(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ＣＴ装置における画像補正方法であって、リング状のノイズ成分を有するｘ−ｙ直交座標系の画像をｒ−θ回転座標系に座標変換することで、前記ｘ−ｙ直交座標系上のリング状のノイズ成分をθ方向の直線成分に変換して抽出するステップと、
前記抽出したθ方向の直線成分をｘ−ｙ直交座標系のリング状のノイズ成分の画像とするステップと、
前記画像から前記リング状のノイズ成分の画像を差分することで前記画像の前記リング状のノイズ成分を除去するステップと、からなる画像補正方法。
【請求項２】
Ｘ線ＣＴ装置における画像補正方法であって、回転検出系により取得した投影データに含まれたリングアーチファクト成分を除去する画像補正方法であり、
前記投影データからｘ−ｙ直交座標系の再構成画像を再構成するステップと、
前記ｘ−ｙ直交座標系の再構成画像をｒ−θ回転座標系に座標変換して、ｒ−θ画像を取得するステップと、
前記ｒ−θ画像からリングアーチファクト成分をθ方向の直線成分として抽出するステップと、
前記直線成分として抽出したリングアーチファクト成分をｘ−ｙ直交座票系の画像に変換するステップと、
ｘ−ｙ直交座標系に変換されたリングアーチファクト成分の画像をｘ−ｙ直交座標系の再構成画像から差し引いて補正した再構成画像を作成するステップと、からなる画像補正方法。
【請求項３】
前記ｒ−θ画像からリングアーチファクト成分をθ方向の直線成分として抽出するステップでは、
前記ｒ−θ回転座標系に座標変換したデータ中、ｒ方向に並ぶ、前記ｒ方向において前後に隣接するＣＴ値の平均値であるＣＴ値の参照値に対する差分値を前記直線成分の一部としてｒ方向に抽出するステップと、
前記抽出した直線成分の一部としての前記差分値のうち、予じめ定めた所定の閾値範囲内のものをθ方向に加重加算をしてリングアーチファクト成分を抽出するステップとを備えると共に、
上記ｒ方向に抽出するステップでは前記ｒ方向に並ぶＣＴ値が予じめ定めた所定値以下の場合は、前記値の参照値に対するそのＣＴ値の差分値を前記θ方向の直線成分の一部としてｒ方向に抽出し、前記ｒ方向に並ぶＣＴ値がこの所定値より大きい場合は、前記差分値を０とすることを特徴とする請求項２に記載の画像補正方法。
【請求項４】
前記Ｘ線ビームを所定の開き角αで照射するＸ線発生系と、
被検体を挟んで前記Ｘ線発生系と対向する位置に配置され、Ｘ線発生系とともに回転可能なＸ線検出系と、
前記Ｘ線発生系に電力を供給する高電圧発生装置と、
前記Ｘ線検出系で取得された計測データを投影データにし、さらに前記投影データを逆投影して再構成画像を得るための画像処理装置と、
を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記再構成画像を、距離ｒと角度θとからなるｒ−θ回転座標系上に座標変換する手段と、
上記回転により再構成画像内に生じるリングアーチファクト成分をｒ−θ回転座標系上のθ方向の直線成分として抽出する手段と、
前記抽出されたｒ−θ回転座標系におけるθ方向の直線成分を前記直交座標系ｘ−ｙに座標変換して、前記再構成画像から差し引いて補正画像を得る手段と、からなることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記再構成画像を得る再構成画像視野の座標範囲と、ｒ−θ回転座標系での計算視野の座標範囲が少なくとも一部が重畳するように選ぶ視野選択手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４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】
