JP4416545B2 - X-ray CT system - Google Patents
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Description
X線を被検体に照射することによって被検体のX線吸収の分布を検出・再現することにより、被検体の内部構造を解析するX線CT装置におけるノイズ除去に関する。 The present invention relates to noise removal in an X-ray CT apparatus that analyzes the internal structure of a subject by detecting and reproducing the X-ray absorption distribution of the subject by irradiating the subject with X-rays.
肩や骨盤等の骨が重なる部分、またはX線の通るパスが長い部分では他の部分に比べX線の吸収が大きく透過X線量のレベルが非常に小さくなり、その結果投影データのS/N比が悪くなる。このようなS/N比が悪いデータを含んだ投影データで画像を再構成すると画像中のアーチファクトの原因となる。図1はノイズを含んだ肩部のデータ11を用いて画像を再構成した図である。従来、例えば、特許文献1では、X線量のレベルが低い部分、すなわち投影データのレベルが高い部分にスムージングをかけることでノイズの除去をおこないアーチファクト12を低減した画像を得ることを提案している。
特許文献1では、スムージングを行うことによりノイズではない実際のデータの変化部分も消えてしまう可能性が生じ、その結果分解能の低下を招いてしまうという問題があった。 According to Patent Document 1, there is a possibility that an actual data change portion that is not noise may be erased by performing smoothing, resulting in a decrease in resolution.
本発明の目的は、X線CT装置において、分解能の低下を招くことなく透過X線データ中に混入したアーチファクトの原因となるノイズ成分を検出し、除去する機能を有するX線CT装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an X-ray CT apparatus having a function of detecting and removing noise components that cause artifacts mixed in transmitted X-ray data without causing a decrease in resolution in the X-ray CT apparatus. That is.
本発明のもう1つの目的は、X線CT装置において、分解能の低下を招くことなく透過X線データ中に混入したアーチファクトの原因となるノイズ成分を検出し、高速に除去することである。 Another object of the present invention is to detect and remove at high speed noise components that cause artifacts mixed in transmitted X-ray data without causing a reduction in resolution in an X-ray CT apparatus.
本発明の原理は、投影データの各ビュー角毎の合計値の変動からノイズの有無を検出し、ノイズを除去するためにスムージングを行い、投影データの合計値をそのビュー角のスムージングデータと同等になるように各投影データを補正することでノイズを除去するものである。 The principle of the present invention is to detect the presence or absence of noise from the fluctuation of the total value for each view angle of the projection data, perform smoothing to remove the noise, and make the total value of the projection data equal to the smoothing data of the view angle The noise is removed by correcting each projection data so that
透過X線量を検出する円弧状に配列された多数の検出素子からなる検出器はシノグラムにおけるチャネル方向とビュー方向について2次元のそれぞれ異なった特性をもつが、投影データのチャネル方向のSum値は同じ断面で計測したものであればビューによらず一定であり、またテーブルを移動して投影を行う螺旋スキャンでは、投影データのSum値は一定にはならないが連続的に変化する。そのため、Sum値の変動はビュー角に依存するノイズの影響と考えられる。Sum値が一定もしくは連続的になるようにビュー角に沿ってプロットしたSum値のカーブ全体を上下させスムージングすればチャネル方向のデータ特性は保たれるので分解能の低下を起こさずノイズ成分を除去できる。 A detector composed of a large number of detector elements arranged in an arc shape for detecting the transmitted X-ray dose has two-dimensional different characteristics in the channel direction and view direction in the sinogram, but the sum value of the projection data in the channel direction is the same. If measured by a cross section, it is constant regardless of the view, and in a helical scan in which projection is performed by moving the table, the sum value of the projection data does not become constant but changes continuously. Therefore, the fluctuation of the Sum value is considered to be the influence of noise depending on the view angle. By smoothing up and down the entire Sum value curve plotted along the view angle so that the Sum value is constant or continuous, the data characteristics in the channel direction are maintained, so noise components can be removed without causing a decrease in resolution. .
