JP3788846B2 - X-ray computed tomography system - Google Patents
X-ray computed tomography system Download PDFInfo
- Publication number
- JP3788846B2 JP3788846B2 JP16583797A JP16583797A JP3788846B2 JP 3788846 B2 JP3788846 B2 JP 3788846B2 JP 16583797 A JP16583797 A JP 16583797A JP 16583797 A JP16583797 A JP 16583797A JP 3788846 B2 JP3788846 B2 JP 3788846B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- reconstruction
- region
- back projection
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 title claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 36
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000002603 single-photon emission computed tomography Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009206 nuclear medicine Methods 0.000 description 2
- 101001057156 Homo sapiens Melanoma-associated antigen C2 Proteins 0.000 description 1
- 102100027252 Melanoma-associated antigen C2 Human genes 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に対しコーンビーム状のX線を照射し、被検体を透過したX線の強度データを測定し、当該測定データに基づく再構成演算処理を行なうX線コンピュータ断層撮影装置(以下、「CT」と略称する)に関する。
【0002】
【従来の技術】
(1)ファンビームCTとコーンビームCT
ファンビームCTは、ファンビーム(扇)状のX線を照射するものであり、図13(a)に示すように、検出素子100が一次元方向(チャンネル方向)に配列されたシングルスライス検出器101を備える。同図において、FはX線焦点、αはファンビームのファン角を示している。
【0003】
コーンビームCTは、コーンビーム(四角錐)状のX線を照射するものであり、図13(b)に示すように、検出素子200が列方向とチャンネル方向の二次元方向に配列された面検出器201を備える。同図において、βはコーン角を示している。検出素子200の列方向はZ軸(被検体の体軸方向及びスライス方向)に平行となっている。
(2)ファンビーム再構成
ファンビームCTにおける画像再構成は、例えば次のようにして行われる。すなわち、被検体の周囲でX線管を回転させながらX線を照射し、X線管に対向して配置される検出器で収集した透過X線強度を基に投影データを得て、所定の補正処理を行なった後、コンボリューション・バックプロジェクション(CBP:Convolution Backprojection、畳み込み・逆投影)法によって画像を再構成する。
【0004】
図14はCBP法による再構成処理の流れを示す図である。同図(a)において太矢印は被検体を模式的に示している。CBP法では、全角度での投影データを収集してその補正を行ない(同図(b))、再構成関数とのコンボリューション演算および全角度での逆投影演算を行なう(同図(c))。なお、同図(d)はある角度での逆投影を示している。
(3)ファンビームにおけるハーフ再構成
画像再構成において、パラレルビームを用いる場合には180°のデータが必要であるが、ファンビームを用いる場合には180°+ファン角のデータが必要である。この場合、図15に示すように焦点位置がFsからFeまでの角度のデータを収集すれば良く、このように180°+ファン角のデータを用いて画像を再構成する方法はハーフ再構成と称されている。ハーフ再構成は良く知られている画像再構成法であるが、従来のハーフ再構成では、焦点位置FsからFeまでの個々の焦点角度で得られたデータを逆投影するに際して、これを画像内の全ピクセル(pixel :画素)に対して行なうものとなっている。
(4)SPECT(核医学診断装置)におけるハーフ再構成
核医学診断装置の一種であるSPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)においても、上述したCTのものと同様のファンビームにおけるハーフ再構成法があるが、特に画像内のピクセルごとに最適な焦点角度(逆投影角度と称する)Fs(pixel(r,θ))→Fe(pixel(r,θ))を求めるハーフ再構成法(以下、「無円法」と称する)が知られている。無円法については、参考文献1(「High spatial resolution reconstruction technique for SPECT using a fan-beam collimator」,IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE,Vol.40,No.4,August1993,pp.1149-1153,T.Ichihara,K.Nambu,N.Motomura )、あるいは参考文献2(「SPECTのかかえる諸問題点と利点」、日本放射線技術学会雑誌、第50巻、第9号、P.1639-1650(P.318-329)、1994年9 月、市原 隆)の第4項「ファンビーム高解像再構成法」(P.327orP.1648 )において説明されている。
