JP5317612B2 - 断層像処理装置、ｘ線ｃｔ装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、デュアルエネルギー(dual energy)撮影して得られた断層像を処理する断層像処理装置、およびＸ線ＣＴ(Computed
Tomography)装置、並びにそのためのプログラム(program)に関する。

Ｘ線ＣＴ撮影の手法として、デュアルエネルギー撮影法が知られている。デュアルエネルギー撮影法は、被検体の同一部位を、例えば低いＸ線管電圧と高いＸ線管電圧とでそれぞれＸ線ＣＴ撮影し、撮影時に用いたＸ線のエネルギー(energy)分布が異なる２種類の断層像を得る撮影法である（例えば、特許文献１参照）。このようにして得られた２種類の断層像は、画像診断に有効な種々の画像を生成する際に用いられる。例えば、これら２種類の断層像間における対応画素のＣＴ値の比を画像化することにより、被検体の断層像における骨部、造影剤、軟部等の各物質を分離して表した物質分離画像を生成することができる。

一方、Ｘ線ＣＴ撮影では、ビームハードニング(beam hardening)または線質硬化と呼ばれる現象が発生するので、一般的には、断層像を生成する際にビームハードニング補正を行う。

ビームハードニング補正の手法としては、例えば、被検体全体を水と仮定してビームハードニング効果を見積もり、投影データ全体を補正する手法（以下、第１の手法という）が知られている。この第１の手法は、被検体が軟部を多く含み、軟部は水に近いＸ線吸収率を有することを考慮したもので、断層像全体を平均的に補正することができる。

また例えば、断層像においてＣＴ値のしきい値処理を行って骨部に対応する骨部画像を抽出し、骨部画像を仮想的にＸ線検出器へ再投影して再投影データを得、再投影データを加工処理して再び画像再構成することにより新骨部画像を得、新骨部画像を元の断層像に加重加算する手法（以下、第２の手法という）が知られている（例えば、特許文献２，[００４７]〜[００５１]参照）。この第２の手法は、ビームハードニング現象がＸ線吸収率の高い骨部に強く現れることを考慮したもので、断層像のうち上記の第１の手法では補正しきれない骨部に対応する部分を補正することができる。

なお、ビームハードニング補正は、補正の対象となる物質の種類や撮影時のＸ線管電圧によって最適な補正パラメータ(parameter)が異なる。
特開２００８−１２５９００号公報 特開２００４−１９５０５０号公報

しかしながら、上記第２の手法では、単純なＣＴ値のしきい値処理により骨部画像を抽出しているので、ＣＴ値の範囲が骨部と一部重複するヨウ素(iodine)系の造影剤を骨部から完全に分離することができず、骨部と造影剤が混在した画像を骨部画像として抽出してしまう可能性が高い。すなわち、骨部以外の画像に対して骨部用の補正が及ぶ可能性が高く、ビームハードニング補正を適正に行うことが難しい。

本発明は、上記事情に鑑み、ビームハードニング補正をより適正に行うことが可能な断層像処理装置、およびＸ線ＣＴ装置、並びにそのためのプログラム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のＸ線管電圧による被検体の第１の断層像と第２のＸ線管電圧による前記被検体の第２の断層像との対応画素の画素値の比または差に基づいて、前記被検体の任意のＸ線管電圧による任意の断層像における所定の物質に対応する物質画像を特定する物質画像特定手段と、前記物質画像を仮想的に再投影して再投影データ(data)を算出する再投影手段と、前記再投影データを基に画像再構成して補正用画像を生成する補正用画像生成手段と、前記補正用画像を用いて前記任意の断層像を補正する補正手段とを備える断層像処理装置を提供する。

ここで、「任意のＸ線管電圧」は、そのＸ線管電圧による撮影が被検体の被爆量を考慮しても一般的に許容され、その撮影により診断用画像として意味のある画像を取得することができるような電圧範囲であることを前提とする。例えば、被検体が人体である場合には、数十ｋＶから数百ｋＶまでの範囲のＸ線管電圧とすることができる。

