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【発明の名称】 コーンビームX線CT装置
【発明者】 【氏名】岡部 正和

【要約】 【課題】2次元X線検出器が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーティファクトを高速、かつ安定に除去(減算)することのできるコーンビームX線CT装置の提供。

【構成】被検体にX線を照射するX線源と、
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体にX線を照射するX線源と、
前記X線源と対向し配置され前記被検体を透過したX線を検出して該被検体のX線画像データを出力する2次元X線検出器と、
被検体に対して相対的に前記X線源と2次元X線検出器を回転移動させる回転手段と、
前記X線画像データに基づいて前記被検体の3次元画像情報を得る画像再構成手段と、
該3次元画像情報から断面変換画像を作成するとともに前記2次元X線検出器の傾きに応じた角度で回転させる手段と、
回転された該断面変換画像から直線状のアーチファクトを検出、減算を行うリングアーチファクト補正手段と、
該リングアーチファクト補正がされた3次元画像情報に基づいて表示を行う表示手段とを備えることを特徴とするコーンビームX線CT装置。
【請求項2】
前記断面変換画像は、コロナル断面像およびサジタル断面像のうち、回転中心軸の近くを横切る少なくともいずれかの断面像であることを特徴とする請求項1に記載のコーンビームX線CT装置。
【請求項3】
前記断面変換画像は、回転中心軸を通る放射状の縱断面像であることを特徴とする請求項1に記載のコーンビームX線CT装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明はコーンビームX線CT装置に関する。
【背景技術】
【0002】
被検体にX線を照射し、該被検体を透過したX線を2次元X線検出器で検出し、この2次元X線検出器の出力に基づいて該被検体の断面像を再構成するX線CT装置が知られている。
【0003】
また、このようなX線CT装置としては、X線ビームを体軸方向に薄くコリメートし1枚ないし数枚のアキシャル断面像を再構成するファンビームX線CT装置と、体軸方向にも広がったX線ビームを用いて3次元画像情報を生成するコーンビームX線CT装置が知られている。
【0004】
そして、コーンビームX線CT装置の場合、その2次元X線検出器の補正エラーに起因してアキシャル断面像に同心円状のリングからなるリングアーティファクトが発生する。
【0005】
このようなリングアーティファクトを低減させる技術として、たとえば下記特許文献1に開示されているように、前記2次元X線検出器からの情報に基づいて作成した3次元画像情報から、それを断面変換してたとえばコロナル断面像を得た後に、そのコロナル断面像に表れる直線状のアーチファクトを検出かつ除去(減算)するようにし、このようなアーチファクトのないコロナル断面像からアキシャル断面像を得る構成が知られている。
【0006】
このような構成は、アキシャル断面像から直接にリング状のアーチファクトを低減させるよりも、コロナル断面像等から直線上のアーチファクトを低減させる方が容易なため、高速にかつ安定して行う効果を有する。
【特許文献1】特開2005−204858号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、上述したコーンビームX線CT装置は、たとえばコロナル断面像等に顕れる直線状のアーチファクトは実際においてアキシャル断面像のz方向軸に対して2次元X線検出器の傾き角に相当する角度で傾いた斜線として顕れるようになっている。
【0008】
それ故、たとえばコロナル断面像等に顕れる直線状のアーチファクトの検出かつ除去するためには、上述した傾きを考慮せずには実用的にならないという不都合が生じる。
【0009】
前記特許文献1にはこのことを考慮して演算がなされることの開示はなされていないものとなっている。前記特許文献1にあっては、2次元X線検出器が回転軸に対して平行に配置され、傾いて配置されていないことを前提としているからである。
【0010】
本発明の目的は、2次元X線検出器が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーティファクトを高速、かつ安定に除去(減算)することのできるコーンビームX線CT装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0012】
(1)本発明によるコーンビームX線CT装置は、たとえば、被検体にX線を照射するX線源と、
前記X線源と対向し配置され前記被検体を透過したX線を検出して該被検体のX線画像データを出力する2次元X線検出器と、
被検体に対して相対的に前記X線源と2次元X線検出器を回転移動させる回転手段と、
前記X線画像データに基づいて前記被検体の3次元画像情報を得る画像再構成手段と、
該3次元画像情報から断面変換画像を作成するとともに前記2次元X線検出器の傾きに応じた角度で回転させる手段と、
回転された該断面変換画像から直線状のアーチファクトを検出、減算を行うリングアーチファクト補正手段と、
該リングアーチファクト補正がされた3次元画像情報に基づいて表示を行う表示手段とを備えることを特徴とする。。
【0013】
(2)本発明によるコーンビームX線CT装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、前記断面変換画像は、コロナル断面像およびサジタル断面像のうち、回転中心軸の近くを横切る少なくともいずれかの断面像であることを特徴とする。
