(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して撮影角度を変えてＸ線を照射することで得られた複数の撮影像に基づいて断面像を再構成する断面像再構成装置において、前記複数の撮影像は、被検体の撮像部位の全体が投影されている完全撮影像のほかに、被検体の撮像部位の一部のみが投影されている不完全撮影像を含むものであって、少なくとも前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位が投影される推定撮影像を、前記複数の撮影像から抽出される撮像部位の２次元輪郭情報の全部に基づいて作成する推定手段と、前記完全撮影像と、前記不完全撮影像及び前記推定撮影像とに基づいて再構成処理を行い、断面像を作成する再構成処理手段と、を備え、
前記推定手段は、
前記撮影像における撮像部位の２次元輪郭情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段から得られる２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、この抽出輪郭情報の全部に基づいて、被検体の撮像部位の３次元輪郭情報を推定する３次元輪郭推定手段と、
前記３次元輪郭情報によって切り出される空間内のＣＴ値を設定し、被検体モデルを生成するＣＴ値設定手段と、
前記被検体モデルに基づいて、前記推定撮影像を作成する第１推定撮影像作成手段と、
を備え、
前記３次元輪郭推定手段は、被検体の撮像部位の断面形状に対応した２次元モデルを前記撮影像のサイノグラムの境界にフィッティングさせ、フィッティングされた２次元モデルをフィット曲線として、このフィット曲線に基づいて前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位の２次元輪郭情報を推定することで前記３次元輪郭情報を得ることを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の断面像再構成装置において、
前記２次元モデルは楕円形であることを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項３】
被検体に対して撮影角度を変えてＸ線を照射することで得られた複数の撮影像に基づいて断面像を再構成する断面像再構成装置において、前記複数の撮影像は、被検体の撮像部位の全体が投影されている完全撮影像のほかに、被検体の撮像部位の一部のみが投影されている不完全撮影像を含むものであって、少なくとも前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位が投影される推定撮影像を、前記複数の撮影像から抽出される撮像部位の２次元輪郭情報の全部に基づいて作成する推定手段と、前記完全撮影像と、前記不完全撮影像及び前記推定撮影像とに基づいて再構成処理を行い、断面像を作成する再構成処理手段と、を備え、
前記推定手段は、
前記撮影像における撮像部位の２次元輪郭情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段から得られる２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、この抽出輪郭情報の全部に基づいて、被検体の撮像部位の３次元輪郭情報を推定する３次元輪郭推定手段と、
前記３次元輪郭情報によって切り出される空間内のＣＴ値を設定し、被検体モデルを生成するＣＴ値設定手段と、
前記被検体モデルに基づいて、前記推定撮影像を作成する第１推定撮影像作成手段と、
を備え、
被検体の撮像部位には背骨が含まれており、
前記３次元輪郭推定手段は、前記抽出輪郭情報に基づいて被検体の撮像部位と接したＸ線のライン群を特定して、前記ライン群の包絡線を取得し、かつ、前記撮影像に基づいて、前記包絡線に対する被検体の背骨の位置を中心点として算出し、前記中心点を通る軸を対称軸として前記包絡線を折り返した曲線によって前記包絡線が途切れている部分を補完し、補完して得られた補完包絡線を被検体の撮像部位の断面形状とみなして、前記３次元輪郭情報を求めることを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の断面像再構成装置において、
前記ＣＴ値設定手段は、前記空間内のＣＴ値を一律に水のＣＴ値に相当する値に設定することを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の断面像再構成装置において、
前記ＣＴ値設定手段は、前記空間内のＣＴ値を人体のＣＴ値分布に応じて設定することを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項６】
被検体に対して撮影角度を変えてＸ線を照射することで得られた複数の撮影像に基づいて断面像を再構成する断面像再構成装置において、前記複数の撮影像は、被検体の撮像部位の全体が投影されている完全撮影像のほかに、被検体の撮像部位の一部のみが投影されている不完全撮影像を含むものであって、少なくとも前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位が投影される推定撮影像を、前記複数の撮影像から抽出される撮像部位の２次元輪郭情報の全部に基づいて作成する推定手段と、前記完全撮影像と、前記不完全撮影像及び前記推定撮影像とに基づいて再構成処理を行い、断面像を作成する再構成処理手段と、を備え、
前記推定手段は、
前記撮影像における撮像部位の２次元輪郭情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段から得られる２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、この抽出輪郭情報の全部に基づいて、前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位の２次元輪郭情報を推定する２次元輪郭推定手段と、