【0005】
無円法においては、アーチファクトの低減を図るべく、逆投影角度を最適角度よりもやや広げた境界領域におけるスムージング処理が行われることもある。
(5)コーンビーム再構成(Feldkamp再構成法)と再構成可能な領域
コーンビーム再構成には種々の方法があるが、ファンビーム再構成法におけるCBP法を発展させた、いわゆるFeldkamp再構成と呼ばれる近似的な再構成法が代表的である。 Feldkamp 再構成法については、参考文献3(「Practical cone-beam algorithm 」,J.Opt.Soc.Am.A,1,pp.612-619(1984) Feldkamp L.A.,Davis L.C.and Kress J.W. )に記載されている。
【0006】
この方法で再構成可能な領域を3次元的に考察すると、図16のようになる。すなわちスライス方向に次式(1)で決定されるHの高さの円筒形の領域のみが再構成可能である。
【0007】
H=2×(FCD−w)・tanβ …(1)
なお、図17は、コーンビーム再構成におけるFOV(Field of View )を示す図であり、同図(a)はFOVを横から見た図、同図(b)はFOVを上から見た図である。
(6)コーンビーム再構成におけるハーフ再構成と再構成可能な領域
ここで、上記(5)において述べたCBP法によるコーンビーム再構成と上記(3)において述べたハーフ再構成とを組み合わせた場合を考える。この場合は、再構成画像内のピクセルではなく再構成領域内のボクセル(voxel 、容素)を考慮し、再構成領域全体に対して同一焦点角度のデータを利用するものとなるだけであり、再構成可能な領域を表す円筒領域の高さHは不変である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
(1)再構成可能な領域の拡大
図16に示した再構成可能な領域(高さH)は小さく、無駄な被爆が多いので、再構成可能な領域をより大きくすることが望まれている。
(2)コーン角の影響による画質劣化
前述のように、Feldkamp再構成法は近似的な再構成法であるので、コーン角(図16のβ)が大きくなると画質劣化が顕著になるという問題点がある。
(3)ハーフ再構成のノイズ対策(S/N向上)
ハーフ再構成を行なった場合、各ボクセルあるいはピクセル当たりに逆投影されるデータ数は約半分になるので、S/Nが劣化してしまうという問題点がある。
【0009】
したがって本発明は、再構成可能な領域の拡大、コーン角の影響による画質劣化の低減、そしてハーフ再構成に起因するノイズ低減を図ったX線コンピュータ断層撮影装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は次のように構成されている。すなわち、本発明のX線コンピュータ断層撮影装置は、面検出器を有し、コーンビームデータを収集して3次元再構成を行なうX線コンピュータ断層撮影装置において、ボクセルごとに最適となる焦点角度のデータを3次元逆投影すべく、焦点角度とボクセルの座標とに対応して前記3次元逆投影する領域を決定する逆投影領域決定手段を具備することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係るコーンビームCTの構成を示すブロック図である。図1において、コーンビームCT10は、コーンビーム形状のX線を照射するためのX線管21と、このX線管21に対し図示しない被検体を挟んで対向配置される面検出器23とが一体で回転可能な如く架台25に取り付けられている。X線管21には、X線制御装置17からの制御により高電圧発生装置19において発生された高電圧が供給される。またX線制御装置17はシステム制御部11によって制御される。
【0012】
架台・寝台制御部13は架台25の図示しない架台回転部を制御することによりX線管21及び面検出器23を回転駆動する一方、寝台移動部15を制御することにより被検体が載置される寝台15aをZ軸方向に移動させる。
【0013】
面検出器23にはデータ収集部27が接続されている。データ収集部27は、システム制御部11による制御に従い、面検出器23の検出器出力に基づいて被検体の多方向からの投影データを得る。データ収集部27によって得られた投影データは画像再構成部31に送られるとともに、以降において説明する画像再構成処理に供される。画像再構成部31における再構成処理によって得られた被検体の画像は表示部33によって表示される。
【0014】
図2は、画像再構成部31の詳細な構成を示すブロック図である。
画像再構成部31は、制御装置50と、メモリ装置51と、逆投影演算装置54とによって構成されている。メモリ装置51は、逆投影領域テーブル52、データ記憶部53から成る。制御装置50は、メモリ装置51のデータ記憶部53から所要のデータを読み出し、コンボリューションなど所定の処理を行なった後に逆投影演算装置54に対して出力する。また制御装置50は、メモリ装置51の逆投影領域テーブル52から該当するビューの逆投影領域テーブルを読み出して逆投影演算装置54に対し出力する。逆投影演算装置54は、制御装置50から出力されたデータ及び逆投影領域テーブルに従って、所定の領域への逆投影演算を行なう。その演算結果はメモリ装置51のデータ記憶部53に記憶される。
【0015】
ここで、本発明の特徴点に係る無円Feldkamp再構成法について説明する。
