JP2016000200A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低線量スキャンで作成された画像の視認性を向上させることの可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供すること。
【解決手段】 実施形態によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線発生部と、高電圧発生部と、Ｘ線検出器と、制御部と、再構成処理部と、合成部とを具備する。Ｘ線発生部は、Ｘ線管を備える。高電圧発生部は、Ｘ線管に印加される管電圧を発生する。Ｘ線検出器は、Ｘ線管装置から照射され被検体を透過したＸ線を検出する。制御部は、第１の線量での第１スキャンと第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンとでそれぞれ被検体をスキャンするために高電圧発生部を制御する。再構成処理部は、第１のスキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する。合成部は、第１の画像の一部と第２の画像とを合成する。
【選択図】 図１

Description

この発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に適用可能な画像表示装置および画像表示方法に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と表記する）は、被検体をＸ線でスキャンして収集されたデータをコンピュータで処理して被検体の内部を画像化する装置である。すなわちＸ線ＣＴ装置は、異なる方向から被検体にＸ線を複数回曝射し、被検体を透過したＸ線を検出器で検出して複数の検出データを収集する。収集された検出データはデータ収集部によりＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換された後、データ処理系に送信される。

データ処理系は、検出データに前処理等を施すことで投影データを形成する。続いて、データ処理系は、投影データに基づく再構成処理を実行して断層画像データを形成する。また、データ処理系は、更なる再構成処理として、複数の断層画像データに基づきボリュームデータを形成する。ボリュームデータは、被検体の３次元領域に対応するＣＴ値の３次元分布を表すデータセットである。

ところで、Ｘ線ＣＴ装置を用いた幾つかのスキャン方式が知られている。例えば造影剤の被検体への注入と併せて実施されるプレスキャン、本スキャン、及びモニタリングスキャンである。プレスキャンは、造影剤が注入される前に行なわれる。本スキャンは、造影剤が注入された後であって造影剤が十分に充満した時に行なわれる。通常、本スキャンで取得された画像が診断のために用いられる。

モニタリングスキャンは、造影剤の注入タイミングを正確に取得するために、被検体をスキャン撮影しながらリアルタイムで作成された画像をモニタリングする手法である。
モニタリングスキャンは、注入された造影剤の濃度をモニタするために実施される。モニタリングスキャンは、造影剤が被検体に注入された後であって、造影剤が十分に充満する前に複数回実行される。モニタリングスキャンは、プレスキャンと本スキャンとの間に行なわれる。

特開平０６−１１４０４９号公報

ＣＴ透視やモニタリングスキャンでは、読影医はリアルタイムで再構成されたＣＴ画像を比較的長時間にわたってモニタリングする。それにも拘わらずモニタリングに用いられたＣＴ画像が診断に使われることはほとんどないことから、ＣＴ透視およびモニタリングスキャンはＸ線の線量を極限まで下げて実施される。これにより被検体の被ばく線量をできる限り少なくすることはできるが、低線量照射による種々の弊害が生じることは否めない。

例えば低線量で取得されたスキャンデータから再構成されたＣＴ画像は著しい画像ノイズを含むので、読影が難しい。各種の画像補正をかけることにより画像の一部分のＣＴ値が大きく低下し、画質がますます劣化することもある。劣化部分を含む画像を用いるとＣＴ透視やモニタリングスキャンでの確実性と安全性が損なわれる。

さらに、ＣＴ透視やモニタリングスキャン時の線量を下げれば下げるほどオペレータや読影医の技量に左右される部分が大きくなり、画像の視認性はもとより、検査の再現性も失われる虞がある。何らかの技術的な対応が望まれている。

目的は、低線量スキャンで作成された画像の視認性を向上させることの可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置、画像表示装置および画像表示方法を提供することにある。

実施形態によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線発生部と、高電圧発生部と、Ｘ線検出器と、制御部と、再構成処理部と、合成部とを具備する。Ｘ線発生部は、Ｘ線管を備える。高電圧発生部は、Ｘ線管に印加される管電圧を発生する。Ｘ線検出器は、Ｘ線管装置から照射され被検体を透過したＸ線を検出する。制御部は、第１の線量での第１スキャンと第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンとでそれぞれ被検体をスキャンするために高電圧発生部を制御する。再構成処理部は、第１のスキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する。合成部は、第１の画像の一部と第２の画像とを合成する。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１によるスキャンシーケンスの一例を示すフローチャートである。 図３は、図２のステップＳ２における処理手順の一例を示すフローチャートである。 図４は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１によるスキャンシーケンスの他の例を示すフローチャートである。 図５は、低線量画像の一例を示す図である。 図６は、リアルタイム画像の作成に係わる処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７は、低線量画像、参照画像、およびこれらの画像から作成されるモニタリング画像の各例を示す図である。 図８は、強度分布について補足説明するための模式図である。 図９は、参照画像の一例を示す模式図である。 図１０は、リアルタイム画像の一例を示す模式図である。 図１１は、リアルタイム画像の一例を示す模式図である。 図１２は、リアルタイム画像の一例を示す模式図である。 図１３は、表示部４６に表示されるコンソール画面の一例を示す図である。 図１４は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。 図１５は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。 図１６は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。 図１７は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。 図１８は、リアルタイム画像の作成に係わる処理手順の他の例を示すフローチャートである。 図１９は、被検体内におけるＸ線強度分布を得る手法の他の例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係わるＸ線ＣＴ装置を説明する。

Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体となって被検体の周囲を回転するＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥタイプや、リング状に多数の検出素子が配列され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥタイプ等様々なタイプがある。以下に説明する技術はいずれのタイプの装置にも適用することが可能である。ここでは、ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥタイプを想定して説明する。

Ｘ線ＣＴ装置に利用される画像再構成法には、フルスキャン法とハーフスキャン法とがある。フルスキャン法では、１スライスのＣＴ画像のデータを再構成するために、被検体の周囲１周、すなわち約２π［ｒａｄ］分の投影データが必要である。また、ハーフスキャン法では、１スライスの画像データを再構成するために、π＋α［ｒａｄ］（α：ファン角）分の投影データが必要である。本実施形態は、フルスキャン法とハーフスキャン法とのいずれの方法も適用可能である。以下ではフルスキャン法を想定して説明する。

以下では、特に言及しない限り、ＣＴスキャンはモニタリングスキャンであるとして説明する。また、本実施形態におけるスキャン領域は、造影剤が流入される領域であれば被検体Ｐのどの部位にも適用可能である。ただし以下の説明を具体的に行なうため、スキャン領域は被検体Ｐの胸部であるとする。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の一例を示す図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、スキャン部（ガントリ）１０とコンピュータ３０とを備える。
スキャン部１０は、被検体ＰをＸ線でＣＴスキャンするための様々な機構を有する。スキャン部１０は、コンピュータ３０内のスキャン制御部４４による制御に従って、ＣＴスキャンを繰り返し実行する。

スキャン部１０は、円環又は円板状の回転フレーム１２を回転可能に支持する。回転フレーム１２の内周側には、天板１４に載置された被検体Ｐが挿入されるスキャン領域が形成される。本実施形態において、被検体Ｐには、血管をＣＴ画像上で視認するための造影剤が注入されている。天板１４は、図示しない寝台により長手方向と上下方向とに沿ってスライド可能に支持されている。

ここで、ＸＹＺ直交座標系を定義する。Ｚ軸は、回転フレーム１２の回転軸に規定される。天板１４は、長手方向がＺ軸方向に平行するように配置される。Ｘ軸は、水平方向の軸に規定され、Ｙ軸は、鉛直方向の軸に規定される。

回転フレーム１２は、天板１４に載置された被検体Ｐを挟んで対向するようにＸ線管１６とＸ線検出器１８とを有する。回転フレーム１２は、回転駆動部２０からの駆動信号の供給を受けてＸ線管１６とＸ線検出器１８とを連続回転させる。

Ｘ線管１６は、高電圧発生部２２から高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けてＸ線を発生する。被検体へのＸ線の照射時間間隔は、例えば、１秒に１０回である。高電圧発生部２２は、コンピュータ３０内のスキャン制御部４４による制御に従ってＸ線管１６に高電圧を印加し、管電流を供給する。高電圧の電圧値を変化させることで管電流が変化するので、Ｘ線の線量を変化させることができる。

例えば、画像診断のための本スキャンは、スキャン制御部４４の制御に従って管電流５００ｍＡで実行される。ＲＯＩの位置決め等のためのプレスキャンは、スキャン制御部４４の制御に従って本スキャンよりも低い、例えば、管電流１００ｍＡで行なわれる。造影剤濃度のモニタリングのためのモニタリングスキャンは、スキャン制御部４４の制御に従ってプレスキャンよりもさらに低い、例えば、管電流１０ｍＡで行なわれる。

Ｘ線管１６のＸ線照射口側には、Ｘ線絞り（Ｘ線コリメータ）２４が取り付けられている。Ｘ線絞り２４は、Ｘ線管１６から発生されたＸ線の照射野を限定する。具体的には、Ｘ線絞り２４は、Ｘ線を遮蔽する材質（鉛など）の複数の絞り羽根を移動可能に支持している。複数の絞り羽根の位置が調整されることで、Ｘ線照射野のサイズや形状が変化される。Ｘ線絞り２４は、スキャン制御部４４からの駆動信号の供給を受けて絞り羽根を移動する。

Ｘ線検出器１８は、Ｘ線管１６から発生され被検体Ｐを透過したＸ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた電流信号を生成する。Ｘ線検出器１８には、データ収集回路（ＤＡＳ）２６が接続されている。

データ収集回路２６は、スキャン制御部４４による制御に従ってＸ線検出器１８から電流信号を収集する。データ収集回路２６は、収集された電流信号を増幅し、増幅された電流信号をディジタル変換することによって、ディジタル信号である投影データを生成する。投影データは、生成されるたびに非接触データ伝送部２８を介してコンピュータ３０に供給される。スキャン部１０によりＣＴスキャンが繰り返されることで、時系列の投影データが生成され、コンピュータ３０に供給される。

