JP5280450B2 - Ｘ線ｃｔ画像形成方法及びそれを用いたｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、X線CT画像形成方法及びそれを用いたX線CT装置に係り、特にCTスキャンによって取得された投影データの画像再構成法に起因するアーチファクトを低減する技術に関するものである。

X線CT画像は、X線管とX線検出器を被検体の周りでCTスキャンすることによって取得された複数のビューデータから成る投影データを画像再構成することで得られる。再構成されたCT画像には、様々な原因により、アーチファクトと呼ばれる偽像が発生することがある。画像上にアーチファクトが発生すると、医師の画像診断を妨げることとなるので、アーチファクトの種類に応じたアーチファクト低減技術が開発されている。

ところで、近年X線検出器の検出素子列を被検体の体軸方向へ複数列配列したマルチスライス型X線CT装置(以下、マルチスライスCTと記す。)が普及し、かつその検出器の素子列数が増大しつつある。マルチスライスCTは従来のシングルスライスCTに比べ、1スキャンで広範な被検体領域を撮影できるため、検査時間の短縮という大きなメリットをもたらす。この検査時間の短縮はスキャンスピードと検出素子サイズが同じであれば、検出素子列の数に比例する。このために、検出素子列は2のべき乗で増加され、近年は64列の検出素子列の検出器を備えたマルチスライスCTが市販されるに至っている。

X線CT装置の画像再構成法には、大きく分類すると、解析的再構成法と代数的再構成法がある。これらの画像再構成法のうち解析的再構成法には、フーリエ変換法、フィルタ補正逆投影法、重畳積分法があり、代数的再構成法には、MLEM(Maximum Likelihood Expectation Maximization)法やOSEM(Ordered Subset Expectation Maximization)法に代表される逐次近似再構成法がある。このうち、現在実用化されている解析的手法は、広いコーン角を有したマルチスライスCTへ適用すると、再構成アルゴリズムの不完全性により、コーンビームアーチファクトを生ずるという問題点を有する。一方、代数的手法は、解析的手法と比較して完全性が高いことが知られているが、再帰的演算を行うために非常に長い計算時間が掛かるという問題を有している。このため代数的手法は、従来は核医学の分野では用いられていたが、X線CT分野では普及していなかった。しかし、逐次近似再構成法の計算時間が長いという問題は近年のコンピュータ技術の発達により解決されつつあり、X線CT装置の画像形成に逐次近似再構成法を用いて画質改善を行うことが特許文献1に開示されている。

現状のマルチスライスCTの画像再構成法としては、解析的手法に属する様々な方法が検討されている。検出素子列が少ない装置、例えば4列の検出素子を有したマルチスライスCTでは、従来のシングルスライスCT用のフィルタ補正逆投影(Filtered Back Projection)法で対応が可能であったが、更に検出素子数が多い、例えば64列の検出素子を有したマルチスライスCTでは、非特許文献1に開示されたフェルドカンプ(Feldkamp)法と称される画像再構成法又はそれを改良した画像再構成法の採用が検討されている。

フェルドカンプ法は、フィルタ補正逆投影法をベースとした近似画像再構成法であって、X線管からX線検出器へ向けて放射されるX線束(コーンビームX線)の端部検出素子列への入射角度(コーン角)の影響が考慮されたものであり、マルチスライスCT特有のコーンビームアーチファクトの発生が比較的に少ないと言われている。

特開2006-25868号公報

L.A.Feldkamp et al. Practical conebeam algorithm, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.1, No.6, pp612-619, 1984

しかし、フェルドカンプ法又はその改良法によっても、コーンビームアーチファクトを抑制することはできても、完全になくすことは不可能であると考えられる。また、マルチスライスCTの検出素子列は更に増加される技術動向に鑑み、コーンビームアーチファクトの低減技術の確立が望まれている。

本発明は、上記技術的背景に鑑みて成されたもので、画像再構成法に起因するアーチファクトを低減することができるCT画像形成法及びそれを用いたX線CT装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、CTスキャンによって得られた投影データを画像再構成することによって、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT画像形成方法であって、前記投影データの画像再構成法に起因するアーチファクト成分を演算によって求め、この求められたアーチファクト成分を前記投影データから減算し補正投影データを作成し、この補正投影データを画像再構成することによりアーチファクトが低減された再構成画像を得ることを特徴としている。そして、前記アーチファクト成分は、投影データと、この投影データを再構成して得られた再構成画像を再投影して得られた再投影データとの差異データとして求められることを特徴としている。

また本発明は上記課題を解決するために、CTスキャンによって得られた投影データを画像再構成することによって、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT画像形成方法であって、
(1)前記投影データを画像再構成し、初期再構成画像を得るステップと、
(2)前記初期再構成画像を再投影して再投影データを得るステップと、
(3)前記投影データと前記再投影データとの差異データを求めるステップと、
(4)前記投影データから前記差異データを減算し、逆アーチファクト成分を含んだ補正
投影データを求めるステップと、
(5)前記補正投影データを画像再構成し補正再構成画像を得るステップ
を備えたことを特徴としている。