本発明は特にＲ／Ｒ（Rotation/Rotation）方式Ｘ線ＣＴ装置におけるリング状アーチファクトの低減をはかる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＣＴ装置の主流はＲ／Ｒ方式（第３世代）ＣＴ装置で、Ｘ線源とＸ線源の焦点を指向する円弧状の検出器とが被検体を挟んで互いに対向する位置に配置されている。Ｘ線源からのＸ線はコリメートされ、扇状のＸ線ビームを形成し、被検体の撮影断面に照射される。被検体により減弱した透過Ｘ線を回転しながら計測することで撮影動作は行われる。回転中の計測動作は０．１〜０．５度程度の角度間隔で行われ、合計１０００角度程度投影データを取得する。検出器は多数の検出素子で構成され、それぞれの素子の出力が計測回路によってディジタルデータとして収集され、計測角度毎に素子数分のデータ（ビュー）を構成する。更に、計測データは画像処理装置によって検出素子の特性補正、線質補正やログ変換などの前処理を施された後、フィルタ補正逆投影法などの公知のアルゴリズムによって断層像として再構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ｒ／Ｒ方式ＣＴ装置では、Ｘ線源と検出器とが位置関係を保ったまま回転するため、回転中心からある素子（チャンネル）で計測したＸ線ビームまでの距離ｒは全ビューで等しい。従って、ある検出素子の特性ばらつきが大きいために前述の補正処理で完全に補正できない場合、画像上にリング状や円弧状の誤差成分が現れる。これらはリングアーチファクトと呼ばれ、診断の妨げになるために除去することが望ましい。
【０００４】
このリングアーチファクトの補正方法としては、投影空間でリング成分を抽出して補正する投影補正法と、画像空間でリング成分を抽出して補正する画像補正法と、が存在する。
（イ）、投影補正法：投影データはチャンネル、ビューの２次元配列で、リング成分がビュー（配列）方向の直線成分となるため、リング成分抽出のアルゴリズムが比較的単純である。しかし、画像上に現れるリングアーチファクトを構成する誤差成分は、投影データ上では必ずしも十分なコントラスト差を持たないため、完全に補正しきれない場合も多い。また、特開平８−２５２２４９では患者の撮影前に検出器の特性劣化を検査するための特別なデータ取得が必要などシステムが複雑になるなどの問題点があった。
（ロ）、画像補正：一方、画像空間の処理は画像がｘ−ｙの直行配列で得られ、円弧状のリング成分を抽出するにはＵＳＰ−４６７０８４０のようにセクタ領域に分割するなどの必要がある。しかし、再構成画像の視野サイズは撮影部位や観察目的によって異なり、再構成中心はスキャナの回転中心に必ずしも一致しない。従って、セクタはスキャナの回転中心を基準に分割されるものであるから、分割領域を各画像毎に計算して再設定しなければならない。
【０００５】
本発明の目的は、リングアーチファクトの低減をより一層可能にするＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置における画像補正方法であって、リング状のノイズ成分を有するｘ−ｙ直交座標系の画像をｒ−θ回転座標系に座標変換することで、前記ｘ−ｙ直交座標系上のリング状のノイズ成分をθ方向の直線成分に変換して抽出するステップと、
前記抽出したθ方向の直線成分をｘ−ｙ直交座標系のリング状のノイズ成分の画像とするステップと、
前記画像から前記リング状のノイズ成分の画像を差分することで前記画像の前記リング状のノイズ成分を除去するステップと、からなる画像補正方法を開示する。
更に本発明は、Ｘ線ＣＴ装置における画像補正方法であって、回転検出系により取得した投影データに含まれたリングアーチファクト成分を除去する画像補正方法であり、
前記投影データからｘ−ｙ直交座標系の再構成画像を再構成するステップと、
前記ｘ−ｙ直交座標系の再構成画像をｒ−θ回転座標系に座標変換して、ｒ−θ画像を取得するステップと、
前記ｒ−θ画像からリングアーチファクト成分をθ方向の直線成分として抽出するステップと、
