JP6234708B2 - Ｘ線診断装置、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラム - Google Patents

Ｘ線診断装置、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムに関する。
Ｘ線診断装置による診断法の１つとして、経時差分法が知られている。経時差分法は、異なる日時に撮影したＸ線画像の差分処理を行うことによって経時的な変化を検出する手法である。また、Ｘ線診断装置による別の診断法として、ディジタルサブトラクションアンギオグラフィー（DSA: digital subtraction angiography)が知られている。DSAは、ヨウ素等の造影剤を血管内に投与して撮影されたＸ線造影画像と非造影画像との差分処理を行うことによって血管が描出された画像を取得する手法である。
このように、Ｘ線診断装置を用いた診断では、しばしば診断目的に応じた差分処理が実行される。
特開２００６−１０１９２６号公報
新井康夫 「ＳＯＩ技術による一体化ピクセル検出器の開発」 ２００７年６月、高エネルギーニュース、Vol26 No. 1、 ２００７年６月１日
Ｘ線画像データ間で比較や差分処理を行う場合において、撮影条件や撮影に使用されたＸ線診断装置の特性に相違があると、適切な比較結果又は適切なコントラストを有する差分画像を得ることが困難となる。従って、被検体の定量情報が反映されたＸ線画像データを生成することが重要である。これは、比較や差分処理を伴わないＸ線撮影においても同様である。
そこで、本発明は、装置の特性の影響が低減された定量的な被検体のＸ線画像データを生成することが可能なＸ線診断装置、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムを提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係るＸ線診断装置は、Ｘ線照射部、Ｘ線検出器、データ処理系、参照データ保存部及び吸収係数保存部を備える。Ｘ線照射部は、被検体にＸ線を照射する。Ｘ線検出器は、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによってＸ線検出データを収集する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。参照データ保存部は、複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照し、かつ前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される。
また、本発明の実施形態に係るＸ線診断装置は、Ｘ線照射部、Ｘ線検出器、データ処理系、吸収係数保存部及びエネルギ帯域設定部を備える。Ｘ線照射部は、被検体にＸ線を照射する。Ｘ線検出器は、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによってＸ線検出データを収集する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。エネルギ帯域設定部は、前記Ｘ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定する。前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される。
また、本発明の実施形態に係るＸ線診断装置は、Ｘ線照射部、Ｘ線検出器、データ処理系及び吸収係数保存部を備える。Ｘ線照射部は、被検体にＸ線を照射する。Ｘ線検出器は、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによってＸ線検出データを収集する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成し、かつ画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させるように構成される。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、データ取得部、データ処理系、参照データ保存部及び吸収係数保存部を備える。データ取得部は、被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。参照データ保存部は、複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照し、かつ前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、データ取得部、データ処理系、吸収係数保存部及びエネルギ帯域設定部を備える。データ取得部は、被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。エネルギ帯域設定部は、前記Ｘ線検出データを収集するＸ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定する。前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、データ取得部、データ処理系及び吸収係数保存部を備える。データ取得部は、被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成し、かつ画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させるように構成される。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理プログラムは、コンピュータを、データ取得部、データ処理系、参照データ保存部及び吸収係数保存部として機能させる。データ取得部は、被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。参照データ保存部は、複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照し、かつ前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理プログラムは、コンピュータを、データ取得部、データ処理系、吸収係数保存部及びエネルギ帯域設定部として機能させる。データ取得部は、被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。エネルギ帯域設定部は、前記Ｘ線検出データを収集するＸ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定する。前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理プログラムは、コンピュータを、データ取得部、データ処理系及び吸収係数保存部として機能させる。データ取得部は、被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得する。データ処理系は、前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成する。吸収係数保存部は、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する。前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成し、かつ画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させる。
本発明の実施形態に係るＸ線診断装置の構成図。 図１に示すＸ線検出器の詳細構成例を示す図。 図１に示す医用画像処理装置の機能ブロック図。 図３に示す閾値設定部において設定される閾値電圧と弁別されるＸ線光子のエネルギとの関係の一例を示す図。 図３に示す閾値設定部における閾値の設定により弁別されるＸ線光子のエネルギ分布を示す図。 図３に示すＸ線画像生成部において実行される処理の第１の例を示す図。 図３に示すＸ線画像生成部において実行される処理の第２の例を示す図。 図３に示すＸ線画像生成部において実行される処理の第３の例を示す図。 図３に示すDSA画像生成部において実行される処理を示す図。 図３に示す疑似画像生成部において実行される処理を示す図。
本発明の実施形態に係るＸ線診断装置、医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムについて添付図面を参照して説明する。
（構成および機能）
図１は本発明の実施形態に係るＸ線診断装置の構成図である。
Ｘ線診断装置１は、撮影系２、制御系３、データ処理系４、入力装置５及び表示装置６を備えている。撮影系２は、Ｘ線照射部７、Ｘ線検出器８、駆動機構９及び寝台１０を有する。制御系３は、高電圧発生装置３Ａ、撮影位置制御装置３Ｂ及びシステム制御部３Ｃを有する。
Ｘ線照射部７は、Ｘ線管及びビームフィルタを備え、寝台１０にセットされた被検体Ｏを挟んでＸ線検出器８と対向配置される。Ｘ線照射部７及びＸ線検出器８は、駆動機構９の駆動によって相対位置を維持しながら被検体Ｏに対する角度及び相対位置を変えることができる。具体的には、回転機能を備えたＣ型アームの両端にＸ線照射部７及びＸ線検出器８が固定される。そして、Ｘ線照射部７は、Ｘ線管により被検体Ｏに向けて所定の角度からＸ線を照射し、被検体Ｏを透過したＸ線をＸ線検出器８で検出できるように構成される。
また、寝台１０の天板の傾斜及び位置を駆動機構９によって調整することができる。更に、寝台１０にセットされた被検体Ｏの近傍には、被検体Ｏに造影剤を注入するための造影剤注入装置１３が設けられる。
尚、図１にはＸ線診断装置１が循環器用である場合の例を示しているが、乳房撮影用など用途に応じてＸ線照射部７、Ｘ線検出器８及び寝台１０の配置が異なる場合もある。
制御系３の高電圧発生装置３Ａは、Ｘ線照射部７のＸ線管に高電圧を印加することによって、所望のエネルギを有するＸ線を被検体Ｏに向けて照射させる装置である。撮影位置制御装置３Ｂは、駆動機構９に制御信号を出力して制御する装置である。すなわち、Ｘ線照射部７及びＸ線検出器８の回転角度及び位置並びに寝台１０の天板の傾斜及び位置は、撮影位置制御装置３Ｂから駆動機構９に出力される制御信号によって制御される。
システム制御部３Ｃは、高電圧発生装置３Ａ、撮影位置制御装置３Ｂ及びデータ処理系４を含むＸ線診断装置１の各構成要素を制御するシステムである。
データ処理系４は、Ｘ線検出器８において検出されたＸ線検出データに基づいて被検体Ｏに固有の情報を表すＸ線画像データを生成するシステムである。データ処理系４は、コンピュータ１５で構成することができる。コンピュータ１５は、医用画像処理プログラムを実行することにより医用画像処理装置１５として機能する。すなわち、Ｘ線診断装置１には、医用画像処理装置１５が内蔵される。
但し、同様な機能を有する独立した医用画像処理装置を、ネットワークを介してＸ線診断装置１に接続するようにしても良い。その場合には、医用画像処理装置に、Ｘ線診断装置１からネットワークを介してＸ線検出データを取得するデータ取得部としての機能が備えられる。また、Ｘ線診断装置１に内蔵される医用画像処理装置１５又はＸ線診断装置１とネットワークを介して接続される医用画像処理装置を構成するために回路を用いてもよい。
