JP6139100B2 - 画像処理装置および放射線断層撮影装置並びにプログラム - Google Patents
画像処理装置および放射線断層撮影装置並びにプログラム Download PDFInfo
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Description
本発明は、放射線ＣＴ（Computed Tomography）ヘリカルスキャン（helical scan）やシネセグメント（cine-segment）画像再構成におけるパフュージョン（perfusion）計算の精度向上に適した画像処理装置および放射線断層撮影装置並びにそのためのプログラム（program）に関する。
パフュージョン撮影の一つとして、被検体にＸ線ＣＴヘリカルスキャンを繰り返し行ったり、シネセグメントスキャンを行ったりして、同一スライス（slice）の時系列的な断層像群を得る方法が知られている（例えば、特許文献１，段落[０００２]等参照）。
ところで、ヘリカルスキャンにより得られた断層像では、頭がい骨などの骨部において、ビームハードニング（beam hardening）に起因したアーチファクト（artifact）（以下、ＢＨアーチファクトという）が発生する。そして、そのＢＨアーチファクトの出方は、画像再構成に用いる投影データが取得されたときのＸ線管のビュー角度位置に依存する。その理由は、以下の通りである。ビームハードニングの発生態様は、被検体に対するＸ線の照射角度、すなわちＸ線管のビュー（view）角度位置に応じて変化する。また、ヘリカルスキャンでの画像再構成のアルゴリズム（algorithm）では、実際に収集された複数ビューの投影データ（data）を重み付けして用いている。そのため、その画像再構成の際に重用される投影データのＸ線管のビュー角度位置に依存して、ビームハードニングが画像再構成に与える影響が変化するからである。
他方、ヘリカルシャトルスキャン（helical shuttle scan）に代表されるヘリカルスキャンの繰り返し制御においては、通常、時間分解能を優先させるために、Ｘ線管のｚ方向の位置（被検体の体軸方向の位置）とＸ線管のビュー角度位置との関係が常に一定になるような制御はなされていない。
したがって、ヘリカルスキャンの繰り返しによるパフュージョン撮影により得られた同一スライスの時系列的な断層像群においては、同一スライスであるにもかかわらず、断層像によってＢＨアーチファクトの出方が異なり一様でないため、それが時間軸方向に画素値の変動を引き起こす。仮に、そのＢＨアーチファクトの出方が断層像ごとに異なることなく一様であったとすれば、このような時間軸方向の画素値の変動はない。ＢＨアーチファクトの出方が一様でないことに起因した画素値の変動は、同一スライスの時系列的な断層像群における画素値の時間変化を画像化する処理、いわゆるパフュージョン処理において、エラー（error）の一因となり、精度が劣化する。
そうかといって、ＢＨアーチファクトを低減しようと、平滑化処理などの一般的なノイズ低減処理を行えば、画素値の精度を悪化させてしまうため、パフュージョン処理に別のエラーを発生させてしまう。また、ＢＨアーチファクトを低減する処理は存在するが、“不均一”なＢＨアーチファクトを効率よく低減する処理は未だ確立されていない。
このような事情により、造影剤が注入された撮影対象に対する放射線ＣＴスキャンにより得られた同一スライスの時系列的な断層像群を用いてパフュージョン処理を行う際に、精度を向上させることができる技術が望まれている。
第１の観点の発明は、
造影剤が注入された撮影対象に対する放射線ＣＴスキャンにより得られた同一スライス位置での時系列的な断層像のうち、対象断層像および該対象断層像に時間的に近接する近接断層像において、時間軸方向の画素値の変化量を特定する特定手段と、
前記対象断層像において、前記特定された変化量が、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する第１の範囲内にある対象画素領域に対して、時間軸方向にアーチファクト低減処理を行う処理手段とを備えた画像処理装置を提供する。
造影剤が注入された撮影対象に対する放射線ＣＴスキャンにより得られた同一スライス位置での時系列的な断層像のうち、対象断層像および該対象断層像に時間的に近接する近接断層像において、時間軸方向の画素値の変化量を特定する特定手段と、
前記対象断層像において、前記特定された変化量が、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する第１の範囲内にある対象画素領域に対して、時間軸方向にアーチファクト低減処理を行う処理手段とを備えた画像処理装置を提供する。
第２の観点の発明は、
前記処理手段に前記対象断層像に対する前記アーチファクト低減処理を行わせるか否かを決定する決定手段をさらに備えており、
前記特定手段が、前記対象断層像および近接断層像における複数の任意画素領域の各々について前記変化量を特定し、
前記決定手段が、前記複数の任意画素領域の各々について、該特定された前記変化量が、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する第２の範囲内にあるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記決定を行う、上記第１の観点の画像処理装置を提供する。
前記処理手段に前記対象断層像に対する前記アーチファクト低減処理を行わせるか否かを決定する決定手段をさらに備えており、
前記特定手段が、前記対象断層像および近接断層像における複数の任意画素領域の各々について前記変化量を特定し、
前記決定手段が、前記複数の任意画素領域の各々について、該特定された前記変化量が、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する第２の範囲内にあるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記決定を行う、上記第１の観点の画像処理装置を提供する。
第３の観点の発明は、
前記決定手段が、前記複数の任意画素領域の数に対する、前記変化量が前記第２の範囲内にあると判定された任意画素領域の数の比率が、所定の閾値以上であるときに、前記処理手段に前記対象断層像に対するアーチファクト低減処理を行うと決定する上記第２の観点の画像処理装置を提供する。
前記決定手段が、前記複数の任意画素領域の数に対する、前記変化量が前記第２の範囲内にあると判定された任意画素領域の数の比率が、所定の閾値以上であるときに、前記処理手段に前記対象断層像に対するアーチファクト低減処理を行うと決定する上記第２の観点の画像処理装置を提供する。
第４の観点の発明は、
前記処理手段に前記対象画素領域に対する前記アーチファクト低減処理を行わせるか否かを決定する決定手段をさらに備えており、
前記特定手段が、前記対象断層像および近接断層像における前記対象画素領域の周囲に設定された周囲画素領域について、前記変化量を特定し、
前記決定手段が、前記周囲画素領について、該特定された前記変化量が、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する第３の範囲内にあるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記決定を行う、上記第１の観点の画像処理装置を提供する。
前記処理手段に前記対象画素領域に対する前記アーチファクト低減処理を行わせるか否かを決定する決定手段をさらに備えており、
前記特定手段が、前記対象断層像および近接断層像における前記対象画素領域の周囲に設定された周囲画素領域について、前記変化量を特定し、
前記決定手段が、前記周囲画素領について、該特定された前記変化量が、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する第３の範囲内にあるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記決定を行う、上記第１の観点の画像処理装置を提供する。
第５の観点の発明は、
前記決定手段が、前記周囲画素領域の数に対する、前記変化量が前記第３の範囲内にあると判定された周囲画素領域の数の比率が、所定の閾値以上であるときに、前記処理手段に前記対象画素領域に対する前記アーチファクト低減処理を行わせると決定する上記第４の観点の画像処理装置を提供する。
前記決定手段が、前記周囲画素領域の数に対する、前記変化量が前記第３の範囲内にあると判定された周囲画素領域の数の比率が、所定の閾値以上であるときに、前記処理手段に前記対象画素領域に対する前記アーチファクト低減処理を行わせると決定する上記第４の観点の画像処理装置を提供する。
第６の観点の発明は、
前記アーチファクト低減処理が、時間軸方向における加重加算処理を含む上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