本発明の第1の観点は、X線CT装置において、ビュー方向の計測ノイズを、X線量データから投影データに変換したデータ(ローデータ)の各ビュー角毎の合計値(Sum値)の変動からノイズの混入の有無を推定・検出し、変換前のX線量データに対して補正を行い改めて投影データを取得することで、分解能の低下を起こさずにノイズを除去することである。 According to a first aspect of the present invention, in the X-ray CT apparatus, fluctuations in the total value (Sum value) for each view angle of data (raw data) obtained by converting measurement noise in the view direction from X-ray dose data to projection data. From this, the presence or absence of noise is estimated and detected, X-ray dose data before conversion is corrected, and projection data is obtained again, thereby removing noise without causing a reduction in resolution.
本発明の第2の観点は、X線CT装置において、投影データの情報を基に変換前のデータであるX線量に対して補正を行う必要のあるデータに対して、あらかじめローデータからX線量への逆変換、X線量の補正、補正X線量からローデータへの再変換のステップを想定・反映したローデータ補正量をテーブル化し、それを用いることでノイズ除去のためのデータ補正に要する時間を短縮し、信号処理時間を高速化したものである。 According to a second aspect of the present invention, in an X-ray CT apparatus, X-ray dose from raw data is preliminarily applied to data that needs to be corrected for X-ray dose that is data before conversion based on projection data information. Time required for data correction for noise removal by using a table of raw data correction amount that assumes and reflects the steps of reverse conversion to X-ray, X-ray dose correction, and re-conversion from corrected X-ray dose to raw data And the signal processing time is increased.
ノイズはローデータへの変換前のX線量に混入している。また、X線量からローデータへの変換には非線形な対数関数が含まれるためノイズ補正は最初の透過X線量のデータに対して行うことが望ましい。そのため、本発明の第1の観点では、変換前のX線量のデータについて補正を行い、再びローデータへと変換する。しかし、これでは変換、処理に時間がかかってしまうので、本発明の第2の観点では、あらかじめ逆変換、補正、再変換のステップを想定、反映したローデータの補正量をテーブル化し、それを用いることで処理時間を高速化した。 Noise is mixed in the X-ray dose before conversion to raw data. Further, since the conversion from the X-ray dose to the raw data includes a non-linear logarithmic function, it is desirable to perform noise correction on the first transmitted X-ray dose data. For this reason, in the first aspect of the present invention, the X-ray dose data before conversion is corrected and converted again to raw data. However, this takes time for conversion and processing. Therefore, in the second aspect of the present invention, assuming the steps of inverse conversion, correction, and reconversion in advance, the correction amount of the reflected raw data is tabulated and converted into a table. By using it, the processing time was increased.
図2はX線CT装置のデータ収集および収集したデータから生成したシノグラムの概略を説明する図を示す。 スキャナを回転させながら、X線源21よりX線を発生し、被検体22を透過したX線量を検出器23によって計測する。計測されたデータは、画像処理装置50において図3のフロー図に示すようにオフセット補正31、対数変換32、リファレンス補正33等の処理を受け、この結果ローデータ24が作成される。画像処理装置50は例えばCPUとPOM、RAM等から構成される。 FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the X-ray CT apparatus data collection and the sinogram generated from the collected data. While rotating the scanner, X-rays are generated from the X-ray source 21, and the X-ray dose transmitted through the subject 22 is measured by the detector 23. The measured data is subjected to processing such as offset correction 31, logarithmic conversion 32, reference correction 33 and the like in the image processing apparatus 50 as shown in the flowchart of FIG. 3, and as a result, raw data 24 is created. The image processing apparatus 50 includes, for example, a CPU, POM, RAM, and the like.
オフセット補正31は計測データから、X線を照射していない時に計測したデータ量を差し引く処理であり、その結果がX線量のデータに相当する。 The offset correction 31 is a process of subtracting the data amount measured when the X-ray is not irradiated from the measurement data, and the result corresponds to the X-ray dose data.
