JP5898081B2

JP5898081B2 - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP5898081B2
Application number: JP2012532949A
Authority: JP
Inventors: 亮太小原
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Description

本発明は、被検者にX線を照射してX線CT画像を得るX線CT装置に係り、特に被検者に対する照射線量、および被検者の被曝線量の計測技術に関するものである。

国際放射線防護委員会(ICRP)は、「放射線被曝を伴う活動を過度に制限することなく、放射線被曝の有害な影響から人と環境を適切なレベルで防護すること」を2007年に勧告している。このICRP勧告は画像診断における医療X線被曝への適用が推奨されている。

医療X線被曝への適用には、X線被曝線量を計測する必要がある。特許文献1では、所定量のX線を所定時間照射した場合の被曝線量に関する情報を格納部に格納し、再構成されたX線断層像内の各位置に対応する前記被検体の各部位に到達した近似的な一定のX線線量をX線線量算出部によって算出され、被曝線量に関する情報と、前記算出された各部位に到達したX線線量と、X線照射時間とに基づいて、X線断層像を再構成する際に照射したX線による前記被検体の被曝線量分布を被曝線量分布算出部によって算出されるので、被検体の各部位ごとの被曝線量分布を算出する。

特開2005-74000号公報

しかしながら、特許文献1では、近似的な一定の照射線量を基に被曝線量を算出するため、臓器や組織などCT断層画像内のCT値の異なる領域の個数が増せば増すほど、被曝線量算出に係る演算量が増加する。
それ故、被曝線量算出の演算処理時間が長くなり、被検者の被曝線量の評価に時間を要するという解決すべき課題が依然として残っている。
本発明の目的は、被検者の被曝線量を迅速に評価可能なX線CT装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、撮影条件に応じて、X線照射部によって被検者に照射されるX線の照射強度の分布である照射X線画像を取得し、前記照射X線画像と再構成画像を投影変換し、投影変換された前記再構成画像と前記再構成画像の作成領域に対応する照射X線画像を用いて当該被検者の被曝線量の分布を示す画像である被曝線量画像を作成すると共に、前記被曝線量を算出する画像再構成部を備える。

本発明によれば、被検者の被曝線量を迅速に評価できる。

X線CT装置の全体構成を示す図 X線CT装置の構成要素を示す図第1の実施の形態における線量評価処理の流れを示すフローチャート第1の実施の形態における照射線量画像作成処理を説明する図第1の実施の形態における被曝線量画像作成処理の流れを示すフローチャート第1の実施の形態における被曝線量画像作成処理を説明する図線量評価情報を表示する画面の一例を示す図第2の実施の形態における照射線量画像作成処理を説明する図第2の実施の形態における被曝線量画像作成処理の流れを示すフローチャート第2の実施の形態における被曝線量画像作成処理を説明する図第3の実施の形態における累積照射線量画像作成処理を説明する図第4の実施の形態における累積被曝線量画像作成処理を説明する図

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本発明は、X線CT装置を用いて行う画像診断において、被曝線量の評価を行うものである。

[第1の実施の形態]
最初に、図1、図2を参照し、本発明に係るX線CT装置の構成について説明する。
図1に示すように、X線CT装置は、撮影手段1、操作手段2等から構成される。撮影手段1は、スキャナ本体を収めるガントリ100、寝台装置101を含む。操作手段2は、撮影手段1を操作、制御する。また、操作手段2は、撮影条件の入力、画像処理などを行う。

ガントリ100は、図2に示すように、被検者3の周囲からX線を照射するX線発生装置102、X線発生装置102から発生するX線の線束を絞るコリメータ装置104、被検者3を透過するX線を検出するX線検出装置103、X線発生装置102に高電圧を印加する高電圧発生装置105、X線検出装置103が検出するデータを収集するデータ収集装置106、スキャナを被検者3の周囲に回転させる駆動装置107等から構成される。また、コリメータ装置104は、X線の照射分布を調整するための補償フィルタ等を備えても良い。

操作手段2は、入出力装置201、演算装置202、中央制御装置200等から構成される。
入出力装置201は、画像等のデータを表示する表示装置211、操作者が撮影条件等を入力するための入力装置212、プログラムや装置パラメータ等の撮影に必要なデータを記憶する記憶装置213等から構成される。

演算装置202は、撮影手段1から得られるデータを基に被検者3の再構成画像等を作成する画像再構成装置221、画像データの解析等を行う画像処理装置222等から構成される。中央制御装置200は、操作者からの操作指示により、撮影手段1、操作手段2の各装置を制御する。

X線CT装置による撮影は、X線発生装置102とデータ収集装置106がガントリ100内で回転しながら撮影を行う回転撮影、X線発生装置102とデータ収集装置106がガントリ内100で静止して撮影を行う静止撮影がある。被検者3の断層画像を得るための断層撮影は、回転撮影による。また、断層撮影の撮影位置を決定するためのスキャノグラム撮影は、静止撮影による。尚、断層撮影の撮影軌道は、円軌道、螺旋軌道、円軌道と螺旋軌道の組み合わせ等のいずれでも良く、特に限定されるものではない。