前記アーチファクト低減処理が、時間軸方向における加重加算処理を含む上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
第７の観点の発明は、
前記アーチファクト低減処理が、前記対象断層像および前記近接断層像の前記対象画素領域における各画素値をサンプル（sample）として最小二乗法で曲線を求め、前記対象断層像の前記対象画素領域の画素値を、求めた曲線に近づける処理を含む第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
前記アーチファクト低減処理が、前記対象断層像および前記近接断層像の前記対象画素領域における各画素値をサンプル（sample）として最小二乗法で曲線を求め、前記対象断層像の前記対象画素領域の画素値を、求めた曲線に近づける処理を含む第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
第８の観点の発明は、
前記アーチファクト低減処理が、前記近接断層像の前記対象画素領域における各画素値をサンプルとしてスプライン（spline）補間で曲線を求め、前記対象断層像の前記対象画素領域の画素値を、求めた曲線に近づける処理を含む上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
前記アーチファクト低減処理が、前記近接断層像の前記対象画素領域における各画素値をサンプルとしてスプライン（spline）補間で曲線を求め、前記対象断層像の前記対象画素領域の画素値を、求めた曲線に近づける処理を含む上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
第９の観点の発明は、
前記アーチファクト低減処理が、前記対象断層像の前記対象画素領域における画素値を、造影剤の時間濃度曲線（タイムデンシティカーブ；time density curve）を想定した所定の曲線に近づける処理を含む上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
前記アーチファクト低減処理が、前記対象断層像の前記対象画素領域における画素値を、造影剤の時間濃度曲線（タイムデンシティカーブ；time density curve）を想定した所定の曲線に近づける処理を含む上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
第１０の観点の発明は、
前記対象画素領域について特定された変化量に基づいて、前記アーチファクト低減処理の処理条件を決定する条件決定手段を備えており、
前記処理手段が、前記決定された処理条件に従って前記アーチファクト低減処理を行う上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
前記対象画素領域について特定された変化量に基づいて、前記アーチファクト低減処理の処理条件を決定する条件決定手段を備えており、
前記処理手段が、前記決定された処理条件に従って前記アーチファクト低減処理を行う上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
第１１の観点の発明は、
前記放射線ＣＴスキャンが、ヘリカルスキャンの所定回数の繰り返し、または、シネセグメントスキャンである上記第１の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
前記放射線ＣＴスキャンが、ヘリカルスキャンの所定回数の繰り返し、または、シネセグメントスキャンである上記第１の観点から第１０の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を提供する。
第１２の観点の発明は、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置を含む放射線断層撮影装置を提供する。
第１３の観点の発明は、
コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置として機能させるためのプログラムを提供する。
コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第１１の観点のいずれか一つの観点の画像処理装置として機能させるためのプログラムを提供する。
なお、上記の発明において、第１の範囲は、対象画素領域について特定された前記変化量に対する条件である。第２の範囲は、対象断層像における任意画素領域について特定された前記変化量に対する条件である。また、第３の範囲は、周囲画素領域について特定された前記変化量に対する条件である。第１の範囲、第２の範囲、および第３の範囲は、いずれも、軟部組織における造影剤の濃度変化に対応する範囲であるが、すべて同じ範囲であってもよいし、互いに異なる範囲であってもよい。
上記観点の発明によれば、パフュージョン処理を行う際にアーチファクトの影響を無視できない領域が、軟部組織における造影剤の濃度変化を表す領域であることと、画素領域が軟部組織における造影剤の濃度変化を表す領域である蓋然性とその画素領域における時間軸方向の画素値の変化量とが相関関係にあることとを利用して、同一スライス位置の時間的に互いに近接する複数の断層像における対象画素領域についての時間軸方向の画素値の変化量に基づいて、アーチファクト低減処理を行うべき領域にのみ、時間軸方向のアーチファクト低減処理を行うことができ、同一スライスの時系列的な断層像群において、アーチファクトの出方が一様でないことによる時間軸方向の画素値の変動を抑えることができる。その結果、造影剤が注入された撮影対象に対する放射線ＣＴスキャンにより得られた同一スライスの時系列的な断層像群を用いてパフュージョン処理を行う際に、精度を向上させることができる。
以下、発明の実施形態の例について説明する。なお、これにより発明は限定されない。
本例では、発明の実施形態をＸ線ＣＴ装置とする。そして、このＸ線ＣＴ装置により、造影剤が注入された被検体にヘリカルシャトルスキャンを行って時系列的な断層像を得、その断層像にパフュージョン処理に適した画像処理を行うことを想定する。ヘリカルシャトルスキャンとは、ヘリカルスキャンの繰り返しの一例であり、Ｘ線管およびＸ線検出器を、被検体の体軸周りに回転させながら、体軸方向に沿って相対的に繰り返し反転移動させてＸ線を曝射するスキャンである。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す概略図である。
図１は、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、走査ガントリ（gantry）１０と、撮影テーブル（table）２０と、操作コンソール（console）３０とを有する。
走査ガントリ１０は、被検体４０にＸ線を照射し、その透過Ｘ線を検出して投影データを収集する。
走査ガントリ１０は、回転部１１と、ガントリ駆動部１９とを有する。回転部１１は、円環状であり、アイソセンタ（iso-center）ＩＳＯと呼ばれる撮影空間Ｂの中心を中心軸として回転する。被検体４０は、アイソセンタＩＳＯを含む撮影空間Ｂ内に配置される。ガントリ駆動部１９は、回転部１１を回転駆動する。
回転部１１は、Ｘ線管１２と、高電圧発生部１３と、高電圧制御部１４と、アパーチャ（aperture）１５と、Ｘ線検出器１６と、データ収集部１８とを有する。
Ｘ線管１２は、Ｘ線焦点からＸ線を発し、撮影空間Ｂ内に配置された被検体４０に向けてＸ線を照射する。
高電圧発生部１３は、高電圧を発生する回路含んでおり、その高電圧の電力をＸ線管１２に供給して、Ｘ線管１２にＸ線を発生させる。
高電圧制御部１４は、高電圧発生部１３を制御することにより、Ｘ線管１２に供給される管電圧および管電流を制御し、Ｘ線管１２から発せされるＸ線のエネルギー（energy）や線量を制御する。
アパーチャ１５は、Ｘ線管１２と被検体４０との間に配置されており、Ｘ線を吸収する重金属等により構成されている。アパーチャ１５は、Ｘ線管１２から発せられたＸ線をファンビーム（fan-beam）またはコーンビーム（cone-beam）に成形する。
Ｘ線検出器１６は、撮影空間Ｂを挟んでＸ線管１２と対向するように配置されており、被検体４０の透過Ｘ線を検出する。Ｘ線検出器１６は、２次元的に配列された複数の検出素子１６１を有する。
データ収集部１８は、回転部１１の回転角度ごとに、すなわちビューごとに、Ｘ線検出器１６の出力を投影データとして収集し、操作コンソール３０に送信する。
撮影テーブル２０は、被検体４０を載置し、走査ガントリ１０の撮影空間Ｂに搬送する。撮影テーブル２０は、クレードル（cradle）２１と、テーブル駆動部２２とを有する。クレードル２１は、被検体４０が載置される。テーブル駆動部２２は、クレードル２１を昇降および水平直線移動させる。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル２１の水平直線移動方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な水平方向をｘ方向とする。
