CN116887755A - 放射线成像装置、放射线成像方法、以及程序 - Google Patents
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Abstract
一种放射线成像装置包括：图像获得单元，所述图像获得单元被配置为获得与入射的放射线对应的图像数据；以及图像处理单元，所述图像处理单元被配置为基于利用第一曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第一骨骼密度测量，并且基于利用第二曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第二骨骼密度测量，所述第二曝光场比所述第一曝光场窄。
Description
技术领域
本发明涉及放射线成像装置、放射线成像方法、以及程序，并且更特别地涉及可应用到骨骼密度的测量的放射线成像技术。
背景技术
患有骨质疏松症的人已随着老龄化而数量增加。作为用于骨质疏松症诊断的技术，已知有基于使用具有两种不同能量的X射线的双能量X射线吸收测定法(在下文中要被称为DXA)的骨骼密度测量。
一般的DXA装置一般被设计为通过以高的速度切换和扫描具有不同能量的X射线扇形射束来执行测量。最近，已开发了通过使用通过堆叠两个X射线检测层而形成的平板检测器(在下文中要被称为FPD)执行锥形射束成像操作来利用DXA执行骨骼密度测量的技术和可以通过使用单层FPD利用具有不同能量的X射线执行两次成像操作来利用DXA执行骨骼密度测量的技术。
专利文献1公开了通过使用窄范围的X射线图像校正宽范围的X射线图像的散射线来测量骨骼密度的技术。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.2011-245117
发明内容
技术问题
骨骼密度测量常常通过测量易于遭受时间变化的腰椎和在骨折时易于留下严重的损伤的股骨近端部分两者来执行。尽管使用平板检测器和X射线锥形射束可以在短时间内对腰椎和股骨近端部分同时成像，但是使用宽的曝光场会由于散射线而降低测量准确度。
专利文献1中公开的技术具有以下问题：由于在改变曝光范围和X射线曝光条件时需要执行四次成像，因此检查效率会降低并且对被检体的剂量会增加。
本发明已考虑上述问题而做出并且具有提供可以在减少对被检体的剂量的同时提高检查效率和测量准确度的放射线成像技术的目的。
问题的解决方案
根据本发明的一个方面的放射线成像装置包括以下布置。即，放射线成像装置包括图像获得单元和图像处理单元，所述图像获得单元被配置为获得与入射的放射线对应的图像数据，所述图像处理单元被配置为基于利用第一曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第一骨骼密度测量，并且基于利用第二曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第二骨骼密度测量，所述第二曝光场比所述第一曝光场窄。
发明的有益效果
本发明可以提供可以在减少对被检体的剂量的同时提高检查效率和测量准确度的放射线成像技术。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的放射线成像系统的布置的示例的示图；
图2是用于解释根据第一实施例的图像处理单元中的处理过程的流程图；
图3是示出高能量图像、低能量图像和骨骼图像的概念图；
图4是用于解释骨骼区域的提取的示图；
图5是用于解释基线区域和校准曲线的计算的示图；
图6是用于解释根据第一实施例的曝光场范围的设置的示例的示图；
图7是用于解释根据第二实施例的图像处理单元中的处理过程的流程图；
图8是用于解释根据第三实施例的图像处理单元中的处理过程的流程图；以及
图9是用于解释根据第三实施例的曝光场范围的设置的示例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意，以下实施例不旨在限制要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是不限于需要所有这样的特征的发明，并且可以适当地组合多个这样的特征。此外，在附图中，对相同或类似的配置给予相同的参考数字，并且省略其重复描述。
(第一实施例)
图1是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像系统100的布置的示例的示图。放射线成像系统100包括放射线产生器104、放射线源101、放射线曝光场孔径1001、放射线网格1002、FPD 102(放射线平板检测器)和信息处理装置120。注意的是，放射线成像系统100的布置也被简称为放射线成像装置。信息处理装置120处理基于通过对被检体成像获得的放射线图像的信息。
放射线产生器104(产生单元)通过在按下曝光开关时向放射线源101供给高电压脉冲来使放射线源101产生放射线。放射线源101利用放射线照射被检体103。此时，放射线曝光场孔径1001通过限缩放射线的照射范围来防止放射线照射被检体103的感兴趣区域以外的区域。这使得能够减少不必要的曝光并且还减少从被检体103产生的散射线。作为放射线网格1002，优选地使用十字网格。十字网格是在纵向方向和横向方向两者上具有以格子图案形成的狭缝的网格。这种网格比一般的网格可以更有效地并且均等地减少散射线。这使得能够利用锥形射束执行成像，因此使得不需要执行比如利用扇形射束或狭缝扫描的成像的长时间成像。尽管要使用的放射线的类型没有特别限制，但是一般使用X射线。
