(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するＸ線管と１／４オフセット検出器を有し、仮想の軸を中心にして回転するスキャナ部と、前記１／４オフセット検出器を介して得られる互いに１８０度の位相差をもった投影データの差を示す対向差分データを求める対向差分データ算出手段と、前記１８０度の位相差をもった投影データを交互に配列し、前記オフセット検出器の１／２ピッチの高解像度のデータを得るとともに、互いに１８０度の位相差をもった前記対向差分データを交互に配列し、高解像度の対向差分データを得る対向ビーム内挿処理手段と、前記スキャナ部の各回転位置毎に得られる多方向の前記高解像度の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するとともに、多方向の前記高解像度の対向差分データに基づいて対向差分画像を再構成する画像再構成演算手段と、前記対向差分画像のうちの歪み成分を弁別する歪み成分弁別手段と、前記再構成されたＣＴ画像を前記歪み成分によって補正する補正手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
互いに対向するＸ線管と１／４オフセット検出器を有し、仮想の軸を中心にして回転するスキャナ部と、前記１／４オフセット検出器を介して得られる互いに１８０度の位相差をもった投影データを交互に配列し、前記１／４オフセット検出器の１／２ピッチの高解像度のデータを得る対向ビーム内挿処理手段と、前記１／４オフセット検出器を介して得られる互いに１８０度の位相差をもった投影データの差を示す対向差分データの差を求める対向差分データ算出手段と、前記対向差分データの位置のうちの歪み成分を弁別する歪み成分弁別手段と、前記高解像度の投影データを前記歪み成分によって補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された高解像度の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する画像再構成演算手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記歪み成分弁別手段は、入力データから歪み成分を弁別するフィルタを有する請求項１または請求項２のＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像再構成方法及びＸ線ＣＴ装置に係り、特にアーチファクトが少なく解像度の高い画像再構成方法及びＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置における画像再構成処理には様々なアルゴリズムがあるが、現在最も一般的に用いられているのは逆投影法である。また、逆投影法は、投影データに高域強調フィルタを施すことによって逆投影処理による画像のボケを抑制するが、周波数領域でのフィルタ関数との乗算によって実施するフィルタ補正逆投影法と、実空間でのコンボリューション処理によって実施するコンボリューション逆投影法とがある。
【０００３】
上記逆投影法に用いるフィルタ関数は再構成フィルタと呼ばれ、図４に示したようなラマチャンドラン（Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ）  やシェップとローガン（Ｓｈｅｐｐ＆Ｌｏｇａｎ）  などのフィルタが一般的には用いられる。
図５は従来のフィルタ補正逆投影法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、計測した投影データに検出器の感度補正、線質補正、ビームハードニング補正、散乱線補正、ログ変換などの前処理を施した後（ステップＳ１０）、フィルタ補正処理によってあらかじめ逆投影のボケを補正し（ステップＳ１３）、逆投影処理によって断層像を得る（ステップＳ１４）。更に、断層像に対して後処理として画像フィルタを施し、最終画像とする場合もある（ステップＳ１５）。このようにして得られた断層像の画像特性は、再構成フィルタの周波数特性に依存するため、Ｘ線ＣＴ装置では各撮影部位に適した数種類のフィルタ関数を搭載している。
【０００４】
しかし、Ｘ線ＣＴ装置における空間解像度は検出器の素子間隔が支配的で、それ以上の解像度は原理的に困難であった。これに対し、従来から素子間隔で決定される空間解像度を計測手法とアルゴリズムの改良によって向上することが行われている。
次に、従来の高解像アルゴリズムについて説明する。
【０００５】
１つの重要な技術は、ファンビームＣＴ計測の冗長性を上手く利用したもので、Ｘ線管と回転中心とを結ぶ直線上から素子間隔の１／４だけオフセットされた１／４オフセット検出器によって計測することにより、１８０度対向するデータのチャンネル方向サンプル位置がちょうど間にくるようにする方法である。
