| 【発明の名称】 |
測定信号処理方法および装置並びに放射線断層撮影装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】滝浦 泰郎
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| 【要約】 |
【課題】測定信号の高周波成分を損なうことなくノイズを除去する測定信号処理方法および装置、並びに、そのような測定信号処理装置を備えた放射線断層撮影装置を実現する。
【解決手段】測定信号の各測定値Ｄｍにつき、その近傍の測定値Ｄｍ−１，Ｄｍ＋１から求めた推定値Ｄｎとの比較に基づいて、測定値に含まれるノイズ成分を推定し、推定したノイズ成分で測定値を補正する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定信号の各測定値につきその近傍の測定値から求めた推定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定し、前記推定したノイズ成分で前記測定値を補正する、ことを特徴とする測定信号処理方法。
【請求項２】 前記ノイズ成分の推定は、前記推定値と前記測定値との差の符号に基づいてノイズ成分の符号を推定し、前記推定値または前記測定値の平方根に基づいてノイズ成分の大きさをランダムに推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の測定信号処理方法。
【請求項３】 測定信号の各測定値につきその近傍の測定値から求めた推定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定するノイズ推定手段と、前記推定したノイズ成分で前記測定値を補正する測定値補正手段と、を具備することを特徴とする測定信号処理装置。
【請求項４】 放射線ビームを照射する放射線照射手段と、複数の放射線検出素子をアレイ状に配列した放射線検出素子アレイを有し前記放射線照射手段から照射される複数ビューの放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段を通じて得た各測定値につきその近傍の測定値から求めた推定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定するノイズ推定手段と、前記推定したノイズ成分で前記測定値を補正する測定値補正手段と、前記補正された測定値に基づいて前記放射線ビームの通過領域についての断層像を生成する断層像生成手段と、を具備することを特徴とする放射線断層撮影装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定信号処理方法および装置並びに放射線断層撮影装置に関し、特に、測定信号からノイズ（ｎｏｉｓｅ）を除去する測定信号処理方法および装置、並びに、ノイズを除去する測定信号処理装置を備えた放射線断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】放射線断層撮影装置の一例として、例えば、Ｘ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置がある。Ｘ線ＣＴ装置においては、放射線としてはＸ線が利用される。Ｘ線発生にはＸ線管が使用される。そして、放射線照射・検出装置すなわちＸ線照射・検出装置を被検体の周りで回転（スキャン（ｓｃａｎ））させて、被検体の周囲の複数のビュー（ｖｉｅｗ）方向でそれぞれＸ線による被検体の投影データ（ｄａｔａ）を測定し、それら投影データに基づいて断層像を生成（再構成）するようになっている。
【０００３】Ｘ線照射装置は、撮影範囲を包含する幅を持ちそれに垂直な方向に所定の厚みを持つＸ線ビーム（ｂｅａｍ）を照射する。Ｘ線検出装置は、Ｘ線ビームの幅の方向に多数のＸ線検出素子をアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列してなる多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器によってＸ線を検出する。Ｘ線検出器を通じて測定した測定信号にはランダム（ｒａｎｄｏｍ）なフォトンノイズ（ｐｈｏｔｏｎ ｎｏｉｓｅ）が重畳しているので、測定信号をローパスフィルタ（ｌｏｗｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）で処理してノイズを除去することが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】測定信号をローパスフィルタで処理した場合、測定信号の高周波成分が失われ、これによって再構成画像の精細さが損なわれるという問題があった。
【０００５】本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、測定信号の高周波成分を損なうことなくノイズを除去する測定信号処理方法および装置、並びに、そのような測定信号処理装置を備えた放射線断層撮影装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）上記の課題を解決する第１の発明は、測定信号の各測定値につきその近傍の測定値から求めた推定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定し、前記推定したノイズ成分で前記測定値を補正する、ことを特徴とする測定信号処理方法である。
【０００７】（２）上記の課題を解決する第２の発明は、前記ノイズ成分の推定は、前記推定値と前記測定値との差の符号に基づいてノイズ成分の符号を推定し、前記推定値または前記測定値の平方根に基づいてノイズ成分の大きさをランダムに推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の測定信号処理方法である。
【０００８】第２の発明において、前記ノイズ成分の大きさを、前記平方根に基づく値の５％から６５％までの範囲でランダムに推定するのが、補正を効率良く行う点で好ましい。