当被检体103被利用来自放射线源101的放射线照射时，FPD 102用作图像获得单元并且获得根据入射的放射线的图像数据。FPD 102通过蓄积基于图像信号的电荷来获得放射线图像。FPD 102将放射线图像传送到信息处理装置120。
FPD 102包括放射线检测单元(未示出)，该放射线检测单元包括用于创建与放射线对应的信号的像素阵列。放射线检测单元检测透过被检体103的放射线并且检测与检测的放射线对应的图像信号。在放射线检测单元中，以阵列图案(二维区域)布置的像素中的每一个被提供例如将入射的放射线转换成光的荧光体(闪烁体)和输出与转换的光对应的信号的光电转换元件。每个像素的光电转换元件将由荧光体转换成可见光的放射线转换成电信号并且将它作为图像信号(放射线图像)输出。
控制单元105包括处理从FPD 102获得的放射线图像的图像处理单元109以及存储图像处理的结果和各种类型的程序的存储单元108。存储单元108可以存储从控制单元105输出的放射线图像、由图像处理单元109处理的图像、以及骨骼密度计算结果。
作为功能配置，图像处理单元109包括差异图像创建单元110、骨骼区域提取单元111、骨骼密度计算单元112、骨骼密度确定单元113和曝光场设置单元114。这些功能配置的功能各自通过使用例如一个或更多个CPU(中央处理单元)和从存储单元108读出的程序来实现。图像处理单元109的每个单元的配置可以由集成电路等实现，只要实现类似的功能即可。此外，信息处理装置120的内部配置可以包括诸如GPU(图形处理单元)的图形控制单元、诸如网卡的通信单元、键盘以及诸如显示器或触摸面板的输入/输出控制单元。
监视器106显示由控制单元105从FPD 102获得的放射线图像(数字图像)或由图像处理单元109处理的图像。控制单元105可以控制显示器106上的显示。操作单元107可以向图像处理单元109和FPD 102输入指令并且经由用户接口(未示出)接受指令的输入。
控制单元105通过使用能量相减方法处理照射被检体的放射线的能量不同的多个放射线图像来获得指示被检体的骨骼部分的分布的图像(骨骼图像)。DXA需要通过以不同的放射线能量成像而获得的至少两个放射线图像以创建一个相减图像。为了获得不同的放射线能量，可以向放射线源101供给不同的电压脉冲。可以利用来自放射线源101的具有不同的能量的放射线照射被检体103。
作为FPD 102，可以使用堆叠有放射线检测单元(未示出)的FPD。多层FPD 102通过穿过上层的放射线检测单元来检测低能量放射线，并且在已通过上层的放射线检测单元的放射线的线质被硬化之后在下层的放射线检测单元处检测高能量放射线。这使得能够在上层的放射线检测单元处获得低能量放射线图像并且在下层的放射线检测单元处获得高能量放射线图像。由多层FPD 102进行的成像可以通过利用放射线的一次照射来完成，因此在不受被检体103的身体运动影响上是有利的。注意的是，即使单层FPD 102也可以通过在利用放射线的一次照射期间执行多次采样来通过利用放射线的一次照射获得放射线能量低的图像(低能量放射线图像)和放射线能量高的图像(高能量放射线图像)。由FPD 102进行的成像可以是静止图像成像或移动图像成像。
将参考图2中所示的流程图详细描述根据第一实施例的图像处理单元109中的处理。执行图2中所示的各个步骤当中的步骤S202至S205中的处理的每个处理单元(差异图像创建单元110、骨骼区域提取单元111、骨骼密度计算单元112和曝光场设置单元114)用作第一骨骼密度测量单元，该第一骨骼密度测量单元基于利用第一曝光场由FPD 102(图像获得单元)获得的图像数据执行骨骼密度的测量(第一骨骼密度测量)。执行步骤S208至S211中的处理的每个处理单元(控制单元105、差异图像创建单元110、骨骼区域提取单元111和骨骼密度计算单元112)用作第二骨骼密度测量单元，该第二骨骼密度测量单元基于利用比第一曝光场窄的第二曝光场由FPD 102(图像获得单元)获得的图像数据执行骨骼密度的测量(第二骨骼密度测量)。第二骨骼密度测量单元可以基于由第一骨骼密度测量单元获得的骨骼密度的测量值和预定的阈值利用第二曝光场测量骨骼密度。
(S201：随访的检查)
在步骤S201中，控制单元105使用通过操作单元107输入的被检体的信息以确定对同一被检体的测量是第一次测量还是第二次或后续测量(即，随访)。控制单元105可以与医院信息系统HIS和放射科信息系统RIS同步地进行这个确定，或者可以通过使用存储在存储单元108中的信息进行确定。
