JP5329103B2 - 画像処理装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置による被検体の撮影により得られた画像データを用いて画像処理を行う画像処理装置及びその画像処理装置を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置において、従来のＣＡＤ（Computer Assisted Diagnose：コンピュータ支援診断）などにおける領域の区分、抽出（セグメンテーションともいう）の技術は特許文献１、又は特許文献２に示すように、１つのＸ線管電圧の断層像を用いて行われていた。
特開２００３−１４１５４８ 特開平０１−８８６８９

ところで、造影した血管の領域のＣＴ値と石灰化領域もしくは骨の領域のＣＴ値とは近いＣＴ値である。このため、上述のような１つのＸ線管電圧の断層像で、ＣＴ値によるしきい値で２値化処理をしても、これら２つの連続領域をきれいに抽出することが困難であった。

特に、このＣＴ値の近い領域は、骨に接した造影された血管、石灰化を伴う造影された血管、又は造影された血管内の病変であるソフト・プラーク（Soft Plaque）などがある。これらの領域は患者の診断に際して重要であり、これらの領域を区別してとして抽出することができれば、診断上非常に価値がある。そのため、これらの領域の分離をすることは期待が大きい。

そこで、本発明の目的は、断層像等の画像に対して同一物質ごとの連続領域抽出及び／又は区分を実現する画像処理装置及びその画像処理装置を備えたＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、Ｘ線ＣＴ装置による被検体の撮影により得られた画像データを用いて画像処理を行う画像処理装置において、第１のエネルギースペクトルを有するＸ線を用いた前記被検体の撮影により得られた第１投影データと第２のエネルギースペクトルを有するＸ線を用いた前記被検体の撮影により得られた第２投影データとに基づいて得られる物質依存情報画像により、所望の物質の連続領域の特定を行い、前記被検体の撮影により得られた画像における前記所定の物質の連続領域を区分及び／又は抽出することを特徴とする画像処理装置というものである。

本発明の第２の観点は、前記物質依存情報画像は、前記第１投影データに基づく第１の画像と前記第２投影データに基づく第２の画像との画素値の比からなるデュアルエネルギー比画像であり、前記画素値の比の所望の範囲により、前記所望の物質を特定することを特徴とする第１の観点に記載の画像処理装置というものである。

本発明の第３の観点は、前記デュアルエネルギー比画像に対し前記所望の範囲に含まれる画素値の比を有する画素とその他の画素とに２値化処理を行った後、ラベリング処理を行って前記連続領域の特定を行うことを特徴とする第２の観点に記載の画像処理装置というものである。

本発明の第４の観点は、前記物質依存情報画像は、前記第１投影データと前記第２投影データ、又は前記第１投影データに基づく第１の画像と前記第２投影データに基づく第２の画像とを、所望の物質を強調するための加重減算を行うことにより得られた濃淡画像であることを特徴とする第１の観点に記載の画像処理装置というものである。

本発明の第５の観点は、前記濃淡画像に対し、所定のしきい値に基づく２値化処理を行った後、ラベリング処理を行って前記連続領域の特定を行うことを特徴とする第２の観点に記載の画像処理装置というものである。

本発明の第６の観点は、複数の前記物質の連続領域を抽出し、統合することを特徴とする第１の観点ないし第５の観点のいずれかに記載の画像処理装置というものである。

本発明の第７の観点は、前記連続領域の特定を複数の物質について行った結果、領域の重なりが生じた場合、当該重なりを除去するための重なり領域の排他処理を行うことを特徴とする第１の観点ないし第６の観点のいずれかに記載の画像処理装置というものである。

本発明の第８の観点は、前記排他処理に、論理フィルタ処理又はモフォロジ処理を用いることを特徴とする第７の観点に記載の画像処理装置というものである。

本発明の第９の観点は、第１の観点ないし第８の観点に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置というものである。

本発明によれば、断層像等の画像に対して同一物質ごとの連続領域抽出及び／又は区分を実現する画像処理装置及びその画像処理装置を備えたＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

＜Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置の全体構成＞
図１は、本発明の一実施例にかかるＸ線ＣＴ装置１００の構成ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール１と、撮影テーブル１０と、走査ガントリ２０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又はマウスなどの入力装置２と、前処理、画像再構成処理、後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５とを具備している。さらに、操作コンソール１は、Ｘ線検出器データを前処理して求められた投影データから画像再構成した断層像を表示するモニタ６と、プログラムやＸ線検出器データや投影データやＸ線断層像を記憶する記憶装置７とを具備している。撮影条件の入力はこの入力装置２から入力され、記憶装置７に記憶する。撮影テーブル１０は、被検体ＨＢを乗せて走査ガントリ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に内蔵するモータで昇降及びテーブル直線移動する。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線コントローラ２２と、コリメータ２３と、ビーム形成Ｘ線フィルタ２８と、多列Ｘ線検出器２４と、データ収集装置（ＤＡＳ：Data Acquisition System）２５とを具備している。Ｘ線制御部２２は、２つのＸ線管２１の管電圧及び電流を制御する。ガントリ回転部１５はＸ線管２１及び多列Ｘ線検出器２４などを保持し、ベアリングを介して回転可能になっている。

