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JP4361268B2 - 3D image display device for directly creating a 3D image from projection data of an X-ray CT apparatus - Google Patents

3D image display device for directly creating a 3D image from projection data of an X-ray CT apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術】
本発明は,X線CT装置の投影データから直接三次元画像を作成する三次元画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線CT装置は,寝台の天板上に横臥した被検者の周囲を回るX線管から被検者にX線を照射し,被検者を透過したX線の強度をX線検出器で検出することによって被検者の横断面の投影データを収集する。次に寝台の天板を移動させた後に,同様に被検者の横断面の投影データを収集する。この天板の移動と投影データの収集を繰り返すことによって被検者の複数横断面の投影データを収集する。このようにして収集した被検者の複数横断面の投影データに対して高速データ処理装置で画像再構成処理を行うことによって被検者の複数横断面の画像データを得る。
【0003】
X線CT装置で検査したデータの利用方法としては,X線CT装置で複数横断面の投影データを収集し,高速データ処理装置でこの複数横断面の投影データに画像再構成処理を行って複数横断面の画像データを作成し,画像表示装置でこの複数横断面の画像データを表示し,レーザーイメージャなどで表示した複数横断面の画像をフィルムに焼き付け,フィルム観察器で複数横断面の画像を焼き付けたフィルムを観察することによって,被検者の異常部位を発見することが広く行われてきた。初期のX線CT装置では再構成された画像データの枚数は十枚から数十枚であったのでこのような方法が可能であった。
【0004】
X線CT装置で検査したデータの利用方法としては,最近では,X線CT装置で複数横断面の投影データを収集し,高速データ処理装置でこの複数横断面の投影データに画像再構成処理を行って複数横断面の画像データを作成し,この複数横断面の画像データを磁気ディスク装置,光磁気ディスク装置,光ディスク装置などの記憶媒体に保存する。この記憶媒体に保存された複数横断面の画像データを読み出し,画像表示装置にこの画像データを表示して観察することが行われている。また,この記憶媒体に保存された複数横断面の画像データを読み出し,画像処理装置でこの画像データに対して画像処理を行うことがある。例えば,三次元画像表示装置でこの画像データから三次元画像を構築し,その三次元画像を観察することが行われている。
【0005】
初期のX線CT装置では被検者が横臥した天板の移動とX線照射による被検者の投影データの収集とは交互に行われていた。X線CT装置の技術が急速に進歩し,最近のX線CT装置では被検者が横臥した天板の移動を行いながら同時にX線照射を行って投影データを収集するようになった。このような投影データの収集方式はヘリカルスキャンと呼ばれている。
【0006】
初期のX線CT装置では被検者が横臥した天板の移動とX線照射による被検者の投影データの収集とは交互に行われていたので,投影データを収集した横断面が画像再構成を行って得た画像データの横断面であった。すなわち,投影データを収集した横断面と画像再構成を行って得た画像データの横断面とは一致しており,投影データを収集した横断面の数と画像再構成を行って得た画像データの枚数は同一であり,また投影データを収集した横断面の位置は患者の体軸方向に離散的に分布していた。ところがヘリカルスキャン方式では被検者が横臥した天板の移動を行いながら同時にX線照射を行って投影データを収集するため,離散的な投影データ収集横断面は存在しない。このため,一般に仮想的な横断面を設定して投影データの補間処理を行って仮想的な横断面の投影データを求め,この仮想的な横断面の投影データを使用して画像再構成処理を行っている。この投影データの仮想的な横断面はかなり自由に設定できるので,投影データの仮想的な横断面の設定次第で画像再構成処理によって得た画像データの枚数や横断面の間隔はかなり自由に選択できる。
【0007】
初期のX線CT装置では,被検者を透過したX線の強度を検出するX線検出器は被検者の体軸方向には一列で,被検者の一横断面の投影データを収集していた。X線CT装置の技術が急速に進歩し,最近のX線CT装置では被検者の体軸方向に複数列のX線検出器を配置し,被検者の複数横断面の投影データを同時に収集する多列検出器を使用している。この多列検出器とヘリカルスキャン方式とを同時に使用することによって,初期のX線CT装置よりも格段に多い投影データを収集するようになった。この多列検出器・ヘリカルスキャン方式では,初期のX線CT装置のような離散的な投影データの収集横断面は存在せず,一般に仮想的な横断面を設定して投影データの補間処理を行って仮想的な横断面の投影データを求め,この仮想的な横断面の投影データを使用して画像再構成処理を行っている。この投影データの仮想的な横断面は自由に設定できるので,投影データの仮想的な横断面の設定次第で画像再構成処理によって得た画像データの枚数や横断面の間隔を自由に選択できる。
【0008】
X線CT装置を使用した検査では,現状では,X線CT装置で投影データを収集し,高速データ処理装置でこの投影データに画像再構成処理を行い,この画像再構成処理の結果として得た複数横断面の画像データを磁気ディスク装置,光磁気ディスク装置,光ディスク装置などの記憶媒体に保存している。X線CT装置で検査した結果の利用方法としては,画像再構成処理の結果として得た複数横断面の画像データを使用して作成した画像をフィルムに焼き付け,このフィルムを観察する方法と,画像再構成処理の結果として得た複数横断面の画像データを使用して画像観察装置に画像を表示して観察する方法,画像再構成処理の結果として得た複数横断面の画像データに対して画像処理装置で三次元画像処理などの画像処理を行い,その結果を観察する方法などがある。この利用方法ごとに最適の画像再構成処理のパラメータがあるが,現状では長期間にわたって保存されているデータは画像再構成後の画像データであって,画像再構成前の投影データの長期保存は行われていないこと,また投影データからの画像再構成には大きな計算資源を必要とすることなどによって,それぞれの利用方法ごとに最適の画像再構成処理パラメータを使用して再度再構成処理を行うことは研究目的以外では行われていない。
【0009】
特に,複数横断面の画像データを使用して三次元画像を構築する場合には,横断面の画像を直接観察する場合に適した画像再構成処理パラメータとは異なった三次元画像処理に適した画像再構成処理パラメータを使用して画像再構成した複数横断面の画像データを使用することによってよい結果が得られる場合がしばしばあるが,一般には長期間保存されているのは画像再構成後の画像データのみで,投影データは長期間保存されていないので,このような使用目的別の画像再構成処理は研究目的以外では行うことができない。
【0010】
また,X線CT装置がたとえ投影データを長期間保存しているとしても,X線CT装置ではルーチン的に多数の検査が連続して行われているので,外部の利用者がこの投影データに対して利用者の希望する画像再構成パラメータを使用して画像再構成を行うことは,現実ではほとんど不可能である。このため投影データの画像再構成はルーチン検査ではあらかじめ決められた画像再構成パラメータによって行われている。
【0011】
最近のX線CT装置では画像再構成で得られた画像データに対して三次元画像処理などの高度な画像処理を行うことが可能な機種も存在する。しかしながら,このような機能が備わっていても,X線CT装置ではルーチン的に多数の検査がほとんど連続して行われているので,外部の利用者がこの機能を使用して三次元画像処理を行うことは,現実ではほとんど不可能である。
【0012】
最近の多列検出器・ヘリカルスキャン方式のCT装置では,初期のCT装置と比較して,X線検出器の雑音の低下とX線検出器の空間密度の向上およびヘリカルスキャンピッチ密度の向上によって,収集する投影データの空間分布が精細になっている。このため,画像再構成の画素数を保ちながら画像再構成を行う空間領域を小さくしても,雑音の増加の少ない精密な画像を得ることができる。したがって同一投影データに対して画像再構成領域を小さくすることによって,被検体の関心領域の画像の空間精度を向上することができる。また画像再構成面の間隔を狭くしても雑音の増加の少ない意味のある画像を得ることができるので,体軸方向の空間分解能も向上させることができる。
【0013】
最近の多列検出器・ヘリカルスキャン方式のCT装置では収集する投影データの空間分布が精細になったことにより,被検体の横断面内だけでなく体軸方向も細かい間隔の空間位置でCT値を求めることが可能になった。CT画像データを使用した三次元画像表示装置では,投影データの画像再構成によって得た横断面の画像データを体軸方向に積み重ねることによってボクセルデータ作成し,これに三次元再構成処理を行うことによって,三次元画像を作成しこれを表示している。最近の多列検出器・ヘリカルスキャン方式のCT装置で得られたCT画像データを使用すると,非常に精密な三次元画像を得ることが可能である。
【0014】
CT画像データから三次元画像を作成するには,X線CT装置で投影データを画像再構成して横断面の画像データを作成し,この画像データを体軸方向に積み重ねることによってボクセルデータ作成する。横断面の画素数が例えば512×512画素で画素寸法が0.5mm×0.5mmの画像データを体軸方向に例えば0.5mm間隔で512枚積み重ねると,256mm×256mm×256mmの空間領域を持つ,512×512×512個のボクセルの立方体を作成する。次に,このボクセルの立方体にサーフェスレンダリングやボリュームレンダリングの三次元再構成処理を行うことによって,三次元画像を作成しこれを表示する。
【0015】
このようにこれまでの三次元表示装置は,X線CT装置で投影データを画像再構成してCT画像データを作成し,これを使用してボクセルデータを構築している。放射線科医はCT画像の二次元画像を読影する場合には,被検体の横断面を表す一連のCT画像を平面的に並べて配置し,これを観察することによって異常の有無を読影する。一方三次元画像として読影する場合には,この一連のCT画像データからボクセルデータを構築し,このボクセルデータを構成するそれぞれのボクセルの物理的性質すなわちCT値に基づいてそのボクセルに不透明度を与え,このボクセルデータを観察する観察者の視線の方向と光源の方向を与えて,光源からの光が物体を通過することによる減衰と反射を不透明度から計算し,これを積分して画像を作成する。従って,表示する画像のボクセル数に対応した積分計算が必要になり,ボクセル数が大きいほどボリュームレンダリングの計算時間は増大する。すなわち,ボリュームレンダリング法は,光の透過特性である不透明度を各CT値に割り当て,視線方向に沿った光源減衰を全ボクセルで管理するもので,ボリューム全点においてグレイレベルグラディエント法で算出した濃淡付けを元に,入射光源量とそのボクセルの有する不透明度との乗算によって輝度値を算出する。これを視線方向に順次積算していくこと(レイキャスティング)によって三次元画像を得ている。ボリュームレンダリング法では,CT値が急激に変化するエッジにおいても自然で滑らかな濃淡が得られ,末梢血管のような細かな組織の描出能も飛躍的に向上する。従来,サーフェスレンダリング法が三次元表示の主流であったが,現在はボリュームレンダリング法が多く用いられている。
【0016】
このようにこれまでの三次元表示装置は,X線CT装置で被検体を走査して投影データを収集し,この投影データを画像再構成することによって得た複数枚のCT画像データを使用している。CT画像を二次元画像として観察する場合には,空間分解能よりもむしろ密度分解能が重要であるが,一方CT画像データから三次元画像を再構成して観察する場合には,密度分解能よりも空間分解能を要求される場合があるなど,CT画像を二次元画像として観察する場合と,三次元画像を再構成してこれを観察する場合では,投影データを画像再構成する場合の最適パラメータが異なる場合が多い。しかしながら現状では,CT画像データはX線CT装置において投影データを二次元画像として観察する場合に最適の画像再構成パラメータを使用して再構成しており,三次元画像表示装置ではこの二次元画像観察に最適化されたCT画像データを使用して三次元画像再構成を行っている。これは投影データを画像再構成するためには大きな計算機資源を必要とすること,投影データを蓄積しておくためには大きな記憶容量を必要とすることなどによる。