当处理已转移到在对同一被检体的过去测量中由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量(S208至S211)时，控制单元105执行从由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量开始对同一被检体的骨骼密度测量的控制。当第二骨骼密度测量单元已执行骨骼密度测量(S208至S211)时，可以确定在被检体中存在骨质疏松症的怀疑。因而，控制单元205确定当前检查是为了随访或确定药物的效果并且使处理进行到步骤S207以执行第二骨骼密度测量。在这种情况下，控制单元105执行从由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量开始测量而不执行由第一骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量(S202至S205)的控制。与此相对照，如果当前检查是第一次检查，则控制单元205使处理进行到步骤S202以执行由第一骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量(S202至S205：第一骨骼密度测量)。第二骨骼密度测量单元可以基于由第一骨骼密度测量单元获得的骨骼密度测量结果利用第二曝光场执行骨骼密度测量。第二骨骼密度测量单元基于由第一骨骼密度测量单元获得的骨骼密度测量值和预定的阈值利用第二曝光场执行骨骼密度测量。第二骨骼密度测量单元可以判别是否省略利用第一曝光场的骨骼密度测量，并且根据判别结果执行利用第二曝光场的骨骼密度测量。
(S202：第一成像)
在步骤S202中的第一成像中，曝光场设置单元114对放射线曝光场孔径1001设置使得能够对被检体103的多个区域(例如，腰椎的L1至L4和股骨近端部分的髋关节401)进行成像的第一曝光场。控制单元105通过控制放射线成像装置来利用设置的第一曝光场执行成像。控制单元105使放射线产生器104通过在按下曝光开关时向放射线源101供给高电压脉冲(脉冲信号)来产生放射线。放射线产生器104通过向放射线源101供给基于管电压的脉冲信号来使放射线源101产生锥形射束放射线。放射线源101基于来自放射线产生器104的脉冲信号利用锥形射束放射线照射被检体103。放射线源101以高电压V1(第一管电压，例如，140kV)一次和低电压V2(第二管电压，例如，80kV)一次利用X射线照射被检体103。注意的是，作为高电压V1的示例的140kV和作为低电压V2的示例的80kV仅仅是示例性数值。本发明不限于这些示例，并且可以使用示例以外的电压。例如，可以根据测量目标区域、用户试图看到的图像、被检体103的体格等任意地设置电压。
在利用来自放射线源101的X射线照射时，优选地将附加的过滤器(未示出)附接到放射线曝光场孔径1001。作为附加的过滤器，例如，可以将厚度为0.5mm的铜板附接到放射线曝光场孔径1001。如果X射线谱包括低能量成分，那么易于在被检体103的身体中出现放射线线质硬化。这也可以是造成骨骼密度计算准确度的降低的因素。然而，附接附加的过滤器将切断X射线谱的低能量侧，从而提高高电压X射线与低电压X射线之间的能量分辨能力。
FPD 102通过基于高电压V1的高电压成像创建由图3的3A所指示的高能量图像，并且通过基于低电压V2的低电压成像创建由图3的3B所指示的低能量图像。
在第一测量中，放射线曝光场孔径1001设置确保足够宽的曝光场(成像范围)的第一曝光场以便对腰椎和股骨近端部分同时成像，如由图3的3A和3B所指示的。这使得能够通过一次测量同时测量临床上重要的腰椎和股骨近端部分的骨骼密度。这可以提高检查吞吐量并且减少被检体103的负担。
如上所述，使用堆叠有放射线检测单元(未示出)的FPD 102可以通过利用X射线的一次照射从上层的放射线检测单元获得比如由图3的3B所指示的低能量图像的低能量图像并且从下层的放射线检测单元获得比如由图3的3A所指示的高能量图像的高能量图像。当放射线源101利用高电压V1(例如，140kV)发射X射线时，由于上层的放射线检测单元对放射线线质硬化的余地降低以导致能量分辨能力的降低，因此不需要附接上述附加的过滤器。通过利用基于高电压V1的X射线的照射进行成像而获得的图像被称为高能量图像，并且通过利用基于低电压V2的X射线的照射进行成像而获得的图像被称为低能量图像。
(S203：骨骼图像的创建)
在步骤S203中，差异图像创建单元110通过计算通过步骤S202中的成像而获得的由图3的3A所指示的高能量图像和由图3的3B所指示的低能量图像之间的对数差来创建由图3的3C所指示的骨骼图像303。下面将详细描述由差异图像创建单元110执行的处理。首先，高能量图像和低能量图像可以由下面给出的等式(1)和(2)表示。
在这种情况下，IH表示由图3的3A所指示的高能量图像，并且IL表示由图3的3B所指示的低能量图像。通过成像获得的高能量图像和低能量图像指示像素值的二维分布。
此外，IH0和IL0分别表示在不存在被检体103的情况下的高能量图像和低能量图像。在这种情况下，后缀“H”表示高能量，并且后缀“L”表示低能量。后缀“A”表示软组织，并且后缀“B”表示骨骼(骨骼区域)。此外，μHA和μLA分别表示高能量和低能量的软组织的质量衰减系数，μHB和μLB分别表示高能量和低能量的骨骼的质量衰减系数，σA表示软组织的面积密度，并且σB表示骨骼面积密度。质量衰减系数的单位是cm2/g，并且面积密度的单位是g/cm2。
