JPS5878649A

JPS5878649A - Ｃｔ画像処理装置

Info

Publication number: JPS5878649A
Application number: JP56175466A
Authority: JP
Inventors: 博幸竹内; 俊二高橋; 渡辺　誠一郎
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1983-05-12
Also published as: JPH0241333B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、第３世代及び第４世代といわれている扇状放
射線コンビ・ユータ断層撮影装置（以下ＣＴ装置という
ンに関Ｌ１特に放射線コンピュータ断層画像処理装置（
以下ＣＴ画像処理装置という）の改良に関するものであ
る。

これまでの第１世代及び第２世代のＣＴ装置がＸ線ビー
ムをビームと直角方向に直線移動して情報を得、さらに
Ｘ線管と検出器を体軸と直角方向に回転させふたたび直
線移動を行って情報を得る方法を採り、直線運動と回転
運動を行なう必要があった。これに対し、第３世代のＣ
Ｔ装置は扇状（ファン状）に照射し、この扇状Ｘ線ビー
ムの各々を同時に検出する多数の検出器を有する構造と
なっていて、このＸ線源と検出器群の対を被検体の囲り
で回転させるだけで、必要な情報を得る方式をとってい
る。この結果、第３世代のＣＴ、装置は、第１，２世代
のＣＴ装置より高速にデータｌ得ることができるように
なった。

ＣＴ両画像再構成する方法として、従来性われている方
法は、いずれも平行なＸ線ビームによるデータを基本隊
位として画像再構成演算を行っている。そのとき、第１
．２世代のＣＴ装置では、実際に検出されたデータは、
平行ビームによるデータであるので、そのデータのまま
直接画像再構成演算を行うことができるが、第３世代の
ＣＴ装置においては、扇状ビームを用いているので、画
像再構成演算の前に扇状Ｘ線ビームによるデータを平行
ビームによるデータに変換する必要があった。この変換
をファン−パラレル（ｆａｎ　−ｐａｒａｌｌｅｌ　）
変換と（・う。このファン−パラレル変換は、扇状ビー
ムによるデータを平行ビームによるデータに並べ替える
ものであり、離散的な扇状ビームによるデータ群から別
の離散的な平行ビームによるデータを作り出す補間演算
（実際には、扇状ビームによるデータが離散的なもので
あるため、近接のデータを用いて補間する）を行うもの
である。

したがって、余分な補間演算を行うことになり、再構成
された画像の精度は、直接平行ビームによるＣＴ装置に
較べ多少劣化する。また、演算処理時間が増加し、特に
高精度のＣＴ装置においては、演算すべき画素数が著し
く増大するため、演算時間の増加が無視できなくなる。

また、ファン−パラレル変換は、かなりのデータの計測
後でな（・と実行できない。即ち、データ取込み順序に
対して順次性がないため、この簀換演算は、通常走査（
スキャン）終了してから開始される。その結果操作者は
、画像が得られるまで演算時間分だけ待たされることに
なる。

近年、前記ファン−パラレル変換を行うことなく画像を
再構成する方法が発表されている。この方法は、下記に
示す式（１）〜（５）を基本としている。

（必要であれば、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　　Ｐａｒｋ　
Ｐｒｅｓｓ発行のＲｅｃｏｎｔｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔ
ｏｍｏｇｒａｐｈｙ　ｉｎ　Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　Ｒ
ｏｄｉ。

