JPWO2014156611A1 - 画像処理装置、放射線撮影装置および画像処理方法 - Google Patents

画像処理装置、放射線撮影装置および画像処理方法 Download PDF

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Abstract

検査対象を透過した放射線を検出する検出器からの出力データを用いて画像を作成する画像処理装置または放射線撮影装置おいて、検出器の欠陥素子の出力値を推定する際に、推定出力値と本来の出力値とのずれに起因するアーチファクトを低減する。欠陥素子の出力のみを補正するのではなく、欠陥素子の補正に用いた周囲の正常素子の出力をぼかし処理によって補正する。さらに周囲の正常素子のぼかし処理の有無やぼかし処理の程度を、装置条件や撮影条件などの条件によって調整する。

Description

本発明は、X線CT装置などの放射線撮影装置で撮影された画像を処理する画像処理装置および方法に関する。
医療分野や非破壊検査の分野では、放射線源と、放射線を検出する検出素子を多数配列した検出器とを、検査対象を挟んで対向配置し、検査対象を透過した放射線を検出器で検出することにより、検査対象の画像を作成する放射線撮影装置が広く用いられている。特に医療分野では、放射線源と検出器とを、検査対象の周囲で回転させて、回転の種々の角度で撮影された投影データを用いて検査対象の断層像を得る放射線撮影装置が利用されており、その代表的なものとしてX線CT装置がある。このような放射線撮影装置では、回転軸方向へのX線検出器の多段化が進み、これにより1回転で広い範囲を撮影できるようになり、撮影時間の短縮が可能となっている。
一方、検出器の多段化により、検出素子数が急激に増加するにつれて、故障した検出素子(以降、欠陥素子と記す)が生じる可能性が高まっている。欠陥素子は、光を電気信号に変えるフォトダイオードや読み出し回路の故障や製造不良などで生じ、装置の作製直後から存在する場合や、装置の使用に伴って生じる場合がある。欠陥素子が生じた検出器をそのままCT装置で使用すると再構成像中にアーチファクトが生じ、診断の妨げになり、問題となる。
欠陥素子の影響を取り除く確実な方法は、欠陥素子やそれを含む検出器を新しいものに交換することである。しかし新規の検出器を用意するために費用を要する他に、交換作業や発生前からの交換用検出器の準備など、多くの費用、工数、時間を必要とする。また対応に時間がかかるため、臨床現場で欠陥素子が生じたときは、装置のデッドタイムが生じてしまう。
別の方法として画像補正がある。これは例えば特許文献1に記載されているように、取得画像に対して、周辺の正常素子の平均値を欠陥素子の補正値とするような方法であり、容易で安価に早急に対応でき、有効である。特に臨床現場で欠陥素子が生じたときに、装置のデッドタイムを最小限に抑えることができ、有効である。
特開2000-79109号公報
しかし、欠陥素子の補正の精度は、撮影部位や装置等の条件による影響を受け、補正値と本来の出力値(つまり欠陥素子が正常であった場合の出力値)とが大きくずれを生じる場合がある。このようなずれは、各検出素子の出力値から構成される投影データの画像を劣化させるとともに、X線CT装置等のように各角度の投影データを用いて再構成した断層像にアーチファクトを生じる原因となる。
また、X線源である焦点の大きさが比較的大きい場合には、検査対象の所定の部分を通過する放射線の広がりが大きいため、その放射線が本来入射すべき検出素子(欠陥素子)の周囲にある検出素子にも入る。このため、これら周囲の検出素子の出力値を平均化した値には、補正対象である欠陥素子に本来入射すべき放射線の情報が含まれているので、補正値としての精度は高い。逆に言えば、焦点の大きさが小さくなると補正の精度が下がる。
本発明は、従来の手法では解決できない欠陥素子に起因する画像の劣化やアーチファクトを見え難くすることを課題とする。
本発明は、欠陥素子の出力のみを補正するのではなく、欠陥素子の補正に用いた周囲の正常素子の出力をぼかし処理によって補正することによって、上記課題を達成する。
具体的には、本発明の画像処理装置は、複数の検出素子を配列してなる検出器の、各検出素子の出力値からなる投影データを用いて画像を作成する画像作成部と、前記検出器に含まれる欠陥素子による前記投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備え、前記データ補正部は、前記欠陥素子の出力値を推定する推定部と、前記欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、前記欠陥素子については前記推定出力値を出力値とし、前記検出素子についてはぼかし処理後の出力値を出力値とする補正を行い、前記画像作成部は、前記データ補正部によって補正された投影データを用いて前記画像の作成を行う。
本発明によれば、各検出素子の出力値で構成される検出器のデータにおいて欠陥素子の出力値ずれは見え難くなる。同様に再構成像でも、欠陥素子の出力値ずれによって生じるアーチファクトはぼかされ、見え難くすることができる。
本発明が適用されるX線CT装置の概略図 X線検出器の構成例を示す図 補正処理の手順を示すフロー図 欠陥素子マップの一例を示す図 欠陥素子と補正に用いる周囲の素子との関係を示す図 欠陥素子補正の一実施例を説明する図 欠陥素子補正の他の実施例を説明する図 再構成像に現れた欠陥素子補正の効果を示す図で、(a)はぼかし処理を行わない場合の画像、(b)はぼかし処理を行った場合の画像を示す。 異なるビューの出力値を用いた欠陥素子補正の一実施例を示す図 第二実施形態の欠陥素子補正の手順を示すフロー図 焦点サイズとぼかし処理との関係を説明する図 推定出力値のずれ量とその算出方法を説明する図 第三実施形態におけるぼかし処理の手順を示すフロー図 再構成像に現れたぼかし量制限の効果を示す図で、(a)はぼかし量制限を行わない場合の画像、(b)はぼかし量制限を行った場合の画像を示す。 画像処理装置の機能ブロック図の一例を示す図
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態の放射線撮影装置は、放射線源と、当該放射線源に対向配置され、複数の検出素子を配列してなる検出器と、検出器の各検出素子の出力値からなる投影データを用いて検査対象の画像を作成する画像作成部と、前記検出器に含まれる欠陥素子による前記投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備える。
データ補正部は、前記検出器に含まれる欠陥素子の出力値を推定する推定部と、前記欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子に隣接する検出素子である第一隣接素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、前記欠陥素子及び前記第1隣接素子については推定出力値及びぼかし処理後の出力値をそれぞれ補正後の出力値とする。画像作成部は、前記データ補正部で補正された投影データを用いて前記画像の作成を行う。
本実施形態の放射線撮影装置の一つの態様では、さらに、前記放射線源及び前記検出器を検査対象の周囲で回転させる回転板を備え、前記各検出素子の出力値からなる投影データは、前記検出器の回転方向の位置が異なる複数の投影データを含む。前記画像作成部は、前記検出器に含まれる欠陥素子によって生じる前記投影データの欠損を補正するデータ補正部と、補正後の投影データを用いて前記画像を再構成する再構成部とを備え、データ補正部は、上述した推定部とぼかし処理部を含み、欠陥素子及び第1隣接素子については推定出力値及びぼかし処理後の補正出力値をそれぞれ補正後の出力値とする。
以下、X線CT装置に適用した本発明の実施の形態について、図を参照して詳述する。
図1は、本発明が適用されるX線CT装置の概略図、図2はX線検出器の構成例を示す図である。
図1を用いて、本実施形態のX線CT装置100の概略を説明する。本実施形態のX線CT装置は、主として、X線源107、X線コリメータ116、X線検出器104、信号収集部118、中央処理装置105、表示部106、入力部119、制御部117、記憶部109、ガントリー回転部101、寝台天板103から構成される。X線検出器104は、X線源107を略中心とした円弧状に複数配置されており、X線源107と共にガントリー回転部101に搭載されている。
また図1では図示を省略したが、X線検出器104の前面にはX線グリッドが設置されており、X線源107から照射されたX線のうち、被写体102などで散乱されたX線が、X線検出器104に入射するのを防ぐ。
X線検出器104は、X線を光に変換するシンチレータと、シンチレータからの光を電荷に変換するフォトダイオードとからなるX線検出素子が、図2に示すように、チャネル方向とスライス方向に2次元的に配置された構造を成し、入射したX線に応じた電荷量を得ることができる。X線検出器104は、X線検出素子のチャネル方向がX線検出器104の回転方向(図1の矢印A)と一致し、スライス方向が回転軸方向(図2のB)と一致するように配置されている。なお図1では、説明を簡単にするために、チャネル方向のX線素子が8個の場合が示されており、また図2ではX線検出器104が3個のみ示されているが、実際の装置では、例えば40個程度である。
次にこのX線CT装置を用いた、再構成像を取得する撮影方法(以降、実撮影と記す)と、画像処理の方法について説明する。まず入力部119から実撮影の開始を入力すると、X線源107の焦点からX線が照射される。X線は、X線コリメータ116によって照射野が限定されて、寝台天板103に載った被写体102に向けて照射され、被写体102を透過したX線はX線検出器104にて検出される。
この撮影を、ガントリー回転部101を回転方向Aに回転させることで、被写体102に対するX線の照射角度を変化させながら繰り返し行い、360度分の投影データを取得する。以降、この投影データを取得する照射角度をビュー角度と呼ぶ。撮影は、例えば0.4度ごとに複数ビューの間、行う。
このようにして得た電荷量を、信号収集部118にて収集してデジタル信号に変換し、ローデータを作成する。次にローデータに対して、中央処理装置105にて補正処理を行い、投影データを作成する。次に再構成を行い、被写体102のX線吸収係数分布の再構成像を作成する。結果を表示部106で表示する。
次に、中央処理装置105で行われる補正処理の詳細を、図3のフローを用いて説明する。補正処理では、例えば、X線検出器104のゼロレベルを修正するオフセット補正S300、X線検出器104の感度分布や、X線の照射分布を補正するエア補正S320、欠陥素子の出力値を推定する欠陥素子補正S330を行う。ここで図3の補正処理は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、これらの補正順序が異なる場合や、他の補正が加わる場合、また欠陥素子補正S330を除く補正が無い場合なども有り得る。
まず中央処理装置105は、信号収集部118から受け取ったローデータ143に対して、まずオフセット補正S300を行う。この補正は、例えば、本撮影の事前に作成して記憶手段109に保存しておいたオフセットデータ140を、ローデータから差分することで実現する。オフセットデータ140はゼロレベルのデータであり、例えば、X線を照射せずにローデータを取得し、それをビューに対して加算平均処理を行って作成する。
次にLOG変換S310を行う。LOG変換は、変換前の値X、変換後の値Yとすると、例えば、式(1)のような変換である。ここでa、bは定数の係数である。
Figure 2014156611
次にエア補正S320を行う。この補正は、例えば、本撮影の事前に作成して記憶手段109に保存しておいた感度・X線分布データ141を、LOG変換S310後のローデータから差分することで実現する。感度・X線分布データ141は、例えば被写体102を設けずに、X線源107の焦点からX線を照射してローデータを取得し、それに対してオフセット補正S300、ビューに対する加算平均処理、LOG変換を行うことで作成する。
次に欠陥素子補正S330を行う。この補正S330は、検出器に欠陥素子が含まれることによって再構成像中にアーチファクトが生じることを防ぐために行うものであり、欠陥素子の出力値を推定する欠陥素子出力推定処理(以下、推定処理ともいう)S331と、欠陥素子の周辺の正常素子の出力を変更するぼかし処理S332とを含む。補正S300〜S330は、中央処理装置105が、コンピュータのハードディスクやメディアなどにプログラムとして保存されて実現されても構わないし、電気回路によって実現されていても構わない。補正処理を行う中央処理装置105や電気回路の部分を、本明細書では、データ補正部、欠陥素子出力推定処理部(推定部)、ぼかし処理部と言う。
以上のように処理を行って投影データ144を得た後、再構成処理S340を行って再構成像145を作成する。最後に再構成像145を、表示部106にて表示する。
本実施形態のX線CT装置は、上述した補正処理のうち、X線検出器104に含まれる欠陥素子に起因する欠陥素子補正に特徴があり、欠陥素子出力推定処理の手法およびぼかし処理の手法として、種々の手法がある。以下、代表的な欠陥素子補正の実施形態を詳述する。
＜第一実施形態＞
本実施形態では、推定処理では、前記欠陥素子の周囲に位置する第1隣接素子の出力値を用いて、当該欠陥素子の推定出力値を算出し、ぼかし処理では、欠陥素子について推定された推定出力値と、第1隣接素子の周囲に位置する、欠陥素子以外の第2隣接素子の出力値との少なくとも一方を用いてぼかし量を算出し、第1隣接素子の出力値に前記ぼかし量を加算してぼかし処理を行う。より具体的には、欠陥素子について推定された推定出力値に対し第1のぼかし率をかけた値と、前記第1隣接素子の出力値と、前記第1隣接素子に隣接し、前記欠陥素子以外の第2隣接素子に第2のぼかし率をかけた値と、を用いてぼかし処理を行う。
＜＜欠陥素子出力推定処理＞＞
まず、欠陥素子出力推定処理S331では、図3に示すように、記憶部109に記憶された欠陥素子マップ142の欠陥素子情報を取得し、マップに登録された位置の素子に対し推定処理を行う。図4に欠陥素子マップ142の一例を示す。図中、0が正常素子を、1が欠陥素子を、それぞれ表す。図4では、チャネル方向Aに8個、スライス方向Bに8個の素子が2次元的に存在し、4チャネル3スライス目の位置に欠陥素子がある場合を示すが、この素子数、欠陥素子の位置、欠陥素子マップは一例であり、本発明を限定するものではない。
この欠陥素子マップ142は、撮影の事前に作成され、記憶部109に記憶される。作成のためには、例えば被写体を設けずにX線を照射した画像と照射しない場合の画像とを得、その出力の変化量が、全素子の平均の変化量よりも著しく大きいものや小さいものを欠陥素子とする。ただしこの欠陥素子の決定方法は一例であり、本発明を限定するものではない。
次に、欠陥素子の推定出力値を、例えば欠陥素子の周囲の正常素子(欠陥素子以外の素子)の出力値を用いて算出する。まず欠陥素子が端部チャネルではない場合を説明する。
この欠陥素子がチャネル方向でm番目、スライスでn番目にあるとする。ここでmは2以上の整数、nは自然数である。図5に、欠陥素子S(m,n)を中心に置いた5×5の検出素子の配列を示す。この欠陥素子S(m,n)の周囲には、8個の素子が存在し、推定処理はこれら8個の素子(正常素子)のいずれか少なくも一つの出力値を用いて行うことができる。