さらに、走査ガントリ２０は、Ｘ線制御部２２と、被検体ＨＢの体軸の回りに回転しているガントリ回転部１５を制御する回転制御部２６と、回転制御部２６との通信及びクレードル１２と信号の送受信を行うガントリ制御部２９とを具備している。データ収集装置２５は多列Ｘ線検出器２４からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ビーム形成Ｘ線フィルタ２８は撮影中心である回転中心に向かうＸ線の方向にはフィルタの厚さが最も薄く、周辺部に行くに従いフィルタの厚さが増し、Ｘ線をより吸収できるようになっているＸ線フィルタである。

中央処理装置３は、前処理部３２、画像再構成部３３、デュアルエネルギー画像再構成部３４及び撮影制御部３７を有している。撮影制御部３７は再投影処理部３８を有している。
前処理部３２は、データ収集装置２５で収集された生データに対して、チャネル間の感度不均一を補正し、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正するＸ線量補正等の前処理を実行する。また、ビームハードニング処理を行う。

画像再構成部３３は、前処理部３２で前処理された投影データを受け、その投影データに基づいて画像を再構成する。投影データは、周波数領域に変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ： Fast Fourier Transform）がなされて、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、画像再構成部３３は、再構成関数Ｋｅｒｎｅｌ（ｊ）を重畳処理した投影データに対して、三次元逆投影処理を行い、被検体ＨＢの体軸方向（Ｚ軸方向）ごとに断層像（ｘｙ平面）を求める。画像再構成部３３は、この断層像を記憶装置７に記憶させる。
デュアルエネルギー画像再構成部３４は、低いＸ線エネルギースペクトルの投影データ及び高いＸ線エネルギースペクトルの投影データから、原子の分布に関連したＸ線管電圧依存情報の二次元分布断層像、いわゆるデュアルエネルギー撮影の断層像を画像再構成する。

画像処理部３５は、デュアルエネルギー撮影の断層像から、同じ組織又は部位を抽出する処理を行うため、２値化処理部３６、ラベリング部３７及び排他処理部３８を有している。尚、本発明の画像処理装置は、画像処理部３５に対応する。
２値化処理部３６は、以下の実施例１ではデュアルエネルギー比の範囲ＤＲに基づいて、２値化処理する。また、実施例２ではカルシウム強調画像、造影剤強調画像等の濃淡画像を所定のしきい値に基づき２値化処理する。

ラベリング部３７は、２値化処理された画像に対して、例えば三次元ラベリング処理等のラベリング処理を行い、連続領域ごとに連続領域番号付け処理を行う。なお、以下の説明では、三次元ラベリング処理を例にとって説明するが、本発明はそれに限定されるものではなく、二次元ラベリング処理でもよいし三次元画像に時間軸を加えた四次元ラベリング処理であってもよい。
排他処理部３８は、ノイズ処理を行ったり、例えば石灰化領域と造影剤領域との重なり領域を縮小させたりする。

次に、上述のＸ線ＣＴ装置１００を用いたデュアルエネルギー撮影について説明する。

＜デュアルエネルギー撮影：フルスキャン方法、ハーフスキャン方法＞
図２は、連続したスキャンでＸ線管電圧を切り換えるタイミングを示す図である。図２（ａ）に示すように、１つのX線管２１及び多列Ｘ線検出器２４を有する走査ガントリ２０は、１スキャン目にＸ線管電圧８０ｋＶの撮影時間ｔ１の検出を行い、２スキャン目にＸ線管電圧１４０ｋＶの撮影時間ｔ２の検出を続けて行う。この時のＸ線管電圧は、撮影時間ｔ１とｔ２とのわずかな間に変化する。

通常は撮影時間ｔ１とｔ２とを同じ時間にする。例えば、走査ガントリ２０は、撮影時間をフルスキャンＦ−Ｓｃａｎである３６０度スキャンでＸ線投影データを収集したり、ハーフスキャンＨ−Ｓｃａｎである１８０度＋ファン角分のＸ線投影データを収集したりする。またこれらの撮影方法は、撮影時間ｔ１、ｔ２の管電圧の順を逆にしてもかまわない。ハーフスキャンＨ−Ｓｃａｎは、Ｘ線ファンビームのファン角を６０度とすると、１８０度＋ファン角＝２４０度分、つまり２／３回転分のＸ線投影データを収集することになる。

例えば、Ｘ線管２１の回転速度が０．３５秒／回転であれば、ハーフスキャンのデュアルエネルギー撮影時間は０．４６秒、フルスキャンのデュアルエネルギー撮影時間は０．７秒となる。撮影時間がこのように１秒以下であれば、被検体の体動はかなり押さえることができる。

