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CN107106114B - 运算装置、x射线ct装置及图像重构方法 - Google Patents

运算装置、x射线ct装置及图像重构方法 Download PDF

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CN107106114B CN201680005204.1A CN201680005204A CN107106114B CN 107106114 B CN107106114 B CN 107106114B CN 201680005204 A CN201680005204 A CN 201680005204A CN 107106114 B CN107106114 B CN 107106114B
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Abstract

为了提供可以维持噪声降低效果并缩短处理时间的运算装置、X射线CT装置、及图像重构方法，在现有的逐次近似图像重构方法(SPS法)中，在反复进行的图像更新时，对更新图像进行顺投影，将顺投影数据与原被摄体投影数据进行差分并进行逆投影来得到差分图像，反复进行顺投影处理和逆投影处理，但是在本发明中，将需要运算时间的顺投影处理和逆投影处理，置换为如更新图像与基准图像的差分这样的运算量较少的处理，其结果是，能够大幅减少逐次近似图像重构处理的运算量，缩短处理时间。

Description

运算装置、X射线CT装置及图像重构方法
技术领域
本发明涉及运算装置、X射线CT装置以及图像重构方法，尤其涉及基于逐次近似重构法的图像重构中的高速噪声降低处理技术。
背景技术
近年来，为了实施被照射剂量较少的CT检查，进行基于以低剂量也能够得到噪声较少的图像的逐次近似法的图像重构。
专利文献1公开了如数学式(1)所示，用于逐次近似法之一的可分离的抛物面替代(Separable Paraboloidal Surrogate)法(SPS法)的更新式。
Figure GDA0001341002790000011
在数学式(1)中，μ为更新像素值，y为原投影值，β为标准化系数，d为标准化系数，w为像素系数，i为检测元件编号，j及k为像素编号，n为反复次数。γ为投影值变换为像素值的矩阵的要素，a为将投影值变换为像素值的矩阵的要素，Σγij为逆投影处理，Σaij为顺投影处理。势函数(也称为惩罚项)的代替函数Ψ的一次成分为φ，2次成分为ω。
现有技术文献：
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/008702号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述数学式(1)所示的更新式中包含：在更新式中作为运算负荷高的矩阵运算的逆投影处理Σγij和顺投影处理Σaij。因此，存在运算量较多，处理时间变长的问题。
本发明是鉴于以上问题点提出的，其目的在于，提供在逐次近似图像重构法中，能够维持噪声降低效果并缩短处理时间的运算装置、X射线CT装置、以及图像重构方法。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明为运算装置具备：投影数据生成部，其基于从被摄体周围的各方向照射并透射了所述被摄体的X射线的信息，生成被摄体投影数据；基准图像生成部，其根据所述被摄体投影数据生成基准图像；标准化图像生成部，其生成标准化图像，该标准化图像是按像素定义了对更新处理中的噪声降低强度进行调整的标准化系数的图像；以及反复处理部，其使用所述基准图像和所述标准化图像，执行预定次数的反复处理，所述反复处理部具有：差分图像生成部，其对所述基准图像和通过所述更新处理得到的更新图像进行差分，并生成差分图像；以及图像更新部，其使用所述差分图像及所述标准化图像来执行所述更新处理，并生成更新图像。
另外，一种具备本发明的运算装置的X射线CT装置。
另外，一种图像重构方法，运算装置包含：投影数据生成步骤，基于从被摄体周围的各方向照射并透射了所述被摄体的X射线的信息，生成被摄体投影数据；基准图像生成步骤，根据所述被摄体投影数据生成基准图像；标准化图像生成步骤，生成标准化图像，该标准化图像是按像素定义了对更新处理中的噪声降低强度进行调整的标准化系数的图像；以及反复处理步骤，使用所述基准图像和所述标准化图像，执行预定次数的反复处理，在所述反复处理步骤中，包含：差分图像生成步骤，对所述基准图像和通过所述更新处理得到的更新图像进行差分，并生成差分图像；以及图像更新步骤，使用所述差分图像及所述标准化图像来执行所述更新处理，并生成更新图像。