また、前記物質画像特定手段は、例えば、前記対応画素の画素値の比または差のしきい値処理の結果に基づいて前記物質画像を特定する。

第２の観点では、本発明は、前記任意の断層像が、前記第１および第２の断層像であり、前記物質画像特定手段が、前記第１の断層像における所定の物質に対応する第１の物質画像を特定するとともに、前記第２の断層像における前記所定の物質に対応する第２の物質画像を特定し、前記再投影手段が、前記第１および第２の物質画像を仮想的に再投影して第１および第２の再投影データを算出し、前記補正用画像生成手段が、前記第１および第２の再投影データを基に画像再構成して第１および第２の補正用画像を生成し、前記補正手段が、前記第１の補正用画像を用いて前記第１の断層像を補正することにより第１の新断層像を得るとともに、前記第２の補正用画像を用いて前記第２の断層像を補正することにより第２の新断層像を得る上記第１の観点の断層像処理装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、前記任意の断層像が、前記第１および第２の断層像であり、前記所定の物質が、第１の物質および第２の物質であり、前記物質画像特定手段が、前記第１の断層像における第１の物質に対応する第１の物質画像と第２の物質に対応する第２の物質画像とを特定するとともに、前記第２の断層像における前記第１の物質に対応する第３の物質画像と前記第２の物質に対応する第４の物質画像とを特定し、前記再投影手段が、前記第１から第４の物質画像をそれぞれ仮想的に再投影して、第１から第４の再投影データを算出し、前記補正用画像生成手段が、前記第１から第４の再投影データを基に画像再構成して第１から第４の補正用画像を生成し、前記補正手段が、前記第１および第２の補正用画像を用いて前記第１の断層像を補正することにより第１の新断層像を得るとともに、前記第３および第４の補正用画像を用いて前記第２の断層像を補正することにより第２の新断層像を得る上記第１の観点の断層像処理装置を提供する。

第４の観点では、本発明は、前記第１の新断層像と前記第２の新断層像との対応画素の画素値の比または差に基づいて、前記第１の新断層像または前記第２の新断層像における物質が分離された画像を生成する画像生成手段をさらに備える上記第２の観点または第３の観点の断層像処理装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記第１の新断層像と前記第２の新断層像とを加重加算して特定の物質が抑制された画像を生成する画像生成手段をさらに備える上記第２の観点または第３の観点の断層像処理装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記第１の新断層像と前記第２の新断層像とを加重加算して、物質Ａが抑制された第１の物質抑制断層像と物質Ｂが抑制された第２の物質抑制断層像とを生成し、前記第１の物質抑制断層像と前記第２の物質抑制断層像とを加重加算して、前記被検体の第３の断層像を生成する画像生成手段をさらに備える上記第２の観点または第３の観点に記載の断層像処理装置を提供する。

第７の観点では、本発明は、物質の種類およびＸ線管電圧と実行すべき加工処理とを対応付けて記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている情報を参照して、前記再投影データに対応する物質の種類およびＸ線管電圧と対応付けられた加工処理を特定し、前記再投影データに対して該加工処理を実行する加工処理手段とをさらに備え、前記補正用画像生成手段が、前記加工処理が実行された再投影データを基に補正用画像を生成する上記第１の観点から第６の観点のいずれか１つの断層像処理装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、前記対応付けられた加工処理が、線形変換処理または非線形変換処理である上記第７の断層像処理装置を提供する。

第９の観点では、本発明は、前記第１の物質が、カルシウム(calcium)を主成分とする骨であり、前記第２の物質は、ヨウ素を主成分とする造影剤である上記第３の観点の断層像処理装置を提供する。

第１０の観点では、本発明は、上記第１から第９の観点のいずれか１つの観点の断層像処理装置と、前記被検体をＸ線ＣＴ撮影して前記第１の断層像および前記第２の断層像を得る撮影手段とを備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１１の観点では、本発明は、コンピュータ(computer)を、上記第１から第９の観点のいずれか１つの観点の断層像処理装置を構成する各手段として機能させるためのプログラムを提供する。

本発明によれば、撮影時のＸ線管電圧が異なる２種類の断層像間における対応画素の画素値の比または差に基づいて、被検体の断層像における所定の物質に対応する物質画像を特定し、特定した物質画像に対してその物質の種類および撮影時のＸ線管電圧に応じた加工処理を施すので、補正対象となる物質の画像をより高い精度で特定し、その画像に適した補正をすることができ、断層像に対するビームハードニング補正をより適正に行うことが可能となる。

以下、図を参照しながら本発明にかかる実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるＸ線ＣＴ装置１００を示すブロック(block)図である。Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール(console)１と、撮影テーブル(table)８と、走査ガントリ(gantry)９とを具備している。

操作コンソール１は、入力装置２、中央処理装置３、制御インタフェース(interface)４、データ収集バッファ(buffer)５、およびモニタ(monitor)６を具備している。入力装置２は、操作者の指示や情報などを受け付ける。中央処理装置３は、スキャン(scan)制御処理のほか、画素値比算出処理、物質画像抽出処理（物質画像特定処理）、再投影処理、再投影データ加工処理、画像再構成処理（補正用画像生成処理）、加重加算処理（補正処理）などを実行する。制御インタフェース(interface)４は、中央処理装置３からの制御により、撮影テーブル８や走査ガントリ９へ制御信号などを出力する。データ収集バッファ５は、走査ガントリ９で取得したデータを収集する。モニタ６は、操作画面や断層像などを表示する。

