JP2015136461A - 画像処理装置および造影組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】造影剤の分布を正確に特定可能な画像処理装置および造影組成物を提供する。【解決手段】第１エネルギーにおける第１Ｘ線ＣＴ画像と、第１エネルギーより大きい第２エネルギーにおける第２Ｘ線ＣＴ画像と、第２エネルギー以上の大きさの第３エネルギーにおける第３Ｘ線ＣＴ画像と、第３エネルギーより大きい第４エネルギーにおける第４Ｘ線ＣＴ画像を取得する取得部と、第１Ｘ線ＣＴ画像と第２Ｘ線ＣＴ画像の間の第１差分画像、および第３Ｘ線ＣＴ画像と第４Ｘ線ＣＴ画像の間の第２差分画像を検出する検出部と、第１差分画像と第２差分画像を重ね合わせて重複画像を形成する抽出部とを有する画像処理装置と、少なくとも第１エネルギーと第２エネルギーとの間にＫ吸収端を有する造影組成物と第３エネルギーと第４エネルギーとの間にＫ吸収端を有する造影組成物とを含む造影組成物。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、画像処理装置および造影組成物に関する。

今日において、フォトンカウンティング（Photon Counting）方式の検出器を用いたフォトンカウンティングＣＴ装置（ＣＴ：Computed Tomography）が知られている。フォトンカウンティング方式の検出器は、積分型の検出器と異なり、被検体を透過したＸ線光子を個々に計数可能な信号を出力する。従って、フォトンカウンティングＣＴ装置は、ＳＮ比（signal to noise ratio）の高いＸ線ＣＴ画像の再構成が可能となる。

また、フォトンカウンティング方式の検出器が出力した信号は、Ｘ線光子のエネルギーの計測（弁別）に用いることができる。従って、フォトンカウンティングＣＴ装置では、１種類の管電圧のＸ線を曝射することで収集された投影データを、複数のエネルギー成分に分けて画像化することができる。

ここで、フォトンカウンティングＣＴ装置、および積分型の検出器が設けられた従来のＸ線ＣＴ装置は、造影剤でコントラストを上げて所望の部位のＸ線ＣＴ画像を得る。

しかし、積分型の検出器が設けられた従来のＸ線ＣＴ装置は、１種類の造影剤を用いて撮像したＸ線ＣＴ画像から造影剤の分布を正確に特定することが困難であった。

なお、いわゆるデュアルＸ線ＣＴ装置の場合、それぞれＸ線エネルギーが異なる２種類のＸ線源に対応するＸ線ＣＴ画像を取得する。そして、デュアルＸ線ＣＴ装置は、重み付け処理、減算処理および加算処理等を用いて、各Ｘ線ＣＴ画像から造影剤が集積している部位のＸ線ＣＴ画像の弁別を図る。しかし、デュアルＸ線ＣＴ装置の場合、２種類のＸ線源に対応するＸ線ＣＴ画像を用いているとは言え、各Ｘ線ＣＴ画像は、同じ１種類の造影剤を用いて撮像されたものである。このため、デュアルＸ線ＣＴ装置の場合も、上述と同様に、造影剤の分布を正確に特定することは困難となる。

特開２００１−２０９１４２号公報 特開２０１０−０２５７１１号公報 特開２００４−０６４６３７号公報

本発明が解決しようとする課題は、造影剤の分布を、より正確に特定可能な画像処理装置および造影組成物を提供することである。

実施形態によれば、取得部が、第１エネルギーにおける第１Ｘ線ＣＴ画像と、第１エネルギーより大きい第２エネルギーにおける第２Ｘ線ＣＴ画像と、第２エネルギー以上の大きさの第３エネルギーにおける第３Ｘ線ＣＴ画像と、第３エネルギーより大きい第４エネルギーにおける第４Ｘ線ＣＴ画像を取得し、検出部が、第１Ｘ線ＣＴ画像と第２Ｘ線ＣＴ画像の間の第１差分画像、および第３Ｘ線ＣＴ画像と第４Ｘ線ＣＴ画像の間の第２差分画像を検出する。そして、抽出部が、第１差分画像と第２差分画像を重ね合わせて重複画像を形成する。

図１は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図である。 図２は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置に設けられている検出器の平面図である。 図３は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置のコンソール装置のハードウェア構成図である。 図４は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置のコンソール装置に設けられている再構成部の機能ブロック図である。 図５は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置の撮像動作の流れを示すフローチャートである。 図６は、２種類の造影剤のＫ吸収端を示すグラフである。 図７は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置において、２種類の造影剤のＫ吸収端に対応するＸ線ＣＴ画像の一例を示す図である。 図８は、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置において、２種類の造影剤のＫ吸収端に対応するＸ線ＣＴ画像の他の例を示す図である。

以下、画像処理装置および造影組成物を適用した実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置を、図面を参照して詳細に説明する。

