JP2011104103A - エネルギサブトラクション画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な画質のエネルギサブトラクション画像を速やかに最小限の被爆線量で取得することができるエネルギサブトラクション画像撮影装置を得る。
【解決手段】管電圧制御部がＸ線管球１に予め定める第１の管電圧を印加して、Ｘ線を被写体に照射して第１の画像を取得する（Ｓ１０１）。次に、プログラムに従って第１の画像から被写体の体厚を算出する（Ｓ１０２）。続いて、プログラムに従って、被写体の体厚から第２の管電圧を決定する（Ｓ１０３）。メモリに格納された第１、第２の画像間の差分演算等によりエネルギサブトラクション画像を得る（Ｓ１０５）。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つの画像を演算し差分画像を生成する装置、詳しくは医療分野において同一被写体の撮影条件を変えた２つの画像を演算処理するエネルギサブトラクション画像撮影装置に関するものである。

従来から、異なるエネルギ分布を持つ２つの放射線を用い、物体内部の特定の構成要素が特有の放射線透過特性（放射線エネルギ吸収特性）を持つことを利用して、所謂エネルギサブトラクション処理が行われている。このエネルギサブトラクション処理は２つの透過率分布画像を収集し、それぞれの画像間の演算により、特定の物体の内部の構成要素を抽出又は消去した画像を得る。特に、医療用のＸ線画像処理においては、骨部分の消去、抽出など、診断上、極めて有効な処理として用いられている。

通常では、Ｘ線のエネルギの切換えはＸ線管の管電圧を切換えることで行われる。エネルギが高い高エネルギＸ線ビームの場合には、例えばＸ線管の管電圧を１４０ｋＶとし、エネルギが低い低エネルギＸ線ビームの場合には、例えばＸ線管の管電圧を６０ｋＶとする。特許文献１には、これら異なる管電圧設定で撮影された２つの画像間の演算において、それぞれの画像の重み付けを変化させることによって、エネルギサブトラクション画像の画質を調整したり、消去又は抽出する部位を変化させることが開示されている。

しかしながら、重み付けを変化させての画質調整には一定の限界があり、調整可能な範囲を外れる場合には、Ｘ線のエネルギを変更して再撮影を余儀なくされることがある。そこで、特許文献２に開示されているＸ線撮影装置では、再撮影を回避するために、１回の画像撮影において複数の異なる高エネルギ画像と、１つの低エネルギ画像を取得している。更に、複数の異なる組み合わせによりエネルギサブトラクション画像を生成、表示し、オペレータが最適なものを選択している。

特開平１１−１８８０２４号公報 特開２００７−２２２３１１号公報

SPIE Medical Imaging 97. "Automatic Segmentation of Anatomic Regions in Chest Radiographs using an Adaptive-Sized Hybrid Neural Network"

上述した１回の画像撮影において、複数の異なる高エネルギ画像と、１つの低エネルギ画像とを取得する撮影装置では、複数の異なる高エネルギ画像を取得するため、撮影時間が長くなるという問題がある。また、演算に用いる高エネルギ画像と低エネルギ画像の組み合わせによっては、両画像の撮影時刻に比較的大きな差が生ずるため、被写体の体動などの影響を受けて、所謂ミスレジストレーションによるアーチファクトが発生する虞れがある。更に、結果として診断に用いられなかった高エネルギ画像が存在する場合には、被写体の被爆線量の最小化という点で問題となる可能性がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、適切な画質のエネルギサブトラクション画像を速やかに最小限の被爆線量で取得することができるエネルギサブトラクション画像撮影装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るエネルギサブトラクション画像撮影装置は、被写体にＸ線を照射するＸ線管球と、被写体のＸ線透過像を画像として取得するＸ線検出器と、第１の管電圧に対し、被写体の体厚又は／及び画像のコントラストに基づいて、第２の管電圧を決定する管電圧決定手段と、前記第１及び第２の管電圧によりＸ線の照射を行い、それぞれ第１、第２の画像を取得する画像取得手段と、前記第１、第２の画像から重み付け演算によりエネルギサブトラクション画像を生成するエネルギサブトラクション画像の生成手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１の管電圧に対し被写体の体厚又は画像のコントラストに基づいた第２の管電圧により、第１、第２のＸ線撮影を連続して行い、適切な画質のエネルギサブトラクション画像を速やかに最小限の被爆線量で取得可能とする。

実施例１の構成図である。 動作フローチャート図である。 実施例２の動作フローチャート図である。 被写体の体厚ごとの肋間コントラストと管電圧の対応関係のグラフ図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１のエネルギサブトラクション画像撮影装置の構成図である。Ｘ線を発生するＸ線管球１の前方に、人体等の被写体Ｐを介して被写体ＰのＸ線透過像の画像取得を行うＸ線検出器２が配置されている。Ｘ線検出器２の出力は前処理部３を介してメモリ４、５に接続され、Ｘ線管球１には管電圧制御部６の出力が接続されている。メモリ４、５、管電圧制御部６は信号バス７により接続され、信号バス７にはＣＰＵ（中央演算処理装置）８、記憶媒体９、メモリ１０が接続されている。

