JP2010068832A

JP2010068832A - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP2010068832A
Application number: JP2008235985A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Okabe; 正和岡部
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP5243160B2

Abstract

【課題】高吸収体成分アーチファクトの低減に要する演算時間を短くし、かつＣＴ値定量性に優れたＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】
高吸収体成分を含む被検体のＸ線ＣＴ像を前記高吸収体成分に対応させた再投影係数に基づいて再投影演算をして、高吸収体成分の再投影データを生成する再投影手段３２０と、前記再投影データと前記被検体の投影データとに基づいて、前記高吸収体成分の投影データと前記高吸収体成分を除く物質成分の投影データとを生成し、それらの物質成分別の投影データの各々に対してＸ線の線質硬化に起因するアーチファクトを低減するための補正を施す高吸収体補正手段３００と、を備え、補正後の前記高吸収体成分の投影データと前記物質成分の投影データとに基づいて再構成演算を行い、前記アーチファクトを補正したＸ線ＣＴ像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明はＸ線ＣＴ装置に係り、特に、Ｘ線の高吸収体成分から生じるアーチファクトを補正するために有効な技術に関する。

Ｘ線ＣＴ装置を用いて被検体のＸ線ＣＴ像を生成する場合、該被検体に金属等の高吸収体成分が存在すると、所謂高吸収体成分アーチファクトが発生することが知られている。

このため、一度再構成ＣＴ像を生成し、前記金属等を含む高吸収体成分領域を抽出し再投影データ上で非線形処理を施し、該高吸収体成分アーチファクトを低減させる手法が、例えば、下記特許文献１、あるいは非特許文献１において開示されている。
なお、２次元検出器の回転撮影データから３次元的ＣＴ像を生成するための再構成演算に、下記非特許文献２に記載のフェルドカンプの方法に基づいた再構成アルゴリズムが広く用いられている。
特開２００４−３５７９６９号公報 J. Hsieh, et al.: An iterative approach to thebeam hardening correction in cone beam CT: Med. Phys. 27(1) pp.23-29 (2000) L.A.Feldkamp, et al.:Practical Cone-Beam Algorithm: J. Optical Society of America, A/Vol.1（6） pp. 612-619 （1984）

しかし、２つ以上の異なるＸ線吸収係数の高吸収体成分を含む被検体を再構成しようとする場合、上述したＸ線ＣＴ装置では、１つの再投影閾値を設定して再投影データを生成し補正演算を行うようになっていた。そのため、Ｘ線吸収係数の高い方の閾値で再投影データを生成し補正演算を行うと、図６−２に示すようにアーチファクトの低減が不十分なものとなり、低い再投影閾値で補正演算を行うと、図６−３のようにＸ線吸収係数の高い方の２つの物体を結ぶ方向のアーチファクトが信号として認識され、逆に偽像として表示されるものとなっていた。またこのような場合に、まず第１段階において高い再投影閾値を設定しＸ線吸収係数の高い方の吸収体から発生するアーチファクトを消去し、次に第２段階において低い再投影閾値を設定する事により２つのＸ線吸収係数の異なる高吸収体成分から生じるアーチファクトを低減するというように、２段階のステップを踏む手法も考えられるが、このような手法は再投影、再構成演算を再投影閾値の数相当の回数分繰り返す事になり、演算時間を要するものとなるという問題がある。

本発明の目的は、高吸収体成分アーチファクトの低減に要する演算時間を短くし、かつ高精度な高吸収体補正を行い得るＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

本発明は、複数の再投影係数を有する再投影データを一度に生成し、被検体の物質の成分ごとに、成分ごとに異なる非線形変換を施した補正投影データを生成する事により、高吸収体補正の高度化と、演算時間の増大を抑えたＸ線ＣＴ装置を実現する。

より詳しくは、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を発生させるＸ線源と、前記Ｘ線源に対向して配置され、高吸収体成分を含む被検体を透過した前記Ｘ線を検出して前記被検体の投影データを出力するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを回転移動させる回転手段と、前記被検体の投影データに基づいて再構成演算を行い、前記被検体のＸ線ＣＴ像を生成する再構成手段と、前記再構成手段が生成した画像を表示する表示手段と、前記Ｘ線ＣＴ像を前記高吸収体成分に対応させた再投影係数に基づいて再投影演算をすることにより前記高吸収体成分の再投影データを生成し、その高吸収体成分の再投影データと前記被検体の投影データとに基づいて、前記高吸収体成分の投影データと前記被検体に含まれる前記高吸収体成分を除く物質成分の投影データとを生成し、それら前記高吸収体成分の投影データと前記物質成分の投影データとの各々に対して前記Ｘ線の線質硬化に起因するアーチファクトを低減するための補正を施す高吸収体補正手段と、を備え、前記再構成手段は、前記補正後の前記高吸収体成分の投影データ及び前記物質成分の投影データに基づいて再構成演算を行い、前記アーチファクトを補正したＸ線ＣＴ像を生成し、前記表示手段は、前記アーチファクトを補正したＸ線ＣＴ像を表示する、ことを特徴とする。

上記「Ｘ線の線質硬化に起因するアーチファクトを低減するための補正」は、ビームハードニング補正と呼ばれることもあるが、その名称を問わず、「Ｘ線の線質硬化に起因するアーチファクトを低減する」ことを目的とする補正は、上記の補正に含まれるものとする。

また、本明細書において、「高吸収体成分を除く物質成分」ではなく、これを略して「物質成分」と短く記載することがある。

また「成分」は、高吸収体成分と、高吸収体成分を除く物質成分（「物質成分」と略して記載することもある）と、の両方について言及している用語として用いる。

本発明によれば、物質成分毎に補正後の投影データを生成した後、再構成演算を行ってＸ線ＣＴ像を生成するため、物質の成分の数が増えても、補正後のＸ線ＣＴ像を得るために必要な再構成演算は、被検体の投影データを再構成する時と補正後のＸ線ＣＴ像を再構成する時との合計２回になる。そのため、高吸収体成分アーチファクトの低減に要する演算時間を短くし、かつ高精度な高吸収体補正を行うことで、ＣＴ値定量性に優れた高度な高吸収体成分アーチファクト低減機能を有するＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
特に、被検体に２成分以上の高吸収体成分が含まれる時、本発明によるアーチファクト低減機能はより顕著に有効である。