例えば、チャネル方向あるいはスライス方向の両側に隣接する2つの正常素子、ななめ方向の両側に隣接する2つの正常素子、あるいはその組み合わせである。以下では、一例としてチャネル方向に隣接する2つの正常素子S(m＋1,n)とS(m−1,n)の出力値を用いて、欠陥素子S(m,n)の出力値を推定する場合を説明する。図6に処理の概要を示す。図6では、欠陥素子S(m,n)をS3として表し、チャネル方向に隣接する2つの素子S(m＋1,n)、S(m−1,n)をS2、S4として表している。
欠陥素子S3に隣接する素子S2とS4の出力値をそれぞれP(m−1,n)とP(m＋1,n)とすると、欠陥素子S3の推定出力値Q(m,n)は式(2)により推定することができる。
Figure 2014156611
推定処理S331では、この推定出力値Q(m,n)を欠陥素子S3の出力値とする。なお式(2)は線形補間により推定出力値を算出しているが、推定出力値の算出は線形補間だけでなく、多項式などのさまざまな非線形補間や、隣接素子を用いて関数フィッティングによって決定した関数を用いて算出しても良い。
欠陥素子が端部チャネル(1チャネル目またはMチャネル目、ここではMを総チャネル数とする)であって、一方の隣接素子が存在しない場合には、チャネル方向に隣接する一つの素子の出力値から、あるいは欠陥素子に隣接する素子およびそれに隣接する素子の出力値から外挿しても算出することができる。あるいは、チャネル方向に隣接する素子の代わりに、スライス方向に隣接する素子S(M,n＋1)、S(M,n−1)の出力値を用いてもよいし、チャネル方向に隣接する素子とスライス方向に隣接する素子の出力値を用いてもよい。
欠陥素子に隣接する素子が欠陥素子の場合にも、欠陥素子が検出器端部にある場合と同様に、周囲にある正常な素子の出力値を単独あるいは組み合わせて用いて、推定処理を行うことができる。
＜＜ぼかし処理＞＞
次にぼかし処理S332は、上述した推定処理S331によって推定された欠陥素子の推定出力値とその真の出力値(欠陥がなければ得られた出力値)とのずれに起因する画像の劣化を補正するための処理であり、推定処理された欠陥素子に隣接する素子(以降、第1隣接素子と記す)に対して行う。ぼかし処理の対象となる第1隣接素子は、再構成処理にて、欠陥素子と同一の再構成像を形成する素子であり、例えば欠陥素子とチャネル方向に隣接する素子である。以下の説明では、一例として、推定処理と同様に図6に示すチャネル方向に隣接する素子S2とS4を対象とする場合を説明する。
本実施形態では、第1隣接素子S2の出力値P2と、第1隣接素子S2に隣接する素子S1(以降、第2隣接素子と記す)の出力値P1と、推定処理S331後の欠陥素子S3の推定出力値Q3を用いて第1隣接素子S2のぼかし処理後の出力値(補正出力値)を決定する。同様に第1隣接素子S4の出力値P4と、第1隣接素子S4に隣接する第2隣接素子S5の出力値P5と、推定処理S331後の欠陥素子S3の推定出力値Q3を用いて第1隣接素子のぼかし処理後の出力値(補正出力値)Q4を決定する。ここで推定処理S331の対象である欠陥素子S3は第1隣接素子S2、S4と隣接するが、第2隣接素子S1、S5と分けて表現するため、「第2隣接素子」には含めないことにする。
第1隣接素子が端部チャネルにない場合は、2つの第1隣接素子S2、S4の補正出力値Q(m−1,n)とQ(m＋1,n)は、ぼかし率をαとすると、例えば式(3)の演算にて算出できる。
Figure 2014156611
式(3)においてi＝±1は、1と−1の両方の場合で適用されることを意味する。以下の説明でも同じである。
ぼかし率αは、欠陥素子の推定出力値と真の値とのずれを考慮して決定することができる。上述の通り、ぼかし処理は、欠陥素子の推定出力値がずれ(誤差)を有する場合、ずれに起因して生じるアーチファクトを、欠陥素子周辺を局所的に若干ぼかすことで、アーチファクトを目立たなくする処理である。ぼかし率αが大きいほど、アーチファクトの視認性を低減できるが、ぼかし率αを大きくしすぎると、ぼかし処理S332によって新たなアーチファクトを生じる。このため、例えば事前にファントムなどの被写体を撮影し、ぼかし率αを変えて欠陥素子出力推定処理S331とぼかし処理S332を適用し、アーチファクト量を評価して、最適なぼかし率αを実撮影の事前に決定しておく。
欠陥素子に隣接する第1隣接素子がチャネル方向の端部に位置する場合には、第1隣接素子の出力値と欠陥素子の推定出力値から、ぼかし処理後の補正出力値を求めてもよい。
例えば、第1隣接素子のある(m＋j)チャネル(j＝1または−1)が端部チャネルの場合、式(4)のように、端部チャネルの第1隣接素子の補正出力値Q(m＋j,n)を求める。
Figure 2014156611
さら図7に示すように、第2隣接素子も欠陥素子(欠陥素子2)の場合、式(3)の第2隣接素子の出力値P(m＋2i,n)に代わり、欠陥素子出力推定処理S331にて求めた第2隣接素子の推定値Q(m＋2i,n)を用いても良い。図7に示す例では、欠陥素子S3に隣接する第1隣接素子S4の補正出力値を算出するために、第1隣接素子S4の出力値P4と、欠陥素子S3の推定出力値Q3と、欠陥素子S5の推定出力値Q5を用いている。このように欠陥素子が複数ある場合、全ての欠陥素子に欠陥素子出力推定処理S331を行った後にぼかし処理S332を行うことで第2隣接素子が欠陥素子であっても、ぼかし処理S332を実現することができる。
なお、式(3)では、第1隣接素子の補正出力値Q(m＋I,n)を、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)と第1隣接素子の出力値P(m＋i,n)と第2隣接素子の出力値P(m＋2i,n)から算出したが、これは一例であり、例えば、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)と第2隣接素子の出力値P(m＋2i,n)の一方は用いずにぼかし処理S332を行ってもよい。また他の素子の出力を用いてぼかし処理を行うことも可能である。
また上記ぼかし処理では、式(3)、(4)の加重加算を用いて、第1隣接素子の補正出力値を算出したが、ぼかし処理に用いる関数はこれに限らず、種々の関数を用いることができる。このとき関数をfとして一般化すると、第1隣接素子の補正出力値Q(m＋i,n)は、式(5)で表すことができる。
Figure 2014156611
以上説明した欠陥素子補正S330(出力推定処理S331とぼかし処理S332)までの補正を行った後、欠陥素子補正S330で推定、補正の対象とした素子では推定出力値あるいは補正出力値を画素値として、それ以外の素子では出力値を画素値とし、図3に示すように、投影データ144として保存する(図3参照)。X線CT装置では、ビュー角度の異なる複数の投影データが得られるので、これら複数の投影データに対し、上述した欠陥素子補正S330を行う。次に、補正後の投影データに対してコンボリューション等の再構成演算S340を行い、被写体102の再構成像145を作成し、表示部106にて表示する。
本実施形態によれば、欠陥素子の周囲に位置する第一隣接素子に対し、ぼかし処理S332を行うことにより、欠陥素子の推定出力値がずれ(誤差)を有してアーチファクトを生じる場合、その周辺も局所的に若干ぼかし、アーチファクトを目立たなくすることができる。一例として図8に、式(2)の欠陥素子出力推定処理の後、式(3)のぼかし処理を行わなかった場合(a)とぼかし処理(ぼかし率α：0.5)行った場合(b)の頭部ファントムの再構成像146、147を示す。これらの画像は、欠陥素子の無いX線検出器104で撮影して得たローデータ143に対して、欠陥素子を擬似的に発生させ、ぼかし処理S332の有無を変えて作成した画像である。画像146中の矢印で示すアーチファクトが画像147では低減していることが分かり、ぼかし処理S332の効果が見て取れる。
このように本実施形態によれば、欠陥素子がある場合でも、欠陥素子によるアーチファクトのない再構成像145を、またはアーチファクトを抑えた再構成像145を得ることができる。
以上、欠陥素子の出力推定処理と、その周囲の正常素子の出力に対するぼかし処理を中心に第一実施形態を説明したが、出力推定処理やぼかし処理の具体的な内容は種々の変更を加えることが可能であり、またその順序等についても適宜変更が可能である。以下、第一実施形態の変更例を説明する。
＜第一実施形態の変更例＞
＜＜欠陥素子出力推定処理の変更例＞＞
第一実施形態では、チャネル方向に対して隣接する素子の出力値を用いて、推定出力値を求めたが、隣接素子のみでなく、欠陥素子から1つ以上素子を挟んだ位置の素子の出力を用いても良い。特に隣接素子も欠陥素子である場合や2つ以上の欠陥素子が隣接して存在する場合などで、このような素子の選択が有用である。また、用いる素子は、欠陥素子の位置やその他の要因に応じて、補間の方法や推定に使用する素子を変更しても良い。
第一実施形態では、推定処理の対象である欠陥素子と、推定処理に用いる隣接素子の出力値とが同一ビューの出力値である場合を説明したが、異なるビューの出力値を用いて推定処理を行うことも可能である。例えば、同じビュー角度であっても異なる回転周期のときに取得した投影データや、ビュー角度の異なるデータの1つ以上の出力値を用いることができる。図9に角度の異なるデータを用いる一例を示す。なお、図9では素子の位置を図5とは異なる形式、S(チャネル、ビュー)で示している。
この例では、対象となるビュー(角度v1のビュー)の欠陥素子S(m,v1)の推定出力値を、それより前に取得した過去のビュー(角度v0のビュー)の第1隣接素子の出力値、あるいは、それより後に取得した未来のビュー(角度v2のビュー)の第1隣接素子の出力値、を用いて求めている。この場合、同一スライスの出力値を用いているが、異なるスライスの出力値を用いても良い。更に複数の出力値を用いるとき、異なるビューの出力値を用いても良い。ただし、異なるビューを用いる場合、ビュー角度差は5度程度までとすることが好ましい。
＜＜ぼかし処理の変更例1＞＞
第一実施形態では、ぼかし処理S332として、式(3)に示したように、両側の隣接素子からのぼかし率αを同じにして、信号の加算を行う場合を示したが、ぼかし率を異ならせてもよい。例えば、第2隣接素子の出力値のぼかし率をα1、欠陥素子の出力値のぼかし率をα2(α1≠α2)として、式(6)により第1隣接素子の出力値を算出してもよい。
Figure 2014156611
＜＜ぼかし処理の変更例2＞＞
各欠陥素子について一定のぼかし率で信号の加算を行うのではなく、欠陥素子の位置や出力値等に応じて変更してもよい。ぼかし率を欠陥素子の位置によって変更する例として、回転中心からの距離に応じてぼかし率を変更する。具体的には、回転中心に近い素子では遠い素子よりも小さな誤差でアーチファクトを生じるので、素子が回転中心に近いほどぼかし率を大きくし、回転中心から遠いほどぼかし率を小さくする。
またぼかし率を、欠陥素子の補正値、第1隣接素子の出力値、更に第1隣接素子の周辺素子などの出力値や補正値や、それら出力値や補正値のビュー方向への変化量、チャネルやスライス方向への変化量などによって変更してもよい。ここで変化量の一例は、雑音やSNRである。これにより、再構成像の出力レベルや雑音レベルなどに応じて変化するアーチファクトの視認性に合わせて、または被写体の構造に合わせて、ぼかし率を設けることができる。このようにぼかし率を調整とすることで、不要なぼかしを抑え、十分なアーチファクトの低減を行うことが可能となる。
＜＜ぼかし処理の変更例3＞＞
第一実施形態では、ぼかし処理S332にて、第1隣接素子の補正出力値を、同じビューにおける欠陥素子の推定出力値と第1隣接素子の出力値と第2隣接素子の出力値から算出したが、図9を用いた推定処理の変更例から類推できるように、ぼかし処理についても異なるビューの出力値や推定値を用いることも可能である。例えば、所定のビューの投影データにおける第1隣接素子の補正出力値を、そのビューより前に取得されたビュー(過去のビュー)やそれより後に取得されたビューの投影データについて算出した、同じ欠陥素子の推定出力値、第1隣接素子の出力値、第2隣接素子の出力値を用いても良い。
更に現在、過去、未来の複数の出力値や推定値を用いる場合や、異なるビューの複数の出力値や推定値を用いる場合なども有り得る。ただし、用いるビュー間の角度差は数度以内であることが好ましい。
＜＜その他の変更例＞＞
第一実施形態では、LOG変換後の値に対してぼかし処理を行っているが、LOG変換の逆変換を行った後に加算処理を行い、再度LOG変換を行っても良い。
また、図3に示すように、欠陥素子補正S330をエア補正S320の後に行ったが、例えばオフセット補正S300の前、オフセット補正S300とLOG変換S310の間、LOG変換S311とエア補正S320の間、などで行っても構わない。更に欠陥素子補正S330以外に、図3の幾つかの処理がない場合や、図3に更に別の処理が付加されるなどの場合においても、再構成処理S340の前であれば、如何なる処理の順序で行われても構わない。
以上、説明した第一実施形態の変更例は、技術的な矛盾がない限り、互いに適宜組み合わせることが可能である。また後述する他の実施形態にも適用することができる。
＜第二実施形態＞
本実施形態は、ぼかし処理の制御部を設けたことが特徴である。すなわち、本実施形態では中央処理装置105は、ぼかし処理部によるぼかし量またはぼかし率を制御する補正制御部を備える。補正制御部は、検出器における欠陥素子の位置、検出器に放射線を照射する放射線焦点の大きさ、及び、検出器の出力ノイズ比(SNR)等の条件に応じて、ぼかし量またはぼかし率を制御する。
すなわち、第二実施形態では、欠陥素子に隣接する第1隣接素子について一様にぼかし処理を行うのではなく、装置等の条件やその他の要因に応じて、ぼかし処理の有無、ぼかしの程度を変化させることが特徴である。以下、典型的な要因である焦点サイズに応じたぼかし処理の制御について説明する。その他の処理は、上述した第一実施形態およびその変更例と同様であるので重複する説明は省略し、図3に示したぼかし処理S332の内容を中心に、図10を参照して詳述する。図10は、第二実施形態の欠陥素子補正S330の処理を示すフローである。
まず欠陥素子出力推定処理S331を行う。この処理は、第一実施形態の推定処理と同様であり、欠陥素子マップから得た欠陥素子の位置(画素)の出力値を、その位置に対しチャネル方向、スライス方向、或いはななめ方向に隣接する正常素子の出力値、或いはこれら正常素子の出力値の組み合わせを用いて推定する。推定方法は、式(2)に示すような線形補間でもよいし、その他の関数を用いた推定でもよい。
次に、焦点サイズに応じてぼかし処理を行うか否かを判断し(第1判断ステップS333)、ぼかし処理を行う場合は第2判断ステップS335へ進み、ぼかし処理を行わない場合は処理S337へ進む。ぼかし処理を行うか否かの判断は、X線源100からX線を照射する際の焦点サイズ(X線焦点のサイズ)による。
一般的なX線CT装置では、複数の焦点サイズを切り替えて使用することができ、入力部119を介して焦点サイズが選択されている。中央処理装置105は選択されている焦点サイズの情報を用いて判断S333を行う。