【0017】
X線CT装置においては,
(1)被検体の横断面の外周を移動するX線源から,横断面の面内に沿って扇状にX線を放射し,被検体を透過したX線を例えば500個のX線検出器で測定する。これによって一つの線源位置で例えば500個のデータが測定される。これを被検体の横断面の外周の180度以上にわたって繰り返すことによって,投影データを収集する。例えば1度毎に繰り返した場合には,180以上の方向のデータが収集されるので500×180=90000の投影データが収集される。
(2)収集した投影データに雑音除去などの前処理を施した後,これにコンボリューション処理などを行う。
(3)投影データを収集した被検体の横断面に相当する位置に,例えば1mm×1mmの正方形の画素で構成した512×512画素の画素平面を設定し,この画素平面の各画素に対して,投影データ収集時のX線源の位置からコンボリューション処理を行った投影データを扇状に逆投影する。
(4)このとき,この逆投影するデータは必ずしも画素平面の画素の中心を横切らないので,近傍の逆投影データを使用して補間処理を行い,近似したデータを各画素に割り当てる。
(5)この逆投影処理を,収集したすべての投影データに対して繰り返し行うことによって,512画素×512画素の画素平面の各画素が,被検体のX線に対する物理的性質に対応する値を持つ画像データが再構成される。
(6)被検体の横断面の位置を体軸方向に例えば1mm動かして,同様に投影データを収集し,これに画像再構成処理を施すことによって,同様に横断面の画像データを再構成する。
(7)被検体の横断面の位置を体軸方向に移動しながら,これを繰り返すことによって,被検体の横断面の画像データを例えば1mm間隔で500枚収集することができる。このデータセットを使用して,例えば1mm×1mm×1mmの立方体の画素(ボクセル)で構成した512×512×500ボクセルのボクセル空間を作成できる。
(8)このようにして作成したボクセル空間に対して,ボリュームレンダリングなどの三次元画像処理を施すことによって,三次元画像を作成・表示する。
【0018】
図1は従来のX線CT装置とネットワークで接続された三次元表示装置を模擬的に示すブロック図である。101はX線CT装置,111はX線CT装置のスキャナ部,112はデータ収集部を模擬的に表している。スキャナ部のX線源による被検体の走査をX線検出器によって検出することによって収集した投影データはデータ収集部でディジタル化される。このディジタル化されたX線検出器の出力データ122は前処理部113に送られ,ここでデータの雑音除去や較正などの前処理が行われる。前処理部113で前処理された投影データ123は画像再構成装置114に送られる。前処理済みの投影データ123に対して画像再構成装置114で画像再構成処理が行われる。画像再構成された画像データ124はX線CT装置のコンソール115に送られて表示されると共に,画像データ蓄積装置116に保存される。221は外部の三次元画像表示装置などに送られる画像データを示している。
【0019】
201は三次元画像表示装置を示す。211は画像データ蓄積装置で,X線CT装置から送られる画像データ221を保存する。212は三次元画像処理装置である。三次元画像処理装置212は,操作者が指定した画像データ222を画像データ蓄積装置211から受信し,これにボリュームレンダリングなどの三次元画像再構成を行い,作成した三次元画像223をコンソール213で表示する。
【0020】
この例で示すように,従来の三次元画像表示装置の使用者はX線CT装置で画像再構成された画像データを使用して三次元画像を作成している。投影データを使用して新たに画像再構成処理を行い,この新たに画像再構成された画像データを使用して三次元画像を作成することは,ルーチンでは実現していない。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
X線CT装置を使用した検査では,X線CT装置で投影データを収集し,この投影データに対して高速データ処理装置で画像再構成処理を行い,この画像再構成処理の結果として得られた複数横断面の画像データを磁気ディスク装置,光磁気ディスク装置,光ディスク装置などの記憶媒体に保存している。X線CT装置で検査した結果を利用する方法のそれぞれに適切な画像再構成処理パラメータがあるが,現状では長期間にわたって保存されているのは画像再構成処理後の画像データであって,投影データは長期間保存されていないので,それぞれの利用方法ごとに最適の画像再構成処理のパラメータで画像再構成処理を行うことは実行されていない。特に,複数横断面の画像データを使用して三次元画像を構築する場合には,横断面の画像を直接観察する場合に適した画像再構成処理パラメータとは異なった三次元画像処理に適した画像再構成処理パラメータを使用して画像再構成した画像データを使用したい場合がしばしばあるが,このような使用目的別の画像再構成処理は一般には行われていない。この理由としては,投影データを蓄積しておくためには大きな記憶容量を必要とするので投影データの長期保存は行われていないこと,X線CT装置の画像再構成装置はほとんどの時間をルーチンで使用しているので外部の利用者に開放されていないので投影データを三次元画像用として再構成しようとしても画像再構成装置を使用できないこと,投影データを画像再構成するためには大きな計算機資源を必要とすることなどによる。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために,X線CT装置と接続してX線走査によって収集した投影データを蓄積する機構と,この投影データを使用して三次元画像を作成し表示する機構とを備え,X線CT装置における画像再構成処理で得られたスライスまたはボリューム画像データを使用せずに,投影データから直接三次元画像を作成・表示することを可能にした三次元画像表示装置を実現した。この三次元画像表示装置においては,三次元画像として表示したい関心空間領域,すなわち三次元画像再構成で三次元画像を作成する空間領域を設定する機構と,三次元画像再構成に使用する被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値を求める複数の点の空間分布とその空間位置とをあらかじめ設定する機構とを設けた。この指定した関心空間領域内の指定した空間位置に対して,投影データを使用して再構成処理を行い,被検体のCT値を取得する。これによって得られたCT値のデータセットに対して三次元画像の再構成処理を行い,得られた結果を三次元画像として表示する。
【0023】
従来の三次元画像の作成・表示においては,X線CT装置において投影データから断面位置の異なるスライスデータを画像再構成し,この断面位置の異なるスライスデータを積み重ねることによって三次元ボクセルデータを作成し,この三次元ボクセルデータに対してボリュームレンダリング処理などの三次元画像再構成処理を行って三次元画像を作成・表示している。これに対して,本発明における三次元画像表示装置においては,三次元画像として表示したい関心空間領域すなわち三次元画像再構成を行う関心空間領域を設定する機構と,三次元画像再構成に使用する被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値を求める点の空間分布とその空間位置とをあらかじめ設定する機構とを設けた。この指定した関心空間領域内の指定した空間位置に対して投影データを使用して再構成処理を行い,被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値を取得する。これによって得られた関心空間領域内のCT値のデータセットに対して三次元画像の再構成処理を行い,得られた結果を三次元画像として表示する。
【0024】
また,被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値のデータセットを求める関心空間領域とCT値を求める複数の点の空間分布とその空間位置とが,このCT値のデータセットを使用して三次元画像再構成を行って得られる三次元画像の画質に与える影響を考慮することによって,投影データの画像再構成を行ってCT値のデータセットを求める関心空間領域と,投影データの画像再構成を行ってCT値を求める複数の点の空間分布とその空間位置とを決定することを可能にする機構を備えた。
【0025】
従来のX線CT装置では,投影データの存在するすべての領域に対してその投影データを使用した画像再構成を行っているが,本発明による三次元表示装置では,三次元画像の作成を行う関心空間領域をあらかじめ設定し,その関心空間領域内に対してのみ画像再構成を行う。また,従来のX線CT装置では,画像再構成する画像面の画素数とその寸法はあらかじめ決められており,その画素の中心点に対して画像再構成を行っているが,本発明による三次元表示装置では,作成する三次元画像の画質の面からCT値を求める複数の点の空間分布と空間位置をあらかじめ計画し,その点に対して投影データを使用して画像再構成を行う。これによって,三次元画像の作成に関係しない空間領域の画像再構成が不要になった。また三次元画像を作成する空間領域においても,三次元画像の画質に与える影響の大きい空間領域では緻密に点を分布させ,三次元画像の画質に与える影響の小さい空間領域では疎に点を分布させるか点を分布させないことによって,画像再構成の計算量を大幅に減らすことが可能になった。
【0026】
このようにして画像再構成処理の計算量を大幅に減らすことが可能になったので,三次元画像を作成する都度,投影データから画像再構成を行い,その結果を使用して三次元画像を作成することが可能になった。
【0027】
ボリュームレンダリングで採用されるレイトレーシング処理では,対象物の占める空間領域の内部で視点から対象物の関心領域へ放射される円錐状の範囲について,レイトレーシング処理を行うので,このレイトレーシング処理で使用するレイ上のCT値が与えられれば,ボリュームレンダリングを行うことができる。従って,あらかじめボリュームレンダリングのレイトレーシング処理で使用するレイを決定し,投影データからの画像再構成はこのレイトレーシングで使用するレイ上の点についてのみ行えばよい。またレイトレーシング処理では対象物の不透明度によって光が減衰するので,レイの深さ方向のレイトレーシング処理に寄与する空間領域は限定される。またレイの関心領域より手前側も不透明度を0として無視することが可能である。従って,投影データからの画像再構成はこのレイトレーシング処理に寄与する空間領域についてのみ行えばよい。すなわち本発明では,対象物の関心空間領域と交差するレイのレイ上に設定した点に対して,その点の近傍を通る投影データのセットを使用して画像再構成処理を行い,画像再構成処理の結果として得られたレイ上のCT値を使用してボリュームレンダリングを行う。
【0028】
三次元画像表示における関心領域はX線CTの投影データを取得する空間領域と比較して通常はかなり小さいので,本発明の方法を使用することによって大幅に計算量を削減することが可能であり,三次元画像表示処理のためにその都度投影データから最適化された画像再構成処理を行うことが可能になる。
【0029】
X線CT装置における画像再構成において,投影データを取得した領域よりも小さな再構成領域を設定し,その再構成領域に対して画像再構成処理を行って画素寸法の小さな画像データを得ることは行われている。本発明では,あらかじめボリュームレンダリングのレイトレーシング処理を行う領域とレイの方向と密度,レイ上のCT値を与える点の密度をボリュームレンダリングの立場から与え,このデータによって投影データの画像再構成処理を行う関心空間領域とCT値を求める複数の点の空間分布と空間位置を決定し,この点に対してこの点を通るおよび近傍を通る投影データを使用して画像再構成処理を行うことに特徴がある。
【0030】
従来の方法では,投影データの画像再構成処理と三次元画像再構成処理において,複数回の補間処理を行っている。
(1)ヘリカルスキャンの投影データから画像再構成処理を行う場合には,画像再構成する横断面を通る投影データを求めるためにヘリカルスキャンの投影データに対して補間処理を行う
(2)画像再構成処理では,画像面の画素を通る投影データを求めるために,(1)で求めた投影データに対して補間処理を行う。