以下、添付図面を用いて本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施の形態について詳説する。
まず、本発明が適用されるコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略的な構成について説明する。

図１は、Ｃアーム方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置１の概略構成図であり、被検体２に対してＸ線を照射し、被検体２のＸ線透過像を撮影してＸ線画像データを得る撮影部１０と、撮影部１０の各構成要素を制御したり、Ｘ線画像データに基づいて被検体２の３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成したりする制御演算部２０を備える。また、画像を表示する表示装置８０と、表示装置８０に表示された画像の位置を移動するための指示を入力するための、マウス、キーボード、あるいはトラックボール等からなる情報入力装置７０とを備える。

図１ａは、座位方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置１ａの概略構成図であり、撮影部１０ａと、撮影部１０ａの各構成要素を制御したり、３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成したりする制御演算部２０ａとを備える。

図１ｂは、いわゆる被検体回転方式と称されるコーンビームＸ線ＣＴ装置１ｂを示している。Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２が、被検体２の周りを回転する代わりに、Ｘ線源１１、２次元Ｘ線検出器１２が床に固定され、回転台１９に載置された被検体２が自転するようになっている。図１ａの場合と比較して上記回転動作を除いてほぼ類似の構成となっている。

図１ｃは、移動型Ｘ線装置に搭載されたＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃを示している。コーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃに、車輪９が搭載され、検査室、手術室を移動できるようになっている。図１の場合と比較してＣアームが上記移動型Ｘ線装置に搭載されている点を除いてほぼ類似の構成となっている。

以下、図１に示す各構成要素を主に説明し、必要に応じ、図１ａ、図１ｂ及び図１ｃに示す構成要素を説明する。

（撮影部１０）
撮影部１０は、寝台１７と、該寝台１７に横臥された被検体２にＸ線を照射するＸ線源１１と、該Ｘ線源１１に対向して設置され被検体２を透過したＸ線を検出することによりＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器１２と、Ｘ線源１１及び２次元Ｘ線検出器１２を機械的に接続するＣ型アーム１３と、該Ｃ型アーム１３を保持するＣ型アーム保持体１４と、該Ｃ型アーム保持体１４を天井に取り付ける天井支持体１５と、該天井支持体１５を図示の状態で前後左右の２次元方向に移動可能に支持する天井レール１６と、被検体２に造影剤を注入するインジェクタ１８とを備える。

図１ａに示す、座位方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置１ａの撮影部１０ａは、椅子７と、椅子７に載せられた被検体２にＸ線を照射するＸ線源１１と、該Ｘ線源１１に対向して設置され被検体２を透過したＸ線を検出することによりＸ線画像データを出力する２次元Ｘ線検出器１２と、Ｘ線源１１及び２次元Ｘ線検出器１２を機械的に接続する旋回アーム５と、該旋回アーム５を保持する支柱６と、支柱６及び椅子７を保持する固定架台８とを備える。

Ｘ線源１１は、Ｘ線を発生するＸ線管１１ｔと、Ｘ線管１１ｔからのＸ線照射の方向を円錐または四角錐状に制御するコリメータ１１ｃとを備える。
２次元Ｘ線検出器１２は、たとえばＴＦＴ素子を用いるフラットパネルディテクター「ＦＰＤ」（図１、図１ａ、図１ｂ）、または、Ｘ線透過像を可視光像に変換するＸ線イメージインテンシファイア１２ｉ（図１ｃ）とＸ線イメージインテンシファイア１２ｉの像を結像する光学レンズ（図示しない）、及び光学レンズにより結像されたＸ線イメージインテンシファイア１２ｉの可視光像を撮影するＣＣＤテレビカメラ１２ｃ（図１ｃ）の組み合わせ等からなる２次元Ｘ線検出器などが用いられる。そして、２次元Ｘ線検出器の形状は円形、方形いかなる形状であってもよい。

上記旋回アーム５及びＣ型アーム１３は、被検体２の撮影に際して、所定の投影角度毎に回転中心軸４を中心として回転移動する。これにより、上記Ｘ線源１１及び２次元Ｘ線検出器１２は、ほぼ同一の平面上にある円軌道で回転移動しながら、Ｘ線撮影を行う。この回転移動については、画像再構成演算に使用される幾何学パラメータが存在する。幾何学パラメータとして、旋回アーム５またはＣ型アーム１３が回転移動することにより、Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２とが描く円軌道を含む面である回転軌道面（ミッドプレーン）３と、回転中心軸４が挙げられる。

（制御演算部２０）
制御演算部２０は、撮影部１０を制御する撮影部制御手段１００と、撮影部１０が出力したＸ線画像データを収集して格納する画像収集手段１１０と、収集されたＸ線画像データに基づいて３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成する再構成手段２００と、本発明の特徴である高吸収体補正投影データを生成する高吸収体補正手段３００と、再構成手段２００で生成した３次元的Ｘ線ＣＴ像を表示する画像表示手段１２０とを備える。

（撮影部制御手段１００）
撮影部制御手段１００は、Ｃ型アーム１３の、回転中心軸４の回りの回転移動（以下「プロペラ回転」という）を制御する撮影系回転制御手段１０１と、天井支持体１５の天井レール１６上での位置を制御してＣ型アーム１３の被検体２に対する位置を２次元的に制御する撮影系位置制御手段１０２と、Ｘ線管１１ｔに流す管電流のＯＮ、ＯＦＦ等を制御するＸ線照射制御手段１０３と、インジェクタ１８が被検体２に注入する造影剤の注入量及び注入タイミングを制御するインジェクタ制御手段１０４と、寝台１７の位置を制御して被検体２の位置を調整するための寝台制御手段１０６と、２次元Ｘ線検出器１２によるＸ線透過像の撮影を制御する検出系制御手段１０７とを備える。

