JPH1170106A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｒ／Ｒ（Rotation/Rotation）方式ＣＴ装置
において現れるリング状アーチファクトの低減を計る。 【解決手段】 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）では、ｘ−ｙ座標系の
再構成像をｒ−θ回転座標系に座標変換してｒ−θ画像
を得る。リング成分抽出処理（１０２）は、θ方向の誤
差を抽出する。ｘ−ｙ変換処理（１０３）は、θ方向の
誤差がｒ−θ座標系であることから、上記原再構成画像
と同じｘ−ｙ座標系へと座標変換する。補正処理（１０
４）では、原再構成画像から座標系へと変換されたθ方
向の誤差分を差し引く。

Description

【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（Rotati
on/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１
０００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】

【課題を解決するための手段】本発明は、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される被検体断層面の投影データ
から２次元の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置におい
て、投影データから得た直交座標系ｘ−ｙで定義された
ｘ−ｙ再構成画像を、距離ｒと角度θとからなる回転座
標系ｒ−θに座標変換してｒ−θの２次元画像を得、こ
のｒ−θ画像からθ方向誤差を、ｒ−θの２次元のフィ
ルタ処理によってｒ−θ誤差画像として抽出し、この抽
出したｒ−θ誤差画像を、上記直交座標系ｘ−ｙに座標
変換してｘ−ｙ誤差画像を得、このｘ−ｙ誤差画像を前
記ｘ−ｙ再構成画像から差し引いたことを特徴とするＸ
線ＣＴ装置を開示する。

【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（２
０４）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（２
０６）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（１０
２）、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（例えば再帰型フィルタ
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、ＦＯ
Ｖ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ｃ
ＦＯＶ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。 （ｘ_a、ｙ_b）…ＦＯＶ内の座標であり、ＣＴ値ＣＴ_ab＝
ＣＴ（ｘ_a、ｙ_b）を有する。 （ｘ_c、ｙ_d）…ＦＯＶ外の座標であり、ＣＴ値は存在し
ない。座標（ｘ_c、ｙ_d）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（ｘ_c、ｙ_d）のＣＴ値ＣＴ_cd＝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（ｃ
_x、ｃ_y）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、ＦＯ
Ｖ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、ｃＦ
ＯＶ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ＦＯ
Ｖ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Δ
ｘ、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Ｎ_r、Ｎθはｒ方
向、θ方向の画素数である。

【数１】

【数２】

【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】 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Ｖ_th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Ｖ_thよりも大
きければ、λ（ｉ、ｊ）＝０にする。ここで、ＣＴしき
い値Ｖ_th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】 数４で、Ｓ（ｉ、ｊ）が平均化したリング成分である。
更にＶ_thはリング成分λ（ｉ、ｊ）のしきい値であり、
Ｖ_th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、Ｗ_k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。また、この種のフィルタ処理には再
帰型フィルタ処理が好適である。荷重係数Ｗ_kは、例え
ば、

【数５】 にするのが好ましい。ｎ＝３ならば、最も単純には、Ｗ
_k＝１／７（ｋ＝−ｎ〜ｎ）となる。図９は、ｎと重み
係数Ｗ_k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Ｗ_kの
例、（ハ）がＷ_k一定の例を示す。（ハ）の例でもよい
が、特に（ロ）のようにＷ_kを設定することで、重み係
数Ｗ_k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。ｒ_cがｘ−ｙ座標系の座標（ｉ、ｊ）でのリング成
分となる。

【数６】

【数７】

【００１６】Ｎ_x、Ｎ_y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、Δ
ｙ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ｒ_c（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ｒ_c（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】

【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Ｖ_th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Ｗ_k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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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され
   る被検体断層面の投影データから２次元の断層画像を再
   構成するＸ線ＣＴ装置において、 投影データから得た直交座標系ｘ−ｙで定義されたｘ−
   ｙ再構成画像を、距離ｒと角度θとからなる回転座標系
   ｒ−θに座標変換してｒ−θの２次元画像を得、 この
   ｒ−θ画像からθ方向誤差を、ｒ−θの２次元のフィル
   タ処理によってｒ−θ誤差画像として抽出し、 この抽出したｒ−θ誤差画像を、上記直交座標系ｘ−ｙ
   に座標変換してｘ−ｙ誤差画像を得、 このｘ−ｙ誤差画像を前記ｘ−ｙ再構成画像から差し引
   いた、 ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 【請求項２】 ｘ−ｙ再構成画像を得る再構成画像視野
   と、ｒ−θ回転座標系での計算視野とは、少なくとも一
   部が座標対応化するように選ばれたものとする請求項１
   のＸ線ＣＴ装置。