JP5384115B2 - X線ct装置 - Google Patents
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Description
マルチエネルギー型X線CT装置では、2つ以上の異なるエネルギースペクトルで撮影して差分演算等をすることにより、前記断層像上で識別したい識別組織と、前記識別組織の背景にある分離組織とを、それらのX線減弱特性のエネルギー依存性を考慮に入れて、よりコントラスト良く表示可能とするもので、識別組織を識別しやすい(識別能が高い、読影者が所望の識別組織を発見しやすい)利点があると考えられている。
本発明の目的は、マルチエネルギー型X線CT装置において最適な撮像条件を決定することが可能なX線CT装置及びその撮像条件決定方法を提供することにある。
前記スキャナ部によって2つ以上の異なるエネルギースペクトルの前記被検体の透過X線データを得て前記被検体の断層像を再構成する再構成手段と、
前記再構成された断層像を表示する表示手段とを備えたX線CT装置において、
前記断層像上より、識別すべき前記被検体の識別組織及び前記識別組織と分離したい分離組織に関する情報を入力する入力手段と、
前記断層像より前記識別組織を識別するための撮像条件を決定する撮像条件決定手段を備えたことを特徴とするX線CT装置が提供される。
また、X線CT装置における撮像条件決定方法において、
(2)前記断層像より前記識別組織を識別するための撮像条件を決定する工程を備えたことを特徴とするX線CT装置における撮像条件決定方法が提供される。
図1はマルチエネルギー型X線CT装置の概要構成図である。マルチエネルギー型X線CT装置は、ガントリ(スキャナ)1と、それに搭載されたX線源2、X線検出器3、テーブル4と、X線源2の照射を制御するX線制御器5と、ガントリを制御するガントリ制御器6と、テーブル4を制御するテーブル制御器7と、X線検出器3に入射されたX線の強度を電気信号に変換するデータ解析システム(DAS)8と、DAS8で変換した電気信号を入力し再構成演算を行う再構成演算器9と画像処理装置10から構成される。X線源2は、被検体Oをはさんで対向配置されるX線検出器3に向かってX線を照射し、X線検出器3が被検体を透過したX線を検出し、その強度に従った電気信号を発生する。X線源2とX線検出器3は1回の走査の間に被検体Oの周りを回転する。
次に本発明の実施例1について説明する。
図3(a)及び図3(b)は以上のように構成された画像処理装置によって、マルチエネルギー撮影において操作者の所望の識別組織を最も良く分離組織に対して識別する撮影条件(より具体的には2つの管電圧の組み合わせ)を選定する工程、及びそれによるマルチエネルギー撮影の工程の処理を示す一例のフローチャートである。
(ステップ1)識別組織指定
本ステップでは識別の対象とする識別組織及び前記識別組織の背景にある分離組織を指定する。
マウスなどのポインティングデバイスを用いて識別組織を指定する。図4は識別組織を指定する画像処理装置10に接続された画像表示装置18の画面例を示す図である。本画面には識別したい組織を選択するための選択リスト(例えば、下肢造影血管、頭部造影血管、石灰化プラーク、海綿骨、…)を表示する。操作者は選択リストに表示されている組織の中からマルチエネルギー撮影によって識別したい組織を選択する。
なお本処理における組織指定のための画面は図4及び図5に限られるものではなく、識別組織及び分離組織が設定できる画面構成であれば何れでも良い。
本ステップでは識別組織指定処理によって設定された識別組織を最も良く識別するためのマルチエネルギー撮影条件、より具体的には2つの管電圧の組み合わせを求める。
撮影条件算出処理では、図6の組織テーブル30を利用する。このテーブル30は、予めステップ1で指定した組織の組み合わせ(例えば図6の場合には、識別組織が図4で示した4つの組織のいずれかであり、分離組織が図4で示した4つの組織以外のいずれかである組み合わせ)毎に撮影条件(具体的には2つの管電圧の組み合わせ)で撮影を行って生成した差分画像上での識別組織の識別率(識別組織を識別する正確性に関する指標)を求めたテーブルであり、テーブル31〜42の中から先ずステップ1で指定した2つの組織(識別組織と分離組織)のテーブルを検索する。各テーブルは、図7のようなものであり、2つの管電圧を組み合わせて撮影を行って得られた2枚の画像の差分画像等より識別組織を識別する際の識別率をテーブル状で表示したものである。次にその組織の組み合わせのテーブル(例えば31)から識別率が最も高い撮影条件(より具体的には2つの異なる管電圧)を検索して最適な撮影条件(2つの異なる管電圧の組み合わせ)を求める。
以下、本ステップで用いられる各撮影条件(2つの管電圧の組み合わせ)での識別率の算出方法の一例を図3(b)に示す。
対象とするX線CT装置が持つ印加可能な複数の管電圧(例えば、低エネルギー側では、50kV、60kV、70kV、80kV、90kV、100kV等、高エネルギー側では100kV、110kV、120kV、130kV、140kV、150kV)のそれぞれの各組み合わせについて、(ステップ1)において各管電圧のX線が照射され、X線検出器で検出される照射X線実効スペクトル及びX線実効エネルギーを算出する。なお、管電圧毎の照射X線実効スペクトルおよびそれぞれのX線実効エネルギーの算出は事前に行い、前もってその結果をデータ記録装置13の中にデータベースとして格納しておいてもよい。
