画像再構成処理装置
【課題】 コーンビームにおけるファン−パラ変換法の適用を確立し、コーンビームを使用して撮影された画像の正確な再構成を実現する。
【解決手段】 画像再構成制御部２１は、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、Ｘ線源から２次元Ｘ線検出器へのビームがＸ線源及び２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを透過角度毎に収集して処理する。変則パラレルビーム逆投影処理部２２は、上記のように収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて対象物の断層画像を再構成する。
【解決手段】 画像再構成制御部２１は、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、Ｘ線源から２次元Ｘ線検出器へのビームがＸ線源及び２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを透過角度毎に収集して処理する。変則パラレルビーム逆投影処理部２２は、上記のように収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて対象物の断層画像を再構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線を複数個のＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器とを対象物の回りを回転させて得られた検出データに基づいて、対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線ＣＴ(computed tomography )装置では、図２５に示すように、Ｘ線源１０１からＸ線ビームがファン状( 扇形状 )に放射されるファンビームを使用するものが知られている。
【０００３】
このようなＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源１０１から放射されたＸ線ビームを被写体に照射し、この被写体を透過したＸ線( 透過Ｘ線強度 )を、複数個のＸ線検出素子を扇状に１列に約１０００チャンネル配列したＸ線検出器１０２で検出してデータ収集を行い、Ｘ線源１０１及びＸ線検出器１０２を被写体の周囲を回転させながら、１回転する間に１０００回程度データ収集し( １回のデータ収集を１ビューと称する )、その収集されたデータに基づいて被写体のＸ線の透過画像( 断層画像 )を再構成する。なお、ＦＯＶ１０３は、有効視野を示すものである。
【０００４】
このファンビームを使用したときの画像再構成式は、( 式１ )により算出される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
この( 式１ )から判るように、ファンビームの再構成では、Ｘ線検出器から得られたデータに、再構成すべきピクセルの位置に依存した重み付けを乗算して逆投影する必要があるので複雑な処理になる。
【０００７】
すなわち、図２６に示すように、有効視野ＦＯＶ１０３に対して再構成すべき画像を構成するピクセルが設定されており、Ｘ線検出器１０２の各チャンネルで得られたデータを、重み付けとして焦点( Ｘ線源１０１のＸ線ビームの放射点 )−ピクセル間距離 FpixelD(X) の２乗の逆数を乗算して、該当するピクセルに逆投影する。なお、FpixelD は、Focus-Pixel-Distanceである。
【０００８】
また、直接逆投影する方法もあるが、この場合には極座標変換が必要となり複雑な計算になる。
【０００９】
そこで、ファンビームを使用したＸ線ＣＴ装置では、現在のところ２種類の画像再構成法が考案されている。
【００１０】
１つの方法は、ファン−パラ変換法と呼ばれるものであり、これは、図２７(ａ )及び図２７( ｂ )に示すように、ファンビームによるＸ線検出器から得られた投影データを並び替えかつ補間してパラレルビーム投影データを作成( 変換を含む )し、これにより得られたデータを、従来のパラレルビームを使用したＸ線ＣＴ装置で行われるように逆投影する方法である。
【００１１】
データ変換の計算と補間処理などが必要になる反面、逆投影時には、ファンビームのときの再構成ピクセル毎に異なった重み付け処理などが不要で、１つのデータ( パラレルビーム投影データ )をビーム路( パラレルビームとなるときの放射点とＸ線検出器のチャンネルとを結ぶ直線 )の全てのピクセルに逆投影すれば良いので処理が単純になる。
【００１２】
すなわち、ファンビームの処理は、図２８( ａ )及び図２９に示すように任意の座標系ｘｙについて、投影データ［Ｒｆ］( ψ，φ )と定義する。この［Ｒｆ］( ψ，φ )は、被写体ｆ( ｘ，ｙ )を( ψ，φ )方向に線積分したもの( 仮定)ということを示す。
【００１３】
まず、この投影データ［Ｒｆ］( ψ，φ )に cosψを乗算する。
【００１４】
次に、その結果とフィルタ［１／(sinψの２乗 )］とのコンボリューションを行う。
【００１５】
次に、その結果を［ｄ／( Ｒの２乗 )］で重み付けして、Ｘ線のパス通りに逆投影する。なお、Ｒは逆投影する位置によって変動する数値を持つ。
【００１６】
以上によって得られた画像再構成式( 式２ )は、
【００１７】
【数２】
【００１８】
となる。
【００１９】
パラレルビームの処理は、図２８( ｂ )に示すように、任意の座標系ｘｙについて、投影データ［Ｒｆ］( ｓ，θ )と定義する。この［Ｒｆ］( ｓ，θ )は、被写体( ｘ，ｙ )を( ｓ，θ )方向に線積分したもの( 仮定 )ということを示す。
【００２０】
まず、この投影データ［Ｒｆ］( ｓ，θ ) とフィルタ［１／( ｓの２乗 )］とのコンボリューションを１８０°あるいは３６０°にわたって繰り返して行う。次に、その結果をＸ線のパス通りに逆投影する。
【００２１】
以上によって得られた画像再構成式は、
【００２２】
【数３】
【００２３】
となる。
【００２４】
他の１つの方法は、センタリング軸を使用したファンビーム再構成法であり、その詳細は特許文献１に開示されている。
【００２５】
さらに一方、図３０に示すように、Ｘ線源２０１からＸ線ビームが円錐状に放射されるコーンビームと、ファンビーム用検出器列をＺ軸方向にＮ列積み重ねたような、円筒面上に検出器の素子（Ｍチャンネル×Ｎ列）を配列した２次元Ｘ線検出器２０２とを使用して、Ｘ線透視画像を撮影するＸ線ＣＴ装置が考案されている。
【００２６】
このようなコーンビームを使用したＸ線ＣＴ装置における代表的なコーンビーム再構成（Feldkamp再構成）は、非特許文献１に開示されている。
【００２７】
これは、数学的に厳密な再構成法であるファンビーム(2次元平面内) 再構成アルゴリズム[ Filtered-Backprojection(フィルタ補正逆投影法) ] を、Ｚ軸方向に拡張することによって得られた近似的な３次元再構成アルゴリズムである。
【００２８】
このコーンビーム再構成法では、コーンビームによるコンベンショナルスキャンを対象としており，以下のステップからなる。なお、このコーンビームでは、２次元的な画素としてのピクセルの代わりに、図３１３１に示すように、３次元的な画素としてのボクセルが使用される。
【００２９】
１．投影データの重み付け投影データに、Ｚ座標に依存した項とcos 項を乗算する。
【００３０】
２．コンボリューション演算１の処理により得たデータと、ファンビームと同じ再構成関数とのコンボリューション演算を行う。
【００３１】
３．BackProjection（逆投影）
２の処理により得たデータを、Ｘ線が通過した( 焦点から検出器のチャンネルまでの) パス上に逆投影する。すなわち、焦点から逆投影するボクセルを通る直線が検出器面と交差する点を計算し、その点の周囲の２の処理のデータから逆投影するデータを補間などで作成し、それをFvoxelD(X)の２乗の逆数で重み付けして逆投影する。この逆投影は３６０°( １回転 )にわたって行なう。
【００３２】
ファンビーム再構成式と類似な式で表現すると、下記となる。なお、 FvoxelD(X)=Focus-Voxel-Distanceは、焦点−ボクセル間の線分をコーンビームのMidplane面( に平行な面 )に射影した線分の長さである。
【００３３】
【数４】
【００３４】
この３次元再構成式( コーンビーム再構成式 )( 式４ )について、式上ではファンビーム再構成と非常に似ているが、Data-Back の逆投影方法が大きく異なることを説明する。
【００３５】
２次元的なファンビーム再構成においては、図３２に示すように、再構成面内の全画素（ピクセル）に対して1 次元に配列された検出器のデータから逆投影するのに対し、コーンビーム(Feldkamp)再構成においては、図３３に示すように、焦点と再構成するボクセル(voxel) を結んだ直線が２次元のＸ線検出器面と交差する点を求め、その交差点に関与する検出器素子から得られるデータをその直線上に位置する全てのボクセルに逆投影する。
【００３６】
従って、コーンビーム再構成で、ファンビーム再構成のようにある面を再構成する場合には、特定の検出器列かつチャンネルのデータが再構成面の一部のボクセルにのみ逆投影されるため、各ボクセルに対して逆投影するデータ（検出器列と検出器チャンネル）を選択する必要があるので、再構成ボクセルと焦点を結んだ直線とＸ線検出器面の３次元的な位置関係が重要になる。
【００３７】
しかも、Ｚ座標が同じ検出器列を考え、その検出器素子と焦点を結んだ直線を考えた場合、ある面( 再構成面 )においてそれらの直線が通過するボクセルは、焦点を中心とした検出器面の相似図形（円筒検出器の場合、同心円）上に並ぶため、この位置関係の計算は非常に複雑になる。
【特許文献１】特開昭５５−９９２４０号公報
【非特許文献１】"Practical cone-beam algorithm" L.A.Feldkamp, L.C.Davis, and J.W.Kress J. Opt. Soc. Am. A/Vol.1, No.6, pp.612-619/June 1984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
上述したように、従来のＸ線ＣＴ装置において、コーンビーム及び２次元的なＸ線検出器を使用した場合、画像の再構成ではその計算が複雑で膨大な量になり、一般的に普及しているコンピュータ等では処理時間が長くかかり過ぎて実現できないという問題があった。
【００３９】
そこでこの発明は、コーンビームにおけるファン−パラ変換法の適用を確立し、コーンビームを使用して撮影された画像の正確な再構成を実現することができる画像再構成処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の第１の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【００４１】
本発明の第２の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【００４２】
本発明の第３の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【００４３】
本発明の第４の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【発明の効果】
【００４４】
この発明によれば、コーンビームにおけるファン−パラ変換法の適用を確立し、コーンビームを使用して撮影された画像の正確な再構成を実現することができる画像再構成処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、この発明の第１の実施の形態( コンベンショナルスキャンの場合 )を図１乃至図１５R>５を参照して説明する。
