JP5208484B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、特にデュアルエネルギー（dual energy）撮影を実現する技術に関する。

Ｘ線ＣＴ装置を用いる撮影法として、デュアルエネルギー撮影法と呼ばれる撮影法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

この撮影法は、物質によってＸ線エネルギーの吸収スペクトル（spectrum）が異なることを利用して、被検体における特定の物質が強調あるいは抑制された画像を得る撮影法である。具体的には、例えば、第１物質と第２物質とを含む被検体に、エネルギースペクトルが互いに異なる第１Ｘ線と第２Ｘ線とを照射して複数ビュー（view）に対応する第１Ｘ線投影データ（data）と第２Ｘ線投影データとを収集し、第１Ｘ線投影データに基づいて第１画像を画像再構成するとともに、第２Ｘ線投影データに基づいて第２画像を画像再構成する。そして、第１画像と第２画像との間で第１物質に対応する画素の画素値が略同じ値となるように、第１画像および第２画像の少なくとも一方を重み付けして、第１画像および第２画像の一方から他方を減算すること（加重減算処理）により、第２物質が強調されたデュアルエネルギー画像を得る。
特開２００４−６５９７５号公報

このような加重減算処理により得られるデュアルエネルギー画像は、画像間の差分を表す画像であるため、当該画像におけるＳＮ比（Signal-Noise ratio）が劣化し画素値のレンジ（range）も圧縮され、その結果、当該画像におけるコントラスト（contrast）が低下するという欠点がある。このため、デュアルエネルギー撮影法においては、コントラストがより高い画像を得るデュアルエネルギー画像再構成法が期待される。

本発明は、上記事情に鑑み、Ｘ線ＣＴ装置のデュアルエネルギー撮影において、コントラストがより高い画像を得るＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、第１物質と該第１物質とは異なる第２物質とを含む被検体に、第１エネルギースペクトルを有する第１Ｘ線と、前記第１エネルギースペクトルとは異なる第２エネルギースペクトルを有する第２Ｘ線とを照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線照射部により照射された第１Ｘ線に基づく前記被検体の第１Ｘ線投影データと、前記第２Ｘ線に基づく前記被検体の第２Ｘ線投影データとを収集するＸ線データ収集部と、前記第１Ｘ線投影データおよび前記第２Ｘ線投影データに基づいて、前記第１物質が抑制されたデュアルエネルギー画像を生成する画像生成部と、前記デュアルエネルギー画像を構成する画素のうち、画素値が前記第２物質に対応する画素値領域に属する関心画素の画素値を、該画素値より大きい値に変換することにより、変換済デュアルエネルギー画像を得る画素値変換部とを備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点では、本発明は、前記画像生成部が、前記第１Ｘ線投影データから画像再構成される第１画像と、前記第２Ｘ線投影データから画像再構成される第２画像との間で、前記第１物質に対応する画素の画素値が略同じ値となるように前記第１画像および前記第２画像の少なくとも一方を重み付けして、前記第１画像および前記第２画像の一方から他方を減算する加重減算処理を行って前記デュアルエネルギー画像を生成する上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、前記画像生成部が、前記第１Ｘ線投影データと前記第２Ｘ線投影データとの間においてビュー単位で加重減算処理を行って処理済Ｘ線投影データを得、該処理済Ｘ線投影データを用いて画像再構成して前記デュアルエネルギー画像を生成する上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点では、本発明は、前記第２物質に対応する画素値領域が、所定の閾値を超える領域である上記第１の観点から第３の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記画素値変換部が、前記デュアルエネルギー画像における画素値のヒストグラム（histogram）に基づいて前記所定の閾値を決定する上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記画素値変換部が、前記第１物質の種類と、前記加重減算処理に用いる重み付け係数とに基づいて、前記所定の閾値を決定する上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点では、本発明は、前記画素値変換部が、画像認識処理により前記デュアルエネルギー画像における前記第２物質を含む所定の部位に対応した部分画像を抽出し、該部分画像の画素値に基づいて前記所定の閾値を決定する上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、前記特第１物質および前記第２物質の一方がカルシウム（calcium）であり、他方がヨウ素（iodine）である上記第１の観点から第７の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点では、本発明は、前記画素値変換部が、前記関心画素の画素値を、該画素値に１より大きいゲイン（gain）を乗じてなる値に変換する上記第１の観点から第８の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点では、本発明は、前記ゲインが、変換する元の画素値に応じて変化する上記第９の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１１の観点では、本発明は、前記ゲインが、その変化の少なくとも一部として、前記元の画素値に線形な関数に従って変化する上記第１０の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１２の観点では、本発明は、前記ゲインが、その変化の少なくとも一部として、前記変換前の画素値を変数に用いた多項式の関数に従って変化する上記第１０の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１３の観点では、本発明は、前記ゲインが、一定の値である上記第９の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１４の観点では、本発明は、前記画素値変換部が、前記関心画素の画素値を、値が大きくなる方向へ一定量シフト（shift）するように変換する上記第１の観点から第８の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１５の観点では、本発明は、前記画素値変換部が、前記デュアルエネルギー画像を構成する画素のうち、前記関心画素とは異なる非関心画素の画素値を、該画素値より小さい値に変換する上記第１の観点から第１４の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１６の観点では、本発明は、前記Ｘ線照射部が、Ｘ線管を含み、前記第１Ｘ線と第２Ｘ線とが、照射されたときのＸ線管電圧がそれぞれ異なるＸ線である上記第１の観点から第１５の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、画像生成部が、第１物質と第２物質とを含む被検体をデュアルエネルギー撮影して第１物質が抑制されたデュアルエネルギー画像を生成し、画素値変換部が、このデュアルエネルギー画像を構成する画素のうち、画素値が第２物質に対応する画素値領域に属する関心画素の画素値をこの画素値より大きい値に変換する。これにより、強調すべき目的物質に対応する画素の画素値を、非目的物質に対応する画素の画素値から引き離して画像全体の画素値のレンジを広げることができ、Ｘ線ＣＴ装置のデュアルエネルギー撮影において、コントラストがより高い画像を得ることができる。

