(57)【要約】【課題】アーチファクトの少ない三次元画像の再構成を行うことができるＸ線ＣＴ装置及びその三次元画像再構成方法を提供する。【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源から発生して被検体を透過したＸ線を、Ｘ線源に被検体を挟んで向かい合う複数のＸ線検出素子が並べられた検出素子列を被検体の体軸方向に複数備える多列検出器により検出して、被検体の複数のスライスの投影データを出力する手段と、投影データから複数の参照画像を作成する手段であって、作成された複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる投影データの一部が互いに共通であるように複数の参照画像を作成する手段と、複数の参照画像から被検体の三次元画像を再構成する手段と、を備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から発生して被検体を透過したＸ線を、前記Ｘ線源に前記被検体を挟んで向かい合う複数のＸ線検出素子が並べられた検出素子列を前記被検体の体軸方向に複数備える多列検出器により検出して、前記被検体の複数のスライスの投影データを出力する手段と、
前記投影データから複数の参照画像を作成する手段であって、作成された複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる前記投影データの一部が互いに共通であるように複数の参照画像を作成する手段と、
前記複数の参照画像から前記被検体の三次元画像を再構成する手段と、
を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記投影データから前記複数の参照画像を作成する手段は、
前記複数のスライスの投影データから前記複数のスライスの断層像を再構成する手段と、
前記複数のスライスの断層像から前記複数の参照画像を作成する手段であって、前記複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる断層像の一部が互いに共通であるように、前記複数のスライスの断層像のうち少なくとも二枚のスライスの断層像から一枚の参照画像を作成することを繰り返すことにより、前記複数の参照画像を作成する手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
Ｘ線源から発生して被検体を透過したＸ線を、前記Ｘ線源に前記被検体を挟んで向かい合う複数のＸ線検出素子が並べられた検出素子列を前記被検体の体軸方向に複数備える多列検出器により検出して、前記被検体の複数のスライスの投影データを出力する工程と、
前記投影データから複数の参照画像を作成する工程であって、作成された複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる前記投影データの一部が互いに共通であるように複数の参照画像を作成する工程と、
前記複数の参照画像から前記被検体の三次元画像を再構成する工程と、
を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置の三次元画像再構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置及びその三次元画像再構成方法に係り、特に多列検出器を有するＸ線ＣＴ装置及びその三次元画像再構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多列検出器型Ｘ線ＣＴ装置は、複数のＸ線検出素子が並べられた検出素子列を被検体の体軸方向に複数備える多列検出器を用いることにより、被検体の連続する複数のスライスの投影データを同時に収集して、その投影データから連続する複数の二次元断層像を再構成することができる。一枚の断層像の厚みに相当するスライス厚は、断層像の精細度を高めるためには小さいことが好ましく、近年では１ｍｍ未満とすることができる。
【０００３】
特許文献１は、このようにして得られた投影データや断層像から三次元画像を再構成する技術を開示している。
【特許文献１】特開２００１−１０４２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
連続する複数のスライスから得られた投影データ又は断層像からある範囲の三次元画像を再構成するとき、三次元画像の作成元となるスライスの数はそのスライス厚と反比例の関係にあり、再構成された三次元画像上でスライスの繋ぎ目に相当する部分は、スライス厚が小さくなるほど多くなる。そして、その繋ぎ目に相当する部分には階段状のアーチファクトが生ずることが多い。つまり、断層像の精細度が向上するほど三次元画像の画質は劣化してしまうという一見矛盾した現象が起こる。
【０００５】
