(57)【要約】【課題】Ｘ線ＣＴのマスク領域再構成法において、可能な限りマスク領域を縮小して、再構成領域を拡大することにある。【解決手段】Ｘ線ＣＴは、Ｘ線管１０１と、多列型Ｘ線検出器１０３と、支持機構１０２と、多列型Ｘ線検出器で検出された複数の投影データセットを記憶する記憶部１１２と、複数の投影データセットに基づいてフェルドカンプ再構成法に従って第１画像データを再構成する第１再構成処理部２０１と、複数の投影データセットに基づいてマスク領域再構成法に従って第２画像データを再構成する第２再構成処理部２０３と、第１、第２画像データの差分の絶対値総和又は二乗和に基づいてマスク領域再構成法による再構成処理の対象外とするマスク領域を設定するマスク領域設定部２０９とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出する多列型Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記多列型Ｘ線検出器とを回転軸まわりに回転自在に支持する支持機構と、
前記多列型Ｘ線検出器で検出された複数の投影データセットを記憶する記憶部と、
前記複数の投影データセットに基づいてフェルドカンプ再構成法に従って第１画像データを再構成する第１再構成処理部と、
前記複数の投影データセットに基づいてマスク領域再構成法に従って第２画像データを再構成する第２再構成処理部と、
前記第１画像データと前記第２画像データの差分の絶対値総和又は二乗和に基づいて、前記マスク領域再構成法による再構成処理の対象外とするマスク領域を設定するマスク領域設定部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記マスク領域設定部は、前記絶対値総和又は二乗和が所定の閾値を超過した位置より外側を前記マスク領域を設定することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出する多列型Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記多列型Ｘ線検出器とを回転軸まわりに回転自在に支持する支持機構と、
前記多列型Ｘ線検出器で検出された複数の投影データセットを記憶する記憶部と、
前記複数の投影データセットに基づいてフェルドカンプ再構成法に従って第１画像データを再構成する第１再構成処理部と、
前記複数の投影データセットに基づいてマスク領域再構成法に従って第２画像データを再構成する第２再構成処理部と、
前記第１画像データと前記第２画像データの差分の絶対値総和又は二乗和の前記回転軸方向に関するプロファイルを発生するプロファイル発生部と、
前記プロファイル上にユーザ指定された範囲を、前記マスク領域再構成法による再構成処理の対象外とするマスク領域として設定するマスク領域設定部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出する多列型Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記多列型Ｘ線検出器とを回転軸まわりに回転自在に支持する支持機構と、
前記多列型Ｘ線検出器で検出された複数の投影データセットを記憶する記憶部と、
前記複数の投影データセットに基づいて第１、第２の２種類の再構成法に従って第１、第２の画像データを再構成する再構成処理部と、
前記第１画像データと前記第２画像データの差分の絶対値総和又は二乗和に基づいて、前記マスク領域再構成法による再構成処理の対象外とするマスク領域を設定するマスク領域設定部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出する多列型Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記多列型Ｘ線検出器とを回転軸まわりに回転自在に支持する支持機構と、
前記多列型Ｘ線検出器で検出された複数の投影データセットを記憶する記憶部と、
前記複数の投影データセットに基づいて第１、第２の２種類の再構成法に従って第１、第２の画像データを再構成する再構成処理部と、
前記第１画像データと前記第２画像データの差分の絶対値総和又は二乗和の前記回転軸方向に関するプロファイルを発生するプロファイル発生部と、
前記プロファイル上にユーザ指定された範囲を、前記マスク領域再構成法による再構成処理の対象外とするマスク領域として設定するマスク領域設定部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーンビームＸ線により広範囲をスキャンし３次元データを再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近似解を計算するフェルドカンプ(F.D.K.)再構成では、全周にわたって投影データが揃っていない体軸方向の両端部分をマスク領域に設定して、そのマスク領域を再構成処理から除外する方法が採られている。
【０００３】
このマスク領域を縮小して、再構成領域を拡大する方法としてマスク領域再構成法がある。このマスク領域再構成法は、図８に示すように、全周にわたって投影データが揃っていない両端部分に関して、実際にＸ線照射を伴って実測された投影データから外挿データにより補完することで、それを実現している。
【０００４】
