(57)【要約】【課題】時間的に変化する3次元画像からなる4次元画像に対して、画質改善を実現する。【解決手段】時間的に変化する3次元画像からなる4次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に空間フィルタ処理を行う。【選択図】図１６
2007021021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に変化する3次元画像を入力する画像入力手段、
時間軸方向、空間軸方向に4次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、
空間フィルタ処理を行われた3次元画像を出力または表示する画像出力表示手段
を持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
時間的に変化する2次元画像を入力する画像入力手段、
時間軸方向、空間軸方向に3次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、
空間フィルタ処理を行われた2次元画像を出力または表示する画像出力表示手段
を持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
時間的に変化するN-1次元画像を時間的に変化するN-1種の独立なパラメータを基底とするN-1次元画像を入力する画像入力手段、
時間軸方向、空間軸方向にN次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、
空間フィルタ処理を行われたN-1次元画像を出力または表示する画像出力表示手段
を持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
時間的に変化する3次元画像を入力する画像入力手段、
時間軸方向、空間軸方向に近傍の画素を選択し、選択された近傍の画素に適応型4次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、
空間フィルタ処理を行われた3次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を
持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
時間的に変化する2次元画像を入力する画像入力手段、
時間軸方向、空間軸方向に近傍の画素を選択し、
選択された近傍の画素に適応型3次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、
空間フィルタ処理を行われた2次元画像を出力または表示する画像出力表示手段
を持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
時間的に変化するN-1次元画像を時間的に変化するN-1種の独立なパラメータを基底とするN-1次元画像を入力する画像入力手段、
時間軸方向、空間軸方向に近傍の画素を選択し、選択された近傍の画素に適応型N次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、
空間フィルタ処理を行われたN-1次元画像を出力または表示する画像出力表示手段
を持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】
請求項1から請求項6のいずれかに記載の画像処理装置において、選択された近傍の画素とは空間フィルタの中心の注目画素と画素値が統計的に近いか否かで選択される空間フィルタ処理手段
を持つことを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、
収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、
画像再構成された断層像を後処理する後処理手段
後処理された断層像を表示する断層像表示手段、
撮影条件を設定する撮影条件設定手段
とからなるX線CT装置において、
断層像撮影で得られた時間的に変化する3次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に、つまり、データ収集系の回転面、得られる断層像面をxy平面とし、それに垂直な方向をz方向とするとxyz方向に空間フィルタ処理を行う後処理の手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項９】
X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、
収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、
画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、
後処理された断層像を表示する断層像表示手段、
撮影条件を設定する撮影条件設定手段
とからなるX線CT装置において、
断層像撮影で得られた時間的に変化する投影データに対して、時間軸方向、空間軸方向であるチャネル方向、検出器列方向、ビュー方向に対して、空間フィルタ処理を行う前処理の手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１０】
X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、
収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、
画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、
後処理された断層像を表示する断層像表示手段、
撮影条件を設定する撮影条件設定手段
とからなるX線CT装置において、
断層像撮影で得られた時間的に変化する3次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に、つまり、データ収集系の回転面、得られる断層像面をxy平面とし、それに垂直な方向をz方向とするとxyz方向に近傍の画素を選択する手段、
選択された近傍の画素に適応型空間フィルタ処理を行う手段
を後処理の手段に持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１１】
X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、
収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、
画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、
後処理された断層像を表示する断層像表示手段、
撮影条件を設定する撮影条件設定手段
とからなるX線CT装置において、
断層像撮影で得られた時間的に変化する投影データに対して、時間軸方向、空間軸方向に、つまり、データ収集系の回転面、得られる断層像面をxy平面とし、それに垂直な方向をz方向とするとxyz方向に近傍の画素を選択する手段、
選択された近傍の画素に適応型空間フィルタ処理を行う手段  を前処理の手段に持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１２】
請求項8から請求項11のいずれかに記載のX線CT装置において、選択された近傍の画素とは、空間フィルタの中心の注目画素と画素値が統計的に近いか否かで選択される空間フィルタ処理を行う後処理手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１３】
請求項8から請求項12のいずれかに記載のX線CT装置において、
マトリクス構造の2次元X線エリア検出器は円弧型の多列X線検出器であるデータ手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１４】
請求項8から請求項12のいずれかに記載のX線CT装置において、
マトリクス構造の2次元X線エリア検出器は平面型の2次元X線エリア検出器を1つまたは複数枚組合わせた構造であるデータ収集手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１５】
請求項8から請求項14のいずれかに記載のX線CT装置において、
3次元画像再構成を用いて画像再構成を行う画像再構成手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１６】
請求項8から請求項15のいずれかに記載のX線CT装置において、
シネスキャンで得られた断層像に対して後処理を行う後処理手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１７】
請求項8から請求項15のいずれかに記載のX線CT装置において、
ヘリカルスキャンで得られた断層像に対して後処理を行う後処理手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１８】
請求項8から請求項17のいずれかに記載のX線CT装置において、
ノイズ指標値を入力する撮影条件設定手段、
前記ノイズ指標値に基いて時系列3次元（4次元）空間フィルタ処理を最適化して後処理を行う後処理手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【請求項１９】