操作コンソール３０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置の操作を受け付けたり、走査ガントリ１０によって収集された投影データを用いて画像を再構成したりする。操作コンソール３０は、スキャン条件設定部３１と、スキャン制御部３２と、画像再構成部３３と、画像処理部３４と、パフュージョンマップ作成部３５と、表示部３９とを有する。操作コンソール３０は、例えば、コンピュータにより構成されており、所定のプログラムを実行することにより、操作コンソール３０として機能する。
スキャン条件設定部３１は、操作者による操作に応じて、スキャン条件を設定する。スキャン条件には、例えば、アキシャル（axial）／ヘリカル／ヘリカルシャトルなどのスキャン方式、被検体の体軸方向におけるスキャン範囲、Ｘ線管１２の管電圧および管電流、回転部１１の回転速度などのスキャンパラメータ（scan parameter）が含まれる。
スキャン制御部３２は、設定されたスキャン条件に基づき、走査ガントリ１０および撮影テーブル２０を制御して、スキャンを実行させ、データ収集部１８に複数ビューの投影データを収集させる。回転部１１の１回転当たりのビュー数は、例えば、１０００ビューとする。
画像再構成部３３は、収集された複数ビューの投影データを用いて断層像を再構成する。画像再構成には、例えば、３次元逆投影処理などを用いる。なお、画像再構成を行う際には、予め、投影データに、Ｘ線強度補正、ビームハードニング補正、感度補正などを行う。画像再構成部３３は、例えば、画像再構成のための専用のコンピュータにより構成される。なお、本例では、断層像は、ｘｙ方向に５１２×５１２画素の正方形状の画像とする。
画像処理部３４は、画像再構成部３３により得られた再構成画像に対して画像処理を行う。本例では、画像処理部３４は、被検体のヘリカルシャトルスキャンにより得られた断層像に対して、アーチファクト低減処理を行う。
ここで、画像処理部３４について詳細を説明する前に、ヘリカルシャトルスキャンによるパフュージョン撮影によって得られた断層像の各領域別に、アーチファクト低減処理を行うべきか否かについて検討することにする。
パフュージョン撮影によって得られた被検体の断層像は、造影剤の時間的な濃度変化の態様の違いによって、おおよそ次の３つの領域に分類することができる。
１．「造影血管領域」：造影剤の時間的な濃度変化が大きく現れている領域であり、主に、血管内部で見られる。
２．「造影軟部領域」：造影剤の時間的な濃度変化が中〜小程度で現れている領域であり、主に、毛細血管を含む軟部組織で見られる。この軟部組織には、腫瘍などの病変部も含まれる。
３．「非造影領域」：造影剤の時間的な濃度変化がほとんど現れていない領域であり、主に、造影剤が到達する前または造影剤が抜けた後の組織、造影剤の濃度が安定している状態の組織、骨部、毛細血管をほとんど含まない軟部組織などで見られる。
１．「造影血管領域」：造影剤の時間的な濃度変化が大きく現れている領域であり、主に、血管内部で見られる。
２．「造影軟部領域」：造影剤の時間的な濃度変化が中〜小程度で現れている領域であり、主に、毛細血管を含む軟部組織で見られる。この軟部組織には、腫瘍などの病変部も含まれる。
３．「非造影領域」：造影剤の時間的な濃度変化がほとんど現れていない領域であり、主に、造影剤が到達する前または造影剤が抜けた後の組織、造影剤の濃度が安定している状態の組織、骨部、毛細血管をほとんど含まない軟部組織などで見られる。
「造影血管領域」は、造影剤の時間的な濃度変化によるＣＴ値の変化に対して、ＢＨアーチファクトが時間軸方向に一様でないことによるＣＴ値の変動が相対的に非常に小さい。そのため、ＢＨアーチファクトが一様でないことによるＣＴ値の変動を無視することができ、アーチファクト低減処理を行う必要がない。よって、「造影血管領域」に対しては、アーチファクト低減処理を行うべきでないと言える。
また、「非造影領域」は、造影剤の時間的な濃度変化によるＣＴ値の変化に対して、ＢＨアーチファクトが時間軸方向に一様でないことによるＣＴ値の変動が相対的に大きい。しかし、そもそも造影剤の濃度変化を評価しない領域であるし、アーチファクト低減処理を行うと、ＣＴ値の不要な操作となる。よって、「非造影領域」に対しては、アーチファクト低減処理を行うべきでないと言える。
一方、「造影軟部領域」は、造影剤に適度に染まる領域、つまり病変部と深く係る領域であり、造影剤の時間的な濃度変化を注意深く評価したい領域である。また、造影剤の時間的な濃度変化によるＣＴ値の変化に対して、ＢＨアーチファクトが時間軸方向に一様であることによるＣＴ値の変動が無視できない程度、すなわち診断に悪影響を与えるレベルで現れる。つまり、パフュージョン処理を行う上で、ＢＨアーチファクトの影響を受けることが好ましくない領域である。よって、「造影軟部領域」に対しては、ＣＴ値の精度をある程度犠牲にしても、アーチファクト低減処理を行うべきであると言える。
以上から、ヘリカルシャトルスキャンによるパフュージョン撮影によって得られた断層像においては、「造影軟部領域」に対してのみ、時間軸方向にアーチファクト低減処理を行うべきである。
また、アーチファクト低減処理を行う際のその強度あるいは補正量は、アーチファクト低減処理がＣＴ値の精度をある程度犠牲にする処理であることから、処理対象となる領域が「造影軟部領域」である蓋然性の高さに応じて変えるのが妥当である。
本例では、上記検討を踏まえてアーチファクト低減処理を行う。
画像処理部３４の構成および処理内容の詳細について説明する。画像処理部３４は、図２に示すように、ＣＴ値変化特定部３４１（特定手段）と、造影軟部領域占有率算出部３４２（決定手段）と、アーチファクト低減処理要否判定部３４３（決定手段）と、アーチファクト低減処理条件決定部３４４（条件決定手段）と、アーチファクト低減処理実行部３４５（処理手段）とを有する。
ＣＴ値変化特定部３４１は、同一スライス位置での時系列的な複数の断層像において、断層面方向の座標で定義される共通の画素領域について、時間軸方向のＣＴ値の変化量を特定する。具体的には、次のような処理を行う。
ＣＴ値変化特定部３４１は、まず、図３に示すように、複数のスライス位置の中から、１つのスライス位置を、処理対象となる対象スライス位置ｚsとして選択する。ヘリカルシャトルスキャンでは、図４に示すように、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１６がｚ軸方向の撮影範囲を相対的に往復移動する。したがって、対象スライス位置ｚsにおいては、時間軸ｔ上の座標ｔ1，ｔ2，・・・に対応した時系列的な複数の断層像が存在する。ＣＴ値変化特定部３４１は、操作者の操作に応じて、あるいは自動で、対象スライス位置ｚsにおける時系列的な複数の断層像の中から、図５に示すように、時間軸ｔ上の所定の座標ｔsに対応する１枚の断層像P(zs,ts)を、処理対象となる対象断層像として選択する。また、その対象断層像P(zs,ts)と時間的に近接する断層像を、近接断層像として選択する。本例では、対象断層像P(zs,ts)から時間的に前後１枚ずつの断層像P(zs,ts-1)，P(zs,ts+1)を近接断層像として選択する。
なお、近接断層像は、対象断層像から時間的に前後２枚ずつ、あるいは３枚ずつの断層像としてもよい。また、対象断層像から時間的に前または後の一方にしか断層像が存在しない場合は、存在するものだけを近接断層像として選択するようにしてもよい。ただし、この場合には、後述するアーチファクト低減処理における処理条件を調整する必要がある。
次に、ＣＴ値変化特定部３４１は、図６に示すように、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)において、断層面方向の座標すなわちｘｙ座標で定義される任意の各画素領域p(x,y)を設定する。そして、図７に示すように、設定された各画素領域p(x,y)ごとに、時間軸方向のＣＴ値p(x,y,zs,ts-1)〜p(x,y,zs,ts+1)の変化量ΔＣ（以下、ＣＴ値時間変化量という）を特定する。
なお、本例では、ＣＴ値時間変化量ΔＣを、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における画素領域p(x,y)についてのＣＴ値の最大値と最小値との差分とする。ただし、別の手法として、例えば、その差分を、対象断層像および近接断層像を構成する断層像の枚数（本例の場合は３）で除してなる値とすることができる。あるいは、その差分を、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)が含まれる全時間幅Δｔで除してなる値とすることができる。
