(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＴスキャン装置により収集された投影データに基づいて複数の演算処理装置により所望のＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法において、
前記収集された投影データを検出器のチャネル番号の中央値に対して対称な複数の領域に分割し、互いに対称な領域を同じ演算処理装置に割り当てたことを特徴とするＣＴ画像再構成方法。
【請求項２】
ＣＴスキャン装置により収集された投影データに基づいて複数の演算処理装置により所望のＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法において、
前記収集された投影データを検出器のチャネル番号の中央値に対して対称かつ前記演算処理装置の２倍の数の領域に分割し、互いに対称な領域を同じ演算処理装置に割り当てたことを特徴とするＣＴ画像再構成方法。
【請求項３】
前記分割された互いに対称な領域同士の大きさが均等であることを特徴とする請求項２に記載のＣＴ画像再構成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医用あるいは産業用のＸ線ＣＴ装置の画像再構成方法に係り、特に複数の単位演算プロセッサを用いて対向ビーム補間法により画像再構成を行うマルチプロセッサによるＣＴ画像再構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の一般的なヘリカルスキャンを行うＸ線ＣＴ装置１の全体構成を示すブロック図である。同図において、Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線源３、検出器５及びデータ収集回路（ＤＡＳ）７を備えたガントリー部９、ガントリー部９の中央開口部９ａに被検体Ｐを搬入可能な寝台１１、Ｘ線ＣＴ装置１全体を制御するホストＣＰＵ１３、収集あるいは処理されたデータを一時的に格納するための共有メモリとしてのシステム・メモリ１５、収集された投影データや再構成された画像を格納するための大容量記憶装置１７、システム・コンソール１９、システム・バス２１、及び複数の再構成装置（ Reconstruction Unit、以下、ＲＵと省略する）２３、２５、２７、及び通信制御装置２９を備えて構成されている。
【０００３】
ＲＵは、例えば、ＲＵを制御あるいはデータ処理を行うマイクロプロセッサユニット（ Micro Processing Unit、以下、ＭＰＵと略す）４１、ＲＵ内部にデータを記憶するためのローカルメモリ４３、及び再構成演算の中のバックプロジェクション処理を行う専用ハードウェアであるＢＰ４５を備えて構成されている。そして所望の再構成演算能力に応じて、実装するＲＵの数を増減可能としたマルチプロセッサ構成とし、各ＲＵが並列動作可能となっている。
【０００４】
図１の例は、３枚の互いに等しいＲＵ基板からなるＲＵ２３、２５、２７が実装され、３台の単位ＲＵによるマルチプロセッサ構成としたＲＵの場合を示している。また、ＲＵ内部のＢＰが担当するバックプロジェクション処理は、画像マトリクスに対する累積加算演算であるため、各ＢＰ間は、ピクセルバス３１とも呼ばれる専用のバスによりカスケード結合されることもある。
【０００５】
なお、１枚の基板上に複数のＲＵが実装される図４に示すような構成例もあり、さらに、図４の基板３３を複数用いて再構成装置とすることもある。
【０００６】
次に、このマルチプロセッサによる再構成処理をフローチャートとデータ分割説明図を参照して説明する。
【０００７】
図３は、図１のＸ線ＣＴ装置におけるヘリカル補間処理を行う場合の処理内容例の概要を示すフローチャートである。図３によれば、被検体を透過したＸ線の強度を検出器で検出し、ＡＤ変換等を行って投影データを収集する段階（ステップＳ１１）と、投影データの各種補正処理の段階（ステップＳ１３）と、対向ビーム補間処理の段階（ステップＳ１５）と、フィルタ関数による重畳積分を行うコンボリューション処理の段階（ステップＳ１７）と、逆投影により被検体の断層像を得るバックプロジェクション処理の段階（ステップＳ１９）と、得られた断層像の表示及び記録の段階（ステップＳ２１）からなる。
【０００８】
図５は、ＤＡＳ７により収集され、システム・メモリの生データ領域１５ａに格納されたデータ収集段階の生データをチャネル方向とビュー方向の２次元に表示されるサイノグラムとして表したものである。
【０００９】
ところで、この２次元のデータに対する図３のステップＳ１３以下の処理を複数の処理装置で並列実行するために分割する従来の方法は、処理内容に応じて、図５（ａ）に示すビュー分割と、図５（ｂ）に示すチャネル分割とが使用されていた。
