JP3707347B2

JP3707347B2 - Ｘ線ｃｔ装置の画像処理方法及びｘ線ｃｔ装置並びにｘ線ｃｔ撮影用記録媒体

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Publication number: JP3707347B2
Application number: JP2000106271A
Authority: JP
Inventors: 賢志山田; 功裕上野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP2001286463A; US20010028696A1; US6426988B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線ＣＴ装置の画像処理方法及びＸ線ＣＴ装置並びにＸ線ＣＴ撮影用記録媒体に係り、特に、金属等のＸ線高吸収体によるＸ線の吸収または散乱によって断層画像上に発生する偽像を低減させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＸ線ＣＴ装置は、図８に示すように、Ｘ線ビームＢを発生させるＸ線管５１と、Ｘ線を検知するＸ線検知器５２とを備えている。そしてＸ線管５１とＸ線検知器５２とは、被検体Ｐを挟んで備えられており、被検体Ｐの体軸Ｚ（図８の紙面に対して垂直に延びる方向）の周りに回転しながら、Ｘ線管５１は被検体ＰにＸ線ビームＢを曝射して撮影を行う。一般にＸ線検知器５２は、複数個（この場合ｎ個）の検出素子ＣＨ_i(i=1,2,.......,n-1,n nは自然数) から構成されており、それらの検出素子ＣＨ_iは微小角毎に、扇状に配列されて設置されている（図８中の▲１▼）。
【０００３】
従来の画像処理方法の具体例では、図８に示すように、被検体Ｐの周りからＸ線を曝射して、投影平面Ｆ上にＸ線透過データf(P)を得る（図８中の▲２▼）。なお、本明細書では、これを「被検体ＰをＸ線ビームＢの曝射方向に投影する」（以下、適宜「被検体Ｐを投影する」と略記する）ともいい、このとき得られる投影平面Ｆ上のＸ線透過データf(P)を実測投影データf(P)ともいう。さらに投影平面Ｆ上の前記実測投影データf(P)にフィルタリング及び逆投影等の再構成処理を施して、断層平面Ｇ上に実測断層画像G[f(P)] を得る（図８中の▲３▼）。本明細書では、コンボリューション(Convolution) 関数を用いて畳み込み積分（重畳積分）を行なうことを、フィルタリングと定義付ける。また、投影データにフィルタリング及び逆投影の再構成処理を施す方法は、一般にＦＢＰ(Filtered Back Projection)法として知られている。なお、ＦＢＰ法は代表的な再構成処理方法の１つなので、その説明については省略する。なお、ある断層画像を数学的アルゴリズムを用いて投影データを導出することを、「断層画像をＸ線の曝射方向に順投影する」（以下、適宜「断層画像を順投影する」と略記する）という。
【０００４】
なお投影平面Ｆの横軸方向は検出素子ＣＨ_iの並びを示し、縦軸方向はＸ線ビームＢの曝射方向の角度θの並びを示す。また、投影平面Ｆ及び断層平面Ｇ内のハッチング領域は模式図である。また、投影平面Ｆ及び断層平面Ｇは領域、即ち各々の座標の集合を表して、各座標には数値の重みをそれぞれ持たないものとして、以下の説明を行う。
【０００５】
なお、ある物体がＰで表されるとき、その物体Ｐの投影はf(P)で表して、断層画像がαで表されるとき、断層画像αの順投影はF(α）で表して、ある投影データがβで表されるとき、その投影データβのフィルタリングと逆投影とによって得られた断層画像、即ち、ＦＢＰ法によって再構成された断層画像はB[H(β）] またはG(β) で表すとする。このとき、逆投影の演算子はＢで表し、フィルタリングの演算子はＨで表し、逆投影とフィルタリングとによる演算子はＧで表すとする。また、被検体の投影と断層画像の順投影とを区別するためにそれぞれの投影と順投影とに関する演算子は、ｆとＦとで表すとする。また、測定誤差があるので、投影データβが実測のとき、その実測投影データβのＦＢＰ法によって得られた断層画像を順投影しても、元の実測投影データβと全く同じデータには戻らない。従って、本明細書ではβ＝F[G(β)]は成立しないものとして、以下の説明を行う。なお、投影データ（実測投影データf(P)も含む）及び断層画像（実測断層画像G[f(P)] も含む）は、投影平面Ｆ及び断層平面Ｇと違い、数値の重みを持つもの、即ち本明細書では画素値であるとして、以下の説明を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像処理方法の場合には、次のような問題がある。
即ち、被検体を撮影して断層画像を再構成すると、偽像が発生する。特に、金属等に代表される高吸収体を含む被検体を撮影する場合、高吸収体の吸収または散乱によって、高吸収体及び高吸収体周辺部に発生する偽像は顕著なものになる。以下、本明細書では上記のような偽像をアーティファクトという。その中でも特に、高吸収体を中心として放射状の縞模様が発生するストリークアーティファクトと、複数個の高吸収体に挟まれた部分に生じる影状のシェーディングアーティファクトとが知られている。それらを含んだアーティファクトを低減させるために、様々な手法が提案されている。代表的な低減手法としては、下記の２つの手法、即ちＩＲＲ(Iterative Reconstruction and Reprojection) 法と、ＡＲＴ(Algebraic Reconstruction Technique)／ＥＭ(Expectation and Maximization)法とが知られている。
【０００７】
先ず、ＩＲＲ(Iterative Reconstruction and Reprojection) 法について、図９を参照して、説明をする。上記のＩＲＲ法では、従来の画像処理方法で得られた断層平面Ｇ上の実測断層画像G[f(P)] を再度Ｘ線の曝射方向に数学的アルゴリズムによって順投影して、投影平面Ｆ上に修正用の順投影データF(G[f(P)])を得る。そしてオペレータは断層平面Ｇ上の実測断層画像G[f(P)] を参照しながら、高吸収体に相当する部分を高吸収体領域Ｍとして断層平面Ｇ上に設定する（図９中の▲１▼）。なお、高吸収体領域Ｍは閉じられた領域である。そして、高吸収体領域を透過した部分Ｌが投影平面Ｆ上に作成される。高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して実測投影データf(P)の画素値を、修正用の順投影データF(G[f(P)])の画素値或いは修正用の順投影データF(G[f(P)])に応じた画素値に置換して、実測投影データf(P)を修正して修正投影データF(P₁) を求める（修正用の順投影データF(G[f(P)])と修正投影データF(P₁) とは別異であることに注意されたい）（図９中の▲２▼）。さらにその修正投影データF(P₁) の再構成を再度行って、断層平面Ｇ上に修正断層画像G[F(P₁)]を得る（図９中の▲３▼）。
【０００８】
なお、高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して実測投影データf(P)の画素値を、修正用の順投影データF(G[f(P)])の画素値に置換するとは、詳述すると修正投影データF(P₁) を下記の（１）式及び（２）式のように求めることである。
＊高吸収体領域を透過しなかった部分では