【0014】
(3)本発明によるコーンビームX線CT装置は、たとえば、(1)の構成を前提とし、前記断面変換画像は、回転中心軸を通る放射状の縱断面像であることを特徴とする。
【0015】
なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【発明の効果】
【0016】
本発明によるコーンビームX線CT装置によれば、2次元X線検出器が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーチファクトをより高速、かつ不連続なく除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明によるコーンビームX線CT装置の実施例を図面を用いて説明をする。
【0018】
図1は、本発明によるコーンビームX線CT装置の一実施例を示すブロック図であり、いわゆる座位方式と称されるコーンビームX線CT装置1を示している。
【0019】
このコーンビームX線CT装置1は、概略的には、被検体2に対してX線を照射し該被検体2のX線透過画像を撮影してX線画像データを得る撮影部10と、該撮影部10の各構成要素を制御したり前記X線画像データに基づいて被検体2の3次元的X線CT像を再構成したりする制御演算部20と、前記X線画像データに基づく画像等を表示する表示装置80とから構成されている。
【0020】
以下、前記撮影部10、制御演算部20、撮影部制御手段100、再構成手段200、および幾何学パラメータ計算手段300についてさらに詳述する。
【0021】
前記撮影部10は、被検体2が座る椅子7と、この椅子7に座った被検体2にX線を照射するX線源11と、このX線源11に対向する位置に設置され該被検体2を透過したX線を検出することによりX線画像データを出力する2次元X線検出器12と、X線源11および2次元X線検出器12を機械的に連結する旋回アーム5と、この旋回アーム5を保持する支柱6と、この支柱6および前記椅子7を保持する固定架台8とから構成されている。
【0022】
前記旋回アーム5は、被検体2の撮影に際して、所定の投影角度毎に回転中心軸4を中心として回転移動するようになっている。これにより、前記X線源11および2次元X線検出器12は、ほぼ同一の円軌道上で回転移動しながら、X線撮影を行う。この回転移動については、画像再構成演算に使用される幾何学的パラメータが存在する。
【0023】
すなわち、2次元X線検出器12は、図3に示すように、回転中心軸4に寸分の誤差もなく平行に設置されることはほとんどなく、その取付角の基準角度(0°あるいは90°)からのずれが生じるのが通常である。なお、図3において、uv座標のu軸は回転軌道面(ミッドプレーン)に対応しv軸は回転中心軸に対応し、前記2次元X線検出器12の横軸および縦軸はそれぞれu’軸およびv’軸に対応している。図3は、該2次元X線検出器12がuv座標に対して角度(ずれ角)+bだけずれて取り付けられていることを示している。このため前記幾何学パラメータとして、旋回アーム5が回転移動することにより、X線源11と2次元X線検出器12とが描く円軌道を含む面である回転軌道面(ミッドプレーン)3と、回転中心軸4、および検出器取付角の基準角度(0°あるいは90°)からのずれが挙げられる。
【0024】
これらの幾何学的パラメータは、原理的には、撮影部10の設計図等から定まるものであるが、実際には撮影部10の制作誤差や部材の変形に起因し、個々のコーンビームx線CT装置1に固有の値となる。
【0025】
前記制御演算部20は、撮影部10を制御する撮影部制御手段100と、撮影部10が出力したX線画像データに基づいて収集して格納する画像収集手段110と、収集されたX線画像データに基づいて3次元的X線CT像を再構成する再構成手段200と、撮影部10の機械的制作上の誤差を数値的に表し前記再構成手段200における3次元再構成の際に補正データとして用いる幾何学パラメータを算出する幾何学パラメータ計算手段300と、再構成手段200で生成した3次元的X線CT像を前記表示装置80に表示するための画像表示手段120とから構成されている。
【0026】
前記撮影部制御手段100は、前記旋回アーム5の回転中心軸4の周りの回転を制御する撮影系回転制御手段101と、X線管11tに流す管電流のON、OFF等を制御するX線照射制御手段103と、椅子7の位置を制御して被検体の2の位置を調整するための椅子位置制御手段105と、2次元X線検出器12によるX透過像の撮影を制御する検出系制御手段107とから構成されている。
【0027】
前記再構成手段200は、前処理手段210と、検出器取付補正手段220と、フィルタリング手段230と、逆投影手段240と、リングアーチファクト補正手段250とから構成されている。
【0028】
前記前処理手段210は、前記画像収集手段110によって収集されたX線画像データが入力され、このX線画像データをX線吸収係数の分布像に変換するようになっている。該分布像を得るための形態は、たとえば、まず、被検体2を撮影視野内に配置しない状態で予め撮影された空気のX線透過像の各画素データに対して自然対数変換演算を施し、次に、被検体2を椅子7に座らせた状態で撮影したX線透過像の各画素データに対して自然対数変換演算を施す。そして、上記2つのX線透過画像の差分をとることにより、被検体2のX線吸収係数の分布像を得るようになっている。
【0029】
前記検出器取付角補正手段220は、前記2次元X線検出器12の検出器取付角の基準角度(0°あるいは90°)からのずれを、後述する検出器取付角推定手段330から算出される検出器取付角22をもとに、回転変換により補正するようになっている。なお、図3は、前記2次元X線検出器12において、その検出器取付角の基準角度(0°あるいは90°)からずれ角bを有してずれていることを示している。
