JP2008119468A - Ｃｂｃｔ型ｘ線撮像の方法とアッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】コーンビームＸ線装置（ＣＢＣＴ装置）の不完全な較正方法を改良するアッセンブリを提供する。
【解決手段】アッセンブリは、Ｘ線放射の経路に、密度が互いに異なる材料から成る少なくとも２つの基準マーカー２６と、Ｘ線放射を生成し、それを物体２に送るためのＸ線源６と、Ｘ線放射を円錐形又は角錐形の放射線ビームに照準合わせするための物体の手前の照準器と、Ｘ線画像情報を提供するために物体を透過したＸ線放射を受け取ることができる検出器８と、自身の運動に基づいて、前記Ｘ線撮像を２つ以上の画角から実行するスキャナ手段１６と、Ｘ線画像情報の処理に基準マーカーの密度情報を活用するための画像処理ユニット１２と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＢＣＴ型Ｘ線撮像（コーンビームコンピュータ断層撮影）における方法とアッセンブリであって、患者の頭部及び頚部から撮像するのにとりわけ有用な方法とアッセンブリに関する。

従来のＣＴ型Ｘ線撮像（コンピュータ断層撮影）が、撮像中の物体を、その全断面積に亘って、照射することにより進行するのに対し、ＣＢＣＴ型Ｘ線撮像における照射は、円錐形又は角錐形の放射線ビームを使って行われるので、ビームを外れる物体の部分は照射を受けないことになる。

ＣＴ型Ｘ線装置を首尾よく較正することは、品質が十分に高いＸ線画像を入手し信頼性の高い診断のための前提条件を提供する上で非常に重要である。ＣＴ型Ｘ線装置の較正は、病院で使用される前に、様々な既知の品質管理方法を使って、装置が、異なる密度の物質から十分に精度の高いHoundsfieldユニットを提供する能力があることを確認することにより行われる。Houndsfieldユニットは、Ｘ線放射の透過を測定することを目的としたモデルであって、異なる密度の物質の結像要素又はボクセルの、放射線透過値のモデルとなるものを確立するのに使用される。

図１は、ボクセルが意味するものの特長を描いている。撮影される３次元物体２は、コンピュータ３Ｄ画像処理に有用なマトリクスを算出する基になるボクセル４に分割される。Ｘ線源６が物体２に放射線を照射する。撮像中の物体を通過した際、検出器８に受け取られたＸ線は、ボクセルのクラスタを直線的に縦走している。従って、受け取られたＸ線放射の強度は、Ｘ線がボクセルのどのクラスタによりどの程度抑止されたか、換言すると、ボクセルのどのクラスタにどんな密度の物質が存在するかを判定する根拠となる。

しかしながら、コーンビームＸ線装置（ＣＢＣＴ装置）の場合、撮像中の物体の断面積の幾分かは放射線ビームを外れるので、較正をＣＴ装置の較正と同じやり方で実行するのは不可能である。それでもなおＣＢＣＴ装置の較正をＣＴ装置の較正と同じやり方で行えば、ＣＢＣＴ装置の較正結果は不完全なものとなる。
L.A. Feldkamp他の論文、PRACTICAL CONE-BEAM ALGORITHM, Journal of Optical Society of America, A. Vol. 1, No. 6, pp612-619（１９８４年）（論文１）

本発明のアッセンブリは、コーンビームＸ線撮像により生成されるＸ線画像から、不完全又は間違った診断の原因となる恐れのある要因を取り除くことができるようにした。
本発明は、コーンビームＸ線撮像処理を実行するための方法に関しており、この方法は、Ｘ線撮像前に、Ｘ線放射の経路に、密度が互いに異なる材料から成る少なくとも２つの基準マーカーを設ける段階を含んでいる。コーンビームＸ線撮像処理を実行することを考慮して、物体はＸ線放射を受けるが、このＸ線放射は、物体の上流で円錐形又は角錐形の放射線ビームに照準合わせされている。物体を通過したＸ線放射は受け取られ、Ｘ線画像情報を提供する。前記方法手順を使って、２つ以上の画角からコーンビームＸ線撮像が行われることになる。この方法は、Ｘ線画像情報の処理に、基準マーカーの密度情報を活用している。

