JPH0252306B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は放射線をを利用して被検査体断面の像
を得てこれより被検査体の検査を行う放射線断層
検査装置に関するものである。

［発明の技術的背景］ 物体の内部欠陥や組成などを非破壊で、しか
も、精度良く測定できる装置として、コンピユー
タ・トモグラフイ・スキヤナ（以下、CTスキヤ
ナと略称する）と呼ばれている放射線断層検査装
置がある。

この装置は例えば放射線源として偏平な扇状に
拡がるフアンビームＸ線を曝射する放射線源と、
被検査体を介してこの放射線源に対峙して配さ
れ、前記フアンビームＸ線の拡がり方向に複数の
放射線検出素子を配した検出器とを用い、被検査
体を中心にこの放射線源と検出器を同方向に例え
ば、180゜〜360゜に亙つて順次回転操作しながら被
検査体断面の多方向からのＸ線吸収データを収集
した後、コンピユータなどにより、画像再構成処
理を施し、断層像を再構成するようにしたもの
で、断面層各位置について、組成に応じ2000段階
にも亙る階調で画像再構成できるので、断層面の
状態を詳しく知ることができる。

このようなCTスキヤナはいわゆる第３世代と
呼ばれるもので、その他、ペンシル・ビームＸ線
を曝射するＸ線源とこのＸ線源に対峙して検出器
を設け、このＸ線源と検出器とを被検査体の断面
に沿つてトラバーススキヤンさせ、１トラバース
スキヤン終了毎に所定角度、回転させて再びトラ
バーススキヤンを行ういわゆる第１世代、ペンシ
ルビームＸ線を幅狭のフアンビームＸ線とし、検
出素子を数素子持たせた検出器を用いてこれらを
上記トラバーススキヤン及び回転操作させるよう
にした第１世代の改良型とも云うべき、いわゆる
第２世代、被検査体の周囲全周に亙つて検出素子
を配した検出器と幅広のフアンビームを曝射する
Ｘ線源とを用い、Ｘ線源のみ回転操作させるいわ
ゆる第４世代など種々の方式のCTスキヤナがあ
る。

ところで一般に、得られた画像中には必然的に
雑音成分が存在する。そして、これらの雑音はＸ
線CTスキヤナにとつて、得られた再構成画像に
おける欠陥の像を見にくくし、あるいは、見落と
したり、欠陥部と見誤る可能性があり、従つてこ
れら画像の雑音部分の除去を行う必要がある。

この画像中に含まれる雑音成分の除去について
は、従来より種々の研究が成されてきた。その代
表的なものは、高周波雑音除去のためのローパス
フイルタや画像の重ね合せによる雑音成分の平均
化である。これらのうち、ローパスフイルタによ
る方法は、実際に存在する画像の空間周波数にお
ける急峻な変化をなまらすことになり、正確な断
層像が得られない。また、重ね合せは複数の画像
が必要であり、CTスキヤナのようなデジタルデ
ータを扱う装置では画像データを保存するための
膨大な量のメモリが必要となり、また、データ収
集や重ね合せ処理のために多くの時間を費やす。

従つて、画質や処理時間を損うことなく、ま
た、膨大なメモリを必要とせずに画像中に含まれ
る雑音成分を除去できるようにした放射線断層検
査装置の出現が望まれていた。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みて成されたもので、
画質や処理時間を損うことなく、また、膨大なメ
モリも必要とせずに画像中に含まれる雑音成分を
除去できるようにした放射線断層検査装置を提供
することを目的とする。

［発明の概要］ すなわち本発明は上記目的を達成するため、被
検査体の特定断面に対してその各方向から得た該
特定断面を透過した放射線量を放射線透過データ
として収集し、この収集した放射線透過データに
対して画像再構成処理を施し、前記被検査体の特
定断面の再構成画像を得るようにした装置におい
て、前記再構成画像の各画素位置の画素について
その周囲の予め定めた比較領域の各画素の値とそ
れぞれ比較し、その各々の差のうち値が予め定め
たしきい値より小なるものがあるときは該画素の
値をそのまま該画素の値とし、上記しきい値より
小なるものが存在しない時は該画素の比較領域の
画素の値の平均値を該画素の値として置換える手
段を備えて構成し、CT画像はＸ線焦点サイズ、
サンプルピツチ、補間などによつて画像の空間周
波数が制限されており、ある周波数以上のものは
再現できないこと、並びに再構成画像でシステム
周波数制限以上の急峻な変化は再構成時の雑音と
考えられることにもとずいて適宜に設定したしき
い値を用い、再構成画像の各画素位置の画素につ
いてその周囲の予め定めた比較領域の各画素の値
とそれぞれ比較し、その差分値に上記しきい値よ
り小なるものがあるときは該画素の値をそのまま
該画素の値とし、上記しきい値より小なるものが
存在しない時は該画素の比較領域の画素の値の平
均値を該画素の値として置換えることにより、画
質や処理時間を損うことなく、また膨大なメモリ
も必要とせずに画像中に含まれる雑音成分を除去
できるようにする。