前記２次元輪郭推定手段から得られる２次元輪郭情報を推定輪郭情報とし、この推定輪郭情報で区切られる領域内に所定の算出値を与えて、推定撮影像を作成する第２推定撮影像作成手段と、
を備え、
前記２次元輪郭情報推定手段は、被検体の撮像部位の断面形状に対応した２次元モデルを前記撮影像のサイノグラムの境界にフィッティングさせ、フィッティングされた２次元モデルをフィット曲線として、このフィット曲線に基づいて前記推定輪郭情報を得ることを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の断面像再構成装置において、
前記所定の算出値は、前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位に相当する部分が投影されている完全撮影像の画像情報に基づいて求められることを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項８】
請求項６に記載の断面像再構成装置において、
前記所定の算出値は、前記不完全撮影像に投影された撮像部位の画像情報に基づいて求められることを特徴とする断面像再構成装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の断面像再構成装置と、
Ｘ線を被検体に照射するＸ線照射手段と、
被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記Ｘ線照射手段および前記Ｘ線検出手段とを互いに連動して移動させる移動手段と、
を備えるＸ線撮影装置であって、
前記断面像再構成装置は、前記Ｘ線検出手段によって得られた撮影像を再構成することを特徴とするＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、断面像再構成装置およびそれを用いたＸ線撮影装置に係り、特に、撮影像からはみ出した被検体の撮像部位の一部を推定し、断面像の輝度の不均一やアーチファクトを軽減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体の関心部位を撮影する装置は、用途に応じて、Ｘ線ＣＴ装置や、非ＣＴタイプのＸ線撮影装置が例示される。Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管とフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、単に「ＦＰＤ」という）とをガントリに搭載し、これらＸ線管とＦＰＤとが被検体の周りを１回転（少なくとも、半回転）して角度を変えつつ撮影する。Ｘ線ＣＴ装置に用いられるＦＰＤの検出面は比較的大きい（例えば、１７インチ）。よって、どの角度から撮影しても、Ｘ線管およびＦＰＤの回転平面と略平行な横断面によって区切られる被検体の撮像部位は、撮影像に投影されている。なお、撮像部位と関心部位とは異なり、両者は、撮像部位の内部に関心部位が内蔵されている関係である。得られた複数の撮影像は再構成処理されて断面像が作成される。
【０００３】
これに対して、Ｘ線撮影装置は、Ｘ線管とＦＰＤとがＣ字状アームの両端に設けられ、これらＸ線管とＦＰＤとが被検体の周りを半回転以下で移動して複数の撮影像を得る。Ｘ線撮影装置に用いられるＦＰＤの検出面は上述のＣＴ装置に比べて小さい（例えば、９インチ）。このため、関心部位については、撮影角度を変えても常に投影されるように撮影することができても、撮像部位については、撮影角度によっては、全体が投影されない。この場合、撮像部位の一部のみが投影された撮影像（不完全投影像という）が得られる。得られた撮影像は、たとえば、サブトラクション処理されて造影検査等に用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−９９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｘ線撮影装置から得られる撮影像について、従来のＸ線ＣＴ装置に用いられている再構成処理を行うように試みたとき、良好な断面像が得られない。Ｘ線撮影装置から得られる撮影像には、不完全撮影像が含まれているからである。この場合、再構成処理において、不完全撮影像からはみ出している撮像部位の部分は逆投影されず、厳密な断面像を再構成することができないことは数学的に知られている。実際、得られる断面像は、撮影角度を変えても常に撮影像に投影されている部分と、撮影角度によっては撮影像に投影されない部分とで輝度差が生じてしまう（濃淡がくるう）。また、ストリーク状のアーチファクトが発生してしまう。
【０００５】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の撮影像のうち、被検体の撮像部位の一部が投影されていない不完全撮影像を含んでいる場合であっても、これら撮影像から適切な断面像を再構成することができる断面像再構成装置およびそれを用いたＸ線撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、被検体に対して撮影角度を変えてＸ線を照射することで得られた複数の撮影像に基づいて断面像を再構成する断面像再構成装置において、前記複数の撮影像は、被検体の撮像部位の全体が投影されている完全撮影像のほかに、被検体の撮像部位の一部のみが投影されている不完全撮影像を含むものであって、少なくとも前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位が投影される推定撮影像を、前記複数の撮影像から抽出される撮像部位の２次元輪郭情報の全部に基づいて作成する推定手段と、前記完全撮影像と、前記不完全撮影像及び前記推定撮影像とに基づいて再構成処理を行い、断面像を作成する再構成処理手段と、を備え、前記推定手段は、前記撮影像における撮像部位の２次元輪郭情報を抽出する抽出手段と、前記抽出手段から得られる２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、この抽出輪郭情報の全部に基づいて、被検体の撮像部位の３次元輪郭情報を推定する３次元輪郭推定手段と、前記３次元輪郭情報によって切り出される空間内のＣＴ値を設定し、被検体モデルを生成するＣＴ値設定手段と、前記被検体モデルに基づいて、前記推定撮影像を作成する第１推定撮影像作成手段と、を備え、前記３次元輪郭推定手段は、被検体の撮像部位の断面形状に対応した２次元モデルを前記撮影像のサイノグラムの境界にフィッティングさせ、フィッティングされた２次元モデルをフィット曲線として、このフィット曲線に基づいて前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位の２次元輪郭情報を推定することで前記３次元輪郭情報を得ることを特徴とするものである。