次に、Ｘ線検出器８の構成及び機能について説明する。
図２は、図１に示すＸ線検出器８の詳細構成例を示す図である。
Ｘ線検出器８は、２次元状に配列された光子計数型の複数の画像センサ２０を用いて構成される。各画像センサ２０は、画素に対応している。従って、画素数だけ画像センサ２０が設けられる。
このため、Ｘ線検出器８の画素が１次元の場合には、画像センサ２０を１次元的に配列することによってＸ線検出器８を構成することができる。但し、ここでは、実用的な２次元の画素を有するＸ線検出器８を例に説明する。
各画像センサ２０は、入射したＸ線の光子を検出し、エネルギレベル毎にＸ線光子を計数する機能を有している。従って、各画像センサ２０では、入射したＸ線光子のエネルギの弁別が行われる。具体的には、各画像センサ２０では、入射したＸ線光子のエネルギに応じた電気パルスの生成と、生成された電気パルスのパルス波高を複数のレベルに分けてレベルごとに計数する処理とが実行される。尚、電気パルスの波高値が所定の閾値よりも小さい場合には計数しないようにすることによって、ノイズを低減することができる。
図２に示す例では、上述のような機能を備えるために、半導体セル２１、チャージアンプ２２、波形整形回路２３、複数の比較器２４、複数のスイッチ２５、閾値論理回路２６及び複数のカウンタ（計数器）２７を用いて各画像センサ２０が構成されている。
半導体セル２１は、テルル化カドミウム(CdTe)半導体、テルル化カドミウム亜鉛(CdZnTe) 半導体、シリコン(Si)半導体等によって構成することができる。半導体セル２１の出力側には、チャージアンプ２２が接続される。
チャージアンプ２２は、半導体セル２１に入射したＸ線光子に応答して集電される電荷をチャージアップして電気量のパルス信号として出力する。チャージアンプ２２の出力側には、波形整形回路２３が接続される。
波形整形回路２３は、チャージアンプ２２から出力されるパルス信号の周波数特性を調整し、かつゲイン及びオフセットを与えることによってパルス信号の波形を整形する回路である。波形整形のためのゲイン及びオフセットは、半導体セル２１及びチャージアンプ２２毎の特性の不均一性が低減させるように調整される。これにより、波形整形回路２３から出力されるパルス信号は、半導体セル２１に入射したＸ線光子のエネルギ量に対応する特性を有する信号となる。
波形整形回路２３の出力側には、m個の比較器２４が並列に接続される。m個の比較器２４の後段には、それぞれスイッチ２５が接続されている。そして、波形整形回路２３から出力されるパルス信号は、対応するＸ線光子のエネルギ量に応じていずれかの比較器２４を経由し、経由した比較器２４に接続された１つのスイッチ２５をONに切換えるように構成されている。
具体的には、各比較器２４の基準入力端には、それぞれ互いに異なる閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmが印加される。すなわち、各比較器２４に入力されるパルス信号の振幅は、それぞれ閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmと比較される。この結果、閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmを超えたパルス信号のみが対応する比較器２４から出力され、比較器２４に接続されたスイッチ２５をONに切換える。尚、最も小さい閾値電圧TH1以下の振幅を有するパルス信号は、ノイズとみなされて除去される。
閾値論理回路２６の入力側は、複数のスイッチ２５と接続される。また、閾値論理回路２６の出力側には、弁別されるＸ線光子のエネルギ帯域に対応する複数のカウンタ２７が並列に接続される。閾値論理回路２６は、各スイッチ２５がON状に切換ったか否かを判定することによって、パルス信号の振幅が、どの閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THm間であるかを計測する回路である。閾値論理回路２６におけるパルス信号の振幅の計測結果は、エネルギ弁別信号として対応するカウンタ２７に出力される。
これにより、各カウンタ２７において、半導体セル２１に入射したＸ線光子の数をエネルギ帯域別に計数することができる。各カウンタ２７からは、Ｘ線光子の計数結果がデジタルデータとして出力される。従って、Ｘ線検出器８の１つの画素に対応する画像センサ２０からは、複数のエネルギ帯域に対応する計数結果がＸ線検出データとして出力されることとなる。
次に、医用画像処理装置１５の機能について説明する。
図３は、図１に示す医用画像処理装置１５の機能ブロック図である。
医用画像処理装置１５は、検査情報管理部３０、制御信号生成部３１、閾値設定部３２、閾値保存部３３、Ｘ線画像生成部３４、キャリブレーションデータ保存部３５、吸収係数保存部３６、画像データ保存部３７、DSA画像生成部３８、部位判定部３９、疑似画像生成部４０及び表示処理部４１を有する。
検査情報管理部３０は、被検体Ｏの識別情報や撮影部位等の検査情報を管理する機能を有する。検査情報は、ネットワークを介して検査オーダ情報等として取得することができる。
制御信号生成部３１は、制御系３のシステム制御部３Ｃに検査情報に応じた制御信号を出力することにより、高電圧発生装置３Ａ及び撮影位置制御装置３Ｂを通じてＸ線照射部７及び駆動機構９を制御する機能を有する。
閾値設定部３２は、Ｘ線検出器８の各画像センサ２０においてＸ線光子のエネルギを弁別するための閾値を設定し、設定した閾値に対応する閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmを各比較器２４に印加する機能を有する。すなわち、閾値設定部３２における閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmの設定により、Ｘ線光子を弁別するための複数のエネルギ帯域を決定することができる。
従って、閾値設定部３２は、Ｘ線検出器８においてＸ線の光子を計数するための複数のエネルギ帯域を設定するエネルギ帯域設定部としての機能を有している。そして、閾値設定部３２では、Ｘ線の照射条件に応じて複数のエネルギ帯域を可変設定できるように構成されている。
図４は、図３に示す閾値設定部３２において設定される閾値電圧と弁別されるＸ線光子のエネルギとの関係の一例を示す図であり、図５は、図３に示す閾値設定部３２における閾値の設定により弁別されるＸ線光子のエネルギ分布を示す図である。
図４において横軸はＸ線検出器８の画像センサ２０に入射するＸ線光子のエネルギ[keV]を示し、縦軸は画像センサ２０の比較器２４に印加される閾値電圧[V]を示す。図４に示すように、各比較器２４に印加される閾値電圧の調整によって、エネルギ帯域の境界を可変設定することができる。
図５において横軸はＸ線管から放出されるＸ線光子のアルミニウムフィルタによるフィルタ後のエネルギ[keV]を示し、縦軸はＸ線管から放出されるＸ線光子のアルミニウムフィルタによるフィルタ後の数を示す。図５に示すように、Ｘ線管から放出されるＸ線光子のスペクトルは、非線形かつ不連続なカーブを有するスペクトルとなる。従って、Ｘ線検出器８には、図５に示すようなＸ線スペクトルに応じたエネルギ分布を有するＸ線光子が入射することになる。
そこで、閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmの設定によってエネルギ方向を複数のエネルギ帯域に分割し、エネルギ帯域ごとにＸ線光子を計数することができる。図５に示す例では、３つの閾値電圧TH1, TH2, TH3によって３つのエネルギ帯域EB1, EB2, EB3が形成されている。また、最も小さい閾値電圧TH1よりもエネルギが小さいＸ線光子については、ノイズとみなして計数対象から除外することができる。
閾値保存部３３には、比較器２４に印加される閾値電圧TH1, TH2, TH3, ..., THmの組合せと、Ｘ線の照射条件とを関連付けたテーブルが保存される。すなわち、閾値保存部３３は、Ｘ線の複数の照射条件に対応する、複数のエネルギ帯域の複数の組合せを保存するエネルギ帯域設定情報保存部としての機能を有している。
そして、閾値設定部３２は、閾値保存部３３に保存されたテーブルを参照することによって、Ｘ線の照射条件に応じた適切なＸ線光子のエネルギ帯域を設定できるように構成されている。すなわち、閾値設定部３２では、閾値保存部３３に保存された複数のエネルギ帯域の複数の組合せのうち、Ｘ線の照射条件に対応する複数のエネルギ帯域の組合せを設定することができる。尚、エネルギ帯域を設定するためのＸ線の照射条件は、制御信号生成部３１から取得することができる。
Ｘ線画像生成部３４は、Ｘ線検出器８の各画素に対応する画像センサ２０からそれぞれエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果として出力されるＸ線検出データに基づいて、被検体Ｏの画素ごとの厚さ情報としてＸ線画像データを生成する機能を有する。特に、Ｘ線画像生成部３４は、Ｘ線管から放出されるＸ線光子のスペクトル、Ｘ線検出器８固有のＸ線吸収特性及び被検体Ｏ固有のＸ線吸収特性の影響が除去された被検体Ｏ固有の厚さを示す情報としてＸ線画像データを生成するように構成されている。
以下、Ｘ線画像生成部３４におけるＸ線画像データの生成方法について説明する。
Ｘ線検出器８の各画像センサ２０において弁別されるＸ線光子のエネルギ帯域及びカウンタ２７の数がn個である場合、i番目のカウンタ２７において計数結果として出力される計数信号C(xp, Ei)は、式(1)で表される。
C(xp, Ei) = ∫dE・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Dabs(E, xd) (1)
但し、式(1)において、
xp：Ｘ線のパス上における被検体Ｏを構成する物質の厚さ
E：Ｘ線光子のエネルギ
Ei：画像センサ２０で弁別されるi番目のエネルギ帯域の中心エネルギ
∫dE：（Ei-ΔE/2）から（Ei+ΔE/2）までの積分
ΔE：画像センサ２０で弁別されるエネルギ帯域の幅
φ(E)：対応する画素に向けてＸ線管から放射され、ビームフィルタを透過したエネルギEのＸ線光子のエネルギ密度
Matt(E)：Ｘ線管とＸ線検出器８の検出面との間に存在するＸ線吸収体によるエネルギEのＸ線に対する吸収特性
Patt(E, xp)：被検体ＯによるエネルギEのＸ線に対する吸収特性
Dabs(E, xd)：Ｘ線検出器８によるエネルギEのＸ線に対する吸収特性
xd：Ｘ線検出器８を構成する物質の厚さ
である。
尚、Ｘ線吸収体としては天板、ブッキーカバー、グリッドのＸ線透過部、Ｘ線検出器８の入射部におけるカバー、乳房撮影装置の場合に使用される圧迫板等が挙げられる。
また、式(1)において、被検体ＯによるＸ線の吸収特性Patt(Ei, xp)及びＸ線検出器８によるＸ線の吸収特性Dabs(Ei, xd)は、それぞれ式(2)及び式(3)で表される。
Patt(Ei, xp) = exp{-μp(Ei)・xp} (2)
Dabs(Ei, xd) = 1-exp{-μd(Ei)・xd} (3)
但し、式(2)及び式(3)において、
μp(Ei)：被検体Ｏを構成する物質のi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線吸収係数
μd(Ei)：Ｘ線検出器８を構成する物質のi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線吸収係数
