JP2013046774A - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デュアルエネルギー像を、操作者が診断しやすく表示するＸ線断層撮影装置を提供する。
【解決手段】第１エネルギー断層像と、第２エネルギー断層像に重み付け係数を乗算した後、両者を減算することにより得られたデュアルエネルギー像ＤＩを表示する画像表示部であって、特定物質毎の関心領域ＲＯＩを、表示画面上で特定する関心領域特定部２３と、前記デュアルエネルギー画像ＤＩを表示させながら、前記関心領域ＲＯＩにおける画素値がゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内となるように調整し、前記関心領域ＲＯＩにおける画素値がゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内となったときの重み係数を、前記関心領域に係る特定物質を消去するための重み付け係数として決定する重み付け係数決定部２５と、決定された重み付け係数を用いて、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再構成するデュアルエネルギー像画像再構成部２２を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線断層撮影技術に係り、特にデュアルエネルギー撮影に係るＸ線断層撮影装置に関する。

デュアルエネルギー撮影は、異なる２つのエネルギースペクトルを有するＸ線によって取得された被写体のＸ線投影データに基づいて、被検体の特定物質を強調した画像を取得できる。つまり、高エネルギーＸ線で得られた画像と低エネルギーＸ線で得られた画像との加算減算処理を行うことにより骨や石灰化病変をわかりやすく表示したデュアルエネルギー像、あるいは軟部組織をわかりやすく表示したデュアルエネルギー像などを得ることができる。

デュアルエネルギー撮影を行うために、Ｘ線撮像装置が照射するＸ線の管電圧をスキャンごとに高電圧と低電圧とに交互に切り替えたり、Ｘ線エネルギーを変化させるためにＸ線フィルタを入れ替えたりすることにより高エネルギーＸ線で得られた投影データと低エネルギーＸ線で得られた投影データとを得ている。たとえば特許文献１は、高エネルギーＸ線で得られた画像と低エネルギーＸ線で得られた画像とに基づいて、骨の画像または軟部組織の画像を表示させる発明を開示している。この際に、骨の画像または軟部組織の画像を得るために、骨などの原子（カルシウム）などに応じて所定の重み付け係数を使用している。
特開２００３−２４４５４２

しかしながら、骨の画像または軟部組織の画像を得るための加重減算処理に使用される重み付け係数は、被検体の大きさの違い、被検体の個体差によるＸ線吸収係数の違いから、必ずしも一定ではない。一定の重み付け係数を使用して、被検体の大きさの違いなどの影響を考慮しないままデュアルエネルギー像で診断してしまっては、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。

そこで、本発明の目的は、被検体ごとおよび被検体の領域ごとに適切な重み付け係数を設定できるようにするＸ線断層撮影装置を提供することにある。また、適切な重み付け係数を用いて、定量的にかつ視覚的にわかりやすい画像を表示できるＸ線断層撮影装置を提供することにある。

第一観点のＸ線断層撮影装置は、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第１エネルギー断層像と、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エネルギー投影データもしくは第２エネルギー断層像とについて、被検体に含まれる特定の材料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Ｘ線断層撮影装置である。そして、上記目的を達成するために、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像比較情報を算出する画像比較情報算出部と、関心領域を特定する関心領域特定部と、関心領域における画像比較情報が、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重み付け係数決定部と、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、画像比較情報算出部において用いられた第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について、荷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。
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。

第二観点のＸ線断層撮影装置の画像比較情報算出部は、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減算処理により比較画像を画像再構成し、該比較画像の画像特徴量を画像比較情報として算出する。
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。

第三観点のＸ線断層撮影装置は、第二の観点において、比較画像を表示する画像表示部をさらに備え、関心領域特定部が、画像表示部において表示された比較画像に基づいて関心領域を特定可能である。
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。

第四観点では、第二、第三観点において、Ｘ線断層撮影装置が、重み付け係数の変化に連動して変化する画像特徴量を表示する画像特徴量表示部をさらに備え、重み付け係数決定部が、表示された画像特徴量の変化を目視しながら、重み付け係数を手動で変更可能なを備える。
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。