发明效果
根据本发明，从更新式中省去运算负荷高的矩阵运算即逆投影处理和顺投影处理，并置换为运算负荷低的图像处理，因此能够提供一种可以维持噪声降低效果并且缩短处理时间的运算装置、X射线CT装置以及图像重构方法。
附图说明
图1是表示X射线CT装置1的整体结构的外观图。
图2是表示X射线CT装置1的内部结构的框图。
图3是运算装置202的功能框图。
图4是表示处理整体的流程的流程图。
图5是表示图4的步骤S102的逐次近似图像重构处理的流程的流程图。
图6是表示基准图像生成处理(A)的流程的流程图。
图7是表示标准化图像生成处理的流程的流程图。
图8是表示基准图像生成处理(B)的流程的流程图。
图9是表示图像更新处理(A)的流程的流程图。
图10是表示图像更新处理(B)的流程的流程图。
图11是噪声降低图像显示画面51的例子。
图12是对断层像的关心区域60的设定例。
图13是表示CT值与标准化系数的相关的相关函数80的一例。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。首先，一边参照图1及图2，一边对X射线CT装置1的硬件结构进行说明。
如图1及图2所示，X射线CT装置1大致由扫描仪10及操作单元20构成。扫描仪10具有机架100及寝台101。机架100具有：X射线产生装置102、X射线检测装置103、准直器104、高电压产生装置105、数据收集装置106、以及机架驱动装置107等。操作单元20具有：中央控制装置200、输入输出装置201、以及运算装置202等。
操作者使用操作单元20的输入输出装置201来输入拍摄条件或重构条件等。拍摄条件例如为X射线光束宽度、寝台进给速度、管电流、管电压、拍摄范围(体轴方向范围)、每次旋转的拍摄视角数等。另外，重构条件例如为关心区域、FOV(Field Of View，视野)、重构滤波函数等。输入输出装置201包含显示CT图像等的显示装置211、鼠标、轨迹球、键盘、触摸面板等输入装置212、以及存储数据的存储装置213等。
中央控制装置200是具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等的计算机，控制X射线CT装置1整体的动作。中央控制装置200基于拍摄条件或重构条件向扫描仪10的各装置发送拍摄所需要的控制信号。
若接收来自中央控制装置200的拍摄开始信号而开始拍摄，则高电压产生装置105基于来自中央控制装置200的控制信号，对X射线产生装置102施加预定大小的管电压、管电流。X射线产生装置102从阴极释放与所施加的管电压相对应的能量的电子，通过使被释放的电子与对阴极(target)(阳极)碰撞来对被摄体3照射与电子能量相对应的能量的X射线。
从X射线产生装置102照射的X射线被准直器104限制照射区域。根据中央控制装置200的控制信号来控制准直器104的开口宽度。
X射线CT装置1大致区分为：使用在二维方向上排列了检测元件的X射线检测装置103的多层面CT、以及使用在1列即一维方向(仅在通道方向)上排列检测元件的X射线检测装置103的单层面CT。在多层面CT中，与X射线检测装置103相对应地，从作为X射线源的X射线产生装置102呈圆锥状或角锥状扩展的X射线光束。在单层面CT中，照射从X射线产生装置102呈扇状扩展的X射线光束。
从X射线产生装置102照射并被准直器104限制了照射区域的X射线，在被摄体3内的各组织中与X射线减弱系数相对应地被吸收(衰减)，并通过被摄体3，被配置在与X射线产生装置102相对的位置上的X射线检测装置103检测出。
寝台101具备：载置被摄体3的顶板、上下活动装置、以及顶板驱动装置，基于来自中央控制装置200的控制信号使顶板高度上下升降，或向体轴方向前后活动，或向与体轴垂直的方向且相对于顶板平行的方向(左右方向)左右活动。在拍摄中，寝台101以由中央控制装置200决定的寝台移动速度及移动方向使顶板移动。
机架驱动装置107基于来自中央控制装置200的控制信号，使机架100的旋转盘绕转。
X射线检测装置103例如是将由闪烁体和光电二极管的组合构成的X射线检测元件群二维排列在通道方向(绕转方向)及列方向(体轴方向)上的装置。X射线检测装置103被配置为经由被摄体3，与X射线产生装置102相对。X射线检测装置103对从X射线产生装置102照射并透射了被摄体的X射线剂量进行检测，输出至数据收集装置106。
