JP5117706B2 - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線断層撮影技術に係り、特にデュアルエネルギー法に基づいて取得した被写体の情報を表示するＸ線断層撮影装置に関し、特に心拍または呼吸の影響により位置ずれが生じたデュアルエネルギー像を表示するＸ線断層撮影装置に関する。

デュアルエネルギー法は、異なる２つのエネルギースペクトルを有するＸ線によって取得された被写体のＸ線投影データに基づいて、被検体の特定物質を強調した画像を取得できる。つまり、高エネルギーＸ線で得られた画像と低エネルギーＸ線で得られた画像とを重み付け減算して骨や石灰化病変をわかりやすく表示したデュアルエネルギー像、あるいは軟部組織をわかりやすく表示したデュアルエネルギー像などを得ることができる。

デュアルエネルギー法を行うために、Ｘ線撮像装置が照射するＸ線の管電圧をスキャンごとに高電圧と低電圧とに交互に切り替えたり、Ｘ線エネルギーを変化させるためにＸ線フィルタを入れ替えたりすることにより高エネルギーＸ線で得られた投影データと低エネルギーＸ線で得られた投影データとを得ている。たとえば特許文献１では、高エネルギーＸ線で得られた画像と低エネルギーＸ線で得られた画像とに基づいて、骨の画像または軟部組織の画像からノイズを少なくして表示させる発明を開示している。
特開２００３−２４４５４２

しかしながら、Ｘ線の管電圧をスキャンごとに高電圧と低電圧とに交互に切り替えたり、Ｘ線エネルギーを変化させるためにＸ線フィルタを入れ替えたりすると、早くしても０．１秒以上かかってしまう。このような状況では、心拍または呼吸の影響により被検体の部位が動いてしまい、位置ずれが生じてしまう。位置ずれによる影響を考慮しないままデュアルエネルギー像を診て診断してしまっては、病気またはケガなどの過大評価または過小評価につながる。

そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、デュアルエネルギー像において、位置ずれが生じている箇所を示すことができるＸ線断層撮影装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第一観点のＸ線断層撮影装置は、第一エネルギースペクトルを有するＸ線とこの第一エネルギースペクトルとは異なる第二エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体に照射するＸ線管と、被検体に照射された第一エネルギースペクトルの第一Ｘ線投影データと被検体に照射された第二エネルギースペクトルの第二Ｘ線投影データとを、被検体の同一の撮影部について取得するＸ線投影データ取得部と、Ｘ線投影データ取得部において取得した第一Ｘ線投影データと第二Ｘ線投影データとに基づいて、第一断層画像と第二断層画像とをそれぞれ画像再構成する画像再構成手段と、第一断層画像を構成する第一画素と、第二断層画像を構成し第一画素と同じ位置関係にある第二画素との実測比率を計算する比率計算部と、実測比率があらかじめ記憶された所定比率の範囲に入っているかを判定する第一判定部と、を備える。
この構成により、第一エネルギースペクトルを有するＸ線と第二エネルギースペクトルを有するＸ線とによる撮影に際して、第一画素のＸ線吸収に関する値と第二画素のＸ線吸収に関する値との実測比率を計算する。そしてその実測比率と記憶された所定比率との関係を判定することで、位置ずれが生じている画素を判定することができる。

第二観点のＸ線断層撮影装置において、第一Ｘ線投影データまたは第一断層画像と、第二Ｘ線投影データまたは第二断層画像とに基づいて、デュアルエネルギー像を画像再構成するデュアルエネルギー像再構成部を備える。
この構成により、デュアルエネルギー像を画像再構成することで、デュアルエネルギー像の撮影で診断したい特定物質（原子）、たとえば、被検体内の造影剤、脂肪、またはカルシウムを確認することができる。第一の観点の位置ずれ画素とともにデュアルエネルギー像を確認すれば、特定物質のデュアルエネルギー像の状態を観察することができる。