第五観点のＸ線断層撮影装置は、第四観点において、画像特徴量が比較画像における関心領域内の画素における画素値の平均値または中央値であり、重み付け係数決定部は、画像特徴量が、ゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内となった場合の重み付け係数を、該関心領域の重み付け係数として決定する。
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。

第六観点のＸ線断層撮影装置の画像比較情報算出部は、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を画像比較情報として算出し、関心領域特定部が、画素値の比が同等の領域を関心領域として抽出する。
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。

第七観点のＸ線断層撮影装置の重み付け係数決定部は、第六観点において、関心領域における第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のピーク値に基づき、重み付け係数として決定する。
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。

第八観点のＸ線断層撮影装置では、関心領域を着色し、第１エネルギー断層像または第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。

第九観点のＸ線断層撮影装置では、第八観点において、着色表示部は、同じ被検体の異なる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。

第十観点のＸ線断層撮影装置は、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。

本発明によれば、操作者は、デュアルエネルギー像を診て診断する際に、デュアルエネルギー像を得るために必要な重み付け係数を、正確に把握することができる。このため、デュアルエネルギー像の撮影で診断したい特定物質（原子）、たとえば、被検体内の造影剤、脂肪、またはカルシウムを、正確に認識して診断することができる。

本実施形態に係る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の動作フローチャートである。 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。 （ａ）は、被検体ＨＢを三次元画像で表した図であり、（ｂ）は、（ａ）のｘｚ面である。 （ａ）は、手動で重み付け係数を設定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。 操作者が手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。 （ａ）は、自動で重み付け係数を設定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。 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で割った比を横軸に、画素数を縦軸にとったヒストグラムである。 デュアルエネルギー像ＤＩの着色について説明する図である。 低エネルギーと高エネルギーとのＸ線による、脂肪、カルシウムおよびヨードの断層像の画素値の比の関係を示した図である。

＜Ｘ線断層撮影装置の構成＞
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。

多列Ｘ線検出器１０３は、シンチレータおよびフォトダイオードで構成される。この多列Ｘ線検出器１０３は、同時に複数スライス（複数列）分の投影データを検出できるように、回転リング１０２の回転軸と略平行なＺ方向に沿って複数列に配列されている。また、多列Ｘ線検出器１０３は、Ｘ線管１０１の焦点を中心として円弧状に形成された多チャンネルの形状である。なお、回転軸に平行なＺ方向を“スライス方向”と称し、またＸ線検出素子列の円弧の方向を“チャンネル方向”と称する。多列Ｘ線検出器１０３には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。このデータ収集回路１０４には、多列Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。データ収集回路１０４からのディジタル信号は、データ転送装置１０５を介して画像処理装置２０に送られる。

操作コンソール側は、Ｘ線管に電圧を供給する高電圧・低電圧発生器５１が備えられている。高電圧・低電圧発生器５１は、周期的に高電圧および低電圧を発生させ、Ｘ線管１０１にスリップリング１１３を介して高電圧および低電圧を供給する。

操作コンソール側のスキャンコントローラ５３は、アキシャルスキャン、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャンなどの複数のスキャンパターンを実行する。アキシャルスキャンとは、寝台１０９をＺ軸方向に所定ピッチ移動するごとにＸ線管１０１及びＸ線検出部１０３を回転機構１１１で回転させて投影データを取得するスキャン方法である。ヘリカルスキャンとは、Ｘ線管１０１及びＸ線検出部１０３とが回転している状態で寝台１０９を所定速度で移動させ、投影データを取得するスキャン方法である。可変ピッチヘリカルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管１０１及びＸ線検出部１０３を回転機構１１１で回転させながら寝台１０９の速度を可変させて投影データを取得するスキャン方法である。スキャンコントローラ５３は、高電圧・低電圧発生器５１に同期して回転機構１１１を駆動させ、データ収集回路１０４で周期的に投影データを収集させる等のスキャンに関わるコントロールを統括している。

