JP2010246958A - X線断層撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線断層撮影装置(10)は、被検体の、第1エネルギーのX線による第1エネルギー断層像と第2エネルギーのX線による第2エネルギー断層像との画素値の比からなる画像比較情報を算出する画像比較情報算出部と、前記画像比較情報に基づいて前記被検体の断層像中の特定物質毎の関心領域を特定する関心領域特定部と、前記第1エネルギー断層像と前記第2エネルギー断層像とについて、前記被検体に含まれる特定物質に基づく重み付け係数をいずれか一方または両方に乗算した後、デュアルエネルギー像を得るための重み付け係数を、前記画像比較情報に基づいて決定する重み付け係数決定部と、決定された重み付け係数を用いて、前記加重減算処理を行うことにより、デュアルエネルギー像を画像再構成するデュアルエネルギー像画像再構成部(22)とを備える。
【選択図】図1
Description
骨の画像または軟部組織の画像を得るために使用される重み付け係数は、被検体の大きさの違いによって異なる。図10は、横軸に管電圧140kVをとり、縦軸に管電圧80kVをとった場合に、脂肪、カルシウムおよびヨードの断層像の画素値の比がどのような関係であるかを調べたものである。断面積700cm2のファントムと断面積300cm2のファントムとでは、断面積の違いにより各物質の画素値の比が異なっていることがわかる。ファントムでは凡そ画素値の比がどれぐらいになるか予想できる。しかし、被検体では、断面積だけでなく、断面の形状、その他個体差によるX線吸収係数の違いによって画素値の比が異なってくる。そのため、正確に画素値の比を求めることができないと、病気またはケガなどの過大評価または過小評価につながる。
この第一観点のX線断層撮影装置の重み付け係数決定部は、関心領域特定部で特定された関心領域の画像比較情報が、実質的に消去可能となるような重み付け係数を決定する。そしてデュアルエネルギー像画像再構成部がその重み付け係数でデュアルエネルギー像を画像再構成するため、定量的にかつ視覚的にわかりやすい画像を表示できる。
この構成により、比較画像の画像特徴量を画像比較情報として得ることができるため、比較画像の画像特徴量、重み付け係数を容易に決定することができる。
この構成により、操作者が診察したい比較画像を画像表示部に表示することで、操作者が比較画像に基づいて関心領域を特定することが可能となり便利である。
この構成により、比較画像だけでなく、操作者は画像特徴量表示部に表示された画像特徴量の変化を目視しながら、重み付け係数調整部で重み付け係数を手動で調整できる。具体的には、スライダーバーなどで重み付け係数を調整できる。
この構成により、関心領域の画像特徴量として、関心領域内の比較画像の平均値または中央値を使用することで、重み付け係数を適正な値にすることができる。ここで、中央値とは、関心領域内の比較画像の値の低いほうから高いほうへ(またはその逆)順番に並べた際の中央値である。また、画像特徴量が、ゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内であれば、実質的に消去可能となるような画像となる。
この構成により、第1エネルギー投影データもしくは第1エネルギー断層像と第2エネルギー投影データもしくは第2エネルギー断層像との画素値の比の分布から、自動的に、重み付け係数を変更することができる。実際に、被検体をX線で撮像して得た断層像から、重み付け係数を自動的に決定する。つまり、被検体の断面積、断面の形状、その他個体差によるX線吸収係数の違いを考慮して、重み付け係数を決定することができる。正確な重み付け係数で計算したデュアルエネルギー像で診断できるため、病気またはケガなどを正確に評価することができる。
この構成により、実際に撮影した画素値の比の分布のピーク値に基づき重み付け係数を決定することで、そのピーク値の等価画像のデュアルエネルギー像を得ることができる。たとえば、ピーク値は、ヒストグラム分布の微分値などから求めることができる。
この構成により、関心領域が着色されるため、デュアルエネルギー像を診て診断する際に、操作者は関心領域を認識しながら診断することができる。
この構成により、二つ以上の関心領域を異なる色で特定することができ、その二つ以上の関心領域を診て同時に診断することができる。たとえば青色は水、黄色はカルシウムなどとして表示する。
この構成により、画素値の比により関心領域が着色されることになり、操作者は、デュアルエネルギー像を診て診断する際に、操作者は関心領域を認識しながら診断することができる。
