WO2014122840A1 - Ct image generation device and ct image generation method - Google Patents

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WO2014122840A1
WO2014122840A1 PCT/JP2013/082226 JP2013082226W WO2014122840A1 WO 2014122840 A1 WO2014122840 A1 WO 2014122840A1 JP 2013082226 W JP2013082226 W JP 2013082226W WO 2014122840 A1 WO2014122840 A1 WO 2014122840A1
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projection
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backprojection
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▲興▼▲東▼ 盛
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株式会社日立メディコ
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5258Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise
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    • A61B6/02Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03Computed tomography [CT]
    • A61B6/032Transmission computed tomography [CT]

Definitions

  • the present invention relates to a CT image generation apparatus and a CT image generation method, and more particularly to a CT image generation apparatus and a CT image generation method using an improved separable footprint method.
  • CT X-ray computed tomography
  • the CT image reconstruction algorithm mainly includes a filter back projection method and an iterative reconstruction algorithm.
  • the filter back projection method is a conventional method of CT image reconstruction, and is widely applied in conventional CT products.
  • noise always exists with the projection data, especially in the case of low-dose scanning. Since it is remarkable, it becomes difficult to obtain a high-quality CT image.
  • the scope and depth of CT clinical application has gradually reached a high level that has not existed in the past. Under these new circumstances, the industry considers the safety of CT use. In addition, new high demands for image quality have emerged. This makes the filter backprojection method difficult to meet new demands.
  • the iterative reconstruction algorithm mainly includes a projection and backprojection process that are repeated many times, but the main procedure in the conventional filter backprojection algorithm is backprojection.
  • Projection and backprojection methods mainly include conventional ray-driven (Pay-Driven) and pixel-driven (Pixel-Driven) methods, but because of large model errors, it is not suitable for applications in iterative reconstruction algorithms. , It becomes difficult to converge the iterative algorithm. Therefore, highly accurate projection and backprojection methods have been researched and proposed, and the most typical ones are the recently proposed distance-driven (Separable Footprint) methods (for example, patent literature) 1, Patent Document 2). Of these, the separable footprint method is currently the best projection and backprojection model in the academic world, but this method is also a kind of approximation method, and there is still a certain model error, which further improves model accuracy. ⁇ Improvement is expected.
  • the main processor controls a projection / backprojection angle loop using the geometric parameter
  • the weight vector multiplication unit includes the X-ray scanner To multiply the scanned detector data by the weighting vector Ri, calculates a corrected detector value, the separable flask footprint calculation unit, by using the corrected detector value, and executes a separable footprint projection-back projection algorithm.
  • the CT image generation method includes an X-ray scanner that includes an X-ray source and a detector and detects an object disposed between the X-ray source and the detector, a detector data block, and weighting data.
  • a storage module including a block, a parameter data block, and an input / output result image data block;
  • a processor module including a main processor, a weight calculation unit, a weight vector multiplication unit, and a separable footprint calculation unit; and a data interface module
  • a CT image generation method of a CT image generation apparatus comprising: a user interface module, wherein data scanned by the X-ray scanner is stored as detector data in the detector data block via the data interface module Step to make
  • the weight calculation unit obtains a geometric parameter from the parameter data block and calculates a weight vector based on the geometric parameter; and the main processor uses the geometric parameter to project / A step of controlling a backprojection angle loop; a step in which the weight vector multiplication unit multiplies the detector data by the weight vector to obtain
  • the geometric parameters are the distance between the X-ray source and the detector, the detector element size, and the center position of the detector.
  • FIG. 2 is a diagram showing the principle of length-based projection / backprojection weighting.
  • the length when the projection line 201 passes through one of the pixels 202 is the correlation coefficient between the projection line 201 and the pixel, that is, the corresponding detector unit on which the projection line is projected.
  • the weighting coefficient is the projection and backprojection weighting 203 for the pixel unit.
  • This basic model is the basis of the separable footprint projection / backprojection method and the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the principle of separable footprint projection / backprojection method and its model error.
  • the separable footprint projection / backprojection method projection and backprojection on a predetermined pixel 301 start from the X-ray source 302, pass through four vertices of the pixel 301, respectively, and correspond to four corresponding on the detector 303.
  • the pixel values are each weighted and integrated into detector units within the four position ranges 304.
  • FIG. 3 is a diagram showing the principle of separable footprint projection / backprojection method and its model error.
  • Expression (2) P 1 , P 2 ..., P k are pixel values of all the pixels 502 on the path of the X-ray 501 in the drawing, and W 1 , W 2 ..., W k are separable footprint methods. 1 / sin ⁇ is a correction coefficient, that is, weighting. Expression (2) is converted into the following expression (3).
  • the integration after performing weighted correction on each pixel may be regarded as correcting after the weighted integration, that is, correcting the detector unit value obtained by projection, Even when the detector unit 503 value is reweighted by weighting (correction coefficient), the weighting coefficient corresponds to the position ⁇ of the detector unit 503 and the angle ⁇ determined by the perpendicular line 504 from the X-ray source to the detector. is doing.
  • the angle can be calculated by the following equation (4).
  • L 504 is the distance of a perpendicular line from the X-ray source of the detector to the detector
  • L 503 is the size of the detector unit
  • m is detected as a vertical line 504 from a predetermined detector unit. The number of detectors up to the intersection with the detector. Thus, a weighting vector as indicated by 505 in FIG. 5 is obtained.
  • FIG. 6 is a diagram showing detector data weighting by weighting vectors. After obtaining the weight vector 601, the projection and back projection processes were corrected by correspondingly multiplying the detector vector 602 composed of the detector values of the detector units in each column on the detector and the weight vector 601. A detector vector 603 is obtained.
  • FIG. 7 is a module diagram of the CT image generation apparatus 700 of the present embodiment.
  • the CT image generation apparatus 700 includes an X-ray scanner 701, a data interface module 702, an image forming apparatus 703, and a user interface module 704.
  • the X-ray scanner 701 includes an X-ray source and a detector, scans a subject, for example, a human body, obtains projection data, and uses the data as detector data.
  • the data interface module 702 is connected to an interface between the X-ray scanner 701 and the image forming apparatus 703.
  • the user interface module 704 provides functions such as display, printing, and setting to the user.
  • the image forming apparatus 703 reconstructs scan data obtained by the X-ray scanner 701 to form a CT image, and mainly includes a storage module 705, a data bus 706, and a processor module 707.
  • the storage module 705 stores parameters and data, and mainly includes a detector data block 708 for storing projection data scanned by a scanner and projection data generated in an algorithm process, an X-ray source and a detector.
  • a weighting data block 709 for storing weighting vectors calculated based on the geometric relationship with the position of the unit, and the basic geometric parameters of the CT apparatus, for example the relative geometry of the X-ray source and detector
  • a parameter data block 710 for storing the academic position, the size of the monitor unit, and the like, and an output image data block 711 for storing the result image generated by the algorithm are included.
  • the data bus 706 is a data transmission path between the processor module 707 and the storage module 705.
  • the processor module 707 is used for calculation processing of an image reconstruction algorithm, and mainly a main processor 715 for controlling a processing module of an algorithm process for controlling a projection / backprojection angle loop using a geometric parameter;
  • a weighting calculation unit 712 for calculating and generating a weighting vector, which is a feature of the present invention, and a weighting vector multiplication unit for performing a multiplication process of the weighting vector and detector data (detector vector) to obtain a corrected detector value 713 and a separable footprint computation unit 714 that executes a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector values.
  • the CT image generation apparatus 700 can be used when the distance between the X-ray source and the detector does not change with the angle of projection and backprojection. In this case, the CT image generation apparatus 700 performs the test at each angle. An image is formed by irradiating a target, and images obtained at different angles are superimposed. The main processor 715 controls image formation at each angle by a projection / backprojection angle loop.
  • FIGS. 8A and 8B show the operation flow of the projection and backprojection process when the distance between the X-ray source and the detector does not change with the angle of projection and backprojection.
  • a geometric parameter value of CT is acquired (801), and then a weighting vector is calculated (802).