また、本例では、画素領域を、１画素分の領域としているが、例えば、ｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは自然数，ｍ×ｎ≧２）で定義される複数画素分の領域とすることもできる。画素領域を複数画素分の領域とする場合には、ＣＴ値時間変化量ΔＣは、その複数画素分のＣＴ値の代表値の変化量、例えば平均値の変化量とすることができる。
造影軟部領域占有率算出部３４２は、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各画素領域p(x,y)について、特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、指標関数ｆを用いて、その画素領域p(x,y)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。次に、その指標値indexが所定の閾値ｔｈ１以上である、つまり「造影軟部領域」である蓋然性が一定レベル（level）以上である画素領域を特定する。そして、このように特定された画素領域をすべて足し合わせて成る領域が、断層像における全画像領域あるいは被検体領域において占める割合（以下、造影軟部領域占有率という）Ｒ１を算出する。
図８に、指標関数ｆの例を示す。ここでは、指標値indexを０〜１で表す。指標値indexは、その値が大きいほど、「造影軟部領域」である蓋然性が高いことを意味する。
図８（ａ）の指標関数は、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ１からＸ３の間であれば、指標値indexが０から１まで直線状に変化し、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ３からＸ２の間であれば、指標値indexが１から０まで直線状に変化する関数である。なお、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の具体的な値は、時系列的な断層像群における断層像間の時間間隔、造影剤の濃度や注入速度などに依る。仮に、断層像間の時間間隔が１秒程度であり、造影剤の濃度や注入速度が通常使用される標準的な値であった場合には、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、例えば３ＨＵ〜３０ＨＵの範囲内で設定することができる。
図８（ａ）の指標関数は、次のような観点で設計されている。ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ２（例えば３０ＨＵ）以上と大きい場合、血管内部における造影剤の濃度変化である可能性が高い。また、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ１（例えば３ＨＵ）以下と小さい場合、造影剤に染まらない骨部などの組織か、造影剤に染まる前または造影剤が抜けた後の組織か、造影剤の濃度が安定しているときの組織に対応するＣＴ値を精度よく再現している可能性が高い。したがって、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ１〜Ｘ３の範囲内であれば、軟部組織における造影剤の濃度変化である可能性が高い。さらには、ＣＴ値時間変化量ΔＣがこのＸ１〜Ｘ３の範囲の中央付近に近いほど、軟部組織における造影剤の濃度変化である蓋然性が高くなり、逆にその中央付近から離れるほど、同蓋然性は低くなると考えることができる。
図８（ｂ）〜（ｄ）の指標関数も、図８（ａ）の指標関数の場合とほぼ同様の観点で設計されている。
図８（ｂ）の指標関数は、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ１からＸ３の間であれば、指標値indexが０から１まで直線状に変化し、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ３からＸ４の間であれば、指標値indexは１のまま一定であり、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ４からＸ２の間であれば、指標値indexは１から０まで直線状に変化する関数である。
図８（ｃ）の指標関数は、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ１からＸ３の間であれば、指標値indexは０から１まで曲線状に変化し、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ３からＸ２の間であれば、指標値indexは１から０まで曲線状に変化する関数である。
図８（ｄ）の指標関数は、ＣＴ値時間変化量ΔＣがＸ１からＸ２の間であれば、指標値indexが１のまま一定であり、それ以外では指標値indexは０となる関数である。
アーチファクト低減処理要否判定部３４３は、算出された造影軟部領域占有率Ｒ１が、所定の閾値ｔｈ２以上であるか否かを判定する。この閾値ｔｈ２は、例えば０．０５（５％）である。そして、造影軟部領域占有率Ｒ１がこの閾値ｔｈ２以上のときには、対象断層像P(zs,ts)に対してアーチファクト低減処理が必要であると判定し、造影軟部領域占有率Ｒ１が閾値ｔｈ２未満のときには、対象断層像P(zs,ts)に対してアーチファクト低減処理は不要であると判定する。この要否判定により、造影剤に染まる前の断層像や、造影剤が抜けた後の断層像など、アーチファクト低減処理が不要である断層像に対するアーチファクト低減処理を省くことができる。
アーチファクト低減処理条件決定部３４４は、対象断層像P(zs,ts)に対してアーチファクト低減処理が必要であると判定されたときに、それぞれの画素領域を対象画素領域p(xs,ys)に順次設定し、その対象画素領域p(xs,ys)について特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その対象画素領域p(xs,ys)に対するアーチファクト低減処理の処理条件を決定する。
本例では、アーチファクト低減処理を、時間軸方向の平滑化処理とする。具体的には、次式に示すように、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)での各ＣＴ値を重み付け加算処理して新たなＣＴ値を算出し、これを対象断層像P(zs,ts)における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値として置き換える。
この式において、p′(xs,ys,zs,ts)は、対象スライス位置(zs)と時間軸ｔの座標(ts)で特定される対象断層像において、対象画素領域p(xs,ys)の変換後のＣＴ値である。p(xs,ys,zs,ts+i)は、対象スライス位置(zs)と時間軸ｔの座標(ts+i)で特定される断層像において、対象画素領域p(xs,ys)の元のＣＴ値である。g(i)は、時間軸方向の番号(i)に対応した重み係数である。本例では、p(xs,ys,zs,ts+i)は、対象断層像およびその前後１枚ずつの近接断層像に対応するので、時間軸方向の番号(i)は−１，０，＋１を取る。
アーチファクト低減処理条件決定部３４４は、アーチファクト低減処理の処理条件として、上記重み付け加算処理における重み付け、すなわち、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)
における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値に乗算する重み係数g(-1)〜g(+1)を決定する。重み付け係数は、例えば、次のように決定する。
における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値に乗算する重み係数g(-1)〜g(+1)を決定する。重み付け係数は、例えば、次のように決定する。
対象画素領域p(xs,ys)におけるＣＴ値時間変化量ΔＣから、その対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。そして、その指標値indexが大きい場合には、重みを時間軸ｔ方向に分散させ、平滑化の程度を強くする。一方、その指標値indexが小さい場合には、対象断層像P(zs,ts+i)に対する重みが大きくなるように重み係数g(i,index)を決定し、平滑化の程度を弱くする。重み係数の具体的な決定例を次に示す。
ここで、対象断層像における対象画素領域のＣＴ値に乗算する重み係数をg(0,index)とする。対象断層像から時間的に１つ前の近接断層像における対象画素領域のＣＴ値に乗算する重み係数をg(-1,index)とする。また、対象断層像から時間的に１つ後の近接断層像における対象画素領域のＣＴ値に乗算する重み係数をg(+1,index)とする。