【００４６】
この発明の実施の形態で使用されるコーンビーム再構成式は、
【００４７】
【数５】
【００４８】
( 式５ )であり、( 式３ )のパラレルビームの再構成式を見かけ上のコーン角について拡張した近似式である。( 式３ )にコーンビーム再構成式としての( 式６)と同じ補正項を加え、逆投影処理を３次元変則パラレルビーム逆投影処理としたものである。
【００４９】
図１は、この発明を適用した画像再構成処理装置を搭載したＸ線ＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図である。
【００５０】
投影データ測定系としてのガントリ( 架台 )１は、扇形状のファンビームのＸ線束を発生するＸ線源３と、２次元アレイ型の２次元Ｘ線検出器５とを収容する。前記Ｘ線源３と前記２次元Ｘ線検出器５とは、寝台６のスライド天板に載置された被検体を挟んで対向した状態で回転リング２に装備される。
【００５１】
前記２次元Ｘ線検出器５としては、複数個( １０００チャンネル )の検出素子を１次元的に１列に配列して構成したものを６列( ６セグメント )に積層したもので、前記回転リング２に実装される。ここで、１つの検出素子は１チャンネルに相当するものと定義する。
【００５２】
前記Ｘ線源３からのＸ線はＸ線フィルタ４を介して被検体に曝射される。被検体を通過したＸ線は前記２次元Ｘ線検出器５で電気信号として検出される。
【００５３】
Ｘ線制御器８は高圧発生器７にトリガ信号を供給する。この高圧発生器７はトリガ信号を受けたタイミングで前記Ｘ線源３に高電圧を印加する。これによりＸ線源３からはＸ線が曝射される。
【００５４】
架台寝台制御器９は、前記ガントリ１の前記回転リング２の回転と、前記寝台６のスライド天板のスライドとを同期して制御する。システム全体の制御部本体としてのシステム制御器１０は、必要に応じて被検体から見て前記Ｘ線源３が螺旋軌道を移動するいわゆる連続回転( 例えばヘリカルスキャン )を実行できるように、前記Ｘ線制御器８と前記架台寝台制御器９を制御する。
【００５５】
具体的には、前記回転リング２が一定の角速度で連続回転し、前記寝台６のスライド天板が一定の速度で移動し、前記Ｘ線源３から連続的又は一定角度毎に間欠的にＸ線が曝射される。
【００５６】
前記２次元Ｘ線検出器５からの出力信号は、チャンネル毎にデータ収集部１１で増幅され、ディジタル信号に変換される。このデータ収集部１１から出力される投影データは、再構成処理部１２に取り込まれる。
【００５７】
この再構成処理部１２は、投影データに基づいてボクセル毎にＸ線吸収率を反映した逆投影データを求める。
【００５８】
ファンビームを使用した連続回転方式のＸ線ＣＴ装置において、有効視野( ＦＯＶ、撮影領域 )は、連続回転の回転中心軸を中心として円筒形状となり、再構成処理部１２は、この有効視野に複数個のボクセル( ３次元的に配置された画素)を規定し、２次元Ｘ線検出器５からの投影データから各ボクセルの逆投影データを求める。この逆投影データに基づいて作成された３次元画像データ又は断層像データは表示装置１３に送られ３次元画像又は断層像としてビジュアルに表示される。
【００５９】
図２に示すように、このＸ線ＣＴ装置のジオメトリは、
検出器列数 Ｍ列
( Ｘ線検出素子列 )
チャンネル数 Ｎチャンネル
各列のＺ軸方向の高さ Ｄｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
焦点−回転中心間距離 ＦＣＤ(Focus-center-Distance )
焦点−検出器間距離 ＦＤＤ(Focus-Detector-Distance )
有効視野直径 ＦＯＶ(Field of View )
ファン角 α
コーン角 β
となっている。
【００６０】
以下、前記再構成処理部１２が行う処理について説明する。
【００６１】
なお、この第１の実施の形態では、コンベンショナルスキャンの場合について説明し、後述する第２の実施の形態ではヘリカルスキャンの場合について説明する。
【００６２】
( １ ) 変則コーンビーム・パラレルビーム変換を行い、歪み補正を行い、変則パラレルビーム逆投影する。
【００６３】
( ２ ) リサンプリング面をボクセル列と平行にする。
【００６４】
( ３ ) ボクセル列をある軸に平行にする( 変形例記載のセンタリング類似法 )。
【００６５】
( １ )について説明する。
【００６６】
第１処理工程として、ファン・パラ変換法と同様な方法を適用した場合、図３( ａ )に示すように、Ｚ軸方向から円筒形のＦＯＶを観察すると、コーンビームでもファンビームでも同じように見えるので、チャンネル方向のパラレルビームへの変換はファン・パラ変換法で実施できる。
【００６７】
ファン角をαとすると、焦点位置Ｆｓのチャンネル角度ψｓ＝( α／２ )、焦点位置Ｆｅのチャンネル角度ψｅ＝−ψｓ＝−( α／２ )である。このときの焦点位置Ｆｓの焦点角度φｓ＝θ＋( α／２ )、焦点位置Ｆｅの焦点角度φｅ＝θ−( α／２ )である。
【００６８】
焦点位置Ｆｓ、つまり、図３( ｂ )に示すように、焦点位置Ｆｓの焦点角度φｓ＝θ＋( α／２ )でのチャンネル角度ψｓ＝( α／２ )のビームから、焦点位置Ｆｉの焦点角度φｉ＝θ＋ψｉでのチャンネル角度ψｉのビームを順に、焦点位置Ｆｅ、つまり、焦点位置Ｆｅの焦点角度φｅ＝θ−( α／２ )でのチャンネル角度ψｅ＝−( α／２ )のビームまでを集めて、位相θのパラレルビームとする。
【００６９】
しかし、Ｚ軸方向には見かけのコーン角の変化に伴い歪みが生じる。位相θのパラレルビームに垂直な面Ｐ( 図３( ｂ )では直線により表現されている。以下この垂直な面を位相θの中央断面と称する )を考えると、焦点位置Ｆｓを通る位相θの中央断面( 直線に沿った断面 )は図４( ａ )のようになる。同様に焦点位置Ｆｉでは図４( ｂ )、焦点位置Ｆｃでは図４( ｃ )、焦点位置Ｆｅでは図４(ｄ )のようになる。なお、図４では、Ｘ線のミッドプレーン(Midplane)の上の部分についてのみ図示しているが、ミッドプレーンの下の部分についても同様である。
【００７０】
ここで、図４( ａ )〜図４( ｄ )で、焦点と検出器間の距離はＦＤＤで一定であり、照射するＸ線ビームのコーン角もβで一定であるのに対し、焦点位置Ｆｘと位相θの中央断面間の距離Ｌｘは焦点位置に応じてチャンネル角度ψｘの関数 cosψｘでＬｓ、Ｌｉ、Ｌｃ、Ｌｅと変化する。
【００７１】
すなわち、焦点位置ＦｘからＦＯＶの中心までの距離をＦＣＤとすると、図３を参照して、距離Ｌｓ＝ＦＣＤ・ cosψｓ＝ＦＣＤ・ cos( α／２ )＝距離Ｌｅである。距離Ｌｉ＝ＦＣＤ・ cosψｉ、距離Ｌｃ＝ＦＣＤ・ cosψｃである。ここで、ψｃ＝０であるから、距離Ｌｃ＝ＦＣＤである。
【００７２】
従って、同じ高さＨに対する見かけ上のコーン角度βが異なる。
【００７３】
すなわち、焦点位置Ｆｓでの見かけ上のコーン角度βｓについて、すなわち、焦点位置Ｆｅでの見かけ上のコーン角度βｅについて、
tanβｓ＝( Ｈ／Ｌｓ )＝( Ｈ／［ＦＣＤ・ cos( α／２ )］ )＝ tanβｅ
が成立する。
【００７４】
また、焦点位置Ｆｉでの見かけ上のコーン角度βｉについて、
tanβｉ＝( Ｈ／Ｌｉ )＝［Ｈ／( ＦＣＤ・ cosψｉ )］、
焦点位置Ｆｃでの見かけ上のコーン角度βｃについて、
tanβｃ＝( Ｈ／Ｌｃ )＝( Ｈ／ＦＣＤ )が成立する。
【００７５】
なお、このときの２次元Ｘ線検出器での高さは、焦点位置Ｆｓでの検出面高さＺｓ＝ＦＤＤ・ tanβｓ＝( ＦＤＤ／ＦＣＤ )・［Ｈ／ cos( α／２ )］＝Ｚｅであり、焦点位置Ｆｉでの検出面高さＺｉは、
Ｚｉ＝ＦＤＤ・ tanβｉ＝( ＦＤＤ／ＦＣＤ )・( Ｈ／ cosψｉ )、
焦点位置Ｆｃでの検出面高さＺｃ＝ＦＤＤ・ tanβｃ＝( ＦＤＤ／ＦＣＤ )・Ｈである。
【００７６】
その結果、各中央断面に高さＨの格子状の物体が存在する場合を想定すると、円筒形２次元Ｘ線検出器では、位相θにおけるＺ軸方向に広がりを持った投影データは、図５に示すように非線形な歪みを生じてしまう。
【００７７】
なお、平面形２次元Ｘ線検出器を使用した場合には、図６に示すように、さらに大きな歪みが生じることになる。すなわち、焦点位置と平面形２次元Ｘ線検出器との間の距離の最小値をＦＤＤｏとする。焦点位置から角度ψｉのＸ線が到達する検出器までの距離ＦＤＤ( ψｉ )は、
ＦＤＤ( ψｉ )＝( ＦＤＤｏ／ cosψｉ )
であり、焦点位置での 検出面高さＺ( ψｉ )は、
Ｚ( ψｉ )＝ＦＤＤ( ψｉ )・ tanβｉ
＝( ＦＤＤｏ／ cosψｉ )・［Ｈ／( ＦＣＤ・ cosψｉ )］
＝( ＦＤＤｏ／ＦＣＤ )・［Ｈ／(cosψｉ・ cosψｉ )］
となる。
【００７８】
このコーンビームでのパラレルビームの投影データにおけるチャンネル方向のサンプリングピッチを均等にするためには、以下の３つの方法がある。
【００７９】
１．サンプリングピッチが均等になるように、もともとのコーンビームでの投影データ収集のピッチ( ビューのピッチ及びチャンネル方向のピッチ )を変則にする。
【００８０】
２．コーンビームの投影データからパラレルビームの投影データを生成する際に、コーンビームの投影データ間( ２ビュー×１チャンネル、又は１ビュー×２チャンネル、又は２ビュー×２チャンネル )で補間して均等ピッチの投影データを計算する。
【００８１】
３．抜き出した位相θのパラレルビームをチャンネル方向に補間して均等ピッチの投影データを計算する。
【００８２】
第２処理工程としては、第１処理工程で得られた均等なパラレルビームに対して歪み補正処理( リサンプリング処理 )を行う。
【００８３】
パラレルビームの歪みはスライス方向( Ｚ軸方向 )のみに生じるので、投影データをスライス方向に等間隔なデータになるようにリサンプリングを行う。図７、図８、図９及び図１０には、再構成画像Ｚ０の再構成に必要なデータの領域を、６列にリサンプリングする例を示した。リサンプリングピッチ及びリサンプリング数は任意であるが、リサンプリングピッチは小さくリサンプリング数は大きい方がより効果的に非線形な歪みを補正することができる。これによって、位相θに垂直な直線ｎ上( 図１１参照 )を焦点が移動したときに得られる三角形状のビーム( 歪み補正付き変則パラレルビーム )による投影データが得られる。
【００８４】
第３処理工程としては、第２処理工程で得られたリサンプリングデータに補正項を乗算する。
【００８５】
第４処理工程としては、チャンネル方向のコンボリュ−ション処理を行う。これは従来の２次元再構成と同じ処理である。
【００８６】
最終工程としては、変則パラレルビーム逆投影処理を行う。変則パラレルビーム逆投影処理は図１１に示すように、Ｘ線焦点Ｆｃから逆投影するボクセル列までの距離をＬｉとすると、Ｚｉ＝( ＦＤＤ／Ｌｉ )・Ｚ０によってボクセル列ごとにどのリサンプリングデータを逆投影するかを決定し、そのまま逆投影する。これによって３次元逆投影ができる。
【００８７】
図１２は、前記再構成処理部１２の要部構成を示すブロック図である。
【００８８】
再構成処理部１２は、画像再構成制御部２１、変則パラレルビーム逆投影処理部２２及びメモリ２３等を備えている。
【００８９】
前記画像再構成制御部２１は、前記メモリ２３からデータ( 収集データ )を読出して変則パラレルビームを作成し、リサンプリング処理による歪み補正後、補正項との乗算、コンボリューションなどの所定の処理を行い、その処理したデータを前記変則パラレルビーム逆投影処理部２２へ出力する。
【００９０】
さらに、前記画像再構成制御部２１は各ボクセル列に逆投影するリサンプリング列を決定し、処理したデータを前記変則パラレルビーム逆投影処理部へ出力する。
【００９１】