−Ｉｏｇｙ　ａｎｄ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍｅｄｉｃｉｎ
ｅを参照）Ｚ、、　、：　ＣＪ（ｉｌＸｊ、　ｌ　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（１）Ｙｌ、ｌ”、ＡＮａｌ＋ｒＺ４，１＋＋＋・＋
＋＋・＋＋＋＋＋＋・・＋＋（２１〜ｆ（ｒ、φ）＝Σｗ、、　ｒ、１１　Ｙ、　＃　Ｋ　□
　、　ｒ、φ）・・・・・・（３）Ｊ＋−１Ｕ　＝（（ｒｃｏ’−（β、−φ））”＋（Ｄ十ｒｓｉ
ｎ（β、−φ））２〕騒ここで、Ｘ　：原プｐジエクシ
ョン・データ・一゛す□ンプルＪ　（ｉ）　：前処理ベクトル（Ｐｒｅｗｅｉｇｈｔｉ
ｎｇ■ｅｃｔｏｒ　）ａｌ、ｉ：コンボリューション・カーネル（Ｃｏｎｖｏ
ｌｕｔｉｏｎ　Ｋｅｒｎｅｌ　）Ｚｊ、ｉ’補正後のプ
ロジェクション・データＹｊｌｌ　：フィルタ補正後のプロジェクション・デー
タであり、式（＋１は前処理（Ｐｒｅｗｅｉｇｈｔｉｎｇ
　）演算、式（２１Ｇ’！７４　ルｌ補正（ｆｉｌｔｒ
ａｔｉｏｎ　）演算、式（３）はノ（ツク・プロジェク
ション（ｂａｃｋ　　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　）演算、
式（４）ハビーム番号算出（ｒａｙ　ｓａｍ　１ｎｄｅ
ｘ　）演算、式（５）はバック・プロジェクションウェ
イト（ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｗｅｉｇｈｔ　
）演算の式である。

そこで、式（２）で得られたＹｊ、ｌの値を使って式（
３）の再構成演算を行うのであるが、ｒ＜ｒｅφ）は最
終表示画面の直交座標上の画素に対応して〜・るためそ
の座標に対応するＹＩｎ’を求めるには、式（４）によ
って計算を繰返す必要がある。この計算は非常に長い演
算時間な蚤するため、いろいろな手段でその高速化の試
みがなされている。

例えば、ＩＥＢ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　Ｂ
ＩＯＭＥＤ−ＩＣＡＬ　　ＥＮＧＩＮ）ＪＧＩＮＧ、Ｖ
ＯＬ　　ＢＭＥ−２８，Ｎｏ。

２、　ＦＥＢＲＵＡＲＹ、　１９８１の第９８頁〜に、
ＢＡＲＲＹＫ、ＧＩＬＢＥＲＴ、５ＵＲＥＮＤＥＲＫ、
ＫＥＮＵＥ、ＲＩＣＨＡＲＤＡ、ＲＯＢＢ、ＡＬＯＹＳ
ＩＵＳ　　ＣＨＵ、ＡＲＮＯＬＤＨ，ＬＥＮＴ。

Ａｎｄ　ＥＡＲＬ　Ｅ、５ＷＡＲＴＺＬＡＮＤＥＲ等に
よって［Ｒ−ａｐｉｄ　　Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ　　ｏｆ
　　Ｆａｎ　　Ｂｅａｍ　　Ｉｍａｇｌ　　Ｒｅｃｏｎ
ｓｔｒ−ｕｃｔｉｏｎ　　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　　Ｕ
ｓｉｎｇ　　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　　Ｃｏｍｐｕｔａ　
ｔｉ−ｏｎａｌ　　Ｔｅｃｈｎｉｇｕｅｓ　　ａｎｄ　
　５ｐｅｃｉａｌ　−Ｐｕｒｐｏｓｅ　　Ｐｒｏｃｅｓ
ｓ−ｏｒｓＪの表題で、前記式（４）を遂次近似法によ
る加算演算のみに置き替える方法が提案されている。

この方法は、すべての演算が加算のみで行われるので演
算の高速化が可能であるが、近似精度を充分に取ろうと
すると、初期値テーブルの容量が増大し、１０６バイト
以上のメモリを必要とする。

さらに、実用上ＣＴ装置で必要な機能とされている部分
拡大を行う場合に任意の出発点から演算することが原理
上不可能であるため、この方法で任意部分拡大を行おう
とすると、時間がかかりすぎるか又は専用の八−ドウエ
アを必要とする欠点がある。

また、他の方法としては、特開昭５５−９９２４０号公
報に記載されるように、前述の式（４）を全データに対
して行うのではなしに、ｌプロジェクション毎に１つの
代表とする直線上にのみ１回づつ座標変換演算を行い、
その直線上に射影されたデータに基づいて他の画素への
寄与を計算する方法がある。