画像処理装置２０は、画像再構成部２１と、デュアルエネルギー像再構成部２２とを有している。
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。

デュアルエネルギー像再構成部２２は、高エネルギースペクトルの投影データＨＤと低エネルギースペクトルの投影データＬＤとのいずれか一方または両方の画像から重み付け係数を乗算し、両投影データを差し引き、その加重減算の投影データを画像再構成することによりデュアルエネルギー像ＤＩを得る。また、デュアルエネルギー像再構成部２２は、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とのいずれか一方または両方の画像から重み付け係数を掛け、両画像を差し引くことによりデュアルエネルギー像ＤＩを画像再構成することも可能である。デュアルエネルギー像ＤＩについては図３で後述する。

入力装置５５は、操作者の入力を受け付けるキーボードまたはマウスで構成される。
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。

＜Ｘ線断層撮影装置の動作＞
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Ｓ１１では、被検体を寝台１０９に乗せ位置合わせを行う。寝台１０９の上に乗せられた被検体は各部位の基準点にガントリ１００のスライス中心位置を合わせる。そして、スカウト像（スキャノ像、Ｘ線透視像ともいう。）収集を行う。スカウト像は被検体の体の大きさによって成人または子供の２種類のスカウト像が撮影できるようになっており、さらに通常０度，９０度で撮影することができる。部位によってはたとえば頭部のように、９０度スカウト像のみの場合もある。スカウト像撮影では、Ｘ線管１０１と多列Ｘ線検出器１０３とを固定させ、寝台１０９を直線移動させながらデータ収集動作を行う。

ステップＳ１２では、操作者は、ディスプレイ６０に映ったスカウト像に、入力装置５５のキーボードなどを使って、断層像撮影を行う断層像の位置・範囲を設定する。このときに、アキシャルスキャン、ヘリカルスキャン、シネスキャン、可変ピッチヘリカルスキャンまたはヘリカルシャトルスキャンなどの設定も行う。なお、可変ピッチヘリカルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管１０１および多列Ｘ線検出器１０３を回転させながら寝台１０９動かしながらＸ線投影データを収集する撮影方法で、その際に速度を可変させる方法である。ヘリカルシャトルスキャンとは、Ｘ線管１０１および多列Ｘ線検出器１０３を回転させながら寝台１０９を加速・減速させて、ｚ軸の正方向またはｚ軸の負方向に往復移動させてＸ線投影データを収集するスキャン方法である。

ステップＳ１３では、断層像撮影条件の設定またはデュアルエネルギー像ＤＩの撮影条件の設定を行う。Ｘ線管１０１が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線とを被検体ＨＢに照射するため、たとえば高電圧と低電圧とをそれぞれ１４０ｋＶ、８０ｋＶに設定する。また、できるだけ位置ずれが生じないように、回転機構１１１の回転に応じて高電圧のＸ線と低電圧のＸ線が交互に照射する設定を行う。たとえばＸ線管１０１は、Ｘ線管１０１の一回転毎に高電圧と低電圧とが交互に繰り返される設定、または短期間のパルス毎に高電圧と低電圧とが交互に繰り返される設定などを行う。

さらに、ステップＳ１３では、デュアルエネルギー像ＤＩの撮影で診断したい特定物質（原子）を設定する。たとえば、被検体内の造影剤、脂肪、またはカルシウムなどを設定する。また、画像再構成を行う際のフィルタ関数、Kernel関数などを設定する。これら設定された条件は、記憶装置５９に記録される。なお、本実施形態では、電圧により高エネルギースペクトルと低エネルギースペクトルとを発生させているが、Ｘ線コーンビーム中にフィルタを挿入することによりエネルギースペクトルを変化させてもよい。

