JP2015112482A - 二重エネルギーｃｔ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を正確に識別する。
【解決手段】本発明は、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別する方法に関する。この方法は、グループ分け対象画素を得るために、二重エネルギーＣＴ造影剤内の画素をフィルタリングするステップと、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内のグループ分け対象画素の位置に応じて、グループ分け対象画素を複数のグループにグループ分けするステップと、各画素グループ内の画素を物質分解するステップと、物質分解の結果に応じて、複数の画素グループ内において、石灰化部分に対応する画素を判定するステップとを含む。したがって、石灰化部分を正確に識別することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）に関し、特に、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像（ｄｕａｌ ｅｎｅｒｇｙ ＣＴ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｇｅｎｔ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｉｍａｇｅ）内の石灰化部分を識別する方法に関する。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）技術で得られたスキャン対象物体のスキャン画像は、濃度の異なる複数の画素を含む。画素の濃度が、スキャン対象の濃度に比例する。スキャン対象物体の、濃度の異なる複数の領域は、Ｘ線吸収レベルが異なる。したがって、ＣＴスキャン画像において、濃度の低い画素は、Ｘ線吸収レベルの低い、低濃度領域を示し、濃度の高い画素は、Ｘ線吸収レベルの高い、高濃度領域を示している。一般的には、ＣＴスキャン画像内の画素は、ＣＴ値（単位Ｈｕ）で表現される。例えば、より高いＸ線吸収レベルの物体または組織に対応する画素のＣＴ値は、より低いＸ線吸収レベルの物体または組織に対応する画素のＣＴ値よりも高く設定されている。例えば、骨組織に対応する画素のＣＴ値は、＋１０００Ｈｕに設定され、水に対応する画素のＣＴ値は、０Ｈｕに設定され、空気に対応する画素のＣＴ値は、−１０００Ｈｕに設定される、等である。

現在、従来技術では、二重エネルギーＣＴ技術が提案されている。二重エネルギーＣＴ技術によれば、スキャン対象が、２種類のエネルギーのＸ線でスキャンされ、スキャン対象の二重エネルギーＣＴスキャン画像が得られる。二重エネルギーＣＴスキャン画像に含まれる情報は、従来、スキャン対象をスキャンするために１種類のみのエネルギーのＸ線を用いる単一エネルギーＣＴ技術によって得られたスキャン画像に含まれる情報よりも高度である。

しかし、単一エネルギーＣＴスキャン画像、および二重エネルギーＣＴスキャン画像において、スキャン対象内の異なる物体が、同じまたは同様のＸ線吸収レベルであり得る。例えば、骨組織は、病気に起因する、血管その他の組織の石灰化部分と同じ、または同様のＸ線吸収レベルであり得、したがって、これらは、同じ、または同様のＣＴ値を有し得る。したがって、ＣＴスキャン画像において、同じ、または同様の濃度の画素で示される複数の物体を互いから区別することは困難である。

また、スキャン対象内の、異なる複数の物体を際立たせるために、ＣＴスキャンの前に、スキャン対象に造影剤が適用（例えば注入）される。造影剤が適用された、スキャン対象物体のＣＴスキャンは、ＣＴ造影剤強調されたスキャン（ＣＴ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｇｅｎｔ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ）とも呼ばれ、得られたＣＴスキャン画像は、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像と呼ばれる。

しかしながら、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の、造影剤に対応する画素のＣＴ値は比較的高い。そのため、画素はＣＴ造影剤強調されたスキャン画像において、高濃度、および高いＸ線吸収レベルを有する石灰化部分等に対応する画素から、造影剤に対応する画素を区別することは困難である。従来技術において、石灰化部分に対応する画素を識別するために、造影剤を適用する前のＣＴスキャン（プレインスキャン）によって得られたＣＴスキャン画像（プレインスキャン画像）を、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像（強化されたスキャン画像）と比較する方法がある。しかしながら、このような方法では、スキャン対象を２回ＣＴスキャンする必要がある。このため、スキャン対象のＸ線吸収線量が増加する。しかしながら、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の、造影剤に対応する画素のＣＴ値は、相対的に高い。そのため、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内において、高濃度、および高いＸ線吸収レベルを有する造影剤、および骨組織等に対応する画素から、石灰化部分に対応する画素を区別することは困難である。従来技術において、石灰化部分に対応する画素を識別するために、造影剤を適用する前のＣＴスキャン（プレインスキャン）によって得られたＣＴスキャン画像（プレインスキャン画像）を、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像（強化されたスキャン画像）と比較する方法がある。しかしながら、このような方法では、スキャン対象を２回ＣＴスキャンする必要がある。このため、スキャン対象のＸ線吸収線量が増加する。