  • the original separable footprint projection operation is first performed for each projection and backprojection angle (803), and then the projection result vector obtained by the projection is weighted and corrected with a weighting vector (804).
  • detector data is first weighted with a weighting vector (805), and a separable footprint backprojection operation is performed on the corrected detector data after weighting (806).
  • the CT image generation apparatus 700 can also be used when the distance between the X-ray source and the detector changes according to the angle of projection and back projection.
  • 9A and 9B show an operational flow diagram of the projection and backprojection process when the relative position of the X-ray source and detector changes. Again, first obtaining the CT geometric parameter value (901) is the same as the operation flow of FIGS. 8A and 8B. However, when the distance between the X-ray source and the detector can change according to the angle of projection and back projection, it is necessary to calculate the weighting vector at each angle based on the change in distance.
  • a weighting vector is calculated based on the geometric parameters at the current projection angle (902), the original separable footprint projection operation is performed (903), and then the projection result vector obtained by the projection is obtained. Weight correction is performed with the weight vector (904), and the above steps 902 to 904 are repeated each time the angle changes.
  • the weighting vector is first calculated by the geometric parameter at the current projection angle (902), and then the detector data is weighted by the weighting vector (905), and the weighted correction is performed.
  • a separable footprint backprojection operation is performed on the detector data (906). Also in this case, the above steps 902, 905 and 906 are repeated every time the angle changes.

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Abstract

Through the present invention, an error between projection and back projection in CT image generation is reduced. The CT image generation device according to the present invention is provided with: an X-ray scanner provided with an X-ray source and a detector; a storage module including a detector data block, a weighting data block, and a parameter data block; and a processor module including a main processor, a weighting calculation unit, a weighting vector multiplication unit, and a separable footprint computation unit. A scanner stores scanned data as detector data in the detector data block, the weighting calculation unit acquires a geometry parameter from the parameter data block and calculates a weighting vector, and the main processor controls a projection/back projection angle loop using the geometry parameter. The weighting vector multiplication unit multiplies the detector data by a weighting vector and acquires a corrected detector value, and the separable footprint computation unit executes a separable footprint projection/back projection algorithm using the corrected detector value.

Description

CT画像生成装置およびCT画像生成方法CT image generation apparatus and CT image generation method
 本発明はCT画像生成装置およびCT画像生成方法に関し、特に改良されたセパラブルフットプリント(Separable Footprint)法を用いたCT画像生成装置およびCT画像生成方法に関する。 The present invention relates to a CT image generation apparatus and a CT image generation method, and more particularly to a CT image generation apparatus and a CT image generation method using an improved separable footprint method.
 X線コンピュータ断層撮影(CT)技術はすでに人体検査に広く使用されており、CT画像は疾病診断に対する根拠としてすでに30年の歴史があるが、CT画像再構成アルゴリズムを研究して放射線量を低減し、CT画質を改善し、画像アーティファクトを減少させることは、一貫して研究と臨床における重要な課題であった。 X-ray computed tomography (CT) technology is already widely used in human examinations, and CT images have a 30-year history as the basis for disease diagnosis. However, improving CT image quality and reducing image artifacts has been an important research and clinical challenge consistently.
 実用において、CT画像再構成アルゴリズムには主に、フィルタ逆投影法と反復再構成アルゴリズムが含まれる。このうちフィルタ逆投影法は、CT画像再構成の慣用的な方法であり、従来のCT製品において広く応用されている。ただしフィルタ逆投影法では、画像を再構成する投影データにはノイズの干渉がないと仮定されているが、実際にはノイズは常に投影データに伴って存在し、特に低線量スキャンの場合は一層顕著であるため、高画質のCT画像を得ることが難しくなる。また臨床診療の発展に伴い、CTの臨床応用における範囲と深さは次第に従来にはなかった高いレベルに達しており、こうした新しい情勢の背景下で、業界ではCTの使用上の安全性の考慮ならびに画質に対して新たな高い要求が出現している。これによりフィルタ逆投影法は新しい需要を満たすことが困難になっている。 In practice, the CT image reconstruction algorithm mainly includes a filter back projection method and an iterative reconstruction algorithm. Among these, the filter back projection method is a conventional method of CT image reconstruction, and is widely applied in conventional CT products. However, in the filtered backprojection method, it is assumed that there is no noise interference in the projection data that reconstructs the image. However, in reality, noise always exists with the projection data, especially in the case of low-dose scanning. Since it is remarkable, it becomes difficult to obtain a high-quality CT image. In addition, with the development of clinical practice, the scope and depth of CT clinical application has gradually reached a high level that has not existed in the past. Under these new circumstances, the industry considers the safety of CT use. In addition, new high demands for image quality have emerged. This makes the filter backprojection method difficult to meet new demands.
 上述の新たな需要に対し、ハイレベルの応用において、反復再構成アルゴリズムが重視され研究されている。反復再構成アルゴリズムは電子ノイズとその他の物理要素による画像アーティファクトを上手く処理することで、画質を保証しながら、検査時のX線量を低減することができる。ただしその膨大な計算量のために画像形成速度が遅延し、実際の臨床における応用ができなかった。しかし近年、コンピュータハードウェアおよび計算科学の急速な発展に伴い、反復再構成アルゴリズムが実際の製品に応用されることが可能となった。また社会の医療・健康への重視が増すにつれ、CT診断中のX線放射の人体健康に対する影響が益々注目されるようになり、X線の低放射線量化はすでにCT発展の潮流になっている。したがって、反復再構成アルゴリズムは次第に広く注視され、現在の研究の焦点になっている。同時に、中低レベルの応用では、フィルタ逆投影法において、アーティファクトを低減し、画質を向上する、新たな高精度の逆投影方法が研究されている。 In response to the above-mentioned new demand, iterative reconstruction algorithms are emphasized and studied in high-level applications. The iterative reconstruction algorithm successfully processes image artifacts due to electronic noise and other physical elements, thereby reducing the X-ray dose during the examination while ensuring image quality. However, due to the enormous amount of calculation, the image formation speed was delayed, and actual clinical application was not possible. However, in recent years, with the rapid development of computer hardware and computational science, iterative reconstruction algorithms can be applied to actual products. In addition, as the emphasis on medical care / health in society increases, the influence of X-ray radiation on human health during CT diagnosis has become more and more attention, and the reduction of X-ray radiation has already become a trend of CT development. . Therefore, iterative reconstruction algorithms are increasingly widely watched and are the focus of current research. At the same time, new high-accuracy backprojection methods that reduce artifacts and improve image quality in the filter backprojection method are being studied for medium and low level applications.
 反復再構成アルゴリズムには、主に多数回反復される投影と逆投影プロセスが含まれるが、従来のフィルタ逆投影アルゴリズムにおける主な手順は逆投影である。投影と逆投影方法には主に、従来の線束駆動型(Ray-Driven)や画素駆動型(Pixel-Driven)等によるものが含まれるが、モデル誤差が大きいため、反復再構成アルゴリズムにおける応用では、反復アルゴリズムを収束させることが難しくなる。そのため高精度の投影と逆投影方法が研究・提案され、最も典型的なものは近年提案された距離駆動型(Distance-Driven)とセパラブルフットプリント(Separable Footprint)の方法である(例えば特許文献1、特許文献2)。このうちセパラブルフットプリント法は、現時点で学界における最も優れた投影と逆投影モデルであるが、この方法も一種の近似法であり、一定のモデル誤差が依然として存在するため、モデル精度のさらなる改善・向上が期待されている。 The iterative reconstruction algorithm mainly includes a projection and backprojection process that are repeated many times, but the main procedure in the conventional filter backprojection algorithm is backprojection. Projection and backprojection methods mainly include conventional ray-driven (Pay-Driven) and pixel-driven (Pixel-Driven) methods, but because of large model errors, it is not suitable for applications in iterative reconstruction algorithms. , It becomes difficult to converge the iterative algorithm. Therefore, highly accurate projection and backprojection methods have been researched and proposed, and the most typical ones are the recently proposed distance-driven (Separable Footprint) methods (for example, patent literature) 1, Patent Document 2). Of these, the separable footprint method is currently the best projection and backprojection model in the academic world, but this method is also a kind of approximation method, and there is still a certain model error, which further improves model accuracy.・ Improvement is expected.
