JP2778707B2

JP2778707B2 - 断層画像診断装置

Info

Publication number: JP2778707B2
Application number: JP63287521A
Authority: JP
Inventors: 真浩尾嵜
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: US5034969A; JPH02134139A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、Ｘ線CT装置又はMRI装置等の断層撮影装置
によって得られた断層像を用いて行なう断層画像診断方
法及び装置に関し、特に基準物質の位置を認識し、関心
領域を設定する断層画像診断方法及び装置に関する。

（従来の技術）例えば、Ｘ線CT装置を用いて被検者の骨塩量を測定す
る方法として、被検者と同様にファントムと呼ばれる、
内部に基準物質を有する物質を撮影し、被検者の骨の平
均の物性値（ここではCT値と称する）と基準物質のCT値
を比較する方法がある。第14図にこのようなファントム
の使用例を示す。Ｘ線CT装置１の寝台30上部の天板12上
に被検体２が載置されている。被検体２と天板12の間に
湾曲した板状ファントム３が載置されている。第15図に
ファントム３の形状を示す。同図（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図Ｉ−Ｉ′で切断して矢印の方向に向かっ
て見た断面図である。ファントム３の幅Ｈは天板12の幅
とほぼ同程度であり、面Ｍを下にして天板12上に載置
し、面Ｎ上に被検体２が載置される。内部には既知であ
り、一定でそれぞれ異なる量の、骨塩に類似した物質
（例えばCaCO₃）を含む複数のロッドと呼ばれる基準物
質13a及至13eを有し、ファントム内でロッドの存在しな
い部分であるベース15はウレタン樹脂からなっている。
また各ロッドの直径及びファントム３内での位置は既知
である。このようなファントム３を用いて、被検者と同
時にＸ線CT装置によって断層撮影を行ない、例えば第16
図のような画像を得る。天板12上のファントム３の内部
にロッド13a及至13eが埋め込まれており、ファントム３
の上に被検体２が載置されている。ここで第16図に示す
ように、ロッド13a及至13e及び被検体２の骨31に対し
て、それぞれ関心領域（Region Of Interest:以下ROIと
称する。）Ra及至Rfをオペレータが手動で設定する。Ｘ
線CT装置によって得られた画像中の各画素は、それに対
して一意的に対応するCT値を有していることから、個々
のROI内の画素の平均CT値を比較し、被検体２の骨31中
の骨塩量を推定する。しかし、この方法では、オペレー
タが手動でROIを設定しなければならないため、操作が
非常に面倒であった。

また、ファントムの内部のロッドに対してROIを設定
するためのロッドの位置を認識する方法として、第17図
に示すようなファントム３′を利用する方法がある。第
15図に示したものと同様に内部に複数のロッド13a′及
至13e′を有し、さらに被検体内部のCT値と比較して非
常に高い（あるいは低い）既知のCT値を有する２つのマ
ーカ32、33を有するものである。同図（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面Ｊ−Ｊ′で切断して矢印の方向に向かって
見た断面図である。ここで、ファントム３′内部のマー
カ32、33及びロッド13a′及至13e′の相互の位置関係は
既知である。ファントム３′を用いて被検者と同時にＸ
線CT装置によって断層撮影を行ない、例えば第18図のよ
うな画像を得る。ここで、マーカ32、33のCT値は既知で
あり、画像中にはマーカ32、33に類似したCT値を有する
画素は存在しないので、画像中の各画素のCT値を測定す
ることによって、マーカ32、33の画像中の位置が容易に
明らかになる。すると、マーカ32、33及びロッド13a′
及至13e′の相互の位置関係は既知であるので、ロッド1
3a′及至13e′のそれぞれの位置が明らかになる。従っ
てそれぞれのロッドに対してROIを設定することができ
る。しかし、この方法では、マーカのないファントムは
使用できず、またマーカを有するファントムを使用する
場合はファントムの製造費が不必要に高くなってしま
う。

また、MRI装置において、水の含有率が異なるロッド
を有するファントムについても同様の欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来のファントム内部の基準物質の
位置を認識し、関心領域を設定する方法では、手動で位
置を定めなければならない、あるいは特殊なファントム
を使用しなければならないという欠点があった。またマ
ーカを有するファントムを用いた場合、マーカは認識を
容易にするために特にCT値の高い物質で構成されてお
り、画像上でマーカ周辺からアーチファクトが発生して
画質を損なう恐れがあった。

