層像を示す図 ある断層面における体厚の算出を説明するための図 ある断層面における体厚の算出を説明するための図 ある断層面における体厚の算出を説明するための図 複数の断層像と投影像との関係を示す図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態による断層像処理装置を適用した断層像撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態による断層像撮影システムは、ＣＴ装置１により取得される複数の投影像から生成される断層像に対して、散乱線除去処理を含む各種画像処理を行うためのものであり、図１に示すように、ＣＴ装置１と、第１の実施形態による断層像処理装置を内包するコンピュータ２とを備える。
ＣＴ装置１は、放射線源３および放射線検出器４を備え、放射線源３を放射線検出器４に対して相対的に移動させ、放射線源３の移動による複数の線源位置において、被写体Ｈに放射線を照射することにより被写体Ｈを撮影し、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を取得する。なお、ＣＴ装置１においては、被写体Ｈの撮影時にはグリッドは使用されない。
コンピュータ２には表示部８および入力部９が接続されている。表示部８は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）あるいは液晶ディスプレイ等からなり、撮影により取得された放射線画像およびコンピュータ２において行われる処理に必要な各種入力の補助を行う。入力部９は、キーボード、マウスまたはタッチパネル等からなる。
コンピュータ２には、本実施形態による断層像処理プログラムがインストールされている。本実施形態においては、コンピュータは、操作者が直接操作するワークステーションあるいはパソコンでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。断層像処理プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
図２は、本実施形態において、コンピュータ２に断層像処理プログラムをインストールすることにより実現された断層像処理装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、断層像処理装置は、標準的なコンピュータの構成として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１、メモリ２２およびストレージ２３を備えている。
ストレージ２３は、ハードディスクまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなり、ＣＴ装置１の各部を駆動するためのプログラムおよび断層像処理プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、撮影により取得された投影像および後述するように生成される断層像も記憶される。
メモリ２２には、各種処理をＣＰＵ２１に実行させるために、ストレージ２３に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。断層像処理プログラムは、ＣＰＵ２１に実行させる処理として、ＣＴ装置１に撮影を行わせて複数の投影像を取得する画像取得処理、複数の投影像を再構成することにより、被写体Ｈの断層像を生成し、かつ後述するように散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成する再構成処理、断層像に基づいて、被写体Ｈを透過した放射線に含まれる散乱線成分を複数の投影像から除去する散乱線除去処理、並びに新たな断層像に基づく、複数の投影像からの散乱線成分の除去、および新たな断層像に基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行う繰り返し処理を規定している。
そして、ＣＰＵ２１が断層像処理プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータ２は、画像取得部３１、再構成部３２、散乱線除去部３３、および繰り返し部３４として機能する。なお、コンピュータ２は、画像取得処理、再構成処理、散乱線除去処理および繰り返し処理をそれぞれ行うプロセッサまたは処理回路を備えるものであってもよい。
