JP2007268273A - 骨または他のカルシウム含有物質と軟部組織内の造影剤との自動差別化方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に信頼性のある結果をもたらす、コンピュータ断層撮影により骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤とを自動的に差別化にする。
【解決手段】対象領域の少なくとも１つの関心断層のボクセルについて、２つの画像データセットから、それぞれのボクセルの２つのＸ線減弱値、またはそれぞれの画像データセットにおけるそれぞれのボクセルの周りに予め定められたボリューム内のボクセルの減弱値の平均によって得られる２つの平均Ｘ線減弱値と、それぞれのＸ線スペクトル分布における軟部組織または血液の予め定められたＸ線減弱値ｏ₁，ｏ₂とにより比ｒが算出され、比ｒまたは比ｒから導き出された値ｒ’のための閾値が超過された際に、それぞれのボクセルに、ｒまたはｒ’の大きさに依存して造影剤またはカルシウム含有物質が割り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象領域の２つのコンピュータ断層撮影画像が異なるＸ線スペクトル分布において記録され、２つのコンピュータ断層撮影画像の生データから対象領域の２つの画像データセットが再構成され、２つの画像データセットがそれぞれのＸ線スペクトル分布における対象領域のボクセルのＸ線減弱値を含んでいる、骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤との自動差別化方法および装置に関する。

コンピュータ断層撮影による多くの検査では、取得されるＣＴ画像において、特に血管を明白に認識するために、患者に造影剤が投与される。しかしながら、ＣＴ画像の観察時に骨のような他の身体構成部分が妨害作用をすることがある。なぜならば、それらはＸ線放射を同様に強く吸収するからである。したがって、この種の範囲は、画像後処理時に時々計算上、画像から取り除かれる。血管内プラークまたはカルシウム含有腎石のような他のカルシウム含有領域もしくはカルシウム蓄積領域の認識についても、これらの、例えばＣＴ画像内における強調表示を可能にするためには、造影剤とこれらのカルシウム含有領域または物質との間の区別が必要である。しかしながら、骨または他の石灰含有領域の半自動または自動のセグメンテーションは、それぞれの画像データにおいて、造影剤と石灰含有物質のできるだけ自動の区別を必要とする。

従来、これらの物質の区別のために種々の試みがなされている。例えば、造影剤投与前後にその都度ＣＴ走査が行なわれる。画像レジストレーションおよび両ＣＴ画像の減算によって、造影剤によるＸ線減弱値の強調が測定される。この場合に、骨または他のカルシウム含有領域が、高いＸ線減弱値を有する変化されない領域として現われる。唯一のＣＴ走査のＣＴ画像においてＸ線減弱値の高さに基づいて分類を行なうという他の可能性が存在する。しかしながら、これは、かなり信頼性のある結果を得るためには、局所的な統計学的量または形態学的特徴の付加的な評価をしばしば必要とする。

本発明の課題は、簡単に信頼性のある結果をもたらす、コンピュータ断層撮影により骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤とを自動的に差別化（区別）する方法および装置を提供することにある。

方法に関する課題は、本発明によれば、対象領域の２つのコンピュータ断層撮影画像が異なるＸ線スペクトル分布において記録され、２つのコンピュータ断層撮影画像の生データから対象領域の２つの画像データセットが再構成され、２つの画像データセットがそれぞれのＸ線スペクトル分布における対象領域のボクセルのＸ線減弱値を含んでいる、骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤との自動差別化方法において、
対象領域の少なくとも１つの関心断層のボクセルについて、２つの画像データセットから、それぞれのボクセルの２つのＸ線減弱値、またはそれぞれの画像データセットにおけるそれぞれのボクセルの周りに予め定められたボリューム内のボクセルの減弱値の平均によって得られる２つの平均Ｘ線減弱値と、それぞれのＸ線スペクトル分布における軟部組織または血液の予め定められたＸ線減弱値ｏ₁，ｏ₂により、次の式
ｒ＝（ｘ₁−ｏ₁）／（ｘ₂−ｏ₂）
（ｘ₁，ｘ₂はそれぞれのＸ線スペクトル分布におけるＸ線減弱値または平均Ｘ線減弱値である）
で比ｒが算出され、
比ｒまたは比ｒから導き出された値ｒ’のための閾値が超過された際に、それぞれのボクセルに、ｒまたはｒ’の大きさに依存して造影剤またはカルシウム含有物質が割り付けられることによって解決される。