【0030】
前記フィルタリング手段230はX線CT画像再構成におけるフィルタリング処理を行うようになっている。
【0031】
前記逆投影手段240は、前記フィルタリング手段230によるフィルタリング処理後のX線画像データに対し、たとえばフェルドカンプの方法(非特許文献1参照)に基づいて逆投影演算を行うことにより3次元的X線CT像を生成するようになっている。なお、この場合における逆投影演算においては、後述の回転軌道面推定手段310、回転中心軸推定手段320、および検出器取付角推定手段330から算出される幾何学パラメータが用いられるようになっている。
【0032】
前記リングアーチファクト補正手段250は、前記逆投影手段240から出力される3次元的X線CT像からリング成分を計算し、リングアーチファクトの引き算を行うようになっている。
【0033】
前記幾何学パラメータ計算手段300は、前記再構成手段200によって画像を再構成する際に必要となる幾何学的パラメータを算出するようになっている。
【0034】
すなわち、該幾何学パラメータ計算手段300は、回転軌道面推定手段310と、回転中心軸推定手段320と、検出器取付角推定手段330とから構成されている。
【0035】
前記回転軌道面推定手段310は、いわゆる回転軌道面(ミッドプレーン)を計測するようになっており、具体的には、たとえば、小金属球を棒状の細い支持体に埋め込んだファントムのX線透過像が、回転の間に描く軌跡を利用する方法が用いられる(特許3548306号公報参照)。
【0036】
前記回転中心軸推定手段320は、回転中心軸4の2次元X線検出器12への投影21を決定するようになっており、その計測にあっては、たとえば、細いワイヤー線を撮影し、回転投影軸投影パラメータを変化させながら逆投影演算を行い、アキシャル再構成像におけるワイヤー断面が最も鮮明となるパラメータを評価関数により求めるという方法が用いられる(特開2000−201918号公報参照)。
【0037】
前記検出器取付角推定手段330は、検出器取付角22を決定するようになっている。この検出器取付角22がゼロでない場合は、図3に示すように、体軸(回転中心軸方向)の座標により、回転中心軸の投影21が変化してしまう。正しい検出器取付角22で検出器取付角補正手段220を施した場合にのみ、すべてのアキシャル再構成断面にわたって回転中心軸の投影21を正しく設定することができる。特開2005−58309号公報には、細いワイヤー線を撮影し、検出器取付角パラメータを変化させながら、回転軌道面(ミッドプレーン)3から離れた、1ないし数個のアキシャル断面の再構成演算を行い、ワイヤー断面が最も鮮明となるように検出器取付角22を算出する方法が記載されている。
【0038】
このように構成されるコーンビームX線CT装置1において、X線管11tと旋回アーム5における回転中心軸4との距離は800mm、該回転中心軸4と2次元X線検出器12のX線入射面との距離は400mm、該2次元X線検出器12のX線入射面の大きさは400mm×300mmの長方形であって、画像サイズは2048×1536、そして画素ピッチは0.2mmである。
【0039】
該2次元X線検出器12にX線が入射すると、そのX線入射面でCsI等の発光体により光に変換され、該光の信号はフォトダイオードにより電荷に変換される。蓄積した電荷は一定のフレームレートごとにTFT素子によりデジタル信号に変換され読み出されるようになっている。
【0040】
いわゆる回転撮影モードにあっては、毎秒30フレーム、画像サイズ1024×768で2次元X線画像データが読み出されるようになっている。検出器取付角の基準角度(0°あるいは90°)からのずれ角22はたとえば0.5°で、この場合、回転中心軸の投影21から最も離れたところのピクセル変位は4.5ピクセルとなる。
【0041】
前記撮影系回転制御手段101は、X線源11と2次元X線検出器12を被検体2の周りに回転させ、検出系制御手段107により、被検体2の360°X線透過データを撮影するようになっている。前記旋回アーム5の回転速度はたとえば1秒当たり37.5°で、スキャン時間は9.6秒となっている。
【0042】
また、図2は、本発明によるコーンビームX線CT装置の他の実施例を示すブロック図であり、いわゆるCアーム方式と称されるコーンビームX線CT装置を示している。
【0043】
このコーンビームX線CT装置は、大部分において上記座位方式と称されるコーンビームX線CT装置とほぼ同様の構成となっていることから、以下、異なる部分についてのみ説明する。なお、図2において、図1と同じ構成からなるものには同一の符号を付している。
【0044】
撮影部10cは、被検体2が横臥する寝台17と、この寝台17に横臥した被検体2にX線を照射するX線源11と、このX線源11に対向する位置に設置され該被検体2を透過したX線を検出してX線画像データを出力する2次元X線検出器12と、前記X線源11および2次元X線検出器12を機械的に連結するC型アーム13と、このC型アーム13を保持するC型アーム保持体1と、このC型アーム保持体14を天井に取り付ける天井支持対15と、この天井支持体15を図中前後左右の2次元方向に移動可能に支持する天井レール16と、該被検体2に造影剤を注入するインジェクタ18とから構成されている。
【0045】
前記X線源11は、X線を発生するX線管11tと、このX線管11tからのX線照射の方向を円錐または四角錘状に制御するコリメータ11cとから構成されている。
【0046】