前処理部３はＸ線検出器２のオフセット、ゲインのばらつきなど各種補正処理を行い、メモリ４、５は画像データを記憶する。信号処理を行うＣＰＵ８は、信号バス７を介して、メモリ４、５にアクセス可能とされている。記憶媒体９はＣＰＵ８による処理手順をプログラムとして記憶している。管電圧制御部６はＣＰＵ８の指示に従ってＸ線管球１の管電圧を制御する。また、最終的に生成されたエネルギサブトラクション画像は信号バス７を介してメモリ１０に格納される。

図２は実施例１におけるエネルギサブトラクション画像撮影装置の動作フローチャート図である。始めに、管電圧制御部６がＸ線管球１に予め定める第１の管電圧、例えば６０ｋＶを印加して、Ｘ線を照射することにより第１の画像を取得する（Ｓ１０１）。第１の画像はＸ線検出器２の出力画像に対して前処理部３により、各種補正処理と対数変換を行った画像としてメモリ４に格納される。

次に、ＣＰＵ８は記憶媒体９に記憶されたプログラムに従って、第１の画像から被写体Ｐの体厚を推定する（Ｓ１０２）。画像から被写体Ｐの体厚を推定する方法は様々考えられるが、本実施例１では、被写体Ｐの体厚が被写体Ｐの横幅と相関が高いことを利用し、被写体Ｐの横幅から所定の計算式により被写体Ｐの体厚算出を行う。

また、被写体Ｐの横幅については、簡単なヒストグラム解析で特定した素抜け領域、つまりＸ線が被写体Ｐを通過せずに直接Ｘ線検出器に到達した領域に基づいて算出が可能である。また、非特許文献１に開示されている構造物のセグメンテーション法を利用して、被写体Ｐの体幹部を抽出することでもできる。

次に、ＣＰＵ８は記憶媒体９に記憶されたプログラムに従って、被写体Ｐの体厚から第２の管電圧を決定する（Ｓ１０３）。本実施例１では、記憶媒体９に記憶された表１に示す対応表を利用して第２の管電圧決定をする。表１の対応表には、様々な被写体Ｐの体厚に対して、それぞれ最適なエネルギサブトラクション画像が得られる第２の管電圧を、予め主観評価実験により求めて、作成、記憶しておく。

表１
被写体Ｐの体厚（ｃｍ） 第２の管電圧（ｋｖ）
１５ １２０
２０ １２５
３０ １３０
４０ １３５
５０ １４０

次に、ＣＰＵ８の指示に従い、管電圧制御部６がＸ線管球１に第２の管電圧を印加してＸ線を照射させることにより、第２の画像を取得する（Ｓ１０４）。第２の画像はＸ線検出器２の出力画像に対して、前処理部３で各種補正処理と対数変換を行った画像としてメモリ５に格納される。

最後に、ＣＰＵ８がメモリ４、５に格納された第１、第２の画像間の差分演算等により、エネルギサブトラクション画像を得てメモリ１０に格納する（Ｓ１０５）。具体的にはａ×第１の画像信号値−ｂ×第２の画像信号値のような画像間の減算処理が行われる。ここで、ａ、ｂはそれぞれの画像の重み付けパラメータであり、エネルギサブトラクション画像の画質や、消去又は抽出する部位を目的に応じて変化させるために調整可能である。

このように実施例１によれば、第１の管電圧で撮影した第１の画像から即座に被写体Ｐの体厚を算出し、算出した被写体Ｐの体厚に基づいて第２の管電圧を速やかに決定することにより、異なる２つの管電圧による連続撮影を比較的短時間に行うことができる。その結果、適切な画質のエネルギサブトラクション画像を速やかに最小限の被爆線量で取得可能となる。

図３は実施例２のエネルギサブトラクション画像撮影装置の動作フローチャート図である。図４は被写体の体厚ごとの肋骨と肺野のコントラスト（肋間コントラスト）と管電圧の対応関係のグラフ図である。

管電圧制御部６がＸ線管球１に予め定める第１の管電圧、例えば６０ｋＶを印加してＸ線を照射させることにより、第１の画像を取得する（Ｓ２０１）。第１の画像はＸ線検出器２の出力画像に対して前処理部３で各種補正処理と対数変換を行い、メモリ４に格納する。

次に、ＣＰＵ８は記憶媒体９に記憶されたプログラムに従って、第１の画像から被写体Ｐの体厚を算出する（Ｓ２０２）。本実施例では、第１の画像の被写体領域の信号値と非被写体領域の信号値とに基づいて被写体Ｐの体厚を算出する。

被写体領域を例えば人体の腹部の軟部組織の領域とし、第１の管電圧による軟部組織の減弱係数μ、被写体Ｐの体厚Ｗ、入射する放射線強度Ｉとすると、透過する放射線強度Ｈ１は（1）式で表される。
Ｈ１＝ I exp（−μＷ） ・・・（１）