(3)三次元画像処理に使用するボクセルデータを構築するために,再構成した断面画像データを体軸方向に積み重ねるが,希望する軸方向間隔を得るために前後の断面画像データを使用して補間処理を行うことがある。
(4)ボリュームレンダリングのレイキャスティング処理でレイ上のCT値を求めるために,ボクセルデータに対して補間処理を行う。
【0031】
本発明の方法では,あらかじめボリュームレンダリングのレイキャスティング処理でCT値が必要である点を決定し,この点に対して近傍を通る投影データの補間処理を行って画像再構成を行い,これによって得られたCT値を使用してボリュームレンダリングのレイキャスティング処理を行っている。従って,データの補間処理は画像再構成処理における近傍を通る投影データの補間処理の1回のみであり,補間処理の回数を大幅に減らすことが可能であり,これに伴って,現在の三次元画像作成法と較べて大幅な画質の向上が可能になる。
【0032】
本発明の方法はデータ処理の計算量を大幅に削減できる。
(1)画像再構成を行う空間領域と点をあらかじめ決定することが可能であるので,画像再構成処理の計算量を大幅に削減できた。
(2)データの補間処理の回数を減らすことができるので,画像再構成処理と三次元画像再構成処理の計算量を大幅に削減することができた。また,データの補間処理の回数を減らすことによって,画質を大幅に向上することができた。
(3)ボリュームレンダリングのレイキャスティング処理で必要とする点のデータがあらかじめ画像再構成処理で用意されているので,三次元画像再構成処理の計算量を大幅に削減できた。
【0033】
これによって,
(1)データ処理の計算量が大幅に削減されるので,今までルーチン的には実現できなかった投影データから三次元画像を直接作成することが可能になった。
(2)三次元画像作成を前提とすることが可能であるので,投影データの画像再構成パラメータに三次元画像に最適な画像再構成パラメータを使用することが可能になった。
(3)データ処理の計算量が削減されたので,従来よりも細かい間隔で画像再構成することが可能になり,三次元画像の画質をさらに向上することができた。
【0034】
本発明ではボリュームレンダリングで使用するボリュームデータの空間領域とボリュームレンダリングが計算に使用するその空間領域内の点の空間座標をあらかじめ求めておき,投影データを使用する画像再構成処理ではそのそれぞれの点の空間座標位置に対して画像再構成処理を行ってCT値を求める。次に三次元画像を作成するボリュームレンダリング処理では,そのそれぞれの点の空間座標位置に対して画像再構成処理で求めたCT値を使用してボリュームレンダリング処理を行う。三次元画像を作成する立場から考えれば,ボリュームレンダリングで使用するボリュームデータの空間領域はボリュームデータ全体の一部分であるので,投影データの再構成を行う空間領域を大幅に削減することが可能であり,これによって画像再構成に必要とする計算資源を大幅に削減できる。これにともない画像再構成に必要とする計算時間を大幅に短縮することができる。また,あらかじめボリュームレンダリングの計算に必要な点のCT値を画像再構成処理によって求めてあるので,従来のボリュームレンダリングでは必要であったボクセル間の補間処理が不要となった。これによって,三次元画像再構成の計算時間を削減し,補間に伴う精度の劣化を防ぎ,画質の向上が可能になった。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下,本発明によるX線CT装置の投影データから直接三次元画像を作成する三次元画像表示装置のシステムについて説明する。図2はX線CT装置とネットワークで接続された本発明による三次元画像表示装置を模擬的に示すブロック図である。101はX線CT装置,111はX線CT装置のスキャナ部,112はデータ収集部を模擬的に表している。スキャナ部における被検体のX線走査をX線検出器によって検出することによって収集した投影データはデータ収集部でディジタル化される。このディジタル化されたX線検出器の出力データ122は前処理部113に送られ,ここでデータの雑音除去や正規化などの前処理が行われる。前処理部113で前処理された投影データ123は画像再構成装置114に送られるとともに投影データ蓄積装置117に送られ保存される。前処理済みの投影データ123に対して画像再構成装置114で画像再構成処理が行われる。画像再構成された画像データ124はX線CT装置のコンソール115に送られて表示されると共に,画像データ蓄積装置116に保存される。321は投影データ蓄積装置117から三次元画像表示装置に送られる投影データを示している。X線CT装置がこの投影データ蓄積装置117を持たない場合もあるが,その場合には,前処理部113で前処理された投影データ123は直接三次元画像表示装置に送られ保存される。
【0036】
301は三次元画像表示装置を示す。311は投影データ蓄積装置で,X線CT装置から送られる投影データ321を保存する。312は画像再構成領域を設定する機能を持ち,三次元画像を作成する関心空間領域に基づいて画像再構成空間領域を設定する。これは物理的には313の画像再構成処理装置に含まれる。画像再構成処理装置313は指定された画像再構成空間領域内の指定された点のCT値を画像再構成処理によって求める。324は画像再構成されたCT値のデータセットで314の三次元画像処理装置に送られる。三次元画像処理装置212は,画像再構成されたCT値のデータセット324を画像再構成処理装置313から受信し,これにボリュームレンダリングなどの三次元画像再構成を行い,作成した三次元画像325をコンソール315で表示する。
【0037】
図3は本発明による三次元画像表示装置における処理とデータの流れを模擬的に示す図である。X線CT装置のスキャナ部111のX線走査によって被検者を透過したX線121はX線検出器で検出され,データ収集部112でディジタル化される。このディジタル化された投影データ122は前処理部113に送られ,ここでデータの雑音除去や較正などの処理が行われる。前処理部113で前処理された投影データ123は画像再構成装置114に送られるとともに投影データ蓄積装置117に送られ保存される。前処理済みの投影データ123に対して画像再構成装置114で画像再構成処理が行われる。画像再構成された画像データ124はX線CT装置のコンソール115に送られて表示されると共に,画像データ蓄積装置116に保存される。321は投影データ蓄積装置117から三次元画像表示装置に送られる投影データを示している。
【0038】
三次元画像表示装置の投影データ蓄積装置311は,X線CT装置から送られる投影データ321を保存し,操作者が指定した検査の投影データ322を画像再構成処理装置の再構成領域設定部312に送信する。再構成領域設定部312は三次元画像を作成する空間領域から求めた画像再構成を行う空間領域と点の位置に基づいて,画像再構成パラメータを設定し,必要な投影データ323を準備する。画像再構成処理313は,指定された画像再構成空間領域内の指定された点のCT値を画像再構成処理によって求める。画像再構成されたCT値のデータセット324に対して,三次元画像処理314を行う。三次元画像処理314は,これにボリュームレンダリングなどの三次元画像再構成を行い,作成した三次元画像325をコンソール315で表示する。
【0039】
操作者は三次元画像を作成する検査を選択すると,コンソールから投影データ蓄積装置に必要な投影データを指定する指示326が送信される。これに基づいて,投影データ蓄積装置は操作者が指定した検査の投影データ322を画像再構成処理装置の再構成領域設定部312に送信する。操作者はその投影データを使用して作成する三次元画像の関心空間領域を決定し,CT値を求める点の空間分布と空間位置を決定すると,コンソールから再構成領域設定部に指示327が送信される。再構成領域設定部312はこの指示に基づいて,画像再構成パラメータを設定し,必要な投影データ323を準備する。画像再構成処理313は,指定された画像再構成領域内の指定された点のCT値を画像再構成処理によって求める。画像再構成で求めたCT値のデータセット324を使用して三次元画像処理314を行う。三次元画像処理314は,このCT値のデータセットにボリュームレンダリングなどの三次元画像再構成を行い,作成した三次元画像325をコンソール315で表示する。
【0040】
操作者は三次元画像を観察し,必要に応じて,三次元画像を作成する領域やパラメータを変更し,指示327をコンソールから送信する。変更した画像再構成のパラメータを使用して画像再構成と三次元画像再構成が再度行われる。本発明によって,画像再構成時間が大幅に短縮されたので,この一連の走査と処理は対話的に行うことができる。
【0041】
図4は本発明の空間領域の関係を模擬的に説明する図である。511,512,513は被検体の投影データが収集された空間領域のX−Y面,X−Z面,Y−Z面をそれぞれ示している。511,512,513は被検体の投影データが収集された空間領域のX−Y面,X−Z面,Y−Z面をそれぞれ示している。514,515,516は三次元画像を作成する関心空間領域のX−Y面,X−Z面,Y−Z面をそれぞれ示している。521,522,523は三次元画像を作成する視点の位置のX−Y面,X−Z面,Y−Z面をそれぞれ示している。531,532,533は三次元画像を作成するレイトレーシング処理のレイの空間領域のX−Y面,X−Z面,Y−Z面をそれぞれ示している。
【0042】
X線CT装置のスキャンによって511,512,513によって示される空間領域の投影データが収集される。この投影データは本発明による三次元画像表示装置に転送される。操作者は三次元画像を作成する空間領域,すなわち関心空間領域514,515,516を決定する。そして視点の位置521,522,523を決定する。531,532,533は視点から関心領域を見た視線を含む錐状の空間領域のX−Y面,X−Z面,Y−Z面である。三次元画像を作成するレイトレーシング処理のレイはこの空間領域の内部に含まれる。三次元画像の画質を考慮して,この錐状の領域内で視点から放射状に広がるレイの密度と,その各々のレイの線上にあるCT値を求める点の位置を決定する。すなわちレイトレーシング処理に使用するレイの線上に,CT値を求める点の位置が決定される。
【0043】
このようにして決定されたCT値を求める点の位置を再構成領域設定部に指示する。画像再構成装置は指示されたCT値を求める点を通るおよびその点の近傍を通る投影データを使用して,指示されたCT値を求める点のCT値を求める。三次元画像処理装置は,指示されたCT値を求める点のCT値のデータセットを使用して三次元画像処理を行う。三次元画像処理のレイトレーシング処理に使用するレイの線上の点のCT値が求められているので,補間処理は不要である。
【0044】
【実施例】
これまでの説明ではX線CT装置から三次元画像表示装置にネットワーク経由で投影データを転送する例について説明したが,X線CT装置から三次元画像装置にオフライン記憶媒体を経由して投影データを転送する場合も同様に含まれる。
【0045】
これまでの説明ではX線CT装置と三次元画像表示装置とを別の装置として説明したが,X線CT装置に本発明の三次元画像表示装置の機能が含まれている場合も,同様に含まれる。
【0046】
これまでの説明では,ボリュームレンダリング処理の透視投影法について説明したが,平行投影法などの各種のボリュームレンダリング処理も同様に含まれる。
【0047】
これまでの説明では三次元画像処理としてボリュームレンダリング処理について説明したが,本発明はMIP,レイサムなどの各種の三次元画像処理に使用できる。また二次元断面表示,二次元曲面画像表示などの各種の二次元画像処理に使用できる。
【0048】
これまでの説明ではX線CT装置について説明したが,本発明はX線CT装置の投影データだけでなくSPECTなどの核医学装置のいわゆる生データやMR装置のいわゆる生データ,超音波装置のラインデータなどを蓄積しておき,必要に応じて新しいパラメータを適用して画像再構成を行うシステムも,同様に含まれる。
【0049】
【発明の効果】