【０００７】
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、推定手段を備えることによって、不完全撮影像からはみ出した被検体の撮像部位の部分が投影された撮影像を推定した推定撮影像を作成する。よって、不完全撮影像を推定撮影像で補うことにより、撮影角度を変えて得られる複数の撮影像は全て、被検体の撮像部位の全体が投影されているとみなすことができる。再構成処理手段は、これら完全撮影像と、不完全撮影像及び推定撮影像とに基づいて再構成処理を行うので、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された、適切な断面像を作成することができる。
また、これによれば、３次元輪郭推定手段が３次元輪郭情報を求め、ＣＴ値設定手段がその内部のＣＴ値を設定することで、被検体モデルを好適に生成することができる。また、第１推定撮影像作成手段は生成された被検体モデルに基づいて好適に推定撮影像を作成することができる。
また、抽出輪郭情報及び不完全撮影像からはみ出した撮像部位の２次元輪郭情報は、撮像部位の３次元輪郭情報に対応しているので、これによれば、３次元輪郭情報を適切に得ることができる。
また、これによれば、不完全撮影像からはみ出した撮像部位の２次元輪郭情報を精度よく推定できるので、これと対応する３次元輪郭情報も精度よく推定することができる。
【００１０】
また、本発明において、前記２次元モデルは楕円形であることを特徴とすることが好ましい（請求項２）。腹部や胸部など種々の撮像部位に好適に適用することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、被検体に対して撮影角度を変えてＸ線を照射することで得られた複数の撮影像に基づいて断面像を再構成する断面像再構成装置において、前記複数の撮影像は、被検体の撮像部位の全体が投影されている完全撮影像のほかに、被検体の撮像部位の一部のみが投影されている不完全撮影像を含むものであって、少なくとも前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位が投影される推定撮影像を、前記複数の撮影像から抽出される撮像部位の２次元輪郭情報の全部に基づいて作成する推定手段と、前記完全撮影像と、前記不完全撮影像及び前記推定撮影像とに基づいて再構成処理を行い、断面像を作成する再構成処理手段と、を備え、前記推定手段は、前記撮影像における撮像部位の２次元輪郭情報を抽出する抽出手段と、前記抽出手段から得られる２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、この抽出輪郭情報の全部に基づいて、被検体の撮像部位の３次元輪郭情報を推定する３次元輪郭推定手段と、前記３次元輪郭情報によって切り出される空間内のＣＴ値を設定し、被検体モデルを生成するＣＴ値設定手段と、前記被検体モデルに基づいて、前記推定撮影像を作成する第１推定撮影像作成手段と、を備え、被検体の撮像部位には背骨が含まれており、前記３次元輪郭推定手段は、前記抽出輪郭情報に基づいて被検体の撮像部位と接したＸ線のライン群を特定して、前記ライン群の包絡線を取得し、かつ、前記撮影像に基づいて、前記包絡線に対する被検体の背骨の位置を中心点として算出し、前記中心点を通る軸を対称軸として前記包絡線を折り返した曲線によって前記包絡線が途切れている部分を補完し、補完して得られた補完包絡線を被検体の撮像部位の断面形状とみなして、前記３次元輪郭情報を求めることを特徴とするものである。
【００１２】
［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、推定手段を備えることによって、不完全撮影像からはみ出した被検体の撮像部位の部分が投影された撮影像を推定した推定撮影像を作成する。よって、不完全撮影像を推定撮影像で補うことにより、撮影角度を変えて得られる複数の撮影像は全て、被検体の撮像部位の全体が投影されているとみなすことができる。再構成処理手段は、これら完全撮影像と、不完全撮影像及び推定撮影像とに基づいて再構成処理を行うので、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された、適切な断面像を作成することができる。
また、これによれば、３次元輪郭推定手段が３次元輪郭情報を求め、ＣＴ値設定手段がその内部のＣＴ値を設定することで、被検体モデルを好適に生成することができる。また、第１推定撮影像作成手段は生成された被検体モデルに基づいて好適に推定撮影像を作成することができる。
また、これによっても、３次元輪郭情報を精度よく推定することができる。
【００１３】