このため、ＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別する方法が望まれている。

本発明の例示的な実施形態の目的は、従来技術における上記の問題点および／または他の問題点を克服することである。本発明の例示的な実施形態は、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化を正確に識別する方法を提供する。この方法は、グループ分け対象画素を取るために二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の画素をフィルタリングするステップと、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内のグループ分け対象画素の位置に応じて、グループ分け対象画素を複数のグループにグループ分けするステップと、各画素グループ内の画素を物質分解するステップと、物質分解の結果に応じて、複数の画素グループにおいて、石灰化部分に対応する画素を判定するステップとを含む。

本発明のより完全な理解は、添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって得ることができる。

例示的な一実施形態に係る、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別する方法のフローチャートを示す。 例示的な一実施形態に係る、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像の例を示す。 例示的な一実施形態に係る、スキャン画像のフィルタリングの例を示す。 例示的な一実施形態に係る、画素グループに対応する分解値散布図の一例を示す。 例示的な一実施形態によって、石灰化部分に対応すると判定された画素に、拡大アルゴリズムを適用した曲線図である。 例示的な一実施形態によって、低下させられたＣＴ値を有する画素を含む、処理されたスキャン画像の例を示す。

本発明の具体的な実行モードを以下に説明する。なお、実行モードの詳細な説明の過程で、簡潔に説明するために、本明細書では、実用的実行モードのすべての特徴を詳細に説明することは、不可能である。いずれかのエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトの処理と同様に、任意の１つの実行モードの具体的な実行処理において、開発者の特定の目標を達成し、システム関連またはビジネス関連の制約に従うために、様々な具体的な決定が頻繁に行われ、これによって、１つの実行モードが他の実行モードに変化するであろうことが理解されるべきである。また、開発過程においてなされた努力は、複雑で長い時間がかかる場合もあるが、本発明の開示内容に関係する当業者にとっては、本明細書で開示する技術内容に基づいて設計を行うには、本開示内容は、不十分であると考えられることはなく、変更部分の製造に用いられるのは従来の技術的手段のみであることが理解されるべきである。

特に定義しない限り、特許請求の範囲および明細書に用いられる技術用語や科学用語は、本発明の技術分野における当業者によって理解される通常の意味とする。本明細書および本発明の特許請求の範囲において用いられる「第１」、「第２」、および同様の表現は、順序付け、番号付け、または重要性を示すものではなく、異なる部品を区別するためにのみ使用される。単数形の表現は、数量制限を示すものではなく、少なくとも１つの存在を表現するためにのみ使用される。「備える」、「含む」、その他の同様の表現は、主語である要素や物体が、目的語として列挙された要素や物体、または同等の要素を含むことを意味するものであり、他の要素や物体を除外するものではない。「接続」、「結合」、その他の同様の表現の表現は、物理的な接続、または機械的な接続のいずれかに限定されるものでなく、さらに直接接続、または間接接続のいずれかに限定されるものでもない。

図１は、例示的な一実施形態に係る、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別する方法のフローチャートを示す。