第三観点のＸ線断層撮影装置では、あらかじめ記憶された所定比率が、原子物質毎に記憶されている。
原子物質毎に所定の比率が異なるため、ファントムを使っていろいろの原子物質毎の比率をあらかじめ計測しておく。その多くの比率を記憶装置に記憶しておけば、いろいろな原子物質の位置ずれを把握することができる。

第四観点のＸ線断層撮影装置では、あらかじめ記憶された所定比率は、被検体の断面積毎または第一エネルギースペクトルと第二エネルギースペクトルとの組み合わせ毎に記憶されている。
被検体の断面積に依存して所定の比率が異なってくる。そのため、ファントムを使って各種の断面積毎または第一エネルギースペクトルと第二エネルギースペクトルとの組み合わせ毎に原子物質毎の比率をあらかじめ計測しておく。その多くの比率を記憶装置に記憶しておけば、被検体の断面積またはエネルギースペクトルの組み合わせに対して、いろいろな原子物質の位置ずれを把握することができる。このため正確に位置ずれを把握できるようになる。

第五観点のＸ線断層撮影装置は、第一判定部で所定比率内に入っていない画素を位置ずれとして表示する表示部を備える。
この構成により、所定比率内に入っていない画素を位置ずれとして表示されるため、操作者は観察がしやすくなる。

第六観点のＸ線断層撮影装置は、第五観点において、表示部が第一判定部で所定比率内に入っていない画素を色付けまたは特別な値にする。
この構成により、操作者は、所定比率内に入っていない画素を、特別な画素として認識しやすくなる。

第七観点のＸ線断層撮影装置は、第一判定部で所定比率内に入っていない画素の周囲の複数画素を含む判定画素領域において、所定比率内に入っていない割合がしきい値内であるか否かを判定する第二判定部を備える。
第一画素のＸ線吸収に関する値と第二画素のＸ線吸収に関する値との実測比率は、位置ずれではなくノイズによって変化することがある。この構成により、一旦、位置ずれした画素として判定された画素を別の観点から位置ずれ画素であるかを再判定する。このため、位置ずれ画素との認識率を向上させることができる。

第八観点のＸ線断層撮影装置は、第七観点において、判定画素領域の画素数を変更できる。
画像再構成領域の角部では、判定画素領域を変えることが必要になる。また、Ｘ線の被曝量を少なくするためにノイズの多い断層像などで位置ずれ画素を特定する場合には、判定画素領域を変更にすることで、より位置ずれ画素の認識率を高めることができる。

本発明によれば、デュアルエネルギー像を診て診断する際に、被検体の部位が動いてしまって位置ずれ画素を考慮して、原子物質の分布などを診断することができる。

＜Ｘ線断層撮影装置の構成＞
図１は、本実施形態に係るＸ線断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）１０の構成を示したブロック図である。Ｘ線断層撮影装置１０は、ガントリ１００と、このガントリ１００の撮影領域内に被検体ＨＢを挿入する寝台１０９とを装備している。寝台１０９は、被検体ＨＢの体軸方向であるＺ方向に移動する。ガントリ１００は、回転リング１０２を有し、この回転リング１０２にコーンビーム形状のＸ線を照射するＸ線管１０１とＸ線管１０１に対向して配置された多列Ｘ線検出器１０３とを有している。Ｘ線管１０１は、高エネルギースペクトルを有するＸ線と低エネルギースペクトルを有するＸ線とを照射するように構成されている。多列Ｘ線検出器１０３は、被検体ＨＢを透過したＸ線を検出する。

多列Ｘ線検出器１０３は、シンチレータおよびフォトダイオードで構成される。この多列Ｘ線検出器１０３は、同時に複数スライス（複数列）分の投影データを検出できるように、回転リング１０２の回転軸と略平行なＺ方向に沿って複数列に配列されている。また、多列Ｘ線検出器１０３は、Ｘ線管１０１の焦点を中心として円弧状に形成された多チャンネルの形状である。なお、回転軸に平行なＺ方向を“スライス方向”と称し、またＸ線検出素子列の円弧の方向を“チャンネル方向”と称する。多列Ｘ線検出器１０３には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。このデータ収集回路１０４には、多列Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このプリアンプの出力信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに設けられている。データ収集回路１０４からのディジタル信号は、データ転送装置１０５を介して画像処理部２０に送られる。