図１ａに示す、座位方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置１ａの撮影部制御手段１００ａは、旋回アーム６の、回転中心軸４の回りの回転移動を制御する撮影系回転制御手段１０１と、Ｘ線照射制御手段１０３と、椅子７の位置を制御して被検体２の位置を調整するための椅子位置制御手段１０５と、検出系制御手段１０７とを備える。

（再構成手段２００）
再構成手段２００は、前処理手段２１０と、第１のビームハードニング補正手段２３０と、フィルタリング手段２７０と、逆投影手段２８０とを備える。

前処理手段２１０は、画像収集手段１１０が収集したＸ線画像データをＸ線吸収係数の分布像（以下「投影データ２２０」という）に変換する。本実施の形態では、まず、被検体２及び寝台１７を撮影視野内に配置しない状態で予め撮影された空気のＸ線透過像の各画素データに対して自然対数変換演算を施す。次に被検体２を寝台１７に載せた状態で撮影したＸ線透過像の各画素データに対して自然対数変換演算を施す。そして、上記２つの自然対数変換演算を施したＸ線透過画像の差分を取ることにより、被検体２及び寝台１７の投影データ２２０を得る。

第１のビームハードニング補正手段２３０は、投影データ２２０にある非線形変換を施し、第１のビームハードニング補正投影データ２４０を生成する。ここで「第１の」ビームハードニング補正と記しているのは、後述の「物質別の」ビームハードニング補正と名称を区別するためであり、便宜的なものである。なお、Ｘ線のビームハードニングを補正するための非線形変換の方法は、撮影管電圧、Ｘ線源１１のＸ線スペクトル特性、及び２次元Ｘ線検出器１２の応答特性により異なり、個々に実験的に求めるべきものである。したがって、非線形変換の具体的な方法を明らかにすることは本明細書の目的ではない。

そして、オリジナルの投影データ２２０（Ｐｒｊ）と、第１のビームハードニング補正投影データ２４０（ＢＨＣ_１）は、後述する高吸収体補正手段３００の中で、物質含有率を算出するために使用するため、ワークエリアに保存しておく。

また、この第１のビームハードニング補正手段２３０は、省略することも可能である。この場合、後述する第１の再構成ＣＴ像２９１の一様性が低下することにより、再投影係数入力手段３１０において設定する、再投影係数の精度が低下する場合も想定されるが、省略は可能である。第１のビームハードニング補正手段２３０を省略する場合は、上述の投影データ２２０（Ｐｒｊ）と、投影データ２４０（ＢＨＣ_１）は同一の画像データとなり、後述する図５のステップＳ３３１、Ｓ３３２、Ｓ３３３における物質の成分ごとの含有率算出工程と、ステップＳ３３４、Ｓ３３５におけるメタル成分投影データ生成処理及び骨成分投影データ生成処理を省略することができる。すなわち、ステップＳ３２３で生成されるメタル再投影データ３２３（Ｆｐｊ_Ｍ）が、ステップＳ３３４におけるメタル成分投影データ（Ｍ）となり、ステップＳ３３０で生成される骨成分再投影データ（Ｆｐｊ_Ｂ）がステップＳ３３５における骨成分投影データ（Ｂ）に相当する。また、軟部組織成分の投影データは、ステップＳ３３６における軟部組織成分投影データ生成処理において、メタル再投影データ３２３（Ｆｐｊ_Ｍ）と骨成分再投影データ（Ｆｐｊ_Ｂ）とを投影データ２２０（Ｐｒｊ）から減算することにより、軟部組織成分投影データ（Ｎ）が生成される。

フィルタリング手段２７０は、Ｘ線ＣＴ画像再構成におけるフィルタリング処理を行う。
逆投影手段２８０は、フィルタリング処理後の投影データに対し、例えば非特許文献２に記載のフェルドカンプの方法に基づいて逆投影演算を行い、３次元的ＣＴ像（以下「再構成ＣＴ像２９０」という）を生成する。再構成ＣＴ像２９０の出力は、通常はアキシャル断面像を積層したものとして行われる。

（高吸収体補正手段３００）
高吸収体補正手段３００は、本発明の特徴である高吸収体補正投影データを生成する手段であり、再投影係数入力手段３１０と、再投影手段３２０と、物質含有率算出手段３３０と、物質別ビームハードニング補正手段３４０とを備える。

再投影係数入力手段３１０より、再投影係数を設定する。再投影係数の入力には、後述するような画面を使用する場合と、あらかじめ高吸収体補正前の「第１の」再構成ＣＴ値と再投影値の変換テーブルを生成する再投影データの個数分用意しておき、読み込ませるという形で実現してもよい。

再投影手段３２０は、再投影係数入力手段３１０が設定した再投影係数に基づいて再投影演算を行う。

物質含有率算出手段３３０は、再投影データと、上記再構成手段２００で保存したオリジナルの投影データ２２０（Ｐｒｊ）、第１のビームハードニング補正投影データ２４０（ＢＨＣ_１）に基づいて、投影データの各点の物質含有率を算出し、各物質成分の投影データを生成する。

物質別ビームハードニング補正手段３４０は、物質含有率算出手段３３０が生成した各物質成分の投影データに、各物質固有のビームハードニング補正を施す。そして、ビームハードニング補正が施された各物質成分の投影データを加算し、高吸収体補正投影データ３６０（ＢＨＣ_２）を生成する。

生成された高吸収体補正投影データ３６０（ＢＨＣ_２）は、フィルタリング手段２７０に送られ、逆投影手段２８０により、高吸収体成分アーチファクトが補正された再構成ＣＴ像２９０を出力する。

