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JP2007068717A - コーンビームctの画像再構成装置 - Google Patents

コーンビームctの画像再構成装置 Download PDF

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JP2007068717A
JP2007068717A JP2005258019A JP2005258019A JP2007068717A JP 2007068717 A JP2007068717 A JP 2007068717A JP 2005258019 A JP2005258019 A JP 2005258019A JP 2005258019 A JP2005258019 A JP 2005258019A JP 2007068717 A JP2007068717 A JP 2007068717A
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JP
Japan
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projection
convolution
image
reconstruction
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JP2005258019A
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Hiroyuki Urushiya
裕之 漆家
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

【課題】 コーンビームCTの再構成処理を高速化する。
【解決手段】 コンボリューション重み係数及び逆投影の重み係数をすべてテーブル化する。また、逆投影するデータの投影画像上の座標位置及びその補間係数もすべてテーブル化する。また、このテーブルの読み取りとコンボリューション及び逆投影演算を並行して行う。
【選択図】 図1

Description

本発明はコーンビームX線CT装置に係るもので、特に効率よく再構成処理を行い断層画像を得るコーンビームCTの画像再構成装置に関するものである。
コーンビームCTの概念図を図2に示す。1点のX線源から放射されて被検体の体内で吸収、減衰されて透過してきたX線を面センサーで検出する。そして、X線発生器と面センサーの相対的位置関係を変えずに被検体を中心に回転させて1周分の投影画像データを取得する。この時、X線発生器と面センサーではなく被検体の方を1周回転させてもかまわない。このようにして取得した投影画像データを再構成処理することにより断層画像を得るものである。
再構成処理は図3に示すように、まず投影画像データに対してコンボリューション処理を行い、コンボリューション処理した投影画像データを図4に示すように再構成画像の各ピクセルに逆投影することによって行われる。
コーンビームを用いたCT再構成で、平行ビームに変換するファンパラ変換法といわれている方法を用いずに直接法と呼ばれている方法を用いる場合、コンボリューション重み係数をかけてコンボリューションした投影データに、逆投影重み係数をかけて逆投影する必要がある。
これらの重み係数はコンボリューション重み係数をW1、逆投影重み係数をW2として幾何学的関係を図5のようにとれば、
Figure 2007068717
と表すことができる。
この重み係数の計算は、コンボリューション重み係数では投影画像の各画素に応じて、そして逆投影重み係数では再構成画像の各画素及び投影角度に応じて計算しなければならない。したがってこの重み係数の計算、特に逆投影重み係数ではx,y,φの3つのパラメータが変わるごとに計算しなければならず、その計算量は膨大なものとなって再構成時間の増大につながってしまっている。
このような逆投影重み係数計算を高速化するために、例えば特開平9-187449においてはあらかじめ設定されたセンタリング面にまず逆投影して、このセンタリング面の逆投影データを各ピクセルに逆投影することによって重み係数計算を単純化する技術が開示されている。
特開平09−187449号公報
センタリング面への逆投影によって重み係数計算を単純化することによってある程度の高速化を達成することはできる。しかしながら、それでもセンタリング面への逆投影における重み係数計算はしなければならず、十分な高速化とはならない。
また、重み係数だけではなく逆投影処理において逆投影するデータを投影画像中から探索するための計算及び探索したデータの補間係数に非常に大きな時間を費やしており長い再構成処理時間の一因となっている。
コンボリューション重み係数及び逆投影の重み係数をすべてテーブル化する。また、逆投影するデータの投影画像上の座標位置及びその補間係数もすべてテーブル化する。