しかし、収集なされていない端列画像ほど外挿データを使う割合が高くなるため画質は低下していく。そのためマスク領域再構成法であっても、現在では一定範囲にマスク領域を設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７８８４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のマスク領域再構成法において、可能な限りマスク領域を縮小して、再構成領域を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある局面は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出する多列型Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管と前記多列型Ｘ線検出器とを回転軸まわりに回転自在に支持する支持機構と、前記多列型Ｘ線検出器で検出された複数の投影データセットを記憶する記憶部と、前記複数の投影データセットに基づいてフェルドカンプ再構成法に従って第１画像データを再構成する第１再構成処理部と、前記複数の投影データセットに基づいてマスク領域再構成法に従って第２画像データを再構成する第２再構成処理部と、前記第１画像データと前記第２画像データの差分の絶対値総和又は二乗和に基づいて、前記マスク領域再構成法による再構成処理の対象外とするマスク領域を設定するマスク領域設定部とを具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のマスク領域再構成法において、可能な限りマスク領域を縮小して、再構成領域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態において、マスク領域を設定するための第１処理手順を示す流れ図である。
【図３】図２の工程Ｓ１７の補足説明図である。
【図４】本実施形態において、差分画像の絶対値総和が閾値よりも高いときの例を示す図である。
【図５】本実施形態において、差分画像の絶対値総和が閾値よりも低いときの例を示す図である。
【図６】本実施形態において、マスク領域を設定するための第２処理手順を示す流れ図である。
【図７】図６の工程Ｓ１８で生成される総和値プロファイルの一例を示す図である。
【図８】本実施形態において、マスク領域再構成法における外挿補間範囲を示す図である。
【図９】本実施形態において、縮小されたマスク領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置を好ましい実施形態により詳細に説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するSTATIONARY/ROTATE-TYPE等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、ROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。また、画像データを再構成するには、被検体の周囲１周、３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明は適用可能である。ここでは、３６０°法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線によるセレン等の半導体内での電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。ガントリ１００には、回転支持機構１０２が収容される。回転支持機構１０２は、回転リングと、回転リングを回転軸Ｚを中心として回転自在に支持するリング支持機構とからなる。回転リングには、Ｘ線管１０１が搭載される。Ｘ線管１０１は、高電圧発生装置１０９からスリップリング１０８を経由して管電圧の印加及び管電流の供給を受けて、焦点からＸ線を放射する。Ｘ線管１０１のＸ線放射窓にはコリメータユニット１１１が取り付けられている。コリメータユニット１１１は、Ｘ線管１０１からのＸ線を制限し、回転軸Ｚに直交するＸＹ面内でのＸ線の拡がり角（ファン角）とともに、回転軸Ｚ方向に関して拡がり角（コーン角）を有するコーンビーム形のＸ線を成形する。
【００１２】
回転リングには、Ｘ線管１０１と、２次元アレイ型又は多列型と称されるＸ線検出器（エリアデテクタともいう）１０３が搭載されている。Ｘ線検出器１０３は、回転軸Ｚを挟んでＸ線管１０１に対峙する位置及びアングルで取り付けられる。Ｘ線検出器１０３は、複数のＸ線検出素子を有している。なおここでは単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成するものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Ｚに平行な方向（スライス方向）と、回転軸Ｚに直交し、且つＸ線焦点を中心として緩やかにカーブする円弧方向（チャンネル方向）との２方向に関して２次元状に配列される。このような２次元の検出素子配列を有するＸ線検出器１０３は、チャンネル方向に関して１列に配列された検出素子を、スライス方向に関して複数列並べることで構成するようにしてもよいし、検出素子がＭ×Ｎのマトリクスに配列されてなる複数のモジュールを配列することで構成するようにしてもよい。撮影又はスキャンに際しては、Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０３との間の円筒形の撮影領域内に、被検体が挿入される。
【００１３】