ここで、図1及び図2に示す撮影手段1と操作手段2からなるX線CT装置は、そのX線CT装置内に設けられた表示装置や入出力装置などの各装置間は配線やネットワークなどで電気的に接続されているX線CT装置として捉えることができる。さらに、図1の操作手段2に示すようなワークステーションやデスクトップコンピュータのようなデータ処理装置の場合、このような装置は、以下のように置き換えられる。つまり、操作手段2を構成する入出力装置201は入出力部であり、中央制御装置200は制御部であり、演算装置202は演算部である。このような構成により、このようなデータ処理装置は、あたかも一体型のスタンドアロンタイプの装置の構成と同じである。

同様に、図1の撮影手段1において、X線発生装置102はX線発生部であり、コリメータ装置104はコリメータ部であり、X線発生部とコリメータ部から構成されるのがX線照射部であり、X線検出装置103はX線検出部であり、高電圧発生装置105は高電圧発生部であり、データ収集装置106はデータ収集部であり、駆動装置107は駆動部である。つまり撮影手段1は、これら各部とガントリ100と寝台装置101とから構成される。撮影手段1及び操作手段2の各部位は、前述の装置と同じ機能を有している。
さらに、「X線照射部」、「X線検出部」、「画像再構成部」及び「表示部」は次のように定義される。

「X線照射部」は、被検者の周囲からX線を照射するもので、被検者3の周囲からX線を照射するX線発生部102と、X線発生部102から発生するX線の線束を絞るコリメータ部104とから構成される。

「X線検出部」は、被検者を透過するX線をX線情報として検出するもので、X線検出装置103が該当する。

「画像再構成部」は、X線検出部に検出されたX線情報から被検者の再構成画像を作成するものであって、撮影条件に応じて、X線照射部によって被検者に照射されるX線の照射強度の分布である照射X線画像を取得し、照射X線画像と再構成画像を投影変換し、投影変換された再構成画像と再構成画像の作成領域に対応する照射X線画像を用いて被検者の被曝線量の分布を示す画像である被曝線量画像を作成し、又、被曝線量を算出するもので、画像再構成装置221が該当する。

「表示部」は、被曝線量画像及び被曝線量を表示するもので、表示装置211が該当する。
本実施の形態では、画像再構成部(画像再構成装置221)が、後述する処理の流れを実行することにより、被検者3の被曝線量の評価を行う。

ここで、用語の定義を記載する。
「画像」とは、表示装置に可視表示されるものに限らず、画素値の集合データも意味するものとする。そして、「画像の作成」とは、各画素値を算出することを意味する。
また、被検者3に対して照射されるX線の線量(照射線量)、被検者3の被曝量を示すX線の線量(被曝線量)などを区別しない場合、単に「線量」と記載することとする。
「照射X線情報」とは、X線発生装置102によって被検者3に照射されるX線の照射強度の分布である。
「照射X線画像」、「照射線量画像」とは、被検者3に照射されるX線の照射線量の分布を示す画像である。

「減弱係数画像」とは、減弱係数の分布を示す画像である。
「照射線量補正画像」とは、照射線量画像に対する減弱量の削減結果を示す画像である。すなわち、照射線量補正画像は、照射線量画像から被検者3による減弱分を削減した結果を示す画像である。

「吸収線量画像」とは、被検者3に吸収されるX線の吸収線量の分布を示す画像である。吸収線量は、放射線防護における基本的な線量計測量であり、単位質量あたりに吸収されるエネルギーとして定義される。吸収線量の単位は、J/kg(特別単位はGy(グレイ))である。

「等価線量画像」とは、等価線量の分布を示す画像である。等価線量は、各臓器、組織における平均吸収線量と、放射線荷重係数の積である。等価線量の単位は、J/kg(特別単位はSv(シーベルト))である。尚、ICRPの勧告では、光子における放射線荷重係数はエネルギーの範囲に限らず1である為、CTでは、吸収線量と等価線量は等しい。

「実効線量画像」とは、実効線量を示す画像である。実効線量は、国際放射線防護委員会(ICRP)では、等価線量に対して、臓器および/または組織(以下、臓器等という。)ごとに異なる放射線感受性を表す組織荷重係数を重み付けし、全ての臓器等について合計した値と定義されている。実効線量の単位は、J/kg(特別単位はSv(シーベルト))である。

「臓器弁別画像」とは、再構成画像に含まれる臓器等の領域を識別するための画像である。
「組織荷重係数画像」とは、臓器弁別画像によって識別される臓器等の領域ごとに、等価線量画像に対して組織荷重係数を重み付けした画像である。

「被曝線量画像」とは、被検者3の被曝線量の分布を示す画像である。被曝線量画像は、例えば、実効線量画像として算出される。

次に、図3から図7を参照しながら、第1の実施の形態におけるX線CT装置の処理について説明する。
図3に示すように、X線CT装置の画像再構成装置221は、被検者画像を取得する(S101)。
第1の実施の形態における被検者画像は、図4に示す被検者3の断層画像5(再構成画像)である。断層画像5の断層平面は、点線にて示す領域4aである。断層画像5は、1枚、複数枚のいずれでも良く、特に限定されるものではない。また、第1の実施の形態における被検者画像は、断層画像5のように、被検者3の体軸と垂直の断面像(アキシャル画像)だけでなく、被検者3の体軸と平行かつ被検者3の側面方向の断面像(コロナル画像)や、被検者3の体軸と平行かつ被検者3の正面から背面への方向の断面像(サジタル画像)等であっても良い。