画像取得部３１は、ＣＴ装置１を駆動して、放射線源３および放射線検出器４を被写体Ｈに対して移動させ、放射線源３および放射線検出器４の移動による複数の線源位置において、被写体Ｈに放射線を照射することにより被写体Ｈを撮影し、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像Ｐｉ（ｉ＝２〜ｎ）を取得する。なお、断層像処理プログラムとは別個のプログラムにより複数の投影像Ｐｉを取得してストレージ２３に保存するようにしてもよい。この場合、画像取得部３１は、ストレージ２３に保存された投影像Ｐｉを断層像処理のためにストレージ２３から読み出すものとなる。
再構成部３２は、逐次近似再構成法等の周知の方法により複数の投影像Ｐｉを再構成して、被写体Ｈの断層像Ｄｊ（ｊ＝１〜ｍ）を生成する。なお、逐次近似再構成法としては、例えば米国特許第２０１１／０２６２０５４号明細書、および米国特許第２０１２／０１５５７２８号明細書等に記載された手法を用いることができる。また、本実施形態においては，断層像Ｄｊは、被写体Ｈの体軸に垂直なアキシャル断面における断層像とする。また、本実施形態においては、被写体Ｈの複数の断層面についての複数の断層像Ｄｊを生成するものとする。
散乱線除去部３３は、断層像Ｄｊに基づいて、被写体Ｈを透過した放射線に含まれる散乱線成分を除去する。このために、散乱線除去部３３は、まず、断層像Ｄｊに基づいて、被写体Ｈの体厚を算出する。図３はある断層面における断層像を示す図である。図３に示すように断層像Ｄｊには、被写体領域Ａ１および空気の領域Ａ０が含まれる。ここで、被写体領域Ａ１と空気の領域Ａ０とではＣＴ値が大きく異なる。このため、散乱線除去部３３は、しきい値処理により断層像Ｄｊを被写体領域Ａ１と空気の領域Ａ０とに分割する。
そして、散乱線除去部３３は、複数の断層像Ｄｊから複数の投影像Ｐｉのそれぞれに対する被写体Ｈの体厚を算出する。図４〜図６はある断層面における体厚の算出を説明するための図である。本実施形態においては、投影像はＣＴ装置１において撮影されるため、図４〜図６に示すように、複数の線源位置において複数の投影像Ｐｉが取得される。また、各線原位置毎に、被写体Ｈに対する放射線に入射角度が異なるため、各線源位置において取得される投影像Ｐｉ毎に、被写体Ｈにおける放射線が透過する経路の長さが異なる。したがって、投影像Ｐｉ毎に含まれる被写体Ｈの体厚が異なるものとなる。
ここで、散乱線除去部３３は、複数の断層像Ｄｊにおいて被写体領域Ａ１と空気の領域Ａ０とを分割している。このため、散乱線除去部３３は、複数の断層像Ｄｊのそれぞれの被写体領域Ａ１を用いて、各線源位置において取得された投影像Ｐｉにおいて、各投影像Ｐｉに含まれる被写体領域Ａ１における体厚を、投影像Ｐｉの各画素位置において算出する。ここで、ＣＴ装置１における被写体Ｈの位置と、各線源位置との関係は既知である。このため、散乱線除去部３３は、投影像取得時の線源位置に応じた方向を断層像Ｄｊに設定して、各投影像Ｐｉについての体厚を取得する。例えば、図４に示す線源位置においては、矢印５０に示す方向において体厚を取得し、図５に示す線源位置においては、矢印５１に示す方向において体厚を取得し、図６に示す線源位置においては、矢印５２に示す方向において体厚を取得する。
また、複数の断層像Ｄｊは被写体Ｈにおける複数の断層面のそれぞれを表すものであるため、図７に示すように、複数の断層像Ｄｊはある投影像Ｐｉに垂直に交わり、かつ投影像Ｐｉと複数の断層像Ｄｊとの位置関係が既知となる。このため、複数の断層像Ｄｊについての体厚を算出することにより、投影像Ｐｉにおける各画素位置において体厚を算出することができる。なお、断層像Ｄｊの間隔は、投影像Ｐｉの画素の間隔と比較すると大きい。このため、投影像Ｐｉにおける断層像Ｄｊが存在しない画素位置においては、断層像Ｄｊが存在する画素位置の体厚を用いた補間演算により、体厚を算出すればよい。
散乱線除去部３３は、複数の投影像Ｐｉのそれぞれに対する体厚に基づいて、各投影像Ｐｉの散乱線成分を推定して、各投影像Ｐｉに対して散乱線除去処理を行う。ここで、本実施形態においては、撮影時にはグリッドは使用されていない。このため、散乱線除去部３３は、各投影像Ｐｉに対して、実際にグリッドを使用して撮影を行った場合と同様の散乱線を除去する効果を付与するように散乱線除去処理を行う。すなわち、散乱線除去部３３は、実際に使用することが想定される仮想グリッド特性を用いて散乱線除去処理を行う。このため、散乱線除去部３３は、操作者による入力部９からの入力により仮想グリッド特性を取得する。本実施形態においては、仮想グリッド特性は、仮想グリッドについての散乱線透過率Ｔｓ、および被写体Ｈを透過して放射線検出器４に照射される一次線の透過率（一次線透過率）Ｔｐとする。なお、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐは０〜１の間の値をとる。