Ｘ線検出器１０３の出力には、一般的にＤＡＳ(Data Acquisition System) と呼ばれるデータ収集回路１０４が接続されている。このデータ収集回路１０４には、Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線のばく射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。
【００１４】
このデータ収集回路１０４から出力されるデータ（純生データ(pure raw data)）は、磁気送受信又は光送受信を用いた非接触データ伝送装置１０５を経由して、前処理装置１０６に伝送される。前処理装置１０６は、この純生データに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、Ｘ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する処理等が含まれる。この前処理装置１０６から出力される再構成処理直前のデータ（生データ(raw data)又は投影データと称される、ここでは投影データという）は、チャンネル番号と検出素子列番号とデータ収集した時のビューアングルとを表すデータを関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた投影データ記憶部１１２に記憶される。
【００１５】
なお、投影データとは被検体を透過したＸ線の強度に応じたデータ値の集合であり、ここでは説明の便宜上、各ビューポイントごとにワンショットで略同時に収集したビューアングルが同一である全チャンネルにわたるひとそろいの投影データを投影データセットと称する。また、ビューアングルは、Ｘ線管１０１が回転中心軸Ｚを中心として周回する円軌道上の各位置を、回転軌道の最上部の位置をゼロ°として３６０°の範囲で角度で表したものである。
【００１６】
再構成処理部として、ここでは再構成法の異なる２つの画像再構成部２０１、２０３が設けられている。２つの画像再構成部２０１、２０３は物理的に別体の回路ユニットとして設けても良いし、実体的には単一の回路ユニットであって２種類のプログラムを装備しておき任意に選択的に用いるようにしても良い。２種の再構成法の好ましい例として、フェルドカンプ画像再構成法と、マスク領域画像再構成法とを採用する。
【００１７】
なお、本実施形態では、フェルドカンプ再構成法上のマスク領域内では、マスク領域画像再構成法を適用するが、そのマスク領域画像再構成法の適用範囲を一律ではなくできるだけ拡大する。フェルドカンプ再構成法上のマスク領域は、図８に示すように、回転軸Ｚに直交するスライス面（ＸＹ面）上で投影データを収集していない範囲に設定される。そのため再構成領域のＺ方向の両端部分ではＸＹ再構成視野が縮小される。図９に示すように、このマスク領域の一部分においてマスク領域画像再構成法を適用するが、その適用範囲を本実施形態により臨床上影響の少ない限りにおいて拡大するものである。
【００１８】
フェルドカンプ画像再構成部２０１は、ビューアングルが３６０°の範囲内の複数の投影データセットに基づいて、フェルドカンプ再構成法に従って、３次元画像データ（ボリュームデータ）を再構成する。フェルドカンプ再構成法は周知の通り、ファンビームコンボリューション・バックプロジェクション法をもとにした近似的再構成法であり、コンボリューション処理は、コーン角が比較的小さいことを前提として、データをファン投影データと見なして行われる。しかし、バックプロジェクション処理は、実際のレイ(ray)に沿って行われる。（１）投影データにＺ座標に依存した重みをかけ、（２）（１）のデータに、ファンビーム再構成と同じ再構成関数をコンボリューションし、（３）（２）のデータを、コーン角を持つ斜めの実際のレイに沿って逆投影する、という手順で画像が再構成される。
【００１９】
マスク領域画像再構成部２０３は、Pixel Based Sector reconstructionとも呼ばれるマスク領域画像再構成法に従って、３次元画像データ（ボリュームデータ）を再構成する。マスク領域画像再構成法は、フェルドカンプ画像再構成法と異なり、ファンビームを前提としていないものであり、各ピクセルのＣＴ値を各ピクセルを通る全ての投影データから決定することがその特徴的な処理である。マスク領域画像再構成法では、実際にデータ収集がなされていない欠落部分の投影データを、実際にデータ収集がなされた投影データから外挿補間法により補間する。
【００２０】
差分処理部２０７は、フェルドカンプ画像再構成部２０１で再構成した３次元画像データから生成したマスク領域内のスライスに関する２次元画像データを、マスク領域画像再構成部２０３で再構成した３次元画像データから生成したマスク領域内の同じ位置のスライスに関する２次元画像データから差分して、差分画像を発生する。マスク領域設定部２０９は、各スライスの差分画像について絶対値の総和又は二乗和（ここでは絶対値の総和として説明する）を計算する。絶対値の総和と二乗和とのいずれを採用するかは、入力デバイス１１５を介してユーザにより選択される。
【００２１】
マスク領域設定部２０９は、各スライスにおいて、絶対値の総和に対して所定の閾値を比較する。マスク領域設定部２０９は、フェルドカンプ再構成法上のマスク領域の最内スライスから外側に向かって順番に探索し、初めて絶対値の総和が閾値を超過したスライス位置を特定する。マスク領域設定部２０９により特定されたスライス位置より内側から、全域にわたって投影データが揃っている領域の外側までの範囲について、マスク領域画像再構成法を適用する。マスク領域設定部２０９により特定されたスライス位置よりソロ側の範囲について、マスク領域として設定する。
【００２２】