請求項8から請求項18のいずれかに記載のX線CT装置において、
ノイズ指標値に基いて撮影条件を最適化する撮影条件設定手段
を持つことを特徴とするX線CT装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間的に変化する画像の画質を改善する画像処理装置に関する。またはX線CT装置のヘリカルスキャン、シネスキャンの画質改善、被曝低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は多列X線検出器X線CT装置またはフラットパネルに代表される2次元X線エリア検出器によるX線CT装置においては、図12(a)のようにシネスキャンで得られたx，y，z軸の3次元画像に対して、図12(b)に示すように、空間軸x，y，z軸方向の3次元空間フィルタをかけてノイズ低減などの処理を行っていた。3次元空間フィルタの例としては、下記の文献が知られる。
【０００３】
【非特許文献１】「Oplus E」誌，1988年11月号，144〜145頁，（株）新技術コミュニケーションズ
【０００４】
しかし、従来の技術はx，y，zの3次元方向に空間フィルタ処理を行うもので、時系列的な処理は考えられていなかった。この点で更なるX線の被曝低減、画質改善が望まれており、その観点からはまだ不充分であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に画像処理の分野では、画質改善は常に要求される。
【０００６】
また、医療用X線診断の分野では、一般的にX線CT装置の普及、その検査目的の多様化に伴い、X線無駄被曝の問題がより大きくなる方向であり、被曝低減は常に要求される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、時間的に変化する3次元画像を、時系列3次元画像の4次元画像として、時間的に変化する2次元画像を、時系列2次元画像の3次元画像として、時間的に変化するN-1次元画像を、時系列N-1次元画像のN次元画像として、時間軸および全空間軸方向の情報を用いて画質を改善できる画像処理装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、多列X線検出器、またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス状の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンにより得られる時系列3次元画像または時系列2次元画像に対して、時間軸および空間軸方向の情報を用いて画質を改善し、目標とする画質をより低いX線線量で実現できるX線CT装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、時間的に変化する3次元画像からなる4次元画像、時間的に変化する2次元画像からなる3次元画像、時間的に変化するN-1次元画像からなる（N-1種の独立なパラメータを基底とするN-1次元画像）N次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に空間フィルタ処理または適応型空間フィルタ処理を行い、画質改善を実現できることを特徴とする画像処理方法および画像処理装置を提供する。
【００１０】
本発明は、多列X線検出器または、フラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス状の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のシネスキャン、ヘリカルスキャンによる時系列3次元画像または時系列2次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に空間フィルタ処理をかける。または、同質の領域に属している画素のみにフィルタをかけるような適応型空間フィルタ処理を行い画質改善を実現できる。
【００１１】
第1の観点では、本発明は、時間的に変化する3次元画像を入力する画像入力手段、時間軸方向、空間軸方向に4次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、空間フィルタ処理を行われた3次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００１２】
上記第1の観点における画像処理装置では、x，y，z軸の空間軸方向に加え、時間軸方向にも4次元空間フィルタにより近傍画素情報を処理できる。特に画像ノイズ低減の時には多くの画素情報を用いることで、より効果的にノイズ低減が実現できる。
【００１３】
第2の観点では、本発明は、時間的に変化する2次元画像を入力する画像入力手段、時間軸方向、空間軸方向に3次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、空間フィルタ処理を行われた2次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００１４】
上記第2の観点における画像処理装置では、x，y軸の空間軸方向に加え、時間軸方向にも3次元空間フィルタにより近傍画素情報を処理できる。特に画像ノイズ低減の時には多くの画素情報を用いることで、より効果的にノイズ低減が実現できる。
【００１５】
第3の観点では、本発明は、時間的に変化するN-1次元画像を時間的に変化するN-1種の独立なパラメータを基底とするN-1次元画像を入力する画像入力手段、時間軸方向、空間軸方向にN次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、空間フィルタ処理を行われたN-1次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００１６】
上記第3の観点における画像処理装置では、N-1次元の空間軸方向に加え、時間軸方向にもN次元空間フィルタにより近傍画素情報を処理できる。特に画像ノイズ低減の時には多くの画素情報を用いることで、より効果的にノイズ低減が実現できる。
【００１７】
第4の観点では、本発明は、時間的に変化する3次元画像を入力する画像入力手段、時間軸方向、空間軸方向に近傍の画素を選択し、選択された近傍の画素に適応型4次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、空間フィルタ処理を行われた3次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００１８】
上記第4の観点における画像処理装置では、x，y，z軸の空間軸方向に加え、時間軸方向にも4次元空間フィルタにより近傍画素情報を処理できる。特に画像ノイズ低減の時には多くの画素の中から選択的に目的に合った画素を取り出して用いることで、より効果的にノイズ低減が実現できる。
【００１９】
第5の観点では、本発明は、時間的に変化する2次元画像を入力する画像入力手段、時間軸方向、空間軸方向に近傍の画素を選択し、選択された近傍の画素に適応型3次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、空間フィルタ処理を行われた2次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００２０】
上記第5の観点における画像処理装置では、x，y軸の空間軸方向に加え、時間軸方向にも3次元空間フィルタにより近傍画素情報を処理できる。特に画像ノイズ低減の時には多くの画素の中から選択的に目的に合った画素を取り出して用いることで、より効果的にノイズ低減が実現できる。
【００２１】
第6の観点では、本発明は、時間的に変化するN-1次元画像を時間的に変化するN-1種の独立なパラメータを基底とするN-1次元画像を入力する画像入力手段、時間軸方向、空間軸方向に近傍の画素を選択し、選択された近傍の画素に適応型N次元空間フィルタ処理を行う空間フィルタ処理手段、空間フィルタ処理を行われたN-1次元画像を出力または表示する画像出力表示手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００２２】
上記第6の観点における画像処理装置では、N-1次元の空間軸方向に加え、時間軸方向にもN次元空間フィルタにより近傍画素情報を処理できる。特に画像ノイズ低減の時には多くの画素の中から選択的に目的に合った画素を取り出して用いることで、より効果的にノイズ低減が実現できる。
【００２３】
第7の観点では、本発明は、第1から第6までの観点の画像処理装置において、選択された近傍の画素とは空間フィルタの中心の注目画素と画素値が統計的に近いか否かで選択される空間フィルタ処理手段を持つことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００２４】
上記第7の観点における画像処理装置では、空間軸方向に加え、時間軸方向にも近傍画素情報を処理する際に、同質の画素同士を集めて、その間で画像ノイズ低減を行うことでより効果的にノイズ低減が行える。
【００２５】
第8の観点では、本発明は、X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、後処理された断層像を表示する断層像表示手段、撮影条件を設定する撮影条件設定手段とからなるX線CT装置において、断層像撮影で得られた時間的に変化する3次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に、つまり、データ収集系の回転面、得られる断層像面をxy平面とし、それに垂直な方向をz方向とするとxyz方向に空間フィルタ処理を行う後処理の手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００２６】