撮影テーブル８は、載置された被検体をその体軸方向（以下、ｚ方向という）に移動して、走査ガントリ９の空洞部に搬送する。

走査ガントリ９は、撮影空間を含む空洞部を有し、その空洞部を中心に回転する回転部７を具備する。回転部７には、Ｘ線コントローラ(controller)１０、Ｘ線管１１、コリメータ(collimator)１２、Ｘ線検出器１３、データ収集部１４、および回転コントローラ１５が搭載されている。Ｘ線コントローラ１０は、Ｘ線管１１の管電圧や管電流、Ｘ線照射のオンオフ(on/off)などを制御する。コリメータ１２は、Ｘ線管１１から射出されたＸ線ビーム(beam)を整形する。Ｘ線検出器１３は、検出素子がチャネル(channel)方向に複数配設されてなる検出器列をスライス(slice)方向に複数有する、いわゆる多列検出器であり、各検出素子は、検出したＸ線の強度に応じた信号を出力する。データ収集部１４は、Ｘ線検出器１３の出力信号をＡ／Ｄ(analog-digital)変換して被検体の投影データを収集し、データ収集バッファ５に送る。回転コントローラ１５は、回転部７の回転速度、回転のオンオフなどを制御する。Ｘ線管１１とＸ線検出器１３とは、空洞部を挟んで対向して配置される。

なお、中央処理装置３は、本発明における物質画像特定手段、再投影手段、加工処理手段、補正用画像生成手段、補正手段、および画像生成手段の一例である。また、中央処理装置３および走査ガントリ９は、本発明における撮影手段の一例である。

図２は、第１の実施形態によるＸ線ＣＴ装置１００における物質分離画像生成処理の流れを示すフローチャート(flowchart)である。

ステップ(step)Ｓ１では、デュアルエネルギー撮影を実施する。ここでは、被検体に造影剤を投与して、その腹部をデュアルエネルギー撮影するものとする。具体的には、被検体を撮影テーブル８に載置して走査ガントリ９の空洞部に搬送し、被検体の血管にヨウ素系の造影剤を注入する。次に、Ｘ線管電圧を８０ｋＶにして被検体の腹部をスキャンし、第１の投影データを収集するとともに、Ｘ線管電圧を１４０ｋＶにして被検体の同一部位をスキャンし、第２の投影データを収集する。そして、第１の投影データを基に画像再構成して第１の断層像ｇ８０（ｘ,ｙ）を生成するとともに、第２の投影データを基に画像再構成して第２の断層像ｇ１４０（ｘ,ｙ）を生成する。なお、第１の断層像ｇ８０（ｘ,ｙ）および第２の断層像ｇ１４０（ｘ,ｙ）の画素値はいずれもＣＴ値である。

図３（ａ）は、第１の断層像ｇ８０（ｘ,ｙ）、図３（ｂ）は第２の断層像ｇ１４０（ｘ,ｙ）の一例を示す図である。図３に示す各断層像において、座標（ｘ１，ｙ１）は胃、座標（ｘ２，ｙ２）は動脈、座標（ｘ３，ｙ３）は脊髄、座標（ｘ４，ｙ４）は背骨、座標（ｘ５，ｙ５）は肋骨にそれぞれ位置する。胃は、軟部組織であり水分を多く含む。脊髄および動脈は、大きな血流があるため造影剤の主成分であるヨウ素が集中する。また、背骨および肋骨は、骨の主成分であるカルシウムが集中する。

したがって、第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）では、画素値ｇ８０（ｘ１，ｙ１）は、Ｘ線管電圧が８０ｋＶのときの軟部に対応するＣＴ値となり、ここではその一例として＋１００となる。画素値ｇ８０（ｘ２，ｙ２）およびｇ８０（ｘ３，ｙ３）は、Ｘ線管電圧が８０ｋＶのときのヨウ素に対応するＣＴ値となり、ここではその一例として、それぞれ＋１２００、＋６００となる。画素値ｇ８０（ｘ４，ｙ４）およびｇ８０（ｘ５，ｙ５）は、Ｘ線管電圧が８０ｋＶのときのカルシウムに対応するＣＴ値となり、ここではその一例として、それぞれ＋１５００、＋１２００となる。

また、第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）では、画素値ｇ１４０（ｘ１，ｙ１）は、Ｘ線管電圧が１４０ｋＶのときの軟部に対応するＣＴ値となり、ここではその一例として＋９０となる。画素値ｇ１４０（ｘ２，ｙ２）およびｇ１４０（ｘ３，ｙ３）は、Ｘ線管電圧が１４０ｋＶのときのヨウ素に対応するＣＴ値となり、ここではその一例として、それぞれ＋６５０、＋３２０となる。画素値ｇ１４０（ｘ４，ｙ４）およびｇ１４０（ｘ５，ｙ５）は、Ｘ線管電圧が１４０ｋＶのときのカルシウムに対応するＣＴ値となり、ここではその一例として、それぞれ＋１０００、＋８００となる。

