WO2015108097A1

WO2015108097A1 - Ｘ線ｃｔ装置、画像処理装置、及び画像再構成方法

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Publication number: WO2015108097A1
Application number: PCT/JP2015/050900
Authority: WO
Inventors: 直石井; 角村　卓是
Original assignee: 株式会社日立メディコ
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2015-07-23
Also published as: US20160317102A1; CN105873519B; JPWO2015108097A1; CN105873519A; JP6509131B2; US9974495B2

Abstract

　低線量照射区間と高線量照射区間とが混在する投影データを用いて画像を再構成する際に、全区間で同等な画質となるように再構成することが可能なX線CT装置等を提供するために、X線CT装置1は、複数の画質改善処理について画質改善の効果レベルを示す画質改善テーブル3を記憶装置123に保持する。所定の線量変調データに基づいてX線照射量を変調しながら撮影を行う場合、画像処理装置122は、画質の基準とする基準線量を取得するとともに、画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の照射X線量を線量変調データから取得し、画像処理装置122は、これらの線量値の比に基づいて基準とする画質を得るための画質改善処理を、画質改善テーブル3を参照して決定し、決定した画質改善処理を再構成の対象とする投影データに対して施す。

Description

Ｘ線ＣＴ装置、画像処理装置、及び画像再構成方法

　本発明は、X線CT装置、画像処理装置、及び画像再構成方法に係り、詳細には、照射X線量を変調して撮影した投影データを用いた画像再構成処理に関する。

　従来より、X線CT(Computed Tomography)装置によって動きのある部位を撮影する場合、得られる断層像には動きに起因するアーチファクトが発生する。このアーチファクトを低減するためには、一般的には心電計や呼吸センサ等の生体センサを用いて生理的運動の計測を合わせて行い、得られた計測信号を用いて撮影を制御したり、画像を処理したりする。例えば心臓を対象とする撮影では、心電計を用いて計測した心電情報をもとに、動きの少ない位相の投影データを収集して断層像を再構成する心電同期再構成法が行われている。これにより、比較的静止した心臓の画像を得ることが可能となる。

　特許文献1には、動きの少ない特定の心拍位相で比較的高線量のX線を照射し、それ以外の心拍位相では低いX線量を照射することで、特定の心拍位相以外の位相の画像も作成可能にしつつ被曝を低減する線量変調法について記載されている。

　特許文献1に記載される方法では、低線量で撮影した位相の画像(以下、低線量位相画像という)は、高線量で撮影した位相の画像と比較して画質が低下してしまう。そのため、例えば被検体の時間経過を観察するために全位相の画像を再構成する場合、位相によってX線量の差異に起因する画質のばらつきが生じてしまう。このような画質のばらつきを補うために、低線量位相画像に対して画質改善処理を行うことが考えられる。画質改善処理は、例えば投影データを修正し、修正した投影データを用いて画像を逐次近似再構成することで高画質化を図る技術である。この画質改善処理には、どの程度画質を改善するかといった画質改善処理の強度レベルを操作者が指定できるものがある。

特開2007-117719号公報

　しかしながら、従来は低線量位相画像に対してどの強度レベルの画質改善処理を適用するかは、操作者が経験等に基づいて判断して決定するものであった。

　本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、低線量照射区間と高線量照射区間とが混在する投影データから画像を再構成する際に、全区間で同等な画質を得ることが可能なX線CT装置、画像処理装置、及び画像再構成方法を提供することである。

　前述した目的を達成するために本発明は、被検体にX線を照射するX線源と、前記X線源に対向配置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線源及び前記X線検出器を搭載し、前記被検体の周囲を回転する回転盤と、所定の線量変調データに基づいて照射X線量を変調しながら撮影を実行する撮影制御部と、前記X線検出器により検出された透過X線データから投影データを生成する投影データ生成部と、複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルを保持する記憶部と、基準とする画質に対応する線量値を基準線量とする基準線量取得部と、画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の照射X線量を前記線量変調データから取得する再構成対象線量取得部と、前記基準線量と前記再構成対象線量取得部により取得した照射X線量との比率と前記画質改善効果量とに基づいて前記基準とする画質を得るための画質改善処理を前記画質改善テーブルから選択する画質改善処理選択部と、前記画質改善処理選択部により選択した画質改善処理を前記画像再構成の対象とする投影データに対して施し、画像を再構成する再構成処理部と、を備えることを特徴とするX線CT装置である。

　また、X線CT装置を用いた撮影により得た投影データ、前記撮影における線量変調データ、及び複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルを記憶する記憶部と、目標画質とする画質指標値を設定する目標画質設定部と、画質改善対象とする画像の画質指標値を取得する対象画質取得部と、前記目標画質の画質指標値と前記対象画質取得部により取得した画質指標値との比率と前記画質改善効果量とに基づいて前記目標画質を得るための画質改善処理を前記画質改善テーブルから選択する画質改善処理選択部と、前記画質改善処理選択部により選択された画質改善処理を前記画質改善対象とする画像の投影データに対して施し、画像を再構成する再構成処理部と、を備えることを特徴とする画像処理装置である。

　また、画像処理装置が、基準とする画質に対応する線量値を基準線量とするステップと、画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の照射X線量を前記線量変調データから取得するステップと、前記基準線量と前記照射X線量との比率に基づいて前記基準とする画質を得るための画質改善処理を記憶部に記憶されている複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルから選択するステップと、選択した画質改善処理を前記画像再構成の対象とする投影データに対して施し、画像を再構成するステップと、を含むことを特徴とする画像再構成方法である。

　また、画像処理装置が、目標画質とする画質指標値を設定するステップと、画質改善対象とする画像の画質を取得するステップと、前記目標画質と前記画質改善対象とする画像の画質との比率に基づいて前記目標画質を得るための画質改善処理を記憶部に記憶されている複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルから選択するステップと、選択された画質改善処理を前記画質改善対象とする画像の投影データに対して施し、画像を再構成するステップと、を含むことを特徴とする画像再構成方法である。