前記直線成分として抽出したリングアーチファクト成分をｘ−ｙ直交座票系の画像に変換するステップと、
ｘ−ｙ直交座標系に変換されたリングアーチファクト成分の画像をｘ−ｙ直交座標系の再構成画像から差し引いて補正した再構成画像を作成するステップと、からなる画像補正方法を開示する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図３、図４に本実施の形態のＣＴ装置を示した。図４において、Ｘ線ＣＴ装置は、全体を統括するホストコンピュータ４０１と、Ｘ線発生系、Ｘ線検出系などを搭載しスリップリングによって連続スキャンが可能なスキャナ４０２と、前処理、画像再構成処理や各種解析処理を担当する画像処理装置４０３と、Ｘ線に高電圧を供給する高電圧発生装置４０４と、患者テーブル４０５と、表示装置４０６とからなる。
【０００８】
図３はスキャナ４０２の詳細な構成を示した図である。Ｘ線管３０１と２次元検出器３０２は、回転板に被検体３０５を挟み互いに対向する位置に搭載され、被検体３０５の透過Ｘ線を検出できるようになっている。回転盤３０６は回転制御装置３０３によって駆動制御され、高速に連続回転可能となっている。Ｘ線管には高電圧発生装置４０４から電力が供給される。プリアンプ３０４によって取得された計測データはスリップリングなどの信号伝達手段を介して画像処理装置４０３に転送される。
画像処理装置４０３での処理フローを図２に示す。画像処理装置４０３は入力された計測データに対して、ログ変換や線質補正などの前処理（２０１）を施し、フィルタ補正処理（２０２）を行って正規の投影データを得、次いで、この投影データから逆投影処理（２０３）等によって断層像を得る。更に、後処理（２０４）によって画像フィルタなどの後処理を施し、リング補正（２０５）によって本発明のリングアーチファクト補正処理を施してリングアーチファクトの無い画像を得、再構成画像として表示装置４０６に送り、表示（２０６）を行う。
ここで、逆投影処理等によって得る断層像とは、直交座標系ｘ−ｙで定義された座標系の再構成画像である。また、投影データとは、Ｘ線ビームの開き角αと線源の角度位置βとで定義、又は投影角とチャンネル番号とで定義（この２つの定義は実質同じ）されたものである。
【０００９】
次に、リング補正処理（２０５）について図１を用いて説明する。リング補正処理（２０５）は、ｒ−θ変換処理（１０１）、リング成分抽出処理（１０２）、ｘ−ｙ変換処理（１０３）、補正処理（１０４）で構成される。
ｒ−θ変換処理（１０１）：後処理（２０４）まで終了して得られるリングアーチファクトを含んだ再構成画像２０４Ａをｒ−θ変換処理（１０１）でｒ−θ変換処理を施しｒ−θ画像１０６を得る。
リング成分抽出処理（１０２）：この処理では、入力したｒ−θ画像からフィルタ処理によって、リングアーチファクトを構成する誤差成分（リング成分）を抽出する。リング成分は、ｒ−θ座標系では直線成分となるため、一般的な線分抽出アルゴリズムで抽出する。
ｘ−ｙ変換処理（１０３）：リング成分が、回転座標系である故に、これをｘ−ｙ座標系に戻す。これによって、再構成座標系と同じ座標系に戻る。
補正処理（１０４）：ｘ−ｙ座標系でのリング成分を、原画像（再構成画像のこと）から差し引く処理を行う。これによってリングアーチファクトの発生を抑制できた。
【００１０】
図５は、ｒ−θ変換処理（１０１）の一例を説明する図である。
ここで、図５に示す各パラメータは以下の通りである。
ｘ、ｙ…再構成後の座標系である。再構成像の中の座標（ｘ、ｙ）におけるＣＴ値は、ＣＴ（ｘ、ｙ）と表現できる。
ｒ、θ…座標系ｘ、ｙの原点に一致する原点を持つ、回転座標系である。ｒが半径方向の大きさ、θが角度を示す。
Δｒ、Δθ…座標系ｒ、θのサンプリング間隔を示す。