先ず図3に示すように、ある焦点位置Fから照射したビームの“質”を考えた場合、ボクセルAを通過するビームはコーン角が大きいので質が悪く、ボクセルBを通過するビームはコーン角が小さいので質が良い。SPECT装置におけるコリメータ精度によるデータの質の変化等とは原因が異なるがコーンビームCTにおいても類似の結果となる。
【0016】
そこで、図4(a)に示すように任意のボクセルCに対してFs(C)からFe(C)までの焦点から逆投影する。図4(a)はボクセルCに対する最適な投影角度を示している。
【0017】
これを任意の焦点位置から考えた場合、図4(b)に示すように焦点Fと回転中心Oとを結んだ線分を直径とする円(“無円”と称する)と、その外側の領域(“彼岸”と称する)を考え、当該焦点位置からのデータを“彼岸”に逆投影する。
【0018】
再度、任意のボクセルCから考えると、図5に示すように、焦点FsからFeまでの間にボクセルCは“彼岸”領域に含まれていることが分かる。
この再構成領域“彼岸”を三次元的に描くと図6に示す通りとなる。
【0019】
結果として、図7に示すように、再構成可能領域H(図16参照)のほぼ倍になるようなH’を得ることができる。このときH’は次式(2)によって表される。
【0020】
H’=2×FCD・tanβ
=FCD/(FCD−w)×H …(2)
さらに本実施形態では、三次元逆投影する領域をやや広げ、境界領域でのデータに重み付け演算によるスムージング処理を施す。これにより逆投影する領域(“彼岸”)と逆投影しない領域(“無円”の中)との明瞭な境界に起因して起こるアーチファクトを低減することができる。
【0021】
また、“無円”と称した逆投影境界領域を真円形ではなく、図8(b)又は(c)に示すように楕円形にし、データの質が余り変わらない領域には逆投影を行なうように構成しても良い。
【0022】
ここで、1回転→被写体移動→1回転の繰り返しによるボリュームスキャンを行う場合を考える。従来の360°のデータによる3次元再構成による場合には、図9(a)に示すように1回の移動距離がHになってしまう。
【0023】
一方、本実施形態は、ボクセルごとに最適なデータとなる焦点角度のデータを逆投影して3次元再構成するものであり、このため3次元逆投影する領域を焦点角度とボクセルの座標(ここでは2次元座標)に対応して決定するようにしているので、図9(b)に示すように、1回の移動距離をH’にすることが可能となり、高速に広範囲を撮影することが可能となる。
【0024】
また、全ボクセルにわたって逆投影する焦点角度が同じであっても、以下の条件下においては再構成画像にいわゆる「ドーミング」が生じてしまう。
(1) 逆投影回数(ビュー数)がボクセルによって異なること
(2) 逆投影する際にコンボリューションデータに対して、焦点−ボクセル間の距離の2乗の逆比すなわち1/(距離)2 を乗じること
このようなドーミングによる画質劣化を低減するためには、例えば円筒のように均一なファントムを予めスキャンして再構成しておき、そのドーミングの程度から補正係数を算出して再構成画像に乗じることにより、再構成画像のボクセル値の信頼性を向上できる。
【0025】
以上説明したように、本実施形態に係るコーンビームCTにおける無円Feldkamp再構成によれば、ボクセルごとに最適なデータとなる焦点角度のデータを逆投影して3次元再構成するようにし、このため3次元逆投影する領域を焦点角度とボクセルの座標(ここでは2次元座標)に対応して決定するようにしているので、1回の移動距離を拡大することができ、高速に広範囲を撮影することが可能となる。
【0026】
また、三次元逆投影する領域をやや広げ、境界領域でのデータに重み付け演算によるスムージング処理を施すことにより、逆投影する領域(“彼岸”)と逆投影しない領域(“無円”の中)との明瞭な境界に起因して起こるアーチファクトを低減することができる。
【0027】
なお、本実施形態の変形例として、ボクセルごとではなく、ある領域ごとに逆投影する焦点角度を設定するようにしても良い。また本実施形態においては、ボリュームスキャンを行なうものとして説明したが、ヘリカルスキャンを行なうように構成しても良い。この場合、例えば上記H’をヘリカルピッチにする。
【0028】
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態は、スライス方向に沿って無円の形状を変形させ、360°領域と無円領域との切り分けを行なうようにした装置に関する。当該コーンビームCTシステムの最大コーン角βが余り大きくない場合、中心付近の高さHの領域を通常の360°分のデータで再構成しても画質は充分に良い。また、逆投影する焦点角度は広い方が、つまり逆投影するデータ数が多い方が画像のS/Nは向上する。
【0029】
図16から明らかなように、図7に示した再構成可能な領域のうち、中心付近の高さHの領域は360°のデータを使って3次元逆投影できる。そこで、図10(a)に示すように再構成可能な領域H’をスライス方向に沿って2つの領域(領域A,B)に分割し、領域Aについては360°のデータを用いた通常の3次元構成を行ない、一方領域Bは第1実施形態において述べたように、ボクセルごとに最適化した焦点角度の180+ファン角度のデータによる3次元再構成を行うようにする。このため、本実施形態では画像再構成部31の逆投影領域テーブル52をZ軸座標依存としている。
【0030】
したがって、3次元逆投影する領域を焦点角度とボクセルの座標(ここではZ軸座標を含む3次元座標)に対応して決定するようにしているので、再構成領域を拡大できるとともにS/Nを向上させることができる。
【0031】
なお、上述のように領域AとBで再構成可能領域を厳密に2分割せず、図11あるいは図12に示すようにZ座標に従って無円形状(境界)をなめらかに変化させても良い。
【0032】
また、領域Bでは図10(b)に示すようにZ座標に従って無円形状を変化させ、領域Aは360°のデータを使って逆投影しても良い。