投影データ収集時のスライス厚を三次元画像の再構成に適するように調整すれば、三次元画像上のアーチファクトを低減することができるが、同じ投影データから得られる断層像の精細度が低下するという問題がある。また、投影データの収集を三次元画像再構成に適した条件及び断層像再構成に適した条件でそれぞれ行うことも考えられるが、被検体のＸ線被曝や拘束時間が増加するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、断層像の精細度を低下させたり被検体のＸ線被曝や拘束時間を増加させたりすることなく、アーチファクトの少ない三次元画像の再構成を行うことができるＸ線ＣＴ装置及びその三次元画像再構成方法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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源から発生して被検体を透過したＸ線を、前記Ｘ線源に前記被検体を挟んで向かい合う複数のＸ線検出素子が並べられた検出素子列を前記被検体の体軸方向に複数備える多列検出器により検出して、前記被検体の複数のスライスの投影データを出力する手段と、前記投影データから複数の参照画像を作成する手段であって、作成された複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる前記投影データの一部が互いに共通であるように複数の参照画像を作成する手段と、前記複数の参照画像から前記被検体の三次元画像を再構成する手段と、を備える。
【０００８】
好ましくは、前記投影データから前記複数の参照画像を作成する手段は、前記複数のスライスの投影データから前記複数のスライスの断層像を再構成する手段と、前記複数のスライスの断層像から前記複数の参照画像を作成する手段であって、前記複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる断層像の一部が互いに共通であるように、前記複数のスライスの断層像のうち少なくとも二枚のスライスの断層像から一枚の参照画像を作成することを繰り返すことにより、前記複数の参照画像を作成する手段と、を備える。
【０００９】
また前記目的を達成するために、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の三次元画像再構成方法は、Ｘ線源から発生して被検体を透過したＸ線を、前記Ｘ線源に前記被検体を挟んで向かい合う複数のＸ線検出素子が並べられた検出素子列を前記被検体の体軸方向に複数備える多列検出器により検出して、前記被検体の複数のスライスの投影データを出力する工程と、前記投影データから複数の参照画像を作成する工程であって、作成された複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる前記投影データの一部が互いに共通であるように複数の参照画像を作成する工程と、前記複数の参照画像から前記被検体の三次元画像を再構成する工程と、を含む。
【００１０】
好ましくは、前記投影データから前記複数の参照画像を作成する工程は、前記複数のスライスの投影データから前記複数のスライスの断層像を再構成する工程と、前記複数のスライスの断層像から前記複数の参照画像を作成する工程であって、前記複数の参照画像のうち連続する二枚はそれぞれの作成元となる断層像の一部が互いに共通であるように、前記複数のスライスの断層像のうち少なくとも二枚のスライスの断層像から一枚の参照画像を作成することを繰り返すことにより、前記複数の参照画像を作成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続する二枚の画像が情報の共通部分を持つように複数の画像を作成して参照画像とし、参照画像から三次元画像を再構成する。このように、三次元画像の作成元となる参照画像について、連続する二枚の参照画像に情報の共通部分を持たせることにより、三次元画像上の参照画像の繋ぎ目に相当する部分に生ずる階段状アーチファクトを低減することができる。これによって断層像の精細度を低下させたり被検体のＸ線被曝や拘束時間を増加させたりすることは全くない。また、フィルタリングなどで階段状アーチファクトを低減しようとすると三次元画像の精度の劣化が避けられないが、本発明によれば、実際の情報に基づいて三次元画像を再構成しているので、三次元画像の精度の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に従って本発明に係るＸ線ＣＴ装置及びその三次元画像再構成方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態によるＸ線ＣＴ装置の概略構成図である。Ｘ線ＣＴ装置１０は、主として、投影データを収集するためのスキャナ２０と、スキャナ２０を制御すると共にスキャナ２０によって得られた投影データを処理するコントローラ４０とから構成される。