F(P₁) ＝f(P) ・・・（１）
＊高吸収体領域を透過した部分Ｌでは
F(P₁) ＝F(G[f(P)]) ・・・（２）
なお、高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して実測投影データf(P)の画素値を、修正用の順投影データF(G[f(P)])に応じた画素値に置換する一例として、下記の（３）式及び（４）式のように求める方法が挙げられる。
＊高吸収体領域を透過しなかった部分では
F(P₁) ＝f(P) ・・・（３）
＊高吸収体領域を透過した部分Ｌでは
F(P₁) ＝α×F(G[f(P)]) ・・・（４）
即ち、高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して修正用の順投影データF(G[f(P)])を所定倍（α倍）したものに置換する方法である。
【０００９】
上記の方法により、修正投影データF(P₁) では、高吸収体領域を透過した部分Ｌでは実測投影データf(P)の画素値の替わりに、修正用の順投影データF(G[f(P)])の画素値或いは高吸収体領域を透過した修正用の順投影データF(G[f(P)])に応じた画素値が利用される。従って、高吸収体領域を透過しなかった部分では実測投影データf(P)の画素値のままで、高吸収体領域を透過した部分Ｌのみをフィルタリング及び逆投影（ＦＢＰ法による再構成）処理を行いさらに順投影したデータを置換していることになる。ここで、高吸収体領域を透過した部分Ｌでは実測投影データf(P)よりも、修正用の順投影データF(G[f(P)])の方が、データとして正確である。従って、修正投影データF(P₁) では、アーティファクト部分が低減するような修正用の順投影データF(G[f(P)])を利用することになる。しかしながら、ＩＲＲ法では修正用のデータが正確であることを要求するので、効果が限定的で、低減効果が乏しいという難点がある。一方で、アーティファクトの低減効果がより高い方法として、下記のＡＲＴ(Algebraic Reconstruction Technique)／ＥＭ(Expectation and Maximization)法がある。
【００１０】
続いて、ＡＲＴ／ＥＭ法について、図１０と図１１とを参照して、説明をする。なお、図１０は推定画像b₀を１回更新して推定画像b₁を求めるまでの方法を示した図であり、図１１は複数回（ここではｋ回）更新された推定画像ｂ_kをさらに１回更新して推定画像ｂ_k+1を求めるまでの方法を示した図である。なお、図１０中のb₀は任意の値で初期化される推定画像であり、b₁は推定画像b₀を１回更新したときの推定画像である。また、図１１中のｂ_kは、ｋ回更新したときの推定画像であり、ｂ_k+1は、（ｋ＋１）回更新したときの推定画像である。
【００１１】
図１０に示すように、上記のＡＲＴ／ＥＭ法の具体例では、推定画像b₀を設定する。この推定画像b₀はオペレータが任意の値で初期化設定することができて、例えば、全領域のＸ線の画素値を一様にしても構わない。そしてオペレータは断層平面Ｇ上の実測断層画像G[f(P)] を参照しながら、高吸収体に相当する部分を高吸収体領域Ｍとして断層平面Ｇ上に設定する（図１０中の▲１▼）。そして、高吸収体領域を透過した部分Ｌが投影平面Ｆ上に作成される。推定画像b₀を順投影して、投影平面Ｆ上に推定投影データF(b₀) を得る。そして、得られた推定投影データF(b₀) と実測投影データf(P)とを比較する（図１０中の▲２▼）。その比較の際、高吸収体領域を透過した部分Ｌについては比較を行わずに無視する。つまり高吸収体領域を透過しなかった部分についてのみ、推定投影データF(b₀) と実測投影データf(P)との比較を行う。これは、後述する更新についても同様に、高吸収体領域を透過しなかった部分についてのみ、推定画像の更新を行なう。
【００１２】
なお、ＡＲＴ法は実測投影データf(P)と推定投影データF(b₀) とを比較することにより、両データの差分を逆投影することに基づいて得られる比較参照画像を求める。そしてその比較参照画像によって、推定画像b₀の更新を行う。一方、ＥＭ法は推定投影データF(b₀) に対する実測投影データf(P)の比を逆投影することに基づいて得られる比較参照画像を求める。そして同様にその比較参照画像によって、推定画像b₀の更新を行う。上記の方法によって１回更新された推定画像は推定画像b₁となる（図１０中の▲３▼）。また、高吸収体領域を透過した部分Ｌに関する画素値のデータについては、先述したように投影データ間の比較及び更新を行わずに無視するので、未定義であり区別はされない。
【００１３】
推定画像b₁についても、推定画像b₀の更新方法と同様に、実測投影データf(P)と比較を行い、推定画像b₁の更新を行う。以下、同様に推定画像を複数回更新して目的の断層画像を得る。即ち、推定画像ｂ_kの更新時は、図１１に示すように、実測投影データf(P)と比較を行って推定画像ｂ_k+1を導出する。
【００１４】
上記の方法によって得られた断層画像は、ＩＲＲ法と比べて、アーティファクト部分の低減効果はより高い。特に、ストリークアーティファクトについては、ＡＲＴ／ＥＭ法では低減効果は顕著である。しかしながら、ＡＲＴ／ＥＭ法では、先述したように投影データ間の比較及び更新時に高吸収体領域を透過した部分Ｌを無視するので、高吸収体に関するデータは未定義である。従って、高吸収体自身及びその周辺部の形状が再現できないという難点がある。また推定画像の更新の回数、即ち反復回数が少ない場合には、低コントラストな画像しか得られず、再現性の乏しい断層画像となる。高コントラストな断層画像を得るためには、推定画像の更新の回数、即ち反復回数を増やせばよい。
【００１５】
この発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、高吸収体の吸収または散乱によって発生した断層画像上のアーティファクトを低減させるＸ線ＣＴ装置の画像処理方法及びＸ線ＣＴ装置並びにＸ線ＣＴ撮影用記録媒体を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記のＡＲＴ／ＥＭ法では、先述したように、高吸収体領域を透過した部分を無視しているので、高吸収体自身及びその周辺部の形状が再現できない。従って、高吸収体に関する部分を考慮したＡＲＴ／ＥＭ法が望まれる。しかし高吸収体領域を透過した部分のデータをそのまま利用すると、アーティファクトの低減効果は得られない。従って、Ｘ線が高吸収体領域を透過する長さに応じて重み付けを行うＡＲＴ／ＥＭ法（以下、適宜「重み付きＡＲＴ／ＥＭ法」と略記する）が考えられる。それでも高吸収体領域を透過した部分について考慮しているので、シェーディングアーティファクトのように複数個の高吸収体に挟まれた場合には、アーティファクトの低減効果は乏しい。
【００１７】
また重み付きＡＲＴ／ＥＭ法では、高吸収体に関する部分について考慮した影響で、反復回数を増やすことでアーティファクトの低減効果は低くなる。即ち、反復回数が少ないと、アーティファクト部分は低減されるが、低コントラストな画像しか得られない。また反復回数が多いと、高コントラストな画像が得られるが、アーティファクトの低減効果は低くなる。しかしながら、ＩＲＲ法によって、高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、反復回数が少ない場合において重み付きＡＲＴ／ＥＭ法で得られたアーティファクトが低減された順投影データに置換して、実測投影データの修正を行い、さらにＦＢＰ法またはＡＲＴ／ＥＭ法等によって再構成処理を施すと、アーティファクトが低減した高コントラストな画像が得られる。