なお、第2実施形態においても、第1実施形態で述べたように、三次元逆投影する領域の境界をやや広げ、境界近傍のデータにスムージングを施すようにしても良い。
【0033】
(第3実施形態)
次に本発明の第3実施形態を説明する。第3実施形態は2回のスキャンで得られる無円領域を重ねて重みづけ加算するようにした装置に関する。第2実施形態において説明したように、領域Aで360°のデータを用いた逆投影を行なう場合、領域AとBとの境界においてS/Nの差が生じる。
【0034】
そこで、図9(c)に示すように1回の移動距離をあえてHよりも大きく且つH’よりも小さく、例えばH”とする。このとき再構成領域は、F(k)およびF(k+1)によるスキャンで得られる360°のデータで再構成される領域A(k)およびA(k+1)と、F(k)およびF(k+1)によるスキャンで得られるデータであって第2実施形態の方法で再構成される領域B(k)およびB(k+1)と、2つのスキャンで重複する領域C(k,k+1)に分類される。
【0035】
ここで、領域C(k,k+1)では、F(k)のスキャンで得られるデータを第2実施形態の無円法を用いて逆投影した結果と、F(k+1)のスキャンで得られるデータを同様に逆投影したデータとを、Z座標に依存した重みで重みづけ加算して再構成する。重みづけ加算は、必要な焦点角度分の逆投影演算を行ったデータ(すなわちボクセルデータ)の加算でも良いし、1つの焦点角度(1ビュー)の逆投影演算のデータの加算でも良く、またはコーン角の差を無視し、逆投影演算前のコンボリューションデータの加算であっても良い。
【0036】
本実施形態の変形例として、重み付け加算の際の重みを一定値あるいはZ座標依存ではなく、焦点角度依存にする、あるいはボクセルごとで可変とする、など適宜変更可能である。
【0037】
このような第3実施形態によれば、再構成可能な領域を重ね合わせる、すなわちボクセルごとあるいは領域ごとに最適化した焦点角度の2回転分のデータを逆投影するようにしているので、ハーフ再構成に起因するS/Nの劣化を抑えることができる。
【0038】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。例えば、3次元逆投影領域の決定にあたっては、本発明の手法を用いた上で、実際の逆投影演算を下記のいずれか、あるいは他の方法と組み合わせて良い。
[1]“センタリング面を用いた逆投影法”
[2]“直接逆投影法”
[3]“コーンパラ変換による逆投影法”
あるいは、1ビューの2次元投影データをスライス方向にコンボリューションした後に3次元逆投影するなど、Feldkamp再構成を応用した、逆投影演算を用いたさまざまな3次元再構成法が知られており、本発明は少なくとも逆投影演算を用いる種々の3次元画像再構成法に対して適用可能であり、Feldkamp再構成法に限定されるものではない。
また、本発明はCTのみに限定されず、SPECT、PETなど種々のモダリィティにも適用可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば再構成可能な領域の拡大、コーン角の影響による画質劣化の低減、そしてハーフ再構成に起因するノイズ低減を図ったX線コンピュータ断層撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るコーンビームCTの概略構成を示すブロック図。
【図2】上記第1実施形態に係る画像再構成部の詳細構成を示すブロック図。
【図3】上記第1実施形態に係るX線ビームのパスと同一平面における個々のピクセル間の関係を示す図。
【図4】上記第1実施形態に係るボクセルCに対する最適な逆投影角度を示す図。
【図5】上記第1実施形態に係る“無円”および“彼岸”を示す図。
【図6】上記第1実施形態に係る“彼岸”を三次元的に示す図。
【図7】上記第1実施形態に係る再構成可能領域を示す図。
【図8】上記第1実施形態に係る“無円”の形状の変形例を示す図。
【図9】上記第1実施形態に係るボリュームスキャンにおける再構成可能領域を示す図。
【図10】本発明の第2実施形態に係る再構成可能領域を示す図。
【図11】上記第2実施形態に係る“無円”の形状の変形例を示す図。
【図12】上記第2実施形態に係る“無円”の形状の変形例を示す図。
【図13】本発明の従来例に係るファンビームCTの検出器の構成を示す図。
【図14】本発明の従来例に係るCBP法による再構成処理の流れを示す図。
【図15】本発明の従来例に係るハーフ再構成における焦点角度を示す図。
【図16】本発明の従来例に係るFeldkamp再構成法における再構成可能領域を三次元的に示す図。
【図17】本発明の従来例に係るコーンビーム再構成におけるFOVを示す上面図及び側面図。
【符号の説明】
10…コーンビームCT
11…システム制御部
13…架台・寝台制御部
15…寝台移動部
17…X線制御装置
19…高電圧発生装置
21…X線管
23…面検出器
25…架台
27…データ収集部
31…画像再構成部
33…表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an X-ray computed tomography apparatus that irradiates a subject with cone-beam X-rays, measures intensity data of the X-rays transmitted through the subject, and performs reconstruction calculation processing based on the measurement data ( Hereinafter, it is abbreviated as “CT”).