上記のコーンビームＸ線ＣＴ装置１の仕様例は次のとおりである。Ｘ線管１１ｔと回転中心軸４との距離は８００ｍｍ、回転中心軸４と２次元Ｘ線検出器ＦＰＤのＸ線入射面との距離は４００ｍｍ、ＦＰＤのＸ線入射面の大きさは４００ｍｍ×３００ｍｍの長方形状であって、画像サイズは２０４８×１５３６、そして画素ピッチは０．２ｍｍである。ＦＰＤにＸ線が入射すると、まずＸ線入射面でＣｓＩ等の発光体により光に変換され、光信号はフォトダイオードにより電荷に変換される。蓄積した電荷は一定のフレームレートごとにＴＦＴ素子によりデジタル信号に変換され、読み出される。回転撮影モードでは、毎秒３０フレーム、画像サイズ１０２４×７６８で２次元Ｘ線画像データを読み出す。撮影系回転制御手段１０１は、２次元Ｘ線検出器１２を、被検体２の左手の方向（−１００度）から天井方向（０度）を通過し、被検体２の右手方向（＋１００度）まで移動させる。これにより、２００度の投影角度にわたる被検体２の２次元Ｘ線画像データを撮影する。Ｃ型アーム１３の回転速度の代表例は１秒当たり４０度で、スキャン時間は例えば５秒である。

また図１ａに示す、座位方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ａの回転の仕様例は次のとおりである。撮影系回転制御手段１０１は、Ｘ線源１１と２次元Ｘ線検出器１２を被検体２の周りに回転させ、検出系制御手段１０７により、被検体２の３６０°の投影データを撮影する。旋回アーム５の回転速度の代表例は１秒当たり３７．５度で、スキャン時間は９．６秒である。

次に、コーンビームＸ線ＣＴ装置１による撮影における動作の概要について説明する。

コーンビームＸ線ＣＴ装置１では、先ず撮影系回転制御手段１０１はＣ型アーム１３のプロペラ回転を開始する。回転加速期間を経たのち、Ｘ線照射制御手段１０３はＸ線管１１ｔからＸ線を照射し、検出系制御手段１０７は２次元Ｘ線検出器１２による撮像を開始する。Ｘ線管１１ｔから照射されたＸ線は、被検体２を透過した後、２次元Ｘ線検出器１２に取り込まれる。２次元Ｘ線検出器１２の信号は、Ａ／Ｄ変換を経た後、デジタル信号からなる２次元のＸ線画像データとして画像収集手段１１０に記録される。２次元Ｘ線検出器ＦＰＤの標準走査モードは毎秒３０フレームである。撮影による投影角度間隔は１．３３度で、５秒間に１５０枚のＸ線透過像を取得する。２００度の回転撮影が完了すると、Ｘ線照射制御手段１０３はＸ線管１１ｔのＸ線照射を終了し、撮影系回転制御手段１０１は回転減速期間を経たのち回転を停止する。

座位方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置１ａによる撮影の動作は次のとおりである。先ず撮影系回転制御手段１０１は旋回アーム５の回転を開始する。２２．５度の回転加速期間を経たのち、Ｘ線照射制御手段１０３は、Ｘ線管１１ｔからＸ線を照射し、検出系制御手段１０７は撮像を開始する。撮影による投影角度間隔は１．２５度で、９．６秒間に２８８枚の２次元Ｘ線画像データを取得する。３６０度の回転撮影が完了すると、Ｘ線照射制御手段１０３はＸ線管１１ｔからのＸ線照射を終了し、撮影系回転制御手段１０１は２２．５度の回転減速期間を経たのち回転を停止する。

また、たとえば図１ｃに示すように、２次元Ｘ線検出器として、Ｘ線イメージインテンシファイア１２ｉと、光学レンズ、ＣＣＤテレビカメラ１２ｃの組み合わせを用いる場合の仕様例は、Ｘ線イメージインテンシファイア１２ｉの直径は３００ｍｍ、ＣＣＤテレビカメラ１２ｃの標準走査モードは毎秒６０フレーム、走査線数５１２本、あるいは毎秒３０フレーム、走査線数１０２４本で、光学レンズにより結像されたＸ線イメージインテンシファイア１２ｉの可視光像を撮影する。ＣＣＤテレビカメラ１２ｃが撮影した２次元Ｘ線画像は、ビデオ信号に変換した後にＡ／Ｄ変換され、５１２×５１２あるいは１０２４×１０２４のデジタル画像として画像収集手段１１０に記録される。

再構成手段２００は、以上のような撮影に並行し、あるいは撮影終了後に画像収集手段１１０から２次元のＸ線画像データを読み出し、このＸ線画像データに基づいて画像再構成演算を行い、被検体２の再構成ＣＴ像を生成する。画像表示手段１２０は、再構成ＣＴ像を、ＣＲＴ装置や液晶ディスプレイ装置等からなる表示装置８０に表示する。なお画像表示手段１２０は、画像収集手段１１０に記録された２次元Ｘ線画像データの表示、及び再投影係数入力手段３１０において再構成ＣＴ像を階調表示して再投影係数を入力するためにも使用される。

図２及び図２ｃに、複数の異なるＸ線吸収係数の高吸収体成分を含む被検体を撮影した場合のＸ線画像データの例を示す。図２は歯科撮影のＸ線画像の例を示し、２３は歯列を示しエナメル質等の高吸収体成分を含んでいる。２４は治療歯に埋め込まれている金属であり、２１は回転中心軸４の２次元Ｘ線検出器１２への投影、２２はこれらの高吸収体成分を含む断面を示す。また、図２ｃに、整形外科の処置の一つである、人工股関節置換術と呼ばれる処置を施したＸ線画像の例を示す。なお、図２ｃは、主に図１ｃに記載したＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃにより得られる画像を示す。２５は寛骨臼と呼ばれる骨盤の一部を示し、２６は大転子と呼ばれる大腿骨の突起部である。２７は人工股関節で、例えば多孔性表面の金属を材料に形成され、骨頭ボール部と金属ステム部から構成される。図２ｃは、磨耗した大腿骨頭を人工股関節２７の骨頭ボールで置き換え、金属ステムを大腿骨に差し込んで固定する、人工股関節置換術の処置を施した画像を示す。２２ｃは、高吸収体成分である、寛骨臼２５、大転子２６、人工股関節２７を含む断面を示す。