ＦＯＶ…再構成画像の視野である。ＦＯＶの内側（線上を含ませるか否かは定義次第）のみの再構成画像を得ることを示し、ＦＯＶの外側には再構成画像が得られない（又はＦＯＶの外側の再構成画像は捨てる）。ＦＯＶを適宜設定することで、再構成画像は、任意の領域位置、任意の領域（図は正方形の領域としている）大きさで得ることが可能となる。
ｃＦＯＶ…ｒ−θ座標系でのリングアーチファクトの補正を行うべき視野（計算視野）である。ｃＦＯＶの内側（線上を含ませるか否かは定義次第）のみがリングアーチファクトの補正対象となり、ｃＦＯＶの外側はリングアーチファクトの補正対象外となる。ｃＦＯＶを適宜設定することで、任意の領域位置、任意の領域大きさでリングアーチファクトの補正が行える。
【００１１】
ＦＯＶとｃＦＯＶとの関係（その１）…両者は任意に独立に設定してもよく、関連を持たせて設定させてもよい。図５の例は、ｃＦＯＶがＦＯＶよりも大きく、且つＦＯＶの中心座標（ｃｘ、ｃｙ）が座標系ｘ−ｙ、ｒ−θの原点に一致しない例を示す。また、ＦＯＶは矩形（正方形を含む）、ｃＦＯＶは円形を示すが、ｃＦＯＶは矩形に設定する例もある。更に、ＦＯＶとｃＦＯＶとは少なくとも一部が一致する共通領域を持つような位置関係及び大きさ関係に設定することは不可欠である。因みに、図５は、ＦＯＶが完全にｃＦＯＶの領域内部に存在する如き設定例を示す。
（ｘa、ｙb）…ＦＯＶ内の座標であり、ＣＴ値ＣＴab＝ＣＴ（ｘa、ｙb）を有する。
（ｘc、ｙd）…ＦＯＶ外の座標であり、ＣＴ値は存在しない。座標（ｘc、ｙd）はｃＦＯＶ内に含まれているため、リングアーチファクトの補正対象となる。従って、例えば（ｘc、ｙd）のＣＴ値ＣＴcd＝０（０を埋め込み）に強制的に設定して、リングアーチファクトの補正対象として扱う。
ＦＯＶの再構成座標系の扱い…ＦＯＶの中心位置Ｇ（ｃx、ｃy）は、再構成画像座標系ｘ−ｙの原点（０、０）と一致させることは必ずしも必要でない。
【００１２】
ＦＯＶとｃＦＯＶとの関係（その２）…図７は、ＦＯＶ視野の一部領域ＭがｃＦＯＶ視野よりも外側にある例を示す。外側にある領域Ｍは、ｃＦＯＶ視野外のため、補正対象外となる。また、ＦＯＶ視野の外側であって且つｃＦＯＶ視野内に含まれる領域Ｎは、ＦＯＶ視野の外側のため、対応する再構成画素値がなく、この領域からはｒ−θ画像を得ることができない。そこで、ＦＯＶ視野の外側のＮ領域については、再構成画素値をすべて“０”などの一定値に設定しておくことで、このＮ領域を原因とする誤差成分の出現を排除できる。仮にこの領域に誤差成分が現れても、この領域が参照されることはない。また、ＦＯＶ視野とＮ領域との境界線上にあっては、補間してｘ−ｙ誤差画像を求めるので２次元線形補間の場合、境界線上に沿った各１画素分が利用されるが、実用的には問題とならない。図８は、ｃＦＯＶ視野１の半分程度がＦＯＶ視野と重複する例であって、且つｃＦＯＶ視野１よりも２倍程度の大きさのＦＯＶ視野の例がある。図のような場合もｃＦＯＶ視野であるｒ−θ画像空間がｘ−ｙ画像空間からはみ出しているため、完全なｒ−θ画像は作成できない。逆に、ｘ−ｙ画像の半分程度の領域しか補正対象とならない。このような場合はｃＦＯＶを大きく設定（ｃＦＯＶ１よりも大きなｃＦＯＶ２）すればよい。ただし、Δｒ、Δθを大きくすると、補正精度が低下し、小さくするとｒ−θ画像の画素数が多くなり処理時間が増加する。そのため、実用的に十分な補正領域を確保でき、しかもなるべく小さくなるようにｃＦＯＶは設定するのがよい。
【００１３】
さて、ｒ−θ座標系への座標変換に先立ちｒ−θ空間の視野サイズｃＦＯＶ、及びｒ、θそれぞれのサンプリング間隔Δｒ、Δθを決定する。これは部位や再構成画像の視野サイズＦＯＶによってあらかじめ設定しておいてもよい。ここで設定したｒ−θ空間からはみ出した領域は補正処理の対象外となる。