本発明による方法の有利な実施態様は次の通り列記される。
各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲が決定され、
ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルが選択されるか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルが選択され、
各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値が算出されて、２つの平均Ｘ線減弱値から比ｒが決定される（請求項２）。
各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲が決定され、
ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルが選択されるか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルが選択され、
各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値が算出されて、２つの平均Ｘ線減弱値から比ｒが決定され、
平均Ｘ線減弱値の比ｒの決定は、ボリューム範囲内において予め定められた最小数を上回る個数のボクセルが、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値を有する場合にこれらボクセルにおいてのみ行なわれる（請求項３）。
重み付け平均値ｘ_mが、次の計算規則
ｘ_m＝（ｘ₁−ｍ・ｘ₂）／（１−ｍ）、ただし、ｍ＝−ｑ²／ｒ_co,min
（ｘ₁，ｘ₂は異なる両Ｘ線スペクトル分布におけるボクセルの２つのＸ線減弱値であり、ｒ_co,minは造影剤のための比ｒの下側閾値であり、ｑは２つの画像データセットの画像の画像ノイズの比である）
から得られる（請求項４）。
画像ノイズの比ｑが前処理ステップにおいて２つの画像データセットまたは前もって取得されたトポグラムから決定される（請求項５）。
比ｒの算出前に、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲内において、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回る２つの画像データセットからのＸ線減弱値の平均値を有する高い割合のボクセルが発生するかどうかがチェックされ、予め定められた最小値を下回る割合の場合に隣接ボクセルのグループからＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する隣接ボクセルが探索され、
その都度発見された隣接ボクセルから始まるこのステップが１回または複数回繰り返し可能であり、比ｒを決定するために引続いて行われるステップが最後に発見された隣接ボクセルを用いて実行され、それから生じる物質割り付けが元のボクセルに対して行なわれる（請求項６）。
比ｒから導き出され物質割り付けの基礎をなす値ｒ’を得るために、比ｒが物質割り付けの前に対象の直径に依存した補正項により補正される（請求項７）。
導き出された値ｒ'が、次の計算規則、
ｒ’＝ｒ＋ｒ_corr ただし、ｒ_corr＝ａ_diam×（ｄ−２０ｃｍ）
（ｄは対象の平均直径に相当し、ａ_diamは予め定められた係数に相当する）
によって得られる（請求項８）。

装置に関する課題は、本発明によれば、異なるＸ線スペクトル分布において対象領域の２つのコンピュータ断層撮影画像から得られ、それぞれのＸ線スペクトル分布における対象領域のボクセルのＸ線減弱値を含んでいる対象領域の２つの画像データセットを記憶するための記憶ユニットと、
対象領域の少なくとも１つの関心断層のボクセルについて、２つの画像データセットから、それぞれのボクセルの２つのＸ線減弱値、またはそれぞれの画像データセットにおいてそれぞれのボクセルの周りに予め定められたボリューム内のボクセルのＸ線減弱値の平均によって得られる２つの平均減弱値と、それぞれのＸ線スペクトル分布における軟部組織または血液の予め定められたＸ線減弱値ｏ₁，ｏ₂とにより、次の式
ｒ＝（ｘ₁−ｏ₁）／（ｘ₂−ｏ₂）
（ｘ₁，ｘ₂はそれぞれのＸ線スペクトル分布におけるＸ線減弱値または平均Ｘ線減弱値である）、
で比ｒを算出するように構成されている決定モジュールとを備え、
比ｒまたは比ｒから導き出された値ｒ’のための閾値が超過された際に、それぞれのボクセルに、ｒまたはｒ’の大きさに依存して造影剤またはカルシウム含有物質が割り付けられることによって解決される。

本発明による装置の有利な実施態様は次の通り列記される。
決定モジュールは、各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲を決定し、ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルを選択するか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルを選択し、各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値を算出して比ｒを決定するように構成されている（請求項１０）。
決定モジュールは、各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲を決定し、ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルを選択するか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルを選択し、各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値を算出して比ｒを決定するように構成されており、
平均Ｘ線減弱値の比ｒの決定は、ボリューム範囲内において予め定められた最小数を上回る個数のボクセルが、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値を有している場合にこれらのボクセルにおいてのみ行なわれる（請求項１１）。
重み付け平均値ｘ_mが、次の計算規則
ｘ_m＝（ｘ₁−ｍ・ｘ₂）／（１−ｍ）、ただし、ｍ＝−ｑ²／ｒ_co,min
（ｘ₁，ｘ₂は異なる両Ｘ線スペクトル分布におけるボクセルの２つのＸ線減弱値であり、ｒ_co,minは造影剤のための比ｒの下側閾値であり、ｑは２つの画像データセットの画像の画像ノイズの比である）
から得られる（請求項１２）。
決定モジュールは、比ｒの算出前に、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲内において、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回る２つの画像データセットからのＸ線減弱値の平均値を有する高い割合のボクセルが発生するかどうかをチェックし、予め定められた最小値を下回る割合の場合に隣接ボクセルのグループからＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する隣接ボクセルを探索するように構成されており、
その都度発見された隣接ボクセルから始まるこのステップが１回または複数回繰り返し可能であり、比ｒを決定するために引続いて行われるステップが最後に発見された隣接ボクセルを用いて実行され、それから生じる物質割り付けが元のボクセルに対して行なわれる（請求項１３）。
決定モジュールは、比ｒから導き出され物質割り付けの基礎をなす値ｒ’を得るために、比ｒを物質割り付け前に対象の直径に依存した補正項により補正するように構成されている（請求項１４）。
決定モジュールは、導き出された値ｒ’を、次の計算規則
ｒ’＝ｒ＋ｒ_corr ただし、ｒ_corr＝ａ_diam×（ｄ−２０ｃｍ）
（ｄは対象の平均直径に相当し、ａ_diamは予め定められた係数に相当する）
によって決定するように構成されている（請求項１５）。