図３及び図３ｃは、図２及び図２ｃにおける、高吸収体成分を含む断面２２及び２２ｃの、再構成ＣＴ像３０及び３０ｃを示す。２９は、金属と金属を結ぶ方向に発生したアーチファクトを示す。以下、図３の、歯列２３と治療歯に埋め込まれている金属２４がある場合の例を中心に、再構成ＣＴ像の高吸収体補正の説明を行うが、本発明は、整形外科撮影（例えば、２３を腰椎に、２４を金属製人工骨に置き換えた（例：図３ｃの人工股関節置換術）の場合にも、２３を造影剤、２４をステントに置き換えた循環器ＩＶＲ撮影時（図示しない）の再構成Ｘ線ＣＴ像の高吸収体補正を行う場合にも、そのまま適用できる。

次に、図４−１、図４−２、図４−１ｃ、図４−２ｃを用い、再投影係数入力手段３１０が行う再投影係数入力処理を説明する。図４−１、図４−２は一般的な入力画面例を示し、図４−１ｃ、図４−２ｃは、特に図１ｃに記載されたＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置において表示される画面表示例を示す。

図４−１は、再投影係数１を設定する画面を示す図であり、再投影係数１選択タブ４１を選択すると現れる。４３はユーザが編集可能な再投影係数名表示欄であり、図では再投影係数１に対して「メタル」以上のＸ線吸収係数を再投影するための係数であることを示す「メタル以上再投影係数」と命名されている。５０は再投影下限値設定ポイントであり、この値以上のＣＴ値を持つ再構成領域が再投影演算に使用される。再投影下限値設定ポイント５０をマウス等の情報入力装置７０を使用して左右にドラッグし、再投影下限ＣＴ値を変更する事ができる。５１は再投影係数設定ポイントであり、上下左右にドラッグする事で再投影係数を変化させる事ができる。

ここで再投影係数とは、Ｘ線吸収係数がゼロ（ＨＵ、所謂ハウスフィールドの定義によるＣＴ値が−１０００）となる点を原点として所定のＣＴ値（を、ＨＵで定義されているＣＴ値という数値をプラス１０００して、正しい物理量に修正して）から計算される各ボクセル点の再投影値に掛算する係数を表しており、通常０〜１の範囲の値を設定する。５２は再投影上限値設定ポイントであり、図では閾値Ｔｈ３以上の再投影係数は１に固定されている。

ポイント５０−５２を結ぶ線は、「メタル」領域を再投影するための再投影係数カーブを形成する。図では、折れ線で結ばれた再投影係数カーブを表示しているが、ポイント５０−５２をスプライン曲線で結んで再投影係数カーブを形成するようにしてもよい。５３、５４はそれぞれ、ポイント５０−５２の位置でのＣＴ値を設定する再投影閾値設定欄、再投影係数設定欄であり、ポイント５０−５２をドラッグする代わりに５３、５４の値を直接編集する事により、再投影係数カーブを変更する事ができるようになっている。

５５は再投影係数設定ポイント追加ボタンであり、クリックすると、現在選択されている再投影係数カーブの線分の間に、新たなポイントが現れるようになっている。逆に折れ線カーブを形成するポイントを減らすときは、ポイントの上を右クリックし削除を選択（図示しない）する。図の上限値（Ｔｈ３）以上の再投影係数は１とするのが通常ではあるが、高吸収体成分による再投影値の寄与を軽減するためにＴｈ３以上の再投影係数を０に近づけたり、Ｔｈ３以上の再投影値と再投影係数の積を一定するために、Ｔｈ３以上の再投影係数カーブ１／Ｘにしたり、そもそも図の縦軸を再投影係数（微分係数）でなく、ＣＴ値−再投影値（積分値）に変更したグラフにしてもよい。

図４−２は、再投影係数２を設定する画面を示す図であり、再投影係数２選択タブ４２を選択すると現れる。再投影係数名表示欄４３には、「骨」以上のＸ線吸収係数を再投影するための係数であることを示す「骨以上再投影係数」と命名されている。５７は現在の再投影係数２の設定カーブであり、５６の白抜き線は再投影係数１の設定カーブを現わす。再投影係数２設定カーブ５７を構成するポイントは、後述するステップＳ３３０により、「骨以上」再投影データからメタル再投影データを引算する事により骨成分再投影データを生成するため、再投影係数２で設定される「骨以上」再投影値が、再投影係数１で設定されるメタル再投影値を下回らないように制限されている。

図４−１ｃ、図４−２ｃは、整形外科の、人工股関節置換術の場合の、再投影係数入力画面を示す。寛骨臼２５、大転子２６、人工股関節２７を含む断面の再構成ＣＴ像を、図４−１ｃではメタル閾値表示、図４−２ｃでは骨閾値表示している。この場合も、再投影係数を同様に設定し、再投影データを生成することができる。

なお、図４−１、図４−２において、再投影係数追加ボタン４４をクリックすると、再投影係数選択タブが１つ増え、「第３」の再投影係数を入力する画面（例えば「繊維質」以上のＸ線吸収係数を「再投影係数設定」をする）を生成することができる。以下は、メタルと、骨以上の２つの再投影係数を入力して、高吸収体補正投影データを生成する場合について、詳しく説明する。

次に、図５のフローチャートを用いて、本発明の特徴である高吸収体補正手段３００が高吸収体補正投影データ３６０を生成する演算処理を具体的に説明する。

上述した前処理手段２１０が施された投影データ（Ｐｒｊ）２２０が入力画像データとなり、ステップＳ２３０が開始される。

（ステップＳ２３０）
第１のビームハードニング補正手段２３０により、投影データ２２０（Ｐｒｊ）にある非線形変換を施し、第１のビームハードニング補正投影データ２４０（ＢＨＣ_１）を生成する（Ｓ２３０）。ここで行う非線形変換により、図４−１、図４−２を用いて上述した再投影係数入力手段３１０において、第１の再構成ＣＴ像２９１のメタル閾値や骨閾値表示する場合に表示画像を一様にし、かつＣＴ値をある程度正しい値に補正しておく事で、再投影係数の調整精度を向上する事ができる。