【００１８】
そこで、本発明者は、ＩＲＲ法と、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法とを組み合わせて、さらにＦＢＰ法またはＡＲＴ／ＥＭ法等によって再構成処理を施すことで、アーティファクトを低減させる断層画像を求めることに想到した。
【００１９】
以上のような知見に基づいて創作された本発明は、以下のような構成を取る。
即ち、請求項１に記載の発明に係る画像処理方法は、Ｘ線ＣＴ撮影時に得られた画像データを再構成して断層画像を得る画像処理方法であって、（２）被検体を透過したＸ線を検出することによって得られた実測投影データにフィルタリングを施した後、逆投影して実測断層画像を再構成する第１の画像再構成過程と、（３）推定画像を任意の値で初期化して設定する推定画像設定過程と、（４）第１の画像再構成過程で導出された実測断層画像に基づき高吸収体領域を設定する高吸収体領域設定過程と、（５）推定画像を前記Ｘ線の曝射方向に順投影することによって、推定投影データを導出する推定投影データ導出過程と、（６）推定投影データと実測投影データとの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像を導出する比較参照画像導出過程と、（７）推定投影データと実測投影データとの差分または比に、Ｘ線が高吸収体領域を透過するパスが長くなるに従って値が小さくなる重み付き逆投影を、導入された重み関数に基づいて行って重み付き比較参照画像を導出する重み付き比較参照画像導出過程と、（８）推定画像を重み付き比較参照画像によって更新する推定画像更新過程と、（９）前記推定画像更新過程で更新された推定画像に現れる偽像の程度に応じて、前記（５）から（８）までの各過程を１回または複数回にわたり繰り返し行って偽像が低減した推定画像に更新する繰り返し動作過程と、（１０）前記繰り返し動作過程で更新された推定画像を順投影することにより更新推定投影データを導出する更新推定投影データ導出過程と、（１１）高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、更新推定投影データに応じたデータに置換して実測投影データの修正を行う実測投影データ修正過程と、（１２）修正された実測投影データを画像再構成して断層画像を導出する第２の画像再構成過程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線ＣＴ撮影時に得られた画像データを再構成して断層画像を得るＸ線ＣＴ装置において、（ａ）被検体の周りからＸ線を曝射するＸ線曝射手段と、（ｂ）前記Ｘ線曝射手段でＸ線を曝射することによって、被検体を透過したＸ線を検出して実測投影データを得るＸ線検出手段と、（ｃ）前記Ｘ線検出手段で得られた実測投影データにフィルタリングを施した後、逆投影して実測断層画像を再構成する第１の画像再構成手段と、（ｄ）推定画像を任意の値で初期化して設定する推定画像設定手段と、（ｅ）第１の画像再構成過程で導出された実測断層画像に基づき高吸収体領域を設定する高吸収体領域設定手段と、（ｆ）推定画像を前記Ｘ線の曝射方向に順投影することによって、推定投影データを導出する推定投影データ導出手段と、（ｇ）推定投影データと実測投影データとの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像を導出する比較参照画像導出手段と、（ｈ）推定投影データと実測投影データとの差分または比に、Ｘ線が高吸収体領域を透過するパスが長くなるに従って値が小さくなる重み付き逆投影を、導入された重み関数に基づいて行って重み付き比較参照画像を導出する重み付き比較参照画像導出手段と、（ｉ）推定画像を重み付き比較参照画像によって更新する推定画像更新手段と、（ｊ）前記推定画像更新手段で更新された推定画像に現れる偽像の程度に応じて、前記（ｆ）から（ｉ）までの各手段による処理を１回または複数回にわたり繰り返し行って偽像が低減した推定画像に更新する繰り返し動作手段と、（ｋ）前記繰り返し動作手段で更新された推定画像を順投影することにより更新推定投影データを導出する更新推定投影データ導出手段と、（ｌ）高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、更新推定投影データに応じたデータに置換して実測投影データの修正を行う実測投影データ修正手段と、（ｍ）修正された実測投影データを画像再構成して断層画像を導出する第２の画像再構成手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明に係るＸ線ＣＴ撮影用記録媒体は、請求項１に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータが読み取り可能なＸ線ＣＴ撮影用記録媒体である。
【００２２】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用について説明する。
本発明に係る画像処理方法によれば、高吸収体領域を設定することによって、高吸収体領域内について考慮した推定画像を得る。実測投影データと、その推定画像をＸ線の曝射方向に順投影することによって得られた推定投影データとを比較して、両データの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像を導出する。前記両データに対して、高吸収体領域を透過するパス（長さ）に応じた重み付け逆投影を行って重み付き比較参照画像を得る。この重み付け逆投影を行う際には、導入された重み関数を用いる。これによって、高吸収体の散乱、反射による偽像を低減した推定画像に更新する。高吸収体領域に関する更新された前記推定画像、及び更新された前記推定画像をＸ線の曝射方向に順投影することによって得られた更新推定投影データはアーティファクトの影響が低減されている。高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、前記更新推定投影データに応じたデータに置換して、実測投影データを修正して再構成することにより、アーティファクトが低減した高コントラストな断層画像が得られる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の方法が、好適に実施されるので、アーティファクトが低減した高コントラストな断層画像が得られる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の方法をコンピュータに実行させることによって、アーティファクトが低減した高コントラストな断層画像が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、実施例の説明をする前に、本発明の原理を、図１を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明で最終的に求められる断層画像を導出するまでの流れを概略化したものである。先ず、被検体Ｐの周りからＸ線を曝射して、被検体Ｐを透過したＸ線を検出することによって、投影平面Ｆ上に実測投影データf(P)を得る。本明細書では、これを「被検体ＰをＸ線の曝射方向に投影する」（以下、適宜「被検体Ｐを投影する」と略記する）ともいう。なお、従来例で先述したように、ある断層画像を数学的アルゴリズムを用いて投影データを導出することを、「断層画像を順投影する」という。被検体ＰをＸ線の曝射方向に投影することによって得られた実測投影データf(P)にＦＢＰ法による再構成処理を施して断層平面Ｇ上に実測断層画像G[f(P)] を得る。本明細書では、これを「実測投影データf(P)にフィルタリングを施して逆投影する」という。なお、実測投影データf(P)に限らず、他の投影データを上記のＦＢＰ法による再構成処理を施して断層画像を得る場合でも、本明細書では「投影データにフィルタリングを施して逆投影する」という。