図1は、本実施形態に係るX線断層撮影装置(X線CT装置)10の構成を示したブロック図である。X線断層撮影装置10は、ガントリ100と、このガントリ100の撮影領域内に被検体HBを挿入する寝台109とを装備している。寝台109は、被検体HBの体軸方向であるZ方向に移動する。ガントリ100は、回転リング102を有し、この回転リング102にコーンビーム形状のX線を照射するX線管101とX線管101に対向して配置された多列X線検出器103とを有している。X線管101は、高エネルギースペクトルを有するX線と低エネルギースペクトルを有するX線とを照射するように構成されている。多列X線検出器103は、被検体HBを透過したX線を検出する。
画像再構成部21は、低エネルギーの投影データLDまたは高エネルギーの投影データHDを受けて、その低エネルギーの投影データLDまたは高エネルギーの投影データHDに基づいて画像を再構成する。低エネルギーの投影データLDまたは高エネルギーの投影データHDは、周波数領域に変換する高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)がなされて、それに再構成関数をかけて、逆フーリエ変換する。そして、再構成関数重畳処理した投影データに対して、三次元逆投影処理を行い、被検体HBの体軸方向(Z方向)ごとに断層像(xy平面)を求める。この断層像は、記憶装置59に記憶されるとともに、ディスプレイ60に表示される。本実施形態では、X線管101が、低エネルギースペクトルを有するX線と高エネルギースペクトルを有するX線とを被検体HBに照射するので、画像再構成部21は、高エネルギースペクトルのX線による高エネルギーの断層像HTと、低エネルギースペクトルのX線による低エネルギーの断層像LTとを、画像再構成する。
記憶装置59は、プログラムやX線検出器データや投影データやX線断層像を記憶する。また、デュアルエネルギー像DIも記憶する。
ディスプレイ60は、被検体の撮影条件を設定したり、X線断層像を表示したりする。また、本実施形態では、被検体の特定物質を色彩で強調したデュアルエネルギー像DIを表示する。
図2は、X線断層撮影装置10の動作フローチャートである。本実施形態に係るX線断層撮影装置10の動作手順を説明する。
ステップS14において、低いエネルギースペクトルのX線投影データLD、および高いエネルギースペクトルのX線投影データHDの収集を行う。ここでコンベンショナルスキャンによってデータ収集を行う場合には、寝台109を固定させた状態で、X線管101と多列X線検出器103とを被検体の回りに回転させ、X線検出器データのデータ収集動作を行う。そして、ビュー角度viewと、検出器列番号jと、チャネル番号iとで表わされるX線検出器データD0(view,j,i)(j=1〜ROW,i=1〜CH)にz方向座標位置Ztable(view)を付加させる。
ステップS16では、前処理された低エネルギー投影データLD(view,j,i)および高エネルギー投影データHD(view,j,i)に対して、ビームハードニング補正を行う。
ステップS17では、画像再構成部21がzフィルタ重畳処理を行う。ここでは、ビームハードニング補正された投影データに対して、z方向(列方向)のフィルタをかけるzフィルタ重畳処理を行う。すなわち、各ビュー角度、各X線データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列X線検出器の投影データDに対し、列方向に列方向フィルタをかける。
ステップS19では、画像再構成部21が三次元逆投影処理を行う。ここでは、再構成関数重畳処理した投影データDに対して、三次元逆投影処理を行い、逆投影データを求める。画像再構成される画像はz軸に垂直な面であるxy平面に対して三次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはxy平面に平行なものとする。
ステップS20では、画像再構成部21が後処理を行う。逆投影データに対して画像フィルタ重畳、CT値変換などの後処理を行い、高エネルギースペクトルの断層像HTと低エネルギースペクトルの断層像LTとを得ることができる。
そして、ステップS22では、これらの断層像HTと断層像LTとを記憶装置59に記憶する。
ステップS23では、デュアルエネルギー像再構成部22が、ディスプレイ60にデュアルエネルギー像DIを表示する。
そして、ステップS24では、後述する着色表示部28が、同じ原子物質、脂肪、水、カルシウムまたはヨード造影剤などの特定物質ごとに色を断層像HTと断層像LTに重ねて着色する。
図3は、高エネルギースペクトルの断層像HTまたは低エネルギースペクトルの断層像LTを加重減算処理し、デュアルエネルギー像DIを求める概念図である。