図11(a)に示すように、焦点サイズLが大きいときは、焦点162から照射され、撮影物163を透過して欠陥素子165に入射するX線の一部は、欠陥素子165と同様に隣接素子164、166にも入射している。ここで、焦点162から照射されて撮影物163を透過してX線検出器104に至るX線168がX線検出器104に入射する範囲をX線範囲Wとする。したがって隣接素子164、166の出力値には、欠陥素子165に入るべき情報が含まれているので、これらを用いた欠陥素子165の出力推定は高い精度が実現でき、ぼかし補正は不要であるか、ぼかし率が小さくてもよい。このようなぼかし処理が不要となる焦点サイズL0は、ぼかし補正を行わずともアーチファクトが生じない焦点サイズであり、事前撮影によって求めておくことが可能である。或いは、X線範囲Wが、隣接素子164、166の全領域と同じになる焦点サイズをL0として算出することも可能である。
一方、焦点サイズLがL0よりも小さい場合は、撮影物163を透過したX線のうち、隣接素子164、166に入射するX線の割合は減少し、隣接する素子の出力を用いた欠陥素子165の出力推定の精度は低い。従って、ぼかし処理を行うことが好ましい。特に、図11(b)に示すように、X線の焦点サイズが十分に小さい場合には、撮影物163を透過したX線は隣接素子164、166には入射しておらず、出力推定の精度が低く、多くのぼかし量のぼかし補正が必要になる。
そこで、第1判断ステップS333で、NO(L＜L0)、すなわち、ぼかし処理を行うと判断された場合には、さらに焦点サイズLが所定の下限値L1以下か否かを判断する(第2判断ステップS335)。焦点サイズLが下限値以下L1であると判断された場合には、ぼかし処理S3321へ進み、焦点サイズLが下限値より大きい場合には、ぼかし処理S3322へ進む。焦点サイズの下限値L1は、推定の精度が焦点サイズに依存しない、十分に小さい値である。下限値L1も、L0と同様に、事前撮影によって求めておくことが可能である。
或いは、例えば、X線範囲Wが、欠陥素子のサイズと同じになる焦点サイズをL1としてもよい。
ぼかし処理S3321、ぼかし処理S3322では、いずれも、第一実施形態と同様に、ぼかし処理の対象である第1隣接素子の出力値と、欠陥素子の推定出力値と、第1隣接素子に隣接する第2隣接素子の出力値とを用いて、式(3)或いは式(4)により第1隣接素子の出力値を補正する。ただし、焦点サイズLが下限値L1以下の場合のぼかし処理S3321では、ぼかし率αとして予め設定した一定のぼかし率α0を用いる。ぼかし率α0は、焦点サイズの下限値L1とともに事前撮影によって求めておくことが可能である。
ぼかし処理S3322では、焦点サイズに応じてぼかし率αを異ならせて、式(3)或いは式(4)を適用する。すなわち、焦点サイズLがL0からL1の範囲では、隣接素子164、166にかかる照射範囲は焦点サイズに対して線形に減少するので、この範囲のぼかし率αは焦点サイズLに対して、例えば式(7)のように線形に変化させる。
Figure 2014156611
なお、ぼかし率αを、焦点サイズに対し線形に変化させるのではなく、線形焦点サイズのさまざまな関数としてもよいし、関数を用いずに、事前に決定した値を用いてもよい。
ぼかし処理S3321、S3322後の第1隣接素子の補正出力値を、第1隣接素子の出力値とし、欠陥素子については推定出力値を出力値として、投影データを作成する(処理S339)。焦点サイズLが、所定の値L0以上であってぼかし処理を行わなかった(あるいはぼかし率を0とした)場合は、第1隣接素子の出力値をそのまま用い、欠陥素子については推定出力値を用い投影データを作成する(処理S337)。投影データから画像を再構成することは第一実施形態と同様であり、説明を省略する。
本実施形態によれば、焦点サイズに応じてぼかし処理の有無、ぼかし処理の程度を調整することにより、不要なぼかし処理によるアーチファクトの発生を防止できるとともに、推定処理の精度に応じて最適なぼかし処理を行うことができる。
なお上述したぼかし率の決定方法は一例であり、本発明を限定するもではない。例えば、ここでは、2つの閾値L0、L1を設定し、焦点サイズの範囲を3つに分けて、それぞれ異なる処理を行う場合を説明したが、単に、一つの閾値を設定して、ぼかし処理の有無だけを調整してもよいし、ぼかし処理の有無の判断は行わず、ぼかし率を所定の範囲で変化させるようにしてもよい。また、切り替え可能な複数の焦点サイズの、全部の焦点サイズでぼかし処理を行ってもよいし、一部の焦点サイズのみでぼかし補正を行ってもよい。例えば大焦点と小焦点とで変更できる場合、入力部119から小焦点が選択されると、中央処理手段105は欠陥素子補正S330にてぼかし処理S332を行い、大焦点が選択されると欠陥素子補正S330にてぼかし処理S332を行わないことも有り得る。また焦点サイズに応じて、ぼかし率を変更して用いる場合も有り得、大焦点の場合はぼかし率を小さくしてもよい。
また上述した実施形態では、焦点サイズによってぼかし処理の有無やぼかし率を変更する例を説明したが、撮影を行う検査対象102の大きさや部位によってぼかし補正の有無やぼかし率を変更してもよい。図11の撮影物163は被写体102の部位や一部に相当するものであり、その位置や大きさによって、欠陥素子165と同様のX線が隣接素子164、166に入射する量は変化するからである。
更に、撮影で用いる画像フィルタや再構成フィルタ、管電流、管電圧、欠陥素子の位置、再構成像を生成するのに用いる投影データ数などによっても生じるアーチファクトの量や、その視認性が異なるため、ぼかし補正の有無やぼかし率を変更してもよい。
＜第三実施形態＞
本実施形態においても、欠陥素子補正が欠陥素子出力推定処理とぼかし処理を含むことは第一実施形態と同様である。本実施形態は、欠陥素子出力推定処理S331における出力推定手法と、ぼかし処理S332に制限を設ける点で、第一実施形態と異なる。すなわち第三実施形態の中央処理装置(ぼかし処理部)は、複数の検出素子の配列のうち、推定出力値を推定する対象である欠陥素子を含む行及び／又は列に隣接した行及び／又は列の検出素子の出力値を用いて、推定部が推定した推定出力値の、真の値からのずれ量を推定し、当該ずれ量に応じて、前記ぼかし量又はぼかし率を調整する。
以下、第一実施形態と異なる本実施形態の処理を中心に、本実施形態を詳述する。
＜＜欠陥素子出力推定処理S331＞＞
まず欠陥素子出力推定処理S331では、補間によって求めた欠陥素子の出力値と本来の出力値とのずれを推定し、このずれ量を加味して欠陥素子の出力を推定する。推定したずれ(推定ずれ量という)を加味した推定出力値は、例えば、欠陥素子の位置を(m,n)とし、その欠陥素子についての推定ずれ量をΔ(m,n)とすると、式(8)で表すことができる。
Figure 2014156611
式(8)の右辺の第1項は、式(2)の右辺と等しく、欠陥素子の出力値をそれに隣接する第1隣接素子の出力値P(m,n−1)、P(m,n＋1)から補間した値である。
図12(a)に示すように、位置(m,n)の欠陥素子S2の出力値をそれに隣接する2つの正常素子S1、S3から線形補間により推定した場合、その推定出力値と欠陥素子S2の本来の出力値との間には、ずれがあり得る。
本実施形態では、このずれ量Δ(m,n)を、推定に用いた正常素子S1、S3とは異なる列或いは行にある対応する正常素子の出力値を用いて算出する。異なる列あるいは行は、典型的には隣接するスライスあるいはチャネルである。図12(b)、(c)は、(a)に示す検出素子S1〜S3とは異なる列あるいは行の対応する検出素子の出力値を示している。以下の説明では、一例として第1隣接素子S1、S3は、欠陥素子S2と同じスライス内のチャネル方向に隣接する素子であり、このスライスに隣接する両側のスライスの対応する素子S11、S13およびS21、23からずれ量を推定し、欠陥素子の出力推定に用いる場合を説明する。
このため、まず、第一実施形態と同様に、欠陥素子S2に隣接する第1隣接素子S1、S3の出力値を用いて、例えば式(2)、(3)により欠陥素子S2の推定出力値を算出する。この推定出力値を仮の推定値とする。
この第1隣接素子S1、S3に対し、別のスライスの対応する(チャネル番号が同じである)2つの素子(図12(b)のS11、S13)について、同様の計算を行い、2つの素子に挟まれた素子(図12(b)のS12)の出力推定を行う。この推定出力値Q(m,n−1)と素子S12の出力値P(m,n−1)との差をずれ量Δ(m,n−1)とする。同様に、別のスライスの対応する素子(図12(c)のS21、S23)についても、その間に位置する素子S22の推定出力値Q(m,n＋1)と実際の出力値P(m,n＋1)との差をずれ量Δ(m,n＋1)として求める。スライス方向に隣接する2つの素子からずれ量を求める計算は、まとめて式(9)で表すことができる。
Figure 2014156611
式中、i＝±1である(以下、同じ)。
こうして求めた隣接スライスのずれ量Δ(m,n−1)、Δ(m,n＋1)用いて、出力推定の対象である欠陥素子S2について、ずれ量Δ(m,n)を式(10)により算出する。
Figure 2014156611
式(10)で求めたずれ量Δ(m,n)と、式(8)から、欠陥素子S2の推定出力値が算出できる。
上述した算出方法では、欠陥素子S2がスライス方向の端部でない場合であるが、欠陥素子が端部スライスの場合は、例えばそのスライスに隣接するスライスから算出した推定ずれ量Δ(m,n＋j)を推定ずれ量Δ(m,n)として用いてもよい。このとき推定ずれ量Δ(m,n)は、式(10)に代わり式(11)のように表すことができる。
Figure 2014156611
別の方法として、欠陥素子が端部スライスにある場合は、推定ずれ量Δ(m,n)をゼロと見なしても良い。
また、出力推定処理において、例えば、ずれ量の算出に用いるスライス方向に隣接する素子の出力値のいずれかが、欠陥素子であるため得られない場合には、さらに次に隣接する素子の出力を用いてもよいし、両側のスライスにある素子の組のうち、一方を用いてもよい。また上記説明では、チャネル方向に隣接する第1隣接素子の出力値を用いて仮の推定出力値及び推定出力値を算出した場合を説明したが、仮の推定出力値の算出は、第一実施形態及びその変更例において説明したように、種々の正常素子の組み合わせを用いて行うことが可能である。
また推定ずれ量の算出を隣接スライスで行う場合を説明したが、これは一例であり、複数スライスだけ離れたスライスの出力値を用いても良い。
＜＜ぼかし処理＞＞
ぼかし処理S332では、ぼかし量を所定の限定値で制限して、限定値で制限される範囲で第1隣接素子の補正出力値Q(m＋i,n)を決定する。この処理の手順を、図13を参照して説明する。
まず、第1隣接素子の仮の補正出力値Q'(m＋i,n)を算出する(S550)。この算出方法は、例えば第一実施形態の補正出力値Q(m＋i,n)の算出方法と同じであり、式(3)を用いて算出する。次にぼかし量D(m＋i,n)を算出する(S551)。ぼかし量D(m＋i,n)は、仮の補正出力値と真の出力値との差であり、式(12)で表すことができる。
Figure 2014156611
一方、ぼかし量の限定量M(m,n)の算出を行う(S552)。この量は、ぼかし処理S332で行われるぼかし量を、欠陥素子毎に限定するものであり、推定処理S331で算出した欠陥素子の推定ずれ量Δ(m,n)の関数として設定する。図12及び式(8)に示したように、推定ずれ量Δ(m,n)は、欠陥素子の線形補間のずれ量を表し、ずれ量が大きいとき、線形補間による推定の精度が落ちていると言える。欠陥素子の線形補間のずれ量が大きいときは、ぼかし処理S332において線形補間(式(3))により第1隣接素子の値を求めた場合、ぼかし処理の精度も落ちている可能性が高い。そのため推定ずれ量Δ(m,n)が大きいときは、間違った補間を行う可能性が高いので、限定量M(m,n)を小さくして間違った補正を防ぐ。
したがって、限定量は、推定ずれ量Δ(m,n)が大きい場合には小さくなるような関数であり、例えば式(13)に示す関数を用いることができる。
Figure 2014156611
式(13)中、A、Bは定数であり、実撮影の事前の画質評価によって決めておくことができる。
上述した関数は、限定量M(m,n)が推定ずれ量Δ(m,n)に対し線形に変化する場合であるが、関数は種々の関数を採り得る。すなわち、限定量は、一般化した式(14)で表わすことができ、
Figure 2014156611
式(14)の関数gとしては、多項式、三角関数、指数関数、対数関数などのさまざまな関数が採り得る。また閾値毎に値が決まるさまざまな階段関数であっても良い。特に推定ずれ量Δ(m,n)がある一定値以上に大きいとき、ぼかし処理S332の精度が大きく低下していると考えられるため、限定量M(m,n)がゼロとなるように関数gを決定することは有用である。また、事前に用意したテーブルを用いて、推定ずれ量Δ(m,n)から限定量M(m,n)を決定してもよい。
次に上述の処理S552で算出した限定量Mと、S551で算出したぼかし量Dとを比較し、第1隣接素子の真の補正出力値Q(m＋i,n)を決定する(S553)。この判断処理では、比較結果を3つに条件分けし、条件ごとに補正出力値Qを決定する。まず、ぼかし量D(m＋i,n)が限定量M(m,n)より大きい場合(条件1)、第1隣接素子の出力値P(m＋i,n)に限定量M(m,n)を加えて補正出力値Q(m＋i,n)とする(S554)。すなわちぼかし量を限定量M(m,n)に限定する。ぼかし量D(m＋i,n)が−M(m,n)より小さい場合(条件2)、出力値P(m＋i,n)に−M(m,n)を加えて補正出力値Q(m＋i,n)とする(S555)。すなわち、ぼかし量を−M(m,n)に限定する。条件1及び2以外のときは(条件3)、式(3)から算出した仮の補正出力値Q'(m＋i,n)をそのまま補正出力値とする。
なお限定量Mは、欠陥素子に隣接するすべての第1隣接素子に共通の限定量を用いてもよいが、それぞれ別々に算出し、適用することも可能である。
以上のように、本実施形態のぼかし処理では、第1隣接素子に出力値の補正量(ぼかし量)に、ずれ量に基く限定を設けることで、ぼかし量Dは、−MからMの範囲に限定されて不要なぼかしを抑え、再構成像中でのアーチファクトが生じることを防ぐことができる。
なおここでは限定量M(m,n)を用いてぼかし量Dを決定していたが、これは結果的に限定量を用いてぼかし率α(式(3))を決定することになり、ぼかし率αを変更する方法の一例と位置付けることができる。
本実施形態の効果の一例として、図14に、ぼかし処理に限定量を設けないときの画像148、限定量を設けたときの画像149を示す。いずれも頭部ファントムの再構成像を示している。これら画像は、欠陥素子のないX線検出器104で撮影して得たローデータ143に対して、欠陥素子を擬似的に発生させ、欠陥素子補正S330を実施して作成した画像であり、両画像とも欠陥素子出力推定処理S331とぼかし処理S332は行っている。画像148中に矢印で示すアーチファクトが画像149では低減していることが分かり、限定量を設けた効果が分かる。
＜第三実施形態の変更例＞
＜＜出力推定処理の変更例＞＞