操作コンソール側は、Ｘ線に電圧を供給する高電圧・低電圧発生器５１が備えられている。高電圧・低電圧発生器５１は、周期的に高電圧および低電圧を発生させ、Ｘ線管１０１にスリップリング１１３を介して高電圧および低電圧を供給する。

操作コンソール側のスキャンコントローラ５３は、アキシャルスキャン、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャンなどの複数のスキャンパターンを実行する。アキシャルスキャンとは、寝台１０９をＺ軸方向に所定ピッチ移動するごとにＸ線管１０１及びＸ線検出部１０３を回転機構１１１で回転させて投影データを取得するスキャン方法である。ヘリカルスキャンとは、Ｘ線管１０１及びＸ線検出部１０３とが回転している状態で寝台１０９を所定速度で移動させ、投影データを取得するスキャン方法である。可変ピッチヘリカルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管１０１及びＸ線検出部１０３を回転機構１１１で回転させながら寝台１０９の速度を可変させて投影データを取得するスキャン方法である。スキャンコントローラ５３は、高電圧・低電圧発生器５１に同期して回転機構１１１を駆動させ、データ収集回路１０４で周期的に投影データを収集させる等のスキャンに関わるコントロールを統括している。

入力装置５５は、操作者の入力を受け付けるキーボードまたはマウスで構成される。記憶装置５９は、プログラムやＸ線検出器データや投影データやＸ線断層像を記憶する。画像処理部２０は、データ収集回路１０４からの投影データに対して、前処理をしたり、画像再構成処理をしたり、後処理などを実行する。
ディスプレイ６０は、被検体の撮影条件を設定したり、Ｘ線断層像を表示したりする。また、本実施形態では、被検体の特定物質を強調したデュアルエネルギー像を表示する。

＜画像処理部の構成＞
画像処理部２０は、前処理部２１と、画像再構成部２３、デュアルエネルギー像再構成部２５、比率計算部２７および判定部２９を有している。
前処理部２１は、このデータ収集回路１０４で収集された生データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正し、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正するＸ線量補正等の前処理を実行する。また前処理部２１は、スライス方向に関してフィルタリングを行う。例えば、隣接３列を対象とするとき、チャンネル番号が同じ３チャンネル分の生データを重み付け加算する。重み付け加算は、チャンネル方向に沿って変化する。スライス方向のフィルタリングで、アーチファクト改善、ノイズ改善も制御できる。本実施形態では、Ｘ線管１０１が、高エネルギースペクトルを有するＸ線と低エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体ＨＢに照射するので、高エネルギースペクトルの投影データＨＤと低エネルギースペクトルの投影データＬＤとを出力する。

画像再構成部２３は、前処理部２１で前処理された投影データＨＤまたは投影データＬＤを受け、その投影データＨＤまたは投影データＬＤに基づいて画像を再構成する。投影データＨＤまたは投影データＬＤは、周波数領域に変換する高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)がなされて、それに再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。そして、再構成関数重畳処理した投影データに対して、三次元逆投影処理を行い、被検体ＨＢの体軸方向（Ｚ方向）ごとに断層像（ｘｙ平面）を求める。この断層像は、記憶装置５９に記憶されるとともに、ディスプレイ６０に表示される。本実施形態では、Ｘ線管１０１が、高エネルギースペクトルを有するＸ線と低エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体ＨＢに照射するので、画像再構成部２３は、高エネルギースペクトルのＸ線による断層像ＨＴと、低エネルギースペクトルのＸ線による断層像ＬＴとを、画像再構成する。

デュアルエネルギー像再構成部２５は、高エネルギースペクトルの投影データＨＤと低エネルギースペクトルの投影データＬＤとの少なくともいずれか一方の画像から重み付け係数αを掛けた他方の投影データを差し引くことによりデュアルエネルギー像（差分画像）を画像再構成する。また、デュアルエネルギー像再構成部２５は、高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとの少なくともいずれか一方の画像から重み付け係数αを掛けた他方の画像を差し引くことによりデュアルエネルギー像を画像再構成することも可能である。デュアルエネルギー像については図７または図８で後述する。