特表2005-522304号公報JP 2005-522304 Gazette 特開2012-220422号公報JP 2012-220422 A
 上述の背景を踏まえ、本発明は、セパラブルフットプリント法をベースに、アーティファクトを低減可能な、投影と逆投影の誤差をさらに減少させるCT画像生成装置およびCT画像生成方法を提供することを課題とする。 In light of the above-described background, the present invention provides a CT image generation apparatus and a CT image generation method capable of reducing artifacts and further reducing projection and backprojection errors based on the separable footprint method. And
 本発明はセパラブルフットプリントアルゴリズムの加重係数をさらに修正することにより、加重係数(重み係数)の誤差を低減することを提案している。本発明は、主に投影と逆投影の精度要求が非常に高い反復再構成アルゴリズムに応用できるが、フィルタ逆投影アルゴリズムにも用いることができる。 The present invention proposes to reduce the error of the weighting factor (weighting factor) by further modifying the weighting factor of the separable footprint algorithm. Although the present invention can be applied mainly to an iterative reconstruction algorithm that requires very high accuracy in projection and backprojection, it can also be used in a filter backprojection algorithm.
 すなわち本発明のCT画像生成装置は、X線源および検出器を備えて前記X線源と前記検出器の間に配置されたオブジェクトを検出するX線スキャナと、主処理器、重み付け算出ユニット、重み付けベクトル乗法ユニット、およびセパラブルフットプリント演算ユニットを含む処理器モジュールと、前記処理器モジュールで使用するパラメータを記憶する記憶モジュールと、を備え、前記重み付け算出ユニットは、前記記憶モジュールから幾何学パラメータを読み出し、前記幾何学パラメータに基き重み付けベクトルを算出し、前記主処理器は、前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御し、前記重み付けベクトル乗法ユニットは、前記X線スキャナがスキャンした検出器データに前記重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を算出し、前記セパラブルフットプリント演算ユニットは、前記補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行することを特徴とする。 That is, the CT image generation apparatus of the present invention includes an X-ray scanner that includes an X-ray source and a detector and detects an object disposed between the X-ray source and the detector, a main processor, a weighting calculation unit, A processor module including a weighted vector multiplication unit and a separable footprint calculation unit; and a storage module for storing parameters used in the processor module, wherein the weight calculation unit receives geometric parameters from the storage module. , And calculates a weighting vector based on the geometric parameter, the main processor controls a projection / backprojection angle loop using the geometric parameter, and the weight vector multiplication unit includes the X-ray scanner To multiply the scanned detector data by the weighting vector Ri, calculates a corrected detector value, the separable flask footprint calculation unit, by using the corrected detector value, and executes a separable footprint projection-back projection algorithm.
 また本発明のCT画像生成方法は、X線スキャナがスキャンしたデータを、検出器データとして記憶させるステップと、記憶モジュールに記憶された幾何学パラメータを用いて重み付けベクトルを算出するステップと、前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御するステップと、前記検出器データに前記重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を取得するステップと、前記補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行するステップと、を含むことを特徴とする。 The CT image generation method of the present invention includes a step of storing data scanned by an X-ray scanner as detector data, a step of calculating a weighting vector using a geometric parameter stored in a storage module, Controlling a projection / backprojection angle loop using a geometric parameter; obtaining a corrected detector value by multiplying the detector data by the weighting vector; and correcting the corrected detector value And performing a separable footprint projection / backprojection algorithm.
 本発明のCT画像生成装置及びCT画像生成方法によれば、重み付けベクトル乗法ユニットにより検出器データに重み付けベクトルを乗じることにより、精度が向上した検出器値が取得される。この検出器値を用いて投影と逆投影を行うことにより、一般的なセパラブルフットプリント法を用いる装置と比較して、その投影と逆投影の誤差を低減し、アルゴリズムのモデリング精度を高めることができる。
 これにより、反復再構成アルゴリズムの効率を向上させCT画像のアーティファクトを減少させることができる。
According to the CT image generation apparatus and CT image generation method of the present invention, a detector value with improved accuracy is obtained by multiplying the detector data by the weight vector by the weight vector multiplication unit. By performing projection and backprojection using this detector value, the error of the projection and backprojection can be reduced and the modeling accuracy of the algorithm can be improved compared to a device using a general separable footprint method. Can do.
This can improve the efficiency of the iterative reconstruction algorithm and reduce CT image artifacts.
CT画像再構成アルゴリズムのモジュール図である。It is a module diagram of a CT image reconstruction algorithm. CT画像再構成アルゴリズムのモジュール図である。It is a module diagram of a CT image reconstruction algorithm. CT画像再構成アルゴリズムにおける長さに基づく投影・逆投影加重の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the projection and back projection weighting based on the length in a CT image reconstruction algorithm. CT画像再構成アルゴリズムにおけるセパラブルフットプリント投影・逆投影方法の原理を説明する図およびそのモデル誤差を示した図である。It is the figure explaining the principle of the separable footprint projection and back projection method in a CT image reconstruction algorithm, and the figure which showed the model error. 本発明に関するCT画像生成装置における重み付け算出を説明する図である。It is a figure explaining the weight calculation in the CT image generation apparatus regarding this invention. 本発明に関するCT画像生成装置における重み付けを算出するための関数および重み付けベクトルを説明した略図である。It is the schematic explaining the function and weighting vector for calculating the weight in the CT image generation apparatus regarding this invention. 本発明に関するCT画像生成装置における重み付けによる検出器データ加重を説明した略図である。It is the schematic explaining the detector data weighting by weighting in the CT image generation apparatus regarding this invention. 本発明に関するCT画像生成装置を説明した構造モジュール図である。It is a structural module figure explaining CT image generation device concerning the present invention. 本発明に関するCT画像生成装置における投影と逆投影プロセスを説明した操作フロー図である。It is the operation | movement flowchart explaining the projection and backprojection process in CT image generation apparatus regarding this invention. 本発明に関するCT画像生成装置における投影と逆投影プロセスを説明した操作フロー図である。It is the operation | movement flowchart explaining the projection and backprojection process in CT image generation apparatus regarding this invention. 本発明に関するCT画像生成装置におけるX線源と検出器の相対位置が変化するときの操作フロー図である。It is an operation | movement flowchart when the relative position of the X-ray source and detector in the CT image generation apparatus concerning this invention changes. 本発明に関するCT画像生成装置におけるX線源と検出器の相対位置が変化するときの操作フロー図である。It is an operation | movement flowchart when the relative position of the X-ray source and detector in the CT image generation apparatus concerning this invention changes.
 以下、本発明のCT画像生成装置とそれにより実現されるCT画像生成方法の実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a CT image generation apparatus of the present invention and a CT image generation method realized thereby will be described.
 本実施形態のCT画像生成装置は、X線源(302)および検出器(303)を備えて前記X線源と前記検出器の間に配置されたオブジェクトを検出するX線スキャナ(701)と、検出器データブロック(708)、重み付けデータブロック(709)、パラメータデータブロック(710)、および入力/出力結果画像データブロック(711)を含む記憶モジュール(705)と、主処理器(715)、重み付け算出ユニット(712)、重み付けベクトル乗法ユニット(713)、およびセパラブルフットプリント演算ユニット(714)を含む処理器モジュール(707)と、データインタフェースモジュール(702)と、ユーザインタフェースモジュール(704)とを備える。検出器データブロックは、X線スキャナがスキャンしたデータを、データインタフェースモジュールを介して取り込み検出器データとして記憶する。重み付け算出ユニット(712)は、パラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、この幾何学パラメータに基づいて重み付けベクトルを算出する。主処理器は、幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御し、重み付けベクトル乗法ユニット(713)は、検出器データに重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を取得する。セパラブルフットプリント演算ユニット(714)は、補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行する。 The CT image generation apparatus of the present embodiment includes an X-ray scanner (701) that includes an X-ray source (302) and a detector (303) and detects an object disposed between the X-ray source and the detector. A storage module (705) including a detector data block (708), a weighted data block (709), a parameter data block (710), and an input / output result image data block (711), a main processor (715), A processor module (707) including a weight calculation unit (712), a weight vector multiplication unit (713), and a separable footprint calculation unit (714), a data interface module (702), and a user interface module (704); Is provided. The detector data block captures data scanned by the X-ray scanner via the data interface module and stores it as detector data. The weight calculation unit (712) obtains a geometric parameter from the parameter data block and calculates a weight vector based on the geometric parameter. The main processor uses the geometric parameters to control the projection / backprojection angle loop, and the weighted vector multiplication unit (713) obtains the corrected detector value by multiplying the detector data by the weighted vector. . The separable footprint calculation unit (714) executes a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector values.