【００２７】
次に推定画像b₀を設定する。この推定画像b₀は、従来のＡＲＴ／ＥＭ法で先述したように、オペレータが任意の値で初期化設定することができて、例えば、全領域のＸ線の画素値を一様にしても構わない。また、高吸収体によるＸ線の吸収または散乱によって、断層平面Ｇ上にアーティファクトが生じる。このアーティファクトの原因となった高吸収体に相当する部分を高吸収体領域Ｍとして、オペレータは断層平面Ｇ上に設定する。そして、高吸収体領域を透過した部分Ｌが投影平面Ｆ上に作成される。
【００２８】
図１に示すように、推定画像b₀を順投影することによって、投影平面Ｆ上に推定投影データF(b₀) を導出する。この実測投影データf(P)と推定投影データF(ｂ_k ) （１回も更新していないときは〔F(b₀)〕）とを比較して、両データの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像ｄ_k （１回も更新していないときは〔d₀〕）を導出する。なお、上記の推定投影データF(ｂ_k ) は、推定画像b₀をｋ回更新したときの推定画像ｂ_k を順投影したものである。なお、更新方法については後で詳述する。さらに高吸収体領域を透過する長さに応じた重み付き逆投影を行って重み付き比較参照画像ｅ_k （１回も更新していないときは〔e₀〕）を導出する。推定画像ｂ_kは重み付き比較参照画像ｅ_k （１回も更新していないときは〔e₀〕）によって更新されて、推定画像ｂ_k+1 （推定画像b₀の更新のときはb₁）を得る。即ち、これが更新である。推定投影データのF(b₀) の導出から推定画像ｂ_k+1 に更新するまでが、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法であり、本発明における（５）の推定投影データ導出過程から（９）の繰り返し動作過程までの各過程に相当する。図１の破線部分で符号３０を付した過程が重み付きＡＲＴ／ＥＭ法である。
【００２９】
更新された推定画像ｂ_k+1を順投影して更新推定投影データF(ｂ_k+1)を得る。高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して実測投影データf(P)の画素値を、更新推定投影データF(ｂ_k+1)に応じた画素値に置換して、実測投影データf(P)の修正を行い、修正投影データF(P₂) を導出する。修正投影データF(P₂) の導出までが、ＩＲＲ法であり、本発明における（１０）の更新推定投影データ導出過程から（１１）の実測投影データ修正過程までの各過程に相当する。図１の一点鎖線部分で符号３１を付した過程がＩＲＲ法である。
【００３０】
修正が行われた修正投影データF(P₂) を、ＦＢＰ法またはＡＲＴ／ＥＭ法等によって再構成して、断層画像P₃を求める。この断層画像P₃が最終的に求められる断層画像である。また断層画像P₃の導出方法は、本発明における（１２）の第２の画像再構成過程に相当する。なお、第２の画像再構成過程または第２の画像再構成手段によって行なわれる画像再構成法は、ＦＢＰ法だけに限定されず、ＡＲＴ／ＥＭ法（重み付きも含む）などによる画像再構成法を含む。
【００３１】
次に、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施例の要部構成とその動作を、図２と図３とのブロック図を参照しながら詳しく説明する。図２は、実施例に係るＸ線ＣＴ装置の要部構成をあらわすブロック図である。図３は、演算部とメモリ部との内部をそれぞれ具体的にあらわしたブロック図である。
【００３２】
実施例のＸ線ＣＴ装置における、図２中のＸ線管１と、Ｘ線検知器２と、検出素子ＣＨ_iとの機能・作用については、従来技術で述べたのと同じなのでここでは割愛することにする。それ以外の構成として、実施例のＸ線ＣＴ装置には、演算部１０（ＣＰＵ：中央演算処理部も含む）を含めた制御部３と、この制御部３を操作するためのマウス、キーボード、タッチパネル等の操作部４と、データ収集手段（ＤＡＳ）７と、断層画像表示部（モニタ）８と、投影平面Ｆや断層平面Ｇの座標、及び投影データや断層画像の画素値等を記憶するメモリ部２０と、記録媒体２５が備わっている。このＸ線管１は、本発明におけるＸ線曝射手段に相当し、Ｘ線検知器２は、Ｘ線検出手段に相当する。
【００３３】
この操作部３の入力操作についてはオペレータが行う。そしてデータの読み出し、書き込み、及び設定等の命令（コマンド）を、制御部３を介して、演算部１０に行わせる。また、記録媒体２５には、図３のフローチャートの手順を実行させるためのプログラムが格納されていて、記録媒体２５はコンピュータに内蔵されている制御部３にそのプログラムを実行させる。プログラムが実行されると、制御部３はメモリ部２０に対して書き込み及び読み出しを行い、演算部１０に演算処理を行わせる。なお、操作部４には、推定画像b₀を任意の値で初期化設定する推定画像設定部５と、実測断層画像G[f(P)] を参照することによって高吸収体に相当する部分を高吸収体領域Ｍとして設定する高吸収体領域設定部６とが備わっている。この推定画像b₀（の画素値）と高吸収体領域設定部６によって設定された高吸収体領域Ｍ（の座標）とは、制御部３を介して、メモリ部２０に書き込まれる。この推定画像設定部５は、本発明における推定画像設定手段に相当し、高吸収体領域設定部６は、高吸収体領域設定手段に相当し、記録媒体２５はＸ線ＣＴ撮影用記録媒体に相当する。また、本実施例では、高吸収体領域設定部６についてはオペレータが設定を行なうように構成されているが、実測断層画像G[f(P)] の画素値等に応じて自動的に高吸収体領域Ｍを設定するように構成されていてもよい。
【００３４】
一方、データ収集手段（ＤＡＳ）７は、被検体Ｐの周りからＸ線ビームＢが曝射されるのに伴って、Ｘ線検知器２で検出されるＸ線透過データf(P)を収集する機能を備えている。データ収集手段（ＤＡＳ）７によって収集されたＸ線透過データf(P)、即ち実測投影データf(P)は、制御部３を介してメモリ部２０に書き込まれる。次に、演算部１０とメモリ部２０との具体的構成について、図３を参照して詳述する。
【００３５】
先ず、演算部１０の具体的構成について説明する。演算部１０は、図３に示すように、順投影部１１と、再構成部１２と、置換修正部１３と、比較参照画像演算部１４と、重み付き演算部１５と、断層画像更新部１６とを備えている。
【００３６】
順投影部１１は、後述する断層画像メモリ部２１から読み出された断層平面Ｇ上（高吸収体領域Ｍをも含む）の断層画像を順投影して投影平面Ｆ上（高吸収体領域を透過した部分Ｌをも含む）の順投影データを導出する機能を備えている。この順投影部１１は、本発明における推定投影データ導出手段と更新推定投影データ導出手段とに相当する。
【００３７】