である。
尚、被検体Ｏを構成する物質には、水素H、炭素C、酸素O及び窒素Nがある。すなわち、厳密には、被検体Ｏは、複数の物質で構成される。但し、従来のＸ線診断装置では、被検体Ｏを構成する物質を区別せずに、被検体Ｏの厚さのみが輝度値で画像化される。従って、従来のＸ線診断装置により撮影されるＸ線画像と同様な特性を維持しつつ画質が改善されたＸ線画像を生成する観点から、被検体Ｏを構成する物質を代表的な１つの元素又は仮想的な１つの平均的元素として計算する。
式(1)における積分の中の関数は連続であるため、式(4)が成立するようなエネルギEi' (Ei-ΔE/2 < Ei' < Ei+ΔE/2)が存在する。
C(xp, Ei) = φ(Ei')・Matt(Ei')・Patt(Ei', xp)・Dabs(Ei', xd)・ΔE (4)
式(4)においてφ(Ei')・ΔEはi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の数に相当する。そこで、φ(Ei')・ΔEをN(Ei, ΔE)と表記し、かつEi' ≒ Eiと近似すると、カウンタ２７から出力される計数信号C(xp, Ei)は式(5)で表される。
C(xp, Ei) = N(Ei, ΔE)・Matt(Ei)・Patt(Ei, xp)・Dabs(Ei, xd) (5)
但し、式(5)において、
N(Ei, ΔE) ：対応する画素に向けてＸ線管から放射され、ビームフィルタを透過したＸ線光子のうちi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の数
である。
式(2)及び式(5)から被検体Ｏの厚さxpを式(6)に示すように算出することができる。
xp =ln[C(xp, Ei)/{N(Ei, ΔE)・Dabs(Ei, xd)}]/{-μp(Ei)} (6)
式(6)において、画像センサ２０で弁別されるエネルギ帯域の幅ΔE、画像センサ２０で弁別されるi番目のエネルギ帯域の中心エネルギEi、Ｘ線管とＸ線検出器８の検出面との間に存在するＸ線吸収体によるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性Matt(Ei)及びＸ線検出器８によるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性Dabs(Ei, xd)は、Ｘ線撮影に先立って既知である。
また、Ｘ線管から放射されるi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の数N(Ei, ΔE)は、Ｘ線の曝射が終了した時点で、Ｘ線管に印加された電圧、Ｘ線管に供給された電流、Ｘ線の照射時間、Ｘ線の焦点からＸ線検出器８までの距離等の条件が決まるので、この時点でＸ線管の特性から知ることができる。
画像センサ２０で弁別されるエネルギ帯域の幅ΔE及び画像センサ２０で弁別されるi番目のエネルギ帯域の中心エネルギEiは、Ｘ線検出器８の設計仕様として決定することができる。また、Ｘ線管とＸ線検出器８の検出面との間に存在するＸ線吸収体によるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性Matt(Ei)及びＸ線検出器８によるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性Dabs(Ei, xd)は、Ｘ線診断装置１の設計仕様として概ね決定することが可能である。Ｘ線管から放射されるi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の数N(Ei, ΔE)については上記のようにＸ線の曝射が終了した時点で決定することが可能である。
従って、各画素に対応する画像センサ２０のカウンタ２７から出力される計数信号C(xp, Ei)と既知の情報を用いて式(6)から各画素位置における被検体Ｏの厚さxpを算出することができる。
但し、式(6)において、Ｘ線管から放射されるＸ線光子の数N(Ei, ΔE)、Ｘ線吸収体によるＸ線の吸収特性Matt(Ei)及びＸ線検出器８によるＸ線の吸収特性Dabs(Ei, xd)には、ばらつきや経時変化が生じる可能性がある。そこで、Ｘ線診断装置１の出荷時、据付時、据付後の定期的な検査時等において、各特性値をキャリブレーションすることが望ましい。
各特性値のキャリブレーションは、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器８の検出面との間における距離として定義されるSID(source image distance)と、Ｘ線の線質とを設定した後、患者やファントム等の被検体Ｏをセットせずに、Ｘ線撮影を行うことによって実行することができる。Ｘ線の線質は、Ｘ線管に印加される管電圧及びビームフィルタの種類によって調整することができる。また、キャリブレーションの際には、Ｘ線検出器８が飽和しないように、Ｘ線管に印加される管電圧及びＸ線の照射時間を調整することが必要である。
キャリブレーションにおいてカウンタ２７からi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数結果として出力される計数信号C(Ei)は式(7)で表される。
C(Ei) = Nu(Ei, ΔE)・mAs・Matt(Ei)・Dabs(Ei, xd) (7)
但し、式(7)において、
mAs：Ｘ線管に印加される管電圧とＸ線の照射時間の積
Nu(Ei, ΔE)：対応する画素に向けてＸ線管から放射されるＸ線光子のうちi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の単位mAs当たりの数
である。
式(7)で表される計数信号C(Ei)を、Ｘ線管に印加される管電流とＸ線の照射時間の積mAsで除算すると式(8)で示されるキャリブレーションデータCcal(Ei)が得られる。
Ccal(Ei) = C(Ei)/mAs = Nu(Ei, ΔE)・Matt(Ei)・Dabs(Ei, xd) (8)
従って、式(5)で表されるカウンタ２７の計数信号C(xp, Ei)は、キャリブレーション時におけるmAsと式(8)で示されるキャリブレーションデータCcal(Ei)を用いて式(9)で表すことができる。
C(xp, Ei) = Ccal(Ei)・mAs・Patt(Ei, xp) (9)
式(9)におけるキャリブレーションデータCcal(Ei)は、Ｘ線撮影に先立って様々な条件下で取得しておくことができる。すなわち、Ｘ線撮影において使用される全ての線質、SID及び撮影角度についてそれぞれキャリブレーションを実行することにより、線質ごと、SIDごと及び撮影角度ごとのキャリブレーションデータCcal(Ei)を取得することができる。
尚、撮影角度は、例えば、Ｘ線の焦点とＸ線検出器８の検出面の中心を結ぶ直線と、Ｘ線検出器８の検出面の法線とのなす角度として定義することができる。従って、撮影角度が変化すると、Ｘ線検出器８の有効厚さが変わることとなる。
Ｘ線管に印加される管電圧、SID及び撮影角度が変化すると、キャリブレーションデータCcal(Ei)は連続的に変化する。そこで、管電圧、SID及び撮影角度については、各設定範囲内の複数の設定値についてキャリブレーションを行い、中間的な管電圧、SID及び撮影角度に対応するキャリブレーションデータCcal(Ei)を補間により求めるようにしてもよい。
このように、キャリブレーションデータCcal(Ei)は、エネルギ帯域、線質、SID及び撮影角度等の条件ごとに予め取得することができる。従って、キャリブレーションデータCcal(Ei)は、エネルギ帯域Ei、線質BQ、SID及び撮影角度θをパラメータとして、Ccal(Ei, BQ, SID, θ)と表記することができる。
キャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)の計算は、Ｘ線画像生成部３４において実行することができる。そのために、Ｘ線画像生成部３４は、キャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)の計算に必要な、管電圧、ビームフィルタの種類、SID、撮影角度θ及びＸ線管に印加される管電圧とＸ線の照射時間の積mAs等のＸ線の照射条件を、制御信号生成部３１から取得できるように構成されている。また、画像センサ２０で弁別されるi番目のエネルギ帯域の中心エネルギEiは、設定された閾値電圧間の中心電圧として閾値設定部３２から取得することができる。
そして、Ｘ線の照射条件ごとのキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)の計算結果は、テーブルとしてキャリブレーションデータ保存部３５に保存することができる。更に、Ｘ線画像生成部３４は、Ｘ線撮影の際に、キャリブレーションデータ保存部３５に保存されたキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)を参照データとして参照できるように構成されている。従って、キャリブレーションデータ保存部３５は、複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する参照データ保存部としての機能を有している。
Ｘ線の各照射条件に対応するキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)を取得して保存すると、被検体ＯのＸ線撮影時において、カウンタ２７から出力される計数信号C(xp, Ei)に基づいて、Ｘ線診断装置１の経年変化や特性のばらつきに依存しない被検体Ｏの厚さxpを算出することが可能となる。すなわち、参照データ保存部としてのキャリブレーションデータ保存部３５に保存された複数の参照データのうち、被検体Ｏに照射されたＸ線の照射条件に対応する参照データを参照することによってＸ線画像データを生成することが可能となる。
具体的には、式(9)に基づいて、式(10)によりキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)から被検体ＯによるＸ線の吸収特性Patt(Ei, xp)を計算することができる。
Patt(Ei, xp) = C(xp, Ei)/{Ccal(Ei, BQ, SID, θ)・mAs} (10)
そうすると、式(2)から式(11)に示すように、被検体Ｏの厚さxpを算出することができる。
xp =ln[C(xp, Ei)/{Ccal(Ei, BQ, SID, θ)・mAs}]/{-μp(Ei)} (11)
式(11)に示す被検体Ｏの厚さxpを全ての画素について計算すると、被検体Ｏに固有の情報である被検体Ｏの厚さxpを画素値とするＸ線画像データを生成することができる。尚、キャリブレーションを行わない場合には、式(6)により、被検体Ｏの厚さxpを画素値とするＸ線画像データを生成することができる。
式(11)及び式(6)に示す被検体Ｏの厚さxpは、画像センサ２０で弁別及び計数されたi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)に基づいて計算されたものである。従って、i番目のエネルギ帯域に対応する被検体Ｏの厚さをxp(i)と表記すると、エネルギ帯域の数はn個であるから、n個の値として被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)が得られる。すなわち、Ｘ線光子の各エネルギ帯域についてそれぞれ被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)を計算することができる。従って、Ｘ線光子のエネルギ別に被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)を画素値とするＸ線画像データを生成することができる。
Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)は、いずれも被検体Ｏの厚さを示している。従って、Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)の平均をとることによって、精度を向上させることができる。
但し、各エネルギ帯域に対してＸ線管から放出されるＸ線光子の数は一般には一様ではない。そこで、式(12)に示すように、各エネルギ帯域に対応するＸ線光子の数に応じた重み付けを行って平均をとることが望ましい。
xp_ave = {w1・xp(1)+w2・xp(2)+w3・xp(3)+...+wn・xp(n)}/n (12)
但し、式(12)において、
xp_ave：Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)の加重平均値
w1, w2, w3, ..., wn：Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)に対する重み
である。
i番目のエネルギ帯域に対応する重みwiは、例えば式(13)で決定することができる。
wi = N(Ei, ΔE)/{N(E1, ΔE)+N(E2, ΔE)+N(E3, ΔE)+...+N(En, ΔE)} (13)
このように、Ｘ線光子のエネルギ別に被検体Ｏに固有の情報として求められた被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)を加重平均することによってＸ線画像データを生成することができる。すなわち、複数のエネルギ帯域別に計数されたＸ線の光子の計数結果に基づいて複数のエネルギ帯域別の複数フレームのＸ線画像データを生成し、複数フレームのＸ線画像データの重み付け加算処理によって単一フレームのＸ線画像データを生成することができる。
従って、Ｘ線管から放出されるＸ線光子のスペクトル、Ｘ線検出器８固有のＸ線吸収特性及び被検体Ｏ固有のＸ線吸収特性を含まない被検体Ｏの厚さxp_aveを、被検体Ｏの定量的なＸ線画像データとして生成することができる。
式(12)で得られる加重平均後の被検体Ｏの厚さxp_aveは、Ｘ線画像データとして画像データ保存部３７に保存及び表示処理部４１を通じて表示装置６に表示することができる。また、各エネルギ帯域に対応するカウンタ２７からの計数信号C(xp, Ei)及びエネルギ別の被検体Ｏの厚さxp(1), xp(2), ..., xp(n)についても、それぞれＸ線画像データとして画像データ保存部３７に保存及び表示処理部４１を通じて表示装置６に表示することができる。
一方、DSA画像生成部３８は、Ｘ線検出器８の各画素に対応する画像センサ２０からそれぞれエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果として出力されるＸ線検出データに基づいて、造影剤の画素ごとの厚さ情報としてDSA画像データを生成する機能を有する。特に、DSA画像生成部３８は、Ｘ線管から放出されるＸ線光子のスペクトル等の影響が除去された造影剤固有の厚さ情報としてDSA画像データを生成するように構成されている。
DSA画像データは、被検体Ｏの血管内に造影剤を投与して収集されたＸ線造影（コントラスト）画像データと被検体Ｏに造影剤を投与せずに収集されたマスク画像データとに基づいて生成することができる。すなわち、被検体Ｏに造影剤を投与して収集された複数のエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果としてのＸ線検出データと、被検体Ｏに造影剤を投与せずに収集された複数のエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果としてのＸ線検出データとに基づいて、被検体Ｏに投与された造影剤の厚さを示す情報としてＸ線画像データの一種であるDSA画像データを生成することができる。
以下、DSA画像生成部３８におけるDSA画像データの生成方法について説明する。
造影剤が投与された被検体Ｏを透過したＸ線光子のi番目のエネルギ帯域における計数結果を示す計数信号C(xp, xc, Ei)は、式(5)を導く過程と同様な過程によって式(14)で表される。
C(xp, xc, Ei) = N(Ei, ΔE)・Patt(Ei, xp)・Dabs(Ei, xd)・Catt(Ei, xc) (14)
但し、式(13)において、
xp：Ｘ線のパス上における被検体Ｏを構成する物質の厚さ
xc：Ｘ線のパス上における造影剤を構成する物質の厚さ
Ei：画像センサ２０で弁別されるi番目のエネルギ帯域の中心エネルギ
ΔE：画像センサ２０で弁別されるエネルギ帯域の幅
N(Ei, ΔE) ：対応する画素に向けてＸ線管から放射されるＸ線光子のうちi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の数
Patt(Ei, xp)：被検体Ｏによるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性
Dabs(Ei, xd)：Ｘ線検出器８によるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性
xd：Ｘ線検出器８を構成する物質の厚さ
Catt(Ei, xc)：造影剤によるi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線の吸収特性
である。
式(14)をキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)を用いて表すと式(15)が得られる。
C(xp, xc, Ei) = Ccal(Ei, BQ, SID, θ)・mAs・Patt(Ei, xp)・Catt(Ei, xc) (15)
式(14)及び式(15)に示すように、被検体Ｏに造影剤が投与された場合には、造影剤によるＸ線の吸収特性を表す項Catt(Ei, xc)が乗じられる。
式(15)から被検体Ｏ及び造影剤の双方によるＸ線の吸収特性Patt(Ei, xp)・Catt(Ei, xc)は式(16)で表される。
Patt(Ei, xp)・Catt(Ei, xc) = C(xp, xc, Ei)/{Ccal(Ei, BQ, SID, θ)・mAs} (16)
ここで、マスク画像データとＸ線造影画像データとがi番目のエネルギ帯域において同一とみなせるエネルギ密度φ(Ei)を有するＸ線光子の照射によって撮影されていれば、Ｘ線管に印加される管電圧とＸ線の照射時間の積mAsは、マスク画像データの撮影時とＸ線造影画像データとの間において同一にすることができる。また、照射するＸ線の線質もマスク画像データの撮影時とＸ線造影画像データとの間において同一にすることができる。
そうすると、マスク画像データの生成用に収集されるＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)は、造影剤を投与せずに計数されるＸ線光子の計数結果であるから、マスク画像データの収集時における被検体ＯのＸ線の吸収特性Patt(Ei, xp)は、式(10)で表される。
従って、式(16)及び式(10)から被検体ＯによるＸ線の吸収特性Patt(Ei, xp)を消去すると、式(17)が得られる。
Catt(Ei, xc) = C(xp, xc, Ei)/C(xp, Ei) (17)
造影剤によるＸ線の吸収特性Catt(Ei, xc)は、式(18)で表される。
Catt(Ei, xc) = exp{-μc(Ei)・xc} (18)
但し、式(18)において、μc(Ei)は、造影剤を構成する物質のi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線吸収係数である。
従って、式(17)及び式(18)から造影剤の厚さxcを式(19)に示すように算出することができる。
xc= ln{C(xp, xc, Ei)/C(xp, Ei)}/{-μc(Ei)} (19)
式(19)に示す造影剤の厚さxcは、画像センサ２０で弁別及び計数されたi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線光子の計数信号C(xp, Ei), C(xp, xc, Ei)に基づいて計算されたものである。従って、i番目のエネルギ帯域に対応する造影剤の厚さをxc(i)と表記すると、エネルギ帯域の数はn個であるから、n個の値として造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)が得られる。すなわち、Ｘ線光子の各エネルギ帯域についてそれぞれ造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)を計算することができる。従って、Ｘ線光子のエネルギ別に造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)を画素値とする画像データをDSA画像データとして生成することができる。
Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)は、いずれも造影剤の厚さを示している。従って、Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)の平均をとることによって、精度を向上させることができる。
但し、各エネルギ帯域に対してＸ線管から放出されるＸ線光子の数は一般には一様ではない。そこで、式(20)に示すように、各エネルギ帯域に対応するＸ線光子の数に応じた重み付けを行って平均をとることが望ましい。
xc_ave = {wc1・xc(1)+wc2・xc(2)+wc3・xc(3)+...+wcn・xc(n)}/n (20)
但し、式(20)において、
xc_ave：Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)の加重平均値
wc1, wc2, wc3, ..., wcn：Ｘ線光子の各エネルギ帯域に対応する造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)に対する重み
である。
i番目のエネルギ帯域に対応する重みwciは、非造影のＸ線画像データを求めるための式(13)と同様な計算式で決定することができる。
つまり、DSA画像データは、造影剤によるＸ線の吸収特性μc(Ei)とＸ線光子のエネルギ帯域ごとの計数結果の比で表されるエネルギ帯域ごとの造影剤の厚さ情報を加重平均することによって求めることができる。従って、Ｘ線管から放出されるＸ線光子のスペクトル、Ｘ線検出器８固有のＸ線吸収特性及び被検体Ｏ固有のＸ線吸収特性を含まない造影剤の厚さxp_aveを、造影剤の定量的なＸ線画像データを生成することができる。