　本発明により、低線量照射区間と高線量照射区間とが混在する投影データを用いて画像を再構成する際に、全区間で同等な画質を得ることが可能なX線CT装置、画像処理装置、及び画像再構成方法を提供できる。

X線CT装置1の全体構成図画質改善テーブル3の一例本発明のX線CT装置1における画質改善処理に関する機能構成図線量変調データと基準線量の一例(高線量値を基準線量とする場合) 線量変調データと基準線量の別の例(任意の線量値を基準線量とする場合) 画質改善テーブル3の作成処理手順を示すフローチャート本発明のX線CT装置1における撮影及び再構成処理の手順を示すフローチャート画質改善処理選択部155により選択された画質改善処理の表示例基準線量と選択される画質改善処理との関係を示すガイド522を用いた画面表示例本発明の第2の実施形態における機能構成図下限線量532の算出について説明する図本発明の第2の実施形態における撮影及び再構成処理の手順を示すフローチャート本発明の第3の実施形態における機能構成図画質選択GUI161(操作画面54)の一例本発明の第3の実施形態における撮影及び再構成処理の手順を示すフローチャート

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

　［第1の実施の形態］
　まず、図1を参照してX線CT装置1の全体構成について説明する。

　図1に示すように、X線CT装置1は、スキャンガントリ部100、寝台105、操作卓120、及び生体信号計測装置130を備える。スキャンガントリ部100は、被検体に対してX線を照射するとともに被検体を透過したX線を検出する装置である。操作卓120は、スキャンガントリ部100の各部を制御するとともにスキャンガントリ部100で計測した透過X線データを取得し、画像の生成を行う装置である。寝台105は、被検体を寝載し、スキャンガントリ部100のX線照射範囲に被検体を搬入・搬出する装置である。生体信号計測装置130は、生体の動きに関するデータを計測する装置であり、例えば、心電計や呼吸計等である。

　スキャンガントリ部100は、X線源101、回転盤102、コリメータ103、X線検出器106、データ収集装置107、ガントリ制御装置108、寝台制御装置109、及びX線制御装置110を備える。

　操作卓120は、入力装置121、画像処理装置122、記憶装置123、システム制御装置124、及び表示装置125を備える。

　回転盤102には開口部104が設けられ、開口部104を介してX線源101とX線検出器106とが対向配置される。開口部104に寝台105に載置された被検体が挿入される。回転盤102は、回転盤駆動装置から駆動伝達系を通じて伝達される駆動力によって被検体の周囲を回転する。回転盤駆動装置はガントリ制御装置108によって制御される。

　X線源101は、X線制御装置110に制御されて所定の強度のX線を連続的または断続的に照射する。X線制御装置110は、システム制御装置124により決定されたX線管電圧及びX線管電流に従って、X線源101に印加されるX線管電圧及び供給されるX線管電流を制御する。X線管電圧及びX線管電流は、システム制御装置124により算出される線量変調データにより決定される。線量変調データについては後述する。

　X線源101のX線照射口にはコリメータ103が設けられる。コリメータ103は、X線源101から放射されたX線の照射範囲を制限する。例えばコーンビーム(円錐形または角錐形ビーム)等に成形する。コリメータ103の開口幅はシステム制御装置124により制御される。

　X線源101から照射され、コリメータ103を通過し、被検体を透過したX線はX線検出器106に入射する。

　X線検出器106は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるX線検出素子群をチャネル方向(周回方向)に例えば1000個程度、列方向(体軸方向)に例えば1～320個程度配列したものである。X線検出器106は、被検体を介してX線源101に対向するように配置される。X線検出器106はX線源101から照射されて被検体を透過したX線量を検出し、データ収集装置107に出力する。

　データ収集装置107は、X線検出器106の個々のX線検出素子により検出されるX線量を収集し、デジタルデータに変換し、透過X線データとして画像処理装置122に順次出力する。

　画像処理装置122は、データ収集装置107から入力された透過X線データを取得し、対数変換、感度補正等の前処理を行って再構成に必要な投影データを作成する。また画像処理装置122は、生成した投影データを用いて断層像等の画像を再構成する。システム制御装置124は、画像処理装置122によって再構成された画像データを記憶装置123に記憶するとともに表示装置125に表示する。

　システム制御装置124は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random　Access　Memory)等を備えたコンピュータである。システム制御装置124は、図7等に示す処理手順に従って撮影・画像再構成処理を行う。撮影・画像再構成処理の詳細については後述する。

　記憶装置123はハードディスク等のデータ記録装置であり、X線CT装置1の機能を実現するためのプログラムやデータ等が予め記憶される。

　記憶装置123には、画質改善テーブル3が記憶される。

　画質改善テーブル3とは、図2に示すように、強度の異なる複数の画質改善処理について、それぞれ画質改善効果量を示すテーブルである。画質改善効果量は、例えば、画質改善処理適用前後の画像についてのノイズ低減率等の値である。ノイズ低減率は、画質改善処理適用前のオリジナル画像の画像SD値と画質改善処理適用後の画像SD値との比率で表される。図2に示す例では、レベル「1」の画質改善処理を適用した場合に画質改善処理適用前のオリジナル画像と比較して画像SD値比で30％の画質向上効果(ノイズ低減効果)が得られる。

　また、レベル2の画質改善処理では画質改善処理適用前と比較して画像SD値比で40％の画質向上効果が得られ、レベル3の画質改善処理では、画質改善処理適用前と比較して画像SD値比で50％の画質向上効果が得られる。なお、本実施形態では、画質として例えば画像SD値等の画質評価指標を用いるが、画像SD値以外の画質指標値を用いてもよい。

　また、図2に示す画質改善テーブル3では、効果レベルが5段階の場合を示しているが、画質改善処理の態様に応じて複数段階のレベルがあればよい。画質改善テーブル3の作成手順及び画質改善処理の選択処理の詳細については、後述する。