そして、散乱線除去部３３は、各投影像Ｐｉから散乱線成分を除去するために、各投影像Ｐｉに対する体厚を用いて、下記の式（１）、（２）にしたがって、各投影像Ｐｉに含まれる一次線成分Ｉｐおよび散乱線成分Ｉｓを算出する。さらに、算出した一次線成分Ｉｐおよび散乱線成分Ｉｓから式（３）にしたがって、散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）を算出する。
Ip(x,y) = Io(x,y)×exp(-μ×T(x,y)) （１）
Is(x,y) = Io(x,y)＊Sσ(T(x,y)) （２）
S(x,y) = Is(x,y)/(Is(x,y)+Ip(x,y)) （３）
ここで、（ｘ，ｙ）は投影像Ｐｉの画素位置の座標、Ｉｐ（ｘ，ｙ）は画素位置（ｘ，ｙ）における一次線成分、Ｉｓ（ｘ，ｙ）は画素位置（ｘ，ｙ）における散乱線成分、Ｉｏｉ（ｘ，ｙ）は画素位置（ｘ，ｙ）における入射線量、Ｔ（ｘ，ｙ）は画素位置（ｘ，ｙ）における体厚、μは被写体Ｈの線減弱係数、Ｓσ（Ｔ（ｘ，ｙ））は画素位置（ｘ，ｙ）における被写体Ｈの体厚Ｔ（ｘ，ｙ）に応じた散乱の特性を表す畳みこみカーネルである。なお、被写体Ｈの表面への入射線量Ｉｏ（ｘ，ｙ）は、どのような値を定義してもＳ（ｘ，ｙ）を算出する際に除算によってキャンセルされるため、例えば値を１とする等、任意の値とすればよい。
なお、体厚Ｔ（ｘ，ｙ）は、上述したように線源位置に応じて異なるため、投影像Ｐｉ毎に異なるものとなる。
また、入射線量Ｉｏ（ｘ，ｙ）は、管電圧およびｍＡｓ値等の撮影条件に応じて変化する。このため、各種撮影条件と入射線量とを対応づけたテーブルをストレージ２３に記憶しておき、撮影条件からこのテーブルを参照して入射線量Ｉｏ（ｘ，ｙ）を求めるようにしてもよい。
式（２）における＊は畳みこみ演算を表す演算子である。さらに、Sσ（Ｔ（ｘ，ｙ））は、撮影条件に応じて実験的に求めることができる。本実施形態においては、各種撮影条件とSσ（Ｔ（ｘ，ｙ））とを対応づけたテーブルをストレージ２３に記憶しておき、撮影条件からこのテーブルを参照してSσ（Ｔ（ｘ，ｙ））を求める。
そして、散乱線除去部３３は、仮想グリッド特性である散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐ、並びに散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）から、投影像Ｐｉを変換する変換係数Ｒ（ｘ，ｙ）を下記の式（４）により算出する。さらに、散乱線除去部３３は、下記の式（５）により、変換係数Ｒ（ｘ，ｙ）を投影像Ｐｉの各画素の画素値に乗算することにより、投影像Ｐｉのそれぞれから散乱線成分を除去して処理済みの投影像Ｐｓｉを取得する。
R(x,y) = S(x,y)×Ts + (1-S(x,y))×Tp （４）
Psi(x,y) =R(x,y) ×Pi(x,y) （５）
なお、投影像Ｐｉを複数の周波数帯域に分解し、各周波数帯域毎に変換係数の算出、および変換係数の乗算の処理を行うようにしてもよい。この場合、変換係数が乗算された各周波数帯域の投影像を周波数合成することにより、処理済みの投影像Ｐｉを取得する。
一方、再構成部３２は、散乱線成分が除去された、処理済みの投影像Ｐｓｉを再構成することにより新たな断層像Ｄｓｊを生成する。
繰り返し部３４は、新たな断層像Ｄｓｊに基づく複数の投影像Ｐｉからの散乱線成分の除去を上記と同様に行い、さらに新たな断層像Ｄｓｊに基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行うよう、再構成部３２および散乱線除去部３３を制御する。
ここで、繰り返し部３４は、新たな断層像Ｄｓｊが生成されると、新たな断層像Ｄｓｊと断層像Ｄｊとの変化量を算出する。例えば、断層像Ｄｓｊを算出した各断層面において、対応する断層面の新たな断層像Ｄｓｊと断層像Ｄｊとの対応する画素間の差分値の絶対値の和を算出する。なお、差分値の和に代えて、差分値の二乗の和を算出してもよい。さらに、すべての断層面における上記和のさらなる和を変化量として算出する。なお、すべての断層面における断層像Ｄｓｊと断層像Ｄｊとの対応する画素間の差分値の代表値を変化量として算出してもよい。代表値としては、差分値の絶対値または二乗の最小値、最大値、中間値および平均値等を用いることができる。