 また本実施形態のCT画像生成方法は、X線源および検出器を備えて前記X線源と前記検出器の間に配置されたオブジェクトを検出するX線スキャナと、検出器データブロック、重み付けデータブロック、パラメータデータブロック、および入力/出力結果画像データブロックを含む記憶モジュールと、主処理器、重み付け算出ユニット、重み付けベクトル乗法ユニット、およびセパラブルフットプリント演算ユニットを含む処理器モジュールと、データインタフェースモジュールと、ユーザインタフェースモジュールと、を備えたCT画像生成装置のCT画像生成方法であり、前記X線スキャナがスキャンしたデータを、検出器データとして前記データインタフェースモジュールを介して前記検出器データブロックに記憶させるステップと、前記重み付け算出ユニットが、前記パラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、この幾何学パラメータに基づいて重み付けベクトルを算出するステップと、前記主処理器が、前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御するステップと、前記重み付けベクトル乗法ユニットが、前記検出器データに前記重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を取得するステップと、前記セパラブルフットプリント演算ユニットが、前記補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行するステップと、を含む。 The CT image generation method according to the present embodiment includes an X-ray scanner that includes an X-ray source and a detector and detects an object disposed between the X-ray source and the detector, a detector data block, and weighting data. A storage module including a block, a parameter data block, and an input / output result image data block; a processor module including a main processor, a weight calculation unit, a weight vector multiplication unit, and a separable footprint calculation unit; and a data interface module A CT image generation method of a CT image generation apparatus comprising: a user interface module, wherein data scanned by the X-ray scanner is stored as detector data in the detector data block via the data interface module Step to make The weight calculation unit obtains a geometric parameter from the parameter data block and calculates a weight vector based on the geometric parameter; and the main processor uses the geometric parameter to project / A step of controlling a backprojection angle loop; a step in which the weight vector multiplication unit multiplies the detector data by the weight vector to obtain a corrected detector value; and the separable footprint computation unit comprises: Performing a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector values.
 また本実施形態のCT画像生成装置及びCT画像生成方法では、X線源と検出器の距離が、投影と逆投影の角度に応じて変化する場合は、重み付け算出ユニットがパラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、投影/逆投影角度ループにおける各々の角度の、前記距離に関連する重み付けベクトルを算出する。この構造により、本発明のCT画像生成装置の応用範囲をさらに拡大することができる。また追加される計算量が非常に少ないため、反復アルゴリズムの速度性能を維持することができる。 Further, in the CT image generation apparatus and CT image generation method of the present embodiment, when the distance between the X-ray source and the detector changes according to the angle of projection and backprojection, the weight calculation unit calculates the geometric data from the parameter data block. A parameter is obtained and a weighting vector associated with the distance for each angle in the projection / backprojection angle loop is calculated. With this structure, the application range of the CT image generation apparatus of the present invention can be further expanded. Moreover, since the amount of calculation added is very small, the speed performance of an iterative algorithm can be maintained.
 さらに本実施形態のCT画像生成装置及びCT画像生成方法では、各々の角度における重み付けベクトルを1/sinθから算出する(θは、X線と検出器との間の角すなわちX線とX線源から検出器に至る垂線とがなす角度の余角を示す)。これにより、X線の各画素を通過する際の長さを正確に算出して、当該重み付けベクトルの精度を高めることができる。 Further, in the CT image generation apparatus and CT image generation method of the present embodiment, the weighting vector at each angle is calculated from 1 / sin θ (θ is the angle between the X-ray and the detector, that is, the X-ray and the X-ray source. The angle of the angle formed by the perpendicular line from the sensor to the detector. Thereby, the length when passing through each pixel of X-rays can be accurately calculated, and the accuracy of the weighting vector can be increased.
 さらに、本実施形態のCT画像生成装置及びCT画像生成方法では、逆投影では、先ず検出器データを重み付け(重み付けベクトル)で加重してから、セパラブルフットプリント逆投影操作を行い、順投影では、先ずセパラブルフットプリント投影操作を行ってから、投影で得られた検出器データを重み付け(重み付けベクトル)で加重する。これにより、投影と逆投影を精密に行って、その投影と逆投影の誤差を低減し、アルゴリズムのモデリング精度を高めることができる。 Furthermore, in the CT image generation apparatus and CT image generation method of this embodiment, in back projection, first, the detector data is weighted with a weight (weighting vector), and then a separable footprint back projection operation is performed. First, a separable footprint projection operation is performed, and then the detector data obtained by the projection is weighted with a weight (weighting vector). Thereby, it is possible to accurately perform projection and backprojection, reduce an error between the projection and backprojection, and increase the modeling accuracy of the algorithm.
 さらに、本実施形態のCT画像生成装置及びCT画像生成方法において、幾何学パラメータは、X線源と検出器との間の距離、検出器素子サイズ、および検出器の中心位置である。これらを幾何学パラメータとして重み付けベクトルを算出することにより、様々な検出器のタイプと検出条件に応じて、高精度の投影・逆投影を行うことができる。 Furthermore, in the CT image generation apparatus and CT image generation method of the present embodiment, the geometric parameters are the distance between the X-ray source and the detector, the detector element size, and the center position of the detector. By calculating weighting vectors using these as geometric parameters, high-precision projection / backprojection can be performed according to various detector types and detection conditions.
 以下、図面を参照して、本実施形態のCT画像生成装置をさらに詳しく説明する。
 図面の説明において、同一部分または相当する部分には同じ符号を付けて、説明の重複を省いている。
Hereinafter, the CT image generation apparatus of the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.
In the description of the drawings, the same portions or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
 図1A、図1Bは、画像再構成アルゴリズム全体のモジュール図を示している。図1Aは従来型のフィルタ逆投影再構成、図1Bは反復再構成を示し、本発明は両者に応用することができる。フィルタ逆投影再構成では、図1Aに示すように、X線スキャンで得た投影データを重み付けモジュール105により加重(重み付け)した後、セパラブルフットプリント逆投影を行ってCT画像を得る。反復再構成では、図1Bに示すように、重み付けモジュール105が反復毎に加重し投影と逆投影プロセスを動作させる。動作手順は図8、図9における投影と逆投影フローを参照するものとする。図中、反復再構成アルゴリズムは主に、投影モジュール101、逆投影モジュール102、比較モジュール103、更新モジュール104を含む。このうち投影モジュール101と逆投影モジュール102はセパラブルフットプリント法に基づく投影・逆投影の演算を行う。重み付けモジュール105は、反復毎に加重することで投影と逆投影モデル精度を修正・向上させる。 1A and 1B show module diagrams of the entire image reconstruction algorithm. FIG. 1A shows a conventional filter backprojection reconstruction, and FIG. 1B shows an iterative reconstruction, and the present invention can be applied to both. In the filter backprojection reconstruction, as shown in FIG. 1A, the projection data obtained by the X-ray scan is weighted (weighted) by the weighting module 105, and then a separable footprint backprojection is performed to obtain a CT image. In iterative reconstruction, as shown in FIG. 1B, the weighting module 105 weights every iteration and operates the projection and backprojection processes. The operation procedure refers to the projection and backprojection flow in FIGS. In the figure, the iterative reconstruction algorithm mainly includes a projection module 101, a backprojection module 102, a comparison module 103, and an update module 104. Among these, the projection module 101 and the back projection module 102 perform projection / back projection operations based on the separable footprint method. The weighting module 105 corrects and improves the projection and backprojection model accuracy by weighting each iteration.