図１に示すように、ステップＳ１１０では、スキャン対象（例えば、診断されるユーザ）の二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像をフィルタリングすることができる。図２は、例示的な一実施形態に係る、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像の例を示す。画像をフィルタリングする場合、図２に示される二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の各画素のＣＴ値が、基準ＣＴ値より大きいか否かを判定することができ、ＣＴ値が基準ＣＴ値よりも大きい画素は、フィルタリングされる画素と判定することができる。フィルタリングされた画素は、フィルタリング（後に詳述）の後にグループ分けされるので、フィルタリングされた画素は、グループ分け対象画素と呼ぶこともできる。ここで、基準ＣＴ値は、予め選択された値であってもよい。本例示的実施形態においては、造影剤、骨組織、および病気に起因する、血管その他の組織の石灰化部分に対応する画素を画像内のその他の画素から区別するために、基準ＣＴ値を１００Ｈｕとして選択してもよい。しかし、本実施形態はこれに限定されない。二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像は、複数の異なる基準値を用いてフィルタリングすることができる。例えば、ＣＴ値が基準ＣＴ値より小さい画素をグループ分け対象画素として判定してもよいし、ＣＴ値が第１基準ＣＴ値よりも大きく、かつ第２基準ＣＴ値より小さい画素をグループ分け対象画素として判定してもよい（ここで、第１基準ＣＴ値は第２基準ＣＴ値よりも小さい）。

図３は、例示的な一実施形態に係る、フィルタリングされたスキャン画像の例を示す。

図２に示すように、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像を、１００Ｈｕの基準ＣＴ値を用いてフィルタリングした後は、図３に示すような、グループ分け対象画素のみを含む、フィルタリングされたスキャン画像が得られる。図３の部分Ａは、骨組織に対応する画素であり得、部分Ｂは、造影剤（例えば、血液に含まれる造影剤）、および石灰化部分に対応する画素であり得る。

図１に戻り、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像をフィルタリングした後、フィルタリングによって得られたグループ分け対象画素をグループ分けすることができる（Ｓ１３０）。グループ分け対象画素は、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内のグループ分け対象画素の位置に応じて、自動的に、または手動で、複数の画素グループにグループ分けすることができる。例えば、グループ分け対象画素を自動的にグループ分けする際、１つのグループ分け対象画素がまず選択され（例えばランダムに選択される）、その後、選択されたグループ分け対象画素に隣接するグループ分け対象画素が、選択された画素と同じグループにグループ分けされてもよい。その後、グループ分け対象画素のすべてが、対応する画素グループにグループ分けされるまで、上記プロセスを繰り返すことができる。このように、位置が隣接するグループ分け対象画素同士を、自動的に同一の画素グループにグループ分けすることができる。

図１を参照すると、グループ分け対象画素をグループ分けした後、各画素グループ内の画素について物質分解することができる（Ｓ１５０）。二重エネルギーＣＴスキャン画像は、単一エネルギーＣＴスキャン画像によって提供される情報よりも高度な情報を提供することができるので、少なくとも２つの分解値が各画素に対して得られるような、物質分解を行うことができる。ここで、各画素の２つの分解値のそれぞれは、互いに異なる２種類の基本材料の等価な濃度値、または、二重エネルギーＣＴスキャンを行うために用いられる、互いに異なる２種類のエネルギーに対応するＣＴ値のいずれかとすることができる。各画素の２つの分解値のそれぞれが、水の等価な濃度値と、造影剤に含まれるヨウ化物の等価な濃度値である、例示的な実施形態について説明する。

図１に示すように、各画素グループ内の画素のＣＴ値を物質分解した後、物質分解の結果に応じて、複数の画素グループ内の石灰化部分に対応する画素を判定することができる（Ｓ１７０）。

具体的には、画素グループ内の各画素についての２つの分解値間の関係を示す分解値散布図は、各画素グループ内の画素の分解値に応じて形成することができる。図４は、例示的な一実施形態に係る図２の部分Ｂに対応する画素グループ（グループＢ）を示す分解値散布図を示している。また、各画素グループに対応する物体は、分解値散布図における、画素グループの各画素の位置に応じて、手動で、または自動的に判定することができる。例えば、図４に示す部分Ｂの分解値散布図では、ほとんどの画素は、横軸（水）約９５０ｍｇ／ｃｃ〜約１１００ｍｇ／ｃｃに限定され、縦軸（ヨウ素）約２ｍｇ／ｃｃ〜約２０ｍｇ／ｃｃに制限された領域に分布している。ただし、いくつかの画素が、領域外に分布し得る。図４に示すように、このような画素は、画素の大部分から延びるテール形状を形成し得る。このため、テール画素は石灰化部分に対応する画素であると、自動的に、または手動で判定することができる。