再構成部１２は、後述する順投影データメモリ部２２から読み出された投影平面Ｆ上（高吸収体領域を透過した部分Ｌをも含む）の順投影データにフィルタリングを施した後、逆投影を行い再構成することによって断層平面Ｇ上（高吸収体領域Ｍをも含む）の断層画像を導出する機能を備えている。つまり、再構成部１２は、ＦＢＰ法によって断層画像を再構成する手段を意味する。この再構成部１２は、本発明における第１の画像再構成手段と、第２の画像再構成手段の一部（ＦＢＰ法による再構成の場合のみ）とに相当する。
【００３８】
置換修正部１３は、順投影データメモリ部２２から読み出された高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して順投影データ（の画素値）を、別の順投影データ（の画素値）或いは後者の順投影データに応じたデータ（の画素値）に置換して、前者の順投影データの修正を行う機能を備えている。この置換修正部１３は、本発明における実測投影データ修正手段に相当する。
【００３９】
比較参照画像演算部１４は、順投影データメモリ部２２から読み出された順投影データと別の順投影データとを比較して、両データの差分または比を逆投影することに基づいて得られる比較参照画像ｄ_kを導出する機能を備えている。この比較参照画像演算部１４は、本発明における比較参照画像導出手段に相当する。
【００４０】
重み付き演算部１５は、Ｘ線が高吸収体を透過する領域の長さに応じた後述する重み付け逆投影を行う機能を備えている。詳述すると、Ｘ線が高吸収体を透過するパスが長くなるに従って、値が小さくなる重み付き逆投影を行う。この重み付き演算部１５は、本発明における重み付き比較参照画像導出手段に相当する。
【００４１】
断層画像更新部１６は、比較参照画像メモリ部２３から読み出された重み付き比較参照画像ｅ_kによって、断層画像メモリ部２１から読み出された断層画像を更新する機能を備えている。この断層画像更新部１６は、本発明における推定画像更新手段に相当する。
【００４２】
続いて、メモリ部２０の具体的構成について説明する。メモリ部２０は、図３に示すように、断層画像メモリ部２１と、順投影データメモリ部２２と、比較参照画像メモリ部２３とを備えている。
【００４３】
断層画像メモリ部２１は、再構成部１２と断層画像更新部１６とから得られた断層平面Ｇ上の断層画像の各座標や画素値と、高吸収体領域設定部６から設定された高吸収体領域Ｍの座標と、推定画像設定部５から設定された断層平面Ｇ上の推定画像b₀の各座標や画素値とが書き込まれ、必要に応じて、即ち操作部４の読み出し命令（READコマンド）によって制御部３を介してそれらの断層平面Ｇ上の断層画像の各座標や画素値が読み出される、読み書き可能な機能を備えている。なお、読み出された断層平面Ｇ上の断層画像は断層画像表示部（モニタ）８に表示される。そして断層画像の画素値と断層画像表示部（モニタ）８の画面の色とを対応付ける。例えば、断層画像の画素値が小さいときは画面の色を薄くして、断層画像の画素値が大きいときは画面の色を濃くして、画素値に応じて画面の色の濃淡をつけて断層画像表示部（モニタ）８に表示させる。
【００４４】
順投影データメモリ部２２は、データ収集手段（ＤＡＳ）７によって収集された投影平面Ｆ上の被検体ＰのＸ線透過データf(P)（実測投影データf(P)）の各座標や画素値と、順投影部１１と置換修正部１３とから得られた投影平面Ｆ上の順投影データの各座標や画素値とが書き込まれ、必要に応じて投影平面Ｆ上のそれらの順投影データの各座標や画素値が読み出される、読み書き可能な機能を備えている。なお、本実施例では投影平面Ｆ上の順投影データの各座標や画素値をモニタに表示させていないが、読み出された投影平面Ｆ上の順投影データの各座標や画素値を順投影データ用のモニタに表示させても良いし、断層画像表示部（モニタ）８に重畳表示させても構わない。
【００４５】
比較参照画像メモリ部２３は、比較参照画像演算部１４から得られた比較参照画像ｄ_k（の画素値）と、重み付き演算部１５から得られた重み付き比較参照画像ｅ_k（の画素値）とが書き込まれ、必要に応じてそれらの比較参照画像（の画素値）が読み出される、読み書き可能な機能を備えている。
【００４６】
続いて、以上に説明した構成を有するＸ線ＣＴ装置の画像処理方法並びにＸ線ＣＴ撮影用記録媒体において、撮影を開始してから、断層画像を求めるまでの一連の動作を、図４と図５とのフローチャートと、図６と図７との重み付きＡＲＴ／ＥＭ法を参照して説明する。図４は、撮影を開始してから、断層画像を求めるまでの流れを示す（前半部分）フローチャートである。図５は、撮影を開始してから、断層画像を求めるまでの流れを示す（後半部分）フローチャートである。図６は、ＡＲＴ／ＥＭ法及び重み付きＡＲＴ／ＥＭ法について、詳しく示した図である。また、図７は、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法における高吸収体を透過したパスの位置と重みの関係と、パス長に関する重み関数とを示した図である。
【００４７】
〔ステップＳ１〕データ収集手段（ＤＡＳ）７によって収集された被検体ＰのＸ線透過データf(P)は、実測投影データf(P)として、制御部３を介して順投影データメモリ部２２に書き込まれる。
【００４８】
〔ステップＳ２〕順投影データメモリ部２２から読み出された実測投影データf(P)は、再構成部１２によって再構成される。再構成された断層画像は実測断層画像G[f(P)] として導出されて、断層画像メモリ部２１に書き込まれる。なお、書き込まれた実測断層画像G[f(P)] は、制御部３を介して断層画像メモリ部２１から読み出されて、断層画像表示部（モニタ）８に表示される。この実測断層画像G[f(P)] の導出及び表示は、本発明における第１の画像再構成過程に相当する。
【００４９】
〔ステップＳ３〕マウス、キーボード、タッチパネル等の操作部４による入力操作で、オペレータが推定画像b₀を任意の値で初期化設定する。推定画像の設定の際には、操作部４内の推定画像設定部５から、制御部３を介して断層画像メモリ部２１に書き込まれる。この推定画像b₀の設定は、本発明における推定画像設定過程に相当する。
【００５０】
〔ステップＳ４〕操作部４による入力操作で、実測断層画像G[f(P)] に基づいてオペレータが高吸収体領域Ｍを設定する。この高吸収体領域Ｍの設定の際には、操作部４内の高吸収体領域設定部６から、制御部３を介して断層画像メモリ部２１に書き込まれる。アーティファクトの原因となった所を高吸収体領域Ｍとしてオペレータは設定を行う。つまり、オペレータは断層画像表示部（モニタ）８に表示された断層平面Ｇ上の実測断層画像G[f(P)] を参照しながら、高吸収体に相当する部分を高吸収体領域Ｍとして設定する。なお、高吸収体領域Ｍの設定の際には、マウス、キーボード、タッチパネル等の操作部４による入力操作で断層画像表示部（モニタ）８に直接入力設定するような構成であってもよい。この高吸収体領域Ｍの設定は、本発明における高吸収体領域設定過程に相当する。
【００５１】
〔ステップＳ５〕断層画像メモリ部２１から読み出された推定画像b₀は、順投影部１１によって順投影される。順投影されたデータは推定投影データF(b₀) として投影平面Ｆ上に導出されて、順投影データメモリ部２２に書き込まれる。このとき高吸収体領域を透過した部分Ｌが投影平面Ｆ上に作成されて、高吸収体領域を透過した部分Ｌの各座標も順投影データメモリ部２２に書き込まれる。この推定投影データF(b₀) の導出は、本発明における推定投影データ導出過程に相当する。
【００５２】