第三実施形態では、欠陥素子の仮の推定出力値を、チャネル方向に隣接する素子の出力値を用いて補間して算出し、推定ずれ量の算出を隣接スライスの出力値を用いて行ったが、これは一例であり、例えば欠陥素子の補間をスライス方向の値を用いて行い、推定ずれ量を隣接チャネルの出力値を用いて算出しても良い。更に、異なる集合の素子の出力値や補正量から、仮の推定出力値の算出と、推定ずれ量の算出を行うさまざまな場合が有り得る。このときこれらの集合が、共通の素子を含んでいても構わない。チャネル方向とスライス方向の両方向に属する素子を用いる場合や、欠陥素子の周辺の素子を用いる場合があっても良い。
第三実施形態では、仮の推定出力値やずれ量を線形補間にて求めたが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば多項式補間や非線形補間など、さまざまな補間であっても良い。この場合、推定ずれ量Δ(m,n＋i)の算出を行う式(9)の第1項も、同じ補間と成る。また仮の推定出力値の算出方法として、線形や高次関数などによるフィッティングによって求めても良い。この際、式(9)の第1項も、同じフィッティングを行うことになる。
すなわち、仮の推定出力値を決定する関数を関数hとし、その算出に用いる素子の集合の出力値をpk(m,n)(k：使用データ数、以下同じ)とするとき、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)は、式(8)に代わり、式(15)を用いて算出できる。
Figure 2014156611
このとき推定ずれ量Δ(m,n)は、欠陥素子に隣接する素子(位置(M、N))における推定ずれ量Δ(M、N)(M、Nは整数)から算出することができる。一方、ずれ量Δ(M、N)は、式(9)の場合と同様に考えて導出した式(16)から算出できる。
Figure 2014156611
式(16)中、P(M、N)は位置(M、N)の素子の出力値を表し、pk(M、N)は、位置(M、N)の素子を欠陥素子の位置に置き換えたときに、仮の補正値を算出するのに用いた素子の集合の出力値「pk(m,n)」に対応する素子の集合の出力値を表す。
また推定ずれ量Δ(m,n)の算出方法としては、例えば式(10)で示したのと同様に、スライス方向に隣接する素子の推定ずれ量Δ(M、N)の平均値として算出する方法がある。
ただし本発明はこれに限るものではなく、チャネル方向に隣接する素子を用いる場合、チャネルとスライス方向の両方の素子を用いる場合、欠陥素子の周辺の素子を用いる場合などもあり得る。更にこれらの素子の推定ずれ量を平均する場合だけでなく、関数によってフィッティングで決定する場合などもあり得る。更に「pk(m,n)」は、推定ずれ量Δ(M、N)を算出したビューと同じビューの出力値に限らず、過去や未来のビュー、つまりビュー角度や周期が異なるビューの出力値であってもよく、現在、過去、未来の2つ以上のビューの出力値であってもよい。
＜＜限定量算出方法の変更例＞＞
第三実施形態では、ぼかし処理におけるぼかし量を制限する限定量Mを、欠陥素子の推定出力値の推定ずれ量の関数としたが、限定量Mは、欠陥素子の推定出力値Qや、欠陥素子の周辺の画素の出力値の関数であってもよい。また欠陥素子の推定出力値の変化量や、それ以外の画素の出力値の変化量の関数であってもよい。ここで変化量の一例は、雑音やSNRである。このように関数を決定することで、適切な限定量Mを決定することができる。例えば検出器への入射線量が多くSNRが高いときには、より再構成像でのアーチファクトは見え易いため、小さな限定量Mを与えてぼかし量を減らすことでアーチファクトを抑制することができる。
検出器への入射量は、リファレンス検出器の出力や変化量から算出することができる。リファレンス検出器とは、X線源107から照射されたX線が、通常被写体を透過せずに直接入射する位置に配置された検出器であり、X線検出器104の一部であっても、別途設けられていてもよい。このようなリファレンス検出器の信号を用いることで、照射X線量に応じて限定量Mを決定することが可能となる。また限定量Mは、過去や未来を含むさまざまなビューの素子の出力値や推定値を用いて算出される場合があり得る。
＜＜ぼかし処理に用いる推定ずれ量の変更例＞＞
第三実施形態では、ぼかし処理S332で限定量を算出するための推定ずれ量として、欠陥素子出力推定処理S331で算出した推定ずれ量Δを用いたが、ぼかし処理S332のための推定ずれ量Δを別途求めてもよい。これは他の素子から求めてもよく、例えば、第2隣接素子を含む様々な周辺素子で算出した推定ずれ量Δであってもよい。また、先に示した式(9)や式(10)以外の式で求めてもよく、例えば第1隣接素子の周辺の素子、その他の欠陥素子の周囲の素子、ぼかし処理S332に用いる第2隣接素子、第2隣接素子の周辺の素子などの1つ以上の素子(欠陥素子は除く)について、式(3)により補正出力値を求め、その素子の出力値とのずれ量から、ぼかし処理S332のための推定ずれ量Δを算出しても良い。
また欠陥素子の場合と同様に、その素子の出力値を用いず、周辺素子の出力値を用いて補正出力値(推定値)を算出し、欠陥素子出力推定処理S331で求めた推定出力値との差を、ぼかし処理S332のための推定ずれ量Δを算出してもよい。なお、補正出力値の算出方法は、式(3)に限定されない。
ただし第三実施形態に記載したように、ぼかし処理S332における限定量を算出するための推定ずれ量として、欠陥素子出力推定処理S331で算出した推定ずれ量Δ(m,n)を用いる場合、別途求める場合よりも計算などの時間が短く、使用するメモリなどを少なく抑えることができる点でメリットがある。
＜＜ぼかし処理の変更例＞＞
第三実施形態では、ぼかし処理S332におけるぼかし量を、限定量を設けて制限する手法を説明したが、第三実施形態の趣旨は、アーチファクト発生に関わる諸要因を考慮してぼかし量を制限するというものであり、この手法に限定されず、種々の手法が採り得る。
例えば式(3)に示したぼかし率αを、直接変化させてもよい。このときぼかし率αは、限定量M(m,n)の場合と同様に、例えば推定ずれ量Δ(m,n)の関数としても良く、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)、欠陥素子の周辺の画素の出力値、欠陥素子の推定出力値やそれ以外の画素の出力値や変化量の関数、リファレンス検出器の出力値や変化量などの関数であってもよい。
＜放射線撮影装置のその他の実施形態＞
上述した第一〜第三実施形態では、医療用のX線CT装置に本発明を適用した実施形態を記したが、本発明はこれに限るものではなく、放射線を検出する検出素子を多数配列した検出器と、その検出器に含まれる欠陥素子の出力値補正を行う中央処理装置と、を搭載したあらゆる装置に適用できる。例えば、非破壊検査用のX線CT装置、X線コーンビームCT装置、デュアルエネルギーCT装置、X線画像診断装置、X線画像撮影装置、X線透視装置、マンモグラフィー、デジタルサブトラクション装置、核医学検診装置、放射線治療装置などに適用できる。検出器としては、X線のほか、可視光、赤外線、紫外線、ガンマ線など、さまざまな波長の放射線を検出するものであれば、いずれも採用することができる。
＜画像処理装置の実施形態＞
本発明は、検出器を含まず、検出器の出力データを処理し画像データを作成する画像処理装置も含まれる。以下、画像処理装置の実施形態を説明する。本実施形態の画像処理装置は、複数の検出素子を配列してなる検出器の、各検出素子の出力値からなる投影データを用いて画像を作成する画像作成部と、検出器に含まれる欠陥素子による投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備える。
データ補正部は、欠陥素子の出力値を推定する推定部と、欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、欠陥素子については推定出力値を出力値とし、ぼかし処理された検出素子についてはぼかし処理後の出力値を出力値とする補正を行う。画像作成部は、データ補正部によって補正された投影データを用いて画像の作成を行う。
本実施形態の画像処理装置は、例えば、中央処理装置と、表示および入力を兼ねたユーザーインターフェイス(UI)とから構成することができる。画像処理装置は、画像撮影装置から直接、あるいは通信または可搬媒体等を介して、画像撮影装置の検出器が収集した出力データと、その検出器の欠陥素子に関する情報(欠陥素子マップ)とを入力し、欠陥素子補正を行う。画像処理装置が取り込む出力データは、検出器からのローデータでもよいし、オフセット補正やエア補正等の補正がなされたデータでもよい。
画像処理装置の機能ブロック図の一例を図15に示す。図示する画像処理装置200は、中央処理装置210と、記憶部250、必要に応じてこの中央処理装置210に接続されるUI装置260(図1の表示部106、入力部119に相当)を備えている。中央処理装置210は、主制御部220、データ補正部230、画像作成部240などからなり、画像処理装置200が表示部106を備える場合には、表示制御部270も含まれる。
データ補正部230は、入力したデータに対し、そのデータの性質に応じて種々の補正を行うものであり、欠陥素子補正部330を備えている。欠陥素子補正部330は、欠陥素子出力推定部331とぼかし処理部332とからなる。
欠陥素子出力推定部331は、欠陥素子マップ142の位置情報と出力データとを用いて欠陥素子の出力推定を行う。ぼかし処理部332は、出力推定部331が推定した欠陥素子の推定出力値とその周辺の素子の出力値(あるいは推定出力値)を用いて、欠陥素子の周辺の素子の出力値にぼかし処理を行う。ぼかし処理は、生じうるアーチファクトの程度に応じて、ぼかし処理の有無や程度が調整される。これら処理に必要な条件等はUI260を通して設定あるいは入力される。これら出力推定部331およびぼかし処理部332における処理は、上述した第一〜第三実施形態で説明したとおりであり、重複する記載は省略する。
画像作成部240は、欠陥素子補正部330が補正した後の出力データを用いて、投影画像データを作成する。出力データが、X線CT装置等のように回転角度(ビュー)の異なる複数のデータで構成される場合には、複数の投影データ(補正後の投影データ)に対しコンボリューション等の演算を行い、断層像を再構成する。再構成された画像データは、画像処理装置が表示部106を備える場合には、表示制御部270で他の必要な表示情報と重畳した表示データに変換され、表示部106に表示される。また必要に応じて、別の表示装置や撮影装置に転送したり、記憶手段に格納されたりする。
本実施形態の画像処理装置は、複数の異なる放射線撮影装置からの出力データを処理することができ、既存の放射線撮影装置を変更することなく、本発明の効果を得ることができる。また遠隔地の撮影装置の画像を処理して、遠隔地に戻すなど、多様な応用が可能である。
本実施形態の画像処理装置のぼかし処理部332は、ぼかし量またはぼかし率を制御する補正制御部を備えてもよい。補正制御部は、第二実施形態や第三実施形態と同様に、欠陥素子の推定出力値を用いてぼかし量またはぼかし率を制御しても良いし、欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値あるいは推定出力値を用いてぼかし量またはぼかし率を制御してもよい。
以上、本発明の種々の実施形態や変更例を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施の段階では、その要旨を逸脱しない範囲でさまざまに変形して実施することが可能である。更に、上記実施形態にはさまざまな段階が含まれており、開示される複数の構成要素における適宜な組み合わせにより、さまざまな発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素が、削除されてもよい。
本発明によれば、欠陥素子を有する検出器において、欠陥素子の出力値を推定してアーチファクトを低減すると共に、更に欠陥素子の推定ずれによって残るアーチファクトを目立たなくすることができる。
100 X線CT装置(画像撮影装置)、107 X線源、101 ガントリー回転部、102 被写体、103 寝台天板、104 X線検出器、105 中央処理装置、106 表示部、109 記憶部 116 X線コリメータ 117 制御部 118 信号収集部、119 入力部、330 欠陥素子補正部、331 欠陥素子出力推定部、332 ぼかし処理部、142 欠陥素子マップ、143 ローデータ、144 投影データ、145 再構成像、146〜149 再構成像
本発明は、X線CT装置などの放射線撮影装置で撮影された画像を処理する画像処理装置および方法に関する。
医療分野や非破壊検査の分野では、放射線源と、放射線を検出する検出素子を多数配列した検出器とを、検査対象を挟んで対向配置し、検査対象を透過した放射線を検出器で検出することにより、検査対象の画像を作成する放射線撮影装置が広く用いられている。特に医療分野では、放射線源と検出器とを、検査対象の周囲で回転させて、回転の種々の角度で撮影された投影データを用いて検査対象の断層像を得る放射線撮影装置が利用されており、その代表的なものとしてX線CT装置がある。このような放射線撮影装置では、回転軸方向へのX線検出器の多段化が進み、これにより1回転で広い範囲を撮影できるようになり、撮影時間の短縮が可能となっている。
一方、検出器の多段化により、検出素子数が急激に増加するにつれて、故障した検出素子(以降、欠陥素子と記す)が生じる可能性が高まっている。欠陥素子は、光を電気信号に変えるフォトダイオードや読み出し回路の故障や製造不良などで生じ、装置の作製直後から存在する場合や、装置の使用に伴って生じる場合がある。欠陥素子が生じた検出器をそのままCT装置で使用すると再構成像中にアーチファクトが生じ、診断の妨げになり、問題となる。
欠陥素子の影響を取り除く確実な方法は、欠陥素子やそれを含む検出器を新しいものに交換することである。しかし新規の検出器を用意するために費用を要する他に、交換作業や発生前からの交換用検出器の準備など、多くの費用、工数、時間を必要とする。また対応に時間がかかるため、臨床現場で欠陥素子が生じたときは、装置のデッドタイムが生じてしまう。
別の方法として画像補正がある。これは例えば特許文献1に記載されているように、取得画像に対して、周辺の正常素子の平均値を欠陥素子の補正値とするような方法であり、容易で安価に早急に対応でき、有効である。特に臨床現場で欠陥素子が生じたときに、装置のデッドタイムを最小限に抑えることができ、有効である。
特開2000-79109号公報
しかし、欠陥素子の補正の精度は、撮影部位や装置等の条件による影響を受け、補正値と本来の出力値(つまり欠陥素子が正常であった場合の出力値)とが大きくずれを生じる場合がある。このようなずれは、各検出素子の出力値から構成される投影データの画像を劣化させるとともに、X線CT装置等のように各角度の投影データを用いて再構成した断層像にアーチファクトを生じる原因となる。
また、X線源である焦点の大きさが比較的大きい場合には、検査対象の所定の部分を通過する放射線の広がりが大きいため、その放射線が本来入射すべき検出素子(欠陥素子)の周囲にある検出素子にも入る。このため、これら周囲の検出素子の出力値を平均化した値には、補正対象である欠陥素子に本来入射すべき放射線の情報が含まれているので、補正値としての精度は高い。逆に言えば、焦点の大きさが小さくなると補正の精度が下がる。
本発明は、従来の手法では解決できない欠陥素子に起因する画像の劣化やアーチファクトを見え難くすることを課題とする。