 図2は、長さに基づく投影・逆投影加重の原理を示す図である。図中、投影線201がいずれかの画素202を通過する際の長さを、この投影線201と当該画素との間の相関係数、即ち、この投影線が投影される対応の検出器ユニット203の当該画素ユニットに対する投影と逆投影の加重係数であると定義する。この基本モデルは、セパラブルフットプリント投影・逆投影方法および本発明の基礎である。 FIG. 2 is a diagram showing the principle of length-based projection / backprojection weighting. In the figure, the length when the projection line 201 passes through one of the pixels 202 is the correlation coefficient between the projection line 201 and the pixel, that is, the corresponding detector unit on which the projection line is projected. It is defined that the weighting coefficient is the projection and backprojection weighting 203 for the pixel unit. This basic model is the basis of the separable footprint projection / backprojection method and the present invention.
 図3は、セパラブルフットプリント投影・逆投影方法の原理とそのモデル誤差を示した図である。セパラブルフットプリント投影・逆投影方法において、所定の画素301に対する投影と逆投影は、X線源302から出発し、それぞれ画素301の4つの頂点を通り、検出器303上でそれぞれ対応する4つの位置に至る放射線の投影或いは逆投影である。投影プロセスでは、画素値はそれぞれ加重されてこの4つの位置範囲304内の検出器ユニットに積算される。ここで加重係数305は図3に示したように、検出器ユニットの位置の違いによって値が異なり、所定の画素301に対するセパラブルフットプリント投影の加重係数305は近似台形になり、台形の各頂点の横方向位置は4つの頂点の投影位置によって決定される。台形の高さは、投影線が画素を通過する距離で近似決定され、セパラブルフットプリント法において、加重係数は4つの頂点の投影が決定する位置範囲304の間では近似的に線形変化関係であるとしている。しかし、実際には、図中の幾何学関係および図2の加重原理からわかるように、4つの頂点の投影が決定する位置間の理想加重係数306は線形変化関係ではない。したがって、セパラブルフットプリント投影の加重係数305には一定の誤差が存在する。逆投影プロセスでも投影プロセスと同様に、4つの頂点の投影が決定する位置範囲304内の検出器値が加重係数305を用いて加重されて画素値に逆方向に積算されるため、同様の誤差が存在する。 FIG. 3 is a diagram showing the principle of separable footprint projection / backprojection method and its model error. In the separable footprint projection / backprojection method, projection and backprojection on a predetermined pixel 301 start from the X-ray source 302, pass through four vertices of the pixel 301, respectively, and correspond to four corresponding on the detector 303. A projection or backprojection of radiation to a position. In the projection process, the pixel values are each weighted and integrated into detector units within the four position ranges 304. Here, as shown in FIG. 3, the weighting coefficient 305 has a different value depending on the position of the detector unit, and the weighting coefficient 305 of the separable footprint projection for the predetermined pixel 301 becomes an approximate trapezoid. Is determined by the projection positions of the four vertices. The height of the trapezoid is approximately determined by the distance that the projection line passes through the pixel. In the separable footprint method, the weighting factor is approximately linearly changed between the position ranges 304 determined by the projections of the four vertices. There is. However, in practice, as can be seen from the geometrical relationship in the figure and the weighting principle in FIG. 2, the ideal weighting factor 306 between the positions determined by the projections of the four vertices is not a linear change relationship. Therefore, there is a certain error in the weighting factor 305 of separable footprint projection. In the backprojection process, similarly to the projection process, the detector values in the position range 304 determined by the projection of the four vertices are weighted using the weighting factor 305 and accumulated in the backward direction to the pixel value. Exists.
 図4は、本実施形態における重み付け(補正係数)算出の原理を示している。図4によれば、重み付け(補正係数)は、X線401が所定の画素402の異なる位置を通過するとき、画素402通過時に切り取られる長さの幾何学関係に基づいて決定される。図中、線分(X線源からX線検出器に下ろした垂線405が画素402を切断する線)403の長さがセパラブルフットプリント法における加重値であるが、理想加重値は切断線(投影処理の対象となるX線401が画素402を切断する線)404の長さである。つまりセパラブルフットプリント法では切断線404の長さ値を線分403で近似代替し加重値としているが、この加重値は線分403と切断線404との間の幾何学関係により修正することができる。即ち重み付け(補正係数)の算出関数は、下記式(1)で表される。 FIG. 4 shows the principle of weighting (correction coefficient) calculation in this embodiment. According to FIG. 4, the weighting (correction coefficient) is determined based on the geometric relationship of lengths that are cut off when the X-ray 401 passes through different positions of the predetermined pixel 402. In the figure, the length of a line segment (a line 405 cut from the X-ray source to the X-ray detector cuts the pixel 402) 403 is a weighted value in the separable footprint method, but the ideal weighted value is the cutting line. (Line in which the X-ray 401 to be projected is cut by the pixel 402) 404. In other words, in the separable footprint method, the length value of the cutting line 404 is approximated and replaced with a line segment 403, and this weight value is corrected by the geometric relationship between the line segment 403 and the cutting line 404. Can do. That is, the weighting (correction coefficient) calculation function is expressed by the following equation (1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式(1)で、L403、L404はそれぞれ切断線403および線分404の長さを表し、θは射線401と線源から検出器に至る垂線405とがなす角度の余角を表す。 In Expression (1), L 403 and L 404 represent the lengths of the cutting line 403 and the line segment 404, respectively, and θ represents the angle of the angle formed by the ray 401 and the perpendicular 405 from the radiation source to the detector.
 図5は、重み付け(補正係数)を算出するための関数を示した図と、重み付けベクトルを示した図を表している。投影において、X線501の経路上の全ての画素502値は、いずれも加重されて投影の対応検出器503に積算されるため、これらの画素値に対する補正係数はいずれも射線の角度のみに関係し、次式(2)で表される。 FIG. 5 shows a diagram showing a function for calculating a weight (correction coefficient) and a diagram showing a weight vector. In projection, all pixel 502 values on the path of the X-ray 501 are weighted and accumulated in the projection correspondence detector 503. Therefore, the correction coefficients for these pixel values are all related only to the angle of the ray. And expressed by the following equation (2).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式(2)で、P、P…、Pは図のX線501の経路上の全ての画素502の画素値であり、W、W…、Wはセパラブルフットプリント法における加重係数であり、1/sinθは補正係数、即ち重み付けである。式(2)は以下の式(3)に変換される。 In Expression (2), P 1 , P 2 ..., P k are pixel values of all the pixels 502 on the path of the X-ray 501 in the drawing, and W 1 , W 2 ..., W k are separable footprint methods. 1 / sin θ is a correction coefficient, that is, weighting. Expression (2) is converted into the following expression (3).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 上式(3)からわかるように、各画素に対して加重補正した後に積算することは、加重積算後に補正する、即ち投影で得られる検出器ユニット値に補正を行うことと見なしてもよく、重み付け(補正係数)で検出器ユニット503値を再加重させる場合であっても、加重係数は、検出器ユニット503の位置とX線源から検出器に至る垂線504で決定される角度θに対応している。当該角度は次式(4)で算出することができる。 As can be seen from the above equation (3), the integration after performing weighted correction on each pixel may be regarded as correcting after the weighted integration, that is, correcting the detector unit value obtained by projection, Even when the detector unit 503 value is reweighted by weighting (correction coefficient), the weighting coefficient corresponds to the position θ of the detector unit 503 and the angle θ determined by the perpendicular line 504 from the X-ray source to the detector. is doing. The angle can be calculated by the following equation (4).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 上式(4)で、L504は検出器のX線源から検出器に至る垂線の距離であり、L503は検出器ユニットのサイズであり、mは所定の検出器ユニットから垂線504と検出器との交点までの間の検出器の数である。こうして図5の505で示したような重み付けベクトルが得られる。 In the above equation (4), L 504 is the distance of a perpendicular line from the X-ray source of the detector to the detector, L 503 is the size of the detector unit, and m is detected as a vertical line 504 from a predetermined detector unit. The number of detectors up to the intersection with the detector. Thus, a weighting vector as indicated by 505 in FIG. 5 is obtained.