本発明による方法においては、対象領域の２つのコンピュータ断層撮影画像が異なるＸ線スペクトル分布もしくは異なるＸ線エネルギーにおいて記録され、２つのコンピュータ断層撮影画像の生データから対象領域の２つの画像データセットが再構成され、２つの画像データセットがそれぞれのＸ線スペクトル分布における対象領域のボクセルのＸ線減弱値を含んでいる。このＸ線減弱値とは、減弱値係数μであると理解することができると同様に、ＣＴ値のように減弱値係数μから導き出される値であると理解することもできる。２つのコンピュータ断層撮影画像を記録するために、多重エネルギーコンピュータ断層撮影装置、好ましくは、異なるＸ線スペクトル分布もしくは異なるＸ線エネルギーによる２つのコンピュータ断層撮影画像の記録が同時にまたは少なくともほぼ同時に可能であるいわゆる二重エネルギーコンピュータ断層撮影装置が使用される。異なるＸ線スペクトル分布により２つのコンピュータ断層撮影画像を作成するための種々の技術は原則的に専門家に知られている。このために、例えば異なるＸ線管電圧の複数のＸ線源、異なるスペクトル感度を有する異なる検出器、Ｘ線源および／またはＸ線検出器の前における異なるフィルタ、または前記技術の組み合わせが使用可能である。

本発明による方法では、対象領域の少なくとも１つの関心断層の各ボクセルについて、２つの画像データセットから、次に示す比ｒが算出される。
ｒ＝（ｘ₁−ｏ₁）／（ｘ₂−ｏ₂）

この式において、ｘ₁は異なる２つのＸ線エネルギーの一方において測定されたボクセルの減弱値またはこのＸ線エネルギーにおいて平均化されたＸ線減弱値であり、これについては後で詳述する。同じように、ｘ₂は他方のＸ線エネルギーにおいて測定されたボクセルの減弱値または相応に平均化されたＸ線減弱値である。２つのＸ線減弱値ｘ₁，ｘ₂は、２つの画像データセットから直接に取り出されるか、または２つの画像データセットから算出される。更に発生する値ｏ₁，ｏ₂は両Ｘ線エネルギーにおける軟部組織のＸ線減弱値である。これらの値は予め定められる。これらは既知であるか、または事前に決定されるとよい。血液のＸ線減弱値は軟部組織のＸ線減弱値とほぼ同じであるので、以下において血液と軟部組織とは区別されない。

該当ボクセルについてこのようにして求められた比ｒの値または比ｒの値から導き出された値ｒ’がｒの閾値と比較される。ｒもしくはｒ’の値が閾値を上回るボクセルに、ｒもしくはｒ’の大きさに依存して、造影剤またはカルシウム含有物質が割り付けられる。閾ｒ_co,minを上回るｒもしくはｒ’の高い値は造影剤を有する領域を意味する。それゆえ、この別の予め定められた閾ｒ_co,minが、検査された軟部組織内の造影剤とカルシウム含有物質との差別化（区別）を可能にする。

少なくとも関心断層の完全な処理後に、対象領域のＣＴ画像の表示において造影剤および骨（または他のカルシウム含有領域）が異なる色でマーキングされるので、観察者は両物質グループを容易に即座に区別することができる。更に、ボクセルへの上記物質の割り付けに基づいて、例えば骨を計算により画像から取り除くことを可能にする自動的なセグメンテーションアルゴリズムを画像データセットに適用することができる。

したがって、本発明による方法および装置は、コンピュータ断層撮影画像における骨または他のカルシウム含有物質と造影剤との自動差別化（区別）を可能にする。本発明による方法ステップによって唯一のＣＴ走査に基づく単純な閾値形成により達成され得るよりも高い差別化信頼性が達成される。

本発明による方法の基礎は３物質分解にある。この３物質分解において、それぞれのボクセルは、基礎物質の軟部組織もしくは血液と、骨もしくはカルシウム含有物質と、造影剤とからなる混合物として解釈される。この場合に、比ｒもしくはｒ’から造影剤を高信頼度にてカルシウム含有物質と区別することができる。３物質分解によって根拠づけられたパラメータｒもしくはｒ’は、典型的な患者または典型的な身体部位を前提としなければならないことなしに、非常に良好な物質区別を生じる。２つのコンピュータ断層撮影画像を同時もしくは少なくともほぼ同時に記録できることによって、造影剤投与の前および後の２つの別々のＣＴ走査の際に必要であるレジストレーションの厄介な問題もなくなる。局所的な統計量または形態的特徴の評価による区別は、単純なＣＴ走査の場合には信頼性を高めるために一般に必要であるが、本発明による方法においては省略することができる。