これより本発明の実施の形態について説明するが、ここでは、血管に造影剤が注入されている被検体をデュアルエネルギー撮影して、骨部の主成分であるカルシウムが抑制され造影剤の主成分であるヨウ素が強調されたデュアルエネルギー画像を得る場合を例に説明する。また、説明を容易にするため、画像の画素値はすべて０または正数となるように調整されるものとする。

＜Ｘ線ＣＴシステム１００の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴシステム（system）１００の構成ブロック（block）図である。このＸ線ＣＴシステム１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０と、インジェクタ（injector）４０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付けるキーボード（keyboard）またはマウス（mouse）などの入力装置２と、スキャン（scan）制御処理、前処理、画像生成処理、画素値変換処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で収集したＸ線検出器データを収集するデータ収集バッファ（buffer）５とを具備している。さらに、操作コンソール１は、画像生成処理によって画像再構成された画像や、その画像に基づいて生成されたデュアルエネルギー画像などを表示するモニタ（monitor）６と、プログラム（program）、Ｘ線検出器データ、投影データ、Ｘ線断層像等を記憶する記憶装置７とを具備している。撮影条件は、入力装置２から入力され記憶装置７に記憶される。

撮影テーブル１０は、被検体ＨＢを載せて走査ガントリ２０の開口部に出し入れするクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動する。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線管電圧やＸ線照射タイミング（timing）を制御するＸ線制御部２２と、Ｘ線管２１から照射されたＸ線を整形するコリメータ（collimator）２３と、Ｘ線の線量を空間的に調整するビーム（beam）形成Ｘ線フィルタ（filter）２８と、Ｘ線の線質を調整するＸ線フィルタ３１と、Ｘ線管２１から照射されたＸ線を検出する多列Ｘ線検出器２４と、多列Ｘ線検出器２４の出力からＸ線検出器データ（生データとも言う）を収集するデータ収集装置（ＤＡＳ：Data Acquisition System）２５とを具備している。さらに、走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１および多列Ｘ線検出器２４を保持し被検体ＨＢの体軸の回りに回転するガントリ回転部１５を制御する回転制御部２６と、制御信号を操作コンソール１とＸ線制御部２２、回転制御部２６、撮影テーブル１０などとの間でやり取りするガントリ制御部２９とを具備している。

インジェクタ４０は、操作コンソール１と接続されており、操作コンソール１からの制御、特にスキャン制御部３２からの制御を受けて被検体ＨＢの血管にヨウ素（第２物質）を主成分とするヨウ素系造影剤を注入する。

中央処理装置３は、スキャン制御部３２、前処理部３３、画像生成部３４および画素値変換部３５を有している。中央処理装置３は、例えば、コンピュータ（computer）により構成され、記憶装置７に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、これら各部として機能する。