　表示装置125は、液晶パネル、CRTモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、システム制御装置124に接続される。表示装置125は画像処理装置122から出力される被検体画像、並びにシステム制御装置124が取り扱う種々の情報を表示する。

　入力装置121は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー、及び各種スイッチボタン等により構成され、操作者によって入力される各種の指示や情報をシステム制御装置124に出力する。操作者は、表示装置125及び入力装置121を使用して対話的にX線CT装置1を操作する。入力装置121は表示装置125の表示画面と一体的に構成されるタッチパネル式の入力装置としてもよい。

　寝台105は、被検体を寝載する天板、上下動装置、及び天板駆動装置を備え、寝台制御装置109の制御により天板高さを上下に昇降したり、体軸方向へ前後動したり、体軸と垂直方向かつ床面に対し平行な方向(左右方向)へ左右動する。撮影中において、寝台制御装置109はシステム制御装置124により決定された寝台移動速度及び移動方向で天板を移動させる。

　生体信号計測装置130は、被検体の生理的な動きに関するデータを計測する装置である。被検体の動きとは、例えば心臓の拍動や呼吸による肺の動き等を含む。心臓の拍動を測定する場合は、生体信号計測装置130として例えば心電計を用いればよい。また、例えば呼吸による胸部の動きを測定する場合は、生体信号計測装置130として呼吸センサ等を用いればよい。以下の説明では、心臓の拍動を被検体の動き情報として計測する例について説明するが、本発明は心臓の拍動以外の動きについて適用することも可能である。

　生体信号計測装置130により計測した生体信号(動き情報)は、システム制御装置124へ順次送出される。システム制御装置124は生体信号計測装置130から取得した生体信号に基づいて照射X線量の変調タイミングや照射X線量を決定し、線量変調データを算出する。線量変調データとは、具体的には管電流または管電圧の変調タイミングや値を示すデータである。

　次に、図3を参照して、撮影及び画像再構成に関する機能構成について説明する。

　本発明のX線CT装置1は、撮影及び画像再構成に関する機能構成として、線量変調データ設定部151、撮影制御部152、基準線量取得部153、再構成対象線量取得部154、画質改善処理選択部155、投影データ生成部156、及び再構成処理部157を備える。処理負荷の観点から、線量変調データ設定部151、及び撮影制御部152はシステム制御装置124に設け、基準線量取得部153、再構成対象線量取得部154、画質改善処理選択部155、投影データ生成部156、及び再構成処理部157を画像処理装置122に設けることが好ましい。ただし、基準線量取得部153、再構成対象線量取得部154、及び画質改善処理選択部155は、システム制御装置124に設けてもよい。

　線量変調データ設定部151は、照射X線量の変調のタイミングやX線量を定めた線量変調データを算出し、撮影制御部152に出力する。線量変調データは、例えば心電同期撮影の場合は、生体信号計測装置130(心電計)により計測された生体信号(心電情報)に基づいて算出される。例えば、図4に示すように、動きの少ない心拍位相では高線量、その他の心拍位相では低線量とする線量変調データが生成されるものとする。

　撮影制御部152は、線量変調データ設定部151により設定された線量変調データを含む各種の撮影条件に従って、照射X線量を変調しながら撮影を実行する。具体的には、撮影制御部152は、撮影条件に基づいてX線制御装置110、ガントリ制御装置108、及び寝台制御装置109に制御信号を送る。X線制御装置110は、システム制御装置124から入力される線量変調データに基づいてX線源101に入力する電力を制御する。ガントリ制御装置108は回転速度等の撮影条件に従って回転盤102の駆動系を制御し、回転盤102を回転させる。寝台制御装置109は、撮影条件として設定された撮影範囲に基づいて寝台105を所定の撮影開始位置へ位置合わせし、撮影中は寝台速度(らせんピッチ)等の撮影条件に基づいて所定の速度で寝台105の天板を移動させる。

　基準線量取得部153は、基準とする画質に対応する照射X線量の線量値(以下、基準線量という)を取得する。基準線量は、例えば図4に示すように、線量変調データ設定部151により設定された線量変調データの「高線量」に該当する線量値とする。この場合、後述する処理を実行することにより、低線量位相画像の画質を高線量位相画像の画質と揃えることができる。心電同期撮影においては、心臓の動きが小さい位相を高線量照射区間とすることが多い。したがって、心拍位相における特定位相を基準線量に該当する位相として設定してもよい。

　或いは、図5に示すように、基準線量は、操作者により指定された任意の線量を基準線量302としてもよい。操作者による基準線量の指定は、例えば入力装置121を介して入力されるものとする。また、任意の線量値を基準線量とする場合は、線量変調データにおける高線量から低線量の間の線量値とすることが望ましい。この場合、後述する処理を実行することにより、低線量位相画像の画質を高線量位相画像の画質に近づけることが可能となる。例えば、低線量位相画像のオリジナルの画像(画質改善処理適用前の画像)の画質特性を重視しつつ、画質改善を所望する場合等に好適である。

　再構成対象線量取得部154は、画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の線量を上述の線量変調データから取得する。図4及び図5の例では、矢印301が指示する位相が画像再構成の対象とする位相である。再構成対象線量取得部154は、再構成の対象とする位相(ある区間の投影データ)の撮影時の照射X線量の値を線量変調データから取得する。

　画質改善処理選択部155は、基準線量取得部153により取得した基準線量と再構成対象線量取得部154により取得した画像再構成の対象とする投影データについての撮影時の照射X線量との比率と画質改善効果量とに基づいて基準とする画質を得るための画質改善処理を画質改善テーブル3から選択する。画質改善処理選択部155は、選択した画質改善処理を再構成処理部157に通知する。画質改善処理選択部155における最適な画質改善処理の選択の詳細については後述する。

　投影データ生成部156は、X線検出器106により検出され、データ収集装置107により収集された透過X線データを取得し、対数変換、感度補正等の前処理を施して画像再構成に必要な投影データを生成する。心電同期撮影では、心拍位相毎に少なくとも180度分の角度方向から得た投影データを組み合わせて、再構成に必要な投影データセットを作成する。