また、本発明において、前記ＣＴ値設定手段は、前記空間内のＣＴ値を一律に水のＣＴ値に相当する値に設定することが好ましい（請求項４）。人体に近似した被検体モデルを生成することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記ＣＴ値設定手段は、前記空間内のＣＴ値を人体のＣＴ値分布に応じて設定することが好ましい（請求項５）。さらに、被検体モデルを人体に近似させることができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、被検体に対して撮影角度を変えてＸ線を照射することで得られた複数の撮影像に基づいて断面像を再構成する断面像再構成装置において、前記複数の撮影像は、被検体の撮像部位の全体が投影されている完全撮影像のほかに、被検体の撮像部位の一部のみが投影されている不完全撮影像を含むものであって、少なくとも前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位が投影される推定撮影像を、前記複数の撮影像から抽出される撮像部位の２次元輪郭情報の全部に基づいて作成する推定手段と、前記完全撮影像と、前記不完全撮影像及び前記推定撮影像とに基づいて再構成処理を行い、断面像を作成する再構成処理手段と、を備え、前記推定手段は、前記撮影像における撮像部位の２次元輪郭情報を抽出する抽出手段と、前記抽出手段から得られる２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、この抽出輪郭情報の全部に基づいて、前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位の２次元輪郭情報を推定する２次元輪郭推定手段と、前記２次元輪郭推定手段から得られる２次元輪郭情報を推定輪郭情報とし、この推定輪郭情報で区切られる領域内に所定の算出値を与えて、推定撮影像を作成する第２推定撮影像作成手段と、を備え、前記２次元輪郭情報推定手段は、被検体の撮像部位の断面形状に対応した２次元モデルを前記撮影像のサイノグラムの境界にフィッティングさせ、フィッティングされた２次元モデルをフィット曲線として、このフィット曲線に基づいて前記推定輪郭情報を得ることを特徴とするものである。
【００１６】
［作用・効果］請求項６に記載の発明によれば、推定手段を備えることによって、不完全撮影像からはみ出した被検体の撮像部位の部分が投影された撮影像を推定した推定撮影像を作成する。よって、不完全撮影像を推定撮影像で補うことにより、撮影角度を変えて得られる複数の撮影像は全て、被検体の撮像部位の全体が投影されているとみなすことができる。再構成処理手段は、これら完全撮影像と、不完全撮影像及び推定撮影像とに基づいて再構成処理を行うので、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された、適切な断面像を作成することができる。
また、これによれば、２次元輪郭情報推定手段が推定輪郭情報を求め、第２推定撮影像作成手段がこの推定輪郭情報による領域内に所定の算出値を与えることで、好適に推定撮影像を作成することができる。
また、撮影像のサイノグラムの境界は、撮影像における２次元輪郭情報に相当する。よって、このような境界にフィッティングされたモデル関数によって補完することによって、精度のよい推定輪郭情報を得ることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記所定の算出値は、前記不完全撮影像からはみ出した撮像部位に相当する部分が投影されている完全撮影像の画像情報に基づいて求められることが好ましい（請求項７）。これにより、精度よく推定撮影像を作成することができる。なお、画像情報とは、濃淡を規定する情報を含む。
【００１８】
また、本発明において、前記所定の算出値は、前記不完全撮影像に投影された撮像部位の画像情報に基づいて求められることが好ましい（請求項８）。これにより、精度よく推定撮影像を作成することができる。
【００１９】
また、本発明に係る断面像再構成装置と、Ｘ線を被検体に照射するＸ線照射手段と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線照射手段および前記Ｘ線検出手段とを互いに連動して移動させる移動手段と、を備えるＸ線撮影装置であって、前記断面像再構成装置は、前記Ｘ線検出手段によって得られた撮影像を再構成することが好ましい（請求項９）。Ｘ線検出手段が比較的小さいＸ線撮影装置であっても、良好な断面像を取得することができる。
【００２０】
なお、本明細書は、次のような断面像再構成装置に係る発明も開示している。
【００２１】
（１）請求項２に記載の断面像再構成装置において、前記撮影撮影像は、被検体を挟んで対向配置されるＸ線照射手段とＸ線検出手段とを、被検体の撮像部位に含まれる関心部位を通る回転軸周りに回転させつつ、各撮影角度から被検体を撮影して得られたものであって、前記２次元モデルの未知パラメータは、前記回転軸に対する楕円中心の位置情報と長径と短径とであることを特徴とする断面像再構成装置。
【００２２】
前記（１）に記載の発明によれば、３次元輪郭情報を好適に算出することができる。
【００２３】
（２）請求項１から請求項８のいずれかに記載の断面像再構成装置において、さらに、前記推定手段によって作成された推定撮影像を、前記不完全撮影像に加えて合成撮影像とする合成手段を備え、前記再構成処理手段が行う再構成処理は、前記完全撮影像と前記合成撮影像とに基づくことを特徴とする断面像再構成装置。
【００２４】
前記（２）に記載の発明によれば、さらに合成手段を備えることで、再構成処理手段は合成撮影像であっても完全撮影像と区別することなく扱うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明に係る断面像再構成装置によれば、推定手段を備えることによって、不完全撮影像からはみ出した被検体の撮像部位の部分が投影された撮影像を推定した推定撮影像を作成する。よって、不完全撮影像を推定撮影像で補うことにより、撮影角度を変えて得られる複数の撮影像は全て、被検体の撮像部位の全体が投影されているとみなすことができる。再構成処理手段は、これら完全撮影像と、不完全撮影像及び推定撮影像とに基づいて再構成処理を行うので、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された、適切な断面像を作成することができる。
【実施例１】
【００２６】
以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係るＸ線撮影装置を示す全体構成図である。このＸ線撮影装置は、被検体Ｍを撮影する撮像系１と、この撮像系１から得られた撮影像を処理して断面像を作成する断面像再構成装置５と、生成された断面像を表示するモニタ７とに大きく分けられる。
【００２７】