Ｘ線管電圧の切り換え時間を無視できない場合は、図２（ｂ）のように、撮影時間ｔ１，ｔ２の間にΔｔのＩＳＤ（Inter Scan Delay）を置くことでＸ線管電圧を変化させることができる。

ハーフスキャン時において、この時のデュアルエネルギー画像再構成部３４は、Δｔの間にＸ線投影データ収集を中止し、Ｘ線管電圧を上げ２スキャン目のＸ線投影データ収集を行うようにすれば、同一ビュー角度でＸ線投影データ収集を開始することができる。
このように、デュアルエネルギー画像再構成部３４は収集開始ビュー角度を合わせておくと、Ｘ線投影データ間の演算、例えば２つのＸ線投影データの加重加算処理などで対応するビューを探す手間がなくなるため処理し易くなる。
この時の１スキャン目，Ｘ線オフしたＩＳＤ期間、２スキャン目を合わせた撮影時間Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋Δｔは０．５８秒となり、被検体の体動もかなり押さえることができる。

＜デュアルエネルギー撮影：ビューごと、複数ビューごと＞
１つのＸ線管２１及び多列Ｘ線検出器２４を有する走査ガントリ２０で、体動を防ぎ、短時間で撮影する別の方法は、Ｘ線管電圧を高速に切り換えながら、ビューごと又は数ビューごとにＸ線データを収集する方法である。

図３は、ビューごと又は複数ビューごとにＸ線管電圧を切り換えるタイミングを示す図である。図３（ａ）で示す撮影方法は、奇数ビューでＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データを収集し、偶数ビューでＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データを収集する。また、図３（ｂ）で示す撮影方法は、複数の連続したビューごとにＸ線管電圧８０ｋＶと、Ｘ線管電圧１４０ｋＶとのＸ線投影データ収集を交互に繰り返す。

この場合、デュアルエネルギー画像再構成部３４は通常１回転でＮビューのＸ線データ収集を行うと、それぞれＮ／２ビューのＸ線投影データで断層像を作成することとなる。このため、撮影視野が大きい肺野部、腹部においては撮影視野の周辺部においてエリアジング・アーチファクト（aliasing artifact）が起きることがある。この場合はビュー方向の補間処理又は加重加算処理で補う。

＜複数のX線管を有する構成例＞
１つのＸ線管２１で撮影する他に、デュアルエネルギー撮影は複数のＸ線管２１で被検体を撮影する方法がある。

走査ガントリ２０が複数のＸ線管２１を有していれば、各Ｘ線管２１でＸ線管電圧８０ｋＶとＸ線管電圧１４０ｋＶとを分担してＸ線投影データ収集することで一層高速にデュアルエネルギー撮影を行うことができる。また、複数のＸ線管２１は、それぞれのＸ線管２１で最適なフィルタの設置でより簡便にＳ／Ｎよいデュアルエネルギー断層像を得ることができる。以下はその構成例を示す

図４Ａ（ａ）は、９０度離れて配置された２つのＸ線管２１と２つの第３世代の多列Ｘ線検出器２４で構成する例である。図４Ａ（ｂ）は２つのＸ線管２１と１つの第３世代の多列Ｘ線検出器２４で構成する例である。図４Ｂ（ｃ）は、１８０度離れて配置された２つのＸ線管２１と２つの第３世代の多列Ｘ線検出器２４で構成する例である。図４Ｂ（ｄ）は、走査ガントリ２０が２つのＸ線管２１を有し、１つの第４世代、つまり３６０度に配置した多列Ｘ線検出器２４を有する構成である。走査ガントリ２０は、このように配置されたＸ線管２１などを有しても良い。

図５Ａ（ａ）は、３つのＸ線管２１と３つの多列Ｘ線検出器２４で構成する例、図５Ａ（ｂ）は、３つのＸ線管２１と３つのフラットパネルＸ線検出器に代表されるマトリクス構造の二次元Ｘ線エリア検出器２４で構成する例である。

図５Ｂ（ｃ）は、３つのＸ線管２１を持ち１つの３６０度に配置した多列Ｘ線検出器２４で構成する例である。図５Ｂ（ｄ）は、４つのＸ線管２１を持ち４つの多列Ｘ線検出器２４で構成する例である。走査ガントリ２０は、このように配置されたＸ線管２１などを有しても良い。

＜デュアルエネルギー断層像の画像再構成方法＞
各実施例において、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、デュアルエネルギー断層像の造影剤強調画像、カルシウム強調画像、又はデュアルエネルギー比画像を画像再構成する。その方法は、以下のようになる。