　再構成処理部157は、再構成対象とする投影データを投影データ生成部156から取得する。また、再構成処理部157は取得した投影データに対して画質改善処理選択部155により選択された画質改善処理を適用し、被検体の断層像を再構成する。再構成処理部157により再構成された断層像は、記憶装置123に記憶されるとともにシステム制御装置124へ送られ、表示装置125に表示される。

　次に、画質改善テーブル3の作成手順と、画質改善テーブル3を用いた画質改善処理の選択について説明する。

　図2に示す画質改善テーブル3は、例えば図6に示す手順で予め作成され、記憶装置123に記憶される。

　画質改善処理は、逐次近似再構成処理を用いることが望ましい。逐次近似再構成処理はレベルによって画質改善効果量が異なる。そこで、レベル毎の画質改善効果量をファントム等の任意の物体を撮影することにより算出し、画質改善テーブル3を作成する。

　まず、X線CT装置1は任意のファントムを撮影し、投影データを得る(ステップS1)。次に画像処理装置122は、ステップS1で得た投影データに対して、逐次近似処理を施した画像(逐次近似ON)と、逐次近似処理を施さないオリジナル画像(逐次近似OFF)とを再構成する(ステップS2)。逐次近似処理には複数段階の強度レベル(図2のLevel1～Level5)があるが、各強度レベルの逐次近似処理を同一の計測データに対して施し、それぞれ画像を再構成する。逐次近似処理の強度レベル以外の再構成条件は揃えるものとする。オリジナル画像(逐次近似処理OFF)は、FBP(filtered back projection)法等の解析的手法で画像を再構成する。

　画像処理装置122は、ステップS2で再構成した各画像の同一の部位にROI(Region Of Interest)を設定する(ステップS3)。画像処理装置122はステップS3で設定した各画像のROI内の画像SD値を計測する(ステップS4)。各画像にROIを設定するのは、1つの断層像であっても部分によって画像SD値が異なるからである。

　画像処理装置122は、逐次近似処理OFFのオリジナル画像と、逐次近似処理ONの画像とにおける各ROI内の画像SD値の比率を求め、求めた比率を画質改善効果量とする(ステップS5)。ステップS5の処理を各レベルの逐次近似処理(画質改善処理)について実行し、各レベルの画質改善処理についてそれぞれ画質改善効果量(画像SD値比)を求め、テーブル化する。画像処理装置122はステップS6で作成したテーブルを画質改善テーブル3として記憶装置123に記憶する(ステップS6)。

　なお、画質改善処理として、FBP法と反復処理を組み合わせた逐次近似応用再構成処理を採用する場合は、FBP法で使用する再構成フィルタによってはSD改善効果が異なることが想定される。このため、すべての再構成フィルタ条件について画質改善処理の画質改善効果量を測定し、テーブル化することが望ましい。

　次に、画質改善テーブル3を用いた画質改善処理の選択について説明する。

　線量値(mAs値)と画質を表す指標である画像SD値には、以下の式(1)の関係があることが知られている。

　したがって、基準線量(管電流)と再構成対象とする撮影データの線量(管電流)との比率と、必要な画像ノイズ低減率との関係は、以下の式(2)で表せる。

　ここで、X＝再構成対象とする投影データの線量／基準線量
　　　　　Y＝画像SD値比(画質改善テーブル3に定義される画質改善効果量)
である。画像SD値の比Yは、すなわち画像ノイズ低減率である。

　線量変調制御においては、スキャン速度は変わらずmA値が既知となるため、まず画質改善処理選択部155は、管電流比X(線量比)を求め、求めた管電流比(線量比)と上述の式(2)から基準線量オリジナル画像と再構成対象オリジナル画像との画像SD値の比Yを求める。画質改善処理選択部155は画像SD値の比Yに相当する画質改善処理(のレベル)を画質改善テーブル3から選択する。ちょうど改善できるようなレベルの画質改善処理がない場合は、最も近いレベルの画質改善処理を画質改善テーブル3から選択する。

　例えば、基準線量とする管電流値が600mA、再構成対象位相の管電流が300mAの場合、画質改善効果量(画像SD値比＝ノイズ低減率)75％の画質改善処理を選択する。

　また例えば、基準線量とする管電流値が600mA、再構成対象位相の管電流が500mAの場合、画質改善効果量30％の画質改善処理を選択する。

　なお、基準線量と再構成対象の線量との差が大きすぎて、画質改善テーブル3に定義される画質改善効果量では不足する場合は、操作者に対して線量の見直しを促す通知を行うことが望ましい。例えば、基準線量を下げる、或いは線量変調データにおける低線量値を上げることを促すメッセージを表示装置125に表示することが望ましい。

　次に、図7～図9を参照して、X線CT装置1の動作について説明する。

　X線CT装置1のシステム制御装置124は、図7のフローチャートに示す手順で撮影・画像再構成処理を実行する。すなわち、システム制御装置124は、記憶装置123から撮影・画像再構成処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。

　X線CT装置1において、操作者は、まず撮影条件の設定を行い(ステップS101)、生体信号同期撮影における線量変調機能をONに設定する(ステップS102)。線量変調機能をONに設定すると、システム制御装置124は生体信号に同期するようにX線管電流または管電圧の変調タイミングや値が調整された線量変調データを算出する。システム制御装置124は、線量変調データを取得すると(ステップS103)、撮影開始信号をスキャンガントリ部100の各部に送る。スキャンガントリ部100は、ステップS103で取得した線量変調データに基づいて管電流または管電圧を変調しながら撮影を行う(ステップS104)。

　撮影を開始すると、システム制御装置124は、撮影条件に基づいてX線制御装置110、ガントリ制御装置108、及び寝台制御装置109に制御信号を送る。X線制御装置110は、システム制御装置124から入力される制御信号に基づいてX線源101に入力する電力を制御する。ガントリ制御装置108は回転速度等の撮影条件に従って回転盤102の駆動系を制御し、回転盤102を回転させる。寝台制御装置109は、撮影範囲に基づいて寝台105を所定の撮影開始位置へ位置合わせし、撮影中は寝台速度(らせんピッチ)等の撮影条件に基づいて寝台105の天板を移動させる。このようにしてX線源101からのX線照射とX線検出器106による透過X線データの計測が、回転盤102の回転とともに繰り返される。