この方法によると、演算時間が短縮されるため、非常に
有用であるが、得られたフィルタ補正後プロジェクショ
ン・データを一担基準の直線上に射影する演算が複雑で
あり、さらに、その結果に基づいて各画素位置への寄与
を演算するという２段構えとなるため、制御の複雑さと
計算精度の点で問題があった。

本発明の目的は、ファン−パラレル変換を行うことなく
、扇状ビームによる投影データから直接画像再構成を行
うことができ、かつ、前記従来方法の欠点を除去したＣ
Ｔ装置のＣＴ画像処理装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するためになされたものであ
り、その特徴は、扇状放射線ビームを使用したＣＴ画像
処理装置において、前記各ビームに対応した角度番号を
ｔａｎ−１で表わしたテーブルを用いて直接画像を再構
成する手段と、前記テーブルのアドレスを所定の規則で
アクセスする手段を備え、扇状放射線ビームによるデー
タを平行状放射線ビームによるデータに並べ替えること
なく直接画像を再構成するようにしたことにある。

以下実施例とともに本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の詳細な説明するための図である。図
において、１はＸ線源であり、検出器群２に向ってＸ線
を照射する。３は被検体なｘｙ平面で画素化したもので
あり、４は被検体３のｙ軸と平行な基準線である。Ｘ線
源１と検出器群２は被検体３の周りを回りながら各プロ
ジェクション・データをとって行くが、そのうちの１つ
のプロジェクションの角度をψで表わすと、被検体３の
左上の画素Ａ点に加算すべきデータは検出器群２のＢ点
により検出される。このような射影位置を表わすために
検出器群２の各検出器に番号を付ける。これをビーム番
号と呼ぶ。このビーム番号は、等角度毎に付けられてい
るので角度θ（θ１．θ２゜θ３・・・・・・）と等価
である。

点Ａを通り基準線４に垂直な直線、即ち、Ｘ軸に平行な
直線５を考えると、基準線４からＡ点までの距離はｍで
表わされる。また、直線５と基準線４の交点とＸ線源１
までの距離をｌとし、直線５の画素位置がＸ軸方向に等
間隔ｄで並んで〜・るとすると、ｔａｎ−Ｉｍ／　’　＝　９’＋００ｔａｎ”　　ｍ＋ｄ／　ｌ　＝９１＋０１ｔａｎ’　　
ｍ＋２ｄｌｌ＝ｃｐ＋０２）・・・・・・・・・・・・
（７）ｚａｍ−’　ｍ＋　ｎｄ／ｌ　：９１＋θ。

式（７）は、画素位置がＸ軸方向に等間隔ｄで並んでい
るため、それぞれ□の画素に対応する角度（ビーム番号
子ψ）を表わしている。

また、ｙ軸方向への移動にしては、下記の式が成立する
。

ｔ　ａｍ−”　　ｍ／　ｌ　＝　（ｐ＋■Ｏｔａｍ−’
　　ｍ／　ｌ　＋ｄ　：９）＋■。

ｔａｍ−鳳　　ｍ／ｌ　＋２ｄ　　＝ｃｐ　＋■２　　
　　　）　　　・・・・・・・・・（８）ｔａｍ−Ｉｍ
／　ｌ　＋ｎ　ｄ　：９＋＋■ｎ前記式（７）、　（８
）において、ｍ７ｔをＰとし、ｄ／１をＤとすると、と書ける。ここで、式（９Ｂ）の、＋。０　を下記のよ
うにテーブル化すると、一ノーーＰ０．　（ｎ＝ｏ　）１＋０・Ｄ１＋１−Ｐ＝Ｐ・（・＝ｌ）式ａ〔のＰ０〜Ｐ０　を式（９Ｂ）のＰに出発点として
代入し、Ｄの間隔でｊａｎ’　のテーブルを参照すれば
、ｘｙ平面上のすべての画素に対して、加算されるべき
ビーム番号が決定できる。