数据收集装置106收集由X射线检测器103的各个X射线检测元件检测出的X射线剂量的信息，并转换为数字信号，并作为透射X射线信息依次输出至操作单元20的运算装置202。
运算装置202具备重构处理装置221及图像处理装置222等。
重构处理装置221取得由数据收集装置106收集的透射X射线信息，并生成重构图像所需要的投影数据。另外，重构处理装置221使用投影数据来重构被摄体3的断层像(CT图像)。
在本发明中，重构处理装置221进行后述的逐次近似图像重构处理。
由此，高速重构降低了噪声后的CT图像。针对本发明的运算装置202(重构处理装置221)所执行的逐次近似图像重构处理的详细内容，予以后述。重构处理装置221将生成的CT图像保存于存储装置213，并且显示在显示装置211中。
图像处理装置222对由重构处理装置221生成，并存储在存储装置213中的CT图像进行图像处理。另外，使图像处理后的图像显示在显示装置211上，并且保存于存储装置213中。
接着，一边参照图3，一边对本发明的X射线CT装置1的功能结构进行说明。
作为主要的功能结构，X射线CT装置1具有：数据存储部31、透射剂量收集部32、投影数据生成部33、基准图像生成部34、标准化图像生成部35、反复处理部30、以及图像显示部38。反复处理部30具有：图像更新部36及差分图像生成部37。
数据存储部31是对预先测量或计算得到的空气投影数据进行存储的区域，例如被设置在操作单元20的存储装置213上。数据存储部31将空气投影数据发送至标准化图像生成部35。空气投影数据是在没有被摄体3及寝台101的状态下通过拍摄而测量出的投影数据。
透射剂量收集部32收集从X射线产生装置102照射到被摄体3上，并透射被摄体3及寝台101，而由X射线检测装置103检测出的X射线的剂量信息即透射X射线信息。透射剂量收集部32将收集到的透射X射线信息发送至投影数据生成部33。
投影数据生成部33取得从透射剂量收集部32发送的透射X射线信息，乘以预定的对数变换系数并进行对数变换，生成重构图像所需要的被摄体投影数据。生成的被摄体投影数据被发送至基准图像生成部34及标准化图像生成部35。
基准图像生成部34使用所取得的被摄体投影数据来对被摄体断层像进行重构，将该被摄体断层像作为后述的图像更新处理的基准图像。重构的基准图像被发送至差分图像生成部37。在本发明的逐次近似图像重构处理中，不只是在反复进行的图像更新处理的首次，而是每次都参照该基准图像。
标准化图像生成部35生成标准化图像，该标准化图像是按像素来定义了对图像更新处理中的噪声降低强度进行调整的标准化系数的图像。标准化图像的具体生成顺序例如为，标准化图像生成部35取得空气投影数据和被摄体投影数据并相加，并且乘以逆对数变换系数，以指数生成剂量换算投影数据。将对该剂量换算投影数据进行了图像重构后的图像作为标准化图像。
标准化图像生成部35将生成的标准化图像发送至图像更新部36。此外，标准化图像并不局限于根据剂量换算投影数据重构后的图像。例如，也可以使用将被摄体断层像的CT值进行非负值化后的值，还可以使用将被摄体断层像的各像素变换为与CT值相对应的标准化系数后的的图像。
差分图像生成部37从图像更新部36取得更新图像并取得基准图像与更新图像的差分，来生成差分图像。生成的差分图像被发送至图像更新部36。
图像更新部36使用从差分图像生成部37取得的差分图像、以及从标准化图像生成部35取得的标准化图像，并使用基于逐次近似法的更新式(后述的数学式(4))来进行图像更新处理。
反复处理部30使用由基准图像生成部34生成的基准图像、以及由标准化图像生成部35生成的标准化图像，执行预定次数的反复处理。反复处理是指，将差分图像生成部37中的差分图像的生成和图像更新部36中的更新图像的生成反复预定更新次数的处理。在未达到预定更新次数时，图像更新部36将更新图像发送至差分图像生成部37，反复执行预定次数的差分图像的生成以及上述的图像更新处理。在达到预定更新次数时，停止图像更新。图像更新部36将通过更新处理得到的图像作为噪声降低图像发送至图像显示部38。
图像显示部38将通过图像更新部36更新后的图像即噪声降低图像显示于显示装置211。
本发明的逐次近似图像重构处理相较于现有的逐次近似图像重构处理(SPS法)，不同点在于，具有取得基准图像与更新图像的差分的差分图像生成部37的结构。现有技术是在反复进行的每一次的图像更新中，对更新图像进行顺投影，并使顺投影数据与原本的被摄体投影数据进行差分，并对其进行逆投影，由此得到差分图像。也就是说，反复进行顺投影处理和逆投影处理。但是，在本发明中，将需要运算时间的顺投影处理和逆投影处理，置换为更新图像与基准图像的差分这样的运算量较少的处理。因此，大幅削减用于生成差分图像的处理时间。