図６（ａ）は投影データ空間におけるデュアルエネルギー撮影の画像再構成方法の概要を示す。

デュアルエネルギー画像再構成部３４は、低いＸ線管電圧のＸ線投影データＲ−Ｌｏｗに加重加算係数ｗ１を乗算し、同様に高いＸ線管電圧のＸ線投影データＲ−Ｈｉｇｈに加重加算係数−ｗ２を乗算し、定数Ｃ１とともに加重加算処理し、デュアルエネルギー断層像Ｍ−ＣＳＩを作成する。尚、このような負の係数を用いた加算処理を加重減算処理ともいう。
また、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、画像空間、断層像空間おいても投影データ空間と同様に加重加算処理することでデュアルエネルギー断層像Ｍ−ＣＳＩを得ることができる。

これら加重加算係数ｗ１，−ｗ２及び定数Ｃ１は、抽出したい原子、強調したい原子、表示上で消したい原子又は部位により定まる。例えば加重加算処理部はＣＴ値の近い骨、石灰化を構成するカルシウム成分（Ｃａ成分）と、ヨウ素を主成分とする造影剤（Ｉｏｄｉｎｅ成分）とを分離するために、カルシウム成分を表示上で消すと、つまり画素値を０にすると造影剤成分が抽出され、強調して表示することができる。また反対に、加重加算処理部は造影剤成分を表示上で消すと、つまり画素値を０にするとカルシウム成分が抽出され、骨や石灰化の部分を強調して表示することができる。

この時に用いるＸ線投影データは、前処理部３２が前処理及びビームハードニング補正したＸ線投影データを用いる。特にビームハードニング補正では、各Ｘ線管電圧において水等価でない物質の部分を水等価なＸ線透過経路長にすることにより、水以外の物質のＸ線管電圧依存性をより正しく評価することができる。

また、断層像空間においても、前処理部３２により前処理及びビームハードニング補正が補正済であるとすると、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、断層像空間でもデュアルエネルギー断層像を画像再構成することができる。
以上より、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、断層像空間と投影データ空間とにおいて造影剤強調画像、カルシウム強調画像を作成することができる。

図６（ｂ）は、例えば、グラフの縦軸にＸ線管電圧８０ｋＶの断層像での各画素値を取り、横軸にＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像での各画素値を取った図である。これにより、Ｘ線管電圧８０ｋＶとＸ線管電圧１４０ｋＶとのカルシウムの画素や造影剤の主成分であるヨウ素の画素値は、図中のカルシウムの直線及びその近傍の分布範囲ＤＲ−Ｃａや、ヨウ素の直線及びその近傍の分布範囲ＤＲ−Ｉｏに入る。

例えば、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像の画素値をｇ８０（ｘ，ｙ）とし、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像の画素値をｇ１４０（ｘ，ｙ）とすると、画素値のデュアルエネルギー比ｒ（ｘ，ｙ）は、ｇ８０（ｘ，ｙ）／ｇ１４０（ｘ，ｙ）で求めることができる。

このデュアルエネルギー比ｒ（ｘ，ｙ）は、グラフの直線の傾きを表し、実効質量数を表す。この実効質量数は原子によって異なる値となるため、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、物質ごとに分離又は差を強調することができる。この傾きは骨では約１．５前後、造影剤では約１．７〜１．８の値を取る。

また、このデュアルエネルギー比ｒ（ｘ，ｙ）の傾きの範囲で各画素を分類することで、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、物質の成分分析又は組成分析を行うことができ、値によりカラーマップを割り付けてやることで、各原子又は各物質の色分けも行うことができる。

次に、上述の画像処理装置３５の動作について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。

本実施例においては、上記のデュアルエネルギー撮影を行い、そのデュアルエネルギー比によるｚ方向に連続した断層像である三次元画像おいて三次元ラベリング処理を行い石灰化領域及び造影剤領域の抽出を行う。画像処理部３５は、三次元ラベリング処理、論理フィルタやモフォロジフィルタなどを使った排他処理などを行う。

図７はその処理のフローチャートを示す。
ステップＤ２１では、操作者は、スカウト像の撮影をする。
ステップＤ２２では、操作者は、デュアルエネルギー撮影の撮影条件設定を行う。
ステップＤ２３では、走査ガントリ２０は、Ｘ線データ収集を行う。
ステップＤ２４では、画像再構成部３３は、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データを画像再構成する。

ステップＤ２５では、画像再構成部３３は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データを画像再構成する。
ステップＤ２６では、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、ステップＤ２４で得た画像とステップ２５で得た画像の各画素同士の画素値の比からなるデュアルエネルギー比画像を得る。ここでは、デュアルエネルギー比の断層像又はデュアルエネルギー比のｚ方向に連続した断層像からなる三次元画像等を得ることができるが、以下、三次元画像を得た場合を一例として挙げる。

ステップＤ２７では、画像処理部３５の２値化処理部３６は、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲを定めて２値化処理を行う。
ステップＤ２８では、排他処理部３８は、ノイズ除去処理を行う。
ステップＤ２９では、ラベリング部３７は、三次元ラベリング処理を行う。