前記2次元X線検出器12はたとえばTFT素子を備えるフラットパネルディテクタ(FPD)によって構成されている。この場合、2次元X線検出器12としては、X線透過像を可視光像に変換するX線イメージインテンシファイアと該X線イメージインテンシファイアによる可視光像を撮影するテレビカメラからなるもので、その形状は円形、方形いかなる形状のものであってもよい。
【0047】
また、前記2次元X線検出器12はその検出器素子列が回転中心軸4に平行(0°)あるいは90°の角度をなして配置されるようになっている。そして、2次元X線検出器12がたとえば長方形形状の場合、その長辺を回転中心軸と90°の角度をなして設置すると、胸部、腹部等、大視野の断面像の撮影に有用となり、長辺を回転中心軸と平行の角度をなして設置すると、頭頚部、四肢等の撮影に有用となる。このことから、2次元X線検出器12は、その検出器素子列が、回転中心軸4に対し所定の基準角度だけ手動もしくは電動で回転できるようになっていてもよい。
【0048】
なお、このCアーム方式と称されるコーンビームX線CT装置にあっても、前記C型アーム13は、被検体2の撮影に際して、所定の投影角度毎に回転中心軸4を中心として回転移動するようになっている。これにより、上記X線源11および2次元X線検出器12は、ほぼ同一の円軌道上で回転移動しながら、X線撮影を行う。この回転移動については、画像再構成演算に使用される幾何学的パラメータが存在する。
【0049】
すなわち、2次元X線検出器12は、図3に示すように、回転中心軸4に寸分の誤差もなく平行に設置されることはほとんどなく、その取付角の基準角度(0°あるいは90°)からのずれが生じるのが通常である。このため幾何学パラメータとして、C型アーム13が回転移動することにより、X線源11と2次元X線検出器12とが描く円軌道を含む面である回転軌道面(ミッドプレーン)3と、回転中心軸4、および上記件手記取付角の基準角度(0°あるいは90°)からのずれが挙げられる。
【0050】
これらの幾何学的パラメータは、原理的には、撮影部10cの設計図等から定まるものであるが、実際には撮影部10cの制作誤差や部材の変形に起因して、個々のコーンビームX線CT装置1に固有の値となる。
【0051】
前記撮影部制御手段100cは、C型アーム13の回転中心軸4の周りの回転を制御する撮影系回転制御手段101と、天井支持体15の天井レール16上での位置を制御してC型アーム13の被検体2に対する位置を2次元的に制御する撮影系位置制御手段102と、X線照射制御手段103と、インジェクタ18が被検体2に注入する造影剤の注入両および注入タイミングを制御するインジェクタ制御手段104と、寝台17の位置を制御して被検体2の位置を調整するための寝台制御手段106と、検出系制御手段107とから構成されている。
【0052】
このように構成されるコーンビームX線CT装置1cにおいて、撮影系回転制御手段101は、2次元X線検出器12を、被検体2の左手の方向(−100°)から天井方向(0°)を通過し、被検体2の左手の方向(+100°)まで移動するようになっている。X線管11tをこのように移動させることにより、200°の投影角度にわたって被検体2の2次元X線透過画像が撮影されるようになっている。C型アーム13の回転速度はたとえば1秒当たり40°で、スキャン時間は5秒となっている。
【0053】
このように構成される座位式コーンビームX線CT装置1の撮影において、まず、撮影系回転制御手段101は旋回アーム5の回転を開始する。旋回アーム5がその22.5度の回転加速期間を経た後、X線照射制御手段103は、X線管11tにX線を照射させ、検出系制御手段107は2次元X線検出器12による撮像を開始する。X線管11tから照射されたX線は被検体2を透過した後、2次元X線検出器12に取り込まれる。2次元X線検出器12の信号は、A/D変換された後、デジタル信号からなる2次元のX線画像データとして画像収集手段110に記録される。2次元X線検出器FPDの標準走査モードは毎秒30フレームである。回転角度ピッチは1.25度で、9.6秒間に288枚のX線透過像を取得する。360度の回転撮影が完了すると、X線照射制御手段103はX線管11tのX線照射を終了し、撮影系回転制御手段101は22.5度の回転減速期間を経たのち回転を停止する。
【0054】
また、C型アーム方式のコーンビームX線CT装置1cの撮影において、まず、撮影系回転制御手段101はC型アーム13のいわゆるプロペラ回転を開始する。C型アーム13がその回転加速期間を経た後、X線照射制御手段103は、X線管11tにX線を照射し、検出系制御手段107は2次元X線検出器12による撮像を開始する。回転角度ピッチは1.33度で5秒間に150枚のX線透過像を取得する。200度の回転撮影が完了すると、X線照射制御手段103はX線管11tのX線照射を終了し、撮影系回転制御手段101は回転減速期間を経たのち回転を停止する。再構成手段200は、以上の撮影に並行し、あるいは撮影終了後に画像収集手段110から2次元のX線画像データを読み出し、このX線画像データに基づいて画像際構成演算を行い、被検体2の3次元的X線CT像の再構成演算を行う。画像表示手段120は、3次元的X線CT像をたとえばCRT装置や液晶ディスプレイ装置等からなる表示装置80に表示する。なお画像表示手段120は、画像収集手段110に記録された2次元のX線画像データを表示するようにしてもよい。
【0055】
次に、前記リングアーチファクト補正手段250における処理の一実施例を、図4ないし図11を用いて説明をする。なお、このリングアーチファクト補正手段250における処理は、前記座位式コーンビームX線CT装置1およびC型アーム方式のコーンビームX線CT装置1cのいずれにあっても適用できるものである。