従来の三次元画像の作成・表示においては,X線CT装置で投影データを画像再構成して断面データを作成する。次に,断面位置の異なるスライスデータを積み重ねることによって三次元ボクセルデータを作成する。この三次元ボクセルデータに対して,ボリュームレンダリング処理などの三次元画像再構成処理を行って,三次元画像を作成・表示する。これに対して,本発明における三次元画像表示装置においては,三次元画像として表示したい関心空間領域すなわち三次元画像再構成を行う関心空間領域を設定する機構と,三次元画像再構成に使用する被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値を求める点の空間分布と空間位置とをあらかじめ設定する機構とを設けた。この指定した関心空間領域内の指定した空間位置に対して,投影データを使用して再構成処理を行い,被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値を求める。これによって得られたCT値のデータセットに対して三次元画像の再構成処理を行い,得られた結果を三次元画像として表示する。
【0050】
また,被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値のデータセットが存在する空間領域とCT値の存在する点の空間分布とが,このデータセットを使用して三次元画像再構成処理を行って得られた三次元画像の画質に与える影響を考慮することによって,投影データの画像再構成を行ってCT値を求める関心空間領域と,その関心領域内のCT値を求める複数の点の空間分布と空間位置とを決定することを可能にする機構を具備した。
【0051】
従来のX線CT装置では,投影データの存在するすべての領域に対してその投影データを使用した画像再構成を行っているが,本発明による三次元表示装置では,三次元画像の作成を行う領域をあらかじめ設定し,その領域内に対してのみ画像再構成を行う。また,従来のX線CT装置では,画像再構成する画像面の画素数とその寸法はあらかじめ決められており,その画素の中心点に対して画像再構成を行っているが,本発明による三次元表示装置では,作成する三次元画像の画質の面からCT値をもつ点の位置と分布をあらかじめ計画し,その点に対して投影データを使用して画像再構成を行う。これによって,三次元画像の作成に関係しない空間領域の部分の画像再構成が不要になった。また三次元画像を作成する空間領域においても,三次元画像の画質に影響の大きい部分は緻密に点を分布させ,三次元画像の画質に影響の小さい部分は疎に点を分布させるか点を分布させないことによって,画像再構成の計算量を大幅に減らすことが可能になった。画像再構成の計算量を大幅に減らすことが可能になったので,三次元画像を作成する都度,投影データから画像再構成を行い,その結果を使用して三次元画像を作成することが可能になった。
【0052】
ボリュームレンダリングで採用されるレイトレーシング処理では,対象物の占める空間領域の内で視点から対象物の関心領域へ放射される円錐状の範囲について,レイトレーシング処理を行うので,このレイトレーシング処理で使用するレイ上のCT値が与えられれば,ボリュームレンダリングを行うことができる。従って,あらかじめボリュームレンダリングのレイトレーシング処理で使用するレイを決定し,投影データからの画像再構成はこのレイトレーシングで使用するレイ上の点についてのみ行えばよい。またレイトレーシング処理では対象物の不透明度によって光が減衰するので,レイの深さ方向のレイトレーシング処理に寄与する空間領域は限定される。またレイの関心領域より手前側も不透明度を0として無視することがある。従って,投影データからの画像再構成はこのレイトレーシング処理に寄与する空間領域のみについて行えばよい。すなわち,対象物の関心領域と交差するレイのレイ上に設定した点に対して,その点の近傍を通る投影データの組を使用して画像再構成処理を行い,画像再構成処理の結果として得られたレイ上のCT値を使用してボリュームレンダリングを行う。三次元画像表示における関心領域はX線CTの投影データを取得する空間領域と比較して通常はかなり小さいので,本発明の方法を使用すれば,三次元画像表示処理のためにその都度投影データを画像再構成することも実現が可能になる。
【0053】
X線CT装置に置ける画像再構成においても,投影データを取得した領域よりも小さな領域を設定し,その領域に対して画像再構成を行うことは行われている。本発明では,あらかじめボリュームレンダリングのレイトレーシング処理を行う領域とレイの方向と密度,レイ上のCT値を与える密度をボリュームレンダリングの立場から与え,これによって画像再構成を行う空間領域とCT値を求める点の位置を決め,この点に対して近傍を通る投影データを使用して画像再構成処理を行うことに特徴がある。本発明の第二の実施例では,あらかじめボリュームレンダリングのレイトレーシング処理を行う領域とレイの方向と密度,レイ上のCT値を与える密度をボリュームレンダリングの立場から与え,これから画像再構成を行う空間領域を決定し,その中にボクセル空間を決定し,このボクセルに対して近傍を通る投影データを使用して画像再構成処理を行うことに特徴がある。
【0054】
本発明の方法では,ボリュームレンダリングのレイキャスティング処理でCT値を必要とする点をあらかじめ決定し,この点に対して近傍を通る投影データの補間処理を行って画像再構成を行ってCT値を求め,これによって得られたCT値のデータセットを使用してボリュームレンダリングのレイキャスティング処理を行っている。従って,データの補間処理はこの1回のみであり,補間処理の回数を大幅に減らすことが可能で,これに伴って,画質を大幅に向上することが可能になった。
【0055】
本発明の方法はデータ処理の計算量を大幅に削減できた。(1)画像再構成する空間領域と点をあらかじめ決定するので,画像再構成処理の計算量を大幅に削減できた。(2)データの補間処理の回数を減らすことができるので,画像再構成処理と三次元画像再構成処理の計算量を大幅に削減することができた。また,データの補間処理の回数を減らすことによって,画質を向上することができた。(3)ボリュームレンダリングのレイキャスティング処理で必要とする位置のCT値のデータがあらかじめ画像再構成処理で用意されているので,三次元画像再構成処理の計算量を大幅に削減できた。
【0056】
これによって,(1)データ処理の計算量が削減されたので,今までルーチン的には実現できなかった投影データから三次元画像を直接作成することが可能になった。(2)三次元画像作成を前提することができるので,投影データの画像再構成パラメータに三次元画像に最適なパラメータを使用することが可能になった。(3)データ処理の計算量が削減されたので,従来よりも細かい間隔で画像再構成することが可能になり,三次元画像の画質を向上することができた。
【0057】
本発明ではボリュームレンダリング処理で使用するデータの空間領域とボリュームレンダリングが計算に使用するその空間領域内の点の空間座標をあらかじめ求めておき,投影データを使用する画像再構成処理ではそのそれぞれの点の空間座標位置に対して画像再構成処理を行ってその点のCT値を求める。次に三次元画像を作成するボリュームレンダリング処理では,そのそれぞれの点の空間座標位置に対して画像再構成処理で求めたCT値を使用してボリュームレンダリング処理を行う。ボリュームレンダリングで使用するデータの空間領域は投影データ全体の空間領域の一部であるので,投影データの再構成を行う空間領域を大幅に削減することが可能で,これによって画像再構成に必要とする計算資源を大幅に削減できる。これにともない画像再構成に必要とする計算時間を大幅に減らすことができる。また,あらかじめボリュームレンダリング処理の計算に必要な点のCT値を画像再構成処理によって求めてあるので,従来のボリュームレンダリングでは必要であったボクセル間の補間処理が不要となり,計算時間を削減し,補間に伴う精度の劣化を防ぎ,画質を大幅に向上することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のX線CT装置と三次元画像表示装置を説明するブロック図
【図2】X線CT装置と本発明による三次元画像表示装置を説明するブロック図
【図3】本発明によるX線CT装置の投影データから直接三次元画像を作成する三次元画像表示装置における処理とデータの流れを模擬的に示す図。
【図4】図4は本発明の空間領域の関係を模擬的に説明する図。
【符号の説明】
101 X線CT装置
111 X線CT装置のスキャナ部
112 データ収集部
113 前処理部
114 画像再構成装置
115 コンソール
116 画像データ蓄積装置
117 投影データ蓄積装置
121 X線CT装置におけるX線走査
122 X線CT装置のスキャナ部で収集された投影データ
123 前処理部で前処理された投影データ
124 画像再構成された画像データ
201 従来の三次元画像表示装置
211 画像データ蓄積装置
212 三次元画像処理装置
213 コンソール
221 三次元画像表示装置へ送られる画像データ
222 三次元画像処理する画像データ
223 三次元画像データ
301 本発明による三次元画像表示装置
311 投影データ蓄積装置
312 再構成領域設定部
313 画像再構成処理装置
314 三次元画像処理装置
315 コンソール
321 三次元画像表示装置へ送られる投影データ
322 画像再構成する投影データ
323 三次元画像を作成する関心空間領域に基づいて設定された画像再構成空間領域の画像再構成に必要とされる投影データ
324 三次元画像を作成する関心空間領域に含まれる点のCT値のデータセット
325 三次元画像データ
326 投影データの選択に指示
327 三次元画像を作成する領域に基づいた画像再構成領域の指示
511 被検体の投影データが収集された空間領域のX−Y面
512 被検体の投影データが収集された空間領域のX−Z面
513 被検体の投影データが収集された空間領域のY−Z面
514 三次元画像を作成する関心領域のX−Y面
515 三次元画像を作成する関心領域のX−Z面
516 三次元画像を作成する関心領域のY−Z面
521 三次元画像を作成する視点のX−Y面の位置
522 三次元画像を作成する視点のX−Z面の位置
523 三次元画像を作成する視点のY−Z面の位置
531 三次元画像処理のレイの含まれる空間領域のX−Y面
532 三次元画像処理のレイの含まれる空間領域のX−Z面
533 三次元画像処理のレイの含まれる空間領域のY−Z面
[0001]
[Technology to which the invention belongs]
The present invention relates to a three-dimensional image display apparatus that directly creates a three-dimensional image from projection data of an X-ray CT apparatus.
[0002]
[Prior art]
The X-ray CT apparatus irradiates the subject with X-rays from an X-ray tube that circulates around the subject lying on the top of the bed, and the intensity of the X-rays transmitted through the subject is detected by an X-ray detector. The projection data of the cross-section of the subject is collected by detecting at. Next, after moving the couch top, similarly, the projection data of the cross section of the subject is collected. By repeating the movement of the top plate and the collection of projection data, projection data of a plurality of cross sections of the subject are collected. The image data of the plurality of cross sections of the subject is obtained by performing image reconstruction processing on the collected projection data of the plurality of cross sections of the subject by the high-speed data processing apparatus.