接着，一边参照图4，一边对本发明的X射线CT装置1的处理整体流程进行说明。
首先，X射线CT装置1对被摄体3进行定位拍摄。在定位拍摄中，使机架100不旋转而固定在X射线的照射方向，一边以预定的速度移动寝台101，一边测量透射了被摄体3及寝台101的X射线剂量。X射线CT装置1基于通过定位拍摄得到的透射X射线数据来生成定位图像。
中央控制装置200使用定位图像，受理拍摄条件或重构条件等各种条件设定。并且，中央控制装置200根据设定的各种条件，执行本拍摄。在本拍摄中，使机架100旋转并从被摄体3周围的各方向照射X射线，测量透射了被摄体3及寝台101的X射线信息。通过该本拍摄，取得被摄体投影数据(步骤S101)。
运算装置202使用所取得的被摄体投影数据来进行逐次近似图像重构处理(步骤S102)。对于逐次近似图像重构处理的详细顺序将予以后述。
运算装置202将通过步骤S102的逐次近似图像重构处理生成的噪声降低图像显示于显示装置211(步骤S103)。
接着，参照图5对上述步骤S102的逐次近似图像重构处理的顺序进行说明。
如图5所示，运算装置202的重构处理装置221使用通过步骤S101的本拍摄得到的被摄体投影数据，对被摄体断层像进行重构作为图像更新处理中的基准图像(步骤S201)。所生成的被摄体断层像(基准图像)保持于RAM等，在步骤S203的图像更新处理中使用。对于基准图像的生成方法，将进行后述(参照图6等)。
接着，重构处理装置221生成标准化图像(步骤S202)。具体地，重构处理装置221使用存储于存储装置213中的空气投影数据，将步骤S101中取得的被摄体投影数据变换为剂量换算投影数据。重构处理装置221将对剂量换算投影数据进行重构而得的图像设为标准化图像。空气投影数据可以预先根据在机架100内没有被摄体及寝台101的状态下收集到的透射X射线信息来生成，也可以考虑机架100的几何学系统并通过计算来生成。如上所述，使空气投影数据与被摄体投影数据相加，并乘以逆对数变换系数，取得指数，来得到剂量换算投影数据。
重构处理装置221使用在步骤S201中生成的基准图像、以及在步骤S202中生成的标准化图像，反复进行图像更新(步骤S203)。在步骤S203中，以预定次数反复进行后述的数学式(4)所示的运算(反复处理)。
即，使用不包含逆投影处理和顺投影处理的更新式(数学式(4))，以预定次数反复更新图像。图像更新处理的详细内容将予以后述。
通过步骤S201～步骤S203的处理，可以省去需要较多处理时间的逆投影及顺投影处理，并置换为图像的差分处理(基准图像与更新图像的差分处理)来更新图像。由此，可以缩短处理时间，并且能够得到降低了噪声的更新图像(噪声降低图像)。
以上的处理顺序是本发明的图像重构处理的顺序。在以下的各实施方式中，对针对基准图像、标准化图像的具体方式进行说明。
[第1实施方式]
参照图6及图7，详细说明本发明的第1实施方式。
本发明的第1实施方式的X射线CT装置1的特征在于，不更新图像更新处理的基准图像，而始终使用相同的基准图像。例如，将通过滤波逆投影法重构而得的图像用作基准图像。
图6是对通过滤波逆投影法生成基准图像时的基准图像生成处理(A)的顺序进行说明的流程图。
X射线CT装置1从X射线产生装置102对被摄体3照射扇形的X射线(扇形波束)并收集透射X射线信息，生成被摄体投影数据。在以下的说明中，将这样通过以扇形照射的X射线而得到的投影数据称为扇形照射投影数据。重构处理装置221每次生成基准图像时，首先进行将扇形照射投影数据变换为平行照射投影数据的投影数据几何学变换处理(步骤S301)。
在投影数据几何学变换处理中，使用多个角度(视角)的扇形照射投影数据，变换为平行照射投影数据。平行照射投影数据是指，在假设X射线相对于被摄体3平行地进行照射时得到的投影数据。通过步骤S301的处理，能够降低后述逆投影处理(步骤S303)中的坐标计算的运算量。
接着，重构处理装置221对平行照射投影数据进行滤波处理(步骤S302)。在滤波处理中，重构处理装置221首先对平行照射投影数据进行傅里叶变换，并对得到的频率空间平行照射投影数据乘以频率滤波器。并且，进行逆傅里叶变换生成滤波平行照射投影数据。
在傅里叶变换和逆傅里叶变换中，优选使用高速傅里叶变换处理(FFT)和高速逆傅里叶变换处理(IFFT)。由此，能够高速执行投影数据的滤波处理。另外，作为上述的频率滤波器，例如优选使用标准化斜变滤波器(ramp filter)等，但是并不局限于此，也可以使用其他滤波器。