そして、前記ステップ(5)に引き続いて、前記ステップ(2)の初期再構成画像を前記ステップ(5)で得られた補正再構成画像で置換し、前記ステップ(2)から(5)をn回(nは、n≧1となる整数で、上限が決められている。)繰り返して行うことを特徴としている。

さらに本発明は上記課題を解決するために、X線源とX線検出器とを被検体を間に挟んで対向配置し、前記被検体に対しCTスキャンを行って取得された投影データを画像処理装置によって再構成し、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT装置において、前記画像処理装置は、前記投影データの画像再構成法に起因するアーチファクト成分を抽出するアーチファクト成分抽出手段と、前記アーチファクト成分を前記投影データから減算し逆アーチファクト成分を含んだ補正投影データを生成する補正投影データ生成手段と、前記補正投影データを画像再構成することにより画像再構成法に起因するアーチファクが低減された補正再構成画像を生成する補正再構成画像生成手段とを備えることを特徴としている。そして、前記アーチファクト成分抽出手段は、前記投影データを再構成して得られた再構成画像を再投影して再投影データを得る手段と、前記投影データと再投影データの差異データを求める手段とを有することを特徴としている。

さらに、前記画像処理装置は、前記アーチファクト成分抽出手段に対し、補正再構成画像生成手段によって生成された補正再構成画像を再度再投影して第n再投影データを得させた後に、前記投影データと第n再投影データとの第n差異データを得させ、前記補正投影データ生成手段に対し、前記投影データから前記第n差分データを減算して第n補正投影データを得させ、補正再構成画像生成手段に対し、前記第n補正投影データを再構成させる動作を、nを整数として、n＝1からn＝nとなるまで繰り返して実行させ前記アーチファクトが漸減した補正再構成画像を得る逐次近似画像再構成手段を備えることを特徴としている。

そして、前記繰返し回数nは、画像再構成処理前に上限値が設定されることが望ましく、または前記補正再構成画像を得る繰返しを、その都度入力する入力手段が操作ユニットに設けられていることが望ましい。

本発明は、前記X線検出器としてマルチスライス型X線検出器を備え、前記画像再構成法としてフィルタ補正逆投影法に属するものを用いて画像再構成をするX線CT装置へ適用されることが望ましい。

本発明によれば、X線CT装置における画像再構成法に起因するアーチファクトを低減することが可能となる。

X線CT装置の全体構成を示す斜視図。 本発明に係るX線CT装置の詳細な構成を示すブロック図。 本発明の第1の実施形態に係るCT画像形成の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第1の実施形態に係るCT画像形成の処理手順を示すフローチャート。 図3に示すフローチャートをグラフィック化した図。 第1の実施形態の変形例を示すフローチャート。 本発明の第2の実施形態に係るCT画像形成の処理手順をグラフィック化した図。 本発明の第3の実施形態に係るCT画像形成の処理手順を示すフローチャート。

以下、図1乃至8を用い、本発明における望ましい実施の形態について詳説する。

図1に示すとおり、第1の実施形態に係るマルチスライスCTは、スキャナ1と、寝台2と、スキャナ2へケーブル4により接続された操作ユニット3とから成る。スキャナ1は、X線管とX線検出器とを被検体24の周りでX線を放射しながら回転させ、被検体を構成する組織のX線吸収係数を多方向から計測するものである。寝台2は被検体24をスキャナ1の開口部に対して搬入、搬出するものである。操作ユニット3は、撮影パラメータや再構成パラメータを入力するための入力装置や、X線検出器から出力されたデータを処理する処理装置や、再構成画像並びにその付帯情報を表示する表示装置を備えて成る。

図2は、本発明に係るマルチスライスCTの概略構成を示すブロック図である。スキャナ1は、X線発生源であるX線管装置5、高電圧発生装置7、X線制御装置9、中央制御装置(CPU)11、スキャナ制御装置13、コリメータ15、コリメータ制御装置17、スキャナ回転駆動装置19、X線検出器27、プリアンプ29、信号処理回路31等を備えている。なお、X線検出器27は、X線管焦点を中心とした所定半径の円弧方向(チャンネル方向という。)へのX線検出素子配列に加えて、被検体断層面方向(スライス方向という。)にも複数列のX線検出素子配列を有する。

寝台2は、天板21、寝台制御装置23、寝台移動計測装置25等から成る。

操作ユニット3は、演算装置33、CRTや液晶ディスプレイから成る表示装置35、キーボードやマウス等の入力装置37、記憶装置39を備えている。

上記の如く構成されたマルチスライスCTにおいては、操作ユニット3の入力装置37からX線撮影条件(管電圧、管電流、寝台移動速度、スライスピッチなど)や、再構成パラメータ(FOV、再構成画像サイズ、逆投影位相幅、再構成フィルタ関数など)が操作者によって入力されると、CPU11から撮影に必要な制御信号がX線制御装置9、寝台制御装置23、スキャナ制御装置13、スキャナ回転駆動装置19、コリメータ制御装置17へ送られる。次いで、操作者が操作ユニット3へ撮影スタート指令を入力すると、CPU11からスキャナ回転駆動装置19へ制御信号が送られ、X線管装置5とX線検出器27が被検体24の周りで回転を始め、その回転が定常スピードに達し、X線管装置5が所定回転角度位置に来たタイミングでスキャナ回転駆動装置19から撮影スタート信号が発せられる。