例えば、指標値index＝１の場合、つまり、対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」であると考えられる場合には、g(-1,1)＝1/3（≒0.33），g(0,1)＝1/3，g(+1,1)＝1/3とする。これにより、対象断層像P(zs,ts)における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値を、対象断層像P(zs,ts)およびその時間的な前後の断層像P(zs,ts-1)，P(zs,ts+1)にて平均化したＣＴ値に補正することができる。
また例えば、指標値index＝０．５の場合、つまり、対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」である蓋然性が中程度であると考えられる場合には、g(-1,0.5)＝0.2，g(0,0.5)＝0.6，g(+1,0.5)＝0.2とする。これにより、対象断層像P(zs,ts+i)における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値を、元のＣＴ値の影響を強く残しつつ、その時間的な前後の断層像でのＣＴ値の影響を少し加えることができる。
また例えば、指標値index＝０の場合、つまり、対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」でないと考えられる場合には、g(-1,0)＝0，g(0,0)＝1，g(+1,0)＝0とする。これは、ＣＴ値時間変化量ΔＣが「造影軟部領域」に対応する所定の範囲にないために、アーチファクト低減処理を行わないと決定したことと等価である。これにより、対象断層像P(zs,ts)における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値を、元のＣＴ値のままに残すことができる。
アーチファクト低減処理実行部３４５は、対象断層像P(zs,ts)における対象画素領域p(xs,ys)に対して、その対象画素領域p(xs,ys)について決定された処理条件に従って、アーチファクト低減処理を実行する。
図９に、アーチファクト低減処理の概念図を示す。ここでは、図９および次式に示すように、決定された重み付けすなわち重み係数ｇ(i,index)を用いてＣＴ値の重み付け加算処理を行って、対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値を変換する。
パフュージョンマップ作成部３５は、画像処理済みの断層像にパフュージョン処理を行って、パフュージョンカラーマップ（perfusion color map）を作成する。
表示部３９は、操作画面、再構成画像、画像処理済みの断層像、パフュージョンマップなどを表示する。表示部３９は、例えば、液晶モニタ（monitor）により構成されている。
以下、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを説明する。
図１０は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャート（flowchart）である。なお、このフローチャートにおける各処理は、上記の各部によって適宜実行される。
ステップ（step）Ｓ１では、スキャン制御部３２が、走査ガントリ１０および撮影テーブル２０を制御して、造影剤が注入された被検体に対しヘリカルシャトルスキャンを実行する。
ステップＳ２では、画像再構成部３３が、ヘリカルシャトルスキャンにより得られた投影データを基に断層像を再構成する。再構成には、投影データを重み付け補間して３次元的に逆投影する方法を用いる。再構成された断層像は、各スライス位置ごとの時系列的な複数の断層像を構成する。
ステップＳ３では、ＣＴ値変化特定部３４１が、被検体の体軸方向（ｚ軸方向）において、対象スライス位置ｚsを選択する。
ステップＳ４では、ＣＴ値変化特定部３４１が、対象スライス位置ｚsにおける複数の時系列的な複数の断層像の中から対象断層像P(zs,ts)を選択する。また、対象断層像P(zs,ts)から時間的に前後１枚ずつの断層像P(zs,ts-1)，P(zs,ts+1)を、近接断層像として選択する。
ステップＳ５では、ＣＴ値変化特定部３４１が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各画素領域p(x,y)について、ＣＴ値時間変化量ΔＣを特定する。
ステップＳ６では、造影軟部領域占有率算出部３４２が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各画素領域p(x,y)について、特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その画素領域p(x,y)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。
ステップＳ７では、造影軟部領域占有率算出部３４２が、この指標値indexが所定の閾値ｔｈ１以上である画素領域を特定する。
ステップＳ８では、指標値indexが閾値ｔｈ１以上である画素領域をすべて足し合わせて成る領域が、断層像全体の画像領域あるいは被検体領域に対して占める比率を、造影軟部領域占有率Ｒ１として算出する。
ステップＳ９では、アーチファクト低減処理要否判定部３４３が、造影軟部領域占有率Ｒ１が所定の閾値ｔｈ２以上であるか否かを判定する。造影軟部領域占有率Ｒ１が閾値ｔｈ２以上である場合には、対象断層像P(zs,ts)に対してアーチファクト低減処理が必要であると判定し、ステップＳ１０に進む。造影軟部占有率Ｒ１が閾値ｔｈ２未満である場合には、対象断層像P(zs,ts)に対してアーチファクト低減処理が不要であると判定し、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１０では、アーチファクト低減処理条件決定部３４４が、対象画素領域p(xs,ys)を設定する。
ステップＳ１１では、アーチファクト低減処理条件決定部３４４が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)について、ＣＴ値時間変化量ΔＣを特定する。なお、ステップＳ５において、特定した各画素領域p(x,y)についてのＣＴ値時間変化量ΔＣをすべて記憶させておき、本ステップにおいて、対象画素領域p(xs,ys)に対応するＣＴ値時間変化量ΔＣを読み出すようにしてもよい。
ステップＳ１２では、アーチファクト低減処理条件決定部３４４が、対象画素領域p(xs,ys)におけるＣＴ値時間変化量ΔＣをパラメータとする指標関数ｆを用いて、対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。ステップＳ６において、特定した各画素領域p(x,y)についての指標値indexをすべて記憶させておき、本ステップにおいて、対象画素領域p(xs,ys)に対応する指標値indexを読み出すようにしてもよい。
ステップＳ１３では、アーチファクト低減処理条件決定部３４４が、特定した指標値indexに基づき、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)の各ＣＴ値に乗算する重み係数g(-1,index)〜g(+1,index)を、それぞれ決定する。
ステップＳ１４では、アーチファクト低減処理実行部３４５が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)の各ＣＴ値に、決定した重み係数g(-1,index)〜g(+1,index)を適用して、重み付け加算処理を行い、新たなＣＴ値を算出する。
ステップＳ１５では、アーチファクト低減処理実行部３４５が、対象断層像P(zs,ts)における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値を、算出した新たなＣＴ値に置き換える。
ステップＳ１６では、ＣＴ値変化特定部３４１が、次に対象画素領域p(xs,ys)として設定すべき画素領域があるか否かを判定する。設定すべき画素領域がある場合には、ステップＳ１０に戻る。設定すべき画素領域がない場合には、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７では、ＣＴ値変化特定部３４１が、対象スライス位置ｚsにおいて、次に対象断層像P(zs,ts)として選択すべき断層像があるか否かを判定する。選択すべき断層像がある場合には、ステップＳ４に戻る。選択すべき断層像がない場合には、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、ＣＴ値変化特定部３４１が、次に対象スライス位置ｚsとして選択すべきスライス位置があるか否かを判定する。選択すべきスライス位置がある場合には、ステップＳ３に戻る。選択すべきスライス位置がない場合には、処理を終了する。
（第２実施形態）
第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、第１実施形態によるＸ線ＣＴ装置１における画像処理部３４を、以下に説明する画像処理部３６に代えた構成である。