 図6は、重み付けベクトルによる検出器データ加重を示した図である。重み付けベクトル601取得後、投影と逆投影プロセスにおいて、検出器上の各列の検出器ユニットの検出器値で構成される検出器ベクトル602と重み付けベクトル601とを対応的に乗じて、補正された検出器ベクトル603を得る。 FIG. 6 is a diagram showing detector data weighting by weighting vectors. After obtaining the weight vector 601, the projection and back projection processes were corrected by correspondingly multiplying the detector vector 602 composed of the detector values of the detector units in each column on the detector and the weight vector 601. A detector vector 603 is obtained.
 以上、本実施形態のCT画像生成装置で用いられる重み付けベクトルの基本概念を説明したが、次に、上記重み付けベクトルを用いたCT画像生成装置の構造について説明する。 The basic concept of the weighting vector used in the CT image generation apparatus of this embodiment has been described above. Next, the structure of the CT image generation apparatus using the weighting vector will be described.
 図7は、本実施形態のCT画像生成装置700のモジュール図である。
 このCT画像生成装置700は、X線スキャナ701と、データインタフェースモジュール702と、画像形成装置703と、ユーザインタフェースモジュール704とを備えている。X線スキャナ701は、X線源と検出器を含み、被検体例えば人体をスキャンし投影データを得て、当該データを検出器データとする。データインタフェースモジュール702は、X線スキャナ701と画像形成装置703との間のインタフェースに接続される。ユーザインタフェースモジュール704は、表示、印刷、設定等の機能をユーザに提供する。画像形成装置703は、X線スキャナ701で得たスキャンデータを再構成してCT画像を形成するものであり、主に、記憶モジュール705、データバス706、および処理器モジュール707を含む。
FIG. 7 is a module diagram of the CT image generation apparatus 700 of the present embodiment.
The CT image generation apparatus 700 includes an X-ray scanner 701, a data interface module 702, an image forming apparatus 703, and a user interface module 704. The X-ray scanner 701 includes an X-ray source and a detector, scans a subject, for example, a human body, obtains projection data, and uses the data as detector data. The data interface module 702 is connected to an interface between the X-ray scanner 701 and the image forming apparatus 703. The user interface module 704 provides functions such as display, printing, and setting to the user. The image forming apparatus 703 reconstructs scan data obtained by the X-ray scanner 701 to form a CT image, and mainly includes a storage module 705, a data bus 706, and a processor module 707.
 記憶モジュール705は、パラメータやデータを記憶するもので、主に、スキャナでスキャンした投影データおよびアルゴリズム過程で生成される投影データを記憶するための検出器データブロック708と、X線源と検出器ユニットの位置との幾何学関係に基づいて算出された重み付けベクトルを記憶するための重み付けデータブロック709と、CT装置の基本的な幾何学パラメータである、例えばX線源と検出器の相対的幾何学位置、モニタユニットのサイズ等を記憶するためのパラメータデータブロック710と、アルゴリズムで生成した結果画像を格納するための出力画像データブロック711と、を含む。 The storage module 705 stores parameters and data, and mainly includes a detector data block 708 for storing projection data scanned by a scanner and projection data generated in an algorithm process, an X-ray source and a detector. A weighting data block 709 for storing weighting vectors calculated based on the geometric relationship with the position of the unit, and the basic geometric parameters of the CT apparatus, for example the relative geometry of the X-ray source and detector A parameter data block 710 for storing the academic position, the size of the monitor unit, and the like, and an output image data block 711 for storing the result image generated by the algorithm are included.
 データバス706は、処理器モジュール707と記憶モジュール705との間のデータ伝達用の通路である。処理器モジュール707は画像再構成アルゴリズムの算出処理に用いられ、主に、幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御するアルゴリズムプロセスの処理モジュールを制御するための主処理器715と、本発明の特徴である重み付けベクトルを算出生成するための重み付け算出ユニット712と、重み付けベクトルと検出器データ(検出器ベクトル)との乗算処理を行い、補正された検出器値を得る重み付けベクトル乗法ユニット713と、前記補正された検出器値を用いてセパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行するセパラブルフットプリント演算ユニット714とを含む。 The data bus 706 is a data transmission path between the processor module 707 and the storage module 705. The processor module 707 is used for calculation processing of an image reconstruction algorithm, and mainly a main processor 715 for controlling a processing module of an algorithm process for controlling a projection / backprojection angle loop using a geometric parameter; A weighting calculation unit 712 for calculating and generating a weighting vector, which is a feature of the present invention, and a weighting vector multiplication unit for performing a multiplication process of the weighting vector and detector data (detector vector) to obtain a corrected detector value 713 and a separable footprint computation unit 714 that executes a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector values.
 CT画像生成装置700は、X線源と検出器の距離が、投影と逆投影の角度に伴って変化しない場合に用いることができ、この場合、CT画像生成装置700は、各角度で被検対象を照射して画像形成し、各角度で得られた画像を重畳させる。主処理器715は、投影/逆投影角度ループによって各角度の画像形成を制御する。 The CT image generation apparatus 700 can be used when the distance between the X-ray source and the detector does not change with the angle of projection and backprojection. In this case, the CT image generation apparatus 700 performs the test at each angle. An image is formed by irradiating a target, and images obtained at different angles are superimposed. The main processor 715 controls image formation at each angle by a projection / backprojection angle loop.
 図8A、図8Bは、X線源と検出器の距離が、投影と逆投影の角度に伴って変化しない場合の、投影と逆投影プロセスの操作フローを示している。いずれのプロセスでも、先ず、CTの幾何学パラメータ値を取得し(801)、その後重み付けベクトルを算出する(802)。各投影と逆投影の角度に対し、投影プロセスでは、先ず元来のセパラブルフットプリント投影操作を行い(803)、その後、投影で得た投影結果ベクトルを重み付けベクトルで加重補正する(804)。逆投影プロセスでは、先ず検出器データを重み付けベクトルで加重し(805)、加重後の補正された検出器データにセパラブルフットプリント逆投影操作を行う(806)。こうして、その投影と逆投影の誤差を減少させて、投影と逆投影の精度を向上させ、CT画像のアーティファクトを低減することができる。 8A and 8B show the operation flow of the projection and backprojection process when the distance between the X-ray source and the detector does not change with the angle of projection and backprojection. In any process, first, a geometric parameter value of CT is acquired (801), and then a weighting vector is calculated (802). In the projection process, the original separable footprint projection operation is first performed for each projection and backprojection angle (803), and then the projection result vector obtained by the projection is weighted and corrected with a weighting vector (804). In the backprojection process, detector data is first weighted with a weighting vector (805), and a separable footprint backprojection operation is performed on the corrected detector data after weighting (806). Thus, errors in the projection and back projection can be reduced, the accuracy of projection and back projection can be improved, and artifacts in the CT image can be reduced.
 CT画像生成装置700は、X線源と検出器との距離が、投影と逆投影の角度に応じて変化する場合にも用いることができる。図9A、図9Bは、X線源と検出器の相対位置が変化するときの、投影と逆投影プロセスの操作フロー図を示している。ここでも、まずCTの幾何学パラメータ値を取得すること(901)は、図8A、図8Bの操作フローと同じである。ただしX線源と検出器との間の距離が、投影と逆投影の角度に応じて変化しうるときは、距離の変化に基づき各角度における重み付けベクトルを算出する必要がある。投影プロセスでは、先ず現時点の投影角度における幾何学パラメータにより重み付けベクトルを算出してから(902)、元来のセパラブルフットプリント投影操作を行い(903)、その後、投影で得た投影結果ベクトルを重み付けベクトルで加重補正し(904)、角度が変わる毎に上記ステップ902~904を繰り返す。逆投影プロセスでは、同様に、先ず現時点の投影角度における幾何学パラメータにより重み付けベクトルを算出し(902)、その後、検出器データを重み付けベクトルで加重してから(905)、加重後の補正された検出器データに対しセパラブルフットプリント逆投影操作を行う(906)。この場合にも、角度が変わる毎に上記ステップ902、905、906を繰り返す。 The CT image generation apparatus 700 can also be used when the distance between the X-ray source and the detector changes according to the angle of projection and back projection. 9A and 9B show an operational flow diagram of the projection and backprojection process when the relative position of the X-ray source and detector changes. Again, first obtaining the CT geometric parameter value (901) is the same as the operation flow of FIGS. 8A and 8B. However, when the distance between the X-ray source and the detector can change according to the angle of projection and back projection, it is necessary to calculate the weighting vector at each angle based on the change in distance. In the projection process, first, a weighting vector is calculated based on the geometric parameters at the current projection angle (902), the original separable footprint projection operation is performed (903), and then the projection result vector obtained by the projection is obtained. Weight correction is performed with the weight vector (904), and the above steps 902 to 904 are repeated each time the angle changes. Similarly, in the backprojection process, the weighting vector is first calculated by the geometric parameter at the current projection angle (902), and then the detector data is weighted by the weighting vector (905), and the weighted correction is performed. A separable footprint backprojection operation is performed on the detector data (906). Also in this case, the above steps 902, 905 and 906 are repeated every time the angle changes.