　データ収集装置107は、被検体の周囲の様々な角度(ビュー)においてX線検出器106により計測された透過X線データを収集し、画像処理装置122に送る。画像処理装置122は、データ収集装置107から透過X線データを取得する(ステップS105)。

　画像処理装置122は、ステップS103で取得した線量変調データから画質の基準とする線量値(基準線量)を取得する(ステップS106)。例えば、高線量の値を取得する。

　また画像処理装置122は、再構成する位相の線量の値をステップS103で取得した線量変調データから取得する(ステップS107)。例えば、再構成を行う位相が低線量照射区間であれば、その低線量の値を取得する。

　画像処理装置122は、記憶装置123から画質改善テーブル3を取得する(ステップS108)。

　画像処理装置122は、ステップS106で取得した基準線量の値と、ステップS107で取得した再構成する位相の線量の値との比率に基づいて、再構成する位相の画像の画質を、基準線量を照射した場合の画質に近づけるように最適な画質改善処理を決定する(ステップS109)。ここで、最適な画質改善処理とは、画質改善前の画質を、ちょうど基準線量で撮影した場合の画質にまで補うような画質改善処理とする。例えば、高線量値に対して低線量値が50％減であるとする場合、図2に示す画質改善テーブル3を参照し、線量比50％相当に改善する効果のある画質改善処理を選択する。これにより、低線量位相画像の画質を高線量位相画像と同程度の画質に改善することができる。なお、正確に該当する改善効果の画質改善処理がなければ、実施可能な画質改善処理のうち最も基準に近い画質を得られるような画質改善処理を画質改善テーブル3から選択すればよい。

　なお、ステップS109において、システム制御装置124は図8または図9に示す表示画面51，52を表示装置125に表示してもよい。

　図8の表示画面51は、線量変調データをグラフの形式で表示する線量変調データ表示欄511と、各線量値で撮影した投影データに対して適用する画質改善処理を示す処理表示欄512，513を有する。

　線量変調データ表示欄511に表示される線量変調データのグラフは、ステップS103で取得した線量変調データを示すグラフである。線量変調データを示すグラフの縦軸は、例えば、管電流値、横軸は位相である。

　処理表示欄512には高線量位相(High　mA)に対して適用する画質改善処理が示される。高線量値を基準線量とする場合は、図8に示すように、高線量位相に対する画質改善処理は「OFF」である。また、処理表示欄513には低線量位相(Low　mA)に対して適用する画質改善処理が示される。図8の例では、「Level2」の画質改善処理が選択されたことを示している。

　図9の表示画面52は、線量変調データをグラフの形式で示す線量変調データ表示欄521、基準線量(mA1)に対する線量値の差に応じて選択される画質改善処理を予め示すガイド522、及び線量値の差に応じて選択される画質改善処理のレベルを示す処理表示欄523を有する。ガイド522は線量変調データを示すグラフの縦軸に沿って表示される。図9の表示画面52は、線量変調を高線量と低線量との2段階でなく、多段階に行う場合等に好適である。

　図8や図9に示す表示画面51，52において、操作者が画質改善処理を設定したり、変更したりできるようにしてもよい。更に、その際のガイドとして、最適な画質改善処理を予め提示したり、選択可能な画質改善処理の種類を基準線量と再構成位相における線量値差に基づいて制限したりすることが望ましい。

　図7の説明に戻る。

　画像処理装置122は、再構成する位相に対してステップS109で選択した画質改善処理を適用し、画像を再構成する(ステップS110)。

　システム制御装置124は、再構成された画像を記憶装置123に記憶するとともに、表示装置125に表示し(ステップS111)、一連の処理を終了する。

　以上説明したように、本発明のX線CT装置1は、複数の画質改善処理について画質改善の効果レベルを示す画質改善テーブル3を保持する。またX線CT装置1は、所定の線量変調データに基づいてX線照射量を変調しながら撮影を行う。画像処理装置122は、画質の基準とする基準線量を取得するとともに、画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の照射X線量を線量変調データから取得し、これらの線量値の比に基づいて基準とする画質を得るために最適な画質改善処理を上述の画質改善テーブル3を参照して決定し、決定した画質改善処理を再構成の対象とする投影データに対して施す。

　これにより、低線量照射区間と高線量照射区間とが混在する投影データを用いて画像を再構成する際に、低線量で撮影した投影データに対して適切な画質改善効果量となる画質改善処理を適用し、基準線量で撮影したものと同程度の画質を有する画像を得ることが可能となる。最適な画質改善処理がX線CT装置1によって決定されるため、操作者の経験等に依存せず、最適な画質改善処理を施すことが可能となる。

　また、線量変調データは、生体信号計測装置により計測される生体の動きに関するデータに基づいて決定されることが望ましい。これにより、例えば心臓等の動きに応じて線量を変調して行う心電同期撮影において、高線量位相と低線量位相との画質のばらつきを抑制し、心臓の動きを全心拍位相にわたって確認する際に各画像が見やすくなる。心臓のみならず、呼吸等の動きについても同様の処理を適用できる。

　また、特に、線量変調データが被検体の周期的な動きに応じ、特定位相について高線量、その他の位相について低線量の照射を指示するデータである場合において、基準線量を特定位相における線量(高線量)とすれば、線量変調による被ばく量の低減効果を維持しつつ、全位相で高線量位相と同等の画質を得ることが可能となる。

　また、基準線量は高線量から低線量の間の任意の線量としてもよい。例えば、高レベルの画質改善処理を行う場合は画質が向上する一方で処理時間が長時間に及ぶことがあるが、処理時間を優先する場合等は、適度なレベルの画質改善処理を選択することが可能となる。また、診断の目的によってはオリジナルの画像に近い画像の方が好ましい場合もある。このような場合に操作者の要望に応じた画質改善処理を行うことが可能となる。