［発明の実施例］ 以下、本発明に一実施例について図面を参照し
ながら説明する。

第１図は本装置の構成を示すブロツク図であ
り、ここでは第２世代のCTスキヤナを例にとつ
て説明する。図中、１は幅狭のフアンビームＸ線
XRを曝射するＸ線管、３はこのＸ線管１に対峙
して配される放射線検出器である。この検出器３
はフアンビームＸ線XRの拡がり方向に８チヤン
ネル分の放射線検出素子を並設したものであり、
Ｘ線管１と検出器３とは互いに対峙させて固定し
てある。２は撮影領域であり、この撮影領域２に
は被検査体を保持する図示しないテーブルが設け
てあり、このテーブルは矢印４の方向にトラバー
スさせるとともに矢印５の方向にローテイトさせ
ることができるようにしてしてある。従つて、こ
れによりトラバーススキヤンとローテーシヨンを
行つて、被検査体の所定断面について種々の方向
からのＸ線吸収データを収集できる構成としてあ
る。この実施例では検出器３は８チヤンネルであ
り、ローテーシヨン６゜刻みで行うものとすれ
ば、１スキヤンで240プロジエクシヨン、１プロ
ジエクシヨン当り480点のデータを収集できる。
要するにデータピツチは0.5mmである。また、放
射線検出素子１素子当りの入射Ｘ線ビームサイズ
は３mm×３mm_uロである。

６は検出器１から出力される入射放射線強度に
応じた検出電流をＸ線曝射毎に積分し、Ａ／Ｄ
（アナログ―デジタル）変換し、それが完了した
ならば中央演算装置７に割込みをかけるデータ収
集装置である。上記中央演算装置７は上記データ
収集装置６の割込みによつて、このデータ収集装
置６からのデータを読込み、これをメモリ８に格
納するとともにこのデータを用いてのコンボリユ
ーシヨン（積和）演算し、そして、バツクプロジ
エクシヨン（逆投影）による再構成までのデータ
の流れをスケジユール（管理）する機能を有す
る。また、メモリ８はこの中央演算装置７のコン
トロールプログラム及びデータ収集装置６より得
たＸ線投影によるＸ線吸収データの一時記憶場所
としての主記憶の役割を果たす。９はＸ線吸収デ
ータの前処理すなわち、線量変動に対するレフア
レンスや補正ビームハードニングに対する処理な
どを行つて、補正するとともにこの前処理済みの
データに対してコンボルーシヨン、バツクプロジ
エクシヨン（逆投影）および雑音除去を行う高速
演算装置である。１０はこの高速演算装置９によ
り再構成された画像及びＸ線吸収データ等を多数
枚保存するための固定デイスク装置、１１は前記
高速演算装置９により再構成された像等を表示す
る表示装置を含み、またシステムのコントロール
を行うコントロール部を含むシステムコンソール
である。１２はシステム命令や装置の状態を検知
するための低速バスラインであり、１３は高速で
データを流すための高速バスラインである。

つぎに本発明における雑音除去機能を含む前記
高速演算装置９の詳細について第２図を参照しな
がら説明する。図において、１４はコントロール
部であり、装置内のデータの流れを制御するとと
もに、後述する雑音除去装置に対してのパラメー
タ設定を行う機能を有する。１５は前処理装置で
あり、この前処理装置１５はコントロール部１４
から送られて来るＸ線吸収データを逐次、線量硬
化補正し、またLOG（対数）変換等の処理を行
う。１６はコンボルバであり、このコンボルバ１
６は前処理装置１５で処理されたデータ（投影デ
ータ）をセーブして、記憶してあるフイルタ関数
とコンボルーシヨンしてその結果を逆投影装置１
７に与えるものである。この逆投影装置１７はこ
のコンボルーシヨンされたデータに付けられてい
る角度情報をもとに、画像メモリ１８にこのデー
タを該角度方向に向けて逆投影して画像再構成す
るものである。また、１９はホスト側からの設定
パラメータをもとに、画像メモリ１８上に得られ
た再構成画像中の雑音を除去する雑音除去装置で
ある。２０は高速演算装置９内のコントロールバ
ス、２１はデータバスである。