比率計算部２７は、低エネルギースペクトルの断層像ＬＴと高エネルギースペクトルの断層像ＨＴとの各画素のＣＴ値の比率を計算する。特定物質（原子）ごとに比率は異なり、また、低エネルギースペクトルのＸ線と高エネルギースペクトルのＸ線との値によっても比率は異なる。さらに、被検体の断面積（太り気味、普通体格、やせ気味、成人または子供）などによってもこのＣＴ値の比率は異なる。

判定部２９は、第一判定部２９−１と第二判定部２９−２とを有している。第一判定部２９−１は、比率計算部２７が計算した比率が記憶装置５９に記憶された第一しきい値ＳＨ１の範囲内であるか否かを判定する。また、第二判定部２９−２は、第一判定部２９−１で第一しきい値ＳＨ１の範囲内とされ、位置ずれと判定された画素について再度、位置ずれした画素であるかを再判定する。つまり、比率計算部２７が位置ずれした画素を含む判定画素領域ＪＧにおいて、第一判定部２９−１が位置ずれと判定した画素の比率を計算する。そして第二判定部２９−２が記憶装置５９に記憶された第二しきい値ＳＨ２の範囲内であるか否かを判定する。

＜Ｘ線断層撮影装置の動作＞
図２は、Ｘ線断層撮影装置１０の動作フローチャートである。本実施形態に係るＸ線断層撮影装置１０の動作手順を説明する。

ステップＳ１１では、被検体を寝台１０９に乗せ位置合わせを行う。寝台１０９の上に乗せられた被検体は各部位の基準点にガントリ１００のスライス中心位置を合わせる。そして、スカウト像（スキャノ像、Ｘ線透視像ともいう。）収集を行う。スカウト像は被検体の体の大きさによって成人または子供の２種類のスカウト像が撮影できるようになっており、さらに通常０度，９０度で撮影することができる。部位によっては例えば頭部のように、９０度スカウト像のみの場合もある。スカウト像撮影では、Ｘ線管１０１と多列Ｘ線検出器１０３とを固定させ、寝台１０９を直線移動させながらデータ収集動作を行う。

ステップＳ１２では、操作者は、ディスプレイ６０に映ったスカウト像に、キーボード５５などを使って、断層像撮影を行う断層像の位置・範囲を設定する。このときに、アキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンなどの設定も行う。

ステップＳ１３では、断層像撮影条件の設定またはデュアルエネルギー像の撮影条件の設定を行う。Ｘ線管１０１が高エネルギースペクトルを有するＸ線と低エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体ＨＢに照射するため、たとえば高電圧と低電圧とをそれぞれ１４０ｋＶ、８０ｋＶに設定する。また、できるだけ位置ずれが生じないように、回転機構１１１の回転に応じて高電圧のＸ線と低電圧のＸ線が交互に照射する設定を行う。たとえばＸ線管１０１は、Ｘ線管１０１の一回転毎に高電圧と低電圧とが交互に繰り返される設定、または短期間のパルス毎に高電圧と低電圧とが交互に繰り返される設定などを行う。

さらに、ステップＳ１３では、デュアルエネルギー像の撮影で診断したい特定物質（原子）を設定する。たとえば、被検体内の造影剤、脂肪、またはカルシウムなどを設定する。また、画像再構成を行う際のフィルタ関数、Kernel関数などを設定する。これら設定された条件は、記憶装置５９に記録される。なお、本実施形態では、電圧により高エネルギースペクトルと低エネルギースペクトルとを発生させているが、Ｘ線コーンビーム中にフィルタを挿入することによりエネルギースペクトルを変化させてもよい。