【0056】
まず、図4は、前記2次元X線検出器12が図3に示したように傾いて取り付けられている場合において発生するリングアーチファクト30を3次元的に示した模式図である。前記2次元X線検出器12が傾いて取り付けられているため、検出器特性が変化する境界線と回転中心軸の投影21は平行でなくなり、このため、図4に示すように、リングアーチファクト30の径は、アキシャル再構成像(アキシャル断面像)ごとに変化してしまうこととなり、該リングアーチファクト30は3次元的には円錐の表面形状となる。なお、図4において、符号31、32はそれぞれアキシャル断面像を示し、符号33は前記リングアーチファクト30のアキシャル断面像31における断面を、符号34は前記リングアーチファクト30のアキシャル断面像32における断面を示している。
【0057】
ちなみに、図17は前記2次元X線検出器12が回転中心軸の投影21に平行に取り付けられている場合(すなわち傾いていない場合)におけるリングアーチファクト30を3次元的に示した模式図である。この場合は、リングアーチファクト30の3次元形状は円柱表面となり、円錐表面となることはない。
【0058】
また、図4に示したリングアーチファクト30を含むコロナル断面像40を図5に示す。図5に示すように、表面が円錐となる該リングアーチファクト30の断面は双曲線となっていることが判る。そして、検出器取付角の基準角(0°あるいは90°)からのずれ角bはたとえば0.5°であり、前記双曲線は、図5中グレーで示した再構成中心付近の領域52を除けば、±b°の漸近線で充分に近似することができる。
【0059】
このことから、前記リングアーチファクト補正手段250における処理は、前記ずれ角bに基づいて行われる。ここで、該ずれ角bは外部回転パラメータであり、機械系の経時的な変化によって検出器取付角が変化したとしても、該ずれ角bに対応するパラメータを書き換えることで対応できるようになる。そして、このずれ角bはたとえばいわゆるジオメトリ調整で求められる。
【0060】
そして、図6は前記リングアーチファクト30の断面を含むアキシャル断面像32を示しており、図中符号51、52によって、それぞれ異なるリングアーチファクト補正処理を行う場合の分割領域を示している。すなわち、符号51で示す領域はコロナル断面像を用いてリングアーチファクト補正を施す領域(コロナル処理領域)となり、符号52で示す領域はサジタル断面像を用いてリングアーチファクト補正を施す領域(サジタル処理領域)となっている。たとえば、図中符号40に示す面における断面像はコロナル断面像で、図5に示した断面像に相当している。このように、コロナル断面像とサジタル断面像のうち、回転中心軸の近くを横切るいずれか一方の縦断面像を用いることによって、たとえば図5で示すように漸近線で近似できないグレー領域52の処理を回避することが可能になる。
【0061】
図7ないし9は、前記リングアーチファクト補正手段250によって上述したリングアーチファクト30を除去する手順を示すフローチャートである。まず、図7のステップS249に示すように、リングアーチファクト補正を施す領域を設定する。この場合におけるリングアーチファクト補正領域の設定は、たとえば3次元的X線CT像を表示装置80に表示し該表示装置80に表示された像上で該領域を情報入力装置90を介して設定してもよい。また、再構成中心からの円柱半径をパラメータとして設定するようにしてもよい。さらに、3次元的X線CT像を生成する全領域をリングアーチファクト補正領域としてもよい。
【0062】
次に、図7のステップS251に示すように、前記逆投影手段240から出力されるアキシャル断面像に基づいてコロナル断面像を作成する。
【0063】
次に、図7のステップS260に示すように、前記コロナル断面像からリングアーチファクトを補正する。この場合、前記コロナル画像に対しそのスライス位置に応じて図6に示したコロナル処理領域(図中白で示される領域)51内のリングアーチファクトを補正するようになっている。
【0064】
このステップS260における処理は、さらに詳述すると、図8に示すフローチャートのステップS261ないしステップS269までの手順に基づいてなされるようになっている。以下、図8のフローチャートに基づいて、コロナル断面像40からリングアーチファクトを補正する手順の詳細を説明する。
【0065】
まず、図8のステップS261に示すように、サジタル処理領域を削除する。すなわち、図6に示したサジタル処理領域(図中グレーで示される領域)52をコロナル断面図40から削除する。ここで削除とは、たとえば、以下に説明する2次微分を無効化するように画素を実際に一定値に置き換える処理をいい、あるいは、画素値は置き換えずに計算機プログラムの中で処理領域から外す処理をいう。
【0066】
次に、図8のステップS262に示すように、サジタル処理領域を削除したコロナル断面像40を検出器取付角+bだけ回転する。図10は、前記コロナル断面像40を角度+bだけ回転させて得られる像41である。
【0067】
次に、図8のステップS263に示すように、+b°回転したコロナル断面像41p(i,j)から、下記の式1、式2に従って、+b°の直線リング成分s+b(i,j)を計算する。
【数1】


【数2】


【0068】
ここで、座標iは+b°回転した画像41の回転軌道面方向、jは回転中心軸方向を指し、j方向に平行な直線を抽出する。式1により、コロナル処理領域51内の各i,jで、i方向の2次微分λ+b(i,j)を計算する。
【0069】