方法の有利な実施態様において、各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲が定められる。３次元ボリューム範囲は球形ボリュームであると好ましいが、しかしながら他の形状、例えば直方体形状であってもよい。ボリューム範囲内において、２つの画像データセットからの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルが選択される。代替として、このボリューム範囲から、ボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルが選択される。その後、各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値が算出されて、２つの平均Ｘ線減弱値から比ｒが決定される。以下においては、周囲にボリューム範囲を形成されるそれぞれの該当ボクセルは中心ボクセルとも呼ばれる。中心ボクセルの隣接ボクセルは高い確率で造影剤または骨もしくはカルシウム含有領域を表示する。このステップによって、中心ボクセルの隣接ボクセルの選択は一定範囲を塗りつぶし手法を持ちいづに可能にされる。次に説明する重み付け平均値の使用は、画像ノイズ比ｑに依存した１つの物質を引き立てる結果にならないという利点を有する。

ボクセルのＸ線減弱値の平均値は、２つのＸ線減弱値の算術平均値に相当する。したがって、重み付け平均値は、両コンピュータ断層撮影の画像間の画像ノイズ比ｑにも依存する、ボクセルの複合Ｘ線減弱値である。この重み付け平均値ｘ_mは次の規則にしたがって算出される。
ｘ_m＝（ｘ₁−ｍ・ｘ₂）／（１−ｍ）、ただし、ｍ＝−ｑ²／ｒ_co,min

ｘ₁，ｘ₂は、異なる両Ｘ線エネルギーにおけるＸ線減弱値、例えばＨＵ値（ＨＵ：ハウンズフィールド単位）である。ｑは２つのコンピュータ断層撮影画像の画像ノイズの比である。画像ノイズ比ｑはｑ＝ｄｘ₁／ｄｘ₂から得られる。ｄｘ₁，ｄｘ₂は、Ｘ線減弱値ｘ₁，ｘ₂の統計誤差すなわち標準偏差である。値ｒ_co,minは、造影剤のための比ｒの下側閾を指定する予め定められた閾値である。この値は既知であるかまたは前もって求めることができる。３次元ボリューム範囲内でのボクセルの選択は重み付け平均値に基づいて行なわれると好ましい。この重み付け平均値ｘ_mが次の閾値、すなわち造影剤および／またはカルシウム含有物質の存在のための下限を示す閾値を上回っている全てのボクセルが選択される。代替として、ボリューム範囲内においてＸ線減弱値の重み付け最高平均値を有する固定数のボクセルが選択される。画像ノイズ比ｑに依存した値である重み付け平均値に基づく手法によって、画像ノイズによってひき起こされる誤選択の危険が明白に低減されるので、信頼性のある結果が得られる。２つの画像データセットのこのために必要な画像ノイズ比ｑは、使用されたコンピュータ断層撮影装置について既知であるか、または前もって２つの画像データセットから求められてもよく、あるいはその他の画像データセット、例えば前もって取得されたトポグラムから求められてもよい。

方法の実施態様において、３次元ボリューム範囲内に存在するボクセルのうち、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている平均値または重み付け平均値を有するボクセルが数えられる。平均減弱値の比ｒの決定は、ボリューム範囲内において予め定められた最小数のボクセルが造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回る２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値を有する中心ボクセルにおいてのみ行なわれる。しかしながら、求められた個数がこの最小数を下回っている場合、この中心ボクセルに関しては爾後の計算は実行されない。これは、このボクセルが検査対象領域内における造影剤またはカルシウム含有物質を有する部位でないことに基づいている。

方法の有利な実施態様では、比ｒの算出前に、中心ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲内において、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回るＸ線減弱値の平均値を有する高い割合のボクセルが発生するかどうかがチェックされる。このために、（高い）最小数（ｎ_LOOK）のボクセルが予め設定される。高い割合は、骨または他のカルシウム含有物質内の部位を示唆する。しかしながら、数個のボクセルが軟部組織もしくは血液の値範囲にある場合、これは、軟部組織と骨もしくはカルシウム含有物質との間の移行範囲の部位であることを示唆する。造影剤およびカルシウム含有物質のための閾値を上回っているＸ線減弱値の平均値を有するボクセルが高い割合である場合、中心ボクセルについて直接に、比ｒの形成のためのステップが引続いて実行される。しかしながら、予め定められた最小数が到達されない場合には、すなわち数個のボクセルが軟部組織の値範囲にある場合、一般に、Ｘ線減弱値の最高平均値または重み付け最高平均値を有する直接に接する隣接ボクセルが探索される。画像分解能に応じてこれらのステップは何度も反復可能である。比ｒを算出するために引続いて行われるステップはこのようにして求められた隣接ボクセルを用いて実行され、それから生じる物質割り付けはもちろん中心ボクセルに対して行なわれる。この有利な方法形態によって、一方では造影剤と骨もしくはカルシウム含有物質との分離が可能にされる。他方では、高い平均値を有する隣接ボクセルへの移行が、軟部組織と造影剤または骨もしくはカルシウム含有物質との間の境界領域における評価を回避する。この場合にはノイズが強く作用して、２つの異なるＸ線エネルギーに対する微かに異なる変調伝達関数が既に化学的分類を困難にさせたであろう。