次に、X線CT装置の画像再構成装置221は、撮影条件に応じて、照射X線情報を記憶装置213から取得する(S102)。
画像再構成装置221は、X線の照射開始(t＝t0)から照射終了(t＝tn)までの所定の時間間隔ごとの各時刻(t＝t0、・・・、tn)における照射X線情報を記憶装置213から取得する。すなわち、画像再構成装置221は、所定の時間間隔ごとに(例えば、ビューごとに)、撮影条件に応じた照射X線情報を取得する。

照射X線情報は、図4に示す3次元照射強度分布データ1001である。画像再構成装置221は、S102の前に、撮影条件ごとに3次元照射強度分布データ1001を記憶装置213に記憶しておく。

図4に示す例では、3次元照射強度分布データ1001は、スライス面方向(x-y平面方向)へのX線ビームの広がり(ファン角)と、体軸方向(z軸方向)へのX線ビームの広がり(コーン角)を有する。但し、3次元照射強度分布データ1001は、図4に示す例に限定されるものではない。

3次元照射強度分布データ1001は、断層画像5の撮影前に予め実測されたデータ、断層画像5の撮影中に得られるデータ、または数値シミュレーションによって得られるデータのいずれでも良い。また、3次元照射強度分布データ1001は、実測データやシミュレーションデータをモデル化やパラメータ化したデータでも良い。

3次元照射強度分布データ1001は、X線発生装置102に印加される電圧、電流(管電圧、管電流)によって異なる。また、コリメータ装置104のコリメータ部分の開口の程度によっても異なる。また、ガントリ100の幾何学的特性によっても異なる。3次元照射強度分布データ1001は、撮影条件を特に限定せず、様々な撮影条件に応じて定義することができる。

図3の説明に戻る。次に、X線CT装置の画像再構成装置221は、照射線量画像を作成する(S103)。
画像再構成装置221は、S102にて取得した複数の3次元照射強度分布データの集合1000を時間積分することで、3次元照射線量データ2000を作成する。3次元照射線量データ2000は、X線の照射開始(t＝t0)から照射終了(t＝tn)までに照射されるX線の線量の総和である。そして、画像再構成装置221は、再構成画像の作成領域、即ち断層画像5の断層平面を示す領域4aと同一のz位置である領域4bを切り出し平面とし、切り出し平面における3次元照射線量データ2000の画素値を抽出して、照射線量画像6とする。

尚、図4に示す照射線量画像6は、円領域の画素値が一定のように表現されているが、実際には画素ごとに異なる画素値を有する。すなわち、照射線量画像6は、分布を持つ画像である。

図4に示すように、3次元照射線量データ2000の領域は、例えば、ガントリ100の内周面(ガントリ100の開口部)を断面とし、体軸方向(z軸方向)にX線が到達する最小のZ位置から最大のZ位置(それぞれ、撮影開始位置と撮影終了位置によって定まる。)まで延伸する円柱形状である。但し、3次元照射線量データ2000の領域の形状は、これに限定されず、少なくとも撮影時に被検者3に照射される可能性があるX線の照射範囲が含まれれば良い。例えば、3次元照射線量データ2000の領域の断面は、円に限らず、楕円または矩形のような形状であっても良い。また、3次元照射線量データ2000の領域の断面は、体軸方向(z軸方向)に異なる面積を有しても良い。
図3の説明に戻る。次に、X線CT装置の画像再構成装置221は、被曝線量画像を作成する(S104)。

以下、図5、図6を参照しながら、被曝線量画像の作成処理について説明する。
図5に示すように、画像再構成装置221は、図4に示す断層画像5を取得し(S201)、CT値と線減弱係数の関係を示す情報に基づいて、断層画像5から減弱係数画像7に変換する(S202)。

CT値と線減弱係数の関係とは、「CT値＝(μt−μw)/μw×K」(μt：被検者3の線減弱係数、μw：水の線減弱係数、K：定数)の関係式によって表されるものである。

線減弱係数は、照射されたX線のエネルギー分布、および被検者3を構成する物質により決まる物理的な係数である。CT値と減弱係数の関係を示す情報(CT値を減弱係数に変換するための変換データ)は、撮影条件やX線CT装置の特性等に依存する。変換データは、断層画像5の撮影前に予め実測されたデータ、または数値シミュレーションによって得られるデータでも良いし、実測データやシミュレーションデータをモデル化やパラメータ化したデータでも良い。

次に、画像再構成装置221は、減弱係数画像7を順投影(再投影とも言う。)処理して、減弱係数投影データ50に変換する(S203)。ここでの順投影処理とは、直交座標系における線減弱係数の分布から、投影座標系における線減弱係数の分布に変換(いわゆるラドン変換)する処理である。直交座標系は、被検者3を固定させた座標系である。投影座標系は、直交座標系に対しX線発生装置102とデータ収集装置106がθ回転したときの位置を表す座標系である。

次に、画像再構成装置221は、図3のS103にて作成した照射線量画像6を取得し(S204)、照射線量画像6を順投影処理して、照射線量投影データ51に変換する(S205)。S205における順投影処理は、S203における順投影処理と同様である。