繰り返し部３４は、算出した変化量がしきい値Ｔｈ１未満となったか否かを判定する。この判定が否定されると、繰り返し部３４は、新たな断層像Ｄｓｊに基づく投影像Ｐｉからの散乱線除去処理、およびこれにより取得される処理済みの投影像Ｐｓｉを再構成することによるさらに新たな断層像Ｄｓｊの生成を、上記判定が肯定されるまで繰り返す。そして、変化量がしきい値Ｔｈ１未満となった際に生成された新たな断層像Ｄｓｊを、最終的な断層像Ｄｆｊとしてストレージ２３に保存する。
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図８は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部３１が、ＣＴ装置１から複数の投影像Ｐｉを取得する（ステップＳＴ１）。次いで、再構成部３２が、複数の投影像Ｐｉを再構成することにより、被写体Ｈの断層像Ｄｊを生成する（ステップＳＴ２）。次いで、散乱線除去部３３が、断層像Ｄｊに基づいて、被写体Ｈを透過した放射線に含まれる散乱線成分を複数の投影像Ｐｉから除去する散乱線除去処理を行い、処理済みの投影像Ｐｓｉを取得する（ステップＳＴ３）。
そして、再構成部３２が、処理済みの投影像Ｐｓｉを再構成して新たな断層像Ｄｓｊを生成する（ステップＳＴ４）。そして繰り返し部３４が、新たな断層像Ｄｓｊと断層像Ｄｊとの変化量がしきい値Ｔｈ１未満となったか否かを判定する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ５が否定されると、ステップＳＴ３に戻って、散乱線除去部３３が、新たな断層像Ｄｓｊに基づく、複数の投影像からの散乱線除去処理を行うよう、繰り返し部３４がステップＳＴ３からステップＳＴ５の処理を繰り返す。ステップＳＴ５が肯定されると、最新の断層像Ｄｓｊを最終的な断層像Ｄｆｊとしてストレージ２３に保存し（ステップＳＴ６）、処理を終了する。
このように、本実施形態においては、複数の投影像Ｐｉを再構成することにより、被写体Ｈの断層像Ｄｊを取得し、断層像Ｄｊに基づいて、散乱線成分を複数の投影像Ｐｉから除去し、散乱線成分が除去された投影像Ｐｓｉを再構成することにより新たな断層像Ｄｓｊを生成し、新たな断層像Ｄｓｊに基づく複数の投影像Ｐｉからの散乱線成分の除去および新たな断層像に基づいて散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行って、断層像Ｄｆｊを生成するようにしたものである。このため、繰り返し処理により、断層像に基づいて投影像から除去される散乱線成分を、投影像に含まれる散乱線成分に近づけることができる。したがって、本実施形態によれば、断層像から精度よく散乱線成分を除去することができ、その結果、高画質の断層像Ｄｆｊを得ることができる。
なお、上記実施形態においては、新たな断層像Ｄｓｊと断層像Ｄｊとの変化量がしきい値Ｔｈ１未満となるまで繰り返し処理を行っているが、繰り返し処理を予め定められた回数行うようにしてもよい。繰り返し処理の回数は、入力部９からの入力により設定すればよい。また、被写体Ｈの体厚が大きいほど投影像に含まれる散乱線成分が多くなる。このため、被写体Ｈの体厚が大きいほど、繰り返し処理の回数を多くしてもよい。なお、被写体Ｈの体厚と繰り返し回数との関係を規定したテーブルをストレージ２３に保存しておき、繰り返し部３４はこのテーブルを参照して、繰り返し回数を設定してもよい。この場合の被写体の体厚としては、図４に示すように被写体Ｈを正面から撮影した投影像についての各画素の体厚の最大値および平均値等を用いればよい。
また、上記実施形態においては、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ４の処理が繰り返される毎にステップＳＴ５において変化量がしきい値Ｔｈ１未満となったか否かを判定しているが、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ４の処理が予め定められた第１の回数繰り返される毎にステップＳＴ５の処理を行うようにしてもよい。また、処理を開始してから予め定められた第２の回数はステップＳＴ５の処理を行うことなく、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ４の処理を繰り返し、第２の回数繰り返した後は、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ４の処理が繰り返される毎にステップＳＴ５の処理を行うようにしてもよい。