在这种情况下，差异图像创建单元110通过将等式(1)乘以μLA/μHA并且从等式(2)减去该乘积来创建由下面给出的等式(3)所指示的骨骼图像(图3的3C)。
(S204：骨骼区域提取)
在步骤S204中，骨骼区域提取单元111从指示被检体103中的骨骼部分的分布的骨骼图像提取经受骨骼密度计算的骨骼区域(ROI)。根据最简单的骨骼区域提取方法，例如，可以使用户在用户界面上选择骨骼区域。然而，让用户通过使用鼠标等来提取骨骼区域是麻烦和耗时的。此外，当不同的用户即使对于同一被检体提取不同的骨骼区域或者由甚至同一用户提取的骨骼区域每次变化时，骨骼密度计算准确度的重复性也降低。
因而，优选的是通过使用基于图像处理的分割来自动地提取骨骼区域。骨骼区域提取单元111可以通过使用作为已知的分割技术的分水岭(watershed)法、图切割(graphcut)法、grabcut法等来从指示被检体103中的骨骼部分的分布的骨骼图像提取经受骨骼密度计算的骨骼区域。此外，骨骼区域提取单元111可以通过使用诸如Unet或PSPnet的机器学习技术作为骨骼区域提取方法而不是上述分割技术来从骨骼图像提取骨骼区域。
骨骼区域提取单元111从骨骼图像设置经受骨骼密度计算的骨骼区域(分析区域)。图4是示出骨骼区域的提取的示例的示图。在图4中的骨骼区域的提取的示例中，提取L1至L4作为腰椎分析区域，并且提取髋关节401作为股骨近端部分的分析区域。
(S205：骨骼密度计算)
在步骤S205中，骨骼密度计算单元112计算在步骤S204中由骨骼区域提取单元111提取的骨骼区域(ROI：图4)的骨骼密度。骨骼密度计算单元112设置骨骼区域附近的软组织区域并且基于软组织区域的像素值校正骨骼区域的像素值。骨骼密度计算单元112然后基于骨骼区域的经校正的像素值计算骨骼区域的骨骼密度。
在计算骨骼密度时，骨骼密度计算单元112设置经受骨骼密度计算的骨骼区域(例如，在腰椎的情况下，与图4中的L1至L4对应的区域)附近的软组织区域。软组织区域在下文中也将被称为基线区域。如由图5的5A所指示的，骨骼密度计算单元112在经受骨骼密度计算的骨骼区域附近的位置处设置基线区域501和基线区域502以便仅包括软组织而不包括任何骨骼区域。基线区域501和502中的高能量图像(图3的3A)的像素值和低能量图像(图3的3B)的像素值可以分别由下面给出的等式(4)和(5)表达。由于基线区域501和502被设置为不包括任何骨骼区域，因此等式(4)和(5)可以由软组织(后缀“A”)中的高能量图像(IHA,IH0)、低能量图像(ILA,IL0)、质量衰减系数(μHA,μLA)和表面密度(σA)表示。
-lnIHA＝-lnIH0+μHAσA…(4)
-lnILA-lnIL0+μLAσA…(5)
在这种情况下，骨骼密度计算单元112通过将等式(4)乘以μLA/μHA并且从等式(5)减去该乘积来获得下面给出的关于基线区域501和502(软组织)中的高能量图像和低能量图像之间的差异的等式(6)。
此外，骨骼密度计算单元112通过从等式(6)减去等式(3)来获得下面给出的等式(7)。
作为等式(7)中的未知量的在不存在被检体103的情况下的高能量图像IH0和低能量图像IL0被去除。等式(7)的左侧与骨骼密度σB成比例，如右侧所指示的。等式(7)将被称为基线校正之后的骨骼图像。
骨骼密度计算单元112从由图5的5B所指示的校准体模503计算图5的5C所指示的校准曲线507，并且通过使用校准曲线507来将基线校正之后的骨骼图像转换成骨骼密度g/cm2。具体地，这个操作如下执行。
校准体模503包括第一校准部分504、第二校准部分505和第三校准部分506。校准体模503的第一校准部分504、第二校准部分505和第三校准部分506分别具有0.5g/cm2、1.0g/cm2、以及1.5g/cm2的骨骼密度。由图5的5B所指示的校准体模503在与针对被检体103的条件相同的条件下成像以创建由等式(7)表示的基线校正之后的骨骼图像。这使得能够获得比如由图5的5C所指示的校准曲线507。由图5的5C所指示的校准曲线507表示骨骼密度(纵坐标)与基线校正之后的骨骼图像的像素值(横坐标)之间的关系。
最后，骨骼密度计算单元112通过使用校准曲线507将基于被检体103的成像创建的基线校正之后的骨骼图像的像素值转换成骨骼密度g/cm2。注意的是，优选地由图5的5B所指示的校准体模503被成像并且优选地在一日检查之前获得校准曲线507。
(S206：骨质疏松症怀疑的确定)
在步骤S206中，骨骼密度确定单元113基于在步骤S205中计算的图4中的腰椎的L1至L4的平均骨骼密度和股骨近端部分的髋关节401的骨骼密度执行骨质疏松症确定。例如，骨骼密度确定单元113通过根据原发性骨质疏松症诊断准则与YAM值的比较来执行骨质疏松症诊断。在这种情况下，YAM值是年轻人(20至44岁)的骨骼密度的平均值。根据原发性骨质疏松症诊断准则，如果被检体的骨骼密度是YAM值的70％至80％，那么诊断为骨骼质量减少，而如果骨骼密度小于或等于YAM值的70％，那么诊断为原发性骨质疏松症。骨骼密度确定单元113通过基于原发性骨质疏松症诊断准则将YAM值与腰椎的L1至L4的平均骨骼密度和股骨近端部分的髋关节401的骨骼密度进行比较来确定骨质疏松症。