【０００９】また、第２の発明において、前記推定値と前記測定値との差が、前記測定値の０．１％以下または２０％以上のときは、補正を省略することが補正を効率良く行う点で好ましい。
【００１０】（３）上記の課題を解決する第３の発明は、測定信号の各測定値につきその近傍の測定値から求めた推定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定するノイズ推定手段と、前記推定したノイズ成分で前記測定値を補正する測定値補正手段と、を具備することを特徴とする測定信号処理装置である。
【００１１】（４）上記の課題を解決する第４の発明は、放射線ビームを照射する放射線照射手段と、複数の放射線検出素子をアレイ状に配列した放射線検出素子アレイを有し前記放射線照射手段から照射される複数ビューの放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段を通じて得た各測定値につきその近傍の測定値から求めた推定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定するノイズ推定手段と、前記推定したノイズ成分で前記測定値を補正する測定値補正手段と、前記補正された測定値に基づいて前記放射線ビームの通過領域についての断層像を生成する断層像生成手段と、を具備することを特徴とする放射線断層撮影装置である。
【００１２】第３の発明または第４の発明において、前記ノイズ成分の推定は、前記推定値と前記測定値との差の符号に基づいてノイズ成分の符号を推定し、前記推定値または前記測定値の平方根に基づいてノイズ成分の大きさをランダムに推定することが、測定値を適切に補正する点で好ましい。
【００１３】その場合、前記ノイズ成分の大きさを、前記平方根に基づく値の５％から６５％までの範囲でランダムに推定するのが、補正を効率良く行う点で好ましい。また、前記測定値と前記推定値と差が、前記測定値の０．１％以下または２０％以上のときは、補正を省略することが補正をさらに効率良く行う点で好ましい。
【００１４】（作用）本発明では、推定値と測定値との比較に基づき測定値に含まれるノイズ成分を推定し、推定したノイズ成分で測定値を補正する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の放射線断層撮影装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１６】図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２と、撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４と、操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２は、放射線源としてのＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ２２により例えば扇状のＸ線ビームすなわちファンビーム（ｆａｎｂｅａｍ）となるように成形され、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。Ｘ線管２０とコリメータ２２は、本発明における放射線照射手段の実施の形態の一例である。
【００１７】検出器アレイ２４は、本発明における放射線検出素子アレイの実施の形態の一例である。また、本発明における放射線検出手段の実施の形態の一例である。検出器アレイ２４は、扇状のＸ線ビームの幅の方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。検出器アレイ２４の構成については後にあらためて説明する。
【００１８】Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置の構成については後にあらためて説明する。検出器アレイ２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は検出器アレイ２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集するようになっている。
【００１９】Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御されるようになっている。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御されるようになっている。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。
【００２０】以上のＸ線管２０乃至コリメータコントローラ３０が、走査ガントリ２の回転部３２に搭載されている。回転部３２の回転は、回転コントローラ３４によって制御されるようになっている。なお、回転部３２と回転コントローラ３４との接続関係については図示を省略する。
【００２１】撮影テーブル４は、図示しない被検体を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。被検体とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。
【００２２】操作コンソール６は、中央処理装置６０を有している。中央処理装置６０は、本発明の測定信号処理装置の実施の形態の一例である。また、本発明におけるノイズ推定手段の実施の形態の一例である。また、本発明における測定値補正手段の実施の形態の一例である。また、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。
【００２３】中央処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。中央処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。