また、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ４の処理を第２の回数繰り返した後、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ４の処理が予め定められた第１の回数繰り返される毎にステップＳＴ５の処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、実際に使用することが想定される仮想グリッドを用いて散乱線除去処理を行っているが、仮想グリッド特性を用いることなく、散乱線除去処理を行ってもよい。この場合、上記式（２）により算出した散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ）を各投影像Ｐｉから減算することにより、散乱線除去処理を行えばよい。
また、上記実施形態において、再構成部３２において逐次近似再構成法を用いて断層像Ｄｊを生成する場合、逐次近似再構成の処理と上記繰り返し処理とを組み合わせてもよい。ここで、逐次近似再構成法は以下のようにして行われる。まず、投影像Ｐｉを再構成して断層像Ｄｊを生成し、被写体Ｈが放射線検出器４に投影される過程を模擬して、断層像Ｄｊを逆投影して投影像を生成する。そして、生成した投影像と、取得した投影像（すなわち放射線検出器４により検出することにより取得された投影像Ｐｉ）との変化量を算出する。なお、変化量としては、生成した投影像と、取得した投影像との対応する画素における差分値の絶対値または差分値の二乗を用いることができる。差分値の絶対値を変化量として算出する式を下記の式（７）に示す。式（７）において、Ｐｉ（ｘ，ｙ）は、投影像Ｐｉの各画素の画素値、Ｗ・Ｄｊ（ｘ，ｙ）は、断層像Ｄｊを逆投影して生成された投影像の各画素の画素値である。そして再構成部３２は、変化量がしきい値Ｔｈ２未満となるまで、生成した投影像を用いての断層像の再構成、新たに生成された断層像を用いての新たな投影像の生成を繰り返す。
変化量＝｜Ｐｉ（ｘ，ｙ）−Ｗ・Ｄｊ（ｘ，ｙ）｜ （７）
そして、式（７）におけるＰｉ（ｘ，ｙ）として、散乱線除去処理が行われた処理済みの投影像Ｐｓｉを用いることにより、逐次近似再構成の処理と上記繰り返し処理とを組み合わせる。なお、逐次近似再構成法の繰り返し回数は、式（７）により算出される変化量がしきい値Ｔｈ２未満となるまでとしているが、予め定められた回数としてもよい。また、繰り返し処理における断層像Ｄｊと新たな断層像Ｄｓｊとの変化量がしきい値Ｔｈ１未満となるまでとしてもよい。これにより、散乱線の影響をより低減させた、より高画質の断層像を生成することができる。
また、上記実施形態においては、ＣＴ装置１により取得された投影像から断層像を生成する際の処理について説明しているが、トモシンセシス撮影により取得した投影像から断層像を生成する際の処理にも本発明を適用できる。
また、上記実施形態においては、複数の断層像Ｄｊを生成して被写体Ｈの体厚を算出しているが、１つの断層像Ｄｊのみを用いて被写体Ｈの体厚を算出してもよい。この場合、１つの断層像Ｄｊから被写体の体厚を楕円柱モデルで近似する等して、投影像Ｐｉの各画素位置における体厚を算出すればよい。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
散乱線成分は被写体の体厚が大きいほど影響が大きくなる。このため、被写体の体厚が大きいほど、繰り返し処理の回数を多くすることにより、断層像からより精度よく散乱線成分を除去することができる。
投影像の撮影時に散乱線を除去するために使用が想定される、仮想的なグリッドの特性である仮想グリッド特性に基づいて、散乱線除去処理を行うことにより、使用が想定されるグリッドを用いた場合と同程度に散乱線が除去された断層像を得ることができる。
１ ＣＴ装置
２ コンピュータ
３ 放射線源
４ 放射線検出器
８ 表示部
９ 入力部
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ ストレージ
３１ 画像取得部
３２ 再構成部
３３ 散乱線除去部
３４ 繰り返し部
５０，５１，５２ 方向
Ｄｊ，Ｄｓｊ，Ｄｆｊ 断層像
Ｐｉ，Ｐｓｉ 投影像

Claims (10)