第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、第１実施形態によるＸ線ＣＴ装置１における画像処理部３４を、以下に説明する画像処理部３６に代えた構成である。
図１１は、画像処理部３６の構成を示した図である。図１１に示すように、画像処理部３６は、第１のＣＴ値変化特定部３６１（特定手段）と、第１の造影軟部領域判定部３６２（処理手段）と、第２のＣＴ値変化特定部３６３（特定手段）と、第２の造影軟部領域判定部３６４（決定手段）と、局所的造影軟部領域占有率算出部３６５と、対象画素アーチファクト低減処理要否判定部３６６（決定手段）と、対象画素アーチファクト低減処理条件決定部３６７（条件決定手段）と、対象画素アーチファクト低減処理実行部３６８（処理手段）とを有する。
第１のＣＴ値変化特定部３６１は、同一スライス位置での時系列的な複数の断層像において、対象画素領域について、ＣＴ値時間変化量を特定する。具体的には、次のような処理を行う。
第１のＣＴ値変化特定部３６１は、まず、複数のスライス位置の中から、１つのスライス位置を、対象スライス位置ｚsとして選択する。そして、対象スライス位置ｚsにおける時系列的な複数の断層像の中から、１枚の断層像を対象断層像P(zs,ts)として選択し、対象断層像P(zs,ts)と時間的に近接する断層像P(zs,ts-1)，P(zs,ts+1)を近接断層像として選択する。
次に、第１のＣＴ値変化特定部３６１は、図１２に示すように、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)において、断層面方向のｘｙ座標で定義される対象画素領域p(xs,ys)を設定する。そして、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)について、ＣＴ値時間変化量ΔＣを特定する。
第１の造影軟部領域判定部３６２は、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)について、特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。次に、その指標値indexが所定の閾値ｔｈ３以上であるか否か、つまり、「造影軟部領域」である蓋然性が一定レベル以上であるか否かを判定する。指標値indexの求め方は、第１実施形態と同様である。
第２のＣＴ値変化特定部３６３は、対象画素領域p(xs,ys)の指標値indexが閾値ｔｈ３以上である場合に、図１３に示すように、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)の周辺に位置する複数の画素領域を周辺画素領域p(xr,yr)として選択する。なお、図１３では、簡便のため、対象画素領域p(xs,ys)を中心とした３×３画素分の領域（対象画素領域は除く）の各画素領域を周辺画素領域p(xr,yr)としている。しかし、実際には、例えば、対象画素領域p(xs,ys)を中心とした５×５画素分や７×７画素分の領域（対象画素領域は除く）の各画素領域を周辺画素領域p(xr,yr)とすることができる。そして、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各周辺画素領域p(xr,yr)について、ＣＴ値時間変化量ΔＣを特定する。
第２の造影軟部領域判定部３６４は、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各周辺画素領域p(xr,yr)について、特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その周辺画素領域p(xr,yr)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。次に、その指標値indexが所定の閾値ｔｈ４以上であるか否か、つまり、「造影軟部領域」である蓋然性が一定レベル以上であるか否かを判定する。
局所的造影軟部領域占有率算出部３６５は、対象画素領域および周辺画素領域p(xs,ys)，p(xr,yr)において、「造影軟部領域」である蓋然性が一定レベル以上であると判定された画素領域の数Ａを特定する。そして、対象画素領域および周辺画素領域p(xs,ys)，p(xr,yr)の全画素領域の数Ｂに対する上記特定された画素領域の数Ａの比率（以下、局所的造影軟部領域占有率という）Ｒ２を算出する。
対象画素アーチファクト低減処理要否判定部３６６は、算出された局所的造影軟部領域占有率Ｒ２が、所定の閾値ｔｈ５以上であるか否かを判定する。この閾値は、例えば０．５（５０％）である。そして、この局所的造影軟部領域占有率Ｒ２が閾値ｔｈ５以上である場合には、対象画素領域p(xs,ys)に対してアーチファクト低減処理が必要であると判定し、その比率Ｒ２が閾値ｔｈ５未満である場合には、対象画素領域p(xs,ys)に対してアーチファクト低減処理は不要であると判定する。これにより、「造影軟部領域」である蓋然性がより高い領域に対してのみ、アーチファクト低減処理を行うことができる。
対象画素アーチファクト低減処理条件決定部３６７は、対象画素領域p(xs,ys)に対してアーチファクト低減処理が必要であると判定されたときに、その対象画素領域p(xs,ys)について特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その対象画素領域p(xs,ys)に対するアーチファクト低減処理の処理条件を決定する。アーチファクト低減処理およびその処理条件は、第１実施形態と同様である。
対象画素アーチファクト低減処理実行部３６８は、対象断層像P(zs,ts+i)における対象画素領域p(xs,ys)に対して、その対象画素領域p(xs,ys)について決定された処理条件に従って、アーチファクト低減処理を実行する。
以下、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを説明する。
図１４は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
ステップ（step）Ｔ１では、スキャン制御部３２が、走査ガントリ１０および撮影テーブル２０を制御して、造影剤が注入された被検体に対しヘリカルシャトルスキャンを実行する。
ステップＴ２では、画像再構成部３３が、ヘリカルシャトルスキャンにより得られた投影データを基に断層像を再構成する。
ステップＴ３では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、被検体の体軸方向（ｚ軸方向）において、対象スライス位置ｚsを選択する。
ステップＴ４では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、対象スライス位置ｚsにおける複数の時系列的な複数の断層像の中から対象断層像P(zs,ts)を選択する。また、対象断層像P(zs,ts)の時間的に前後１枚ずつの断層像P(zs,ts-1)，P(zs,ts+1)を、近接断層像として選択する。
ステップＴ５では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)において対象画素領域p(xs,ys)を設定する。
ステップＴ６では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、対象画素領域p(xs,ys)について、ＣＴ値時間変化量ΔＣを特定する。
ステップＴ７では、第１の造影軟部領域判定部３６２が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)について、特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その対象画素領域p(xs,ys)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。
ステップＴ８では、第１の造影軟部領域判定部３６２が、この指標値indexが所定の閾値ｔｈ３以上であるか否かを判定する。指標値indexが閾値ｔｈ３以上である場合には、ステップＴ９に進む。否定される場合には、ステップＴ１７に進む。
ステップＴ９では、第２のＣＴ値変化特定部３６３が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)の周辺に位置する複数の画素領域を周辺画素領域p(xr,yr)として選択する。そして、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各周辺画素領域p(xr,yr)について、ＣＴ値時間変化量ΔＣを特定する。
ステップＴ１０では、第２の造影軟部領域判定部３６４が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における各周辺画素領域p(xr,yr)について、特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その周辺画素領域p(xr,yr)が「造影軟部領域」である蓋然性を表す指標値indexを求める。