一般にX線の減弱はX線が物質を通る距離に対して指数関数的な変化を示すためX線量からローデータを求める計算には対数関数を使う。また、照射線量によらずローデータが一定のレベル以上になるようにビュー角毎に定めた定数で調整するのがリファレンス補正である。これらを〔数1〕にまとめると、
図4は計測時の各ビュー角でのローデータをチャネル方向に合計した値(Sum値)を表わす。投影データのSum値は同じ断面で計測したものであればビュー角によらず一定である。また、テーブルを移動して投影を行う螺旋スキャンでは、投影データのSum値は一定にはならないが連続的に変化する(ノイズなし41)。そのため、ノイズが混入していない限りSum値が不連続になることはない。 FIG. 4 shows a value (Sum value) obtained by summing the raw data at each view angle at the time of measurement in the channel direction. The Sum value of the projection data is constant regardless of the view angle as long as it is measured on the same cross section. In the spiral scan in which the projection is performed by moving the table, the Sum value of the projection data does not become constant but continuously changes (no noise 41). Therefore, the Sum value does not become discontinuous unless noise is mixed.
しかし、ノイズが混入した場合にSum値はノイズあり42のような不連続な変化を示す。
本発明ではまず、Sum値のビュー角毎の変化をプロットして〔数2〕のようなスムージングを施し、より連続に近いプロフィルを作成する。
In the present invention, first, a change for each view angle of the Sum value is plotted and smoothing as shown in [Formula 2] is performed to create a profile that is more continuous.
そこで、vビュー角目のSum値が上記のスムージング結果に一致するような次の〔数3〕第1式を満たす補正ローデータR’が算出出来れば、これに基づいてデータの補正を行うことが出来る。なお、ノイズはローデータではなくX線量に混入するため、本発明の第1の実施例では、補正は変換前のX線量に対して行う。すなわち、〔数3〕の第2式を満たすようなビュー角毎のノイズ補正定数nを見つけ、ローデータR’を求める。
しかし、〔数3〕の第2式を満たす各ビュー角でのノイズ補正定数nの算出は補正ローデータR’を求める計算が対数関数であることもあり簡単ではない。さらに、変換前のX線量のデータに対して補正を行い、補正ローデータR’を算出するので、結局ローデータへの変換を2回行うことになり、第1の実施例では補正ローデータを求めるために長い処理時間がかかってしまう。 However, the calculation of the noise correction constant n at each view angle satisfying the second expression of [Equation 3] is not easy because the calculation for obtaining the corrected raw data R 'may be a logarithmic function. Furthermore, since the X-ray dose data before conversion is corrected and corrected raw data R ′ is calculated, the conversion to raw data is eventually performed twice. In the first embodiment, corrected raw data is It takes a long processing time to find out.
そこで、本発明の第2の実施例においては、あらかじめローデータからX線量への逆変換、対象の装置に共通なノイズ補正定数n0による補正、補正X線量からローデータへの再変換のステップを想定・反映したローデータの補正量ΔRについての〔数4〕を図5に示すようにテーブル化することで処理時間を高速化したものである。
図5のテーブルを使うことによって、ノイズ補正定数n0に対するR→R’の補正量ΔRをテーブルから取り出し、以下で説明する〔数6〕を使って補正ローデータR’を簡単に求めることができる。ノイズ補正定数n0については対象の装置についてあらかじめ実験的に計測を行い適切なものを選択する。例えば、ノイズ振幅の1/2等を選択する。なお、テーブル化のためのメモリ容量が十分でなく精度が確保できない場合は図5に示すように補間して補正量ΔRを算出すれば精度を保つことができる。まず、このテーブルを用いてビュー角毎に各チャネル(検出素子)の補正量ΔRを求め、その合計値CorrSumを〔数5〕に示すように算出する。
次に算出したCorrSumを使って、〔数6〕に従って補正ローデータR’を求める。
上記の補正ローデータR’のSum値
は以下の〔数7〕から明らかなように、Smoothと等しくなり連続的なSum値をもつプロフィールに補正出来たことが判る。
As can be seen from [Equation 7] below, it can be seen that the profile is equal to Smooth and has a continuous Sum value.
従って、第2の実施例では、対象の装置に共通なノイズ補正定数n0を定義することで、第1の実施例のようにビュー角毎のノイズ補正定数nを見つけなくとも〔数3〕の第1式の条件を満たす補正ローデータR’を前もって準備したテーブルを利用して簡単に求めることが出来る。 Therefore, in the second embodiment, by defining a noise correction constant n 0 common to the target apparatus, it is possible to obtain [Equation 3] without finding the noise correction constant n for each view angle as in the first embodiment. The correction raw data R ′ satisfying the condition of the first expression can be easily obtained using a table prepared in advance.