ステップＳ１４ないしステップＳ２０では、断層像撮影を行う。
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Ｓ１５では、低エネルギー投影データＬＤ０(view，j，i）および高エネルギー投影データＨＤ０(view，j，i)に対して前処理を行う。具体的には、オフセット補正を行い、対数変換を行い、Ｘ線線量補正を行い、そして感度補正を行う。
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Ｓ１８では、画像再構成部２１が再構成関数重畳処理を行う。すなわち、Ｘ線投影データＤを周波数領域に変換するフーリエ変換（Fourier Transform）を行い、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。再構成関数重畳処理では、再構成関数Kernel（j）重畳する
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。

ステップＳ２１では、再構成された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とをディスプレイ６０に表示する。
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。

＜デュアルエネルギー像ＤＩの画像再構成＞
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の上段は、図２のステップＳ１４で説明したように、まず、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を求める。

次に、画像再構成部２１は、この低エネルギー投影データＬＤおよび高エネルギー投影データＨＤから、図２で説明したステップＳ１５からステップＳ２０の処理を行い、低エネルギースペクトルの断層像ＬＴおよび高エネルギースペクトルの断層像ＨＴを画像再構成する。
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。

なお、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とからディアルエネルギー像ＤＩを得るのではなく、低いＸ線管電圧で収集されたＸ線投影データＬＤと高いＸ線管電圧で収集されたＸ線投影データＨＤとを加重減算処理し、加重減算処理されたＸ線投影データを画像再構成してデュアルエネルギー像ＤＩを求めることもできる。

図４（ａ）は、被検体ＨＢを三次元画像で表した図であり、（ｂ）は、（ａ）のｘｚ面である。
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

図４（ｂ）で示すコロナル画像３３は、（ａ）のコロナル面（ｘｚ面）３３で切った画像であり、このように任意のコロナル面のデュアルエネルギー像ＤＩを得ることが可能となる。また、図示しないが、サジタル面（ｙｚ面）３４のデュアルエネルギー像ＤＩを得ることも可能であり、斜め方向を含む任意方向の断面でもデュアルエネルギー像ＤＩを得ることも可能である。操作者は、診断に適したデュアルエネルギー像ＤＩを適宜使い分けることができる。

＜重み付け設定法＞
＜＜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。

手動により重み付け係数を設定する際には、図５（ａ）に示すように、画像処理装置２０は、画像再構成部２１と、デュアルエネルギー像再構成部２２と、第一関心領域特定部２３−１と、第一画像比較情報算出部２４−１と、重み付け係数調整部２５−１と、画像特徴量表示部２７と、着色表示部２８とから構成される。画像再構成部２１およびデュアルエネルギー像再構成部２２はすでに上述したので、説明を割愛する。

第一関心領域特定部２３−１は、ディスプレイ６０に表示された、後述の第一画像比較情報算出部２４−１において得られた比較画像の部位の一部を、操作者が確認したい関心領域ＲＯＩとして特定することができる。入力装置５５の一つであるマウスで、操作者は関心領域ＲＯＩを任意に設定する。

第一画像比較情報算出部２４−１は、まず、低エネルギーのＸ線投影データＬＤもしくは低エネルギーの断層像ＬＴと、高エネルギーのＸ線投影データＨＤもしくは高エネルギーの断層像ＨＴとの減算処理によって得られる比較画像を画像再構成する。この比較画像は、原子または材料によってあらかじめ決定された重み付け係数をいずれか一方または両方に乗算して両者を減算したものであってもよく、また、重み付け係数を掛けない差分画像であってもよい。なお、比較画像の画像再構成は、デュアルエネルギー像再構成部２２において実施しても良い。次に、前記比較画像について、第一関心領域特定部２３−１で特定した関心領域ＲＯＩについて、画像特徴量を算出する。なお、画像特徴量の算出は、比較画像全体について行った後、関心領域ＲＯＩの情報のみ抽出してもよく、関心領域ＲＯＩのみに対して算出してもよい。さらに、画像特徴量は、関心領域ＲＯＩで特定した画素の平均値または中央値を含む。なお、画素の中央値とは、設定された関心領域ＲＯＩ内の画素値の中間の画素値である。