本発明は、欠陥素子の出力のみを補正するのではなく、欠陥素子の補正に用いた周囲の正常素子の出力をぼかし処理によって補正することによって、上記課題を達成する。
具体的には、本発明の画像処理装置は、複数の検出素子を配列してなる検出器の、各検出素子の出力値からなる投影データを用いて画像を作成する画像作成部と、前記検出器に含まれる欠陥素子による前記投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備え、前記データ補正部は、前記欠陥素子の出力値を推定する推定部と、前記欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、前記欠陥素子については前記推定出力値を出力値とし、前記検出素子についてはぼかし処理後の出力値を出力値とする補正を行い、前記画像作成部は、前記データ補正部によって補正された投影データを用いて前記画像の作成を行う。
本発明によれば、各検出素子の出力値で構成される検出器のデータにおいて欠陥素子の出力値ずれは見え難くなる。同様に再構成像でも、欠陥素子の出力値ずれによって生じるアーチファクトはぼかされ、見え難くすることができる。
本発明が適用されるX線CT装置の概略図 X線検出器の構成例を示す図 補正処理の手順を示すフロー図 欠陥素子マップの一例を示す図 欠陥素子と補正に用いる周囲の素子との関係を示す図 欠陥素子補正の一実施例を説明する図 欠陥素子補正の他の実施例を説明する図 再構成像に現れた欠陥素子補正の効果を示す図で、(a)はぼかし処理を行わない場合の画像、(b)はぼかし処理を行った場合の画像を示す。 異なるビューの出力値を用いた欠陥素子補正の一実施例を示す図 第二実施形態の欠陥素子補正の手順を示すフロー図 焦点サイズとぼかし処理との関係を説明する図 推定出力値のずれ量とその算出方法を説明する図 第三実施形態におけるぼかし処理の手順を示すフロー図 再構成像に現れたぼかし量制限の効果を示す図で、(a)はぼかし量制限を行わない場合の画像、(b)はぼかし量制限を行った場合の画像を示す。 画像処理装置の機能ブロック図の一例を示す図
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態の放射線撮影装置は、放射線源と、当該放射線源に対向配置され、複数の検出素子を配列してなる検出器と、検出器の各検出素子の出力値からなる投影データを用いて検査対象の画像を作成する画像作成部と、前記検出器に含まれる欠陥素子による前記投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備える。
データ補正部は、前記検出器に含まれる欠陥素子の出力値を推定する推定部と、前記欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子に隣接する検出素子である第一隣接素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、前記欠陥素子及び前記第1隣接素子については推定出力値及びぼかし処理後の出力値をそれぞれ補正後の出力値とする。画像作成部は、前記データ補正部で補正された投影データを用いて前記画像の作成を行う。
本実施形態の放射線撮影装置の一つの態様では、さらに、前記放射線源及び前記検出器を検査対象の周囲で回転させる回転板を備え、前記各検出素子の出力値からなる投影データは、前記検出器の回転方向の位置が異なる複数の投影データを含む。前記画像作成部は、前記検出器に含まれる欠陥素子によって生じる前記投影データの欠損を補正するデータ補正部と、補正後の投影データを用いて前記画像を再構成する再構成部とを備え、データ補正部は、上述した推定部とぼかし処理部を含み、欠陥素子及び第1隣接素子については推定出力値及びぼかし処理後の補正出力値をそれぞれ補正後の出力値とする。
以下、X線CT装置に適用した本発明の実施の形態について、図を参照して詳述する。
図1は、本発明が適用されるX線CT装置の概略図、図2はX線検出器の構成例を示す図である。
図1を用いて、本実施形態のX線CT装置100の概略を説明する。本実施形態のX線CT装置100は、主として、X線源107、X線コリメータ116、X線検出器104、信号収集部118、中央処理装置105、表示部106、入力部119、制御部117、記憶部109、ガントリー回転部101、寝台天板103から構成される。X線検出器104は、X線源107を略中心とした円弧状に複数配置されており、X線源107と共にガントリー回転部101に搭載されている。
また図1では図示を省略したが、X線検出器104の前面にはX線グリッドが設置されており、X線源107から照射されたX線のうち、被写体102などで散乱されたX線が、X線検出器104に入射するのを防ぐ。
X線検出器104は、X線を光に変換するシンチレータと、シンチレータからの光を電荷に変換するフォトダイオードとからなるX線検出素子が、図2に示すように、チャネル方向とスライス方向に2次元的に配置された構造を成し、入射したX線に応じた電荷量を得ることができる。X線検出器104は、X線検出素子のチャネル方向がX線検出器104の回転方向(図1の矢印A)と一致し、スライス方向が回転軸方向(図1のB)と一致するように配置されている。なお図1では、説明を簡単にするために、チャネル方向のX線素子が8個の場合が示されており、また図2ではX線検出器104が3個のみ示されているが、実際の装置では、例えば40個程度である。
次にこのX線CT装置を用いた、再構成像を取得する撮影方法(以降、実撮影と記す)と、画像処理の方法について説明する。まず入力部119から実撮影の開始を入力すると、X線源107の焦点からX線が照射される。X線は、X線コリメータ116によって照射野が限定されて、寝台天板103に載った被写体102に向けて照射され、被写体102を透過したX線はX線検出器104にて検出される。
この撮影を、ガントリー回転部101を回転方向Aに回転させることで、被写体102に対するX線の照射角度を変化させながら繰り返し行い、360度分の投影データを取得する。以降、この投影データを取得する照射角度をビュー角度と呼ぶ。撮影は、例えば0.4度ごとに複数ビューの間、行う。
このようにして得た電荷量を、信号収集部118にて収集してデジタル信号に変換し、ローデータを作成する。次にローデータに対して、中央処理装置105にて補正処理を行い、投影データを作成する。次に再構成を行い、被写体102のX線吸収係数分布の再構成像を作成する。結果を表示部106で表示する。
次に、中央処理装置105で行われる補正処理の詳細を、図3のフローを用いて説明する。補正処理では、例えば、X線検出器104のゼロレベルを修正するオフセット補正S300、X線検出器104の感度分布や、X線の照射分布を補正するエア補正S320、欠陥素子の出力値を推定する欠陥素子補正S330を行う。ここで図3の補正処理は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、これらの補正順序が異なる場合や、他の補正が加わる場合、また欠陥素子補正S330を除く補正が無い場合なども有り得る。
まず中央処理装置105は、信号収集部118から受け取ったローデータ143に対して、まずオフセット補正S300を行う。この補正は、例えば、本撮影の事前に作成して記憶手段109に保存しておいたオフセットデータ140を、ローデータから差分することで実現する。オフセットデータ140はゼロレベルのデータであり、例えば、X線を照射せずにローデータを取得し、それをビューに対して加算平均処理を行って作成する。
次にLOG変換S310を行う。LOG変換は、変換前の値X、変換後の値Yとすると、例えば、式(1)のような変換である。ここでa、bは定数の係数である。
Figure 2014156611
次にエア補正S320を行う。この補正は、例えば、本撮影の事前に作成して記憶手段109に保存しておいた感度・X線分布データ141を、LOG変換S310後のローデータから差分することで実現する。感度・X線分布データ141は、例えば被写体102を設けずに、X線源107の焦点からX線を照射してローデータを取得し、それに対してオフセット補正S300、ビューに対する加算平均処理、LOG変換を行うことで作成する。
次に欠陥素子補正S330を行う。この欠陥素子補正S330は、検出器に欠陥素子が含まれることによって再構成像中にアーチファクトが生じることを防ぐために行うものであり、欠陥素子の出力値を推定する欠陥素子出力推定処理(以下、推定処理ともいう)S331と、欠陥素子の周辺の正常素子の出力を変更するぼかし処理S332とを含む。オフセット補正S300〜欠陥素子補正S330は、中央処理装置105が、コンピュータのハードディスクやメディアなどにプログラムとして保存されて実現されても構わないし、電気回路によって実現されていても構わない。補正処理を行う中央処理装置105や電気回路の部分を、本明細書では、データ補正部、欠陥素子出力推定処理部(推定部)、ぼかし処理部と言う。
以上のように処理を行って投影データ144を得た後、再構成処理S340を行って再構成像145を作成する。最後に再構成像145を、表示部106にて表示する。
本実施形態のX線CT装置は、上述した補正処理のうち、X線検出器104に含まれる欠陥素子に起因する欠陥素子補正に特徴があり、欠陥素子出力推定処理の手法およびぼかし処理の手法として、種々の手法がある。以下、代表的な欠陥素子補正の実施形態を詳述する。
＜第一実施形態＞
本実施形態では、推定処理では、前記欠陥素子の周囲に位置する第1隣接素子の出力値を用いて、当該欠陥素子の推定出力値を算出し、ぼかし処理では、欠陥素子について推定された推定出力値と、第1隣接素子の周囲に位置する、欠陥素子以外の第2隣接素子の出力値との少なくとも一方を用いてぼかし量を算出し、第1隣接素子の出力値に前記ぼかし量を加算してぼかし処理を行う。より具体的には、欠陥素子について推定された推定出力値に対し第1のぼかし率をかけた値と、前記第1隣接素子の出力値と、前記第1隣接素子に隣接し、前記欠陥素子以外の第2隣接素子の出力値に対し第2のぼかし率をかけた値と、を用いてぼかし処理を行う。
＜＜欠陥素子出力推定処理＞＞
まず、欠陥素子出力推定処理S331では、図3に示すように、記憶部109に記憶された欠陥素子マップ142の欠陥素子情報を取得し、マップに登録された位置の素子に対し推定処理を行う。図4に欠陥素子マップ142の一例を示す。図中、0が正常素子を、1が欠陥素子を、それぞれ表す。図4では、チャネル方向Aに8個、スライス方向Bに8個の素子が2次元的に存在し、4チャネル3スライス目の位置に欠陥素子がある場合を示すが、この素子数、欠陥素子の位置、欠陥素子マップは一例であり、本発明を限定するものではない。
この欠陥素子マップ142は、撮影の事前に作成され、記憶部109に記憶される。作成のためには、例えば被写体を設けずにX線を照射した画像と照射しない場合の画像とを得、その出力の変化量が、全素子の平均の変化量よりも著しく大きいものや小さいものを欠陥素子とする。ただしこの欠陥素子の決定方法は一例であり、本発明を限定するものではない。
次に、欠陥素子の推定出力値を、例えば欠陥素子の周囲の正常素子(欠陥素子以外の素子)の出力値を用いて算出する。まず欠陥素子が端部チャネルではない場合を説明する。
この欠陥素子がチャネル方向でm番目、スライス方向でn番目にあるとする。ここでmは2以上の整数、nは自然数である。図5に、欠陥素子S(m,n)を中心に置いた5×5の検出素子の配列を示す。この欠陥素子S(m,n)の周囲には、8個の素子が存在し、推定処理はこれら8個の素子(正常素子)のいずれか少なくも一つの出力値を用いて行うことができる。
例えば、チャネル方向あるいはスライス方向の両側に隣接する2つの正常素子、ななめ方向の両側に隣接する2つの正常素子、あるいはその組み合わせである。以下では、一例としてチャネル方向に隣接する2つの正常素子S(m＋1,n)とS(m−1,n)の出力値を用いて、欠陥素子S(m,n)の出力値を推定する場合を説明する。図6に処理の概要を示す。図6では、欠陥素子S(m,n)をS3として表し、チャネル方向に隣接する2つの素子S(m−1,n)、S(m＋1,n)をS2、S4として表している。
欠陥素子S3に隣接する素子S2とS4の出力値をそれぞれP(m＋1,n)とP(m−1,n)とすると、欠陥素子S3の推定出力値Q(m,n)は式(2)により推定することができる。
Figure 2014156611
推定処理S331では、この推定出力値Q(m,n)を欠陥素子S3の出力値とする。なお式(2)は線形補間により推定出力値を算出しているが、推定出力値の算出は線形補間だけでなく、多項式などのさまざまな非線形補間や、隣接素子を用いて関数フィッティングによって決定した関数を用いて算出しても良い。
欠陥素子が端部チャネル(1チャネル目またはMチャネル目、ここではMを総チャネル数とする)であって、一方の隣接素子が存在しない場合には、チャネル方向に隣接する一つの素子の出力値から、あるいは欠陥素子に隣接する素子およびそれに隣接する素子の出力値から外挿しても算出することができる。あるいは、チャネル方向に隣接する素子の代わりに、スライス方向に隣接する素子S(M,n＋1)、S(M,n−1)の出力値を用いてもよいし、チャネル方向に隣接する素子とスライス方向に隣接する素子の出力値を用いてもよい。
欠陥素子に隣接する素子が欠陥素子の場合にも、欠陥素子が検出器端部にある場合と同様に、周囲にある正常な素子の出力値を単独あるいは組み合わせて用いて、推定処理を行うことができる。
＜＜ぼかし処理＞＞
次にぼかし処理S332は、上述した推定処理S331によって推定された欠陥素子の推定出力値とその真の出力値(欠陥がなければ得られた出力値)とのずれに起因する画像の劣化を補正するための処理であり、推定処理された欠陥素子に隣接する素子(以降、第1隣接素子と記す)に対して行う。ぼかし処理の対象となる第1隣接素子は、再構成処理にて、欠陥素子と同一の再構成像を形成する素子であり、例えば欠陥素子とチャネル方向に隣接する素子である。以下の説明では、一例として、推定処理と同様に図6に示すチャネル方向に隣接する素子S2とS4を対象とする場合を説明する。
本実施形態では、第1隣接素子S2の出力値P2と、第1隣接素子S2に隣接する素子S1(以降、第2隣接素子と記す)の出力値P1と、推定処理S331後の欠陥素子S3の推定出力値Q3を用いて第1隣接素子S2のぼかし処理後の出力値(補正出力値)Q2を決定する。同様に第1隣接素子S4の出力値P4と、第1隣接素子S4に隣接する第2隣接素子S5の出力値P5と、推定処理S331後の欠陥素子S3の推定出力値Q3を用いて第1隣接素子のぼかし処理後の出力値(補正出力値)Q4を決定する。ここで推定処理S331の対象である欠陥素子S3は第1隣接素子S2、S4と隣接するが、第2隣接素子S1、S5と分けて表現するため、「第2隣接素子」には含めないことにする。
第1隣接素子が端部チャネルにない場合は、2つの第1隣接素子S2、S4の補正出力値Q(m−1,n)とQ(m＋1,n)は、ぼかし率をαとすると、例えば式(3)の演算にて算出できる。
Figure 2014156611
式(3)においてi＝±1は、1と−1の両方の場合で適用されることを意味する。以下の説明でも同じである。