この変則パラレルビーム逆投影処理部２２は、前記画像再構成制御部２１から入力されたデータと逆投影するリサンプリング列にしたがって、所定の領域に逆投影処理を行い、その結果を前記メモリ２３のデータ記憶部２３-1に記憶する。逆投影時に複数のリサンプリング列のデータを重み付け加算しても良い。
【００９２】
なお、この第１の実施の形態では、チャンネル方向のファン・パラ変換とスライス方向の歪み補正とを別々に行う方法で説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、これを２ビュー×２チャンネルの４点補間などで１回の処理で行い、コーンビーム投影データから歪み補正付き変則パラレルビーム投影データを得ても良い。こうすることにより、画像再構成処理の処理速度をより高速にすることができる。
【００９３】
この第１の実施の形態の変形例として、センタリング類似法について説明する。図１１に示したような変則パラレルビームの逆投影処理では、リサンプリングデータ列とボクセル列とを平行に設定したので、ボクセル列に逆投影するリサンプリングデータは、ボクセル列毎に固定のリサンプリング列から抜き出せるので、リサンプリング列の選択は容易であるが、ボクセル列は位相θにしたがって回転してしまうので、逆投影するボクセルを決定するのは困難になる。
【００９４】
そこで、図１３に示すように、位相が変化してもボクセル列をＸ軸あるはＹ軸などのある軸( 固定軸 )に平行なもの( ボクセルはＦＯＶを含んでいるが、位相の変化に対応して傾き、正立方体となるのは９０°間隔の４位相のみ )とし、そのボクセル列に平行な直線ｎ´( 仮想的なパラレルビームのＸ線源( 焦点 )の軌道 )に平行なリサンプリング面を想定して、コーンビーム投影データを変則コーンビーム・パラレルビーム変換処理して、そのリサンプリング面上に第２の変則パラレルビーム投影データを得る( 類似センタリング処理 )。これは、直線ｎ´上を焦点Ｆが移動したときに得られる第２の変則パラレルビームによる投影データである。これを図１３に示すように逆投影する。この方法によれば、逆投影するボクセルの選択とリサンプリングデータの選択との両方が容易になり、さらに逆投影処理速度を高速化することができる。
【００９５】
例えば、図１４に示すように、傾きｓ方向の再構成画像Ａに対して位相φのときの想定されるパラレルビームの焦点( φ )は軌道Ｂ上を移動する。再構成画像Ａの焦点側辺ＶＥ( φ )及び２次元Ｘ線検出器側辺ＶＳ( φ )の投影データは、２次元Ｘ線検出器５の検出器面ＣにおいてＶce( φ，ｓ )及びＶcs( φ，ｓ )ととして検出される。これは類似センタリング処理( ボクセル列に平行な直線ｎ´に平行なリサンプリング面を想定する処理 )を行わなければ、図１５( ａ )に示すように、投影データＶce( φ，ｓ )及びＶcs( φ，ｓ )は検出器列と平行とはならず、再構成画像Ａの投影データは歪んだ四角形として検出されるため、逆投影処理が複雑になり逆投影処理速度を低下させる原因になる。一方、類似センタリング処理を行った場合には、図１５( ｂ )に示すように、投影データＶce( φ，ｓ )及びＶcs( φ，ｓ )は共にセンタリング列に対して平行となり、このセンタリング面Ｄにおける再構成画像の投影データは正確に平行四辺形となるので、逆投影処理速度の高速化を図ることができる。
【００９６】
ボクセル列とリサンプリングデータをある軸に平行にする方法は、特願平８−１０１５号「画像再構成処理装置」に記載されている方法を応用すれば良い。
【００９７】
また、この第１の実施の形態では、コーンビームをパラレルビームに変換したときに投影データに生じる非線形の歪みを補正処理として別途時間をかけて補正するようになっていたが、画像再構成制御部２１が歪みを考慮して逆投影するデータをチャンネル毎に決定し、その結果を変則パラレルビーム逆投影処理部２２に与えてやれば、逆投影処理で同時に歪み補正処理を行うことができる。これによれば、逆投影処理にかかる時間は長くなると推測されるが、歪み補正処理だけを行う時間を省略することができるので、逆投影処理で同時に歪み補正処理を効率的に行うことができれば、画像再構成処理全体の処理速度を高速化することができる。
【００９８】
なお、この第１の実施の形態では、図４乃至図６、図８乃至図１１１１、図１３においてコーンビームのMidplane( Ｚ＝０ )の上半分の画像再構成処理について説明したが、コーンビームのMidplaneの下半分の画像再構成処理についても対照的に処理すれば同様にして画像を再構成することができる。
【００９９】
この発明の第２の実施の形態を図１６乃至図２４を参照して説明する。
【０１００】
前述の第１の実施の形態ではコンベンショナルスキャンの場合について説明したが、この第２の実施の形態ではヘリカルスキャンの場合について説明する。この第２の実施の形態のヘリカルスキャンの場合も、前述の第１の実施の形態のコンベンショナルスキャンの場合と基本的に同じであるが、異なる点は、変則コーンビーム・パラレルビーム変換処理と歪み補正処理だけであり、その後の補正項の乗算処理、チャンネル方向のコンボリューション処理、変則パラレルビーム逆投影処理は同じである。
【０１０１】
ヘリカルスキャンでもＺ軸方向から見た状態は図３( ａ )及び図３( ｂ )に示す状態と同じであるので、チャンネル方向のコーンビーム・パラレルビーム変換は、第１の実施の形態と同じ２次元のファン・パラ変換処理と同じ処理である。しかし、焦点Ｆは、コンベンショナルスキャンの場合では同一円周軌道上を移動するのに対して、ヘリカルスキャンの場合では螺旋軌道上を移動するので、位相θの変則パラレルビームを得るのに必要な焦点角度Ｆｓ〜( Ｆｉ )〜Ｆｃ〜Ｆｅにおいて、焦点Ｆが、
( Ｉ ) その全域にわたって再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )より下側の場合。
【０１０２】
( II ) その全域にわたって再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )より上側の場合。
【０１０３】
( III) 再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )の下側から上側へ遷移する場合。
【０１０４】
( IV ) 再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )の上側から下側へ遷移する場合。
【０１０５】
の４通りに分類される。
【０１０６】
ところで、焦点角度φｉにおける焦点位置ＦｉのＺ座標Ｚ( φｉ )は、
Ｚ( φｉ )＝Ｚ０＋［( φｉ／３６０ )・ＨＰ］
で与えられる。なお、ＨＰはヘリカルピッチである。
【０１０７】
まず、( Ｉ )の場合について説明する。この場合には２次元Ｘ線検出器５の上半面側で、再構成画像が検出される( 投影データが収集される )ことになる。
【０１０８】
再構成画像のＺ軸座標をＺ＝ＺＩ( 一定 )とすると、図１６及び図１７に示すように、最初のビームになる焦点位置Ｆｓでは、そのＺ軸座標Ｚｓ＝Ｚ( φｓ )から見た再構成画像の相対的Ｚ軸座標は、ｄＺ＝ＺＩ−Ｚ( φｓ )であり、最後のビームになる焦点位置Ｆｅ( Ｚ軸座標Ｚｅ＝Ｚ( φｅ ) )では、ｄＺ＝ＺＩ−Ｚ( φｅ )である。さらに途中のビームの焦点位置ＦＩ( Ｚ軸座標Ｚｉ＝Ｚ( φｉ ) )では、ｄＺ＝ＺＩ−Ｚ( φｉ )である。
【０１０９】
このヘリカルスキャンの場合は、前述の第１の実施の形態のコンベンショナルスキャンの場合に比べて、投影データの非線形の歪みがより大きく、焦点角度φに応じて必要な投影データが存在する位置及び範囲の領域が変化していることが判る。なお、Ａｓ付近の投影データは実際には得られないので、外挿補間処理によって投影データを計算から得ている。
【０１１０】
ここで、図１７で示した非線形の歪みが大きい投影データに対して、図１８に示すように、前述の第１の実施の形態で説明したようなリサンプリング処理を行って、歪みの補正処理を行う。
【０１１１】
以降の補正項の乗算処理、チャンネル方向のコンボリューション処理及び変則パラレルビーム逆投影処理は、前述の第１の実施の形態と同様なのでここではその説明は省略する。
【０１１２】
次に、( II )の場合について説明する。この場合には２次元Ｘ線検出器５の下半面側で再構成画像が検出される( 投影データが収集される )ことになる。
【０１１３】
この( II )の場合では、前述の( Ｉ )の場合のＺ軸方向について鏡像的に反転した領域の投影データとなる。すなわち、Ａ( Ａｓ、Ａｉ、Ａｃ、Ａｅ )とＢ(Ｂｓ、Ｂｉ、Ｂｃ、Ｂｅ )とが反転した領域の投影データとなる。
【０１１４】
従って、( Ｉ )の場合と同様に歪み補正処理を行う。
【０１１５】
次に、( III)の場合について説明する。この場合には２次元Ｘ線検出器の上半面側から下半面側へ検出領域が移動することになる。
【０１１６】
変則コーンビーム・パラレルビーム変換は、図１９、図２０、図２１に示すように、焦点Ｆが再構成画像を横切る焦点角度をφｉ、( Ｆｉ )とすると、焦点位置Ｆｓから焦点位置Ｆｉまでは、画像の焦点側のボクセルに相当するＡｓ〜Ａｉが上側で、画像の２次元Ｘ線検出器側のボクセルに相当するＢｓ〜Ｂｉが下側となり、焦点位置Ｆｉでは全ての画像のボクセルが１つの投影データとなってＡｉとＢｉとは同じとなる。さらに、焦点位置Ｆｉから焦点位置Ｆｅまでは、Ａｉ〜Ａｅが下側で、Ｂｉ〜Ｂｅが上側となって反転している。従って、この( III)の場合における歪み補正処理では、リサンプリング処理と上下反転処理を行って図２２に示すような歪み補正付き変則パラレルビーム投影データを得る。
【０１１７】
以降の補正項の乗算処理、チャンネル方向のコンボリューション処理及び変則パラレルビーム逆投影処理は、前述の第１の実施の形態と同様なのでここではその説明は省略する。
【０１１８】
( IV )の場合も、( Ｉ )の場合に対する( II )の場合と同じように、( III)の場合のＺ軸方向について鏡像的に反転した領域の投影データとなる。
【０１１９】
すなわち、２次元Ｘ線検出器の下半面側から上半面側へ検出領域が移動することになる。そして焦点位置Ｆｓから焦点位置Ｆｉまでは、Ａｓ〜Ａｉが下側で、Ｂｓ〜Ｂｉが上側となり、焦点位置Ｆｉでは、ＡｉとＢｉとは同じになる。さらに、焦点位置Ｆｉから焦点位置Ｆｅまでは、Ａｉ〜Ａｅが上側で、Ｂｉ〜Ｂｅが下側となって反転している。従って、処理の方法も( III)と同じである。
【０１２０】
以上の( Ｉ )〜( IV )の組合わせによって、ヘリカルスキャンにおいても変則コーンビーム・パラレルビーム変換による変則パラレルビーム逆投影を行うことによって、３次元画像再構成を行うことができる。再構成制御装置は位相θに応じて( Ｉ )〜( IV )のうちの該当する場合を判断し、この該当する場合にしたがって変則コーンビーム・パラレルビーム変換を行い、リサンプリング処理( 必要ならば上下反転処理を併用する )、歪み補正処理、補正項の乗算、チャンネル方向のコンボリューション処理、変則パラレルビーム逆投影処理を行って、３次元画像再構成を行う。
【０１２１】
この発明の第３の実施の形態を図２３及び図２４を参照して説明する。
【０１２２】
変則コーンビーム・パラレルビーム変換から変則パラレルビーム逆投影処理の後、中央断面定理を使用してアーチファクト( 線質硬化を含む )に対する補正を行う。
【０１２３】
中央断面定理は、「ある画像の位相θへのパラレルビームの投影データの１次フーリエ変換は、元の画像の２次元フーリエ変換像を対応する角度θで切断した中心断面の分布に等しい。」というものである。
【０１２４】
すなわち、図２３に示すように、実空間における画像３１の位相θ方向へのパラレルビームを考え、そのパラレルビームにより得られる投影データ３２について、その１次元フーリエ変換したデータは、図２４に示すように、画像３１の周波数空間における２次元フーリエ変換像３３を対応する角度θで切断した中心断面の分布３４と等しい。従って、この中心断面の分布３４を１次元逆フーリエ変換すれば、投影データ３２が得られることになる。