即ち、図６（Ａ）に示すように、チャンネル開き角±α、投影角βとしたとき、ある角度のファンビーム投影Ａ（投影角β）の対向データは直線Ｂのようになる。あるチャンネル位置αｉ  の対向データは直線Ｂ上では同じ黒丸（●）に対応する。同様に、２つの白丸（○）の互いに対向するデータを表す。
【０００６】
また、図６（Ｂ）に示すように、１／４オフセット検出器によって計測した場合、上記チャンネル位置αｉ  の対向データを考えると、−αｉ  の位置はちょうど検出器の素子境界にあたる。これらの関係は全てのチャンネル位置において同様であり、従って、１／４オフセット検出器の素子間隔の１／２の間隔でα方向にサンプリングされたと同様になる。
【０００７】
もう１つの重要な技術は、計測データから１／４オフセット検出器の素子間隔を狭めた高精細データを演算により求め（オーバーサンプリング）、それ以後の処理において広帯域処理を施すものである。
この２つの技術は同時に用いる場合が最も効果がある。即ち、オフセット計測によって得られた対向データから検出素子の中間に位置するデータを求め広帯域処理する方法である。
【０００８】
ある角度のファンビーム投影Ａ（投影角β）の対向内挿データを求めることを考えると、図７に示したＰ（αｉ  ，β）とＰ（αｉ＋１  ，β）の中間にくる対向内挿データは、１／４オフセット検出器の素子間隔を△αとすると、１／２△αずれているため、Ｐ（αｉ  ＋△α／２，β）となる。従って、対向データ側は−（αｉ  ＋△α／２）となり、ちょうど１／４オフセット検出器の素子中心となって、α方向のサンプル位置と一致する。
【０００９】
現実的には、β方向のサンプル点と一致することは少ないため、β方向の補間処理によって対向データが算出できる。この処理を全チャンネルにわたって実施し、図８に示すように０度データＰ１と、１８０度データＰ２とから１／４オフセット検出器の１／２ピッチの対向内挿データ（高解像データ）Ｐを得ることができる。このように１／４オフセット検出器を用いた場合、分解能に重要なチャンネル方向の補間処理無しに対向内挿データＰを算出することができるため、より効果的となる。
【００１０】
ここではこの手法を対向ビーム内挿法と呼ぶ。対向ビーム内挿法によって実効的に空間解像度が約２５％向上できることが知られている。図９はファンビーム直接逆投影の場合の高解像処理を示すフローチャートであり、図５に示したフローチャートと比較して上述した対向ビーム内挿処理（ステップＳ１２）が追加されている。また、図１０は平行ビームアレンジメント（並べ替え）逆投影の場合の高解像処理を示すフローチャートであり、図５に示したフローチャートと比較して平行ビーム変換処理（ステップＳ１１）及び対向ビーム内挿処理（ステップＳ１２）が追加されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、対向ビーム内挿処理により高解像化を図ることができるが、１８０度対向するデータは、時間的にも１／２スキャン時間程度のずれ（位相差）があり、体動や臓器の動き（心拍、呼吸や腸の蠕動運動など）により、本来得られるデータと一致しないことが起こりうる。また、実際の計測においては焦点から検出素子に向かって広がりをもった領域の計測であり、正確に一致させるのは困難である。特に、頭部など細かい骨のある断面においては両者の矛盾による段差が生じる場合もある。更に、Ｘ線ＣＴ装置の画像再構成処理で最も一般的なフィルタ補正逆投影法においては、高域強調型のフィルタを施すため両者の間の誤差が強調され、再構成画像上にストリーク状アーチファクトやモワレなどが発生する。また、Ｘ線源の焦点は温度変化によって位置ずれが生じることがあり、計測幾何学系のひずみによって同様のストリーク状アーチファクトやモワレが生じる場合がある。
【００１２】
一方、パーシャルボリューム効果を抑制し、精度の高いデータを得るために薄いスライスで計測する場合があるが、この場合にはＸ線の利用効率が低下し画像ノイズが著しく増加するためコントラスト差のない病変を観察するには適さず、高解像アルゴリズムを施した場合には特に画像ノイズも強調されるなどの問題点があった。