次に、再構成画像と再構成画像の作成領域に対応する照射X線画像を用いて当該被検者の被曝線量の分布を示す画像である被曝線量画像を作成する。即ち、画像再構成装置221は、減弱係数投影データ50を用いて、照射線量投影データ51に逆減弱補正処理を行う(S206)。具体的には、画像再構成装置221は、次に示す式(1)によって、減弱補正照射線量投影データ52を生成する。

g_E(X,θ)：減弱補正照射線量投影データ
g_T(X,θ)：減弱係数投影データ
g₀(X,θ)：照射線量投影データ
通常の減弱補正は、補正対象データ(通常は、被検者3を透過したX線の線量を示すデータ)に対して減弱分を元に戻す作用がある。一方、S206の処理は、補正対象データ(S206では、被検者3に照射したX線の線量を示すデータ)に対して減弱分を削減する作用がある為、「逆」減弱補正と呼ぶことにする。

尚、S206の逆減弱補正処理では、被検者3によるX線の散乱、屈折、回折の影響や、X線の指向性を考慮した補正を追加しても良い。

次に、画像再構成装置221は、減弱補正照射線量投影データ52を逆投影処理して、照射線量補正画像8を作成する(S207)。ここでの逆投影処理とは、投影座標系における線減弱係数の分布から、直交座標系における線減弱係数の分布に変換(いわゆる逆ラドン変換)する処理である。

照射線量補正画像8には、被検者3の被曝を評価するための本質的な情報が含まれている。後述するS208、S209は、照射線量補正画像8を、既存の線量単位に変換する処理である。

次に、画像再構成装置221は、照射線量画像6から照射線量補正画像8の差分を求めて、求められた差分に基づき吸収線量画像を作成する(S208)。照射線量画像6から照射線量補正画像8の差分は、被検者3による減弱量を示す。本発明では、被検者3による減弱量が、被検者3の吸収線量に相当するものとする。吸収線量画像は、照射線量画像6と同様、分布を持つ画像である。

次に、画像再構成装置221は、吸収線量画像に放射線荷重係数を乗じることで、等価線量画像を作成する(S209)。前述の定義の通り、ICRPの勧告では、光子における放射線荷重係数はエネルギーの範囲に限らず1である為、吸収線量画像と等価線量画像は同一である。

次に、画像再構成装置221は、断層画像5のCT値に基づく領域判定を行い、臓器等の領域を同定し、臓器弁別画像を作成する(S210)。臓器弁別画像は、臓器等のマップであり、例えば臓器等ごとに異なるラベルを付したラベル画像である。
尚、領域判定は、CT値に代えて、臓器等の解剖学的な形状の特徴に基づいて行っても良い。

また、画像再構成装置221は、臓器等の領域を同定するだけでなく、人体の部位を同定し、部位別画像を作成しても良い。

次に、画像再構成装置221は、臓器等に対応する組織荷重係数を用いて、組織荷重係数画像を作成する(S211)。組織荷重係数は、例えば、ICRPの勧告に示される値を用いることができる。

また、画像再構成部は被曝線量を算出する。つまり、画像再構成装置221は、臓器弁別画像と等価線量画像(または吸収線量画像)とを照合し、組織荷重係数画像を作成する。組織荷重係数画像は、臓器等ごとの被曝線量の算出結果を示すものである。組織荷重係数画像によって、被検者3の臓器等ごとの被曝線量を評価することが可能となる。

また、画像再構成装置221は、部位別画像と等価線量画像(または吸収線量画像)とを照合し、部位荷重係数画像を作成しても良い。部位荷重係数画像は、人体の部位(頭部、胸部、腹部、四肢等)ごとの被曝線量の算出結果を示すものである。

次に、画像再構成装置221は、組織荷重係数画像を用いて、等価線量画像を実効線量画像に変換し、実効線量画像を被曝線量画像とする(S212)。前述の定義の通り、実効線量画像は、等価線量画像に対して組織荷重係数を重み付けした画像である。

また、画像再構成装置221は、線量当量換算係数を用いて、吸収線量画像を被曝線量画像に変換しても良い。線量当量換算係数は、例えば、ICRPの勧告に示される値を用いることができる。
図3の説明に戻る。次に、X線CT装置の表示装置211は、線量情報を表示する(S105)。

以下、図7を参照しながら、線量情報の表示例について説明する。
表示装置211は、画像再構成装置221の算出結果に基づいて、図7に示すように、線量管理画面700を表示する。

図7に示す線量管理画面700には、コロナル画像の被曝線量画像9a、アキシャル画像の被曝線量画像9b、被検者3の仮想画像3aに照射線量画像6を重畳した照射範囲画像701、撮影別被曝線量702、被曝線量指標変換ボタン703、撮影別照射線量704、部位別被曝線量705、臓器別被曝線量706、ROI(関心領域)内被曝線量707、画像上表示のON/OFFボタン708が含まれている。

画像上表示のON/OFFボタン708によって、画像上表示がONになると、被曝線量画像9a、9bには、部位別被曝線量705、臓器別被曝線量706、ROI内被曝線量707の一部の情報が表示される。