本発明は、更に、コーンビームＸ線撮像処理を実行するためのアッセンブリに関する。このアッセンブリは、Ｘ線放射の経路に、密度が互いに異なる材料から成る少なくとも２つの基準マーカーを備えている。コーンビームＸ線撮像処理を実行することを考慮して、アッセンブリは、
−Ｘ線放射を生成し、それを物体に送るためのＸ線源と、
−Ｘ線放射を円錐形又は角錐形の放射線ビームに照準合わせするための、物体の手前の照準器と、
−Ｘ線画像情報を提供するために、物体を透過したＸ線放射を受け取るための検出器と、
−自身の運動に基づいて、Ｘ線撮像を２つ以上の画角から実行するスキャナ手段と、
−Ｘ線画像情報の処理に、基準マーカーの密度情報を活用するための画像処理ユニットと、を備えている。

本発明は、コーンビームＸ線撮像では、密度情報に基づくＸ線画像情報の処理は、Ｘ線撮像処理毎に関与する異なる密度を有する基準マーカーの密度情報を活用することによって行うことができるという事実に基づいている。

Houndsfieldユニットに基づいた、ＣＴ装置の較正に使用されるものと同様の較正方法を使用して、ＣＢＣＴ装置を信頼度高く較正することは不可能である。本発明のアッセンブリは、ＣＢＣＴ装置を較正するのにその様な必要性が存在しない条件を提供することができる。

図２は、ＣＴ型コーンビームＸ線装置の構成を示している。ＣＴ型コーンビームＸ線装置は、撮像手順を実施する撮像ユニット１０と、受け取った画像データを処理するための画像処理ユニット１２に分けられる。制御ユニット１４は、撮像ユニットと画像処理ユニットの総合的な制御を行う。撮像ユニットには、撮像中の物体の互いに反対側に整列しているＸ線源６と放射線放射線受け取り手段又は検出器８が設けられている。Ｘ線源と検出器は、共に、回転の中心を構成する回転軸１８を中心に撮像物体２の周りを回るスキャナ装置１６に含まれている。

或る画角範囲から投影像を捕捉するために、スキャナ装置１６は各所定の画角まで回転され、Ｘ線源からＸ線が放射される。スキャナ装置１６は、スキャナ装置を様々な画角に設定するための支持要素と案内要素を備えている。検出器８は、Ｘ線画像情報を提供するために、放射されたＸ線２８の強度の測定を行う。前記Ｘ線は、前記各所定の角度で物体２を透過して縦走している。受け取られたＸ線画像情報は、例えば、検出器に付帯している電子機器によりデジタル投影画像データに変換され、その後、この画像データが、画像処理ユニット１２に送られる。このデジタル画像への変換は、画像処理ユニット内で実行することもできる。

画像処理ユニットでは、検出器８の、例えば、ガンマ補正、歪み補正、対数変換、及び不均一性補正を実施するために、前処理手段２０が使用されている。前処理手段２０は、画像処理ソフトウェアの一部を構成しているが、実際のソフトウェア構造無しに電子機器で実施することもできる。前処理手順に続いて、復元手段２２が、画像データの集められた部片を基に３次元画像の復元を行う。復元手段は、画像処理ソフトウェアにより実施することができるが、実際のソフトウェア構造無しに電子機器に基づいて実施することもできる。３次元画像は、例えば、撮像物体の３次元Ｘ線吸収係数分布であると定義することができる。

コーンビームＣＴ装置に利用できる先行技術による既知の復元演算法は、例えば、L.A. Feldkamp他の論文、PRACTICAL CONE-BEAM ALGORITHM, Journal of Optical Society of America, A. Vol. 1, No. 6, pp612-619（１９８４年）（論文１）から既知であるFeldkampのコーンビーム復元演算法などがある。