ステップＴ１１では、第２の造影軟部領域判定部３６４が、各周辺画素領域p(xr,yr)について、指標値indexが所定の閾値ｔｈ４以上であるか否か、すなわち「造影軟部領域」である蓋然性が一定レベル以上であるか否かを判定する。
ステップＴ１２では、局所的造影軟部領域占有率算出部３６５が、「造影軟部領域」である蓋然性が一定レベル以上であると判定された周辺画素領域p(xr,yr)の数Ａを特定する。そして、対象画素領域p(xs,ys)および周辺画素領域p(xr,yr)の全画素領域の数Ｂに対する上記特定された周辺画素領域p(xr,yr)の数Ａの比率（Ａ／Ｂ）、すなわち局所的造影軟部領域占有率Ｒ２を算出する。
ステップＴ１３では、対象画素アーチファクト低減処理要否判定部３６６が、算出された局所的造影軟部領域占有率Ｒ２が、所定の閾値ｔｈ５以上であるか否かを判定する。そして、その局所的造影軟部領域占有率Ｒ２が閾値ｔｈ５以上の場合には、対象画素領域p(xs,ys)に対してアーチファクト低減処理が必要であると判定し、ステップＴ１４に進む。局所的造影軟部領域占有率Ｒ２が閾値ｔｈ５未満のときには、対象画素領域p(xs,ys)に対してアーチファクト低減処理は不要であると判定し、ステップＴ２０に進む。
ステップＴ１４では、対象画素アーチファクト低減処理条件決定部３６７が、対象画素領域p(xs,ys)について特定されたＣＴ値時間変化量ΔＣを基に、その対象画素領域p(xs,ys)に対するアーチファクト低減処理の処理条件を決定する。本例では、アーチファクト低減処理およびその処理条件は、第１実施形態と同様である。すなわち、アーチファクト低減処理は、対象画素領域p(xs,ys)の各ＣＴ値の重み付け加算処理により新たなＣＴ値を求め、これを対象断層像P(zs,ts)の対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値として置き換える。処理条件は、この重み付け加算において各ＣＴ値に適用する重み係数g(-1,index)〜g(+1,index)である。
ステップＴ１５では、対象画素アーチファクト低減処理実行部３６８が、対象断層像および近接断層像P(zs,ts-1)〜P(zs,ts+1)における対象画素領域p(xs,ys)の各ＣＴ値に、決定した重み係数g(-1,index)〜g(+1,index)であるを適用して重み付け加算処理を行い、新たなＣＴ値を算出する。
ステップＴ１６では、対象画素アーチファクト低減処理実行部３６８が、対象断層像P(zs,ts)における対象画素領域p(xs,ys)のＣＴ値を、算出した新たなＣＴ値に置き換える。
ステップＴ１７では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、次に対象画素領域p(xs,ys)として設定すべき画素領域があるか否かを判定する。設定すべき画素領域がある場合には、ステップＴ５に戻る。設定すべき画素領域がない場合には、ステップＳ１８に進む。
ステップＴ１８では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、対象スライス位置ｚsにおいて、次に対象断層像P(zs,ts)として選択すべき断層像があるか否かを判定する。選択すべき断層像がある場合には、ステップＴ４に戻る。選択すべき断層像がない場合には、ステップＴ１９に進む。
ステップＴ１９では、第１のＣＴ値変化特定部３６１が、次に対象スライス位置ｚsとして選択すべきスライス位置があるかを判定する。選択すべきスライス位置がある場合には、ステップＴ３に戻る。選択すべきスライス位置がない場合には、処理を終了する。
図１５は、造影ヘリカルシャトルスキャンにより得られた頭部の断層像から作成したパフュージョンカラーマップをグレースケール（gray scale）に変換したものであり、第１実施形態に係る画像処理による改善前後の比較を示した図である。パフュージョンマップＭ１は改善前、パフュージョンマップＭ２は、改善後である。本例から、頭がい骨付近おいてはＢＨアーチファクトによるエラー成分である色むら（濃淡）の広がりが効率よく改善されているのが分かる。
以上、上記実施形態によれば、パフュージョン処理を行う際にアーチファクトの影響を無視できない領域が、軟部組織における造影剤の濃度変化を表す領域であることと、画素領域が軟部組織における造影剤の濃度変化を表す領域である蓋然性とその画素領域における時間軸方向の画素値の変化量とが相関関係にあることとを利用して、同一スライス位置の時間的に互いに近接する複数の断層像における対象画素領域についての時間軸方向の画素値の変化量に基づいて、アーチファクト低減処理を行うべき領域にのみ、時間軸方向のアーチファクト低減処理を行うことができ、同一スライスの時系列的な断層像群において、アーチファクトの出方が一様でないことによる時間軸方向の画素値の変動を抑えることができる。その結果、造影剤が注入された撮影対象に対する放射線ＣＴスキャンにより得られた同一スライスの時系列的な断層像群を用いてパフュージョン処理を行う際に、精度を向上させることができる。
また、上記実施形態によれば、対象画素領域についての時間軸方向の画素値の変化量に応じて決定された処理条件に従って、対象画素領域に対してアーチファクト低減処理を行うので、対象画素領域が軟部組織における造影剤の濃度変化を表す領域である蓋然性の高さに応じて、アーチファクト低減処理の強度を調整することができ、必要な部分に、必要な量だけのアーチファクト低減処理を行うことができる。
なお、発明は、上記実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の実施形態・変形が可能である。
［変形例１］
第１および第２実施形態において、指標値indexや指標関数を用いない方法も考えられる。つまり、ＣＴ値時間変化量を特定した後、その変化量CTvに基づいて、直接、重み係数gv(i,CTv)を求める方法も考えられる。この場合、アーチファクト低減処理は、次式のようなＣＴ値の変換処理となる。
第１および第２実施形態において、指標値indexや指標関数を用いない方法も考えられる。つまり、ＣＴ値時間変化量を特定した後、その変化量CTvに基づいて、直接、重み係数gv(i,CTv)を求める方法も考えられる。この場合、アーチファクト低減処理は、次式のようなＣＴ値の変換処理となる。
［変形例２］
第１および第２実施形態において、用いる指標関数は、一種類だけでもよいが、複数種類であってもよい。例えば、選択される対象スライス位置、つまり断層像のｚ方向の位置によって、用いる指標関数を変えてもよい。例えば、頭部では図８（ａ）の指標関数を用い、頸部では図８（ｃ）の指標関数を用い、脚部では図８（ｄ）の指標関数を用いるようにしてもよい。
第１および第２実施形態において、用いる指標関数は、一種類だけでもよいが、複数種類であってもよい。例えば、選択される対象スライス位置、つまり断層像のｚ方向の位置によって、用いる指標関数を変えてもよい。例えば、頭部では図８（ａ）の指標関数を用い、頸部では図８（ｃ）の指標関数を用い、脚部では図８（ｄ）の指標関数を用いるようにしてもよい。
［変形例３］
第１および第２実施形態において、対象画素領域に対するアーチファクト低減処理は、平滑化処理のほか、次のような処理を含むものであってもよい。
第１および第２実施形態において、対象画素領域に対するアーチファクト低減処理は、平滑化処理のほか、次のような処理を含むものであってもよい。
処理１．図１６に示すように、対象断層像および近接断層像の対象画素領域における各ＣＴ値をサンプルとして最小二乗法で曲線Ｑ１を求め、対象断層像の対象画素領域のＣＴ値を、求めた曲線Ｑ１にフィッティングする（近づける）処理。
処理２．図１７に示すように、近接断層像の対象画素領域における各ＣＴ値をサンプルとしてスプライン補間で曲線Ｑ２を求め、対象断層像の対象画素領域のＣＴ値を、求めた曲線Ｑ２にフィッティングする（近づける）処理。
処理３．対象断層像の対象画素領域のＣＴ値を、造影剤のタイムデンシティカーブ（時間濃度曲線）を想定した所定の曲線にフィッティングする（近づける）処理。
なお、フィッティングに用いる曲線は、撮影部位（頭部、胸部）、スライス位置（被検体の体軸方向の位置、血流の上流、下流）、造影剤の注入速度によって変えてもよい。
［変形例４］
第１実施形態において、断層像に対するアーチファクト低減処理の要否判定を行わずに、すべての断層像に対して、アーチファクト低減処理を行うようにしてもよい。
第１実施形態において、断層像に対するアーチファクト低減処理の要否判定を行わずに、すべての断層像に対して、アーチファクト低減処理を行うようにしてもよい。
［変形例５］