これによって、再構成処理時の重み係数の計算や逆投影時の探索や補間の計算をすべて省略することができ、再構成処理の高速化を達成することができる。ここで作成された重み係数テーブルや位置、補間係数テーブルは2次元、3次元及び4次元の非常に大きなテーブルとなってしまう。したがってこのテーブルをハードディスクなどの大容量記憶装置に保存しておく必要があるが、読み取り時間が遅くなってしまうので、読み取りとコンボリューション及び逆投影演算を並行して行う。これによってテーブル読み出し時間のオーバーヘッドを隠すことができ高速に再構成処理を行うことができる。
本発明によればコーンビームCT装置の再構成処理を高速化することができる。したがって撮影から診断までの流れがスムーズになりスループットを格段に向上することができる。
図1は本発明によるX線CTシステムの一例の全体構成を示す概略図である。
104.X線発生装置制御部により制御された103.X線源より発生したX線は被写体である102.患者を透過して101.X線検出器により検知される。検知されたX線は投影画像として105.画像入力部に入力される。この103.X線源と101.X線検出器は102.患者を回転中心として回転を行いながら所定の回転角度毎に投影画像の収集を行う。或いは103.X線源と101.X線検出器の位置関係を保持しながら回転テーブルに固定した被写体である102.患者を回転させても良い。
入力された各回転角度の投影画像は107.画像処理部によってX線検出器の補正、ログ変換を含めた前処理や再構成処理等の画像処理がなされ、断層画像群が作成される。作成された断層画像群は109.診断モニターに表示されたり108.画像保存部に保存されたり111.ネットワークを介して112.プリンター、113.診断ワークステーション、114.画像データベースに出力されたりする。表示のウインドウ操作や体軸方向の断層画像の切り換え表示操作や断面変換操作、3次元表面表示操作などの種々の操作は110.操作部によって行われる。
このようなシステムの画像処理部に組み込まれて動作する実施例について説明する。
撮影中、或いは撮影後にX線検出器より投影画像データが入力されてくる。この投影画像データに対してコンボリューション処理を行う。
コンボリューション処理は図3のように投影画像データの横ラインデータと再構成関数と呼ばれる1次元データとのコンボリューションをとることにより行われる。再構成関数の典型的な例であるRamachandoran及びShepp&Loganの関数を図6に示す。
更にこのコンボリューション処理はコンボリューション重み係数W1をかけながら行わなければならない。これを数式で表すと次式のようになる。
Figure 2007068717
ここで、gφ(Y,Z)は投影角度φの投影画像データ、h(i)は再構成関数、Gφ(Y,Z)は投影角度φのコンボリューション結果画像である。
この重み係数をかけながら行うコンボリューション処理の概念を図にしたのが図7である。この図のように重み係数は投影角度φによらないため、画像1枚分の重み係数が必要であるが、この重み係数W1は前記のように幾何学的関係が決定すれば決まるものであり、撮影ごとに変わるものではない。したがって、撮影の幾何学的条件が決まったところで、この重み係数W1のテーブルを作成しておく。そして、コンボリューション処理時にはあらかじめ計算されたこのテーブルを読み出しながらコンボリューション処理を行えば再構成時に重み係数の計算を省くことができ高速にコンボリューション処理を行うことができる。
このようにコンボリューション処理した投影画像データを用いて逆投影処理を行う。
逆投影処理は図4のように再構成画像の各画素について、その画素を透過した投影画像上の点の座標を求め、その座標の位置の近傍4点の画素値を補間によって求め、足し込んでいくものである。補間における幾何学的関係を図8に示す。図8においてP1〜P4が投影点の近傍4画素の中心点である。投影点との距離をd1〜d4、そして近傍4画素の画素値をQ1〜Q4、逆投影データをVとすれば
Figure 2007068717
によって補間を行えばよい。
この補間の処理においては幾何学的位置関係より近傍4点の座標位置P1〜P4及び投影点との距離をd1〜d4を求めなければならないが、すべての再構成画像の画素、投影画像について対応する近傍4点の座標位置及び投影点を求めるには膨大な計算時間がかかってしまう。
ところがこれらのデータは幾何学的位置関係のみによって決まるものであるから、撮影ごとに変わるものではない。したがって、撮影の幾何学的条件が決まったところで、この近傍4点の座標位置P1〜P4及び投影点との距離をd1〜d4のテーブルを作成しておく。
ただし、近傍4点の座標位置についてはP1の座標i,jについてのみテーブル化しておけばよい。また投影点との距離をd1〜d4についてはこれをそのままテーブル化しても良いが、
Figure 2007068717
のように補間係数に変換しておけば、補間の計算も
Figure 2007068717
と簡単になり、しかもテーブル化するデータもt1,t2の2つですむ。