撮像系１は、被検体Ｍを載置する天板１１と、被検体ＭにＸ線を照射するＸ線管１２と、被検体Ｍを挟んで、Ｘ線管１２と対向するように配置されて、被検体Ｍを透過するＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、「ＦＰＤ」と略記する）１３と、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３をその両端部にそれぞれ保持するＣ字状アーム１４と、Ｃ字状アーム１４を回転可能に懸垂支持する支持部１５とを備える。
【００２８】
支持部１５には撮像系移動制御部１６が接続されている。撮像系移動制御部１６は、支持部１５を操作して、Ｃ字状アーム１４を１８０度の範囲内で正逆方向に回転駆動する。これにより、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３は、互いに連動して移動する。このとき、Ｘ線管１２およびＦＰＤ１３の回転中心を回転軸ＲＡとする。なお、Ｃ字状アーム１４については、その形状は「Ｃ」字状に限らず、「Ｕ」字状等公知の形状を含む。Ｃ字状アーム１４と支持部１５は、この発明における移動手段に相当する。
【００２９】
Ｘ線管１２に接続されるＸ線制御部１７は、Ｘ線管１２によるＸ線照射を制御する。また、ＦＰＤ１３はその検出面が比較的小さい（例えば、９インチ正方）。この検出面に多数個のＸ線検出素子（図示省略）が行列状に設けられている。ＦＰＤ１３に接続されるＦＰＤ駆動部１８は、各Ｘ線検出素子からＸ線検出信号を読み出して、断面像再構成装置５に出力させる。Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とは、それぞれこの発明におけるＸ線照射手段とＸ線検出手段とに相当する。
【００３０】
断面像再構成装置５は、撮影像収集部２１と推定部２３と合成部２５と再構成処理部２７と断面像記憶部２９とを備えている。推定部２３は、さらに、抽出部３１と３次元輪郭情報推定部３３とＣＴ値設定部３５と第１推定撮影像作成部３７とを備えている。この断面像再構成装置５は、所定のプログラムを読み出して実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、各種情報を記憶するＲＡＭ（Random-Access Memory）や固定ディスク等の記憶媒体等で実現される。三次元輪郭情報推定部３３は、この発明における３次元輪郭推定手段に相当する。
【００３１】
次に、実施例１に係るＸ線撮影装置の動作について、図２を参照して説明する。図２は、Ｘ線撮影および断面像の再構成処理の手順を示すフローチャートである。
【００３２】
＜ステップＳ１＞  被検体を撮影する
撮像系移動制御部１６の制御に従い、支持部１５はＣ字状アーム１４を回転させる。Ｃ字状アーム１４の両端に保持されるＸ線管１２とＦＰＤ１３は、互いに対向した状態で、回転軸ＲＡの周りを移動する。Ｘ線制御部１７とＦＰＤ駆動部１８とは、それぞれ撮像系移動制御部１６と連携してそれぞれＸ線管１２とＦＰＤ１３とを制御する。これにより、被検体Ｍを各撮影角度から撮影する。
【００３３】
図３は、撮影角度と被検体Ｍを説明する図である。説明の便宜上、撮影角度については、被検体Ｍを水平方向から撮影するときを０度とし、被検体Ｍを鉛直上方から撮影するときを９０度とする。また、被検体Ｍの撮像部位ｍは、横断面が水平方向に幅広の略楕円形状であり、撮像部位ｍの内部にはＣＴ値の異なる関心部位Kが内蔵されているものとする。なお、撮像部位ｍとは、回転軸ＲＡに略直交する平面に平行な横断面によって区切られる被検体の一部であって、少なくともいずれかの撮影角度で撮影像に投影されるものをいう。たとえば、腹部や胸部等が例示される。被検体Ｍは、回転軸ＲＡが関心部位Ｋの略中心を通過するように載置されており、関心部位Kはいずれの撮影角度から撮影されてもその全体がＦＰＤ１３の検出面に投影される。ただし、撮像部位ｍの大きさは、撮影角度０度のときに全体がＦＰＤ１３の検出面に投影されるが、撮影角度９０度のときには一部しか投影されず、ＦＰＤ１３の検出面からはみ出すものとする。
【００３４】
＜ステップＳ２＞  撮影像を収集する
撮影像収集部２１は、ＦＰＤ１３から出力されたＸ線検出信号を撮影像として収集する。収集される撮影像には、撮像部位ｍの全体が投影されている完全撮影像のほかに、撮像部位ｍの一部のみが投影されている不完全撮影像も含まれている。
【００３５】
＜ステップＳ３＞  撮影像における２次元輪郭情報を抽出する
抽出部３１は、撮影像収集部２１に収集された撮影像について、撮像部位ｍの２次元輪郭情報を抽出する。撮影像において、被検体Ｍを透過しないＸ線を検出した領域は検出値が高く、透過したＸ線を検出する領域は検出値が低い。よって、被検体Ｍの撮像部位ｍの２次元輪郭情報は撮影像の濃淡（輝度）差に基づいて抽出される。以下では、抽出部３１から得られた２次元輪郭情報を特に抽出輪郭情報と記載する。
【００３６】
図４を参照する。図４は、撮影像をサイノグラムの形式で表した模式図である。サイノグラムは、回転軸ＲＡに直交する１平面内に位置するＸ線検出素子に応じた撮影像の画像情報（濃淡を規定する情報を含む）を、撮影角度ごとに並べている。横軸は、撮影範囲である。図４では、画像情報として関心部位Ｋが投影されている領域ＩＫと撮像部位ｍが投影されている領域Ｉｍを区別して示す。また、抽出輪郭情報はサイノグラムの境界Ｂに相当する。なお、撮影像について２次元輪郭情報を抽出する処理は、サイノグラムについて境界Ｂを抽出する処理と等しい。以下では、撮影像のサイノグラムの境界Ｂを、特に抽出境界Ｂと記載する。
【００３７】
抽出境界Ｂは、図４において左側と右側にそれぞれサイン状カーブを呈しているが、右側のサインカーブは撮影角度が９０度前後の撮影角度域において途切れている。これは、撮像部位ｍが撮影範囲を超えて投影されても、検出／収集されないからである。よって、この角度域において得られる撮影像は不完全撮影像である。なお、図４では、撮影像からはみ出した撮像部位ｍの２次元輪郭情報に相当する仮想的な境界を点線で表示している。
【００３８】
＜ステップＳ４＞  撮像部位の３次元輪郭情報を推定する