コンピュータ３０は、前処理部３２、再構成部３４、リアルタイム画像作成部３６、モニタリング画像作成部３８、重み計算部４０、ＲＯＩ設定部４２、スキャン制御部４４、表示部４６、操作部４８、記憶部５０、及びシステム制御部５２を備える。

前処理部３２は、データ収集回路２６からリアルタイムで供給される投影データ（純生データと称される）に対数変換（ログ変換）や感度補正等の前処理を施す。前処理により画像再構成に利用される投影データが生成される。純生データに前処理を施して生データが作成される。実施形態では生データおよび純生データの双方を利用して演算処理を行う。なお純生データとは、要するにＸ線検出器１８で検出されるＸ線のカウント値のデータである。生データとは純生データをログ変換して撮像体の透過長に変換したデータである。

再構成部３４は、スキャン部１０により被検体Ｐをスキャンして得られるスキャンデータ（投影データや生データ）に基づいてＣＴ画像を再構成する。すなわち再構成部３４は、プレスキャン時に第１の線量でのＸ線照射で取得された投影データ（生データ）に基づいて、被検体Ｐに関するＣＴ画像を再構成する。プレススキャン時に第１の線量で被検体をスキャンして得られたＣＴ画像を参照画像と称する。

また再構成部３４は、モニタリングスキャン時に第２の線量でのＸ線照射で取得された投影データ（生データ）に基づいて、被検体Ｐに関するＣＴ画像を即時的に再構成する。すなわち再構成部３４は、モニタリングスキャンで生成される時系列の投影データに基づいて時系列のＣＴ画像を再構成する。モニタリングスキャン時に第２の線量で被検体をスキャンしてリアルタイムに再構成されるＣＴ画像をリアルタイム画像と称する。

実施形態では、モニタリングスキャン用の第２の線量を、プレスキャン用の第１の線量よりも低い線量とする。

モニタリング画像作成部３８は、参照画像をリアルタイム画像に重ね合わせてモニタリング画像を作成する。既存の技術では、リアルタイム画像はそれのみで表示される。これに対し実施形態ではモニタリング画像作成部３８により、参照画像をリアルタイム画像に重ね合わせ（重畳）ることで新たな画像（モニタリング画像）を作成する。

なお実施形態においては、モニタリング画像作成部３８は、参照画像の色とリアルタイム画像の色とを異ならせてモニタリング画像を作成する。例えば通常色のリアルタイム画像に黄色で参照画像を重ねるようにする。これによりオペレータは参照画像とリアルタイム画像とを一目で区別して視認することが可能になる。

重み計算部４０は、モニタリング画像作成部３８が参照画像をリアルタイム画像に重ね合わせる際の重みを、例えば参照画像の画素ごとに計算する。つまり参照画像とリアルタイム画像とを単純に１：１で重ね合わせるのではなく、ＣＴ画像の状態に基づいてブレンド比率を変化させるようにする。つまり重み計算部４０は、参照画像とリアルタイム画像とを重ね合わせる重みの分布を計算する。

重みの計算に当たっては、前処理しない状態の投影データ、つまり純生データが用いられる。計算された重みはモニタリング画像作成部３８に通知される。モニタリング画像作成部３８は、重み計算部４０により計算された重みの分布に基づいてリアルタイム画像に参照画像を重ね合わせてモニタリング画像を作成する。

ＲＯＩ設定部４２は、再構成されたＣＴ画像データにＲＯＩ（関心領域：region of interest）を設定する。ＲＯＩは、造影剤の流入する血管領域等の領域に設定される。ＲＯＩは、画像処理により自動的に設定されてもよいし、操作部４８を介して手動的に設定されてもよい。ＲＯＩは、時系列のＣＴ画像上の同じ位置に設定される。

特に、モニタリング画像作成部３８は、ＲＯＩにリアルタイム画像を表示するようにしてもよい。すなわち実施形態では、ＲＯＩに限ってはリアルタイム画像に参照画像を重ね合わせることなく、撮影されたままのリアルタイム画像を表示するようにしてもよい。

スキャン制御部４４は、被検体ＰをＸ線でＣＴスキャンするためにスキャン部１０を制御する。すなわちスキャン制御部４４は、スキャン部１０により発生されるＸ線の線量を第１の線量と第２の線量とで切り替えるべくスキャン部１０を制御する。例えばプレスキャン、モニタリングスキャン、及び本スキャンの切り替えはスキャン制御部４４による制御の一例である。

スキャン制御部４４は、モニタリングスキャンの継続中には、モニタリングスキャンを継続するためにスキャン部１０（具体的には、回転駆動部２０、高電圧発生部２２、Ｘ線絞り２４、及びデータ収集回路２６）を制御する。一方、スキャン移行指示が与えられると、スキャン制御部４４はスキャン部１０（具体的には、回転駆動部２０、高電圧発生部２２、Ｘ線絞り２４、及びデータ収集回路２６）を制御してスキャンモードをモニタリングスキャンから本スキャンに移行させる。

表示部４６は、作成された参照画像やモニタリング画像、あるいは造影剤の時間濃度曲線を表示デバイスに表示する。表示デバイスとしては、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等を利用することが可能である。