上記第8の観点におけるX線CT装置では、断層像撮影で得られた時系列3次元画像または時系列2次元画像に対して、画像空間において時間軸方向、空間軸方向に4次元空間フィルタ処理または3次元空間フィルタ処理を行い、画質改善、被曝低減を実現する。または、4次元空間フィルタ処理、3次元空間フィルタ処理を注目画素の近傍の同質の画素にのみフィルタをかけるようにしても実現できる。
【００２７】
第9の観点では、本発明は、X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、後処理された断層像を表示する断層像表示手段、撮影条件を設定する撮影条件設定手段とからなるX線CT装置において、断層像撮影で得られた時間的に変化する投影データに対して、時間軸方向、空間軸方向であるチャネル方向、検出器列方向、ビュー方向に対して、空間フィルタ処理を行う前処理の手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００２８】
上記第9の観点におけるX線CT装置では、断層像撮影で得られた時系列3次元投影データまたは時系列2次元投影データ空間において、時間軸方向、空間軸方向に4次元空間フィルタ処理または3次元空間フィルタ処理を行い、画質改善、被曝低減を実現する。または、4次元空間フィルタ処理、3次元空間フィルタ処理を注目画素の近傍の同質の画素にのみフィルタをかけるようにしても実現できる。
【００２９】
第10の観点では、本発明は、X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、後処理された断層像を表示する断層像表示手段、撮影条件を設定する撮影条件設定手段とからなるX線CT装置において、断層像撮影で得られた時間的に変化する3次元画像に対して、時間軸方向、空間軸方向に、つまり、データ収集系の回転面、得られる断層像面をxy平面とし、それに垂直な方向をz方向とするとxyz方向に近傍の画素を選択する手段、選択された近傍の画素に適応型空間フィルタ処理を行う手段を後処理の手段に持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００３０】
上記第10の観点におけるX線CT装置では、断層像撮影で得られた時系列2次元画像、時系列3次元画像に対して、画像空間において時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元の適応型空間フィルタ処理を行い、画像改善、被曝低減を実現する。
【００３１】
第11の観点では、本発明は、X線発生装置と、相対したマトリクス構造の2次元X線エリア検出器とを、その間にある回転中心のまわりに回転運動させながら、その間にある被検体のX線投影データを収集するデータ収集手段、収集されたX線投影データを画像再構成する画像再構成手段、画像再構成された断層像を後処理する後処理手段、後処理された断層像を表示する断層像表示手段、撮影条件を設定する撮影条件設定手段とからなるX線CT装置において、断層像撮影で得られた時間的に変化する投影データに対して、時間軸方向、空間軸方向に、つまり、データ収集系の回転面、得られる断層像面をxy平面とし、それに垂直な方向をz方向とするとxyz方向に近傍の画素を選択する手段、選択された近傍の画素に適応型空間フィルタ処理を行う手段を前処理の手段に持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００３２】
上記第11の観点におけるX線CT装置では、断層像撮影で得られた時系列2次元画像、時系列3次元画像に対して、投影データ空間において時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元の適応型空間フィルタ処理を行い、画像改善、被曝低減を実現する。
【００３３】
第12の観点では、本発明は、第8から第11までの観点のX線CT装置において、選択された近傍の画素とは、空間フィルタの中心の注目画素と画素値が統計的に近いか否かで選択されることを特徴とする。
【００３４】
上記第12の観点におけるX線CT装置では、空間軸方向に加え、時間軸方向にも近傍画素情報を処理する際に、同質の画素同士を集めて、その間で画像ノイズ低減を行うことでより効果的にノイズ低減が行える。
【００３５】
第13の観点では、本発明は、第8から第12までの観点のX線CT装置において、マトリクス構造の2次元X線エリア検出器は円弧型の多列X線検出器であるデータ手段
を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００３６】
上記第13の観点におけるX線CT装置では、円弧型の多列X線検出器により、1回転のデータ収集でz方向に連続した断層像を複数枚撮影でき、3次元画像が得られる。更に複数回転のデータ収集で時系列3次元画像が得られる。
【００３７】
第14の観点では、本発明は、第8から第12までの観点のX線CT装置において、マトリクス構造の2次元X線エリア検出器は平面型の2次元X線エリア検出器を1つまたは複数枚組合わせた構造であるデータ手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００３８】
上記第14の観点におけるX線CT装置では、平面型の2次元X線エリア検出器を1つまたは複数枚組合わせた2次元X線エリア検出器により、1回転のデータ収集でz方向に連続した断層像を複数枚撮影でき、3次元画像が得られる。更に複数回転のデータ収集で時系列3次元画像が得られる。
【００３９】
第15の観点では、本発明は、第8から第14までの観点のX線CT装置において、3次元画像再構成を用いて画像再構成を行う画像再構成手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００４０】
上記第15の観点におけるX線CT装置では、画像再構成に3次元画像再構成を用いることにより、z方向に幅広い2次元X線エリア検出器を用いた場合でも、z方向により均一な画質の断層像が実現できる。これらの断層像から得られた時系列3次元画像はz方向に均一で、より効果的に時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元の空間フィルタ処理を行うことができる。また、画像再構成に3次元画像再構成を用いることにより、ヘリカルスキャン時にz方向に幅広い範囲で複数枚の断層像が画像再構成できる。一般的には、ヘリカルスキャン時には時間軸が変化するとz方向にはオーバーラップする3次元画像の範囲は少ないが、これにより、ヘリカルスキャン時に時間軸方向に変化しても、オーバーラップしている3次元画像のz方向の範囲が広くなり、時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元の空間フィルタ処理を行う効果を大きくすることができる。
【００４１】
第16の観点では、本発明は、第8から第15までの観点のX線CT装置において、シネスキャンで得られた断層像に対して後処理を行う後処理手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００４２】
上記第16の観点におけるX線CT装置では、2次元X線エリア検出器を用いたX線CT装置のシネスキャンによると、ある一定幅の同一のz方向の範囲の複数枚の断層像が時系列に得られ、これが時系列の3次元画像となり、時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元の空間フィルタ処理を行うことができる。
【００４３】
第17の観点では、第8から第15までの観点のX線CT装置において、ヘリカルスキャンで得られた断層像に対して後処理を行う後処理手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００４４】
上記第17の観点におけるX線CT装置では、2次元X線エリア検出器を用いたX線CT装置において、画像再構成に3次元画像再構成を用いた場合、ヘリカルスキャンではある時刻において、z方向にある一定幅の範囲の複数枚の断層像が画像再構成して得られる。あるヘリカルピッチにおいては、特にヘリカルピッチ1以下の場合では、時刻が変化しても前の時刻におけるz方向のある一定幅の範囲と、次の時刻におけるz方向のある一定幅の範囲とのオーバーラップする範囲が大きくなる。このオーバーラップして重なる範囲において、時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元の空間フィルタ処理を行うことができる。
【００４５】
第18の観点では、本発明は、第8から第17までの観点のX線CT装置において、ノイズ指標値を入力する撮影条件設定手段、前記ノイズ指標値に基いて時系列3次元（4次元）空間フィルタ処理を最適化して後処理を行う後処理手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００４６】
上記第18の観点におけるX線CT装置では、z方向に形状が部位ごとに変化する被検体では撮影条件を一定にしても、各z方向位置において画像ノイズなどの画質特性が一定にならない。このため、撮影条件設定時に設定されたノイズ指標値を目標として、時間軸方向、空間軸方向の4次元または3次元空間フィルタ処理のパラメータを変えて、各z方向位置において最適化を行うことで画質特性をz方向に均一に近づけることができる。