被曝線量画像9aには、肺の被曝線量706a、ROI707a、ROI内被曝線量707bが重畳表示されている。また、被曝線量画像9bには、腹部の被曝線量705a、肝臓の被曝線量706b、脊椎の被曝線量706cが重畳表示されている。

照射範囲画像701には、被検者3の仮想画像3a、照射線量画像6の他に、円筒状の3次元照射線量データ2000、照射線量画像6の切り出し平面を示す円状の領域4bが表示されている。

照射範囲画像701によって、ユーザは被検者3に対するX線の照射範囲を大まかに把握することができる。

撮影別被曝線量702には、断層撮影による被曝線量、単純撮影(スキャノグラム撮影)による被曝線量、断層撮影と単純撮影による累積被曝線量が表示されている。尚、単純撮影による被曝線量や、断層撮影と単純撮影による累積被曝線量の算出については、後述する実施形態にて説明する。

被曝線量指標変換ボタン703は、被曝線量の指標を他の指標に変換するためのボタンである。他の指標としては、CTDI(Computed Tomography Dose Index)、DLP(Dse Lengtｈ Product)、CTDIw(weighted CTDI)、CTDIvol(volumetric CTDI)等の既存の指標や、ユーザ定義の指標が考えられる。画像再構成装置221は、照射線量画像6に基づいて、CTDI、DLP、CTDIw、およびCTDIvolを算出する。

撮影別照射線量704には、回転撮影(断層撮影に相当)による照射線量、静止撮影(スキャノグラム撮影に相当)による照射線量、回転撮影と静止撮影による累積照射線量が表示されている。尚、静止撮影による被曝線量や、回転撮影と静止撮影による累積照射線量の算出については、後述する実施形態にて説明する。

部位別被曝線量705には、頭部、胸部、腹部、四肢の被曝線量が表示されている。
臓器別被曝線量706には、骨、脳、肺、胃、腸、肝臓、乳房、膀胱等の被曝線量が表示されている。
ROI内被曝線量707には、ROI内の被曝線量が表示されている。

以上、第1の実施の形態によれば、断層撮影(回転撮影)において、撮影条件に応じた被検者3の被曝線量、および被検者3に対する照射線量を迅速に評価できる。

さらに、被検者3の被曝線量、および被検者3に対する照射線量を高速、高精度かつ詳細に評価、管理することができる。

本発明では、再構成画像(臨床画像情報)に含まれる形態情報および被検者3の物質構成を反映した物理特性を用いる為、体内留置物や造影剤といった人体組織とは異なるものや照射X線を著しく減弱させるものが被検者3として存在したり、撮影中に短い時間間隔で照射X線の強度やエネルギーの変調を行うような撮影法が実施されたCT断層画像にも適用可能であり、被検者の被曝線量を評価することができる。

また、再構成画像からは形態情報と物理特性のみを参照するため、画像特性を変化させる画像再構成法や画像処理法が施された再構成画像であっても、被曝線量を評価することができる。

また、照射線量画像を提供することができる為、照射線量の評価、管理も行うことができ、既存のCT検査特有の被曝線量の指標(CTDI、DLP、CTDIw、CTDIvol等)にも容易に変換することができる。

特に、図5に示すS201からS207に示す処理によって、被曝線量を評価する画像における各画素について、照射X線量の3次元的な分布が考慮されているため、X線の照射方向ごとに被検者3の形状が考慮された減弱量を算出することができるので、被検者3の被曝線量を高精度に評価することができる。

また、図5に示すS201からS207に示す処理では、被検者3の臓器等ごとの算出処理(例えば、臓器等ごとのX線の透過長を算出する処理など)は行っていないので、被曝線量を評価する画像内に臓器等が数多く存在しても計算量は少なくて済み、計算時間を短縮することができる。

更に、図5に示すS210からS211によって、ICRPの勧告に示される値などを利用して、臓器等ごとに被曝線量を算出することができる。これは、図5に示すS201からS207に示す処理によって、画素単位で吸収線量を高精度に算出できることによるものである。

[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、断層撮影(回転撮影)による被曝線量の評価について説明したが、第2の実施の形態では、スキャノグラム撮影(静止撮影)による被曝線量の評価について説明する。

スキャノグラム撮影は、静止撮影であって、被検者3のスキャノグラム画像(被検者3の臓器等の動きが確認できる動画像)を得るための撮影である。

図8から図10を参照しながら、第2の実施の形態におけるX線CT装置の処理について説明する。
第2の実施の形態における被検者3画像は、図8に示す被検者3のスキャノグラム画像10である。スキャノグラム画像10の撮影範囲の領域4cは、YZ平面に平行な領域である。スキャノグラム画像10は、1枚、複数枚のいずれでも良く、特に限定されるものではない。また、スキャノグラム画像10は、被検者3の正面、平面、左側面、右側面、またはその他あらゆる方向から撮影されたものであっても良いし、複数の方向を組み合わせて、複数回の撮影をしても良い。

図9に示すように、X線CT装置の画像再構成装置221は、図4に示すスキャノグラム画像10を取得し(S301)、減弱基準値に基づいて、スキャノグラム画像10から減弱比画像11に変換する(S302)。