〔ステップＳ６〕比較参照画像演算部１４は、順投影データメモリ部２２から読み出された推定投影データF(b₀) と、実測投影データf(P)とを比較することにより、両データの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像d₀を導出する。そして、導出された比較参照画像d₀は、比較参照画像メモリ部２３に書き込まれる。この比較参照画像d₀の導出は、本発明における比較参照画像導出過程に相当する。続いて、比較参照画像d₀の導出について、従来のＡＲＴ／ＥＭ法と合わせて詳述する。
【００５３】
Ｘ線管１から角度θ_jの方向にＸ線ビームＢを曝射したとき、図６に示すように、投影データとして投影平面Ｆ上に実測投影データf(Ｐ_j) が得られるとともに、再構成画像として断層平面Ｇ上に画像B[f(Ｐ_j)]が作成される。この画像B[f(Ｐ_j)]は、実測投影データf(Ｐ_j) を逆投影したものであり、フィルタリングは行なっていない。ある検出素子ＣＨ_iで検出されて収集されたＸ線透過データの座標は、投影平面Ｆ上の座標（ＣＨ_i、θ_j）に対応する。同様に断層平面Ｇ上には、角度θ_jの方向で被検体Ｐの断面と検出素子ＣＨ_iとを通過する軌跡線として軌跡線Ｈが作成される。実測投影データf(Ｐ_j) に関する投影平面Ｆ上の座標（ＣＨ_i、θ_j）の画素値をf(Ｐ_ij) として、推定投影データF(b)に関する投影平面Ｆ上の座標（ＣＨ_i、θ_j）の画素値をF(ｂ_ij) とする。このとき、推定投影データF(b)に関する投影平面Ｆ上の座標（ＣＨ_i、θ_j）の画素値であるF(ｂ_ij) の値を、実測投影データf(Ｐ_j) に関する投影平面Ｆ上の座標（ＣＨ_i、θ_j）の画素値であるf(Ｐ_ij) の値に近づけるべく、ＡＲＴ法ではf(Ｐ_ij) とF(ｂ_ij) との差分であるf(Ｐ_ij) −F(ｂ_ij) を加算値として加算が、ＥＭ法ではF(ｂ_ij) に対するf(Ｐ_ij) の比であるf(Ｐ_ij) ／F(ｂ_ij) を積算値として積算が、座標（ＣＨ_i、θ_j）の画素値であるF(ｂ_ij) に対してそれぞれ行われる。この加算値f(Ｐ_ij) −F(ｂ_ij) 、または積算値f(Ｐ_ij) ／F(ｂ_ij) を逆投影して刻み数Ｎで割ったものが比較参照画像になる。そして更新された推定画像は、ＡＲＴ法では更新する前の推定画像と比較参照画像との和になり、ＥＭ法では更新する前の推定画像と比較参照画像との積になる。なお、本明細書では、ＣＴ撮影時に回転したＸ線管１とＸ線検知器２との全角度から、１回の測定毎にＸ線管１とＸ線検知器２とが回転した角度を割った値を、刻み数Ｎと定義付ける。例えば、ＣＴ撮影時にＸ線管１とＸ線検知器２とが回転した全角度が３６０°で、１回の測定がＸ線管１とＸ線検知器２とが１°刻みで行われたとき、刻み数Ｎは３６０°／１°＝３６０になる。単位刻み数当たりにしたのは、１回の測定の回転の刻みが違うと、更新する画像の重みが変わるからである。
【００５４】
また、F(ｂ_ij) をf(Ｐ_ij) に変えようとすると、画像では図６に示すように、断層平面Ｇ上の軌跡線Ｈの部分まで一斉に変わってしまう。そのため画像が収束するまで反復する必要がある。また従来のＡＲＴ／ＥＭ法では、先述したように、高吸収体領域を透過しなかった部分についてのみ、実測と推定との投影データとの比較及び更新が行なわれる。
【００５５】
以上より、高吸収体領域を透過しなかった部分について考えた場合、比較参照画像ｄ_kは、ＡＲＴ法のときは、下記の（５）式のように表され、ＥＭ法のときは、下記の（６）式のように表される。
ｄ_k＝１／Ｎ×B[f(P)-F(b_k)] （ＡＲＴ法）・・・（５）
ｄ_k＝１／Ｎ×B[f(P)/F(b_k)] （ＥＭ法）・・・（６）
【００５６】
従って、従来のＡＲＴ／ＥＭ法の場合、更新された推定画像ｂ_k+1は、更新する前の更新推定画像ｂ_kと比較参照画像ｄ_kとを用いると、それぞれ下記の（７）式、（８）式のように求められる。
ｂ_k+1＝ｂ_k＋ｄ_k （ＡＲＴ法）・・・（７）
ｂ_k+1＝ｂ_k×ｄ_k （ＥＭ法）・・・（８）
前述したように、上記の（７）式は、更新された推定画像ｂ_k+1は、ＡＲＴ法では更新する前の推定画像ｂ_kと比較参照画像ｄ_kとの和になる。上記の（８）式は、更新された推定画像ｂ_k+1は、ＥＭ法では更新する前の推定画像ｂ_kと比較参照画像ｄ_kとの積になる。ただし、上記の更新された推定画像ｂ_k+1は、あくまでも、従来のＡＲＴ／ＥＭ法によって更新されたものであり、後述する重み付きＡＲＴ／ＥＭ法によって更新された推定画像ｂ_k+1とは、別異であることに注意されたい。
【００５７】
〔ステップＳ７〕推定投影データF(b₀) と、実測投影データf(P)とを比較することにより、両データの差分または比に対して高吸収体を透過するパスの長さに応じた重み付け逆投影を行って、重み付き比較参照画像e₀を導出する。重み付け逆投影の際には、重み付き演算部１５によって、重み付けされる。重み付き比較参照画像e₀は、比較参照画像メモリ部２３に書き込まれる。この重み付き比較参照画像e₀の導出は、本発明における重み付き比較参照画像導出過程に相当する。続いて、重み付き比較参照画像e₀の導出について、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法と合わせて詳述する。
【００５８】
アーティファクト部分の重み付けをおこなうために、図７の（ｂ）に示すような重み関数Ｗ（Ｌ）を導入する。この重み関数Ｗ（Ｌ）は高吸収体を透過したパスの長さＬに対する関数で、そのパスの位置と重みの関係については図７の（ａ）に示すとおりである。即ち、Ｘ線が高吸収体領域を透過しない場合、パス長をL₀としたとき、L₀は０となりＷ（L₀）は１になる。もしＸ線が高吸収体領域を透過して、そのパス長がL₁のとき、Ｗ（L₁）は１よりも小さくなる。またＸ線が高吸収体領域を透過して、そのパス長がL₂でパス長L₁よりも大きいとき、即ち高吸収体の透過領域がL₁よりも長いとき、Ｗ（L₂）はＷ（L₁）よりも小さくなる。以上をまとめると、０＝L₀＜L₁＜L₂、１＝Ｗ（L₀）＞Ｗ（L₁）＞Ｗ（L₂）となる。つまり高吸収体の透過領域が長くなれば、高吸収体の吸収または散乱が大きくなって、吸収または散乱によるアーティファクトは大きくなるので、重みを軽くすることを意味している。逆に、高吸収体の透過領域が短くなれば、吸収または散乱によるアーティファクトは小さくなるので、重みを重くすることを意味している。次に、重み関数Ｗ（Ｌ）（以下、適宜「Ｗ」と略記）の式を利用して重み付き比較参照画像e₀と更新後の推定画像b₁とを導出する場合について説明する。
【００５９】
即ち、投影データがβで表されて、重み付けを考慮した逆投影（以下、適宜「重み付き逆投影」と略記）がB₁（β）で表されるとき、重み関数Ｗと逆投影B(β）と重み付き逆投影B₁（β）とは下記の（９）式の関係で表される。
B₁（β）＝B(Ｗβ）×Const. ・・・（９）
なお、Const.は定数であり、重み付き逆投影によって通常の逆投影によって求められた元の値とは違った値になってしまう。従って、元の値と同じ値にするために、定数Const.を掛けることで調整を取っている。
【００６０】
以上より、高吸収体領域を透過した部分Ｌも含む全領域で考えた場合、重み付き比較参照画像ｅ_kは、ＡＲＴ法のときは、下記の（１０）式のように表され、ＥＭ法のときは、下記の（１１）式のように表される。

【００６１】
従って、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法の場合、更新された推定画像ｂ_k+1は、更新する前の更新推定画像ｂ_kと重み付き比較参照画像ｅ_kとを用いると、それぞれ下記の（１２）式、（１３）式のように求められる。