【００２４】中央処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御するようになっている。走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３４が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、それら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２５】中央処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４に入力される。データ収集バッファ６４は、入力データを一時的に記憶する。中央処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、各種のデータや再構成画像およびプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。
【００２６】中央処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、中央処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示するようになっている。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置６０に入力するようになっている。
【００２７】図２に、検出器アレイ２４の模式的構成を示す。検出器アレイ２４は、多数（例えば１０００個）のＸ線検出素子２４（ｉ）を円弧状に配列した多チャンネルのＸ線検出器を形成している。ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１〜１０００である。Ｘ線検出素子２４（ｉ）は、本発明における放射線検出素子の実施の形態の一例である。
【００２８】図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４０となるように成形され、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。図３の（ａ）においては、扇状のＸ線ビーム４０の広がりすなわちＸ線ビーム４０の幅を示している。図３の（ｂ）では、Ｘ線ビーム４０の厚みを示している。
【００２９】このようなＸ線ビーム４０の扇面に体軸を交叉させて、例えば図４に示すように、撮影テーブル４に載置された被検体８がＸ線照射空間に搬入される。Ｘ線ビーム４０によってスライス（ｓｌｉｃｅ）された被検体８の投影像が検出器アレイ２４に投影される。被検体８のアイソセンタ（ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）におけるＸ線ビーム４０の厚みが、被検体８のスライス厚ｔｈを与える。スライス厚ｔｈは、コリメータ２２のアパーチャによって定まる。
【００３０】本装置の動作を説明する。図５に、本装置の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）５０２で、操作者は、操作装置７０を通じて撮影条件を設定する。
【００３１】次に、ステップ５０４で、操作者からの指令の基づきスキャンが行われる。すなわち、中央処理装置６０による制御の下で、Ｘ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４とからなるＸ線照射・検出装置がそれらの相互関係を保ったまま被検体８の体軸の周りを回転（スキャン）し、スキャンの１回転当たり複数（例えば１０００）のビュー角度で被検体の投影データを収集する。投影データの収集は、検出器アレイ２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６４の系統によって行われる。収集されたデータは記憶装置６６に記憶される。記憶装置６６に記憶された１ビュー分の投影データ（測定データ）のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）の一例を図６に示す。同図において、縦軸が信号強度、横軸がチャンネル番号である。
【００３２】次に、ステップ５０６で、収集された投影データの前処理を行う。前処理の中には、測定データからノイズを除去するためのデータ補正、および、その他オフセット補正、Ｘ線強度補正、感度補正等、所定の補正が含まれる。なお、ノイズ除去用のデータ補正の詳細については後にあらためて説明する。
【００３３】次に、ステップ５０８で、中央処理装置６０が断層像の生成すなわち画像再構成を行なう。画像再構成は、１回転のスキャンで得られた例えば１０００ビューの投影データを、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等によって処理することにより行われる。再構成画像は、記憶装置６６に記憶される。また、ステップ５１０で、表示装置６８により可視像として表示される。
【００３４】ステップ５０６での前処理におけるノイズ除去用のデータ補正の詳細なフロー図を図７に示す。このノイズ除去用のデータ補正は、全ての測定データについて行う。同図に示すように、ステップ７０２で、補正しようとする測定データＤｍをメモリから読み出す。これによって、例えば図８に示す測定データＤｍが読み出される。測定データＤｍは、本発明における測定値の実施の形態の一例である。測定データＤｍは、それに重畳しているランダムなフォトンノイズのために、真の値に対して誤差がある可能性があるものである。なお、測定データは、Ｄｍばかりでなく全てのものがランダムなフォトンノイズによる誤差を含む可能性がある。