ステップＳ１４ないしステップＳ２０では、断層像撮影を行う。
ステップＳ１４において、Ｘ線データ収集を行う。ここでヘリカルスキャンによってデータ収集を行う場合には、Ｘ線管１０１と多列Ｘ線検出器１０３とを被検体の回りに回転させ、かつ、寝台１０９を直線移動させながら、Ｘ線検出器データのデータ収集動作を行う。そして、ビュー角度viewと、検出器列番号jと、チャネル番号iとで表わされるＸ線検出器データＤ０（view，j，i）（j＝１〜ＲＯＷ，i＝１〜ＣH）にｚ方向座標位置Ztable（view）を付加させる。このようにして、高エネルギースペクトルの投影データＨＤと低エネルギースペクトルの投影データＬＤとを得ることになる。

ステップＳ１５では、前処理部２１が前処理を行う。ここでは、Ｘ線検出器データＤ０(view，j，i)に対して前処理を行い、投影データに変換する。具体的には、オフセット補正を行い、対数変換を行い、Ｘ線線量補正を行い、そして感度補正を行う。
ステップＳ１６では、前処理された投影データＤ１ (view，j，i)に対して、ビームハードニング補正を行う。
ステップＳ１７では、画像再構成部２３がｚフィルタ重畳処理を行う。ここでは、ビームハードニング補正された投影データに対して、ｚ方向(列方向)のフィルタをかけるｚフィルタ重畳処理を行う。すなわち、各ビュー角度、各Ｘ線データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列Ｘ線検出器の投影データに対し、列方向に列方向フィルタをかける。

ステップＳ１８では、画像再構成部２３が再構成関数重畳処理を行う。すなわち、Ｘ線投影データを周波数領域に変換するフーリエ変換（Fourier Transform）を行い、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。再構成関数重畳処理では、再構成関数Kernel（j）重畳する
ステップＳ１９では、画像再構成部２３が三次元逆投影処理を行う。ここでは、再構成関数重畳処理した投影データに対して、三次元逆投影処理を行い、逆投影データを求める。画像再構成される画像はｚ軸に垂直な面であるｘｙ平面に対して三次元画像再構成される。以下の再構成領域Ｐはｘｙ平面に平行なものとする。
ステップＳ２０では、画像再構成部２３が後処理を行う。逆投影データに対して画像フィルタ重畳、ＣＴ値変換などの後処理を行い、高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとを得ることができる。

ステップＳ２１では、再構成された高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとを表示する。
そして、ステップＳ２２では、これらの断層像ＨＴと断層像ＬＴとを記憶装置５９に記憶する。
ステップＳ２３では、心拍または呼吸の影響により被検体の部位が動いてしまって、高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとの間に位置ずれが生じているか否かを計算し、位置ずれが生じている箇所を表示する。その表示例を図９に示す。なお、位置ずれが生じている画素があまりに多い場合には、位置ずれ画素の表示をするのでなく、再度撮影が必要などのアラームを表示しても良い。
ステップＳ２４では、高エネルギースペクトルの投影データＨＤと低エネルギースペクトルの投影データＬＤとに基づいてデュアルエネルギー像を画像再構成する。または、高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとに基づいてデュアルエネルギー像を画像再構成する。そして、ディスプレイ６０にデュアルエネルギー像を表示する。その表示例を図９に示す。

＜断層像の位置ずれの検出＞
図３は、高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとに基づいて、位置ずれが生じている画素であるかを判定し、位置ずれが生じていればその箇所を表示するフローチャートである。つまり、図２のステップＳ２３の内容を詳細にしたフロ−チャートである。本フローチャートでは高エネルギースペクトルを有するＸ線は、１４０ｋＶの電圧に、低エネルギースペクトルを有するＸ線は、８０ｋＶに設定されている。
ステップＳ２３１にて、デュアルエネルギー像再構成部２５は、記憶装置５９から１４０ｋＶの断層像ＨＴと８０ｋＶの断層像ＬＴとを取得する。
ステップＳ２３２において、１４０ｋＶの断層像被ＨＴまたは８０ｋＶの断層像ＬＴの一方から、被検体ＨＢのプロファイル面積ＰＡ（ｚ）を求める。いわゆる断層像を二値化して、被検体のプロファイル面積ＰＡ（ｚ）を求めることができる。また、図２のステップＳ１１で求めたスカウト像からプロファイル面積ＰＡ（ｚ）を求めても良い。本フローチャートではある位置のプロファイル面積ＰＡ（ｉ）＝５００ｃｍ^２として説明する。