【００４７】
第19の観点では、本発明は、第8から第18までの観点のX線CT装置において、ノイズ指標値に基いて撮影条件を最適化する撮影条件設定手段を持つことを特徴とするX線CT装置を提供する。
【００４８】
上記第19の観点におけるX線CT装置では、z方向に形状が部位ごとに変化する被検体において、z方向の画質特性を一定にする場合に、撮影条件設定時に設定されたノイズ指標値を目標にして、時間軸方向、空間軸方向に4次元または3次元空間フィルタ処理のパラメータを最適化して画質特性をz方向に均一に近づけられない場合は、z方向に撮影条件も変化させて画質特性をz方向に均一に近づけることができる。特にX線管電流をz方向に変化させて空間フィルタ処理と並用してz方向に画質特性を均一に近づけることができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の効果としては、時間的に変化する3次元画像を、時系列3次元画像の4次元画像として、時間的に変化する2次元画像を、時系列2次元画像の3次元画像として、時間的に変化するN-1次元画像を、時系列N-1次元画像のN次元画像として、時間軸および全空間軸方向の情報を用いて画質を改善できる。
【００５０】
また、本発明の別の効果として、多列X線検出器、またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス状の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンにより得られる時系列3次元画像または時系列2次元画像に対して、時間軸および空間軸方向の情報を用いて画質を改善し、目標とする画質をより低いX線線量で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００５２】
図1は、本発明の一実施形態にかかるX線CT装置の構成ブロック図である。このX線CT装置100は、操作コンソール1と、撮影テーブル10と、走査ガントリ20とを具備している。
【００５３】
操作コンソール1は、操作者の入力を受け付ける入力装置2と、前処理、画像再構成処理、後処理などを実行する中央処理装置3と、走査ガントリ20で収集したX線検出器データを収集するデータ収集バッファ5と、X線検出器データを前処理して求められた投影データから画像再構成した断層像を表示するモニタ6と、プログラムやX線検出器データや投影データやX線断層像を記憶する記憶装置7とを具備している。
【００５４】
撮影テーブル10は、被検体を乗せて走査ガントリ20の開口部に入れ出しするクレードル12を具備している。クレードル12は撮影テーブル10に内蔵するモータで昇降およびテーブル直線移動される。
【００５５】
走査ガントリ20は、X線管21と、X線コントローラ22と、コリメータ23と、多列X線検出器24と、DAS（Data Acquisition System）25と、被検体の体軸の回りに回転しているX線管21などを制御する回転部コントローラ26と、制御信号などを前記操作コンソール1や撮影テーブル10とやり取りする制御コントローラ29とを具備している。また、走査ガントリ傾斜コントローラ27により、走査ガントリ20はz方向の前方および後方に±約30度ほど傾斜できる。
【００５６】
図2は、X線管21と多列X線検出器24の幾何学的配置の説明図である。
【００５７】
X線管21と多列X線検出器24は、回転中心ICの回りを回転する。鉛直方向をy方向とし、水平方向をx方向とし、これらに垂直なテーブル進行方向をz方向とするとき、X線管21および多列X線検出器24の回転平面は、xy面である。また、クレードル12の移動方向は、z方向である。
【００５８】
X線管21は、コーンビームCBと呼ばれるX線ビームを発生する。コーンビームCBの中心軸方向がy方向に平行なときを、ビュー角度0度とする。
【００５９】
多列X線検出器24は、例えば256列の検出器列を有する。また、各検出器列は例えば1024チャネルの検出器チャネルを有する。つまり、多列X線検出器24は、回転部15がX線管21を被検体の周囲に回転するチャネル方向と、その回転部15がX線管21を被検体の周囲に回転する際の回転軸に沿った列方向とのそれぞれに、X線を検出するＸ線検出器が、複数並んで、マトリクス状に配列されている。
【００６０】
X線が照射されて、収集された投影データは、多列X線検出器24からDAS25でA／D変換され、スリップリング30を経由してデータ収集バッファ5に入力される。データ収集バッファ5に入力されたデータは、記憶装置7のプログラムにより中央処理装置3で処理され、断層像に画像再構成されてモニタ6に表示される。
【００６１】
図3は、本実施例のX線CT装置100の動作の概略を示すフロー図である。
【００６２】
ステップS1では、ヘリカルスキャンでは、X線管21と多列X線検出器24とを被検体の回りに回転させ、かつ撮影テーブル10上のクレードル12をテーブルを直線移動させながらX線検出器データのデータ収集動作を行ない、ビュー角度viewと、検出器列番号jと、チャネル番号iとで表わされるX線検出器データD0（view，j，i）にテーブル直線移動z方向位置Ztable（view）を付加させて、X線検出器データを収集する。また、コンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）またはシネスキャンでは撮影テーブル10上のクレードル12をあるz方向位置に固定させたまま、データ収集系を1回転または複数回転させてX線検出器データのデータ収集を行う。必要に応じて、次のz方向位置に移動した後に、再度データ収集系を1回転または複数回転させてX線検出器データのデータ収集を行う。なお、上記において、ビュー角度viewとは、スキャンの実施の際に、X線管21が回転部15によって所定位置から被検体の周囲を回転移動される角度である。また、検出器列番号jとは、多列X線検出器24において、列方向に並ぶＸ線検出器の番号である。また、チャネル番号iとは、多列X線検出器24において、チャネル方向に並ぶＸ線検出器の番号である。また、X線検出器データD0（view，j，i）とは、所定のビュー角度viewに移動されたX線管21がX線を被検体へ照射した際に、多列X線検出器24において検出器列番号j，チャネル番号iに位置するチャネルが、その被検体を透過したX線を検出することでテータ収集するデータを示している。また、テーブル直線移動z方向位置Ztable（view）とは、スキャンの実施の際に、撮影テーブル１０のクレードル１２が被検体の体軸方向ｚに添って移動された位置を示している。
【００６３】
ステップS2では、X線検出器データD0(view，j，i)に対して前処理を行い、投影データに変換する。前処理は図4のようにステップS21のオフセット補正，ステップS22の対数変換，ステップS23のＸ線線量補正，ステップS24の感度補正からなる。
【００６４】
ステップS3では、前処理された投影データD1 (view，j，i)に対して、ビームハードニング補正を行なう。ビームハードニング補正S3では前処理S2の感度補正S24が行なわれた投影データをD1(view，j，i)とし、ビームハードニング補正S3の後のデータをD11(view，j，i)とすると、ビームハードニング補正S3は以下のように、例えば以下の数式（１）のような多項式形式で表わされる。
【００６５】
【数１】
2007021021.tif 000003
【００６６】
この時、検出器の各j列ごとに独立したビームハードニング補正を行なえるため、撮影条件で各データ収集系の管電圧が異なっていれば、各列ごとの検出器のX線エネルギー特性の違いを補正できる。
【００６７】
ステップS4では、ビームハードニング補正された投影データD11(view，j，i)に対して、z方向(列方向)のフィルタをかけるzフィルタ重畳処理を行なう。
【００６８】
ステップS4では、各ビュー角度、各データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列X線検出器D11(view,j,i)  (i＝1〜CH，j＝1〜ROW)の投影データに対し、列方向に例えば、（w1(ch)，w2(ch)，w3(ch)，w4(ch)，w5(ch)）、のような列方向フィルタサイズが5列のフィルタをかける。ただし、以下の数式（２）とする。なお、ここで、iは、チャネル番号であり、jは列番号である。
【００６９】
【数２】
2007021021.tif 000004
【００７０】
補正された検出器データD12（view，j,i)は以下の数式（３）のようになる。
【００７１】
【数３】
2007021021.tif 000005
【００７２】
なお、チャネルの最大値はCH，列の最大値はROWとすると、以下の数式（４）、（５）となる。
【００７３】
【数４】
2007021021.tif 000006
【００７４】
また、列方向フィルタ係数を各チャネルごとに変化させると画像再構成中心からの距離に応じてスライス厚を制御できる。一般的に断層像では再構成中心に比べ周辺部の方がスライス厚が厚くなるので、列方向フィルタ係数を中心部と周辺部で変化させて、列方向フィルタ係数を中心部チャネル近辺では列方向フィルタ係数の幅を広く変化させると、周辺部チャネル近辺では列方向フィルタ係数の幅をせまく変化させると、スライス厚は周辺部でも画像再構成中心部でも一様に近くすることもできる。
【００７５】