ステップＳ２では、断層像間における画素値の比の算出処理を実行する。具体的には、第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）と第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）との間で、対応する画素ごとに画素値の比ｒ（ｘ，ｙ）、すなわちＣＴ値の比を算出する。これを式で表すと、次式のようになる。

（数１）
ｒ（ｘ，ｙ）＝ｇ８０（ｘ，ｙ）/ｇ１４０（ｘ，ｙ） （数式１）
図３（ｃ）は、この画素値の比ｒ（ｘ，ｙ）を画素値とする比画像の一例を示す図である。この比画像ｒ（ｘ，ｙ）では、図３（ｃ）に示すように、ｒ（ｘ１，ｙ１）＝＋１００／＋９０＝１．１１であり、ｒ（ｘ２，ｙ２）＝＋１２００／＋６５０＝１．８５であり、ｒ（ｘ３，ｙ３）＝＋６００／＋３２０＝１．８８であり、ｒ（ｘ４，ｙ４）＝＋１５００／＋１０００＝１．５０であり、ｒ（ｘ５，ｙ５）＝＋１２００／＋８００＝１．５０である。

ステップＳ３では、物質画像の抽出処理を実行する。具体的には、ステップＳ２で算出した画素値の比のしきい値処理により、第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）において、骨部（カルシウム）に対応する第１の骨部画像ｇ８０ｂと造影剤（ヨウ素）に対応する第１の造影剤画像ｇ８０ｉとを抽出する。同様に、第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）において、骨部（カルシウム）に対応する第２の骨部画像ｇ１４０ｂと造影剤（ヨウ素）に対応する第２の造影剤画像ｇ１４０ｉとを抽出する。

ここで、物質の種類と画素値の比との関係について説明する。

図４は、物質の種類と画素値の比との対応関係、すなわち各物質に対応する画素値の比の範囲を示す図である。図４に示すグラフ(graph)において、縦軸はＸ線管電圧８０ｋＶで撮影したときの断層像の画素値（ＣＴ値）Ｌ−ＨＵであり、横軸はＸ線管電圧１４０ｋＶで撮影したときの断層像の画素値（ＣＴ値）Ｈ−ＨＵである。グラフ中に直線で挟むように区分された各領域は、物質の種類に応じて定まる画素値の比（Ｌ−ＨＵ／Ｈ−ＨＵ）の範囲を示している。画素値の比は、物質の種類に応じて決まるものであるが、目的物質以外の組織によるＸ線吸収や、Ｘ線検出器１３の検出信号に乗るバックグラウンド(background)成分等、種々のノイズ(noise)を考慮すると、ある幅を持った範囲として定まる。ヨウ素に対応する画素値の比（Ｌ−ＨＵ／Ｈ−ＨＵ）の範囲は、例えば、１．７〜２．０であり、カルシウムに対応する画素値の比（Ｌ−ＨＵ／Ｈ−ＨＵ）の範囲は、例えば、１．４〜１．６である。

したがって、ここでは、第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）において、画素値の比が１．４≦ｒ（ｘ，ｙ）≦１．６となる画素を第１の骨部画像ｇ８０ｂの１画素として特定し、画素値の比が１．７≦ｒ（ｘ，ｙ）≦２．０となる画素を第１の造影剤画像ｇ８０ｉの１画素として特定する。同様に、第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）において、画素値の比が１．４≦ｒ（ｘ，ｙ）≦１．６となる画素を第２の骨部画像ｇ１４０ｂの１画素として特定し、画素値の比が１．７≦ｒ（ｘ，ｙ）≦２．０となる画素を第２の造影剤画像ｇ１４０ｉの１画素として特定する。

これにより、例えば、座標（ｘ２，ｙ２）および（ｘ３，ｙ３）の画素は、画素値の比がそれぞれ１．８５と１．８８であるから、これらの画素は造影剤画像の１画素として特定される。また、座標（ｘ４，ｙ４）および（ｘ５，ｙ５）の画素は、画素値の比がそれぞれ１．５と１．５であるから、これらの画素を骨部画像の１画素として特定される。一方、座標（ｘ１，ｙ１）の画素は、画素値の比が１．１であるから、骨部画像および造影剤画像のいずれにも特定されない。

図５は、画素値の比のしきい値処理により抽出された物質画像の一例を示す図である。ステップＳ３では、第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）において、上記のようなしきい値処理を行うことにより、図５（ａ）に示すような第１の骨部画像ｇ８０ｂ、図５（ｂ）に示すような第１の造影剤画像ｇ８０ｉを抽出する。同様に、第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）において、上記のようなしきい値処理を行うことにより、第２の骨部画像ｇ１４０ｂ、第２の造影剤画像ｇ１４０ｉを抽出する。