ステップＳ２３３では、比率計算部２７が、記憶装置５９からあらかじめ記憶されているＣＴ値の基本比率ＲＡ（重み付け係数α）を読み出す。記憶装置には、グラフで表せば図４または図５に示すような各エネルギースペクトルの組み合わせと特定物質とのＣＴ値の比率データが記憶されている。
図４（ａ）と（ｂ）とは、断面積が５００ｃｍ^２の水ファントムで測定したＣＴ値の基本比率ＲＡの結果である。図４（ａ）は、横軸に１４０ｋＶのＸ線管電流を、縦軸に８０ｋＶのＸ線管電流をとり、脂肪、カルシウム、およびヨード（造影剤）のＣＴ値の基本比率ＲＡを示したグラフである。一方、図４（ｂ）は、横軸に１２０ｋＶのＸ線管電流を、縦軸に１００ｋＶのＸ線管電流をとり、脂肪、カルシウム、およびヨード（造影剤）のＣＴ値の基本比率ＲＡを示したグラフである。
この２つのグラフを見比べて理解できるように、高エネルギースペクトルを有するＸ線と低エネルギースペクトルを有するＸ線との電圧差が大きいと、ＣＴ値の基本比率ＲＡは大きくなる傾向を有している。

図５（ａ）と（ｂ）とは、横軸に１４０ｋＶのＸ線管電流を、縦軸に８０ｋＶのＸ線管電流をとったＣＴ値の基本比率ＲＡのグラフである。そして、図５（ａ）は、断面積が７００ｃｍ^２の水ファントムで測定した測定したＣＴ値の基本比率ＲＡであり、図５（ｂ）は、断面積が３００ｃｍ^２の水ファントムで測定したＣＴ値の基本比率ＲＡを示したグラフである。
この２つのグラフを見比べて理解できるように断面積が大きいほうが脂肪、カルシウム、およびヨード（造影剤）のＣＴ値の基本比率ＲＡは大きくなり、断面積が小さいと脂肪、カルシウム、およびヨード（造影剤）のＣＴ値の基本比率ＲＡが小さくなる傾向を有している。

図４または図５では、一例を示したが、Ｘ線管１０１の複数の異なる高電圧と複数の異なる低電圧との組み合わせにより、脂肪、カルシウム、およびヨードなどの複数の特定物質のＣＴ値の比率を求めておき、それらの比率を記憶装置５９にあらかじめ基本比率ＲＡとして記憶しておく。同様に、複数の異なる断面積の水ファントムにより、脂肪、カルシウム、およびヨードなどの複数の特定物質のＣＴ値の比率を求めておき、それらのＣＴ値の比率を記憶装置５９にあらかじめ基本比率ＲＡとして記憶しておく。基準となるＣＴ値の基準比率ＲＡを単純にそのまま記憶するのではなく、一定の計算式にしてＣＴ値の基準比率ＲＡを記憶しても良い。

図３のステップＳ２３３に戻り、比率計算部２７は、図２のステップＳ１３で設定されたＸ線管１０１の高電圧および低電圧、ステップＳ２３２で求められたプロファイル面積ＰＡ（ｚ）に基づいて、一番適切な基本比率ＰＡを読み出す。このフローチャートにおいては、Ｘ線管１０１が１４０ｋＶの高電圧および８０ｋＶの低電圧であり、プロファイル面積ＰＡ（ｉ）＝５００ｃｍ^２であるため、図４（ａ）のグラフにある比率データを読み取ることを想定する。
ステップＳ２３４では、比率計算部２７が、１４０ｋＶの断層像ＨＴの画像G（ｘ，ｙ）と８０ｋＶの断層像ＬＴの画像G（ｘ，ｙ）とのＣＴ値の測定比率ＲＲを計算する。１４０ｋＶの断層像ＨＴおよび８０ｋＶの断層像ＬＴは、通常、画像再構成領域Ｐは、５１２×５１２画素で構成される。このため、比率計算部２７は、５１２×５１２画素に対してＣＴ値の測定比率ＲＲを計算する。