このように、多列X線検出器24の中心部チャネルと周辺部チャネルの列方向フィルタ係数を制御してやることにより、スライス厚も中心部と周辺部で制御できる。列方向フィルタでスライス厚を弱干厚くすると、アーチファクト、ノイズともに大幅に改善される。これによりアーチファクト改善具合、ノイズ改善具合も制御できる。つまり、3次元画像再構成された断層像つまり、xy平面内の画質が制御できる。また、その他の実施例として列方向（z方向）フィルタ係数を逆重畳（デコンボリューション）フィルタにすることにより、薄いスライス厚の断層像を実現することもできる。
【００７６】
ステップS5では、再構成関数重畳処理を行う。すなわち、フーリエ変換し、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。再構成関数重畳処理S5では、zフィルタ重畳処理後のデータをD12(view，j，i)とし、再構成関数重畳処理後のデータをD13(view，j，i)、重畳する再構成関数をKernel（j）とすると、再構成関数重畳処理は以下の数式（６）のように表わされる。
【００７７】
【数５】
2007021021.tif 000007
【００７８】
つまり、再構成関数kernel（j）は検出器の各j列ごとに独立した再構成関数重畳処理を行なえるため、各列ごとのノイズ特性、分解能特性の違いを補正できる。
【００７９】
ステップS6では、再構成関数重畳処理した投影データD13(view，j，i)に対して、3次元逆投影処理を行い、逆投影データD3(x，y)を求める。画像再構成される画像はz軸に垂直な面、xy平面に3次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはxy平面に平行なものとする。この3次元逆投影処理については、図5を参照して後述する。
【００８０】
ステップS7では、逆投影データD3（x，y，z）に対して画像フィルタ重畳、CT値変換などの後処理を行い、断層像D31（x，y）を得る。
【００８１】
後処理の画像フィルタ重畳処理では、3次元逆投影後の断層像をD31（x，y，z）とし、画像フィルタ重畳後のデータをD32（x，y，z）、画像フィルタをFilter（z）とすると、以下の数式（７）のように示される。
【００８２】
【数６】
2007021021.tif 000008
【００８３】
つまり、検出器の各j列ごとに独立した画像フィルタ重畳処理を行なえるため、各列ごとのノイズ特性、分解能特性の違いを補正できる。
【００８４】
得られた断層像はモニタ6に表示される。
【００８５】
図5は、3次元逆投影処理（図4のステップS6）の詳細を示すフロー図である。
【００８６】
本実施例では、画像再構成される画像はz軸に垂直な面、xy平面に3次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはxy平面に平行なものとする。
【００８７】
ステップS61では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー（すなわち、360度分のビュー又は「180度分＋ファン角度分」のビュー）中の一つのビューに着目し、再構成領域Pの各画素に対応する投影データDrを抽出する。
【００８８】
図6（a），（b）に示すように、xy平面に平行な512×512画素の正方形の領域を再構成領域Pとし、y＝0のx軸に平行な画素列L0，y＝63の画素列L63，y＝127の画素列L127，y＝191の画素列L191，y＝255の画素列L255，y＝319の画素列L319，y＝383の画素列L383，y＝447の画素列L447，y＝511の画素列L511を列にとると、これらの画素列L0〜L511をX線透過方向に多列X線検出器24の面に投影した図7に示す如きラインT0〜T511上の投影データを抽出すれば、それらが画素列L0〜L511の投影データDr(view，x，y)となる。ただし、x，yは断層像の各画素（x，y）に対応する。
【００８９】
X線透過方向は、X線管21のX線焦点と各画素と多列X線検出器24との幾何学的位置によって決まるが、X線検出器データD0(view，j，i)のz座標z（view）がテーブル直線移動z方向位置Ztable（view）としてX線検出器データに添付されて判っているため、加速・減速中のX線検出器データD0(view，j，i)でもX線焦点、多列X線検出器のデータ収集幾何学系の中において、X線透過方向を正確に求めることが出来る。
【００９０】
なお、例えば画素列L0をX線透過方向に多列X線検出器24の面に投影したラインT0のように、ラインの一部が多列X線検出器24のチャネル方向の外に出た場合は、対応する投影データDr(view，x，y)を「0」にする。また、z方向の外に出た場合は投影データDr(view，x，y)を補外して求める。
【００９１】
かくして、図8に示すように、再構成領域Pの各画素に対応する投影データDr（view，x，y）を抽出できる。
【００９２】
図5に戻り、ステップS62では、投影データDr（view，x，y）にコーンビーム再構成加重係数を乗算し、図9に示す如き投影データD2（view，x，y）を作成する。
【００９３】
ここで、コーンビーム再構成加重係数w（i，j）は以下の通りである。ファンビーム画像再構成の場合は、一般に、view＝βaでX線管21の焦点と再構成領域P上（xy平面上）の画素g(x，y)とを結ぶ直線がX線ビームの中心軸Bcに対してなす角度をγとし、その対向ビューをview＝βbとするとき、βb＝βa＋180°−2γである。
【００９４】
再構成領域P上の画素g(x，y)を通るX線ビームとその対向X線ビームが再構成平面Pとなす角度を、αa，αbとすると、これらに依存したコーンビーム再構成加重係数ωa，ωbを掛けて加算し、逆投影画素データD2（0，x，y）を以下の数式（８）のようにして求める。
【００９５】
D2（0，x，y）＝ωa・D2（0，x，y）_ a＋ωb・D2（0，x，y）_ b        ・・・（８）
【００９６】
ただし、D2（0，x，y）_aはビューβaの投影データ、D2（0，x，y）_bはビューβbの投影データとする。
【００９７】
なお、コーンビーム再構成加重係数の対向ビーム同士の和は、ωa＋ωb＝1である。
【００９８】
コーンビーム再構成加重係数ωa，ωbを掛けて加算することにより、コーン角アーチファクトを低減することが出来る。
【００９９】
例えば、コーンビーム再構成加重係数ωa，ωbは、次式により求めたものを用いることが出来る。
【０１００】
ファンビーム角の1／2をγmaxとするとき、以下の数式（９），（１０），（１１），（１２），（１３），（１４）で示される。なお、gaは、あるＸ線ビームの加重係数であり、gbは、対向するＸ線ビームの加重係数である。
【０１０１】
【数７】
2007021021.tif 000009
【０１０２】
ここでは、例えば、q＝1とする。
【０１０３】
例えば、ga，gbの1例として、max[  ]を値の大きい方を採る関数とすると、以下の数式（１５），（１６）のように示される。
【０１０４】
【数８】
2007021021.tif 000010
【０１０５】
また、ファンビーム画像再構成の場合は、更に距離係数を再構成領域P上の各画素に乗算する。距離係数はX線管21の焦点から投影データDrに対応する多列X線検出器24の検出器列j，チャネルiまでの距離をr0とし、X線管21の焦点から投影データDrに対応する再構成領域P上の画素までの距離をr1とするとき、（r1／r0）２である。
【０１０６】
また、平行ビーム画像再構成の場合は、再構成領域P上の各画素にコーンビーム再構成加重係数w（i，j）のみを乗算すればよい。
【０１０７】
ステップS63では、図10に示すように、予めクリアしておいた逆投影データD3(x，y)に、投影データD2（view，x，y）を画素対応に加算する。
【０１０８】
ステップS64では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー（すなわち、360度分のビュー又は「180度分＋ファン角度分」のビュー）について、ステップS61〜S63を繰り返し、図10に示すように、逆投影データD3（x，y）を得る。
【０１０９】
なお、図11（a）（b）に示すように、再構成領域Pを512×512画素の正方形の領域とせずに、直径512画素の円形の領域としてもよい。
【０１１０】
以上のようにして図3における、以下のX線CT装置の各断層像の画像再構成処理が行われる。
【０１１１】
ステップS1では、データ収集を行う。
【０１１２】
ステップS2では、前処理を行う。
【０１１３】
ステップS3では、ビームハードニング補正を行う。
【０１１４】
ステップS4では、zフィルタ重畳処理を行う。
【０１１５】
ステップS5では、再構成関数重畳処理を行う。
【０１１６】
ステップS6では、３次元逆投影処理を行う。
【０１１７】
ステップS7では、後処理を行う。
【０１１８】
この断層像の画像再構成をz方向に連続した断層像に繰り返し行うことによって、z方向に連続な断層像としての3次元画像が得られる。
【０１１９】
この後に行われる、ステップS8の時系列3次元空間フィルタ処理について以下に説明する。
【０１２０】
ステップS7までで得られた時系列なヘリカルスキャン、シネスキャンの画像を図13に示す。
【０１２１】
多列X線検出器24を用いたX線CT装置では、ヘリカルスキャンにおいて3次元画像再構成を行うことにより、1枚のh（t1，z）の断層像だけでなく、複数のN枚の断層像h（t1，z1），h（t1，z2），…h（t1，zN−1），h（t1，zN）を得ることもできる。この場合、h（ti，zj）とh（tk，zl）が重なるように画像再構成もできる。つまり、時刻の異なる断層像であってもz座標が同じ位置の複数の断層像が画像再構成できる。