IE=Nρ/A∫ET0(1+T/(m0c2)Q(dT/dl)-1exp(-μ(E)ltcotα)dT ・・・(1)
Ich∝(T0/TK,L)1.63 ・・・(2)
ただし、IEはフォトンエネルギーE(=hν)を持つ制動放射X線のエネルギー強度、Ichは特性X線のエネルギー強度、Nはアボガドロ数、ρ、Aはそれぞれターゲットの密度および原子量、m0は電子の質量、cは光速、T0は入射電子のエネルギー、Qは1つの電子から放射されるX線のエネルギー強度で、フォトンエネルギーEと電子エネルギーTの比E/Tで近似的に決まる値、dT/dlはBethe等による阻止能に関する理論式、ltは電子の入射距離、TK,LはK、L電子軌道から電子を除去するのに必要なエネルギーである。なお、X線スペクトルの算出には、既知である他の方法を使用しても構わない。
図9のグラフ90は、例えば、管電圧80kV、100kV、140kVの時に得られる照射X線実効スペクトルの分布をそれぞれ、一点鎖線、実線、点線で表したグラフである。各管電圧の照射X線実効スペクトルの分布を用いて公知の平均化処理を行うことにより、管電圧毎の実効エネルギー91、92、93(それぞれ80kV、100kV、140kVに相当)と算出される。
当該X線CT装置で印加可能な管電圧(例えば、低エネルギー側では、50kV、60kV、70kV、80kV、90kV、100kV等、高エネルギー側では100kV、110kV、120kV、130kV、140kV、150kV)においてマルチエネルギーの撮像を行った場合の識別組織(A)とそれに対応する分離組織(B)のCT値PVA、PVBを、その減弱係数μA、μB、識別組織Aとそれに対応する分離組織Bの密度(DA、DB)、同一条件下における水の減弱係数μWを用いて、以下の式3−1、3−2により算出する。
PVA=(DAμA-μw)・1000/μw ・・・(3−1)
PVB=(DBμB-μw)・1000/μw ・・・(3−2)
(ステップ2−2)により得られた2つの式(3−1)、(3−2)を用いて、被検体の識別組織Aおよびその分離組織B間のコントラストC(CT値差)を算出する。
C=(DAμA-DBμB)・1000/μw ・・・(4)
管電流値が所定の場合において、X線源2から照射されるX線の照射線量を規定する管電流時間積mAsに基づいて投影データ上でのノイズ量が計算する。次に、投影データ上でのノイズ量を画像データ上におけるものに変換して模擬画像を高エネルギー側の管電圧のものと低エネルギー側の管電圧のもの2つについて作成する。模擬画像は、識別組織が分離組織上で、ステップ(2−3)で得られたコントラスト及び本ステップで計算したノイズ量を持つように画像生成される。当該模擬画像は、2種類の管電圧である場合それぞれについて求める。
低エネルギー条件(Low−kV)で撮影した模擬画像と高エネルギー条件(High-kV)で撮影した模擬画像の差分画像を作成する。
作成した差分画像上で各組織について図10に示すようなヒストグラムを求める。図10で横軸がCT値、縦軸が画素頻度である。図は識別率を求める識別組織Aと分離組織(識別組織に対して分離させたい組織で識別組織の背景に位置している組織)Bとのヒストグラムを示してある。これを各組織、例えば図6で示された4つの組織間の組み合わせについて求める。
図11に示すようにヒストグラムで、識別能を求める識別組織以外の他の組織(分離組織)の成分が、識別組織の分布と重なる割合が、所定割合以下になるような閾値を求める。これは、図11の斜線で示す面積S0(一定割合以下)となるべきCT値を、閾値CTrとして求めるものである。
図12に示すように閾値以上(あるいは以下)の識別組織の面積S1(画素数)を求める。これは、図8で選択した閾値CTr以上のCT値(即ちCTr以下のものをカットした残りのもの)を有する、識別組織Aの面積S1を求めるものである。
図13に示すように識別組織の総面積S2(画素数)を求める。これは、CTrでカットしない前の識別組織Aの面積S2を求めるものである。
閾値以上の識別組織Aの面積S1と識別組織の総面積S2との比S1/S2を識別率Kとする。なお算出方法については組織を識別する割合を算出する方法であればよく、この一例に限らない。
この算出方法にしたがって識別率を高エネルギー条件(High-kV)、低エネルギー条件(Low−kV)の組み合わせ毎に求める。図14は上記算出方法によって求めた識別率のグラフである。
かかる記憶データ例を図15に示す。識別組織A、B、C、D…に対して、差分処理とか、加算処理とか、比例配分処理とかの処理例をデータとして記憶してある。
図14や図7の事例では、識別能の最も高い値は100%である、高エネルギーと低エネルギーとの組合せは下記となる。
(H)130kV−(L)60kV、(H)140kV−(L)60kV、(H)150kV−(L)60kV
この中から1つを最適識別条件として選ぶやり方がある。
また最も高い識別率ではなく、50%程度の識別率でも判別するのに十分であると操作者が判断すれば、(H)130kV−(L)90kVのような組合せを選択する例もある。