フォトンカウンティングＣＴ装置は、被検体を透過したＸ線光子を、フォトンカウンティング方式の検出器を用いて計数することで、ＳＮ比の高いＸ線ＣＴ画像データを再構成する。Ｘ線源から発生した個々のＸ線光子は、様々なエネルギーを有する。フォトンカウンティングＣＴ装置は、Ｘ線光子のエネルギー値の計測を行うことで、被検体を透過したＸ線のエネルギー成分の情報を得る。フォトンカウンティングＣＴ装置は、１種類の管電圧でＸ線管を駆動して収集された投影データを複数のエネルギー成分に分けて画像化する。

図１に、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す。図１に示すように、フォトンカウンティングＣＴ装置は、架台装置１０と、寝台装置２０と、コンソール装置３０とを有する。

架台装置１０は、照射制御部１１と、Ｘ線発生装置１２と、検出器１３と、収集部１４と、回転フレーム１５と、駆動部１６とを有する。架台装置１０は、被検体ＰにＸ線を曝射し、被検体Ｐを透過したＸ線を計数する。なお、架台装置１０の各部１１〜１６のうち、一部または全部をソフトウェアで構成してもよい。

回転フレーム１５は、Ｘ線発生装置１２と検出器１３とを被検体Ｐを挟んで対向するように支持している。回転フレーム１５は、後述する駆動部１６によって、被検体Ｐを中心とした円軌道にて高速に回転する円環状のフレームである。

Ｘ線発生装置１２は、Ｘ線管１２ａと、ウェッジ１２ｂと、コリメータ１２ｃとを有する。Ｘ線発生装置１２は、Ｘ線を発生して被検体Ｐへ曝射する装置である。Ｘ線管１２ａは、後述するＸ線発生装置１２から供給される高電圧により、被検体ＰにＸ線を曝射する真空管である。Ｘ線管１２ａは、回転フレーム１５の回転に従って回転しながら、被検体Ｐに対してＸ線ビームを曝射する。Ｘ線管１２ａは、ファン角およびコーン角を持って広がるＸ線ビームを発生する。

ウェッジ１２ｂは、Ｘ線管１２ａから曝射されたＸ線のＸ線量を調節するためのＸ線フィルタである。具体的には、ウェッジ１２ｂは、Ｘ線管１２ａから被検体Ｐへ曝射されるＸ線が、予め定められた分布になるように、Ｘ線管１２ａから曝射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。

例えば、ウェッジ１２ｂは、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。なお、ウェッジは、ウェッジフィルター（wedge filter）、または、ボウタイフィルター（bow-tie filter）とも呼ばれる。コリメータ１２ｃは、後述する照射制御部１１の制御により、ウェッジ１２ｂによってＸ線量が調節されたＸ線の曝射範囲を絞り込むためのスリットである。

照射制御部１１は、高電圧発生部として、Ｘ線管１２ａに高電圧を供給する装置であり、Ｘ線管１２ａは、照射制御部１１から供給される高電圧を用いてＸ線を発生する。照射制御部１１は、Ｘ線管１２ａに供給する管電圧や管電流を調整することで、被検体Ｐに対して曝射されるＸ線量を調整する。また、照射制御部１１は、コリメータ１２ｃの開口度を調整することにより、Ｘ線の曝射範囲（ファン角やコーン角）を調整する。

駆動部１６は、回転フレーム１５を回転駆動させることによって、被検体Ｐを中心とした円軌道上でＸ線発生装置１２と検出器１３とを旋回させる。検出器１３は、Ｘ線光子が入射する毎に、当該Ｘ線光子のエネルギー値を計測可能な信号を出力する。Ｘ線光子は、例えばＸ線管１２ａから曝射され被検体Ｐを透過したＸ線光子である。検出器１３は、Ｘ線光子が入射する毎に、１パルスの電気信号（アナログ信号）を出力する複数の検出素子を有する。電気信号（パルス）の数を計数することで、各検出素子に入射したＸ線光子の数を計数することができる。また、この信号に対して、処理の演算処理を行うことで、当該信号の出力を引き起こしたＸ線光子のエネルギー値を計測することができる。

検出器１３の検出素子は、例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）系の半導体素子である。この場合、検出器１３は、入射したＸ線光子を、直接、電気信号に変換する「直接変換型の検出器」となる。

また、検出器１３の検出素子は、例えばシンチレータと光電子増倍管等の光センサとにより構成されるものでもよい。この場合、検出器１３は、入射したＸ線光子をシンチレータにより、一旦、可視光（シンチレータ光）に変換し、シンチレータ光を光電子増倍管等の光センサで電気信号に変換する「間接変換型の検出器」となる。

