コーンビームCT画像再構成

標準コーンビームX線CT装置(下左図)は、 各方向から撮影した複数の透視画像に対して様々な処理を行うことによって、 対象物体の3次元CT画像を得ることができる。

一般的に、CT画像再構成は、下右図に示したようなステップで行われる。 下右図のCT画像再構成の流れにおいて、 様々なフォーマットの透視画像を読む機能、 透視画像に対してのノイズ軽減機能、 再構成画像に対してのアーチファクト軽減機能、 膨大な計算量を必要とする逆投影過程の高速化機能、 様々な撮影システムに対しての新しいアルゴリズムの実装は、 TomoShop® の目的となっている。

標準コーンビームX線CT装置 CT画像再構成の流れ
標準コーンビームX線CT装置 CT画像再構成の流れ

TomoShop® を用いてコーンビームCT画像再構成を行う場合のメリットを次のいくつかの方面で説明する。

1. 高速な断層再構成

TomoShop® による画像再構成の高速性を示すため、 標準の円軌道コーンビームCT装置で撮影した360枚の512x512画素の投影データから512x512x512画素の3次元画像をFDK[2]法で再構成する場合、 計算時間および実装環境を以下に示す[1]。

  • 逆投影過程の計算時間: 2.3秒
  • 重み計算+フィルタ計算+逆投影計算: 3.9秒
  • OS : Windows XP SP2
  • CPUおよびメモリ: Intel Core 2 Duo 1.86GHz, 2GiB RAM
  • GPU : GeForce 8800 GTS 512M, CUDA Version 2.0

2. 高画質の断層像

コーンビームCT装置において、投影データの元になるFPD (Flat Panel Detector) などの検出器で測定した生データの精度は、再構成画像の画質に影響を及ぼす。 例えば、X線強度が正確に測定されていない場合、 再構成画像のエッジ部分を強調し過ぎるなどの画質劣化が生じる。 TomoShop® には、下の図に示すように、 様々な劣化要因の影響を軽減する処理が組み込まれている[1]。

生データのアーチファクト軽減

また、画像再構成アルゴリズムの選択も画質を決める重要な要因であるが、 弊社が開発したCFDK[1]法およびCUDAで高速化できるように変形したTFDK[1,3]法では、 弊社特有のフィルタを掛けることによって、 下の図に示すようにコーンビームアーチファクトを軽減することができる。

FDK TFDK CFDK

3. 様々な装置に適用可能な高汎用性

コーンビームCT装置は、利用分野や検査目的によって装置の幾何学的な設計が異なり、 それに伴ってスキャン軌道と検出器の配置が変わってくる。 例えば、標準のコーンビームCT装置では、FDK[2]法などを用いて再構成できるが、 乳がん検査用ディジタルTomosynthesis装置では、検出器の配置が違うので、 FDK[2]法をそのまま使用することはできない。 TomoShop® では、標準な円軌道のほかに、 楕円軌道・多角形軌道など非標準な撮影軌道にも拡張して、 様々な撮影幾何系に対応できる汎用性の高いOmni逆投影アルゴリズムが組み込まれることできる[1]。

4. 部分再構成

TomoShop® は、部分的に逆投影処理を行うことによって、 対象物体を部分的に再構成できる機能を提供する。 実際の非破壊検査では、対象物体の撮像範囲を全部検査する必要がなく、 撮像範囲のある部分だけを検査する必要がある。この要求に応じて、 TomoShop® では、ユーザーが検査しようとする対象物体の検査領域をパラメータで設定し、 それに応じて対象物体の検査領域を高速に再構成できるようにしている。

5. ズーム再構成

TomoShop® は、ユーザーの要求に応じて対象物体を拡大(縮小)して再構成する機能を提供する。 断層装置では、検出器の画素サイズ、X線源から回転中心までの距離、 X線源から検出器までの距離によって、対象物体の標準ボクセルサイズを決めている。 これと比較して、TomoShop® は、ユーザーが与えたボクセルサイズによって、 対象物体を再構成する機能を提供する。

[1] 李 美花、工藤博幸, CUDAによるコーンビームCT画像再構成の高速化とツールキット開発 ,
  映像情報メディカル, Vol. 40, No. 13, pp. 1194-1198, 2008年12月.

[2] L.A. Feldkamp, L.C. Davis and J.W. Kress, Practical Cone-Beam Algorithm ,
  J. Opt. Doc. Am. A 1, pp. 612-619, 1984.

[3] M. Grass, T. Koehler and R. Proksa,  3D Cone-Beam CT Reconstruction for Circular Trajectories ,
  Phys. Med. Biol. Vol. 45, No. 2, pp. 329-347, 2000.