【００１０】
例えば、ステップＳ１７のコンボリューション処理及びステップＳ１９のバックプロジェクション処理においては、図５（ａ）のビュー分割により、データを各ＲＵに分割して処理していた。これは、コンボリューション処理で用いるフィルタは、同一ビューの全てのチャネルデータに作用させなければならないからである。
【００１１】
これに対して、ビュー方向への移動平均処理を含む補正処理などでは、図５（ｂ）のチャネル分割を用いることが多い。その理由の１例を挙げると、ビュー方向への移動平均処理をビュー分割で実施しようとすると、移動平均対象のビュー区間がデータの分割境界を跨ぐ際に、それぞれのビュー分割データを担うＲＵ間でデータの受け渡しの必要が生じ、このようなデータの受け渡しはソフトウェアを複雑にするとともに処理能力の低下を招くからである。
【００１２】
また、ほとんどの補正処理は原理的に、チャネル分割で処理することが可能である。もし補正処理の中で、チャネル方向にフィルタリングするような場合は、図５（ｃ）に示すように分割した領域の端部をフィルタ幅に応じてオーバラップさせればよい。
【００１３】
次いで、チャネル分割による補正処理が終わって、ビュー分割が好適なコンボリューション処理に切り換わる際は、各ＲＵのローカルメモリから補正の終了したデータを一度共有メモリに集める（図１では、システム・メモリを共有メモリにしている）。
【００１４】
全ての補正処理をチャネル分割で行えば、共有メモリと各ＲＵの間のデータ転送は、
（１）補正処理を開始するための共有メモリ−ローカルメモリ間転送
（２）補正処理結果を集合するためのローカルメモリ−共有メモリ間転送
（３）コンボリューション処理を開始するための共有メモリ−ローカルメモリ間転送
で済む。なお、図１ではシステムメモリを共有メモリとしたが、共有メモリをどこにとっても、転送の必要回数は変わらない。
【００１５】
また、ヘリカルスキャンにおける補間処理も補正処理の一種と考えることもできるが、図３ではステップＳ１５の対向ビーム補間処理として、個別のステップとした。ヘリカルスキャンとは、図６に示すように、Ｘ線源が被検体に対して相対的な螺旋軌道を描くスキャンである。所望の再構成断面の投影データは、補間処理によって擬似的に生成される。
【００１６】
次に、図７を用いて対向ビームの説明をする。対向ビームとは、図７（ａ）に示すように被検体の体軸方向（スライス方向）の位置を除いて、空間内で互いに逆向する１対のＸ線ビームのことである。対向ビームを被検体の体軸方向から見た図を図７（ｂ）に示す。
【００１７】
例えば、回転角位置０°のＸ線源３から曝射された広がり角度φのファンビームの進行方向に向かって右端のチャネルのビームＧに対向するビームは、Ｘ線源３が（１８０°＋φ）の回転角位置におけるビームの進行方向に向かって左端のチャネルのビームＪとなる。
【００１８】
また、同様に回転角位置０°のＸ線源３から曝射された広がり角度φのファンビームの進行方向に向かって左端のチャネルのビームＨに対向するビームは、Ｘ線源３が（１８０°−φ）の回転角位置におけるビームの進行方向に向かって右端のチャネルのビームＫとなる。
【００１９】
この対向ビームをサイノグラム上で示すと、図８に示す位置関係となり、線分ＧＨで示されるファンビームの対向ビームは、線分ＪＫで示される分布となる。る。
【００２０】
さらに、図９に示すように、チャネル方向にＡ，Ｂ，Ｃに３分割された投影データを示すサイノグラム上で、線分Ｇｇで示すデータセットの対向データは、線分Ｊｊで示す位置となり、Ｇｇで示すデータがＡの領域に属するのに対して、このデータの対向データセットは、異なる領域Ｃに属している。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マルチプロセッサによる再構成を行う場合、チャネル分割したデータを使用する一連の補間処理の中で、対向ビームを使った補間処理をする場合、対応する投影データ・セットは、異なるＲＵ（基板）上のローカルメモリに保持されているので、ＲＵ間で新たなデータ転送が必要となり、ＭＰＵのソフトウェアが複雑化したり、データ転送に伴うオーバーヘッドが生じ、補間処理のために必要とする時間の増大を招くという問題点があった。
【００２２】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、複数のＲＵを備えた再構成装置において、対応する投影データ・セットの転送に伴うオーバーヘッドを除去し、高速に対向ビーム補間を実行可能とすることである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次の構成を有する。