[0003]
As a method of using the data inspected by the X-ray CT apparatus, a plurality of cross-sectional projection data are collected by the X-ray CT apparatus, and the high-speed data processing apparatus performs image reconstruction processing on the plurality of cross-sectional projection data. Create cross-sectional image data, display this cross-sectional image data on the image display device, burn the multi-cross-sectional image displayed with a laser imager, etc. on the film, and use the film observer to display the multi-cross-section image. By observing the baked film, it has been widely practiced to find an abnormal part of the subject. In the early X-ray CT apparatus, the number of reconstructed image data was 10 to several tens, so such a method was possible.
[0004]
As a method of using data inspected by an X-ray CT apparatus, recently, projection data of a plurality of cross sections is collected by an X-ray CT apparatus, and image reconstruction processing is performed on the projection data of the plurality of cross sections by a high-speed data processing apparatus. The image data of a plurality of cross sections is prepared to store the image data of the plurality of cross sections in a storage medium such as a magnetic disk device, a magneto-optical disk device, or an optical disk device. Reading out image data of a plurality of cross sections stored in the storage medium, displaying the image data on an image display device, and observing is performed. In some cases, image data of a plurality of cross sections stored in the storage medium is read out and image processing is performed on the image data by an image processing apparatus. For example, a three-dimensional image is constructed from this image data by a three-dimensional image display device, and the three-dimensional image is observed.
[0005]
In the early X-ray CT apparatus, the movement of the top plate on which the subject lay down and the collection of the projection data of the subject by X-ray irradiation were performed alternately. The technology of the X-ray CT apparatus has advanced rapidly, and in recent X-ray CT apparatuses, the X-ray irradiation is simultaneously performed while the subject lies on the tabletop and the projection data is collected. Such a projection data collection method is called helical scan.
[0006]
In the early X-ray CT apparatus, the movement of the table on which the subject lay down and the acquisition of the projection data of the subject by X-ray irradiation were performed alternately. It was a cross section of the image data obtained by performing the configuration. That is, the cross-section from which the projection data was collected and the cross-section of the image data obtained by image reconstruction coincide with each other, and the number of cross-sections from which projection data was collected and the image data obtained by image reconstruction. The position of the cross-section where the projection data was collected was distributed discretely along the patient's body axis. However, in the helical scan method, the projection data is collected by performing X-ray irradiation at the same time while the subject moves the tabletop lying down, so there is no discrete projection data collection cross section. Therefore, in general, a virtual cross section is set and projection data is interpolated to obtain virtual cross section projection data, and image reconstruction processing is performed using the virtual cross section projection data. Is going. Since the virtual cross section of this projection data can be set quite freely, the number of image data obtained by image reconstruction processing and the interval between the cross sections can be selected fairly freely depending on the setting of the virtual cross section of the projection data. it can.
[0007]
In early X-ray CT systems, X-ray detectors that detect the intensity of X-rays that have passed through a subject collect projection data of one cross section of the subject in a row in the body axis direction of the subject. Was. The technology of X-ray CT equipment has advanced rapidly. In recent X-ray CT equipment, multiple rows of X-ray detectors are arranged in the direction of the body axis of the subject, and projection data of multiple cross sections of the subject can be simultaneously transmitted. Use multi-row detector to collect. By using this multi-row detector and the helical scan method at the same time, much more projection data than the initial X-ray CT apparatus has been collected. In this multi-row detector / helical scan system, there is no discrete projection data acquisition cross section as in the early X-ray CT system. Generally, a virtual cross section is set and projection data interpolation processing is performed. The virtual cross-section projection data is obtained and image reconstruction processing is performed using the virtual cross-section projection data. Since the virtual cross section of the projection data can be set freely, the number of image data obtained by the image reconstruction process and the interval between the cross sections can be freely selected depending on the setting of the virtual cross section of the projection data.
[0008]
In an examination using an X-ray CT apparatus, currently, projection data is collected by an X-ray CT apparatus, an image reconstruction process is performed on the projection data by a high-speed data processing apparatus, and obtained as a result of the image reconstruction process. Image data of a plurality of cross sections is stored in a storage medium such as a magnetic disk device, a magneto-optical disk device, or an optical disk device. There are two methods for using the results of inspection with an X-ray CT apparatus: a method of printing an image created using image data of a plurality of cross sections obtained as a result of image reconstruction processing on a film, and observing the film; A method for displaying and observing an image on an image observation apparatus using image data of a plurality of cross sections obtained as a result of the reconstruction process, and an image for the image data of a plurality of cross sections obtained as a result of the image reconstruction process There is a method of performing image processing such as three-dimensional image processing with a processing device and observing the result. There are optimal image reconstruction parameters for each method of use, but currently the data stored for a long time is image data after image reconstruction, and long-term storage of projection data before image reconstruction is Reconstruction processing is performed again using the optimal image reconstruction processing parameters for each method of use due to the fact that it has not been performed, and that image reconstruction from projection data requires large computational resources. This is not done for research purposes.
[0009]
In particular, when constructing a 3D image using multiple cross-sectional image data, it is suitable for 3D image processing that is different from the image reconstruction processing parameters suitable for direct observation of the cross-sectional image. Although good results are often obtained by using image data of multiple cross-sections that have been reconstructed using image reconstruction processing parameters, it is generally stored for a long time after image reconstruction Since only the image data is stored and the projection data is not stored for a long time, such image reconstruction processing for each purpose of use cannot be performed except for research purposes.
[0010]
Even if the X-ray CT apparatus stores projection data for a long period of time, the X-ray CT apparatus routinely performs a large number of examinations continuously, so an external user can use this projection data. On the other hand, it is almost impossible to perform image reconstruction using the image reconstruction parameters desired by the user. For this reason, the image reconstruction of the projection data is performed by a predetermined image reconstruction parameter in the routine inspection.
[0011]
In recent X-ray CT apparatuses, there are models that can perform advanced image processing such as three-dimensional image processing on image data obtained by image reconstruction. However, even with such a function, an X-ray CT apparatus routinely performs a large number of examinations almost continuously, so an external user can use this function to perform 3D image processing. It is almost impossible to do in reality.
[0012]
In recent multi-row detectors and helical scan CT devices, compared to earlier CT devices, the noise of the X-ray detector is reduced, the spatial density of the X-ray detector is improved, and the helical scan pitch density is increased. , The spatial distribution of collected projection data is fine. For this reason, even if the spatial region for image reconstruction is reduced while maintaining the number of pixels for image reconstruction, a precise image with little increase in noise can be obtained. Therefore, by reducing the image reconstruction area for the same projection data, the spatial accuracy of the image of the region of interest of the subject can be improved. Moreover, even if the interval between the image reconstruction planes is narrowed, a meaningful image with little increase in noise can be obtained, so that the spatial resolution in the body axis direction can also be improved.
[0013]
With recent multi-row detectors and helical scan CT devices, the spatial distribution of the projection data collected has become finer, so CT values can be obtained not only within the cross-section of the subject but also at spatial positions with fine spacing in the body axis direction. It became possible to ask for. In a three-dimensional image display device using CT image data, voxel data is created by stacking cross-sectional image data obtained by image reconstruction of projection data in the body axis direction, and three-dimensional reconstruction processing is performed on this. 3D image is created and displayed. By using CT image data obtained by a recent multi-row detector / helical scan type CT apparatus, it is possible to obtain a very precise three-dimensional image.
[0014]
In order to create a 3D image from CT image data, projection data is reconstructed with an X-ray CT apparatus to create cross-sectional image data, and voxel data is created by stacking this image data in the body axis direction. . When 512 pieces of image data having a cross-sectional number of pixels of, for example, 512 × 512 pixels and a pixel size of 0.5 mm × 0.5 mm are stacked in the body axis direction, for example, at intervals of 0.5 mm, a spatial region of 256 mm × 256 mm × 256 mm is obtained. A cube of 512 × 512 × 512 voxels is created. Next, a three-dimensional image is created and displayed by performing three-dimensional reconstruction processing such as surface rendering and volume rendering on the cube of voxels.
[0015]
As described above, the conventional three-dimensional display apparatus generates CT image data by reconstructing an image of projection data with an X-ray CT apparatus, and uses this to construct voxel data. When interpreting a two-dimensional image of a CT image, a radiologist arranges a series of CT images representing a cross section of a subject in a plane and arranges them for observation, thereby interpreting the presence or absence of an abnormality. On the other hand, when interpreting as a three-dimensional image, voxel data is constructed from this series of CT image data, and opacity is given to the voxel based on the physical properties of each voxel constituting the voxel data, that is, the CT value. Given the direction of the line of sight of the observer observing this voxel data and the direction of the light source, the attenuation and reflection due to the light from the light source passing through the object are calculated from the opacity, and this is integrated to create an image To do. Therefore, integral calculation corresponding to the number of voxels of the image to be displayed is required, and the volume rendering calculation time increases as the number of voxels increases. In other words, the volume rendering method assigns opacity, which is a light transmission characteristic, to each CT value, and manages light source attenuation along the line of sight with all voxels. The gray level gradient calculated by the gray level gradient method at all points of the volume Based on the attachment, the luminance value is calculated by multiplying the amount of the incident light source and the opacity of the voxel. A three-dimensional image is obtained by sequentially integrating these in the line-of-sight direction (ray casting). In the volume rendering method, natural and smooth shading can be obtained even at an edge where the CT value changes rapidly, and the ability to depict fine tissues such as peripheral blood vessels is dramatically improved. Conventionally, surface rendering has been the mainstream for 3D display, but volume rendering is now widely used.
[0016]
Thus, conventional 3D display devices use a plurality of CT image data obtained by scanning a subject with an X-ray CT apparatus, collecting projection data, and reconstructing the projection data. ing. When observing a CT image as a two-dimensional image, density resolution rather than spatial resolution is important. On the other hand, when reconstructing a three-dimensional image from CT image data and observing, spatial resolution is more important than density resolution. When observing a CT image as a two-dimensional image, such as when resolution is required, and when reconstructing a three-dimensional image, the optimal parameters for reconstructing projection data are different. There are many cases. However, at present, the CT image data is reconstructed using the optimum image reconstruction parameters when the projection data is observed as a two-dimensional image in the X-ray CT apparatus, and the two-dimensional image is displayed in the three-dimensional image display apparatus. Three-dimensional image reconstruction is performed using CT image data optimized for observation. This is because a large computer resource is required to reconstruct the projection data, and a large storage capacity is required to store the projection data.
[0017]
In the X-ray CT system,
(1) From an X-ray source that moves on the outer periphery of the cross section of the subject, X-rays are radiated in a fan shape along the plane of the cross section, and the X-rays that have passed through the subject are, for example, 500 X-ray detectors Measure with Thereby, for example, 500 pieces of data are measured at one source position. By repeating this over 180 degrees or more of the outer periphery of the cross section of the subject, projection data is collected. For example, if it is repeated every time, data in directions of 180 or more are collected, so that projection data of 500 × 180 = 90000 is collected.
(2) The collected projection data is subjected to preprocessing such as noise removal, and then subjected to convolution processing.
(3) A pixel plane of 512 × 512 pixels composed of, for example, square pixels of 1 mm × 1 mm is set at a position corresponding to the cross section of the subject from which projection data has been collected, and for each pixel of this pixel plane Then, the projection data subjected to the convolution process from the position of the X-ray source at the time of collecting the projection data is back-projected in a fan shape.