そこで本発明は、内部に複数の基準物質を有する通常
のファントムを用いて、オペレータの手を煩わすことな
く自動的に基準物質の位置を認識し、関心領域を設定
し、診断することのできる断層診断方法及び装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記の課題を解決するために、それぞれ均質
で既知の物性値を有し所定の関係をもって配列されてな
る複数の基準物質、および前記基準物質とは異なる既知
の物性値を有する基準物質とからなる既知形状のファン
トムを撮影し、このファントム内の基準物質と被検体の
所望部位との物性値を比較することで診断を行う断層画
像診断装置において、前記ファントムの断層像を撮影す
る断層撮影手段と、この断層撮影手段によって撮影され
た前記ファントムの画像情報における前記基準物質の物
性値に基き、前記複数の基準物質による前記所定の関係
をもつ配列ラインを認識する配列認識手段と、この配列
認識手段にて認識された配列ライン上における前記基準
物質の位置を前記既知の物性値に基いて認識する基準物
質位置認識手段と、この基準物質位置認識手段にて認識
された位置上に所定形状の関心領域を設定する関心領域
設定手段とを有して構成されることを特徴としている。

（作用）本発明によれば、まず内部に複数の基準物質を有する
ファントムを被検者と同時にＸ線CT装置又はMRI装置等
の断層撮影装置によって撮影した画像において、画像中
の一部の領域内の各画素に階調を測定する。そしてファ
ントムの階調範囲に相当する階調を有する領域をファン
トムの一部として認識し、その位置を基準として、あら
かじめ定められた図形、例えば一定の半径を有し、全て
の基準物質がその外周上に存在するような円を設定す
る。ファントム内の各基準物質の位置は一定であるの
で、ファントムの位置が明らかになれば、その基準物質
の位置を基準とした上記のような一定の図形を設定すれ
ば、全基準物質が常にその図形上に存在することにな
る。図形設定後、図形上の全画素の階調を測定し、基準
物質の階調範囲に相当する階調を有する領域の位置を基
準物質の位置として認識し、基準物質の位置を基準とし
て関心領域を設定することによって、関心領域を自動的
に設定することができる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。例えばＸ線CT装置１によって被検体２及び第16図
に示すようなファントム３を断層撮影した結果は、例え
ば512×512のマトリクスに分割された各画像についての
CT値を表わす画像データとしてメモリ４に記憶されてい
る。メモリ４中のCT値データは、画像作成装置５によっ
てウインドウ処理等の処理を経て画像化され、CRT等の
表示装置６によって表示される。第1CT値指定装置７に
より、CT値測定装置８でファントム３のベース15のCT値
を認識するためにCT値を測定する領域及びCT値範囲を指
定する。CT値測定装置８は、メモリ４中の一部の領域内
の各画素についてCT値を読み出し、ベース15のCT値の範
囲内のCT値を有する領域を抽出する。CT値測定装置８に
よって抽出された領域を基準として、第2CT値指定装置
９ではファントム３のロッド13の有するCT値範囲を指定
し、さらに例えば円等の図形を画像上に設定し、設定さ
れた図形を表示装置６に表示する。第2CT値指定装置９
によって設定された図形上、例えば円ならばその外周上
の各画素のCT値をCT値測定装置８によってメモリ４から
読み出し、ロッドのCT値の範囲内のCT値を有する領域を
抽出する。以上のように構成された装置により画像中の
ファントム内部のロッドの位置を自動的に認識すること
ができる。ここで、抽出されたそれぞれのロッドの位置
に対して、ROI指定装置10によって適当な形状、例えば
一定の半径を有する円で表わされるROIを自動的に設定
し、ROI内部の平均CT値をCT値測定装置８によってメモ
リ４から読み出し測定することによって、ファントム内
部の各ロッドのCT値を自動的に測定することができる。