すなわち、請求項１記載の発明は、ＣＴスキャン装置により収集された投影データに基づいて複数の演算処理装置により所望のＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法において、前記収集された投影データを検出器のチャネル番号の中央値に対して対称な複数の領域に分割し、互いに対称な領域を同じ演算処理装置に割り当てたことを要旨とする。
【００２４】
また、請求項２記載の発明は、ＣＴスキャン装置により収集された投影データに基づいて複数の演算処理装置により所望のＣＴ画像を再構成するＣＴ画像再構成方法において、前記収集された投影データを検出器のチャネル番号の中央値に対して対称かつ前記演算処理装置の２倍の数の領域に分割し、互いに対称な領域を同じ演算処理装置に割り当てたことを要旨とする。
【００２５】
また、請求項３記載の発明は、請求項２に記載のＣＴ画像再構成方法において、前記分割された互いに対称な領域同士の大きさが均等であることを要旨とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図２は、本発明に係るマルチプロセッサによるＣＴ画像再構成方法を３台のＲＵからなるＸ線ＣＴ装置に適用した場合のデータの分割を示すサイノグラムである。本発明が適用されるＸ線ＣＴ装置の構成は、図１に示した従来例と同様である。本発明においては、ＣＴスキャン装置により収集された投影データを検出器のチャネル番号の中央値に対して対称な複数の領域に分割する。
【００２７】
図２（ａ）は、３台のＲＵ、Ａ，Ｂ，Ｃが並列処理する場合にデータ分割する第１の実施の形態を示すサイノグラムであり、データ領域をＲＵの台数の２倍の数の均等な大きさを持つ領域にチャネル分割する方法を示している。
【００２８】
図２（ａ）によれば、データ領域は、それぞれ均等な大きさを有する６つの領域、５１、５２、５３、５４、５５、５６に分割され、それぞれチャネル番号の中央値に対して対称な領域がそれぞれ同じＲＵに割り当てられている。すなわち、領域５１と５６とがＲＵ−Ａに割り当てられ、領域５２と５５とがＲＵ−Ｂに割り当てられ、領域５３と５４とがＲＵ−Ｃに割り当てられている。
【００２９】
このようにデータ領域を割り当てることにより、各ＲＵが対向ビーム補間を行う際に、対応するデータ・セットが同一ＲＵ上のローカルメモリに保持されているので、従来のように対向ビームの対応するデータ・セットを同一のローカルメモリ上へ転送するためのオーバーヘッドが削減され、高速な再構成処理が実現される。
【００３０】
図２（ｂ）は、３台のＲＵ、Ａ，Ｂ，Ｃが並列処理する場合にデータ分割する第２の実施の形態を示すサイノグラムであり、データ領域をチャネル番号中央値に対して対称な複数の領域にチャネル分割する方法を示している。
【００３１】
図２（ｂ）によれば、データ領域は、５つの領域、６１、６２、６３、６４、６５に分割され、領域６１、６２、６４、６５は、それぞれ大きさが等しく、領域６３は、他の領域の２倍の大きさである。そして、それぞれチャネル番号の中央値に対して対称な領域がそれぞれ同じＲＵに割り当てられている。すなわち、領域６１と６５とがＲＵ−Ａに割り当てられ、領域６２と６４とがＲＵ−Ｂに割り当てられ、領域６３がＲＵ−Ｃに割り当てられている。
【００３２】
このようにデータ領域を割り当てることにより、各ＲＵが対向ビーム補間を行う際に、対応するデータ・セットが同一ＲＵ上のローカルメモリに保持されているので、従来のように対向ビームの対応するデータ・セットを同一のローカルメモリ上へ転送するためのオーバーヘッドが削減され、高速な再構成処理が実現される。
【００３３】
図２（ｃ）は、３台のＲＵ、Ａ，Ｂ，Ｃが並列処理する場合にデータ分割する第３の実施の形態を示すサイノグラムであり、データ領域をＲＵの台数の２倍の数の不均等な大きさを持つ領域にチャネル分割する方法を示している。
【００３４】
図２（ｃ）によれば、データ領域は、６つの領域、７１、７２、７３、７４、７５、７６に分割され、それぞれチャネル番号の中央値に対して対称な領域の大きさが等しくなっていて、同じＲＵに割り当てられている。
【００３５】
すなわち、領域７１と７６とが大きさが等しくかつ同じＲＵ−Ａに割り当てられ、領域７２と７５とが大きさが等しくかつ同じＲＵ−Ｂに割り当てられ、領域７３と７４とが大きさが等しくかつ同じＲＵ−Ｃに割り当てられている。
【００３６】
このようにデータ領域を割り当てることにより、各ＲＵが対向ビーム補間を行う際に、対応するデータ・セットが同一ＲＵ上のローカルメモリに保持されているので、従来のように対向ビームの対応するデータ・セットを同一のローカルメモリ上へ転送するためのオーバーヘッドが削減され、高速な再構成処理が実現される。
【００３７】