図２に、検出器１３の一例を示す。検出器１３は、テルル化カドミウムにより構成される検出素子４０が、チャンネル方向（図１中のＹ軸方向）にＮ列、体軸方向（図１中のＺ軸方向）にＭ列配置された面検出器となっている。検出素子４０は、光子が入射すると、１パルスの電気信号を出力する。検出素子４０が出力した個々のパルスを弁別することで、検出素子４０に入射したＸ線光子の数を計数することができる。また、パルスの強度に基づく演算処理を行うことで、計数したＸ線光子のエネルギー値を計測することができる。

なお、図示していないが、検出器１３の後段には、複数の検出素子４０ごとに増幅器が設置され、増幅器は、前段の検出素子４０から出力された電気信号を増幅して、図１に示す収集部１４に出力する。

収集部１４は、検出器１３の出力信号を用いた計数処理の結果である計数情報を収集する。すなわち、収集部１４は、検出器１３から出力される個々の信号を弁別して、計数情報を収集する。計数情報は、Ｘ線管１２ａから曝射され被検体Ｐを透過したＸ線光子が入射する毎に検出器１３（複数の検出素子４０）が出力した個々の信号から収集される情報である。具体的には、計数情報は、検出器１３（複数の検出素子４０）に入射したＸ線光子の計数値とエネルギー値とが対応付けられた情報である。収集部１４は、収集した計数情報を、コンソール装置３０に送信する。

すなわち、収集部１４は、検出素子４０が出力した各パルスを弁別して計数したＸ線光子の入射位置（検出位置）と、計数値と、当該Ｘ線光子のエネルギー値とを計数情報として、予め定めた時間ごとに収集する。収集部１４は、例えば、計数に用いたパルス（電気信号）を出力した検出素子４０の位置を、入射位置とする。また、収集部１４は、電気信号に対して、所定の演算処理を行うことで、Ｘ線光子のエネルギー値を計測する。

次に、図１に示す寝台装置２０は、被検体Ｐを載せる装置であり、天板２２と、寝台駆動装置２１とを有する。天板２２は、被検体Ｐを載置する板であり、寝台駆動装置２１は、天板２２をＺ軸方向へ移動して、被検体Ｐを回転フレーム１５内に移動させる。

なお、架台装置１０は、例えば、天板２２を移動させながら回転フレーム１５を回転させて被検体Ｐを螺旋状にスキャンするヘリカルスキャンを実行する。または、架台装置１０は、天板２２を移動させた後に、被検体Ｐの位置を固定したままで回転フレーム１５を回転させて被検体Ｐを円軌道にてスキャンするコンベンショナルスキャンを実行する。または、架台装置１０は、天板２２の位置を一定間隔で移動させてコンベンショナルスキャンを複数のスキャンエリアで行うステップアンドシュート方式を実行する。

次に、コンソール装置３０は、入力部３１と、表示部３２と、スキャン制御部３３と、前処理部３４と、第１記憶部３５と、再構成部３６と、第２記憶部３７と、制御部３８とを有する。コンソール装置３０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置の操作を受け付けると共に、架台装置１０によって収集された計数情報を用いてＸ線ＣＴ画像を再構成する。

入力部３１は、Ｘ線ＣＴ装置の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボード等を有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、制御部３８に転送する。例えば、入力部３１は、操作者から、Ｘ線ＣＴ画像データの撮影条件や、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成する際の再構成条件や、Ｘ線ＣＴ画像データに対する画像処理条件等を受け付ける。

表示部３２は、操作者によって参照されるモニタ装置であり、制御部３８による制御のもと、Ｘ線ＣＴ画像データを表示し、また、入力部３１を介して操作者から各種指示および各種設定等を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示する。

スキャン制御部３３は、制御部３８の制御のもと、照射制御部１１、駆動部１６、収集部１４および寝台駆動装置２１の動作を制御することで、架台装置１０における計数情報の収集処理を制御する。

前処理部３４は、収集部１４から送信された計数情報に対して、対数変換処理、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正等の補正処理を行うことで、投影データを生成する。

第１記憶部３５は、前処理部３４により生成された投影データを記憶する。すなわち、第１記憶部３５は、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成するための投影データ（補正済み計数情報）を記憶する。

再構成部３６は、第１記憶部３５が記憶する投影データを用いてＸ線ＣＴ画像データを再構成する。再構成方法としては、種々の方法があり、例えば、逆投影処理が挙げられる。また、逆投影処理としては、例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法による逆投影処理が挙げられる。また、再構成部３６は、Ｘ線ＣＴ画像データに対して各種画像処理を行うことで、画像データを生成する。再構成部３６は、再構成したＸ線ＣＴ画像データや、各種画像処理により生成した画像データを第２記憶部３７に格納する。

ここで、フォトンカウンティングＣＴで得られる計数情報から生成された投影データには、被検体Ｐを透過したＸ線のエネルギー情報が含まれている。このため、再構成部３６は、例えば、特定のエネルギー成分のＸ線ＣＴ画像データを再構成することができる。また、再構成部３６は、例えば、複数のエネルギー成分それぞれのＸ線ＣＴ画像データを再構成することができる。