スキャン制御部３２は、被検体ＨＢの血管に造影剤を注入しながらデュアルエネルギー撮影を行うよう、Ｘ線制御部２２、回転制御部２６および撮影テーブル１０を、ガントリ制御部２９を介して制御したり、インジェクタ４０を制御したりする。具体的には、スキャン制御部３２は、被検体ＨＢの血管にヨウ素系造影剤を注入した状態で、Ｘ線管２１のＸ線管電圧を８０ｋＶと１４０ｋＶとに切り換えて被検体ＨＢにＸ線を照射し、各Ｘ線管電圧下における投影データをそれぞれ収集するよう、上記各部を制御する。すなわち、Ｘ線管電圧が８０ｋＶであるときにＸ線管２１から照射されるＸ線を、第１エネルギースペクトルを有する第１Ｘ線、Ｘ線管電圧が１４０ｋＶであるときにＸ線管２１から照射されるＸ線を、第２エネルギースペクトルを有する第２Ｘ線として、第１Ｘ線を被検体ＨＢに照射して第１Ｘ線投影データを収集するとともに、第２Ｘ線を被検体ＨＢに照射して第２Ｘ線投影データを収集するよう、上記各部を制御する。なお、Ｘ線管電圧の切換えは、ビュー単位で行ってもよいし、ガントリ回転部１５の回転単位で行ってもよい。

前処理部３３は、オフセット（off-set）補正、対数変換、データ収集装置２５で収集された生データに対してチャネル（channel）間の感度不均一を補正する感度補正、金属部などのＸ線強吸収体による極端な信号強度の低下または信号脱落を補正するＸ線量補正、ビームハードニング（beam-hardening）補正等の前処理を実行する。

画像生成部３４は、前処理部３３で前処理された第１Ｘ線投影データおよび第２Ｘ線投影データに基づいて、カルシウム（第１物質）が抑制されたデュアルエネルギー画像ＤＥを生成する。

ここで、画像生成部３４により行われる処理についてより具体的に説明する。画像生成部３４は、前処理された第１Ｘ線投影データに基づいて第１画像Ｐ１を画像再構成するとともに、前処理された第２Ｘ線投影データに基づいて第２画像Ｐ２を画像再構成する。画像再構成は、例えば、従来公知のフェルドカンプ（Feldkamp）法による三次元画像再構成法、他の三次元画像再構成法、あるいは二次元画像再構成法等を用いて行うことができ、例えば、次のような手順により行われる。まず、これらの投影データに対して、周波数領域に変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施し、それに再構成関数Ｋｅｒｎｅｌ（ｊ）を重畳し、逆フーリエ変換する。そして、再構成関数Ｋｅｒｎｅｌ（ｊ）を重畳処理した投影データに対して逆投影処理を行い、被検体ＨＢを体軸方向（ｚ方向）にスライス（slice）したときの同一スライスに対応する断層像（ｘｙ平面）を上記第１画像および第２画像として求める。なお、ここでは、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２は、１スライスに対応する断層像に相当する画像として説明するが、複数スライスに対応する３次元画像としてもよい。

画像生成部３４は、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２を画像再構成すると、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間で加重減算処理を行ってデュアルエネルギー画像ＤＥを生成する。

図２は、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間で加重減算処理を行ってデュアルエネルギー画像ＤＥを生成する様子を示す概念図である。第１画像Ｐ１は、それぞれ、空気に対応する画素群Ａｒ１と、被検体ＨＢに対応する画素群とを含んでおり、被検体ＨＢに対応する画素群は、さらに、軟部に対応する画素群Ｓｆ１、骨部の主成分であるカルシウムに対応する画素群Ｃａ１と、造影剤の主成分であるヨウ素に対応する画素群Ｉｏ１とを含んでいる。同様に、第２画像Ｐ２は、それぞれ、空気に対応する画素群Ａｒ２と、被検体ＨＢに対応する画素群とを含んでおり、被検体ＨＢに対応する画素群は、さらに、軟部に対応する画素群Ｓｆ２、カルシウムに対応する画素群Ｃａ２と、ヨウ素に対応する画素群Ｉｏ２とを含んでいる。空気に対応する画素群Ａｒ１とＡｒ２の画素値は、最も小さく、互いに近い値をとる。軟部に対応する画素群Ｓｆ１とＳｆ２の画素値は、空気の画素値に継いで小さく、互いに近い値をとる。一方、カルシウムに対応する画素群Ｃａ１とＣａ２の画素値は、軟部の画素値より大きく、互いに異なる値をとる。ヨウ素に対応する画素群Ｉｏ１とＩｏ２の画素値は、軟部の画素値より大きく、互いに異なる値をとる。カルシウムに対応する画素群Ｃａ１の画素値とヨウ素に対応する画素群Ｉｏ１の画素値とは、いずれの画像においても互いに異なる値をとる。