第２図は、前述の本発明の原理を適用した本発明の一実
施例の全体の構成をブロックで示す図である。第２図に
おいて、１Ｇは約４５度の拡がりを有する扇状Ｘ線ビー
ムを発生するＸ線源、１１は被検体、１２はＸ線源１０
と対向して配置された検出器群、１３は対数変換等を行
うプリアンプ、１４はアナログ・デジタル変換器、１５
はデータメモリ、１６はフィルタレ−ジョン演算部、１
Ｔは検出器と検出器の間にビーム番号が選択された場合
にデータを補間する補間演算部、１８はプロジェクショ
ン角度補正部、１９は前記式（９Ａ）。

（９Ｂ・）に所定の値を代入したｔａｎ−’　の計算が
なされて得られた（ψ＋θｎ）及び（ψ＋■ｎ）の値か
らなる角度番号テーブル、２０は角度番号テーブル１９
のアドレスをアクセスするアドレス演算部、２１は角度
番号テーブルの出発点移動素テーブル、２２は画像再構
成演算部、２３は表示装置、２４はデータメモリ１５．
フィルタレ−ジョン演算部１６、補間演算部、アドレス
演算部２０２画像再構成演算部２３及び表示装置２３を
制御する制御部である。

第３図は、第２図の座標変換部、補間演算部及び画像再
構成演算部の詳細な構成を示す図であり、第２図と同一
のものは同一記号を付けである。

第３図において、プロジェクション角度補正部１８は、
出発点移動素テーブル２１の一部であるψテーブル２１
Ａからのψ信号を読み出すレジスタ１８Ａと減算器１８
Ｂからなっている。

出発点移動素テーブル２１は、プロジェクションの角度
ψを表わすψテーブル２１Ａと、画素のＸ軸方向の移動
素を表わすＤテーブル２１Ｂと、画素のｙ軸方向の出発
点位置を表わすＰテーブル２１Ｃからなっており、Ｐ及
びＤの値をテーブル化したもので、それぞれ、全プｐジ
ェクション数／４とｙ軸方向の画素分割数を乗算した容
量が必要である。例えば約１００にバイト程度の低速メ
モリを使用する。アドレス演算部２ｏは、出発点移動素
テーブル２１のＤテーブル２１Ｂのデータを読出すＤレ
ジスタ２０Ａ、Ｐテーブル２１Ｃのデータを読み出すＰ
レジスタ２０Ｂ、Ｄレジスタ２０Ａ及びＰレジスタ２０
Ｂの出力を加算する加算器２０Ｃからなっており、この
加算器２０Ｃの出力、例えばＰテーブルのＰ。ＫＤレジ
スタ２０Ａの値が加算された値は、Ｐレジスタ２０Ｂに
戻され、それがＰＩとなるようになっている。Ｐレジス
タ２０Ｂの出力Ｐ１によって角度番号テーブル１９のア
ドレスをアクセスする。最初は、そのままＰの初期値Ｐ
。により角度番号テーブルを参照する。また、画像再構
成演算部２２は、従来のものと同じであり、乗算器２２
Ａ、加算器２２Ｂ。

及び画像メモ！、１２２Ｃからなっている。

次に、本実施例の動作を説明する。

第２図において、Ｘ線源１０から被検体１１に向けて扇
状ビームを照射すると、被検体１１を透過したＸ線は、
検出器群１２に入射し、電気信号に変換される。この電
気信号は、プリアンプ１３に送られ、対数圧縮された後
アナログ・デジタル変換部１４でデジタル信号に変換さ
れる。このデジタル信号は、ｌプロジェクション毎にデ
ータメモリ１５に格納される。この格納されたデータは
、順次、制御部２４からの起動により読出されて、それ
ぞれのプロジェクション毎に一次元フイルタ一方、出発
点移動素テーブル２１は、アドレス演算部２０の起動に
より各行毎に１回づつＤテーブル２１Ｂの値及びＰテー
ブル２１Ｃの値が読出され、それぞれアドレス演算部２
０のＤレジスタ２０Ａ及びＰレジスタ２０Ｂに書込まれ
る。最初はそのままＰの初期値Ｐｏにより角度番号テー
ブル１９を参照する。次にＤレジスタ２０Ａの値が加算
器２０ＣによってＰ、に加算され、Ｐレジスタ２０Ｂに
戻され、それがＰＩとなる。このように順次加算動作の
みで座標の設定が行われ、次々に、アドレス演算部２０
で角度番号テーブル１９の所定アドレスをアクセスして
所定の角度番号を出力する。角度番号テープ・ル１９が
ら出力される数値は、第１図における基準線４を基準と
して付けられている番号であるので、これをビーム番号
に変換するため、出発点移動素テーブル２１のψテーブ
ル２１Ａからプロジェクション角度ψをプロジェクショ
ン角度補正部１８のψレジスタ１８Ａに読出して書込み
、このプロジェクション角度ψを減算器１８Ｂで前記角
度番号テーブル１９からの出力数値から差引いてビーム
番号を得る。このビーム番号は補間演算部１７に送られ
る。補間演算部１１では、ｘｙ平面で構成されている画
像再構成演算部２２の画像メモＩＪ　２２　Ｃり各画素
位置に対ルしたデータの選択又は補間演算が行われる。