これら逆投影データの座標位置と補間係数のテーブルは再構成画像のx座標、y座標、z座標、投影角度φをパラメータとする4次元のテーブルとなる。
逆投影データの作成を行う際にはあらかじめ計算されたこのテーブルを読み出しながら逆投影データの作成を行えば座標位置及び補間係数の計算を省くことができ、高速に逆投影データの作成を行うことができる。
このように作成した逆投影データに、重み係数をかけて再構成画像の対応する画素に足しこんでいくことによって逆投影処理は行われる。この重み係数をかけながら行う逆投影処理の概念を図にしたのが図9である。この図のように逆投影の重み係数W2は再構成画像のx座標、y座標、投影角度φに応じて計算されて逆投影データに乗算される。この逆投影の重み係数W2も前述のコンボリューション重み係数W1、そして逆投影データの座標位置と補間係数と同様に幾何学的関係が決定すれば決まるものであり、撮影ごとに変わるものではない。したがって、撮影の幾何学的条件が決まったところで、この重み係数W2のテーブルを作成しておく。そして、逆投影処理時にはあらかじめ計算されたこのテーブルを読み出しながら逆投影処理を行えば重み係数の計算を省くことができ、高速に逆投影処理を行うことができる。
以上のようにコンボリューション処理、逆投影処理の重み係数、座標位置、補間係数をすべてテーブル化することによって再構成時には特別な計算をする必要がなくなり高速な再構成処理を実現することができる。ただし、これらのテーブルはコンボリューション重み係数が2次元、逆投影重み係数が3次元、座標位置及び補間係数が4次元となり、膨大なものになってしまう。
したがってこのテーブルをメモリに収めるには無理があるのでハードディスクなどの大容量記憶装置に保存しておく必要があるが、読み取り時間が遅くなってしまうので、読み取りとコンボリューション及び逆投影演算を並行して行うことによって高速化を図る。これを図にしたのが図10である。ここではバッファーメモリーを2つ使ったダブルバッファーによって並行処理を実現するものである。このようなダブルバッファーを用いた処理の流れを説明したのが図11である。まず、1枚目の投影画像データとこの投影画像に関する各テーブルデータをハードディスクよりバッファーメモリー1に読み込む。次にハードディスクのバッファーメモリーをバッファーメモリー2に切り換えて2枚目の投影画像データをバッファーメモリー2に読み込む。そしてこの読み込みの間にバッファーメモリー1はCPUにつながれて1枚目の投影画像データに関してコンボリューション処理、逆投影処理を行う。その次はハードディスクのバッファーメモリーをバッファーメモリー1に切り換えて3枚目の投影画像データをバッファーメモリー1に読み込んで、バッファーメモリー2をCPUにつないで2枚目の投影画像データに関してコンボリューション処理、逆投影処理を行う。このように順次バッファーメモリーを切り換えながら、データの読み込みとコンボリューション処理、逆投影処理を並行して行う。
また、ここでは投影画像データ毎にデータ読み込みと処理の並行処理を行うようにしたが、再構成画像毎に並行処理してもかまわない。
以上のような方法によってコーンビームCTの高速な再構成処理を実現することができる。
システム構成例を表す図。 コーンビームCTを説明する概念図。 コンボリューション処理を説明する概念図。 バックプロジェクション処理を説明する概念図。 再構成処理における幾何学的関係を説明する概念図。 再構成関数を説明する概念図。 重み係数をかけるコンボリューション処理を説明する概念図。 補間を説明する概念図。 重み係数をかけるバックプロジェクション処理を説明する概念図。 並行処理による実施形態を説明する概念図。 並行処理による処理の流れを説明する概念図。

Claims (3)

  1. 撮影幾何条件に応じてあらかじめ作成されたコンボリューション重み係数、逆投影重み係数、逆投影データの投影画像上の座標位置、補間係数をテーブルとして保持する手段、及び再構成処理時に前記テーブルを用いて再構成処理する手段とを設けたことを特徴とするコーンビームCTの画像再構成装置。
  2. 請求項1においてテーブルの読み出しと再構成処理の実行を並行して行う手段とを設けたことを特徴とするコーンビームCTの画像再構成装置。
  3. 請求項2においてダブルバッファーを用いてテーブルの読み出しと再構成処理の実行を並行して行うことを特徴とするコーンビームCTの画像再構成装置。
JP2005258019A 2005-09-06 2005-09-06 コーンビームctの画像再構成装置 Withdrawn JP2007068717A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013024540A1 (ja) * 2011-08-18 2013-02-21 Necディスプレイソリューションズ株式会社 画像処理装置および画像処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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