減弱比画像11は、減弱比の分布を示す画像である。減弱比は、減弱基準値を基準とし、各画素値の比を示す値(相対的な値)である。

減弱基準値は、予め実測されたデータ、数値シミュレーションによって得られるデータ、またはスキャノグラム画像の一部の領域12(図10参照)の平均画素値であっても良い。スキャノグラム画像の一部の領域12は、空気の領域が望ましいが、それ以外の物質の領域であっても良い。

次に、画像再構成装置221は、撮影条件に応じて、照射X線情報を記憶装置213から取得する。画像再構成装置221は、X線の照射開始(t＝t0)から照射終了(t＝tn)までの所定の時間間隔ごとの各時刻(t＝t0、・・・、tn)における照射X線情報を記憶装置213から取得する。

照射X線情報は、図8に示す3次元照射強度分布データ1101である。図8に示す例では、3次元照射強度分布データ1101は、スライス面方向(x-y平面方向)へのX線ビームの広がり(ファン角)と、体軸方向(z軸方向)へのX線ビームの広がり(コーン角)を有する。但し、3次元照射強度分布データ1101は、図8に示す例に限定されるものではない。

次に、画像再構成装置221は、各時刻の3次元照射強度分布データの集合1100を時間積分し、スキャノグラム画像10に合わせて3次元から2次元への射影変換(図8に示す例であれば、y-z平面への射影変換)を行うことで、2次元照射線量データ2100を作成する。そして、画像再構成装置221は、スキャノグラム画像10の撮影領域4cと同一の領域4dを有する照射線量画像6(静止撮影照射線量画像、照射X線画像)を作成する(S303)。

次に、画像再構成装置221は、減弱比画像11を用いて照射線量画像6に逆減弱補正処理を行うことで(S304)、被検者3による減弱量を算出し、被検者3による減弱量が被検者3による吸収量に相当するものとして、吸収線量画像16(静止撮影吸収線量画像)を作成する(S305)。

第2の実施の形態は静止撮影であるため、順投影処理および逆投影処理は行わない。すなわち、第1の実施の形態における投影データの生成処理(S203、S205)および照射線量補正画像の作成処理(S207)に相当する処理は行わない。

S304における逆減弱補正処理では、画像再構成装置221は、次に示す式(2)によって、吸収線量画像を作成する。

fA：吸収線量画像 f0：照射線量画像
fT：減弱比画像 ft：スキャノグラム画像
k：減弱基準値
次に、画像再構成装置221は、線量当量換算係数を用いて、吸収線量画像16を被曝線量画像に変換する(S306)。線量当量換算係数は、例えば、ICRPの勧告に示される値を用いることができる。

そして、第1の実施の形態と同様、X線CT装置の表示装置211は、線量情報を表示する。
以上、第2の実施の形態によれば、スキャノグラム撮影(静止撮影)において、撮影条件に応じた被検者3の被曝線量、および被検者3に対する照射線量を迅速に評価できる。
さらに、被検者3の被曝線量、および被検者3に対する照射線量を高精度かつ詳細に評価、管理することができる。なお、、スキャノグラム撮影も静止撮影であるから、スキャノグラム撮影と同様に、被曝線量と照射線量を評価、管理することができる。

本発明では、被検者画像(臨床画像情報)に含まれる形態情報および被検者3の物質構成を反映した物理特性を用いる為、体内留置物や造影剤といった人体組織とは異なるものや照射X線を著しく減弱させるものが被検者3として存在しても、被曝線量を評価することができる。

また、被検者3に照射されるX線の照射線量の分布を示す照射線量画像を提供することができる為、照射線量の評価、管理も行うことができ、既存のCT検査特有の被曝線量の指標(CTDI、DLP、CTDIw、CTDIvol等)にも容易に変換することができる。

また、図9に示すS301からS305に示す処理では、被検者3の臓器等ごとの算出処理(例えば、臓器等ごとのX線の透過長を算出する処理など)は行っていないので、被曝線量を評価する画像内に臓器等が数多く存在しても計算量は少なくて済み、計算時間を短縮することができる。

[第3の実施の形態]
第1の実施の形態と第2の実施の形態では、断層撮影(回転撮影)とスキャノグラム撮影(静止撮影)について、それぞれの被曝線量の評価について説明したが、第3の実施の形態では、断層撮影(回転撮影)とスキャノグラム撮影(静止撮影)の両方を実施し、撮影範囲に重複する領域がある場合について説明する。

図11を参照しながら、第3の実施の形態におけるX線CT装置の処理について説明する。
X線CT装置は、設定された撮影条件に基づいて、スキャノグラム撮影と断層撮影を行い、スキャノグラム画像と断層画像を取得する。

次に、X線CT装置の画像再構成装置221は、撮影条件に応じて、スキャノグラム撮影における照射X線情報を記憶装置213から取得する。画像再構成装置221は、スキャノグラム撮影におけるX線の照射開始(t＝ts0)から照射終了(t＝tsn)までの所定の時間間隔ごとの各時刻(t＝ts0、・・・、tsn)における照射X線情報を記憶装置213から取得する。スキャノグラム撮影における照射X線情報は、図11に示す3次元照射強度分布データの集合1100である。

