WO2012164921A1 - 放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラム - Google Patents

放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラム Download PDF

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radiation
image
image generation
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智則 ▲崎▼本
和義 西野
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株式会社島津製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation tomographic image generation method and a radiation tomographic image generation program for generating a tomographic image based on a plurality of radiation images acquired by radiation beams respectively irradiated from different directions on a subject.
  • the present invention relates to a technique for generating a tomographic image of a subject including a portion that is different from a substance constituting a region of interest in the subject (for example, a substance having a higher density or a lower density than a substance constituting a living body).
  • an X-ray tomography apparatus as a conventional radiation tomographic image generation apparatus.
  • this X-ray tomography apparatus as shown in FIG. 7, an X-ray tube 101 and an X-ray detector 102 are disposed facing each other with a subject M interposed therebetween, and the X-ray tube 101 is placed in the longitudinal direction of the subject M.
  • the X-ray detector 102 is interlocked so as to translate in a direction opposite to the translation of the X-ray tube 101.
  • the X-ray irradiation angle to the subject M of the X-ray tube 101 is set so that arbitrary points on a specific tomographic plane (reference plane) of the subject M are always at the same position on the X-ray detector 102. Shooting continuously while changing.
  • rotation body axis of a C arm (not shown) that holds the X-ray tube 101 and the X-ray detector 102 as shown in FIG.
  • Various scanning trajectories such as circular arc movement (circular scanning) associated with z and a short axis perpendicular to the horizontal plane are realized.
  • the X-ray tomography apparatus is also called “tomosynthesis”.
  • an appropriate amount of each of a plurality of projection data (radiation images) acquired by X-ray beams irradiated from different directions (projection angles) to the subject is generated to generate a tomographic image.
  • a reconstruction method called “shift addition method” that performs addition arithmetic processing while shifting, or an X-ray CT (X-ray CT) that generates a tomographic image by rotating an X-ray tube or an X-ray detector around the body axis of the subject.
  • FBP Filtered Back Projection method
  • filtered back projection method also called “filtered back projection method”
  • the human body is taken as an example of the subject, there is a substance constituting a living body as a substance constituting a region of interest in the subject.
  • a dense material absorbs radiation.
  • the substance having a lower density than the substance constituting the living body transmits radiation.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a radiation tomographic image generation method and a radiation tomographic image generation program capable of reducing artifacts while maintaining high spatial resolution.
  • the radiation tomographic image generation method is a radiation tomographic image generation method for generating a tomographic image based on a plurality of radiation images acquired by radiation beams irradiated from different directions to a subject.
  • An extraction / separation process for extracting and separating an image different from a substance constituting a region of interest in a subject from the acquired radiation image, and the extraneous image extracted and separated in the extraction / separation process.
  • a tomographic image generation step is a radiation tomographic image generation method for generating a tomographic image based on a plurality of radiation images acquired by radiation beams irradiated from different directions to a subject.
  • the radiation tomographic image generation method in the extraction / separation step, an image different from the substance constituting the region of interest in the subject is extracted and separated from the acquired radiation image,
  • the region interpolation step the heterogeneous image extracted and separated in the extraction and separation step is interpolated from the peripheral region to generate an interpolated image.
  • a tomographic image is generated from the interpolation image generated by interpolating the heterogeneous region in the region interpolation step.
  • a tomographic image is generated in the first tomographic image generation step from the interpolated image generated by the interpolation.
  • artifacts due to the foreign matter for example, metal
  • the region of interest can be observed near the foreign region.
  • artifacts can be reduced while maintaining high spatial resolution.
  • the heterogeneous projection data generation step of generating heterogeneous projection data which is heterogeneous projection data, from the difference between the acquired radiographic image and the interpolated image
  • the heterogeneous projection data generation step A second tomographic image generation step that generates a tomographic image from heterogeneous projection data, and a tomographic image that combines the tomographic image generated in the first tomographic image generation step and the tomographic image generated in the second tomographic image generation step.
  • a synthesis step is
  • the radiographic image is data that includes a heterogeneous part and the interpolated image is data obtained by interpolating a heterogeneous area
  • the projection data generated from the difference between the radiographic image and the interpolated image is a projection of only the heterogeneous area.
  • Data ie, heterogeneous projection data. Therefore, when a tomographic image is generated from heterogeneous projection data in the second tomographic image generating step, the generated tomographic image becomes a tomographic image of only a heterogeneous region.
  • the pixel value of the tomographic image may become a negative value. Therefore, in the second tomographic image generation step, the pixel value of the region in which the pixel value of the tomographic image generated by the FBP method is lower than a set reference value (for example, the pixel value is “0” or a positive value). Is replaced with a reference value to generate a tomographic image.
  • the tomographic image synthesis step the tomographic image generated in the first tomographic image generation step and the tomographic image replaced with the reference value in the second tomographic image generation step are synthesized.
  • the pixel value of the tomographic image does not become a negative value, and the foreign region and the other regions in the region of interest A natural tomographic image can be generated while the boundary with the region becomes clear.
  • a tomographic image may be generated by a successive approximation method.
  • the first tomographic image generation step may be combined with the FBP method. That is, in the first tomographic image generation step, a tomographic image is generated by the FBP method, and in the tomographic image synthesis step, the tomographic image generated by the FBP method in the first tomographic image generation step and the second tomographic image generation step are successively approximated.
  • the tomographic image generated by the method is synthesized.
  • a tomographic image may be generated by the FBP method, or a tomographic image may be generated by a successive approximation method.
  • the projection data of the heterogeneous image may be extracted and separated from the acquired projection data of the radiographic image, or a tomographic image is generated from the acquired projection data of the radiographic image, and from the tomographic image. Extracting and separating the tomographic image of the heterogeneous image, and forward-projecting the tomographic image of the extracted heterogeneous image to generate projection data, thereby generating the projection data generated by the forward projection of the foreign image. Extraction and separation may be performed as projection data.
  • the radiation tomographic image generation program is a computer for generating a radiation tomographic image for generating a tomographic image based on a plurality of radiation images acquired by radiation beams irradiated from different directions to a subject.
  • An extraction / separation process for extracting and separating an image different from a substance constituting a region of interest in a subject from the acquired radiation image, and an extraction / separation process thereof Interpolating the extraneous area from the surrounding area with respect to the extraneous image extracted and separated in step (b) to generate an interpolated image, and the extraneous area is generated by interpolating in the interpolating step.
  • a first tomographic image generation step for generating a tomographic image from the interpolation image, and causing a computer to execute the processing in these steps. It is characterized in.
  • the extraneous region is interpolated in the region interpolation step with respect to the extraneous image extracted and separated in the extraction / separation step. If a tomographic image is generated from the generated interpolation image in the first tomographic image generation step, artifacts can be reduced while maintaining a high spatial resolution.
  • the extraneous region is interpolated in the region interpolation step with respect to the extraneous image extracted and separated in the extraction / separation step. If a tomographic image is generated from the interpolation image generated in the first tomographic image generation step, artifacts can be reduced while maintaining a high spatial resolution.
  • FIG. 1 It is a block diagram of the tomography apparatus which concerns on an Example. It is the flowchart which showed the flow of a series of radiation tomographic image generation by an image process part. It is the schematic which showed the flow of each image and each data. (A) to (d) are schematic diagrams for explaining the labeling of binarized data. It is the flowchart which showed the flow of a series of radiation tomographic image generation by the image process part which concerns on a modification. It is the schematic which showed the flow of each image and each data which concern on a modification. It is the side view which showed schematic structure of the conventional tomographic apparatus of linear scanning. It is the side view which showed schematic structure of the conventional tomographic apparatus of circular scanning.
  • FIG. 1 is a block diagram of a tomography apparatus according to an embodiment.