重み付け係数調整部２５−１は、操作者がデュアルエネルギー像ＤＩを得る際に使われる重み付け係数を調整できるための調整部である。操作者は高エネルギーの投影データＨＤもしくは高エネルギーの断層像ＨＴと、低エネルギーの投影データＬＤもしくは低エネルギーの断層像ＬＴとの少なくとも一方または両方に乗算される重み付け係数を決定する。
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。

着色表示部２８は、同じ原子物質、つまり同じＸ線吸収率を有する物質を同じ色に、異なる原子物質は異なる色に着色するようにする。具体的には、脂肪、カルシウム、ヨード造影剤と特定された画素を、それぞれ赤色、青色、緑色などに着色し、ディスプレイ６０に表示する。

第一関心領域特定部２３−１は、図５（ｂ）に示す関心領域設定のための画面をディスプレイ６０に表示する。操作者は、入力装置５５のマウスなどにより、ディスプレイ６０に表示された比較画像の一部に関心領域ＲＯＩ１を設定する。この関心領域ＲＯＩ１の大きさは、任意に特定することができ、所定の大きさまたは円形状に限られない。図５では関心領域ＲＯＩ１が心臓に特定されている。この関心領域ＲＯＩ１が特定されると、第一画像比較情報算出部２４−１は関心領域ＲＯＩ１の画素の画像特徴量１６５を算出する。画像特徴量表示部２７は、算出した結果を図５に示すように、デュアルエネルギー像ＤＩの周囲にＭ７．１と表示する。画像特徴量１６５が比較画像の関心領域ＲＯＩ１の平均値であればＭ３．０などが表示され、比較画像の関心領域ＲＯＩ１の中央値であればＣ３．０と表示される。平均値または中央値のどちらを使用するかは、操作者が選択できる。

次に操作者は画像特徴量１６５の値がゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内に入るよう、重み付け係数調整部２５−１、具体的にはスライダーバーを左右に移動させる。スライダーバーの下には指標１６３が表示されている。指標１６３は、重み付け係数αを示している。つまり、操作者がスライダーバーを使って重み付け係数（以降、前述の重み付け係数αを用いて説明する。）を任意に調整できるようにしている。指標１６３は、重み付け係数０から３までが表示されているが、Ｘ線管１０１の管電圧１４０ｋＶと管電圧８０ｋＶとを使用してデュアルエネルギー像ＤＩを表示する際には、０．５から２．５まであれば十分である。図５に示したスライダーバー１６１は０．９を示している。高エネルギーのＸ線と低エネルギーのＸ線との組み合わせによって指標１６３が自動的に変更するようにしてもよい。また、図５では、スライダーバー１６１を示しているが、入力装置５５の一つであるキーボードで直接重み付け係数αを入力するようにしてもよい。

操作者がスライダーバーを使って重み付け係数αを調整すると、その調整に伴う重み付け係数αによって、第一画像比較情報算出部２４−１は関心領域ＲＯＩ１の画素の画像特徴量１６５を再計算する。また、デュアルエネルギー像再構成部２２は、調整された重み付け係数αで比較画像を画像再構成し、デュアルエネルギー像ＤＩも同時に変化する。操作者は、画像特徴量１６５がゼロまたはゼロから所定範囲に入ったかを画像特徴量表示部２７に表示される画像特徴量を確認し、または比較画像を確認しながら、スライダーバーを使って重み付け係数αを調整する。重み付け係数αの調整ができたら、操作者はセットボタン１６２を押して、手動による重み付け係数の設定を終了できるようにしている。セットボタン１６２を押した時点で、関心領域ＲＯＩ１の枠（図５（ｂ）中の点線）は消える。さらに、色ボタン１６４を押せば、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のいずれか一方の画像に重ねて、着色表示部２８が関心領域ＲＯＩ１と同じくゼロまたはゼロから所定範囲内の画素を着色する。たとえば、関心領域ＲＯＩ１でヨード造影剤がゼロとなった際には、ヨード造影剤が入っている心臓、大動脈および血管などが赤色に着色される。