操作部４８は、操作者からの各種指令や情報入力を受け付ける。例えば、操作部４８は、ユーザにより入力デバイスを介してＲＯＩの設定位置を入力する。入力デバイスとしては、キーボードやマウス、スイッチ等を利用可能である。

記憶部５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ及び、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）などの記憶装置、記憶手段である。ＨＤＤなどの磁気ディスク以外にも光磁気ディスクやＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ブルーレイディスク（登録商標）などの光ディスクを利用してもよい。

記憶部５０は、投影データやＣＴ画像のデータ、造影剤の時間濃度曲線のデータなどを記憶する。また、記憶部５０は、Ｘ線ＣＴ装置１の制御プログラムを記憶する。この制御プログラムは、再構成部３４、リアルタイム画像作成部３６、モニタリング画像作成部３８、および重み計算部４０などの新たな処理機能を実現させるための命令を含む。

システム制御部５２は、Ｘ線ＣＴ装置１の中枢として機能する。具体的には、システム制御部５２は、記憶部５０に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って各部を制御する。

上記構成における前処理部３２、再構成部３４、リアルタイム画像作成部３６、モニタリング画像作成部３８、重み計算部４０、ＲＯＩ設定部４２、スキャン制御部４４、表示部４６、および操作部４８の各機能は、例えば、システム制御部５２により実行可能なプログラムの形態で記憶部５０に記憶されることができる。

システム制御部５２は、プログラムを記憶回路（記憶部５０）から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサ、を備える。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路は、図１のコンピュータ３０内に示された各機能を有することとなる。

記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むことも可能である。この種の形態では、プロセッサは、回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。

図１においては単一のコンピュータ３０が単一のプロセッサ（システム制御部５２）により前処理部３２、再構成部３４、リアルタイム画像作成部３６、モニタリング画像作成部３８、重み計算部４０、ＲＯＩ設定部４２、スキャン制御部４４、表示部４６、および操作部４８の機能を実現されることが例示される。これに代えて、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能を実現するとしても構わない。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

前処理部３２、再構成部３４、リアルタイム画像作成部３６、モニタリング画像作成部３８は、特許請求の範囲における再構成処理部、合成部および画像処理部の一例である。重み計算部４０は、特許請求の範囲における計算部の一例である。ＲＯＩ設定部４２は、特許請求の範囲における設定部の一例である。スキャン制御部４４は、特許請求の範囲における制御部の一例である。表示部４６は、特許請求の範囲における表示制御部の一例である。記憶部５０は、特許請求の範囲における保管部の一例である。

図２は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１によるスキャンシーケンスの一例を示すフローチャートである。図２に示されるフローチャートは、ＣＴ透視のためのリアルタイムモニタリングスキャンにおけるワークフローの一例である。図２において、先ず、被検体（患者など）の位置を決定するためにプレスキャンが実施され、参照画像が作成される（ステップＳ１）。

次に、オペレータはＸ線ＣＴ装置１を操作してリアルタイムモニタリングスキャンを実施する（ステップＳ２）。これにより得られるリアルタイム画像を確認しながら、術者は必要があれば穿刺箇所を変更する（ステップＳ３）。穿刺箇所の変更があれば（ステップＳ４でＹｅｓ）処理手順はステップＳ２に戻り、リアルタイムモニタリングスキャンが再度実施される。
その後、穿刺箇所を確認するための本スキャンが管電圧を上げて実施され（ステップＳ５）、得られた本スキャン画像に基づいて、術者は穿刺箇所を最終的に確認する（ステップＳ６）。

図３は、図２のステップＳ２（リアルタイムモニタリングスキャン）における処理手順の一例を示すフローチャートである。リアルタイムモニタリングスキャンにおいては、スキャン（ステップＳ２１）により取得された純生データを対数変換して生データを作成し（ステップＳ２２）、ＣＴ画像を作成するための再構成前処理（ステップＳ２３）が行われる。その後、畳み込み演算（コンボリューション）およびバックプロジェクション（ステップＳ２４）、および再構成後処理を経て（ステップＳ２５）作成されたＣＴ画像がモニタ表示される（ステップＳ２６）。リアルタイムモニタリングスキャンにおいては上記の手順がリアルタイムに実施される。

図４は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１によるスキャンシーケンスの他の例を示すフローチャートである。図４に示されるフローチャートは、モニタリングスキャンにおけるワークフローの一例である。図４において、先ず、被検体の位置を決定するためにプレスキャンが実施され、参照画像が作成される（ステップＳ１１）。位置決めが完了すると被検体への造影剤の注入が開始される（ステップＳ１２）。

次に、オペレータはＸ線ＣＴ装置１を操作して、図３と同様の手順でリアルタイムモニタリングスキャンを実施する（ステップＳ１３）。これにより得られるリアルタイム画像を確認しながら（ステップＳ１４）、術者は造影剤が被検体に浸潤するタイミングを判断する（ステップＳ１５）。なお画像解析処理により、このタイミングの判断をコンピュータ３０に委ねても良い。