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、１／４オフセット検出器を用いた高解像処理に伴って現れるおそれがあるアーチファクトを抑制することができる画像再構成方法及びＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、互いに対向するＸ線管と１／４オフセット検出器を有し、仮想の軸を中心にして回転するスキャナ部と、前記１／４オフセット検出器を介して得られる互いに１８０度の位相差をもった投影データの差を示す対向差分データを求める対向差分データ算出手段と、前記１８０度の位相差をもった投影データを交互に配列し、前記オフセット検出器の１／２ピッチの高解像度のデータを得るとともに、互いに１８０度の位相差をもった前記対向差分データを交互に配列し、高解像度の対向差分データを得る対向ビーム内挿処理手段と、前記スキャナ部の各回転位置毎に得られる多方向の前記高解像度の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成するとともに、多方向の前記高解像度の対向差分データに基づいて対向差分画像を再構成する画像再構成演算手段と、前記対向差分画像のうちの歪み成分を弁別する歪み成分弁別手段と、前記再構成されたＣＴ画像を前記歪み成分によって補正する補正手段とを備えたことを特徴としている。即ち、互いに１８０度の位相差をもった投影データ間の差分を求め、この対向差分データに基づいて対向差分画像を再構成するとともに、この再構成した対向差分画像からアーチフアクトの原因となる歪み成分を弁別し、この弁別した歪み成分を前記高解像処理にて再構成された元のＣＴ画像に作用させるとによって、アーチフアクトが少なく分解能も十分な画像を再構成するようにしている。
【００１５】
また、本発明の他の態様によれば、互いに対向するＸ線管と１／４オフセット検出器を有し、仮想の軸を中心にして回転するスキャナ部と、前記１／４オフセット検出器を介して得られる互いに１８０度の位相差をもった投影データを交互に配列し、前記１／４オフセット検出器の１／２ピッチの高解像度のデータを得る対向ビーム内挿処理手段と、前記前記１／４オフセット検出器を介して得られる互いに１８０度の位相差をもった投影データの差を示す対向差分データの差を求める対向差分データ算出手段と、前記対向差分データの位置のうちの歪み成分を弁別する歪み成分弁別手段と、前記高解像度の投影データを前記歪み成分によって補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された高解像度の投影データに基づいてＣＴ画像を再構成する画像再構成演算手段とを備えたことを特徴としている。これによれば、撮影データに直接歪み補正を施すことで、高解像再構成演算を２回実行する必要がなくなり、大幅な演算時間の短縮が可能になる。
【００１６】
なお、この明細書では「抽出」、「強調」を総称して「弁別」と定義することとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る画像再構成方法及びＸ線ＣＴ装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は本発明に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、このＸ線ＣＴ装置は、主としてＣＴスキャナ部１０、寝台２０、高電圧発生装置３０及び画像処理装置４０から構成されている。
【００１８】
ＣＴスキャナ部１０の内部には、Ｘ線管１２と１／４オフセット検出器１４とが１８０度対向した位置関係で配置され、これらの間に寝台２０に載った被検体２２が設定される。そして、通常、操作卓３１から入力した指示により、ＣＴスキャンに必要な制御信号が画像処理装置４０を介してスキャナ制御部３２に加えられ、駆動部３３を介してＣＴスキャナ部１０の回転が制御されるとともに、寝台２０や高電圧発生装置３０が制御され、ＣＴスキャンが行われる。即ち、スキャンが開始されると、高電圧発生装置３０から高電圧パルスがＸ線管１２に印加され、Ｘ線管１２からＸ線線が被検体２２のスキャン面に照射される。
【００１９】
被検体２２に照射され被検体２２を透過したＸ線は、１／４オフセット検出器１４によってその透過Ｘ線量に対応した電気信号に変換され、プリアンプ３４及びＡ／Ｄ変換器３５を介して画像処理装置４０に入力される。
画像処理装置４０は、Ｘ線ＣＴ装置全体を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）４１、画像の再構成演算を実行する画像再構成処理回路４２、磁気ディスク４３、インターフェース４４、表示メモリ４５等を有し、これらはデータバス４６に接続されている。
【００２０】
前記スキャン計測によって入力したＸ線透過データ（以下、投影データという）は、画像再構成処理回路４２によって後述する対向差分データの算出処理、対向ビーム内挿処理、フィルタ補正処理、逆投影処理、歪み成分抽出処理、及びＣＴ画像の歪み成分による補正処理等が行われ、アーチファクトの少ない高解像度のＣＴ画像が再構成される。再構成されたＣＴ画像は、データバス４６を介して表示メモリ４５に送られ、ＣＲＴモニタ３６に表示され、また再表示等のために磁気ディスク４３に格納される。
【００２１】
次に、上記画像再構成処理回路４２の処理内容について説明する。