画像生成部３４は、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間で、カルシウムに対応する画素の画素値が略同じ値になるように、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２の少なくとも一方を重み付けして、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２の一方から他方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画像ＤＥを生成し、この画像ＤＥを記憶装置７に記憶させる。すなわち、画素群Ｃａ１の画素値と画素群Ｃａ２の画素値とが略同じ値になるように加重減算処理を行う。これにより、骨部の主成分であるカルシウムが抑制され、造影剤の主成分であるヨウ素が強調されたデュアルエネルギー画像（以下、造影剤強調画像とも言う）ＤＥが生成される。すなわち、図２に示すように、空気に対応する画素群ＡｒＤＥ、軟部に対応する画素群ＳｆＤＥ、およびカルシウムに対応する画素群ＣａＤＥの画素値は比較的小さく、ヨウ素に対応する画素群ＩｏＤＥの画素値が比較的大きい、デュアルエネルギー画像ＤＥが得られる。

なお、カルシウムに対応する画素は、画像認識処理により第１画像Ｐ１または第２画像Ｐ２上で骨部に対応する部分画像を抽出して特定してもよいし、第１画像Ｐ１または第２画像Ｐ２上で骨部に対応する画素の画素値（ＣＴ値）を撮影時のＸ線管電圧から推定し、その画素値から特定してもよい。

また、カルシウムやヨウ素など、ある物質に対応する画素の画素値は、通常、一定値ではなく、ある幅を有している。そこで、加重減算処理では、カルシウムに対応する画素の画素値の代表値同士が、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間で同じ値になるように、少なくとも一方の画像の画素値に所定の重み付け係数を乗じる。代表値としては、例えば、平均値、中央値、中間値等を考えることができる。

加重減算処理は、例えば、次式に従って行われる。

ｄｅ（ｘ，ｙ）＝ｐ１（ｘ，ｙ）−Ｗ・ｐ２（ｘ，ｙ） （１）
ここで、ｐ１（ｘ，ｙ）は第１画像Ｐ１の座標（ｘ，ｙ）における画素の画素値、ｐ２（ｘ，ｙ）は第２画像Ｐ２の座標（ｘ，ｙ）における画素の画素値、Ｗは重み付け係数、ｄｅ（ｘ，ｙ）はデュアルエネルギー画像の座標（ｘ，ｙ）における画素の画素値である。また、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２の画素値はすべて０または正数となるように予め調整されているものとし、生成されたデュアルエネルギー画像ＤＥの画素値もすべて０または正数となるように調整（例えば、画素値を正方向にシフト）されるものとする。

なお、画像生成部３４は、デュアルエネルギー画像ＤＥを生成する別の方法として、第１Ｘ線投影データと第２Ｘ線投影データとの間においてビュー単位で加重減算処理を行い、その結果得られた処理済Ｘ線投影データに基づいてデュアルエネルギー画像を画像再構成する方法を採用してもよい。

画素値変換部３５は、デュアルエネルギー画像ＤＥを構成する画素のうち、画素値がヨウ素に対応する画素値領域に属する関心画素の画素値をこの元の画素値より大きい値に変換することにより、変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′を得る。ここでは、所定の閾値ＴＨを超える領域を、ヨウ素に対応する画素値領域として考える。なお、上限閾値および下限閾値で規定される所定領域を当該画素値領域として考えてもよい。

ここで、画素値変換部３５により行われる処理についてより具体的に説明する。

図３は、血管造影撮影による造影剤強調画像における画素値ヒストグラムの一例を示す図である。画素値ヒストグラムは、横軸に画素値の値ＰＶ、縦軸にその頻度Ｆをとったヒストグラムである。血管造影撮影による造影剤強調画像における画素値ヒストグラムＨでは、図３に示すように、画素値の小さいところから大きいところに向かって、撮影空間における空気に対応する山状領域Ａｒ、被検体ＨＢの軟部と消去し切れずに残ったカルシウムとに対応する比較的平坦な領域Ｓｆ＋Ｃａ、ヨウ素に対応する山状領域Ｉｏが一部重複しながら順次現れる。一方、血管造影撮影による造影剤強調画像において関心が置かれる部位は、一般に、造影剤を含む血管であり、強調すべき目的物質はヨウ素である。つまり、この画素値ヒストグラムＨにおいて、強調すべき目的物質に対応する領域は、画素値の大きいところに偏って存在する。

別の例として、デュアルエネルギー撮影において、ヨウ素が抑制されカルシウムが強調されたデュアルエネルギー画像である骨部・石灰化強調画像を得る場合について考える。このような血管造影撮影による骨部・石灰化強調画像における画素値ヒストグラムでは、画素値の小さいところから大きいところに向かって、撮影空間における空気に対応する山状領域Ａｒ、被検体ＨＢの軟部と消去し切れずに残ったヨウ素とに対応する比較的平坦な領域Ｓｆ＋Ｉｏ、カルシウムに対応する山状領域Ｃａが一部重複しながら順次現れる。一方、血管造影撮影による骨部・石灰化強調画像において関心が置かれる部位は、一般に、骨部であり、強調すべき目的物質はカルシウムである。つまり、この画素値ヒストグラムにおいても、強調すべき目的物質に対応する領域は、画素値の大きいところに偏って存在する。