今、（ｘ、ｙ）がｒ−θ座標系の（ｉ、ｊ）に数２によって対応化しているとすれば、数１に示したように、求めるｒ−θの座標の（ｉ、ｊ）の画素値ｑ（ｉ、ｊ）は原画像（再構成画像のこと）の座標（ｘ、ｙ）の画素値ｐ（ｘ、ｙ）が相当する。ただし、原画像はサンプリング間隔Δｘ、Δｙの間隔で定義されているディジタル画像であるため、ｐ（ｘ、ｙ）は補間、例えば（ｘ、ｙ）の周囲のディジタル画素値から２次元線形補間して求める。尚、数２でｒ0、θ0は初期値である。またＮr、Ｎθはｒ方向、θ方向の画素数である。
【数１】
0004010607.tif 000002
【数２】
0004010607.tif 000003
【００１４】
リング成分抽出処理（１０２）における線分抽出アルゴリズムの一例を、数３に示す。
【数３】
0004010607.tif 000004
数３でλ（ｉ、ｊ）は、回転座標（ｉ、ｊ）でのリング成分である。この数３によれば、回転座標（ｉ、ｊ）での画素値ｑ（ｉ、ｊ）があるＣＴしきい値Ｖthよりも小さい時に、半径方向の前後の位置（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）の画素値の加重平均値を求め、画素値ｑ（ｉ、ｊ）からこの加重平均値を差し引いた値がリング成分λ（ｉ、ｊ）とした。前後の画素値に変化があれば、その変化の程度に応じたλ（ｉ、ｊ）を得る。前後の画素値に変化が少なければ、λ（ｉ、ｊ）は零に近くなる。一方、ｑ（ｉ、ｊ）があるしきい値Ｖthよりも大きければ、λ（ｉ、ｊ）＝０にする。
ここで、ＣＴしきい値Ｖthとは、骨などの高吸収体と軟部組織の境界からはリングアーチファクトの補正処理によってアーチファクトが生じやすく、これを防止するための設定値である。
【００１５】
リング成分λ（ｉ、ｊ）を、リング除去のために使ってもよいが、回転角方向に加重平均を取ることで、半径方向の距離ｒ（即ちｉ）毎に、回転角度方向に、ある幅分ｎ（ｎはリング成分抽出のためのθ方向フィルタリング重みの点数）だけ平均化した最終的な補正量を得る。かかる数式例を数４に示す。
【数４】
0004010607.tif 000005
数４で、Ｓ（ｉ、ｊ）が平均化したリング成分である。更にＶthはリング成分λ（ｉ、ｊ）のしきい値であり、Ｖthよりも絶対値的にλ（ｉ、ｊ）が大きいときは加重平均の対象とせず、小さいλ（ｉ、ｊ）のみを加重平均の対象とした。また、Ｗkは、荷重係数であり、移動平均してリング（直線状）のものを強調するための係数、重み係数ｎは、具体的にはその移動平均のためのｉを固定してのｊの前後の移動幅であり、ｎ＝３とかｎ＝５とか任意に設定する。
荷重係数Ｗkは、例えば、
【数５】
0004010607.tif 000006
にするのが好ましい。ｎ＝３ならば、最も単純には、Ｗk＝１／７（ｋ＝−ｎ〜ｎ）となる。図９は、ｎと重み係数Ｗkとの関係を示す。（イ）がリング成分例を示す図、（ロ）が中心を大きく、周辺を小さくしたＷkの例、（ハ）がＷk一定の例を示す。（ハ）の例でもよいが、特に（ロ）のようにＷkを設定することで、重み係数Ｗkをθ方向に乗じることで平均化してリング抽出性能を向上させる。重みは２ｎ＋１の幅となる。また、特に重みは左右対称でなくてもよい。
尚、図１では抽出したリング成分（補正量）を画像１０７として示してある。ｘ−ｙ変換処理（１０３）での座標変換式は、数１、数２の逆変換でよく、具体的には、数６、数７を使う。ｒcがｘ−ｙ座標系の座標（ｉ、ｊ）でのリング成分となる。
【数６】
0004010607.tif 000007
【数７】
0004010607.tif 000008
【００１６】
Ｎx、Ｎyは、それぞれｘ方向画素数、ｙ方向画素数である。かかる数６、数７を利用してリング成分を求める。即ち、原画像のサンプリング間隔Δｘ、Δｙから、画素位置（ｘ、ｙ）を求め、ｘ、ｙから対応するｒ、θを数７で求め、ｘ−ｙ誤差画像１０８（図５）であるｒc（ｉ、ｊ）にＳ（ｒ、θ）を代入する。但し、数１と同様にリング成分Ｓ（ｒ、θ）はディジタル画像Ｓ（ｉ、ｊ）から補間して求める。補間式は、例えば、２次元線形補間法による。
【００１７】