また、画像再構成装置221は、撮影条件に応じて、断層撮影における照射X線情報を記憶装置213から取得する。画像再構成装置221は、断層撮影におけるX線の照射開始(t＝tr0)から照射終了(t＝trn)までの所定の時間間隔ごとの各時刻(t＝tr0、・・・、trn)における照射X線情報を記憶装置213から取得する。断層撮影における照射X線情報は、図11に示す3次元照射強度分布データの集合1000である。

次に、画像再構成装置221は、スキャノグラム撮影における3次元照射強度分布データの集合1100と、断層撮影における3次元照射強度分布データの集合1000の両方を時刻ごとに合成し、合成された3次元照射強度分布データの集合1200を時間積分することで、累積3次元照射線量データ2200を作成する。

次に、画像再構成装置221は、評価対象の断層画像の断層平面を示す領域と同一のz位置である領域4eを切り出し平面とし、切り出し平面における累積3次元照射線量データ2200の画素値を抽出して、累積照射線量画像15とする。

尚、図11に示す累積照射線量画像15は、画素値が一定のように表現されているが、実際には画素ごとに異なる画素値を有する。すなわち、累積照射線量画像15は、分布を持つ画像である。

次に、画像再構成装置221は、第1の実施の形態と同様、評価対象の断層画像と、累積照射線量画像15を用いて、累積被曝線量画像を作成する。
そして、X線CT装置の表示装置211は、第1の実施の形態と同様、線量情報を表示する。

以上、第3の実施の形態によれば、断層撮影(回転撮影)とスキャノグラム撮影(静止撮影)の両方を実施し、撮影範囲に重複する領域がある場合において、撮影条件に応じた被検者3の累積被曝線量、および被検者3に対する累積照射線量を迅速に評価できる。

さらに、被検者3の累積被曝線量、および被検者3に対する累積照射線量を高精度かつ詳細に評価、管理することができる。

[第4の実施の形態]
第3の実施の形態では、スキャノグラム撮影における3次元照射強度分布データと断層撮影における3次元照射強度分布データを合成し、累積被曝線量と累積照射線量を評価することについて説明したが、第4の実施の形態では、被曝線量画像を合成することについて説明する。

図12を参照しながら、第4の実施の形態におけるX線CT装置の処理について説明する。
X線CT装置は、設定された撮影条件に基づいて、スキャノグラム撮影と断層撮影を行い、スキャノグラム画像と断層画像を取得する。

次に、X線CT装置の画像再構成装置221は、第1の実施の形態にて説明した通り、断層撮影被曝線量画像9cを作成する。図12には、複数のスライス位置(z位置)の断層撮影被曝線量画像9cが示されている。

次に、画像再構成装置221は、第2の実施の形態にて説明した通り、スキャノグラム撮影被曝線量画像9dを作成する。図12に示すスキャノグラム撮影被曝線量画像9dは、被検者3の正面方向から撮影されたスキャノグラム撮影の被曝線量を示す画像である。

次に、画像再構成装置221は、スキャノグラム撮影の撮影方向に断層撮影被曝線量画像9cを投影し、単位厚さ(厚さはスライス厚を意味する。)当たりの被曝線量データ13を生成する。図12に示す被曝線量データ13のグラフは、横軸が被検者3の体幅方向(x方向)の位置、縦軸が単位厚さ当たりの被曝線量を示している。

次に、画像再構成装置221は、各被曝線量データ13をスキャノグラム撮影被曝線量画像9dの該当するスライス位置14に加算して、累積被曝線量画像を作成する。
そして、X線CT装置の表示装置211は、第1の実施の形態と同様、線量情報を表示する。

以上、第4の実施の形態によれば、複数の被曝線量画像を合成して、撮影条件に応じた被検者3の累積被曝線量を迅速に評価できる。
さらに、被検者3の累積被曝線量を高精度かつ詳細に評価、管理することができる。

前述の第1の実施の形態から第4の実施の形態では、X線CT装置の画像再構成装置221が照射線量画像や被曝線量画像等を作成するとしたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、画像再構成装置221ではなく、医用画像処理を行うコンピュータ(医用画像処理装置)のCPU(制御部)が、照射線量画像や被曝線量画像等を作成しても良い。この場合、医用画像処理装置は、X線CT装置から、撮影条件、被検者の再構成画像の元になる情報等を取得する。例えば、X線CT装置がネットワークを経由してこれらの情報を医用画像処理装置に送信しても良い。また、例えば、X線CT装置がこれらの情報を記憶媒体に記憶させて、医用画像処理装置が記憶媒体からこれらの情報を読み出しても良い。

また、この場合、医用画像処理装置は、撮影条件ごとに3次元照射強度分布データ(照射X線情報)を記憶装置(記憶部)に記憶しておく。

そして、医用画像処理装置の制御部は、撮影条件に応じて、記憶部から照射X線情報を取得し、照射X線情報と被検者の再構成画像とに基づいて、被曝線量画像を作成する。また、医用画像処理装置の表示装置(表示部)は、被曝線量画像等の線量情報を表示する。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るX線CT装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