３次元輪郭情報推定部３３は、抽出輪郭情報に基づいて、撮像部位ｍの３次元輪郭情報を推定する。以下では、抽出境界Ｂを用いて具体的に説明するが、抽出境界Ｂと抽出輪郭情報はデータ上同じであり、以下の処理も抽出輪郭情報に基づいて行われることには変わりがない。
【００３９】
まず、回転軸ＲＡと略直交する撮像部位ｍの断面の形状を楕円形の２次元モデルＥで仮定する。図５に示すように、２次元モデルＥの未知のパラメータは、楕円形の長径Ｌｒと短径Ｓｒ、および、回転軸ＲＡに対する楕円中心の２次元位置情報（ｘ、ｙ）の４個である。そして、この２次元モデルＥが投影されたと仮想して算出されるサイノグラムの境界（以下、単に「算出境界」と記載する）ＢＥを、抽出境界Ｂにフィッティングさせて４個のパラメータを決定する。
【００４０】
図６は、２次元モデルＥの各パラメータにある値を与えたときの算出境界ＢＥを、抽出境界Ｂに重ねて図示している。図６において、斜線部分は、算出境界ＢＥと抽出境界Ｂとの差を示す。
【００４１】
各パラメータは、二乗誤差最小法を用いて算出境界ＢＥと抽出境界Ｂとの差が最小となるように決定される。決定されたパラメータが与えられた２次元モデルＥをフィット曲線と区別して呼ぶ。なお、フィット曲線を得る処理において、抽出境界Ｂに基づいて特定される撮像部位ｍの断面形状の一部に、上述した２次元モデルＥをフィッティングさせるようにしてもよく、同じ結果が得られる。そして、抽出境界Ｂの途切れた部分を、フィット曲線に基づいて推定境界ＢＦを延長して補い、抽出境界Ｂと推定境界ＢＦとを合わせた補完境界ＢＣを得る。（図７参照）。このように抽出境界Ｂを補完する処理は、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍの２次元輪郭情報を推定する処理と等しく、抽出境界Ｂを延長した部分である推定境界ＢＦは、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍの２次元輪郭情報を推定したもの（以下、適宜、推定輪郭情報という）に相当する。
【００４２】
撮影像のサイノグラムは、ＦＰＤ１３の検出面においてＸ線検出素子が回転軸ＲＡ方向に並ぶ列数分、作成される。よって、３次元輪郭情報推定部３３は、全てのサイノグラムについて上述した抽出境界Ｂを補完する処理を繰り返し行う。この結果、各不完全撮影像について推定輪郭情報を得る。
【００４３】
抽出輪郭情報に推定輪郭情報を併せることにより、撮像部位ｍを各撮影角度から撮影された撮影像における２次元輪郭情報が不足なく取得されたとみなせる。よって、これら抽出輪郭情報と推定輪郭情報に応じた３次元輪郭情報を撮像部位ｍの３次元輪郭情報と推定できる。
【００４４】
＜ステップＳ５＞  ＣＴ値を設定し、被検体モデルを作成する
ＣＴ値設定部３５は、推定された３次元輪郭情報によって特定される外形内部のＣＴ値を設定する。本実施例では、外形内部に一律に水のＣＴ値に相当する値を設定する。これにより、内部のＣＴ値が設定された３次元輪郭情報である被検体モデルが作成される。
【００４５】
<ステップＳ６>  推定撮影像を作成する
第１推定撮影像作成手段は、作成された被検体モデルが投影されたと仮想して算出される推定投影像を作成する。推定投影像の画像情報は、被検体モデルのＸ線透過長とＣＴ値に基づいて算出される。図８に、推定撮影像をサイノグラムの形式で模式的に示す。図８において、画像情報として被検体モデルが投影されている領域Ｉｃを明示する。また、この推定撮影像は計算によって求められるので、撮影像には投影されなかった撮像部位ｍについても推定することができる。なお、推定投影像の輪郭は、上述した補完境界ＢＣとなる。
【００４６】
<ステップＳ７>  合成撮影像を作成する
合成部２５は、推定撮影像のうち、不完全投影像からはみ出た撮像部位ｍに相当するものが投影されている領域を、不完全撮影像に加えて合成撮影像を得る。図９は、得られた合成撮影像をサイノグラムの形式で模式的に示す。
【００４７】
<ステップＳ８>  断面像を再構成する
完全撮影像と、合成部２５が作成した合成撮影像とに基づいて、所定の再構成処理を行って断面像を作成する。再構成処理部２７による再構成処理としては、例えば適当な再構成関数を用いて畳み込み積分を行うと共に、畳み込み積分結果を逆投影する処理が挙げられる。
【００４８】
＜ステップＳ９＞  断面像を記憶、表示する
断面像記憶部２９は、再構成処理部２７から得られた断面像を記憶する。そして、オペレータの指示等に基づいて、適宜モニタ７に出力する。モニタ７は、断面像を表示する。
【００４９】
このように、実施例１に係るＸ線撮影装置に用いられる断面像再構成装置５によれば、推定部２３を備えることによって、不完全撮影像からはみ出した被検体Ｍの撮像部位ｍが投影された撮影像を推定した推定撮影像を作成する。よって、不完全撮影像を推定撮影像で補うことにより、撮影角度を変えて得られる複数の撮影像は全て、被検体Ｍの撮像部位ｍの全体が投影されているとみなせる。再構成処理部２７は、これら完全撮影像と、不完全撮影像及び推定撮影像とに基づいて再構成処理を行うので、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された断面像を作成できる。
【００５０】
また、推定部２３は、３次元輪郭情報推定部３３が３次元輪郭情報を求め、ＣＴ値設定部３５がその内部のＣＴ値を設定することで、被検体モデルを好適に生成できる。この結果、第１推定撮影像作成部３７は生成された被検体モデルに基づいて好適に推定撮影像を作成できる。
【００５１】
また、３次元輪郭情報推定部３３は、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍの２次元輪郭情報を推定した推定輪郭情報を求めることで、撮像部位ｍを各撮影角度から撮影された撮影像における２次元輪郭情報を全て取得したとみなし、これに対応する撮像部位ｍの３次元輪郭情報を好適に推定できる。
【００５２】
さらに、被検体Ｍの撮像部位ｍの断面形状に対応した２次元モデルＥを用いることで、推定輪郭情報を精度よく推定できる。また、楕円形の２次元モデルＥを用いることで、被検体Ｍの腹部や胸部など種々の撮像部位ｍにおいて好適にフィッティングさせることができる。