[0002]
[Prior art]
(1) Fan beam CT and cone beam CT
The fan beam CT irradiates a fan beam (fan) X-ray, and as shown in FIG. 13A, a single slice detector in which the
[0003]
The cone beam CT irradiates cone beam (quadrangular pyramid) X-rays, and as shown in FIG. 13B, a surface on which the
(2) Fan beam reconstruction Image reconstruction in the fan beam CT is performed as follows, for example. That is, X-rays are irradiated while rotating the X-ray tube around the subject, and projection data is obtained based on the transmitted X-ray intensity collected by a detector disposed opposite to the X-ray tube, After performing the correction process, an image is reconstructed by a convolution backprojection (CBP) method.
[0004]
FIG. 14 is a diagram showing the flow of reconstruction processing by the CBP method. In FIG. 2A, a thick arrow schematically shows the subject. In the CBP method, projection data at all angles is collected and corrected (FIG. (B)), and a convolution operation with a reconstruction function and a back projection operation at all angles are performed (FIG. (C)). ). FIG. 4D shows back projection at a certain angle.
(3) Half reconstructed image reconstruction using a fan beam When using a parallel beam, 180 ° data is necessary, but when using a fan beam, 180 ° + fan angle data is necessary. In this case, as shown in FIG. 15, it is only necessary to collect data on the angle of the focal position from Fs to Fe, and the method of reconstructing an image using data of 180 ° + fan angle in this way is half reconstruction. It is called. Half-reconstruction is a well-known image reconstruction method. In the conventional half-reconstruction, when data obtained at individual focal angles from the focal position Fs to Fe is back-projected, This is performed for all pixels (pixels).
(4) Half Reconstruction in SPECT (Nuclear Medicine Diagnostic Equipment) SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography), which is a kind of nuclear medicine diagnostic equipment, also has a half reconstruction method in the fan beam similar to that of the CT described above. In particular, a half reconstruction method (hereinafter referred to as “nothing”) for obtaining an optimum focal angle (referred to as a back projection angle) Fs (pixel (r, θ)) → Fe (pixel (r, θ)) for each pixel in the image. (Referred to as "circle method"). For the circleless method, see Reference 1 (“High spatial resolution reconstruction technique for SPECT using a fan-beam collimator”, IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, Vol. 40, No. 4, August 1993, pp. 1149-1153, T. Ichihara, K. Nambu, N. Motomura) or Reference 2 (“SPECT's problems and advantages”, Journal of Japanese Society of Radiological Technology, Vol. 50, No. 9, P.1639-1650 (P.318) -329), Takashi Ichihara, September 1994), “Fan-beam high-resolution reconstruction method” (P.327 or P.1648).
[0005]
In the non-circular method, smoothing processing may be performed in a boundary region in which the back projection angle is slightly wider than the optimum angle in order to reduce artifacts.
(5) There are various methods for cone beam reconstruction (Feldkamp reconstruction method) and reconfigurable region cone beam reconstruction. The so-called Feldkamp reconstruction, which is an extension of the CBP method in fan beam reconstruction, The approximate reconstruction method called is representative. The Feldkamp reconstruction method is described in Reference 3 (“Practical cone-beam algorithm”, J. Opt. Soc. Am. A, 1, pp. 612-619 (1984) Feldkamp LA, Davis LCand Kress JW). ing.
[0006]
A region that can be reconstructed by this method is considered three-dimensionally as shown in FIG. That is, only a cylindrical region having a height of H determined by the following equation (1) in the slice direction can be reconstructed.
[0007]
H = 2 × (FCD-w) tan β (1)
FIG. 17 is a diagram showing an FOV (Field of View) in cone beam reconstruction. FIG. 17A shows the FOV viewed from the side, and FIG. 17B shows the FOV viewed from the top. It is.
(6) Half reconstruction and reconfigurable area in cone beam reconstruction Here, the combination of cone beam reconstruction by the CBP method described in (5) above and half reconstruction described in (3) above think of. In this case, considering the voxel in the reconstruction area, not the pixels in the reconstruction image, only the data of the same focal angle is used for the entire reconstruction area. The height H of the cylindrical region representing the reconfigurable region is unchanged.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
(1) Expansion of reconfigurable area Since the reconfigurable area (height H) shown in FIG. 16 is small and there is a lot of useless exposure, it is desired to increase the reconfigurable area. .
(2) Degradation of image quality due to the effect of cone angle As described above, since the Feldkamp reconstruction method is an approximate reconstruction method, the image quality degradation becomes significant as the cone angle (β in FIG. 16 ) increases. There is.
(3) Noise countermeasure for half reconstruction (S / N improvement)
When half reconstruction is performed, the number of data backprojected per voxel or pixel is approximately halved, so that there is a problem that S / N deteriorates.