尚、キャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)を用いない場合には、式(14)及びＸ線診断装置１の既知の特性値を用いて表される式(5)によって被検体ＯによるＸ線の吸収特性Patt(Ei, xp)を消去することができる。そして、DSA画像データを求めるための同様な計算式を導くことができる。
式(20)で得られる加重平均後の造影剤の厚さxc_aveは、DSA画像データとして画像データ保存部３７に保存及び表示処理部４１を通じて表示装置６に表示することができる。また、各エネルギ帯域に対応するカウンタ２７からの計数信号C(xp, xc, Ei)及びエネルギ別の造影剤の厚さxc(1), xc(2), ..., xc(n)についても、それぞれエネルギ別のDSA画像データとして画像データ保存部３７に保存及び表示処理部４１を通じて表示装置６に表示することができる。
表示処理部４１は、Ｘ線画像生成部３４、DSA画像生成部３８及び疑似画像生成部４０等の医用画像処理装置１５の構成要素において生成されたＸ線画像データに輝度値の割り当てなどの必要な表示処理を施して表示装置６に表示させる機能を有する。
画像データ保存部３７は、Ｘ線画像生成部３４、DSA画像生成部３８及び疑似画像生成部４０等の医用画像処理装置１５の構成要素において生成されたＸ線画像データを保存するための記憶装置である。
画像データ保存部３７に一旦保存されたＸ線画像データxp_ave, xp(1), ..., xp(n)及び計数信号 C(xp, E1), ..., C(xp, En)は、ネットワークを介して医用画像処理装置等の他の医用システムに外部出力することもできる。その場合、Ｘ線画像データの付帯情報として、対応するエネルギ帯域を特定する情報を付帯させることが、Ｘ線画像データに基づく様々な画像処理を効果的に行えるようにする観点から望ましい。
そこで、Ｘ線画像生成部３４は、Ｘ線画像データxp(1), ..., xp(n)及び計数信号 C(xp, E1), ..., C(xp, En)に、エネルギ帯域を特定する情報を付帯情報として付帯させるように構成される。DSA画像データについても同様である。このため、DSA画像生成部３８も、DSA画像データ xc(1), ..., xc(n)及び計数信号 C(xp, E1), ..., C(xp, En), C(xp, xc, E1), ..., C(xp, xc, En)に、エネルギ帯域を特定する情報を付帯情報として付帯させるように構成される。
このように、Ｘ線画像生成部３４及びDSA画像生成部３８において、単一のエネルギ帯域のエネルギを有するＸ線の光子の計数結果に基づいて単一のエネルギ帯域に対応し、かつ単一のエネルギ帯域を特定する情報を付帯情報として付帯させたＸ線画像データ及び計数信号を生成することができる。
疑似画像生成部４０は、Ｘ線検出器８からＸ線検出データとして出力されるＸ線光子のエネルギ別の計数信号或いは、画像データ保存部３７にエネルギ別の非造影Ｘ線画像データ又はエネルギ別のDSA画像データとして保存されたＸ線光子のエネルギ別の計数信号に基づいて、光子計数型でない従来の積分型のＸ線検出器を備えたＸ線診断装置により撮影されたＸ線画像データとの比較用の画像データを生成する機能を有する。
従来の積分型のＸ線検出器は、１画素に入射したＸ線光子によって発生した電荷を全エネルギに渡って積分して得られる信号をその画素の出力信号としている。比較用の画像データは、従来の積分型のＸ線診断装置により撮影されたＸ線画像データの特徴と同様な特徴が疑似的に付与された疑似画像データとして生成される。
疑似画像データは、式(21)より生成することができる。
Σ{Ei・C(xp, Ei)} = Σ{Ei・N(Ei, ΔE)・Matt(Ei)・Patt(Ei, xp)・Dabs(Ei, xd)}
(21)
但し、式(21)においてΣは、i=1からi=nまでの和を示す。
式(21)に示すように、Ｘ線光子のエネルギ帯域別の計数信号C(xp, Ei)に、対応するエネルギ帯域の中心エネルギEiを乗算し、かつ各エネルギ帯域についての乗算結果を加算することによって疑似画像データを生成することができる。
そうすると、光子計数型でない従来のＸ線検出器を備えたＸ線診断装置により撮影されるＸ線画像データと同様の特徴を有する疑似画像データを生成することができる。つまり、複数のエネルギ帯域別に計数されたＸ線の光子の各計数結果にそれぞれ対応するエネルギ帯域の中心エネルギを乗じた乗算結果を、複数のエネルギ帯域間において加算することによって、被検体Ｏに固有でない情報を含むＸ線画像データを疑似画像データとして生成することができる。このように生成される疑似画像データは、Ｘ線管から放出されるＸ線光子のスペクトル等の装置の特性の影響を含むＸ線画像データとなる。
同様に、造影剤の投与を伴って収集されたＸ線光子のエネルギ帯域別の計数信号C(xp, xc, Ei)からＸ線造影画像データの疑似画像データを生成することができる。その場合、疑似画像データとして生成されたマスク画像データと疑似画像データとして生成されたＸ線造影画像データとの差分処理によって、DSA画像データの疑似画像データを生成することもできる。
尚、Ｘ線検出器８から出力されるＸ線光子のエネルギ別の計数信号C(xp, Ei)を元データとして疑似画像データを生成する場合には、閾値設定部３２において設定された閾値に基づいてエネルギ帯域の中心エネルギEiを特定することができる。一方、画像データ保存部３７に画像データとして保存されたＸ線光子のエネルギ帯域別の計数信号C(xp, Ei)を元データとして疑似画像データを生成する場合には、画像データに付帯する付帯情報を参照してエネルギ帯域の中心エネルギEiを特定することができる。
このように、Ｘ線光子のエネルギ帯域別の計数信号C(xp, Ei)に中心エネルギEiを付帯させて画像データ保存部３７に保存すれば、Ｘ線光子のスペクトル等の影響が除去され定量的なＸ線画像データのみならず、Ｘ線光子のスペクトル等の影響を受けた疑似画像データを後処理として生成することが可能となる。
ところで、Ｘ線画像生成部３４におけるＸ線画像データの生成処理では、被検体Ｏを構成する物質を代表的な元素或いは仮想的な平均的元素として扱ったが、撮影部位に応じて平均的元素を変えてＸ線画像データを生成することもできる。例えば、撮影部位が胸部であれば、撮影対象は、肋骨、肺、心臓、上部消化管等である。一方、撮影部位が四肢であれば、撮影対象は、主として骨及び筋肉である。従って、撮影部位に応じて、被検体Ｏを構成する物質の組成が異なる。
そこで、吸収係数保存部３６には、複数の部位と被検体Ｏを構成する物質のi番目のエネルギ帯域に対応するＸ線吸収係数μp(Ei)とを関連付けたテーブルが保存される。すなわち、吸収係数保存部３６には、複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数μp(Ei)が保存されている。
そして、Ｘ線画像生成部３４は、検査情報管理部３０から検査情報に含まれる撮像部位の特定情報を取得し、撮像部位に対応する被検体ＯのＸ線吸収係数μp(Ei)を吸収係数保存部３６から読み込んでＸ線画像データの生成処理に用いるように構成される。すなわち、吸収係数保存部３６に保存された複数のＸ線吸収係数μp(Ei)のうち、被検体Ｏの部位に対応するＸ線吸収係数μp(Ei)を用いてＸ線画像データを生成することができる。これにより、より正確なＸ線吸収係数μp(Ei)に基づくＸ線画像データの生成が可能となる。
被検体ＯのＸ線吸収係数μp(Ei)の可変設定は、Ｘ線画像データのフレーム単位に限らず、画素単位に行うこともできる。すなわち、１フレームのＸ線画像データの画素ごとに被検体Ｏの骨、組織、臓器、器官等の部位を特定し、特定された部位に応じて画素ごとに適切なＸ線吸収係数μp(Ei)を用いてＸ線画像データを生成することができる。
部位判定部３９は、任意の１フレームのＸ線画像データに基づいて、各画素が被検体Ｏのどの部位に対応しているのかを判定する機能を有する。換言すれば、部位判定部３９は、Ｘ線画像データの画素位置ごとに被検体Ｏの部位を判定する機能を有している。
部位の判定用のＸ線画像データには、疑似画像生成部４０において生成された疑似画像データを用いることもできる。すなわち、疑似画像データに基づいて、部位を判定することができる。疑似画像データは、式(21)の左辺に示すように、Ｘ線検出器８から出力されるＸ線光子のエネルギ帯域別の計数信号C(xp, Ei)とエネルギ帯域の中心エネルギEiから計算することができる。
そこで、一旦、Ｘ線検出器８から出力されるＸ線検出データに基づいて疑似画像データを生成し、疑似画像データに基づいて各画素が対応している部位を判定することが実用的である。そして、疑似画像データに基づいて判定された画素ごとの部位情報に応じて、画素ごとに適切なＸ線吸収係数μp(Ei)を用いてＸ線画像データを生成することができる。
部位の判定は、Ｘ線画像データに対する２値化処理、エッジ抽出処理、解剖学情報に基づくパターンマッチング等の公知の画像認識処理によって行うことができる。すなわち、画像認識によって、Ｘ線画像データにおいて臓器や器官等の部位が占める領域を特定することができる。そうすると、Ｘ線画像データの各画素に部位を割り当てることができる。
そして、Ｘ線画像生成部３４は、部位判定部３９から取得した画素ごとの部位の特定情報に基づいて、画素ごとに部位に適切なＸ線吸収係数μp(Ei)を吸収係数保存部３６から取得してＸ線画像データを生成できるように構成されている。これにより、部位判定部３９における部位の判定結果に基づいて、画素位置ごとに部位に対応するＸ線吸収係数μp(Ei)を用いてＸ線画像データを生成することができる。
従って、より高品質なＸ線画像データを生成することが可能となる。例えば、ある画素が骨に対応していれば、骨のＸ線吸収係数μp(Ei)を用い、軟部組織に対応していれば、軟部組織のＸ線吸収係数μp(Ei)を用いてＸ線画像データを生成することができる。
但し、骨や筋肉等の部位に対応するＸ線吸収係数μp(Ei)を用いて被検体Ｏの厚さxp_aveを画素値とするＸ線画像データを生成しても、部位の厚さが同等であると異なる部位間において画素値も同等となる。その場合、骨や筋肉等の隣接する部位の区別が困難となる可能性がある。
そこで、Ｘ線画像生成部３４は、画素ごとの部位の特定情報をＸ線画像データに付帯情報として付帯させる機能を有している。これにより、Ｘ線画像データには、被検体Ｏの厚さ情報を表す画素値に加え、部位情報も画素ごとに保存されることとなる。そして、表示処理部４１では、Ｘ線画像データに付帯する部位の特定情報に基づいて、部位ごとに異なる色で表示させる表示処理等の部位の識別表示のための表示処理が可能となる。
（動作および作用）
次にＸ線診断装置１の動作および作用について説明する。
始めに、被検体Ｏの非造影のＸ線画像データを生成する場合の流れについて説明する。
まず、寝台１０の天板に被検体Ｏがセットされる。そして、制御系３の撮影位置制御装置３Ｂから撮像条件に応じた制御信号が出力され、駆動機構９が駆動する。これにより、Ｘ線照射部７及びＸ線検出器８が所定の位置に位置決めされる。一方、制御系３の高電圧発生装置３ＡからＸ線照射部７のＸ線管に高電圧が印加される。これにより、Ｘ線照射部７のＸ線管から被検体Ｏの撮像部位にＸ線が照射される。
そして、被検体Ｏを透過したＸ線の光子が、Ｘ線検出器８によりＸ線検出データとして収集される。具体的には、Ｘ線検出器８において、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別にＸ線の光子を計数することによってＸ線検出データが収集される。