上記「第１の再構成ＣＴ像２９１」とは、後述する高吸収体補正投影データ（ＢＨＣ_２）を再構成して得られる再構成ＣＴ像２９０と区別するために定義した再構成ＣＴ像であって、物質成分別のビームハードニング補正をすることなく、投影データ２２０（Ｐｒｊ）に対してビームハードニング補正をした第１のビームハードニング補正投影データ２４０（ＢＨＣ_１）を再構成して得られたＣＴ像を意味する。同様に、「第１のビームハードニング補正」とは、後述する物質成分別のビームハードニング補正と区別するために定義したビームハードニング補正であって、物質成分を考慮することなく投影データ２２０（Ｐｒｊ）に対して施すビームハードニング補正を意味する。

非線形変換は、図では原点を通る３次関数を例に示してあるが、Ｎ次の多項式関数に限定される事なく、入力値に対して出力値が一意的に決まる関数であれば、有理関数（例：１／Ｘ）、代数関数（例：√Ｘ）、あるいは超越関数（例：ＳＩＮ（Ｘ）、ＬＯＧ（Ｘ））を含んでいても良いし、関数形に表さずに入力値、出力値のテーブルとその補間式からなる形で用意してもよい。また、ここで使用する非線形変換は、Ｘ線が平均的な物質を透過する場合のビームハードニングを較正するものが良いが、第１近似として後述する軟部組織に適用するビームハードニング補正関数で代用してもよい。

（ステップＳ２７０）
第１のビームハードニング補正投影データ２４０に、フィルタリング手段２７０によるフィルタリング処理を施す（Ｓ２７０）。

（ステップＳ２８０）
フィルタリング処理後の第１のビームハードニング補正投影データ２４０に、逆投影手段２８０に基づいた逆投影演算を行い、第１の再構成ＣＴ像２９１を生成する（Ｓ２８０）。

（ステップＳ３１１）
再投影係数入力手段３１０により、上述した図４−１のような入力画面を使用して、またはあらかじめ登録してあるテーブルを読み込んで、メタルのＸ線吸収係数に相当する物質の再投影データを生成するための再投影係数１を入力する（Ｓ３１１）。

（ステップＳ３１２）
再投影係数入力手段３１０により、上述した図４−２のような入力画面を使用して、またはあらかじめ登録してあるテーブルを読み込んで、骨以上のＸ線吸収係数の物質に対応する再投影データを生成するための再投影係数２を入力する（Ｓ３１２）。

（ステップＳ３２１）
再投影手段３２０は、ステップＳ３１１で設定した再投影係数１を用いて第１の再構成ＣＴ像２９１の再投影演算を行い、メタル再投影データ３２３（Ｆｐｊ_Ｍ）を生成する（Ｓ３２１）。

（ステップＳ３２２）
再投影手段３２０は、ステップＳ３１２で設定した再投影係数２を用いて第１の再構成ＣＴ像２９１の再投影演算を行い、骨以上のＸ線吸収係数の物質に対応する再投影データ３２４（Ｆｐｊ_Ｍ＋Ｂ）を生成する（Ｓ３２２）。

（ステップＳ３３０）
再投影手段３２０は、ステップＳ３２２が生成した骨以上再投影データ３２４（Ｆｐｊ_Ｍ＋Ｂ）から、ステップＳ３２１で生成されたメタル再投影データ３２３（Ｆｐｊ_Ｍ）を引算し、骨成分再投影データ（Ｆｐｊ_Ｂ）を生成する（Ｓ３３０）。

（ステップＳ３３１）
投影データの各点において、物質含有率算出手段３３０が、メタル再投影データ３２３（Ｆｐｊ_Ｍ）を第１のビームハードニング補正投影データ２４０（ＢＨＣ_１）で割算して、メタル含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｍ）を算出（推定）する（Ｓ３３１）。

（ステップＳ３３２）
同様に、物質含有率算出手段３３０は、骨成分再投影データ（Ｆｐｊ_Ｂ）を第１のビームハードニング補正投影データ２４０（ＢＨＣ_１）で割算して、骨含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｂ）を算出する（Ｓ３３２）。

（ステップＳ３３３）
さらに、物質含有率算出手段３３０が、投影データの各点において、１．０（全物質成分の含有率に相当）から、メタル含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｍ）と、骨含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｂ）を引算し、軟部組織含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｎ）を算出する（Ｓ３３３）。

（ステップＳ３３４）
投影データの各点において、物質含有率算出手段３３０は、元の投影データ２２０（Ｐｒｊ）にメタル含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｍ）を掛算し、メタル成分投影データ（Ｍ）を生成する（Ｓ３３４）。

（ステップＳ３３５）
同様に、物質含有率算出手段３３０は、投影データの各点において、投影データ２２０（Ｐｒｊ）に骨含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｂ）を掛算し、骨成分投影データ（Ｂ）を生成する（Ｓ３３５）。

（ステップＳ３３６）
さらに、物質含有率算出手段３３０は、投影データの各点において、投影データ２２０（Ｐｒｊ）に軟部組織含有率（Ｒａｔｉｏ_Ｎ）を掛算し、軟部組織成分投影データ（Ｎ）を生成する（Ｓ３３６）。

（ステップＳ３４１）
物質別ビームハードニング補正手段３４０は、メタル成分投影データ（Ｍ）に非線形変換を施し、メタル成分のビームハードニング補正投影データ３４４（ＢＨＣ_Ｍ）を生成する（Ｓ３４１）。

（ステップＳ３４２）
同様に、物質別ビームハードニング補正手段３４０は、骨成分投影データ（Ｂ）に非線形変換を施し、骨成分ビームハードニング補正投影データ３４５（ＢＨＣ_Ｂ）を生成する（Ｓ３４２）。