なお、ステップＳ３の処理対象となる画素は、断層像の全画素としてもよいが、明らかにヨウ素およびカルシウム以外の物質を表すと考えられる画素を除いた画素とする方が効率がよい。例えば、画素値すなわちＣＴ値が＋２００より小さい画素は、Ｘ線吸収係数が小さい水や軟部、空気など、ヨウ素あるいはカルシウム以外の物質に対応する画素と考えられる。そこで、例えば処理対象を＋２００≦ｇ８０（ｘ，ｙ）、＋２００≦ｇ１４０（ｘ，ｙ）の画素に限定するとよい。また、水や軟部に対応する画素値はゼロに近く、画素値の比（Ｌ−ＨＵ／Ｈ−ＨＵ）の範囲は非常に広範囲にばらつく傾向がある。そのため、軟部に対応する画像を抽出する場合には、断層像間における対応画素の画素値の比ではなく、画素値そのものや対応画素の画素値の差をしきい値処理して分離し、抽出するのがよい。

ステップＳ４では、物質画像の再投影処理を実行する。具体的には、ステップＳ３で抽出した物質画像を、再構成に必要なビュー(view)角度分に含まれる各ビュー方向について、例えば３６０°を１０００ビューで分割してなる各ビュー方向について仮想的にＸ線検出器１３へ再投影し、再投影データを算出する。

図６は、物質画像の再投影により算出された再投影データの一例を示す図である。ステップＳ４では、第１の骨部画像ｇ８０ｂを再投影することにより、図６に示すような０°方向についての再投影データｒｐ８０ｂ（０）や、２７０°方向についての再投影データｒｐ８０ｂ（２７０）等、各θ°方向についての再投影データである第１の骨部再投影データｒｐ８０ｂ（θ）を算出する。また、第１の造影剤画像ｇ８０ｉを各θ°方向について再投影して第１の造影剤再投影データｒｐ８０ｉ（θ）を算出する。同様に、第２の骨部画像ｇ１４０ｂを各θ°方向について再投影して第２の骨部再投影データｒｐ１４０ｂ（θ）を算出し、第２の造影剤画像ｇ１４０ｉを各θ°方向について再投影して第２の造影剤再投影データｒｐ１４０ｉ（θ）を算出する。

ステップＳ５では、再投影データの加工処理を実行する。具体的には、ステップＳ４で算出した各再投影データごとに、その再投影データに対応する物質の種類およびＸ線管電圧と対応付けされた加工処理を特定し実行する。加工処理としては、再投影データに所定の重み係数を乗算する線形変換処理や、再投影データそのものを２乗する非線形変換処理などを考えることができるが、ここでは、前者の線形変換処理を採用する。また、ここでは、表１に示すような、物質の種類およびＸ線管電圧と重み係数とを対応付けるテーブルＴが中央処理装置３内の記憶部または他の不図示の記憶装置に記憶されており、このテーブルＴを参照して、処理対象となる再投影データに対する重み係数を特定する。そして、この重み係数をその再投影データに乗算して加工処理済再投影データを得る。

例えば、第１の骨部再投影データｒｐ８０ｂ（θ）に対する加工処理の場合、物質の種類は骨部でありＸ線管電圧は８０ｋＶであるから、テーブルＴを参照して重み係数ｋ（ｂ，８０）を特定する。そして、次式のように、特定した重み係数ｋ（ｂ，８０）を第１の骨部再投影データｒｐ８０ｂ（θ）に乗算する。

（数２）
ｒｐ８０ｂ（θ）′＝ｋ（ｂ，８０）×ｒｐ８０ｂ（θ） （数式２）
これにより、図６に示すような、ビュー角度０°についてのデータｒｐ８０ｂ（０）′やビュー角度２７０°についてのデータｒｐ８０ｂ（２７０）′などで構成される第１の加工処理済骨部再投影データｒｐ８０ｂ（θ）′を算出する。

また、第１の造影剤再投影データｒｐ８０ｉ（θ）に対しては、重み係数ｋ（ｉｏ，８０）を乗算して第１の加工処理済造影剤再投影データｒｐ８０ｉ（θ）′を算出する。同様に、第２の骨部再投影データｒｐ１４０ｂ（θ）に対しては、重み係数ｋ（ｂ，１４０）を乗算して第２の加工処理済骨部再投影データｒｐ１４０ｂ（θ）′を算出するとともに、第２の造影剤再投影データｒｐ１４０ｉ（θ）に対しては、重み係数ｋ（ｉｏ，１４０）を乗算して第２の加工処理済造影剤再投影データｒｐ１４０ｉ（θ）′を算出する。

ステップＳ６では、新物質画像の画像再構成処理を実行する。具体的には、ステップＳ５で算出した各加工処理済再投影データをそれぞれ逆投影して新たな物質画像を再構成する。