デュアルエネルギー撮影は、あるz方向座標位置を、低いX線管電圧たとえば80kVの断層像LTと、高いX線管電圧たとえば140kVの断層像HTとを加重減算処理することにより所望の物質の定量的な分布画像の断層像DIを求める。
図3の下段では、ディアルエネルギー像再構成部22が、低エネルギースペクトルの断層像LTには重み付け係数1を乗算し、高エネルギースペクトルの断層像HTには重み付け係数αを乗算し、定数C1とともに加重減算処理を行う。こうして、ディアルエネルギー像DIを得ることができる。この重み付け係数αおよび定数C1は、抽出したい原子、強調したい原子、表示上で消したい原子または部位により定まる。αを逆数にすれば、低エネルギースペクトルの断層像LTに重み付け係数αとし、高エネルギースペクトルの断層像HTの重み付け係数を1とすることも可能である。なお、図3では脂肪情報の抽出を示している。
複数の断層面T(低エネルギースペクトルの断層像LTと高エネルギースペクトルの断層像HTとを含む)のデュアルエネルギー像DIを記憶装置59に記憶しておき、その断層像Tを組み合わせることによって、図4(a)のようなボリュームレンダリング三次元画像31を表示することができる。デュアルエネルギー像DIについても同様に、三次元画像を表示することができる
<<手動による重み付け係数の設定方法>>
図5(a)は、図5で説明した手動による重み付け設定方法を実施するための画像処理装置20のブロック図であり、(b)は、ディスプレイ60に比較画像、つまりデュアルエネルギー像DIに表示した状態で、操作者が手動で適切な重み付け係数を設定するための表示例である。被検体HBの大きさの違い、被検体HBの個体差によるX線吸収係数の違いなどを手動で最適にするための方法である。
画像特徴量表示部27は、第一画像比較情報算出部24−1が算出した画像特徴量165を表示する。
ステップS42において、操作者が、表示された比較画像の関心領域ROIを第一関心領域特定部23−1により特定する。
ステップS45では、調整された重み付け係数αによって画像特徴量165が変化し、また関心領域ROIを含む全体の比較画像が変化する。操作者は、スライダーバー161を使って重み付け係数αを微調整して画像特徴量165をゼロまたはゼロから所定範囲内に入れる。
ステップS47では、操作者が引き続き、別の関心領域ROIを設定するか否かを判断する。別の関心領域ROIを設定するのであればステップS42に戻り、すべての関心領域ROIを設定し終えたら、ステップS48へ進む。
ステップS48では、調整された重み付け係数αで関心領域ROIを等価画像としたデュアルエネルギー像DIをデュアルエネルギー像再構成部22が画像再構成する。なお、ディスプレイ60に表示される画像は、操作者が診断しやすいように、着色表示部28は、低エネルギーの断層像LTまたは高エネルギースペクトルの断層像HTの一方の画像に、着色した等価画像を重ねて表示する。
図7(a)は、自動で重み付け設定方法を実施するための画像処理装置20のブロック図であり、(b)は、自動で適切な重み付け係数を設定するためのフローチャートである。診断したい任意の断面のデュアルエネルギー像DIをディスプレイ60に表示させる。そして、自動重み付け設定を開始させる。
図8は、画素ごとに、低いエネルギースペクトルのX線断層像LTを高いエネルギースペクトルのX線断層像HTで割った画素値の比を横軸に、画素数を縦軸にとったヒストグラム分布である。
重み付け係数決定部25−2は、ヒストグラム分布のピーク値の画素値の比に基づき重み付け係数として決定する。したがって、抽出した関心領域に対してデュアルエネルギー像を得る際に使用する重み付け係数が対応付けされる。
ステップS52では、第2画像比較情報算出部24−2が各画素の低いエネルギースペクトルのX線断層像LTと高いエネルギースペクトルのX線断層像HTとの比を求める。通常、管電圧80kVのX線断層像LTと管電圧140kVのX線断層像HTとを使用すれば、被検体の体内にある物質の比は、0.5から2.5までに分布している。
ステップS53では、第2画像比較情報算出部24−2が横軸に画素値の比、縦軸に画素数をとったヒストグラム分布を測定する。この一例を図8に示す。このような図8は、ディスプレイ60に表示させてもよいし、メモリー内に画素ごとの比を記憶させておくだけでも良い。