（ステップＳ３４３）
さらに、物質別ビームハードニング補正手段３４０は、軟部組織成分投影データ（Ｎ）に非線形変換を施し、軟部組織成分のビームハードニング補正投影データ３４６（ＢＨＣ_Ｎ）を生成する（Ｓ３４３）。

（ステップＳ３５０）
物質別ビームハードニング補正手段３４０は、ステップＳ３４１〜ステップＳ３４３にて生成した物質別ビームハードニング補正投影データを加算し、高吸収体補正投影データ３６０（ＢＨＣ_２）を生成する（Ｓ３５０）。

以下、生成された高吸収体補正投影データ３６０（ＢＨＣ_２）をフィルタリング手段２７０に入力し、フィルタリング処理と逆投影処理を行い、高吸収体補正された再構成ＣＴ像２９０を得ることができる。この再構成ＣＴ像２９０は、画像表示手段１２０により表示装置８０に表示される。

なお、上記のステップＳ３２１及びＳ３２２で実施される再投影演算は、共通の幾何学系で実行されるため、同一のサブルーチンの中で演算するようにコードディングする事により、演算量の増大を抑える事ができる。

上記第一の実施形態では、メタルと、骨以上の２つの再投影係数を入力し、元の投影データ２２０（Ｐｒｊ）を、メタル成分投影データ（Ｍ）、骨成分投影データ（Ｂ）と、軟部組織成分投影データ（Ｎ）の３つに分けて、物質別に異なるビームハードニング補正を施す場合を例に挙げ、その具体的な処理を説明したが、再投影係数の入力が１つの場合であっても高吸収体成分領域と軟部組織とで異なるビームハードニング補正を施こすことである程度の改善があるし、またメタルと、骨以上に加え、第３番目にＸ線吸収係数が大きい組織（例えば、繊維質）に対応する再投影係数を追加し、元の投影データ２２０（Ｐｒｊ）を、メタル成分と、骨成分、繊維質成分、軟部組織成分の４成分に分けて、ビームハードニング補正を施せば、さらなる高吸収体成分アーチファクトの低減と、ＣＴ値定量性の向上が見込める。再投影係数の数が異なる場合についてもその演算方法は、上述の説明により容易に想像できるため、その詳細は省略する。

また、物質別ビームハードニング補正手段３４０において、物質別ビームハードニング補正投影データの加算を行わず、ステップＳ３４１〜ステップＳ３４３にて生成した物質別のビームハードニング補正投影データを、個々にフィルタリング手段２７０に入力し、フィルタリング処理と逆投影処理を行い、物質別の再構成ＣＴ像を出力するようにしてもよい。

最後に、図６−１乃至図６−４に、本発明を実際に適用した再構成ＣＴ像を示す。図６−１は、高吸収体補正前のコーンビーム再構成ＣＴ像の例であり、画像上半分にある２つの丸い断面は金属であり、画像下半分の２つの長方形断面はセラミックスである。金属と金属、金属とセラミックスを結ぶ間に黒いアーチファクト領域があり、その接線に白いアーチファクトを引いている。

図６−２は、従来の方法で、金属を再投影する１つの再投影閾値を設定して、再投影データを生成し補正演算を行った結果を示しており、アーチファクトの低減が不十分なものとなっている。

図６−３は、従来の方法で、セラミックス以上のＸ線吸収係数を有する吸収体を再投影する、低い再投影閾値を設定して、再投影データを生成し補正演算を行った場合を示す。２つの金属を結ぶ方向のアーチファクトが信号として認識され、逆に偽像として強調される結果となった。

図６−４に、本実施形態に係る高吸収体補正を適用した再構成ＣＴ像の例を示す。２つのＸ線吸収係数の異なる高吸収体成分から生じるアーチファクトが低減されＣＴ値の一様性が向上していること事が分かる。

以上、本発明の実施形態を用いて説明してきたが、これまでの各実施形態で説明した構成はあくまで一例であり、例えば、一度、高吸収体補正した再構成ＣＴ像を再び再投影し、高吸収体成分アーチファクト低減精度、ＣＴ値定量性精度を向上させるなど、本発明は、技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

本発明によれば、高吸収体成分アーチファクトの低減に要する演算時間を短くし、かつＣＴ値定量性に優れた高度な高吸収体成分アーチファクト低減機能を有するコーンビームＸ線ＣＴ装置を提供することができ、頭部、腹部等の造影撮影、並びに歯顎、腰椎、四肢の整形外科撮影の診断性能を向上させることが期待できる。

本発明が適用されるコーンビームＸ線ＣＴ装置（Ｃアーム方式）を示す概略構成図である。本発明が適用されるコーンビームＸ線ＣＴ装置（座位方式）を示す概略構成図である。本発明が適用されるコーンビームＸ線ＣＴ装置（被検体回転方式）を示す概略構成図である。本発明が適用される移動型Ｘ線装置に搭載されたＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置を示す概略構成図である。２次元Ｘ線検出器で撮影された投影データを示す図である。２次元Ｘ線検出器で撮影された投影データを示す図である。高吸収体成分を含む断面の再構成ＣＴ像を示す図である。高吸収体成分を含む断面の再構成ＣＴ像を示す図である。本発明における再投影係数入力画面の構成例を示す図である。本発明における再投影係数入力画面の構成例を示す図である。本発明における再投影係数入力画面の構成例を示す図である。本発明における再投影係数入力画面の構成例を示す図である。本発明による高吸収体補正の一実施形態における動作を示すフローチャートである。高吸収体補正前のコーンビーム再構成ＣＴ像の例を示す図である。従来の高吸収体補正による再構成ＣＴ像の例を示す図である。従来の高吸収体補正による再構成ＣＴ像の例を示す図である。本発明の高吸収体補正を適用した再構成ＣＴ像の例を示す図である。