【０１２５】
そこで、画像を一旦再構成後、画像を２次元フーリエ変換し、ある角度θで切断した中心断面の分布を求め、この中心断面の分布を１次元逆フーリエ変換すれば、画像の位相θ方向へのパラレルビームの投影データが得られる。
【０１２６】
この投影データを元にして線質硬化などの補正係数を求めて、２度目の画像再構成をパラレルビーム逆投影で行い、線質硬化などによるアーチファクトを補正する方法が、２パスＢＨＣなどとして知られている。
【０１２７】
しかし、第１の画像再構成はファンビーム逆投影で行い、第２の画像再構成をパラレルビーム逆投影で行うので、ファンビームの広がりに起因するアーチファクトは逆投影時にファン状に拡散するので、パラレルビーム逆投影による補正では除去できない場合があった。コーンビームにおいても同様にコーンビームの広がりに起因するアーチファクトは除去できない場合がある。
【０１２８】
上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態においても、逆投影処理はＺ軸方向から見ると、２パス目のパラレルビームの逆投影と同様に行われるので、２パス目の補正効果が大きい。
【０１２９】
そこで、まず、１回目に第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態に記載された方法で３次元画像再構成を行い、次にこのＺ軸方向のコーンビームの広がりを無視して、３次元画像の一断面としての２次元画像ではなく、従来のような２次元画像と考えて、２次元中央断面定理を適用して２パス目の補正を２次元画像で行う。一般にアーチファクトは３次元的に広がるが、ファン角度と比較するとコーン角度は小さいため、２次元中央断面定理による上述の補正で充分な補正効果が得られる。
【０１３０】
変形例として、３次元中央断面定理を使用して完全なパラレルビームによる投影データを求め、それを使用して補正を行っても良い。変則パラレルビームによる投影データと完全なパラレルビームによる投影データとは比較的に似ているので、ある程度の補正効果は期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】この発明の第１の実施の形態( コンベンショナルスキャンの場合 )のＸ線ＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のジオメトリを示す図。
【図３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線源及び２次元Ｘ線検出器の回転軸方向から見たコーンビームの変則パラレルビームへの変換を説明するための図。
【図４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコーンビームを変則パラレルビームへ変換した時の変則パラレルビームに垂直な面の投影状態を示す図。
【図５】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる円筒形２次元Ｘ線検出器の検出面における投影状態を示す図。
【図６】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる平面形２次元Ｘ線検出器の検出面における投影状態を示す図。
【図７】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置における変則パラレルビームと再構成画像面との関係を示す図。
【図８】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームに対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図９】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる２次元Ｘ線検出器の検出面における再構成画像面の投影状態を示す図。
【図１０】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる投影データをリサンプリング処理したデータを示す図。
【図１１】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のリサンプリング処理したデータの再構成画像面への逆投影処理を説明するための図。
【図１２】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の再構成処理部１２の要部構成を示すブロック図。
【図１３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の固定軸に平行なボクセル列への類似センタリング処理を使用したリサンプリング面からの逆投影処理を説明するための図。
【図１４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の位相φにおける再構成画像Ａの投影データを示す図。
【図１５】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の再構成画像Ａの類似センタリング処理を行わない時の逆投影データ及び類似センタリング処理を行った時の逆投影データを示す図。
【図１６】この発明の第２の実施の形態( ヘリカルスキャンの場合 )のＸ線ＣＴ装置の焦点がその全域にわたって再構成画像面より下側の場合( ( Ｉ )の場合 )の変則パラレルビームに対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図１７】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( Ｉ )の場合の変則パラレルビームによる２次元Ｘ線検出器の検出面における再構成画像面の投影状態を示す図。
【図１８】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( Ｉ )の場合の変則パラレルビームによる投影データをリサンプリング処理したデータを示す図。
【図１９】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の焦点が再構成画像面の下側から上側へ遷移する場合( ( III)の場合 )の変則パラレルビームの前半に対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図２０】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( III)の場合の変則パラレルビームの後半に対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図２１】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( III)の場合の変則パラレルビームによる２次元Ｘ線検出器の検出面における再構成画像面の投影状態を示す図。
【図２２】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( III)の場合の変則パラレルビームによる投影データをリサンプリング処理したデータを示す図。
【図２３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置で使用される中央断面定理のある画像の位相θへのパラレルビームの投影データを示す図。
【図２４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置で使用される中央断面定理の元の画像の２次元フーリエ変換像を対応する角度θで切断した中央断面の分布を示す図。
【図２５】従来例のＸ線ＣＴ装置におけるファンビームを示す図。
【図２６】従来例のＸ線ＣＴ装置のＸ線源、Ｘ線検出器、ＦＯＶ及びピクセルの関係を示す図。
【図２７】従来例のＸ線ＣＴ装置のファン−パラ変換法を説明するための図。
【図２８】従来例のＸ線ＣＴ装置のファン−パラ変換法の画像再構成式を説明するための第１の図。
【図２９】従来例のＸ線ＣＴ装置のファン−パラ変換法の画像再構成式を説明するための第２の図。
【図３０】従来例のＸ線ＣＴ装置におけるコーンビームを示す図。
【図３１】従来例のＸ線ＣＴ装置のＸ線源、２次元Ｘ線検出器、ＦＯＶ及びボクセルの関係を示す図。
【図３２】従来例のファンビームを使用したＸ線ＣＴ装置における検出器データのピクセルへの逆投影を説明するための図。
【図３３】従来例のコーンビームを使用したＸ線ＣＴ装置における検出器データのボクセルへの逆投影を説明するための図。
【符号の説明】
【０１３２】
３…Ｘ線源、５…２次元Ｘ線検出器、１１…データ収集部、１２…再構成処理部、２１…画像再構成制御部、２２…変則パラレルビーム逆投影処理部、２３…メモリ、２３-1…データ記憶部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線を複数個のＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器とを対象物の回りを回転させて得られた検出データに基づいて、対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線ＣＴ(computed tomography )装置では、図２５に示すように、Ｘ線源１０１からＸ線ビームがファン状( 扇形状 )に放射されるファンビームを使用するものが知られている。
【０００３】
このようなＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源１０１から放射されたＸ線ビームを被写体に照射し、この被写体を透過したＸ線( 透過Ｘ線強度 )を、複数個のＸ線検出素子を扇状に１列に約１０００チャンネル配列したＸ線検出器１０２で検出してデータ収集を行い、Ｘ線源１０１及びＸ線検出器１０２を被写体の周囲を回転させながら、１回転する間に１０００回程度データ収集し( １回のデータ収集を１ビューと称する )、その収集されたデータに基づいて被写体のＸ線の透過画像( 断層画像 )を再構成する。なお、ＦＯＶ１０３は、有効視野を示すものである。
【０００４】
このファンビームを使用したときの画像再構成式は、( 式１ )により算出される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
この( 式１ )から判るように、ファンビームの再構成では、Ｘ線検出器から得られたデータに、再構成すべきピクセルの位置に依存した重み付けを乗算して逆投影する必要があるので複雑な処理になる。
【０００７】
すなわち、図２６に示すように、有効視野ＦＯＶ１０３に対して再構成すべき画像を構成するピクセルが設定されており、Ｘ線検出器１０２の各チャンネルで得られたデータを、重み付けとして焦点( Ｘ線源１０１のＸ線ビームの放射点 )−ピクセル間距離 FpixelD(X) の２乗の逆数を乗算して、該当するピクセルに逆投影する。なお、FpixelD は、Focus-Pixel-Distanceである。
【０００８】
また、直接逆投影する方法もあるが、この場合には極座標変換が必要となり複雑な計算になる。
【０００９】
そこで、ファンビームを使用したＸ線ＣＴ装置では、現在のところ２種類の画像再構成法が考案されている。
【００１０】
１つの方法は、ファン−パラ変換法と呼ばれるものであり、これは、図２７(ａ )及び図２７( ｂ )に示すように、ファンビームによるＸ線検出器から得られた投影データを並び替えかつ補間してパラレルビーム投影データを作成( 変換を含む )し、これにより得られたデータを、従来のパラレルビームを使用したＸ線ＣＴ装置で行われるように逆投影する方法である。
【００１１】