撮影スタート信号が発せられると、CPU11からX線制御装置9へX線放射開始信号が出力され、X線制御装置9から高電圧発生装置7へ制御信号が送られ、X線管装置5へ設定された管電圧が印加されるとともに、管電流がX線管装置5の陰極フィラメントへ供給されX線管装置5から被検体24へX線が照射される。

一方、寝台制御装置23にはスキャン中の被検体移動に関する信号がCPU11から入力されていて、それに応じて被検体24が載置された天板21は、静止状態、ステップ送り、連続移動のいずれかの動作状態に置かれる。

X線管装置5から放射されたX線は、コリメータ15により設定されたX線照射野内にある被検体組織へ照射され、被検体24の組織のX線吸収係数に応じて減衰され、X線検出器27で検出される。X線検出器27で検出されたX線は、電流に変換され、プリアンプ29で増幅され、信号処理回路31でA/D変換、対数変換、キャリブレーション処理等が行われ、ビューデータとされて操作ユニット3の演算装置33へ入力される。このビューデータは、X線管装置5とX線検出器27の所定回転角度毎に取得され、演算装置33へ順次取り込まれる。

演算装置33へCT画像の再構成を行うために必要な所定数のビューデータ(投影データ)が取り込まれると、演算装置33内の再構成演算手段33aにおいて画像再構成演算が行われ、再構成画像が形成される。この再構成画像は、操作ユニット3内の記憶装置39に保存され、また必要に応じて画像処理手段33bにおいて画像処理が施されて表示装置35へCT画像として表示される。

〈第1の実施形態〉
次に、本発明のCT画像形成方法の第1の実施形態を、図3乃至図5を用いて説明する。

初めにCT装置によって被検体24の撮影(CTスキャン)が行われ、図5に示す初期投影データ41が取得され、演算装置33へ取り込まれる(ステップ101)。図5に示す初期投影データ41は、サイノグラムによって1組の投影データを示しているが、演算装置33へは、複数組の投影データが取り込まれる。

演算装置33へ取り込まれた初期投影データ41に対し演算装置33内の再構成演算手段33aによって3次元フィルタ補正逆投影法、一例としてフェルドカンプ法による画像再構成演算が行われ、初期再構成画像43が形成される(ステップ102)。この初期再構成画像43も図5では1枚の画像が示されているが、初期設定されたスライス数分の画像が再構成される。これらの初期再構成画像43は、表示装置35へ表示される。以上の動作は、マルチスライスCTにおいて公知であるので、詳細な説明は省略する。

表示装置35へ表示されたこれらの初期再構成画像43を操作者が順次、観察し、診断部位の画像を診断に供することができるか否か、すなわちアーチファクトの除去の要否を判断する(ステップ103)。そして、操作者が画像再構成法に起因するアーチファクトが画像上に多く、診断に支障をきたす恐れがあると判断した場合(ステップ103のY(Yes))には、ステップ105以下の逐次近似処理による前記アーチファクトの除去処理操作が行われる。また、前記アーチファクトが診断に支障を来たさないと操作者が判断した場合(ステップ103のN(No))には、ステップ105以下の逐次近似処理は行われずに、後に説明する最終再構成画像の作成操作が行われる。前記アーチファクトの除去処理の要否判断結果は、操作者が表示装置35の画面上へ設けられたウィンドウへ入力装置37を用いて入力することで行うことができる。

操作者が前記アーチファクトの除去処理要と入力すると、CPU11は演算装置33へ第1回目のアーチファクト除去処理を実行させる(ステップ105-n)(nは繰返し回数で、この場合はn＝1となり、したがってステップ105-1と記す。以下、同様)。CPU11から第1回目のアーチファクト除去処理実行指令を受けた演算装置33は、初期再構成画像43をX線ビームに沿って、またスキャン軌跡に沿って再投影する。これによって第n再投影データ(この場合は、n＝1と成り、第1再投影データである。以下、同様)45が生成される(ステップ1051-n)(この場合はn＝1となり、したがってステップ1051-1と記す。以下、同様)。この再投影は、初期再構成画像の全てに対して行うこともできるし、操作者が画像上にアーチファクトが多く診断に支障を来たすと判断した画像についてのみ行うこともできる。上記再投影によって生成された第1再投影データ45には、画像再構成法に起因するアーチファクト成分が含まれることとなる。

第1再投影データ45が生成されると、演算装置33は、CPU11の指令に基づき、初期投影データ41と第1再投影データ45の差分演算を実行し、第n差異データ(この場合は、n＝1と成り、第1差異データである。以下、同様)47を求める(ステップ1052-1)。この第1差異データ47は画像再構成法に起因するアーチファクト成分となる。なお。上記差分演算は初期投影データ41と第1再投影データ45の全てについて行っても良いが、初期投影データ41の一部とそれに対応する第1再投影データとの対において実行し、その他の初期投影データ41とそれに対応する第1再投影データとの対における差分演算の実行を省略し、当該投影データのX線入射角に応じた重み付処理で求めるようにしても良い。