如果骨骼密度确定单元113在步骤S206中确定被检体103的每个区域的骨骼密度小于YAM值的80％(S206：是)，那么控制单元105使处理进行到步骤S207(曝光场改变)并且转移到步骤S208中对第二成像的准备。控制单元105控制由第一骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量(S202至S205)和由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量(S208至S210)。如果由第一骨骼密度测量单元获得的骨骼密度测量值低于预定的值，那么控制单元105转移处理以执行由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量。如果由第一骨骼密度测量单元获得的多个区域中的每一个的骨骼密度测量值低于预定的值，那么控制单元105通过使用第二骨骼密度测量单元对于每个区域执行骨骼密度测量。
如果骨骼密度确定单元113在步骤S206中确定被检体103的每个区域的骨骼密度等于或大于YAM值(S206：否)，那么控制单元105基于确定结果(判别结果)确定骨质疏松症的可能性低并且终止检查。
(S207：曝光场改变)
在上述步骤S206中，曝光场设置单元114基于由第一骨骼密度测量单元获得的骨骼密度测量结果对由第二骨骼密度测量单元进行的测量设置第二曝光场(S206：是)。即，如果骨骼密度确定单元113确定存在骨质疏松症的怀疑，那么曝光场设置单元114通过限缩放射线曝光场孔径1001来改变曝光场。在由第一骨骼密度测量单元进行的测量(S202至S205)中，曝光场设置单元114设置使得能够对被检体的多个区域进行成像的第一曝光场。在由第二骨骼密度测量单元进行的测量(S208至S210)中，曝光场设置单元114设置使得能够对多个区域中的至少一些进行成像的第二曝光场。在这种情况下，第一曝光场包括腰椎和股骨近端部分作为被检体103的多个区域，并且第二曝光场包括腰椎或者股骨近端部分作为多个区域中的一些。由于第二曝光场以外的区域没有被利用放射线照射，因此能够抑制对被检体103的剂量的增加。
在步骤S202中的第一成像中，曝光场设置单元114在放射线曝光场孔径1001中设置使得能够对被检体103的多个区域(例如，腰椎的L1至L4和股骨近端部分的髋关节401)进行成像的第一曝光场。与此相对照，在步骤S202中，曝光场设置单元114在放射线曝光场孔径1001中设置比第一曝光场窄并且使得能够对多个区域中的至少一些进行成像的第二曝光场。
曝光场设置单元114可以通过使用与对应于经受第二骨骼密度测量单元的测量的区域的曝光场的设置相关联的学习模型来设置第二曝光场。
如果骨骼密度确定单元113在上述步骤S206中确定腰椎的L1至L4的骨骼密度的平均值指示骨骼密度减小，那么如由图6的6A所指示的，曝光场设置单元114在这个步骤中限缩曝光场以便包括腰椎的L1至L4作为多个区域(腰椎的L1至L4和股骨近端部分的髋关节401)中的至少一些。即，曝光场设置单元114改变放射线曝光场孔径1001的设置以便将曝光场限缩为比第一曝光场窄的第二曝光场。
如果骨骼密度确定单元在步骤S206中确定在股骨近端部分的髋关节401中已出现骨骼密度减小，那么如由图6的6B所指示的，曝光场被限缩为仅包括髋关节401。在步骤S206中，如由图6的6B所指示的，曝光场设置单元114限缩曝光场以便包括髋关节401作为多个区域(腰椎的L1至L4和股骨近端部分的髋关节401)中的至少一些。即，如在腰椎的情况下那样，曝光场设置单元114改变放射线曝光场孔径1001的设置以便将曝光场限缩为比第一曝光场窄的第二曝光场。
如果可以与放射线成像系统100同步地电控制放射线曝光场孔径1001，那么能够通过使用步骤S204中的骨骼区域提取结果来自动地限缩曝光场。替代地，在手动地改变曝光场设置的情况下，控制单元105还可以执行显示控制以便在监视器106上对于用户显示根据区域限缩曝光场的指令。
(S208：第二成像)
在步骤S208中，控制单元105通过在按下曝光开关时从放射线产生器104向放射线源101供给脉冲信号来控制放射线成像装置产生放射线。在步骤S208中的第二成像中，利用在步骤S207中设置并且改变的第二曝光场执行成像。第二曝光场比在第一成像(S202)中使用的第一曝光场窄，并且曝光场被限缩以对多个区域中的至少一些进行成像。如由图6的6A和6B所指示的，除了曝光场变窄并且一个区域被设置为成像目标区域之外，第二成像处理与步骤S202中的第一成像相同，因此将省略成像的详细描述。
(S209：骨骼图像创建)
在步骤S209中，差异图像创建单元110通过计算在步骤S208中通过成像获得的高能量图像和低能量图像之间的对数差来创建骨骼图像。如由图6的6A和6B所指示的，除了曝光场被限缩并且一个区域被设置为成像目标区域之外，步骤S209中的图像差异处理与步骤S203中的图像差异处理相同，因此将省略图像差异处理的详细描述。
(S210：骨骼区域提取)