また、再構成部３６は、例えば、各エネルギー成分のＸ線ＣＴ画像データの各画素にエネルギー成分に応じた色調を割り当て、エネルギー成分に応じて色分けされた複数のＸ線ＣＴ画像データを生成することができ、更に、これら複数のＸ線ＣＴ画像データを重畳した画像データを生成することができる。

制御部３８は、架台装置１０、寝台装置２０およびコンソール装置３０の動作を制御することによって、Ｘ線ＣＴ装置の全体制御を行う。具体的には、制御部３８は、スキャン制御部３３を制御することで、架台装置１０で行われるＣＴスキャンを制御する。また、制御部３８は、前処理部３４や、再構成部３６を制御することで、コンソール装置３０における画像再構成処理や画像生成処理を制御する。また、制御部３８は、第２記憶部３７が記憶する各種画像データを表示部３２に表示制御する。

このようなコンソール装置３０は、一例として図３に示すハードウェア構成とすることができる。この図３に示す例において、コンソール装置３０は、ＣＰＵ５０と、ＲＯＭ５１と、ＲＡＭ５２と、ＨＤＤ５３と、入出力Ｉ／Ｆ５４と、通信Ｉ／Ｆ５５と、入力部３１と、表示部３２とを有している。ＣＰＵは、「Central Processing Unit」の略記である。ＲＯＭは、「Read Only Memory」の略記である。ＲＡＭは、「Random Access Memory」の略記である。ＨＤＤは、「Hard Disk Drive」の略記である。Ｉ／Ｆは、「Interface」の略記である。

ＣＰＵ５０〜通信Ｉ／Ｆ５５は、バスライン５６を介して相互に接続されている。また、入力部３１および表示部３２は、入出力Ｉ／Ｆ５４を介してＣＰＵ５０等に接続されている。また、通信Ｉ／Ｆ５５は、架台装置１０に接続されている。ＣＰＵ５０は、スキャン制御部３３，前処理部３４，再構成部３６または制御部３８に相当する。ＲＯＭ５１，ＲＡＭ５２およびＨＤＤ５３は、第１記憶部３５または第２記憶部３７に相当する。

次に、図４は、再構成部３６の機能ブロック図である。図４に示すように、再構成部３６は、取得部６１、検出部６２、抽出部６３、および重畳部６４の各機能を有している。取得部６１は、架台装置１０で撮像されたＸ線ＣＴ画像を取得する。

また、後述するが、取得部６１は、それぞれ異なるＫ吸収端を有する複数のＸ線ＣＴ用造影剤を含む造影組成物が投与された被検体を撮像して得られるＸ線ＣＴ画像を取得する。すなわち、本実施の形態においては、少なくとも２種類の造影組成物が被検体に投与される。例えば、一方の種類の造影組成物のＫ吸収端のエネルギー（第５エネルギー）よりも小さいエネルギーを第１エネルギーとし、このＫ吸収端のエネルギーよりも大きいエネルギーを第２エネルギーとする。他方の種類の造影組成物のＫ吸収端のエネルギー（第６エネルギー）よりも小さいエネルギーを第３エネルギーとし、このＫ吸収端のエネルギーよりも大きいエネルギーを第４エネルギーとする。

取得部６１は、第１エネルギーにおける第１Ｘ線ＣＴ画像と、第１エネルギーより大きい第２エネルギーにおける第２Ｘ線ＣＴ画像と、第２エネルギー以上の大きさの第３エネルギーにおける第３Ｘ線ＣＴ画像と、第３エネルギーより大きい第４エネルギーにおける第４Ｘ線ＣＴ画像を取得する。

検出部６２は、取得部６１で取得されたＸ線ＣＴ画像から、各Ｘ線ＣＴ用造影剤のＫ吸収端前後のＸ線エネルギー領域に対応する複数のＸ線ＣＴ画像間の差分画像を検出する。具体的には、検出部６２は、第１Ｘ線ＣＴ画像と第２Ｘ線ＣＴ画像の間の第１差分画像、および第３Ｘ線ＣＴ画像と第４Ｘ線ＣＴ画像の間の第２差分画像を検出する。

抽出部６３は、各Ｘ線ＣＴ用造影剤それぞれに対して得られる複数の差分画像が重複する部位を示す重複部位画像（重複画像）を抽出する。すなわち、抽出部６３は、第１差分画像と第２差分画像を重ね合わせて重複画像を形成する。

重畳部６４は、重複部位画像の部位を含む被検体のＸ線ＣＴ画像に、重複部位画像を重畳したＸ線ＣＴ画像を生成する。すなわち、重畳部６４は、第１乃至第４Ｘ線ＣＴ画像のうちの少なくともいずれか１つと、重複画像を重ね合わせる。