【００１４】
スキャナ２０は、主として、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置２２と、被検体２４が載置される被検体テーブル２６と、被検体テーブル２６を被検体２４の体軸（以下、単に「体軸」と呼ぶ）方向に移動させる被検体テーブル移動装置２８と、被検体２４を透過したＸ線を検出する多列Ｘ線検出器３０と、Ｘ線発生装置２２と多列Ｘ線検出器３０とを含むスキャナ本体３２を体軸を中心にして連続回転させるスキャナ回転装置３４とを有する。
【００１５】
多列Ｘ線検出器３０は、体軸方向に複数並んだＸ線検出素子列３０Ａ、３０Ｂ、…を備えている。Ｘ線検出素子列の数は、例えば数十列から数百列である。Ｘ線検出素子列３０Ａ、３０Ｂ、…のそれぞれは一列に並んだ複数のＸ線検出素子からなり、例えばＸ線検出素子列３０ＡはＸ線検出素子３０Ａ１、３０Ａ２、…からなる。一列のＸ線検出素子列のＸ線検出素子の数は、例えば数十個から数百個である。一つのＸ線検出素子のＸ線検出面の大きさは例えば約１×１ｍｍであり、一列のＸ線検出素子列の体軸方向の幅は例えば約１ｍｍである。
【００１６】
コントローラ４０は、Ｘ線ＣＴ装置１０全体を制御するＣＰＵ４２を有する。投影データを収集する際には、Ｘ線発生装置制御部４４がＸ線発生装置２２を制御してＸ線を発生させ、多列Ｘ線検出器３０が被検体２４を透過したＸ線を検出して計測信号を出力する。それと同時に、スキャナ回転制御部４６がスキャナ回転装置３４を制御してスキャナ本体３２を回転させると共に、被検体テーブル移動制御部４８が被検体テーブル移動装置２８を制御して被検体２４が載置された被検体テーブル２６を移動させることにより、被検体２４をヘリカルスキャンすることができる。
【００１７】
多列Ｘ線検出器３０から出力された計測信号は、計測信号Ａ／Ｄ変換部５０によりデジタル信号に変換されて投影データとなる。そして、再構成演算器５２が、投影データから被検体２４の二次元断層像を再構成する。再構成された断層像は、データ表示・格納制御部５４を介して、必要に応じて画像表示用ディスプレイ５６に表示されると共にデータ記録装置５８に格納される。投影データをデータ記録装置５８に格納しても良い。データ記録装置５８は、コントローラ４０に内蔵又は外付けされたメモリ、磁気ディスク等の記憶装置や、取り出し可能な外部メディアに対してデータの書き込み及び読み出しを行う装置や、外部記憶装置とネットワークを介してデータを送受信する装置などでも良い。また、データ記録装置５８は、ＣＰＵ４２にＸ線ＣＴ装置１０を制御させるためのプログラムを格納している。
【００１８】
次に、参照画像作成部６０が、投影データ又は断層像から後述する参照画像を作成する。作成された参照画像は、データ表示・格納制御部５４を介してデータ記録装置５８に格納される。そして、三次元画像作成部６２が、参照画像又は断層像から三次元画像を作成する。作成された三次元画像は、データ表示・格納制御部５４を介して、必要に応じて画像表示用ディスプレイ５６に表示されると共にデータ記録装置５８に格納される。
【００１９】
演算器制御部６４は、計測信号Ａ／Ｄ変換部５０、再構成演算器５２、データ表示・格納制御部５４、参照画像作成部６０及び三次元画像作成部６２を制御する。コンソール６６は、キーボード、ポインティングデバイス、表示装置（画像表示用ディスプレイ５６と兼用でも良い）等の入出力手段（不図示）を備え、コントローラ４０と操作者とのインターフェースとなる。バス６８は、コントローラ４０内の各部のデータ送受信を仲介する。
【００２０】
図２を参照して、本発明の実施の形態による三次元画像の再構成方法について説明する。上述のような投影データの収集により、被検体２４の連続する位置Ｐ１のスライス１、位置Ｐ２のスライス２、…（図２（Ａ））から、投影データ１、投影データ２、…（図２（Ｂ））が得られる。再構成演算器５２に精細度の高い断層像を再構成させるためには、各スライスのスライス厚Ｔはできるだけ小さいことが好ましい。
【００２１】
多列Ｘ線検出器３０を用いたヘリカルスキャンによれば、被検体２４のどの方向にもほぼ等しい分解能を持つ等方向性投影データを収集することができるので、被検体２４上でスライス１、スライス２、…が並ぶ方向（図２上のＰ軸方向）は任意に選択することができる。また、スキャナ本体３２を回転させるだけで被検体２４を移動させないノンヘリカルスキャンを行い、Ｘ線検出素子列３０Ａにより得られた投影データを投影データＡ、Ｘ線検出素子列３０Ｂにより得られた投影データを投影データＢ、…としても良く、その場合は体軸方向が図２上のＰ軸方向となる。
【００２２】