図２は本発明に係る画像再構成方法の第１の実施の形態を示すフローチャートである。同図において、計測した投影データの前処理を施した後（ステップＳ１０）、対向ビーム内挿処理（ステップＳ１２）、フィルタ補正処理（ステップＳ１３）、及び逆投影処理（ステップＳ１４）からなるパス１は、図９に示した従来の高解像処理の流れと同様で、高解像度のＣＴ画像Ｉ（ｘ、ｙ）を得る。
【００２２】
それに対し、本発明の第１の実施の形態では、パス２及びステップＳ２５を追加した。パス２は対向差分データの算出処理（ステップＳ２０）、対向ビーム内挿処理（ステップＳ２１）、フィルタ補正処理（ステップＳ２２）、逆投影処理（ステップＳ２３）、及び歪み成分抽出処理（ステップＳ２４）からなる。
まず、対向差分データの算出処理（ステップＳ２０）について説明する。
【００２３】
ここで求める対向データは、図７に示した内挿をするためのデータではなく、差分をとるために自分自身と断層像上の透過線路を共通とするデータである。即ち、あるＸ線ビームをＰ（αｉ  、β）としたとき、Ｐ（−αｉ  、β＋π＋２αｉ  ）をα−β空間で補間により求める。そして、両者の差分データＱを対向差分データとする。ここで対向差分データＱは、次式となる。
【００２４】
【数１】
Ｑ（αｉ，β）＝Ｐ（αｉ，β）−Ｐ（−αｉ，β＋π＋２αｉ）  …（１）
ただし、βが０〜２πの範囲を超えた場合、らせんスキャンやダイナミックスキャンのように連続して計測している場合は別のスキャン周期のデータを用いても良いし、０〜２πの範囲を循環的に利用しても良い。全てのα、βについてＱを算出することにより、対向差分データを得ることができるが、α、βを間引いたり、算出する範囲を限定することは可能だが、間引くことは補正効果の点で望ましくない。
【００２５】
続いて、０度データの上記対向差分データと１８０度データの対向差分データとから対向ビーム内挿処理（ステップＳ２１）を行う。このようにして対向ビーム内挿法によって高解像処理された対向差分データを、フィルタ補正処理及び逆投影処理することによって対向差分画像を得る（ステップＳ２２、Ｓ２３）。
次に、ステップＳ２４における歪み成分抽出処理について説明する。対向差分データを高解像再構成した対向差分画像には、前述したような歪みを原因とし、原画像にも含まれているモワレやストリーク状アーチファクトが含まれている。しかし、実験的には被検体の情報も含まれているため、全てを重み付け加算すると大幅な分解能低下となる。本発明では更にフィルタ処理を施し、歪み成分が支配的になると考えられる高域成分のみを抽出することによって、歪み成分のみを取り出すことを特徴としている。
【００２６】
この実施の形態では、歪み成分の抽出を画像フィルタによって実現した。具体的には、ステップＳ２３の逆投影処理によって得られた対向差分画像ＩＳ（ｘ，ｙ）にガウスフィルタなどで高域抑制して、元の対向差分画像から高域抑制画像を差し引くことによって、対向差分画像の高域成分のみを抽出した歪み画像ＩＤ（ｘ，ｙ）を得るようにしている。これを式で表すと、次式のようになる。
【００２７】
【数２】
0003557567.tif 000002
ここで、Ｗｉｊはフィルタの重み係数である。
【００２８】
更に、次式、
【００２９】
【数３】
Ｊ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）−Ｃ・ＩＤ（ｘ，ｙ）                      …（３）
によって原画像と重み付け加算することで最終画像を得る（ステップＳ２５）。
ここで、Ｃは補正効果を抑制する重み係数で０＜Ｃ≦１とした。実験的にはＣ＝０．５程度で良好な結果となる。
【００３０】
次に、本発明に係る画像再構成方法の第２の実施の形態について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
上記第１の実施の形態では、歪み成分を重み付け加算することによって歪みを補正したが、高解像再構成を２回実行する必要があるため、演算時間的にＣＴシステムに搭載するのは困難な場合がある。第２の実施の形態では、投影データに直接歪み補正を施すことで大幅な演算時間の短縮を可能とした。
【００３１】
図３に示すように対向ビーム内挿処理（ステップＳ１２）と、フィルタ補正処理（ステップＳ１３）との間に、対向差分データの算出処理（ステップＳ３０）、歪み成分抽出処理（ステップＳ３１）、及び重み付け投影加算処理（ステップＳ３２）が追加されている。
即ち、第２の実施の形態では、ステップＳ１２で作成された対向内挿データから対向差分データを算出する（ステップＳ３０）。即ち、対向内挿データは、図８に示したように、０度データと１８０度対向データが交互に並んでいる。そこで、チャンネル番号ｍ、投影番号ｎとして対向内挿データＰ（ｍ，ｎ）に対して次式の処理を行うことにより、対向差分データδ（ｍ，ｎ）を求めることができる。