造影剤浸潤のタイミングの到来が判断されると（ステップＳ１５でＹｅｓ）、オペレータはＸ線ＣＴ装置１を操作して管電圧を切り替え、本スキャンを開始する（ステップＳ１６）。

ところで、リアルタイムモニタリングスキャンは線量をできるだけ下げて実施される。よって図５に示されるように、ノイズが混ざったりなどして画像が劣化し、構造の歪みなどを含む読影のし難い画像（低線量画像）が作成されてしまう。実施形態ではこのような弊害に対処することの可能な技術を説明する。

図６は、リアルタイム画像の作成に係わる処理手順の一例を示すフローチャートである。図６に示されるフローチャートはプロセス１〜プロセス４を含む。
図６において、プロセス１はＣＴ画像データの作成に係わるプロセスであり、ステップＳ３１、Ｓ３２およびＳ３３の手順を含む。すなわちスキャンにより純生データが取得されると（ステップＳ３１）、対数変換処理により純生データは生データに変換される（ステップＳ３２）。

次にＸ線ＣＴ装置１は、再構成処理を実施し（ステップＳ３３）、生データからＣＴ画像を再構成する。なお再構成処理は、生データに対する再構成前処理、コンボリューション／バックプロジェクション、および再構成後処理を含む。

プロセス２は、参照画像をリアルタイム画像に重ね合わせる重みを求めるためのプロセスであり、ステップＳ３４、Ｓ３５の手順を含む。すなわちＸ線ＣＴ装置１は、ステップＳ３１のスキャンで取得された純生データに直接、コンボリューション／バックプロジェクションを施す（ステップＳ３４）。

ステップＳ３４の処理により、Ｘ線のカウント値（純生データ）を直接反映する強度分布が得られる。この分布はＣＴ画像における画質の劣化の程度を示す。つまり劣化の程度の大きい箇所ほど低い値を示し、逆にクリアに見えている箇所は高い値となる。この値は例えば画素を単位として定義することができる。低い値を示す部分には例えばＸ線の高吸収体が分布していると考えられる。

次にＸ線ＣＴ装置１は、ステップＳ３４で得られた強度分布を規格化し、さらに、企画化された値を反転（１→０、０→１にする）させる（ステップＳ３５）。これにより、画質劣化の程度の大きい箇所ほど高く、クリアに見えているほど低い値の分布が得られる。この分布がすなわち、参照画像とリアルタイム画像とを重ね合わせる際の重みの分布である。

プロセス３は、参照画像とリアルタイム画像とを重ね合わせるための前処理であり、体動トラッキング、拡大／縮小、あるいは色補正などの既知の処理を含む（ステップＳ３６）。例えば図７（ａ）に示される低線量画像（リアルタイム画像）と、図７（ｂ）に示される参照画像とは、被検体の体動などのため互いに形状（輪郭や器官の位置など）が合わないことが多い。そこでプロセス３を経ることで参照画像が形状補正（Fitting）され、リアルタイム画像と重畳することの可能な参照画像データが作成される。

プロセス４は、補正された参照画像とリアルタイム画像とを重ねあわせるプロセスであり、ステップＳ３４の処理を含む。すなわちＸ線ＣＴ装置１は、補正された参照画像データを構成する画素の各画素値と、プロセス２で求められた強度分布とを掛け合わせ、重畳用の画像データを形成する。さらに、この重畳用の画像データに色付けをしたのち、リアルタイム画像に重ね合わせる（ステップＳ３４）。これにより作成された重ね合わせ画像がすなわちリアルタイム画像であり、例えば図７（ｃ）に示される。このリアルタイム画像は表示部４６（図１）に表示される。以上、プロセス１〜プロセス４をリアルタイムで繰り返すことで、図７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、リアルタイム画像に参照画像を重ね合わせることが可能になる。

図８は、強度分布について補足説明するための模式図である。図８（ａ）に示されるように、撮像体（被検体）は、低線量のため画質劣化をもたらす領域（例えば高吸収体）を含むとする。この領域を透過するパスの純生データ上でのカウントは、空気や低密度の物質を透過するパスのカウントと比較して顕著に低くなる。その原因の一つとして、Ｘ線が指数関数的に減弱することが挙げられる。

通常、ＣＴ画像の再構成に際しては、各パスのカウント値を対数変換（ログ変換）することで、各パスにおける各種物質の透過長の積算値を計算できるようにしている。ログ変換を経たドメインのデータは生データと称される。

しかしこの実施形態では、生データではなく、その前のドメインである純生データのままコンボリューションおよびバックプロジェクションを実施する。その結果、低線量となり純生データのカウントが低くなる領域（低線量部分）、つまり画質が劣化する領域において低い値を示す、いわばＸ線のカウント値の強度分布が得られる。この強度分布を正規化し、さらに値を反転することで、低画質領域において値の大きくなる重み分布を作成することができる（図８（ｂ））。この重み分布に基づいて参照画像を重ね合わせることで、モニタリング画像においては低画質領域ほど参照画像が強く表れるようになる。