このように、デュアルエネルギー画像ＤＥにおける画素値ヒストグラムＨでは、一般に、強調すべき目的物質に対応する領域が、画素値の大きいところに偏って存在する傾向がある。

したがって、デュアルエネルギー画像ＤＥを構成する画素のうち、画素値が閾値ＴＨを超える関心画素の画素値をこの元の画素値より大きい値に変換することで、強調すべき目的物質に対応する画素の画素値を、非目的物質に対応する画素の画素値から引き離して画像全体の画素値のレンジを広げることができ、コントラストがより高い、変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′を得ることができる。

なお、閾値ＴＨは、デュアルエネルギー画像ＤＥにおける、目的物質に対応する画素値領域の下限値近傍の値が望ましいが、この閾値ＴＨを決定する方法としては、種々の方法を考えることができる。

第１の閾値決定方法は、デュアルエネルギー画像ＤＥにおける画素値ヒストグラムＨに基づいて閾値ＴＨを決定する方法である。デュアルエネルギー画像ＤＥにおける画素値ヒストグラムＨでは、上述の通り、強調すべき目的物質に対応する画素値領域は、画素値が最も高いところにある山状領域として現れることが分かっている。そこで、画素値ヒストグラムＨ上でその山状領域をその形状や画素値の大きさ等の特徴を基に探索して特定し、その山状領域が存在する画素値領域の下限値付近の値を閾値ＴＨとして決定する。

第２の閾値決定方法は、デュアルエネルギー画像ＤＥにおいて抑制（消去）すべき物質の種類と、加重減算処理に用いられた重み付け係数とに基づいて閾値ＴＨを決定する方法である。これら抑制すべき物質の種類と加重減算処理に用いられた重み付け係数とが分かれば、デュアルエネルギー画像ＤＥにおいて強調すべき目的物質に対応する画素の画素値を、経験則に基づいて予想することが可能である。例えば、抑制すべき物質の種類と重み付け係数との各組合せ毎に、閾値ＴＨとして設定すべき候補値を求めて、この組合せと候補値とを対応付けるテーブルを予め用意しておき、このテーブルを参照して閾値ＴＨを決定する。

第３の閾値決定方法は、画像認識処理により、デュアルエネルギー画像ＤＥ上で、目的物質で構成される所定の部位に対応した部分画像を抽出し、この部分画像の画素値に基づいて閾値ＴＨを決定する方法である。例えば、デュアルエネルギー画像ＤＥが造影剤強調画像である場合には、ヨウ素系造影剤を含む血管に対応する部分画像を、画素値の大きさ、その形状・面積、座標位置等の特徴に基づいて、２値化処理、ラベリング（labeling）処理、モルフォロジフィルタ（morphology-filter）処理等を用いた認識処理やテンプレート（template）認識処理等により抽出し、抽出された部分画像における画素値の代表値を閾値ＴＨとして決定する。

第４の閾値決定方法は、単純に、複数のサンプル（sample）画像を分析して得られた経験則に基づいて、閾値ＴＨを適当にプリセット（preset）しておく方法である。

また、画素値を変換する方法についても種々の方法を考えることができる。

第１の画素値変換方法は、画素値が閾値ＴＨを越える関心画素の画素値を、この画素値に１より大きいゲインＧ（最大２〜３程度で十分であるが、特にこのような範囲に限定されない）を乗じてなる値に変換する方法である。画素値の変換は、例えば、次式に従って行われる。

ｇ′（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ，ｙ）×Ｇ（ｇ（ｘ，ｙ）） （２）
ここで、ｇ（ｘ，ｙ）はデュアルエネルギー画像における座標（ｘ，ｙ）の画素の画素値、ｇ′（ｘ，ｙ）は変換後の画素値、Ｇ（ｇ（ｘ，ｙ））はゲインである。

この第１の画素値変換方法では、さらに、ゲインＧを変換前の画素値に応じて変化させる方法と、ゲインＧを一定の値にする方法とがある。

ゲインＧを変化させる方法としては、例えば、ゲインＧを、その変化の少なくとも一部として、変換する元の画素値に線形な関数に従って変化させる方法や、変換する元の画素値を変数に用いた多項式の関数に従って変化させる方法等を考えることができる。

