Ｘ線コンピュータ断層撮影装置
【課題】複数のボリュームデータをスライス面に垂直な方向に結合する際のつなぎ目部分におけるＣＴ値の境界（段差）を改善する。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を検出するエリア検出器の出力に基づいてオーバーラップ領域を有する、第１、第２のボリュームデータを再構成する再構成処理部と、該両ボリュームデータからオーバーラップ領域内または近傍のそれぞれ複数の第１および第２スライス画像を抽出する抽出部と、該スライス画像における垂直な方向に沿って画素列ごとに加算値又は平均値との差分値又は差分値の絶対値を計算する計算部と、該差分値又は差分値の絶対値が所定の範囲内か否かを判定する判定部と、オーバーラップ領域内の画素値を、前記両ボリュームデータの画素値の一方の値もしくは前記両ボリュームデータの画素値から導出される値から該判定結果により選択し、第１、第２のボリュームデータを結合する結合部とを具備する。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を検出するエリア検出器の出力に基づいてオーバーラップ領域を有する、第１、第２のボリュームデータを再構成する再構成処理部と、該両ボリュームデータからオーバーラップ領域内または近傍のそれぞれ複数の第１および第２スライス画像を抽出する抽出部と、該スライス画像における垂直な方向に沿って画素列ごとに加算値又は平均値との差分値又は差分値の絶対値を計算する計算部と、該差分値又は差分値の絶対値が所定の範囲内か否かを判定する判定部と、オーバーラップ領域内の画素値を、前記両ボリュームデータの画素値の一方の値もしくは前記両ボリュームデータの画素値から導出される値から該判定結果により選択し、第１、第２のボリュームデータを結合する結合部とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーンビーム形Ｘ線発生部とエリア検出部とを装備したボリュームスキャン可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置では、Ｘ線検出器の多列化に伴い、再構成画像としてボリュームデータが多く扱われるようになっている。このボリュームデータを再構成するためには、被検体の周囲一周３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角度分投影データが必要とされる。このボリュームデータの境界には、撮像視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）において再構成するための投影データが存在しない領域が存在する。ボリュームデータの境界の投影データが存在しない領域には、この領域を覆い隠すマスク（ＭＡＳＫ）領域が設けられている。
【０００３】
複数のボリュームデータを用いて、一つのボリュームデータより広い範囲を表示するために、ボリュームデータをスライス面に垂直な方向に沿って結合表示する技術がある。
【０００４】
例えば、ボリュームスキャンにおけるコーンビームＸ線のコーン角が小さいときの技術として、あらかじめ得られた離散的な複数のボリュームデータに対して、スライス面に垂直な方向に沿って加重加算を行うことで、ボリュームデータが存在しない領域の画素値を補間し、補間した画素値からスライス画像を作成する技術がある。この技術は、ボリュームデータが存在しない領域を近似によって補間するものであり、良好な画像が得られない場合がある。
【０００５】
また、別の従来技術としては、例えば２つのボリュームデータを結合する際、２つのボリュームデータの境界付近における上記マスク領域を切断し、切断した２つのボリュームデータの結合を行う技術がある。このとき単純に２つのボリュームデータの結合を行うと、２つのボリュームデータにおける画質の違いによって、つなぎ目部分にＣＴ値の明らかな境界（段差）が生じ、良好な画像が得られない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０５６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、複数のボリュームデータをスライス面に垂直な方向に結合する際のつなぎ目部分におけるＣＴ値の明らかな境界（段差）を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【０００９】
本発明の第１局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出するエリア検出器と、エリア検出器からの出力に基づいてオーバーラップ領域を有する第１のボリュームデータおよび第２のボリュームデータを再構成する再構成処理部と、第１のボリュームデータからオーバーラップ領域内または近傍の複数の第１スライス画像を抽出し、第２のボリュームデータからオーバーラップ領域内または近傍の複数の第２スライス画像を抽出する抽出部と、複数の第１スライス画像のスライス面に垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値と、複数の第２スライス画像における上記垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値との差分値又は差分値の絶対値を、上記画素値を含む画素列ごとに計算する計算部と、差分値又は差分値の絶対値が所定の範囲に含まれるか否かを上記画素列ごとに判定する判定部と、第１、第２のボリュームデータを位置整合して結合するものであって、オーバーラップ領域内の画素各々の画素値を、第１、第２のボリュームデータの画素値の一方の値と、第１、第２のボリュームデータの画素値から導出される値とのいずれかに上記判定結果に従って選択的に設定する結合部とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数のボリュームデータをスライス面に垂直な方向に結合する際のつなぎ目部分におけるＣＴ値の明らかな境界（段差）を改善することができる
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、略円柱形の３次元画像（ボリュームデータ）についてＹＺ平面における断面図を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係り、オーバーラップする画素の画素値に対する加重加算において、処理の流れを示す流れ図である。
【図４】図４は、図３の流れ図の説明を補足する図である。
【図５】図５は、本実施形態に係り、計算部によるＣＴ値段差指標の導出において、実行される各処理の流れを示す流れ図である。
【図６】図６は、本実施形態に係り、判定部によるＣＴ値段差の有無の判定において、実行される各処理の流れを示す流れ図である。
【図７】図７は、本実施形態に係り、結合部によるフラグマップの生成、加重加算、結合画像生成において、実行される各処理の流れを示す流れ図である。
【図８】図８は、オーバーラップ領域を有する２つのボリュームデータと加重加算対象範囲の関係を示す図である。
【図９】図９は、加重加算のための重みの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線発生部とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線発生部のみが被検体の周囲を回転するSTATIONARY/ROTATE-TYPE等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。ここでは、ROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。また、画像を再構成するには被検体の周囲一周、３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式に対しても本実施形態へ適用可能である。ここでは、３６０°法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変化するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線によるセレン等の半導体内での電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。さらに、近年では、Ｘ線発生部とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態においては、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。ガントリ１００には、回転支持機構が収容される。回転支持機構は、回転リング１０２と、回転軸Ｚを中心として回転自在に回転リング１０２を支持するリング支持機構とリングの回転を駆動する駆動部１０７（電動機）からなる。回転リング１０２には、Ｘ線発生部１０１と、２次元アレイ型または多列型とも称されるエリア検出器１０３が搭載されている。Ｘ線発生部１０１は、高電圧発生装置１０９からスリップリング１０８を経由して電圧の印加および電流の供給を受けて、Ｘ線の焦点２００からＸ線を放射する。Ｘ線の焦点２００から放射されたＸ線は、Ｘ線発生部１０１のＸ線放射窓に取り付けられたコリメーターユニット１１８により、例えばコーンビーム形（角錐形）に整形される。Ｘ線の放射範囲は、点線で示されている。Ｘ軸は、回転軸Ｚと直交し、放射されるＸ線の焦点１００を通る直線である。Ｙ軸は、Ｘ軸および回転軸Ｚと直交する直線である。なお、説明の便宜上このＸＹＺ座標系は、回転軸Ｚを中心として回転する回転座標系として説明する。
【００１４】
エリア検出器１０３は、回転軸Ｚを挟んでＸ線発生部１０１に対峙する位置およびアングルで取り付けられる。エリア検出器１０３は、複数のＸ線検出素子を有している。ここでは、単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Ｚに直交し、かつ放射されるＸ線の焦点２００を中心として、この中心から１チャンネル分のＸ線検出素子の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向（チャンネル方向）とＺ方向との２方向に関して２次元状に配列される。また、エリア検出器１０３は、複数のＸ線検出素子を１列に配列した複数のモジュールで構成されてもよい。モジュール各々は、上記チャンネル方向に沿って略円弧方向に１次元状に配列される。
【００１５】
また複数のＸ線検出素子は、チャンネル方向とスライス方向との２方向に関して２次元状に配列させてもよい。すなわち、２次元状の配列は、上記チャンネル方向に沿って一次元状に配列された複数のチャンネルを、スライス方向に関して複数列並べて構成される。このような２次元状のＸ線検出素子配列を有するエリア検出器１０３は、略円弧方向に１次元状に配列される複数の上記モジュールをスライス方向に関して複数列並べて構成してもよい。
【００１６】
撮影又はスキャンに際しては、Ｘ線発生部１０１とエリア検出器１０３との間の円筒形の撮影領域１１１内に、被検体が天板１２０に載置され挿入される。エリア検出器１０３の出力には、ＤＡＳ（Data Acquisition System）と呼ばれるデータ収集回路１０４が接続されている。
【００１７】
データ収集回路１０４には、エリア検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに取り付けられている。データ収集回路１０４から出力されるデータ（純生データ（pure raw data））は、磁気送受信又は光送受信を用いた非接触データ伝送部１０５を経由して、前処理部１０６に伝送される。
【００１８】
前処理部１０６は、データ収集回路１０４から出力される純生データに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、Ｘ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下または、信号脱落を補正する処理等が含まれる。前処理部１０６から出力される再構成処理直前のデータ（生データ（raw data）または、投影データと称される、ここでは投影データという）は、データ収集したときにビューアングルを表すデータと関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた投影データ記憶部１１２に記憶される。
【００１９】
なお、投影データとは、被検体を透過したＸ線の強度に応じたデータ値の集合である。ここでは説明の便宜上、ワンショットで略同時に収集したビューアングルが同一である全チャンネルにわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。また、ビューアングルは、Ｘ線発生部１０１が回転軸Ｚを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Ｚから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を０°として３６０°の範囲の角度で表したものである。なお、投影データセットの各チャンネルに対する投影データは、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号によって識別される。
【００２０】
再構成処理部１１４は、ビューアングルが３６０°又は１８０°＋ファン角の範囲内の投影データセットに基づいて、フェルドガンプ法またはコーンビーム再構成法により、略円柱形の３次元画像を再構成する機能を有する。図２は、略円柱形の３次元画像（ボリュームデータ）についてＹＺ平面における断面図の一例である。ボリュームデータにおけるスライス面に垂直な方向（Ｚ方向）の端の領域には、撮像視野１１１（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）の領域に再構成するための３６０°分の投影データがそろわない領域が存在する。投影データが不足する領域は、ボリュームデータの信頼性が低い。投影データが不足する領域は、再構成しない又は再構成画像を表示しない。この領域は一般にマスク（ＭＡＳＫ）領域と称される。
【００２１】
さらに再構成処理部１１４は、例えばファンビーム再構成法（ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう）またはフィルタード・バックプロジェクション法により２次元画像（断層画像）を再構成する機能を有する。フェルドガンプ法は、コーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法であり、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法である。コーンビーム再構成法は、フェルドガンプ法よりもコーン角のエラーが抑えられる方法として、再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正する再構成法である。
【００２２】
抽出部１２１は、第１のボリュームデータから、オーバーラップ領域内または近傍の、後述する判定処理に用いる複数の第１スライス画像を抽出する。さらに抽出部１２１は、第２のボリュームデータから、オーバーラップ領域内または近傍の、後述する判定処理に用いる複数の第２スライス画像を抽出する。後述する判定処理に用いる複数の第１スライス画像は、例えば、第１のボリュームデータにおいて、オーバーラップ領域を２等分するスライス面（境界面）から、第１のボリュームデータのＺ方向の中心面（第１中間スライス面）に向かって、境界面に垂直な方向に沿った所定の幅を有する第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）の範囲内に含まれるスライスに初期的に設定される。この幅は、例えば５ｍｍに設定される。しかし、ユーザにより入力部１１５を介して任意に変更可能である。第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）と対応する複数の第２スライス画像は、第２のボリュームデータにおいて、境界面から第２のボリュームデータのＺ方向の中心面（第２中間スライス面）に向かって、境界面に垂直な方向に沿った所定の幅を有する第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）である。以後、第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）と第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）の幅は等しいものとして説明する。また、各段差判定用スライスの幅は、例えば、マスク領域に含まれるスライスの枚数にスライス幅を乗じた値に設定される。
【００２３】
計算部１１３は、抽出された複数の第１スライス画像を対象として、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素の画素値（ＣＴ値）の加算値または平均値と、抽出された複数の第２スライス画像を対象としてＺ方向に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素の画素値（ＣＴ値）の加算値又は平均値との差分値又は差分値の絶対値（ＣＴ値段差指標）を、これらの画素を有する画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに、スライス画像の座標と対応させて計算する。平均値を計算するとき、計算部１１３は上記画素列におけるマスク領域の画素値（ＣＴ値）を除外する。
【００２４】
判定部１１７は、画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに計算された差分値又は差分値の絶対値（ＣＴ値段差指標）が所定の範囲に含まれるか否かを判定する。所定の範囲とは、第１の閾値（th_low）以上でかつ第２の閾値（th_high）未満の範囲であり、ユーザの指示に従って、入力部１１５を介して任意に設定される。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）のＣＴ値段差指標が第１の閾値（th_low）未満であるとき、ＣＴ値段差が視覚的に影響を与えない。ＣＴ値段差指標が第２の閾値（th_high）以上であるとき、何らかの原因による異常として判断される。ＣＴ値段差指標が、第１の閾値（th_low）以上でかつ第２の閾値（th_high）未満の範囲にあるとき、第１、第２のボリュームデータのつなぎ目部分に明らかな境界（段差）が生じる。
【００２５】
結合部１１９は、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを位置整合して結合する。結合部１１９は、オーバーラップ領域内の画素各々の画素値を、第１、第２のボリュームデータの画素値の一方の値と、第１、第２のボリュームデータの画素値から導出される値とのいずれかに上記判定結果に従って選択的に設定する。なお、ここではオーバーラップ領域の先端を除く一部領域を加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）とする。加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の各画素について判定結果に基づいて、以下の処理を行う。
【００２６】
結合部１１９は、判定部１１７によってＣＴ値段差なしもしくはエラーと判定された場合について、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内で注目した画素（注目画素）から、注目画素を含み上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿って第１中間スライス面までの第１の距離を計測する。さらに結合部１１９は、注目画素を含み上記垂直な方向に沿って第２中間スライス面までの第２の距離を計測する。結合部１１９は、第１の距離と第２の距離とを比較し、第２の距離＜第１の距離ならば、注目画素の座標と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する。一方、第２の距離≧第１の距離ならば、結合部１１９は、注目画素の座標と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する。
【００２７】
結合部１１９は、判定部１１７によってＣＴ値段差ありと判定された場合について、スライス面における注目画素の座標から、上記垂直な方向に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の画素列Ｔ（ｘ、ｙ）において、結合部１１９で発生した所定の重みを用いて、オーバーラップする第１のボリュームデータの画素値と第２のボリュームデータの画素値を加重加算する。
【００２８】
ここで、結合部１１９において発生する所定の重みが、線形の重みである場合の重みを導出する処理の一例について説明する。はじめに、注目画素を含み上記垂直方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の長さ（Ｄ０）を計測する。次に注目画素から、第２中間スライス面に向かって上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第２長さ（Ｄ２）を計測する。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の長さ（Ｄ０）に対する第２長さ（Ｄ２）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第１の重み（Ｗｔ１＝Ｄ２／Ｄ０）が発生する。続けて、結合部１１９は、注目画素から第１中間スライス面に向かって上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第１長さ（Ｄ１）を計測する。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の長さ（Ｄ０）に対する第１長さ（Ｄ１）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第２の重み（Ｗｔ２＝Ｄ１／Ｄ０）が発生する。第１の重みと第２の重みの和は、１に規格化されている（Ｗｔ１＋Ｗｔ２＝１）。なお、それぞれの重みの関係式は、第１の重みが（Ｗｔ１＝（Ｄ０−Ｄ１）／Ｄ０）、第２の重みが（Ｗｔ２＝（Ｄ０−Ｄ２）／Ｄ０）とも表せる。これらの記号および式は、図９で記載されている。注目画素の画素値は、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値に第１の重み（Ｗｔ１）を乗じたものと、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値に第２の重み（Ｗｔ２）を乗じたものとを加算することによって設定される。また、ＣＴ値段差ありと判定された画素（判定画素）の近傍８画素について中心画素の判定結果が適用される。
【００２９】
結合部１１９は、以上の処理を加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の画素の座標各々について行う。結合部１１９は、判定されたＣＴ値段差指標に基づいて割り当てられた画素値と加重加算した画素値とから、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータを生成する。結合部１１９は、上記生成された加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第１のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第２のボリュームデータとを位置整合して結合したボリュームデータを生成する。なお、結合するボリュームデータは、複数であってもよい。
【００３０】
ノイズ付加部１２３は、加重加算された画素のノイズレベルが、加重加算していない画素のノイズレベルに対して低下して、信号雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））の不均一さにより見た目の高コントラストが生じる事態を避けるために、加重加算された画素に対してノイズを付加する。付加するノイズは、次のとおりに計算される。ノイズ付加部１２３は、加重加算された画素の近傍画素におけるノイズの標準偏差を計測する。近傍画素は、加重加算された画素の近傍８画素を適用する。計測されるノイズの標準偏差は、オーバーラップする第１のボリュームデータの画素値と計算部１１３で導出したＣＴ値の平均値を用いて求めることができる。また、計測されるノイズの標準偏差は、オーバーラップする第２のボリュームデータの画素値と計算部１１３で導出したＣＴ値の平均値を用いて求めることもできる。なお、付加するノイズは、ガウスノイズを用いてもよい。ノイズの付加は、ディジタルフィルタで行うことも可能である。例えば、エンハンスフィルタを用いることで、画素値の低周波成分を低減させて、ノイズの主成分である高周波数帯域を強調することにより、ノイズが加重加算された画素に付加される。
【００３１】
表示部１１６は、再構成処理部１１４もしくは結合部１１９で結合された画像を表示する。
【００３２】
図３は、本実施形態における加重加算を行う処理方法の手順の概要を示している。はじめに結合させる２つのボリュームデータを読み込み（ステップＳａ１）、ボリュームデータ間のＣＴ値段差指標を画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに導出する。導出されたＣＴ値段差指標と、第１の閾値（th_low）と、第２の閾値（th_high）とに基づいて、判定部１１７は、ボリュームデータのつなぎ目部分に明らかな境界（段差）が生じるか否かを判定する（ステップＳａ２）。ここまでの手順は、上記抽出部１２１と計算部１１３および判定部１１７で行われる処理であり、図５および図６で詳述する。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）における判定されたＣＴ値段差指標に基づいて、加重加算を行うか否かを示すマップを生成する（ステップＳａ３）。このマップ上で、加重加算を行う画素については、フラグを立てる。加重加算を行わない画素については、フラグを立てない。フラグが立っている画素一つに注目して、マスク領域のスライス枚数を考慮した重みが発生する（ステップＳａ４）。結合部１１９で発生した重みを用いて、オーバーラップする画素それぞれが加重加算される（ステップＳａ５）。加重加算された画素のノイズレベルが、加重加算していない画素のノイズレベルに対して低下し、信号雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））の不均一さにより見た目の高コントラストが生じる事態を避けるためにノイズ付加部１２３でノイズ付加を行う（ステップＳａ６）。ノイズ付加（ステップＳａ６）の処理を行った後、フラグを付した画素について加重加算処理が全て行われるまで、画素一つに注目して重みが発生する処理（ステップＳａ４）からノイズ付加の処理（ステップＳａ６）まで手順を繰り返し行う（ステップＳａ７）。ステップＳａ３、ステップＳａ４、ステップＳａ５については、上記結合部１１９で行われる処理であり、図７、図８、図９で詳述する。
【００３３】
図４は、本実施形態における加重加算を行う処理の概要を示し、図３の流れ図の説明を補足する図である。第１オーバーラップ（第１fOverLap）１１は、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとのオーバーラップする領域のうち、第１のボリュームデータにおけるオーバーラップ領域を示している。第２オーバーラップ（第２fOverLap）２１は、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとのオーバーラップする領域のうち、第２のボリュームデータにおけるオーバーラップする領域を示している。第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２は、第１のボリュームデータにおける段差判定用スライスを示している。第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）２２は、第２のボリュームデータにおける段差判定用スライスを示している。第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３は、第１のボリュームデータの加重加算用スライスを示している。第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３は、第２のボリュームデータの加重加算用スライスを示している。以下加重加算されるボリュームデータの処理を概説する。まず、第１のボリュームデータから、第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２と第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３の範囲に含まれるボリュームデータｖｏｌ１を抽出する。第２のボリュームデータから、第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen２２）と第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３の範囲に含まれるボリュームデータｖｏｌ２を抽出する。抽出されたｖｏｌ１、ｖｏｌ２において、ＣＴ値段差ありと判定されたオーバーラップする画素それぞれについて加重加算を行い（Ｗｅｉｇｈｔ Ｓｕｍ）、加重加算後のボリュームデータ（ＶｏｌＷｔＳｕｍ）を得る。次に第１のボリュームデータからｖｏｌ１を抽出した後のボリュームデータｖｏｌＡと、第２のボリュームデータからｖｏｌ２を抽出した後のボリュームデータｖｏｌＢと、ＶｏｌＷｔＳｕｍとを結合させた結合ボリュームデータ（ＮＥＷ＿ＶＯＬ）を得る。図３、図４は本実施形態の概要であり、以下各処理におけるフローおよび図について詳述する。
【００３４】
図５は、上記図３におけるステップＳａ１、ステップＳａ２での処理方法の手順の詳細を示している。図５における処理手順は、抽出部１２１と計算部１１３とにおいて行われる処理である。まず、第１のボリュームデータから所定の幅を有する第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２の範囲における複数の第１スライス画像を抽出する（ステップＳｂ１）。次に第２のボリュームデータから所定の幅を有する第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）２２の範囲における複数の第２スライス画像を抽出する（ステップＳｂ２）。抽出された複数の第１スライス画像を対象として、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素のＣＴ値から第１の平均値もしくは加算値を算出する（ステップＳｂ３）。抽出された複数の第２スライス画像を対象として、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素のＣＴ値から第２の平均値もしくは加算値を計算する（ステップＳｂ４）。ステップＳｂ３で計算された第１の平均値とステップＳｂ４で計算された第２の平均値との差分を計算する（ステップＳｂ５）。もしくは、ステップＳｂ３で計算された第１の加算値とステップＳｂ４で計算された第２の加算値との差分を計算する。以後、上記差分の値をＣＴ値段差指標と称する。
【００３５】
第１の平均値もしくは加算値の算出（ステップＳｂ３）からＣＴ値段差指標の算出（ステップＳｂ５）までの手順は、画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに行われる。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）全てにわたってＣＴ値段差指標が計算されるまで、第１の平均値もしくは加算値の算出（ステップＳｂ３）からＣＴ値段差指標の算出（ステップＳｂ５）までの手順を繰り返し行う（ステップＳｂ６）。
【００３６】
なお、上記ＣＴ値段差指標の算出は、第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２と第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）２２とを適用したが、それぞれのボリュームデータのオーバーラップ領域である第１オーバーラップ（第１fOverLap）１１および第２オーバーラップ（第２fOverLap）２１を適用して、ＣＴ値段差指標を算出してもよい。また、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３および第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３を適用して、ＣＴ値段差指標を算出してもよい。さらに、これらの領域を組み合わせて、ＣＴ値段差指標を算出することも可能である。このとき、複数のスライス画像それぞれにおけるマスク領域の画素のＣＴ値は、除外される。
【００３７】
図６は、上記図３におけるステップＳａ２において、ＣＴ値段差の有無を判定する処理方法の手順の詳細を示している。まず、ひとつの画素列Ｔ（ｘ、ｙ）と対応したＣＴ値段差指標が第１の閾値（th_low）未満である（ステップＳｃ１）場合、このＣＴ値段差指標はＣＴ値段差なしと判定される（ステップＳｃ３）。このＣＴ値段差指標が第１の閾値（th_low）以上である場合、次の判断処理にこのＣＴ値段差指標が送られる（ステップＳｃ１）。送られたＣＴ値段差指標が、第２の閾値（th_high）より大きい値である（ステップＳｃ２）場合、このＣＴ値段差指標に対してエラー判定がなされる（ステップＳｃ４）。送られたＣＴ値段差指標が、第２の閾値（th_high）以下である（ステップＳｃ２）場合、このＣＴ値段差指標に対してＣＴ値段差ありと判定される（ステップＳｃ５）。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）全てのＣＴ値段差指標について、ＣＴ値段差の有無の判定がされるまで、判断処理（ステップＳｃ１）からＣＴ値段差ありの算出（ステップＳｃ５）までの手順を繰り返し行う。
【００３８】
図７は、結合部１１９における処理方法の手順の一例を示したフローチャートである。上記図３のステップＳａ３における加重加算対象画素のフラグマップ生成処理と、ステップＳａ４およびステップＳａ５における加重加算処理も合わせて詳述する。加重加算を行う際の重みの発生については、図８、図９で詳述する。図７に戻って、まず、加重加算を行うか否かを示すフラグマップを生成する（ステップＳｄ１）。加重加算対象画素として、判定部１１７からＣＴ値段差ありと判定された画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の座標と同座標を有する上記フラグマップ上の座標（ｘ、ｙ）にフラグを立てる（ステップＳｄ２）。続いて、フラグを立てた座標（ｘ、ｙ）の近傍の画素（以下、近傍画素）に所定の規則に従ってフラグを立てる（ステップＳｄ３）。ここで所定の規則とは、例えばフラグマップ上において、フラグを立てた座標（ｘ、ｙ）の近傍画素を（ｘ、ｙ＋１）、（ｘ、ｙ−１）とすることである。また、近傍画素を（ｘ＋１、ｙ＋１）、（ｘ＋１、ｙ−１）、（ｘ−１、ｙ＋１）、（ｘ−１、ｙ−１）としてもよい。なお、近傍画素を、フラグを立てた座標（ｘ、ｙ）を中心とする周囲Ｎ×Ｍのマトリクスとしてもよい。また、ステップＳｄ１、ステップＳｄ２を省略することも可能である。
【００３９】
次に、結合部１１９は、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内のひとつの画素に注目し、注目した画素（注目画素）を含むスライス面上での座標と同座標を有するフラグマップ上の座標にフラグが立っているか否かに基づいて（ステップＳｄ４）、以下の処理を行う。フラグが立っていれば、結合部１１９は、注目画素の座標を通り、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界間における画素列の長さ（Ｄ０）を計測する（ステップＳｄ５）。画素列の長さ（Ｄ０）は、例えば、図８における第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第１加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域を減算した加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）におけるスライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列の長さである。次に、結合部１１９は、注目画素から第２中間スライス面に向かって、上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第２長さ（Ｄ２）を計測する（ステップＳｄ６）。画素列の長さ（Ｄ０）に対する第２長さ（Ｄ２）の割合に基づいて、第１のボリュームデータにおける注目画素と同じ座標を有する画素値に乗じる第１の重み（Ｗｔ１＝Ｄ２／Ｄ０）を発生する（ステップＳｄ７）。結合部１１９は、注目画素から、第１中間スライス面に向かって、上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第１長さ（Ｄ１）を計測する（ステップＳｄ８）。画素列の長さ（Ｄ０）に対する第１長さ（Ｄ１）の割合に基づいて、第２のボリュームデータにおける上記画素と同じ座標を有する画素値に乗じる第２の重み（Ｗｔ２＝Ｄ１／Ｄ０）を発生する（ステップＳｄ９）。結合部１１９は、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータの画素値と第１の重み（Ｗｔ１）との積と、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータの画素値と第２の重み（Ｗｔ２）との積とを加算した値（加重加算値）を、注目画素の画素値に設定する（Ｓｄ１０）。
【００４０】
フラグが立っていないならば、結合部１１９は、注目画素から上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿って、第１中間スライス面までの第１の距離を計測する（ステップＳｄ１１）。続いて、注目画素から上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿って第２中間スライス面までの第２の距離を計測する（ステップＳｄ１２）。結合部１１９は、第１の距離と第２の距離との比較を行う（ステップＳｄ１３）。第２の距離＜第１の距離ならば、結合部１１９は、注目画素の座標と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する（ステップＳｄ１４）。一方、第２の距離≧第１の距離ならば、結合部１１９は、注目画素の座標と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する（ステップＳｄ１５）。上記加重加算した画素値の設定もしくは第１のボリュームデータからの画素値の設定もしくは第２のボリュームデータからの画素値の設定が、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の全画素の画素値について行われるまで、注目画素を含むスライス面上での座標と同座標を有するフラグマップ上の座標にフラグが立っているか否かの判断（ステップＳｄ４）から、注目画素の座標と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値を注目画素の画素値に設定する処理（ステップＳｄ１５）までを繰り返し行う（ステップＳｄ１６）。
【００４１】
次に、結合部１１９は、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の設定された全画素の画素値から、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータを生成する（ステップＳｄ１７）。結合部１１９は、生成された加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第１のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第２のボリュームデータと、を位置整合して結合したボリュームデータを生成する（ステップＳｄ１８）。
【００４２】
図８は、オーバーラップ領域を有する２つのボリュームデータと加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の関係を示す図である。fOverLapは、第１オーバーラップ（第１fOverLap）１１と第２オーバーラップ（第２fOverLap）２１との和であり、２つのボリュームのオーバーラップする範囲を示している。加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）は、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域を除く領域である。加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）は、加重加算を行う範囲であり、ハッチングで示されている。なお、図８は、マスク領域を有する２つのボリュームデータに対する加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を示しているが、マスク領域を有さないボリュームデータを用いることも可能である。
【００４３】
図９は、加重加算のための重みの一例として、加重加算を行う範囲と、第１のボリュームデータの画素値と第２のボリュームデータの画素値とに対してそれぞれ乗じる重みの関係を示す。ｎMask１は、第１のボリュームデータにおけるマスク領域を有するスライス１枚の厚みに、マスク領域を有するスライス枚数を乗じたものである。ｎMask２は、第２のボリュームデータにおけるマスク領域を有するスライス１枚の厚みに、マスク領域を有するスライス枚数を乗じたものである。ＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）は、撮像視野１１１である。
【００４４】
Weightは、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第１加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域を減算した加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のＺ方向の長さに対する重みを表している。すなわち、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）とは、加重加算する画素列の集合である。注目画素を通りＺ方向に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）における画素列の長さ（Ｄ０）は、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域（ｎMask１とｎMask２）を減算して得られる。Wt１は、第１のボリュームデータの画素値に乗じる重みである。Wt２は、第２のボリュームデータの画素値に乗じる重みである。Ｚ方向に対する重みWt１、Wt２は、一例として線形で与えられており、図８のフローチャートと対応している。網掛けの領域は、オーバーラップするボリュームデータのうち、一方のボリュームデータがマスク領域である領域を示している。このときの重みは、マスク領域を有するボリュームデータの画素値には０を、他方のボリュームデータの画素値には１を与える。Ｄ２は、注目画素から、第２中間スライス面に向かってＺ方向に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第２長さである。画素列の長さ（Ｄ０）対する第２長さ（Ｄ２）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第１の重み（Ｗｔ１＝Ｄ２／Ｄ０）が得られる。Ｄ１は、注目画素から第１中間スライス面に向かって上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第１長さである。画素列の長さ（Ｄ０）に対する第１長さ（Ｄ１）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第２の重み（Ｗｔ２＝Ｄ１／Ｄ０）が得られる。第１の重みと第２の重みの和は、１である（Ｗｔ１＋Ｗｔ２＝１）。また、第１長さ（Ｄ１）と第２長さ（Ｄ２）の和は、画素列の長さ（Ｄ０）である（Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ０）。なお、それぞれの重みの関係式は、第１の重みが（Ｗｔ１＝（Ｄ０−Ｄ１）／Ｄ０）、第２の重みが（Ｗｔ２＝（Ｄ０−Ｄ２）／Ｄ０）とも表せる。注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータの画素値と第１の重み（Ｗｔ１）との積と、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータの画素値と第２の重み（Ｗｔ２）との積とを加算した値（加重加算値）を、注目画素の画素値に設定する。加重加算値は、注目画素ごとに設定される。
【００４５】
なお、本実施形態は、ボリュームデータがＸ方向およびＹ方向に対してＣＴ値の明らかな境界（段差）が生じているときにも適用可能である。また、本実施形態では、結合されるボリュームデータは２つに限定して説明してきたが、複数のボリュームデータを結合させてもよい。
【００４６】
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４７】
本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置によれば、オーバーラップ領域を有するボリュームデータを結合する際、表示上使われないオーバーラップ領域の少なくとも一部のボリュームデータを用いて加重加算を行う。さらに、加重加算された画素のノイズレベルが、加重加算していない画素のノイズレベルに対して低下して、信号雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））の不均一さにより見た目の高コントラストが生じる事態を避けるために、加重加算された画素に対してノイズを付加する。これにより、ボリュームデータの境界上におけるつなぎ目部分の段差を改善することができる。また、スライス面に対して垂直な方向（Ｚ方向）に断続していた構造物や結合されるボリュームデータの画質の違いにより際立っていたボリュームデータ間の境界が滑らかとなり、円滑な診断ができる。さらに、ボリュームデータ間の境界において、上記垂直な方向（Ｚ方向）に断続していた臓器や血管に代表される被検体の体内構造をたどることが、ボリュームデータをまたいで可能となる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１１…第１オーバーラップ（第１fOverLap）、１２…第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）、１３…第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）、２１…第２オーバーラップ（第２fOverLap）、２２…第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）、２３…第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）、１００…ガントリ、１０１…Ｘ線発生部、１０２…回転リング、１０３…エリア検出器、１０４…データ収集回路（ＤＡＳ）、１０５…非接触データ伝送部、１０６…前処理部、１０７…駆動部、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生装置、１１０…ホストコントローラ、１１１…撮像視野、１１２…投影データ記憶部、１１３…計算部、１１４…再構成処理部、１１５…入力部、１１６…表示部、１１７…判定部、１１８…コリメーターユニット、１１９…結合部、１２０…天板、１２１…抽出部、１２２…重み発生部、１２３…ノイズ付加部、２００…Ｘ線の焦点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーンビーム形Ｘ線発生部とエリア検出部とを装備したボリュームスキャン可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置では、Ｘ線検出器の多列化に伴い、再構成画像としてボリュームデータが多く扱われるようになっている。このボリュームデータを再構成するためには、被検体の周囲一周３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角度分投影データが必要とされる。このボリュームデータの境界には、撮像視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）において再構成するための投影データが存在しない領域が存在する。ボリュームデータの境界の投影データが存在しない領域には、この領域を覆い隠すマスク（ＭＡＳＫ）領域が設けられている。
【０００３】
複数のボリュームデータを用いて、一つのボリュームデータより広い範囲を表示するために、ボリュームデータをスライス面に垂直な方向に沿って結合表示する技術がある。
【０００４】
例えば、ボリュームスキャンにおけるコーンビームＸ線のコーン角が小さいときの技術として、あらかじめ得られた離散的な複数のボリュームデータに対して、スライス面に垂直な方向に沿って加重加算を行うことで、ボリュームデータが存在しない領域の画素値を補間し、補間した画素値からスライス画像を作成する技術がある。この技術は、ボリュームデータが存在しない領域を近似によって補間するものであり、良好な画像が得られない場合がある。
【０００５】
また、別の従来技術としては、例えば２つのボリュームデータを結合する際、２つのボリュームデータの境界付近における上記マスク領域を切断し、切断した２つのボリュームデータの結合を行う技術がある。このとき単純に２つのボリュームデータの結合を行うと、２つのボリュームデータにおける画質の違いによって、つなぎ目部分にＣＴ値の明らかな境界（段差）が生じ、良好な画像が得られない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０５６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、複数のボリュームデータをスライス面に垂直な方向に結合する際のつなぎ目部分におけるＣＴ値の明らかな境界（段差）を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【０００９】
本発明の第１局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出するエリア検出器と、エリア検出器からの出力に基づいてオーバーラップ領域を有する第１のボリュームデータおよび第２のボリュームデータを再構成する再構成処理部と、第１のボリュームデータからオーバーラップ領域内または近傍の複数の第１スライス画像を抽出し、第２のボリュームデータからオーバーラップ領域内または近傍の複数の第２スライス画像を抽出する抽出部と、複数の第１スライス画像のスライス面に垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値と、複数の第２スライス画像における上記垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値との差分値又は差分値の絶対値を、上記画素値を含む画素列ごとに計算する計算部と、差分値又は差分値の絶対値が所定の範囲に含まれるか否かを上記画素列ごとに判定する判定部と、第１、第２のボリュームデータを位置整合して結合するものであって、オーバーラップ領域内の画素各々の画素値を、第１、第２のボリュームデータの画素値の一方の値と、第１、第２のボリュームデータの画素値から導出される値とのいずれかに上記判定結果に従って選択的に設定する結合部とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数のボリュームデータをスライス面に垂直な方向に結合する際のつなぎ目部分におけるＣＴ値の明らかな境界（段差）を改善することができる
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、略円柱形の３次元画像（ボリュームデータ）についてＹＺ平面における断面図を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係り、オーバーラップする画素の画素値に対する加重加算において、処理の流れを示す流れ図である。
【図４】図４は、図３の流れ図の説明を補足する図である。
【図５】図５は、本実施形態に係り、計算部によるＣＴ値段差指標の導出において、実行される各処理の流れを示す流れ図である。
【図６】図６は、本実施形態に係り、判定部によるＣＴ値段差の有無の判定において、実行される各処理の流れを示す流れ図である。
【図７】図７は、本実施形態に係り、結合部によるフラグマップの生成、加重加算、結合画像生成において、実行される各処理の流れを示す流れ図である。
【図８】図８は、オーバーラップ領域を有する２つのボリュームデータと加重加算対象範囲の関係を示す図である。
【図９】図９は、加重加算のための重みの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線発生部とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線発生部のみが被検体の周囲を回転するSTATIONARY/ROTATE-TYPE等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。ここでは、ROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。また、画像を再構成するには被検体の周囲一周、３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式に対しても本実施形態へ適用可能である。ここでは、３６０°法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変化するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線によるセレン等の半導体内での電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。さらに、近年では、Ｘ線発生部とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態においては、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。ガントリ１００には、回転支持機構が収容される。回転支持機構は、回転リング１０２と、回転軸Ｚを中心として回転自在に回転リング１０２を支持するリング支持機構とリングの回転を駆動する駆動部１０７（電動機）からなる。回転リング１０２には、Ｘ線発生部１０１と、２次元アレイ型または多列型とも称されるエリア検出器１０３が搭載されている。Ｘ線発生部１０１は、高電圧発生装置１０９からスリップリング１０８を経由して電圧の印加および電流の供給を受けて、Ｘ線の焦点２００からＸ線を放射する。Ｘ線の焦点２００から放射されたＸ線は、Ｘ線発生部１０１のＸ線放射窓に取り付けられたコリメーターユニット１１８により、例えばコーンビーム形（角錐形）に整形される。Ｘ線の放射範囲は、点線で示されている。Ｘ軸は、回転軸Ｚと直交し、放射されるＸ線の焦点１００を通る直線である。Ｙ軸は、Ｘ軸および回転軸Ｚと直交する直線である。なお、説明の便宜上このＸＹＺ座標系は、回転軸Ｚを中心として回転する回転座標系として説明する。
【００１４】
エリア検出器１０３は、回転軸Ｚを挟んでＸ線発生部１０１に対峙する位置およびアングルで取り付けられる。エリア検出器１０３は、複数のＸ線検出素子を有している。ここでは、単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Ｚに直交し、かつ放射されるＸ線の焦点２００を中心として、この中心から１チャンネル分のＸ線検出素子の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向（チャンネル方向）とＺ方向との２方向に関して２次元状に配列される。また、エリア検出器１０３は、複数のＸ線検出素子を１列に配列した複数のモジュールで構成されてもよい。モジュール各々は、上記チャンネル方向に沿って略円弧方向に１次元状に配列される。
【００１５】
また複数のＸ線検出素子は、チャンネル方向とスライス方向との２方向に関して２次元状に配列させてもよい。すなわち、２次元状の配列は、上記チャンネル方向に沿って一次元状に配列された複数のチャンネルを、スライス方向に関して複数列並べて構成される。このような２次元状のＸ線検出素子配列を有するエリア検出器１０３は、略円弧方向に１次元状に配列される複数の上記モジュールをスライス方向に関して複数列並べて構成してもよい。
【００１６】
撮影又はスキャンに際しては、Ｘ線発生部１０１とエリア検出器１０３との間の円筒形の撮影領域１１１内に、被検体が天板１２０に載置され挿入される。エリア検出器１０３の出力には、ＤＡＳ（Data Acquisition System）と呼ばれるデータ収集回路１０４が接続されている。
【００１７】
データ収集回路１０４には、エリア検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに取り付けられている。データ収集回路１０４から出力されるデータ（純生データ（pure raw data））は、磁気送受信又は光送受信を用いた非接触データ伝送部１０５を経由して、前処理部１０６に伝送される。
【００１８】
前処理部１０６は、データ収集回路１０４から出力される純生データに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、Ｘ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下または、信号脱落を補正する処理等が含まれる。前処理部１０６から出力される再構成処理直前のデータ（生データ（raw data）または、投影データと称される、ここでは投影データという）は、データ収集したときにビューアングルを表すデータと関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた投影データ記憶部１１２に記憶される。
【００１９】
なお、投影データとは、被検体を透過したＸ線の強度に応じたデータ値の集合である。ここでは説明の便宜上、ワンショットで略同時に収集したビューアングルが同一である全チャンネルにわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。また、ビューアングルは、Ｘ線発生部１０１が回転軸Ｚを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Ｚから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を０°として３６０°の範囲の角度で表したものである。なお、投影データセットの各チャンネルに対する投影データは、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号によって識別される。
【００２０】
再構成処理部１１４は、ビューアングルが３６０°又は１８０°＋ファン角の範囲内の投影データセットに基づいて、フェルドガンプ法またはコーンビーム再構成法により、略円柱形の３次元画像を再構成する機能を有する。図２は、略円柱形の３次元画像（ボリュームデータ）についてＹＺ平面における断面図の一例である。ボリュームデータにおけるスライス面に垂直な方向（Ｚ方向）の端の領域には、撮像視野１１１（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）の領域に再構成するための３６０°分の投影データがそろわない領域が存在する。投影データが不足する領域は、ボリュームデータの信頼性が低い。投影データが不足する領域は、再構成しない又は再構成画像を表示しない。この領域は一般にマスク（ＭＡＳＫ）領域と称される。
【００２１】
さらに再構成処理部１１４は、例えばファンビーム再構成法（ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう）またはフィルタード・バックプロジェクション法により２次元画像（断層画像）を再構成する機能を有する。フェルドガンプ法は、コーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法であり、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法である。コーンビーム再構成法は、フェルドガンプ法よりもコーン角のエラーが抑えられる方法として、再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正する再構成法である。
【００２２】
抽出部１２１は、第１のボリュームデータから、オーバーラップ領域内または近傍の、後述する判定処理に用いる複数の第１スライス画像を抽出する。さらに抽出部１２１は、第２のボリュームデータから、オーバーラップ領域内または近傍の、後述する判定処理に用いる複数の第２スライス画像を抽出する。後述する判定処理に用いる複数の第１スライス画像は、例えば、第１のボリュームデータにおいて、オーバーラップ領域を２等分するスライス面（境界面）から、第１のボリュームデータのＺ方向の中心面（第１中間スライス面）に向かって、境界面に垂直な方向に沿った所定の幅を有する第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）の範囲内に含まれるスライスに初期的に設定される。この幅は、例えば５ｍｍに設定される。しかし、ユーザにより入力部１１５を介して任意に変更可能である。第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）と対応する複数の第２スライス画像は、第２のボリュームデータにおいて、境界面から第２のボリュームデータのＺ方向の中心面（第２中間スライス面）に向かって、境界面に垂直な方向に沿った所定の幅を有する第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）である。以後、第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）と第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）の幅は等しいものとして説明する。また、各段差判定用スライスの幅は、例えば、マスク領域に含まれるスライスの枚数にスライス幅を乗じた値に設定される。
【００２３】
計算部１１３は、抽出された複数の第１スライス画像を対象として、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素の画素値（ＣＴ値）の加算値または平均値と、抽出された複数の第２スライス画像を対象としてＺ方向に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素の画素値（ＣＴ値）の加算値又は平均値との差分値又は差分値の絶対値（ＣＴ値段差指標）を、これらの画素を有する画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに、スライス画像の座標と対応させて計算する。平均値を計算するとき、計算部１１３は上記画素列におけるマスク領域の画素値（ＣＴ値）を除外する。
【００２４】
判定部１１７は、画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに計算された差分値又は差分値の絶対値（ＣＴ値段差指標）が所定の範囲に含まれるか否かを判定する。所定の範囲とは、第１の閾値（th_low）以上でかつ第２の閾値（th_high）未満の範囲であり、ユーザの指示に従って、入力部１１５を介して任意に設定される。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）のＣＴ値段差指標が第１の閾値（th_low）未満であるとき、ＣＴ値段差が視覚的に影響を与えない。ＣＴ値段差指標が第２の閾値（th_high）以上であるとき、何らかの原因による異常として判断される。ＣＴ値段差指標が、第１の閾値（th_low）以上でかつ第２の閾値（th_high）未満の範囲にあるとき、第１、第２のボリュームデータのつなぎ目部分に明らかな境界（段差）が生じる。
【００２５】
結合部１１９は、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを位置整合して結合する。結合部１１９は、オーバーラップ領域内の画素各々の画素値を、第１、第２のボリュームデータの画素値の一方の値と、第１、第２のボリュームデータの画素値から導出される値とのいずれかに上記判定結果に従って選択的に設定する。なお、ここではオーバーラップ領域の先端を除く一部領域を加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）とする。加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の各画素について判定結果に基づいて、以下の処理を行う。
【００２６】
結合部１１９は、判定部１１７によってＣＴ値段差なしもしくはエラーと判定された場合について、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内で注目した画素（注目画素）から、注目画素を含み上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿って第１中間スライス面までの第１の距離を計測する。さらに結合部１１９は、注目画素を含み上記垂直な方向に沿って第２中間スライス面までの第２の距離を計測する。結合部１１９は、第１の距離と第２の距離とを比較し、第２の距離＜第１の距離ならば、注目画素の座標と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する。一方、第２の距離≧第１の距離ならば、結合部１１９は、注目画素の座標と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する。
【００２７】
結合部１１９は、判定部１１７によってＣＴ値段差ありと判定された場合について、スライス面における注目画素の座標から、上記垂直な方向に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の画素列Ｔ（ｘ、ｙ）において、結合部１１９で発生した所定の重みを用いて、オーバーラップする第１のボリュームデータの画素値と第２のボリュームデータの画素値を加重加算する。
【００２８】
ここで、結合部１１９において発生する所定の重みが、線形の重みである場合の重みを導出する処理の一例について説明する。はじめに、注目画素を含み上記垂直方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の長さ（Ｄ０）を計測する。次に注目画素から、第２中間スライス面に向かって上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第２長さ（Ｄ２）を計測する。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の長さ（Ｄ０）に対する第２長さ（Ｄ２）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第１の重み（Ｗｔ１＝Ｄ２／Ｄ０）が発生する。続けて、結合部１１９は、注目画素から第１中間スライス面に向かって上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第１長さ（Ｄ１）を計測する。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の長さ（Ｄ０）に対する第１長さ（Ｄ１）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第２の重み（Ｗｔ２＝Ｄ１／Ｄ０）が発生する。第１の重みと第２の重みの和は、１に規格化されている（Ｗｔ１＋Ｗｔ２＝１）。なお、それぞれの重みの関係式は、第１の重みが（Ｗｔ１＝（Ｄ０−Ｄ１）／Ｄ０）、第２の重みが（Ｗｔ２＝（Ｄ０−Ｄ２）／Ｄ０）とも表せる。これらの記号および式は、図９で記載されている。注目画素の画素値は、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値に第１の重み（Ｗｔ１）を乗じたものと、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値に第２の重み（Ｗｔ２）を乗じたものとを加算することによって設定される。また、ＣＴ値段差ありと判定された画素（判定画素）の近傍８画素について中心画素の判定結果が適用される。
【００２９】
結合部１１９は、以上の処理を加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の画素の座標各々について行う。結合部１１９は、判定されたＣＴ値段差指標に基づいて割り当てられた画素値と加重加算した画素値とから、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータを生成する。結合部１１９は、上記生成された加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第１のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第２のボリュームデータとを位置整合して結合したボリュームデータを生成する。なお、結合するボリュームデータは、複数であってもよい。
【００３０】
ノイズ付加部１２３は、加重加算された画素のノイズレベルが、加重加算していない画素のノイズレベルに対して低下して、信号雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））の不均一さにより見た目の高コントラストが生じる事態を避けるために、加重加算された画素に対してノイズを付加する。付加するノイズは、次のとおりに計算される。ノイズ付加部１２３は、加重加算された画素の近傍画素におけるノイズの標準偏差を計測する。近傍画素は、加重加算された画素の近傍８画素を適用する。計測されるノイズの標準偏差は、オーバーラップする第１のボリュームデータの画素値と計算部１１３で導出したＣＴ値の平均値を用いて求めることができる。また、計測されるノイズの標準偏差は、オーバーラップする第２のボリュームデータの画素値と計算部１１３で導出したＣＴ値の平均値を用いて求めることもできる。なお、付加するノイズは、ガウスノイズを用いてもよい。ノイズの付加は、ディジタルフィルタで行うことも可能である。例えば、エンハンスフィルタを用いることで、画素値の低周波成分を低減させて、ノイズの主成分である高周波数帯域を強調することにより、ノイズが加重加算された画素に付加される。
【００３１】
表示部１１６は、再構成処理部１１４もしくは結合部１１９で結合された画像を表示する。
【００３２】
図３は、本実施形態における加重加算を行う処理方法の手順の概要を示している。はじめに結合させる２つのボリュームデータを読み込み（ステップＳａ１）、ボリュームデータ間のＣＴ値段差指標を画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに導出する。導出されたＣＴ値段差指標と、第１の閾値（th_low）と、第２の閾値（th_high）とに基づいて、判定部１１７は、ボリュームデータのつなぎ目部分に明らかな境界（段差）が生じるか否かを判定する（ステップＳａ２）。ここまでの手順は、上記抽出部１２１と計算部１１３および判定部１１７で行われる処理であり、図５および図６で詳述する。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）における判定されたＣＴ値段差指標に基づいて、加重加算を行うか否かを示すマップを生成する（ステップＳａ３）。このマップ上で、加重加算を行う画素については、フラグを立てる。加重加算を行わない画素については、フラグを立てない。フラグが立っている画素一つに注目して、マスク領域のスライス枚数を考慮した重みが発生する（ステップＳａ４）。結合部１１９で発生した重みを用いて、オーバーラップする画素それぞれが加重加算される（ステップＳａ５）。加重加算された画素のノイズレベルが、加重加算していない画素のノイズレベルに対して低下し、信号雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））の不均一さにより見た目の高コントラストが生じる事態を避けるためにノイズ付加部１２３でノイズ付加を行う（ステップＳａ６）。ノイズ付加（ステップＳａ６）の処理を行った後、フラグを付した画素について加重加算処理が全て行われるまで、画素一つに注目して重みが発生する処理（ステップＳａ４）からノイズ付加の処理（ステップＳａ６）まで手順を繰り返し行う（ステップＳａ７）。ステップＳａ３、ステップＳａ４、ステップＳａ５については、上記結合部１１９で行われる処理であり、図７、図８、図９で詳述する。
【００３３】
図４は、本実施形態における加重加算を行う処理の概要を示し、図３の流れ図の説明を補足する図である。第１オーバーラップ（第１fOverLap）１１は、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとのオーバーラップする領域のうち、第１のボリュームデータにおけるオーバーラップ領域を示している。第２オーバーラップ（第２fOverLap）２１は、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとのオーバーラップする領域のうち、第２のボリュームデータにおけるオーバーラップする領域を示している。第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２は、第１のボリュームデータにおける段差判定用スライスを示している。第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）２２は、第２のボリュームデータにおける段差判定用スライスを示している。第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３は、第１のボリュームデータの加重加算用スライスを示している。第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３は、第２のボリュームデータの加重加算用スライスを示している。以下加重加算されるボリュームデータの処理を概説する。まず、第１のボリュームデータから、第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２と第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３の範囲に含まれるボリュームデータｖｏｌ１を抽出する。第２のボリュームデータから、第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen２２）と第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３の範囲に含まれるボリュームデータｖｏｌ２を抽出する。抽出されたｖｏｌ１、ｖｏｌ２において、ＣＴ値段差ありと判定されたオーバーラップする画素それぞれについて加重加算を行い（Ｗｅｉｇｈｔ Ｓｕｍ）、加重加算後のボリュームデータ（ＶｏｌＷｔＳｕｍ）を得る。次に第１のボリュームデータからｖｏｌ１を抽出した後のボリュームデータｖｏｌＡと、第２のボリュームデータからｖｏｌ２を抽出した後のボリュームデータｖｏｌＢと、ＶｏｌＷｔＳｕｍとを結合させた結合ボリュームデータ（ＮＥＷ＿ＶＯＬ）を得る。図３、図４は本実施形態の概要であり、以下各処理におけるフローおよび図について詳述する。
【００３４】
図５は、上記図３におけるステップＳａ１、ステップＳａ２での処理方法の手順の詳細を示している。図５における処理手順は、抽出部１２１と計算部１１３とにおいて行われる処理である。まず、第１のボリュームデータから所定の幅を有する第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２の範囲における複数の第１スライス画像を抽出する（ステップＳｂ１）。次に第２のボリュームデータから所定の幅を有する第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）２２の範囲における複数の第２スライス画像を抽出する（ステップＳｂ２）。抽出された複数の第１スライス画像を対象として、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素のＣＴ値から第１の平均値もしくは加算値を算出する（ステップＳｂ３）。抽出された複数の第２スライス画像を対象として、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列Ｔ（ｘ、ｙ）に含まれる画素のＣＴ値から第２の平均値もしくは加算値を計算する（ステップＳｂ４）。ステップＳｂ３で計算された第１の平均値とステップＳｂ４で計算された第２の平均値との差分を計算する（ステップＳｂ５）。もしくは、ステップＳｂ３で計算された第１の加算値とステップＳｂ４で計算された第２の加算値との差分を計算する。以後、上記差分の値をＣＴ値段差指標と称する。
【００３５】
第１の平均値もしくは加算値の算出（ステップＳｂ３）からＣＴ値段差指標の算出（ステップＳｂ５）までの手順は、画素列Ｔ（ｘ、ｙ）ごとに行われる。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）全てにわたってＣＴ値段差指標が計算されるまで、第１の平均値もしくは加算値の算出（ステップＳｂ３）からＣＴ値段差指標の算出（ステップＳｂ５）までの手順を繰り返し行う（ステップＳｂ６）。
【００３６】
なお、上記ＣＴ値段差指標の算出は、第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）１２と第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）２２とを適用したが、それぞれのボリュームデータのオーバーラップ領域である第１オーバーラップ（第１fOverLap）１１および第２オーバーラップ（第２fOverLap）２１を適用して、ＣＴ値段差指標を算出してもよい。また、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３および第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３を適用して、ＣＴ値段差指標を算出してもよい。さらに、これらの領域を組み合わせて、ＣＴ値段差指標を算出することも可能である。このとき、複数のスライス画像それぞれにおけるマスク領域の画素のＣＴ値は、除外される。
【００３７】
図６は、上記図３におけるステップＳａ２において、ＣＴ値段差の有無を判定する処理方法の手順の詳細を示している。まず、ひとつの画素列Ｔ（ｘ、ｙ）と対応したＣＴ値段差指標が第１の閾値（th_low）未満である（ステップＳｃ１）場合、このＣＴ値段差指標はＣＴ値段差なしと判定される（ステップＳｃ３）。このＣＴ値段差指標が第１の閾値（th_low）以上である場合、次の判断処理にこのＣＴ値段差指標が送られる（ステップＳｃ１）。送られたＣＴ値段差指標が、第２の閾値（th_high）より大きい値である（ステップＳｃ２）場合、このＣＴ値段差指標に対してエラー判定がなされる（ステップＳｃ４）。送られたＣＴ値段差指標が、第２の閾値（th_high）以下である（ステップＳｃ２）場合、このＣＴ値段差指標に対してＣＴ値段差ありと判定される（ステップＳｃ５）。画素列Ｔ（ｘ、ｙ）全てのＣＴ値段差指標について、ＣＴ値段差の有無の判定がされるまで、判断処理（ステップＳｃ１）からＣＴ値段差ありの算出（ステップＳｃ５）までの手順を繰り返し行う。
【００３８】
図７は、結合部１１９における処理方法の手順の一例を示したフローチャートである。上記図３のステップＳａ３における加重加算対象画素のフラグマップ生成処理と、ステップＳａ４およびステップＳａ５における加重加算処理も合わせて詳述する。加重加算を行う際の重みの発生については、図８、図９で詳述する。図７に戻って、まず、加重加算を行うか否かを示すフラグマップを生成する（ステップＳｄ１）。加重加算対象画素として、判定部１１７からＣＴ値段差ありと判定された画素列Ｔ（ｘ、ｙ）の座標と同座標を有する上記フラグマップ上の座標（ｘ、ｙ）にフラグを立てる（ステップＳｄ２）。続いて、フラグを立てた座標（ｘ、ｙ）の近傍の画素（以下、近傍画素）に所定の規則に従ってフラグを立てる（ステップＳｄ３）。ここで所定の規則とは、例えばフラグマップ上において、フラグを立てた座標（ｘ、ｙ）の近傍画素を（ｘ、ｙ＋１）、（ｘ、ｙ−１）とすることである。また、近傍画素を（ｘ＋１、ｙ＋１）、（ｘ＋１、ｙ−１）、（ｘ−１、ｙ＋１）、（ｘ−１、ｙ−１）としてもよい。なお、近傍画素を、フラグを立てた座標（ｘ、ｙ）を中心とする周囲Ｎ×Ｍのマトリクスとしてもよい。また、ステップＳｄ１、ステップＳｄ２を省略することも可能である。
【００３９】
次に、結合部１１９は、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内のひとつの画素に注目し、注目した画素（注目画素）を含むスライス面上での座標と同座標を有するフラグマップ上の座標にフラグが立っているか否かに基づいて（ステップＳｄ４）、以下の処理を行う。フラグが立っていれば、結合部１１９は、注目画素の座標を通り、スライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界間における画素列の長さ（Ｄ０）を計測する（ステップＳｄ５）。画素列の長さ（Ｄ０）は、例えば、図８における第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第１加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域を減算した加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）におけるスライス面に垂直な方向（Ｚ方向）に沿った画素列の長さである。次に、結合部１１９は、注目画素から第２中間スライス面に向かって、上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第２長さ（Ｄ２）を計測する（ステップＳｄ６）。画素列の長さ（Ｄ０）に対する第２長さ（Ｄ２）の割合に基づいて、第１のボリュームデータにおける注目画素と同じ座標を有する画素値に乗じる第１の重み（Ｗｔ１＝Ｄ２／Ｄ０）を発生する（ステップＳｄ７）。結合部１１９は、注目画素から、第１中間スライス面に向かって、上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第１長さ（Ｄ１）を計測する（ステップＳｄ８）。画素列の長さ（Ｄ０）に対する第１長さ（Ｄ１）の割合に基づいて、第２のボリュームデータにおける上記画素と同じ座標を有する画素値に乗じる第２の重み（Ｗｔ２＝Ｄ１／Ｄ０）を発生する（ステップＳｄ９）。結合部１１９は、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータの画素値と第１の重み（Ｗｔ１）との積と、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータの画素値と第２の重み（Ｗｔ２）との積とを加算した値（加重加算値）を、注目画素の画素値に設定する（Ｓｄ１０）。
【００４０】
フラグが立っていないならば、結合部１１９は、注目画素から上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿って、第１中間スライス面までの第１の距離を計測する（ステップＳｄ１１）。続いて、注目画素から上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿って第２中間スライス面までの第２の距離を計測する（ステップＳｄ１２）。結合部１１９は、第１の距離と第２の距離との比較を行う（ステップＳｄ１３）。第２の距離＜第１の距離ならば、結合部１１９は、注目画素の座標と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する（ステップＳｄ１４）。一方、第２の距離≧第１の距離ならば、結合部１１９は、注目画素の座標と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値を、注目画素の画素値に設定する（ステップＳｄ１５）。上記加重加算した画素値の設定もしくは第１のボリュームデータからの画素値の設定もしくは第２のボリュームデータからの画素値の設定が、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の全画素の画素値について行われるまで、注目画素を含むスライス面上での座標と同座標を有するフラグマップ上の座標にフラグが立っているか否かの判断（ステップＳｄ４）から、注目画素の座標と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値を注目画素の画素値に設定する処理（ステップＳｄ１５）までを繰り返し行う（ステップＳｄ１６）。
【００４１】
次に、結合部１１９は、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）内の設定された全画素の画素値から、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータを生成する（ステップＳｄ１７）。結合部１１９は、生成された加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第１のボリュームデータと、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を抽出後の第２のボリュームデータと、を位置整合して結合したボリュームデータを生成する（ステップＳｄ１８）。
【００４２】
図８は、オーバーラップ領域を有する２つのボリュームデータと加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の関係を示す図である。fOverLapは、第１オーバーラップ（第１fOverLap）１１と第２オーバーラップ（第２fOverLap）２１との和であり、２つのボリュームのオーバーラップする範囲を示している。加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）は、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域を除く領域である。加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）は、加重加算を行う範囲であり、ハッチングで示されている。なお、図８は、マスク領域を有する２つのボリュームデータに対する加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）を示しているが、マスク領域を有さないボリュームデータを用いることも可能である。
【００４３】
図９は、加重加算のための重みの一例として、加重加算を行う範囲と、第１のボリュームデータの画素値と第２のボリュームデータの画素値とに対してそれぞれ乗じる重みの関係を示す。ｎMask１は、第１のボリュームデータにおけるマスク領域を有するスライス１枚の厚みに、マスク領域を有するスライス枚数を乗じたものである。ｎMask２は、第２のボリュームデータにおけるマスク領域を有するスライス１枚の厚みに、マスク領域を有するスライス枚数を乗じたものである。ＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）は、撮像視野１１１である。
【００４４】
Weightは、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第１加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域を減算した加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）のＺ方向の長さに対する重みを表している。すなわち、加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）とは、加重加算する画素列の集合である。注目画素を通りＺ方向に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）における画素列の長さ（Ｄ０）は、第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）１３と第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）２３との和からマスク領域（ｎMask１とｎMask２）を減算して得られる。Wt１は、第１のボリュームデータの画素値に乗じる重みである。Wt２は、第２のボリュームデータの画素値に乗じる重みである。Ｚ方向に対する重みWt１、Wt２は、一例として線形で与えられており、図８のフローチャートと対応している。網掛けの領域は、オーバーラップするボリュームデータのうち、一方のボリュームデータがマスク領域である領域を示している。このときの重みは、マスク領域を有するボリュームデータの画素値には０を、他方のボリュームデータの画素値には１を与える。Ｄ２は、注目画素から、第２中間スライス面に向かってＺ方向に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第２長さである。画素列の長さ（Ｄ０）対する第２長さ（Ｄ２）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第１の重み（Ｗｔ１＝Ｄ２／Ｄ０）が得られる。Ｄ１は、注目画素から第１中間スライス面に向かって上記垂直な方向（Ｚ方向）に沿った加重加算対象範囲（fMaxWtSumLen）の境界までの第１長さである。画素列の長さ（Ｄ０）に対する第１長さ（Ｄ１）の割合に基づいて、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータにおける画素の画素値に乗じる第２の重み（Ｗｔ２＝Ｄ１／Ｄ０）が得られる。第１の重みと第２の重みの和は、１である（Ｗｔ１＋Ｗｔ２＝１）。また、第１長さ（Ｄ１）と第２長さ（Ｄ２）の和は、画素列の長さ（Ｄ０）である（Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ０）。なお、それぞれの重みの関係式は、第１の重みが（Ｗｔ１＝（Ｄ０−Ｄ１）／Ｄ０）、第２の重みが（Ｗｔ２＝（Ｄ０−Ｄ２）／Ｄ０）とも表せる。注目画素と同座標を有する第１のボリュームデータの画素値と第１の重み（Ｗｔ１）との積と、注目画素と同座標を有する第２のボリュームデータの画素値と第２の重み（Ｗｔ２）との積とを加算した値（加重加算値）を、注目画素の画素値に設定する。加重加算値は、注目画素ごとに設定される。
【００４５】
なお、本実施形態は、ボリュームデータがＸ方向およびＹ方向に対してＣＴ値の明らかな境界（段差）が生じているときにも適用可能である。また、本実施形態では、結合されるボリュームデータは２つに限定して説明してきたが、複数のボリュームデータを結合させてもよい。
【００４６】
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４７】
本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置によれば、オーバーラップ領域を有するボリュームデータを結合する際、表示上使われないオーバーラップ領域の少なくとも一部のボリュームデータを用いて加重加算を行う。さらに、加重加算された画素のノイズレベルが、加重加算していない画素のノイズレベルに対して低下して、信号雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））の不均一さにより見た目の高コントラストが生じる事態を避けるために、加重加算された画素に対してノイズを付加する。これにより、ボリュームデータの境界上におけるつなぎ目部分の段差を改善することができる。また、スライス面に対して垂直な方向（Ｚ方向）に断続していた構造物や結合されるボリュームデータの画質の違いにより際立っていたボリュームデータ間の境界が滑らかとなり、円滑な診断ができる。さらに、ボリュームデータ間の境界において、上記垂直な方向（Ｚ方向）に断続していた臓器や血管に代表される被検体の体内構造をたどることが、ボリュームデータをまたいで可能となる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１１…第１オーバーラップ（第１fOverLap）、１２…第１段差判定用スライス（第１fCheckSliceLen）、１３…第１加重加算用スライス（第１fMaxWtSumLen）、２１…第２オーバーラップ（第２fOverLap）、２２…第２段差判定用スライス（第２fCheckSliceLen）、２３…第２加重加算用スライス（第２fMaxWtSumLen）、１００…ガントリ、１０１…Ｘ線発生部、１０２…回転リング、１０３…エリア検出器、１０４…データ収集回路（ＤＡＳ）、１０５…非接触データ伝送部、１０６…前処理部、１０７…駆動部、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生装置、１１０…ホストコントローラ、１１１…撮像視野、１１２…投影データ記憶部、１１３…計算部、１１４…再構成処理部、１１５…入力部、１１６…表示部、１１７…判定部、１１８…コリメーターユニット、１１９…結合部、１２０…天板、１２１…抽出部、１２２…重み発生部、１２３…ノイズ付加部、２００…Ｘ線の焦点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出するエリア検出器と、
前記エリア検出器からの出力に基づいて、オーバーラップ領域を有する第１のボリュームデータおよび第２のボリュームデータを再構成する再構成処理部と、
前記第１のボリュームデータから前記オーバーラップ領域内または近傍の複数の第１スライス画像を抽出し、前記第２のボリュームデータから前記オーバーラップ領域内または近傍の複数の第２スライス画像を抽出する抽出部と、
前記複数の第１スライス画像のスライス面に垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値と、前記複数の第２スライス画像における該垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値との差分値又は該差分値の絶対値を、前記画素値を含む画素列ごとに計算する計算部と、
前記差分値又は前記差分値の絶対値が所定の範囲に含まれるか否かを前記画素列ごとに判定する判定部と、
前記第１、第２のボリュームデータを位置整合して結合するものであって、前記オーバーラップ領域内の画素各々の画素値を、前記第１、第２のボリュームデータの画素値の一方の値と、前記第１、第２のボリュームデータの画素値から導出される値とのいずれかに前記判定結果に従って選択的に設定する結合部と、
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。
【請求項２】
前記結合部は、前記差分値又は前記差分値の絶対値が前記所定の範囲に含まれると判定された前記画素列の画素の画素値を、前記第１のボリュームデータの画素値と前記第２のボリュームデータの画素値とをそれぞれ第１の重みと第２の重みとで加重加算した値として設定し、該第１の重みとして、該オーバーラップ領域における前記垂直方向に沿った画素列の長さに対する、該画素から該第２のボリュームデータを２等分する第２中間スライス面に向かって該垂直方向に沿った前記オーバーラップ領域の境界までの長さの割合に応じた該第１の重みを発生し、該第２の重みとして、該画素列の長さに対する、該画素から該第１のボリュームデータを２等分する第１中間スライス面に向かって該垂直方向に沿った該境界までの長さの割合に応じた該第２の重みを発生する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記結合部は、前記差分値又は前記差分値の絶対値が前記所定の範囲に含まれないと判定された前記画素列の画素の画素値を、該画素から前記垂直方向に沿った前記第１、第２中間スライス面までの距離が短い前記第１又は前記第２のボリュームデータの画素値に設定する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記結合部は、前記差分値又は前記差分値の絶対値が所定の範囲に含まれると判定された前記画素列の画素の近傍画素に対して、該判定結果を適用する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記近傍画素のノイズに基づいて、前記導出される値にノイズを付加するノイズ付加部、をさらに備える請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記ノイズ付加部は、ディジタルフィルタによってノイズを付加する請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出するエリア検出器と、
前記エリア検出器からの出力に基づいて、オーバーラップ領域を有する第１のボリュームデータおよび第２のボリュームデータを再構成する再構成処理部と、
前記第１のボリュームデータから前記オーバーラップ領域内または近傍の複数の第１スライス画像を抽出し、前記第２のボリュームデータから前記オーバーラップ領域内または近傍の複数の第２スライス画像を抽出する抽出部と、
前記複数の第１スライス画像のスライス面に垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値と、前記複数の第２スライス画像における該垂直な方向に沿った画素値の加算値又は平均値との差分値又は該差分値の絶対値を、前記画素値を含む画素列ごとに計算する計算部と、
前記差分値又は前記差分値の絶対値が所定の範囲に含まれるか否かを前記画素列ごとに判定する判定部と、
前記第１、第２のボリュームデータを位置整合して結合するものであって、前記オーバーラップ領域内の画素各々の画素値を、前記第１、第２のボリュームデータの画素値の一方の値と、前記第１、第２のボリュームデータの画素値から導出される値とのいずれかに前記判定結果に従って選択的に設定する結合部と、
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。
【請求項２】
前記結合部は、前記差分値又は前記差分値の絶対値が前記所定の範囲に含まれると判定された前記画素列の画素の画素値を、前記第１のボリュームデータの画素値と前記第２のボリュームデータの画素値とをそれぞれ第１の重みと第２の重みとで加重加算した値として設定し、該第１の重みとして、該オーバーラップ領域における前記垂直方向に沿った画素列の長さに対する、該画素から該第２のボリュームデータを２等分する第２中間スライス面に向かって該垂直方向に沿った前記オーバーラップ領域の境界までの長さの割合に応じた該第１の重みを発生し、該第２の重みとして、該画素列の長さに対する、該画素から該第１のボリュームデータを２等分する第１中間スライス面に向かって該垂直方向に沿った該境界までの長さの割合に応じた該第２の重みを発生する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記結合部は、前記差分値又は前記差分値の絶対値が前記所定の範囲に含まれないと判定された前記画素列の画素の画素値を、該画素から前記垂直方向に沿った前記第１、第２中間スライス面までの距離が短い前記第１又は前記第２のボリュームデータの画素値に設定する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記結合部は、前記差分値又は前記差分値の絶対値が所定の範囲に含まれると判定された前記画素列の画素の近傍画素に対して、該判定結果を適用する請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記近傍画素のノイズに基づいて、前記導出される値にノイズを付加するノイズ付加部、をさらに備える請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記ノイズ付加部は、ディジタルフィルタによってノイズを付加する請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７２４００（Ｐ２０１１−７２４００Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５０２５（Ｐ２００９−２２５０２５）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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