図９〜図１２は、実施形態で作成される画像の一例を示す。図９は、表示部４６に表示される参照画像の一例を示し、肺領域８１および背骨領域８３を含む。さらに、参照画像においては比較的高線量のため、被検体Ｐ内の解剖学的部位である器官８２がクリアに映っているとする。術者（オペレータ）は参照画像を見ながら、例えば器官の一部にＲＯＩを設定する。

プレスキャン後のモニタリングスキャンでは、図１０のリアルタイム画像に示されるように低線量による低画質領域が生じたとする。低画質領域においては参照画像の重みが高くなるので、例えば図１１のモニタリング画像に示されるように、器官８２がはっきりと映し出される。

ただし、低画質領域にＲＯＩが重なっている条件下では、図１２に示されるようにＲＯＩにリアルタイム画像を表示しても良い。つまりＲＯＩにおいてはリアルタイム画像の優先度を上げ、参照画像ではなくリアルタイム画像を表示しても良い。臨床現場ではリアルタイム画像を優先的に観察したいというニーズもあり、このような表示態様はそのようなニーズに応えるものとなる。

以上説明したようにこの実施形態では、プレスキャンで取得された参照画像を、リアルタイムモニタリングスキャンで取得される低線量画像（リアルタイム画像）に、色違いで重ね合わせるようにする。その際、Ｘ線検出器１８で得られるＸ線カウント量に応じて色の強度（重ね合わせの重み）を変化させ、この重み分布を、例えば色の濃淡に反映させる。重み分布は、カウント量を対数変換（ログ変換）することなく、つまり純生データのカウント値をそのままバックプロジェクションし得られた値を反転することで算出される。さらに、参照画像とリアルタイム画像との重ね合わせに際して、体動のトラッキングや体の大きさに合わせた補正も加えるようにしている。

これらのことから実施形態によれば、低線量スキャンで作成された画像の視認性を向上させることの可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置、画像表示装置および画像表示方法を提供することが可能になる。これにより使用者やオペレータ、読影医の技量に左右されず再現性の高い読影を実現でき、人的ミスを減らして安全性の向上などを促すことができる。ひいては再構成ワークフローを改善できるとともに、劣化した低線量画像の情報を把握することが可能になる。

［第１の変形例］
図１３は、表示部４６に表示されるコンソール画面（console window）の一例を示す図である。この画面はいわゆるprep画面の一例を示す。prep画面は、プレスキャンにより取得されるprep断面を示す画面である。モニタリングスキャンが開始されると、prep断面において設定されたROIにおけるＣＴ値のモニタリングが、造影剤の注入とともに開始される。ＣＴ値が規定値を超えると、その瞬間に本スキャンが開始される。これにより、ユーザの意図した造影剤の染まり具合における画像を得ることが可能になる。

図１４は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。図１４に示されるように、prep画像の位置に合うように補正した画像を、共通のコンソール画面に表示しても良い。その実現のため、リアルタイム画像作成部３６は、プレススキャン時に第１の線量で被検体をスキャンして得られた参照画像（位置決め画像）を、prep画像に合わせて補正する（位置合わせなど）ことにより、補正付きの位置決め画像をリアルタイムで作成する。このようにprep画像と補正付きの位置決め画像とを共通のコンソール画面に表示することにより、ユーザ（医師など）は被検体の状態をより的確に判断することが可能となる。

［第２の変形例］
図１５は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。図１５に示されるように、ＣＴ透視（ＣＴＦ：Computed Tomography Fluoroscopy）により取得されたリアルタイム画像と、補正付きの位置決め画像とを共通のコンソール画面に表示してもよい。このようにすることで、ユーザ（医師など）は被検体の状態をより的確に判断することが可能となる。

図１６は、表示部４６に表示されるコンソール画面の他の例を示す図である。図１６に示されるように、例えば異なる３断面のアキシャル画像に対応する３つのＣＴＦ画像を、補正付きの位置決め画像と共通のコンソール画面に表示してもよい。

あるいは、図１７の他の例に示されるように、アキシャル画像に加え、コロナル断面画像およびサジタル断面画像を、補正付きの位置決め画像と共通のコンソール画面に表示してもよい。

ＣＴ透視は、例えば、生検中に穿刺針の先端部と検体を採取する部位との位置関係を確認する場合等に用いられる。ＣＴ透視においては、同じ検査の中で、穿刺位置決めのためのスキャンと、穿刺状態確認用のモニタリングスキャンとが実施される。ＣＴ透視においても、モニタリングスキャンは、位置決めのためのスキャンの線量よりも低い線量で実施される。

図１６または図１７のウインドウを参照することで、ユーザは穿刺針の先端部の位置や、先端部とターゲットとの位置関係を明確に把握できる。すなわちユーザは、穿刺の状況をより的確に判断できるようになる。

［第３の変形例］
図１８は、リアルタイム画像の作成に係わる処理手順の他の例を示すフローチャートである。図１８に示されるフローチャートに基づいて、参照画像のスキャン結果、すなわち位置決めスキャンのスキャン結果に基づいて強度分布データを得る手順を説明する。