ぼかし率αは、欠陥素子の推定出力値と真の値とのずれを考慮して決定することができる。上述の通り、ぼかし処理は、欠陥素子の推定出力値がずれ(誤差)を有する場合、欠陥素子周辺を局所的に若干ぼかすことで、ずれに起因して生じるアーチファクトを、を目立たなくする処理である。ぼかし率αが大きいほど、アーチファクトの視認性を低減できるが、ぼかし率αを大きくしすぎると、ぼかし処理S332によって新たなアーチファクトを生じる。このため、例えば事前にファントムなどの被写体を撮影し、ぼかし率αを変えて欠陥素子出力推定処理S331とぼかし処理S332を適用し、アーチファクト量を評価して、最適なぼかし率αを実撮影の事前に決定しておく。
欠陥素子に隣接する第1隣接素子がチャネル方向の端部に位置する場合には、第1隣接素子の出力値と欠陥素子の推定出力値から、ぼかし処理後の補正出力値を求めてもよい。
例えば、第1隣接素子のある(m＋j)チャネル(j＝1または−1)が端部チャネルの場合、式(4)のように、端部チャネルの第1隣接素子の補正出力値Q(m＋j,n)を求める。
Figure 2014156611
さらに、図7に示すように、第2隣接素子も欠陥素子(欠陥素子2)の場合、式(3)の第2隣接素子の出力値P(m＋2i,n)に代わり、欠陥素子出力推定処理S331にて求めた第2隣接素子の推定値Q(m＋2i,n)を用いても良い。図7に示す例では、欠陥素子S3に隣接する第1隣接素子S4の補正出力値を算出するために、第1隣接素子S4の出力値P4と、欠陥素子S3の推定出力値Q3と、欠陥素子S5の推定出力値Q5を用いている。このように欠陥素子が複数ある場合、全ての欠陥素子に欠陥素子出力推定処理S331を行った後にぼかし処理S332を行うことで第2隣接素子が欠陥素子であっても、ぼかし処理S332を実現することができる。
なお、式(3)では、第1隣接素子の補正出力値Q(m＋i,n)を、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)と第1隣接素子の出力値P(m＋i,n)と第2隣接素子の出力値P(m＋2i,n)から算出したが、これは一例であり、例えば、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)と第2隣接素子の出力値P(m＋2i,n)の一方は用いずにぼかし処理S332を行ってもよい。また他の素子の出力値を用いてぼかし処理を行うことも可能である。
また上記ぼかし処理では、式(3)、(4)の加重加算を用いて、第1隣接素子の補正出力値を算出したが、ぼかし処理に用いる関数はこれに限らず、種々の関数を用いることができる。このとき関数をfとして一般化すると、第1隣接素子の補正出力値Q(m＋i,n)は、式(5)で表すことができる。
Figure 2014156611
以上説明した欠陥素子補正S330(出力推定処理S331とぼかし処理S332)までの補正を行った後、欠陥素子補正S330で推定、補正の対象とした素子では推定出力値あるいは補正出力値を画素値として、それ以外の素子では出力値を画素値とし、図3に示すように、投影データ144として保存する(図3参照)。X線CT装置では、ビュー角度の異なる複数の投影データが得られるので、これら複数の投影データに対し、上述した欠陥素子補正S330を行う。次に、補正後の投影データに対してコンボリューション等の再構成処理S340を行い、被写体102の再構成像145を作成し、表示部106にて表示する。
本実施形態によれば、欠陥素子の周囲に位置する第一隣接素子に対し、ぼかし処理S332を行うことにより、欠陥素子の推定出力値がずれ(誤差)を有してアーチファクトを生じる場合、その周辺も局所的に若干ぼかし、アーチファクトを目立たなくすることができる。一例として図8に、式(2)の欠陥素子出力推定処理の後、式(3)のぼかし処理を行わなかった場合(a)とぼかし処理(ぼかし率α：0.5)行った場合(b)の頭部ファントムの再構成像146、147を示す。これらの画像は、欠陥素子の無いX線検出器104で撮影して得たローデータ143に対して、欠陥素子を擬似的に発生させ、ぼかし処理S332の有無を変えて作成した画像である。画像146中の矢印で示すアーチファクトが画像147では低減していることが分かり、ぼかし処理S332の効果が見て取れる。
このように本実施形態によれば、欠陥素子がある場合でも、欠陥素子によるアーチファクトのない再構成像145を、またはアーチファクトを抑えた再構成像145を得ることができる。
以上、欠陥素子の出力推定処理と、その周囲の正常素子の出力に対するぼかし処理を中心に第一実施形態を説明したが、出力推定処理やぼかし処理の具体的な内容は種々の変更を加えることが可能であり、またその順序等についても適宜変更が可能である。以下、第一実施形態の変更例を説明する。
＜第一実施形態の変更例＞
＜＜欠陥素子出力推定処理の変更例＞＞
第一実施形態では、チャネル方向に対して隣接する素子の出力値を用いて、推定出力値を求めたが、隣接素子のみでなく、欠陥素子から1つ以上素子を挟んだ位置の素子の出力を用いても良い。特に隣接素子も欠陥素子である場合や2つ以上の欠陥素子が隣接して存在する場合などで、このような素子の選択が有用である。また、用いる素子は、欠陥素子の位置やその他の要因に応じて、補間の方法や推定に使用する素子を変更しても良い。
第一実施形態では、推定処理の対象である欠陥素子と、推定処理に用いる隣接素子の出力値とが同一ビューの出力値である場合を説明したが、異なるビューの出力値を用いて推定処理を行うことも可能である。例えば、同じビュー角度であっても異なる回転周期のときに取得した投影データや、ビュー角度の異なるデータの1つ以上の出力値を用いることができる。図9に角度の異なるデータを用いる一例を示す。なお、図9では素子の位置を図5とは異なる形式、S(チャネル、ビュー)で示している。
この例では、対象となるビュー(角度v1のビュー)の欠陥素子S(m,v1)の推定出力値を、それより前に取得した過去のビュー(角度v0のビュー)の第1隣接素子の出力値、あるいは、それより後に取得した未来のビュー(角度v2のビュー)の第1隣接素子の出力値、を用いて求めている。この場合、同一スライスの出力値を用いているが、異なるスライスの出力値を用いても良い。更に複数の出力値を用いるとき、異なるビューの出力値を用いても良い。ただし、異なるビューを用いる場合、ビュー角度差は5度程度までとすることが好ましい。
＜＜ぼかし処理の変更例1＞＞
第一実施形態では、ぼかし処理S332として、式(3)に示したように、両側の隣接素子からのぼかし率αを同じにして、信号の加算を行う場合を示したが、ぼかし率を異ならせてもよい。例えば、第2隣接素子の出力値のぼかし率をα1、欠陥素子の出力値のぼかし率をα2(α1≠α2)として、式(6)により第1隣接素子の出力値を算出してもよい。
Figure 2014156611
＜＜ぼかし処理の変更例2＞＞
各欠陥素子について一定のぼかし率で信号の加算を行うのではなく、欠陥素子の位置や出力値等に応じて変更してもよい。ぼかし率を欠陥素子の位置によって変更する例として、回転中心からの距離に応じてぼかし率を変更する。具体的には、回転中心に近い素子では遠い素子よりも小さな誤差でアーチファクトを生じるので、素子が回転中心に近いほどぼかし率を大きくし、回転中心から遠いほどぼかし率を小さくする。
またぼかし率を、欠陥素子の補正値、第1隣接素子の出力値、更に第1隣接素子の周辺素子などの出力値や補正値、それら出力値や補正値のビュー方向への変化量、チャネルやスライス方向への変化量などによって変更してもよい。ここで変化量の一例は、雑音やSNRである。これにより、再構成像の出力レベルや雑音レベルなどに応じて変化するアーチファクトの視認性に合わせて、または被写体の構造に合わせて、ぼかし率を設けることができる。このようにぼかし率を調整とすることで、不要なぼかしを抑え、十分なアーチファクトの低減を行うことが可能となる。
＜＜ぼかし処理の変更例3＞＞
第一実施形態では、ぼかし処理S332にて、第1隣接素子の補正出力値を、同じビューにおける欠陥素子の推定出力値と第1隣接素子の出力値と第2隣接素子の出力値から算出したが、図9を用いた推定処理の変更例から類推できるように、ぼかし処理についても異なるビューの出力値や推定値を用いることも可能である。例えば、所定のビューの投影データにおける第1隣接素子の補正出力値には、そのビューより前に取得されたビュー(過去のビュー)やそれより後に取得されたビューの投影データについて算出した、同じ欠陥素子の推定出力値、第1隣接素子の出力値、第2隣接素子の出力値を用いても良い。
更に現在、過去、未来の複数の出力値や推定値を用いる場合や、異なるビューの複数の出力値や推定値を用いる場合なども有り得る。ただし、用いるビュー間の角度差は数度以内であることが好ましい。
＜＜その他の変更例＞＞
第一実施形態では、LOG変換後の値に対してぼかし処理を行っているが、LOG変換の逆変換を行った後に加算処理を行い、再度LOG変換を行っても良い。
また、図3に示すように、欠陥素子補正S330をエア補正S320の後に行ったが、例えばオフセット補正S300の前、オフセット補正S300とLOG変換S310の間、LOG変換S310とエア補正S320の間、などで行っても構わない。更に欠陥素子補正S330以外に、図3の幾つかの処理がない場合や、図3に更に別の処理が付加されるなどの場合においても、再構成処理S340の前であれば、如何なる処理の順序で行われても構わない。
以上、説明した第一実施形態の変更例は、技術的な矛盾がない限り、互いに適宜組み合わせることが可能である。また後述する他の実施形態にも適用することができる。
＜第二実施形態＞
本実施形態は、ぼかし処理の制御部を設けたことが特徴である。すなわち、本実施形態では中央処理装置105は、ぼかし処理部によるぼかし量またはぼかし率を制御する補正制御部を備える。補正制御部は、検出器における欠陥素子の位置、検出器に放射線を照射する放射線焦点の大きさ、及び、検出器の出力ノイズ比(SNR)等の条件に応じて、ぼかし量またはぼかし率を制御する。
すなわち、第二実施形態では、欠陥素子に隣接する第1隣接素子について一様にぼかし処理を行うのではなく、装置等の条件やその他の要因に応じて、ぼかし処理の有無、ぼかしの程度を変化させることが特徴である。以下、典型的な要因である焦点サイズに応じたぼかし処理の制御について説明する。その他の処理は、上述した第一実施形態およびその変更例と同様であるので重複する説明は省略し、図3に示したぼかし処理S332の内容を中心に、図10を参照して詳述する。図10は、第二実施形態の欠陥素子補正S330の処理を示すフローである。
まず欠陥素子出力推定処理S331を行う。この処理は、第一実施形態の推定処理と同様であり、欠陥素子マップから得た欠陥素子の位置(画素)の出力値を、その位置に対しチャネル方向、スライス方向、或いはななめ方向に隣接する正常素子の出力値、或いはこれら正常素子の出力値の組み合わせを用いて推定する。推定方法は、式(2)に示すような線形補間でもよいし、その他の関数を用いた推定でもよい。
次に、焦点サイズに応じてぼかし処理を行うか否かを判断し(第1判断ステップS333)、ぼかし処理を行う場合は第2判断ステップS335へ進み、ぼかし処理を行わない場合は処理S337へ進む。ぼかし処理を行うか否かの判断は、X線源100からX線を照射する際の焦点サイズ(X線焦点のサイズ)による。
一般的なX線CT装置では、複数の焦点サイズを切り替えて使用することができ、入力部119を介して焦点サイズが選択されている。中央処理装置105は選択されている焦点サイズの情報を用いて判断S333を行う。
図11(a)に示すように、焦点サイズLが大きいときは、焦点162から照射され、撮影物163を透過して欠陥素子165に入射するX線の一部は、欠陥素子165と同様に隣接素子164、166にも入射している。ここで、焦点162から照射されて撮影物163を透過してX線検出器104に至るX線168がX線検出器104に入射する範囲をX線範囲Wとする。したがって隣接素子164、166の出力値には、欠陥素子165に入るべき情報が含まれているので、これらを用いた欠陥素子165の出力推定は高い精度が実現でき、ぼかし補正は不要であるか、ぼかし率が小さくてもよい。このようなぼかし処理が不要となる焦点サイズL0は、ぼかし補正を行わずともアーチファクトが生じない焦点サイズであり、事前撮影によって求めておくことが可能である。或いは、X線範囲Wが、隣接素子164、166の全領域と同じになる焦点サイズをL0として算出することも可能である。
一方、焦点サイズLがL0よりも小さい場合は、撮影物163を透過したX線のうち、隣接素子164、166に入射するX線の割合は減少し、隣接する素子の出力を用いた欠陥素子165の出力推定の精度は低い。従って、ぼかし処理を行うことが好ましい。特に、図11(b)に示すように、X線の焦点サイズが十分に小さい場合には、撮影物163を透過したX線は隣接素子164、166には入射しておらず、出力推定の精度が低く、多くのぼかし量のぼかし補正が必要になる。
そこで、第1判断ステップS333で、NO(L＜L0)、すなわち、ぼかし処理を行うと判断された場合には、さらに焦点サイズLが所定の下限値L1以下か否かを判断する(第2判断ステップS335)。焦点サイズLが下限値L1以下であると判断された場合には、ぼかし処理S3321へ進み、焦点サイズLが下限値より大きい場合には、ぼかし処理S3322へ進む。焦点サイズの下限値L1は、推定の精度が焦点サイズに依存しない、十分に小さい値である。下限値L1も、L0と同様に、事前撮影によって求めておくことが可能である。
或いは、例えば、X線範囲Wが、欠陥素子のサイズと同じになる焦点サイズをL1としてもよい。
ぼかし処理S3321、ぼかし処理S3322では、いずれも、第一実施形態と同様に、ぼかし処理の対象である第1隣接素子の出力値と、欠陥素子の推定出力値と、第1隣接素子に隣接する第2隣接素子の出力値とを用いて、式(3)或いは式(4)により第1隣接素子の出力値を補正する。ただし、焦点サイズLが下限値L1以下の場合のぼかし処理S3321では、ぼかし率αとして予め設定した一定のぼかし率α0を用いる。ぼかし率α0は、焦点サイズの下限値L1とともに事前撮影によって求めておくことが可能である。
ぼかし処理S3322では、焦点サイズに応じてぼかし率αを異ならせて、式(3)或いは式(4)を適用する。すなわち、焦点サイズLがL0からL1の範囲では、隣接素子164、166にかかる照射範囲は焦点サイズに対して線形に減少するので、この範囲のぼかし率αは焦点サイズLに対して、例えば式(7)のように線形に変化させる。
Figure 2014156611
なお、ぼかし率αを、焦点サイズに対し線形に変化させるのではなく、線形焦点サイズのさまざまな関数としてもよいし、関数を用いずに、事前に決定した値を用いてもよい。
ぼかし処理S3321、S3322後の第1隣接素子の補正出力値を、第1隣接素子の出力値とし、欠陥素子については推定出力値を出力値として、投影データを作成する(処理S339)。焦点サイズLが、所定の値L0以上であってぼかし処理を行わなかった(あるいはぼかし率を0とした)場合は、第1隣接素子の出力値をそのまま用い、欠陥素子については推定出力値を用い投影データを作成する(処理S337)。投影データから画像を再構成することは第一実施形態と同様であり、説明を省略する。
本実施形態によれば、焦点サイズに応じてぼかし処理の有無、ぼかし処理の程度を調整することにより、不要なぼかし処理によるアーチファクトの発生を防止できるとともに、推定処理の精度に応じて最適なぼかし処理を行うことができる。