第１および第２実施形態において、シネセグメントスキャン（シネセグメント画像再構成）を行って得られた時系列的な断層像に対して同様の画像処理を行うようにしてもよい。シネセグメントスキャンとは、ｚ軸方向のスキャン位置を固定したまま、画像再構成に必要な複数ビューの投影データを、複数回にわたり分割して収集するスキャンである。呼吸同期や心拍同期などにより行われる。シネセグメントスキャンの場合にも、原理的に、時間軸方向に一様でないＢＨアーチファクトが発生するため、同様の効果を得ることができる。
第１および第２実施形態において、シネセグメントスキャン（シネセグメント画像再構成）を行って得られた時系列的な断層像に対して同様の画像処理を行うようにしてもよい。シネセグメントスキャンとは、ｚ軸方向のスキャン位置を固定したまま、画像再構成に必要な複数ビューの投影データを、複数回にわたり分割して収集するスキャンである。呼吸同期や心拍同期などにより行われる。シネセグメントスキャンの場合にも、原理的に、時間軸方向に一様でないＢＨアーチファクトが発生するため、同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、上述した画像処理を行う画像処理装置や、コンピュータをこのような画像処理装置として機能させるためのプログラム、このプログラムが記憶された記憶媒体などもまた、発明の実施形態の一例である。
また、上記実施形態は、Ｘ線ＣＴスキャンを行うＸ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴまたはＳＰＥＣＴとを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置などにも適用可能である。
１ Ｘ線ＣＴ装置
１０ 走査ガントリ
１１ 回転部
１２ Ｘ線管
１３ 高電圧発生部
１４ 高電圧制御部
１５ アパーチャ
１６ Ｘ線検出器
１８ データ収集部
１９ ガントリ駆動部
２０ 撮影テーブル
２１ クレードル
２２ テーブル駆動部
３０ 操作コンソール
３１ スキャン条件設定部
３２ スキャン制御部
３３ 画像再構成部
３４ 画像処理部
３４１ ＣＴ値変化特定部（特定手段）
３４２ 造影軟部領域占有率算出部（決定手段）
３４３ アーチファクト低減処理要否判定部（決定手段）
３４４ アーチファクト低減処理条件決定部（条件決定手段）
３４５ アーチファクト低減処理実行部（処理手段）
３５ パフュージョンマップ作成部
３６ 画像処理部
３６１ 第１のＣＴ値変化特定部（特定手段）
３６２ 第１の造影軟部領域判定部（処理手段）
３６３ 第２のＣＴ値変化特定部（特定手段）
３６４ 第２の造影軟部領域判定部（決定手段）
３６５ 局所的造影軟部領域占有率算出部（決定手段）
３６６ 対象画素アーチファクト低減処理要否判定部（決定手段）
３６７ 対象画素アーチファクト低減処理条件決定部（条件決定手段）
３６８ 対象画素アーチファクト低減処理実行部（処理手段）
３９ 表示部
４０ 被検体
１０ 走査ガントリ
１１ 回転部
１２ Ｘ線管
１３ 高電圧発生部
１４ 高電圧制御部
１５ アパーチャ
１６ Ｘ線検出器
１８ データ収集部
１９ ガントリ駆動部
２０ 撮影テーブル
２１ クレードル
２２ テーブル駆動部
３０ 操作コンソール
３１ スキャン条件設定部
３２ スキャン制御部
３３ 画像再構成部
３４ 画像処理部
３４１ ＣＴ値変化特定部（特定手段）
３４２ 造影軟部領域占有率算出部（決定手段）
３４３ アーチファクト低減処理要否判定部（決定手段）
３４４ アーチファクト低減処理条件決定部（条件決定手段）
３４５ アーチファクト低減処理実行部（処理手段）
３５ パフュージョンマップ作成部
３６ 画像処理部
３６１ 第１のＣＴ値変化特定部（特定手段）
３６２ 第１の造影軟部領域判定部（処理手段）
３６３ 第２のＣＴ値変化特定部（特定手段）
３６４ 第２の造影軟部領域判定部（決定手段）
３６５ 局所的造影軟部領域占有率算出部（決定手段）
３６６ 対象画素アーチファクト低減処理要否判定部（決定手段）
３６７ 対象画素アーチファクト低減処理条件決定部（条件決定手段）
３６８ 対象画素アーチファクト低減処理実行部（処理手段）
３９ 表示部
４０ 被検体
Claims (13)
- 造影剤が注入された撮影対象に対する放射線ＣＴスキャンにより得られた同一スライス位置での時系列的な断層像のうち、対象断層像および該対象断層像に時間的に近接する近接断層像において、時間軸方向の画素値の変化量を特定する特定手段と、
前記対象断層像において、前記特定された変化量が、造影血管領域、造影軟部領域及び非造影領域のうち、前記造影軟部領域における造影剤の濃度変化に対応する第１の範囲内にある対象画素領域に対してのみ、時間軸方向にアーチファクト低減処理を行う処理手段とを備えた画像処理装置。 - 前記処理手段に前記対象断層像に対する前記アーチファクト低減処理を行わせるか否かを決定する決定手段をさらに備えており、
前記特定手段は、前記対象断層像および近接断層像における複数の任意画素領域の各々について前記変化量を特定し、
前記決定手段は、前記複数の任意画素領域の各々について、該特定された前記変化量が、前記造影軟部領域における造影剤の濃度変化に対応する第２の範囲内にあるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記決定を行う、請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記決定手段は、前記複数の任意画素領域の数に対する、前記変化量が前記第２の範囲内にあると判定された任意画素領域の数の比率が、所定の閾値以上であるときに、前記処理手段に前記対象断層像に対するアーチファクト低減処理を行うと決定する請求項２に記載の画像処理装置。
- 前記処理手段に前記対象画素領域に対する前記アーチファクト低減処理を行わせるか否かを決定する決定手段をさらに備えており、
前記特定手段は、前記対象断層像および近接断層像における前記対象画素領域の周囲に設定された周囲画素領域について、前記変化量を特定し、
前記決定手段は、前記周囲画素領域について、該特定された前記変化量が、前記造影軟部領域における造影剤の濃度変化に対応する第３の範囲内にあるか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記決定を行う、請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記決定手段は、前記周囲画素領域の数に対する、前記変化量が前記第３の範囲内にあると判定された周囲画素領域の数の比率が、所定の閾値以上であるときに、前記処理手段に前記対象画素領域に対する前記アーチファクト低減処理を行わせると決定する請求項４に記載の画像処理装置。
- 前記アーチファクト低減処理は、時間軸方向における重み付け加算処理を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記アーチファクト低減処理は、前記対象断層像および前記近接断層像の前記対象画素領域における各画素値をサンプルとして最小二乗法で曲線を求め、前記対象断層像の前記対象画素領域の画素値を、求めた曲線に近づける処理を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記アーチファクト低減処理は、前記近接断層像の前記対象画素領域における各画素値をサンプルとしてスプライン補間で曲線を求め、前記対象断層像の前記対象画素領域の画素値を、求めた曲線に近づける処理を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記アーチファクト低減処理は、前記対象断層像の前記対象画素領域における画素値を、造影剤の時間濃度曲線（タイムデンシティカーブ）を想定した所定の曲線に近づける処理を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 前記対象画素領域について特定された変化量に基づいて、前記アーチファクト低減処理の処理条件を決定する条件決定手段を備えており、
前記処理手段は、前記決定された処理条件に従って前記アーチファクト低減処理を行う請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の画像処理装置。 - 前記放射線ＣＴスキャンは、ヘリカルスキャンの所定回数の繰り返し、また、シネセグメントスキャンである請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の画像処理装置。
- 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の画像処理装置を含む放射線断層撮影装置。
- コンピュータを、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。
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2012
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