 各角度ループにおいて、重み付けベクトルの計算量は検出器ユニットの数とのみ一次線形関係をなし、投影と逆投影操作に対する計算量としては非常に少ないことから、画像再構成プロセス全体の計算速度に及ぼす影響が極めて小さく、その速度性能に対する影響を無視できるため、反復再構成アルゴリズムの効率を向上させることができる。 In each angle loop, the amount of calculation of the weight vector has a linear relationship only with the number of detector units, and the amount of calculation for projection and backprojection operations is very small, which affects the calculation speed of the entire image reconstruction process. Since the influence is extremely small and the influence on the speed performance can be ignored, the efficiency of the iterative reconstruction algorithm can be improved.
 上述の通り、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、上記説明はいずれかの態様で本発明を限定するものではないことを理解すべきである。当業者は本発明の実質的主旨と範囲から逸脱することなく、必要に応じて本発明を変形および変化させることができ、こうした変形および変化はいずれも本発明の範囲内である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but it should be understood that the above description does not limit the present invention in any way. Those skilled in the art can modify and change the present invention as necessary without departing from the substantial spirit and scope of the present invention, and all such modifications and changes are within the scope of the present invention.
 302 X線源
 303 検出器
 505 重み付けベクトル
 601 重み付けベクトル
 700 CT画像生成装置
 701 X線スキャナ
 702 データインタフェースモジュール
 704 ユーザインタフェースモジュール
 705 記憶モジュール
 707 処理器モジュール
 708 検出器データブロック
 709 重み付けデータブロック
 710 パラメータデータブロック
 711 出力画像データブロック
 712 重み付け算出ユニット
 713 重み付けベクトル乗法ユニット
 714 セパラブルフットプリント演算ユニット
 715 主処理器
302 X-ray source 303 Detector 505 Weighted vector 601 Weighted vector 700 CT image generator 701 X-ray scanner 702 Data interface module 704 User interface module 705 Storage module 707 Processor module 708 Detector data block 709 Weighted data block 710 Parameter data block 711 Output image data block 712 Weight calculation unit 713 Weight vector multiplication unit 714 Separable footprint calculation unit 715 Main processor

Claims (12)

  1.  X線源および検出器を備えて前記X線源と前記検出器の間に配置されたオブジェクトを検出するX線スキャナと、
     検出器データブロック、重み付けデータブロック、パラメータデータブロック、および入力/出力結果画像データブロックを含む記憶モジュールと、
     主処理器、重み付け算出ユニット、重み付けベクトル乗法ユニット、およびセパラブルフットプリント演算ユニットを含む処理器モジュールと、
     データインタフェースモジュールと、
     ユーザインタフェースモジュールと、を備え、
     前記X線スキャナがスキャンしたデータを、検出器データとして前記データインタフェースモジュールを介して前記検出器データブロックに記憶させ、
     前記重み付け算出ユニットが、前記パラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、当該幾何学パラメータに基づいて重み付けベクトルを算出し、
     前記主処理器が、前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御し、
     前記重み付けベクトル乗法ユニットが、前記検出器データに前記重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を取得し、
     前記セパラブルフットプリント演算ユニットが、前記補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行することを特徴とするCT画像生成装置。
    An X-ray scanner comprising an X-ray source and a detector for detecting an object disposed between the X-ray source and the detector;
    A storage module including a detector data block, a weighted data block, a parameter data block, and an input / output result image data block;
    A processor module including a main processor, a weighted calculation unit, a weighted vector multiplication unit, and a separable footprint computing unit;
    A data interface module;
    A user interface module;
    The data scanned by the X-ray scanner is stored as detector data in the detector data block via the data interface module,
    The weight calculation unit obtains a geometric parameter from the parameter data block, calculates a weight vector based on the geometric parameter,
    The main processor controls the projection / backprojection angle loop using the geometric parameters;
    The weighted vector multiplicative unit obtains a corrected detector value by multiplying the detector data by the weighted vector;
    The separable footprint calculation unit executes a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector value.
  2.  前記重み付け算出ユニットは、前記X線源と前記検出器の距離が、投影と逆投影の角度に応じて変化するとき、投影/逆投影角度ループにおける各々の角度毎に、前記パラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、前記距離に関連する重み付けベクトルを算出することを特徴とする請求項1に記載のCT画像生成装置。 When the distance between the X-ray source and the detector changes in accordance with the angle of projection and backprojection, the weight calculation unit calculates the geometric data from the parameter data block for each angle in the projection / backprojection angle loop. The CT image generation apparatus according to claim 1, wherein a CT parameter is acquired and a weighting vector related to the distance is calculated.
  3.  前記重み付け算出ユニットは、前記検出器と前記X線との間の角度をθとするとき、各々の角度における前記重み付けベクトルを、1/sinθから算出することを特徴とする請求項1または2に記載のCT画像生成装置。 The weighting calculation unit calculates the weighting vector at each angle from 1 / sinθ, where θ is an angle between the detector and the X-ray. The CT image generation device described.
  4.  前記主処理器は、逆投影では、先ず前記検出器データを前記重み付けベクトルで加重させてから、セパラブルフットプリント逆投影操作を行い、
     順投影では、先ずセパラブルフットプリント投影操作を行ってから、投影で得られた検出器データを重み付けベクトルで加重させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のCT画像生成装置。
    In the back projection, the main processor first weights the detector data with the weighting vector, and then performs a separable footprint back projection operation.
    4. The CT image generation apparatus according to claim 1, wherein in the forward projection, a separable footprint projection operation is performed first, and then the detector data obtained by the projection is weighted with a weighting vector. 5. .
  5.  前記幾何学パラメータは、前記X線源と前記検出器との間の距離、検出器素子サイズ、および前記検出器の中心位置であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のCT画像生成装置。 The geometric parameter is a distance between the X-ray source and the detector, a detector element size, and a center position of the detector. CT image generation device.
  6.  CT画像生成装置のCT画像生成方法において、
     前記CT画像生成装置が、
     X線源および検出器を備えて前記X線源と前記検出器の間に配置されたオブジェクトを検出するX線スキャナと、
     検出器データブロック、重み付けデータブロック、パラメータデータブロック、および入力/出力結果画像データブロックを含む記憶モジュールと、
     主処理器、重み付け算出ユニット、重み付けベクトル乗法ユニット、およびセパラブルフットプリント演算ユニットを含む処理器モジュールと、
     データインタフェースモジュールと、
     ユーザインタフェースモジュールと、を備え、
     前記CT画像生成方法が、
     前記X線スキャナがスキャンしたデータを、検出器データとして前記データインタフェースモジュールを介して前記検出器データブロックに記憶させるステップと、
     前記重み付け算出ユニットが、前記パラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、当該幾何学パラメータに基づいて重み付けベクトルを算出するステップと、
     前記主処理器が、前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御するステップと、
     前記重み付けベクトル乗法ユニットが、前記検出器データを前記重み付けベクトルに乗じることにより、改良された検出器値を取得するステップと、
     前記セパラブルフットプリント演算ユニットが、前記改良された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行するステップと、を含むことを特徴とするCT画像生成装置のCT画像生成方法。
    In the CT image generation method of the CT image generation apparatus,
    The CT image generation device comprises:
    An X-ray scanner comprising an X-ray source and a detector for detecting an object disposed between the X-ray source and the detector;
    A storage module including a detector data block, a weighted data block, a parameter data block, and an input / output result image data block;
    A processor module including a main processor, a weighted calculation unit, a weighted vector multiplication unit, and a separable footprint computing unit;
    A data interface module;
    A user interface module;
    The CT image generation method includes:
    Storing the data scanned by the X-ray scanner in the detector data block via the data interface module as detector data;
    The weight calculation unit obtains a geometric parameter from the parameter data block, and calculates a weight vector based on the geometric parameter;
    Said main processor controlling a projection / backprojection angle loop using said geometric parameters;
    The weighted vector multiplicative unit obtains an improved detector value by multiplying the weighted vector by the detector data;
    CT image generation of a CT image generation device, wherein the separable footprint calculation unit includes a step of executing a separable footprint projection / backprojection algorithm using the improved detector value. Method.