参照画像の生データ、および参照画像を作成する際に取得された生データをそれぞれ純生データに変換する（ステップＳ４１）。次にＸ線ＣＴ装置１は、ステップＳ４１の計算で得られた純生データに直接、コンボリューション／バックプロジェクションを施す（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２の処理により、位置決めスキャンにおけるＸ線のカウント値（純生データ）を直接反映する強度分布、を得られる。次にＸ線ＣＴ装置１は、ステップＳ４２で得られた強度分布を規格化し、さらに、規格化された値を反転（invert）する（ステップＳ４３）。これにより、位置決め画像とリアルタイム画像とを重ね合わせる際の重みの分布（強度分布）を得ることができる。

強度分布データは、スキャンで取得された投影データを用いることなく得ることも可能である。例えば図１９に模式的に示されるように、強度分布のデータベースを病院内ネットワーク、Ｘ線ＣＴ装置１の内部、あるいは外部ネットワーク（いわゆるクラウドコンピューティングシステム）に設け、強度分布データを例えばスキャン条件に対応付けてこのデータベースに予め保管する。スキャン条件は例えば被検体の身長、体重、性別、撮影部位、患者の体位、管電圧（kV）、管電流（mA）、造影剤の濃度などを含む。そして、検査時に、データベース内の強度分布データのリストからスキャン条件をキーとして最適な強度分布データを取得する。このようにすることでも、複数の画像の形状補正（Fitting）や重ね合わせに用いることの可能な強度分布（重み分布）データを得ることが可能になる。

なお本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図１２に示されるように、ＲＯＩの境界部分における段差、つまり重畳される画像（リアルタイム画像、参照画像）間の不連続性が過度に大きいケースがある。このようなケースではシグモイドカーブなどの補間曲線に基づく画像操作により、上記不連続性を解消（あるいは補間）するようにしても良い。このようにすれば、より自然なＣＴ画像を提供することができる。

また上記実施形態ではＣＴ透視およびモニタリングスキャンを例として説明したが、これに限らずあらゆるケースのリアルタイムでモニタリング画像処理に実施形態の技術を適用可能である。さらに、低線量のスキャンに限定することなく実施形態の技術を適用可能である。

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するものであり、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１…Ｘ線ＣＴ装置、１０…スキャン部、１２…回転フレーム、１４…天板、１６…Ｘ線管、１８…Ｘ線検出器、２０…回転駆動部、２２…高電圧発生部、２４…Ｘ線絞り、２６…データ収集回路、２８…非接触データ伝送部、３０…コンピュータ、３２…前処理部、３４…再構成部、３６…リアルタイム画像作成部、３８…モニタリング画像作成部、４０…重み計算部、４２…ＲＯＩ設定部、４４…スキャン制御部、４６…表示部、４８…操作部、５０…記憶部、５２…システム制御部、８１…肺領域、８２…器官、８３…背骨領域

Claims (30)