次に、CPU11は、演算装置33に初期投影データ41と第1差異データ47の減算処理を実行させる。これにより、第n補正投影データ(この場合は、n＝1と成り、第1補正投影データである。以下、同様)49が生成される(ステップ1053-1)。生成された第1補正投影データ49には画像再構成法に起因するアーチファクト成分の逆成分(以下、逆アーチファクト成分という。)が含まれることとなる。なお、ステップ1053-nにおいて初期投影データ41と第1差異データとの減算処理は、第1差異データへ逐次近似処理技術で周知の緩和係数と呼ばれる重み付け処理をした後に行っても良い。これによって、逐次近似処理を早期に収束に向わせることができる。

そして、第1補正投影データ49が生成されると、CPU 11は再構成演算手段33aに対し、第1補正投影データ49を第1補正画像再構成条件に基づいて前記3次元フィルタ補正逆投影法により画像再構成させる。これにより、第n補正再構成画像(この場合は、n＝1と成り、第1補正再構成画像である。以下、同様)51が形成される(ステップ1054-1)。この第1補正再構成画像51に発生する画像再構成法に起因するアーチファクトが第1補正投影データ49に含まれる逆アーチファクト成分によって相殺され、アーチファクトが大幅に低減されたものとなる。以上で第1回目のアーチファクト除去処理が終了し、第1補正再構成画像51が表示装置35へ表示される。

ステップ1054-1において用いられる第1補正画像再構成条件は、第1補正再構成画像51を引き続いて再投影することを想定して、その再投影処理の誤差が少なくなるように設定されることが望ましい。例えば、第1補正画像再構成条件は、再構成FOVや再構成中心位置は被検体全体が包含されるように決定される(例えば、最大FOVサイズ＝500mm、再構成中心位置はスキャナ回転中心位置)。また、再投影時の補間誤差が小さくなるように再構成画像マトリクスサイズ，再構成画像スライス数及びスライス間隔は大きく設定される(例えば、画像マトリクスサイズ＝1,024×1,024画素、スライス数＝100枚、スライス間隔＝0.5mm)。さらに、再構成フィルタは再投影データと初期投影データとの誤差が小さくなるように(例えば、ラムプ(Ramp)フィルタやシェップ アンド ローガン(Shepp and Logan
)フィルタを使用する。)決定される。

操作者は、表示装置35へ表示された第1補正再構成画像51を観察し、再度診断に供することが可能か否かを判断する(ステップ106-n)(この場合はn＝1となり、したがってステップ106-1と記す。以下、同様)。そして、第1補正再構成画像51には、まだアーチファクトが多く診断に支障をきたす恐れがあると操作者が判断した場合(ステップ106-nのYes)には、前記アーチファクトの除去処理操作が再度行われる。また、前記アーチファクトが診断に支障を来たさないと操作者が判断した場合(ステップ106-nのNo)には、後に説明する最終再構成画像(最終画像)の作成が行われる。このアーチファクト除去処理の要否入力は、ステップ103における説明と同様に行われる。

操作者が前記アーチファクトの除去処理要と入力すると、処理フローは再度ステップ105-nへ戻り、CPU11は演算装置33へ第2回目のアーチファクト除去処理を実行させる(ステップ105 -2)。CPU11から第2回目のアーチファクト除去処理実行指令を受けた演算装置33は、第1補正再構成画像51をX線ビームに沿って、またスキャン軌跡に沿って再投影する。これによって第2再投影データ53が生成される(ステップ1051-2)。この再投影は、第1補正再構成画像51の全てに対して行うこともできるし、アーチファクトが多く診断に支障を来たすと操作者が判断した画像についてのみ行うこともできる。上記再投影によって生成された第2再投影データ53には、第1回目のアーチファクト除去処理で除去されずに第1補正再構成画像51に出現したアーチファクト成分が含まれることとなる。

第2再投影データ53が生成されると、演算装置33は、初期投影データ41と第2再投影データ53の差分演算を実行し、第2差異データ55を求める(ステップ1052-2)。この第2差異データ55は第1回目のアーチファクト除去処理で除去されずに第1補正再構成画像51に出現したアーチファクト成分であって、初期再構成画像43に出現したアーチファクト成分と比較し、小さなものとなる。

次に、演算装置33において、初期投影データ41と第2差異データ55との減算処理が実行され、第2補正投影データ57が生成される(ステップ1053-2)。生成された第2補正投影データ57には第1回目のアーチファクト除去処理で除去されずに第1補正再構成画像51に出現したアーチファクト成分の逆アーチファクト成分が含まれることとなる。なお、本ステップ1053-2においても、第2差異データ57へ重み付けを行って初期投影データ41から減算しても良い。