前者の具体例としては、図４に示すように、変換する元の画素値が閾値ＴＨから大きくなるにつれ、ゲインＧが、一定の率で増加し続けるように変化するゲイン線Ｇ１に従うものとすることができる。あるいは、図５に示すように、変換する元の画素値が閾値ＴＨから大きくなるにつれ、ゲインＧが、一定の率で増加し続け、ある値点から所定値に固定されるように変化するゲイン線Ｇ２に従うものとすることができる。このようなゲイン曲線Ｇ２によるゲインＧを用いて画素値を変換すると、例えば、画素値ヒストグラムＨのうち閾値ＴＨより大きい部分Ｈ１が、値の大小関係を保持しつつ値がより大きく広がった部分Ｈ１′に変化する。

また、後者の具体例としては、図６に示すように、変換する元の画素値が閾値ＴＨから大きくなるにつれ、ゲインＧが、初めは１から緩やかに増加し、しばらくして一定の率で増加し続け、その後緩やかに所定値に収束するよう変化するゲイン線Ｇ３に従うものとしてもよい。これにより、目的物質と非目的物質とが混在する可能性のある閾値ＴＨ付近において、非目的物質に対応する画素の画素値が極端に大きい値に変換されることを防ぎ、変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′が違和感のある画像にならないよう調整することができる。

ゲインＧを一定の値とする方法としては、例えば、図７に示すように、変換する元の画素値が閾値ＴＨから大きいときゲインＧが一定であるゲイン線Ｇ４に従うものを考えることができる。

第２の画素値変換方法は、関心画素の画素値を、値が大きくなる方向へ一定量シフトするように変換する方法である。すなわち、変換する元の画素値を、この元の画素値に所定の定数を加算してなる値に変換する方法である。

なお、上記第１および第２の画素値変換方法においては、さらに、第３の画素値変換方法として、デュアルエネルギー画像ＤＥを構成する画素のうち、関心画素とは異なる非関心画素の画素値を、この元の画素値より小さい値に変換する方法を付加的に適用してもよい。例えば、図７のゲイン線Ｇ４のように、元の画素値に応じた１未満の正数であるゲインを元の画素値に乗じてなる値に変換する方法を付加的に適用してもよい。これにより、目的物質と非目的物質との間の画素値がさらに離れた、よりコントラストの高い変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′を得ることができる。また、上述した個々の方法は、画素値変換の趣旨に反しない範疇において種々組み合わせて用いることができる。

なお、本実施形態では、一例として、第１の閾値決定方法および第１の画素値変換方法を採用することにする。
＜Ｘ線ＣＴシステム１００の動作フローチャート＞
図８は、本実施形態のＸ線ＣＴシステム１００についての動作の概要を示すフローチャートである。

ステップ（step）Ｓ１では、血管造影によるデュアルエネルギー撮影を行う。具体的には、スキャン制御部３２が、被検体ＨＢの血管にヨウ素系造影剤が注入されるようにインジェクタ４０を制御する。また、スキャン制御部３２が、Ｘ線管２１のＸ線管電圧を８０ｋＶと１４０ｋＶとに切り換えて被検体ＨＢに第１Ｘ線と第２Ｘ線とを照射し、第１Ｘ線投影データと第２Ｘ線投影データとを収集するよう、Ｘ線制御部２２、回転制御部２６および撮影テーブル１０を、ガントリ制御部２９を介して制御する。

ステップＳ２では、投影データの前処理を行う。具体的には、前処理部３３が、ステップＳ１にて収集された第１Ｘ線投影データおよび第２Ｘ線投影データを受けて、それぞれの投影データに対して、オフセット補正、対数変換、感度補正、Ｘ線量補正、ビームハードニング補正等の前処理を実行する。

ステップＳ３では、画像再構成処理を行う。具体的には、画像生成部３４が、ステップＳ２にて前処理が施された第１Ｘ線投影データおよび第２Ｘ線投影データを受けて、この第１Ｘ線投影データから第１画像Ｐ１を画像再構成するとともに、この第２Ｘ線投影データから第２画像Ｐ２を画像再構成する。なお、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２は、被検体ＨＢの同一スライスに対応する断層像である。

ステップＳ４では、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間で加重減算処理を行う。具体的には、画像生成部３４が、ステップＳ３にて画像再構成された第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との間で、カルシウムに対応する画素の画素値が略同じ値になるように、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２の少なくとも一方を重み付けして、第１画像Ｐ１および第２画像Ｐ２の一方から他方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画像ＤＥを生成し、この画像ＤＥを記憶装置７に記憶させる。

ステップＳ５では、デュアルエネルギー画像ＤＥにおける画素値ヒストグラムＨを作成する。具体的には、画素値変換部３５が、ステップＳ４にて生成されたデュアルエネルギー画像ＤＥを記憶装置７から読み出し、このデュアルエネルギー画像ＤＥを構成する各画素の画素値を統計処理して、横軸を画素値の値ＰＶ、縦軸をその頻度Ｆとする画素値ヒストグラムを作成する。