ステップＤ３０では、ノイズは少ないかを判断し、ＹＥＳであればステップＤ３１へ、ＮＯであればステップＤ３４へ行く。つまり、三次元ラベリング処理で得るラベル数より、ラベル数がある一定のしきい値より大きければノイズが多いと判断し、小さければノイズが少ないと判断する。

ステップＤ３１では、すべてのデュアルエネルギー比の範囲ＤＲが処理済みか否かを判断し、ＹＥＳであればステップＤ３２へ行き、ＮＯであればステップＤ３３へ行く。

ステップＤ３２では、三次元ラベリング処理で特定した画素領域に対応する、例えば石灰化領域や造影剤領域の画像を表示することができる。
ステップＤ３３では、次のデュアルエネルギー比の範囲ＤＲを設定する。その後、ステップＤ２７へ戻る。

ステップＤ３４では、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲは適切かを判断し、ＹＥＳであればステップＤ２８へ戻り、ＮＯであればステップＤ３５へ行く。つまり、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲを少し変化させてもラベル数が変化しない場合はデュアルエネルギー比の範囲ＤＲが適切と判断され、再度ステップＤ２８とステップＤ２９との処理を行う。もしデュアルエネルギー比の範囲ＤＲを少し変化させてラベル数が大きく変化するようであれば、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲが適切でないとしてステップＤ３５に行く。

ステップＤ３５では、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲを変更する。その後、ステップＤ２７へ戻る。つまり、三次元連続領域の数であるラベル数が多ければｒ１を±Δｒ、又はｒ２を±Δｒにし、三次元連続領域の数が減少する方向にデュアルエネルギー比の範囲ＤＲを調整する。そのデュアルエネルギー比の範囲ＤＲをより適切な範囲に変更して再度ステップＤ２７からステップＤ３０までの処理を行う。
尚、上述のＤ２７からＤ３５までが、画像処理部３５の動作である。

次に、ステップＤ２６からのステップを、より詳細に説明する。

ステップＤ２６においては、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲの設定を図８（ａ）のように行う。例えば、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、このうちのデュアルエネルギー比の範囲ＤＲ２はカルシウム又は骨を検出するための範囲として設定し、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲ３を造影剤又はヨウ素を検出するための範囲に設定することができる。

ステップＤ２７においては、２値化処理部３６は、ステップＤ２６で設定したデュアルエネルギー比の範囲ＤＲに基づいて、しきい値処理によりｚ方向に連続する三次元画像を２値化処理する。例えば、２値化処理は図８（ｂ）のステップＤ２７に示すように、あらかじめ定めたデュアルエネルギー比の範囲ＤＲ（ｒ１，ｒ２）を“１”に、その他の（−∞，ｒ１），（ｒ２，∞）の範囲を“０”にすることを行う。

ステップＤ２８においては、排他処理部３８は、２値化したｚ方向に連続したデュアルエネルギー比の断層像による三次元画像に対して、論理フィルタ又はモフォロジフィルタにより孤立点などを除去する。図８（ｂ）のステップＤ２８は孤立点などを除去した例を示す。また、孤立点や小さな連続領域を消去することは、孤立点除去の論理フィルタやモフォロジフィルタをかける他に、“１画素収縮論理フィルタ”をかけた後に“１画素膨張論理フィルタ”をかけることでも消去できる。

ステップＤ２９においては、ラベリング部３７は、三次元ラベリング処理を行い、三次元連続領域ごとに連続領域番号付け処理を行う。図８（ｂ）のステップＤ２９はその例を示し、連続領域ごとにＬＢ１、ＬＢ２・・・ＬＢ５とラベリングを行う。なお、三次元ラベリング処理は三次元濃度ヒストグラム測定を追加することで、各三次元連続領域の体積を求め、体積の小さい領域をノイズ領域として除去することもできる。

本実施例はこのデュアルエネルギー比のある範囲を区分することで、三次元画像から石灰化領域及び造影剤領域を三次元連続領域として抽出することができる。

本実施例においては、デュアルエネルギー撮影を行い、各々の物質の強調画像の三次元画像に対して三次元ラベリング処理を用いて領域区分を行い石灰化領域及び造影剤領域の抽出を行う。

図９はその処理のフローチャートを示す。また、デュアルエネルギー撮影のフローチャートは、実施例１の図７のフローチャートと同様なのでデュアルエネルギー撮影としてまとめて表示してある。
ステップＤ４１では、デュアルエネルギー画像再構成部３４は、デュアルエネルギー断層像であるカルシウム強調画像と、造影剤強調画像とを画像再構成する。この時の画像再構成は画像空間での加重加算処理でも良いし、Ｘ線投影データ空間での加重加算処理でも良い。