【００３５】次に、ステップ７０４で、測定データＤｍに関する推定データＤｎを生成する。推定データＤｎは、本発明における推定値の実施の形態の一例である。推定データＤｎの生成は、例えば図８に示すように、測定データＤｍの近傍の測定データＤｍ−１およびＤｍ＋１からの補間演算によって行う。測定データＤｍ−１，Ｄｍ，Ｄｍ＋１は、例えば２点差線で示すような被検体８の投影像のプロファイルに関するデータであるから相関性を有する。したがって、測定データＤｍに関し、その近傍の測定値からの補間によって求めた推定データＤｎは、少なくとも、測定データＤｍよりはプロファイルの真値に近い可能性が高いデータと見ることができる。なお、推定データＤｎは、次に述べるように、ランダムノイズの符号を推定するためのもので、必ずしも測定データＤｍの真値とするものではない。
【００３６】また、補間演算に用いる測定データの数は２に限るものではなく、それ以上の適宜の数としても良いのはいうまでもない。補間演算に用いる測定データの数を多くするほど真値に近いデータが得られる可能性が高くなる。また、１次元のデータ列ばかりでなく、例えば図９に示すような測定データのビュー・チャンネル平面において、位置５の推定データを求めるのに、その近傍の位置１〜４および６〜９の測定データから補間するようにしても良いのはもちろんである。
【００３７】推定データＤｎを測定データＤｍよりも真値に近いデータであるとした場合、測定データＤｍと推定データＤｎの間に差がある場合は、ノイズが重畳しているとすることができる。また、差の符号によってノイズ成分の符号を推定することができる。すなわち、Ｄｍ−Ｄｎ＜０の場合は負のノイズが重畳しており、Ｄｍ−Ｄｎ＞０の場合は正のノイズが重畳しているとすることができる。
【００３８】Ｘ線透過信号に含まれるフォトンノイズは、そのピーク値がＸ線透過信号のレベル（ｅｖｅｌ）の平方根に比例するという性質がある。そして、フォトンノイズは、そのようなピーク値の範囲内でランダムな値をとる。すなわち、ピーク値の範囲内でどの値をとるかは確率的に決まる。
【００３９】そこで、このようなフォトンノイズの性質に基づき、ステップ７０６で、ノイズを削減するための補正データを生成する。すなわち、まず、推定データＤｎの平方根を計算し、それに基づいて、このデータに重畳し得るフォトンノイズのピーク値を求める。なお、平方根は、推定データＤｎの代わりに測定データＤｍについて求めるようにしても良い。どちらから求めてもフォトンノイズのピーク値には大差がない。
【００４０】次に、このピーク値の範囲内に属する数値をランダムに選択し、それをノイズの絶対値とする。ランダムな数値の選択には例えば乱数等を利用する。現実的には、フォトンノイズに対しては、ランダムな数値を選択する範囲をピーク値の５％程度から６５％程度までとするのが、補正データ生成の効率を良くする点で好ましい。また、Ｄｍ−Ｄｎの値が、Ｄｍの値の例えば０．１％以下のように小さいとき、または、例えば２０％以上のように大きいときは、補正データの生成を省略することが能率向上の点で好ましい。
【００４１】次に、ノイズの絶対値に符号を付ける。符号は、Ｄｍ−Ｄｎの符号に従って定める。これによって、測定データＤｍに重畳している可能性が高いノイズと絶対値が等しく符号が反対なデータ、すなわち、補正データが生成される。
【００４２】次に、ステップ７０８で、上記のようにして生成した補正データで測定データを補正する。すなわち、補正データを測定データＤｍに加算し、測定データＤｍに重畳している可能性が高いノイズと相殺する。
【００４３】次に、ステップ７１０で、全ての測定データについて上記の処理が終了したかどうかを判定し、未処理のデータがある場合はステップ７０２に戻り、次の測定データについて上記と同様な処理を行う。これを繰り返すことによって、収集された全ての測定データについて、ノイズ相殺のためのデータ補正が行われる。
【００４４】補正データは、その絶対値がフォトンノイズの取り得るピーク値の範囲内で確率的に決定されるので、ノイズの実態に即したものとなっている。このため、個々の測定データに重畳しているノイズが、補正データにより必ずしも１対１に相殺されるとは限らないものの、収集された測定データ全体としては、ノイズは効果的に削減される。しかも、従来のようにローパスフィルタでノイズを除去する場合のように測定データの高周波成分が損なわれることがない。したがって、補正がなされた測定データに基づいて再構成された画像は、高精細でありながらノイズの少ない画像となる。
【００４５】以上、放射線としてＸ線を用いた例について説明したが、放射線はＸ線に限るものではなく、例えばγ線等の他の種類の放射線であっても良い。ただし、現時点では、Ｘ線がその発生、検出および制御等に関し実用的な手段が最も充実している点で好ましい。
【００４６】また、測定データが放射線透過データである例について説明したが、測定データは放射線透過データに限るものではなく、例えば電気的な測定信号に含まれる熱雑音等、フォトンノイズと同様な性質を持つノイズについて、本発明の方法により、効果的に削減することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば、測定信号の高周波成分を損なうことなくノイズを除去する測定信号処理方法および装置、並びに、そのような測定信号処理装置を備えた放射線断層撮影装置を実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１２１９３６
【氏名又は名称】ジーイー横河メディカルシステム株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年８月１２日（１９９８．８．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５１８７
【弁理士】
【氏名又は名称】井島 藤治 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５１２０３（Ｐ２０００−５１２０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２２日（２０００．２．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２８００１ |
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