1. Ｘ線管を備えるＸ線発生部と、
   前記Ｘ線管に印加される管電圧を発生する高電圧発生部と、
   前記Ｘ線管装置から照射され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   第１の線量での第１スキャンと前記第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンとでそれぞれ前記被検体をスキャンするために前記高電圧発生部を制御する制御部と、
   前記第１のスキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
   前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する合成部と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. Ｘ線管を備えるＸ線発生部と、
   前記Ｘ線管に印加される管電圧を発生する高電圧発生部と、
   前記Ｘ線管装置から照射され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記被検体をスキャンするために前記高電圧発生部を制御する制御部と、
   第１スキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第１スキャンと同じ検査に対応し且つ当該第１スキャンの実行後に実行される第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
   前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する合成部と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. Ｘ線管を備えるＸ線発生部と、
   前記Ｘ線管に印加される管電圧を発生する高電圧発生部と、
   前記Ｘ線管装置から照射され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   第１の線量での第１スキャンと前記第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンとでそれぞれ前記被検体をスキャンするために前記高電圧発生部を制御する制御部と、
   前記第１スキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
   前記第２の画像に対応するよう前記第１の画像を補正する画像処理部と、
   前記第１の画像と前記第２の画像とを同じ画面上に表示する表示制御部と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. Ｘ線管を備えるＸ線発生部と、
   前記Ｘ線管に印加される管電圧を発生する高電圧発生部と、
   前記Ｘ線管装置から照射され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記被検体をスキャンするために前記高電圧発生部を制御する制御部と、
   第１スキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第１スキャンと同じ検査に対応し且つ当該第１スキャンの実行後に実行される第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
   前記第２の画像に対応するよう前記第１の画像を補正する画像処理部と、
   前記第１の画像と前記第２の画像とを同じ画面上に表示する表示制御部と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. さらに、前記第２スキャンで取得された投影データに基づいて、前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する際の重み分布を計算する計算部を具備し、
   前記合成部は、前記計算された重み分布に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを合成することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記計算部は、前記第２スキャンで取得された純生データのカウント値に対してコンボリューションおよびバックプロジェクションを施して得られる強度分布データに基づいて前記重み分布を計算することを特徴とする、請求項５に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. さらに、前記第１スキャンで取得された投影データに基づいて、前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する際の重み分布を計算する計算部を具備し、
   前記合成部は、前記計算された重み分布に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを合成することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記計算部は、前記第１スキャンで取得された純生データのカウント値に対してコンボリューションおよびバックプロジェクションを施して得られる強度分布データに基づいて前記重み分布を計算することを特徴とする、請求項７に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記計算部は、前記強度分布データを規格化し反転して前記重み分布を計算することを特徴とする請求項６または８のいずれか１項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. さらに、前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する際の重み分布をスキャン条件に対応付けて保管する保管部を具備し、
    前記合成部は、前記スキャン条件に対応する前記重み分布に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを合成することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 前記合成部は、前記第１の画像の色と前記第２の画像の色とを異ならせて合成することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
12. さらに、関心領域を設定するための設定部を具備し、
    前記合成部は、前記合成された画像における前記設定された関心領域に、前記第２の画像を表示することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
13. 前記合成部は、前記関心領域の境界部における画像の不連続性を解消して前記合成された画像を作成することを特徴とする請求項１２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
14. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１の線量での第１スキャンで被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンで前記被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
    前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する合成部と、
    前記合成された画像を画面上に表示する表示制御部と、
    を具備することを特徴とする画像表示装置。
15. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１スキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第１スキャンと同じ検査に対応し且つ当該第１スキャンの実行後に実行される第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
    前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する合成部と、
    前記合成された画像を画面上に表示する表示制御部と、
    を具備することを特徴とする画像表示装置。
16. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１の線量での第１スキャンで被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンで前記被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
    前記第２の画像に対応するよう前記第１の画像を補正する画像処理部と、
    前記第１の画像と前記第２の画像とを同じ画面上に表示する表示制御部と、
    を具備することを特徴とする画像表示装置。
17. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１スキャンで収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、前記第１スキャンと同じ検査に対応し且つ当該第１スキャンの実行後に実行される第２スキャンで収集された投影データに基づいて第２の画像を生成する再構成処理部と、
    前記第２の画像に対応するよう前記第１の画像を補正する画像処理部と、
    前記第１の画像と前記第２の画像とを同じ画面上に表示する表示制御部と、
    を具備することを特徴とする画像表示装置。
18. さらに、前記第２スキャンで取得された投影データに基づいて、前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する際の重み分布を計算する計算部を具備し、
    前記合成部は、前記計算された重み分布に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを合成することを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
19. 前記計算部は、前記第２スキャンで取得された純生データのカウント値に対してコンボリューションおよびバックプロジェクションを施して得られる強度分布データに基づいて前記重み分布を計算することを特徴とする、請求項１８に記載の画像表示装置。
20. さらに、前記第１スキャンで取得された投影データに基づいて、前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する際の重み分布を計算する計算部を具備し、
    前記合成部は、前記計算された重み分布に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを合成することを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
21. 前記計算部は、前記第１スキャンで取得された純生データのカウント値に対してコンボリューションおよびバックプロジェクションを施して得られる強度分布データに基づいて前記重み分布を計算することを特徴とする、請求項２０に記載の画像表示装置。
22. 前記計算部は、前記強度分布データを規格化し反転して前記重み分布を計算することを特徴とする請求項１９または２１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
23. さらに、前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成する際の重み分布をスキャン条件に対応付けて保管する保管部を具備し、
    前記合成部は、前記スキャン条件に対応する前記重み分布に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを合成することを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
24. 前記合成部は、前記第１の画像の色と前記第２の画像の色とを異ならせて合成することを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
25. さらに、関心領域を設定するための設定部を具備し、
    前記合成部は、前記合成された画像における前記設定された関心領域に、前記第２の画像を表示することを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
26. 前記合成部は、前記関心領域の境界部における画像の不連続性を解消して前記合成された画像を作成することを特徴とする請求項２５に記載の画像表示装置。
27. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１の線量での第１スキャンで被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、
    前記第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンで前記被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第２の画像を生成し、
    前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成し、
    前記合成された画像を画面上に表示することを特徴とする、画像表示方法。
28. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１スキャンで被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、
    前記第１スキャンと同じ検査に対応し且つ当該第１スキャンの実行後に実行される第２スキャンで前記被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第２の画像を生成し、
    前記第１の画像の一部と前記第２の画像とを合成し、
    前記合成された画像を画面上に表示することを特徴とする、画像表示方法。
29. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１の線量での第１スキャンで被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、
    前記第１の線量よりも低い第２の線量での第２スキャンで前記被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第２の画像を生成し、
    前記第２の画像に対応するよう前記第１の画像を補正し、
    前記第１の画像と前記第２の画像とを同じ画面上に表示することを特徴とする、画像表示方法。
30. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により第１スキャンで被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第１の画像を生成し、
    前記第１スキャンと同じ検査に対応し且つ当該第１スキャンの実行後に実行される第２スキャンで前記被検体をスキャンして収集された投影データに基づいて第２の画像を生成し、
    前記第２の画像に対応するよう前記第１の画像を補正し、
    前記第１の画像と前記第２の画像とを同じ画面上に表示することを特徴とする、画像表示方法。