データ変換の計算と補間処理などが必要になる反面、逆投影時には、ファンビームのときの再構成ピクセル毎に異なった重み付け処理などが不要で、１つのデータ( パラレルビーム投影データ )をビーム路( パラレルビームとなるときの放射点とＸ線検出器のチャンネルとを結ぶ直線 )の全てのピクセルに逆投影すれば良いので処理が単純になる。
【００１２】
すなわち、ファンビームの処理は、図２８( ａ )及び図２９に示すように任意の座標系ｘｙについて、投影データ［Ｒｆ］( ψ，φ )と定義する。この［Ｒｆ］( ψ，φ )は、被写体ｆ( ｘ，ｙ )を( ψ，φ )方向に線積分したもの( 仮定)ということを示す。
【００１３】
まず、この投影データ［Ｒｆ］( ψ，φ )に cosψを乗算する。
【００１４】
次に、その結果とフィルタ［１／(sinψの２乗 )］とのコンボリューションを行う。
【００１５】
次に、その結果を［ｄ／( Ｒの２乗 )］で重み付けして、Ｘ線のパス通りに逆投影する。なお、Ｒは逆投影する位置によって変動する数値を持つ。
【００１６】
以上によって得られた画像再構成式( 式２ )は、
【００１７】
【数２】
【００１８】
となる。
【００１９】
パラレルビームの処理は、図２８( ｂ )に示すように、任意の座標系ｘｙについて、投影データ［Ｒｆ］( ｓ，θ )と定義する。この［Ｒｆ］( ｓ，θ )は、被写体( ｘ，ｙ )を( ｓ，θ )方向に線積分したもの( 仮定 )ということを示す。
【００２０】
まず、この投影データ［Ｒｆ］( ｓ，θ ) とフィルタ［１／( ｓの２乗 )］とのコンボリューションを１８０°あるいは３６０°にわたって繰り返して行う。次に、その結果をＸ線のパス通りに逆投影する。
【００２１】
以上によって得られた画像再構成式は、
【００２２】
【数３】
【００２３】
となる。
【００２４】
他の１つの方法は、センタリング軸を使用したファンビーム再構成法であり、その詳細は特許文献１に開示されている。
【００２５】
さらに一方、図３０に示すように、Ｘ線源２０１からＸ線ビームが円錐状に放射されるコーンビームと、ファンビーム用検出器列をＺ軸方向にＮ列積み重ねたような、円筒面上に検出器の素子（Ｍチャンネル×Ｎ列）を配列した２次元Ｘ線検出器２０２とを使用して、Ｘ線透視画像を撮影するＸ線ＣＴ装置が考案されている。
【００２６】
このようなコーンビームを使用したＸ線ＣＴ装置における代表的なコーンビーム再構成（Feldkamp再構成）は、非特許文献１に開示されている。
【００２７】
これは、数学的に厳密な再構成法であるファンビーム(2次元平面内) 再構成アルゴリズム[ Filtered-Backprojection(フィルタ補正逆投影法) ] を、Ｚ軸方向に拡張することによって得られた近似的な３次元再構成アルゴリズムである。
【００２８】
このコーンビーム再構成法では、コーンビームによるコンベンショナルスキャンを対象としており，以下のステップからなる。なお、このコーンビームでは、２次元的な画素としてのピクセルの代わりに、図３１３１に示すように、３次元的な画素としてのボクセルが使用される。
【００２９】
１．投影データの重み付け投影データに、Ｚ座標に依存した項とcos 項を乗算する。
【００３０】
２．コンボリューション演算１の処理により得たデータと、ファンビームと同じ再構成関数とのコンボリューション演算を行う。
【００３１】
３．BackProjection（逆投影）
２の処理により得たデータを、Ｘ線が通過した( 焦点から検出器のチャンネルまでの) パス上に逆投影する。すなわち、焦点から逆投影するボクセルを通る直線が検出器面と交差する点を計算し、その点の周囲の２の処理のデータから逆投影するデータを補間などで作成し、それをFvoxelD(X)の２乗の逆数で重み付けして逆投影する。この逆投影は３６０°( １回転 )にわたって行なう。
【００３２】
ファンビーム再構成式と類似な式で表現すると、下記となる。なお、 FvoxelD(X)=Focus-Voxel-Distanceは、焦点−ボクセル間の線分をコーンビームのMidplane面( に平行な面 )に射影した線分の長さである。
【００３３】
【数４】
【００３４】
この３次元再構成式( コーンビーム再構成式 )( 式４ )について、式上ではファンビーム再構成と非常に似ているが、Data-Back の逆投影方法が大きく異なることを説明する。
【００３５】
２次元的なファンビーム再構成においては、図３２に示すように、再構成面内の全画素（ピクセル）に対して1 次元に配列された検出器のデータから逆投影するのに対し、コーンビーム(Feldkamp)再構成においては、図３３に示すように、焦点と再構成するボクセル(voxel) を結んだ直線が２次元のＸ線検出器面と交差する点を求め、その交差点に関与する検出器素子から得られるデータをその直線上に位置する全てのボクセルに逆投影する。
【００３６】
従って、コーンビーム再構成で、ファンビーム再構成のようにある面を再構成する場合には、特定の検出器列かつチャンネルのデータが再構成面の一部のボクセルにのみ逆投影されるため、各ボクセルに対して逆投影するデータ（検出器列と検出器チャンネル）を選択する必要があるので、再構成ボクセルと焦点を結んだ直線とＸ線検出器面の３次元的な位置関係が重要になる。
【００３７】
しかも、Ｚ座標が同じ検出器列を考え、その検出器素子と焦点を結んだ直線を考えた場合、ある面( 再構成面 )においてそれらの直線が通過するボクセルは、焦点を中心とした検出器面の相似図形（円筒検出器の場合、同心円）上に並ぶため、この位置関係の計算は非常に複雑になる。
【特許文献１】特開昭５５−９９２４０号公報
【非特許文献１】"Practical cone-beam algorithm" L.A.Feldkamp, L.C.Davis, and J.W.Kress J. Opt. Soc. Am. A/Vol.1, No.6, pp.612-619/June 1984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
上述したように、従来のＸ線ＣＴ装置において、コーンビーム及び２次元的なＸ線検出器を使用した場合、画像の再構成ではその計算が複雑で膨大な量になり、一般的に普及しているコンピュータ等では処理時間が長くかかり過ぎて実現できないという問題があった。
【００３９】
そこでこの発明は、コーンビームにおけるファン−パラ変換法の適用を確立し、コーンビームを使用して撮影された画像の正確な再構成を実現することができる画像再構成処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の第１の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【００４１】
本発明の第２の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【００４２】
本発明の第３の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【００４３】
本発明の第４の態様による画像再構成処理装置は、Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置であって、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを備えた。
【発明の効果】
【００４４】
この発明によれば、コーンビームにおけるファン−パラ変換法の適用を確立し、コーンビームを使用して撮影された画像の正確な再構成を実現することができる画像再構成処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、この発明の第１の実施の形態( コンベンショナルスキャンの場合 )を図１乃至図１５R>５を参照して説明する。
【００４６】
この発明の実施の形態で使用されるコーンビーム再構成式は、
【００４７】
【数５】
【００４８】
( 式５ )であり、( 式３ )のパラレルビームの再構成式を見かけ上のコーン角について拡張した近似式である。( 式３ )にコーンビーム再構成式としての( 式６)と同じ補正項を加え、逆投影処理を３次元変則パラレルビーム逆投影処理としたものである。
【００４９】
図１は、この発明を適用した画像再構成処理装置を搭載したＸ線ＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図である。
【００５０】
投影データ測定系としてのガントリ( 架台 )１は、扇形状のファンビームのＸ線束を発生するＸ線源３と、２次元アレイ型の２次元Ｘ線検出器５とを収容する。前記Ｘ線源３と前記２次元Ｘ線検出器５とは、寝台６のスライド天板に載置された被検体を挟んで対向した状態で回転リング２に装備される。
【００５１】
前記２次元Ｘ線検出器５としては、複数個( １０００チャンネル )の検出素子を１次元的に１列に配列して構成したものを６列( ６セグメント )に積層したもので、前記回転リング２に実装される。ここで、１つの検出素子は１チャンネルに相当するものと定義する。
【００５２】
前記Ｘ線源３からのＸ線はＸ線フィルタ４を介して被検体に曝射される。被検体を通過したＸ線は前記２次元Ｘ線検出器５で電気信号として検出される。
【００５３】
Ｘ線制御器８は高圧発生器７にトリガ信号を供給する。この高圧発生器７はトリガ信号を受けたタイミングで前記Ｘ線源３に高電圧を印加する。これによりＸ線源３からはＸ線が曝射される。
【００５４】
架台寝台制御器９は、前記ガントリ１の前記回転リング２の回転と、前記寝台６のスライド天板のスライドとを同期して制御する。システム全体の制御部本体としてのシステム制御器１０は、必要に応じて被検体から見て前記Ｘ線源３が螺旋軌道を移動するいわゆる連続回転( 例えばヘリカルスキャン )を実行できるように、前記Ｘ線制御器８と前記架台寝台制御器９を制御する。
【００５５】
具体的には、前記回転リング２が一定の角速度で連続回転し、前記寝台６のスライド天板が一定の速度で移動し、前記Ｘ線源３から連続的又は一定角度毎に間欠的にＸ線が曝射される。
【００５６】
前記２次元Ｘ線検出器５からの出力信号は、チャンネル毎にデータ収集部１１で増幅され、ディジタル信号に変換される。このデータ収集部１１から出力される投影データは、再構成処理部１２に取り込まれる。
【００５７】
この再構成処理部１２は、投影データに基づいてボクセル毎にＸ線吸収率を反映した逆投影データを求める。
【００５８】
ファンビームを使用した連続回転方式のＸ線ＣＴ装置において、有効視野( ＦＯＶ、撮影領域 )は、連続回転の回転中心軸を中心として円筒形状となり、再構成処理部１２は、この有効視野に複数個のボクセル( ３次元的に配置された画素)を規定し、２次元Ｘ線検出器５からの投影データから各ボクセルの逆投影データを求める。この逆投影データに基づいて作成された３次元画像データ又は断層像データは表示装置１３に送られ３次元画像又は断層像としてビジュアルに表示される。
【００５９】
図２に示すように、このＸ線ＣＴ装置のジオメトリは、
検出器列数 Ｍ列
( Ｘ線検出素子列 )
チャンネル数 Ｎチャンネル
各列のＺ軸方向の高さ Ｄｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
焦点−回転中心間距離 ＦＣＤ(Focus-center-Distance )
焦点−検出器間距離 ＦＤＤ(Focus-Detector-Distance )
有効視野直径 ＦＯＶ(Field of View )
ファン角 α
コーン角 β
となっている。
【００６０】
以下、前記再構成処理部１２が行う処理について説明する。
【００６１】
なお、この第１の実施の形態では、コンベンショナルスキャンの場合について説明し、後述する第２の実施の形態ではヘリカルスキャンの場合について説明する。
【００６２】