ここで、画像メモリ２２Ｃのｘｙ座標における各画素位
置に対応する検出器番号、即ちビーム番号をテーブル化
した角度番号テーブル１９によりビーム番号が選択され
るが、このビーム番号は実際の検出器数より多く、又細
かくとられており、′：１実際の検出器番号と一致することはまれであり、検出器
と検出器の間にビーム番号が選択される場合が多い。こ
のような場合には、補間演算部１７において補間される
。

この補間演算は、ビーム番号が選択された後に行っても
良いし、またあらかじめ必要な細かさ分の補間な行った
データを用意しておいても良い。

このようにして座標変換されたデータは、ｘｙ平面で構
成される画像メモ！＋２２０に、乗算器２２Ａ及び加算
器２２Ｂを通して累積加算され、再構成された画像がフ
ァン−パラレル変換することなく直接得られる。

前記乗算器２２人は、パンクプμジェクション時に必要
な重みＷ、、、、、を乗算するものであり、重みＷｊ、
、、、で補正されたデータは加算器２２Ｂより画像メモ
！Ｊ２２Ｃに足し込む操作を繰り返す。このようにして
すべてのプロジェクシロンによるデータについてバック
プロジェクション演算が完了すると画像メモ！Ｊ　２２
’、Ｃ上にＣＴ断層像が再生される。　　　　　　　　
ｊ′ 再構成された画像は、随時必要に応じて画像メモリ２２
Ｃからデータを読出して表示装置２３のディスプレイ（
ＣＲＴ）上に表示される。また、表示装置２３において
、必要に応じて画像処理が施される。

以上説明した如く、本発明によれば、ビーム番号及ｉ出
発点移動素をテーブル化したので、処理時間が短縮でき
、かつ、ハードウェアの簡略化が達成できる。また、こ
れらのテーブルはｌ：ｌに対応したテーブルを用いても
良いし、精度を損なわない程度の折れ線近似や高次多項
式を用いた演算器で代用しても良いことはもちろんであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための図、第２図は
、本発明の一実施例の構成をブロックで示す図、第３図
は、第２図の一部の詳細な構成をブロックで示す図であ
る０１０・・・Ｘ線源　　　　１１・・・被検体１２・・・
検出器　　　　１３・・・プリアンプ１４・・・アナロ
グ・デジタル変換器１５・・・データメモリ１６・・・フィルタレ−ジョン演算部１７・・・補間演算部１８・・・プロジェクション角度補正部１９・・・角度
番号テーブル２０・・・アドレス演算部２１・・・出発点移動素テーブル２２・・・画像再構成演算部　　２３・・・表示装置２
４・・・制御部代理人　弁理士　　秋　１）収　喜

Claims

【特許請求の範囲】

扇状放射線ビームを使用したＣＴ画像処理装置において
、前記各ビームに対応した角度番号’ｋ　ｔａｎ−’で
表わしたテーブルを用いて直接画像を再構成する手段と
、前記テーブルのアドレスを所定の規則でアクセスする
手段を備え、扇状放射線ビームによるデータを平行状放
射線ビームによるデータに並べ替えることなく直接画像
を再構成するようにしたことを特徴とするＣＴ画像処理
装置。