方法の非常に有利な実施態様においては、比ｒが物質割り付けの前に検査対象の直径に依存した補正項ｒ_corrにより補正され、比ｒから導き出された値ｒ’が得られる。
ｒ’＝ｒ＋ｒ_corr（ｄ）
ただし、ｄは対象の平均直径に相当する。

存在するコンピュータ断層撮影装置については、
ｒ_corr＝ａ_diam×（ｄ−２０ｃｍ）
なる線形関数が非常に良好な結果を生じる。この補正項は、造影剤の測定されたＸ線減弱値が対象直径に依存する場合に使用されるべきである。

骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤との自動差別化装置は、主要構成部分として２つの画像データセットのための記憶ユニットのほかに、上述の方法および場合によってはこの方法の個々の発展形態にしたがって算出および決定を行なう決定モジュールを含む。この決定モジュールは、異なるＸ線スペクトル分布における２つのコンピュータ断層撮影画像のための生データを提供することができるコンピュータ断層撮影装置の画像コンピュータ内で実現されている。本発明による装置は、２つのコンピュータ断層撮影画像の生データから対象領域の２つの画像データセットを再構成する画像再構成モジュールも含む。

しかしながら、一実施態様において装置は、記憶ユニットを有する決定モジュールならびにインターフェースを含むだけでもよく、インターフェースを介して、２つのコンピュータ断層撮影画像からの既に再構成された画像データセットが受信される。決定モジュールは画像表示モジュールに接続されていると好ましく、この画像表示モジュールを介して、カラーの異なる造影剤含有領域およびカルシウム含有領域を含むＣＴ画像の画像表示が行なわれる。

以下において、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明による方法をもう一度簡潔に説明する。
図１は本発明による方法の実施時における方法経過の例を示し、
図２は本発明による方法の方法変形を図式により具体的に示す。

この例では、二重エネルギーコンピュータ断層撮影装置により、対象に対して、２つの異なるＸ線エネルギーで同時に生データを得る二重エネルギーＣＴ走査が行なわれる。これらの異なるＸ線エネルギーは、使用されたＸ線管の異なる管電圧、この例では８０ｋＶおよび１４０ｋＶの管電圧によって得られる。生データから、公知の再構成アルゴリズムを介して互いに独立に２つのＣＴ画像が再構成される。この場合に得られた２つの画像データセットのそれぞれは、検査ボリュームの各ボクセルについて、それぞれのＸ線エネルギーにおける相応のＨＵ値を有する。

差別化（区別）すべき体物質のＨＵ値は、差別化すべき体物質が検査対象内のさまざまの部位において発生もしくは配置させられる場合、データ記録と使用されたコンピュータ断層撮影装置とに関係なく、ある程度安定であることが保証されるべきである。しかしながら、このことは大部分の商業上入手可能なコンピュータ断層撮影装置に関しては満たされている。

本発明による方法を実施するための次に説明する例は前処理および主要部分に分かれている。前処理中に、対象平均直径ｄならびに８０ｋＶでの画像と１４０ｋＶでの画像との間の画像ノイズ比が既知でない場合に、これらが求められる。

測定された造影剤ＨＵ値が対象直径に依存する場合、走査された対象の平均直径ｄが測定されなければならない。しかし、これは、後で、僅かであるが非常に有効な補正のために必要である。平均直径ｄは、例えば観察された断層画像内に対象を想定する面ＡにわたるＨＵ値の積分によって算出される。

画像ノイズ比が既知でない場合、この比ｑは例えば対象直径または空気のＨＵ値の測定されたノイズから決定可能である。このために、例えば両管電圧について、当該断層における特定の閾、例えば−９５０ＨＵを下回る全てのピクセルについての平均ノイズが画像の上半分において算出され、引続いて比が形成される。同様にこの比は例えば前もって取得されたトポグラムから求めることができる。