1 撮影手段、2 操作手段、3 被検者、4a、4b、4c、4d、4e 領域、5 断層画像、6 照射線量画像、7 減弱係数画像、8 照射線量補正画像、9a コロナル画像の被曝線量画像、9b アキシャル画像の被曝線量画像、9c 断層撮影被曝線量画像、9d スキャノグラム撮影被曝線量画像、10 スキャノグラム画像、11 減弱比画像、12 スキャノグラム画像の一部の領域、13 被曝線量データ、14 スライス位置、15 累積照射線量画像、16 吸収線量画像、50 減弱係数投影データ、51 照射線量投影データ
52 減弱補正照射線量投影データ、100 ガントリ、101 寝台装置、102 X線発生装置、103 X線検出装置、104 コリメータ装置、105 高電圧発生装置、106 データ収集装置、107 駆動装置、200 中央制御装置、201 入出力装置、202 演算装置、211 表示装置、212 入力装置、213 記憶装置、221 画像再構成装置、222 画像処理装置、700 線量管理画面、701 照射範囲画像、702 撮影別被曝線量、703 被曝線量指標変換ボタン、704 撮影別照射線量、705 部位別被曝線量、705a 腹部の被曝線量、706 臓器別被曝線量、706a 肺の被曝線量、706b 肝臓の被曝線量、706c 脊椎の被曝線量、707a ROI、707b ROI内被曝線量、707 ROI内被曝線量、708 画像上表示のON/OFFボタン、1000、1100 3次元照射強度分布データの集合、1001、1101 3次元照射強度分布データ、1200 合成された3次元照射強度分布データの集合、2000 3次元照射線量データ、2100 2次元照射線量データ、2200 累積3次元照射線量データ

Claims

被検者の周囲からX線を照射するX線照射部と、
被検者を透過するX線をX線情報として検出するX線検出部と、
前記X線情報から被検者の再構成画像を作成するものであって、撮影条件に応じて、前記X線照射部によって被検者に照射されるX線の照射強度の分布である照射X線画像を取得し、
CT値と減弱係数の関係を示す情報に基づいて前記再構成画像のCT値を減弱係数に変換することで、減弱係数の分布を示す画像である減弱係数画像を作成し、
前記減弱係数画像と前記照射X線画像を用いて作成される照射線量画像とに対してそれぞれ直交座標系から投影座標系への変換である順投影処理を行うことで前記減弱係数画像の投影データと前記照射線量画像の投影データを生成し、前記減弱係数画像の投影データを用いて前記照射線量画像の投影データに対して逆減弱補正処理を行い、逆減弱補正処理後の前記照射線量画像の投影データに対して投影座標系から直交座標系への変換である逆投影処理を行うことで、前記照射線量画像に対する減弱量の削減結果を示す画像である照射線量補正画像を作成し、
前記照射線量画像と前記照射線量画像に対する減弱量の削減結果を示す画像である前記照射線量補正画像との差分に基づき前記被検者に吸収されるX線の線量の分布を示す画像である吸収線量画像を作成し、
前記再構成画像における臓器および/または組織の領域を同定し、前記吸収線量画像と照合することで、臓器および/または組織ごとに被曝線量を算出することにより当該被検者の被曝線量の分布を示す画像である被曝線量画像を作成する画像再構成部と、
前記被曝線量画像及び前記被曝線量を表示する表示部と、を備えたことを特徴とするX線CT装置。
前記画像再構成部は、複数の前記被曝線量画像に基づいて、当該被検者の累積被曝線量の分布を示す画像である累積被曝線量画像を作成する請求項1に記載のX線CT装置。
前記画像再構成部は、前記照射X線画像を照射開始から照射終了までの所定の時間間隔ごとの各時刻において、時間積分することで照射線量データを生成し、前記照射線量データに基づいて当該被検者に照射されるX線の線量の分布を示す画像である照射線量画像を作成する請求項1に記載のX線CT装置。
前記表示部は、被検者の仮想画像と重畳して前記照射線量画像を表示する請求項3に記載のX線CT装置。
前記画像再構成部は、前記照射X線画像の回転撮影および静止撮影に関する前記照射X線画像を時間積分することで、回転撮影および静止撮影において当該被検者に照射されるX線の線量の分布を示す画像である累積照射線量画像を作成する請求項3に記載のX線CT装置。
前記画像再構成部は、前記照射X線画像の静止撮影に関する前記照射X線画像を時間積分することで、静止撮影において当該被検者に照射されるX線の線量の分布を示す画像である静止撮影照射線量画像を作成する請求項3に記載のX線CT装置。
前記画像再構成部は、減弱基準値を示す情報に基づいて静止撮影画像から減弱比の分布を示す画像である減弱比画像を作成し、
前記減弱比画像を用いて前記静止撮影照射線量画像に対して逆減弱補正処理を行い、静止撮影において当該被検者に吸収されるX線の線量の分布を示す画像である静止撮影吸収線量画像を作成する請求項6に記載のX線CT装置。
前記画像再構成部は、前記照射線量画像に基づいて、CTDI、DLP、CTDIw、またはCTDIvolのいずれかを算出する請求項3に記載のX線CT装置。
前記表示部は、臓器および/または組織ごとの被曝線量を表示する請求項1に記載のX線CT装置。
前記画像再構成部は、前記再構成画像における各部位の領域を同定し、前記吸収線量画像と照合することで、部位ごとに被曝線量を算出する請求項1に記載のX線CT装置。
前記表示部は、部位ごとの被曝線量を表示する請求項10に記載のX線CT装置。