【００５３】
また、ＣＴ値設定部３５は、３次元輪郭情報の外形内部を一律に水のＣＴ値に相当する値に設定して被検体モデルを作成するので、被検体モデルを被検体Ｍに近似できる。この結果、精度よく推定撮影像を得ることができる。
【００５４】
また、合成部２５を備えることで、再構成処理部２７は合成撮影像であっても完全撮影像と区別することなく同様に扱うことができる。
【００５５】
また、上述したような断面像再構成装置５を備えたＸ線撮影装置によれば、ＦＰＤ１３の検出面が比較的小さくても、輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された断面像を取得できる。
【実施例２】
【００５６】
次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
なお、実施例２は、装置構成と実施例１と同じであり、３次元輪郭情報推定部３３とＣＴ値設定部３５の処理内容が異なる。図２に示すステップＳ４、Ｓ５について詳述し、その他は説明を省略する。なお、その他のステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ６〜Ｓ９は実施例１と同じである。なお、３次元輪郭情報推定部３３の処理の関係上、被検体Ｍの撮像部位ｍは、背骨を含むものとする。
【００５７】
＜ステップＳ４＞  撮像部位の３次元輪郭情報を推定する
３次元輪郭情報推定部３３は、まず、抽出輪郭情報に基づいて被検体Ｍの撮像部位ｍに接して入射するＸ線のラインＬＸを特定する。
【００５８】
図１０は、回転軸ＲＡに直交する１平面に注目したときのＸ線のラインＬＸ群を模式的に示している。図１０において示される各ラインＬＸによって形成される包絡線Ｈは、撮像部位ｍを注目している平面で切断したときの断面形状に相当する。ただし、不完全撮影像に投影されなかった撮像部位ｍの２次元輪郭情報は抽出輪郭情報に含まれないので、包絡線Ｈは途中で途切れており、撮像部位ｍの断面形状の一部は特定できない。図１０では、撮像部位ｍの断面形状の左側のみが特定されていることを示している。
【００５９】
次に、３次元輪郭情報推定部３３は、撮影像に基づいて、包絡線Ｈに対する被検体Ｍの背骨Ｊの位置を算出する。骨は、他の臓器、筋肉等に比べてＣＴ値が大きく異なるので、撮影像において適当な濃度レンジの閾値を設定することで背骨Ｊの位置を算出する（図１１（ａ）参照）。
【００６０】
そして、背骨Ｊの位置を中心点とし、この中心点と鉛直方向に通る軸を対称軸ＳＡとして、包絡線Ｈを折り返した曲線を算出し、この曲線に基づいて包絡線Ｈが途切れている部分を補完する（図１１（ｂ）参照）。補完してリング状となった法絡線（以下、補完包絡線という）ＨＣは、撮像部位ｍを注目している平面で切断したときの断面形状と推定できる。
【００６１】
以上のような補完包絡線ＨＣを得る処理を、注目する平面を回転軸ＲＡ方向に変えつつ繰り返し行う。この結果、複数の補完法絡線ＨＣを回転軸ＲＡ方向に連ねることで、撮像部位ｍの３次元輪郭情報を推定する。
【００６２】
＜ステップＳ５＞  ＣＴ値を設定し、被検体モデルを作成する
実施例２では、ＣＴ値設定部３５は、３次元輪郭情報によって特定される外形内部のＣＴ値を、人体のＣＴ値分布に応じて設定する。なお、人体のＣＴ値分布は統計的に得られたものであってもよいし、被検体ＭのＣＴ値分布を実際に計測して得られたものであってもよい。
【００６３】
このように、実施例２に係るＸ線撮影装置に用いられる断面像再構成装置５によっても、実施例１と同様に、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された断面像を作成できる。
【００６４】
また、３次元輪郭情報推定部３３は、撮像部位ｍが背骨Ｊを中心に左右に対称であることを利用して、撮像部位ｍの３次元輪郭情報を精度よく推定することができる。
【００６５】
また、ＣＴ値設定部３５は、３次元輪郭情報の外形内部を人体のＣＴ値分布に応じて設定することで、被検体Ｍにより近似した被検体モデルを作成できる。
【実施例３】
【００６６】
次に、図面を参照してこの発明の実施例３を説明する。なお、実施例１と同じ構成については同符号をふすことで詳細な説明を省略する。図１２は、実施例３に係るＸ線撮影装置を示す全体構成図である。実施例１と異なるのは、推定部２３である。すなわち、実施例３では、推定部２３は、抽出部３１と２次元輪郭情報推定部４１と第２推定撮影像作成部４３とを備えている。２次元輪郭情報推定部４１は、この発明における２次元輪郭推定手段に相当する。
【００６７】
このような実施例３に係るＸ線撮影装置の動作について、図１３を参照して説明する。図１３は、実施例３におけるＸ線撮影および断面像の再構成処理の手順を示すフローチャートである。なお、実施例１で説明した処理と同じステップについては、簡略に説明する。
【００６８】
＜ステップＴ１〜Ｔ３＞
被検体Ｍを各撮影角度から撮影し（ステップＴ１）、収集された（ステップＴ２）撮影画像について、撮像部位ｍの２次元輪郭情報を抽出する（ステップＴ３）。ここで、抽出部３１から得られた２次元輪郭情報を抽出輪郭情報とし、撮影像のサイノグラムの境界Ｂを抽出境界Ｂとする。
【００６９】
＜ステップＴ４＞
２次元輪郭情報推定部４１は、抽出輪郭情報に基づいて、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍの２次元輪郭情報を推定する。この処理については、実施例１の３次元輪郭情報推定部３３と同様である。すなわち、撮像部位ｍの断面形状に対応する楕円形の２次元モデルＥを、抽出境界Ｂを用いてフィッティングする。そして、フィッティングされた２次元モデルＥであるフィット曲線に基づいて推定境界ＢＦを抽出境界Ｂに補完することで、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍの２次元輪郭情報を推定する。なお、２次元輪郭情報推定部４１は３次元輪郭情報までは取得せず、この点で実施例１の３次元輪郭情報推定部３３と異なる。以下では、２次元輪郭情報推定部４１から得られた２次元輪郭情報を推定輪郭情報とする。
【００７０】