　また、画質改善を行うための煩雑な設定操作等を省略し、撮影開始前に線量変調撮影を「ON」に設定すると、この操作に連動して最適な画質改善処理が施された画像を再構成する処理手順とするため、操作者は画質が改善された画像を簡単な操作で得ることができる。

　なお、第1の実施の形態で示した処理において、最適な画質改善処理を選択する際に、基準線量値と再構成対象の線量値とから線量比(管電流比Y)を算出して、式(2)を用いて画質改善効果量Xを求め、画質改善テーブル3から最適な画質改善処理を選択するものとしたが、基準線量等に代えて、例えば画像のSD値等といった画質指標値を用いて目標画質(基準画質)を設定してもよい。設定した目標画質と再構成対象の投影データの線量に対応する画質(SD値)との比率から画質改善処理の選択を行うことも可能である。

　［第2の実施の形態］
　次に、図10～図12を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。

　画質改善処理の画質改善効果量には限度があり、基準線量と再構成対象とする投影データの撮影時の照射線量との関係によっては、いかなる画質改善処理を用いても基準とする画質まで改善できない場合があり得る。そこで、第2の実施の形態において、X線CT装置1のシステム制御装置124aは、記憶装置123に記憶されている画質改善テーブル3を参照して、撮影の前に予め低線量値の下限値を求め、線量変調範囲に制限を設けるものとする。

　第2の実施の形態のX線CT装置1のハードウエア構成は、図1と同様である。以下の説明では、同一の各部には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　第2の実施の形態の撮影及び再構成処理に係る機能構成を図10に示す。第2の実施の形態においてシステム制御装置124aは、第1の実施の形態のシステム制御装置124の機能構成(図3の線量変調データ設定部151、撮影制御部152)に加え、目標画質設定部158及び下限線量算出部159を備える。画像処理装置122は第1の実施の形態の画像処理装置122と同様の機能構成を有する。

　目標画質設定部158は、操作者が目標とする画質を任意に設定する。例えば、所定の高線量値を照射した場合に得られる画質を目標画質とする。目標画質は、画質指標値により指定されてもよいし、目標画質を達成するために必要な線量値により指定されてもよい。

　下限線量算出部159は、記憶装置123から画質改善テーブル3を取得し、画質改善テーブル3に定義されている画質改善効果量のうち、最も大きい画質改善効果量と、目標画質設定部158により設定された目標画質(目標画質を達成するための線量値)とに基づいて照射X線量の下限値を算出する。下限値は目標画質を達成するための線量値を画質改善効果量で除算することにより求めることができる。下限線量算出部159は、算出した照射X線量の下限値を線量変調データ設定部151に通知する。

　線量変調データ設定部151は、照射X線量の下限値が下限線量算出部159により算出された下限値を下回らないように線量変調データを設定する。

　このように、最も大きい画質改善効果量を考慮して設定された線量変調データを用いて、第1の実施の形態と同様の撮影・画質改善処理を行うことも可能である。

　その場合、基準線量取得部153は、目標画質設定部158において操作者が設定した目標画質を達成するための線量値を基準線量として取得する。

　またシステム制御装置124aは、例えば図11に示すような線量変調データ表示画面53を表示装置125に表示することが望ましい。このとき、システム制御装置124aは、下限線量算出部159により算出された線量の下限値を示す表示532を、線量変調データを示すグラフ531内に設けることが望ましい。

　図12を参照して、第2の実施の形態におけるX線CT装置1の動作を説明する。

　第2の実施形態において、X線CT装置1のシステム制御装置124aは、図12のフローチャートに示す手順で撮影・画像再構成処理を実行する。すなわち、システム制御装置124aは、記憶装置123から撮影・画像再構成処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。

　操作者は、まず撮影条件の設定を行い(ステップS201)、生体信号同期撮影における線量変調機能をONに設定する(ステップS202)。線量変調機能をONに設定すると、システム制御装置124は生体信号に同期するようにX線管電流の変調タイミングや管電流量が調整された線量変調データを算出する。

　システム制御装置203は、操作者による目標画質の設定を受け付ける(ステップS203)。ステップS203において、入力装置121から目標とする画質指標値、或いは線量値が入力されると、システム制御装置124aは入力値に基づいて目標画質を設定する。

　次にシステム制御装置124aは、記憶装置123から画質改善テーブル3を取得し、画質改善テーブル3に定義されている画質改善効果量のうち、最も大きい改善効果量を取得する(ステップS204)。システム制御部124aは、ステップS204で取得した最も大きい画質改善効果量と、ステップS203で設定された目標画質(または目標画質を達成するための線量値)とに基づいて照射X線量の下限値(下限線量)を算出する(ステップS205)。下限線量は高線量値を改善効果量で除算することにより求めることができる。システム制御装置124aは、算出した下限線量を線量変調データとともに表示装置125に表示する。例えば、図11に示すような線量変調データ表示画面53内に下限線量532を表示する(ステップS206)。

　操作者は、線量変調データ表示画面53に表示される下限線量532を参照しながら各位相の線量を調整することができる(ステップS207)。ステップS207において、システム制御装置124aは下限線量値を下回ることがないように操作者の調整操作を制限する。操作者の調整操作により設定された各位相の線量値を線量変調データとして設定し、撮影を開始する(ステップS208)。

　その後の処理は、第1の実施の形態におけるステップS105～ステップS111と同様である。ただし、ステップS106の基準線量取得処理では、ステップS203において設定された目標画質を達成するために必要な線量値を基準線量として取得する。

　ステップS105～ステップS111の処理により、再構成する位相に適用する画質改善処理が選択され、画質改善処理を適用した画像が再構成され、再構成された画像が表示装置125に表示され、記憶装置123に記憶されると、システム制御装置124aは、一連の撮影及び再構成処理を終了する。