  7.  前記重み付けベクトルを算出するステップでは、
     前記X線源と前記検出器の距離が、投影と逆投影の角度に応じて変化するとき、
     投影/逆投影角度ループにおける各々の角度毎に、前記パラメータデータブロックから幾何学パラメータを取得するとともに、前記距離に関連する重み付けベクトルを算出することを特徴とする請求項6に記載のCT画像生成方法。
    In the step of calculating the weighting vector,
    When the distance between the X-ray source and the detector changes according to the angle of projection and back projection,
    The CT image generation according to claim 6, wherein a geometric parameter is acquired from the parameter data block and a weighting vector related to the distance is calculated for each angle in a projection / backprojection angle loop. Method.
  8.  前記検出器と前記X線との間の角度をθとするとき、各々の角度における前記重み付けベクトルを1/sinθから算出することを特徴とする請求項6または7に記載のCT画像生成方法。 The CT image generation method according to claim 6 or 7, wherein when the angle between the detector and the X-ray is θ, the weighting vector at each angle is calculated from 1 / sin θ.
  9.  逆投影では、先ず前記検出器データを前記重み付けで加重させてから、セパラブルフットプリント逆投影操作を行い、
     順投影では、先ずセパラブルフットプリント投影操作を行ってから、投影で得られた検出器データを重み付けで加重させることを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載のCT画像生成方法。
    In backprojection, the detector data is first weighted with the weighting, then a separable footprint backprojection operation is performed,
    9. The CT image generation method according to claim 6, wherein in the forward projection, a separable footprint projection operation is first performed, and then the detector data obtained by the projection is weighted by weighting.
  10.  前記幾何学パラメータは、前記X線源と前記検出器との間の距離、検出器素子サイズ、および前記検出器の中心位置であることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載のCT画像生成方法。 10. The geometric parameter according to claim 6, wherein the geometric parameter is a distance between the X-ray source and the detector, a detector element size, and a center position of the detector. CT image generation method.
  11.  X線源および検出器を備えて前記X線源と前記検出器の間に配置されたオブジェクトを検出するX線スキャナと、
     主処理器、重み付け算出ユニット、重み付けベクトル乗法ユニット、およびセパラブルフットプリント演算ユニットを含む処理器モジュールと、
     前記処理器モジュールで使用するパラメータを記憶する記憶モジュールと、を備え、
     前記重み付け算出ユニットは、前記記憶モジュールから幾何学パラメータを読み出し、前記幾何学パラメータに基き重み付けベクトルを算出し、
     前記主処理器は、前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御し、
     前記重み付けベクトル乗法ユニットは、前記X線スキャナがスキャンした検出器データに前記重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を算出し、
     前記セパラブルフットプリント演算ユニットは、前記補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行することを特徴とするCT画像生成装置。
    An X-ray scanner comprising an X-ray source and a detector for detecting an object disposed between the X-ray source and the detector;
    A processor module including a main processor, a weighted calculation unit, a weighted vector multiplication unit, and a separable footprint computing unit;
    A storage module for storing parameters used in the processor module;
    The weight calculation unit reads a geometric parameter from the storage module, calculates a weight vector based on the geometric parameter,
    The main processor uses the geometric parameters to control a projection / backprojection angle loop;
    The weight vector multiplication unit multiplies the detector data scanned by the X-ray scanner by the weight vector to calculate a corrected detector value;
    The separable footprint calculation unit executes a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector value.
  12.  X線スキャナがスキャンしたデータを、検出器データとして記憶させるステップと、
     記憶モジュールに記憶された幾何学パラメータを用いて重み付けベクトルを算出するステップと、
     前記幾何学パラメータを用いて投影/逆投影角度ループを制御するステップと、
     前記検出器データに前記重み付けベクトルを乗じることにより、補正された検出器値を取得するステップと、
     前記補正された検出器値を用いて、セパラブルフットプリント投影・逆投影アルゴリズムを実行するステップと、を含むことを特徴とするCT画像生成装置のCT画像生成方法。
    Storing the data scanned by the X-ray scanner as detector data;
    Calculating a weighting vector using the geometric parameters stored in the storage module;
    Controlling a projection / backprojection angle loop using said geometric parameters;
    Obtaining a corrected detector value by multiplying the detector data by the weighting vector;
    Performing a separable footprint projection / backprojection algorithm using the corrected detector value, and a CT image generation method for a CT image generation apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112790952A (en) * 2019-11-14 2021-05-14 纬创资通股份有限公司 Control method and electric walking aid
CN116206007A (en) * 2023-03-22 2023-06-02 北京朗视仪器股份有限公司 CBCT image truncation artifact suppression method

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106683146B (en) * 2017-01-11 2021-01-15 上海联影医疗科技股份有限公司 Image reconstruction method and parameter determination method of image reconstruction algorithm
WO2019041101A1 (en) 2017-08-28 2019-03-07 Shenzhen United Imaging Healthcare Co., Ltd. Systems and methods for determining rotation angles
CN108492341B (en) * 2018-02-05 2022-02-25 西安电子科技大学 Parallel beam projection method based on pixel vertex

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137856A (en) * 1998-12-14 2000-10-24 General Electric Company Generic architectures for backprojection algorithm
JP2005522304A (en) * 2002-04-15 2005-07-28 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Projection method, back projection method and execution algorithm thereof
JP2010115475A (en) * 2008-11-11 2010-05-27 Toshiba Corp Apparatus and method for computed tomography
JP2010253114A (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Hitachi Ltd Image reconstruction method, x-ray ct device, and program
WO2012069964A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Forward projection apparatus
JP2012220422A (en) * 2011-04-12 2012-11-12 Shimadzu Corp Tomogram image reconstruction method and x-ray ct apparatus
WO2013132934A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 株式会社日立メディコ Ct image generation device and method and ct image generation system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8913805B2 (en) * 2010-08-30 2014-12-16 The Regents Of The University Of Michigan Three-dimensional forward and back projection methods

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137856A (en) * 1998-12-14 2000-10-24 General Electric Company Generic architectures for backprojection algorithm
JP2005522304A (en) * 2002-04-15 2005-07-28 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Projection method, back projection method and execution algorithm thereof
JP2010115475A (en) * 2008-11-11 2010-05-27 Toshiba Corp Apparatus and method for computed tomography
JP2010253114A (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Hitachi Ltd Image reconstruction method, x-ray ct device, and program
WO2012069964A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Forward projection apparatus
JP2012220422A (en) * 2011-04-12 2012-11-12 Shimadzu Corp Tomogram image reconstruction method and x-ray ct apparatus
WO2013132934A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 株式会社日立メディコ Ct image generation device and method and ct image generation system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112790952A (en) * 2019-11-14 2021-05-14 纬创资通股份有限公司 Control method and electric walking aid
CN116206007A (en) * 2023-03-22 2023-06-02 北京朗视仪器股份有限公司 CBCT image truncation artifact suppression method
CN116206007B (en) * 2023-03-22 2023-09-29 北京朗视仪器股份有限公司 CBCT image truncation artifact suppression method

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