在步骤S210中，骨骼区域提取单元111从骨骼图像提取经受骨骼密度计算的骨骼区域(ROI)。这个步骤中的骨骼区域提取处理与步骤S204中的骨骼区域提取处理相同。因而，骨骼区域提取单元111可以不提取任何骨骼区域而没有任何改变地使用在步骤S204中获得的结果。即，骨骼区域提取单元111可以将由第一骨骼密度测量单元提取的骨骼区域的提取结果应用到由第二骨骼密度测量单元执行的测量中的骨骼区域的提取。使用与在步骤S204中提取的骨骼区域相同的骨骼区域使得能够更准确地把握第一成像中的第一骨骼密度测量与第二成像中的第二骨骼密度测量之间的差异(改变)。
另一方面，在某个情况下，在第一骨骼密度测量与第二骨骼密度测量之间被检体103的身体已移动。在这种情况下，可以再次提取骨骼区域。
根据这个实施例，在诸如初次就诊检查或体检检查的过筛检查中，首先，执行基于第一成像的第一骨骼密度测量，以同时测量被检体的多个区域(例如，腰椎和股骨近端部分)的骨骼密度。如果在第一骨骼密度测量中确定存在骨质疏松症的怀疑，那么在基于第二成像的第二次骨骼密度测量中曝光场被限缩到特定区域以执行散射线减少的精确的骨骼密度测量。这可以缩短诸如过筛检查的许多被检体的骨骼密度的测量中的检查时间，并且通过提高吞吐量来减少被检体和用户的负担。
(第二实施例)
第一实施例已例示了第一骨骼密度测量单元和第二骨骼密度测量单元利用两个管电压(V1和V2)执行成像的情况。第二实施例将例示第一骨骼密度测量单元基于根据利用单一管电压产生的放射线由FPD 102(图像获得单元)获得的图像数据执行骨骼密度测量的布置。注意的是，放射线成像系统100(图1)的布置与第一实施例中的相同。
将参考图7中所示的流程图描述根据第二实施例的图像处理单元109中的处理。这个处理与根据第一实施例的图像处理单元109执行的处理(图2)的不同在于步骤S702和S705中的处理，因此将仅描述处理中的不同部分。
(S702：第一测量)
在步骤S702中的第一成像中，控制单元105通过控制放射线成像装置利用设置的第一曝光场执行成像。控制单元105通过在按下曝光开关时从放射线产生器104向放射线源101供给高电压脉冲(脉冲信号)来使放射线源101产生放射线。放射线源101基于来自放射线产生器104的脉冲信号利用X射线照射被检体103。放射线源101利用基于单一管电压(例如，140kV)的X射线照射被检体103。管电压(例如，140kV)与第一实施例中描述的高电压V1对应。FPD 102获得基于管电压(高电压V1)的高能量图像。此外，骨骼密度测量通过使用在下面的步骤S705中描述的技术来近似地执行。
因而，在基于第一成像的第一骨骼密度测量中，利用单一管电压(高电压V1)执行成像，因此便于对放射线产生器104的控制。这使得能够例如在执行用于定位的透视成像的同时执行骨骼密度测量。
(S705：骨骼密度计算)
在根据第二实施例的第一测量(S702)中，由于利用单一管电压执行成像，因此骨骼密度计算单元112通过使用以下的近似方法计算在步骤S204中由骨骼区域提取单元111提取的骨骼区域(ROI：图4)的骨骼密度。
如在第一实施例中描述的，高能量图像中的骨骼区域(图4)的像素值可以由下面给出的等式(8)表示。
-lnIH＝-lnIH0+μHAσA+μHBσB…(8)
由软组织形成的基线区域501和502(图5的5A)的像素值可以由下面给出的等式(9)表示。
在这种情况下，通过将体积密度ρ乘以组织的厚度d来获得面积密度σ。因而，如果基线区域和骨骼区域可以被近似地认为具有相同的厚度，那么下面给出的等式(10)的近似成立。
在这种情况下，上标“b”表示基线区域，下标“A”表示软组织，并且下标“B”表示骨骼。当在人体中基线区域在骨骼区域附近时，等式(10)的近似成立。
因而，骨骼密度计算单元112可以通过将等式(10)代入等式(9)中、从等式(8)减去结果并且重新整理结果来获得公式(11)。
作为等式(8)中的未知量的不存在被检体103的情况下的高能量图像IHO被去除，并且可以获得近似的基线校正之后的骨骼图像。向实际的骨骼密度g/cm2的转换与第一实施例中相同，并且骨骼密度计算单元112通过使用由图5的5B所指示的校准体模503和由图5的5C所指示的校准曲线507来将基线校正之后的骨骼图像的像素值转换成骨骼密度g/cm2。
根据这个实施例，可以通过利用单一管电压执行第一骨骼密度测量来执行近似的骨骼密度测量。对于通过第一次骨骼密度测量确定为具有骨质疏松症的怀疑的区域，利用步骤S207至S211中的处理通过第二次骨骼密度测量利用两个或更多个管电压执行精确的骨骼密度测量。这使得能够通过在利用诸如X射线TV的能够进行移动图像成像的诊断设备使用移动图像观察骨骼密度的同时进行定位来无缝地转移到精确的第二骨骼密度测量。
注意的是，在由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量(S207至S211)中，第二骨骼密度测量单元基于根据利用包括单一管电压的多个管电压发射的放射线由FPD 102(图像获得单元)获得的图像数据执行骨骼密度测量。即，第二骨骼密度测量单元通过使用由第一骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量所获得的图像数据和利用与单一管电压不同的管电压由FPD 102(图像获得单元)获得的图像数据来执行骨骼密度测量。将由第一骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量所获得的图像数据用于由第二骨骼密度测量单元进行的骨骼密度测量可以抑制对被检体103的剂量的增加并且通过使用多个管电压的图像数据执行测量来准确地执行骨骼密度测量。