第２図は本実施例の第１の動作例の概要を示すフロー
チャートである。まず、画像中の所定の位置を始点とし
て、所定の方向に向かって各画素のCT値を読み出す（ST
EP1）。第３図にSTEP1でのCT値の読み出し方法示す。Ｘ
線CT装置で撮影され再構成された領域を示す撮影エリア
11内に、Ｘ線CT装置の天板12及び内部にロッド13a及至1
3eを有するファントム３が写っている。ここで紙面に向
かって右上向きの方向をｘ、紙面に向かって上向きの方
向をｙとする。本実施例では、撮影エリア11の中心Ｏか
らｙの負の方向に向かう２つの経路における各画素にお
いて引いた直線14が撮影エリア11の外周と交わる点S1
と、撮影エリア11の外周上の点で、直線14からｘ方向に
距離ａだけ離れた点S2の２点から、ｙ方向に向かう２つ
の経路における各画素についてCT値の読み出しを行な
う。読み出されたCT値をP_x、既知であるベース15のCT値
をP_oとして、下記（１）式を満たす画素がｎ個続くまで
読み出しを行なう。

P_x−P_o＜（誤差範囲） …（１）ただし、ｎ、誤差範囲はともに既知の数値であって、ｎ
は画像中で既知のファントム３の厚さｈに相当する画素
の数よりも小さい数であり、それぞれあらかじめ定めて
おく。また、CT値の読み出しをするときに、読み出しの
経路上にロッドが存在すると（１）式を満たすことがで
きない。そこで、距離ｆの値をロッドを含まないロッド
間の距離ｇ以下として、距離ｆだけ離れた２つの経路に
ついてCT値を読み出すことにより、少なくともどちらか
一方の経路がロッドの存在しない経路となる。

上記のような２つの経路についてCT値の読み出しを行
なった結果、（１）式を満たす経路、あるいは両方の経
路が（１）式を満たす場合はどちらが一方の経路、例え
ばS2を始点とする経路について、（１）式を満たす画素
のうち最初の画素の位置をファントムの下端の座標
（x₁,y₁）とする。（STEP2）。

次に、既知であるファントムの厚さをＴとして、STEP
2で求めたファントム下端のｙ座標の値y₁を用いて下記
（２）式により、第４図に示すように、ｘ座標x₁の位置
におけるファントムの厚さＴ方向の中心のｙ座標の値y_m
を求める（STEP3）。

y_m＝y₁＋T/2 …（２） STEP3で求めたファントム３の厚さＴ方向の中心のｙ
座標の値y_mを基準として、第１図中の第2CT値指定装置
９によって設定する図形の位置を定める（STEP4）。本
実施例では、ファントム３の形状から、図形は第４図に
示すような一定の半径を有する円16とする。半径はファ
ントム３の形状から一意的に定まり、湾曲面の曲率の中
心からファントム厚さの中点までの距離r1である。第４
図のように、円16は画面17からはみだすこともあり得
る。ここで、Ｘ線CT装置の撮影から、撮影エリア11内で
の天板12のｘ座標は変化せず、常に撮影エリア11の中心
Ｏのｘ座標と天板12の幅の中心のｘ座標は一致する。従
って、円16の中心の位置を（x_o,y_o）とすると、x_oは撮
影エリア11の中心Ｏのｘ座標と一致する。y_oは下記
（３）式より求める。

STEP4において決定された位置に従って画面上に円16
を描く（STEP5）。

STEP5において画面上に円16が描かれると、描かれた
円16の外周上の各画素について、CT値を読み出す（STEP
6）。読み出しは円16の下半分、あるいは画面17に写っ
ている範囲内で行ない、読み出した結果、例えば第５図
（ａ）に示すようなデータを得る。ただし、横軸には円
16の外周上でのｘ座標、縦軸にはCT値をとっている。こ
こで、実際のファントムのCT値と検出したCT値とで、全
体的にレベルがずれていることがある。例えば、第５図
（ａ）で、CT値のピーク部分ｐ以外のCT値の低い部分
は、ファントム中ロッドでない部分、つまりウレタン樹
脂のCT値を表わしているので、CT値は５程度でなければ
ならないが、ほとんどの値が５以上となっている。この
いずれを補正するために、読み出した全画素におけるCT
値から、ファントム中明らかにロッドでない領域、つま
り第16図に示すベース15の画素におけるCT値を減ずる。
ベース部分のCT値は、あらかじめ定めておいたCT値範囲
内のCT値を有する画素をベース部分とみなし、ベース部
分の全画素における平均CT値を用いる。さらに、ノイズ
による影響を軽減するためにスムージング処理を行な
い、第５図（ｂ）に示すようなデータを得る。第５図
（ａ）と比較して、第５図（ｂ）はピーク部分ｐとそう
でない部分との違いが明瞭になっており、ピーク部分ｐ
以外の部分のCT値は５程度となっている。