続いて、Ｘ線検出器８は、画素別かつエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果を、Ｘ線光子の計数信号としてＸ線画像生成部３４に出力する。そして、Ｘ線画像生成部３４では、Ｘ線画像データの生成処理が実行される。
図６は、図３に示すＸ線画像生成部３４において実行される処理の第１の例を示す図である。
図６は、Ｘ線診断装置１の既知の特性値を用いて、エネルギ帯域間における加重平均後の被検体Ｏの厚さxp_aveをＸ線画像データとして生成する場合の例を示している。尚、図６において矩形枠は２次元的に配列された数値を示し、角丸四角形は、１つの数値を示している。以降の図においても同様である。
Ｘ線撮影が行われると、Ｘ線画像生成部３４には、Ｘ線検出器８の各画素に対応する画像センサ２０からi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数結果が計数信号C(xp, Ei)として出力される。すなわち、図６に示すように、１番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数信号C(xp, E1)からn番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数信号C(xp, En)が各画像センサ２０からＸ線画像生成部３４に出力される。
そうすると、Ｘ線画像生成部３４は、式(6)に従ってＸ線光子のエネルギ帯域別にＸ線画像データを生成する。すなわち、まずエネルギ帯域ごとの計数信号C(xp, Ei)を、それぞれＸ線管から放射されるＸ線光子のうち対応するエネルギ帯域におけるＸ線光子の数N(Ei, ΔE)で除算する。Ｘ線光子の数N(Ei, ΔE)を求めるためのエネルギ帯域の幅ΔE及び中心エネルギEiは、閾値設定部３２から画像センサ２０の比較器２４に印加される閾値電圧を取得することによって特定することができる。
続いて、Ｘ線のエネルギ帯域ごとのＸ線検出器８によるＸ線の吸収特性Dabs(Ei, xd)での除算処理、対数変換処理、Ｘ線のエネルギ帯域ごとの被検体ＯによるＸ線吸収係数μp(Ei)での除算処理が実行される。これにより、Ｘ線のエネルギ帯域ごとの被検体Ｏの厚さxp(i)が得られる。
次に、式(12)に示すように、Ｘ線のエネルギ帯域ごとの被検体Ｏの厚さxp(i)が、エネルギ帯域ごとの重みwiを用いて重み付け加算される。この結果、Ｘ線画像データとして加重平均後の被検体Ｏの厚さxp_aveを求めることができる。
図７は、図３に示すＸ線画像生成部３４において実行される処理の第２の例を示す図である。
図７は、予めキャリブレーションによって取得したキャリブレーションデータCcal(Ei)を用いて、エネルギ帯域間における加重平均後の被検体Ｏの厚さxp_aveをＸ線画像データとして生成する場合の例を示している。
Ｘ線撮影が行われると、Ｘ線画像生成部３４には、Ｘ線検出器８の各画素に対応する画像センサ２０からi番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数結果が計数信号C(xp, Ei)として出力される。すなわち、図７に示すように、１番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数信号C(xp, E1)からn番目のエネルギ帯域におけるＸ線光子の計数信号C(xp, En)が各画像センサ２０からＸ線画像生成部３４に出力される。
そうすると、Ｘ線画像生成部３４は、式(11)に従ってＸ線光子のエネルギ帯域別にＸ線画像データを生成する。そのために、Ｘ線画像生成部３４は、制御信号生成部３１からＸ線管に印加された管電圧及びＸ線の照射時間を取得する。そして、Ｘ線画像生成部３４は、Ｘ線管に印加された管電圧とＸ線の照射時間との積mAsを計算する。
一方、Ｘ線画像生成部３４は、キャリブレーションデータ保存部３５からＸ線の照射条件に対応するエネルギ帯域別のキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)を取得する。そして、Ｘ線画像生成部３４は、管電圧とＸ線の照射時間との積mAsをキャリブレーションデータCcal(Ei, BQ, SID, θ)と掛け合わせて得られる値で、エネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, En)を除算する。
その後、図６に示す対数変換処理以降の処理と同様の処理が実行される。その結果、Ｘ線画像データとして加重平均後の被検体Ｏの厚さxp_aveを求めることができる。
図８は、図３に示すＸ線画像生成部３４において実行される処理の第３の例を示す図である。
図８は、図６に示す処理において、被検体ＯのＸ線吸収係数μp(Ei)を画素位置ごとに変える場合の例を示している。この場合には、Ｘ線検出器８からエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)がＸ線画像生成部３４及び疑似画像生成部４０の双方に出力される。そして、疑似画像生成部４０において疑似画像データが生成される。生成された疑似画像データは、部位判定部３９に与えられる。
そうすると、部位判定部３９は、疑似画像データに対する画像認識処理によって部位を判定し、判定結果を各画素に関連付ける。この結果、画素ごとに部位を特定する情報が生成される。部位判定部３９において生成された画素ごとの部位の特定情報は、Ｘ線画像生成部３４に与えられる。
Ｘ線画像生成部３４では、図６に示す処理と同様な処理が実行される。但し、Ｘ線画像生成部３４は、部位判定部３９から取得した画素ごとの部位の特定情報に基づいて、画素ごとに部位に対応する被検体ＯのＸ線吸収係数μp(Ei)を吸収係数保存部３６から取得する。例えば、図示されるように骨のＸ線吸収係数μp(Ei)と軟部組織のＸ線吸収係数μp(Ei)とを、画素ごとに切換えて吸収係数保存部３６から取得することができる。そして、画素ごとに選択されたＸ線吸収係数μp(Ei)を用いてＸ線画像データの生成処理が実行される。
また、Ｘ線画像生成部３４は、画素ごとの部位の特定情報をＸ線画像データに付帯情報として付帯させる。これにより、Ｘ線画像データxp_aveには被検体Ｏの厚さ情報である画素値とともに部位判定部３９から出力される部位情報も画素ごとに保存される。従って、Ｘ線画像データを受け取る表示処理部４１では、部位情報により表示色を変え、厚さ情報により表示色の濃淡を変えて表示する表示処理等を施すことができる。これにより、部位を識別することが可能なＸ線画像を表示装置６に表示させることができる。
次に、被検体ＯのDSA画像データを生成する場合の流れについて説明する。
図９は、図３に示すDSA画像生成部３８において実行される処理を示す図である。
DSA画像データを生成する場合には、DSA画像生成部３８において式(19)及び式(20)に示す演算が実行される。そのために、非造影でマスク画像データの撮影が行われる。この場合、Ｘ線検出器８からエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)がDSA画像生成部３８に出力される。そうすると、DSA画像生成部３８は、処理上のスイッチを切換えてＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)をマスク画像データとして画像データ保存部３７に保存する。
次に、Ｘ線造影撮影が実行される。この場合、造影剤を透過したエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, xc, Ei)がＸ線検出器８からDSA画像生成部３８に出力される。そうすると、DSA画像生成部３８は、処理上のスイッチを切換えて、造影剤を透過したエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, xc, Ei)を、マスク画像データとして画像データ保存部３７に保存されたエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)で除算する処理を行う。
その後、図６に示す対数変換処理以降の処理と同様の処理が実行される。但し、被検体ＯのＸ線吸収係数μp(Ei)ではなく、造影剤のＸ線吸収係数μc(Ei)での除算処理が行われる。また、重み付け加算処理は、式(20)に示すように、造影剤の厚さxc(i)に対する重みwciを用いた処理となる。これにより、DSA画像データとして加重平均後の造影剤の厚さxc_aveを求めることができる。
次に、被検体Ｏの疑似画像データを生成する場合の流れについて説明する。
図１０は、図３に示す疑似画像生成部４０において実行される処理を示す図である。
疑似画像データとして被検体ＯのＸ線透視画像データを生成する場合には、Ｘ線検出器８からエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)が医用画像処理装置１５に出力される。疑似画像データは、リアルタイム処理又は後処理として生成することができる。
Ｘ線撮影時にリアルタイムに疑似画像データを生成する場合には、Ｘ線検出器８の出力側が疑似画像生成部４０の入力側と接続されるように、医用画像処理装置１５に設けられる処理上の第１のスイッチ(SW1)及び第２のスイッチ(SW2)が切換る。従って、エネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)が疑似画像生成部４０に入力される。
そして、疑似画像生成部４０では、式(21)に示す演算処理が実行される。すなわち、Ｘ線光子のエネルギ帯域別の計数信号C(xp, Ei)に、対応するエネルギ帯域の中心エネルギEiが乗算される。そして、エネルギ帯域別の乗算結果を互いに加算することによって疑似画像データが生成される。
一方、Ｘ線撮影後に、後処理として疑似画像データを生成する場合には、Ｘ線検出器８の出力側がＸ線画像生成部３４を通じて画像データ保存部３７と接続されるように、医用画像処理装置１５に設けられる処理上の第１のスイッチ(SW1)が切換る。従って、エネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)が画像データ保存部３７に保存される。但し、Ｘ線画像生成部３４が、エネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)を、各エネルギ帯域の中心エネルギEiの特定情報を付帯させたエネルギ帯域別のＸ線画像データとして画像データ保存部３７に保存する。
そして、Ｘ線撮影後の任意のタイミングで、疑似画像生成部４０が画像データ保存部３７にアクセスできるように第２のスイッチ(SW2)が切換る。そうすると、疑似画像生成部４０は、画像データ保存部３７からエネルギ帯域別のＸ線光子の計数信号C(xp, Ei)を画素値とするＸ線画像データを読み込む。続いて、疑似画像生成部４０は、式(21)に示す演算処理を実行する。これにより、疑似画像データが事後的に生成される。尚、エネルギ帯域の中心エネルギEiは、Ｘ線画像データに付帯する付帯情報から取得することができる。