式2は、λ+b(i,j)のj方向に2n+1列(n=3~5程度)の移動平均をとる処理であり、閾値Uthを超える点を除く。これは、本物の信号が除かれてしまうことを回避するための処置である。Uthとしてはたとえば水のX線吸収係数の100分の1程度の値を設定する。j方向に平行でない反対角度の直線はi方向に平均化されるため影響を受けず、以下のステップS265〜S267で処理される。
【0070】
次に、図8のステップS264に示すように、前記ステップで算出された+b°の直線リング成分を、コロナル断面像41から引き算する。なお、この場合の引き算において、たとえば1以外の補正係数Gを乗じ処理を抑制するようにしてもよい。
【0071】
次に、図8のステップS265に示すように、サジタル処理領域を削除したコロナル断面像40を−b°の回転を施し、反対角度の直線を抽出する。図11は、前記コロナル断面像40を角度−bだけ回転させて得られる像42である。
【0072】
次に、図8のステップS266に示すように、−b°回転したコロナル断面像42P(i,j)から、−b°の直線リング成分S−b(i,j)を計算する。この場合の計算は、前記式1、および式2を用いて同様に行う。
【0073】
次に、図8のステップS267に示すように、前ステップで計算した−b°の直線リング成分に補正係数Gを乗じ、コロナル断面像から引き算する。
【0074】
次に、図8のステップS268に示すように、コロナル断面像の回転を戻す。
【0075】
そして、図8のステップS269に示すように、図7のステップS249で設定したリングアーチファクト補正領域かつコロナル処理領域をすべて処理したかをチェックする。全てのコロナル断面像の処理が完了するまで、ステップS261からステップS268までの処理を繰り返す。
【0076】
このようにしてコロナル断面像からリングアーチファクトを補正する処理が終了した場合、図7のステップS271に示すように、前記逆投影手段240から出力されるアキシャル断面像に基づいてサジタル断面像を作成する。
【0077】
そして、図7のステップS280に示すように、前記サジタル断面像からリングアーチファクトを補正する。この場合、前記サジタル画像に対しそのスライス位置に応じて図6に示したサジタル処理領域(図中グレーで示される領域)52内のリングアーチファクトを補正するようになっている。
【0078】
このステップS280における処理は、さらに詳述すると、図9に示すフローチャートのステップS281ないしステップS289までの手順に基づいてなされるようになっている。以下、図9のフローチャートに基づいて、サジタル断面像からリングアーチファクトを補正する手順の詳細を説明する。
【0079】
まず、図9のステップS281に示すように、コロナル処理領域を削除する。
【0080】
次に、図9のステップS282に示すように、コロナル処理領域を削除したサジタル断面像を検出器取付角bだけ回転する。
【0081】
次に、図9のステップS283に示すように、+b°回転したサジタル断面像p+b(i,j)から、前記式1、式2に従って、+b°の直線リング成分s+b(i,j)を計算する。
【0082】
ここで、座標iは+b°回転した画像41の回転軌道面方向、jは回転中心軸方向を指し、j方向に平行な直線を抽出する。式1により、をとり、コロナル処理領域51内の各i,jで、i方向の2次微分λ+b(i,j)を計算する。
【0083】
式2は、λ+b(i,j)のj方向に2n+1列(n=3~5程度)の移動平均をとる処理であるが、閾値Uthを超える点を除く。これは、本物の信号が除かれてしまうことを避けるための処置である。Uthの代表値としては水のX線吸収係数の100分の1程度の値を設定する。j方向に平行でない反対角度の直線はi方向に平均化されるため影響を受けず、以下のステップS285〜S287で処理される。
【0084】
次に、図9のステップS284に示すように、前記ステップで算出された+b°の直線リング成分を、サジタル断面像から引き算する。なお、この場合の引き算において、たとえば1以外の補正係数Gを乗じ処理を抑制するようにしてもよい。
【0085】
次に、図9のステップS285に示すように、コロナル処理領域を削除したサジタル断面像を−b°の回転を施し、反対角度の直線を抽出する。
【0086】
次に、図9のステップS286に示すように、−b°回転したサジタル断面像P−b(i,j)から、−b°の直線リング成分S−b(i,j)を計算する。この場合の計算は、前記式1、および式2を用いて同様に行う。
【0087】
次に、図9のステップS287に示すように、前ステップで計算した−b°の直線リング成分に補正係数Gを乗じ、サジタル断面像から引き算する。
【0088】
次に、図9のステップS268に示すように、サジタル断面像の回転を戻す。
【0089】
そして、図9のステップS289に示すように、図7のステップS249で設定したリングアーチファクト補正領域かつサジタル処理領域をすべて処理したかをチェックする。全てのサジタル断面像の処理が完了するまで、ステップS281からステップS288までの処理を繰り返す。
【0090】
図7のステップS290に示すように、前記ステップS260によってリングアーチファクトが補正されたコロナル断面像と、前記ステップS280によってリングアーチファクトが補正されたサジタル断面像をつなぎ合わせることにより、アキシャル断面像を作成する。
【0091】
これにより、リングアーチファクトが補正されたアキシャル断面像を得ることができ、リングアーチファクト補正を終了する。
【0092】
このように構成されたコーンビームX線CT装置によれば、2次元X線検出器12が傾いて取り付けられて撮影された場合でも、複数のアキシャル断面像で連続するリングアーチファクトを高速、かつ不連続なく除去することができるようになる。