[0009]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an X-ray computed tomography apparatus that is capable of enlarging a reconfigurable region, reducing image quality deterioration due to the effect of cone angle, and reducing noise caused by half reconstruction.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention is configured as follows. That is, the X-ray computed tomography apparatus of the present invention has a surface detector, and in the X-ray computed tomography apparatus that collects cone beam data and performs three-dimensional reconstruction, the optimum focal angle for each voxel is obtained. In order to three-dimensionally project data, backprojection area determination means for determining a three-dimensional backprojection area corresponding to a focal angle and voxel coordinates is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cone beam CT according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a cone beam CT10 includes an
[0012]
The gantry /
[0013]
A
[0014]
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the
The
[0015]
Here, the non-circular Feldkamp reconstruction method according to the feature of the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 3, when considering the “quality” of the beam irradiated from a certain focal position F, the beam passing through the voxel A has a low cone quality because the cone angle is large, and the beam passing through the voxel B has a cone angle. Is small so the quality is good. Although the cause is different from the change in data quality due to collimator accuracy in the SPECT apparatus, a similar result is obtained in the cone beam CT.
[0016]
Therefore, as shown in FIG. 4A, back projection is performed from an focal point from Fs (C) to Fe (C) on an arbitrary voxel C. FIG. 4A shows an optimum projection angle for the voxel C. FIG.
[0017]
When this is considered from an arbitrary focal position, as shown in FIG. 4B, a circle having a diameter of a line segment connecting the focal point F and the rotation center O (referred to as “no circle”), Considering a region (referred to as “Higan”), data from the focal position is backprojected to “Higan”.
[0018]
Considering again from an arbitrary voxel C, as shown in FIG. 5, it can be seen that the voxel C is included in the “cluster” region from the focal point Fs to Fe.
When this reconstruction area “Higan” is drawn three-dimensionally, it is as shown in FIG.
[0019]
As a result, as shown in FIG. 7, it is possible to obtain H ′ that is approximately double the reconfigurable region H (see FIG. 16). At this time, H ′ is expressed by the following equation (2).
[0020]
H ′ = 2 × FCD · tan β
= FCD / (FCD-w) × H (2)
Further, in this embodiment, the area to be three-dimensional backprojected is slightly expanded, and smoothing processing by weighting calculation is performed on the data in the boundary area . As a result, it is possible to reduce artifacts caused by a clear boundary between the region to be back-projected (“Higan”) and the region not to be back-projected (in the “no circle”).
[0021]
Further, the backprojection boundary area called “no circle” is not a perfect circle, but an ellipse as shown in FIG. 8B or 8C, and backprojection is performed in an area where the data quality does not change much. You may comprise as follows.
[0022]
Here, consider a case where volume scanning is performed by repeating one rotation → subject movement → one rotation. In the case of the conventional three-dimensional reconstruction based on 360 ° data, the movement distance for one time becomes H as shown in FIG.
[0023]
On the other hand, in the present embodiment, the focal angle data that is the optimum data for each voxel is backprojected to reconstruct three-dimensionally. For this reason, the region to be three-dimensionally backprojected is represented by the focal angle and voxel coordinates (here In FIG. 9 (b), the moving distance can be set to H 'so that a wide range can be imaged at high speed. It becomes possible.
[0024]
Also, even if the focal angle for backprojecting is the same over all voxels, so-called “dorming” occurs in the reconstructed image under the following conditions.
(1) The number of back projections (number of views) depends on the voxel
(2) Multiplying the convolution data by the inverse ratio of the square of the focal point-voxel distance, that is, 1 / (distance) 2 to reduce the image quality degradation due to such doming during back projection. For example, a uniform phantom like a cylinder is scanned and reconstructed in advance, the correction coefficient is calculated from the degree of doming, and the reconstructed image is multiplied to improve the reliability of the voxel value of the reconstructed image it can.
[0025]
As described above, according to the non-circular Feldkamp reconstruction in the cone beam CT according to the present embodiment, the data of the focal angle that is the optimum data for each voxel is back-projected to perform the three-dimensional reconstruction. For this reason, the area to be three-dimensionally backprojected is determined according to the focal angle and the voxel coordinates (two-dimensional coordinates in this case), so that the movement distance can be expanded once and a wide range can be photographed at high speed. It becomes possible to do.
[0026]
In addition, the 3D backprojection area is slightly expanded, and the data in the boundary area is subjected to a smoothing process by weighting, so that the backprojection area ("Higan") and the non-backprojection area (in "no circle") Artifacts caused by a clear boundary can be reduced.
[0027]
As a modification of the present embodiment, a focal angle for back projection may be set for each region instead of for each voxel. In the present embodiment, the description has been made on the assumption that the volume scan is performed. However, a helical scan may be performed. In this case, for example, the above H ′ is set to a helical pitch.
[0028]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment relates to an apparatus in which a non-circular shape is deformed along the slicing direction, and a 360 ° region and a non-circular region are separated. When the maximum cone angle β of the cone beam CT system is not so large, the image quality is sufficiently good even if the area of the height H near the center is reconstructed with data of normal 360 °. Further, the S / N of the image is improved when the focal angle for backprojection is wide, that is, when the number of backprojection data is large.