( １ ) 変則コーンビーム・パラレルビーム変換を行い、歪み補正を行い、変則パラレルビーム逆投影する。
【００６３】
( ２ ) リサンプリング面をボクセル列と平行にする。
【００６４】
( ３ ) ボクセル列をある軸に平行にする( 変形例記載のセンタリング類似法 )。
【００６５】
( １ )について説明する。
【００６６】
第１処理工程として、ファン・パラ変換法と同様な方法を適用した場合、図３( ａ )に示すように、Ｚ軸方向から円筒形のＦＯＶを観察すると、コーンビームでもファンビームでも同じように見えるので、チャンネル方向のパラレルビームへの変換はファン・パラ変換法で実施できる。
【００６７】
ファン角をαとすると、焦点位置Ｆｓのチャンネル角度ψｓ＝( α／２ )、焦点位置Ｆｅのチャンネル角度ψｅ＝−ψｓ＝−( α／２ )である。このときの焦点位置Ｆｓの焦点角度φｓ＝θ＋( α／２ )、焦点位置Ｆｅの焦点角度φｅ＝θ−( α／２ )である。
【００６８】
焦点位置Ｆｓ、つまり、図３( ｂ )に示すように、焦点位置Ｆｓの焦点角度φｓ＝θ＋( α／２ )でのチャンネル角度ψｓ＝( α／２ )のビームから、焦点位置Ｆｉの焦点角度φｉ＝θ＋ψｉでのチャンネル角度ψｉのビームを順に、焦点位置Ｆｅ、つまり、焦点位置Ｆｅの焦点角度φｅ＝θ−( α／２ )でのチャンネル角度ψｅ＝−( α／２ )のビームまでを集めて、位相θのパラレルビームとする。
【００６９】
しかし、Ｚ軸方向には見かけのコーン角の変化に伴い歪みが生じる。位相θのパラレルビームに垂直な面Ｐ( 図３( ｂ )では直線により表現されている。以下この垂直な面を位相θの中央断面と称する )を考えると、焦点位置Ｆｓを通る位相θの中央断面( 直線に沿った断面 )は図４( ａ )のようになる。同様に焦点位置Ｆｉでは図４( ｂ )、焦点位置Ｆｃでは図４( ｃ )、焦点位置Ｆｅでは図４(ｄ )のようになる。なお、図４では、Ｘ線のミッドプレーン(Midplane)の上の部分についてのみ図示しているが、ミッドプレーンの下の部分についても同様である。
【００７０】
ここで、図４( ａ )〜図４( ｄ )で、焦点と検出器間の距離はＦＤＤで一定であり、照射するＸ線ビームのコーン角もβで一定であるのに対し、焦点位置Ｆｘと位相θの中央断面間の距離Ｌｘは焦点位置に応じてチャンネル角度ψｘの関数 cosψｘでＬｓ、Ｌｉ、Ｌｃ、Ｌｅと変化する。
【００７１】
すなわち、焦点位置ＦｘからＦＯＶの中心までの距離をＦＣＤとすると、図３を参照して、距離Ｌｓ＝ＦＣＤ・ cosψｓ＝ＦＣＤ・ cos( α／２ )＝距離Ｌｅである。距離Ｌｉ＝ＦＣＤ・ cosψｉ、距離Ｌｃ＝ＦＣＤ・ cosψｃである。ここで、ψｃ＝０であるから、距離Ｌｃ＝ＦＣＤである。
【００７２】
従って、同じ高さＨに対する見かけ上のコーン角度βが異なる。
【００７３】
すなわち、焦点位置Ｆｓでの見かけ上のコーン角度βｓについて、すなわち、焦点位置Ｆｅでの見かけ上のコーン角度βｅについて、
tanβｓ＝( Ｈ／Ｌｓ )＝( Ｈ／［ＦＣＤ・ cos( α／２ )］ )＝ tanβｅ
が成立する。
【００７４】
また、焦点位置Ｆｉでの見かけ上のコーン角度βｉについて、
tanβｉ＝( Ｈ／Ｌｉ )＝［Ｈ／( ＦＣＤ・ cosψｉ )］、
焦点位置Ｆｃでの見かけ上のコーン角度βｃについて、
tanβｃ＝( Ｈ／Ｌｃ )＝( Ｈ／ＦＣＤ )が成立する。
【００７５】
なお、このときの２次元Ｘ線検出器での高さは、焦点位置Ｆｓでの検出面高さＺｓ＝ＦＤＤ・ tanβｓ＝( ＦＤＤ／ＦＣＤ )・［Ｈ／ cos( α／２ )］＝Ｚｅであり、焦点位置Ｆｉでの検出面高さＺｉは、
Ｚｉ＝ＦＤＤ・ tanβｉ＝( ＦＤＤ／ＦＣＤ )・( Ｈ／ cosψｉ )、
焦点位置Ｆｃでの検出面高さＺｃ＝ＦＤＤ・ tanβｃ＝( ＦＤＤ／ＦＣＤ )・Ｈである。
【００７６】
その結果、各中央断面に高さＨの格子状の物体が存在する場合を想定すると、円筒形２次元Ｘ線検出器では、位相θにおけるＺ軸方向に広がりを持った投影データは、図５に示すように非線形な歪みを生じてしまう。
【００７７】
なお、平面形２次元Ｘ線検出器を使用した場合には、図６に示すように、さらに大きな歪みが生じることになる。すなわち、焦点位置と平面形２次元Ｘ線検出器との間の距離の最小値をＦＤＤｏとする。焦点位置から角度ψｉのＸ線が到達する検出器までの距離ＦＤＤ( ψｉ )は、
ＦＤＤ( ψｉ )＝( ＦＤＤｏ／ cosψｉ )
であり、焦点位置での 検出面高さＺ( ψｉ )は、
Ｚ( ψｉ )＝ＦＤＤ( ψｉ )・ tanβｉ
＝( ＦＤＤｏ／ cosψｉ )・［Ｈ／( ＦＣＤ・ cosψｉ )］
＝( ＦＤＤｏ／ＦＣＤ )・［Ｈ／(cosψｉ・ cosψｉ )］
となる。
【００７８】
このコーンビームでのパラレルビームの投影データにおけるチャンネル方向のサンプリングピッチを均等にするためには、以下の３つの方法がある。
【００７９】
１．サンプリングピッチが均等になるように、もともとのコーンビームでの投影データ収集のピッチ( ビューのピッチ及びチャンネル方向のピッチ )を変則にする。
【００８０】
２．コーンビームの投影データからパラレルビームの投影データを生成する際に、コーンビームの投影データ間( ２ビュー×１チャンネル、又は１ビュー×２チャンネル、又は２ビュー×２チャンネル )で補間して均等ピッチの投影データを計算する。
【００８１】
３．抜き出した位相θのパラレルビームをチャンネル方向に補間して均等ピッチの投影データを計算する。
【００８２】
第２処理工程としては、第１処理工程で得られた均等なパラレルビームに対して歪み補正処理( リサンプリング処理 )を行う。
【００８３】
パラレルビームの歪みはスライス方向( Ｚ軸方向 )のみに生じるので、投影データをスライス方向に等間隔なデータになるようにリサンプリングを行う。図７、図８、図９及び図１０には、再構成画像Ｚ０の再構成に必要なデータの領域を、６列にリサンプリングする例を示した。リサンプリングピッチ及びリサンプリング数は任意であるが、リサンプリングピッチは小さくリサンプリング数は大きい方がより効果的に非線形な歪みを補正することができる。これによって、位相θに垂直な直線ｎ上( 図１１参照 )を焦点が移動したときに得られる三角形状のビーム( 歪み補正付き変則パラレルビーム )による投影データが得られる。
【００８４】
第３処理工程としては、第２処理工程で得られたリサンプリングデータに補正項を乗算する。
【００８５】
第４処理工程としては、チャンネル方向のコンボリュ−ション処理を行う。これは従来の２次元再構成と同じ処理である。
【００８６】
最終工程としては、変則パラレルビーム逆投影処理を行う。変則パラレルビーム逆投影処理は図１１に示すように、Ｘ線焦点Ｆｃから逆投影するボクセル列までの距離をＬｉとすると、Ｚｉ＝( ＦＤＤ／Ｌｉ )・Ｚ０によってボクセル列ごとにどのリサンプリングデータを逆投影するかを決定し、そのまま逆投影する。これによって３次元逆投影ができる。
【００８７】
図１２は、前記再構成処理部１２の要部構成を示すブロック図である。
【００８８】
再構成処理部１２は、画像再構成制御部２１、変則パラレルビーム逆投影処理部２２及びメモリ２３等を備えている。
【００８９】
前記画像再構成制御部２１は、前記メモリ２３からデータ( 収集データ )を読出して変則パラレルビームを作成し、リサンプリング処理による歪み補正後、補正項との乗算、コンボリューションなどの所定の処理を行い、その処理したデータを前記変則パラレルビーム逆投影処理部２２へ出力する。
【００９０】
さらに、前記画像再構成制御部２１は各ボクセル列に逆投影するリサンプリング列を決定し、処理したデータを前記変則パラレルビーム逆投影処理部へ出力する。
【００９１】
この変則パラレルビーム逆投影処理部２２は、前記画像再構成制御部２１から入力されたデータと逆投影するリサンプリング列にしたがって、所定の領域に逆投影処理を行い、その結果を前記メモリ２３のデータ記憶部２３-1に記憶する。逆投影時に複数のリサンプリング列のデータを重み付け加算しても良い。
【００９２】
なお、この第１の実施の形態では、チャンネル方向のファン・パラ変換とスライス方向の歪み補正とを別々に行う方法で説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、これを２ビュー×２チャンネルの４点補間などで１回の処理で行い、コーンビーム投影データから歪み補正付き変則パラレルビーム投影データを得ても良い。こうすることにより、画像再構成処理の処理速度をより高速にすることができる。
【００９３】
この第１の実施の形態の変形例として、センタリング類似法について説明する。図１１に示したような変則パラレルビームの逆投影処理では、リサンプリングデータ列とボクセル列とを平行に設定したので、ボクセル列に逆投影するリサンプリングデータは、ボクセル列毎に固定のリサンプリング列から抜き出せるので、リサンプリング列の選択は容易であるが、ボクセル列は位相θにしたがって回転してしまうので、逆投影するボクセルを決定するのは困難になる。
【００９４】
そこで、図１３に示すように、位相が変化してもボクセル列をＸ軸あるはＹ軸などのある軸( 固定軸 )に平行なもの( ボクセルはＦＯＶを含んでいるが、位相の変化に対応して傾き、正立方体となるのは９０°間隔の４位相のみ )とし、そのボクセル列に平行な直線ｎ´( 仮想的なパラレルビームのＸ線源( 焦点 )の軌道 )に平行なリサンプリング面を想定して、コーンビーム投影データを変則コーンビーム・パラレルビーム変換処理して、そのリサンプリング面上に第２の変則パラレルビーム投影データを得る( 類似センタリング処理 )。これは、直線ｎ´上を焦点Ｆが移動したときに得られる第２の変則パラレルビームによる投影データである。これを図１３に示すように逆投影する。この方法によれば、逆投影するボクセルの選択とリサンプリングデータの選択との両方が容易になり、さらに逆投影処理速度を高速化することができる。
【００９５】
例えば、図１４に示すように、傾きｓ方向の再構成画像Ａに対して位相φのときの想定されるパラレルビームの焦点( φ )は軌道Ｂ上を移動する。再構成画像Ａの焦点側辺ＶＥ( φ )及び２次元Ｘ線検出器側辺ＶＳ( φ )の投影データは、２次元Ｘ線検出器５の検出器面ＣにおいてＶce( φ，ｓ )及びＶcs( φ，ｓ )ととして検出される。これは類似センタリング処理( ボクセル列に平行な直線ｎ´に平行なリサンプリング面を想定する処理 )を行わなければ、図１５( ａ )に示すように、投影データＶce( φ，ｓ )及びＶcs( φ，ｓ )は検出器列と平行とはならず、再構成画像Ａの投影データは歪んだ四角形として検出されるため、逆投影処理が複雑になり逆投影処理速度を低下させる原因になる。一方、類似センタリング処理を行った場合には、図１５( ｂ )に示すように、投影データＶce( φ，ｓ )及びＶcs( φ，ｓ )は共にセンタリング列に対して平行となり、このセンタリング面Ｄにおける再構成画像の投影データは正確に平行四辺形となるので、逆投影処理速度の高速化を図ることができる。
【００９６】
ボクセル列とリサンプリングデータをある軸に平行にする方法は、特願平８−１０１５号「画像再構成処理装置」に記載されている方法を応用すれば良い。
【００９７】
また、この第１の実施の形態では、コーンビームをパラレルビームに変換したときに投影データに生じる非線形の歪みを補正処理として別途時間をかけて補正するようになっていたが、画像再構成制御部２１が歪みを考慮して逆投影するデータをチャンネル毎に決定し、その結果を変則パラレルビーム逆投影処理部２２に与えてやれば、逆投影処理で同時に歪み補正処理を行うことができる。これによれば、逆投影処理にかかる時間は長くなると推測されるが、歪み補正処理だけを行う時間を省略することができるので、逆投影処理で同時に歪み補正処理を効率的に行うことができれば、画像再構成処理全体の処理速度を高速化することができる。
【００９８】