ステップＳ６では、画素値変換の対象となる関心画素を定める閾値ＴＨを決定する。具体的には、画素値変換部３５が、ステップＳ５にて作成された画素値ヒストグラムＨ上で、画素値が最も高いところにある山状領域をその形状や画素値の大きさを基に探索し、この山状領域を強調すべき目的物質であるヨウ素に対応する領域として特定する。そして、この山状領域が存在する画素値領域の下限値付近の値を閾値ＴＨとして決定する。

ステップＳ７では、関心画素の画素値変換を行う。具体的には、画素値変換部３５が、画素値が閾値ＴＨを越える画素を、画素値の変換対象である関心画素に決定し、関心画素の画素値を、この画素値に、変換する元の画素値に応じて変化するゲインＧを乗じてなる値に変換し、変換済デュアルエネルギー画像ＤＥを生成する。そして、生成された変換済デュアルエネルギー画像ＤＥを記憶装置７に記憶する。なお、ゲインＧとしては、例えば、図４から図７に示すようなゲイン線に従うゲインを用いる。

ステップＳ８では、変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′をモニタ６に表示する。具体的には、中央処理装置３が、記憶装置７に記憶されている変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′を読み出し、適正なデータを不図示のＶＲＡＭに記憶させることにより、この変換済デュアルエネルギー画像ＤＥ′をモニタ６に表示する。

以上、上記実施形態によれば、画像生成部３４が、カルシウムとヨウ素（造影剤）とを含む被検体ＨＢをデュアルエネルギー撮影して、カルシウムが抑制されヨウ素が強調されたデュアルエネルギー画像ＤＥを生成し、画素値変換部３５が、このデュアルエネルギー画像ＤＥを構成する画素のうち、画素値がヨウ素に対応する画素値領域に属する関心画素の画素値をこの画素値より大きい値に変換する。これにより、強調すべき目的物質であるヨウ素に対応する画素の画素値を、非目的物質に対応する画素の画素値から引き離して画像全体の画素値のレンジを広げることができ、Ｘ線ＣＴシステム１００のデュアルエネルギー撮影において、コントラストがより高い画像を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、デュアルエネルギー撮影においてＸ線管電圧として８０ｋＶと１４０ｋＶとを用いているが、他のＸ線管電圧においても同様にデュアルエネルギー撮影を行うことができる。

また、上記実施形態では、デュアルエネルギー画像ＤＥとして、カルシウムが抑制されヨウ素が強調された造影剤強調画像を用いているが、ヨウ素が抑制されカルシウムが強調された骨部・石灰化強調画像や、他の物質が強調あるいは抑制された画像を用いても同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、閾値決定方法として第１閾値決定方法、画素値変換方法として第１画素値変換方法を採用しているが、もちろん、第２から第４閾値決定方法を含む他の閾値決定方法や、第２、第３画素値変換方法を含む他の画素値変換方法を採用してもよい。

また、上記実施形態は、走査ガントリ２０が傾斜していない場合について記載しているが、走査ガントリ２０が傾斜した、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。また本実施例は、生体信号にＸ線データ収集が同期しない場合について記載しているが、生体信号、特に、心拍信号に同期させても同様な効果を出すことができる。

また、上記実施形態では、多列Ｘ線検出器２４を使っているが、フラットパネル（flat-panel）Ｘ線検出器に代表するマトリクス（matrix）構造の二次元Ｘ線エリア（area）検出器、または１列のＸ線検出器においても同様の効果を出せる。なお、本実施例においては、撮影テーブル１０のクレードル１２をｚ方向に動かしているが、走査ガントリ２０または走査ガントリ２０内の回転部１５を撮影テーブル１０のクレードル１２に対して動かすことによっても、相対的に同様な効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、医用Ｘ線ＣＴ装置について記載されているが、産業用Ｘ線ＣＴ装置、または、他の装置と組み合わせたＸ線ＣＴ−ＰＥＴ装置，Ｘ線ＣＴ−ＳＰＥＣＴ装置などにおいても利用できる。

なお、上記実施形態における画像生成部３４および画素値変換部３５を備えた画像処理装置、例えばワークステーション（workstation）を提供することも本発明の一実施形態である。