なお上述したぼかし率の決定方法は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、ここでは、2つの閾値L0、L1を設定し、焦点サイズの範囲を3つに分けて、それぞれ異なる処理を行う場合を説明したが、単に、一つの閾値を設定して、ぼかし処理の有無だけを調整してもよいし、ぼかし処理の有無の判断は行わず、ぼかし率を所定の範囲で変化させるようにしてもよい。また、切り替え可能な複数の焦点サイズの、全部の焦点サイズでぼかし処理を行ってもよいし、一部の焦点サイズのみでぼかし補正を行ってもよい。例えば大焦点と小焦点とで変更できる場合、入力部119から小焦点が選択されると、中央処理手段105は欠陥素子補正S330にてぼかし処理S332を行い、大焦点が選択されると欠陥素子補正S330にてぼかし処理S332を行わないことも有り得る。また焦点サイズに応じて、ぼかし率を変更して用いる場合も有り得、大焦点の場合はぼかし率を小さくしてもよい。
また上述した実施形態では、焦点サイズによってぼかし処理の有無やぼかし率を変更する例を説明したが、撮影を行う被写体102の大きさや部位によってぼかし補正の有無やぼかし率を変更してもよい。図11の撮影物163は被写体102の部位や一部に相当するものであり、その位置や大きさによって、欠陥素子165と同様のX線が隣接素子164、166に入射する量は変化するからである。
更に、撮影で用いる画像フィルタや再構成フィルタ、管電流、管電圧、欠陥素子の位置、再構成像を生成するのに用いる投影データ数などによっても生じるアーチファクトの量や、その視認性が異なるため、ぼかし補正の有無やぼかし率を変更してもよい。
＜第三実施形態＞
本実施形態においても、欠陥素子補正が欠陥素子出力推定処理とぼかし処理を含むことは第一実施形態と同様である。本実施形態は、欠陥素子出力推定処理S331における出力推定手法と、ぼかし処理S332に制限を設ける点で、第一実施形態と異なる。すなわち第三実施形態の中央処理装置(ぼかし処理部)は、複数の検出素子の配列のうち、推定出力値を推定する対象である欠陥素子を含む行及び／又は列に隣接した行及び／又は列の検出素子の出力値を用いて、推定部が推定した推定出力値の、真の値からのずれ量を推定し、当該ずれ量に応じて、前記ぼかし量又はぼかし率を調整する。
以下、第一実施形態と異なる本実施形態の処理を中心に、本実施形態を詳述する。
＜＜欠陥素子出力推定処理S331＞＞
まず欠陥素子出力推定処理S331では、補間によって求めた欠陥素子の出力値と本来の出力値とのずれを推定し、このずれ量を加味して欠陥素子の出力値を推定する。推定したずれ(推定ずれ量という)を加味した推定出力値は、例えば、欠陥素子の位置を(m,n)とし、その欠陥素子についての推定ずれ量をΔ(m,n)とすると、式(8)で表すことができる。
Figure 2014156611
式(8)の右辺の第1項は、式(2)の右辺と等しく、欠陥素子の出力値をそれに隣接する第1隣接素子の出力値P(m,n−1)、P(m,n＋1)から補間した値である。
図12(a)に示すように、位置(m,n)の欠陥素子S2の出力値をそれに隣接する2つの正常素子S1、S3から線形補間により推定した場合、その推定出力値と欠陥素子S2の本来の出力値との間には、ずれがあり得る。
本実施形態では、このずれ量Δ(m,n)を、推定に用いた正常素子S1、S3とは異なる列或いは行にある対応する正常素子の出力値を用いて算出する。異なる列あるいは行は、典型的には隣接するスライスあるいはチャネルである。図12(b)、(c)は、(a)に示す検出素子S1〜S3とは異なる列あるいは行の対応する検出素子の出力値を示している。以下の説明では、一例として第1隣接素子S1、S3は、欠陥素子S2と同じスライス内のチャネル方向に隣接する素子であり、このスライスに隣接する両側のスライスの対応する素子S11、S13およびS21、23からずれ量を推定し、欠陥素子の出力推定に用いる場合を説明する。
このため、まず、第一実施形態と同様に、欠陥素子S2に隣接する第1隣接素子S1、S3の出力値を用いて、例えば式(2)、(3)により欠陥素子S2の推定出力値を算出する。この推定出力値を仮の推定値とする。
この第1隣接素子S1、S3に対し、別のスライスの対応する(チャネル番号が同じである)2つの素子(図12(b)のS11、S13)について、同様の計算を行い、2つの素子に挟まれた素子(図12(b)のS12)の出力推定を行う。この推定出力値Q(m,n−1)と素子S12の出力値P(m,n−1)との差をずれ量Δ(m,n−1)とする。同様に、別のスライスの対応する素子(図12(c)のS21、S23)についても、その間に位置する素子S22の推定出力値Q(m,n＋1)と実際の出力値P(m,n＋1)との差をずれ量Δ(m,n＋1)として求める。スライス方向に隣接する2つの素子からずれ量を求める計算は、まとめて式(9)で表すことができる。
Figure 2014156611
式中、i＝±1である(以下、同じ)。
こうして求めた隣接スライスのずれ量Δ(m,n−1)、Δ(m,n＋1)を用いて、出力推定の対象である欠陥素子S2について、ずれ量Δ(m,n)を式(10)により算出する。
Figure 2014156611
式(10)で求めたずれ量Δ(m,n)と、式(8)から、欠陥素子S2の推定出力値が算出できる。
上述した算出方法では、欠陥素子S2がスライス方向の端部でない場合であるが、欠陥素子が端部スライスの場合は、例えばそのスライスに隣接するスライスから算出した推定ずれ量Δ(m,n＋j)を推定ずれ量Δ(m,n)として用いてもよい。このとき推定ずれ量Δ(m,n)は、式(10)に代わり式(11)のように表すことができる。
Figure 2014156611
別の方法として、欠陥素子が端部スライスにある場合は、推定ずれ量Δ(m,n)をゼロと見なしても良い。
また、出力推定処理において、例えば、ずれ量の算出に用いるスライス方向に隣接する素子の出力値のいずれかが、欠陥素子であるため得られない場合には、さらに次に隣接する素子の出力値を用いてもよいし、両側のスライスにある素子の組のうち、一方の出力値を用いてもよい。また上記説明では、チャネル方向に隣接する第1隣接素子の出力値を用いて仮の推定出力値及び推定出力値を算出した場合を説明したが、仮の推定出力値の算出は、第一実施形態及びその変更例において説明したように、種々の正常素子の組み合わせを用いて行うことが可能である。
また推定ずれ量の算出を隣接スライスで行う場合を説明したが、これは一例であり、複数スライスだけ離れたスライスの出力値を用いても良い。
＜＜ぼかし処理＞＞
ぼかし処理S332では、ぼかし量を所定の限定値で制限して、限定値で制限される範囲で第1隣接素子の補正出力値Q(m＋i,n)を決定する。この処理の手順を、図13を参照して説明する。
まず、第1隣接素子の仮の補正出力値Q'(m＋i,n)を算出する(S550)。この算出方法は、例えば第一実施形態の補正出力値Q(m＋i,n)の算出方法と同じであり、式(3)を用いて算出する。次にぼかし量D(m＋i,n)を算出する(S551)。ぼかし量D(m＋i,n)は、仮の補正出力値と真の出力値との差であり、式(12)で表すことができる。
Figure 2014156611
一方、ぼかし量の限定量M(m,n)の算出を行う(S552)。この量は、ぼかし処理S332で行われるぼかし量を、欠陥素子毎に限定するものであり、推定処理S331で算出した欠陥素子の推定ずれ量Δ(m,n)の関数として設定する。図12及び式(8)に示したように、推定ずれ量Δ(m,n)は、欠陥素子の線形補間のずれ量を表し、ずれ量が大きいとき、線形補間による推定の精度が落ちていると言える。欠陥素子の線形補間のずれ量が大きいときは、ぼかし処理S332において線形補間(式(3))により第1隣接素子の値を求めた場合、ぼかし処理の精度も落ちている可能性が高い。そのため推定ずれ量Δ(m,n)が大きいときは、間違った補間を行う可能性が高いので、限定量M(m,n)を小さくして間違った補正を防ぐ。
したがって、限定量は、推定ずれ量Δ(m,n)が大きい場合には小さくなるような関数であり、例えば式(13)に示す関数を用いることができる。
Figure 2014156611
式(13)中、A、Bは定数であり、実撮影の事前の画質評価によって決めておくことができる。
上述した関数は、限定量M(m,n)が推定ずれ量Δ(m,n)に対し線形に変化する場合であるが、関数は種々の関数を採り得る。すなわち、限定量は、一般化した式(14)で表わすことができ、
Figure 2014156611
式(14)の関数gとしては、多項式、三角関数、指数関数、対数関数などのさまざまな関数が採り得る。また閾値毎に値が決まるさまざまな階段関数であっても良い。特に推定ずれ量Δ(m,n)がある一定値以上に大きいとき、ぼかし処理S332の精度が大きく低下していると考えられるため、限定量M(m,n)がゼロとなるように関数gを決定することは有用である。また、事前に用意したテーブルを用いて、推定ずれ量Δ(m,n)から限定量M(m,n)を決定してもよい。
次に上述の処理S552で算出した限定量Mと、S551で算出したぼかし量Dとを比較し、第1隣接素子の真の補正出力値Q(m＋i,n)を決定する(S553)。この判断処理では、比較結果を3つに条件分けし、条件ごとに補正出力値Qを決定する。まず、ぼかし量D(m＋i,n)が限定量M(m,n)より大きい場合(条件1)、第1隣接素子の出力値P(m＋i,n)に限定量M(m,n)を加えて補正出力値Q(m＋i,n)とする(S554)。すなわちぼかし量を限定量M(m,n)に限定する。ぼかし量D(m＋i,n)が−M(m,n)より小さい場合(条件2)、出力値P(m＋i,n)に−M(m,n)を加えて補正出力値Q(m＋i,n)とする(S555)。すなわち、ぼかし量を−M(m,n)に限定する。条件1及び2以外のときは(条件3)、式(3)から算出した仮の補正出力値Q'(m＋i,n)をそのまま補正出力値とする。
なお限定量Mは、欠陥素子に隣接するすべての第1隣接素子に共通の限定量を用いてもよいが、それぞれ別々に算出し、適用することも可能である。
以上のように、本実施形態のぼかし処理では、第1隣接素子の出力値の補正量(ぼかし量)に、ずれ量に基く限定を設けることで、ぼかし量Dは、−MからMの範囲に限定されて不要なぼかしを抑え、再構成像中でのアーチファクトが生じることを防ぐことができる。
なおここでは限定量M(m,n)を用いてぼかし量Dを決定していたが、これは結果的に限定量を用いてぼかし率α(式(3))を決定することになり、ぼかし率αを変更する方法の一例と位置付けることができる。
本実施形態の効果の一例として、図14に、ぼかし処理に限定量を設けないときの画像148、限定量を設けたときの画像149を示す。いずれも頭部ファントムの再構成像を示している。これら画像は、欠陥素子のないX線検出器104で撮影して得たローデータ143に対して、欠陥素子を擬似的に発生させ、欠陥素子補正S330を実施して作成した画像であり、両画像とも欠陥素子出力推定処理S331とぼかし処理S332は行っている。画像148中に矢印で示すアーチファクトが画像149では低減していることが分かり、限定量を設けた効果が分かる。
＜第三実施形態の変更例＞
＜＜出力推定処理の変更例＞＞
第三実施形態では、欠陥素子の仮の推定出力値を、チャネル方向に隣接する素子の出力値を用いて補間して算出し、推定ずれ量の算出を隣接スライスの出力値を用いて行ったが、これは一例であり、例えば欠陥素子の補間をスライス方向の値を用いて行い、推定ずれ量を隣接チャネルの出力値を用いて算出しても良い。更に、異なる集合の素子の出力値や補正量から、仮の推定出力値の算出と、推定ずれ量の算出を行うさまざまな場合が有り得る。このときこれらの集合が、共通の素子を含んでいても構わない。チャネル方向とスライス方向の両方向に属する素子を用いる場合や、欠陥素子の周辺の素子を用いる場合があっても良い。
第三実施形態では、仮の推定出力値やずれ量を線形補間にて求めたが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば多項式補間や非線形補間など、さまざまな補間であっても良い。この場合、推定ずれ量Δ(m,n＋i)の算出を行う式(9)の第1項も、同じ補間と成る。また仮の推定出力値の算出方法として、線形や高次関数などによるフィッティングによって求めても良い。この際、式(9)の第1項も、同じフィッティングを行うことになる。
すなわち、仮の推定出力値を決定する関数を関数hとし、その算出に用いる素子の集合の出力値をpk(m,n)(k：使用データ数、以下同じ)とするとき、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)は、式(8)に代わり、式(15)を用いて算出できる。
Figure 2014156611
このとき推定ずれ量Δ(m,n)は、欠陥素子に隣接する素子(位置(M、N))における推定ずれ量Δ(M、N)(M、Nは整数)から算出することができる。一方、ずれ量Δ(M、N)は、式(9)の場合と同様に考えて導出した式(16)から算出できる。
Figure 2014156611
式(16)中、P(M、N)は位置(M、N)の素子の出力値を表し、pk(M、N)は、位置(M、N)の素子を欠陥素子の位置に置き換えたときに、仮の補正値を算出するのに用いた素子の集合の出力値「pk(m,n)」に対応する素子の集合の出力値を表す。
また推定ずれ量Δ(m,n)の算出方法としては、例えば式(10)で示したのと同様に、スライス方向に隣接する素子の推定ずれ量Δ(M、N)の平均値として算出する方法がある。
ただし本発明はこれに限るものではなく、チャネル方向に隣接する素子を用いる場合、チャネルとスライス方向の両方の素子を用いる場合、欠陥素子の周辺の素子を用いる場合などもあり得る。更にこれらの素子の推定ずれ量を平均する場合だけでなく、関数によってフィッティングで決定する場合などもあり得る。更に「pk(m,n)」は、推定ずれ量Δ(M、N)を算出したビューと同じビューの出力値に限らず、過去や未来のビュー、つまりビュー角度や周期が異なるビューの出力値であってもよく、現在、過去、未来の2つ以上のビューの出力値であってもよい。
＜＜限定量算出方法の変更例＞＞
第三実施形態では、ぼかし処理におけるぼかし量を制限する限定量Mを、欠陥素子の推定出力値の推定ずれ量の関数としたが、限定量Mは、欠陥素子の推定出力値Qや、欠陥素子の周辺の画素の出力値の関数であってもよい。また欠陥素子の推定出力値の変化量や、それ以外の画素の出力値の変化量の関数であってもよい。ここで変化量の一例は、雑音やSNRである。このように関数を決定することで、適切な限定量Mを決定することができる。例えば検出器への入射線量が多くSNRが高いときには、より再構成像でのアーチファクトは見え易いため、小さな限定量Mを与えてぼかし量を減らすことでアーチファクトを抑制することができる。
検出器への入射量は、リファレンス検出器の出力や変化量から算出することができる。リファレンス検出器とは、X線源107から照射されたX線が、通常被写体を透過せずに直接入射する位置に配置された検出器であり、X線検出器104の一部であっても、別途設けられていてもよい。このようなリファレンス検出器の信号を用いることで、照射X線量に応じて限定量Mを決定することが可能となる。また限定量Mは、過去や未来を含むさまざまなビューの素子の出力値や推定値を用いて算出される場合があり得る。