また、再構成部３６は、さらに、第１造影剤のＫ吸収端の第５エネルギーのデータと、第２造影剤のＫ吸収端の第６エネルギーのデータとを記憶する記憶部６５を有していても良い。また、第１乃至第４エネルギーは、適宜手動で入力されても良いし、記憶部６５に記憶されていても良い。このような取得部６１〜記憶部６５は、全てをハードウェアで構成してもよい。また、全部または一部をソフトウェアで構成してもよい。

次に、１種類の造影組成物を用いたＸ線ＣＴ画像から造影組成物の分布を正確に特定することは困難である。このため、この実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置では、複数種類（一例として２種類）の造影組成物を用い、各造影組成物のＫ吸収端の前後のＸ線エネルギー領域のＸ線ＣＴ画像から、造影組成物の分布を正確に特定可能としている。

まず、この実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置では、造影組成物として、異なるＸ線エネルギー領域にＫ吸収端を有する２種類の造影剤を混合して生成した混合溶液を用いることができる。造影剤としては、ヨード、硫酸バリウム、ガドリニウム等の重金属で生成された造影剤を用いることができる。この造影剤の混合溶液は、被検体Ｐの血管または特定の臓器等の所望の部位に注入する。これにより、造影剤の混合溶液を被検体Ｐの所望の部位に集積させることができる。

また、造影組成物としては、異なるＸ線エネルギー領域にＫ吸収端を有する２種類の造影剤を混合して生成した混合溶液を内包させたリポソームを用いることができる。このようなリポソームは、例えば静置水和法等を用いて作製することができる。また、構成する脂質を変えることで、光分解性または放射線分解性等の特性を有するリポソームを作製することができる。

光分解性または放射線分解性等の特性を有するリポソームを用いることで、以下の薬剤投与を可能とすることができる。すなわち、光分解性または放射線分解性等の特性を有するリポソームに上述の複数種類の造影剤および薬剤を内包させ、被検体に投与する。実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置で被検体内におけるリポソームに内包された造影剤の位置を確認後、リポソームが存在する位置に特定の光または放射線を照射してリポソームを分解する。

例えば、腫瘍組織では、正常な組織に比べ血管透過性が著しく亢進し、かつリンパ系が発達していない。このため、血中の高分子や微粒子が血管から流出しやすく、かつ排除され難くなり、蓄積される。このような特性は、ＥＰＲ（enhanced permeability and retention）効果と呼ばれている。腫瘍組織を有する被検体内にリポソームを投与すると、病巣を形成する部位に多くのリポソームが集積する。このため、リポソームを用いることで、被検体内の腫瘍部位に対して複数種類の造影剤を送達することができる。より限定した場所に送達させたい場合には、リポソーム表面に特定の組織特異的なタンパク質等を認識する抗体を付与しておくことで可能となる。また、所望の部位に到達したリポソームを特定の光または放射線で分解することで、所望の部位に対して正確に薬剤を投与することができる。

また、造影組成物としては、一つまたは複数の造影剤を結合（標識＝ラベル）させた抗体を用いることができる。例えば、２種類の造影剤が存在する場合、一方の造影剤を標識した抗体と、他方の造影剤を標識した抗体との、２種類の抗体を作製してもよい。または、一つの抗体に複数の造影剤を標識してもよい。抗体は、高い正確性で所望の部位に到達し集積する。このため、抗体を用いることで、撮像対象となる部位を正確に特定して撮像することができる。

次に、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置における、複数の造影剤を用いたＸ線ＣＴ画像の撮像動作の流れを、図５のフローチャートに示す。この撮像動作は、主に図４を用いて説明した再構成部３６の各部６１〜６４の機能による動作となる。再構成部３６は、上述のリポソームまたは抗体等により複数種類の造影剤が投与された被検体Ｐが寝台装置２０に載置され、Ｘ線ＣＴ画像の撮像が可能となることで、ステップＳ１から図５のフローチャートの処理を開始する。

ステップＳ１では、上述のように架台装置１０を撮像制御することで収集部１４から得られた投影データを、図４に示す取得部６１が取得する。これにより、ステップＳ２に処理が進む。

ここで、フォトンカウンティングＣＴで得られる計数情報から生成された投影データには、被検体Ｐを透過したＸ線のエネルギー情報が含まれている。このため、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数のＸ線エネルギー成分のＸ線ＣＴ画像をそれぞれ再構成可能となっている。

また、造影剤には、特定のエネルギーを持つＸ線を吸収し易い特性がある。図６は、Ｘ線エネルギーとＸ線吸収係数との関係を示す図である。図６において、一点鎖線で示す波形は、第１造影剤のＸ線エネルギーとＸ線吸収係数との関係を示す波形である。また、図６において、二点鎖線で示す波形は、第２造影剤のＸ線エネルギーとＸ線吸収係数との関係を示す波形である。また、図６において、実線で示す波形は、第１造影剤および第２造影剤を混合させた造影剤のＸ線エネルギーとＸ線吸収係数との関係を示す波形である。