(第三实施例)
第一实施例已例示了执行基于第一成像的第一骨骼密度测量以同时测量被检体103的多个区域的骨骼密度、并且当在第一骨骼密度测量中确定存在骨质疏松症的怀疑时在基于第二成像的第二骨骼密度测量中曝光场被限缩到特定的区域以执行散射线减少的精确的骨骼密度测量的布置。第三实施例将例示当第二骨骼密度测量单元执行基于第二成像的第二骨骼密度测量时曝光场设置单元114设置多个曝光场的布置。注意的是，放射线成像系统100的布置(图1)与第一实施例中的布置相同。
将参考图8中所示的流程图描述根据第三实施例的图像处理单元109中的处理。这个处理与根据第一实施例的图像处理单元109执行的处理(图2)的不同在于步骤S807中的处理，因此将仅描述处理中的不同部分。
如果骨骼密度确定单元113在第一骨骼密度测量中的步骤S206中确定存在骨质疏松症的怀疑(S206：是)，那么曝光场设置单元114通过限缩放射线曝光场孔径1001来改变曝光场(S207)。曝光场设置单元114设置多个曝光场。根据这个实施例的骨骼密度测量单元基于利用由曝光场设置单元114设置的多个曝光场由FPD 102(图像获得单元)获得的图像数据执行骨骼密度测量。
多个曝光场包括经受骨骼密度测量的被检体的每个区域，并且多个曝光场以外的区域没有利用放射线照射。
在这种情况下，在第一成像(S202)中设置的第一曝光场是确保成像范围以允许多个区域的同时成像的单一曝光场。在这个步骤中，曝光场设置单元114改变放射线曝光场孔径1001的设置以便将单一第一曝光场分成多个曝光场，这多个曝光场分别与被检体103的多个区域(例如，腰椎的L1至L4和股骨近端部分的髋关节401)的位置对应。图9是用于解释第三实施例中的曝光场的设置示例的示图。如图9中所示，曝光场设置单元114通过改变放射线曝光场孔径1001的设置来将第一曝光场(单一曝光场)分成与腰椎(L1至L4)对应的曝光场901和与股骨近端部分的髋关节401对应的曝光场902。
在步骤S208中，利用在步骤S207中设置和改变的第二曝光场执行成像。控制单元105控制放射线成像装置以通过在按下曝光开关时从放射线产生器104向放射线源101供给脉冲信号来使放射线源101产生放射线，从而对腰椎(L1至L4)和股骨近端部分的髋关节401同时成像。
在步骤S211中，骨骼密度计算单元112同时计算在步骤S210中由骨骼区域提取单元111提取的多个骨骼区域(ROI：图4)的骨骼密度。
根据这个实施例，在基于第二成像的第二骨骼密度测量中设置多个曝光场使得能够在同时测量多个区域的骨骼密度的同时执行散射线减少的准确的骨骼密度测量。例如，多个区域包括允许容易确定药物的药效的腰椎和作为在破损时易于使被检体卧床不起的区域的股骨近端部分。即，这些区域在临床上是重要的，因此该实施例在同时测量两个区域的同时执行散射线减少的准确的骨骼密度测量时是有效的。
<其它实施例>
本发明可以通过将用于实现上述实施例的一个或更多个功能的程序经由网络或存储介质供给到系统或装置、并且使系统或装置的计算机中的一个或更多个处理器读出和执行程序的处理来实现。本发明还可以通过用于实现一个或更多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。
本发明不限于上述实施例，并且在本发明的精神和范围内可以进行各种改变和修改。因此，为了向公众告知本发明的范围，提出以下权利要求。
本申请要求2021年2月9日提交的日本专利申请No.2021-019226的优先权，该日本专利申请No.2021-019226特此通过引用并入本文。
参考符号列表
10：放射线成像系统(放射线成像装置)、101：放射线源、102：FPD(放射线平板检测器)、104：放射线产生器、105：控制单元、106：监视器(显示设备)、108：存储单元、110：差异图像创建单元、111：骨骼区域提取单元、112：骨骼密度计算单元、113：骨骼密度确定单元、114：曝光场设置单元、116：显示控制单元、120：信息处理装置。
Claims (21)
1.一种放射线成像装置，包括：
图像获得单元，所述图像获得单元被配置为获得与入射的放射线对应的图像数据；以及
图像处理单元，所述图像处理单元被配置为基于利用第一曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第一骨骼密度测量，并且基于利用第二曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第二骨骼密度测量，所述第二曝光场比所述第一曝光场窄。
2.根据权利要求1所述的放射线成像装置，还包括：
产生单元，所述产生单元被配置为产生放射线；以及
曝光场设置单元，所述曝光场设置单元被配置为设置放射线的曝光场，
其中，所述曝光场设置单元设置所述第一曝光场并且设置所述第二曝光场，所述第一曝光场使得能够在所述第一骨骼密度测量中进行被检体的多个区域的成像，所述第二曝光场使得能够在所述第二骨骼密度测量中利用比所述第一曝光场窄的曝光场进行所述多个区域中的至少一些区域的成像。