例えば、第１の加工処理済骨部再投影データｒｐ８０ｂ（θ）′の場合、図７に示すように、０°方向についてのデータｒｐ８０ｂ（０）′や２７０°方向についてのデータｒｐ８０ｂ（２７０）′などの加工処理済再投影データを逆投影して、第１の新骨部画像ｇ８０ｂ（ｘ，ｙ）′を再構成する。また、第１の加工処理済造影剤再投影データｒｐ８０ｉ（θ）′を逆投影して第１の新造影剤画像ｇ８０ｉ（ｘ，ｙ）′を再構成する。同様に、第２の加工処理済造影剤再投影データｒｐ１４０ｂ（θ）′を逆投影して第２の新骨部画像ｇ１４０ｂ（ｘ，ｙ）′を再構成するとともに、第２の加工処理済造影剤再投影データｒｐ１４０ｉ（θ）′を逆投影して第２の新造影剤画像ｇ１４０ｉ（ｘ，ｙ）′を再構成する。

ステップＳ７では、新断層像の生成処理を実行する。具体的には、第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）と第１の新骨部画像ｇ８０ｂ（ｘ，ｙ）′および第１の新造影剤画像ｇ８０ｉ（ｘ，ｙ）′とを加重加算して、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′を生成する。また、第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）と第２の新骨部画像ｇ１４０ｂ（ｘ，ｙ）′および第２の新造影剤画像ｇ１４０ｉ（ｘ，ｙ）′とを加重加算して、第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′を生成する。このような元の断層像と新物質画像との加重加算によって得られる新断層像は、物質画像部分について適正なビームハードニング補正が施された断層像に相当する。

ここでは、図８および次式に示すように、第１の新骨部画像ｇ８０ｂ（ｘ，ｙ）′に重み係数ｔ１を乗算するとともに、第１の新造影剤画像ｇ８０ｉ（ｘ，ｙ）′に重み係数ｔ２を乗算し、これらを第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）に加算して第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′を得る。

（数３）
g80(x,y)′＝g80(x,y)＋t1×g80b(x,y)′＋t2×g80i(x,y)′ （数式３）
同様に、第２の新骨部画像ｇ１４０ｂ（ｘ，ｙ）′に重み係数ｔ１を乗算するとともに、第２の新造影剤画像ｇ１４０ｉ（ｘ，ｙ）′に重み係数ｔ２を乗算し、これらを第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）に加算して第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′を得る。

図９（ａ）は、第１の新断層像ｇ８０（ｘ,ｙ）′、図９（ｂ）は第２の新断層像ｇ１４０（ｘ,ｙ）′の一例を示す図である。第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′では、画素値ｇ８０（ｘ１，ｙ１）′は、その一例として＋１２０となる。画素値ｇ８０（ｘ２，ｙ２）′およびｇ８０（ｘ３，ｙ３）′は、その一例として、それぞれ＋１３８０、＋７２０となる。画素値ｇ８０（ｘ４，ｙ４）′およびｇ８０（ｘ５，ｙ５）′は、その一例として、それぞれ＋１８００、＋１４３０となる。

また、画素値ｇ１４０（ｘ１，ｙ１）′は、その一例として＋１００となる。画素値ｇ１４０（ｘ２，ｙ２）′およびｇ１４０（ｘ３，ｙ３）′は、その一例として、それぞれ＋７２０、＋３７０となる。画素値ｇ１４０（ｘ４，ｙ４）′およびｇ１４０（ｘ５，ｙ５）′は、その一例として、それぞれ＋１１５０、＋９００となる。

ステップＳ８では、物質分離画像の生成処理を実行する。具体的には、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′と第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′との間における対応画素の画素値の比ｒ（ｘ，ｙ）′に基づいて、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′または第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′における物質を分離して表す物質分離画像ｄｍ（ｘ，ｙ）′を生成する。

例えば、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′において、画素値の比が１．４≦ｒ（ｘ，ｙ）′≦１．６となる画素を骨部画像の１画素として特定し、画素値の比が１．７≦ｒ（ｘ，ｙ）′≦２．０となる画素を造影剤画像の１画素として特定する。そして、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′において、骨部画像は第１の色、例えば青で着色し、造影剤画像は第２の色、例えば緑で着色して、骨部と造影剤とを分離して表した物質分離画像ｄｍ（ｘ，ｙ）′を生成する。

図１０は、このようにして生成された物質分離画像ｄｍ（ｘ，ｙ）′の一例を示す図である。画素（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ５，ｙ５）における画素値の比ｒ（ｘ１，ｙ１）′〜ｒ（ｘ５，ｙ５）′は、図９（ｃ）に示すように、それぞれ１．２０，１．９２，１．９５，１．５７，１．５９となる。したがって、ｄｍ（ｘ２，ｙ２）′やｄｍ（ｘ３，ｙ３）′を含む造影剤画像は緑で着色され、ｄｍ（ｘ４，ｙ４）′やｄｍ（ｘ５，ｙ５）′を含む骨部画像は青で着色される。