総和プロファイル発生部２１１は、差分処理部２０７で各スライスごとに計算した差分画像について絶対値の総和を、回転軸Ｚに関して分布させた総和プロファイルを発生する。表示部１１６は、２次元画像、３次元画像データのレンダリング画像、総和プロファイル等を表示するために設けられている。なお、上述では、マスク領域設定部２０９は、絶対値の総和を閾値に比較することにより、マスク領域画像再構成法の適用範囲を設定したが、表示された総和プロファイル上に入力デバイス１１５を介してユーザにより指定するようにしてもよい。
【００２３】
図２には、本実施形態によるマスク領域画像再構成法の適用範囲を設定するための第１処理手順を示している。まず円軌道スキャニングにより回転軸Ｚに関して複数の検出素子列にわたる比較的広範囲の投影データが収集され、記憶部１１２に記憶される。
【００２４】
工程Ｓ１１において、フェルドカンプ画像再構成部２０１により、ビューアングルが３６０°の範囲内の複数の投影データセットに基づいて、３次元画像データが再構成される。また工程Ｓ１２において、マスク領域画像再構成部２０３により、３次元画像データが再構成される。最初のスライスとしては、マスク領域の最も内側の位置に設定され、この探索対象のスライス位置は、工程Ｓ１５でｙｅｓになるまで繰り返されるＳ１３〜Ｓ１６の繰り返しの毎に、スライスピッチに応じた所定距離ずつ外側に移動されていく（Ｓ１６）。
【００２５】
次に工程Ｓ１３において、差分処理部２０７により、フェルドカンプ画像再構成部２０１で再構成した３次元画像データからマスク領域内のスライスに関する２次元画像データが生成され、その２次元画像データと、同じスライスに関するマスク領域画像再構成部２０３で再構成した３次元画像データから生成された２次元画像データとが差分して、差分画像を生成する。そして、工程Ｓ１４において、マスク領域設定部２０９により、差分画像について全ての画素を対象として画素値の絶対値の総和ＳＴが計算される。図３に例示するように、この絶対値の総和ＳＴに対して所定の閾値ＴＨが比較される（Ｓ１５）。絶対値の総和ＳＴが閾値ＴＨを超過するまでＳ１３〜Ｓ１６のループが繰り返される。
【００２６】
ここで、被検体の撮影部位が複雑な肩部などの場合、フェルドカンプ再構成法による画像とマスク領域再構成法による画像との間では、図４に例示するように、その差が顕著になる。一方、複雑でない腹部などの場合は、図５に例示するように、その差は小さくなる傾向がある。本実施形態では、この傾向を利用し、複雑な領域の場合にはマスク領域再構成法を適用する範囲を小さくし、逆に複雑ではない領域ではマスク領域再構成法を適用する範囲を拡大して、マスク領域を小さくする。
【００２７】
つまり、図９に例示するように、マスク領域設定部２０９により、フェルドカンプ再構成法上のマスク領域の最内スライスから外側に向かって順番に探索し、初めて絶対値の総和が閾値を超過したスライス位置が特定され、特定されたスライス位置より内側であって、全域にわたって投影データが揃っている領域より外側の範囲について、マスク領域画像再構成法を適用する。マスク領域設定部２０９により特定されたスライス位置より外側の範囲について、マスク領域として設定する（Ｓ１７）。
【００２８】
図６には、手動でマスク領域として設定する手順を示している。工程Ｓ１４において、マスク領域設定部２０９により、フェルドカンプ再構成法によマスク領域内で複数のスライス位置について複数の総和ＳＴが計算される。スライス位置の異なる複数の総和ＳＴは、総和プロファイル発生部２１１により、回転軸Ｚに関して分布され、それにより総和プロファイルが発生され、表示部１１６に表示される（Ｓ１８）。図７に示すように、ユーザは入力デバイス１１５を操作して、任意の位置を指定する。典型的には、総和ＳＴが急速に増加する位置が指定される。マスク領域設定部２０９は、表示された総和プロファイル上に入力デバイス１１５を介してユーザにより指定されたスライス位置より外側の範囲について、マスク領域を設定する（Ｓ１９）。
【００２９】
これまでマスク処理する領域は撮影部位の形状に依存せず常に一定値であった。この場合、形状が単調で臨床的に許容できる画像化できる領域もマスク処理がされており情報が無駄になっていた。つまり、Ｘ線が照射された領域にも関わらず画像化できない領域が広く設定される事となり無駄な被ばくとも考えられる。しかし、本実施形態は２種の再構成法で得られる画像から被写体形状情報を推測し、マスク処理する領域を手動又は自動で設定し、臨床的に許容できる領域を全て提供する事ができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のマスク領域再構成法において、可能な限りマスク領域を縮小して、再構成領域を拡大することに利用可能性がある。
【符号の説明】
【００３２】
１００…ガントリ、１０１…Ｘ線管、１０２…回転支持機構、１０３…Ｘ線検出器、１０４…データ収集回路、１０５…非接触データ伝送装置、１０６…前処理装置、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生装置、１１１…コリメータユニット、１１２…投影データ記憶部、２０１…フェルドカンプ画像再構成部、２０３…マスク領域画像再構成部、２０７…差分処理部、２０９…マスク領域設定部、１１５…入力デバイス、２１１…総和プロファイル発生部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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