3.根据权利要求2所述的放射线成像装置，其中，所述第一曝光场包括腰椎和股骨近端部分作为所述多个区域，并且所述第二曝光场包括腰椎和股骨近端部分中的一个作为所述区域中的一些区域。
4.根据权利要求2或3所述的放射线成像装置，其中，所述曝光场设置单元通过使用经学习的模型来设置所述第二曝光场，所述经学习的模型与对应于经受所述第二骨骼密度测量的区域的曝光场的设置相关联。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的放射线成像装置，其中，所述曝光场设置单元基于通过所述第一骨骼密度测量获得的结果设置所述第二曝光场。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的放射线成像装置，其中，放射线不被施加到所述第二曝光场以外的区域。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的放射线成像装置，还包括控制单元，所述控制单元被配置为控制所述图像处理单元以便执行所述第一骨骼密度测量和所述第二骨骼密度测量。
8.根据权利要求7所述的放射线成像装置，其中，当通过所述第一骨骼密度测量获得的测量值低于预定的值时，所述控制单元转移处理以执行所述第二骨骼密度测量。
9.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其中，所述图像处理单元基于通过所述第一骨骼密度测量获得的结果执行利用所述第二曝光场的所述第二骨骼密度测量。
10.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其中，所述图像处理单元基于通过所述第一骨骼密度测量获得的测量值和预定的阈值执行利用所述第二曝光场的所述第二骨骼密度测量。
11.根据权利要求8所述的放射线成像装置，其特征在于，所述图像处理单元判别是否要省略利用所述第一曝光场的所述第一骨骼密度测量并且根据判别结果执行利用所述第二曝光场的所述第二骨骼密度测量。
12.根据权利要求2所述的放射线成像装置，其中，所述产生单元通过将基于管电压的脉冲信号供给到放射线源来产生锥形射束放射线。
13.根据权利要求2所述的放射线成像装置，其中，所述产生单元产生基于第一管电压的放射线和基于第二管电压的放射线，所述第二管电压低于所述第一管电压。
14.根据权利要求11所述的放射线成像装置，其中，所述图像处理单元包括创建单元、提取单元，以及计算单元，所述创建单元被配置为基于与基于第一管电压的放射线对应的图像数据和与基于第二管电压的放射线对应的图像数据之间的差异创建指示骨骼分布的骨骼图像，所述提取单元被配置为从所述骨骼图像提取经受骨骼密度测量的骨骼区域，所述计算单元被配置为计算所述骨骼区域的骨骼密度，并且
所述计算单元在所述骨骼区域附近设置软组织区域、基于所述软组织区域的像素值校正所述骨骼区域的像素值、以及基于所述骨骼区域的经校正的像素值计算所述骨骼区域的骨骼密度。
15.根据权利要求14所述的放射线成像装置，其中，所述提取单元将在所述第一骨骼密度测量中提取的骨骼区域的提取结果应用到所述第二骨骼密度测量中的骨骼区域的提取。
16.根据权利要求2至13中的任一项所述的放射线成像装置，其中，在所述第一骨骼密度测量中，基于根据利用单一管电压产生的放射线由所述图像获得单元获得的图像数据执行所述第一骨骼密度测量，并且
在所述第二骨骼密度测量中，基于根据利用多个管电压产生的放射线由所述图像获得单元获得的图像数据执行所述第二骨骼密度测量，所述多个管电压包括所述单一管电压。
17.根据权利要求14所述的放射线成像装置，其中，在所述第二骨骼密度测量中，通过使用在所述第一骨骼密度测量中获得的图像数据以及利用与所述单一管电压不同的管电压由所述图像获得单元获得的图像数据来执行所述第二骨骼密度测量。
18.一种图像处理装置，所述图像处理装置包括用于基于第一放射线图像执行第一骨骼密度测量并且基于第二放射线图像执行第二骨骼密度测量的图像处理部件，所述第一放射线图像与第一曝光场对应，所述第二放射线图像与第二曝光场对应，所述第二曝光场比所述第一曝光场窄。
19.一种用于放射线成像装置的放射线成像方法，所述放射线成像装置包括图像获得单元，所述图像获得单元被配置为获得与入射的放射线对应的图像数据，所述方法包括：
基于利用第一曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第一骨骼密度测量的第一步骤；以及
基于利用第二曝光场由所述图像获得单元获得的图像数据执行第二骨骼密度测量的第二步骤，所述第二曝光场比所述第一曝光场窄。
20.一种图像处理方法，所述图像处理方法包括基于第一放射线图像执行第一骨骼密度测量并且基于第二放射线图像执行第二骨骼密度测量，所述第一放射线图像与第一曝光场对应，所述第二放射线图像与第二曝光场对应，所述第二曝光场比所述第一曝光场窄。
21.一种程序，所述程序使计算机用作根据权利要求1至17中的任一项中限定的放射线成像装置的每个单元。
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