処理の主要部分については、検査された断層のほかにその上および下の複数のボクセル断層も必要である。用語「複合ＨＵ値」は、以下において、８０ｋＶおよび１４０ｋＶにおけるＨＵ値（ｘ₈₀もしくはｘ₁₄₀）の画像比ｑに依存した重み付け平均値ｘ_mを意味する。これは比ｑと造影剤に対する閾値ｒ_co,minとから算出される。
ｘ_m＝（ｘ₈₀−ｍ・ｘ₁₄₀）／（１−ｍ）、ただし、ｍ＝−ｑ²／ｒ_co,min

これと違って、用語「平均ＨＵ値」は、８０ｋＶにおけるＨＵ値ｘ₈₀と１４０ｋＶにおけるＨＵ値ｘ₁₄₀との算術平均として算出される。

その後、検査された断層における各ボクセルについて、次の４つのステップが実行され、それらのうち初めの３つが、図１に関しては、ＬＯＯＫステップ、ＷＡＬＫステップおよびＴＡＫＥステップと呼ばれる。

１）ＬＯＯＫステップ：ボクセルの３次元の球形周辺において、標準的な軟部組織のＨＵ値（例えば１００ＨＵ）よりも明白に高いところにある高い平均ＨＵ値が支配的である場合、この周辺が直接的に評価されなければならない。次のＷＡＬＫステップはその際に飛ばされる。基礎をなしている閾は、造影剤／骨ボクセルのための個数ｎ_LOOKとして予め設定され、この個数ｎ_LOOK以上ではＷＡＬＫステップが省略される。

２）ＷＡＬＫステップ：周辺において比較的低い平均ＨＵ値が支配的であるが、中心ボクセルの平均ＨＵ値が典型的な軟部組織の平均ＨＵ値を上回り、かつ複合ＨＵ値において強い勾配が存在する場合、高い確率で造影剤または骨もしくはカルシウム含有物質が近くに存在する。その際、新たな中心ボクセルとして、最高の複合ＨＵ値を有する近隣が選択される。この場合に、中心ボクセルと隣接ボクセルとの間の最小差（ＨＵ）が予め設定され、この最小差（ＨＵ）以下においては隣接ボクセルへの移行は行なわれない。このステップは、画像分解能の期待された到達範囲が達成されるか、または勾配が強く低下するまで何度も繰り返される（ｎ_step）。

３）ＴＡＫＥステップ：ここでも、最後の中心ボクセルの球形周辺が観察される。ここで、最高の複合ＨＵ値を有するｎ_avボクセルが選択される。ｎ_avは予め設定される。このようにして、できるだけ「純粋な」骨ボクセルまたは造影剤ボクセルが選択される。選択されたボクセルについて、８０ｋＶにおける平均ＨＵ値ｘ₈₀および１４０ｋＶにおける平均ＨＵ値ｘ₁₄₀が、それぞれ全ての選択されたボクセルのＨＵ値にわたる平均化により算出される。観察されたボリューム内においてｎ_minよりも少ないボクセルについて、平均ＨＵ値が造影剤／骨閾を上回る場合、次のステップは省略され、物質割り付けは行なわれない。

４）３物質分解：選択されたボクセルは、基礎物質の軟部組織（ＨＵ値：ｏ₈₀およびｏ₁₄₀）と、骨つまりカルシウム含有物質と、造影剤とからなる混合として解釈される。比ｒ、すなわち
ｒ＝（ｘ₈₀−ｏ₈₀）／（ｘ₁₄₀−ｏ₁₄₀）
が算出される。この比は、オプションとして、対象直径ｄに依存する項ｒ_corrによって補正される。
ｒ’＝ｒ＋ｒ_corr
この場合に、存在するＣＴスキャナについては実際的な補正を考慮した値、すなわち
ｒ_corr＝ａ_diam×（ｄ−２０ｃｍ）
が見つけ出される。

ｒ’の高い値は例えばヨウ素含有造影剤を有する領域を表わす。ｒ’の中間の値は骨として測定される。ｒ’の低い値は軟骨およびプラスチックについて生じる。今や、ｒ’の値を介して決定された物質は最初のステップからの元のボクセルに割り付けられる。

画像スタックもしくは３次元画像データセットの完全な処理後に、そのようにして作成された物質マップは、骨つまりカルシウム含有物質と造影剤とを異なるカラーで強調したり、骨を計算により画像から取り除いたりするために使用される。

本例において使用された初めの３つのステップ（ＬＯＯＫ−ＷＡＬＫ−ＴＡＫＥ）の組み合わせは、軟部組織と造影剤との間の境界領域または軟部組織とカルシウム含有物質つまり骨との間の境界領域において、図２に具体的な説明のために図式にて示されているような物質割り付けを生じる。ＬＯＯＫステップにおいては、目下観察される中心ボクセル１が造影剤またはカルシウム含有物質と軟部組織との間の境界面の近くにあるか否かが決定される。これがそうである場合には、中心ボクセル自体もしくはその直接の周辺が評価されるのではなく、高い平均ＨＵ値に基づいていずれの場合にも高いＸ線減弱値を有する物質内にある隣接ボクセル２の周辺が評価される。したがって、軟部組織と対応物質との間の境界領域における評価が回避される。