　以上説明したように、第2の実施の形態のX線CT装置1は、画質改善テーブル3に定義される最大の画質改善効果量の画質改善処理を適用した場合に画質目標値を達成できる下限線量を算出し、下限線量を下回らないように線量変調データを設定する。

　したがって、画質改善処理の効果を得られないほどの低線量での撮影を防ぐことが可能となる。また、低線量で撮影された投影データからも、操作者が設定した目標画質を達成することが可能となる。
[第3の実施の形態]
　次に、図13～図15を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。

　第1の実施の形態では、被検体撮影時の画像再構成処理における画質改善処理の手順を例示したが、本発明の画質改善処理は予め撮影され記憶装置123に記憶されている投影データに対しても適用可能である。また、第1の実施の形態では基準とする画質を線量値や位相の選択によって決定するものとしたが、実際に再構成した各位相の画像を動画表示や羅列表示で示し、これらの中から基準(目標)とする画質を指定する。

　第3の実施の形態では、記憶されている投影データに対する画質改善処理の適用と、目標画質の設定について説明することも可能である。

　第3の実施の形態のX線CT装置1のハードウエア構成は、図1と同様である。以下の説明では、同一の各部には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　第3の実施の形態の撮影及び再構成処理に係る機能構成を図13に示す。第3の実施の形態においてシステム制御装置124bは、画像取得部160及び画質選択GUI(Graphical User Interface)161を有する。画像処理装置122は、目標画質設定部162、対象画質取得部163、画質改善処理選択部164、投影データ取得部165、及び再構成処理部166を備える。

　画像取得部160は、記憶装置123から画質改善の候補とする画像データを取得する。例えば、心電同期撮影により得られた全心拍位相の画像を取得する。

　画質選択GUI161(操作部)は、目標画質を設定するためのGUIであり、例えば、図14に示すような操作画面54を有する。

　図14に示す画質選択GUI161の操作画面54は、一連の断層像を時系列にコマ送り表示する断層像表示欄541、断層像表示欄541に表示されている画像について画質指標値(例えば、画像SD値)と位相との関係を示す画質グラフを表示する画質グラフ表示欄542、上述の画質グラフにおいて目標画質を指定する目標画質選択バー543、早戻しボタン544、戻しボタン545、送りボタン546、早送りボタン547、選択位相表示548、OKボタン549、キャンセルボタン550等を備える。

　断層像表示欄541に表示される断層像上には、操作者が指定した画質評価領域(ROI)を示すマーク541bや、ROI541bにおける画質指標値541a(例えば、画像SD値)が表示される。

　画質グラフ表示欄542に表示される画質グラフの横軸は位相、縦軸は例えば画像SD値等の画質指標値とする。画質グラフの画質指標値は、操作者が断層像表示欄541で指定した画質評価領域(ROI541b)について実際に算出された画質指標値である。

　目標画質選択バー543は画質グラフの横軸(位相軸)に沿って設けられ、バーに沿って設けられるスライダ(図14の▲マーク)の位置を左右に移動することで位相が指定される。指定された位相の断層像が断層像表示欄541に表示される。目標画質選択バー543とともに、スライダ位置を示す補助線543aと、スライダ位置における位相の画質指標値を示す補助線543bが表示されることが望ましい。図14は、目標画質選択バー543のスライダが位相「70」％の位置に移動され、位相「70」％における画質指標値は「9．0」の値を示している。

　なお、断層像表示欄541に表示される断層像は、早戻しボタン544、戻しボタン545、送りボタン546、早送りボタン547を操作者が操作することにより選択される。断層像表示欄541に表示される断層像に合わせて、画質グラフ表示欄542における補助線543a、543bの位置が変更される。

　また、図14に示す画質選択GUI54は一例であり、この例とは別形態の画質指定用の操作部を備えたり、別の表示形態としたりしてもよい。

　目標画質設定部162は、画質選択GUI161により指定された断層像の画質指標値を取得し、目標画質として設定する。

　対象画質取得部163は、画質改善対象とする画像の画質を取得する。

　画質改善処理選択部164は、目標画質設定部162により設定された目標画質と対象画質取得部163により取得した画質改善対象とする画像の画質との比率に基づいて目標とする画質を得るために必要な画質改善処理を前記画質改善テーブル3から選択する。なお、上述したように図2の画質改善テーブル3は、画像SD値比を画質改善効果量としているため、目標画質設定部162により設定された目標画質と対象画質取得部163により取得した画質改善対象とする画像の画質との比を求め、求めた比に対応する画質改善処理を画質改善テーブル3から選択する。

　投影データ取得部165は、画質改善対象とする画像の投影データを記憶装置123から取得する。

　再構成処理部166は、画質改善処理選択部164により選択された画質改善処理を画質改善対象とする画像の投影データに対して施し、画像を再構成する。

　次に、図15を参照して、第3の実施の形態におけるX線CT装置1の動作を説明する。

　第3の実施形態において、X線CT装置1のシステム制御装置124bは、図15のフローチャートに示す手順で画像再構成処理を実行する。すなわち、システム制御装置124bは、記憶装置123から画像再構成処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。

　操作者は、記憶装置123に記憶されている画像から再構成対象とするシリーズ(断層像群)を選択する(ステップS301)。システム制御装置124bはステップS301で選択されたシリーズの各位相の画像を記憶装置123から読出し、羅列して表示するか、動画表示する(ステップS302)。ステップS302において、例えば図14に示す操作画面54の断層像表示欄541のように、シリーズの画像を1コマずつ送り・戻しできるような形態で表示する。

　操作画面154の早戻しボタン544、戻しボタン545、送りボタン546、早送りボタン547または目標画質選択バー543等を操作者が操作することにより、目標とする画質の画像または動画のコマが選択される(ステップS303)。OKボタン549が押下されると、システム制御装置124bは、ステップS303で選択された画像の画質(画像SD値)を算出し、目標画質としてRAM等に保持するとともに、画像処理装置122の目標画質を通知する(ステップS304)。