ステップＤ４２では、デュアルエネルギー断層像であるカルシウム強調画像、造影剤強調画像である濃淡画像をモニタ６に画像表示する。
ステップＤ４３では、濃淡画像のノイズ除去処理を行う。ノイズ除去処理は、例えば、三次元平滑化空間フィルタ、三次元中間値フィルタ（メディアンフィルタ）、三次元適応型（アダプティブ）ノイズ低減フィルタなどを行う。デュアルエネルギー撮影の断層像の画像再構成は、ノイズが増える処理であるため、ラベリング処理を行う前に不要なラベル候補となりうるノイズを除去しておく必要がある。

ステップＤ４４では、２値化処理部３６は、カルシウム強調画像及び造影剤強調画像を２値化処理する。２値化処理部３６は、カルシウム領域抽出及び造影剤領域抽出のために、あらかじめ撮影条件で設定した範囲で２値化を行う。これにより、カルシウム領域及び造影剤領域の三次元の２値画像ができる。

ステップＤ４５では、排他処理部３８は、２値画像のノイズ除去処理を行う。排他処理部３８は、カルシウム領域及び造影剤領域の三次元の２値画像に対してノイズ除去処理を行う。実施例１と同様に、論理フィルタ又はモフォロジフィルタによる孤立点除去フィルタ、又は１画素収縮フィルタの後に１画素膨張フィルタを用いる。

ステップＤ４６では、ラベリング部３７は、三次元ラベリング処理を行う。なお、この三次元ラベリング処理は、６近傍、１８近傍、２６近傍のラベリング処理を考えることができる。また、図８（ｂ）の三次元ラベリング処理と同様に体積の小さい領域はノイズ領域として除去することでノイズに対して強い処理になる。

ステップＤ４７では、連続領域処理部３５は、三次元ラベリング処理で得る三次元連続領域数（ラベル数）で２値化のしきい値が適切かを判断する。２値化のしきい値が適切であればステップＤ４８へ、不適切であればステップＤ４９へ進む。つまり、連続領域処理部３５は、２値化のラベル数が多すぎると不適切と判断する。また、連続領域処理部３５は、２値化のしきい値を少し変化させてみてラベル数があまり変わらないことで２値化のしきい値が適切と判断する。

ステップＤ４８では、適切な２値化のしきい値で抽出したセグメント（三次元連続領域）を表示する。
ステップＤ４９では、２値化のしきい値の変更を行う。その後、ステップＤ４４へ戻り、ステップＤ４７までの処理を行う。

実施例１及び実施例２は、三次元ラベリング処理により連続領域を区別し、その物質の連続領域であるカルシウム領域と造影剤領域とを論理フィルタ処理、又はモフォロジフィルタ処理をすることで重なりをなくした。本実施例はその論理フィルタ処理又はモフォロジフィルタ処理である排他処理を詳述する。

図１０は排他処理の概要を示す。図１０では二次元で描いているが、実際は三次元である。図１１はその処理のフローチャートを示す。図１１は代表してデュアルエネルギー比について書いているが、物質の強調画像においても同様に処理することができる。

ステップＬ１では、排他処理部３８は、領域区分した石灰化領域と造影剤領域との三次元画像を入力する。ｎ＝１とする。デュアルエネルギー比約１．５±εのデュアルエネルギー比範囲を２値化した石灰化三次元領域Ｃａと、デュアルエネルギー比約１．７〜１．８とのデュアルエネルギー比範囲を２値化した造影剤三次元領域Ｉｏを入力する。ｎを初期化して１にする。また、このときのεは０．０５程度の微小な値とする。

ステップＬ２では、排他処理部３８は、三次元画像の石灰化領域と造影剤領域との重なり領域を求める。
ステップＬ３では、排他処理部３８は、石灰化領域と造影剤領域との論理和をマスク画像Ｍ１とする。
ステップＬ４では、排他処理部３８は、重なり領域はあるかを判断し、ＹＥＳであればステップＬ５へ行き、ＮＯであれば終了する。

ステップＬ５では、排他処理部３８は、石灰化領域と造影剤領域とを収縮させる。１回１画素分収縮する論理フィルタをかけた後に、石灰化三次元領域Ｃａと造影剤三次元領域Ｉｏとの間に重なりがあるかをステップＬ６で見る。この収縮処理は重なりがなくなるまで繰り返し、ステップＬ７でその回数ｎを数える。
ステップＬ６では、排他処理部３８は、重なり領域があるかを判断し、ＹＥＳであればステップＬ７へ行き、ＮＯであればステップＬ８へ行く。

ステップＬ７では、ｎ＝ｎ＋１とする。その後、ステップＬ５へ戻る。
ステップＬ８では、排他処理部３８は、石灰化領域と造影剤領域とをｎ回分排他的膨張する。排他的膨張論理フィルタを用いて石灰化三次元領域Ｃａと造影剤三次元領域Ｉｏとが重ならないようにｎ回分、つまりｎ画素分膨張させる。