なお、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′および第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′は、ビームハードニング補正が適正に行われた断層像であるから、物質分離画像ｄｍ（ｘ，ｙ）′上で示された骨部画像や造影剤画像の境界は、ステップＳ３で抽出した骨部画像や造影剤画像よりも正確であり、物質が高い精度で分離される。

なお、このようにして生成された物質分離画像ｄｍ（ｘ，ｙ）′は、モニタ６の画面に表示され、画像診断等に供される。

このような本実施形態によれば、撮影時のＸ線管電圧が異なる２種類の断層像間における対応画素の画素値の比または差に基づいて、被検体の断層像における所定の物質に対応する物質画像を特定し、特定した物質画像に対してその物質の種類および撮影時のＸ線管電圧に応じた加工処理を施すので、補正対象となる物質の画像をより高い精度で特定し、その画像に適した補正をすることができ、断層像に対するビームハードニング補正をより適正に行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

例えば、本実施形態では、補正対象をデュアルエネルギー撮影によって直接的に得られた第１のＸ線管電圧による第１の断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）と第２のＸ線管電圧による第２の断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）としているが、補正対象をこれらの断層像と同じスライス面に対応する任意のＸ線管電圧による任意の断層像としてもよい。この任意の断層像が第１および第２の断層像と同じスライス面に対応する断層像であれば、第１の断層像と第２の断層像との対応画素の画素値の比または差と、その対応画素の座標とを基に、その任意の断層像における前記対応画素と同じ座標の画素に対応する物質を特定することができる。

また例えば、本実施形態では、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′と第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′とを用いて最終的に物質分離画像を生成し表示しているが、画素ごとに対応する物質の密度を表す物質密度画像を生成し表示してもよい。この場合、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′および第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′は、ビームハードニング補正が適正に行われているので、誤差の少ない物質密度を提供することができる。

また例えば、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′と第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′とを加重加算して特定の物質、例えば骨部や造影剤を抑制した物質抑制画像を生成してもよい。

また例えば、第１の新断層像ｇ８０（ｘ，ｙ）′と第２の新断層像ｇ１４０（ｘ，ｙ）′とを加重加算して、物質Ａ、例えば水が抑制された第１の物質抑制断層像と、物質Ｂ、例えばヨウ素が抑制された第２の物質抑制断層像とを生成し、第１の物質抑制断層像と第２の物質抑制断層像とを加重加算して、第３のＸ線管電圧、例えば１００ｋＶによる被検体の断層像に相当する第３の断層像を生成してもよい。

また例えば、本実施形態では、ビームハードニング補正を行う対象物質を骨部および造影剤としているが、その対象物質を骨部のみ、造影剤のみなど単一の物質としてもよいし、骨部、造影剤および軟部など３種類以上の物質としてもよい。

また例えば、本実施形態では、デュアルエネルギー撮影によりＸ線管電圧が８０ｋＶであるときと１４０ｋＶであるときについて断層像を得ているが、もちろんこれに限定されず、他のＸ線管電圧であってもよい。

また例えば、特願２００７−２９２９５５号にて提案されている適応型の重み付け差分法にも適用可能である。

なお、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置とは異なり、撮影手段を持たず、第１のＸ線管電圧による被検体の第１の断層像と第２のＸ線管電圧による同被検体の第２の断層像との間における対応画素の画素値の比に基づいて、第１の断層像における所定の物質に対応する第１の物質画像を抽出するとともに、第２の断層像における上記所定の物質に対応する第２の物質画像を抽出する抽出手段と、第１および第２の物質画像を仮想的に再投影して第１および第２の再投影データを算出する再投影手段と、第１および第２の再投影データを加工処理する加工処理手段と、加工処理された第１および第２の再投影データを基に画像再構成して第１および第２の新物質画像を生成する画像再構成手段と、第１の断層像と前記第１の新物質画像とを加重加算して第１の新断層像を生成するとともに、前記第２の断層像と前記第２の新物質画像とを加重加算して第２の新断層像を生成する加算手段とを有するワークステーション(workstation)等の断層像処理装置も、本発明の一実施形態である。

また、コンピュータを、上記断層像処理装置を構成する各手段として機能させるためのプログラムも、本発明の一実施形態である。

本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置における物質分離画像生成処理の流れを示すフローチャートである。 デュアルエネルギー撮影により得られる２種類の断層像とその比画像の一例を示す図である。 物質の種類と画素値の比との対応関係を示す図である。 画素値の比のしきい値処理により抽出された物質画像の一例を示す図である。 物質画像の再投影により算出された再投影データの一例を示す図である。 加工処理済再投影データを基に新物質画像を再構成する様子を示す図である。 元の断層像と新物質画像とを加重加算して新断層像を生成する様子を示す図である。 新断層像の生成処理により生成された２種類の新断層像とその比画像の一例を示す図である。 物質分離画像の生成処理により生成された物質分離画像の一例を示す図である。