【０１２２】
図13（a）のシネスキャンでは、あるz方向座標位置で1回転以上または複数回転のデータ収集を行い、以下のような時系列3次元画像が得られる。
【０１２３】
時刻t1の断層像c（t1，z1），c（t1，z2），…c（t1，zN−1），c（t1，zN），
時刻t2の断層像c（t2，z1），c（t2，z2），…c（t2，zN−1），c（t2，zN），
時刻t3の断層像c（t3，z1），c（t3，z2），…c（t3，zN−1），c（t3，zN），
・・・
時刻tMの断層像c（tM，z1），c（tM，z2），…c（tM，zN−1），c（tM，zN）
【０１２４】
ここでは、断層像c（t，z1），c（t，z2），…c（t，zN−1），c（t，zN）をz方向に組み合わせると、ある時刻の3次元画像Cine 3D（t）が得られ、時系列にt1からtMまでの範囲の3次元画像を抽出すると、時系列3次元画像となる。
【０１２５】
また、あるz方向位置の断層像の時間的変化を得るには、c（t1，zi），c（t2，zi），c（t3，zi），…c（tM，zi）と選択すると時系列断層像が得られる。
【０１２６】
図13（b）のヘリカルスキャンでは、時系列に以下の断層像が得られる。
時刻t1の断層像h（t1，z1），h（t1，z2），…h（t1，zN−1），h（t1，zN），
時刻t2の断層像h（t2，z2），h（t2，z3），…h（t2，zN），h（t2，zN＋1），
時刻t3の断層像h（t3，z3），h（t3，z4），…h（t3，zN＋1），h（tM，zN＋2）
・・・
時刻tMの断層像h（tM，zM），h（tM，zM＋1），…h（tM，zN＋M−2），h（t3，zN＋M−1），
【０１２７】
あるz方向位置の断層像の時間的変化を得るには、h（t1，zN），h（t2，zN），h（t3，zN），…と選択すると得られる。
【０１２８】
また、M＜Nとすると、以下のように断層像を抽出すると、h（t，zM），h（t，zM＋1），…h（t，zN）をz方向に組合わせると、z方向座標でzMからzNまでの範囲の3次元画像Helical 3D（t）が得られ、時刻t1からtMの範囲の時系列3次元画像として得られる。
【０１２９】
h（t1，zM），h（t1，zM＋1），…h（t1，zN），
h（t2，zM），h（t2，zM＋1），…h（t2，zN），
…          …            …
h（tM，zM），h（tM，zM＋1），…h（tM，zN）
【０１３０】
ヘリカルピッチを1よりも小さくすると、図13（b）のように各時刻におけるz方向に取れる断層像の範囲のうち、オーバーラップする範囲が大きくなる。
【０１３１】
また、ヘリカルスキャンにおいても、シネスキャンにおいても、図14（a）のように、スライス厚と断層像間隔を同じにしても良いし、図14（b）のように、スライス厚をあらかじめ断層像間隔よりも厚くしておいて画像ノイズを改善しておくこともできる。
【０１３２】
図3のステップS8では、このようにして、シネスキャンまたはヘリカルスキャンにより得られた、時系列3次元画像について4次元空間フィルタ処理を行う。
【０１３３】
図15に、時刻tn−1，tn，tn＋1，の3次元画像に渡って4次元画像である時系列3次元画像に対して4次元空間フィルタの重畳を説明する。
【０１３４】
4次元空間フィルタの例としては以下のように、図１６に80近傍局所領域に重畳する3×3×3×3の4次元空間フィルタ，図１７に624近傍局所領域に重畳する5×5×5×5の4次元空間フィルタを示している。なお、図１６と図１７とにおいて、図１６（ａ）と図１７（ｂ）は、４次元空間フィルタを示す概念図であり、図１６（ｂ）と図１７（ｂ）は、時系列順に並べた３次元画像において、この４次元空間フィルタを用いて、各時刻の３次元画像に３次元空間フィルタリング処理する際に選択される注目画素と近傍画素とを示す概念図である。
【０１３５】
図15に示すように、時刻tnの3次元画像に4次元空間フィルタを重畳する場合は、以下の処理を行う。
【０１３６】
例えば、3×3×3×3の場合の4次元空間フィルタを重畳する場合は、以下の数式（１７）のようになる。なお、この時の各時刻の3次元空間フィルタ係数の構造は、図１６のように3×3×3の3次元となる。ただし、“＊”は重畳を示す演算子である。
【０１３７】
（4次元空間フィルタ重畳後の時刻tnの3次元画像）
＝（時刻tn−1の3次元画像）＊（時刻tn−1の3次元空間フィルタ）
＋（時刻tnの3次元画像）＊（時刻tnの3次元空間フィルタ）
＋（時刻tn＋1の3次元画像）＊（時刻tn＋1の3次元空間フィルタ）      ・・・（１７）
【０１３８】
また、5×5×5×5の4次元空間フィルタを重畳する場合は、以下の数式（１８）に基づく。なお、この時の各時刻の3次元空間フィルタ係数の構造は、図１７のように5×5×5の3次元となる。
【０１３９】
（4次元空間フィルタ重畳後の時刻tnの3次元画像）
＝（時刻tn−2の3次元画像）＊（時刻tn−2の3次元空間フィルタ）
＋（時刻tn−1の3次元画像）＊（時刻tn−1の3次元空間フィルタ）
＋（時刻tnの3次元画像）＊（時刻tnの3次元空間フィルタ）
＋（時刻tn＋1の3次元画像）＊（時刻tn＋1の3次元空間フィルタ）
＋（時刻tn＋2の3次元画像）＊（時刻tn＋2の3次元空間フィルタ）      ・・・（１８）
【０１４０】
また、空間フィルタを重畳していく処理は、図15のように、画素ごとに、順次、空間フィルタが走査される。なお、下記の3つの数字の組合せは、「（ｔの走査位置）−（ｚの走査位置）−(ｙの走査位置)」を示す。
【０１４１】
0−1−1  →  0−1−2  →  0−1−3  →  ……
→0−2−1  →  0−2−2  →  0−2−3  →  ……
→……
→1−1−1  →  1−1−2  →  1−1−3  →  ……
→1−2−1  →  1−2−2  →  1−2−3  →  ……
→……
【０１４２】
これにより、時刻tnの3次元画像に4次元空間フィルタが重畳できる。時系列3次元画像に時系列に4次元空間フィルタを重畳する場合は、時刻tnの3次元画像のみならず、時刻t1，t2，…tn−1，tn＋1，…tNと随時必要な時間範囲にわたって、4次元空間フィルタを重畳する。
【０１４３】
図１８には、3×3×3×3のノイズ改善用の4次元空間フィルタの例を示す。図１８においては、ａ，ｂ，ｃは、各画素の画素値に積算される空間フィルタ係数を示しており、たとえば、ａ＝０．３６，ｂ＝０．０５，ｃ＝０．０１とする。
【０１４４】
この場合においては、図１８に示すように、たとえば、時刻ｔｎに得られた注目画素の画素値に、０．３６の空間フィルタ係数ａを掛けて積を算出する。そして、その注目画素と同じ時刻ｔｎであって、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とに沿うように注目画素の１つ隣りに隣接する画素の画素値には、０．０５の空間フィルタ係数ｂを掛けて積を算出する。また、その注目画素と同じ時刻ｔｎであって、ｘｙ平面においてｘ方向とｙ方向とのそれぞれから４５°傾いた方向と、ｘｚ平面においてｘ方向とｚ方向とのそれぞれから４５°傾いた方向とに沿うように注目画素の１つ隣りに隣接する画素の画素値には、０．０１の空間フィルタ係数ｃを掛けて積を算出する。そして、さらに、時刻ｔｎに得られた注目画素とｘｙｚ空間において同じ位置であって、時刻ｔｎよりも１つ前の時刻ｔｎ−１と、時刻ｔｎよりも１つ後の時刻ｔｎ＋１とのそれぞれにおいて得られた画素の画素値には、０．０５の空間フィルタ係数ｂを掛けて積を算出する。そして、時刻ｔｎよりも前の時刻ｔｎ−１と、時刻ｔｎよりも後の時刻ｔｎ＋１とのそれぞれにおいて得られた画素であって、注目画素とｘｙｚ空間において同じ位置から、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とのそれぞれに沿うように１つ隣に隣接する画素の画素値には、０．０１の空間フィルタ係数ｃを掛けて積を算出する。その後、上記の各画素と空間フィルタ係数との積を加算し、注目画素の画素値とする。
【０１４５】
図１９には、5×5×5×5のノイズ改善用の4次元空間フィルタの例を示す。図１９においては、ａ，ｂ，ｃは、各画素の画素値に積算される空間フィルタ係数を示しており、たとえば、ａ＝０．７６，ｂ＝０．０１，ｃ＝０．００５とする。
【０１４６】
この場合においては、図１９に示すように、たとえば、時刻ｔｎに得られた注目画素の画素値に、０．７６の空間フィルタ係数ａを掛けて積を算出する。そして、その注目画素と同じ時刻ｔｎであって、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とに沿うように注目画素の１つ隣りに隣接する画素の画素値には、０．０１の空間フィルタ係数ｂを掛けて積を算出すると共に、注目画素の２つ隣りに隣接する画素の画素値には、０．００５の空間フィルタ係数ｂを掛けて積を算出する。また、その注目画素と同じ時刻ｔｎであって、ｘｙ平面においてｘ方向とｙ方向とのそれぞれから４５°傾いた方向と、ｘｚ平面においてｘ方向とｚ方向とのそれぞれから４５°傾いた方向とに沿うように注目画素の１つ隣りに隣接する画素の画素値には、０．００５の空間フィルタ係数ｃを掛けて積を算出する。そして、時刻ｔｎに得られた注目画素とｘｙｚ空間において同じ位置であって、時刻ｔｎよりも１つ前の時刻ｔｎ−１と、時刻ｔｎよりも１つ後の時刻ｔｎ＋１とのそれぞれにおいて得られた画素の画素値には、０．０１の空間フィルタ係数ｂを掛けて積を算出する。そして、時刻ｔｎよりも前の時刻ｔｎ−１と、時刻ｔｎよりも後の時刻ｔｎ＋１とのそれぞれにおいて得られた画素であって、注目画素とｘｙｚ空間において同じ位置から、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とのそれぞれに沿うように１つ隣に隣接する画素の画素値には、０．００５の空間フィルタ係数ｃを掛けて積を算出する。そして、さらに、時刻ｔｎに得られた注目画素とｘｙｚ空間において同じ位置であって、時刻ｔｎよりも２つ前の時刻ｔｎ−２と、時刻ｔｎよりも２つ後の時刻ｔｎ＋２とのそれぞれにおいて得られた画素の画素値には、０．００５の空間フィルタ係数ｃを掛けて積を算出する。その後、上記の各画素と空間フィルタ係数との積を加算し、注目画素の画素値とする。