ステップＬ９では、排他処理部３８は、ステップＬ３のマスク画像Ｍ１と論理積とを求める。ステップＬ８で排他的膨張を行った際に、元の石灰化三次元領域Ｃａや造影剤三次元領域Ｉｏより大きくなっている領域があれば、ステップＬ３で作成したマスク画像Ｍ１と論理積とを取ることにより、はみ出し部分を縮小又は削りとることができる。
ステップＬ１０では、重なりをなくした石灰化領域と造影剤領域とを得て画像表示する。

排他的膨張の論理フィルタは、２つの三次元の領域を大きく膨張させる際に、領域が接している所をそれ以上膨張することなく、領域が接していない所を膨張する処理である。この処理は二次元の領域についても四次元の領域についても同様に処理できる。

本実施例においては論理フィルタを用いているが、モフォロジフィルタを用いても同様に処理できる。本実施例においては、他の物質を抽出した場合、つまり他のデュアルエネルギー比の範囲ＤＲを選択した場合でも同様に行うことはできる。

本実施例では、デュアルエネルギー比の範囲ＤＲごとに領域区分した石灰化領域と造影剤領域とをＣＴ値、ＣＴ値の標準偏差、又はその統計量により分類し、排他処理する方法を示す。

図１２（ａ）は、ＣＴ値、ＣＴ値の標準偏差、又はそれらの統計量を用いて重なりを分類する例を示す。また図１２（ａ）の領域は、二次元で描いてあるが実際は三次元である。

図１３は、その排他処理のフローチャートを示す。また、図１３は、代表してデュアルエネルギー比について書いているが、物質の強調画像においても同様に処理することができる。
ステップＬ２１では、排他処理部３８は、領域区分した石灰化領域と造影剤領域との三次元画像を入力する。
ステップＬ２２では、排他処理部３８は、三次元画像の石灰化領域と造影剤領域との重なり領域を求める。

ステップＬ２３では、排他処理部３８は、石灰化領域と造影剤領域との論理和をマスク画像Ｍ１とする。
ステップＬ２４では、排他処理部３８は、重なり領域があるかを判断し、ＹＥＳであればステップＬ２５へ行き、ＮＯであれば終了する。

ステップＬ２５では、排他処理部３８は、重なり領域内のＣＴ値統計量を求める。詳述すると、重なり領域でない石灰化領域のＣＴ値統計量を求め、重なり領域でない造影剤領域のＣＴ値統計量を求め、さらに重なり領域のＣＴ値統計量を求める。この時のＣＴ値の統計量としては、ＣＴ値、標準偏差、それらより計算できる指標値、その他の統計量などを得ることができる。図１２（ｂ）に示すように、石灰化領域の統計量の分布と造影剤領域の統計量の分布とを求め、例えば、“大津の２値化”のアルゴリズムでしきい値を求めて、重なり領域を分類するなどの方法が考えることができる。

ステップＬ２６では、排他処理部３８は、重なり領域内の画素の分類を行う。
ステップＬ２７では、排他処理部３８は、造影剤領域又は石灰化領域の２値領域のノイズ除去を行う。ステップＬ２６の重なり領域を分類した画素の集まりが三次元連続領域になると限らないため、造影剤領域又は石灰化領域の２値領域のノイズ除去を行う。
ステップＬ２８では、重なりをなくした石灰化領域と造影剤領域とを得て画像表示する。

本発明は、以上のような実施例によりにデュアルエネルギー断層像の領域を区分することで、造影血管部分を確実に捕らえることができるため、造影剤追跡撮影にも応用できる。例えば、造影剤追跡撮影は可変ピッチヘリカルスキャンをすることで、ヘリカルピッチを最適化しながら造影剤の先端を追跡できる。この撮影方法は、Ｘ線管２１の位置制御の最適化、被検体の被曝低減を行うことができる。

以上のＸ線ＣＴ装置１００は、コンベンショナルスキャン又はヘリカルスキャンでの断層像又は三次元画像、又は時系列三次元画像である四次元画像に対して同一物質ごとの領域抽出処理、領域区分を実現するＸ線ＣＴ装置を実現する効果がある。

本実施例においては、低いＸ線管電圧として８０ｋＶを高いＸ線管電圧として１４０ｋＶを用いているが、他のＸ線管電圧を用いても同様の効果を出すことができる。
また、本実施例においては、抽出したい領域又は強調したい領域として造影剤領域、石灰化領域、骨領域を用いているが、他の物質による領域においても同様の効果を出すことができる。

本実施例においては、デュアルエネルギー撮影によるデュアルエネルギー比、又は各物質の強調画像を三次元画像処理により三次元ラベリング処理を行っているが、断層像ごとに二次元画像処理により二次元ラベリング処理を行っても同様な効果を得ることができる。

なお、本実施例における画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による三次元画像再構成法でもよい。さらに、他の三次元画像再構成方法でもよい。又は二次元画像再構成でも良い。

本実施例では、コンベンショナルスキャンとヘリカルスキャンとを代表して記載しているが、シネスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンの場合についても同様に効果を出すことができる。
本実施例では、Ｘ線ＣＴ装置を元について記載されているが、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。