そして、生成された第2補正投影データ57は再構成演算手段33aにおいて、前述のステップ1054-1と同様にして、前記3次元フィルタ補正逆投影法により画像再構成され、第2補正再構成画像59が形成される(ステップ1054-2)。この第2補正再構成画像59は第1補正再構成画像51と比較しアーチファクトがより低減され、被検体の真の画像に近いものとなる。以上で第2回目のアーチファクト除去処理が終了し、第2補正再構成画像59が表示装置35へ表示される。

操作者は、表示装置35へ表示された第2補正再構成画像59を観察し、再度診断に供することが可能か否かを判断する(ステップ106-2)。そして、第2補正再構成画像59には、まだアーチファクトが多く診断に支障をきたす恐れがあると操作者が判断した場合(ステップ106-nのYes)には、ステップ105-nへ戻り、前記アーチファクトの除去処理操作(第n補正再構成画像の生成)を繰返し行う。また、前記アーチファクトが診断に支障を来たさないと操作者が判断した場合(ステップ106-nのNo)には、最終画像の作成操作を行なう。

第n補正再構成画像の生成によってアーチファクトが診断に支障を来たさなくなったと操作者が判断すると、操作者は最終画像の作成指令を操作ユニット3へ入力する(ステップ108)。この時、操作者は最終画像の作成操作の入力とともに、最終画像の画像再構成条件(第2の画像再構成条件)をも入力する。この第2の画像再構成条件としては、医師が検査部位を診断するに適したものであり、例えば、再構成FOV＝250mm、再構成中心位置はスキャナの回転中心からx方向に20mm、y方向に10mmずれた位置、再構成マトリクスサイズ＝512×512画素、スライス数＝64枚、スライスピッチ＝0.625mm、再構成フィルタは腹部用フィルタのような条件が用いられる。

操作者が上記の如く最終画像の作成指示を行うと、CPU11は演算装置33に対し、ステップ101で得られた初期投影データ41又はステップ105-nにおいて得られた第n補正投影データ49、57、…に対し、それぞれ設定された再構成条件で再構成演算を行わせる。これによって、最終画像61が生成される(ステップ108)。

このように、逐次近似再構成処理過程における再構成条件(第1の画像再構成条件)と最終画像を生成する際の再構成条件(第2の画像再構成条件)とを異ならせることにより、所望の条件の画像を高画質で得ることができる。

そして、再構成された最終画像61は、表示装置35の表示画面へ表示される(ステップ109)。

以上、本発明の第1の実施形態を説明したが、上記第1の実施形態は種々の変形が可能である。例えば、アーチファクトの除去要否判断を上記第1の実施形態では操作者の判断で行うようにしているが、初期投影データと再投影データとの差異データの例えば合計値又は最大値について、予め閾値を定めておき、初期投影データと再投影データとの差異データがその閾値以下になるまで自動的に前記ステップ105-n，106-nを繰返し実行するようにしても良い。これによって、操作者がアーチファクトの除去処理を行うか否かの判定と、その結果を操作ユニット3へ入力する操作をその都度行う必要がなくなる。

また、上記第1の実施形態を図6に示すように、前記ステップ105-n，106-nの繰返し回数nを予め設定しておき、前記ステップ105-n，106-nをn回繰り返したら、最終画像を再構成するようにしても良い。これによって、アーチファクト除去を所定時間内で終了することができる。

なお、上記繰返し回数nは、コーン角又はスライス位置に応じて設定するようにしても良い。すなわち、コーン角が大きく、コーンビームアーチファクトが強く出るスライス位置の画像に対しては繰返し回数nを大きくし、コーンビームアーチファクトがそれほど強く出ないスライス位置の画像に対しては繰返し回数nを小さくするようにしても良い。これにより、逐次近似処理の反復回数を最適に設定することができる。したがって、診断画像(最終画像)を得るまでの時間を短縮することができる。

〈第2の実施形態〉
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態は、アーチファクトの除去処理を、検出器の全領域の投影データを用いるのでなく、被検体透過データが最大領域となる検出器領域(以下、有効検出器範囲という。)の投影データを用いて行うものである。投影データの使用範囲を決める手法には、再構成画像又はサイノグラム若しくはスキャノグラムを解析することで、被検体全体を包含する円形サイズとその円形中心位置を算出または手動で設定する方法がある。本第2の実施形態においても、処理フローは、基本的には図3乃至図6と同様である。以下、図7に示す第2の実施形態におけるアーチファクト除去処理概念図を用いて第2の実施形態を説明する。

先ず、第1の実施形態と同様に、被検体24のCTスキャンを行い初期投影データ41が取得され、演算装置33へ取り込まれる(ステップ201-1)。図7に示す初期投影データ41は、1組の投影データを示しているが、演算装置33へは、複数組の投影データが取り込まれる。

次いで、前述の方法で有効検出器範囲がCPU11によって設定され、この有効検出器範囲内に存在する初期投影データが演算装置33によって抽出され、有効検出器範囲外のデータをゼロとした有効検出器範囲内投影データ71が作成される(ステップ201-2)。