【０１４７】
これらのノイズ改善用の4次元空間フィルタは、注目画素にどのような画素値でも、どのような近傍画素が来ても一定の空間フィルタ処理を行う受動的なフィルタである。
【０１４８】
それに対し、図２０にはCT値に依存したノイズ改善を行う4次元空間フィルタの例、図２１にはCT値に依存したコントラスト強調とノイズ改善を行う4次元空間フィルタの例を示す。これらの空間フィルタ処理は、CT値に依存して重畳する空間フィルタ係数が変わる。なお、図２０，図２１において、図２０（ａ）と図２１（ａ）は、３次元画像において、フィルタリング処理する様子を示す図である。ここで、ａ，ｂ，ｃは、各画素の画素値に積算される空間フィルタ係数を示している。一方、図２０（ｂ）と図２１（ｂ）とは、第１フィルタと第２フィルタとを用いてフィルタリング処理を実施する際に、第１フィルタと第２フィルタとのそれぞれに対する空間フィルタ係数と、各画素のＣＴ値との関係を示す図である。
【０１４９】
X線CT装置においては、空間フィルタ処理における注目画素の画素値であるCT値に依存して、その画素の種類に依存して重畳される空間フィルタ処理が変化する。つまり、その注目画素がどの部位の組織、例えば、軟部組織、骨、肺野などの組織に所属しているかで重畳するフィルタを切り換える。一般的に軟部組織では、より滑らかな画質が求められるためノイズ改善される空間フィルタが、骨や肺野では微細な構造を見たいため、高周波成分を強調するようなコントラスト強調される空間フィルタが求められる。
【０１５０】
具体的には、図２０（ａ）に示すように、図１９における各空間フィルタ係数ａ，ｂ，ｃが、ａ＝０．２８，ｂ＝０．０５，ｃ＝０．０１である第１フィルタと、ａ＝１，ｂ＝０，ｃ＝０の第２フィルタとを有する。そして、図２０（ｂ）に示すように、ＣＴ値に応じて、第１フィルタと第２フィルタとへの空間フィルタ係数を変えることで、切り替えを実施する。
【０１５１】
また、同様に、図２１（ａ）に示すように、図１９における各空間フィルタ係数ａ，ｂ，ｃが、ａ＝２．１２，ｂ＝−０．１，ｃ＝−０．０１である第１フィルタと、ａ＝０．７６，ｂ＝０．０１，ｃ＝０．００５の第２フィルタとを有する。そして、図２１（ｂ）に示すように、ＣＴ値に応じて、第１フィルタと第２フィルタとへの空間フィルタ係数を変えることで、切り替えを実施する。
【０１５２】
図２２にCT値に依存した空間フィルタ処理の流れを示す。
【０１５３】
ステップF1では、あらかじめ複数の空間フィルタ処理のうち、各空間フィルタ処理の画素値（CT値）の範囲、R1，R2，……RN各々の画素値（CT値）の範囲での空間フィルタFkを定める。この時に、画素値（CT）値の範囲R1，R2，……RNは各々がオーバーラップせずに全CT値範囲をカバーするようにする。つまり、以下の数式（１９），（２０）に示すように、範囲を定める。ただし、RKは（RKのCT値下限値，RKのCT値上限値）と表わされるCT値の範囲である。
【０１５４】
R1∩R2∩……∩RN＝φ（空集合）      ・・・（１９）
R1∪R2∪……∪RN＝全集合            ・・・（２０）
【０１５５】
ステップF2では、i＝1，j＝1，k＝1とする。空間フィルタ処理の初期化処理を行う。なお、ここで、ｉは、断層像のｘ座標であり、ｊは断層像のｙ座標であり、ｋはＣＴ値の範囲の番号である。
【０１５６】
ステップF3では、空間フィルタが重畳される注目画素G(i，j)のCT値は画素値（CT値）の範囲RKに入っているか（ただし、画像（断層像）G(i，j)はN×N画素の画像とする）を判断し、YESならばステップF5へ、NOであればステップF4に行く。
【０１５７】
ステップF4では、k＝k＋1とし、ステップF3に戻る。
【０１５８】
ステップF5では、画素値（CT値）範囲RKに対応する空間フィルタFKを重畳する。
【０１５９】
ステップF6では、i＝Nかを判断し、YESであればステップF8へ、NOであればステップF7へ行く。なお、ここでＮは、断層像の画素数サイズである。
【０１６０】
ステップF7では、i＝i＋1とし、ステップF3に戻る。
【０１６１】
ステップF8では、i＝1とする。
【０１６２】
ステップF9では、j＝Nかを判断し、YESであれば終了し、NOであればステップF10へ行く。
【０１６３】
ステップF10では、j＝j＋1とし、ステップF3に戻る。
上記空間フィルタ処理に時系列3次元空間フィルタ処理、4次元空間フィルタ処理を用いることにより、各CT値の範囲に応じた適切な空間フィルタ処理を効果的に行える。
【０１６４】
上記では、注目画素の値に依存した空間フィルタ処理の実施例を示したが、注目画素のみならず、近傍画素の特性も考慮して空間フィルタ処理を行うと、更に適切な空間フィルタ処理を行える。
【０１６５】
例えば、図２５（ａ），図２５（ｂ）に、注目画素の近傍領域の画素値のヒストグラムと注目画素の値の関係を示している。なお、図２５（ａ），図２５（ｂ）において、ｍは、近傍領域の画素値の平均値であり、ｓは、近傍領域の画素値の標準偏差であり、ａは定数である。ここでは、画像特性の1例としてCT値をあげているが、他の画像特性値でも同様である。
【０１６６】
図２５（ｃ）に示すように、注目画素の座標を（i，j）とした場合に、x座標がi−bからi＋bまでの範囲と、y座標がj−cからj＋cまでの範囲とを、近傍領域とする。
【０１６７】
図２５（ａ）では、近傍領域の画像特性は注目画素と類似している場合、図２５（ｂ）では、近傍領域の画像特性は注目画素と類似していない場合を示している。
【０１６８】
図２５（ａ）では、近傍領域の画素値の平均値m、近傍領域の画素値の標準偏差sに対して、注目画素は（m−a・s）から（m＋a・s）までの範囲に入っているが、図２５（ｂ）では、近傍領域の画素値の平均値m、近傍領域の画素値の標準偏差sに対して、注目画素は、（m−a・s）から（m＋a・s）までの範囲に入っていない。
【０１６９】
つまり、図２５（ａ）では、近傍領域の画像特性に注目画素は類似しているが、図２５（ｂ）では、近傍領域の画像特性に注目画素は類似していない。つまり、注目画素は別の画像特性の画素であると判断している。
【０１７０】
このような判断基準で注目画素と近傍領域の画像特性が類似しているか否かを判断し、それぞれの場合に応じた空間フィルタ処理を適切にかけることができる。
【０１７１】
この考えを応用した近傍領域の画像特性に依存する空間フィルタ処理の流れを、図２３に示す。
【０１７２】
ステップF101では、あらかじめ、近傍の画素値との違いを示す閾値a、近傍画素の大きさb×cのパラメータを定める。これにより、あらかじめこの空間フィルタ処理のパラメータを設定する。
【０１７３】
ステップF102では、i＝1，j＝1とする。空間フィルタ処理の初期化処理を行う。
【０１７４】
ステップF103では、注目画素G(i，j)の近傍領域（G(i−b，j)，G(i＋b，j)）、かつ（G(i，j−c)，G(i，j＋c)）の領域内の画素の平均値m、標準偏差sを求める。
【０１７５】
ステップF104では、注目画素G(i，j)の画素値は（m−a・s，m＋a・s）の画素値（CT値）の範囲に入っているかを判断し、YESであればステップF105へ、NOであればステップF106へ行く。
【０１７６】
ステップF105では、フィルタF1を重畳する。この後ステップF107へ進む。
【０１７７】
ステップF106では、フィルタF2を重畳する。この後ステップF107へ進む。
【０１７８】
ステップF107では、i＝Nかを判断し、YESであればステップF109へ、NOであればステップF108へ行く。
【０１７９】
ステップF108では、i＝i＋1とし、ステップF103に戻る。
【０１８０】
ステップF109では、i＝1とする。
【０１８１】
ステップF110では、j＝Nかを判断し、YESであれば終了し、NOであればステップF111へ行く。
【０１８２】
ステップF111では、j＝j＋1とし、ステップF103に戻る。
【０１８３】
上記空間フィルタ処理に時系列3次元空間フィルタ処理、4次元空間フィルタ処理を用いることにより、近傍領域の画像特性に依存する空間フィルタ処理を効果的に行える。
【０１８４】
図3のステップS9では、4次元空間フィルタ処理により、ノイズ低減、コントラスト強調などを行われた断層像を画像表示したり、図２４に示すように、3次元MPR表示、3次元表示を行う。MPR表示とは複数の断層像から得た3次元画像をzx平面、zy平面、またはその他の斜断面で断面変換して表示を行う表示方法である。
【０１８５】