(4) At this time, since the backprojected data does not necessarily cross the center of the pixel on the pixel plane, interpolation processing is performed using the backprojected data in the vicinity, and approximate data is assigned to each pixel.
(5) By repeatedly performing this backprojection process on all collected projection data, each pixel on the pixel plane of 512 pixels × 512 pixels has a value corresponding to the physical property of the subject with respect to X-rays. The image data it has is reconstructed.
(6) The position of the cross section of the subject is moved by, for example, 1 mm in the body axis direction, the projection data is collected in the same manner, and image reconstruction processing is performed on the projection data to reconstruct the cross section image data in the same manner. .
(7) By repeating this while moving the position of the cross section of the subject in the body axis direction, 500 pieces of image data of the cross section of the subject can be collected at intervals of 1 mm, for example. Using this data set, a voxel space of 512 × 512 × 500 voxels composed of, for example, cubic pixels (voxels) of 1 mm × 1 mm × 1 mm can be created.
(8) A 3D image is created and displayed by performing 3D image processing such as volume rendering on the voxel space created in this way.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a three-dimensional display device connected to a conventional X-ray CT apparatus via a network. Reference numeral 101 denotes an X-ray CT apparatus, 111 denotes a scanner unit of the X-ray CT apparatus, and 112 denotes a data collection unit. The projection data collected by detecting the scan of the subject by the X-ray source of the scanner unit by the X-ray detector is digitized by the data acquisition unit. The digitized X-ray detector output data 122 is sent to a preprocessing unit 113 where preprocessing such as data noise removal and calibration is performed. The projection data 123 preprocessed by the preprocessing unit 113 is sent to the image reconstruction device 114. The image reconstruction device 114 performs an image reconstruction process on the preprocessed projection data 123. The reconstructed image data 124 is sent to and displayed on the console 115 of the X-ray CT apparatus and is stored in the image data storage device 116. Reference numeral 221 denotes image data sent to an external three-dimensional image display device or the like.
[0019]
Reference numeral 201 denotes a three-dimensional image display device. An image data storage device 211 stores image data 221 sent from the X-ray CT apparatus. Reference numeral 212 denotes a three-dimensional image processing apparatus. The three-dimensional image processing device 212 receives the image data 222 designated by the operator from the image data storage device 211, performs three-dimensional image reconstruction such as volume rendering on the image data storage device 211, and the created three-dimensional image 223 is displayed on the console 213. indicate.
[0020]
As shown in this example, a user of a conventional 3D image display apparatus creates a 3D image using image data reconstructed by an X-ray CT apparatus. It is not realized in the routine that a new image reconstruction process is performed using the projection data, and a three-dimensional image is created using the newly reconstructed image data.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
In the inspection using the X-ray CT apparatus, the projection data was collected by the X-ray CT apparatus, the image reconstruction process was performed on the projection data by the high-speed data processing apparatus, and the result of the image reconstruction process was obtained. Image data of a plurality of cross sections is stored in a storage medium such as a magnetic disk device, a magneto-optical disk device, or an optical disk device. There are appropriate image reconstruction parameters for each of the methods that use the results of inspection by the X-ray CT apparatus, but currently, the image data that has been stored for a long period of time is the image data after the image reconstruction processing. Since the data is not stored for a long period of time, it is not performed to perform the image reconstruction process with the optimal image reconstruction process parameter for each usage method. In particular, when constructing a 3D image using multiple cross-sectional image data, it is suitable for 3D image processing that is different from the image reconstruction processing parameters suitable for direct observation of the cross-sectional image. In many cases, it is desired to use image data reconstructed using image reconstruction processing parameters, but such image reconstruction processing for each purpose of use is not generally performed. The reason for this is that a large storage capacity is required to store projection data, so that projection data is not stored for a long period of time. Since it is not used by external users, the image reconstruction device cannot be used to reconstruct the projection data for 3D images, and a large computer is needed to reconstruct the projection data. Depending on the need for resources.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is a mechanism for storing projection data acquired by X-ray scanning by connecting to an X-ray CT apparatus, and a mechanism for creating and displaying a three-dimensional image using the projection data. A three-dimensional image display device that can directly create and display a three-dimensional image from projection data without using slice or volume image data obtained by image reconstruction processing in an X-ray CT apparatus Realized. In this three-dimensional image display device, a mechanism for setting a spatial region of interest to be displayed as a three-dimensional image, that is, a spatial region for creating a three-dimensional image by three-dimensional image reconstruction, and a subject used for three-dimensional image reconstruction And a mechanism for setting in advance the spatial distribution of a plurality of points for obtaining the physical quantity, that is, the CT value, and the spatial position thereof. Reconstruction processing is performed on the designated spatial position in the designated space of interest using projection data, and the CT value of the subject is acquired. A three-dimensional image reconstruction process is performed on the CT value data set thus obtained, and the obtained result is displayed as a three-dimensional image.
[0023]
In conventional 3D image creation and display, slice data with different cross-sectional positions is reconstructed from projection data in an X-ray CT apparatus, and 3D voxel data is created by stacking slice data with different cross-sectional positions. , 3D image reconstruction processing such as volume rendering processing is performed on the 3D voxel data to create and display a 3D image. On the other hand, in the 3D image display apparatus according to the present invention, a mechanism for setting a space area of interest to be displayed as a 3D image, that is, a space area of interest for performing 3D image reconstruction, is used for 3D image reconstruction. A mechanism for setting in advance the spatial distribution of points for obtaining physical quantities representing the characteristics of the object, that is, CT values, and their spatial positions was provided. Reconstruction processing is performed on the designated spatial position in the designated space of interest using projection data, and a physical quantity representing the characteristics of the subject, that is, a CT value is acquired. A three-dimensional image reconstruction process is performed on the CT value data set in the region of interest obtained in this way, and the obtained result is displayed as a three-dimensional image.
[0024]
Further, a physical quantity representing the characteristics of the object, that is, a spatial region of interest for obtaining a CT value data set, a spatial distribution of a plurality of points for obtaining CT values, and their spatial positions are three-dimensionally obtained using this CT value data set. By considering the effect on the image quality of the 3D image obtained by image reconstruction, the space of interest for reconstructing the image of the projection data to obtain the CT value data set and the image reconstruction of the projection data A mechanism is provided that makes it possible to determine the spatial distribution and the spatial position of a plurality of points that are obtained to obtain a CT value.
[0025]
In the conventional X-ray CT apparatus, image reconstruction using the projection data is performed for all regions where the projection data exists, but the three-dimensional display apparatus according to the present invention creates a three-dimensional image. A space of interest region is set in advance, and image reconstruction is performed only within that space region of interest. In the conventional X-ray CT apparatus, the number of pixels on the image plane to be reconstructed and the size thereof are determined in advance, and image reconstruction is performed for the center point of the pixel. In the original display device, a spatial distribution and a spatial position of a plurality of points for obtaining a CT value from the aspect of the image quality of the three-dimensional image to be created are planned in advance, and image reconstruction is performed on the points using projection data. This eliminates the need for spatial image reconstruction that is not related to the creation of 3D images. Also, in the spatial area where 3D images are created, the points are distributed densely in the spatial areas that have a large effect on the image quality of 3D images, and sparsely distributed in the spatial areas that have a small effect on the image quality of 3D images. It is possible to greatly reduce the amount of calculation for image reconstruction by using or not distributing points.
[0026]
In this way, the computational complexity of image reconstruction processing can be greatly reduced, so every time a 3D image is created, the image is reconstructed from the projection data, and the result is used to convert the 3D image. It became possible to create.
[0027]
The ray-tracing process used in volume rendering uses a ray-tracing process for the conical range radiated from the viewpoint to the target area of interest within the space area occupied by the object. If a CT value on a ray to be given is given, volume rendering can be performed. Accordingly, the ray used in the volume rendering ray tracing process is determined in advance, and the image reconstruction from the projection data may be performed only for the points on the ray used in this ray tracing. In the ray tracing process, light is attenuated by the opacity of the object, so that the spatial region contributing to the ray tracing process in the ray depth direction is limited. Further, the opacity can be set to 0 on the front side of the region of interest of the ray and can be ignored. Therefore, the image reconstruction from the projection data need only be performed for the spatial region contributing to the ray tracing process. That is, in the present invention, image reconstruction processing is performed on a point set on a ray of a ray that intersects the space of interest of the object using a set of projection data that passes through the vicinity of the point. Volume rendering is performed using CT values on the ray obtained as a result of the processing.
[0028]
Since the region of interest in 3D image display is usually quite small compared to the spatial region from which X-ray CT projection data is acquired, it is possible to significantly reduce the amount of calculation by using the method of the present invention. Therefore, it is possible to perform an image reconstruction process optimized from the projection data for each three-dimensional image display process.
[0029]
In image reconstruction in an X-ray CT apparatus, it is possible to set a reconstruction area smaller than the area from which projection data was acquired, and to perform image reconstruction processing on the reconstruction area to obtain image data having a small pixel size. Has been done. In the present invention, an area to be subjected to ray rendering processing of volume rendering, a ray direction and density, and a density of points giving CT values on the ray are given from the standpoint of volume rendering, and image reconstruction processing of projection data is performed using this data. A feature is to determine a spatial distribution and a spatial position of a plurality of points for obtaining a region of interest and a CT value to be performed, and to perform image reconstruction processing using projection data passing through this point and passing through this point. There is.
[0030]
In the conventional method, interpolation processing is performed a plurality of times in image reconstruction processing of projection data and 3D image reconstruction processing.
(1) When image reconstruction processing is performed from helical scan projection data, interpolation processing is performed on the helical scan projection data in order to obtain projection data passing through the cross section to be reconstructed.
(2) In the image reconstruction process, an interpolation process is performed on the projection data obtained in (1) in order to obtain projection data passing through pixels on the image plane.
(3) In order to construct voxel data used for 3D image processing, the reconstructed cross-sectional image data is stacked in the body axis direction, but the front and rear cross-sectional image data are used to obtain the desired axial interval. Interpolation may be performed.
(4) Interpolation processing is performed on voxel data in order to obtain a CT value on a ray by ray casting processing of volume rendering.
[0031]
In the method of the present invention, a point where a CT value is necessary is determined in advance by the ray rendering processing of volume rendering, and an image reconstruction is performed by performing an interpolation process of projection data passing through the neighborhood to this point, thereby obtaining an image. Volume rendering ray casting processing is performed using the obtained CT values. Therefore, the data interpolation process is only one of the projection data interpolation processes that pass through the vicinity in the image reconstruction process, and the number of interpolation processes can be greatly reduced. Compared with the image creation method, the image quality can be greatly improved.
[0032]
The method of the present invention can greatly reduce the amount of calculation of data processing.
(1) Since it is possible to determine in advance the spatial area and points for image reconstruction, the amount of calculation for image reconstruction processing can be greatly reduced.