符号の説明

１…コーンビームＸ線ＣＴ装置、１ａ…座位方式コーンビームＸ線ＣＴ装置、１ｂ…被検体回転方式コーンビームＸ線ＣＴ装置、１ｃ…移動型Ｘ線装置に搭載されたＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置、２…被検体、３…回転軌道面（ミッドプレーン）、４…回転中心軸、５…旋回アーム、６…支柱、７…椅子、８…固定架台、９…車輪、１０…撮影部、１０ａ…座位方式コーンビームＸ線ＣＴ１ａの撮影部、１０ｃ…移動型Ｘ線装置に搭載されたＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃの撮影部、１１…Ｘ線源、１１ｔ…Ｘ線管、１１ｃ…コリメータ、１２…２次元Ｘ線検出器、１２ｉ…Ｘ線イメージインテンシファイア、１２ｃ…ＣＣＤテレビカメラ、１３…Ｃ型アーム、１４…Ｃ型アーム保持体、１５…天井支持体、１６…天井レール、１７…寝台、１８…インジェクタ、１９…回転台、２０…制御演算部、２０ａ…座位方式コーンビームＸ線ＣＴ１ａの制御演算部、２１…回転中心軸４の２次元Ｘ線検出器１２への投影、２２…高吸収体成分を含む断面、２２ｃ…高吸収体成分を含む断面、２３…歯列、２４…金属、２５…寛骨臼、２６…大転子、２７…人工股関節、２９…アーチファクト、３０…高吸収体成分を含む断面の再構成ＣＴ像、３０ｃ…高吸収体成分を含む断面の再構成ＣＴ像、３１…再構成ＣＴ像３０のメタル閾値表示、３１ｃ…再構成ＣＴ像３０ｃのメタル閾値表示、３２…再構成ＣＴ像３０の骨閾値表示、３２ｃ…再構成ＣＴ像３０ｃの骨閾値表示、４０…再投影係数入力画面、４１…再投影係数１選択タブ、４２…再投影係数２選択タブ、４３…再投影係数名表示欄、４４…再投影係数追加ボタン、５０…再投影下限値設定ポイント、５１…再投影係数設定ポイント、５２…再投影上限値設定ポイント、５３…再投影閾値設定欄、５４…再投影係数設定欄、５５…再投影係数設定ポイント追加ボタン、５６…再投影係数１設定カーブ、５７…再投影係数２設定カーブ、７０…情報入力装置、８０…表示装置、１００…撮影部制御手段、１００ａ…座位方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ａの撮影部制御手段、１００ｂ…被検体回転方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ｂの撮影部制御手段、１００ｃ…移動型Ｘ線装置に搭載されたＣアーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置１ｃの撮影部制御手段、１０１…撮影系回転制御手段、１０２…撮影系位置制御手段、１０３…Ｘ線照射制御手段、１０４…インジェクタ制御手段、１０５…椅子位置制御手段、１０６…寝台制御手段、１０７…検出系制御手段、１１０…画像収集手段、１２０…画像表示手段、２００…再構成手段、２１０…前処理手段、２２０…投影データ、２３０…第１のビームハードニング補正手段、２４０…第１のビームハードニング補正投影データ、２７０…フィルタリング手段、２８０…逆投影手段、２９０…再構成ＣＴ像、２９１…第１の再構成ＣＴ像、３００…高吸収体補正手段、３１０…再投影係数入力手段、３２０…再投影手段、３２３…メタル再投影データ、３２４…骨以上再投影データ、３３０…物質含有率算出手段、３４０…物質別ビームハードニング補正手段、３４４…メタル成分ビームハードニング補正投影データ、３４５…骨成分ビームハードニング補正投影データ、３４４…軟部組織ビームハードニング補正投影データ、３６０…高吸収体補正投影データ

Claims

Ｘ線を発生させるＸ線源と、
前記Ｘ線源に対向して配置され、高吸収体成分を含む被検体を透過した前記Ｘ線を検出して前記被検体の投影データを出力するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを回転移動させる回転手段と、
前記被検体の投影データに基づいて再構成演算を行い、前記被検体のＸ線ＣＴ像を生成する再構成手段と、
前記再構成手段が生成した画像を表示する表示手段と、
前記Ｘ線ＣＴ像を前記高吸収体成分に対応させた再投影係数に基づいて再投影演算をすることにより前記高吸収体成分の再投影データを生成し、その高吸収体成分の再投影データと前記被検体の投影データとに基づいて、前記高吸収体成分の投影データと前記被検体に含まれる前記高吸収体成分を除く物質成分の投影データとを生成し、それら前記高吸収体成分の投影データと前記物質成分の投影データとの各々に対して前記Ｘ線の線質硬化に起因するアーチファクトを低減するための補正を施す高吸収体補正手段と、を備え、
前記再構成手段は、前記補正後の前記高吸収体成分の投影データ及び前記物質成分の投影データに基づいて再構成演算を行い、前記アーチファクトを補正したＸ線ＣＴ像を生成し、
前記表示手段は、前記アーチファクトを補正したＸ線ＣＴ像を表示する、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記高吸収体補正手段は、
前記Ｘ線の線質硬化に起因するアーチファクトを低減するための補正が施された前記被検体の投影データ、と前記高吸収体成分の再投影データと、に基づいて、前記投影データに含まれる前記高吸収体成分の割合を占めす高吸収体成分含有率と、前記被検体の投影データに含まれる前記高吸収体成分を除く物質成分の割合を占めす物質成分含有率とを算出し、前記高吸収体成分の投影データと前記物質成分の投影データとを生成する物質含有率算出手段と、
前記高吸収体成分の投影データと前記物質成分の投影データとの各々に対し、前記補正を施す物質別補正手段と、を備えて構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記物質含有率算出手段は、前記再投影データを前記被検体の投影データで除算することにより、前記投影データに占める前記高吸収体成分含有率を算出し、全物質成分の含有率から前記高吸収体成分含有率を減算することにより前記物質成分含有率を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記高吸収体成分の数に対応する任意の数の前記再投影係数の入力を行うための再投影係数入力手段を更に備え、
前記表示手段は、入力された再投影係数に基づいて生成される再投影データの高吸収体成分を示すＸ線ＣＴ像を表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置。