図６から分かるように、Ｘ線吸収係数はＸ線エネルギーの増加に伴い減少するが、一部急激にＸ線吸収係数が増加する（＝Ｘ線の吸収率が大きくなる）。この部分は、吸収端と呼ばれている。吸収端は、Ｘ線と物質の原子核の電子との作用に起因している。Ｋ殻電子に起因するものをＫ吸収端と呼ぶ。図６において、実線の波形で示す第１造影剤および第２造影剤の２種類を混合させた造影剤の場合、第１造影剤に起因する第１のＫ吸収端ＥＫＡと、第２造影剤に起因する第２のＫ吸収端ＥＫＢとの、計２つのＫ吸収端を有している。そして、第１Ｋ吸収端ＥＫＡを境にして、前後のＸ線エネルギー領域におけるＸ線吸収係数には大きな差がある。

すなわち、第１Ｋ吸収端ＥＫＡの前に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＡ１におけるＸ線吸収係数は低い値を示す。これに対して、第１Ｋ吸収端ＥＫＡの後に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＡ２におけるＸ線吸収係数は高い値を示す。このため、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ１とＸ線エネルギー領域ＲＫＡ２とのＸ線吸収係数の差は、大きな差を示す。同様に、第２Ｋ吸収端ＥＫＢの前に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＢ１におけるＸ線吸収係数は低い値を示す。これに対して、第２Ｋ吸収端ＥＫＢの後に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＢ２におけるＸ線吸収係数は高い値を示す。このため、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ１とＸ線エネルギー領域ＲＫＢ２とのＸ線吸収係数の差は、大きな差を示す。

実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、このようなＫ吸収端前後のＸ線吸収係数の差を利用する。すなわち、ステップＳ２において、再構成部３６の検出部６２は、取得部６１で取得した投影データから、図６に示す第１のＫ吸収端ＥＫＡの前に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＡ１に対応するＸ線ＣＴ画像を再構成する。また、検出部６２は、取得部６１で取得した投影データから、図６に示す第１のＫ吸収端ＥＫＡの後に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＡ２に対応するＸ線ＣＴ画像を再構成する。

同様に、検出部６２は、取得部６１で取得した投影データから、図６に示す第２のＫ吸収端ＥＫＢの前に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＢ１に対応するＸ線ＣＴ画像を再構成する。また、検出部６２は、取得部６１で取得した投影データから、図６に示す第２のＫ吸収端ＥＫＢの後に相当するＸ線エネルギー領域ＲＫＢ２に対応するＸ線ＣＴ画像を再構成する。

そして、検出部６２は、ステップＳ２において、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ１に対応するＸ線ＣＴ画像と、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ２に対応するＸ線ＣＴ画像との差が、所定の閾値以上の差を示す箇所のＸ線ＣＴ画像（差分画像）を形成する。このような閾値以上の大きな差が生じている箇所は、第１造影剤の集積部位である可能性が高い。この閾値以上の大きな差が生じている箇所の差分画像は、第１造影剤の集積部位のＸ線ＣＴ画像として第２記憶部３７に記憶される。

同様に、検出部６２は、ステップＳ２において、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ１に対応するＸ線ＣＴ画像と、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ２に対応するＸ線ＣＴ画像との差が、所定の閾値以上の差を示す箇所の差分画像を形成する。このような閾値以上の大きな差が生じている箇所は、第２造影剤の集積部位である可能性が高い。この閾値以上の大きな差が生じている箇所の差分画像は、第２造影剤の集積部位のＸ線ＣＴ画像として第２記憶部３７に記憶される。

ステップＳ３では、検出部６２が、全ての造影剤のＫ吸収端に対応する差分画像が形成されたか否かを判別している。検出部６２は、全ての造影剤のＫ吸収端に対応する差分画像が形成されていないものと判別した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ２に処理を戻して、差分画像の生成を継続する。これに対して、全ての造影剤のＫ吸収端に対応する差分画像を形成したものと判別した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、検出部６２は、ステップＳ４に処理を進める。

ステップＳ４では、抽出部６３が、第２記憶部３７に記憶した各造影剤に対応する各差分画像を重ね合わせ、全ての造影剤が集積している部位を抽出したＸ線ＣＴ画像（重複部位画像）を生成する。そして、重畳部６４は、ステップＳ５において、重複部位画像の部位を含む被検体ＰのＸ線ＣＴ画像に、全ての造影剤が集積している部位を示す重複部位画像を重畳したＸ線ＣＴ画像を生成して、図５のフローチャートの全処理を終了する。これにより、第１造影剤および第２造影剤が集積している部位である目標部位を明示したＸ線ＣＴ画像を得ることができる。