補正処理（１０４）にあっては、ｘ−ｙ変換処理（１０３）で得たリング成分ｒc（ｉ、ｊ）は、原画像のリング成分であり、これを原画像から差し引くことで、リングアーチファクトのない最終画像１０９（図５）を得ることができる。当然ながら、補正量を抑制する補正係数を乗じてから差し引いてもよい。
【００１８】
以上の説明の中の２ヶ所で、ディジタル画素値から、２次元線形補間で任意の位置の画素値を算出するとしたが、その２次元線形補間の説明図を図１０に示す。但し、隣り合う画素値間の距離は、正規化（“１”）して説明しやすくしている。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは互いに隣り合う４つのディジタル画素値である。この４つの画素値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの間の任意の位置を、画像Ｃからｘ方向にｄｘ、ｙ方向にｄｙとすると、この位置での画素値Ｑは、例えば次式の２次元線形補間により求まる。
【数８】
0004010607.tif 000009
【００１９】
次に、第２の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態で述べたｒ−θ画像は、回転中心（ｒ＝０）に近いほど対応する原画像の画素数が少なくなる。例えば、原画像で回転中心に接している画素は４画素しかない。そこで、第２の実施の形態では図６の特性Ａに示すような重みＷを用いることにした。この重みＷはリング成分抽出しきい値Ｖthに乗じて回転中心付近の画素はしきい値が小さくなるようにする。あるいは、回転方向の平均化画素数を決定するｎ（数４）をＷで除して、回転中心付近の平均化画素数を増やす。後者の場合、例えば、ｒ−θ画像における平均化画素数がｘ−ｙ画像における画素数にほぼ一致するように設定する。尚、図６の特性Ｂは、直線状の重みの例である。特性Ａは略半円状の重みの例である。
【００２０】
各実施の形態によれば、リングアーチファクトの低減された再構成画像が得られ、診断能が向上する。
本発明は、本実施の形態の手法に限定されるものではなく種々の改良が考えられる。例えば、後処理とリング補正処理の順序は入れ替えてもよい。また、高速化のためにｒ−θ変換テーブル、ｘ−ｙ変換テーブルなどの常套手段も当然ながら用いることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、診断の妨げとなるリングアーチファクトの発生を抑制することができ、安定した画質の断層像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態でのリング補正処理フロー図である。
【図２】画像処理装置の処理フロー図である。
【図３】スキャナの構成例図である。
【図４】Ｘ線ＣＴ装置構成図である。
【図５】ｒ−θ変換説明図である。
【図６】重みＷの設定例図である。
【図７】ＦＯＶとｃＦＯＶとの関係図である。
【図８】ＦＯＶとｃＦＯＶとの他の関係図である。
【図９】重み係数Ｗkを説明する図である。
【図１０】２次元線形補間法の説明図である。
【符号の説明】
４０１  ホストコンピュータ
４０２  スキャナ
４０３  画像処理装置
４０４  高電圧発生装置
４０５  患者テーブル
４０６  表示装置
【図１】
0004010607.tif 000010
【図２】
0004010607.tif 000011
【図３】
0004010607.tif 000012
【図４】
0004010607.tif 000013
【図５】
0004010607.tif 000014
【図６】
0004010607.tif 000015
【図７】
0004010607.tif 000016
【図８】
0004010607.tif 000017
【図９】
0004010607.tif 000018
【図１０】
0004010607.tif 000019