最終的に、復元された３次元画像は、映像手段２４により、ボリュームレンダリング又はＭＩＰ（最大強度投影）処理の様な、画像処理を受け、処理された画像が表示装置２５に２次元画像として提示される。而して、画像処理は、映像手段によって、画角、観察下の領域、及びキーボード、マウス、及びトラッキングボールの様な命令手段により入力された類似パラメータ、に基づいて実行される。

コーンビームＣＴ型Ｘ線撮像は、Ｘ線源６と検出器８を含んでいる撮像系を設けたスキャナ装置１６を、物体２の周りに回転させるというやり方で実行される。照射を受けた後、透過放射線は結像され、復元手段２２は、装置のフレームに固定されている静止座標系に載せられた物体２の３次元Ｘ線放射吸収係数分布を生成する。静止座標系は、撮像系により定義されており、即ち、ｚ軸がスキャナ装置の回転の中心であり、矩形のｘ及びｙ軸は、Ｘ線源の焦点の軌道を含んでいる面上に在る。

コーンビームＸ線撮像を行うための本発明のアッセンブリは、Ｘ線放射の経路上に、密度が異なる材料を含んでいる少なくとも２つの基準マーカー２６を備えている。基準マーカーは、Ｘ線放射の経路上に、例えば患者である撮像物体２にマーカーを装着することにより設定する。その形状については、基準マーカーを、例えばボール形状とし、それぞれの基準ボールを密度が互いに異なる材料で作ってもよい。基準ボール２６の密度情報は前以て分かっている。コーンビームＸ線撮像を実行することを考えて、アッセンブリは、Ｘ線放射を生成し、これを物体に送るためのＸ線源６と、物体の上流でＸ線放射を円錐形又は角錐形の放射線ビームに照準合わせするための照準器７を備えている。物体を透過したＸ線放射は、Ｘ線画像情報を提供するために、検出器８に受け取られる。スキャナ装置１６は、前記Ｘ線撮像を２つ以上の画角から撮れるようにするための動きを実行できるようになっている。本発明の方法では、基準マーカー２６、即ち、基準ボールについて前以て分かっている密度情報を、本発明のアッセンブリに含まれている画像処理ユニット１２で実行されるＸ線画像情報の処理に活用している。

本発明の第１及び第２の好適な実施形態では、画像処理ユニット１２は、Ｘ線画像情報処理段階を次の通り、即ち、Ｘ線画像情報の復元に続いて、ＬＵＴ（ルックアップ表）処理を実行し、密度情報をHoundsfieldユニットに縮尺合わせする、という手順で実行するための手段を備えている。本発明の第２の好適な実施形態は、Ｘ線画像情報の復元に先行して、様々な画角から集められた投影像データの部片のＬＵＰ値を調整する段階を行う、というやり方で実施してもよく、この場合、前記値は反復処理で調べられる。前記実施形態は、共に、ボクセルの或る特定のグレイスケール値が少なくとも２つの異なる密度値の目標値として与えられるように、基準ボール２６の前以て分かっている密度値を利用しており、この目標値は、ＬＵＴ値の補間を実行するための基準として使用されている。前記補間されたＬＵＰ値は、投影像データの他のボクセル値のＬＵＴ値を求めるための基準として使用されている。

基準ボール２６の前以て分かっている密度情報に基づいて、復元されたＸ線画像情報を処理して、或る特定の絶対密度に対応する復元されたボクセル値を求めることができる。この様な復元されたボクセル値のＬＵＴ値は、それら特定の復元されたボクセル値のグレイスケール値を、関連する絶対密度にとって使用するのが最適とみなされるグレイスケール値と整合させることによって求められる。

よって、本発明の方法によって、ＣＢＣＴ撮像法のHoundsfield値を、画像処理ユニット１２で復元されたＸ線画像情報と、基準マーカー２６の前以て分かっている密度を活用することにより、高い精度で較正することができるようになった。

上記説明よりも詳しい技術的実施策は説明されていないが、それは、これらが、ハードウェア工学、電子機器、及びプログラム手法の点では、先行技術から知られている実施策により実行することができるからである。

以上、本発明について添付図面及び明細書を参照しながら説明してきたが、本発明は何ら上記に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲により許容される範囲内で変更を加えることができる。