そして、有効検出器範囲内再投影データ71は、前記円形サイズをFOV、円形中心位置を画像再構成中心とし、再構成演算手段33aによって3次元フィルタ補正逆投影法を用いて有効検出器範囲内初期再構成画像73が画像再構成される(ステップ202)。

操作者は有効検出器範囲内初期再構成画像73を観察し、検査部位の画像が診断に供せるか否か、すなわちアーチファクト除去処理を行うか否かを判断し、その結果を入力装置37により操作ユニット3へ入力する。有効検出器範囲内初期再構成画像73が診断に供せる場合には、アーチファクト除去処理は行われずに、最終画像の再構成が行われ、そうでない場合には以下のようにアーチファクト除去処理が行われる。

アーチファクト除去処理は、先ず第1回目として、有効検出器範囲内初期再構成画像73の有効検出器範囲内データが上記第1の実施形態と同様に再投影され、有効検出器範囲内第1再投影データ75が生成される(ステップ2051-1)。この有効検出器範囲内再投影データ75には、有効検出器範囲内投影データ71を画像再構成した際のアーチファクト成分が含まれている。

次いで、有効検出器範囲内再投影データ71と有効検出器範囲内再投影データ75との差異データ77が演算装置33により求められる(ステップ2052-1)。この差異データ77は、有効検出器範囲内投影データ71を画像再構成した際のアーチファクト成分となる。

ステップ2052-1において求められた差異データ77が有効検出器範囲内再投影データ75から減算され、有効検出器範囲内補正投影データ79が算出される(ステップ2053-1)。この有効検出器範囲内補正投影データ79は、有効検出器範囲内投影データ71を画像再構成した際のアーチファクト成分の逆アーチファクト成分を含んでいることとなる。なお、本ステップ2053-1において、差異データ77へ重み付けを行った後に有効検出器範囲内再投影データ75から減算されるようにしても良いことは、第1の実施形態と同様である。

次に、第1に実施形態と同様に、第1の画像再構成条件で3次元フィルタ補正逆投影法により、有効検出器範囲内補正投影データ79を画像再構成し、有効検出器範囲内補正再構成画像81が形成される(ステップ2054-1)。本ステップ2054-1における画像再構成により前記逆アーチファクト成分が相殺されることになる。しかし。3次元フィルタ補正逆投影法自体が近似再構成法であるので、アーチファクトが完全になくなる訳ではない。

そこで、操作者は、有効検出器範囲内補正再構成画像81を再度観察し、診断に供することができるか否かを判断する。有効検出器範囲内補正再構成画像81が診断に供するものでないと判断した場合には、2回目のアーチファクト除去処理の実行を操作ユニットへ入力する。

以下、アーチファクト除去処理が、有効検出器範囲内補正再構成画像の再投影データと有効検出器範囲内初期投影データとの間で、差異データの演算と、有効検出器範囲内第n再投影データの生成と、有効検出器範囲内第n再投影データの画像再構成とが繰り返される。そして、操作者が有効検出器範囲内第n再投影データの再構成画像が診断に供せると判断すると、最終画像83が第2の画像再構成条件に基づいて再構成される(ステップ208)。
そして、再構成された最終画像83は、表示装置35へ表示される。

以上のべた本発明の第2の実施形態によれば、画像再構成並びに再投影するデータが少なくて済むので、アーチファクト除去処理に要する時間を大幅に低減することができる、具体的には、成人の大きな体格の人の腹部全体を包含するFOVは500mm近いが、小児や頭部ではFOVは200mm程度であるので、アーチファクト除去処理に要する時間は、それらの間においては2倍近く異なる。

〈第3の実施形態〉
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は画像再構成法により発生するアーチファクトの除去に加えて、画像ボケの修正に適用することが可能である。すなわち、CT画像を再構成する場合、実計測データのみでは投影データが作成できずに、補間により投影データを作成して画像を再構成しなければならないことが生ずる。この補間投影データは実測データを補間して作成するためボケ成分が含まれる。第3の実施形態は補間投影データに含まれたボケ成分をも除去するものである。

以下、本発明の第3の実施形態を、図8に示すフローチャートを用いて説明する。
先ず第1、第2の実施形態と同様に被検体24をCTスキャンすることによって初期投影データが取得される(ステップ301)
次いで、初期投影データは操作者によって設定された第1の再構成条件に基づいて再構成演算手段33aにおいて画像再構成される。これにより、初期再構成画像が得られる(ステップ302)。

操作者は、初期再構成画像が診断に供せるか否かを判断し、その結果を操作ユニット3へ入力する(ステップ303)。そして初期再構成画像が診断に供せると操作者が判断した場合には、最終画像の再構成が行われ、画像再構成法に起因するアーチファクトが多く診断に供せないと判断した場合には、アーチファクト除去処理が実行される。

アーチファクトの除去処理において、CPU11は演算装置33に対し、第n再投影データを生成させる(ステップ3051-1)。この再投影データの生成は、上記第1、第2の実施形態と同様に前記初期再構成画像を再投影することでなされるが、補間処理によって再投影データを生成することが必要となる。このために、撮影により得られた投影データと比較すると、再投影データは補間処理の影響によりボケを含んだデータとなる。このボケ成分は、アーチファクト除去処理に支障を来たす。