例えば、石灰化部分に対応する画素を自動的に判定する場合、まず、画素グループの分解値散布図内における石灰化部分に対応する特徴領域を判定し、その後、特徴領域内の画素を石灰化部分に対応する画素として判定することができる。このような特徴領域は、予め設定されてもよいし、分解値散布図内の画素の分布に応じて定められてもよい。例えば、図４に示すように、１１００ｍｇ／ｃｃより大きく（水）、２０ｍｇ／ｃｃより大きい（ヨウ素）領域を、石灰化部分に対応する特徴領域として定めることができる。

別の例示的な実施形態によれば、上述したように自動的に、または手動で石灰化部分に対応する画素を判定した後、拡大アルゴリズムを実行することができる。例えば、石灰化部分に対応すると判定された１つの画素を選択し、その後、選択された画素の、近傍の画素が、石灰化部分に該当するか否かを判定するために、選択された画素に拡大アルゴリズムを適用することができる。

具体的には、スキャン画像の画素が、Ｍ×Ｎのマトリクス状に配置されている場合、選択された１つの画素に１回目の拡大アルゴリズムを適用した後に新たに拡大された画素は、選択された画素を中心とした８画素であり得る（選択された画素を中心とする３×３画素のマトリクスの８個の周辺画素）。そして、選択された１つの画素に２回目の拡大アルゴリズムを適用した後に新たに拡大された画素は、選択された画素を中心とする５×５画素マトリクスの１６個の周辺画素であってもよい。また、新たに拡大された画素のそれぞれのＣＴ値の平均値を算出することができる。

この平均ＣＴ値が所定値よりも大きい場合には、これらの画素は石灰化部分に対応していると判定することができる。その後、新たに拡大された画素の平均ＣＴ値が所定値以下になるまで、次の拡大アルゴリズムを実施することができる。図５は、例示的な一実施形態にしたがって、石灰化部分に対応すると判定された画素に対して拡大アルゴリズムを適用して得られた画素の平均ＣＴ値の曲線図である。図５に示すように、４回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値は、所定値、例えば４０５Ｈｕより大きくはならない。このため、１〜３回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素は、石灰化部分に対応していると判定することができ、４〜６回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素は、石灰化部分に対応しないと判定される。

しかしながら、例示的な実施形態は、これに限定されるものではない。他の例示的な実施形態では、（Ｎ−１）回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値と、Ｎ回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値との差を計算し、差が所定値よりも小さい場合には、１〜（Ｎ−１）回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素は、石灰化部分に対応していると判定され得る。ここで、Ｎは１より大きい整数である。例えば、図５に示すような例示的な実施形態では、２回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値と、３回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値との差は、所定値（例えば、３０Ｈｕ）よりも大きくなり得る。一方、３回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値と４回目の拡大アルゴリズムによって得られる画素の平均ＣＴ値との差は、所定値（例えば、３０Ｈｕ）よりも小さくなり得る。このため、１〜３回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素は、石灰化部分に対応していると判定することができ、４〜６回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素は、石灰化部分に対応しないと判定される。

したがって、例示的な一実施形態によれば、石灰化部分を、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内において正確に識別することができる。

また、別の例示的な実施形態では、石灰化部分に対応する画素を判定した後、判定結果に応じて二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の画素のＣＴ値を変更することができる。例えば、石灰化部分に対応する画素の、近傍の画素のＣＴ値を低下させることができる。図６は、例示的な一実施形態にしたがって、ＣＴ値を低下させた画素を含む、処理後のスキャン画像の例である。図６に示すように、石灰化部分（図６にＣで示す部分）の、近傍の画素（例えば、造影剤に対応する画素）からの濃淡差を際立たせることができる。

例示的な一実施形態によれば、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別することができ、したがって、識別された石灰化の部分を強調表示することができる。また、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャンを１回のみ行うことによって石灰化部分を識別することができるので、スキャン対象に、造影剤強調されたスキャンを実行する前に、造影剤強調されないスキャンを実行する必要はない。したがって、スキャン実行時間と、スキャン対象（例えば、治療対象ユーザ）に照射されるＸ線の量を減少させることができる。