なお、この第１の実施の形態では、図４乃至図６、図８乃至図１１１１、図１３においてコーンビームのMidplane( Ｚ＝０ )の上半分の画像再構成処理について説明したが、コーンビームのMidplaneの下半分の画像再構成処理についても対照的に処理すれば同様にして画像を再構成することができる。
【００９９】
この発明の第２の実施の形態を図１６乃至図２４を参照して説明する。
【０１００】
前述の第１の実施の形態ではコンベンショナルスキャンの場合について説明したが、この第２の実施の形態ではヘリカルスキャンの場合について説明する。この第２の実施の形態のヘリカルスキャンの場合も、前述の第１の実施の形態のコンベンショナルスキャンの場合と基本的に同じであるが、異なる点は、変則コーンビーム・パラレルビーム変換処理と歪み補正処理だけであり、その後の補正項の乗算処理、チャンネル方向のコンボリューション処理、変則パラレルビーム逆投影処理は同じである。
【０１０１】
ヘリカルスキャンでもＺ軸方向から見た状態は図３( ａ )及び図３( ｂ )に示す状態と同じであるので、チャンネル方向のコーンビーム・パラレルビーム変換は、第１の実施の形態と同じ２次元のファン・パラ変換処理と同じ処理である。しかし、焦点Ｆは、コンベンショナルスキャンの場合では同一円周軌道上を移動するのに対して、ヘリカルスキャンの場合では螺旋軌道上を移動するので、位相θの変則パラレルビームを得るのに必要な焦点角度Ｆｓ〜( Ｆｉ )〜Ｆｃ〜Ｆｅにおいて、焦点Ｆが、
( Ｉ ) その全域にわたって再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )より下側の場合。
【０１０２】
( II ) その全域にわたって再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )より上側の場合。
【０１０３】
( III) 再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )の下側から上側へ遷移する場合。
【０１０４】
( IV ) 再構成画像面( Ｚ軸座標＝ＺＩ )の上側から下側へ遷移する場合。
【０１０５】
の４通りに分類される。
【０１０６】
ところで、焦点角度φｉにおける焦点位置ＦｉのＺ座標Ｚ( φｉ )は、
Ｚ( φｉ )＝Ｚ０＋［( φｉ／３６０ )・ＨＰ］
で与えられる。なお、ＨＰはヘリカルピッチである。
【０１０７】
まず、( Ｉ )の場合について説明する。この場合には２次元Ｘ線検出器５の上半面側で、再構成画像が検出される( 投影データが収集される )ことになる。
【０１０８】
再構成画像のＺ軸座標をＺ＝ＺＩ( 一定 )とすると、図１６及び図１７に示すように、最初のビームになる焦点位置Ｆｓでは、そのＺ軸座標Ｚｓ＝Ｚ( φｓ )から見た再構成画像の相対的Ｚ軸座標は、ｄＺ＝ＺＩ−Ｚ( φｓ )であり、最後のビームになる焦点位置Ｆｅ( Ｚ軸座標Ｚｅ＝Ｚ( φｅ ) )では、ｄＺ＝ＺＩ−Ｚ( φｅ )である。さらに途中のビームの焦点位置ＦＩ( Ｚ軸座標Ｚｉ＝Ｚ( φｉ ) )では、ｄＺ＝ＺＩ−Ｚ( φｉ )である。
【０１０９】
このヘリカルスキャンの場合は、前述の第１の実施の形態のコンベンショナルスキャンの場合に比べて、投影データの非線形の歪みがより大きく、焦点角度φに応じて必要な投影データが存在する位置及び範囲の領域が変化していることが判る。なお、Ａｓ付近の投影データは実際には得られないので、外挿補間処理によって投影データを計算から得ている。
【０１１０】
ここで、図１７で示した非線形の歪みが大きい投影データに対して、図１８に示すように、前述の第１の実施の形態で説明したようなリサンプリング処理を行って、歪みの補正処理を行う。
【０１１１】
以降の補正項の乗算処理、チャンネル方向のコンボリューション処理及び変則パラレルビーム逆投影処理は、前述の第１の実施の形態と同様なのでここではその説明は省略する。
【０１１２】
次に、( II )の場合について説明する。この場合には２次元Ｘ線検出器５の下半面側で再構成画像が検出される( 投影データが収集される )ことになる。
【０１１３】
この( II )の場合では、前述の( Ｉ )の場合のＺ軸方向について鏡像的に反転した領域の投影データとなる。すなわち、Ａ( Ａｓ、Ａｉ、Ａｃ、Ａｅ )とＢ(Ｂｓ、Ｂｉ、Ｂｃ、Ｂｅ )とが反転した領域の投影データとなる。
【０１１４】
従って、( Ｉ )の場合と同様に歪み補正処理を行う。
【０１１５】
次に、( III)の場合について説明する。この場合には２次元Ｘ線検出器の上半面側から下半面側へ検出領域が移動することになる。
【０１１６】
変則コーンビーム・パラレルビーム変換は、図１９、図２０、図２１に示すように、焦点Ｆが再構成画像を横切る焦点角度をφｉ、( Ｆｉ )とすると、焦点位置Ｆｓから焦点位置Ｆｉまでは、画像の焦点側のボクセルに相当するＡｓ〜Ａｉが上側で、画像の２次元Ｘ線検出器側のボクセルに相当するＢｓ〜Ｂｉが下側となり、焦点位置Ｆｉでは全ての画像のボクセルが１つの投影データとなってＡｉとＢｉとは同じとなる。さらに、焦点位置Ｆｉから焦点位置Ｆｅまでは、Ａｉ〜Ａｅが下側で、Ｂｉ〜Ｂｅが上側となって反転している。従って、この( III)の場合における歪み補正処理では、リサンプリング処理と上下反転処理を行って図２２に示すような歪み補正付き変則パラレルビーム投影データを得る。
【０１１７】
以降の補正項の乗算処理、チャンネル方向のコンボリューション処理及び変則パラレルビーム逆投影処理は、前述の第１の実施の形態と同様なのでここではその説明は省略する。
【０１１８】
( IV )の場合も、( Ｉ )の場合に対する( II )の場合と同じように、( III)の場合のＺ軸方向について鏡像的に反転した領域の投影データとなる。
【０１１９】
すなわち、２次元Ｘ線検出器の下半面側から上半面側へ検出領域が移動することになる。そして焦点位置Ｆｓから焦点位置Ｆｉまでは、Ａｓ〜Ａｉが下側で、Ｂｓ〜Ｂｉが上側となり、焦点位置Ｆｉでは、ＡｉとＢｉとは同じになる。さらに、焦点位置Ｆｉから焦点位置Ｆｅまでは、Ａｉ〜Ａｅが上側で、Ｂｉ〜Ｂｅが下側となって反転している。従って、処理の方法も( III)と同じである。
【０１２０】
以上の( Ｉ )〜( IV )の組合わせによって、ヘリカルスキャンにおいても変則コーンビーム・パラレルビーム変換による変則パラレルビーム逆投影を行うことによって、３次元画像再構成を行うことができる。再構成制御装置は位相θに応じて( Ｉ )〜( IV )のうちの該当する場合を判断し、この該当する場合にしたがって変則コーンビーム・パラレルビーム変換を行い、リサンプリング処理( 必要ならば上下反転処理を併用する )、歪み補正処理、補正項の乗算、チャンネル方向のコンボリューション処理、変則パラレルビーム逆投影処理を行って、３次元画像再構成を行う。
【０１２１】
この発明の第３の実施の形態を図２３及び図２４を参照して説明する。
【０１２２】
変則コーンビーム・パラレルビーム変換から変則パラレルビーム逆投影処理の後、中央断面定理を使用してアーチファクト( 線質硬化を含む )に対する補正を行う。
【０１２３】
中央断面定理は、「ある画像の位相θへのパラレルビームの投影データの１次フーリエ変換は、元の画像の２次元フーリエ変換像を対応する角度θで切断した中心断面の分布に等しい。」というものである。
【０１２４】
すなわち、図２３に示すように、実空間における画像３１の位相θ方向へのパラレルビームを考え、そのパラレルビームにより得られる投影データ３２について、その１次元フーリエ変換したデータは、図２４に示すように、画像３１の周波数空間における２次元フーリエ変換像３３を対応する角度θで切断した中心断面の分布３４と等しい。従って、この中心断面の分布３４を１次元逆フーリエ変換すれば、投影データ３２が得られることになる。
【０１２５】
そこで、画像を一旦再構成後、画像を２次元フーリエ変換し、ある角度θで切断した中心断面の分布を求め、この中心断面の分布を１次元逆フーリエ変換すれば、画像の位相θ方向へのパラレルビームの投影データが得られる。
【０１２６】
この投影データを元にして線質硬化などの補正係数を求めて、２度目の画像再構成をパラレルビーム逆投影で行い、線質硬化などによるアーチファクトを補正する方法が、２パスＢＨＣなどとして知られている。
【０１２７】
しかし、第１の画像再構成はファンビーム逆投影で行い、第２の画像再構成をパラレルビーム逆投影で行うので、ファンビームの広がりに起因するアーチファクトは逆投影時にファン状に拡散するので、パラレルビーム逆投影による補正では除去できない場合があった。コーンビームにおいても同様にコーンビームの広がりに起因するアーチファクトは除去できない場合がある。
【０１２８】
上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態においても、逆投影処理はＺ軸方向から見ると、２パス目のパラレルビームの逆投影と同様に行われるので、２パス目の補正効果が大きい。
【０１２９】
そこで、まず、１回目に第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態に記載された方法で３次元画像再構成を行い、次にこのＺ軸方向のコーンビームの広がりを無視して、３次元画像の一断面としての２次元画像ではなく、従来のような２次元画像と考えて、２次元中央断面定理を適用して２パス目の補正を２次元画像で行う。一般にアーチファクトは３次元的に広がるが、ファン角度と比較するとコーン角度は小さいため、２次元中央断面定理による上述の補正で充分な補正効果が得られる。
【０１３０】
変形例として、３次元中央断面定理を使用して完全なパラレルビームによる投影データを求め、それを使用して補正を行っても良い。変則パラレルビームによる投影データと完全なパラレルビームによる投影データとは比較的に似ているので、ある程度の補正効果は期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】この発明の第１の実施の形態( コンベンショナルスキャンの場合 )のＸ線ＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のジオメトリを示す図。
【図３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線源及び２次元Ｘ線検出器の回転軸方向から見たコーンビームの変則パラレルビームへの変換を説明するための図。
【図４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のコーンビームを変則パラレルビームへ変換した時の変則パラレルビームに垂直な面の投影状態を示す図。
【図５】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる円筒形２次元Ｘ線検出器の検出面における投影状態を示す図。
【図６】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる平面形２次元Ｘ線検出器の検出面における投影状態を示す図。
【図７】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置における変則パラレルビームと再構成画像面との関係を示す図。
【図８】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームに対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図９】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる２次元Ｘ線検出器の検出面における再構成画像面の投影状態を示す図。
【図１０】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の変則パラレルビームによる投影データをリサンプリング処理したデータを示す図。