以上の本実施例によれば、時間的に変化する3次元画像を、時系列3次元画像の4次元画像として、時間的に変化する2次元画像を、時系列2次元画像の3次元画像として、時間的に変化するN-1次元画像を、時系列N-1次元画像のN次元画像として、時間軸および全空間軸方向の情報を用いて画質を改善できる。
【０１８６】
また、本実施例によれば、多列X線検出器、またはフラットパネルX線検出器に代表されるマトリクス状の2次元エリアX線検出器を持ったX線CT装置のコンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）またはシネスキャンまたはヘリカルスキャンにより得られる時系列3次元画像または時系列2次元画像に対して、時間軸および空間軸方向の情報を用いて画質を改善し、目標とする画質をより低いX線線量で実現できる。
【０１８７】
上記のように、本実施例のＸ線ＣＴ装置１００は、被検体をＸ線でスキャンすることによって得られた投影データに基づいて、その被検体の断層像についての３次元画像を、時間軸方向において、順次、画像再構成する。ここで、本実施例においては、中央処理装置３は、その時間軸方向において順次生成した３次元画像を、空間フィルタリング処理すると共に、時間軸方向にフィルタリング処理する。たとえば、ノイズ除去やコントラスト強調についてのフィルタリング処理を、空間軸方向と時間軸方向とにおいて実施する。そして、モニタ６は、中央処理装置３によってフィルタリング処理された３次元画像を、その生成された時間に対応付けて順次表示する。このように、時間軸方向においてもフィルタリング処理を実施するため、本実施例は、時間軸方向において順次生成した３次元画像について、画像品質を向上することができる。
【０１８８】
また、本実施例においては、中央処理装置３は、複数種類のフィルタリング処理を実施可能であり、その時間軸方向において、順次、画像再構成した３次元画像における注目画素の画素値に基づいて、注目画素に対するフィルタリング処理を、その複数種類のフィルタリング処理から選択し組み合わせる。たとえば、注目画素自身の画素値に応じて、複数種類のフィルタリング処理から順次選択し組み合わせる。また、たとえば、注目画素と、その注目画素に隣接する近傍画素との差分値とに応じて、複数種類のフィルタリング処理から順次選択して組み合わせる。その後、中央処理装置３は、時間軸方向において順次生成した３次元画像の各注目画素に対して、その複数が組み合わされたフィルタリング処理を順次実施する。たとえば、注目画素の画素値が所定範囲内である場合には、そのままの画素値を出力し、その所定範囲外である場合には、ノイズ除去のフィルタリング処理を実施後の値を画素値として出力する。このため、本実施例は、時間軸方向において、順次、画像再構成した３次元画像について、画像品質を向上することができる。
【０１８９】
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。
【０１９０】
たとえば、画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による3次元画像再構成法でもよい。さらに、他の3次元画像再構成方法でもよい。
【０１９１】
また、上記の実施例では、各列ごとに係数の異なった列方向（z方向）フィルタを重畳することにより、画質のばらつきを調整し、各列において均一なスライス厚、アーチファクト、ノイズの画質を実現しているが、これには様々なフィルタ係数が考えられるが、いずれも同様の効果を出すことができる。
【０１９２】
また、医用X線CT装置の他、産業用X線CT装置または他の装置と組合わせたX線CT−PET装置，X線CT−SPECT装置などで利用できる。
【０１９３】
また、画素値に依存した空間フィルタ処理の実施例において、ノイズ改善フィルタとコントラスト強調フィルタを用いたが、他の機能を持つ複数種の空間フィルタ処理を用いても同様の効果を出すことができる。また、ノイズ改善フィルタ、コントラスト強調フィルタでは1つの空間フィルタの係数例を示したが、勿論他の空間フィルタ係数でも同様の効果を出せる。
【０１９４】
また、近傍領域の画像特性に依存した空間フィルタ処理の実施例においては、注目画素が近傍領域と類似の画像特性か否かの判断に統計的な手法の平均値と標準偏差を用いたが、特にこの方法でなくても同様に画像特性値を注目画素と近傍領域の間で比較し、ある判断基準で判定が行える方法であれば、同様の効果を出せる。
【０１９５】
また、シネスキャンまたはヘリカルスキャンの時系列に連続な3次元画像を対象に実施例を説明したが、この他に例えば一定時間間隔で撮影されたコンベンショナルスキャン（アキシャルスキャン）の断層像でも同様の効果を出せる。
【０１９６】
また、図２０、図２１、図２２では、注目画素のCT値に依存した4次元空間フィルタの例を示したが、CT値というのは画像特性の1例であり、他の画像特性値、例えば、CT値の標準偏差値、CT値の1次微分変化値、CT値の2次微分変化値、CT値の時間差分値、などの値に依存させて同様に4次元空間フィルタを実現しても良い。
【０１９７】
また、図２３において、近傍領域の画像特性に依存した4次元空間フィルタの例を示した。この時の画像特性の例としてCT値を用いたが、他の画像特性値、例えば、CT値の標準偏差値、CT値の1次微分変化値、CT値の2次微分変化値、CT値の時間差分値などを用いて、近傍領域の画像特性に依存した4次元空間フィルタを実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかるX線CT装置を示すブロック図である。
【図２】図２は、X線発生装置（X線管）および多列X線検出器の回転を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るX線CT装置の概略動作を示すフロー図である。
【図４】図４は、前処理の詳細を示すフロー図である。
【図５】図５は、3次元画像再構成処理の詳細を示すフロー図である。
【図６】図６は、再構成領域上のラインをＸ線透過方向へ投影する状態を示す概念図である。
【図７】図７は、検出器器面に投影したラインを示す概念図である。
【図８】図８は、投影データDr（view，x，y）を再構成領域上に投影した状態を示す概念図である。
【図９】図９は、再構成領域上の各画素の逆投影画素データD2を示す概念図である。
【図１０】図１０は、逆投影画素データD2を画素対応に全ビュー加算して逆投影データD3を得る状態を示す説明図である。
【図１１】図１１は、円形の再構成領域上のラインをX線透過方向へ投影する状態を示す概念図である。
【図１２】図１２は、従来の3次元画像フィルタを示す図である。
【図１３】図１３において、図１３（ａ）は、ヘリカルスキャンの各時刻の断層像を示す図である。図１３（ｂ）は、シネスキャンの各時刻の断層像を示す図である。
【図１４】図１４において、図１４（ａ）は、スライス厚と断層像間隔が同じ3次元画像を示す図である。図１４（ｂ）は、スライス厚さを断層像間隔よりも厚くした3次元画像を示す図である。
【図１５】図１５は、4次元空間フィルタの4次元走査の説明図である。
【図１６】図１６は、4次元空間フィルタ近傍局所領域（80近傍）を示す図である。
【図１７】図１７は、4次元空間フィルタ近傍局所領域（624近傍）を示す図である。
【図１８】図１８は、ノイズ改善を行う4次元空間フィルタの例（3×3×3×3の例）を示す図である。
【図１９】図１９は、ノイズ改善を行う4次元空間フィルタの例（5×5×5×5の例）を示す図である。
【図２０】図２０は、CT値に依存したノイズ改善を行う4次元空間フィルタの例を示す図である。
【図２１】図２１は、CT値に依存したコントラスト強調とノイズ改善を行う4次元空間フィルタの例を示す図である。
【図２２】図２２は、画素値（CT値）に依存した空間フィルタ処理の流れを示すフロー図である。
【図２３】図２３は、近傍領域の画像特性に依存する空間フィルタ処理の流れを示すフロー図である。
【図２４】図２４は、3次元MPR表示 ・ 3次元表示の例を示す図である。
【図２５】図２５において、図２５（ａ）は、近傍領域の画像特性が注目画素と類似している場合を示す図である。図２５（ｂ）は、近傍領域の画像特性が注目画素と類似していない場合を示す図である。図２５（ｃ）は、注目画素と近傍領域を示す図である。
【符号の説明】
【０１９９】
１…操作コンソール、
２…入力装置、
３…中央処理装置、
５…データ収集バッファ、
６…モニタ、
７…記憶装置、
１０…撮影テーブル、
１２…クレードル、
１５…回転部、
２０…走査ガントリ、
２１…Ｘ線管、
２２…Ｘ線コントローラ、
２３…コリメータ、
２４…多列Ｘ線検出器、
２５…ＤＡＳ（データ収集装置）、
２６…回転部コントローラ、
２７…走査ガントリ傾斜コントローラ、
２９…制御コントローラ、
３０…スリップリング、
ｄｐ…検出器面、
Ｐ…再構成領域、
ｐｐ…投影面、
IC…回転中心(ISO)
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2007021021.tif 000024
【図１５】
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【図１６】
2007021021.tif 000026
【図１７】
2007021021.tif 000027
【図１８】
2007021021.tif 000028
【図１９】
2007021021.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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