(2) Since the number of data interpolation processes can be reduced, the amount of calculation in the image reconstruction process and the 3D image reconstruction process can be greatly reduced. In addition, by reducing the number of data interpolation processes, the image quality could be greatly improved.
(3) Since the data required for the ray rendering process of volume rendering is prepared in advance by the image reconstruction process, the calculation amount of the 3D image reconstruction process can be greatly reduced.
[0033]
by this,
(1) Since the calculation amount of data processing is greatly reduced, it has become possible to directly create a three-dimensional image from projection data that could not be routinely realized until now.
(2) Since it is possible to presuppose creation of a three-dimensional image, it is possible to use an image reconstruction parameter optimal for a three-dimensional image as an image reconstruction parameter of projection data.
(3) Since the amount of calculation for data processing has been reduced, it has become possible to reconstruct images at finer intervals than before, and the quality of 3D images could be further improved.
[0034]
In the present invention, a spatial area of volume data used in volume rendering and a spatial coordinate of a point in the spatial area used by volume rendering for calculation are obtained in advance, and each point is used in image reconstruction processing using projection data. The CT value is obtained by performing image reconstruction processing on the spatial coordinate position. Next, in volume rendering processing for creating a three-dimensional image, volume rendering processing is performed using the CT value obtained by image reconstruction processing for the spatial coordinate position of each point. From the standpoint of creating a 3D image, the volume area used for volume rendering is a part of the entire volume data, so it is possible to greatly reduce the space area for reconstructing projection data. Thus, the computational resources required for image reconstruction can be greatly reduced. Accordingly, the calculation time required for image reconstruction can be greatly shortened. In addition, since the CT values of points necessary for the volume rendering calculation are obtained in advance by image reconstruction processing, interpolating processing between voxels that is necessary in conventional volume rendering becomes unnecessary. As a result, the calculation time for 3D image reconstruction can be reduced, accuracy deterioration associated with interpolation can be prevented, and image quality can be improved.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a system of a three-dimensional image display apparatus that directly creates a three-dimensional image from projection data of the X-ray CT apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram schematically showing a three-dimensional image display apparatus according to the present invention connected to an X-ray CT apparatus via a network. Reference numeral 101 denotes an X-ray CT apparatus, 111 denotes a scanner unit of the X-ray CT apparatus, and 112 denotes a data collection unit. The projection data collected by detecting the X-ray scan of the subject in the scanner unit by the X-ray detector is digitized by the data collection unit. The digitized output data 122 of the X-ray detector is sent to a preprocessing unit 113 where preprocessing such as data noise removal and normalization is performed. The projection data 123 preprocessed by the preprocessing unit 113 is sent to the image reconstruction device 114 and sent to the projection data storage device 117 for storage. The image reconstruction device 114 performs an image reconstruction process on the preprocessed projection data 123. The reconstructed image data 124 is sent to and displayed on the console 115 of the X-ray CT apparatus and is stored in the image data storage device 116. Reference numeral 321 denotes projection data sent from the projection data storage device 117 to the three-dimensional image display device. In some cases, the X-ray CT apparatus does not have the projection data storage device 117. In this case, the projection data 123 preprocessed by the preprocessing unit 113 is directly sent to the three-dimensional image display device and stored.
[0036]
Reference numeral 301 denotes a three-dimensional image display device. A projection data storage apparatus 311 stores projection data 321 sent from the X-ray CT apparatus. 312 has a function of setting an image reconstruction area, and sets an image reconstruction space area based on a space area of interest for creating a three-dimensional image. This is physically included in the image reconstruction processing device 313. The image reconstruction processing device 313 obtains the CT value of the designated point in the designated image reconstruction space region by image reconstruction processing. Reference numeral 324 denotes a data set of CT values obtained by image reconstruction, which is sent to the three-dimensional image processing apparatus 314. The three-dimensional image processing device 212 receives the CT value data set 324 reconstructed from the image reconstruction processing device 313, performs three-dimensional image reconstruction such as volume rendering on this, and creates the generated three-dimensional image 325. Is displayed on the console 315.
[0037]
FIG. 3 is a diagram schematically showing processing and data flow in the three-dimensional image display apparatus according to the present invention. The X-ray 121 transmitted through the subject by the X-ray scanning of the scanner unit 111 of the X-ray CT apparatus is detected by the X-ray detector and digitized by the data acquisition unit 112. The digitized projection data 122 is sent to the preprocessing unit 113, where processing such as data noise removal and calibration is performed. The projection data 123 preprocessed by the preprocessing unit 113 is sent to the image reconstruction device 114 and sent to the projection data storage device 117 for storage. The image reconstruction device 114 performs an image reconstruction process on the preprocessed projection data 123. The reconstructed image data 124 is sent to and displayed on the console 115 of the X-ray CT apparatus and is stored in the image data storage device 116. Reference numeral 321 denotes projection data sent from the projection data storage device 117 to the three-dimensional image display device.
[0038]
The projection data storage device 311 of the three-dimensional image display device stores the projection data 321 sent from the X-ray CT device, and the projection data 322 of the examination specified by the operator is a reconstruction area setting unit 312 of the image reconstruction processing device. To send to. The reconstruction area setting unit 312 sets image reconstruction parameters and prepares necessary projection data 323 based on the spatial area for image reconstruction and the position of the points obtained from the spatial area for creating a 3D image. In the image reconstruction process 313, the CT value of the designated point in the designated image reconstruction space area is obtained by the image reconstruction process. Three-dimensional image processing 314 is performed on the data set 324 of CT values that have been reconstructed. The 3D image processing 314 performs 3D image reconstruction such as volume rendering on this, and displays the created 3D image 325 on the console 315.
[0039]
When the operator selects an examination for creating a three-dimensional image, an instruction 326 for designating necessary projection data is transmitted from the console to the projection data storage device. Based on this, the projection data storage device transmits the projection data 322 of the inspection designated by the operator to the reconstruction area setting unit 312 of the image reconstruction processing device. When the operator determines the space area of interest of the three-dimensional image to be created using the projection data, and determines the spatial distribution and the spatial position of the point for obtaining the CT value, an instruction 327 is transmitted from the console to the reconstruction area setting unit. Is done. Based on this instruction, the reconstruction area setting unit 312 sets image reconstruction parameters and prepares necessary projection data 323. In the image reconstruction process 313, the CT value of the designated point in the designated image reconstruction area is obtained by the image reconstruction process. Three-dimensional image processing 314 is performed using the CT value data set 324 obtained by image reconstruction. The 3D image processing 314 performs 3D image reconstruction such as volume rendering on the CT value data set, and displays the created 3D image 325 on the console 315.
[0040]
The operator observes the 3D image, changes the area and parameters for creating the 3D image as necessary, and transmits an instruction 327 from the console. Image reconstruction and 3D image reconstruction are performed again using the changed image reconstruction parameters. Since the image reconstruction time is greatly reduced by the present invention, this series of scanning and processing can be performed interactively.
[0041]
FIG. 4 is a diagram for schematically explaining the relationship between the spatial regions of the present invention. Reference numerals 511, 512, and 513 denote the XY plane, the XZ plane, and the YZ plane, respectively, of the spatial region where the projection data of the subject is collected. Reference numerals 511, 512, and 513 denote the XY plane, the XZ plane, and the YZ plane, respectively, of the spatial region where the projection data of the subject is collected. Reference numerals 514, 515, and 516 respectively denote an XY plane, an XZ plane, and a YZ plane of a space of interest for creating a three-dimensional image. Reference numerals 521, 522, and 523 denote an XY plane, an XZ plane, and a YZ plane, respectively, at the viewpoint positions for creating a three-dimensional image. Reference numerals 531, 532, and 533 denote the XY plane, the XZ plane, and the YZ plane of the ray space area of the ray tracing process for creating a three-dimensional image, respectively.
[0042]
Projection data in the spatial region indicated by 511, 512, and 513 is acquired by scanning with an X-ray CT apparatus. This projection data is transferred to the three-dimensional image display device according to the present invention. The operator determines a spatial region for creating a three-dimensional image, that is, a spatial region of interest 514, 515, 516. Then, the viewpoint positions 521, 522, and 523 are determined. Reference numerals 531, 532, and 533 denote the XY plane, the XZ plane, and the YZ plane of the conical space area including the line of sight when the region of interest is viewed from the viewpoint. Rays in the ray tracing process for creating a three-dimensional image are included in this spatial region. In consideration of the image quality of the three-dimensional image, the density of rays spreading radially from the viewpoint in this conical region and the position of the point for obtaining the CT value on each ray line are determined. That is, the position of the point for obtaining the CT value is determined on the ray line used for the ray tracing process.
[0043]
The reconstruction area setting unit is instructed to determine the position of the point for which the CT value thus determined is obtained. The image reconstruction apparatus obtains the CT value of the point for obtaining the designated CT value by using the projection data passing through the point for obtaining the designated CT value and passing through the vicinity of the point. The three-dimensional image processing apparatus performs three-dimensional image processing using a CT value data set at a point at which an instructed CT value is obtained. Since the CT value of the point on the ray line used for the ray tracing process of the three-dimensional image processing is obtained, the interpolation process is unnecessary.
[0044]
【Example】
In the above description, an example in which projection data is transferred from an X-ray CT apparatus to a 3D image display apparatus via a network has been described. However, projection data is transferred from an X-ray CT apparatus to a 3D image apparatus via an offline storage medium. The same applies when transferring.
[0045]
In the description so far, the X-ray CT apparatus and the three-dimensional image display apparatus have been described as separate apparatuses. However, when the X-ray CT apparatus includes the function of the three-dimensional image display apparatus of the present invention, the same applies. included.
[0046]
In the above description, the perspective projection method of the volume rendering process has been described, but various volume rendering processes such as a parallel projection method are similarly included.
[0047]
In the above description, volume rendering processing has been described as three-dimensional image processing. However, the present invention can be used for various three-dimensional image processing such as MIP and Latham. It can also be used for various 2D image processing such as 2D cross-section display and 2D curved image display.
[0048]
In the above description, the X-ray CT apparatus has been described. However, the present invention is not limited to the projection data of the X-ray CT apparatus, but also the so-called raw data of the nuclear medicine apparatus such as SPECT, the so-called raw data of the MR apparatus, and the line of the ultrasonic apparatus. A system for storing data and the like and performing image reconstruction by applying new parameters as necessary is also included.
[0049]
【The invention's effect】
In conventional 3D image creation / display, the X-ray CT apparatus reconstructs projection data and creates cross-sectional data. Next, three-dimensional voxel data is created by stacking slice data having different cross-sectional positions. A 3D image reconstruction process such as a volume rendering process is performed on the 3D voxel data to create and display a 3D image. On the other hand, in the 3D image display apparatus according to the present invention, a mechanism for setting a space area of interest to be displayed as a 3D image, that is, a space area of interest for performing 3D image reconstruction, is used for 3D image reconstruction. A mechanism for setting in advance a spatial distribution and a spatial position of points for obtaining physical quantities representing the characteristics of the object, that is, CT values, is provided. Reconstruction processing is performed on the designated spatial position in the designated space of interest using projection data, and a physical quantity representing the characteristics of the subject, that is, a CT value is obtained. A three-dimensional image reconstruction process is performed on the CT value data set thus obtained, and the obtained result is displayed as a three-dimensional image.