つまり以上のようなＸ線診断装置１は、光子計数型のＸ線検出器８を用いてエネルギ帯域別にＸ線光子の計数を行い、エネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果に基づいて、被検体Ｏの固有情報又は被検体Ｏに投与された造影剤の固有情報としてＸ線スペクトル等の影響のないＸ線画像データを生成できるようにしたものである。更に、Ｘ線診断装置１は、光子計数型でないＸ線検出器を備えた従来のＸ線診断装置によって撮影されたＸ線画像データと比較できるように、エネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果に基づいて、Ｘ線スペクトル等の影響を受けた従来と同等なＸ線画像データを疑似画像データとして生成できるようにしたものである。
（効果）
このため、Ｘ線診断装置１によれば、Ｘ線管から放出されたＸ線光子のスペクトル、Ｘ線検出器８固有のＸ線吸収特性及び被検体Ｏ固有のＸ線吸収特性を含まない被検体Ｏの固有情報又は被検体Ｏに投与された造影剤の固有情報としてＸ線画像データを生成することができる。
一方、従来の光子計数型でないＸ線検出器を備えたＸ線診断装置の場合には、Ｘ線管から放出されたＸ線光子のスペクトル、Ｘ線検出器８のＸ線吸収特性及び被検体ＯのＸ線吸収特性の影響を受けたＸ線画像データが撮影される。このため、従来のＸ線診断装置で撮影されたＸ線画像データの場合には、同一の被検体ＯであってもＸ線管から放出されたＸ線光子のスペクトル、Ｘ線管に印加される管電圧及びビームフィルタの種類に依存して変化するＸ線の線質に応じてコントラストが変化する。
従来のＸ線診断装置によって撮影されるＸ線画像データは、Ｘ線検出器の各画素位置において検出されるエネルギに比例する電気信号をデジタル変換することによって生成される。すなわち、２次元的に配列された画素ごとに検出されたエネルギに応じてＸ線検出器から出力される電気信号としてＸ線画像データが取得される。
厚さxpの被検体を透過したＸ線が従来のＸ線検出器の１画素で検出されるエネルギI(xp)は、式(22)で表される。
I(xp) = ∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・exp{-μp(E)・xp}・[1-exp{-μd(E)・xd}] (22)
但し、式(22)において、
xp：Ｘ線のパス上における被検体を構成する物質の厚さ
E：Ｘ線のエネルギ
∫dE：Ｘ線のエネルギ分布の最小値から最大値までの積分
φ(E)：各画素に向けてＸ線管から放射され、ビームフィルタを透過したＸ線光子のエネルギ密度
Matt(E)：Ｘ線管とＸ線検出器の検出面との間に存在するＸ線吸収体によるＸ線の吸収特性
μp(E)：被検体を構成する代表元素のＸ線吸収係数
μd(E)：Ｘ線検出器を構成する物質のＸ線吸収係数
xd：Ｘ線検出器を構成する物質の厚さ
である。
式(22)において式(23)及び式(24)に示すように定義すると式(22)は式(25)に書き換えられる。
Dabs(E, xd) = 1-exp{-μd(E)・xd} (23)
Patt(E, xp) = exp{-μp(E)・xp} (24)
I(xp) = ∫dE・E・φ(E)・Patt(E, xp)・Matt(E)・Dabs(E, xd) (25)
式(22)及び式(25)に示すように、従来のＸ線診断装置によって撮影されるＸ線画像データは、被検体固有の情報である厚さxp自体を表しておらず、被検体のＸ線吸収係数μp(E)、Ｘ線管から放出されるＸ線のエネルギ密度、Ｘ線管とＸ線検出器の検出面との間に存在するＸ線吸収体によるＸ線の吸収特性Matt(E)及びＸ線検出器のＸ線吸収特性Dabs(E,xd)の乗算結果を積分するという変換を受けた情報を表している。すなわち、従来のＸ線診断装置によって撮影されるＸ線画像データは、被検体の厚さにＸ線スペクトルの情報を加重積分して得られる情報を表している。これが、従来のＸ線診断装置で同一の被検体を撮影してもＸ線の線質が異なると、異なるコントラストを有するＸ線画像データが撮影される理由である。
従って、異なる日時に撮影した２フレームのＸ線画像データを差分することによって経時的な変化を検出する経時差分法を従来のＸ線診断装置を用いて行うと、Ｘ線の線質の相違による影響を補正することが必要である。すなわち、従来のＸ線診断装置により撮影された同一の被検体の２フレームのＸ線画像データに対して単純な差分処理を行っても、経時的な変化を検出することが困難となる場合がある。
特に、近年では、Ｘ線診断装置によって撮影されたＸ線画像データが、異なる医療機関で利用される場合もある。従って、異なる医療機関において撮影された２フレームのＸ線画像データに対して経時的な変化を検出するための差分処理が施される場合もある。そのような場合には、Ｘ線画像データの撮影に使用されたＸ線診断装置が異なるため、Ｘ線の線質の相違が一層問題となる。
これに対して、Ｘ線診断装置１によれば、Ｘ線管から放出されたＸ線光子のスペクトル、Ｘ線管に印加される管電圧及びビームフィルタの種類に依存して変化するＸ線の線質に依らず、同等なコントラストを有する定量的なＸ線画像データを生成することができる。すなわち、式(12)に示すように、Ｘ線管から放射されるＸ線のスペクトルに関する情報を含まない被検体Ｏの厚さxp_aveとしてＸ線画像データが得られる。
これにより、異なる日時において撮影されたＸ線画像データに対する単純な差分処理や比較によって経時的な変化を検出することが可能となる。また、異なる医療機関において撮影されたＸ線画像データに対しても差分及び比較が容易となる。
加えて、Ｘ線診断装置１によれば、従来のＸ線診断装置においてDSA画像データを撮影する場合に問題となっているビームハードニングの影響を低減することができる。ビームハードニングは、従来のＸ線診断装置によって撮影されるＸ線画像データが式(22)及び式(25)に基づいて生成されることに起因している。
DSA画像データは、非造影のＸ線画像データをマスク画像データとしてＸ線造影画像データから差分処理することによって生成される差分画像データであるから、造影剤以外の情報が除去されることが望ましい。特に、被検体の構造を表す情報が除去されることが重要である。しかしながら、従来のＸ線診断装置において撮影されたDSA画像データからは被検体の構造を表す情報が完全に除去されない。
従来のＸ線診断装置において撮影されるＸ線造影画像データは、式(26)で表す従来のＸ線検出器の１画素で検出されるＸ線のエネルギI(xp, xc)に対応する画像データとなる。
I(xp, xc)
= ∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Dabs(E, xd)・exp{-μc(E)・xc} (26)
となる。
但し、式(26)において、xcはＸ線のパス上における造影剤を構成する物質の厚さであり、他のパラメータは式(25)と同じである。
式(26)において、式(27)に示すように定義すると式(26)は式(28)に書き換えられる。
Catt(E, xc) = exp{-μc(E)・xc} (27)
I(xp, xc) = ∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Dabs(E, xd)・Catt(E, xc)
(28)
一方、従来のＸ線診断装置において非造影で撮影されるマスク画像データは、式(25)に対応する画像データとなる。そして、DSA画像データは、対数変換後におけるマスク画像データとＸ線造影画像データとの差分処理によって生成される。従って、従来のＸ線診断装置において生成されるDSA画像データSub(xp, xc)は、式(29)で表される。
Sub(xp,xc) = ln{I(xp, xc)}-ln{I(xp)}
= ln{∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Dabs(E, xd)・Catt(E, xc)}-ln{∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Dabs(E, xd)} (29)
従って、被検体の厚さがxp+Δxpである場合には、式(29)から従来のＸ線診断装置において生成されるDSA画像データSub(xp+Δxp, xc)は、式(30)で表される。
Sub(xp+Δxp,xc) = ln{I(xp+Δxp, xc)}-ln{I(xp+Δxp)}
= ln{∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Patt(E, Δxp)・Dabs(E, xd)・Catt(E, xc)}-ln{∫dE・E・φ(E)・Matt(E)・Patt(E, xp)・Patt(E, Δxp)・Dabs(E, xd)} (30)
式(29)及び式(30)は、従来のＸ線診断装置において生成されるDSA画像データの画素値は、造影剤の厚さxcが同一であっても、被検体の厚さが異なると変化することを表している。従って、従来のＸ線診断装置においてDSA画像データを生成すると、造影剤の分布が被検体内で同等であっても、画素位置ごとの被検体の構造の相違に起因して異なるコントラストで表示されることとなる。これが、ビームハードニング効果と呼ばれるものである。
更に、式(29)及び式(30)に示すように、従来のＸ線診断装置により生成されるDSA画像データは、システムを構成するもののＸ線にかかわる種々の特性を乗算、積分、対数変換、差分して得られる演算結果を表している。すなわち、従来のＸ線診断装置により生成されるDSA画像データは、造影剤の厚さ情報そのものを表していない。その結果、血管の内径の定量評価や血流量の定量評価が困難である。
これに対して、Ｘ線診断装置１によれば、定量情報として造影剤の厚さを表すDSA画像データを生成することができる。その結果、血管の内径の定量評価や血流量の定量評価が可能となる。
加えて、Ｘ線診断装置１によれば、従来のＸ線診断装置において撮影されるＸ線画像データと特性が大きく異なるＸ線画像データが収集されるが、従来のＸ線診断装置において撮影されるＸ線画像データと同等の特性を有するＸ線画像データを疑似的に生成することもできる。従って、Ｘ線診断装置１において撮影されたＸ線画像データと、従来のＸ線診断装置において撮影されたＸ線画像データとを比較することも可能である。
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
１...Ｘ線診断装置、２...撮影系、３...制御系、３Ａ...高電圧発生装置、３Ｂ...撮影位置制御装置、３Ｃ...システム制御部、４...データ処理系、５...入力装置、６...表示装置、７...Ｘ線照射部、８...Ｘ線検出器、９...駆動機構、１０...寝台、１３...造影剤注入装置、１５...医用画像処理装置（コンピュータ）、２０...画像センサ、２１...半導体セル、２２...チャージアンプ、２３...波形整形回路、２４...比較器、２５...スイッチ、２６...閾値論理回路、２７...カウンタ（計数器）、３０...検査情報管理部、３１...制御信号生成部、３２...閾値設定部、３３...閾値保存部、３４...Ｘ線画像生成部、３５...キャリブレーションデータ保存部、３６...吸収係数保存部、３７...画像データ保存部、３８...DSA画像生成部、３９...部位判定部、４０...疑似画像生成部、４１...表示処理部、Ｏ...被検体

Claims (21)

  1. 被検体にＸ線を照射するＸ線照射部と、
    前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによってＸ線検出データを収集するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系と、