本発明の一実施例にかかる１つのＸ線管２１のＸ線ＣＴ装置を示すブロック図である。 （ａ）連続したスキャンでＸ線管電圧を切り換える場合を示す図である。 （ｂ）連続したスキャンでＸ線管電圧を切り換える場合（Ｘ線管電圧の切り換えのＸ線オフありの場合）を示す図である。 （ａ）は、ビューごとにＸ線管電圧を切り換える図である。 （ｂ）は、データ収集セグメントごとにＸ線管電圧を切り換える図である。 （ａ）は、２つのＸ線管２１及び２つの多列Ｘ線検出器２４を有する走査ガントリ２０である。 （ｂ）は、２つのＸ線管２１及び１つの多列Ｘ線検出器２４を有する走査ガントリ２０である。 （ｃ）は、２つのＸ線管２１及び２つの多列Ｘ線検出器２４が対向して配置されている例である。 （ｄ）は、２つのＸ線管２１と第４世代のＸ線検出器２４有する走査ガントリ２０である。 （ａ）は、３つのＸ線管２１及び３つの多列Ｘ線検出器２４を有する走査ガントリ２０である。 （ｂ）は、３つのＸ線管２１及び３つの平面検出器２４を有する走査ガントリ２０である。 （ｃ）は、３つのＸ線管２１と第４世代のＸ線検出器２４有する走査ガントリ２０である。 （ｄ）は、４つのＸ線管２１及び４つの多列Ｘ線検出器２４を有する走査ガントリ２０である。 （ａ）は、投影データ空間におけるＸ線吸収係数の断層像を求めるイメージ図である。 （ｂ）は、デュアルエネルギー比による各物質の分類を示した図である。 デュアルエネルギー比による三次元ラベリング処理を用いて領域を区分するフローチャートである。 （ａ）デュアルエネルギー比の範囲ＤＲの設定を示した図である。 （ｂ）三次元ラベリング処理とノイズ除去処理を示した図である。 物質の強調画像に対して三次元ラベリング処理を用いて領域を区分するフローチャートである。 重なり除去処理を示した図である。 重なり除去処理のフローチャートである。 （ａ）ＣＴ値の統計量による重なりの分離を示した図である。 （ｂ）重なりの分布を示した図である。 ＣＴ値の統計量による重なりの分離を示した図である。

１ … 操作コンソール
２ … 入力装置
３ … 中央処理装置 （３２ … 前処理部，３４ … 画像再構成部，３５ … デュアルエネルギー画像再構成部，３５ … 画像処理部， ３６ … ラベリング部，３７ … ラベリング部， ３８ … 排他処理部）
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 … 回転部
２０ … 走査ガントリ
２１ … Ｘ線管 （２１−１ … 第１Ｘ線管，２１−２ … 第２Ｘ線管）
２２ … Ｘ線制御部
２３ … コリメータ
２４ … 多列Ｘ線検出器 （２４−１ … 第１多列Ｘ線検出器，２４−２ … 第２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

Claims (7)

1. 第１のエネルギースペクトルを有するＸ線を用いた被検体の撮影により得られた第１投影データと第２のエネルギースペクトルを有するＸ線を用いた前記被検体の撮影により得られた第２投影データとを用いた２つのエネルギースペクトルに基づく画像の画素値の比を用いて、物質毎に定められた範囲に基づき複数の物質の画素を特定し、当該物質毎に定められた範囲に基づき特定された所望の物質の画素に基づき当該物質に対応する連続領域を特定し、前記異なる物質について特定した領域に生じた重なりについて、当該重なりを除去するための重なり領域の排他処理を行うことで、各物質に対応した画素領域を区分及び／又は抽出するものであることを特徴とする画像処理装置。
   
2. 前記被検体の撮影は、Ｘ線ＣＴ撮影であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記連続領域の特定は、前記物質毎に定められた範囲に基づき特定された一つの物質の画素とその他の画素とに２値化処理を行った後、ラベリング処理を行うことを含むことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
   
4. 前記２つのエネルギースペクトルに基づく画像は、前記第１投影データと前記第２投影データ、又は前記第１投影データに基づく第１の画像と前記第２投影データに基づく第２の画像とを、所望の物質を強調するための加重減算を行うことにより得られた濃淡画像であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
   
5. 前記排他処理は、前記重なりが生じた異なる物質について特定した領域について、重なりがなくなるまで行う収縮処理、及び、重なりがなくなった後に重ならないように行う膨張処理を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
   
6. 前記排他処理は、前記重なりが生じた異なる物質について特定した領域について、それぞれの物質の重なっていない領域および重なり領域のＣＴ値の統計値に基づき、前記重なり領域を分類する処理を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
   
7. 前記被検体のＸ線ＣＴ撮影を行うＸ線ＣＴ装置であって、
   請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。