【0093】
上述した実施例は、3次元的に円錐形状となるリングアーチファクトの補正を、コロナル断面像およびサジタル断面像を用いて行ったものである。すなわち、円錐形状の断面は双曲線となるため、その漸近線の抽出でリング補正を行えるように、図6に示したようにコロナル処理領域51とサジタル処理領域52とに分けて処理する必要があるからである。
【0094】
しかし、次に示す実施例は、いわゆるオブリーク断面像と称され、回転中心軸を通る放射状の縱断面像を用いてリングアーチファクトの補正を行うものである。
【0095】
すなわち、図12は3次元的に示すリングアーチファクト30との関係で示されるオブリーク断面像60を示すもので、図13に示すように、該オブリーク断面像60における該リングアーチファクト30は傾き±b°の直線63として表せることになる。
【0096】
図14は、このようなオブリーク断面像60を用いてリングアーチファクトの補正処理を行う手順を示したフローチャートである。
【0097】
まず、図14のステップS351に示すように、前記逆投影手段240から出力されるアキシャル断面像に基づいて回転中心軸を通る放射状の縱断面像(オブリーク断面像60)を作成する。この場合、該オブリーク断面像60は、等角度間隔とし、再構成画像サイズに対して2倍程度の枚数のオブリーク断面像を作成するように作成するとよい。たとえば512×512のアキシャル再構成画像の場合には1024方向のオブリーク断面像を作成する。
【0098】
次に、図14のステップS352に示すように、前記オブリーク断面像60を検出器取付角bだけ回転する。図15は該オブリーク断面像60を角度+bだけ回転させた場合を示した図である。
【0099】
次に、図14のステップS353に示すように、+b度回転した前記オブリーク断面像61P+b(i,j)から、+b度の直線リング成分S+b(i,j)を算出する。この場合の算出は、前記式1、式2に従って行う。
【0100】
次に、図14のステップS354に示すように、+b度の直線リング成分S+b(i,j)をコロナル断面像41から引算する。この引算の際には、1以外の補正係数Gを乗じ処理を抑制してもよい。
【0101】
次に、図14のステップS355に示すように、前記オブリーク断面像60を−b度の回転を施し、反対角度の直線を抽出する。図16は該オブリーク断面像60を角度-bだけ回転させた場合を示した図である。
【0102】
次に、図14のステップS356に示すように、−b度回転したオブリーク断面像61P−b(i,j)から、−b度の直線リング成分S−b(i,j)を算出する。この場合の算出は、前記式1、2に従って行う。
【0103】
次に、図14のステップS357に示すように、−b度の直線リング成分S−b(i,j)に補正係数Gを乗じ、オブリーク断層像62から引算する。
【0104】
次に、図14のステップS358に示すように、オブリーク断面像の回転を戻す。
【0105】
そして、図14のステップS359に示すように、すべてのオブリーク断面像について直線リング成分の計算を行ったかをチェックする。オブリーク断面像の処理が完了するまで、前記ステップS351からステップS359までの処理を繰り返す。
【0106】
これにより、リングアーチファクト補正後のオブリーク断面像をアキシャル断面像に変換して、リングアーチファクト補正手段250を完了する。
【0107】
図18は、本発明が適用されるコーンビームX線CT装置の他の実施例を示す構成図である。
【0108】
図18において、X線源11および2次元X線検出器12は床に対して固定され、該X線源11および2次元X線検出器12の間に配置される被検体2は、回転台19に載せられ、該回転台19によって自転できるようになっている。このような構成からなるコーンビームX線CT装置は被検体回転型と称されている。
【0109】
そして、X線源11、2次元X線検出器12、および回転台19は、撮影部制御手段100によって制御されるとともに、再構成手段200は前記2次元X線検出器12から得られる画像データによって画像を再構成するようになっていることは上述した実施例と同様である。
【0110】
このような構成からなるコーンビームX線CT装置においても、前記2次元X線検出器12が図3に示したと同様にずれて取り付けられている場合に、それによって発生するリングアーチファクトの補正を上述したと同様の構成によって行うことができる。
【0111】
図19は、本発明が適用されるコーンビームX線CT装置の他の実施例を示す構成図で、いわゆるマルチスライスCT装置と称されている。
【0112】
図19において、寝台17上に横臥された被検体2の周りにX線源11と2次元X線検出器12mとが対向された状態で回転移動できるようになっている。
【0113】
ここで、前記X線源11と2次元X線検出器12mは図示しないガントリ内に配置され、該2次元X線検出器12は、その検出器チャネルが、X線源11から等距離となるように円柱の表面に沿って配置された構成と
そして、X線源11、2次元X線検出器12は、撮影部制御手段100によって制御されるとともに、再構成手段200は前記2次元X線検出器12から得られる画像データによって画像を再構成するようになっていることは上述した実施例と同様である。
【0114】
このような構成からなるコーンビームX線CT装置においても、前記2次元X線検出器12mが図3に示したと同様にずれて取り付けられている場合に、それによって発生するリングアーチファクトの補正を上述したと同様の構成によって行うことができる。
【0115】
上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【0116】