方法の実施のために、この例では次のパラメータが必要である。

ボクセルの数ならびに閾のための個々のパラメータは、画質および所望の表示に依存して予め設定される。次の模範的な値は良好な結果を生じる。ｎ_LOOK＝８１のうちの７８、ｓ_TAKE＝１（石灰化の場合）または２（骨の場合）、ｎ_step＝２、ｄ_min＝３０、ｓ_WALK＝１（石灰化の場合）または２（骨の場合）、ｎ_min＝５０（骨の場合）または７（石灰化の場合）、ｎ_av＝４５（骨の場合）または３（石灰化の場合）。閾ｘ_min，ｒ_co,minはコンピュータ断層撮影装置および撮影パラメータに依存して選択される。線形係数ａ_diamは同様にコンピュータ断層撮影装置に依存して選定される。

本発明による方法の適用時に、骨が造影剤から区別されるかどうかまたは他のカルシウム含有物質が造影剤から区別されるかどうか見分けられるべきである。骨は、中間層を形成する骨髄により、石灰含有プラークまたは腎石よりも化学的に不均質である。特に石灰含有プラークには非常に高い空間分解能が要求される。したがってパラメータｓ_TAKE,ｓ_WALK，ｎ_stepはこのような場合には同じボクセルサイズにおいて典型的に小さく選定される。それにともない、ｎ_min，ｎ_avも低減されなければならない。

本発明による方法の実施時における方法経過の例を示す流れ図 本発明による方法の方法変形を具体的に示す説明図

符号の説明

１ 中心ボクセル
２ 隣接ボクセル

Claims (15)