    複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する参照データ保存部と、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部と、
    を備え、
    前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照し、かつ前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成されるＸ線診断装置。
  2. 被検体にＸ線を照射するＸ線照射部と、
    前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによってＸ線検出データを収集するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系と、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部と、
    前記Ｘ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定するエネルギ帯域設定部と、
    を備え、
    前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成されるＸ線診断装置。
  3. 被検体にＸ線を照射するＸ線照射部と、
    前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによってＸ線検出データを収集するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系と、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部と、
    を備え、
    前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成し、かつ画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させるように構成されるＸ線診断装置。
  4. 複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する参照データ保存部を更に備え、
    前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照することによって前記Ｘ線画像データを生成するように構成される請求項２又は３記載のＸ線診断装置。
  5. 前記データ処理系は、前記被検体の厚さを示す情報として前記Ｘ線画像データを生成するように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
  6. 前記データ処理系は、前記複数のエネルギ帯域別に計数された前記Ｘ線の光子の計数結果に基づいて前記複数のエネルギ帯域別の複数フレームのＸ線画像データを生成し、前記複数フレームのＸ線画像データの重み付け加算処理によって単一フレームのＸ線画像データを生成するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
  7. 前記データ処理系は、単一のエネルギ帯域のエネルギを有するＸ線の光子の計数結果に基づいて前記単一のエネルギ帯域に対応し、かつ前記単一のエネルギ帯域を特定する情報を付帯情報として付帯させたＸ線画像データを生成するように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
  8. 前記Ｘ線画像データの画素位置ごとに前記被検体の部位を判定する部位判定部を更に備え、
    前記データ処理系は、前記部位の判定結果に基づいて、前記画素位置ごとに前記部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
  9. 前記データ処理系は、画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させるように構成される請求項１又は２記載のＸ線診断装置。
  10. 前記部位判定部は、前記複数のエネルギ帯域別に計数された前記Ｘ線の光子の各計数結果にそれぞれ対応するエネルギ帯域の中心エネルギを乗じた乗算結果を、前記複数のエネルギ帯域間において加算することによって生成されたＸ線画像データに基づいて、前記部位を判定するように構成される請求項８記載のＸ線診断装置。
  11. 前記Ｘ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定するエネルギ帯域設定部を更に備える請求項１記載のＸ線診断装置。
  12. 前記エネルギ帯域設定部は、前記Ｘ線の照射条件に応じて前記複数のエネルギ帯域を可変設定できるように構成される請求項２又は１１記載のＸ線診断装置。
  13. Ｘ線の複数の照射条件に対応する、前記複数のエネルギ帯域の複数の組合せを保存するエネルギ帯域設定情報保存部を更に備え、
    前記エネルギ帯域設定部は、前記複数のエネルギ帯域の前記複数の組合せのうち、前記Ｘ線の照射条件に対応する前記複数のエネルギ帯域の組合せを設定するように構成される請求項１２記載のＸ線診断装置。
  14. 前記データ処理系は、前記被検体に造影剤を投与して収集された前記複数のエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果としてのＸ線検出データと、前記被検体に造影剤を投与せずに収集された前記複数のエネルギ帯域別のＸ線光子の計数結果としてのＸ線検出データとに基づいて、前記被検体に投与された前記造影剤の厚さを示すＸ線画像データを更に生成するように構成される請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
  15. 前記データ処理系は、前記複数のエネルギ帯域別に計数された前記Ｘ線の光子の各計数結果にそれぞれ対応するエネルギ帯域の中心エネルギを乗じた乗算結果を、前記複数のエネルギ帯域間において加算することによって、前記被検体に固有でない情報を含むＸ線画像データを生成できるように構成される請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
  16. 被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得するデータ取得部と、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系と、
    複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する参照データ保存部と、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部と、
    を備え、
    前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照し、かつ前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される医用画像処理装置。
  17. 被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得するデータ取得部と、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系と、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部と、
    前記Ｘ線検出データを収集するＸ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定するエネルギ帯域設定部と、
    を備え、
    前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成するように構成される医用画像処理装置。
  18. 被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得するデータ取得部と、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系と、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部と、
    を備え、
    前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成し、かつ画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させるように構成される医用画像処理装置。
  19. コンピュータを、
    被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得するデータ取得部、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系、
    複数のＸ線の照射条件に対応する複数の参照データを保存する参照データ保存部、及び
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部、
    として機能させ、
    前記データ処理系は、前記複数の参照データのうち、前記被検体に照射された前記Ｘ線の照射条件に対応する参照データを参照し、かつ前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成する医用画像処理プログラム。
  20. コンピュータを、
    被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得するデータ取得部、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系、
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部、及び
    前記Ｘ線検出データを収集するＸ線検出器において前記Ｘ線の光子を計数するための前記複数のエネルギ帯域を設定するエネルギ帯域設定部、
    として機能させ、
    前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成する医用画像処理プログラム。
  21. コンピュータを、
    被検体に照射され、前記被検体を透過したＸ線の光子を、複数の画素位置についてそれぞれ複数のエネルギ帯域別に計数することによって収集されたＸ線検出データを取得するデータ取得部、
    前記Ｘ線検出データに基づいて前記被検体に固有の情報を表すＸ線画像データを生成するデータ処理系、及び
    複数の部位に対応する複数のＸ線吸収係数を保存する吸収係数保存部、
    として機能させ、
    前記データ処理系は、前記複数のＸ線吸収係数のうち、前記被検体の部位に対応するＸ線吸収係数を用いて前記Ｘ線画像データを生成し、かつ画素ごとの前記被検体の部位の特定情報を前記Ｘ線画像データに付帯させる医用画像処理プログラム。
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