つぎに上記構成の本装置の作用について説明す
る。

まず始めに、図示しないテーブルに被検査体を
載置し、次にＸ線管よりフアンビームＸ線XRを
発生させる。すると、このフアンビームＸ線XR
は被検査体を通り、このＸ線管１に対峙して配設
された検出器３に入射する。すると、この検出器
３の各検出素子から入射放射線強度に対応した電
気信号が出力される。この電気信号はデータ収集
装置６に入力され、ここで、検出素子チヤンネル
別にこの電気信号を積分し、Ａ／Ｄ変換してデジ
タルデータ化される。デジタルデータ変換が終了
するとデータ収集装置６は中央演算装置７に割込
みをかけ、これにより、中央演算装置７はこのデ
ジタルデータをメモリ８に格納する。次に中央演
算装置７は、図示しないテーブル駆動装置に指令
を与えてテーブルを所定ピツチだけトラバースス
キヤンする。そして、再び上述の如き動作が行わ
れ、データ収集がなされてゆく。そして、所定の
範囲のトラバーススキヤンが終わると、次に所定
角度（ここでは８度のピツチ）のローテーシヨン
が行われ、再びトラバーススキヤンが成されてデ
ータの収集が行われる。

このようにして、180゜の範囲に亙つてのデータ
収集が終ると、次に中央演算装置７はこのメモリ
８に格納されたデータを読み出して高速演算装置
９に与え、これを受けた高速演算装置９は与えら
れたデータに対し、前処理を行う。

そして、前処理済みのデータに対し、コンボル
ーシヨンを行い、更に、このコンボルーシヨンし
たデータを逆投影して画像再構成するとともに画
像中の雑音成分の除去を行う。このようにして再
構成された画像は固定デイスク装置１０に格納さ
れるとともにシステムコンソール１１に与えられ
てその画像表示装置に表示される。以上が本装置
の概略的な動作説明である。

つぎに、本発明装置の要部について説明する。
送られてきたデータは高速演算装置９の前処理装
置１５により前処理され、つぎにコンボルバ１６
でコンボルーシヨンされた後、逆投影装置１７に
より画像メモリ１８上に逆投影されて再構成され
る。そして、この再構成された画像のデータに対
し、雑音除去装置１９は雑音成分の除去を行う。

この雑音成分除去処理は、つぎのようにして行
う。

すなわち、本発明は (1) CT像はＸ線焦点サイズ、検出器開口サイズ、
サンプルピツチ、補間などによつて、周波数制
限されて、ある周波数以上のものは原像を再現
できない。

(2) 再構成画像で、システム周波数制限以上の急
峻な変化は再構成地の雑音と考えられる。

と云う概念に基づいており、原理的には上記のこ
とから、局所的周波数を求めて、その制限により
雑音を除去するものであるが、実際には注目して
いる画素に隣接している画素の値から著しくかけ
離れた値を持てば雑音であると考えられるので、
これをもつて雑音であると判定する。そして、判
定に用いる値はシステム及び被検査体に応じて決
定する。

以下、作用について説明する。

今、第３図のように円柱状の物体に大小複数の
孔をその物体の軸線に沿つてあけた形状の被検査
体を考えてみる。この被検査体の前記各孔の中心
を通る線での像のプロフイールをとると実際には
点線で示す如くであるはずのプロフイールが第４
図の実線の如くなまつている。そして、径の小さ
い孔ではＸ線吸収係数に基づく再構成のデータで
あるCT値の差が小さくなるのがわかる。例えば、
レベルａで２値化すれば５mmの穴しか見えない
が、レベルをｂからｃへさげると0.5mmの穴を認
識出来る。しかし、実際は第５図のようにノイズ
がのつているからレベルを下げると雑音も穴と認
識されてしまう。この様に画像中の雑音分はプロ
フイールを見れば明らかである場合がある。また
通常、雑音は高周波成分であるので、雑音部の方
が急激な変化を示している。従つて、急激な変化
の限度で、雑音か正規信号かを識別することにな
るが、その限度は、前述の条件(1)によつて決定さ
れるものである。実際の場合、隣接する画素間で
はCT値にして値Ｍ分しか変化しないというのが
わかる。ただし、CT値は、そのシステム内の計
算式に大きく依存するので、充分の知識が必要で
あると同時に経験的にも決定出来る。第６図は、
画素1M（３，３）に注目した場合の比較領域を示
したものである。この比較領域は、ここでは注目
画素の隣接画素８画素としており、これを斜線で
示してある。第７図は、雑音除去処理の一例を示
すフローチヤートである。

すなわち、実際の再構成画像の画素数が例えば
240×240とすると、この画素の１番目の画素より
順に注目画素を軸出し、この画素のデータとこの
注目画素の周囲の比較領域にある画素の各々の画
素との差を求めると共にこの差をビームサイズ，
サンプルピツチ等に応じて定めたしきい値Ｍと比
較し、その結果、差分値が小なるときは該注目画
素の値そのものを結果値とし、該画素の値とし、
Ｍより小なるものが存在しないときは比較領域の
画素の値の平均値を該注目画素の値としてゆくも
のである。第７図の処理によつて、ローパスフイ
ルタを選択的にかけた様な効果が得られる。