[0029]
As is apparent from FIG. 16, among the reconfigurable regions shown in FIG. 7, the region of height H near the center can be three-dimensionally backprojected using 360 ° data. Therefore, as shown in FIG. 10A, the reconfigurable region H ′ is divided into two regions (regions A and B) along the slice direction, and for the region A, normal data using 360 ° data is used. As described in the first embodiment, the region B is subjected to the three-dimensional reconstruction based on the 180 + fan angle data of the focus angle optimized for each voxel, as described in the first embodiment. For this reason, in this embodiment, the back projection area table 52 of the
[0030]
Therefore, since the region to be three-dimensionally backprojected is determined corresponding to the focal angle and the voxel coordinates (three-dimensional coordinates including the Z-axis coordinate here), the reconstruction region can be enlarged and S / N can be increased. Can be improved.
[0031]
As described above, the reconfigurable area is not strictly divided into two areas A and B, and the noncircular shape (boundary) may be smoothly changed according to the Z coordinate as shown in FIG. 11 or FIG.
[0032]
Further, as shown in FIG. 10B, the non-circular shape may be changed in the area B according to the Z coordinate, and the area A may be back-projected using 360 ° data.
Also in the second embodiment, as described in the first embodiment, the boundary of the region to be three-dimensional backprojected may be slightly widened, and smoothing may be applied to data in the vicinity of the boundary.
[0033]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment relates to an apparatus in which non-circular regions obtained by two scans are overlapped and weighted and added. As described in the second embodiment, when back projection using 360 ° data is performed in the region A, a difference in S / N occurs at the boundary between the regions A and B.
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 9C, the moving distance of one time is dared to be larger than H and smaller than H ′, for example, H ″. At this time, the reconstruction areas are F (k) and F (k + 1). ) Obtained by scanning with regions A (k) and A (k + 1) and F (k) and F (k + 1) reconstructed with 360 ° data obtained by scanning according to the second embodiment. Regions B (k) and B (k + 1) reconstructed by the method are classified into regions C (k, k + 1) that overlap in two scans.
[0035]
Here, in the region C (k, k + 1), the data obtained by the back projection of the data obtained by the scan of F (k) using the non-circle method of the second embodiment and the data obtained by the scan of F (k + 1). Similarly, the backprojected data is weighted and added with a weight depending on the Z coordinate and reconstructed. The weighted addition may be addition of data (that is, voxel data) obtained by performing a back projection operation for a necessary focal angle, addition of back projection operation data for one focal angle (one view), or cone. It is also possible to ignore the difference in corners and add convolution data before back projection calculation.
[0036]
As a modification of the present embodiment, the weight at the time of weighted addition can be changed as appropriate, such as making it dependent on the focal angle instead of a constant value or Z coordinate, or making it variable for each voxel.
[0037]
According to the third embodiment, the reconfigurable regions are overlapped, that is, the data for two rotations of the focal angle optimized for each voxel or each region is back-projected. S / N degradation due to the configuration can be suppressed.
[0038]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, in determining the three-dimensional backprojection region, the actual backprojection calculation may be combined with any of the following methods or other methods after using the method of the present invention.
[1] “Back projection using centering surface”
[2] "Direct back projection"
[3] “Back-projection method using corn-para transformation”
Alternatively, various 3D reconstruction methods using backprojection operations that apply Feldkamp reconstruction, such as convolution of 2D projection data of one view in the slice direction and then 3D backprojection, are known. The present invention is applicable to at least various three-dimensional image reconstruction methods using backprojection operation, and is not limited to the Feldkamp reconstruction method.
Further, the present invention is not limited to CT, and can be applied to various modalities such as SPECT and PET.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an X-ray computed tomography apparatus capable of expanding a reconfigurable region, reducing image quality deterioration due to the effect of cone angle, and reducing noise caused by half reconstruction. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a cone beam CT according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of an image reconstruction unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between individual pixels in the same plane as the X-ray beam path according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an optimal backprojection angle for the voxel C according to the first embodiment.
FIG. 5 is a view showing “no circle” and “higashi” according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram three-dimensionally showing “Higan” according to the first embodiment.
FIG. 7 is a view showing a reconfigurable area according to the first embodiment.
FIG. 8 is a view showing a modification of the “no circle” shape according to the first embodiment.
FIG. 9 is a view showing a reconfigurable area in the volume scan according to the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a reconfigurable area according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a view showing a modification of the “no circle” shape according to the second embodiment.
FIG. 12 is a view showing a modification of the “no circle” shape according to the second embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a fan beam CT detector according to a conventional example of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a flow of reconstruction processing by a CBP method according to a conventional example of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a focal angle in half reconstruction according to a conventional example of the present invention.
FIG. 16 is a diagram three-dimensionally showing a reconfigurable area in the Feldkamp reconstruction method according to the conventional example of the present invention.
17A and 17B are a top view and a side view showing an FOV in cone beam reconstruction according to a conventional example of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... Cone beam CT
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ...