【００３２】
【数４】
δ（ｍ，ｎ）＝Ｐ（ｍ，ｎ）−｛Ｐ（ｍ−１，ｎ）＋Ｐ（ｍ＋１，ｙ）｝／２      …（４）
続いて、第１の実施の形態と同様にして、この対向差分データδ（ｍ，ｎ）から次式に示すように歪み成分ＰＤ（ｍ，ｎ）を抽出する（ステップＳ３１）。
【００３３】
【数５】
0003557567.tif 000003
ここで、Ｗｉ  は歪み成分抽出のためのフィルタの重み係数である。
【００３４】
次に、元の対向内挿データＰ（ｍ，ｎ）から重み付けした上記歪み成分ＰＤ（ｍ，ｎ）を差し引くことによって、歪み成分が除去された対向内挿データＫ（ｍ，ｎ）を得る（ステップＳ３２）。これを式で表すと、次式のようになる。
【００３５】
【数６】
Ｋ（ｍ，ｎ）＝Ｐ（ｍ，ｎ）−Ｃ・ＰＤ（ｍ，ｎ）                …（６）
このようにして得た対向内挿データＫ（ｍ，ｎ）は１／４オフセット検出器の１／２の間隔の高精細データであり、且つフィルタ補正処理によって高域強調されるが、歪み成分が抑制されているため、逆投影処理後のＣＴ画像は、アーチファクトの少ない高品位の高解像画像となる。
【００３６】
尚、この実施の形態において、歪み成分抽出処理をコンボリューションによって実施したが、周波数空間で低域通過、高域通過、帯域通過などのフィルタ処理によって実施することも可能である。また、第２の実施の形態においては、対向差分データを算出する最も簡便な手法を示したが、１／４オフセット検出器の１／２の間隔の０度データと１８０度対向データをあらかじめ求めて、より精密に差分データを算出しても良い。また、偶数チャンネルは０度データの平均値を用いるために対向差分データの算出精度が悪い。そこで、歪み成分を交互に利用する（偶数チャンネルには補正を施さない）などの改良も考えられる。また、本処理による分解能の低下は補正係数Ｃによって制御可能であり、アーチファクトの抑制効果が充分な場合でも数％程度の分解能低下である。
【００３７】
また、上記実施の形態では、高域成分のみを抽出した歪み成分を再構成された元のＣＴ画像に作用させることによって、アーチフアクトが少なく分解能も十分な画像を再構成することを説明したが、前記高域成分を積極的に除去するために前記高域成分を強調して歪み成分を取り出して、この取り出した歪み成分を再構成された元のＣＴ画像に作用させることにより、さらに高解像度のＣＴ画像を得ることに寄与できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、１／４オフセット検出器を用いた高解像処理と、体動や臓器の動き、幾何学系の歪み等とによって生じるアーチファクトを抑制し、アーチファクトが少なく分解能も十分なＣＴ画像を再構成することができ、これにより診断能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明に係る画像再構成方法の第１の実施の形態を説明するためのに用いたフローチャートである。
【図３】図３は本発明に係る画像再構成方法の第２の実施の形態を説明するためのに用いたフローチャートである。
【図４】図４はフィルタ補正逆投影法に使用される代表的なフィルタ関数の周波数特性を示す図である。
【図５】図５は従来のフィルタ補正逆投影法の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は１／４オフセット検出器から得られる互いに位相が１８０度異なる対向データの関係図である。
【図７】図７は前記対向データの内挿処理を説明するために用いた図である。
【図８】図８は前記対向データの内挿処理を説明するために用いた図である。
【図９】図９はダイレクト法における高解像処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０はアレンジ法における高解像処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ＣＴスキャナ部
１２…Ｘ線管
１４…１／４オフセット検出器
４０…画像処理装置
４１…中央処理装置（ＣＰＵ）
４２…画像再構成処理回路
４３…磁気ディスク
【図１】
0003557567.tif 000004
【図２】
0003557567.tif 000005
【図３】
0003557567.tif 000006
【図４】
0003557567.tif 000007
【図５】
0003557567.tif 000008
【図６】
0003557567.tif 000009
【図７】
0003557567.tif 000010
【図８】
0003557567.tif 000011
【図９】
0003557567.tif 000012
【図１０】
0003557567.tif 000013