【図1】本発明によるコーンビームX線CT装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図2】本発明によるコーンビームX線CT装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【図3】2次元X線検出器がコーンビームX線CT装置に対し回転中心軸の投影から角度bだけ傾いて取り付けられていることを示す説明図である。
【図4】2次元X線検出器が傾いて取り付けられている場合において発生するリングアーチファクトの3次元的模式図である。
【図5】リングアーチファクトを含むコロナル断面像を示す模式図である。
【図6】本発明によるコーンビームX線CT装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正にあって、その処理の分割領域を示す説明図である。
【図7】本発明によるコーンビームX線CT装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正の手順の一実施例を示すフローチャートである。
【図8】図7においてコロナル断面像を用いてリングアーチファクト補正を行う一実施例の詳細を示すフローチャートである。
【図9】図7においてサジタル断面像を用いてリングアーチファクト補正を行う一実施例の詳細を示すフローチャートである。
【図10】リングアーチファクトを含むコロナル断面像を角度+bだけ回転させた状態を示す図である。
【図11】リングアーチファクトを含むコロナル断面像を角度−bだけ回転させた状態を示す図である。
【図12】本発明によるコーンビームX線CT装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正の他の実施例で用いられるオブリーク断面像を説明するための図である。
【図13】前記オブリーク断面像におけるリングアーチファクトを示す図である。
【図14】本発明によるコーンビームX線CT装置のリングアーチファクト補正手段におけるリングアーチファクト補正の手順の他の実施例を示すフローチャートである。
【図15】前記オブリーク断面像を角度+bだけ回転させた図である。
【図16】前記オブリーク断面像を角度−bだけ回転させた図である。
【図17】2次元X線検出器が回転中心軸の投影に平行に取り付けられている場合のリングアーチファクトの3次元的模式図である。
【図18】本発明によるコーンビームX線CT装置の他の実施例を示す構成図である。
【図19】本発明によるコーンビームX線CT装置の他の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
【0117】
1……座位方式コーンビームX線CT装置、1c……Cアーム方式コーンビームX線CT装置、2……被検体、3……回転軌道面(ミッドプレーン)、4……回転中心軸、5……旋回アーム、6……支柱、7……椅子、8……固定架台、10……撮影部、10c……Cアーム方式のコーンビームX線CTの撮影部、11……X線源、11t……X線管、11c……コリメータ、12、12m……2次元X線検出器、13……C型アーム、14……C型アーム保持体、15……天井指示体、16……天井レール、17……寝台、18……インジェクタ、19……回転台、20、20c……制御演算部、21……回転中心軸の2次元X線検出器への投影、22……検出器取付角、31、32……アキシャル断面像、33、34……リングアーチファクトのアキシャル断面像による断面、40……コロナル断面像、41……コロナル断面像を角度+bだけ回転した画像、42……コロナル断面像を角度−bだけ回転した画像、43、44、45……リングアーチファクトのコロナル断面像による断面、51……コロナル処理領域、52……サジタル処理領域、60……オブリーク断面像、61……オブリーク断面像を角度+bだけ回転した画像、62……オブリーク断面像を角度−bだけ回転した画像、63、64、65……リングアーチファクトのオブリーク断面像、80……表示装置、90……情報入力装置、100、100c……撮影部制御手段、101……撮影系回転制御手段、102……撮影系位置制御手段、103……X線照射制御手段、104……インジェクタ制御手段、105……椅子位置制御手段、106……寝台制御手段、107……検出系制御手段、110……画像収集手段、120……画像表示手段、200……再構成手段、210……前処理手段、220……検出器取付角補正手段、230……フィルタリング手段、240……逆投影手段、250……リングアーチファクト補正手段、300……幾何学的パラメータ計算手段、310……回転軌道面推定手段、320……回転中心軸推定手段、330……検出器取付角推定手段。
【出願人】 【識別番号】000153498
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
【出願日】 平成18年8月9日(2006.8.9)
【代理人】 【識別番号】100075959
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 保

【識別番号】100074181
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 明博

【識別番号】100115462
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 猛


【公開番号】 特開2008−36272(P2008−36272A)
【公開日】 平成20年2月21日(2008.2.21)
【出願番号】 特願2006−216935(P2006−216935)