重构处理装置221针对步骤S302中得到的滤波平行照射投影数据进行逆投影处理(步骤S303)。即，重构处理装置221按扫描仪10的旋转角度(视角)，计算出位于通过X射线产生装置102的焦点和对象像素的中心的直线与X射线检测装置103的交点的、检测元件的坐标，将与计算出的检测元件位置相对应的滤波平行照射投影数据的投影值相加到对象像素中。若针对所有像素重复同样的处理，则生成被摄体断层像。将该被摄体断层像设为用于逐次近似图像重构处理的基准图像。
图7是对图5的步骤S202的标准化图像生成处理的详细顺序进行说明的流程图。
如图7所示，首先重构处理装置221进行投影数据剂量换算处理(步骤S401)。投影数据剂量换算处理是指，将对数变换后的数据即被摄体投影数据换算为对数变换前的数据(剂量换算投影数据)的处理。
作为具体的处理顺序，重构处理装置221将从数据收集装置106得到的扇形照射投影数据(被摄体投影数据)与从存储装置213取得的空气投影数据相加，并乘以预定的变换系数，来取得指数。由此，将被摄体投影数据变换为扇形照射剂量换算投影数据。扇形照射剂量换算投影数据是通过扇形波束得到，且表示透射了被摄体3的透射X射线剂量的数据。
接着，重构处理装置221对在步骤S401中得到的扇形照射剂量换算数据进行与步骤S301的投影数据几何学变换处理同样的处理，变换为平行照射剂量换算投影数据(步骤S402)。
重构处理装置221替代滤波平行照射剂量投影数据而使用步骤S402中得到的平行照射剂量换算投影数据，并进行与步骤S303同样的逆投影处理。由此，得到标准化图像(步骤S403)。
在第1实施方式中，重构处理装置221使用通过图6的处理顺序(滤波逆投影法)生成的基准图像、以及通过图7的处理顺序生成的标准化图像，来进行图像的更新处理(图5的步骤S203)。
下面，对更新处理的详细内容进行说明。
在通常的逐次近似重构处理(SPS法)中，使用数学式(1)来进行图像更新。
另一方面，在本发明的第1实施方式中，使用以下的数学式(2)所示的近似。
Figure GDA0001341002790000101
也就是说，重构处理装置221使用下面的数学式(3)所示的近似，将数学式(1)的更新式所包含的矩阵运算部置换为图像的差分运算。
Figure GDA0001341002790000102
由此，更新式变为下面的数学式(4)。
Figure GDA0001341002790000111
其中，μj (0)为基准图像。
重构处理装置221使用去除了矩阵运算部后的更新式即数学式(4)来进行图像的更新处理。
如以上说明的那样，在现有的逐次近似图像重构处理(SPS法)中，虽然包含对更新图像进行顺投影处理而生成的顺投影数据、以及对被摄体投影数据的差分投影数据进行逆投影处理的运算，但是在本发明中，将基准图像用作被摄体投影数据的顺投影处理结果(使用数学式(2)的近似)。由此，可以省去运算负荷高的矩阵运算即顺投影处理及逆投影处理，并构成为将更新式置换为运算负荷低的图像处理(基准图像与更新图像的差分)。其结果是，可以使逐次近似图像重构处理的运算量大幅减少，从而缩短处理时间。
[第2实施方式]
接着，参照图8，对本发明的第2实施方式进行详细说明。
在第2实施方式中，与第1实施方式的不同点在于，作为图像更新处理的基准图像，使用由通过逐次近似投影数据修正处理进行修正后的投影数据生成的图像。
在图8中，对第2实施方式中的基准图像生成处理(B)进行说明。
重构处理装置221取得被摄体投影数据，并实施逐次近似投影数据修正处理(步骤S501)。在逐次近似投影数据修正处理中，重构处理装置221对被摄体投影数据以预定次数反复实施卷积滤波(convolution filter)。对卷积滤波的积分核(核心)使用具有平滑化效果的加权平均滤波等。
接着，重构处理装置221使用通过步骤S501的逐次近似投影数据修正处理进行修正后的投影数据(被摄体修正投影数据)来进行滤波逆投影处理，由此对图像进行重构(步骤S502)。滤波逆投影处理与第1实施方式的基准图像生成处理(A)相同。即，重构处理装置221对被摄体修正投影数据进行投影数据几何学变换处理、投影数据滤波处理、以及逆投影处理，而得到被摄体断层像。将该被摄体断层像设为第1修正断层像。
接着，重构处理装置221对通过步骤S502的处理得到的第1修正断层像实施锐化滤波，并将锐化后的被摄体断层像设为第2修正断层像(步骤S503)。通过实施锐化滤波，使通过逐次近似投影数据修正处理被过度平滑化的像素的像素值恢复。在锐化滤波中，可以使用例如由拉普拉斯滤波(Laplacian filter)构成的加权平均滤波等。
重构处理装置221将通过图8的基准图像生成处理(B)生成的第2修正断层像用作图5所示的逐次近似图像重构处理中的基准图像。另外，标准化图像只要使用通过与第1实施方式同样的处理(参照图7)生成的图像即可。