同様に、非被写体領域を例えば素抜け領域とすると、減弱係数はほぼ０であるため、透過する放射線強度Ｈ２は、（２）式と表される。
Ｈ２＝Ｉ ・・・（２）

これらの対数変換に比例した値が画像の信号値として記録されるため、比例定数をＫとすると、被写体領域の信号値ｈ１と非被写体領域の信号値ｈ２は、次の（３）、（４）式で表される。
ｈ１＝Ｋ {log（Ｉ）−μＷ} ・・・（３）
ｈ２＝Ｋ log（Ｉ） ・・・（４）

ここで、第１の管電圧による軟部組織の減弱係数μは一般に知られているため、ｈ１、ｈ２をそれぞれ画像から観測すれば、（３）、（４）式から被写体Ｐの体厚Ｗを算出することが可能である。

被写体領域と非被写体領域の抽出方法については、実施例１と同様の方法で実現できるため説明を省略する。

次に、ＣＰＵ８が記憶媒体９に記憶されたプログラムに従って、第１の画像から被写体の肋間コントラストを抽出する（Ｓ２０３）。抽出方法は様々考えられるが、本実施例では前述の非特許文献１の構造物のセグメンテーション法を利用して、肺野と肋骨の代表画像信号値を抽出し、その信号値差を肋間コントラストとして抽出する。

次に、ＣＰＵ８が記憶媒体９に記憶されたプログラムに従って、被写体Ｐの体厚と肋間コントラストから第２の管電圧を決定する（Ｓ２０４）。本実施例２では、記憶媒体９に記憶された図４に示す対応グラフ図を利用して、第２の管電圧を決定する。

図４に示す対応グラフ図は、様々な被写体Ｐの体厚と肋間コントラストに対して、それぞれ最適なエネルギサブトラクション画像が得られる第２の管電圧を、予め主観評価実験により求めて作成、記憶してある。

以降は実施例１と同様であり、ＣＰＵ８の指示に従い、管電圧制御部６がＸ線管球１に第２の管電圧を印加してＸ線を照射させることにより、第２の画像を取得する（Ｓ２０５）。第２の画像はＸ線検出器２の出力画像に対して、前処理部３により各種補正処理と対数変換を行った画像としてメモリ５に格納される。

最後に、ＣＰＵ８がメモリ４、５に格納された第１、第２の画像間の演算により、エネルギサブトラクション画像を得てメモリ１０に格納する（Ｓ２０６）。

このように実施例２によれば、第１の管電圧で撮影した第１の画像から、即座に被写体Ｐの体厚算出と肋間コントラスト抽出を行い、算出した被写体Ｐの体厚と抽出した肋間コントラストとに基づいて、第２の管電圧を速やかに決定する。これにより、異なる２つの管電圧による連続撮影を比較的短時間に行うことができ、その結果、適切な画質のエネルギサブトラクション画像を速やかに最小限の被爆線量で取得することができる。

１ Ｘ線管球
２ Ｘ線検出器
３ 前処理部
４、５、１０ メモリ
６ 管電圧制御部
８ ＣＰＵ
９ 記憶媒体

Claims (7)

1. 被写体にＸ線を照射するＸ線管球と、被写体のＸ線透過像を画像として取得するＸ線検出器と、第１の管電圧に対し、被写体の体厚又は／及び画像のコントラストに基づいて、第２の管電圧を決定する管電圧決定手段と、前記第１及び第２の管電圧によりＸ線の照射を行い、それぞれ第１、第２の画像を取得する画像取得手段と、前記第１、第２の画像から重み付け演算によりエネルギサブトラクション画像を生成するエネルギサブトラクション画像の生成手段とを備えたことを特徴とするエネルギサブトラクション画像撮影装置。
2. 被写体の体厚を算出する体厚算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギサブトラクション画像撮影装置。
3. 前記管電圧決定手段は予め定める前記第１の管電圧と前記体厚算出手段により求めた被写体の体厚に基づいて、前記第２の管電圧を決定することを特徴とする請求項２に記載のエネルギサブトラクション画像撮影装置。
4. 前記体厚算出手段は前記第１の画像の被写体領域の信号値と非被写体領域の信号値とに基づいて、被写体の体厚を算出することを特徴とする請求項３に記載のエネルギサブトラクション画像撮影装置。
5. 前記体厚算出手段は前記第１の画像の被写体の幅に基づいて、被写体の体厚を算出することを特徴とする請求項３に記載のエネルギサブトラクション画像撮影装置。
6. 前記画像のコントラストは少なくとも肋骨と肺野の肋間コントラストを含み、前記第１の画像から前記肋間コントラストを算出する肋間コントラストの算出手段を備え、前記管電圧決定手段は予め定める前記第１の管電圧と前記肋間コントラストとに基づいて、前記第２の管電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギサブトラクション画像撮影装置。
7. 前記体厚算出手段と前記肋間コントラストの算出手段を備え、前記管電圧決定手段は予め定める前記第１の管電圧と被写体の体厚と前記肋間コントラストとに基づいて、前記第２の管電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギサブトラクション画像撮影装置。

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