以上、いくつかの例示的な実施形態について説明した。しかしながら、これらの実施形態に対して種々の修正が行われ得ることを理解されたい。例えば、説明された技術が、異なる順序で実施された場合、および／または記載されたシステム、構造、装置、もしくは回路部が異なる形で組み合わせられた場合、および／または追加の部品を追加した場合、もしくは等価な部品に置換した場合でも、適切な結果を得ることができる。したがって、他の処理モードも、添付の特許請求の範囲に記載の保護範囲に含まれる。

Claims (12)

1. 二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の石灰化部分を識別する方法であって、
   グループ分け対象画素を得るために、前記二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の画素をフィルタリングするステップ（Ｓ１１０）と、
   前記二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の前記グループ分け対象画素の位置に応じて、前記グループ分け対象画素を複数のグループにグループ分けするステップ（Ｓ１３０）と、
   各画素グループ内の画素を物質分解するステップ（Ｓ１５０）と、
   前記物質分解の結果に応じて、前記複数の画素グループ内において、前記石灰化部分に対応する画素を判定するステップ（Ｓ１７０）とを含む、方法。
2. 前記フィルタリングするステップ（Ｓ１１０）が、
   前記画素のＣＴ値が基準ＣＴ値よりも大きいか否かを判定するステップと、
   前記基準ＣＴ値より大きいＣＴ値を有する画素を、グループ分け対象画素と判定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記グループ分け対象画素をグループ分けするステップ（Ｓ１３０）が、
   前記グループ分け対象画素のうち、互いに隣接する位置にある画素を、同一の画素グループにグループ分けするステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記石灰化部分に対応する画素を判定するステップ（Ｓ１７０）が、
   それぞれの前記画素グループ内の画素に関する前記物質分解の結果に応じて、前記画素グループ内のそれぞれの前記画素についての物質分解の結果同士の関係を示す分解値散布図を形成するステップと、
   前記分解値散布図における前記画素グループの画素の位置に応じて、前記画素が前記石灰化部分に対応するか否かを判定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記画素が、前記石灰化部分に対応するか否かを判定するステップが、
   前記分解値散布図において、前記石灰化部分に対応した特徴領域に位置する画素グループの画素を、前記石灰化部分に対応していると判定するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記画素が、前記石灰化部分に対応するか否かを判定するステップが、
   前記石灰化部分に対応していると判定された画素から、画素を選択するステップと、
   選択された前記画素に拡大アルゴリズムを適用して、選択された前記画素の近傍の画素が、前記石灰化部分に対応するか否かを判定するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
7. 選択された前記画素の近傍の画素が、前記石灰化部分に対応するか否かを判定するステップが、
   前記拡大アルゴリズムによって得られた画素の平均ＣＴ値が所定値よりも大きい場合には、該画素を前記石灰化部分に対応する画素として判定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 選択された前記画素の近傍の画素が、前記石灰化部分に対応するか否かを判定するステップが、
   Ｎを１より大きい整数としたときに、（Ｎ−１）回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素の平均ＣＴ値と、Ｎ回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素の平均ＣＴ値との差が所定値よりも小さい場合には、１〜（Ｎ−１）回目の拡大アルゴリズムによって得られた画素を前記石灰化部分に対応する画素として判定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
9. 画素の２つの特性値のそれぞれは、互いに異なる２種類の基本材料の等価な濃度値、または、二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像を取ることを目的として、二重エネルギーＣＴスキャンを行うために用いられる、互いに異なる２種類のエネルギーに対応するＣＴ値である、請求項３に記載の方法。
10. 前記基準ＣＴ値が、１００Ｈｕである、請求項１に記載の方法。
11. 前記石灰化部分に対応する画素の判定結果に基づいて、前記二重エネルギーＣＴ造影剤強調されたスキャン画像内の前記画素のＣＴ値を変更するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記画素のＣＴ値を変更するステップが、
    前記石灰化部分に対応する画素の、近傍の画素のＣＴ値を低下させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。