ｂ_k+1＝ｂ_k＋ｅ_k （ＡＲＴ法）・・・（１２）
ｂ_k+1＝ｂ_k×ｅ_k （ＥＭ法）・・・（１３）
ただし、上記の更新された推定画像ｂ_k+1は、あくまでも、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法によって更新されたものであり、先述した従来のＡＲＴ／ＥＭ法によって更新された更新推定画像ｂ_k+1とは、別異であることに注意されたい。
【００６２】
〔ステップＳ８〕断層画像メモリ部２１から読み出された推定画像b₀は、比較参照画像メモリ部２３から読み出された重み付き比較参照画像e₀によって、更新される。つまり、推定画像b₀は、断層画像更新部１６、即ち上述した重み付きＡＲＴ／ＥＭ法によって更新されるということを意味する。更新された断層画像は推定画像b₁として求められて、断層画像メモリ部２１に書き込まれる。なお、書き込まれた更新後の推定画像b₁は、制御部３を介して断層画像メモリ部２１から読み出されて、断層画像表示部（モニタ）８に表示される。この更新後の推定画像b₁の導出及び表示は、本発明における推定画像更新過程に相当する。
【００６３】
〔ステップＳ９〕オペレータは断層画像表示部（モニタ）８に表示された更新後の推定画像b₁を参照しながら、その更新された推定画像b₁がアーティファクトを低減させる断層画像になっているか否かを判断する。ここでは前記断層画像が低コントラストな断層画像でも構わない。もし前記断層画像になっていると判断した場合には、ステップＳ１０に跳ぶ。もし前記断層画像になっていないと判断した場合には、ステップＳ５に戻って推定画像b₀を更新する時と同様に推定画像b₁を更新するために、ステップＳ５からステップＳ９までの工程を繰り返す。以下、同様にアーティファクトを低減させる断層画像になっていると判断するまで、推定画像ｂ_k（ｋ回更新）から、比較参照画像ｄ_kと、重み付き比較参照画像ｅ_kと、推定画像ｂ_kをさらに１回更新した推定画像ｂ_k+1とを求めるべく、ステップＳ５からステップＳ９までの工程を繰り返す。なお、このステップＳ５からステップＳ９までの繰り返しは、本発明における繰り返し動作過程に相当する。
【００６４】
上記の重み付きＡＲＴ／ＥＭ法で得られた推定画像ｂ_k+1は、反復回数が少ない場合には、従来のＡＲＴ／ＥＭ法と比べて高吸収体自身及びその周辺部の形状について再現性があり、低コントラストであるがアーティファクトの低減効果が得られる。
【００６５】
先述したように、前記推定画像ｂ_k+1は、ステップＳ５からステップＳ９までの工程を繰り返す回数（更新する回数）、即ち反復回数が少ないと、低コントラストだがアーティファクトの低減効果が高い断層画像になる。逆に、反復回数が多いと、推定画像ｂ_k+1は、高コントラストな画像だがアーティファクトの低減効果が低い断層画像になる。しかしながら、次のステップＳ１０以降のＩＲＲ法を組み合わせることによって、高吸収体領域を透過した部分に関して、実測投影データf(P)を、反復回数が少ない場合において重み付きＡＲＴ／ＥＭ法で得られた更新推定投影データF(ｂ_k+1)に置換して、実測投影データの修正を行い、さらにＦＢＰ法またはＡＲＴ／ＥＭ法等によって再構成処理を施すと、アーティファクトが低減した高コントラストな画像が得られる。つまり、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法のみと比べて、同程度の高コントラストな画像を得る場合において、反復回数を減らすことができるし、アーティファクト（シェーディングアーティファクトも含む）も低減できる。
【００６６】
〔ステップＳ１０〕ステップＳ９で求められた推定画像ｂ_k+1は、順投影部１１によって、順投影される。順投影されたデータは更新推定投影データF(ｂ_k+1)として導出されて、順投影データメモリ部２２に書き込まれる。この更新推定投影データF(ｂ_k+1)の導出は、本発明における更新推定投影データ導出過程に相当する。
【００６７】
〔ステップＳ１１〕順投影データメモリ部２２から読み出された実測投影データf(P)と、同じく順投影データメモリ部２２から読み出された更新推定投影データF(ｂ_k+1)とを用いて、置換修正部１３は、実測投影データf(P)の修正を行い、修正投影データF(P₂) を導出させる。導出された修正投影データF(P₂) は、再度順投影データメモリ部２２に書き込まれる。詳述すると、高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して前記実測投影データf(P)の画素値を、前記順投影データメモリ部２２から読み出された更新推定投影データF(ｂ_k+1)に応じた画素値に置換して、実測投影データf(P)の修正を行う。この修正投影データF(P₂) の導出は、本発明における実測投影データ修正過程に相当する。次に、実測投影データf(P)を修正して修正投影データF(P₂) を導出する方法について、詳述を行なう。
【００６８】
高吸収体領域を透過した部分Ｌに関して前記実測投影データf(P)の画素値を、前記順投影データメモリ部２２から読み出された更新推定投影データF(ｂ_k+1)に応じた画素値に置換する例として、高吸収体領域を透過した部分Ｌのみの更新推定投影データF(ｂ_k+1)をそのまま埋め込む方法が挙げられる。その場合、修正が行われた修正投影データF(P₂) は下記の（１４）式と（１５）式のように求められる。
＊高吸収体領域を透過しなかった部分では
F(P₂) ＝f(P) ・・・（１４）
＊高吸収体領域を透過した部分Ｌでは
F(P₂) ＝F(ｂ_k+1) ・・・（１５）
【００６９】
また、実施例では、高吸収体領域を透過した部分Ｌのみの更新推定投影データF(ｂ_k+1)をそのまま埋め込んだが、高吸収体領域を透過した部分Ｌのみの更新推定投影データF(ｂ_k+1)の各データの値を所定倍した値に置換してもよい。例えば、０＜α＜１を満たすα倍のF(ｂ_k+1)の値に置換する場合、上記の（１４）式は下記の（１６）式のように置き換えれる。
＊高吸収体領域を透過しなかった部分では
F(P₂) ＝α×F(ｂ_k+1) ・・・（１６）
上記の（１６）式のように置き換えると、アーティファクトが一層低減された投影データが求められる。
【００７０】
〔ステップＳ１２〕順投影データメモリ部２２から読み出された修正投影データF(P₂) は、再構成部１２によって再構成される。再構成された断層画像は本発明で最終的に求められる断層画像P₃として導出されて、断層画像メモリ部２１に書き込まれる。或いは、再度比較参照画像演算部１４と重み付き演算部１５と断層画像更新部１６によって、修正投影データF(P₂) を重み付きＡＲＴ／ＥＭ法による再構成処理を行なって最終的に求められる断層画像P₃を導出してもよい。この断層画像P₃の導出は、本発明における第２の画像再構成過程に相当する。つまり、先述したように、最終的に求められる断層画像の導出のときは、ＦＢＰ法またはＡＲＴ／ＥＭ法等による再構成処理で求められる。
【００７１】