1. 対象領域の２つのコンピュータ断層撮影画像が異なるＸ線スペクトル分布において記録され、２つのコンピュータ断層撮影画像の生データから対象領域の２つの画像データセットが再構成され、２つの画像データセットがそれぞれのＸ線スペクトル分布における対象領域のボクセルのＸ線減弱値を含んでいる、骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤との自動差別化方法において、
   対象領域の少なくとも１つの関心断層のボクセルについて、２つの画像データセットから、それぞれのボクセルの２つのＸ線減弱値、またはそれぞれの画像データセットにおけるそれぞれのボクセルの周りに予め定められたボリューム内のボクセルの減弱値の平均によって得られる２つの平均Ｘ線減弱値と、それぞれのＸ線スペクトル分布における軟部組織または血液の予め定められたＸ線減弱値ｏ₁，ｏ₂とにより、次の式
   ｒ＝（ｘ₁−ｏ₁）／（ｘ₂−ｏ₂）
   （ｘ₁，ｘ₂はそれぞれのＸ線スペクトル分布におけるＸ線減弱値または平均Ｘ線減弱値である）
   で比ｒが算出され、
   比ｒまたは比ｒから導き出された値ｒ’のための閾値が超過された際に、それぞれのボクセルに、ｒまたはｒ’の大きさに依存して造影剤またはカルシウム含有物質が割り付けられる
   ことを特徴とする骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤との自動差別化方法。
2. 各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲が決定され、
   ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルが選択されるか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルが選択され、
   各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値が算出されて、２つの平均Ｘ線減弱値から比ｒが決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲が決定され、
   ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルが選択されるか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルが選択され、
   各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値が算出されて、２つの平均Ｘ線減弱値から比ｒが決定され、
   平均Ｘ線減弱値の比ｒの決定は、ボリューム範囲内において予め定められた最小数を上回る個数のボクセルが、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値を有する場合にこれらボクセルにおいてのみ行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 重み付け平均値ｘ_mが、次の計算規則
   ｘ_m＝（ｘ₁−ｍ・ｘ₂）／（１−ｍ）、ただし、ｍ＝−ｑ²／ｒ_co,min
   （ｘ₁，ｘ₂は異なる両Ｘ線スペクトル分布におけるボクセルの２つのＸ線減弱値であり、ｒ_co,minは造影剤のための比ｒの下側閾値であり、ｑは２つの画像データセットの画像の画像ノイズの比である）
   から得られることを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
5. 画像ノイズの比ｑが前処理ステップにおいて２つの画像データセットまたは前もって取得されたトポグラムから決定されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 比ｒの算出前に、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲内において、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回る２つの画像データセットからのＸ線減弱値の平均値を有する高い割合のボクセルが発生するかどうかがチェックされ、予め定められた最小値を下回る割合の場合に隣接ボクセルのグループからＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する隣接ボクセルが探索され、
   その都度発見された隣接ボクセルから始まるこのステップが１回または複数回繰り返し可能であり、比ｒを決定するために引続いて行われるステップが最後に発見された隣接ボクセルを用いて実行され、それから生じる物質割り付けが元のボクセルに対して行なわれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. 比ｒから導き出され物質割り付けの基礎をなす値ｒ’を得るために、比ｒが物質割り付けの前に対象の直径に依存した補正項により補正されることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
8. 導き出された値ｒ’が、次の計算規則、
   ｒ’＝ｒ＋ｒ_corr ただし、ｒ_corr＝ａ_diam×（ｄ−２０ｃｍ）
   （ｄは対象の平均直径に相当し、ａ_diamは予め定められた係数に相当する）
   によって得られることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 異なるＸ線スペクトル分布において対象領域の２つのコンピュータ断層撮影画像から得られ、それぞれのＸ線スペクトル分布における対象領域のボクセルのＸ線減弱値を含んでいる対象領域の２つの画像データセットを記憶するための記憶ユニットと、
   対象領域の少なくとも１つの関心断層のボクセルについて、２つの画像データセットから、それぞれのボクセルの２つのＸ線減弱値、またはそれぞれの画像データセットにおいてそれぞれのボクセルの周りに予め定められたボリューム内のボクセルのＸ線減弱値の平均によって得られる２つの平均減弱値と、それぞれのＸ線スペクトル分布における軟部組織または血液の予め定められたＸ線減弱値ｏ₁，ｏ₂とにより、次の式
   ｒ＝（ｘ₁−ｏ₁）／（ｘ₂−ｏ₂）
   （ｘ₁，ｘ₂はそれぞれのＸ線スペクトル分布におけるＸ線減弱値または平均Ｘ線減弱値である）、
   で比ｒを算出するように構成されている決定モジュールとを備え、
   比ｒまたは比ｒから導き出された値ｒ’のための閾値が超過された際に、それぞれのボクセルに、ｒまたはｒ’の大きさに依存して造影剤またはカルシウム含有物質が割り付けられる
   ことを特徴とする骨または他のカルシウム含有物質と対象領域の軟部組織内の造影剤との自動差別化装置。
10. 決定モジュールは、各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲を決定し、ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルを選択するか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルを選択し、各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値を算出して比ｒを決定するように構成されていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 決定モジュールは、各ボクセルについて、先ず、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲を決定し、ボリューム範囲内において、ボクセルの２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値が造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている全てのボクセルを選択するか、またはボリューム範囲内におけるＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する予め定められた個数のボクセルを選択し、各画像データセットについて個別に、選択されたボクセルの平均Ｘ線減弱値を算出して比ｒを決定するように構成されており、
    平均Ｘ線減弱値の比ｒの決定は、ボリューム範囲内において予め定められた最小数を上回る個数のボクセルが、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回っている２つのＸ線減弱値の平均値または重み付け平均値を有している場合にこれらのボクセルにおいてのみ行なわれることを特徴とする請求項９記載の装置。
12. 重み付け平均値ｘ_mが、次の計算規則
    ｘ_m＝（ｘ₁−ｍ・ｘ₂）／（１−ｍ）、ただし、ｍ＝−ｑ²／ｒ_co,min
    （ｘ₁，ｘ₂は異なる両Ｘ線スペクトル分布におけるボクセルの２つのＸ線減弱値であり、ｒ_co,minは造影剤のための比ｒの下側閾値であり、ｑは２つの画像データセットの画像の画像ノイズの比である）
    から得られることを特徴とする請求項１０又は１１記載の装置。
13. 決定モジュールは、比ｒの算出前に、ボクセルの周りに予め定められた広がりを有する３次元ボリューム範囲内において、造影剤およびカルシウム含有物質に対して予め定められた閾値を上回る２つの画像データセットからのＸ線減弱値の平均値を有する高い割合のボクセルが発生するかどうかをチェックし、予め定められた最小値を下回る割合の場合に隣接ボクセルのグループからＸ線減弱値の最高平均値または重み付け平均値を有する隣接ボクセルを探索するように構成されており、
    その都度発見された隣接ボクセルから始まるこのステップが１回または複数回繰り返し可能であり、比ｒを決定するために引続いて行われるステップが最後に発見された隣接ボクセルを用いて実行され、それから生じる物質割り付けが元のボクセルに対して行なわれることを特徴とする請求項９乃至１２の１つに記載の装置。
14. 決定モジュールは、比ｒから導き出され物質割り付けの基礎をなす値ｒ’を得るために、比ｒを物質割り付け前に対象の直径に依存した補正項により補正するように構成されていることを特徴とする請求項９乃至１３の１つに記載の装置。
15. 決定モジュールは、導き出された値ｒ’を、次の計算規則
    ｒ’＝ｒ＋ｒ_corr ただし、ｒ_corr＝ａ_diam×（ｄ−２０ｃｍ）
    （ｄは対象の平均直径に相当し、ａ_diamは予め定められた係数に相当する）
    によって決定するように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の装置。

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