そこで、CPU11は、演算装置33に対し、第1の再投影データに含まれるボケ成分に等価なボケ成分を初期投影データへ付加するためのフィルタリング処理を実行させる。これにより、フィルタ補正投影データが生成される(ステップ3052-1)。前記フィルタリング処理に用いるフィルタ関数は、微小球体又は細い円柱体のような小さな構造物を撮影し再投影することで求めることが可能である。なお、初期投影データへボケ成分を付加するフィルタリング処理は、次に述べる第1の再投影データとフィルタ補正投影データとの差分演算の実行前に行われていれば良い。

次に、CPU11は、演算装置33に対し、第1の再投影データとフィルタ補正投影データとの差分演算を実行させる。これにより、第1の再投影データとフィルタ補正投影データとの差異データが算出される(ステップ3053-1)。本ステップ3053-1における差分演算は、第1の再投影データとフィルタ補正投影データとの双方に含まれるボケ成分を相殺する。したがって、算出された差異データは初期投影データを再構成した際の画像再構成法に起因するアーチファクト成分となる。

算出された差異データは初期投影データから減算され、その結果として第1補正投影データが生成される(ステップ3054-1)。初期投影データから差分データが減算された第1補正投影データは、この第1補正投影データを3次元フィルタ補正逆投影法で画像再構成した際に生ずる画像再構成法に起因するアーチファクトの逆成分を含むこととなる。なお、本ステップ3054-1において、差異データに重み付けを行ってから初期投影データとの間で減算処理を行っても良いことは、前記第1、第2の実施形態と同様である。

ステップ3054-1において生成された第1補正投影データは、前記第1の画像再構成条件に基づいて画像再構成される。これにより第1補正再構成画像が形成される(ステップ3055-1)。そして、この第1補正再構成画像は表示装置35へ表示される。本ステップにおいて得られた第1補正再構成画像は、画像再構成法に起因するアーチファクトの逆成分を含んだ第1補正投影データを再構成したものであるので、画像再構成法に起因するアーチファクトは大幅に低減されたものとなっている。

以下、操作者の画像観察結果に基づいて、初期投影データ41と第n補正再構成画像(nはn回目のアーチファクト除去処理を意味する。)の再投影データに基づく第n差異データの算出と、初期投影データと第n差異データの減算による第n補正投影データの生成と、第n補正投影データの画像再構成による第n補正再構成画像の形成並びに画像表示装置35への表示を繰り返す逐次近似処理(再帰処理)がn＝2からn＝nまで(n＝1はステップ3055-1までに1回目として実行済み)行われる。

そして、操作者が第n補正再構成画像を診断に供せると判断し、(n+1)回目のアーチファクト除去処理は不要と操作ユニット3へ入力した場合には、CPU11は逐次近似処理を停止させ、再構成演算手段33aに対し第n補正投影データを第2の画像再構成条件に基づいて画像再構成させる。これにより、最終画像が取得される(ステップ308)。

取得された最終画像は画像表示装置35の画面上へ表示され(ステップ309)、また操作ユニット3に備えられた記憶装置39へ記憶され、医師の画像診断へ供される。

以上説明した本発明の第3の実施形態によれば、画像再構成法に起因するアーチファクトを除去する目的で行った再構成画像の再投影(逆投影)の過程で生ずるボケ成分の影響を排除することができる。

以上、本発明を第1乃至第3の実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、アーチファクトが診断へ与える影響が小さくなったときに、最終画像を第2の画像再構成条件に基づいて再構成することとしたが、これは必要に応じて行えば良い。すなわち、検査部位を第n補正再構成画像で診断可能であれば、高精細な最終画像を得る必要がないからである。

また、広いコーン角を有するマルチスライスCTでの撮影の際に、寝台の移動のないノーマルスキャンにより得られた撮影データをフェルドカンプ法で再構成すると、ミッドプレーン(スライス方向中心部断面)から離れた位置では、再構成FOV範囲は算盤玉のような形となる。このような位置の再構成データを再投影すると、得られる再投影データは初期投影データと比較して、データの欠落があり不完全なものとなる。この不完全な再投影データと初期投影データとを比較演算すると、大きな誤差が生じ、得られた最終画像に大きな悪影響を及ぼす。

そのような場合には、逐次近似処理時の再構成画像データを再構成スライス方向へ拡張したり、再投影時の検出器サイズをスライス方向へ拡張したり、再投影時に不完全なデータ範囲については投影データで補償することで対応しても良い。具体的には、スライス方向への拡張では、初期再構成画像の画像範囲外に仮想画像スライスを配置したり、撮影時の検出器範囲外に仮想検出器を配置したりする。また、投影データによる補償では、投影データによる代替又は重み付け加算を行う。このように、スライス方向範囲を拡張したり、投影データで補償したりすることで、欠落データ部分が修正されることから、マルチスライスCTのノーマルスキャンにおいても、良好な画像が得られる。