図２（ｄ）は、３台のＲＵ、Ａ，Ｂ，Ｃが並列処理する場合にデータ分割する第４の実施の形態を示すサイノグラムであり、データ領域をチャネル番号中央値に対して対称な複数の領域にチャネル分割する方法を示している。
【００３８】
図２（ｄ）によれば、データ領域は、５つの領域、８１、８２、８３、８４、８５に分割され、それぞれチャネル番号の中央値に対して対称な領域の大きさが等しい場合を示している。すなわち、領域８１と８５とが大きさが等しく、領域８２と８４とが大きさが等しい。
【００３９】
そして、それぞれチャネル番号の中央値に対して対称な領域がそれぞれ同じＲＵに割り当てられている。すなわち、領域８１と８５とがＲＵ−Ａに割り当てられ、領域８２と８４とがＲＵ−Ｂに割り当てられ、領域８３がＲＵ−Ｃに割り当てられている。
【００４０】
このようにデータ領域を割り当てることにより、各ＲＵが対向ビーム補間を行う際に、対応するデータ・セットが同一ＲＵ上のローカルメモリに保持されているので、従来のように対向ビームの対応するデータ・セットを同一のローカルメモリ上へ転送するためのオーバーヘッドが削減され、高速な再構成処理が実現される。
【００４１】
以上好ましい実施の形態について説明したが、これは本発明を限定するものではない。例えば再構成装置ＲＵの台数は、何台でもよく、４台のＲＵを使用してその２倍の領域に分割する場合には、８つの均等な領域に分割して割り当てればよい。
【００４２】
また、図４に示したように、１枚の基板上に複数のＲＵが実装される場合でも、分割、割当方法は変わらない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、ＣＴスキャン装置により収集された投影データをチャネル番号の中央値に対して対称な複数の領域に分割し、互いに対称な領域を同じ演算プロセッサに属するローカルメモリに割り当てることにより、対向データ・セットを構成するデータ対が同一のローカルメモリ内に存在することになり、対向ビーム補間時のデータ転送オーバーヘッドがなくなり、高速に補間処理を行うことができるという効果を奏する。
【００４４】
また、請求項２記載の発明によれば、ＣＴスキャン装置により収集された投影データに基づいて複数の演算プロセッサにより所望のＣＴ画像を再構成するマルチプロセッサによるＣＴ画像再構成方法において、前記収集された投影データをチャネル番号の中央値に対して対称かつ前記演算プロセッサ数の２倍の数の領域に分割し、互いに対称な領域を同じ演算プロセッサに属するローカルメモリに割り当てることにより、対向データ・セットを構成するデータ対が同一のローカルメモリ内に存在することになり、対向ビーム補間時のデータ転送オーバーヘッドがなくなり、高速に補間処理を行うことができるという効果を奏する。
【００４５】
また、請求項３記載の発明によれば、前記分割された領域の大きさを均等とすることにより、各再構成用演算プロセッサ及びローカルメモリが等しい構成及び能力を持つものが利用でき、構成の柔軟性および同一パターン基板の反復使用が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るマルチプロセッサによるＣＴ画像再構成方法の実施形態による投影データの領域分割を示すサイノグラムである。
【図３】対向ビーム補間を行うヘリカルスキャンＣＴ装置におけるデータ処理の概略を示すフローチャート図である。
【図４】１枚の基板に複数の再構成処理単位を実装する場合を示すブロック図である。
【図５】再構成処理におけるデータ分割法を示すサイノグラムであり、（ａ）ビュー分割、（ｂ）チャネル分割、（ｃ）隣接処理単位間で重複するチャネル分割をそれぞれ示す。
【図６】ヘリカルスキャンの説明図である。
【図７】対向ビームの説明図である。
【図８】サイノグラム上の対向ビームの位置を説明する図である。
【図９】対向ビームを用いた処理で、対応するデータセットの所在を説明する図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線ＣＴ装置、３…Ｘ線管球、５…検出器、７…データ収集システム、９…ガントリー、１１…寝台、１３…ホストＣＰＵ、１５…システムメモリ、１７…大容量記憶装置、１９…システムコンソール、２１…システムバス、２３、２５、２７…再構成装置（ＲＵ）、２９…通信制御装置、３１…ピクセルバス、４１…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、４３…ローカルメモリ、４５…逆投影処理回路（ＢＰ）。
【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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