次に、再構成演算器５２が投影データ１、投影データ２、…のそれぞれから断層像１、断層像２、…（図２（Ｃ））を再構成し、再構成された断層像はデータ記録装置５８に格納される。これにより、スライス厚が小さく精細度が高い断層像を確保することができる。
【００２３】
三次元画像作成部６２は、データ記録装置５８に格納された断層像１、断層像２、…を読み出して、それらから直接的に三次元画像を再構成することもできるが、スライス厚が小さい断層像から三次元画像を再構成すると、三次元画像上で断層像の繋ぎ目に相当する部分に階段状のアーチファクトが生ずることが多い。そこで、本実施の形態では、参照画像作成部６０が断層像から複数の参照画像（図２（Ｄ））をまず作成し、三次元画像作成部６２は参照画像から三次元画像（図２（Ｅ））を再構成する。
【００２４】
図２（Ｄ）の例では、参照画像作成部６０は、断層像１と断層像２とを加算した画像を参照画像１、断層像２と断層像３とを加算した画像を参照画像２、…とする。この結果、例えば、参照画像１と参照画像２とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像２が共通であり、参照画像２と参照画像３とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像３が共通である。即ち、複数の参照画像のうち連続する二枚は、それぞれの作成元となる断層像の一部が互いに共通であり、したがってそれぞれの作成元となる投影データの一部が互いに共通である。
【００２５】
上述の例では、再構成演算器５２が投影データから断層像を再構成し、参照画像作成部６０は断層像から参照画像を作成しているが、参照画像作成部６０が投影データから直接的に参照画像を再構成しても良い。その場合、参照画像作成部６０は、投影データ１と投影データ２とを加算したデータから再構成した画像を参照画像１、投影データ２と投影データ３とを加算したデータから再構成した画像を参照画像２、…とする。これによっても、複数の参照画像のうち連続する二枚は、それぞれの作成元となる投影データの一部が互いに共通となる。
【００２６】
このように、三次元画像作成部６２が三次元画像の作成元とする参照画像について、連続する二枚の参照画像に情報の共通部分を持たせることにより、三次元画像上の参照画像の繋ぎ目に相当する部分に生ずる階段状アーチファクトを低減することができる。
【００２７】
図３に、参照画像の他の作成例を示す。図３（Ａ）〜（Ｃ）及び（Ｅ）は図２（Ａ）〜（Ｃ）及び（Ｅ）と同様である。図３（Ｄ）の例では、参照画像作成部６０は、断層像２に断層像１の１／２と断層像３の１／２とを加算した画像を参照画像２、断層像３に断層像２の１／２と断層像４の１／２とを加算した画像を参照画像３、…とする。この結果、例えば、参照画像１と参照画像２とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像１の１／２及び断層像２の１／２が共通であり、参照画像２と参照画像３とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像２の１／２及び断層像３の１／２が共通である。また、参照画像作成部６０が投影データから直接的に参照画像を再構成する場合は、投影データ２に投影データ１の１／２と投影データ３の１／２とを加算したデータから再構成した画像を参照画像２、投影データ３に投影データ２の１／２と投影データ４の１／２とを加算したデータから再構成した画像を参照画像３、…とする。このように、一枚のスライスから得られる投影データ又は断層像を連続する二枚の参照画像のそれぞれに分配することによって、連続する二枚の参照画像に情報の共通部分を持たせても良い。
【００２８】
図４に、参照画像の他の作成例を示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）は図２（Ａ）〜（Ｃ）と同様である。図４（Ｄ）の例では、参照画像作成部６０は、断層像１と断層像２と断層像３とを加算した画像を参照画像１、断層像２と断層像３と断層像４とを加算した画像を参照画像２、…とする。この結果、例えば、参照画像１と参照画像２とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像２及び断層像３が共通であり、参照画像２と参照画像３とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像３及び断層像４が共通である。また、参照画像作成部６０が投影データから直接的に参照画像を再構成する場合は、投影データ１と投影データ２と投影データ３とを加算したデータから再構成した画像を参照画像１、投影データ２と投影データ３と投影データ４とを加算したデータから再構成した画像を参照画像２、…とする。
【００２９】