  1. 放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において、被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を再構成することにより、前記被写体の断層像を生成する再構成手段と、
    前記複数の線源位置に応じた前記被写体の体厚に基づいて、前記被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分を推定し、前記複数の投影像から前記散乱線成分を除去する散乱線除去手段とを備え、
    前記再構成手段は、前記散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成し、
    前記新たな断層像に基づく前記複数の投影像からの前記散乱線成分の除去、および該新たな断層像に基づいて前記散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行うよう、前記再構成手段および前記散乱線除去手段を制御する繰り返し手段をさらに備えたことを特徴とする断層像処理装置。
  2. 前記散乱線除去手段は、前記断層像から前記複数の線源位置に応じた前記被写体の体厚を算出する請求項１記載の断層像処理装置。
  3. 前記散乱線除去手段は、前記断層像における前記被写体の領域に基づいて、前記複数の線源位置に応じた前記被写体の体厚を算出する請求項２記載の断層像処理装置。
  4. 前記繰り返し手段は、前記新たな断層像と該新たな断層像が生成される前に生成された断層像との変化量がしきい値未満となったときに、前記繰り返し処理を終了する請求項１から３のいずれか１項記載の断層像処理装置。
  5. 前記繰り返し手段は、前記繰り返し処理を予め定められた回数行った後に、前記繰り返し処理を終了する請求項１から３のいずれか１項記載の断層像処理装置。
  6. 前記繰り返し手段は、前記予め定められた回数を前記被写体の体厚が大きいほど多くする請求項５記載の断層像処理装置。
  7. 前記再構成手段は、逐次近似再構成法により前記断層像を生成する請求項１から６のいずれか１項記載の断層像処理装置。
  8. 前記散乱線除去手段は、前記投影像の撮影時に前記散乱線成分を除去するために使用が想定される、仮想的なグリッドの特性である仮想グリッド特性に基づいて、前記散乱線除去処理を行う請求項１から７のいずれか１項記載の断層像処理装置。
  9. 放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において、被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を再構成することにより、前記被写体の断層像を生成し、
    前記複数の線源位置に応じた前記被写体の体厚に基づいて、前記被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分を推定し、前記複数の投影像から前記散乱線成分を除去し、
    前記散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成し、
    該新たな断層像に基づく前記複数の投影像からの前記散乱線成分の除去、および該新たな断層像に基づいて前記散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行うことを特徴とする断層像処理方法。
  10. 放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において、被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影像を再構成することにより、前記被写体の断層像を生成する手順と、
    前記複数の線源位置に応じた前記被写体の体厚に基づいて、前記被写体を透過した放射線に含まれる散乱線成分を推定し、前記複数の投影像から前記散乱線成分を除去する手順と、
    前記散乱線成分が除去された投影像を再構成することにより新たな断層像を生成する手順と、
    該新たな断層像に基づく前記複数の投影像からの前記散乱線成分の除去、および該新たな断層像に基づいて前記散乱線成分が除去された複数の投影像を再構成することによる、さらに新たな断層像の生成を繰り返す繰り返し処理を行う手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする断層像処理プログラム。
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