【図１１】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置のリサンプリング処理したデータの再構成画像面への逆投影処理を説明するための図。
【図１２】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の再構成処理部１２の要部構成を示すブロック図。
【図１３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の固定軸に平行なボクセル列への類似センタリング処理を使用したリサンプリング面からの逆投影処理を説明するための図。
【図１４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の位相φにおける再構成画像Ａの投影データを示す図。
【図１５】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の再構成画像Ａの類似センタリング処理を行わない時の逆投影データ及び類似センタリング処理を行った時の逆投影データを示す図。
【図１６】この発明の第２の実施の形態( ヘリカルスキャンの場合 )のＸ線ＣＴ装置の焦点がその全域にわたって再構成画像面より下側の場合( ( Ｉ )の場合 )の変則パラレルビームに対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図１７】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( Ｉ )の場合の変則パラレルビームによる２次元Ｘ線検出器の検出面における再構成画像面の投影状態を示す図。
【図１８】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( Ｉ )の場合の変則パラレルビームによる投影データをリサンプリング処理したデータを示す図。
【図１９】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の焦点が再構成画像面の下側から上側へ遷移する場合( ( III)の場合 )の変則パラレルビームの前半に対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図２０】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( III)の場合の変則パラレルビームの後半に対する再構成画像面の投影状態を示す図。
【図２１】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( III)の場合の変則パラレルビームによる２次元Ｘ線検出器の検出面における再構成画像面の投影状態を示す図。
【図２２】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置の( III)の場合の変則パラレルビームによる投影データをリサンプリング処理したデータを示す図。
【図２３】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置で使用される中央断面定理のある画像の位相θへのパラレルビームの投影データを示す図。
【図２４】同実施の形態のＸ線ＣＴ装置で使用される中央断面定理の元の画像の２次元フーリエ変換像を対応する角度θで切断した中央断面の分布を示す図。
【図２５】従来例のＸ線ＣＴ装置におけるファンビームを示す図。
【図２６】従来例のＸ線ＣＴ装置のＸ線源、Ｘ線検出器、ＦＯＶ及びピクセルの関係を示す図。
【図２７】従来例のＸ線ＣＴ装置のファン−パラ変換法を説明するための図。
【図２８】従来例のＸ線ＣＴ装置のファン−パラ変換法の画像再構成式を説明するための第１の図。
【図２９】従来例のＸ線ＣＴ装置のファン−パラ変換法の画像再構成式を説明するための第２の図。
【図３０】従来例のＸ線ＣＴ装置におけるコーンビームを示す図。
【図３１】従来例のＸ線ＣＴ装置のＸ線源、２次元Ｘ線検出器、ＦＯＶ及びボクセルの関係を示す図。
【図３２】従来例のファンビームを使用したＸ線ＣＴ装置における検出器データのピクセルへの逆投影を説明するための図。
【図３３】従来例のコーンビームを使用したＸ線ＣＴ装置における検出器データのボクセルへの逆投影を説明するための図。
【符号の説明】
【０１３２】
３…Ｘ線源、５…２次元Ｘ線検出器、１１…データ収集部、１２…再構成処理部、２１…画像再構成制御部、２２…変則パラレルビーム逆投影処理部、２３…メモリ、２３-1…データ記憶部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項２】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、
この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項３】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項４】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、
この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項５】
前記変則パラレルデータ補正手段は、前記変則パラレルデータ変換手段により収集処理された検出データの検出位置を、前記パラレルビームの透過角度に応じて前記回転軸方向の位置について再配置するリサンプリング処理を行うことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の画像再構成処理装置。
【請求項６】
前記変則パラレルデータ補正手段は、逆投影する空間画素としてのボクセルの列を所定の固定軸に平行に設定し、このボクセル列に対して平行な前記変則パラレルビームの焦点の軌道を想定し、この軌道に対して平行な面に前記変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データを予め設定されたセンタリング面へ前記回転軸方向の歪みを補正する前処理としての投影を行う類似センタリング処理を行うことを特徴とする請求項２、請求項４および請求項５のいずれか１項に記載の画像再構成処理装置。
【請求項７】
前記パラレル再構成手段により再構成された断層画像に対するアーチファクト及び線質硬化の補正を中央断面定理を使用して補正する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１頁に記載の画像再構成処理装置。
【請求項８】
前記パラレル再構成手段により再構成された断層画像に対するアーチファクト及び線質硬化の補正を２次元中央断面定理を使用して２次元画像として補正する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１頁に記載の画像再構成処理装置。
【請求項１】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項２】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転軸方向に移動させずに回転させるコンベンショナルスキャンにより得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、
この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項３】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項４】
Ｘ線源から放射された円錐状のＸ線コーンビームを対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線をＸ線検出素子を１列に配列した１次元Ｘ線検出器を複数列に配列した２次元Ｘ線検出器により検出し、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器とを前記対象物の回りを回転して得られた検出データに基づいて、前記対象物の断層画像を再構成する画像再構成処理装置において、
前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の所定の角度分の回転により得られた検出データから、前記Ｘ線源から前記２次元Ｘ線検出器へのビームが前記Ｘ線源及び前記２次元Ｘ線検出器の回転軸方向成分を無視して前記対象物への透過角度が平行であった変則パラレルビームの検出データを前記透過角度毎に収集して処理する変則パラレルデータ変換手段と、
この変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データに対して前記回転軸方向の歪みを補正する変則パラレルデータ補正手段と、
この変則パラレルデータ補正手段により補正された変則パラレルビームの検出データに基づいて、中央断面に対する焦点位置の距離の変化により生じる前記回転軸方向の歪みを補正して前記対象物の断層画像を再構成するパラレル再構成手段とを具備したことを特徴とする画像再構成処理装置。
【請求項５】
前記変則パラレルデータ補正手段は、前記変則パラレルデータ変換手段により収集処理された検出データの検出位置を、前記パラレルビームの透過角度に応じて前記回転軸方向の位置について再配置するリサンプリング処理を行うことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の画像再構成処理装置。
【請求項６】
前記変則パラレルデータ補正手段は、逆投影する空間画素としてのボクセルの列を所定の固定軸に平行に設定し、このボクセル列に対して平行な前記変則パラレルビームの焦点の軌道を想定し、この軌道に対して平行な面に前記変則パラレルデータ変換手段により収集処理した変則パラレルビームの検出データを予め設定されたセンタリング面へ前記回転軸方向の歪みを補正する前処理としての投影を行う類似センタリング処理を行うことを特徴とする請求項２、請求項４および請求項５のいずれか１項に記載の画像再構成処理装置。
【請求項７】
前記パラレル再構成手段により再構成された断層画像に対するアーチファクト及び線質硬化の補正を中央断面定理を使用して補正する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１頁に記載の画像再構成処理装置。
【請求項８】
前記パラレル再構成手段により再構成された断層画像に対するアーチファクト及び線質硬化の補正を２次元中央断面定理を使用して２次元画像として補正する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１頁に記載の画像再構成処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２００７−３８０２２（Ｐ２００７−３８０２２Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３００６８９（Ｐ２００６−３００６８９）
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【分割の表示】特願平９−５０２３０の分割
【原出願日】平成９年３月５日（１９９７．３．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【分割の表示】特願平９−５０２３０の分割
【原出願日】平成９年３月５日（１９９７．３．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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