次に、第５図（ｂ）に示したデータに対して、第６図
（ａ）に示すようにあるCT値を表わすしきい値Ｌをあら
かじめ設けておき、しきい値Ｌ以上のCT値を有する画素
を抽出すると、第６図（ｂ）に示すように各ロッドに対
応した領域Ａ及至Ｅが抽出される。そして各領域Ａ及至
Ｅに対して、それぞれの幅を二等分した位置ａ及至ｅ
を、それぞれのロッドの大まかな位置とする（STEP
7）。ここでSTEP7で求めたｉ番目のロッドの座標を
（x₁,y₁）とする。

大まかなロッドの座標（x₁,y₁）が定まると、座標（x
₁,y₁）を基準としてロッドの重心の座標を求める（STEP
8）。STEP8における詳細な動作については後述する。

ロッドの重心が定まると、定められた重心の位置を中
心として、第７図に示すように例えば既知のロッドの直
径より小さい半径を有する円形のROI18を設定する。（S
TEP9）。

ROIが設定されると、ROI内の各画素のCT値を測定し、
全画素の平均CT値をそのロッドの有するCT値とする（ST
EP10）。

以上STEP1及至STEP10の動作を全ロッドについて行な
い、全てのロッドについて自動的に画像中の位置を認識
し、さらにROIの設定を行なうことができる。

第８図はSTEP8の詳細な動作を示すフローチャートで
ある。まず、ひとつのロッド、例えばロッド13aについ
て、第９図に示すように、点（x₁,y₁）を中心とした、
半径r2がロッド13aの直径r3より大きく、第３図に示し
たロッド間の距離ｇより小さい円19を想定する（STEP8
−１）。円19内の任意の画素の位置を表わす座標を（x,
y）とし、それぞれの画素に対応するCT値をＰ（x,y）と
して、円19内の各画素についてＰ（x,y）を求める（STE
P8−２）。次に、ロッド部分のCT値とベース部分のCT値
の違いを明確にするため、ベース部分のCT値は下記
（４）式に示すように０とし、ロッド部分のCT値は下記
（５）式に示すようにのベース部分のCT値を減じた値で
あるＰ′（x,y）を求める（STEP8−３）。

Ｐ′（x,y）＜P_o＋（誤差範囲）のときＰ′（x,y）＝０ …（４）Ｐ（x,y）≧P_o＋（誤差範囲）のときＰ′（x,y）＝Ｐ（x,y）−P_o …（５）ただし、P_oはファントムのベース部分のCT値であり、誤
差範囲は既知の値である。そして、STEP8−３で求めた
Ｐ（x,y）を用いて、STEP7で求めた点（x₁,y₁）とロッ
ドの重心（x₁,y₁）とのｘ座標、ｙ座標のそれぞれの差
x,yを下記（６）、（７）式によって、円19内の全ての
x,yについて求める（STEP8−４）。

次にSTEP7及びSTEP8−４において求めた（x₁,y₁）、
（x,y）より、ロッドの重心（x₁,y₁）を下記（８）式に
より求める（STEP8−５）。

（x₁,y₁）＝（x₁＋x,y₁＋ｙ） …（８）以上STEP8−１及至８−５の動作を経てSTEP9の動作に
移る。

第10図に第２の動作例のフローチャートを示す。ま
ず、第11図に示すように、画面上のロッドの１つに対し
てオペレータが手動でROI20を設定する（STEP11）。次
に、第11図に示すように、STEP11で設定したROI中心点
（X₁,y₁）を中心とし、第１の動作例中で用いた半径r₁
と等しい半径を持つ円21を設定する（STEP12）。設定さ
れた円21とｘ＝x_oの直線との交点（x_o′,y_o′）を中心
とする、半径r₁の円22を設定する（STEP13）。以下、円
22を第４図中円16と同様に扱い、第１の動作例STEP6に
続く。

この第２の実施例は、ファントム３と天板12との間に
多少の隙間があるとき、例えばファントム３と天板12と
の間に均一なシート状の物質が挿入されている場合等に
特に有効である。