以上のステップにより、前述の画像処理方法及びＸ線ＣＴ撮影用記録媒体を有するＸ線ＣＴ装置では、下記の様な効果がある。即ち、反復回数を抑えた重み付きＡＲＴ／ＥＭ法によって、高吸収体領域を透過した部分Ｌのデータについて考慮して、かつ重み付けを行っている。従って、低コントラストだが高吸収体及びその周辺部が再現できて、かつアーティファクトが低減された断層画像が得られる。また反復回数を抑えた重み付きＡＲＴ／ＥＭ法から得られた断層画像と比検体の断層画像とを用いて、ＩＲＲ法は比検体の断層画像を修正している。前述の方法から、高吸収体の部分は通常のＩＲＲ法で求められた修正用のデータと比較してより正確なデータなので、効果が限定的になることはない。また、重み付きＡＲＴ／ＥＭ法と比べて、同程度の高コントラストな画像を得る場合において、反復回数を減らすことができるし、アーティファクト（シェーディングアーティファクトも含む）も低減できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項１の発明に係るＸ線ＣＴ装置の画像処理方法によれば、高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、重み付けを考慮した更新推定投影データに応じたデータに置換して、実測投影データを修正して再構成することにより、アーティファクトが低減した高コントラストな断層画像を得ることができる。
【００７３】
請求項２の発明に係るＸ線ＣＴ装置によれば、請求項１に記載の発明によって、好適に実施されるので、アーティファクトが低減した高コントラストな断層画像を得ることができる。
【００７４】
請求項３の発明に係るＸ線ＣＴ撮影用記録媒体によれば、請求項１に記載の発明の方法をコンピュータに実行させることによって、アーティファクトが低減した高コントラストな断層画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で最終的に求められる断層画像を導出するまでの流れを概略化したものである。
【図２】実施例に係るＸ線ＣＴ装置の要部構成をあらわすブロック図である。
【図３】演算部とメモリ部との内部をそれぞれ具体的にあらわしたブロック図である。
【図４】撮影を開始してから、断層画像を求めるまでの流れを示す（前半部分）フローチャートである。
【図５】撮影を開始してから、断層画像を求めるまでの流れを示す（後半部分）フローチャートである。
【図６】ＡＲＴ／ＥＭ法及び重み付きＡＲＴ／ＥＭ法について、詳しく示した図である。
【図７】重み付きＡＲＴ／ＥＭ法における高吸収体を透過したパスの位置と重みの関係と、パス長に関する重み関数とを示した図である。
【図８】従来における画像処理方法の一連の流れを示した図である。
【図９】従来のＩＲＲ法における画像処理方法の一連の流れを示した図である。
【図１０】従来のＡＲＴ／ＥＭ法における推定画像b₀を１回更新して推定画像b₁を求めるまでの方法を示した図である。
【図１１】従来のＡＲＴ／ＥＭ法における複数回更新された推定画像ｂ_kをさらに１回更新して推定画像ｂ_k+1を求めるまでの方法を示した図である。
【符号の説明】
１ …Ｘ線管
２ …Ｘ線検知器
３ …制御部
４ …操作部
５ …推定画像設定部
６ …高吸収体領域設定部
７ …データ収集手段（ＤＡＳ）
８ …断層画像表示部（モニタ）
１０ …演算部
１１ …順投影部
１２ …再構成部
１３ …置換修正部
１４ …比較参照画像演算部
１５ …重み付き演算部
１６ …断層画像更新部
２０ …メモリ部
２１ …断層画像メモリ部
２２ …順投影データメモリ部
２３ …比較参照画像メモリ部
２５ …記録媒体
３０ …重み付きＡＲＴ／ＥＭ法
３１ …ＩＲＲ法
Ｂ …Ｘ線ビーム
Ｆ …投影平面
Ｇ …断層平面
Ｌ …高吸収体領域を透過した部分
Ｍ …高吸収体領域
Ｐ …被検体
Ｚ …体軸

Claims

Ｘ線ＣＴ撮影時に得られた画像データを再構成して断層画像を得る画像処理方法であって、（２）被検体を透過したＸ線を検出することによって得られた実測投影データにフィルタリングを施した後、逆投影して実測断層画像を再構成する第１の画像再構成過程と、（３）推定画像を任意の値で初期化して設定する推定画像設定過程と、（４）第１の画像再構成過程で導出された実測断層画像に基づき高吸収体領域を設定する高吸収体領域設定過程と、（５）推定画像を前記Ｘ線の曝射方向に順投影することによって、推定投影データを導出する推定投影データ導出過程と、（６）推定投影データと実測投影データとの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像を導出する比較参照画像導出過程と、（７）推定投影データと実測投影データとの差分または比に、Ｘ線が高吸収体領域を透過するパスが長くなるに従って値が小さくなる重み付き逆投影を、導入された重み関数に基づいて行って重み付き比較参照画像を導出する重み付き比較参照画像導出過程と、（８）推定画像を重み付き比較参照画像によって更新する推定画像更新過程と、（９）前記推定画像更新過程で更新された推定画像に現れる偽像の程度に応じて、前記（５）から（８）までの各過程を１回または複数回にわたり繰り返し行って偽像が低減した推定画像に更新する繰り返し動作過程と、（１０）前記繰り返し動作過程で更新された推定画像を順投影することにより更新推定投影データを導出する更新推定投影データ導出過程と、（１１）高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、更新推定投影データに応じたデータに置換して実測投影データの修正を行う実測投影データ修正過程と、（１２）修正された実測投影データを画像再構成して断層画像を導出する第２の画像再構成過程とを備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置の画像処理方法。
Ｘ線ＣＴ撮影時に得られた画像データを再構成して断層画像を得るＸ線ＣＴ装置において、（ａ）被検体の周りからＸ線を曝射するＸ線曝射手段と、（ｂ）前記Ｘ線曝射手段でＸ線を曝射することによって、被検体を透過したＸ線を検出して実測投影データを得るＸ線検出手段と、（ｃ）前記Ｘ線検出手段で得られた実測投影データにフィルタリングを施した後、逆投影して実測断層画像を再構成する第１の画像再構成手段と、（ｄ）推定画像を任意の値で初期化して設定する推定画像設定手段と、（ｅ）第１の画像再構成過程で導出された実測断層画像に基づき高吸収体領域を設定する高吸収体領域設定手段と、（ｆ）推定画像を前記Ｘ線の曝射方向に順投影することによって、推定投影データを導出する推定投影データ導出手段と、（ｇ）推定投影データと実測投影データとの差分または比を逆投影することに基づいて比較参照画像を導出する比較参照画像導出手段と、（ｈ）推定投影データと実測投影データとの差分または比に、Ｘ線が高吸収体領域を透過するパスが長くなるに従って値が小さくなる重み付き逆投影を、導入された重み関数に基づいて行って重み付き比較参照画像を導出する重み付き比較参照画像導出手段と、（ｉ）推定画像を重み付き比較参照画像によって更新する推定画像更新手段と、（ｊ）前記推定画像更新手段で更新された推定画像に現れる偽像の程度に応じて、前記（ｆ）から（ｉ）までの各手段による処理を１回または複数回にわたり繰り返し行って偽像が低減した推定画像に更新する繰り返し動作手段と、（ｋ）前記繰り返し動作手段で更新された推定画像を順投影することにより更新推定投影データを導出する更新推定投影データ導出手段と、（ｌ）高吸収体領域を透過した部分に関して実測投影データを、更新推定投影データに応じたデータに置換して実測投影データの修正を行う実測投影データ修正手段と、（ｍ）修正された実測投影データを画像再構成して断層画像を導出する第２の画像再構成手段とを備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータが読み取り可能なＸ線ＣＴ撮影用記録媒体。