本ステップでは撮影条件算出処理で、テーブル30から求めた識別組織の撮影条件とその条件での識別率を表示する。
本ステップでは2ステップ2で得られた撮影条件により、マルチエネルギー撮影により同一被検体の2つ以上の異なるエネルギースペクトルで撮影された透過データを得る。マルチエネルギー撮影には様々な方法があり、例えばガントリ内に2つのX線源とX線検出器を有し、それぞれのX線源から異なる管電圧を付加することにより2つの異なるエネルギースペクトルを持つ透過データを得る方法や、X線源の前にフィルターを付加し、フィルターの有無によって異なるエネルギーを発生させる方法などが知られている。
(ステップ5)組織識別画像作成
本処理工程では、マルチエネルギー撮影で得た2つ以上の異なるエネルギースペクトルを有する被検体透過データを用いて識別組織指定で指定した組織を最も良く識別するための画像を作成する。識別組織指定で指定した組織を最も良く識別する画像は、撮影条件算出処理の識別率算出で用いた画像であるので、その画像を作成するための画像処理を用いる。
Claims (10)
- 複数の異なるエネルギースペクトルのX線を被検体に照射可能な少なくとも1以上のX線源と、X線源に対向配置され前記被検体の透過X線データを検出する検出器とを、X線を照射しながら前記被検体の周囲を回転移動させるスキャナ部と、
前記スキャナ部によって2つ以上の異なるエネルギースペクトルの前記被検体の透過X線データを得て前記被検体の断層像を再構成する再構成手段と、
前記再構成された断層像を表示する表示手段とを備えたX線CT装置において、
前記断層像上より、識別すべき前記被検体の識別組織及び前記識別組織と分離したい分離組織に関する情報を入力する入力手段と、
前記断層像より前記識別組織を識別するための撮像条件を前記情報に基づいて決定する撮像条件決定手段を備えたことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項1記載のX線CT装置において、
前記撮像条件決定手段は、前記複数の異なるエネルギースペクトルより任意の2つ以上を選択する照射X線スペクトル選択手段であることを特徴とするX線CT装置。 - 請求項2記載のX線CT装置において、
前記照射X線スペクトル選択手段は、前記複数の異なるエネルギースペクトルの管電圧を選択することを特徴とするX線CT装置。 - 請求項3記載のX線CT装置において、
前記撮像条件決定手段は、任意の2つ以上の選択された複数のエネルギースペクトルで透過X線データ得て画像再構成した断層像上で、前記識別組織を識別する正確性に関する指標を算出する算出手段を備えたことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項4記載のX線CT装置において、
前記算出手段は、前記複数の異なるエネルギースペクトルの複数の管電圧の組み合わせについて、前記指標を算出することを特徴とするX線CT装置。 - 請求項5記載のX線CT装置において、
前記照射X線スペクトル選択手段は、前記指標より、正確性の高い指標を持つ管電圧の組み合わせを選択することを特徴とするX線CT装置。 - 請求項5記載のX線CT装置において、
前記表示手段は、前記指標を、前記複数の管電圧の組み合わせについてテーブル状に表示することを特徴とするX線CT装置。 - 請求項4記載のX線CT装置において、
前記撮像条件決定手段は、複数の異なるエネルギースペクトル及び前記被検体のいくつかの組織のX線減弱係数を記憶する記憶手段と、前記いくつかの組織より所望の識別組織と、前記識別組織と分離したい分離組織を選択する組織選択手段を備え、
前記算出手段は、前記複数の異なるエネルギースペクトルと前記識別組織と分離組織のX線減弱係数を用いて、模擬画像を生成する模擬画像生成手段と、前記模擬画像より前記識別組織と分離組織の画素分布を表すヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
前記識別組織と分離組織の前記ヒストグラムでの重なり具合より、前記指標を算出する指標算出手段を備えたことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項8記載のX線CT装置において、
前記模擬画像生成手段は、前記複数の異なるエネルギースペクトルそれぞれの実効エネルギーを算出する実効エネルギー算出手段と、該算出された実効エネルギーでのX線減弱係数を用いて前記識別組織と分離組織のCT値を算出するCT値算出手段と、管電流値に基づいて算出された前記断層像上でのノイズ量を算出する断層像上ノイズ算出手段と、前記CT値と、前記断層像上でのノイズ量を基に、模擬画像を生成する手段を備えたことを特徴とするX線CT装置。 - 請求項9記載のX線CT装置において、
前記断層像上ノイズ算出手段は、前記管電流値に基づいて、投影データ上でのノイズ量を計算する手段と、前記投影データ上でのノイズ量を、画像データ上でのノイズ量に換算する換算手段を備えたことを特徴とするX線CT装置。
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