以上説明した、第2の実施例による補正ローデータR’算出のためフローチャートを図6に示す。
即ち、まず、ステップ61でビュー角毎のローデータRのSum値
を算出する。次にステップ62で上記の処理が全ビュー角について実行されたかを判断し、Noの場合はステップ61を繰り返し、Yesの場合はステップ63に進み、ここでは〔数2〕に従ってビュー角毎のスムージングデータSmoothを算出する。次に、ステップ64では図5に示すような対象の装置について事前に準備された補正テーブルを用いてまずチャネル(検出素子)毎のローデータ補正量ΔRを算出し、次に〔数5〕に示す補正量ΔRの合計値CorrSumを算出する。次にステップ65ではステップ61、63、64でそれぞれ求めたSum値、Smooth値、補正量ΔRおよびCorrSum値を用いてチャネル(検出素子)毎の補正後ローデータR’を算出する。最後にステップ66でステップ64、65の処理が全ビュー角について実行されたかを判断し、Noの場合はステップ64、65を繰り返し、Yesの場合は本ローデータの補正処理を終了する。
A flowchart for calculating the corrected raw data R ′ according to the second embodiment described above is shown in FIG.
That is, first, in step 61, the Sum value of the raw data R for each view angle
Is calculated. Next, in step 62, it is determined whether the above processing has been executed for all the view angles. If No, step 61 is repeated, and if Yes, the process proceeds to step 63. Here, smoothing for each view angle is performed according to [Equation 2]. Data Smooth is calculated. Next, in step 64, a raw data correction amount ΔR for each channel (detection element) is first calculated using a correction table prepared in advance for the target device as shown in FIG. A total value CorrSum of the correction amount ΔR shown is calculated. Next, in step 65, corrected raw data R ′ for each channel (detection element) is calculated using the Sum value, Smooth value, correction amount ΔR and CorrSum value obtained in steps 61, 63 and 64, respectively. Finally, in step 66, it is determined whether or not the processing of steps 64 and 65 has been executed for all view angles. If No, steps 64 and 65 are repeated, and if Yes, the raw data correction processing is terminated.
図7(a)はローデータへの補正が施されていない、従来装置による肩部の断層画像を、図7(b)は本発明によって補正されたローデータを用いて再構成した同一部分の画像を示している。本発明によればノイズの少ない画像を作成することができることを示している。 FIG. 7A shows a tomographic image of a shoulder portion by a conventional apparatus that is not corrected to raw data, and FIG. 7B shows the same portion reconstructed using raw data corrected by the present invention. An image is shown. This shows that an image with less noise can be created according to the present invention.
21…X線源
22…被検体
23…検出器
50…画像処理装置
21 ... X-ray source
22 ... Subject
23 ... Detector
50. Image processing device
Claims (3)
各ビュー角毎の演算されたローデータ合計値Sumをビュー角に沿ってスムージングし、スムージングされたローデータ合計値Smoothを求める手段;および
各ビュー角のローデータ合計値Sumがスムージングされたローデータ合計値Smoothとなるよう各ビュー角の各検出素子毎に補正ローデータR’を求める手段を含むことを特徴とするX線CT装置。 A detection comprising an X-ray source that can be rotated around the subject and arranged opposite to the subject, and a number of detection elements that detect the X-rays emitted from the X-ray source and transmitted through the subject. In the X-ray CT apparatus having an imager and an image processing apparatus for imaging the detected X-ray dose , the image processing apparatus performs logarithmic conversion on projection X-ray dose detected by each detection element for each view angle. Means for calculating the sum value Sum of raw data;
Means for smoothing the calculated raw data sum Sum for each view angle along the view angle to obtain a smoothed raw data sum Smooth;
An X-ray CT apparatus comprising means for obtaining corrected raw data R ′ for each detection element at each view angle so that the raw data total value Sum at each view angle becomes a smoothed raw data total value Smooth .
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Publications (3)
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