また、コンピュータを、上記実施形態における画像生成部３４および画素値変換部３５として機能させるためのプログラムを提供することも本発明の一実施形態である。

本発明の実施例にかかるＸ線ＣＴシステム１００を示すブロック図である。 第１画像と第２画像との間で加重減算処理を行ってデュアルエネルギー画像を生成する様子を示す概念図である。 デュアルエネルギー画像における画素値ヒストグラムの一例を示す図である。 変換する元の画素値とゲインとの関係の一例を示す図（その１）である。 変換する元の画素値とゲインとの関係の一例を示す図（その２）である。 変換する元の画素値とゲインとの関係の一例を示す図（その３）である。 変換する元の画素値とゲインとの関係の一例を示す図（その４）である。 本実施例のＸ線ＣＴシステム１００についての動作の概要を示すフローチャートである。

符号の説明

１ … 操作コンソール
２ … 入力装置
３ … 中央処理装置
５ … データ収集バッファ
６ … モニタ
７ … 記憶装置
１０ … 撮影テーブル
１２ … クレードル
１５ … ガントリ回転部
２０ … 走査ガントリ
２１ … Ｘ線管
２２ … Ｘ線制御部
２３ … コリメータ
２４ … 多列Ｘ線検出器
２５ … データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ … 回転制御部
２８ … ビーム形成Ｘ線フィルタ
２９ … ガントリ制御部
３２ … スキャン制御部
３３ … 前処理部
３４ … 画像生成部
３５ … 画素値変換部
４０ … インジェクタ

Claims (16)

1. 第１物質と該第１物質とは異なる第２物質とを含む被検体に、第１エネルギースペクトルを有する第１Ｘ線と、前記第１エネルギースペクトルとは異なる第２エネルギースペクトルを有する第２Ｘ線とを照射するＸ線照射部と、
   前記Ｘ線照射部により照射された第１Ｘ線に基づく前記被検体の第１Ｘ線投影データと、前記第２Ｘ線に基づく前記被検体の第２Ｘ線投影データとを収集するＸ線データ収集部と、
   前記第１Ｘ線投影データおよび前記第２Ｘ線投影データに基づいて、前記第１物質が抑制され、前記第２物質が強調されたデュアルエネルギー画像を生成する画像生成部と、
   前記デュアルエネルギー画像を構成する画素のうち、画素値が前記第２物質に対応する画素値領域に属する関心画素の画素値を、該画素値より大きい値に変換することにより、変換済デュアルエネルギー画像を得る画素値変換部とを備えるＸ線ＣＴ装置。
2. 前記画像生成部は、前記第１Ｘ線投影データから画像再構成される第１画像と、前記第２Ｘ線投影データから画像再構成される第２画像との間で、前記第１物質に対応する画素の画素値が略同じ値となるように前記第１画像および前記第２画像の少なくとも一方を重み付けして、前記第１画像および前記第２画像の一方から他方を減算する加重減算処理を行って前記デュアルエネルギー画像を生成する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記画像生成部は、前記第１Ｘ線投影データと前記第２Ｘ線投影データとの間においてビュー単位で加重減算処理を行って処理済Ｘ線投影データを得、該処理済Ｘ線投影データを用いて画像再構成して前記デュアルエネルギー画像を生成する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記第２物質に対応する画素値領域は、所定の閾値を超える領域である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記画素値変換部は、前記デュアルエネルギー画像における画素値のヒストグラムに基づいて前記所定の閾値を決定する請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記画素値変換部は、前記第１物質の種類と、前記加重減算処理に用いる重み付け係数とに基づいて、前記所定の閾値を決定する請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記画素値変換部は、画像認識処理により前記デュアルエネルギー画像における前記第２物質を含む所定の部位に対応した部分画像を抽出し、該部分画像の画素値に基づいて前記所定の閾値を決定する請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記特第１物質および前記第２物質の一方はカルシウムであり、他方はヨウ素である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記画素値変換部は、前記関心画素の画素値を、該画素値に１より大きいゲインを乗じてなる値に変換する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記ゲインは、変換する元の画素値に応じて変化する請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 前記ゲインは、その変化の少なくとも一部として、前記元の画素値に線形な関数に従って変化する請求項１０に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. 前記ゲインは、その変化の少なくとも一部として、前記変換前の画素値を変数に用いた多項式の関数に従って変化する請求項１０に記載のＸ線ＣＴ装置。
13. 前記ゲインは、一定の値である請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置。
14. 前記画素値変換部は、前記関心画素の画素値を、値が大きくなる方向へ一定量シフトするように変換する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
15. 前記画素値変換部は、前記デュアルエネルギー画像を構成する画素のうち、前記関心画素とは異なる非関心画素の画素値を、該画素値より小さい値に変換する請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
16. 前記Ｘ線照射部は、Ｘ線管を含み、
    前記第１Ｘ線と第２Ｘ線とは、照射されたときのＸ線管電圧がそれぞれ異なるＸ線である請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。

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