  • X-rays will be described as an example of radiation
  • a human body will be described as an example of a subject.
  • a substance constituting a living body will be taken as an example of a substance constituting a region of interest in a subject.
  • the explanation will be made by taking, as an example, a high-density material such as a metal artificial joint, an external fixator, or a tooth filling as an extraneous portion.
  • the tomography apparatus includes a top plate 1 on which a subject M is placed, an X-ray tube 2 that emits X-rays toward the subject M, and X-rays that have passed through the subject M.
  • a flat panel X-ray detector hereinafter abbreviated as “FPD”) 3.
  • the tomography apparatus generates a tube voltage and a tube current of the X-ray tube 2 as well as the top plate control unit 4 that controls the elevation and horizontal movement of the top plate 1, the FPD control unit 5 that controls the scanning of the FPD 3, and so on.
  • An X-ray tube control unit 7 having a high voltage generation unit 6 to be generated, an A / D converter 8 that digitizes and extracts an X-ray detection signal that is a charge signal from the FPD 3, and an X output from the A / D converter 8
  • An image processing unit 9 that performs various processes based on a line detection signal, a controller 10 that controls these components, a memory unit 11 that stores processed images, and an input unit that is used by an operator to perform input settings 12 and a monitor 13 for displaying processed images and the like.
  • the top board control unit 4 horizontally moves the top board 1 to accommodate the subject M up to the imaging position, moves the top and bottom, rotates and horizontally moves the subject M to a desired position, or horizontally moves the subject M. Then, the image is picked up, or the image is moved horizontally after the image pickup is finished, and the control is performed to retract from the image pickup position.
  • These controls are performed by controlling a top plate drive mechanism (not shown) including a motor and an encoder (not shown).
  • the FPD control unit 5 performs control to translate the FPD 3 along the body axis z direction that is the longitudinal direction of the subject M. This control is performed by controlling an FPD drive mechanism (not shown) including a rack, pinion, motor, encoder (not shown), and the like.
  • the high voltage generator 6 generates a tube voltage and a tube current for irradiating X-rays, and supplies them to the X-ray tube 2.
  • the X-ray tube control unit 7 performs control to translate the X-ray tube 2 in the direction opposite to the translation of the FPD 3. This control is performed by controlling an X-ray tube driving unit (not shown) including a column, a screw rod, a motor, an encoder (not shown), and the like.
  • the X-ray tube controller 7 controls the setting of the irradiation field of the collimator (not shown) on the X-ray tube 2 side.
  • the irradiation field of view is set by controlling the collimator so as to irradiate fan beam-shaped X-rays extending in the body axis z direction.
  • the image processing unit 9 and the controller 10 are configured by a central processing unit (CPU) and the like, and the memory unit 11 is a storage medium represented by ROM (Read-only Memory), RAM (Random-Access Memory), and the like. Etc.
  • the input unit 12 includes a pointing device represented by a mouse, a keyboard, a joystick, a trackball, a touch panel, and the like.
  • a program or the like for performing various image processing is written and stored in a storage medium represented by a ROM or the like, and the program or the like is read from the storage medium and executed by the CPU of the image processing unit 9.
  • Appropriate image processing is performed.
  • by executing a program related to extraction / separation, region interpolation, first / second tomographic image generation, metal projection data generation, and tomographic image synthesis extraction / separation, region interpolation, or first / second Tomographic image generation, metal projection data generation, and tomographic image synthesis are performed.
  • a program relating to extraction / separation, region interpolation, first / second tomographic image generation, metal projection data generation, and tomographic image synthesis corresponds to the radiation tomographic image generation program of the present invention.
  • the memory unit 11 is configured to write and store each image processed by the image processing unit 9.
  • the FPD control unit 5 and the X-ray tube control unit 7 are also composed of a CPU or the like, similar to the image processing unit 9 and the controller 10.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of a series of radiation tomographic image generation by the image processing unit
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a flow of each image and each data
  • FIG. 4 is a binarized data. It is the schematic where it uses for description of labeling of.
  • the radiation tomographic image generation in steps S1 to S6 shown in FIG. 2 is performed by the CPU of the image processing unit 9 executing a program.
  • Step S1 Extraction and Separation
  • the fan beam-shaped X-rays extending in the body axis z direction are irradiated from the X-ray tube 2.
  • the FPD 3 detects X-ray beams respectively irradiated from different directions (projection angles) on the subject M.
  • a plurality of X-ray images by X-ray beams irradiated on the subject M from different directions are acquired.
  • the X-ray image is projection data projected on the detection surface of the FPD 3, and is assumed to be projection data P1 as shown in FIG.
  • a method of extracting and separating an image of metal or the like for example, threshold processing is performed on the pixel value of the projection data P1, and “1” is added to a pixel value higher than the threshold, and the pixel value equal to or lower than the threshold
  • a method of outputting binarized data with “0” added see binarized data D in FIG. 4A.
  • the region of the image with “1” matches the region of the extracted metal or the like, and the region of the image with “0” matches the living tissue (FIG. 4 ( see b)).
  • This binarized data is set as projection data P2 before interpolation as shown in FIG.
  • the pre-interpolation projection data P2 corresponds to a foreign image in the present invention.
  • Method A Thus, by performing threshold processing on the pixel value of the projection data P1 and outputting binarized data, the projection data P2 before interpolation is extracted and separated from the projection data P1. Note that the extraction and separation method is not limited to threshold processing.
  • a graph cut method that extracts and separates based on the pixel value and the pixel value difference, and the spatial frequency is high at the boundary between the living tissue and the metal
  • a substance constituting a region of interest in a subject a substance constituting a living body in this embodiment
  • Is not particularly limited as long as it is a normal extraction / separation technique for extracting and separating a foreign image projection data P2 before interpolation in this embodiment.
  • Method B In addition to directly extracting and separating the pre-interpolation projection data P2 from the projection data P1, a tomographic image is generated by reconstruction from the projection data P1, and the pre-interpolation tomographic image is extracted and separated from the tomographic image by, for example, threshold processing. Then, the projection data generated by forward projection may be extracted and separated as projection data P2 before interpolation by generating projection data by forward projecting the extracted tomographic image before interpolation.
  • the reconstruction method as exemplified by the filtered back projection (FBP) method and the successive approximation method (for example, the above-mentioned LikelihoodliExpectation Maximization (ML-EM) method and the above-described shift addition method), etc.
  • FBP filtered back projection
  • ML-EM LikelihoodliExpectation Maximization
  • shift addition method etc.
  • This step S1 corresponds to the extraction / separation step in the present invention.
  • Step S2 Region Interpolation A region such as metal is interpolated from the periphery of the pre-interpolation projection data P2 extracted and separated in step S1 to generate an interpolation image.
  • This interpolation image is assumed as post-interpolation projection data P3 as shown in FIG.
  • the post-interpolation projection data P3 corresponds to the interpolated image in the present invention.
  • labeling is first performed on the pre-interpolation projection data P2, which is also binarized data.
  • an image area namely, an area of metal or the like
  • the image area is a square shape. It is not limited to this area.
  • the area S of the image to which “1” is attached is a square area indicated by a thick frame.
  • FIG. 4B “1” is attached within the region S (see FIG. 4A), and “0” is attached outside the region S.
  • the pixel adjacent in the outer direction of the region S is “0”.
  • the label is “2” (see FIG. 4C).
  • FIG. 4C when the pixel adjacent to the outer side of the region S is “0” in the region S of the image to which “1” is attached, the label is set to “1” and the region S is outside.
  • the label is “2”
  • the label is “3” (FIG. 4 ( see d)).
  • the labeling becomes higher toward the center side of the region S, and the label becomes lower toward the outside of the region S. Note that the labeling is not limited to the method shown in FIG.