ステップS56では、固定した重み付け係数αでピークP周辺の範囲を等価画像としたデュアルエネルギー像DIをデュアルエネルギー像再構成部22が画像再構成し、表示する。複数のピークPがある場合には、それぞれの等価画像を計算して、それらの等価画像を重ねて表示する。なお、ディスプレイ60に表示される画像は、操作者が診断しやすいように、着色表示部28は、低エネルギーの断層像LTまたは高エネルギースペクトルの断層像HTの一方の画像に、着色した等価画像を重ねて表示する。
本実施形態では、しきい値SH1を下げてピークPを探すフローチャートを示したが、ピークPが複数あり、操作者が物質をより絞り込みたい場合には、しきい値SH2のようにしきい値を上げてもよい。
図9は、着色表示部28が等価画像に着色するについて説明する図である。
図9(a)は、横軸に低いエネルギースペクトルのX線断層像LTと高いエネルギースペクトルのX線断層像HTとの画素値の比、別言すれば重み付け係数αをとり、縦軸に色相(Hue:色の種類(赤、青、黄色など))をとったカラーマップ90である。縦軸は、0から1に正規化してあるが、0度から360度の角度で表現してもよい。
このように設定された色相が特定物質を着色され、低エネルギーの断層像LTまたは高エネルギースペクトルの断層像HTの一方の画像に着色された特定物質が表示される。図9(b)はその一例である。
20 … 画像処理装置
21 … 画像再構成部
22 … デュアルエネルギー像再構成部
23 … 関心領域特定部,23−1 … 第一関心領域特定部,23−2 … 第二関心領域特定部
24 … 画像比較情報算出部,24−1 … 第一画像比較情報算出部,24−2 … 第二画像比較情報算出部
25−1 … 重み付け係数調整部,25−2 … 重み付け係数決定部
27 … 画像特徴量表示部
28 … 着色表示部
51 … 高電圧・低電圧発生器
59 … 記憶装置
60 … ディスプレイ
100 … ガントリ
101 … X線管
103 … 多列X線検出器
161 … スライダーバー
165 … 画像特徴量
DI … デュアルエネルギー像
HD … 高エネルギースペクトルの投影データ
LD … 低エネルギースペクトルの投影データ
HT … 高エネルギースペクトルの断層像
LT … 低エネルギースペクトルの断層像
HB … 被検体
Claims (6)
- 被検体の、第1エネルギーのX線による第1エネルギー断層像と、前記被検体の、前記第1エネルギーとは異なる第2エネルギーのX線による第2エネルギー断層像とについて、前記第1エネルギー断層像と前記第2エネルギー断層像との画素値の比からなる画像比較情報を算出する画像比較情報算出部と、
前記画像比較情報に基づいて、前記被検体の断層像中の特定物質毎の関心領域を特定する関心領域特定部と、
前記第1エネルギーのX線による第1エネルギー投影データもしくは前記第1エネルギー断層像と、前記第2エネルギーのX線による第2エネルギー投影データもしくは前記第2エネルギー断層像とについて、前記被検体に含まれる特定物質に基づく重み付け係数を、いずれか一方または両方に乗算した後、両者を減算する加重減算処理を行うことにより、デュアルエネルギー像を得るための前記加重減算処理に用いる重み付け係数を、前記画像比較情報に基づいて決定する重み付け係数決定部と、
前記重み付け係数決定部において決定された重み付け係数を用いて、前記加重減算処理を行うことにより、デュアルエネルギー像を画像再構成するデュアルエネルギー像画像再構成部と
を備えることを特徴とするX線断層撮影装置。 - 前記関心領域特定部は、前記第1エネルギー断層像と前記第2エネルギー断層像との画素値の比の分布に基づき、前記被検体の断層像中の特定物質毎の関心領域を特定するものであることを特徴とする請求項1に記載のX線断層撮影装置。
- 前記関心領域を着色し、前記第1エネルギー断層像または前記第2エネルギー断層像に重ねて表示させる着色表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のX線断層撮影装置。
- 前記着色表示部は、同じ被検体の異なる特定物質を示す複数の関心領域について、それぞれ色を変えて表示可能であることを特徴とする請求項3に記載のX線断層撮影装置。
- 前記第1エネルギー断層像と、前記第2エネルギー断層像との画素値の比に応じて、色調を変化させて着色する着色表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のX線断層撮影装置。
- 前記被検体の断層像中の特定物質毎の関心領域は、脂肪、水、カルシウム、及びヨード造影剤の何れか一物質を示す領域であることを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載のX線断層撮影装置。
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