これにより、CT画像の検出能や処理時間を損
うことなく、また、膨大なメモリも必要とせずに
画像中に含まれる雑音成分を除去できるようにな
る。

なお、本発明は上記し、かつ図面に示す実施例
に限定することなくその要旨を変更しない範囲内
で適宜変形して実施し得ることはもちろんであ
り、例えば上記実施例では第２世代のＸ線CTを
例にとつて説明したが、その他の方式やそれを変
形した方式のものに対しても適用することが出
来、また、その他一般的な画像についての雑音除
去についても、システムの知識から前記しきい値
Ｍが決定できれば利用可能であり、また、上記実
施例の場合、比較領域は注目画素の隣接する８点
としたが第８図に示すように、注目画素PRを中
心にその隣接する４点を比較領域の画素RCとす
るようにすることもできる。

また、本発明においては、比較点の画素とその
比較領域の画素との差において、しきい値Ｍより
小さいものが存在しないときは比較領域の８点の
画素の値の平均値をその注目点の画素値としたが
第９図に示すように注目点の画素PRを中心とす
るPa個（例えば、240×240画素）の平均値を用
いるようにしても良い。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、被検査体の特定
断面に対してその各位置および各方向から得た該
特定断面を透過した放射線量を放射線透過データ
として収集し、この収集した放射線透過データに
対して画像再構成処理を施し、前記被検査体の特
定断面の再構成画像を得るようにした装置におい
て、前記再構成画像の各画素位置の画素について
その周囲の予め定めた比較領域の各画素の値とそ
れぞれ比較し、その各々の差のうち、値が予め定
めたしきい値より小なるものがあるときは該画素
の値をそのまま該画素の値とし、上記しきい値よ
り小なるものが存在しない時は該画素の比較領域
の画素の値の平均値を該画素の値として置換える
手段を備え、CT画像はＸ線焦点サイズ、サンプ
ルピツチ、保管などによつて画像の空間周波数が
制限されており、ある周波数以上のものは再現で
きないこと、並びに再構成画像でシステム周波数
制限以上の急峻な変化は再構成時の雑音と考えら
れることに基づいて適宜に設定したしきい値を用
い、再構成画像の各画素位置の画素についてその
周囲の予め定めた比較領域の各画素の値とそれぞ
れ比較し、その値に上記しきい値より小なるもの
があるときは該画素の値をそのまま該画素の値と
し、上記しきい値より小なるものが存在しない時
は該画素の比較領域の画素の値の平均値を該画素
の値として置換えるようにしたことにより、画質
や処理時間を損うことなく、また、膨大なメモリ
も必要とせずに画像中に含まれる雑音成分が除去
できるようになるなどの特徴を有する放射線断層
検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略的な構成を示すブロ
ツク図、第２図は本発明の要部構成を示すブロツ
ク図、第３図は被検査体の一例を示す断面図、第
４図はその画像のプロフイールの一例を示す図、
第５図は画像信号と雑音信号の一例を示す図、第
６図は注目画素とその比較領域を示す図、第７図
は本発明に用いる画像雑音除去のためのアルゴリ
ズムを示すフローチヤート、第８図，第９図は注
目点の画素と比較領域の他の例を示す図である。 １…Ｘ線管、３…放射線検出器、６…データ収
集装置、７…中央演算装置、８…メモリ、９…高
速演算装置、１０…大容量記憶装置、１１…コン
ソール、１２…入出力ガス、１４…高速演算装置
コントローラ、１５…前処理装置、１６…積和装
置（コンボルバ）、１７…逆投影装置、１８…イ
メージメモリ（画像メモリ）、１９…雑音除去装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検査体の特定断面各位置に対してその各方
   向から得た該特定断面を透過した放射線量を放射
   線透過データとして収集し、この収集した放射線
   透過データに対して画像再構成処理を施して、透
   過放射線量に基づく前記被検査体の特定断面の再
   構成画像を得るようにした装置において、前記再
   構成画像の各画素位置の画素についてその周囲の
   予め定めた比較領域の各画素の値とそれぞれ比較
   し、その各々の差のうち値が予め定めたしきい値
   より小なるものがあるときは該画素の値をそのま
   ま該画素の値とし、上記しきい値より小なるもの
   が存在しない時は該画素の比較領域の画素の値の
   平均値を該画素の値として置換える手段を備えた
   ことを特徴とする放射線断層検査装置。