３次元Ｘ線撮像での、撮像中の物体のボクセルへの分割を示している。 ＣＴ型コーンビームＸ線装置（ＣＢＣＴ装置）の構成を示している。

Claims (10)

1. コーンビームＸ線撮像処理を実行するための方法において、
   −Ｘ線撮像処理に先行して、Ｘ線放射の経路に、密度が互いに異なる材料から成る少なくとも２つの基準マーカーが設けられる段階と、
   −コーンビームＸ線撮像処理を行うことを考えて、Ｘ線放射は、円錐形又は角錐形の放射線ビームに照準合わせされて、物体に送られる段階と、
   −前記物体を通過した前記Ｘ線放射は、Ｘ線画像情報を提供するために受け取られる段階と、
   −前記方法の各段階によって、２つ以上の画角からコーンビームＸ線撮像が行われる段階と、から成り、
   −前記方法は、前記Ｘ線画像情報の処理に、前記基準マーカーの密度情報を活用している、ことを特徴とする方法。
2. 前記Ｘ線画像情報は復元され、これに続いて、密度データをHoundsfieldユニットに縮尺合わせするＬＵＴ（ルックアップ表）処理が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｘ線画像情報の復元に先行して、様々な画角から組み立てられた大量のＸ線画像情報のＬＵＰ値が調整され、前記値は反復処理で調べられる、ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. ボクセルの或る特定のグレイスケール値が少なくとも２つの異なる密度値に対する目標値として与えられるように、基準マーカーの前以て分かっている密度値が利用され、前記目標値は、前記ＬＵＴ値の補間を実行するための基準として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記補間されたＬＵＰ値は、Ｘ線画像情報の他のボクセル値のＬＵＴ値を求めるための基準として使用されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. コーンビームＸ線撮像処理を実行するためのアッセンブリにおいて、前記アッセンブリは、Ｘ線放射の経路に、密度が互いに異なる材料から成る少なくとも２つの基準マーカーを備えており、前記基準マーカーは、密度が互いに異なる材料を備えており、
   −そして、コーンビームＸ線撮像処理を実行することを考えて、前記アッセンブリは、Ｘ線放射を生成して、それを物体に送るためのＸ線源と、
   −前記Ｘ線放射を円錐形又は角錐形の放射線ビームに照準合わせするための、前記物体の手前の照準器と、
   −Ｘ線画像情報を提供するために、前記物体を透過したＸ線放射を受け取ることができる検出器と、
   −自身の運動に基づいて、前記Ｘ線撮像処理を２つ以上の画角から実行するスキャナ手段と、
   −Ｘ線画像情報の処理に、前記基準マーカーの密度情報を活用するための画像処理ユニットと、を備えていることを特徴とするアッセンブリ。
7. 前記アッセンブリは、Ｘ線画像情報を復元し、そして前記密度情報をHoundsfieldユニットに縮尺合わせするために復元後ＬＵＴ（ルックアップ表）処理を行うための、画像処理ユニットを備えていることを特徴とする、請求項６に記載のアッセンブリ。
8. 前記アッセンブリは、前記Ｘ線画像情報の復元に先立ち、異なる画角から組み立てられた大量のＸ線画像情報のＬＵＴ値を調整し、そして前記ＬＵＴ値を反復処理で調べるための、画像処理ユニットを備えていることを特徴とする、請求項６に記載のアッセンブリ。
9. 前記アッセンブリは、ボクセルの或る特定のグレイスケール値が少なくとも２つの異なる密度値に対する目標値として与えられるように、前記前以て分かっている前記基準マーカーの密度値を利用するための画像処理ユニットを備えており、前記目標値は、ＬＵＴ値の補間を実行するための基準として使用されることを特徴とする、請求項６に記載のアッセンブリ。
10. 前記アッセンブリは、前記補間されたＬＵＰ値に基づいて、Ｘ線画像情報の他のボクセル値のＬＵＴ値を求めるための画像処理ユニットを備えていることを特徴とする、請求項９に記載のアッセンブリ。

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