重构处理装置221使用上述第2修正断层像和标准化图像，通过数学式(4)所示的更新式来进行图像的更新处理。通过反复进行预定次数的图像的更新，来生成噪声降低图像。
如以上说明的那样，在第2实施方式中，作为现有的逐次近似图像重构处理(SPS法)中的被摄体投影数据的顺投影处理结果，将实施逐次近似投影数据修正处理而得的断层像(第2修正断层像)用作基准图像。由此，除了第1实施方式的效果外，还能够降低条状伪影来提供提高了画质的噪声降低图像。
[第3实施方式]
接着，参照图9，对第3实施方式进行详细说明。
在第3实施方式中，X射线CT装置1在逐次近似图像重构处理中的更新处理(图5的步骤S203)中，在图像更新之前进行图像放大处理，在图像更新之后进行图像缩小处理。此外，基准图像及标准化图像只要使用通过与第1或第2实施方式相同的方法生成的图像即可。
图9示出了第3实施方式中的图像更新处理(A)的顺序。
首先，重构处理装置221进行图像的放大处理(步骤S601)。
在该放大处理中，重构处理装置221生成在相对于寝台101垂直、且相对于机架100平行的截面(轴向面)对基准图像的图像尺寸进行放大后的放大基准图像。例如，若将图像尺寸放大2倍，则像素尺寸变为原图像的二分之一。重构处理装置221针对标准化图像也同样地放大尺寸来生成放大标准化图像。
接着，重构处理装置221使用放大基准图像和放大标准化图像，与第1实施方式同样地，反复进行数学式(4)所示的更新处理。由此，生成放大噪声降低图像(步骤S602)。
重构处理装置221在轴向面对放大噪声降低图像的图像尺寸进行缩小，设为与原基准图像相同的图像尺寸(步骤S603)。
如以上说明的那样，在第3实施方式中，使用放大后的图像来进行更新处理，因此除了第1实施方式的效果外，还可以维持噪声降低图像中的小物体的形状。由此，可以生成提高了画质的噪声降低图像。
[第4实施方式]
接着，对本发明的第4实施方式进行说明。
在第4实施方式的逐次近似图像重构处理中，将合成图像用作更新式(4)的基准图像μj (0)。合成图像是将通过第1实施方式的方法(滤波逆投影处理)生成的基准图像(下面，称为第1基准图像)以及更新图像以预定比例合成的图像。
重构处理装置221首先与第1实施方式同样地生成基准图像及标准化图像。
在图5的步骤S203的更新处理中，重构处理装置221将数学式(4)所示的更新式的基准图像μj (0)如下面的数学式(5)那样置换为合成图像。
Figure GDA0001341002790000131
其中，νj (0)是针对第n次更新时的像素编号j的合成系数(权重)。该合成系数既可以是操作者预先指定的任意的值，也可以是基于拍摄条件等来决定的。与基准图像合成的更新图像使用上一次的更新图像。
如上所述，在第4实施方式的逐次近似图像重构处理中，将基准图像和更新图像乘以预定的合成系数而合成的图像即合成图像，置换为更新式(4)中的基准图像即μj (0)，并进行更新处理。由此，不会使更新式(4)中的差分图像“μj (0)-μj (n)”变大。
通过第4实施方式的处理，除了第1实施方式的效果外，还可以提高噪声降低效果，并能够提供提高了画质的噪声降低图像。
[第5实施方式]
接着，参照图10，对第5实施方式进行详细说明。
在第5实施方式的逐次近似图像重构处理中，将噪声降低后的标准化图像用作标准化图像。
重构处理装置221首先与第1或第2实施方式同样地生成基准图像及标准化图像。
在图像更新处理中，重构处理装置221进行图10所示的顺序的图像更新处理(B)。
即，重构处理装置221例如下面的数学式(6)所示的那样，对通过图7的顺序生成的标准化图像进行预定次数的更新(步骤S701)。该处理的结果是，得到降低了噪声的标准化图像。下面，将通过步骤S701的处理得到的图像称作噪声降低标准化图像。
Figure GDA0001341002790000141
数学式(6)在上述更新式(4)中，应用基于下面的数学式(7)的近似。
Figure GDA0001341002790000142
重构处理装置221使用基准图像和噪声降低标准化图像，与第1实施方式的更新处理(数学式(4))同样地，进行图像更新。由此，得到噪声降低图像。
如上所述，在第5实施方式中，将噪声降低后的标准化图像用作标准化图像，并对标准化图像进行更新处理来降低噪声。由此，除了第1实施方式的效果外，还可以提高噪声降低效果，能够提供提高了画质的噪声降低图像。
[第6实施方式]
接着，参照图11～图12，来对第6实施方式进行详细说明。