操作者は、ディスプレイ６０に表示された比較画像の関心領域ＲＯＩ１だけでなく、別の関心領域ＲＯＩ２を設定することもできる。第一関心領域特定部２３−１は、図５において背骨部分を関心領域ＲＯＩ２の枠（図５（ｂ）中の一点鎖線）として特定している。そして、操作者は、上述したように関心領域ＲＯＩ２の画像特徴量１６５をゼロまたはゼロから所定範囲に入るようにスライダーバー１６１を調整する。操作者は、すべての設定が終わって別の画面に切り替える際には、リターンボタン１６７を押す。

図６は、図５で説明した操作者が手動で適切な重み付け係数を調整するためのフローチャートである。つまり、操作者が手動で適切な重み付け係数を調整するためのフローチャートである。

ステップＳ４１において、図４で示したように、診断したい任意の断面の比較画像をディスプレイ６０に表示させる。
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Ｓ４３では、第一画像比較情報算出部２４−１が関心領域ＲＯＩ内の画素の画像特徴量１６５を算出する。すなわち、比較画像の画素値の平均値を求めることで画像特徴量１６５が求まり、その画像特徴量１６５が画像特徴量表示部２７に表示される。

ステップＳ４４では、操作者が、画像特徴量表示部２７に表示された画像特徴量１６５を目視しながら、重み付け係数調整部２５−１、たとえばスライダーバーを使って重み付け係数αを調整する。
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Ｓ４６において、画像特徴量１６５がゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内に入ったら、操作者はセットボタン１６２を押して、関心領域ＲＯＩの重み付け係数αを固定する。
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。

＜＜自動による重み付け係数の設定方法＞＞
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。

自動で重み付け係数を設定する際には、図７（ａ）に示すように、画像処理装置２０は、画像再構成部２１と、デュアルエネルギー像再構成部２２と、第二関心領域特定部２３−２と、第二画像比較情報算出部２４−２と、重み付け係数決定部２５−２と、着色表示部２８とから構成される。画像再構成部２１およびデュアルエネルギー像再構成部２２はすでに上述したので、説明を割愛する。

第二画像比較情報算出部２４−２は、低エネルギーの断層像ＬＴの各画素（５１２＊５１２）を高エネルギースペクトルの断層像ＨＴの各画素で割った値、または高エネルギースペクトルの断層像ＨＴの各画素を低エネルギーの断層像ＬＴの各画素で割った値を算出する。画素値の比を算出することで、第二画像比較情報算出部２４−２は、横軸に画素値の比、縦軸に画素数としたヒストグラム分布を測定する。

第二関心領域特定部２３−２は、測定されたヒストグラム分布の画素値の比から、同等の画素比を有する領域を関心領域として抽出する。具体的には、第二関心領域特定部２３−２は、ヒストグラム分布のピーク値周辺の同等の画素値の比の画素を関心領域としている。
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。

着色表示部２８は、同じ関心領域に対して同じを同じ色に、異なる関心領域は異なる色に着色するようにする。具体的には、脂肪、カルシウム、ヨード造影剤と特定された画素を、それぞれ赤色、青色、緑色などに着色し、ディスプレイ６０に表示する。

ステップＳ５１において、その任意断面の低いエネルギースペクトルのＸ線断層像ＬＴおよび高いエネルギースペクトルのＸ線断層像ＨＴを記憶装置５９から読み出す。
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Ｓ５４では、第二関心領域特定部２３−２が、しきい値ＳＨ１を越える画素数の分布があるか否かを判断することで、しきい値ＳＨ１を越える画素数の分布に基づいて関心領域を特定する。図８において、しきい値ＳＨ１が所定の位置に設定してある。図８において、ピークＰ１、ピークＰ２、ピークＰ３およびピークＰ５がしきい値ＳＨ１を越えている。このため、しきい値ＳＨ１を越える画素数の分布が４箇所あることになる。しきい値を越えた箇所のピークは、ヒストグラムの分布を微分するなどして、特定することが可能となる。一方、ピークＰ４はしきい値ＳＨ１を越えていない。ノイズ、アーチファクトまたは位置ずれなどの影響で生じたピークＰ４を排除することができる。第二関心領域特定部２３−２が、このような処理を行って画素値の比が同等の領域を関心領域として抽出する。しきい値ＳＨ１を越えるピークＰが一つ以上あればステップＳ５５に進み、しきい値ＳＨ１を越えるピークＰがない場合にはステップＳ５７へ進む。