Claims (3)
収集された前記コーンビームデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたコーンビームデータのうち、ボクセルごとにコーン角がより小さいデータを逆投影することにより画像を再構成するものであって、逆投影を行なわない円形の領域とその円形領域の外側にある逆投影を行なう領域を決定して逆投影処理を行ない、かつ、この円形の領域境界において重み付け演算によりスムージングを行なうように構成された再構成処理手段とを具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。In an X-ray computed tomography apparatus having a surface detector and collecting cone beam data and performing three-dimensional reconstruction,
Storage means for storing the collected cone beam data;
Of the cone beam data stored in the storage means, an image is reconstructed by back projecting data having a smaller cone angle for each voxel, and a circular region that does not perform back projection and the circular region And a reconstruction processing means configured to perform back projection processing by determining a region for back projection outside the region, and to perform smoothing by weighting calculation at the circular region boundary. X-ray computed tomography apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16583797A JP3788846B2 (en) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | X-ray computed tomography system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16583797A JP3788846B2 (en) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | X-ray computed tomography system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH119582A JPH119582A (en) | 1999-01-19 |
JP3788846B2 true JP3788846B2 (en) | 2006-06-21 |
Family
ID=15819949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16583797A Expired - Fee Related JP3788846B2 (en) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | X-ray computed tomography system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3788846B2 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4768899B2 (en) * | 1999-03-17 | 2011-09-07 | 株式会社東芝 | X-ray CT system |
DE10021219A1 (en) * | 2000-04-29 | 2001-10-31 | Philips Corp Intellectual Pty | Computer tomography procedure |
US6990170B2 (en) | 2001-08-09 | 2006-01-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | X-ray computed tomographic imaging apparatus |
JP4881521B2 (en) * | 2001-09-25 | 2012-02-22 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | Image generation method and X-ray CT apparatus |
JP4642331B2 (en) * | 2003-08-21 | 2011-03-02 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | X-ray CT apparatus and control method thereof |
US8340241B2 (en) * | 2006-02-27 | 2012-12-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Image display apparatus and X-ray computed tomography apparatus |
JP5468190B2 (en) * | 2006-02-27 | 2014-04-09 | 株式会社東芝 | Image display apparatus and X-ray CT apparatus |
JP5525706B2 (en) * | 2007-07-25 | 2014-06-18 | 株式会社東芝 | X-ray computed tomography system |
CN104039232B (en) * | 2012-04-24 | 2016-09-28 | 株式会社日立制作所 | X ray CT device and image reconstructing method |
CN107106112B (en) * | 2015-02-12 | 2020-06-19 | 株式会社日立制作所 | X-ray CT apparatus, image processing apparatus and image reconstruction method |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP16583797A patent/JP3788846B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH119582A (en) | 1999-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7424088B2 (en) | Image reconstruction method using Hilbert transform | |
US7106825B2 (en) | Apparatus and method for reconstruction of volumetric images in a divergent scanning computed tomography system | |
US8270559B2 (en) | Method and system for tomographic reconstruction in medical imaging using the circle and line trajectory | |
US6490333B1 (en) | Methods and apparatus for cone-tilted parallel sampling and reconstruction | |
US6201849B1 (en) | Apparatus and method for reconstruction of volumetric images in a helical scanning cone-beam computed tomography system | |
US7251307B2 (en) | Fan-beam and cone-beam image reconstruction using filtered backprojection of differentiated projection data | |
JPH0714030A (en) | Reconstructing method of 3d picture as object from conical beam projection data and parallel processor | |
US20030123614A1 (en) | Method and system for reconstructing computed tomography images using redundant data | |
JPH05192322A (en) | Method for reproducing tomographic image using radiation line intersecting plane | |
JP3628725B2 (en) | Method and apparatus for reducing artifacts in tomographic images | |
JP3787374B2 (en) | Method and apparatus for reducing artifacts in tomographic images | |
JP4557321B2 (en) | Image reconstruction device | |
EP1489559A1 (en) | Cone-beam reconstruction apparatus and computed tomography apparatus | |
JP2002360561A (en) | Computer tomography method and computer tomography apparatus | |
JP2000102530A (en) | Method and device for three-dimensional computed tomographic imaging concerned region of subject | |
US20090202036A1 (en) | Image reconstruction with voxel dependent interpolation | |
JP2001218763A (en) | Half scanning algorithm used in high-speed multi-row type fan beam helical type detector | |
JP3788846B2 (en) | X-ray computed tomography system | |
JP3290726B2 (en) | Transmission three-dimensional tomography system | |
Park et al. | A fully GPU-based ray-driven backprojector via a ray-culling scheme with voxel-level parallelization for cone-beam CT reconstruction | |
JP2001212130A (en) | Multi slice single filtering and helical weighting method, and device using the same | |
US7583777B2 (en) | Method and apparatus for 3D reconstruction of images | |
JP2002034970A (en) | Method and device for spiral reconstitution in multi-slice ct scan | |
US6647084B1 (en) | Method and apparatus for filtering projection data of a helical scan | |
US6999550B2 (en) | Method and apparatus for obtaining data for reconstructing images of an object |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050317 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060324 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100407 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100407 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110407 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130407 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140407 Year of fee payment: 8 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |