特許 6243219 画像生成装置および放射線断層撮影装置並びにプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243219

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】画像生成装置および放射線断層撮影装置並びにプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20171127BHJP

【ＦＩ】

   A61B6/03 350R

   A61B6/03 350Q

   A61B6/03 350V

【請求項の数】14

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-266529(P2013-266529)

(22)【出願日】2013年12月25日

(65)【公開番号】特開2015-119901(P2015-119901A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2016年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】300019238

【氏名又は名称】ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(72)【発明者】

【氏名】萩原 明

【審査官】 伊知地 和之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８１１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１８８０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０３５６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２２６１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００２８５００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／００ − ６／１４

Ｇ０１Ｎ ２３／００ − ２３／２２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャンにより収集された複数ビューのファンビーム投影データを受け取る手段と、
撮像視野領域における複数の分割領域の各々について、前記複数ビューのファンビーム投影データに該分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理を行って、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データを得るデータ変換手段と、
前記分割領域別に、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データに逆投影処理を行って、該分割領域を含む画像を再構成する再構成手段と、
前記複数の分割領域の各々について再構成された該分割領域を含む画像を合成することにより、前記撮像視野領域の画像を生成する生成手段と、を備えており、
前記分割領域画像再構成用ファン−パラ変換処理は、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を含み、
前記ビュー方向の補間処理は、前記複数ビューのファンビーム投影データのサイノグラム上において、ビュー方向に平行な直線を、該分割領域内の代表的な位置に対応する点が描く軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向に行う補間処理を含む、画像生成装置。

【請求項2】

前記複数の分割領域は、前記撮像視野領域における中央領域と複数の周辺領域とを含む、請求項１に記載の画像生成装置。

【請求項3】

前記中央領域は、円領域である、請求項２に記載の画像生成装置。

【請求項4】

前記複数の周辺領域は、前記撮像視野領域における上側領域、下側領域、左側領域および右側領域を含む、請求項２または請求項３に記載の画像生成装置。

【請求項5】

前記分割領域内の代表的な位置は、該分割領域における中央または中央近傍の位置である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像生成装置。

【請求項6】

前記生成手段は、前記複数の分割領域の各々について再構成された該分割領域を含む画像を、該分割領域の主要部が実質的に１００％となる重み付けにより加重加算する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像生成装置。

【請求項7】

前記ビュー方向の補間処理は、実測ビュー間の仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理を含んでおり、
該処理は、前記サイノグラム上において、前記代表的な位置に対応する点が描く軌跡または該軌跡に近似する曲線とチャネル方向において平行であり前記チャネルを通る曲線上の仮想的なチャネルのデータを、前記仮想的なビューに近接する複数の実測ビューにおけるチャネルのデータの補間処理により複数求め、該求められた複数のデータの補間処理により、前記仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像生成装置。

【請求項8】

前記ビュー方向の補間処理は、実測ビュー間の仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理を含んでおり、
該処理は、前記サイノグラム上において、前記代表的な位置に対応する点が描く軌跡または該軌跡に近似する曲線における前記仮想的なビューに対応する位置での接線に平行であり前記チャネルを通る直線上の仮想的なチャネルのデータを、前記仮想的なビューに近接する複数の実測ビューにおけるチャネルのデータの補間処理により複数求め、該求められた複数のデータの補間処理により、前記仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像生成装置。

【請求項9】

前記軌跡に近似する曲線は、三角関数で表される曲線である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の画像生成装置。

【請求項10】

前記チャネル方向の補間処理は、前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい処理である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の画像生成装置。

【請求項11】

前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔は、前記基準間隔のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）である請求項１０に記載の画像生成装置。

【請求項12】

前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置は、前記ファンビーム投影データに対してビュー方向の補間処理および並び替え処理を行って得られる不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置と、前記回転中心の近傍において実質的に重なるように設定される請求項１０または請求項１１に記載の画像生成装置。

【請求項13】

放射線源と、
複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器と、
前記放射線源および検出器を対象の周りに回転させるスキャンにより複数ビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集手段と、
撮像視野領域における複数の分割領域の各々について、前記複数ビューのファンビーム投影データに該分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理を行い、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データを得るデータ変換手段と、
前記分割領域別に、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データに逆投影処理を行い、該分割領域を含む画像を再構成する再構成手段と、
前記複数の分割領域の各々について再構成された該分割領域を含む画像を合成することにより、前記撮像視野領域の画像を生成する生成手段と、を備えており、
前記分割領域画像再構成用ファン−パラ変換処理は、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を含み、前記ビュー方向の補間処理は、前記複数ビューのファンビーム投影データのサイノグラム上において、ビュー方向に平行な直線を、該分割領域内の代表的な位置に対応する点が描く軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向に行う補間処理を含む、放射線断層撮影装置。

【請求項14】

コンピュータを、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の画像生成装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線投影データをファン−パラ（fan-para）変換し逆投影することにより画像を再構成する画像生成装置および放射線断層撮影装置並びにそのためのプログラム（program）に関する。

【背景技術】

【0002】

第３世代のＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置では、投影データの収集にファンビーム（fan beam）のＸ線を用いている。また、こうして収集されたファンビーム投影データ（fan beam projection data）を、パラレルビーム投影データ（parallel beam projection data）に変換してから逆投影処理を行って画像を再構成する場合がある。

【0003】

一般的に、この変換のことをファン−パラ変換といい、ファン−パラ変換を用いた画像再構成法のことをファン−パラ変換法という。ファン−パラ変換法は、主に、ＣＴ値の均一性の確保、ＭＰＲ（Multi-Plane Reconstruction）を行う際のアーチファクト（artifact）の抑制、計算処理量の軽減などを目的として行われる。

【0004】

ところで、ファン−パラ変換法では、ファン−パラ変換後の投影データに対して周波数変換であるフーリエ変換（Fourier transform）を行う。そのため、ファン−パラ変換後の投影データは、各チャネル（channel）のデータに対応する放射線パス（path）が、互いに正しく平行であり、チャネル（channel）方向に等間隔に並んでいる等間隔パラレルビーム投影データでなければならない（特許文献１，段落［０００４］等参照）。

【0005】

そこで、ファン−パラ変換では、実測されたファンビーム投影データに対して、ビュー（view）方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を行って、比較的精度の高い等間隔パラレルビーム投影データを得るようにすることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−００５７５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、補間処理を行って得られた等間隔パラレルビーム投影データは、補間処理前のデータと比較すると、真値からのエラー（error）をより多く含んでしまうため、再構成画像における空間分解能の低下につながる。特に、撮像視野領域の中心、すなわちアイソセンタ（iso-center）に対応する位置から離れるに従い、空間分解能の低下は顕著となる。

【0008】

このような事情により、ファン−パラ変換を行っても再構成画像における空間分解能の低下を抑えることができる技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の観点の発明は、
放射線源と複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器とを対象の周りに回転させるスキャン（scan）により収集された複数ビューのファンビーム投影データを受け取る手段と、
撮像視野領域における複数の分割領域の各々について、前記複数ビューのファンビーム投影データに該分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理を行って、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データを得るデータ変換手段と、
前記分割領域別に、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データに逆投影処理を行って、該分割領域を含む画像を再構成する再構成手段と、
前記複数の分割領域の各々について再構成された該分割領域を含む画像を合成することにより、前記撮像視野領域の画像を生成する生成手段と、を備えており、
前記分割領域画像再構成用ファン−パラ変換処理は、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を含み、
前記ビュー方向の補間処理は、前記複数ビューのファンビーム投影データのサイノグラム（sinogram）上において、ビュー方向に平行な直線を、該分割領域内の代表的な位置に対応する点が描く軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向に行う補間処理を含む、画像生成装置を提供する。

【0010】

第２の観点の発明は、
前記複数の分割領域が、前記撮像視野領域における中央領域と複数の周辺領域とを含む、上記第１の観点の画像生成装置を提供する。

【0011】

第３の観点の発明は、
前記中央領域が、円領域である、上記第２の観点の画像生成装置を提供する。

【0012】

第４の観点の発明は、
前記複数の周辺領域が、前記撮像視野領域における上側領域、下側領域、左側領域および右側領域を含む、上記第２の観点または第３の観点の画像生成装置を提供する。

【0013】

第５の観点の発明は、
前記分割領域内の代表的な位置が、該分割領域における中央または中央近傍の位置である、上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

【0014】

第６の観点の発明は、
前記生成手段が、前記複数の分割領域の各々について再構成された該分割領域を含む画像を、該分割領域の主要部が実質的に１００％となる重み付けにより加重加算する、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

【0015】

第７の観点の発明は、
前記ビュー方向の補間処理が、実測ビュー間の仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理を含んでおり、
該処理が、前記サイノグラム上において、前記代表的な位置に対応する点が描く軌跡または該軌跡に近似する曲線とチャネル方向において平行であり前記チャネルを通る曲線上の仮想的なチャネルのデータを、前記仮想的なビューに近接する複数の実測ビューにおけるチャネルのデータの補間処理により複数求め、該求められた複数のデータの補間処理により、前記仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理である上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

【0016】

第８の観点の発明は、
前記ビュー方向の補間処理が、実測ビュー間の仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理を含んでおり、
該処理が、前記サイノグラム上において、前記代表的な位置に対応する点が描く軌跡または該軌跡に近似する曲線における前記仮想的なビューに対応する位置での接線に平行であり前記チャネルを通る直線上の仮想的なチャネルのデータを、前記仮想的なビューに近接する複数の実測ビューにおけるチャネルのデータの補間処理により複数求め、該求められた複数のデータの補間処理により、前記仮想的なビューにおけるチャネルのデータを求める処理である上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

【0017】

第９の観点の発明は、
前記軌跡に近似する曲線が、三角関数で表される曲線である上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

【0018】

第１０の観点の発明は、
前記チャネル方向の補間処理が、前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記検出素子のチャネル方向の配列間隔を、前記放射線源および検出器の回転中心を基準にしたときの前記検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい処理である上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

【0019】

第１１の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の間隔が、前記基準間隔のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）である上記第１０の観点の画像生成装置を提供する。

【0020】

第１２の観点の発明は、
前記等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置が、前記ファンビーム投影データに対してビュー方向の補間処理および並び替え処理を行って得られる不等間隔パラレルビーム投影データのチャネル方向の位置と、前記回転中心の近傍において実質的に重なるように設定される上記第１０の観点または第１１の観点の画像生成装置を提供する。

【0021】

第１３の観点の発明は、
放射線源と、
複数の検出素子がチャネル方向に配列された検出器と、
前記放射線源および検出器を対象の周りに回転させるスキャンにより複数ビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集手段と、
撮像視野領域における複数の分割領域の各々について、前記複数ビューのファンビーム投影データに該分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理を行い、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データを得るデータ変換手段と、
前記分割領域別に、該分割領域画像再構成用の複数ビューの等間隔パラレルビーム投影データに逆投影処理を行い、該分割領域を含む画像を再構成する再構成手段と、
前記複数の分割領域の各々について再構成された該分割領域を含む画像を合成することにより、前記撮像視野領域の画像を生成する生成手段と、を備えており、
前記分割領域画像再構成用ファン−パラ変換処理が、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を含み、前記ビュー方向の補間処理は、前記複数ビューのファンビーム投影データのサイノグラム上において、ビュー方向に平行な直線を、該分割領域内の代表的な位置に対応する点が描く軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向に行う補間処理を含む、放射線断層撮影装置を提供する。

【0022】

第１４の観点の発明は、
コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第１２の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置として機能させるためのプログラムを提供する。

【発明の効果】

【0023】

上記観点の発明によれば、撮像視野領域を複数の領域に分割し、複数の分割領域の各々について、投影データに対するその分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理および画像再構成処理を行い、得られた複数の再構成画像を合成して撮像視野領域の画像を生成することとし、その分割領域画像再構成用のファン−パラ変換において、ファンビーム投影データをビュー方向に補間する際に、サイノグラム上において、ビュー方向に平行な直線を、分割領域内における代表的な位置に対応する点が描く軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向にて行うので、各代表的な位置に近い領域の画像を再構成する上で、位置矛盾、すなわち上記補間により得られた投影データのプロファイル（profile）がチャネル方向にブロード（broad）になるのを抑え、誤差の少ないより適正な補間を行うことができ、ファン−パラ変換を行っても撮像視野領域の画像における空間分解能の低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】Ｘ線ＣＴ装置における画像生成処理に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。

【図3】データ収集時のジオメトリを示す図である。

【図4】ファン−パラ変換時のジオメトリを示す図である。

【図5】従来法によるビュー方向の補間処理による位置矛盾の発生原理を説明するための図である。

【図6】サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の第１の方法を説明するための図である。

【図7】サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の第２の方法を説明するための図である。

【図8】撮像視野領域ＳＦＯＶにおける領域分割の一例と、それぞれの分割領域における代表的な位置にあると想定されたオブジェクトのサイノグラム軌跡とを示す図である。

【図9】パラレルビーム投影データの従来法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。

【図10】一般法による再構成画像におけるアイソセンタからの距離に応じた空間分解能の変化を表すグラフであり、シミュレーションにより求めたものである。

【図11】パラレルビーム投影データの本法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。

【図12】本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャートである。

【図13】一般法による画像と本法による画像との第１の比較例を示す図である。

【図14】一般法による画像と本法による画像との第２の比較例を示す図である。

【図15】本法により生成された撮像視野領域全体を表す画像のサンプルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

【0026】

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

【0027】

Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを備えている。

【0028】

操作コンソール１は、操作者からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体４０の撮影を行うための各部の制御や画像を生成するためのデータ処理などを行う中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラムやデータなどを記憶する記憶装置７とを備えている。

【0029】

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の空洞部Ｂに搬送するクレードル（cradle）１２を備えている。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な水平方向をｘ方向とする。

【0030】

走査ガントリ２０は、回転可能に支持された回転部１５を備えている。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をファンビーム或いはコーンビーム（cone beam）に整形するアパーチャ（aperture）２３と、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力信号をデータとして収集するＤＡＳ２５と、Ｘ線コントローラ２２，アパーチャ２３の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載されている。走査ガントリ２０の本体は、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を備えている。回転部１５と走査ガントリ２０の本体とは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。

【0031】

Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、被検体４０が載置される撮影空間、すなわち走査ガントリ２０の空洞部Ｂを挟んで互いに対向して配置されている。回転部１５が回転すると、Ｘ線管２１およびＸ線検出器２４は、その位置関係を維持したまま、被検体４０の周りを回転する。Ｘ線管２１から放射されアパーチャ２３で整形されたファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１は、被検体４０を透過し、Ｘ線検出器２４の検出面に照射される。

【0032】

なおここでは、このファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１のｘｙ平面における広がり方向をチャネル方向（ＣＨ方向）、ｚ方向における広がり方向もしくはｚ方向そのものをスライス（slice）方向（ＳＬ方向）、ｘｙ平面において回転部１５の回転中心に向かう方向をアイソセンタ方向（Ｉ方向）で表すことにする。

【0033】

Ｘ線検出器２４は、チャネル方向およびスライス方向に配設された複数の検出素子２４ｉにより構成されている。なお、検出素子のチャネル方向の数は、例えば６０°の角度範囲において９００個程度、その配列間隔は、例えば１ｍｍ程度である。

【0034】

図２は、Ｘ線ＣＴ装置における画像生成処理に係る部分の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、投影データ収集部３１と、撮像視野領域分割部３２と、領域別ファン−パラ変換部３３と、領域別画像再構成部３４と、画像合成部３５と、表示制御部３６とを備えている。なお、これら各部は、中央処理装置３が記憶装置７に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより機能的に実現される。

【0035】

以下、これら各部の機能をより詳しく説明する。

【0036】

図３は、投影データ収集時のジオメトリを示す図である。

【0037】

投影データ収集部３１は、撮影テーブル１０および走査ガントリ２０を制御してスキャンを実行し、複数ビューのファンビーム投影データを収集する。ファンビーム投影データは、各チャネルのデータに対応するＸ線パスがファンビーム状に、すなわちＸ線焦点から放射状に所定の角度範囲で広がった投影データである。

【0038】

本例では、図３に示すように、上記スキャンを、１ビューに対応する回転角度が、検出素子のチャネル方向の配列間隔に対応する回転角度分Δαと実質的に等しくなるように、１回転分の回転角度に対して所定数のビューを均等に割り当てて行うものとする。また、本例では、１回転分の回転角度に対して割り当てる、実データの収集を行うビューの数は、例えば、１０００ビュー程度とする。

【0039】

撮像視野領域分割部３２は、撮像視野領域ＳＦＯＶ（SFOV；Scan Field Of View）を複数の領域に分割する。撮像視野領域ＳＦＯＶは、Ｘ線間２１およびＸ線検出器２４との幾何学的位置関係により規定される撮像可能な円領域である。撮像視野領域ＳＦＯＶにおける複数の分割領域の各々は、後述する特徴的なファン−パラ変換処理により画質向上が図られる領域の単位となる。

【0040】

領域別ファン−パラ変換部３３は、撮像視野領域ＳＦＯＶにける複数の分割領域の各々について、収集された複数ビューのファンビーム投影データに対してその分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理を行い、その分割領域画像再構成用の等間隔パラレルビーム投影データを得る。分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理は、その分割領域の画像再構成に適したファン−パラ変換処理であり、その分割領域の再構成画像における画質の向上が図られる特徴的な変換処理である。当該処理については後ほど詳述する。

【0041】

領域別画像再構成部３４は、撮像視野領域ＳＦＯＶにおける分割領域別に、その分割領域画像再構成用の等間隔パラレル投影データに対して、逆投影処理を行うことにより、その分割領域を含む画像を再構成する。逆投影処理としては、例えば、フィルタ逆投影処理（filtered back-projection process）、コンボリューション逆投影処理（convolution back-projection process）などを用いることができる。フィルタ逆投影処理は、投影データのフーリエ変換に周波数空間で再構成関数（フィルタ関数）を乗算し、逆フーリエ変換して画像を再構成する処理である。また、コンボリューション逆投影処理は、再構成関数の逆フーリエ変換を求め、これを実空間上で投影データに重畳すなわちコンボリューションして逆投影することにより、画像を再構成する処理である。

【0042】

画像合成部３５は、複数の分割領域別の各々ついて再構成されたその分割領域を含む画像を合成して、画像領域全体の画質が改善された撮像視野領域ＳＦＯＶの画像を生成する。

【0043】

表示制御部３６は、画像合成により生成された撮像視野領域ＳＦＯＶの画像等を画面に表示するようモニタ６を制御する。

【0044】

ここで、本実施形態によるファン−パラ変換の考え方および処理について説明する。

【0045】

図４は、ファン−パラ変換時のジオメトリ（geometry）を示しており、左側がファンビームのジオメトリ、右側がパラレルビームのジオメトリである。

【0046】

ファン−パラ変換処理は、データ収集部３１により収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を行い、複数のビュー方向について等間隔パラレルビーム投影データを得る処理である。

【0047】

まず、ビュー方向の補間処理について説明する。ビュー方向の補間処理は、後述の並び替え処理を行ったときに、各チャネルのデータのＸ線パス（path）が、互いに平行となるパラレル投影データが得られるようにするための処理である。

【0048】

図５は、回転部１５の回転中心であるアイソセンタＩＳＯから離れた位置にあるオブジェクトＪのサイノグラムＳＧを示す図である。サイノグラムとは、スキャン時に収集された各ビュー（投影角度位置）におけるＸ線検出器からの出力プロファイル（profile）を示したものであり、Ｘ線検出器２４の各チャネルの出力データを輝度表示とし、時系列で表したものである。サイノグラムは、通常、横軸にチャネル（番号）、縦軸にビュー（番号）を取る。なお、この例では、オブジェクト（object）Ｊとして、微小球体を想定している。

【0049】

図５左図のように、オブジェクトＪがアイソセンタＩＳＯの上側（＋ｙ方向）に位置しており、Ｘ線管２１をＤ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの各位置を順番に通るように１回転させてスキャンした場合、図５右図のようなサイノグラムＳＧが得られる。このサイノグラムＳＧ上には、オブジェクトＪに対応する点（信号）の軌跡ＫＪがＳ字状に描かれる。この時、Ｘ線管２１がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各位置の近傍にあるときのＸ線検出器２４の出力プロファイルを、それぞれ３ビュー分ずつ、その軌跡に重ねて示す。ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤは、それぞれ、位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する３ビュー分の出力プロファイルである。ここで、Ｘ線管２１が位置Ａおよび位置Ｃの近傍にある場合、サイノグラムＳＧ上のオブジェクトＪに対応する位置は、Ｘ線検出器２４上でチャネル番号が最小または最大となるチャネルの変曲点に位置する。そのため、この位置での軌跡ＫＪに沿った方向は、それぞれ、ＤＡ，ＤＣで示すように、ビュー方向にほぼ平行になり、すなわちチャネル方向にほぼ直交し、その３ビュー分のプロファイルは、チャネル方向においてほぼ重なる。一方、Ｘ線管２１が位置Ｂおよび位置Ｄの近傍にある場合、サイノグラムＳＧ上のオブジェクトＪに対応する位置は、Ｘ線検出器２４の中心あたりに位置するが、チャネル番号が最小または最大となるチャネルからその反対側へ移動する過程である。そのため、この位置での軌跡ＫＪに沿った方向は、それぞれ、ＤＢ，ＤＤで示すように、ビュー方向から大きく傾いており、その３ビュー分のプロファイルは、チャネル方向における位置として、比較的大きなずれが生じる。このような場合、従来のようにビュー方向に同じチャネル番号のデータ同士で補間処理を行うと、補間処理後のデータは、チャネル方向における位置矛盾が比較的大きいプロファイルをそのまま使って求めることになる。そのため、補間処理後のデータは、ブロード（broad）なプロファイルとなり、結果として空間分解能を失うこととなる。

【0050】

そこで、本実施形態では、ビュー方向の補間処理を行う際に、補間処理後のデータが、上記のようなチャネル方向にブロードなプロファイルとならないよう、補間処理を行う方向を調整する。すなわち、撮像視野領域ＳＦＯＶにおいて所定の位置を想定し、その所定の位置に置かれた微小球体のオブジェクトをスキャンしたときのサイノグラムを求める。さらに、このサイノグラム上において、上記オブジェクトに対応する点（プロファイル）がビュー方向に描く軌跡を求める。そして、上記の所定の位置付近の領域の画像再構成に用いる各ビューのファンビーム投影データに対して、上記の軌跡に沿った方向にてビュー方向の補間処理を行う。なお、ここでは、撮像視野領域ＳＦＯＶ内のオブジェクトをスキャンしたときのサイノグラム上において、このオブジェクトに対応する点が描く軌跡のことを、サイノグラム軌跡と呼ぶことにする。

【0051】

ちなみに、従来は、ＤＡＳ２５のサンプリング（sampling）数を増やしてガントリ１回転当たりのビュー数を増大させると、撮像視野領域ＳＦＯＶの周辺部で空間分解能が改善するため、その周辺部でビュー密度が不足しているとの認識が強かった。しかし、その認識は、実は誤解である。実際には、ガントリ１回転当たりのビュー数を増大させると、ビュー同士の間の距離が小さくなる。すると、ビュー方向の補間処理を行う際に、ファンビーム投影データのプロファイルがチャネル方向にブロードになるといった位置矛盾が小さくなる。その結果、撮像視野領域ＳＦＯＶの周辺部で空間分解能が改善されていたのである。つまり、ガントリ１回転当たりのビュー数を増大させなくても、ビュー方向の補間処理を、正しい方向、すなわちサイノグラム軌跡に沿った方向にて行うことにより、空間分解能の改善を行うことができるのである。

【0052】

ここで、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の方法の例として、２つの方法を説明する。

【0053】

まず、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の第１の方法について説明する。図６は、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の第１の方法を説明するための図である。

【0054】

図６に示すように、サイノグラムＳＧには、実測された第１のビューＶ１のファンビーム投影データと、実測された第２のビューＶ２のファンビーム投影データとが含まれている。第１のビューＶ１と第２のビューＶ２とは、ビュー方向において隣り同士である。

【0055】

今、第１のビューＶ１と第２ビューＶ２との間に仮想的な第３のビューＶ３を想定し、この第３のビューＶ３のファンビーム投影データを、実測された第１のビューＶ１および第２のビューＶ２のファンビーム投影データの補間処理により求めることを考える。なお、図６のサイノグラムＳＧにおいて、黒丸は実測されたチャネルのデータ、白丸は仮想的なチャネルのデータをそれぞれ示している。

【0056】

まず、第３のビューＶ３のファンビーム投影データのチャネルＣｉに注目する。サイノグラムＳＧ上において、撮像視野領域ＳＦＯＶにおける所定の位置に対応する点のサイノグラム軌跡ＫＪを特定する。

【0057】

次に、サイノグラム軌跡ＫＪとチャネル方向において平行であり、チャネルＣｉを通る曲線Ｍｉを想定する。曲線Ｍｉ上の仮想的なチャネルのデータを、第３のビューＶ３に近接する複数の実測ビューにおけるチャネルのデータの補間処理により求める。本例では、第１のビューＶ１におけるチャネルＣａ，Ｃｂのデータを用いた補間処理により、第１のビューＶ１における曲線Ｍｉ上の仮想的なチャネルＣｃのデータを求める。また、第２のビューＶ２におけるチャネルＣｄ，Ｃｅのデータを用いた補間処理により、第２のビューＶ２における曲線Ｍｉ上の仮想的なチャネルＣｆのデータを求める。

【0058】

そして、先に求められた曲線Ｍｉ上の仮想的なチャネルのデータを用いた補間処理により、仮想的な第３のビューＶ３のチャネルＣｉのデータを求める。本例では、第１のビューＶ１のチャネルＣｃのデータと、第２のビューＶ２のチャネルＣｆのデータとの補間処理により、第３のビューＶ３のチャネルＣｉのデータを求める。

【0059】

次に、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の第２の方法について説明する。図７は、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理の第２の方法を説明するための図である。

【0060】

図７に示すように、サイノグラムＳＧには、実測された第１のビューＶ１のファンビーム投影データと、実測された第２のビューＶ２のファンビーム投影データとが含まれている。第１のビューＶ１と第２のビューＶ２とは、ビュー方向において隣り同士である。

【0061】

第１の方法と同様、第１のビューＶ１と第２ビューＶ２との間に仮想的な第３のビューＶ３を想定し、この第３のビューＶ３のファンビーム投影データを、実測された第１のビューＶ１および第２のビューＶ２のファンビーム投影データの補間処理により求めることを考える。なお、図７のサイノグラムＳＧにおいて、黒丸は実測されたチャネルのデータ、白丸は仮想的なチャネルのデータをそれぞれ示している。

【0062】

まず、第３のビューＶ３のファンビーム投影データのチャネルＣｉに注目する。サイノグラムＳＧ上において、撮像視野領域ＳＦＯＶにおける所定の位置に対応する点のサイノグラム軌跡ＫＪを特定する。特定されたサイノグラム軌跡ＫＪにおける第３のビューＶ３に対応する位置Ｋを特定する。

【0063】

次に、サイノグラム軌跡ＫＪ上の位置Ｋにおいて、その接線に平行であり、チャネルＣｉを通る直線Ｌｉを想定する。直線Ｌｉ上の仮想的なチャネルのデータを、第３のビューＶ３に近接する複数の実測ビューにおけるチャネルのデータの補間処理により求める。本例では、第１のビューＶ１におけるチャネルＣａ，Ｃｂのデータを用いた補間処理により、第１のビューＶ１における直線Ｌｉ上の仮想的なチャネルＣｃ′のデータを求める。また、第２のビューＶ２におけるチャネルＣｄ，Ｃｅのデータを用いた補間処理により、第２のビューＶ２における直線Ｌｉ上の仮想的なチャネルＣｆ′のデータを求める。

【0064】

そして、先に求められた直線Ｌｉ上の仮想的なチャネルのデータを用いた補間処理により、仮想的な第３のビューＶ３のチャネルＣｉのデータを求める。本例では、第１のビューＶ１のチャネルＣｃ′のデータと、第２のビューＶ２のチャネルＣｆ′のデータとの補間処理により、第３のビューＶ３のチャネルＣｉのデータを求める。

【0065】

なお、ここでの補間処理は、例えば、線形補間（一次補間）を考えることができる。ただし、仮想的なチャネルのデータを３つ以上求めて、それらを用いた多次補間により、仮想的な第３のビューＶ３のチャネルＣｉのデータを求めるようにしてもよい。多次補間としては、例えば、スプライン（spline）補間、ラグランジェ（Lagrange）補間、ニュートン（Newton）補間、バイリニア（bi-linear）補間などが挙げられる。

【0066】

また、サイノグラム軌跡は、ｓｉｎθあるいはｃｏｓθなどの三角関数で表される曲線に近似していることから、サイノグラム軌跡ＫＪの代わりに、これに近似する三角関数の曲線を求めて用いるようにしてもよい。

【0067】

このようなサイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理を、仮想的な第３のビューＶ３における各チャネルＣｉについて行うことにより、第３のビューＶ３におけるファンビーム投影データ全体を求める。また、第３のビューＶ３におけるファンビーム投影データを求める処理と同様の処理を、補間が必要な各仮想的なビューについて行うことにより、複数ビューのファンビーム投影データ全体に対して、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理を行う。

【0068】

なお、本例では、仮想的なビューのデータを、この仮想的なビューに近接する２つの実測ビューのデータの補間処理により求めているが、もちろん、この仮想的なビューに近接する３つ以上の実測ビューのデータの補間処理により求めてもよい。ただし、この場合にも、上記の曲線Ｍｉまたは直線Ｌｉ上の仮想的なチャネルのデータを求めてから、さらにこれらの補間処理を行うようにする。

【0069】

ところで、サイノグラム軌跡は、そのオブジェクトの位置によってそれぞれ異なることは明らかである。したがって、ビュー方向の補間処理をサイノグラム軌跡に沿った方向にて行うことにより、撮像視野領域ＳＦＯＶの再構成画像における空間分解能を全体的に改善しようとする場合には、局所領域ごとに、その局所領域の画像再構成に用いるファンビーム投影データのビュー方向の補間処理を、その局所領域に位置するオブジェクトのサイノグラム軌跡に沿った方向にて行う必要がある。そうでないと、ファンビーム投影データの矛盾はかえって大きくなり、再構成画像の画質が劣化する。

【0070】

そこで、本実施形態では、撮像視野領域ＳＦＯＶを複数の領域に分割し、その分割領域ごとに、その分割領域の画像再構成に用いるファンビーム投影データのビュー方向の補間処理を、その分割領域内の代表的な位置にあると想定されたオブジェクトのサイノグラム軌跡に沿った方向にて行うようにする。分割領域内の代表的な位置は、例えば、分割領域における中央または中央近傍の位置である。

【0071】

なお、この特徴的なビュー方向の補間処理による再構成画像全体の画質向上効果は、撮像視野領域ＳＦＯＶの分割領域の数が多いほど大きくなる。特に、撮像視野領域ＳＦＯＶを、再構成画像を構成する各画素領域単位で分割する場合に、画質向上効果は最大となる。しかし、分割領域の数を増やすと、その分、計算量が増大し処理時間が長くなる。そのため、実際には、分割領域の数は、期待する画質向上効果の大きさと、許容できる処理時間（待ち時間）もしくは許容できる中央処理装置３への負荷の大きさとのバランスにより決定される。現時点においては、実施環境を考慮すると、再構成画像のサイズを１２８×１２８画素とした場合に、例えば、分割領域の数は２〜１０程度が適当であると考えられる。

【0072】

また、この特徴的なビュー方向の補間処理による画質向上の効果は、対象となる分割領域内の代表的な位置を中心として半径方向に徐々に弱くなっていくと考えられる。さらには、撮像視野領域ＳＦＯＶにおいて関心が持たれる領域は、撮像視野領域ＳＦＯＶの中央領域であることが多い。

【0073】

そこで、撮像視野領域ＳＦＯＶの領域分割の方法としては、例えば、撮像視野領域ＳＦＯＶをその中央領域と複数の周辺領域とに分割する方法が考えられる。より具体的には、例えば、撮像視野領域ＳＦＯＶを、その中央領域である円領域と、撮像視野領域ＳＦＯＶからその円領域を除いた領域を撮像視野領域ＳＦＯＶの中心から放射状に伸びる直線で等分した２〜８つの領域とに分割する方法が考えられる。

【0074】

図８は、撮像視野領域ＳＦＯＶにおける領域分割の一例と、それぞれの分割領域における代表的な位置にあると想定されたオブジェクトのサイノグラム軌跡とを示す図である。

【0075】

本実施形態では、上述の観点から、図８に示すように、撮像視野領域ＳＦＯＶを、５つの領域、すなわち、上側領域である第１の領域Ｒ１と、下側領域である第２の領域Ｒ２と、左側領域である第３の領域Ｒ３と、右側領域である第４の領域Ｒ４と、中央領域である第５の領域Ｒ５とに分割する。

【0076】

そして、図８に示すように、第１の領域Ｒ１の画像再構成に用いるファンビーム投影データのビュー方向の補間処理は、第１の領域Ｒ１内の代表的な位置にあると想定された第１のオブジェクトＪ１のサイノグラム軌跡ＫＪ１に沿った方向にて行う。この場合、第１の領域Ｒ１から離れた領域では、正しい補間処理にはならない。しかし、第１の領域Ｒ１から離れた領域では、第２の領域Ｒ２〜第５の領域Ｒ５での正しいビュー方向の補間処理および画像再構成によりフォローされる。

【0077】

また、第２の領域Ｒ２の画像再構成に用いるファンビーム投影データのビュー方向の補間処理は、第２の領域Ｒ２内の代表的な位置にあると想定された第２のオブジェクトＪ２のサイノグラム軌跡ＫＪ２に沿った方向にて行う。この場合、第２の領域Ｒ２から離れた領域では、正しい補間処理にはならない。しかし、第２の領域Ｒ２から離れた領域では、第１の領域Ｒ１，第３の領域Ｒ３〜第５の領域Ｒ５での正しいビュー方向の補間処理および画像再構成によりフォロー（follow）される。

【0078】

第３の領域Ｒ３〜第５の領域Ｒ５についても同様に、ビュー方向の補完処理を、それぞれの領域内の代表的な位置にあると想定されるオブジェクトのサイノグラム軌跡に沿った方向にて行う。すなわち、第３の領域Ｒ３については、第３のオブジェクトＪ３のサイノグラム軌跡ＫＪ３を用い、第４の領域Ｒ４については、第４のオブジェクトＪ４のサイノグラム軌跡ＫＪ４を用い、第５の領域Ｒ５については、第５のオブジェクトＪ５のサイノグラム軌跡ＫＪ５を用いて、ビュー方向の補間処理が行われる。それぞれの領域での正しいビュー方向の補完処理ではカバー（cover）できない領域については、他の領域での正しいビュー方向の補間処理によりフォローされる。

【0079】

なお、第５の領域Ｒ５は、撮像視野領域ＳＦＯＶの中央に位置する領域なので、代表的な位置が撮像視野領域ＳＦＯＶの中心、すなわちアイソセンタＩＳＯに対応する位置となる。そのため、サイノグラム軌跡ＫＪ５は、チャネル方向の中央に位置しビュー方向に伸びる直線状の軌跡となり、この場合のビュー方向の補間処理だけ従来法と変わらない。

【0080】

次に、並べ替え処理について説明する。並び替え処理は、第１の領域Ｒ１〜第５の領域Ｒ５の領域ごとに行われる。並び替え処理は、サイノグラム軌跡に沿った方向でのビュー方向の補間処理によって得られた複数ビューのファンビーム投影データ（実測データを含む）を、各チャネルのデータごとにばらして並べ替えることにより、複数のビュー方向について、Ｘ線パスが平行なパラレルビーム投影データを得る処理である。

【0081】

図４に示すジオメトリから分かるように、並び替え処理後に得られるパラレルビーム投影データでは、各チャネルのデータに対応するＸ線パスのアイソセンタＩＳＯからの距離Ｄαは、Ｄα＝Ｆｉ×ｓｉｎ（α）で表される。ここで、ＦｉはＸ線焦点とアイソセンタＩＳＯとの距離、αはある検出素子２４ｉの回転角度である。つまり、この並び替え処理後に得られるパラレルビーム投影データは、各チャネルのデータに対応するＸ線パスがチャネル方向に不等間隔に並んだ不等間隔パラレルビーム投影データである。

【0082】

投影データ収集部３１により実行されるスキャンは、上述の通り、１ビューに対応する回転角度が、検出素子２４ｉのチャネル方向の配列間隔に対応する回転角度分Δαと実質的に等しくなるように、１回転分の回転角度に対して所定数のビューを均等に割り当てて行うものとしている。そのため、不等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスのチャネル方向の間隔は、アイソセンタＩＳＯ近傍において、Ｘ線検出器２４における検出素子２４ｉのチャネル方向の配列間隔を、アイソセンタＩＳＯを基準としたときの検出面での投影拡大率（Ｘ線拡大率ともいう）で除して成る間隔Δｄになる。すなわち、この間隔Δｄは、図３に示すように、Ｘ線焦点２１ｆからアイソセンタＩＳＯ近傍を通ってある１つの検出素子２４ｉの中心までを結ぶ直線と、Ｘ線焦点２１ｆからこの検出素子２４ｉに隣接する検出素子２４ｉの中心までを結ぶ直線とを想定したとき、アイソセンタＩＳＯ近傍でのこの２直線間の距離に相当するものである。再構成画像における空間分解能は、幾何学的にみると、この間隔Δｄよりも高めることができず、この間隔Δｄは、再構成画像における空間分解能を最も高める限界条件と考えられている。ここでは、この間隔Δｄを「基準間隔」と呼ぶことにする。なお、検出素子のチャネル方向の配列間隔が１ｍｍ程度である場合、基準間隔Δｄは、例えば０．５ｍｍ程度である。

【0083】

次に、チャネル方向の補間処理について説明する。チャネル方向の補間処理は、第１の領域Ｒ１〜第５のＲ５の領域ごとに行われる。チャネル方向の補間処理は、ビュー方向の補間処理、および並び替え処理によって得られた不等間隔パラレルビーム投影データに対して補間処理を行い、各データに対応するＸ線パスが平行かつチャネル方向に等間隔に並んだ等間隔パラレルビーム投影データを得る処理である。なお、このチャネル方向の補間処理においては、等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスの位置は、不等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスと、アイソセンタ近傍において実質的に重なるように設定する。

【0084】

ここで、チャネル方向の補間処理について、一般的な方法と本実施形態による方法とを比較して説明する。

【0085】

図９は、一般的な方法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。図９の上側の矢印群（non-normalized Fan Data）は、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。また、図９の下側の矢印群（normalized Fan Data）は、一般的な方法による補間処理後の等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。

【0086】

一般的な方法では、図９に示すように、等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔は、基準間隔Δｄと実質的に同じになるように設定する。つまり、得ようとする等間隔パラレルビーム投影データＰ２のＸ線パスの間隔すなわちチャネル方向のサンプリング間隔の設定は、再構成画像における空間分解能を最も高くできるとされる上限に既に達しており、これ以上細かくサンプリングしても、計算処理量が増えるだけで、空間分解能の向上に寄与しないと考えられている設定が成される。

【0087】

不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスの間隔と、等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスの間隔との差は、実際には微小である。しかし、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスと、等間隔パラレルビーム投影データＰ２におけるＸ線パスとの位置関係は、アイソセンタＩＳＯ近傍ではずれがなく、アイソセンタＩＳＯから離れるにつれ微小なずれが生じ始める。そして、アイソセンタＩＳＯからの距離が大きくなるに連れて、その微小なずれが積み重なって徐々に大きくなり、ある位置で極大点をとる。この極大点の周辺では、空間分解能を維持するのに必要な情報が失われる。この極大点を過ぎると、Ｘ線パスの位置的なずれは徐々に小さくなり、ある位置ではずれがなくなり、Ｘ線パス同士が一致する。その後、また徐々にずれが大きくなり、再び極大点をとる。

【0088】

このように、空間分解能、例えばその指標であるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）は、アイソセンタＩＳＯからの距離に応じて周期性を伴って低下していく。

【0089】

図１０は、一般的な方法による再構成画像におけるアイソセンタＩＳＯからの距離に応じた空間分解能の変化を表すグラフ（graph）であり、シミュレーション（simulation）によって得られたものである。左側のグラフは、ＭＴＦ値が５０％になるときの１ｃｍ当たりのラインペア（line pair）数を画像上の各位置で求め、それらをプロット（plot）したものである。また、右側のグラフは、ＭＴＦ値が１０％になるときの１ｃｍ当たりのラインペア数を画像上の各位置で求め、それらをプロットしたものである。いずれのグラフにも、参考のために、ファンビーム投影データを基にした再構成画像における空間分解能の変化曲線を入れてある。これらのグラフにおいても、一般的な方法による再構成画像においては、空間分解能がアイソセンタＩＳＯからの距離に応じて周期性を伴って低下していく様子が観測される。

【0090】

一般的な方法の場合、不等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスと、等間隔パラレルビーム投影データにおけるＸ線パスとの位置的なずれ量が部分的に大きくなり、その周辺で空間分解能が低下してしまう。

【0091】

図１１は、本実施形態の方法によるチャネル方向の補間処理を説明するための図である。図１１の上側の矢印群は、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。また、図１１の下側の矢印群は、本実施形態の方法による補間処理後の等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスを簡略化して表したものである。

【0092】

本実施形態の方法では、図１１に示すように、等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔は、基準間隔Δｄより小さく設定し、さらには、基準間隔Δｄの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）と実質的に同じになるように設定する。

【0093】

一見すると、このようにしても、空間分解能の向上には寄与しないと思われるかもしれない。しかし、実は、このように、等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔を、基準間隔Δｄよりも小さくすると、確度の高い補間前のデータすなわち不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるデータそのものまたはこれに近い補間後のデータが逆投影処理に用いられる機会を増大させることができ、再構成画像における空間分解能の低下を抑えることが可能となる。

【0094】

また、さらには、等間隔パラレルビーム投影データＰ３におけるＸ線パスのチャネル方向の間隔を、基準間隔Δｄの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）とすることで、等間隔パラレルビーム投影データＰ３の中に、不等間隔パラレルビーム投影データＰ１におけるデータそのもの、またはこれに近いデータを、より多く含めることができ、再構成画像における空間分解能の低下をより抑えることが可能となる。

【0095】

なお、上記の整数Ｎが大きいほど、空間分解能低下の抑制効果は大きくなるが、その効果は徐々に頭打ちになる一方、計算処理量は増大し続ける。そのため、効果と計算量とのバランス（balance）を考慮すると、現時点における設定としては、例えばＮ＝２〜４程度が望ましい。

【0096】

また、上記の補間処理としては、例えば、線形補間（一次補間）のほか、スプライン（spline）補間、ラグランジェ（Lagrange）補間、ニュートン（Newton）補間、バイリニア（bi-linear）補間などの多次補間を用いることができる。

【0097】

上記の補間処理として多次補間を用いる場合には、補間処理の次数を、この補間処理により得ようとするデータに対応するＸ線パスのアイソセンタＩＳＯからの距離に応じて変えるようにしてもよい。例えば、この距離が小さいときは、補間処理の次数を小さくし、この距離が大きくなるほど、補間処理の次数を大きくしていくようにしてもよい。このようにすれば、再構成画像におけるアイソセンタＩＳＯに対応する中心からの半径方向での空間分解能の高低傾向により適した補間処理を適用することができ、空間分解能の低下をさらに抑制することが期待できる。

【0098】

また、補間処理に用いる元のデータに対する重み付けを、この補間処理により得ようとするデータに対応するＸ線パスと、この補間処理に用いる元のデータに対応するＸ線パスとの距離に応じて変えるようにしてもよい。つまり、重み付けに非線形性を与えるようにしてもよい。例えば、この距離が小さいときは、重みを大きくし、この距離が大きくなるほど、重みを小さくしていくようにしてもよい。このようにすれば、補間後のデータに対応するＸ線パスが、その補間処理に用いる元のデータに対応するＸ線パスに十分近いと判断できるときに、その元のデータに対する重み付けを線形補間の場合よりもより大きくして、実データにより近いデータを得ることができ、空間分解能の低下をさらに抑制することが期待できる。

【0099】

なお、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理は、アルゴリズム（algorithm）上において、それぞれ分けて段階的に行ってもよいし、一つの処理にまとめて行ってもよい。

【0100】

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを説明する。

【0101】

図１２は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャート（flowchart）である。

【0102】

ステップ（step）Ｓ１では、データ収集部３１が、被検体４０に対するスキャンを実行して、複数ビューのファンビーム投影データを収集する。このとき、例えば、実データの収集を行う各ビューを、検出素子２４ｉの配列間隔分に相当する回転角度幅ごとに割り当てる。なお、これに相当するビュー数のファンビーム投影データを、実データによるビュー方向の補間を含めて生成する場合には、実データの収集を行うビューを、スキャン１回転分の回転角度に対して少なくとも１０００以上割り当てるようにする。

【0103】

ステップＳ２では、撮像視野領域分割部３２が、撮像視野領域ＳＦＯＶを上記第１の領域Ｒ１〜第５の領域Ｒ５に分割する。

【0104】

ステップＳ３では、領域別ファン−パラ変換部３３が、第１〜第５の領域Ｒ１〜Ｒ５の領域ごとに、ステップＳ１にて収集された複数ビューのファンビーム投影データに対して、その領域の再構成画像における画質向上に適したファン−パラ変換を行い、等間隔パラレルビーム投影データを得る。ファン−パラ変換では、ビュー方向の補間処理、並び替え処理、およびチャネル方向の補間処理を行う。このとき、ビュー方向の補間処理は、関心領域の中心点のサイノグラム軌跡に沿った方向にて行う。また、チャネル方向の補間処理は、Ｘ線パスのチャネル方向の間隔が、基準間隔Δｄの１／Ｎ（Ｎは例えば２〜４の整数）となるように行う。

【0105】

ステップＳ４では、領域別画像再構成部３４が、第１〜第５の領域Ｒ１〜Ｒ５の領域ごとに、ステップＳ３にて得られた等間隔パラレルビーム投影データに対して逆投影処理を行う。これにより、第１の領域Ｒ１の画質が最適化された第１の画像Ｇ１〜第５の領域Ｒ５の画質が最適化された第５の画像Ｇ５である５つの画像が再構成される。

【0106】

なお、ステップＳ３およびＳ４に関し、本例では、第１〜第５の領域Ｒ１〜Ｒ５の領域ごとにファン−パラ変換を行った後、第１〜第５の領域Ｒ１〜Ｒ５の領域ごとに画像再構成を行っているが、第１〜第５の領域Ｒ１〜Ｒ５の領域ごとに、ファン−パラ変換および画像再構成を行うようにしてもよい。

【0107】

ステップＳ５では、画像合成部３５が、第１の画像Ｇ１〜第５の画像Ｇ５を加重加算して合成することにより、撮像視野領域全体の画質が最適化された画像ＧＡを生成する。この際、第１の画像Ｇ１の加重加算における重み付け、すなわち合成比率は、第１の領域Ｒ１の主要部が実質的に１００％となるようにする。そして、第１の領域Ｒ１の境界をまたぐ境界付近の領域においては、その重み付けが第１の領域Ｒ１の内側から外側に向かって１００％から０％へ徐々に減少するよう調整する。第２の画像Ｇ２〜第５の画像Ｇ５においても同様である。これにより、撮像視野領域の画像ＧＡを、第１の領域から第５の領域の境界において違和感のない自然な画像にすることができる。

【0108】

ステップＳ６では、表示制御部３６が、ステップＳ５にて生成された画像を表示する。

【0109】

なお、上記のフローでは、ビュー方向の補間処理を、サイノグラム軌跡の方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、チャネル方向の間隔が基準間隔Δｄより小さくなるよう行っているが、いずれか一方の補間処理を、従来通りの一般的な方法にて行うようにしてもよい。

【0110】

なお、本実施形態では、撮像視野領域ＳＦＯＶにおいて分割する複数の領域は、所定の領域に固定されているが、手動または自動で任意に設定できるようにしてもよい。自動で設定する場合には、例えば、撮影部位ごとに分割する領域を予め決めておき、従来法によって再構成された断層像の画像認識処理により撮影部位を認識し、認識された撮影部位に応じて分割する領域を決定するようにしてもよい。このようにすれば、撮影部位ごとに、関心が高いと想定される領域の画質をピンポイントで改善することが可能である。

【0111】

これより、一般法による画像と本法による画像との比較結果について説明する。

【0112】

図１３は、一般法による画像と本法による画像との第１の比較例を示す図である。本例は、スリットファントム（phantom）を、その中心がアイソセンタＩＳＯから半径９０ｍｍの位置に来るよう配置してスキャンしたときの例である。左上の画像Ｇ１１（Orig）は、一般法によるオリジナル画像であり、ビュー方向の補間処理を、チャネル方向と直交する方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄとなるように行ったときのものである。左下の画像Ｇ１２（Sinov）は、ビュー方向の補間処理を、スリットファントムの中心点のサイノグラム軌跡に沿った方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、従来通り、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄとなるように行ったときのものである。右上の画像Ｇ１３（Chup2）は、ビュー方向の補間処理を、従来通り、チャネル方向に直交する方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄの１／２となるように、すなわちチャネル方向のサンプリング（sampling）が２倍密となるように行ったときのものである。また、右下の画像Ｇ１４（Chup2&Sinov）は、ビュー方向の補間処理を、スリットファントムの中心点のサイノグラム軌跡に沿った方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄの１／２となるように行ったときのものである。それぞれの画像内の右下側には、各画像の一部拡大図が示されている。

【0113】

この第１の比較例から、一般法による画像Ｇ１１より、本法による画像Ｇ１２〜Ｇ１４の方が、空間分解能が改善されているのが分かる。特に、本法による画像Ｇ１４では、ビュー方向の補間処理をサイノグラム軌跡に沿った方向にて行うことと、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄの１／２となるように行うこととによる相乗効果が非常によく現れている。

【0114】

図１４は、一般法による画像と本法による画像との第２の比較例を示す図である。本例は、頭部ファントムをスキャンしたときの例であり、画像は、アイソセンタから半径１２５ｍｍの位置にある内耳骨部分の構造を示している。左上の画像Ｇ２１（org）は、一般法によるオリジナル画像であり、ビュー方向の補間処理を、チャネル方向と直交する方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔がΔｄとなるように行ったときのものである。左下の画像Ｇ２２（Sinov）は、本法による画像であり、ビュー方向の補間処理を、内耳骨の中心点のサイノグラム軌跡に沿った方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、従来通り、Ｘ線パスの間隔がΔｄとなるように行ったときのものである。右上の画像Ｇ２３（Chup2）は、ビュー方向の補間処理を、従来通り、チャネル方向に直交する方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄの１／２となるように行ったときのものである。また、右下の画像Ｇ２４（Chup2&Sinov）は、ビュー方向の補間処理を、内耳骨の中心点のサイノグラム軌跡に沿った方向にて行い、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスの間隔が基準間隔Δｄの１／２となるように行ったときのものである。それぞれの画像内の右下側には、各画像の一部拡大図が示されている。

【0115】

この第２の比較例からも、本法による画像では、内耳の骨構造の空間分解能が改善されていることが分かる。特に、画像Ｇ２４では、内耳骨の微細構造が非常に高い空間分解能で表されている。

【0116】

次に、本法により生成される撮像視野領域全体を表す画像のサンプルを示す。

【0117】

図１５は、本法により生成された撮像視野領域全体を表すサンプル画像を示す図である。このサンプル画像Ｇ３は、人の胸部ファントムのアキシャル断層像であり、図１５に示すように、撮像視野領域ＳＦＯＶを第１〜第５の領域Ｒ１〜Ｒ５に分割して画質向上が成されたものである。胸部の場合には、撮像視野領域ＳＦＯＶにおいて肺の細かい血管組織が左右に離れて現れる。従来法では、中央領域の画質のみが向上し周辺領域の画質が劣化するので、関心が持たれる肺の細かい血管組織の空間分解能が低下する傾向が強い。一方、本法では、中央領域だけでなく左右両側の周辺領域においても画質が向上しており、肺の細かい血管組織の空間分解能が低下することなく高く維持される。

【0118】

このように、本実施形態によれば、撮像視野領域を複数の領域に分割し、複数の分割領域の各々について、投影データに対するその分割領域画像再構成用のファン−パラ変換処理および画像再構成処理を行い、得られた複数の再構成画像を合成して撮像視野領域の画像を生成することとし、その分割領域画像再構成用のファン−パラ変換において、ファンビーム投影データをビュー方向に補間する際に、サイノグラム上において、ビュー方向に平行な直線を、分割領域内における代表的な位置に対応する点が描く軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向にて行うので、各代表的な位置に近い領域の画像を再構成する上で、位置矛盾、すなわち上記補間により得られた投影データのプロファイル（profile）がチャネル方向にブロード（broad）になるのを抑え、誤差の少ないより適正な補間を行うことができ、ファン−パラ変換を行っても撮像視野領域の画像における空間分解能の低下を抑えることができる。

【0119】

また、本実施形態によれば、チャネル方向の補間処理を、Ｘ線パスのチャネル方向の間隔が、検出素子のチャネル方向の配列間隔を、いわゆるアイソセンタを基準にしたときの検出器の検出面における投影拡大率で除して成る基準間隔より小さい間隔となるように行っているので、確度の高い補間前のデータまたはこれに近い補間後のデータをより多く逆投影処理に用いることができ、ファン−パラ変換を行っても再構成画像における空間分解能の低下を抑えることができる。

【0120】

なお、本実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更・追加等が可能である。

【0121】

例えば、本実施形態では、ビュー方向の補間処理を、サイノグラム軌跡またはそれに近い曲線または直線に沿った方向にて行っているが、ビュー方向に平行な直線を、撮像視野領域内の所望の位置のサイノグラム軌跡に近づくように変形または回転させて成る曲線または直線に沿った方向にて行うだけでも、チャネル方向の位置矛盾を抑えることができ、再構成画像における上記所望の位置付近での空間分解能の低下を抑える効果がある。

【0122】

また例えば、本実施形態では、ビュー方向の補間処理において、すべての補間処理をサイノグラム軌跡またはそれに近づけられた曲線または直線に沿った方向にて行っているが、そのうちの一部の補間処理だけをサイノグラム軌跡またはそれに近づけられた曲線または直線に沿った方向にて行うようにしてもよい。

【0123】

また例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、上記の画像生成処理を行う画像生成装置も発明の実施形態の一例である。また、コンピュータを、このような画像生成装置として機能させるためのプログラム、このプログラムが記憶された記憶媒体などもまた、発明の実施形態の一例である。

【0124】

また例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴまたはＳＰＥＣＴとを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置、一般撮影装置などにも適用可能である。

【符号の説明】

【0125】

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ アパーチャ
２４ Ｘ線検出器
２５ 検出器コントローラ
２６ 回転部コントローラ
２８ Ｘ線検出装置
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
３１ 投影データ収集部
３２ 撮像視野領域分割部
３３ 領域別ファン−パラ変換部
３４ 領域別画像再構成部
３５ 画像合成部
３６ 表示制御部
４０ 被検体
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ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】