図７および図８を用いて、具体的に説明する。図７および図８は、被検体Ｐの腹部を輪切りにした状態のＸ線ＣＴ画像である。また、図７の符号（ａ）を示した図は、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ１に対応するＸ線ＣＴ画像である。図７の符号（ｂ）を示した図は、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ２に対応するＸ線ＣＴ画像である。また、図８の符号（ａ）を示した図は、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ１に対応するＸ線ＣＴ画像である。図８の符号（ｂ）を示した図は、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ２に対応するＸ線ＣＴ画像である。また、図７および図８において、符号Ｂは背骨、符号ＳＰは脾臓、符号ＳＴは胃、符号ＬＩは肝臓、符号ＲＣＡは造影剤の集積部位、符号ＡＦは偽像（アーチファクト）を示している。

図７に示す例の場合、再構成部３６の検出部６２は、ステップＳ２において、符号（ａ）を示した図の画像である、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ１に対応するＸ線ＣＴ画像と、符号（ｂ）を示した図の画像である、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ２に対応するＸ線ＣＴ画像との差のうち、所定の閾値以上の差を有する部位を検出する。この例の場合、各Ｘ線ＣＴ画像の差の部位として、肝臓ＬＩ内の偽像ＡＦの部位と、第１造影剤の集積部位ＲＣＡが検出される。

また、図８に示す例の場合、検出部６２は、ステップＳ２において、符号（ａ）を示した図の画像である、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ１に対応するＸ線ＣＴ画像と、符号（ｂ）を示した図の画像である、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ２に対応するＸ線ＣＴ画像との差のうち、所定の閾値以上の差を有する部位を検出する。この例の場合、各Ｘ線ＣＴ画像の差の部位として、第２造影剤の集積部位ＲＣＡが検出される。

再構成部３６の抽出部６３は、ステップＳ４において、第１造影剤の集積部位ＲＣＡのＸ線ＣＴ画像と第２造影剤の集積部位ＲＣＡのＸ線ＣＴ画像とを重畳する。そして、抽出部６３は、第１造影剤および第２造影剤が共に集積している部位を抽出したＸ線ＣＴ画像（重畳部位画像）を生成する。これにより、図７の符号（ａ）に示した偽像ＡＦは、第１造影剤の集積部位ＲＣＡおよび第２造影剤の集積部位ＲＣＡが重畳して集積している部位の画像ではないため、重畳部位画像から除去することができる。そして、再構成部３６の重畳部６４は、重複部位画像の部位を含む被検体ＰのＸ線ＣＴ画像に、第１造影剤および第２造影剤が共に集積している部位を抽出した重畳部位画像を重畳する。これにより、第１造影剤および第２造影剤が集積している部位である目標部位を明示したＸ線ＣＴ画像を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、画像処理装置および造影組成物を適用した実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数の造影剤組成物を被検体Ｐに投与する。各造影剤のＫ吸収端の前後のＸ線エネルギー領域に対応する各Ｘ線ＣＴ画像の差となる差分画像を生成する。各造影剤の差分画像を重畳することで、全ての造影剤が存在する部位のＸ線ＣＴ画像（重畳部位画像）を生成する。全ての造影剤が集積している部位は、高い確率で目標部位であることを示す。また、全ての造影剤が存在する部位の重畳部位画像を抽出することで、目標部位のＸ線ＣＴ画像のみを正確に抽出することができる。これは、目標部位のＸ線ＣＴ画像以外の偽像ＡＦ等は除去されることを意味している。従って、重複部位画像の部位を含む被検体ＰのＸ線ＣＴ画像に、重複部位画像を重畳することで、偽像等が除去され、目標部位が明示されたＸ線ＣＴ画像を得ることができる。

また、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数の造影剤を内包させたリポソームを被検体Ｐに投与してＸ線ＣＴ画像の撮像を行う。リポソームは、腫瘍組織に集積し易い。更に、リポソーム表面に特定の組織特異的なタンパク質等を認識する抗体を付与しておくことにより、特定の組織に集積させることも可能である。これらの方法により、目標部位を非常に明確化したＸ線ＣＴ画像を得ることができる。

また、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数の造影剤および所定の薬剤を内包させたリポソームを、特定の光または放射線等で分解する特性を有する部材で形成する。そして、被検体Ｐに投与してＸ線ＣＴ画像の撮像を行うと共に、所望の部位に集積したリポソームに、特定の光または放射線を照射して分解する。これにより、所望の部位の明確なＸ線ＣＴ画像を得られると共に、所望の部位に対する薬剤投与まで行うことができる。