[0050]
In addition, a physical quantity representing the characteristics of the object, that is, a spatial region where a CT value data set exists and a spatial distribution of points where CT values exist are obtained by performing a three-dimensional image reconstruction process using this data set. By taking into account the effect on the image quality of the obtained 3D image, a spatial region of interest in which the CT value is obtained by performing image reconstruction of the projection data, and a spatial distribution of a plurality of points in which the CT value in the region of interest is obtained A mechanism is provided that makes it possible to determine the spatial position.
[0051]
In the conventional X-ray CT apparatus, image reconstruction using the projection data is performed on all areas where the projection data exists, but the three-dimensional display apparatus according to the present invention creates a three-dimensional image. An area is set in advance, and image reconstruction is performed only within that area. In the conventional X-ray CT apparatus, the number of pixels on the image plane to be reconstructed and the size thereof are determined in advance, and image reconstruction is performed for the center point of the pixel. In the original display device, the positions and distributions of points having CT values are planned in advance from the image quality of the three-dimensional image to be created, and image reconstruction is performed on the points using projection data. This eliminates the need for image reconstruction of spatial areas that are not related to the creation of 3D images. Also, in the spatial region where 3D images are created, it is important to distribute points densely in areas that have a large effect on the image quality of 3D images, and sparsely distribute areas in areas that have a small effect on image quality of 3D images. By not distributing it, the computational complexity of image reconstruction can be greatly reduced. Since the amount of image reconstruction calculations can be greatly reduced, every time a 3D image is created, it is possible to reconstruct the image from projection data and use the result to create a 3D image. Became.
[0052]
The ray-tracing process used in volume rendering uses a ray-tracing process for the conical range radiated from the viewpoint to the region of interest of the object within the space area occupied by the object. If a CT value on a ray to be given is given, volume rendering can be performed. Accordingly, the ray used in the volume rendering ray tracing process is determined in advance, and the image reconstruction from the projection data may be performed only for the points on the ray used in this ray tracing. In the ray tracing process, light is attenuated by the opacity of the object, so that the spatial region contributing to the ray tracing process in the ray depth direction is limited. Further, the opacity may be set to 0 on the near side of the region of interest of the ray and ignored. Therefore, the image reconstruction from the projection data need only be performed for the spatial region contributing to the ray tracing process. In other words, image reconstruction processing is performed on a point set on a ray that intersects the region of interest of the object, using a set of projection data passing through the vicinity of the point, and as a result of the image reconstruction processing. Volume rendering is performed using the CT value on the obtained ray. Since the region of interest in 3D image display is usually considerably smaller than the spatial region from which X-ray CT projection data is acquired, using the method of the present invention, each time projection data is processed for 3D image display processing. It is also possible to realize image reconstruction.
[0053]
In image reconstruction that can be placed on an X-ray CT apparatus, a region smaller than the region from which projection data is acquired is set, and image reconstruction is performed on that region. In the present invention, a volume rendering ray tracing process, a ray direction and density, and a density for giving a CT value on the ray are given in advance from the standpoint of volume rendering. It is characterized in that the position of a point to be obtained is determined and image reconstruction processing is performed using projection data passing through the vicinity of this point. In the second embodiment of the present invention, an area for performing ray tracing processing of volume rendering, a ray direction and density, and a density for giving a CT value on the ray are given from the standpoint of volume rendering, and space for image reconstruction from now on. It is characterized in that a region is determined, a voxel space is determined in the region, and image reconstruction processing is performed using projection data passing through the neighborhood for this voxel.
[0054]
In the method of the present invention, a point that requires a CT value in the volume rendering ray casting process is determined in advance, and an interpolation process is performed on projection data passing through the vicinity of this point to perform image reconstruction, thereby obtaining a CT value. The volume rendering ray casting process is performed by using the obtained CT value data set. Therefore, the data interpolation process is performed only once, and the number of interpolation processes can be greatly reduced. Accordingly, the image quality can be greatly improved.
[0055]
The method of the present invention can greatly reduce the amount of calculation of data processing. (1) Since the space area and the point to be reconstructed are determined in advance, the amount of calculation of the image reconstruction process can be greatly reduced. (2) Since the number of data interpolation processes can be reduced, the amount of calculation in the image reconstruction process and the 3D image reconstruction process can be greatly reduced. In addition, the image quality could be improved by reducing the number of data interpolation processes. (3) Since the CT value data of the position required for the ray rendering process of volume rendering is prepared in advance by the image reconstruction process, the calculation amount of the 3D image reconstruction process can be greatly reduced.
[0056]
As a result, (1) the amount of calculation for data processing has been reduced, and it has become possible to directly create a three-dimensional image from projection data that could not be realized routinely until now. (2) Since it is possible to assume the creation of a 3D image, it is possible to use the optimum parameters for the 3D image as the image reconstruction parameters of the projection data. (3) Since the amount of calculation for data processing has been reduced, it has become possible to reconstruct images at finer intervals than before, and the image quality of three-dimensional images has been improved.
[0057]
In the present invention, the spatial coordinates of the data used in the volume rendering process and the spatial coordinates of the points in the spatial area used by the volume rendering are calculated in advance, and the respective points are used in the image reconstruction process using the projection data. An image reconstruction process is performed on the spatial coordinate position of the point to obtain the CT value of that point. Next, in volume rendering processing for creating a three-dimensional image, volume rendering processing is performed using the CT value obtained by image reconstruction processing for the spatial coordinate position of each point. Since the spatial area of the data used for volume rendering is a part of the spatial area of the entire projection data, the spatial area for reconstructing the projection data can be greatly reduced, which is necessary for image reconstruction. Computational resources can be greatly reduced. Accordingly, the calculation time required for image reconstruction can be greatly reduced. In addition, since the CT value of the point necessary for calculation of volume rendering processing is obtained in advance by image reconstruction processing, interpolation processing between voxels, which was necessary in conventional volume rendering, becomes unnecessary, reducing calculation time, It has become possible to prevent the deterioration of accuracy associated with interpolation and greatly improve the image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram for explaining a conventional X-ray CT apparatus and a three-dimensional image display apparatus.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an X-ray CT apparatus and a three-dimensional image display apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing processing and data flow in a three-dimensional image display device that directly creates a three-dimensional image from projection data of an X-ray CT apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for schematically explaining the relationship between the spatial regions of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 X-ray CT system
111 Scanner section of X-ray CT system
112 Data collection unit
113 Preprocessing section
114 Image reconstruction device
115 console
116 Image data storage device
117 Projection data storage device
121 X-ray scanning in X-ray CT system
122 Projection data collected by the scanner unit of the X-ray CT apparatus
123 Projection data preprocessed by the preprocessing unit
124 Reconstructed image data
201 Conventional three-dimensional image display device
211 Image data storage device
212 3D image processing device
213 console
221 Image data sent to 3D image display device
222 Image data for 3D image processing
223 3D image data
301 Three-dimensional image display device according to the present invention
311 Projection data storage device
312 Reconfiguration area setting unit
313 Image reconstruction processing device
314 Three-dimensional image processing device
315 console
321 Projection data sent to 3D image display device
322 Projection data for image reconstruction
323 Projection data required for image reconstruction of an image reconstruction space area set based on a space area of interest for creating a three-dimensional image
324 Data set of CT values of points included in the space of interest for creating a 3D image
325 3D image data
326 Instruct to select projection data
327 Instruction of image reconstruction area based on area to create 3D image
511 XY plane of the spatial region where the projection data of the subject is collected
512 XZ plane of spatial region where projection data of subject is collected
513 YZ plane of the spatial region where the projection data of the subject is collected
514 XY plane of region of interest for creating 3D image
515 XZ plane of region of interest for creating 3D image
516 YZ plane of region of interest for creating 3D image
521 Position of XY plane of viewpoint for creating 3D image
522 Position of XZ plane of viewpoint for creating 3D image
523 YZ plane position of viewpoint for creating 3D image
531 XY plane of spatial area including ray of 3D image processing
532 XZ plane of spatial region including ray of 3D image processing
533 YZ plane of spatial area including ray of 3D image processing

Claims (1)

X線走査によって投影データを収集する機構と,この投影データに対して画像再構成処理を行う機構と,この画像再構成処理で得られた画像データに対して画像処理を行ってその結果を表示する機構と,この画像再構成で得られた画像データを蓄積する機構とを具備したX線CT装置と,X線走査によって収集された投影データを蓄積する機構と,投影データを収集した空間領域内に三次元画像を再構成して表示する関心空間領域を設定する機構と,この関心空間領域内に三次元画像再構成に使用する被検体の特性をあらわす物理量であるCT値を求める複数の点の空間位置を、即ち、三次元画像を観察する視点の空間位置から三次元画像を作成する関心空間領域の内部領域に向かって,作成する三次元画像の画質に基づいて決定した密度をもつ 複数の本数の放射状の視線(レイ)を設定することによって、該設定された複数の視線(レイ)のそれぞれに対して,作成する三次元画像の画質に基づいて決定した間隔および範囲で,CT値を求める複数の点の空間位置を、指定する機構と,指定した空間位置のそれぞれに対して投影データを使用して画像再構成処理を行い,被検体の特性をあらわす物理量すなわちCT値を求める機構と,画像再構成処理で求めたCT値のデータセットを使用して三次元画像を再構成して表示する機構とを具備し,X線CT装置における画像再構成処理で得られたスライスまたはボリューム画像データを使用せずに,X線走査によって収集された投影データから直接三次元画像を作成・表示することを可能にした三次元画像表示装置。A mechanism for collecting projection data by X-ray scanning, a mechanism for performing image reconstruction processing on this projection data, and performing image processing on the image data obtained by this image reconstruction processing and displaying the results mechanism and an X-ray CT apparatus and a mechanism for storing image data obtained by the image reconstruction, a mechanism for storing projection data collected by X-ray scanning, spatial region to collect projection data A mechanism for setting a space area of interest for reconstructing and displaying a 3D image within the space, and a plurality of CT values that are physical quantities representing the characteristics of the subject used for 3D image reconstruction within the space of interest area The density determined based on the image quality of the created 3D image from the spatial position of the point that observes the 3D image toward the internal region of the space area of interest that creates the 3D image By setting a plurality of radial lines of sight (rays), for each of the plurality of lines of sight (rays) set, at intervals and ranges determined based on the image quality of the three-dimensional image to be created, Performs image reconstruction processing using projection data for each of the designated spatial positions and the mechanism for designating the spatial positions of a plurality of points for which a CT value is to be obtained. A slice obtained by the image reconstruction process in the X-ray CT apparatus, and a mechanism for reconstructing and displaying a three-dimensional image using the CT value data set obtained by the image reconstruction process Alternatively, a three-dimensional image display device that can directly create and display a three-dimensional image from projection data collected by X-ray scanning without using volume image data.
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