＜ステップＴ５＞
第２推定撮影像作成部４３は、推定輪郭情報で区画される内側領域に所定の算出値を画像情報として与えて、推定撮影像を作成する。本実施例では、不完全撮影像に投影された撮像部位ｍの領域の画像情報を算出値としている。ここで、推定輪郭情報の内側領域に近接する、不完全撮影像の領域の画像情報であることが好ましい。
【００７１】
この結果、得られた推定撮影像には、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍのみが投影されている。すなわち、不完全撮影像に投影されている撮像部位ｍは投影されていない点で、実施例１の第１推定撮影像作成部３７によって作成される推定撮影像と異なる。
【００７２】
＜ステップＴ６〜Ｔ８＞
推定撮影像を不完全撮影像に加えて合成撮影像を作成し（ステップＴ６）、この合成撮影像と完全撮影像とに基づいて所定の再構成処理を行って断面像を作成する（ステップＴ７）。得られた断面像は断面像記憶部２９に記憶され、適宜モニタ７に出力される（ステップ８）。
【００７３】
このように、実施例３によっても、実施例１と同様に、不完全撮影像に起因する輝度の不均一やアーチファクトの発生が抑制された断面像を作成できる。
【００７４】
また、２次元輪郭情報推定部４１から得られた推定輪郭情報の内側領域に、所定の算出値を直接与えることで、実施例１に比べて推定撮影像を作成する処理を簡素化することができる。
【００７５】
また、算出値は、不完全撮影像に投影された撮像部位ｍの画像情報とすることで、精度良く推定撮影像を作成できる。
【００７６】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００７７】
（１）上述した実施例１では、３次元輪郭情報推定部３３は楕円形のモデル関数を用いたが、これに限られない。例えば、人体に関して統計的に得られる断面形状のモデル関数を適用してもよいし、被検体Ｍを個別に実測した結果に応じたモデル関数を適用してもよい。
【００７８】
（２）上述した実施例２では、ＣＴ値設定部３５は人体のＣＴ値分布に応じて設定する。このとき、ＣＴ値分布を、抽出輪郭情報や推定輪郭情報、または３次元輪郭情報に基づいて補正してから、設定するように構成してもよい。
【００７９】
（３）上述した実施例３では、第２推定撮影像作成部４３は、不完全撮影像に投影された撮像部位ｍの領域の画像情報を算出値としたが、算出値が画像情報に基づく限り適宜に変更することができる。また、また、不完全撮影像からはみ出した撮像部位ｍに相当する部分が投影されている完全撮影像の画像情報に基づいて算出値を求めるように変更してもよい。
【００８０】
（４）上述した各実施例では、合成部２５を備えていたが、再構成処理部２７が完全撮影像と不完全撮影像と推定撮影像とに基づいて処理を行うように構成することで、適宜、省略するように変更してもよい。
【００８１】
（５）上述した各実施例では、ＦＰＤ１３を用いているが、この発明としては、イメージインテンシファイアや多列検出器などを用いるものでも良い。
【００８２】
（６）さらに、上記した各実施例では、Ｃ字状アーム１４によってＸ線管１２とＦＰＤ１３とが保持されている。しかし、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを互いに連動して移動させることができれば、Ｃ字状アーム１４を有する構成に限られない。たとえば、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを個別に保持しつつ、相互に同期して回転駆動する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１に係るＸ線撮影装置を示す全体構成図である。
【図２】Ｘ線撮影および断面像の再構成処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】撮影角度と被検体を説明する図である。
【図４】撮影像をサイノグラムの形式で表した模式図である。
【図５】撮像部位の断面形状に対応した２次元モデルを説明する図である。
【図６】２次元モデルＥに基づく算出境界を説明する図である。
【図７】推定境界によって抽出境界を補完する処理を説明する図である。
【図８】推定撮影像をサイノグラムの形式で模式的に示す図である。
【図９】合成撮影像をサイノグラムの形式で模式的に示す図である。
【図１０】撮像部位に接して入射するＸ線のライン群を模式的に示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ包絡線を補完する処理を説明する図である。
【図１２】実施例３に係るＸ線撮影装置を示す全体構成図である。
【図１３】Ｘ線撮影および断面像の再構成処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１  …撮像系
５  …断面像再構成装置
１２  …Ｘ線管
１３  …フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
１４  …Ｃ字状アーム
１５  …支持部
２３  …推定部
２５  …合成部
２７  …再構成処理部
３１  …抽出部
３３  …３次元輪郭情報推定部
３５  …ＣＴ値設定部
３７  …第１推定撮影像作成部
４１  …２次元輪郭情報推定部
４３  …第２推定撮影像作成部
Ｍ  …被検体
ｍ  …撮像部位
ＲＡ  …回転軸
Ｂ  …撮影像のサイノグラムの境界（抽出境界）
Ｅ  …２次元モデル
ＬＸ  …ライン
Ｈ  …包絡線
Ｊ  …背骨
ＳＡ  …対称軸
【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】
0004752468.tif 000008
【図８】
0004752468.tif 000009
【図９】
0004752468.tif 000010
【図１０】
0004752468.tif 000011
【図１１】
0004752468.tif 000012
【図１２】
0004752468.tif 000013
【図１３】
0004752468.tif 000014