図４の例では連続する二枚の参照画像の共通部分の割合は２／３であるが、この割合を更に大きくしても良い。このように、三次元画像作成部６２が三次元画像（図４（Ｅ））の作成元とする参照画像について、連続する二枚の参照画像に情報の共通部分をより多く持たせることにより、三次元画像上の参照画像の繋ぎ目に相当する部分に生ずる階段状アーチファクトをより低減することができる。
【００３０】
図５に、参照画像の他の作成例を示す。図５（Ａ）〜（Ｃ）は図２（Ａ）〜（Ｃ）と同様である。図５（Ｄ）の例では、参照画像作成部６０は、断層像１と断層像２と断層像３とを加算した画像を参照画像１、断層像３と断層像４と断層像５とを加算した画像を参照画像２、断層像５と断層像６と断層像７とを加算した画像を参照画像３、…とする。この結果、例えば、参照画像１と参照画像２とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像３が共通であり、参照画像２と参照画像３とはそれぞれの作成元となる断層像のうち断層像５が共通である。また、参照画像作成部６０が投影データから直接的に参照画像を再構成する場合は、投影データ１と投影データ２と投影データ３とを加算したデータから再構成した画像を参照画像１、投影データ３と投影データ４と投影データ５とを加算したデータから再構成した画像を参照画像２、…とする。
【００３１】
図５の例では連続する二枚の参照画像の共通部分の割合は１／３であるが、この割合を更に小さくしても良く、それでも三次元画像上の階段状アーチファクトを低減する効果はある。このように、一枚の参照画像の作成元となるスライスの数を増やしながら連続する二枚の参照画像の共通部分の割合を小さくすることにより、三次元画像作成部６２が三次元画像（図５（Ｅ））の作成元とする参照画像の数を減らすことができ、三次元画像作成部６２の計算量を減らして計算時間を短くすることができる。
【００３２】
スライス１の位置Ｐ１、スライス２の位置Ｐ２、及びスライス厚Ｔの関係は、図２乃至５の例ではＰ２−Ｐ１＝Ｔであるが、それ以外であっても良い。以下に、参照画像作成部６０が、位置Ｐ１のスライス１の断層像１及び位置Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２とする）のスライス２の断層像２を重み付け加算して、位置Ｘの参照画像を作成する例を説明する。参照画像作成部６０がスライス１及びスライス２の投影データから直接的に位置Ｘの参照画像を再構成する場合は、投影データを同様に重み付け加算したデータから再構成した画像を参照画像とすれば良い。
【００３３】
【数１】
2005253518.tif 000003
【００３４】
三次元画像の再構成にはアーチファクトの低減、計算時間の短縮、分解能の向上などの様々な要求があるが、それらの優先順位は場合によって前後するので、操作者が参照画像作成部６０に実行させる最適な参照画像作成方法を上述のような様々な方法からコンソール６６を介して選択できるようにしても良く、更に、三次元画像作成部６２に参照画像を用いないで投影データ又は断層像から直接的に三次元画像を再構成させることを選択できるようにしても良い。また、操作者が低アーチファクトモード、短計算時間モード、高分解能モードなどから所望のモードを選択できるようにして、その選択に基づいてＣＰＵ４２が最適な三次元画像再構成方法を自動的に選択して実行しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明に係る三次元画像の再構成方法の第一の実施の形態について説明するために用いた図である。
【図３】図３は本発明に係る三次元画像の再構成方法の第二の実施の形態について説明するために用いた図である。
【図４】図４は本発明に係る三次元画像の再構成方法の第三の実施の形態について説明するために用いた図である。
【図５】図５は本発明に係る三次元画像の再構成方法の第四の実施の形態について説明するために用いた図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…Ｘ線ＣＴ装置、２０…スキャナ、２２…Ｘ線発生装置、２４…被検体、２６…被検体テーブル、２８…被検体テーブル移動装置、３０…多列Ｘ線検出器、３０Ａ，３０Ｂ…Ｘ線検出素子列、３０Ａ１，３０Ａ２…Ｘ線検出素子、３２…スキャナ本体、３４…スキャナ回転装置、４０…コントローラ、４２…ＣＰＵ、４４…Ｘ線発生装置制御部、４６…スキャナ回転制御部、４８…被検体テーブル移動制御部、５０…計測信号Ａ／Ｄ変換部、５２…再構成演算器、５４…データ表示・格納制御部、５６…画像表示用ディスプレイ、５８…データ記録装置、６０…参照画像作成部、６２…三次元画像作成部、６４…演算器制御部、６６…コンソール、６８…バス
【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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