在第6实施方式中，在逐次近似图像重构处理中，X射线CT装置1可以在被摄体断层像上在操作者指定的关心区域的内外设定不同的标准化系数。标准化图像是在图像更新时为了按像素来调整图像的噪声降低强度而使用的图像，因此可以通过操作者的操作自由设定对操作者所指定的关心区域的噪声降低强度。
重构处理装置221首先与第1或第2实施方式同样地生成基准图像。
在第6实施方式中，在标准化图像生成处理中，接受操作者对关心区域的指定。因此，重构处理装置221在显示装置211上显示基准图像。
图11是用于指定关心区域的显示画面51的一例。在显示画面51中显示被摄体断层像(基准图像)61。
对如图11所示显示的被摄体断层像61，操作者使用鼠标等输入装置212，如图12所示，指定关心区域60。重构处理装置221基于操作者指定的关心区域60的内侧与外侧的边界的坐标信息，来设定标准化图像的各像素的标准化系数。
此时，优选重构处理装置221将关心区域60内的标准化系数设定得较大，将关心区域60外的标准化系数设定得较小。若使标准化系数较大，则可以使该部位的噪声降低强度变大。另外，对于关心区域60的内外边界附近，优选将标准化系数设定为平滑连续。另外，也可以使标准化系数根据从关心区域60起的距离平滑地变化。
此外，关心区域60并不局限于一处，也可以设定多个。
如上所述，根据第6实施方式，可以在关心区域内外设定不同的标准化系数。由此，例如，可以自由设定使关心区域的噪声降低程度变大等噪声降低的强度。
[第7实施方式]
接着，对第7实施方式进行详细说明。
在第7实施方式的逐次近似图像重构处理中，考虑到按组织CT值有所不同，从而使用与组织相对应的标准化图像。另外，作为标准化图像，使用将被摄体断层像按以下顺序进行修正处理后的图像。
在逐次近似图像重构处理中，首先，重构处理装置221与第1或第2实施方式同样地，生成基准图像(被摄体断层像)。
接着，重构处理装置221生成标准化图像。在第7实施方式中，如上所述，作为标准化图像，使用对被摄体断层像进行修正处理后的图像。下面，针对被摄体断层像的修正来进行说明。
由于被摄体断层像的像素值为CT值，因此有时包含负数。若含有负数则不适于作为标准化图像，因此重构处理装置221进行被摄体断层像的像素值的非负值化处理，生成不包含负数的非负值化图像。在像素值的最小值为负数的情况下，可以通过从各像素值减去最小负数值来进行非负值化处理。在第7实施方式中，将该非负值化图像用作标准化图像。在被摄体断层像不包含负数的情况下，也可以将被摄体断层像直接用作标准化图像。
另外，作为被摄体断层像的修正处理的其他例子，列举了使用设定了CT值与标准化系数的关系的相关函数80的修正等。
即，重构处理装置221使用表示图13所示的CT值与标准化系数的相关的函数(相关函数80)，将被摄体断层像的各像素变换为与像素值相对应的标准化系数。这样，将CT值变换为标准化系数后的图像作为更新处理中的标准化图像。
此外，此时，仍将使用使标准化系数成为非负值的相关函数80。
此时，优选使用使与想要相对提高噪声降低效果的组织相应的CT值的标准化系数增大的相关函数80。图13的例子示出了使与软部组织相应的CT值的标准化系数增大的相关函数80。
重构处理装置221如上所述，使用将被摄体断层像进行非负值化后的图像、或通过相关函数80变换后的图像作为图像更新处理中的标准化图像。重构处理装置221也可以将生成的标准化图像显示在显示装置211中，也可以示于操作者。
更新处理是使用基准图像、以及如上所述生成的基准图像，与第1实施方式同样地进行处理。
如以上说明的那样，在第7实施方式中，将基于被摄体断层像的CT值信息而设定了标准化系数的图像用作标准化图像。因此，除了第1实施方式的效果外，还可以得到与组织相对应的噪声降低效果。由此，能够提供提高了操作者想要关注的组织的画质的噪声降低图像。
以上，针对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式。本领域技术人员在本申请所公开的技术思想范畴内，能够想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供可以维持噪声降低效果且缩短处理时间的运算装置、X射线CT装置、以及图像重构方法。
符号说明
1X射线CT装置、3被摄体、10扫描仪、20操作单元、100机架、101寝台、102X射线产生装置、103X射线检测装置、104准直器、105高电压产生装置、106数据收集装置、107机架驱动装置、200中央控制装置、201输入输出装置、202运算装置、211显示装置、212输入装置、213存储装置、221重构处理装置、222图像处理装置、30反复处理部、31数据存储部、32透射剂量收集部、33投影数据生成部、34基准图像生成部、35标准化图像生成部、36图像更新部、37差分图像生成部、38图像显示部、51显示画面、60关心区域、61基准图像、80相关函数。