また、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、例えば、２種類の造影剤が存在する場合、一方の造影剤を標識した抗体と、他方の造影剤を標識した抗体との、２種類の抗体を作製して被検体Ｐに投与して上述のＸ線ＣＴ画像を得る。または、一つの抗体に複数の造影剤を標識し、被検体Ｐに投与して上述のＸ線ＣＴ画像を得る。抗体は、高い正確性で所望の部位に到達し集積する。このため、抗体を用いることで、撮像対象となる部位をさらに正確に特定したＸ線ＣＴ画像を得ることができる。

なお、上述の実施形態は、フォトンカウンティング用の検出器１３を備えたフォトンカウンティングＣＴ装置の例であった。この他、検出器１３として、積分型の検出器を設けてもよい。この場合、図６に示した各Ｋ吸収端ＥＫＡ，ＥＫＢの前後のＸ線エネルギー領域ＲＫＡ１，ＲＫＡ２，ＲＫＢ１，ＲＫＢ２の各Ｘ線を曝射する４種類のＸ線管を設ける。また、各Ｘ線管で上述の第１造影剤および第２造影剤を投与した被検体ＰにＸ線を曝射することで、各Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ１，ＲＫＡ２，ＲＫＢ１，ＲＫＢ２に対応するＸ線ＣＴ画像を生成する。

また、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＡ１およびＸ線エネルギー領域ＲＫＡ２の各Ｘ線ＣＴ画像の差分と、Ｘ線エネルギー領域ＲＫＢ１およびＸ線エネルギー領域ＲＫＢ２の各Ｘ線ＣＴ画像の差分とを重畳する。これにより、第１造影剤および第２造影剤が共に集積している部位を抽出したＸ線ＣＴ画像（重畳部位画像）を得ることができる。そして、重複部位画像の部位を含む被検体ＰのＸ線ＣＴ画像に、重複部位画像を重畳することで、偽像等が除去され、目標部位が明示されたＸ線ＣＴ画像を得ることができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 架台装置
１１ 照射制御部
１２ Ｘ線発生装置
１３ 検出器
１４ 収集部
１５ 回転フレーム
１６ 駆動部
２０ 寝台装置
２１ 寝台駆動装置
２２ 天板
３０ コンソール装置
３１ 入力部
３２ 表示部
３３ スキャン制御部
３４ 前処理部
３５ 第１記憶部
３６ 画像再構成部
３７ 第２記憶部
３８ 制御部
４０ 検出素子
５０ ＣＰＵ
５１ ＲＯＭ
５２ ＲＡＭ
５３ ＨＤＤ
５４ 入出力Ｉ／Ｆ
５５ 通信Ｉ／Ｆ
６１ 取得部
６２ 検出部
６３ 抽出部
６４ 重畳部
６５ 記憶部

Claims (9)

1. 第１エネルギーにおける第１Ｘ線ＣＴ画像と、前記第１エネルギーより大きい第２エネルギーにおける第２Ｘ線ＣＴ画像と、前記第２エネルギー以上の大きさの第３エネルギーにおける第３Ｘ線ＣＴ画像と、前記第３エネルギーより大きい第４エネルギーにおける第４Ｘ線ＣＴ画像を取得する取得部と、
   前記第１Ｘ線ＣＴ画像と前記第２Ｘ線ＣＴ画像の間の第１差分画像、および前記第３Ｘ線ＣＴ画像と前記第４Ｘ線ＣＴ画像の間の第２差分画像を検出する検出部と、
   前記第１差分画像と前記第２差分画像を重ね合わせて重複画像を形成する抽出部と
   を有する画像処理装置。
2. 第１造影組成物のＫ吸収端の第５エネルギーのデータと第２造影組成物のＫ吸収端の第６エネルギーのデータとを記憶する記憶部をさらに有し、
   前記第５エネルギーは前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとの間にあり、前記第６エネルギーは前記第３エネルギーと前記第４エネルギーとの間にある
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記第１乃至第４Ｘ線ＣＴ画像のうちの少なくともいずれか１つと、前記重複画像を重ね合わせる重畳部を、さらに有する
   請求項１または請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記第１および第２造影組成物は、複数のＸ線ＣＴ用造影剤で標識した抗体を含む
   請求項２に記載の画像処理装置。
5. 前記第１および第２造影組成物は、複数のＸ線ＣＴ用造影剤を内包するリポソームを含む
   請求項２に記載の画像処理装置。
6. 前記第１および第２造影組成物は、複数のＸ線ＣＴ用造影剤および所定の薬剤を内包し、かつ、所定の光または放射線を照射することで分解する特性を備えたリポソームを含む
   請求項２に記載の画像処理装置。
7. 複数のＸ線ＣＴ用造影剤で標識した抗体を含む造影組成物。
8. 複数のＸ線ＣＴ用造影剤を内包するリポソームを含む造影組成物。
9. 前記リポソームは、複数の前記Ｘ線ＣＴ用造影剤と共に所定の薬剤を内包し、かつ、所定の光または放射線を照射することで分解する特性を備える
   請求項８に記載の造影組成物。

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