　なお、ステップS304において、画像上に画質評価領域(ROI)を設定し、画質評価領域(ROI)内の画質SD値を求めることが望ましい。また、求めた画像SD値を操作画面54に表示することが望ましい。

　操作者の操作により再構成する位相が選択されると(ステップS305)、画像処理装置122は、記憶装置123から画質改善テーブル3を呼び出す(ステップS306)。
そして画像処理装置122は、選択された位相の線量を取得する(ステップS307)。

　ステップS304で決定した画質目標値と、ステップS307で取得した線量をもとに、最適な画質改善処理を画質改善テーブル3を参照して決定する(ステップS308)。
画像処理装置122は、再構成する投影データに対してステップS308で選択した画質改善処理を適用し、画像を再構成する(ステップS309)。システム制御装置124bは、再構成された画像を記憶装置123に記憶するとともに、表示装置125に表示し(ステップS310)、一連の処理を終了する。

　以上説明したように、本発明に係る画像再構成処理(画質改善処理を含む)は予め撮影され記憶装置123に記憶されている投影データに対しても適用可能である。また、操作者が所定の画質指標値を指定して、基準とする画質を決定できる。その際、既に再構成され、記憶装置123に記憶されている画像を複数表示し、これらの中から操作者が所望の画像を指定することで目標画質を設定する。このため、直感的な操作で目標画質を設定できる。

　以上、本発明に係るX線CT装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　1　X線CT装置、100　スキャンガントリ部、101　X線源、102　回転盤、106　X線検出器、120　操作卓、121　入力装置、122　画像処理装置、123　記憶装置、124　システム制御装置、125　表示装置、130　生体信号計測装置、151　線量変調データ設定部、152　撮影制御部、153　基準線量取得部、154　再構成対象線量取得部、155　画質改善処理選択部、156　投影データ生成部、157　再構成処理部、154　再構成対象線量取得部、158　目標画質設定部、159　下限線量算出部、161　画質選択GUI(操作部)、54　操作画面、3　画質改善テーブル

Claims

　被検体にX線を照射するX線源と、
　前記X線源に対向配置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
　前記X線源及び前記X線検出器を搭載し、前記被検体の周囲を回転する回転盤と、
　所定の線量変調データに基づいて照射X線量を変調しながら撮影を実行する撮影制御部と、
　前記X線検出器により検出された透過X線データから投影データを生成する投影データ生成部と、
　複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルを保持する記憶部と、
　基準とする画質に対応する線量値を基準線量とする基準線量取得部と、
　画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の照射X線量を前記線量変調データから取得する再構成対象線量取得部と、
　前記基準線量と前記再構成対象線量取得部により取得した照射X線量との比率と前記画質改善効果量とに基づいて前記基準とする画質を得るための画質改善処理を前記画質改善テーブルから選択する画質改善処理選択部と、
　前記画質改善処理選択部により選択した画質改善処理を前記画像再構成の対象とする投影データに対して施し、画像を再構成する再構成処理部と、
　を備えることを特徴とするX線CT装置。
　前記線量変調データが被検体の周期的な動きに応じて決定され、前記周期的な動きにおける特定位相については高線量、その他の位相については前記高線量よりも低い低線量のX線照射を指示するデータである場合において、
　前記基準線量取得部は、前記特定位相における線量値を前記基準線量として前記線量変調データから取得することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
　前記線量変調データが被検体の周期的な動きに応じて決定され、前記周期的な動きにおける特定位相については高線量、その他の位相については前記高線量よりも低い低線量のX線照射を指示するデータである場合において、
　前記高線量から前記低線量の間の任意の線量値を前記基準線量として指定する基準線量指定部を更に備え、
　前記基準線量取得部は、前記基準線量指定部により指定された前記基準線量を取得することを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
　生体の動きに関するデータを計測する生体信号計測装置を更に備え、
　前記線量変調データは、前記生体信号計測装置により計測される生体の動きに基づいて決定されることを特徴とする請求項2に記載のX線CT装置。
　前記画質改善処理選択部により選択された画質改善処理を、前記線量変調データとともに表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
　前記記憶部から前記画質改善テーブルを取得し、前記画質改善テーブルに定義される画質改善効果量の最大値及び前記基準線量取得部により取得した基準線量から照射X線量の下限値を算出する下限線量算出部と、
　前記照射X線量が前記下限線量算出部により算出された下限値を下回らないように前記線量変調データを設定する線量変調データ設定部と、
　を備えることを特徴とする請求項1に記載のX線CT装置。
　X線CT装置を用いた撮影により得た投影データ、前記撮影における線量変調データ、及び複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルを記憶する記憶部と、
　目標画質とする画質指標値を設定する目標画質設定部と、
　画質改善対象とする画像の画質指標値を取得する対象画質取得部と、
　前記目標画質の画質指標値と前記対象画質取得部により取得した画質指標値との比率と前記画質改善効果量とに基づいて前記目標画質を得るための画質改善処理を前記画質改善テーブルから選択する画質改善処理選択部と、
　前記画質改善処理選択部により選択された画質改善処理を前記画質改善対象とする画像の投影データに対して施し、画像を再構成する再構成処理部と、
　を備えることを特徴とする画像処理装置。
　前記記憶部に記憶されている投影データから生成され前記画質改善処理を施す前の画像を選択可能に示す操作部を備え、
　前記目標画質設定部は、前記操作部において画像を選択することにより前記目標画質を設定することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。
　画像処理装置が、
　基準とする画質に対応する線量値を基準線量とするステップと、
　画像再構成の対象とする投影データについて撮影時の照射X線量を前記線量変調データから取得するステップと、
　前記基準線量と前記照射X線量との比率に基づいて記憶部に記憶されている複数の画質改善処理の画質改善効果量を示す画質改善テーブルから前記基準とする画質を得るための画質改善処理を選択するステップと、
　選択した画質改善処理を前記画像再構成の対象とする投影データに対して施し、画像を再構成するステップと、
　を含むことを特徴とする画像再構成方法。