第12図に第３の動作例のフローチャートを示す。ま
ず、第13図に示すように、画面上の複数、例えば２つの
ロッドに対して、オペレータが手動でROI23a、23bを設
定する（STEP21）。次に２つのROIの中心点の座標をそ
れぞれ（x₁′,y₁′）、（x₂′,y₂′）とし、２点間の距
離ｋを下記（９）式により求める（STEP22）。

２つのROIの中心点の座標（x₁′,y₁′）、（x₂′,
y₂′）、及び（９）式によって求め２点間の距離ｋを用
いて、下記（10）式、（11）式によって求められる点
（x₃′,y₃′）を中心とした半径r₁の円24を設定する（S
TEP23）。

以下、円24を第４図中円16と同様に扱い、第１動作例ST
EP6に続く。

この第３の実施例は、天板12上にファントム３が傾い
て設置されてしまった場合、例えば天板12の端部付近に
天板12とファントム３の間に異物が挟まっている場合等
に特に有効である。

以上の動作により、内部に複数のロッドを有する通常
のファントムを用いて撮影を行なった断層画像につい
て、オペレータの手を煩わすことなく自動的にロッドの
位置を認識し、さらに自動的にROIの設定をすることが
できる。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではない。
例えば、ROIを設定する対象として、本実施例では被検
体と天板の間に載置する湾曲した板状のファントムとし
たが、板状以外の形状、例えば円板状のファントムとし
てもよい。また、本実施例では図形作成装置５によって
作成される図形を円としたが、ファントムの形状によっ
て、直線あるいは長方形等の多角形としてもよい。さら
に、実施例中ではROIの形状を円形としたが、正方形で
もよいし、また１つの画素をROIとして設定してもよ
い。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、内部に複数の
基準物質を有する通常のファントムを用いて、オペレー
タの手を煩わすことなく自動的に基準物質の位置を認識
し、関心領域を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図は本実施例の第１の動作例の概要を示すフローチャー
ト、第３図は第２図中のSTEP1でのCT値の読み出し方法
を示す説明図、第４図は第１の動作例における図形の設
定方法を示す説明図、第５図は読み出したCT値データを
示す説明図、第６図はしきい値及びしきい値によって抽
出されたデータを示す説明図、第７図は本実施例の第１
の動作例におけるROIの設定方法を示す説明図、第８図
は第２図中STEP8の詳細な動作を示すフローチャート、
第９図は第８図中STEP8−１の円の設定方法を示す説明
図、第10図は本実施例の第２の動作例を示すフローチャ
ート、第11図は第２の動作例における図形の設定方法を
示す説明図、第12図は本実施例の第３の動作例を示すフ
ローチャート、第13図は第３の動作例における図形の設
定方法を示す説明図、第14図は通常のファントムの使用
例を示す説明図、第15図は通常のファントムの形状を示
す説明図、第16図はファントムを用いて撮影した断層像
を示す説明図、第17図はマーカを有するファントムの形
状を示す説明図、第18図はマーカを有するファントムを
用いて撮影した断層像にROIを設定する方法を示す説明
図である。１……Ｘ線CT装置、３……ファントム、４……メモリ、６……表示装置、７……第1CT値指定装置、８……CT値測定装置、９……第2CT値指定装置、 10……ROI設定装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ均質で既知の物性値を有し所定の
関係をもって配列されてなる複数の基準物質、および前
記基準物質とは異なる既知の物性値を有する基準物質と
からなる既知形状のファントムを撮影し、このファント
ム内の基準物質と被検体の所望部位との物性値を比較す
ることで診断を行う断層画像診断装置において、前記フ
ァントムの断層像を撮影する断層撮影手段と、この断層
撮影手段によって撮影された前記ファントムの画像情報
における前記基準物質の物性値に基き、前記複数の基準
物質による前記所定の関係をもつ配列ラインを認識する
配列認識手段と、この配列認識手段にて認識された配列
ライン上における前記基準物質の位置を前記既知の物性
値に基いて認識する基準物質位置認識手段と、この基準
物質位置確認手段にて認識された位置上に所定形状の関
心領域を設定する関心領域設定手段とを有することを特
徴とする断層画像診断装置。
【請求項２】前記断層画像診断装置は、Ｘ線CT装置であ
る請求項１記載の断層画像診断装置。
【請求項３】前記断層画像診断装置は、磁気共鳴現像を
用いるMRI装置である請求項１記載の断層画像診断装
置。