＜＜ぼかし処理に用いる推定ずれ量の変更例＞＞
第三実施形態では、ぼかし処理S332で限定量を算出するための推定ずれ量として、欠陥素子出力推定処理S331で算出した推定ずれ量Δを用いたが、ぼかし処理S332のための推定ずれ量Δを別途求めてもよい。これは他の素子から求めてもよく、例えば、第2隣接素子を含む様々な周辺素子で算出した推定ずれ量Δであってもよい。また、先に示した式(9)や式(10)以外の式で求めてもよく、例えば第1隣接素子の周辺の素子、その他の欠陥素子の周囲の素子、ぼかし処理S332に用いる第2隣接素子、第2隣接素子の周辺の素子などの1つ以上の素子(欠陥素子は除く)について、式(3)により補正出力値を求め、その素子の出力値とのずれ量から、ぼかし処理S332のための推定ずれ量Δを算出しても良い。
また欠陥素子の場合と同様に、その素子の出力値を用いず、周辺素子の出力値を用いて補正出力値(推定値)を算出し、欠陥素子出力推定処理S331で求めた推定出力値との差が、ぼかし処理S332のための推定ずれ量Δを算出してもよい。なお、補正出力値の算出方法は、式(3)に限定されない。
ただし第三実施形態に記載したように、ぼかし処理S332における限定量を算出するための推定ずれ量として、欠陥素子出力推定処理S331で算出した推定ずれ量Δ(m,n)を用いる場合、別途求める場合よりも計算などの時間が短く、使用するメモリなどを少なく抑えることができる点でメリットがある。
＜＜ぼかし処理の変更例＞＞
第三実施形態では、ぼかし処理S332におけるぼかし量を、限定量を設けて制限する手法を説明したが、第三実施形態の趣旨は、アーチファクト発生に関わる諸要因を考慮してぼかし量を制限するというものであり、この手法に限定されず、種々の手法が採り得る。
例えば式(3)に示したぼかし率αを、直接変化させてもよい。このときぼかし率αは、限定量M(m,n)の場合と同様に、例えば推定ずれ量Δ(m,n)の関数としても良く、欠陥素子の推定出力値Q(m,n)、欠陥素子の周辺の画素の出力値、欠陥素子の推定出力値やそれ以外の画素の出力値や変化量の関数、リファレンス検出器の出力値や変化量などの関数であってもよい。
＜放射線撮影装置のその他の実施形態＞
上述した第一〜第三実施形態では、医療用のX線CT装置に本発明を適用した実施形態を記したが、本発明はこれに限るものではなく、放射線を検出する検出素子を多数配列した検出器と、その検出器に含まれる欠陥素子の出力値補正を行う中央処理装置と、を搭載したあらゆる装置に適用できる。例えば、非破壊検査用のX線CT装置、X線コーンビームCT装置、デュアルエネルギーCT装置、X線画像診断装置、X線画像撮影装置、X線透視装置、マンモグラフィー装置、デジタルサブトラクション装置、核医学検診装置、放射線治療装置などに適用できる。検出器としては、X線のほか、可視光、赤外線、紫外線、ガンマ線など、さまざまな波長の放射線を検出するものであれば、いずれも採用することができる。
＜画像処理装置の実施形態＞
本発明は、検出器を含まず、検出器の出力データを処理し画像データを作成する画像処理装置を含む。以下、画像処理装置の実施形態を説明する。本実施形態の画像処理装置は、複数の検出素子を配列してなる検出器の、各検出素子の出力値からなる投影データを用いて画像を作成する画像作成部と、検出器に含まれる欠陥素子による投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備える。
データ補正部は、欠陥素子の出力値を推定する推定部と、欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、欠陥素子については推定出力値を出力値とし、ぼかし処理された検出素子についてはぼかし処理後の出力値を出力値とする補正を行う。画像作成部は、データ補正部によって補正された投影データを用いて画像の作成を行う。
本実施形態の画像処理装置は、例えば、中央処理装置と、表示および入力を兼ねたユーザーインターフェイス(UI)とから構成することができる。画像処理装置は、画像撮影装置から直接、あるいは通信または可搬媒体等を介して、画像撮影装置の検出器が収集した出力データと、その検出器の欠陥素子に関する情報(欠陥素子マップ)とを入力し、欠陥素子補正を行う。画像処理装置が取り込む出力データは、検出器からのローデータでもよいし、オフセット補正やエア補正等の補正がなされたデータでもよい。
画像処理装置の機能ブロック図の一例を図15に示す。図示する画像処理装置200は、中央処理装置210と、記憶部250、必要に応じてこの中央処理装置210に接続されるUI装置260(図1の表示部106、入力部119に相当)を備えている。中央処理装置210は、主制御部220、データ補正部230、画像作成部240などからなり、画像処理装置200が表示部106を備える場合には、表示制御部270も含まれる。
データ補正部230は、入力したデータに対し、そのデータの性質に応じて種々の補正を行うものであり、欠陥素子補正部330を備えている。欠陥素子補正部330は、欠陥素子出力推定部331とぼかし処理部332とからなる。
欠陥素子出力推定部331は、欠陥素子マップ142の位置情報と出力データとを用いて欠陥素子の出力推定を行う。ぼかし処理部332は、出力推定部331が推定した欠陥素子の推定出力値とその周辺の素子の出力値(あるいは推定出力値)を用いて、欠陥素子の周辺の素子の出力値にぼかし処理を行う。ぼかし処理は、生じうるアーチファクトの程度に応じて、ぼかし処理の有無や程度が調整される。これら処理に必要な条件等はUI260を通して設定あるいは入力される。これら出力推定部331およびぼかし処理部332における処理は、上述した第一〜第三実施形態で説明したとおりであり、重複する記載は省略する。
画像作成部240は、欠陥素子補正部330が補正した後の出力データを用いて、投影画像データを作成する。出力データが、X線CT装置等のように回転角度(ビュー)の異なる複数のデータで構成される場合には、複数の投影データ(補正後の投影データ)に対しコンボリューション等の演算を行い、断層像を再構成する。再構成された画像データは、画像処理装置が表示部106を備える場合には、表示制御部270で他の必要な表示情報と重畳した表示データに変換され、表示部106に表示される。また必要に応じて、別の表示装置や撮影装置に転送したり、記憶手段に格納されたりする。
本実施形態の画像処理装置は、複数の異なる放射線撮影装置からの出力データを処理することができ、既存の放射線撮影装置を変更することなく、本発明の効果を得ることができる。また遠隔地の撮影装置の画像を処理して、遠隔地に戻すなど、多様な応用が可能である。
本実施形態の画像処理装置のぼかし処理部332は、ぼかし量またはぼかし率を制御する補正制御部を備えてもよい。補正制御部は、第二実施形態や第三実施形態と同様に、欠陥素子の推定出力値を用いてぼかし量またはぼかし率を制御しても良いし、欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値あるいは推定出力値を用いてぼかし量またはぼかし率を制御してもよい。
以上、本発明の種々の実施形態や変更例を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施の段階では、その要旨を逸脱しない範囲でさまざまに変形して実施することが可能である。更に、上記実施形態にはさまざまな段階が含まれており、開示される複数の構成要素における適宜な組み合わせにより、さまざまな発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素が、削除されてもよい。
本発明によれば、欠陥素子を有する検出器において、欠陥素子の出力値を推定してアーチファクトを低減すると共に、更に欠陥素子の推定ずれによって残るアーチファクトを目立たなくすることができる。
100 X線CT装置(画像撮影装置)、107 X線源、101 ガントリー回転部、102 被写体、103 寝台天板、104 X線検出器、105 中央処理装置、106 表示部、109 記憶部 116 X線コリメータ 117 制御部 118 信号収集部、119 入力部、330 欠陥素子補正部、331 欠陥素子出力推定部、332 ぼかし処理部、142 欠陥素子マップ、143 ローデータ、144 投影データ、145 再構成像、146〜149 再構成像

Claims (16)

  1. 複数の検出素子を配列してなる検出器の、各検出素子の出力値からなる投影データを用いて画像を作成する画像作成部と、前記検出器に含まれる欠陥素子による前記投影データの不完全性を補正するデータ補正部と、を備え、
    前記データ補正部は、前記欠陥素子の出力値を推定する推定部と、前記欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子の周囲に位置する検出素子の出力値にぼかし処理を行うぼかし処理部と、を備え、前記欠陥素子については前記推定出力値を出力値とし、前記検出素子についてはぼかし処理後の出力値を出力値とする補正を行い、
    前記画像作成部は、前記データ補正部によって補正された投影データを用いて前記画像の作成を行うことを特徴とする画像処理装置。
  2. 請求項1に記載の画像処理装置であって、
    前記ぼかし処理部によるぼかし量またはぼかし率を制御する補正制御部をさらに備えたことを特徴とする画像処理装置。
  3. 請求項2に記載の画像処理装置であって、
    前記補正制御部は、前記欠陥素子の周囲に位置する第1隣接素子の出力値と、前記第1隣接素子の周囲に位置する第2隣接素子の出力値と、前記第1隣接素子の出力値を用いて算出される前記欠陥素子の推定出力値との中の少なくとも一つを用いてぼかし量またはぼかし率を制御することを特徴とする画像処理装置。
  4. 請求項3に記載の画像処理装置であって、
    前記検出器は、第1の方向及び当該第1の方向と交差する第2の方向に配列した複数の検出素子を含み、
    前記ぼかし処理部は、前記複数の検出素子の配列のうち、前記推定出力値を推定する対象である欠陥素子を含む行及び／又は列に隣接した行及び／又は列の検出素子の出力値を用いて、前記推定部が推定した推定出力値の、真の値からのずれ量を推定し、当該ずれ量に応じて、前記ぼかし量またはぼかし率を調整することを特徴とする画像処理装置。
  5. 請求項2に記載の画像処理装置であって、
    前記補正制御部は、前記検出器における前記欠陥素子の位置、前記検出器に放射線を照射する放射線焦点の大きさ、及び、前記検出器の出力ノイズ比、のいずれかを含む条件に応じて、前記ぼかし量またはぼかし率を制御することを特徴とする画像処理装置。
  6. 請求項5に記載の画像処理装置であって、
    前記補正制御部は、前記ぼかし量またはぼかし率、もしくは前記ぼかし量又はぼかし率を決定する条件を入力するための入力部を備えることを特徴とする画像処理装置。
  7. 請求項1に記載の画像処理装置であって、
    前記推定部は、前記欠陥素子の周囲に位置する第1隣接素子の出力値を用いて、当該欠陥素子の推定出力値を算出し、
    前記ぼかし処理部は、前記欠陥素子について推定された推定出力値と、前記第1隣接素子の周囲に位置し、前記欠陥素子以外の第2隣接素子の出力値との少なくとも一方を用いてぼかし量を算出し、前記第1隣接素子の出力値に前記ぼかし量を加算してぼかし処理を行うことを特徴とする画像処理装置。
  8. 請求項1に記載の画像処理装置であって、
    前記推定部は、前記欠陥素子の周囲に位置する第1隣接素子の出力値を用いて、当該欠陥素子の推定出力値を算出し、
    前記ぼかし処理部は、前記欠陥素子について推定された推定出力値に対し第1のぼかし率をかけた値と、前記第1隣接素子の出力値と、前記第1隣接素子の周囲に位置し、前記欠陥素子以外の第2隣接素子に第2のぼかし率をかけた値と、を用いてぼかし処理を行うことを特徴とする画像処理装置。
  9. 請求項1に記載の画像処理装置であって、
    前記検出器は、第1の方向及び当該第1の方向と交差する第2の方向に配列した複数の検出素子を含み、
    前記推定部は、前記第1の方向において前記欠陥素子に隣接する検出素子の出力値及び／又は前記第2の方向において前記欠陥素子に隣接する検出素子の出力値を用いて、前記欠陥素子の推定出力値を推定し、
    前記ぼかし処理部は、前記推定部が前記推定出力値を推定するのに用いた検出素子に対しぼかし処理を行うことを特徴とする画像処理装置。
  10. 請求項9に記載の画像処理装置であって、
    前記ぼかし処理部は、前記複数の検出素子の配列のうち、前記推定出力値を推定する対象である欠陥素子を含む行及び／又は列に隣接した行及び／又は列の検出素子の出力値を用いて、前記推定部が推定した推定出力値の、真の値からのずれ量を推定し、当該ずれ量に応じて、ぼかし量又はぼかし率を調整することを特徴とする画像処理装置。
  11. 放射線源と、当該放射線源に対向配置され、複数の検出素子を配列してなる検出器と、前記検出器の各検出素子の出力値をもとに検査対象の画像を作成する画像作成部とを備え、
    前記画像作成部は、請求項1に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
  12. 請求項11に記載の放射線撮影装置であって、前記放射線撮影装置が、X線CT装置であることを特徴とする放射線撮影装置。
  13. 請求項12に記載の放射線撮影装置であって、
    前記データ補正部は、前記検出器の回転方向の位置が異なる複数の投影データのうち、一部の投影データについて、前記推定部による推定出力値の推定と前記ぼかし処理部によるぼかし処理を行い、残りの投影データについては、前記一部の投影データについて推定された推定出力値とぼかし処理に用いたぼかし量を流用して、回転方向の位置が異なるすべての投影データを補正することを特徴とする放射線撮影装置。
  14. 複数の検出素子を配列してなる検出器の、各検出素子の出力値を用いて画像を作成する画像処理方法であって、
    前記検出器に含まれる欠陥素子の出力値を、当該欠陥素子の周囲の、欠陥素子以外の検出素子の出力値を用いて推定するステップと、
    前記欠陥素子について推定された推定出力値を用いて、当該欠陥素子の周囲の検出素子の出力値にぼかし処理を行うステップと、
    当該ぼかし処理に用いるぼかし量又はぼかし率を設定するステップと、
    前記欠陥素子及びぼかし処理の対象とである検出素子については推定出力値及びぼかし処理後の出力値をそれぞれ用いて前記画像の作成を行うステップと、を含む画像処理方法。
  15. 請求項14に記載の画像処理方法であって、
    前記ぼかし処理を行うステップの前に、ぼかし処理の有無を判断するステップをさらに含むことを特徴とする画像処理方法。
  16. 請求項14に記載の画像処理方法であって、
    前記ぼかし量又はぼかし率を設定するステップは、前記欠陥素子の推定出力値と真の出力値とのずれ量を推定するステップと、推定されたずれ量を用いて、前記ぼかし量又はぼかし率の制限値を設定するステップと、を含み、
    前記ぼかし処理を行うステップは、前記制限値で制限されたぼかし量又はぼかし率を用いてぼかし処理を行うことを特徴とする画像処理方法。
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