1 スキャナ、2 寝台、3 操作ユニット、11 中央制御装置(CPU)、27 X線検出器、33 演算装置、33a 再構成演算手段、41 初期投影データ、43 初期再構成画像、45、53 再投影データ、47、55 差異データ、49、57 補正投影データ、51、59 補正再構成画像、61 最終画像、71 有効検出器範囲内投影データ、73 有効検出器範囲内初期再構成画像、75 有効検出器範囲内再投影データ、77 差異データ、79 有効検出器範囲内補正投影データ、83 最終画像

Claims (12)

1. CTスキャンによって得られた投影データを画像再構成することによって、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT画像形成方法であって、前記投影データの画像再構成法に起因するアーチファクト成分を演算によって求め、この求められたアーチファクト成分を前記投影データから減算し補正投影データを作成し、この補正投影データを画像再構成することによりアーチファクトが低減された再構成画像を得ることを特徴とするX線CT画像形成方法。
2. 前記アーチファクト成分は、投影データと、この投影データを再構成して得られた再構成画像を再投影して得られた再投影データとの差異データとして求められることを特徴とする請求項1に記載のX線CT画像形成方法。
3. CTスキャンによって得られた投影データを画像再構成することによって、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT画像形成方法であって、
   (1)前記投影データを画像再構成し、初期再構成画像を得るステップと、
   (2)前記初期再構成画像を再投影して再投影データを得るステップと、
   (3)前記投影データと前記再投影データとの差異データを求めるステップと、
   (4)前記投影データから前記差異データを減算し、逆アーチファクト成分を含んだ補正投影データを求めるステップと、
   (5)前記補正投影データを画像再構成し補正再構成画像を得るステップ
   を備えたX線CT画像形成方法。
4. 請求項3に記載のX線CT画像形成方法において、前記ステップ(5)に引き続いて、前記ステップ(2)の初期再構成画像を前記ステップ(5)で得られた補正再構成画像で置換し、前記ステップ(2)から(5)をn回(nは、n≧1となる整数)繰り返して行うことを特徴とするX線CT画像形成方法。
5. 請求項4に記載のX線CT画像形成方法において、nには上限が定められていることを特徴とするX線CT画像形成方法。
6. CTスキャンによって得られた投影データを画像再構成することによって、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT画像形成方法であって、
   (1)前記投影データを画像再構成し、初期再構成画像を得るステップと、
   (2)前記初期再構成画像を補間処理を含めて再投影して再投影データを得るステップと、
   (3)前記再投影データに含まれるボケ成分を前記投影データへ付加するフィルタリング処理を実行しフィルタ補正投影データを生成するステップと、
   (4)前記フィルタ補正投影データと前記再投影データとの差異データを求めるステップと、
   (5)前記投影データから前記差異データを減算し、逆アーチファクト成分を含み前記ボケ成分が低減された補正投影データを求めるステップと、
   (6)前記補正投影データを画像再構成し補正再構成画像を得るステップ
   を備えたX線CT画像形成方法。
7. X線源とX線検出器とを被検体を間に挟んで対向配置し、前記被検体に対しCTスキャンを行って取得された投影データを画像処理装置によって再構成し、被検体の検査部位の再構成画像を得るX線CT装置において、
   前記画像処理装置は、前記投影データの画像再構成法に起因するアーチファクト成分を抽出するアーチファクト成分抽出手段と、前記アーチファクト成分を前記投影データから減算し逆アーチファクト成分を含んだ補正投影データを生成する補正投影データ生成手段と、前記補正投影データを画像再構成することにより画像再構成法に起因するアーチファクトが低減された補正再構成画像を生成する補正再構成画像生成手段とを備えることを特徴とするX線CT装置。
8. 前記アーチファクト成分抽出手段は、前記投影データを再構成して得られた再構成画像を再投影して再投影データを得る手段と、前記投影データと再投影データの差異データを求める手段とを有することを特徴とする請求項7に記載のX線CT装置。
9. 前記画像処理装置は、前記アーチファクト成分抽出手段に対し、補正再構成画像生成手段によって生成された補正再構成画像を再度再投影して第n再投影データを得させた後に、前記投影データと第n再投影データとの第n差異データを得させ、前記補正投影データ生成手段に対し、前記投影データから前記第n差異データを減算して第n補正投影データを得させ、補正再構成画像生成手段に対し、前記第n補正投影データを再構成させる動作を、nを整数として、n＝１からn＝nとなるまで繰り返して実行させ前記アーチファクトが漸減した補正再構成画像を得る逐次近似画像再構成手段を備えることを特徴とする請求項7又は8に記載のX線CT装置。
10. 前記繰返し回数nは、画像再構成処理前に上限値が設定されることを特徴とする請求項9に記載のX線CT装置。
11. 前記補正再構成画像を得る繰返しを、その都度入力する入力手段が操作ユニットに設けられていることを特徴とする請求項9又は10に記載のX線CT装置。
12. 前記X線検出器は、マルチスライス型X線検出器であって、前記画像再構成法はフィルタ補正逆投影法に属するものであることを特徴とする請求項7乃至11いずれか一項に記載のX線CT装置。

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