  • interpolation is performed from the peripheral area (peripheral pixels) in the projection data P1 using an interpolation formula such as the following formula (1).
  • m-th label of the peripheral pixel is L m
  • a label of the pixel of interest is taken as L n
  • L m ⁇ m-th peripheral pixels than the label when (i.e. n-th pixel of L n the p m and p m 1 to the time towards the label is small)
  • L m ⁇ L n that is, when it is larger or the same label m-th peripheral pixels than the label of the n-th pixel
  • the number and range of peripheral pixels are arbitrarily determined.
  • interpolation is performed using the pixel values of adjacent pixels as they are, or weighted addition is performed according to the distance between the pixel to be interpolated and the surrounding pixels.
  • a normal region interpolation method such as interpolation by averaging.
  • This step S2 corresponds to region interpolation in the present invention.
  • Step S3 First Tomographic Image Generation
  • a tomographic image is generated by reconstruction from the post-interpolation projection data P3 generated by interpolating a region such as metal in step S2.
  • This tomographic image is defined as a first tomographic image P4 as shown in FIG.
  • the reconstruction method is not particularly limited as long as it is a normal method for generating a tomographic image from projection data, as exemplified by the FBP method and the successive approximation method.
  • the first tomographic image P4 corresponds to the tomographic image (generated in the first tomographic image generating step) in the present invention.
  • This step S3 corresponds to the first tomographic image generation step in this invention.
  • steps S4 and S5 are performed after step S3, but steps S4 and S5 can be performed even before step S3 is performed. Therefore, the present invention is not limited to the flowchart of FIG. 2, and step S3 may be performed after steps S4 and S5, or step S3 and steps S4 and S5 may be performed simultaneously in parallel.
  • Step S4 Projection Data Generation for Metal etc.
  • Metal projection data P5 which is projection data
  • This metal projection data P5 corresponds to the heterogeneous projection data in this invention.
  • This step S4 corresponds to the heterogeneous projection data generation step in this invention.
  • Step S5 Second Tomographic Image Generation
  • a tomographic image is generated by reconstruction from the metal projection data P5 generated in step S4.
  • This tomographic image is a second tomographic image P6 as shown in FIG.
  • the second tomographic image P6 corresponds to the tomographic image (generated in the second tomographic image generating step) in the present invention.
  • the reconstruction method is not particularly limited as long as it is a normal method for generating a tomographic image from projection data as exemplified by the FBP method and the successive approximation method.
  • the second tomographic image P6 is generated only by the FBP method in step S5, and the tomographic images P4 and P6 are simply added in step S6 described later. Since the metal projection data P5 that is the basis of the second tomographic image P6 is the difference between the projection data P1 and the post-interpolation projection data P3 that is the basis of the first tomographic image P4, This results in the original tomographic image from which artifacts are not removed. Therefore, when the first tomographic image P4 is generated by the FBP method in step S3, the second tomographic image P6 is generated by replacement with the FBP method and the reference value in step S5.
  • the second tomographic image P6 is generated by replacement with the FBP method and the reference value.
  • the pixel value of the tomographic image may become a negative value. Therefore, a tomographic image is generated by replacing the pixel value of the tomographic image generated by the FBP method with the reference value in the region where the pixel value of the tomographic image is lower than the set reference value, and the tomographic image replaced with the reference value.
  • the image is a second tomographic image P6.
  • the reference value pixel value may be normally set to “0”, but of course the reference value pixel value is a positive value. May be set.
  • the first tomographic image P4 is generated by the FBP method in step S3
  • the second tomographic image P6 is generated by the successive approximation method in step S5, and the tomographic images P4 and P6 are simply added to each other in step S6 described later. Even if they are combined, the tomographic image has reduced artifacts. Therefore, the first tomographic image P4 may be generated by the FBP method in step S3, and the second tomographic image P6 may be generated by the successive approximation method in step S5. Even when the successive approximation method is used in step S3, when the FBP method is used in step S5, the second tomographic image P6 is replaced with the above-described reference value.
  • This step S5 corresponds to the second tomographic image generation step in this invention.
  • Step S6 Tomographic image synthesis
  • the first tomographic image P4 generated in step S3 and the second tomographic image P6 generated in step S5 are synthesized.
  • the tomographic images P4 and P6 may be simply added and synthesized, or the second tomographic image P6.
  • the threshold value processed may be added to the first tomographic image P4 and combined.
  • the pixel values of the tomographic images P4 and P6 may be multiplied and multiplied to be combined.
  • the synthesized tomographic image is defined as a synthesized tomographic image P7 as shown in FIG.
  • the synthesized tomographic image P7 corresponds to the tomographic image (synthesized in the tomographic image synthesizing process) in the present invention.
  • This step S6 corresponds to the tomographic image synthesis step in this invention.
  • the substance constituting the region of interest in the subject is different (in this embodiment).
  • An image of a high-density substance such as a metal is extracted and separated from the acquired radiation image (projection data P1 of an X-ray image in this embodiment), and the region in step S2
  • the extraneous region is interpolated from the peripheral region with respect to the extraneous image (pre-interpolation projection data P2) extracted and separated in step S1.
  • An interpolation image (in this embodiment, post-interpolation projection data P3) is generated. Then, in the first tomographic image generation in step S3, a tomographic image (main image) is generated from the interpolation image (post-interpolation projection data P3) generated by interpolating the extraneous region (region such as metal) by the region interpolation in step S2. In the embodiment, a first tomographic image P4) is generated. Since the extraneous region (region of metal, etc.) is interpolated by the region interpolation of step S2 with respect to the extraneous image extracted and separated by the extraction separation of step S1 (pre-interpolation projection data P2), it is generated by interpolation.
  • first tomographic image P4 is generated in the first tomographic image generation in step S3 from the interpolated image (in this embodiment, post-interpolation projection data P3), artifacts due to the heterogeneity (metal in this embodiment) are generated.
  • a region of interest a living tissue in this embodiment
  • a foreign region near a region such as a metal.
  • artifacts can be reduced while maintaining high spatial resolution.
  • different projection data that is different projection data from the difference between the acquired radiation image (projection data P1 of the X-ray image) and the interpolation image (projection data P3 after interpolation).
  • the tomographic image (this image is generated from the heterogeneous projection data (metal projection data P5) generated by the metal projection data generation in step S4 and the metal projection data generation in step S4 for generating the metal projection data P5).
  • the radiographic image is data including a heterogeneous portion (metal or the like)
  • the interpolation image is data obtained by interpolating a heterogeneous region (metal or the like). Therefore, the projection data generated from the difference between the radiation image (X-ray image projection data P1) and the interpolated image (post-interpolation projection data P3) is projection data of only a heterogeneous region (metal region).
  • the tomographic image (second tomographic image P6) is generated from the heterogeneous projection data (metal projection data P5) in the second tomographic image generation in step S5, the generated tomographic image (second tomographic image P6) is heterogeneous.
  • This is a tomographic image of only the region (region such as metal).
  • both tomographic images (first / second tomographic images P4 and P6) generated in the first / second tomographic image generation in steps S3 and S5 are synthesized in the tomographic image synthesis in step S6, artifacts are reduced.
  • the boundary between the heterogeneous region (metal region) and the other region (biological tissue in this embodiment) in the region of interest becomes clear.
  • the pixel value of the tomographic image (second tomographic image P6) is generated. May be negative. Therefore, in the second tomographic image generation in step S5, the pixel value of the tomographic image generated by the FBP method is in the region where the pixel value is lower than the set reference value (for example, the pixel value is “0” or a positive value). A pixel value is replaced with a reference value, and a tomographic image is generated as a second tomographic image P6.
  • the tomographic image (first tomographic image P4) generated in the first tomographic image generation in step S3 and the tomographic image replaced with the reference value in the second tomographic image generation in step S5 ( The second tomographic image P6) is synthesized.
  • the tomographic image (second tomographic image P6) is generated from the heterogeneous projection data (metal projection data P5) by the FBP method in the second tomographic image generation in step S5, the tomographic image (second tomographic image P6).
  • a natural tomographic image (in this embodiment) is obtained while the boundary between a foreign region (metal region) and another region (biological tissue) is clear in the region of interest without the pixel value of A composite tomographic image P7) can be generated.
  • a tomographic image (second tomographic image P6) may be generated by a successive approximation method.
  • the first tomographic image generation in step S3 may be combined with the FBP method. That is, in the first tomographic image generation in step S3, a tomographic image (first tomographic image P4) is generated by the FBP method, and in the tomographic image synthesis in step S6, the first tomographic image generation in step S3 is generated by the FBP method.
  • the tomographic image (first tomographic image P4) and the tomographic image generated by the successive approximation method (second tomographic image P6) in the second tomographic image generation in step S5 are synthesized.
  • a tomographic image (first tomographic image P4) may be generated by the FBP method, or a tomographic image (first tomographic image P4) is generated by the successive approximation method. Also good.
  • projection data (projection data P2 before interpolation) of a foreign image may be extracted and separated from projection data (projection data P1) of the acquired radiation image (X-ray image), A tomographic image is generated from projection data (projection data P1) of the acquired radiation image (X-ray image), and a tomographic image (pre-interpolation tomographic image) of a heterogeneous image is extracted and separated from the tomographic image.
  • the projection data generated by forward projecting the tomographic image of the different image (pre-interpolation tomographic image) to generate projection data is used as the projection data of the foreign image (projection data P2 before interpolation). And may be extracted and separated.
  • the radiation tomographic image generation program according to the present embodiment is a plurality of radiation images (X-ray images) acquired by radiation beams (X-ray beams in the present embodiment) irradiated on the subject M from different directions.
  • FIG. 2 is a radiation tomographic image generation program for causing a computer (a CPU of the image processing unit 9 in FIG. 1) to generate a radiation tomographic image based on the above, and the processing in steps S1 to S6 in FIG. Is executed by a computer (CPU of the image processing unit 9).
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as follows.
  • the X-ray is taken as an example of radiation, but it may be applied to radiation other than X-ray (for example, ⁇ -ray). Therefore, the present invention can also be applied to the case where transmission data is acquired by irradiating a subject with radiation of the same type as a radiopharmaceutical from an external radiation source in a nuclear medicine diagnostic apparatus.
  • the present invention is used for a tomographic apparatus for linear scanning as shown in FIGS. 1 and 7, but may be applied to a tomographic apparatus for circular operation as shown in FIG.
  • the human body is taken as an example of the subject
  • the substance constituting the region of interest in the subject is taken as an example
  • the substance constituting the living body is taken as an example.
  • a high-density material such as a metal artificial joint, an external fixator, or a tooth filling has been described as an example.
  • the present invention may be applied to a case of photographing a low-density material.
  • the subject is other than a human body (for example, when the test target used in a nondestructive testing apparatus is a subject)
  • an image that is different from the substance that forms the region of interest in the subject is extracted.
  • it can be applied regardless of whether the density is high or low.
  • step S4 metal projection data generation
  • step S5 second tomographic image generation
  • step S6 tomographic image synthesis
  • steps S4 to S6 are performed.
  • the metal projection data P5 and the second tomographic image P6 are generated, and the first / second tomographic images P4 and P6 are combined to generate the combined tomographic image P7.
  • Steps S4 to S6 are not necessarily performed if it is not necessary to confirm the boundary between and other regions (in the embodiment, living tissue).
  • step S1 extraction and separation
  • step S2 region interpolation
  • step S3 first tomographic image generation
  • each step S1 to S3 in FIG. 5 and each image and each data in FIG. 6 are the same as each step S1 to S3 in FIG. 2 and each image and each data in FIG. Is omitted.

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Abstract

 ステップS1の抽出分離で抽出分離された異質(例えば金属などの高密度な物質)の画像(実施例では補間前投影データ)に対して当該異質の領域(金属等の領域)がステップS2の領域補間で補間されるので、その補間されて生成された補間画像(実施例では補間後投影データ)からステップS3の第1断層画像生成で断層画像(実施例では第1断層画像)を生成すれば、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。

Description

放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラム
 この発明は、被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラムに係り、特に、被検体中の関心領域を構成する物質とは異質(例えば生体を構成する物質に比べて高密度な物質あるいは低密度な物質)の部分を含んだ被検体の断層画像を生成する技術に関する。
 従来の放射線断層画像生成装置として、例えばX線断層撮影装置がある。このX線断層撮影装置は、図7に示すように、被検体Mを挟んでX線管101とX線検出器102とを対向配置して、X線管101を被検体Mの長手方向である体軸z方向に沿って平行移動させるのに同期して、X線検出器102をX線管101の平行移動とは逆方向に平行移動させるように連動させる。また、被検体Mの特定の断層面(基準面)上の任意の点がX線検出器102上で常に同じ位置になるように、X線管101の被検体MへのX線照射角度を変えながら連続的に撮影を行っている。X線断層撮影装置では、このような平行移動(直線走査)以外にも、図8に示すようなX線管101・X線検出器102を保持するCアーム(図示省略)の回転(体軸zと水平面に直交する短手方向の軸心周り)に伴う円弧移動(円走査)など各種の走査軌道が実現されている。
 X線断層撮影装置は、「トモシンセシス」とも呼ばれている。X線断層撮影装置では、断層画像を生成するのに、被検体に対して互いに異なる方向(投影角度)からそれぞれ照射されたX線ビームによって取得された複数の投影データ(放射線画像)をそれぞれ適量ずらしながら加算演算処理を行う「シフト加算法」と呼ばれる再構成手法や、被検体の体軸の軸心周りにX線管やX線検出器を回転させて断層画像を生成するX線CT(Computed Tomography)装置と同様に、フィルタード・バックプロジェクション(FBP: Filtered Back Projection法)(「フィルタ補正逆投影法」とも呼ばれる)による再構成手法などがある(例えば、非特許文献1参照)。
 被検体として人体を例に採って説明すると、被検体中の関心領域を構成する物質として生体を構成する物質がある。この生体を構成する物質に比べて高密度な物質として、金属製人工関節、創外固定器、歯の詰め物等があり、これら高密度な物質は金属などで形成されており、生体組織と比較すると高密度な物質では放射線を吸収する。この他に、生体を構成する物質に比べて低密度な物質を含む場合には、生体組織と比較すると低密度な物質では放射線を透過する。
塩見剛 「トモシンセシスの原理と応用 ~FPDが生み出した新技術~」、 医用画像情報学会雑誌、Vol.24 No.2、22-27、2007.
 しかしながら、このような金属等を有する被検体の断層撮影を行う場合には、次のような問題がある。すなわち、被検体が金属等の高密度な物質を含む場合には、再構成手法によっては、生成された断層画像の金属等近辺にアーティファクト(偽像)が発生するという問題がある。例えば、上述したフィルタード・バックプロジェクション(FBP)法やLikelihood Expectation Maximization (ML-EM)法では金属等周辺のアーティファクトが発生する。金属等周辺のアーティファクトを抑制した再構成手法として上述したシフト加算法が挙げられるが、空間分解能が劣る。高密度な物質を例に採って説明したが、低密度な物質の場合にもアーティファクトが生じる。
 この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラムを提供することを目的とする。
 この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
 すなわち、この発明に係る放射線断層画像生成方法は、被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成方法であって、被検体中の関心領域を構成する物質とは異質の画像を、取得された前記放射線画像から抽出分離する抽出分離工程と、その抽出分離工程で抽出分離された前記異質の画像に対して当該異質の領域をその周辺領域から補間して、補間画像を生成する領域補間工程と、その領域補間工程で当該異質の領域が補間されて生成された前記補間画像から断層画像を生成する第1断層画像生成工程とを備えることを特徴とするものである。
 [作用・効果]この発明に係る放射線断層画像生成方法によれば、抽出分離工程では、被検体中の関心領域を構成する物質とは異質の画像を、取得された放射線画像から抽出分離し、領域補間工程では、その抽出分離工程で抽出分離された異質の画像に対して当該異質の領域をその周辺領域から補間して、補間画像を生成する。そして、第1断層画像生成工程では、その領域補間工程で当該異質の領域が補間されて生成された補間画像から断層画像を生成する。抽出分離工程で抽出分離された異質の画像に対して当該異質の領域が領域補間工程で補間されるので、その補間されて生成された補間画像から第1断層画像生成工程で断層画像を生成すれば、当該異質(例えば金属)によるアーティファクトが抑えられ、異質の領域付近での関心領域の観察が可能となる。その結果、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
 上述した放射線断層画像生成方法において、取得された放射線画像と補間画像との差分から異質の投影データである異質投影データを生成する異質投影データ生成工程と、その異質投影データ生成工程で生成された異質投影データから断層画像を生成する第2断層画像生成工程と、上述の第1断層画像生成工程で生成された断層画像と第2断層画像生成工程で生成された断層画像とを合成する断層画像合成工程とを備えるのが好ましい。放射線画像が異質の部分を含んだデータであり、補間画像が異質の領域を補間したデータであることから、放射線画像と補間画像との差分から生成される投影データは、異質の領域のみの投影データ(すなわち異質投影データ)となる。したがって、第2断層画像生成工程で異質投影データから断層画像を生成すると、その生成された断層画像は異質の領域のみの断層画像となる。その結果、断層画像合成工程で第1/第2断層画像生成工程で生成された両方の断層画像を合成すると、アーティファクトを低減させつつ、関心領域内において異質の領域とそれ以外の領域との境界が明瞭となる。
 上述の第2断層画像生成工程でFBP法により異質投影データから断層画像を生成すると、断層画像の画素値が負の値になる可能性がある。そこで、第2断層画像生成工程では、FBP法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値(例えば画素値が“0”あるいは正の値)よりも低くなる領域の当該画素値を基準値に置き換えて断層画像を生成する。そして、断層画像合成工程では、第1断層画像生成工程で生成された断層画像と第2断層画像生成工程で基準値に置き換えられた断層画像とを合成する。その結果、第2断層画像生成工程でFBP法により異質投影データから断層画像を生成しても、断層画像の画素値が負の値になることなく、関心領域内において異質の領域とそれ以外の領域との境界が明瞭となりつつ自然な断層画像を生成することができる。
 また、第2断層画像生成工程では、逐次近似法により断層画像を生成してもよい。この場合において、第1断層画像生成工程でFBP法と組み合わせてもよい。すなわち、第1断層画像生成工程では、FBP法により断層画像を生成し、断層画像合成工程では、第1断層画像生成工程でFBP法により生成された断層画像と第2断層画像生成工程で逐次近似法により生成された断層画像とを合成する。
 同様に、第1断層画像生成工程では、FBP法により断層画像を生成してもよいし、逐次近似法により断層画像を生成してもよい。
 上述の抽出分離工程では、取得された放射線画像の投影データから異質の画像の投影データを抽出分離してもよいし、取得された放射線画像の投影データから断層画像を生成し、その断層画像から異質の画像の断層画像を抽出分離して、その抽出された異質の画像の断層画像を順投影して投影データを生成することによって、その順投影されて生成された投影データを異質の画像の投影データとして抽出分離してもよい。
 また、この発明に係る放射線断層画像生成プログラムは、被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成をコンピュータに実行させるための放射線断層画像生成プログラムであって、被検体中の関心領域を構成する物質とは異質の画像を、取得された前記放射線画像から抽出分離する抽出分離工程と、その抽出分離工程で抽出分離された前記異質の画像に対して当該異質の領域をその周辺領域から補間して、補間画像を生成する領域補間工程と、その領域補間工程で当該異質の領域が補間されて生成された前記補間画像から断層画像を生成する第1断層画像生成工程とを備え、これらの工程での処理をコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
 [作用・効果]この発明に係る放射線断層画像生成プログラムによれば、抽出分離工程で抽出分離された異質の画像に対して当該異質の領域が領域補間工程で補間されるので、その補間されて生成された補間画像から第1断層画像生成工程で断層画像を生成すれば、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
 この発明に係る放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラムによれば、抽出分離工程で抽出分離された異質の画像に対して当該異質の領域が領域補間工程で補間されるので、その補間されて生成された補間画像から第1断層画像生成工程で断層画像を生成すれば、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
実施例に係る断層撮影装置のブロック図である。 画像処理部による一連の放射線断層画像生成の流れを示したフローチャートである。 各画像や各データの流れを示した概略図である。 (a)~(d)は2値化データのラベリングの説明に供する概略図である。 変形例に係る画像処理部による一連の放射線断層画像生成の流れを示したフローチャートである。 変形例に係る各画像や各データの流れを示した概略図である。 従来の直線走査の断層撮影装置の概略構成を示した側面図である。 従来の円走査の断層撮影装置の概略構成を示した側面図である。
 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
 図1は、実施例に係る断層撮影装置のブロック図である。本実施例では放射線としてX線を例に採って説明するとともに、被検体として人体を例に採って説明し、被検体中の関心領域を構成する物質として生体を構成する物質を例に採って説明し、異質の部分として、金属製人工関節、創外固定器、歯の詰め物等の高密度な物質を例に採って説明する。
 断層撮影装置は、図1に示すように、被検体Mを載置する天板1と、その被検体Mに向けてX線を照射するX線管2と、被検体Mを透過したX線を検出するフラットパネル型X線検出器(以下、「FPD」と略記する)3とを備えている。
 断層撮影装置は、他に、天板1の昇降および水平移動を制御する天板制御部4や、FPD3の走査を制御するFPD制御部5や、X線管2の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部6を有するX線管制御部7や、FPD3から電荷信号であるX線検出信号をディジタル化して取り出すA/D変換器8や、A/D変換器8から出力されたX線検出信号に基づいて種々の処理を行う画像処理部9や、これらの各構成部を統括するコントローラ10や、処理された画像などを記憶するメモリ部11や、オペレータが入力設定を行う入力部12や、処理された画像などを表示するモニタ13などを備えている。
 天板制御部4は、天板1を水平移動させて被検体Mを撮像位置にまで収容したり、昇降、回転および水平移動させて被検体Mを所望の位置に設定したり、水平移動させながら撮像を行ったり、撮像終了後に水平移動させて撮像位置から退避させる制御などを行う。これらの制御は、モータやエンコーダ(図示省略)などからなる天板駆動機構(図示省略)を制御することで行う。
 FPD制御部5は、FPD3を被検体Mの長手方向である体軸z方向に沿って平行移動させる制御を行う。この制御は、ラックやピニオンやモータやエンコーダ(図示省略)などからなるFPD駆動機構(図示省略)を制御することで行う。
 高電圧発生部6は、X線を照射させるための管電圧や管電流を発生してX線管2に与える。X線管制御部7は、X線管2をFPD3の平行移動とは逆方向に平行移動させる制御を行う。この制御は、支柱やネジ棒やモータやエンコーダ(図示省略)などからなるX線管駆動部(図示省略)を制御することで行う。
 また、X線管制御部7は、X線管2側のコリメータ(図示省略)の照視野の設定の制御を行う。本実施例では、体軸z方向に広がりを有するファンビーム状のX線を照射するようにコリメータを制御して照視野を設定する。
 画像処理部9やコントローラ10は、中央演算処理装置(CPU)などで構成されており、メモリ部11は、ROM(Read-only Memory)やRAM(Random-Access Memory)などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部12は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。
 なお、各種の画像処理を行うためのプログラム等をROMなどに代表される記憶媒体に書き込んで記憶し、その記憶媒体からプログラム等を読み出して画像処理部9のCPUが実行することでそのプログラムに応じた画像処理を行う。特に、抽出分離や領域補間や第1/第2断層画像生成や金属等投影データ生成や断層画像合成に関するプログラムを実行することで、そのプログラムに応じた抽出分離や領域補間や第1/第2断層画像生成や金属等投影データ生成や断層画像合成をそれぞれ行う。抽出分離や領域補間や第1/第2断層画像生成や金属等投影データ生成や断層画像合成に関するプログラムは、この発明における放射線断層画像生成プログラムに相当する。
 メモリ部11は、画像処理部9で処理された各々の画像を書き込んで記憶するように構成されている。FPD制御部5やX線管制御部7も、画像処理部9やコントローラ10と同様にCPUなどで構成されている。
 画像処理部9による放射線断層画像生成の流れについて、図2~図4を参照して説明する。図2は、画像処理部による一連の放射線断層画像生成の流れを示したフローチャートであり、図3は、各画像や各データの流れを示した概略図であり、図4は、2値化データのラベリングの説明に供する概略図である。図2に示すステップS1~S6の放射線断層画像生成については、上述したように、画像処理部9のCPUがプログラムを実行することにより行う。
 (ステップS1)抽出分離
 図1に示すように、X線管2およびFPD3を互いに逆方向に平行移動させつつ、X線管2から体軸z方向に広がりを有するファンビーム状のX線を照射することで、被検体Mに対して互いに異なる方向(投影角度)からそれぞれ照射されたX線ビームをFPD3が検出する。FPD3が検出することによって、被検体Mに対して互いに異なる方向からそれぞれ照射されたX線ビームによる複数のX線画像を取得する。X線画像は、FPD3の検出面に投影された投影データであり、図3に示すように投影データP1とする。
 取得された投影データP1から高密度な物質(金属等)の画像を抽出分離する。金属等の画像を抽出分離する方法としては、例えば投影データP1の画素値に対して閾値処理を行い、閾値よりも高い画素値に対して“1”を付けて、閾値以下の画素値に対して“0”を付けて、2値化データを出力する方法が挙げられる(図4(a)の2値化データDを参照)。この2値化データでは、“1”が付けられた画像の領域が抽出分離された金属等の領域に一致し、“0”が付けられた画像の領域が生体組織に一致する(図4(b)を参照)。この2値化データを、図3に示すように補間前投影データP2とする。補間前投影データP2は、この発明における異質の画像に相当する。
 (Aの方法)
 このように、投影データP1の画素値に対して閾値処理を行って2値化データを出力することで、投影データP1から補間前投影データP2を抽出分離する。なお、抽出分離の手法については、閾値処理に限定されない。生体組織と金属との境界では画素値差によるエッジがあるのを利用して、画素値および画素値差に基づいて抽出分離するグラフカット手法や、生体組織と金属との境界では空間周波数が高いのを利用して周波数帯域フィルタを用いて抽出分離する手法や、レベルセット法などに例示されるように、被検体中の関心領域を構成する物質(本実施例では生体を構成する物質)とは異質の画像(本実施例では補間前投影データP2)を抽出分離する通常の抽出分離の手法であれば、特に限定されない。
 (Bの方法)
 また、投影データP1から補間前投影データP2を直接的に抽出分離する以外にも、投影データP1から再構成により断層画像を生成し、その断層画像から補間前断層画像を例えば閾値処理により抽出分離して、その抽出された補間前断層画像を順投影して投影データを生成することによって、その順投影されて生成された投影データを補間前投影データP2として抽出分離してもよい。
 また、上述のAの方法とBの方法とを組み合わせて行うことも可能である。例えば、Aの方法で厚い金属を抽出し、Bの方法で比較的薄い金属を抽出するケースが考えられる。
 再構成手法については、上述したフィルタード・バックプロジェクション(FBP)法や、逐次近似法(例えば上述したLikelihood Expectation Maximization (ML-EM)法や上述したシフト加算法)などに例示されるように、投影データから断層画像を生成する通常の手法であれば、特に限定されない。このステップS1は、この発明における抽出分離工程に相当する。
 (ステップS2)領域補間
 ステップS1で抽出分離された補間前投影データP2に対して金属等の領域をその周辺から補間して、補間画像を生成する。この補間画像を、図3に示すように補間後投影データP3とする。補間後投影データP3は、この発明における補間画像に相当する。
 本実施例では、2値化データでもある補間前投影データP2に対してラベリングを先ず行う。図4では、説明の便宜上、“1”が付けられた画像の領域(すなわち金属等の領域)を、太枠で示された正方形状の領域で図示するが、もちろん画像の領域については正方形状の領域には限定されない。図4(a)に示すように、2値化データD(図3の補間前投影データP2)のうち、“1”が付けられた画像の領域Sを太枠で示された正方形状の領域とする。したがって、図4(b)に示すように、領域S(図4(a)を参照)内では“1”が付けられ、領域S外では“0”が付けられる。
 次に、図4(b)において、“1”が付けられた画像の領域S(図4(a)を参照)で、領域S外方向に隣接する画素が“0”の場合には、“1”のラベルにして、領域S外方向に隣接する画素が“1”の場合には、“2”のラベルにする(図4(c)を参照)。さらに、図4(c)において、“1”が付けられた画像の領域Sで、領域S外方向に隣接する画素が“0”の場合には、“1”のラベルにして、領域S外方向に隣接する画素が“1”の場合には、“2”のラベルにして、領域S外方向に隣接する画素が“2”の場合には、“3”のラベルにする(図4(d)を参照)。以下、同様の手順でラベリングを行うと、領域Sの中心側に向かうとラベルが高くなり、領域S外方向に向かうとラベルが低くなる。なお、ラベリングについては、図4に示す手法に限定されない。
 このようにラベリングされたデータに基づいて、投影データP1中の周辺領域(周辺画素)から下記(1)式のような補間式を用いて補間する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 なお、上記(1)式中のnは補間の対象となる画素で、Iは対象となるn番目の画素における補間後の画素値で、kは対象となるn番目の画素のラベル未満(すなわちn番目の画素のラベルよりも若いラベル)の周辺画素の個数であり、mは周辺画素を順にm=1,2,3…としたときの値であり、pはm番目の周辺画素の重み係数であり、Iはm番目の周辺画素における画素値(投影データP1中の画素値)である。ただし、m番目の周辺画素のラベルをLとし、対象となる画素のラベルをLとしたときに、L<Lのとき(すなわちn番目の画素のラベルよりもm番目の周辺画素のラベルの方が小さいとき)にpをp=1とし、L≧Lのとき(すなわちn番目の画素のラベルよりもm番目の周辺画素のラベルの方が大きいまたは同じとき)にpをp=0とする。したがって、上記(1)式は、L<Lのときのみの周辺画素(すなわち対象となる金属等の領域よりも生体組織に近い画素)の画素値の総和を、L<Lに該当する周辺画素の個数kで除算した加算平均(相加平均)の式となる。周辺画素の個数・範囲については任意に決定する。
 補間の手法については、ラベリングを用いた上記(1)式以外にも、隣接する画素の画素値をそのまま用いて補間する、あるいは補間の対象となる画素と周辺画素との距離に応じて重み付け加算平均を行うことで補間するなど、通常の領域補間の手法であれば、特に限定されない。このステップS2は、この発明における領域補間に相当する。
 (ステップS3)第1断層画像生成
 ステップS2で金属等の領域が補間されて生成された補間後投影データP3から再構成により断層画像を生成する。この断層画像を、図3に示すように第1断層画像P4とする。再構成手法については、ステップS2でも述べたように、FBP法や逐次近似法などに例示されるように、投影データから断層画像を生成する通常の手法であれば、特に限定されない。第1断層画像P4は、この発明における(第1断層画像生成工程で生成された)断層画像に相当する。このステップS3は、この発明における第1断層画像生成工程に相当する。
 図2のフローチャートでは、ステップS3の後にステップS4、S5を行っているが、ステップS3を行う前でもステップS4、S5を行うことができる。したがって、図2のフローチャートに限定されず、ステップS4、S5の後にステップS3を行ってもよいし、ステップS3とステップS4、S5とを同時に並行して行ってもよい。
 (ステップS4)金属等投影データ生成
 一方、FPD3の検出により取得された投影データP1とステップS2で補間されて生成された補間後投影データP3との差分から、図3に示すように金属等の投影データである金属等投影データP5を生成する。この金属等投影データP5は、この発明における異質投影データに相当する。このステップS4は、この発明における異質投影データ生成工程に相当する。
 (ステップS5)第2断層画像生成
 ステップS4で生成された金属等投影データP5から再構成により断層画像を生成する。この断層画像を、図3に示すように第2断層画像P6とする。第2断層画像P6は、この発明における(第2断層画像生成工程で生成された)断層画像に相当する。再構成手法については、ステップS2、S3でも述べたように、FBP法や逐次近似法などに例示されるように、投影データから断層画像を生成する通常の手法であれば、特に限定されない。
 ただし、ステップS3でFBP法により第1断層画像P4を生成したときには、ステップS5でFBP法のみで第2断層画像P6を生成し、後述するステップS6で断層画像P4、P6同士を単純に加算して合成した場合には、第2断層画像P6の基となる金属等投影データP5が、投影データP1と、第1断層画像P4の基となる補間後投影データP3との差分であることから、アーティファクトが除去されない元の断層画像になってしまう。したがって、ステップS3でFBP法により第1断層画像P4を生成したときには、ステップS5でFBP法および基準値への置き換えで第2断層画像P6を生成する。
 FBP法および基準値への置き換えで第2断層画像P6を生成する場合について説明する。FBP法により金属等投影データP5から断層画像を生成すると、断層画像の画素値が負の値になる可能性がある。そこで、FBP法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値よりも低くなる領域の当該画素値を基準値に置き換えて断層画像を生成して、その基準値に置き換えられた断層画像を第2断層画像P6とする。基準値については、基準値に置き換えられた画素値が負の値にさえならなければ、基準値の画素値を“0”に通常設定すればよいが、もちろん基準値の画素値を正の値に設定してもよい。
 なお、ステップS3でFBP法により第1断層画像P4を生成したときには、ステップS5で逐次近似法により第2断層画像P6を生成し、後述するステップS6で断層画像P4、P6同士を単純に加算して合成したとしても、アーティファクトが低減した断層画像となるので、ステップS3でFBP法により第1断層画像P4を生成し、ステップS5で逐次近似法により第2断層画像P6を生成してもよい。また、ステップS3で逐次近似法を用いた場合であっても、ステップS5でFBP法を用いた場合には、第2断層画像P6に対して上述の基準値への置き換えを行う。このステップS5は、この発明における第2断層画像生成工程に相当する。
 (ステップS6)断層画像合成
 ステップS3で生成された第1断層画像P4とステップS5で生成された第2断層画像P6とを合成する。第1/第2断層画像P4、P6において同じ画素における両方の画素値を単純に加算することで、断層画像P4、P6同士を単純に加算して合成してもよいし、第2断層画像P6に対して閾値処理を行ったものを第1断層画像P4と加算して合成してもよい。また、必要に応じて各断層画像P4、P6の各画素値に係数を乗じて加算して合成してもよい。合成された断層画像を、図3に示すように合成断層画像P7とする。合成断層画像P7は、この発明における(断層画像合成工程で合成された)断層画像に相当する。このステップS6は、この発明における断層画像合成工程に相当する。
 本実施例に係る放射線断層画像生成方法によれば、ステップS1の抽出分離では、被検体中の関心領域を構成する物質(本実施例では生体を構成する物質)とは異質(本実施例では金属などの高密度な物質)の画像(本実施例では補間前投影データP2)を、取得された放射線画像(本実施例ではX線画像の投影データP1)から抽出分離し、ステップS2の領域補間では、そのステップS1の抽出分離で抽出分離された異質の画像(補間前投影データP2)に対して当該異質の領域(本実施例では金属等の領域)をその周辺領域から補間して、補間画像(本実施例では補間後投影データP3)を生成する。そして、ステップS3の第1断層画像生成では、そのステップS2の領域補間で当該異質の領域(金属等の領域)が補間されて生成された補間画像(補間後投影データP3)から断層画像(本実施例では第1断層画像P4)を生成する。ステップS1の抽出分離で抽出分離された異質の画像(補間前投影データP2)に対して当該異質の領域(金属等の領域)がステップS2の領域補間で補間されるので、その補間されて生成された補間画像(本実施例では補間後投影データP3)からステップS3の第1断層画像生成で断層画像(第1断層画像P4)を生成すれば、当該異質(本実施例では金属)によるアーティファクトが抑えられ、異質の領域付近(金属等の領域付近)での関心領域(本実施例では生体組織)の観察が可能となる。その結果、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
 本実施例の放射線断層画像生成方法において、取得された放射線画像(X線画像の投影データP1)と補間画像(補間後投影データP3)との差分から異質の投影データである異質投影データ(本実施例では金属等投影データP5)を生成するステップS4の金属等投影データ生成と、そのステップS4の金属等投影データ生成で生成された異質投影データ(金属等投影データP5)から断層画像(本実施例では第2断層画像P6)を生成するステップS5の第2断層画像生成と、上述のステップS3の第1断層画像生成で生成された断層画像(第1断層画像P4)とステップS5の第2断層画像生成で生成された断層画像(第2断層画像P6)とを合成するステップS6の断層画像合成とを備えるのが好ましい。放射線画像(X線画像の投影データP1)が異質の部分(金属等)を含んだデータであり、補間画像(補間後投影データP3)が異質の領域(金属等の領域)を補間したデータであることから、放射線画像(X線画像の投影データP1)と補間画像(補間後投影データP3)との差分から生成される投影データは、異質の領域(金属等の領域)のみの投影データ(すなわち異質投影データ:本実施例では金属等投影データP5)となる。したがって、ステップS5の第2断層画像生成で異質投影データ(金属等投影データP5)から断層画像(第2断層画像P6)を生成すると、その生成された断層画像(第2断層画像P6)は異質の領域(金属等の領域)のみの断層画像となる。その結果、ステップS6の断層画像合成でステップS3、S5の第1/第2断層画像生成で生成された両方の断層画像(第1/第2断層画像P4、P6)を合成すると、アーティファクトを低減させつつ、関心領域内において異質の領域(金属等の領域)とそれ以外の領域(本実施例では生体組織)との境界が明瞭となる。
 上述のステップS5の第2断層画像生成でFBP法により異質投影データ(金属等投影データP5)から断層画像(第2断層画像P6)を生成すると、断層画像(第2断層画像P6)の画素値が負の値になる可能性がある。そこで、ステップS5の第2断層画像生成では、FBP法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値(例えば画素値が“0”あるいは正の値)よりも低くなる領域の当該画素値を基準値に置き換えて断層画像を第2断層画像P6として生成する。そして、ステップS6の断層画像合成では、ステップS3の第1断層画像生成で生成された断層画像(第1断層画像P4)とステップS5の第2断層画像生成で基準値に置き換えられた断層画像(第2断層画像P6)とを合成する。その結果、ステップS5の第2断層画像生成でFBP法により異質投影データ(金属等投影データP5)から断層画像(第2断層画像P6)を生成しても、断層画像(第2断層画像P6)の画素値が負の値になることなく、関心領域内において異質の領域(金属等の領域)とそれ以外の領域(生体組織)との境界が明瞭となりつつ自然な断層画像(本実施例では合成断層画像P7)を生成することができる。
 図2のフローチャートでも述べたように、ステップS5の第2断層画像生成では、逐次近似法により断層画像(第2断層画像P6)を生成してもよい。この場合において、ステップS3の第1断層画像生成でFBP法と組み合わせてもよい。すなわち、ステップS3の第1断層画像生成では、FBP法により断層画像(第1断層画像P4)を生成し、ステップS6の断層画像合成では、ステップS3の第1断層画像生成でFBP法により生成された断層画像(第1断層画像P4)とステップS5の第2断層画像生成で逐次近似法により生成された断層画像(第2断層画像P6)とを合成する。
 同様に、ステップS3の第1断層画像生成では、FBP法により断層画像(第1断層画像P4)を生成してもよいし、逐次近似法により断層画像(第1断層画像P4)を生成してもよい。
 上述のステップS1の抽出分離では、取得された放射線画像(X線画像)の投影データ(投影データP1)から異質の画像の投影データ(補間前投影データP2)を抽出分離してもよいし、取得された放射線画像(X線画像)の投影データ(投影データP1)から断層画像を生成し、その断層画像から異質の画像の断層画像(補間前断層画像)を抽出分離して、その抽出された異質の画像の断層画像(補間前断層画像)を順投影して投影データを生成することによって、その順投影されて生成された投影データを異質の画像の投影データ(補間前投影データP2)として抽出分離してもよい。
 本実施例に係る放射線断層画像生成プログラムは、被検体Mに対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビーム(本実施例ではX線ビーム)によって取得された複数の放射線画像(X線画像)に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成をコンピュータ(図1では画像処理部9のCPU)に実行させるための放射線断層画像生成プログラムであって、図2の各ステップS1~S6での処理をコンピュータ(画像処理部9のCPU)に実行させている。
 この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
 (1)上述した実施例では、放射線としてX線を例に採って説明したが、X線以外の放射線(例えばγ線など)に適用してもよい。したがって、核医学診断装置において放射性薬剤と同種の放射線を外部線源から被検体に対して照射して、トランスミッションデータを取得する場合においても適用することができる。
 (2)上述した実施例では、図1や図7のように直線走査の断層撮影装置に用いたが、図8に示すような円操作の断層撮影装置に適用してもよい。
 (3)上述した実施例では、被検体として人体を例に採って説明し、被検体中の関心領域を構成する物質として生体を構成する物質を例に採って説明し、異質の部分として、金属製人工関節、創外固定器、歯の詰め物等の高密度な物質を例に採って説明したが、低密度な物質を撮影する場合においても適用してもよい。また、被検体が人体以外の場合(例えば非破壊検査装置などに用いられる検査対象物が被検体の場合)には、被検体中の関心領域を構成する物質とは異質の画像を抽出する場合においても、高密度、低密度如何を問わずに適用することができる。
 (4)上述した実施例では、図2のフローチャートでは、ステップS4(金属等投影データ生成)、ステップS5(第2断層画像生成)およびステップS6(断層画像合成)とステップS4~S6を行い、図3では、金属等投影データP5および第2断層画像P6を生成して、第1/第2断層画像P4、P6を合成して合成断層画像P7を生成したが、関心領域内において異質の領域とそれ以外の領域(実施例では生体組織)との境界を確認する必要がなければ、必ずしもステップS4~S6を行う必要はない。図5のフローチャートに示すように、ステップS1(抽出分離)、ステップS2(領域補間)およびステップS3(第1断層画像生成)を最低限に行い、図6において、補間前投影データP2、補間後投影データP3および第1断層画像P4のみを生成してもよい。図5の各ステップS1~S3および図6の各画像や各データについては、上述した実施例の図2の各ステップS1~S3および図3の各画像や各データと同じであるので、その説明を省略する。
 9 … 画像処理部
 P1 … 投影データ
 P2 … 補間前投影データ
 P3 … 補間後投影データ
 P4 … 第1断層画像
 P5 … 金属等投影データ
 P6 … 第2断層画像
 P7 … 合成断層画像

Claims (10)

  1.  被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成方法であって、
     被検体中の関心領域を構成する物質とは異質の画像を、取得された前記放射線画像から抽出分離する抽出分離工程と、
     その抽出分離工程で抽出分離された前記異質の画像に対して当該異質の領域をその周辺領域から補間して、補間画像を生成する領域補間工程と、
     その領域補間工程で当該異質の領域が補間されて生成された前記補間画像から断層画像を生成する第1断層画像生成工程と
     を備えることを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  2.  請求項1に記載の放射線断層画像生成方法において、
     取得された前記放射線画像と前記補間画像との差分から前記異質の投影データである異質投影データを生成する異質投影データ生成工程と、
     その異質投影データ生成工程で生成された前記異質投影データから断層画像を生成する第2断層画像生成工程と、
     前記第1断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第2断層画像生成工程で生成された前記断層画像とを合成する断層画像合成工程と
     を備えることを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  3.  請求項2に記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記第2断層画像生成工程では、フィルタード・バックプロジェクション法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値よりも低くなる領域の当該画素値を前記基準値に置き換えて断層画像を生成し、
     前記断層画像合成工程では、前記第1断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第2断層画像生成工程で前記基準値に置き換えられた前記断層画像とを合成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  4.  請求項2に記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記第2断層画像生成工程では、逐次近似法により前記断層画像を生成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  5.  請求項4に記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記第1断層画像生成工程では、フィルタード・バックプロジェクション法により前記断層画像を生成し、
     前記断層画像合成工程では、前記第1断層画像生成工程で前記フィルタード・バックプロジェクション法により生成された前記断層画像と前記第2断層画像生成工程で前記逐次近似法により生成された前記断層画像とを合成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  6.  請求項1から請求項5のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記第1断層画像生成工程では、フィルタード・バックプロジェクション法により前記断層画像を生成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  7.  請求項1から請求項5のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記第1断層画像生成工程では、逐次近似法により前記断層画像を生成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  8.  請求項1から請求項7のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記抽出分離工程では、取得された前記放射線画像の投影データから前記異質の画像の投影データを抽出分離することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  9.  請求項1から請求項8のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
     前記抽出分離工程では、取得された前記放射線画像の投影データから断層画像を生成し、その断層画像から前記異質の画像の断層画像を抽出分離して、その抽出された前記異質の画像の断層画像を順投影して投影データを生成することによって、その順投影されて生成された投影データを前記異質の画像の投影データとして抽出分離することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  10.  被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成をコンピュータに実行させるための放射線断層画像生成プログラムであって、
     被検体中の関心領域を構成する物質とは異質の画像を、取得された前記放射線画像から抽出分離する抽出分離工程と、
     その抽出分離工程で抽出分離された前記異質の画像に対して当該異質の領域をその周辺領域から補間して、補間画像を生成する領域補間工程と、
     その領域補間工程で当該異質の領域が補間されて生成された前記補間画像から断層画像を生成する第1断層画像生成工程と
     を備え、
     これらの工程での処理をコンピュータに実行させることを特徴とする放射線断層画像生成プログラム。
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