Claims (12)

1.一种运算装置，其特征在于，具备：
投影数据生成部，其基于从被摄体周围的各方向照射并透射了所述被摄体的X射线的信息，生成被摄体投影数据；
基准图像生成部，其根据所述被摄体投影数据生成基准图像；
标准化图像生成部，其生成标准化图像，该标准化图像是按像素定义了对更新处理中的噪声降低强度进行调整的标准化系数的图像；以及
反复处理部，其使用所述基准图像和所述标准化图像，执行预定次数的反复处理，
所述反复处理部具有：
差分图像生成部，其对所述基准图像和通过所述更新处理得到的更新图像进行差分，并生成差分图像；以及
图像更新部，其使用所述差分图像及所述标准化图像来执行所述更新处理，并生成更新图像。
2.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述基准图像生成部通过滤波逆投影法生成基准图像。
3.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述基准图像生成部对所述被摄体投影数据实施噪声降低处理来生成修正投影数据，对所生成的修正投影数据进行图像重构来生成第1修正断层像，生成对所生成的所述第1修正断层像实施锐化处理而得到的第2修正断层像作为所述基准图像。
4.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
作为所述差分图像生成部中的基准图像及所述图像更新部中的标准化图像，所述反复处理部使用放大了各自尺寸的放大基准图像及放大标准化图像，反复执行预定次数的所述差分图像的生成及所述更新处理，来生成放大更新图像，生成将所述放大更新图像缩小为原尺寸的缩小图像。
5.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
将以预定的比例对所述基准图像和所述更新图像进行合成而得的图像用作所述差分图像生成部中的基准图像。
6.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
将由所述标准化图像生成部生成的标准化图像作为所述图像更新部及所述差分图像生成部中的基准图像执行所述更新处理，来生成更新标准化图像，并将生成的所述更新标准化图像用作所述图像更新部中的标准化图像。
7.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
该运算装置具备：
关心区域设定部，其在所述基准图像上设定关心区域；以及
设定部，其在所述关心区域内外设定不同的标准化系数，
所述标准化图像生成部生成按像素定义了设定好的所述标准化系数的标准化图像。
8.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述标准化图像生成部通过将所述被摄体投影数据和空气投影数据相加，乘以逆对数变换系数后取得指数，来求出剂量换算数据，并对所述剂量换算数据进行图像重构，来生成所述标准化图像。
9.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述标准化图像生成部将对所述被摄体的断层像的CT值进行非负值化而得的非负值化图像设为所述标准化图像。
10.根据权利要求1所述的运算装置，其特征在于，
所述标准化图像生成部基于设定了CT值与标准化系数的相关性的相关函数，根据所述被摄体的断层像计算出标准化图像。
11.一种X射线CT装置，其特征在于，该X射线CT装置具备权利要求1所述的运算装置。
12.一种图像重构方法，其特征在于，
该图像重构方法包含：
投影数据生成步骤，基于从被摄体周围的各方向照射并透射了所述被摄体的X射线的信息，生成被摄体投影数据；
基准图像生成步骤，根据所述被摄体投影数据生成基准图像；
标准化图像生成步骤，生成标准化图像，该标准化图像是按像素定义了对更新处理中的噪声降低强度进行调整的标准化系数的图像；以及
反复处理步骤，使用所述基准图像和所述标准化图像，执行预定次数的反复处理，
在所述反复处理步骤中，包含：
差分图像生成步骤，对所述基准图像和通过所述更新处理得到的更新图像进行差分，并生成差分图像；以及
图像更新步骤，使用所述差分图像及所述标准化图像来执行所述更新处理，并生成更新图像。
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