ステップＳ５５では、第二関心領域特定部２３−２が抽出したピークＰ１、ピークＰ２、ピークＰ３およびピークＰ５、すなわち画素値の比が同等の特定物資に対して、重み付け係数決定部２５−２が、その特定物質の重み付け係数αを固定する。
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。

ステップＳ５７に進めば、第二関心領域特定部２３−２がピーク値を抽出できなかったことになるので、しきい値ＳＨ１を下げる。そして、ステップＳ５４に戻りしきい値ＳＨ１を越える画素数の分布があるか否かを判断する。
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。

＜デュアルエネルギー像ＤＩの物質の着色例＞
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。

このカラーマップ９０の横軸は、重み付け係数αであるため、操作者が認識しやすいように、脂肪（α＝０．８）、水（α＝１．０）、カルシウム（α＝１．４５）、およびヨード造影剤（α＝１．９）と特定された画素を、それぞれ赤色、青色、黄色および緑色に着色している。たとえばカラーマップのグラフ９１は、重み付け係数αが０．９５から１．４０の範囲を同じ色に割り当てている。着色表示部２８は、色を変えたいときは、ディスプレイ６０に表示されたカラーマップのグラフ９１をマウスでドラッグして矢印９３の方向に上下に移動して、点線のように移動させれば色相を変えることができる。また、重み付け係数αが１．００から１．４０の範囲を同じ色に割り当てたい場合には、グラフ９１をマスクでドラッグして矢印９５の方向に左右に移動して、点線のように移動させれば同じ色の範囲を変えることができる。

また、水からカルシウムへの色の変化は、グラフ９１の部分９５で示すように色相がまったく異なるようになっている。しかし、カルシウムからヨード造影剤への色の変化は、グラフ９１の部分９７で示すように色相が徐々に変わるようになっている。図９で直線的に変化しか示していないが、非線形の色相変化を設定してもよい。
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。

本発明によれば、デュアルエネルギー像ＤＩで特定物質の重み付け係数αを手動または自動で正確に設定することができる。そして、その特定物質を簡易に着色してディスプレイ６０に表示することができる。このため操作者は正確なデュアルエネルギー像ＤＩをみて診断することができる。なお、実施形態では、脂肪、水、カルシウム、ヨード造影剤などに注目して説明したが、他の物質に注目しても良いことは言うまでもない。

本実施形態における画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による三次元画像再構成法でもよい。本実施形態では、特に特定のスキャン形式に限定されない。つまり、アキシャルスキャン、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンの場合でも同様の効果を出すことができる。また、走査ガントリの傾斜について限定されない。すなわち、いわゆるチルト・スキャンの場合でも同様な効果を出すことができる。また、本実施形態を、生体信号、特に心拍信号に同期させて画像再構成する心拍画像再構成にも適用することができる。

１０ … Ｘ線断層撮影装置
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 (2)

1. 被検体の、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、前記被検体の、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、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得られたデュアルエネルギー像を表示する画像表示部であって、前記重み付け係数の変更に伴い当該デュアルエネルギー像も変更して表示する画像表示部と、
   前記画像表示部に表示されたデュアルエネルギー像上の特定物質毎の関心領域を、表示画面上で特定する関心領域特定部と、
   前記デュアルエネルギー画像を表示させながら、前記関心領域における画素値がゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内となるように調整し、前記関心領域における画素値がゼロまたはゼロ近傍の所定範囲内となったときの重み係数を、前記関心領域に係る特定物質を消去するための重み付け係数とし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。
2. 前記関心領域における画素値は、前記関心領域に含まれる画素の画素値の平均値又は中央値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。