符号の説明

１００ Ｘ線ＣＴ装置
１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
４ 制御インタフェース
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 回転部
８ 撮影テーブル
９ 走査ガントリ
１０ Ｘ線コントローラ
１１ Ｘ線管
１２ コリメータ
１３ Ｘ線検出器
１４ データ収集部
１５ 回転コントローラ

Claims (10)

1. 第１のＸ線管電圧による被検体の第１の断層像と第２のＸ線管電圧による前記被検体の第２の断層像との対応画素の画素値の比または差に基づいて、前記被検体の任意のＸ線管電圧による任意の断層像における所定の物質に対応する物質画像を特定する物質画像特定手段と、
   前記物質画像を仮想的に再投影して再投影データを算出する再投影手段と、
   物質の種類およびＸ線管電圧と実行すべき加工処理とを対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている情報を参照して、前記再投影データに対応する物質の種類およびＸ線管電圧と対応付けられた加工処理を特定し、前記再投影データに対して該加工処理を実行する加工処理手段と、
   前記加工処理が実行された再投影データを基に画像再構成して補正用画像を生成する補正用画像生成手段と、
   前記補正用画像を用いて前記任意の断層像を補正する補正手段とを備える断層像処理装置。
2. 前記任意の断層像は、前記第１および第２の断層像であり、
   前記物質画像特定手段は、前記第１の断層像における所定の物質に対応する第１の物質画像を特定するとともに、前記第２の断層像における前記所定の物質に対応する第２の物質画像を特定し、
   前記再投影手段は、前記第１および第２の物質画像を仮想的に再投影して第１および第２の再投影データを算出し、
   前記加工処理手段は、前記第１および第２の再投影データに前記加工処理を実行し、
   前記補正用画像生成手段は、前記加工処理が実行された第１および第２の再投影データを基に画像再構成して第１および第２の補正用画像を生成し、
   前記補正手段は、前記第１の補正用画像を用いて前記第１の断層像を補正することにより第１の新断層像を得るとともに、前記第２の補正用画像を用いて前記第２の断層像を補正することにより第２の新断層像を得る請求項１に記載の断層像処理装置。
3. 前記任意の断層像は、前記第１および第２の断層像であり、
   前記所定の物質は、第１の物質および第２の物質であり、
   前記物質画像特定手段は、前記第１の断層像における第１の物質に対応する第１の物質画像と第２の物質に対応する第２の物質画像とを特定するとともに、前記第２の断層像における前記第１の物質に対応する第３の物質画像と前記第２の物質に対応する第４の物質画像とを特定し、
   前記再投影手段は、前記第１から第４の物質画像をそれぞれ仮想的に再投影して、第１から第４の再投影データを算出し、
   前記加工処理手段は、前記第１から第４の再投影データに前記加工処理を実行し、
   前記補正用画像生成手段は、前記加工処理が実行された第１から第４の再投影データを基に画像再構成して第１から第４の補正用画像を生成し、
   前記補正手段は、前記第１および第２の補正用画像を用いて前記第１の断層像を補正することにより第１の新断層像を得るとともに、前記第３および第４の補正用画像を用いて前記第２の断層像を補正することにより第２の新断層像を得る請求項１に記載の断層像処理装置。
4. 前記第１の新断層像と前記第２の新断層像との対応画素の画素値の比または差に基づいて、前記第１の新断層像または前記第２の新断層像における物質が分離された画像を生成する画像生成手段をさらに備える請求項２または請求項３に記載の断層像処理装置。
5. 前記第１の新断層像と前記第２の新断層像とを加重加算して特定の物質が抑制された画像を生成する画像生成手段をさらに備える請求項２または請求項３に記載の断層像処理装置。
6. 前記第１の新断層像と前記第２の新断層像とを加重加算して、物質Ａが抑制された第１の物質抑制断層像と物質Ｂが抑制された第２の物質抑制断層像とを生成し、前記第１の物質抑制断層像と前記第２の物質抑制断層像とを加重加算して、前記被検体の第３の断層像を生成する画像生成手段をさらに備える請求項２または請求項３に記載の断層像処理装置。
7. 前記対応付けられた加工処理は、線形変換処理または非線形変換処理である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の断層像処理装置。
8. 前記第１の物質は、骨であり、
   前記第２の物質は、造影剤である請求項３に記載の断層像処理装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の断層像処理装置と、
   前記被検体をＸ線ＣＴ撮影して前記第１の断層像および前記第２の断層像を得る撮影手段とを備えるＸ線ＣＴ装置。
10. コンピュータを、
    請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の断層像処理装置を構成する各手段として機能させるためのプログラム。

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