ステップＳ２３５において、第一判定部２９−１が、画像G（ｘ，ｙ）のＣＴ値の測定比率ＲＲが基本比率ＲＡの所定の範囲に存在するか否かを判定する。ここで、ヨードの基本比率ＲＡを図４（ａ）のグラフから読み取ると、基本比率ＲＡ＝１．８２である。ここで所定の範囲を、この基本比率ＲＡ＝１．８２の前後５パーセントと設定する。すると、比率１．７３から比率１．９１の範囲が第一しきい値ＳＨ１となる。つまり、ステップＳ２３５では、第一判定部２９−１が、ＣＴ値の測定比率ＲＲが比率１．７３から比率１．９１の第一しきい値ＳＨ１内に入るかを判定する。ＣＴ値の測定比率ＲＲが第一しきい値ＳＨ１内に入っていればステップＳ２３９に進み、ＣＴ値の測定比率ＲＲが第一しきい値ＳＨ１内に入っていなければステップＳ２３６に進む。

ステップＳ２３９に進めば、画像G（ｘ，ｙ）が位置ずれが生じていないことになる。８０ｋＶの断層像ＬＴと１４０ｋＶの断層像は、異なる時刻に撮影した断層像であるが、位置ずれが生じていなければ、ＣＴ値の測定比率ＲＲが、図４または図５で例示した関係になっているべきである。したがって、ＣＴ値の測定比率ＲＲとファントムなどであらかじめ測定した基本比率ＲＡとから、位置ずれを確認することができる。なお、ステップＳ２３５では、ヨードの基本比率ＲＡを取り上げたが、脂肪およびカルシウムなどについても同様である。

さらに、ステップＳ２３５において、所定の範囲を基本比率ＲＡの前後５パーセントとしたが、図２のステップＳ１３の条件設定において、操作者が設定可能にしておいてもよい。すなわち、前後３パーセントまたは前後７パーセントなど所定範囲を可変にしてもよい。

ステップＳ２３５において、ＣＴ値の測定比率ＲＲが第一しきい値ＳＨ１内に入っていなければステップＳ２３６に進んだが、点線に示すように、ステップＳ２３７に進んでも良い。ステップＳ２３７では、画像G（ｘ，ｙ）が位置ずれしていると判定している。

ステップＳ２３６において、第二判定部２９−２は、画像G（ｘ，ｙ）がＣＴ値の測定比率ＲＲが基本比率ＲＡの所定の範囲に入っていない理由は、ノイズなどの影響を受けたためか否かを再確認する。このため、第二判定部２９−２は、画像G（ｘ，ｙ）の周囲において、同様に位置ずれしているかを判定する。

図６を使ってより詳しく説明する。図６（ａ）は、図３のステップＳ２３６を詳細にしたものであり、図６（ｂ）は、第二判定部２９−２が設定する判定画素領域ＪＧの一例である。図６（ｃ）は、画像再構成領域Ｐの角部を示した図である。

第二判定部２９−２は、ステップＳ３６１において、判定画素領域ＪＧを設定する。（ｂ）に示すように、位置ずれしていると判定された画像G（ｘ，ｙ）の周囲の８画素が設定されている。第二判定部２９−２は位置ずれの発生率を考慮して、画像G（ｘ，ｙ）の周囲の１５画素を設定したり、また周囲の画素数を可変にしたりしてもよい。図６（ｃ）に示すように、画像再構成領域Ｐの角部では、周囲が一方向にしかない。このような場合には、太枠で示す判定画素領域ＪＧを設定するようにすれば良い。
ステップＳ３６２において、判定画素領域ＪG内のすべての画素の測定比率ＲＲは、基本比率ＲＡの範囲（第一しきい値ＳＨ１）に入っている割合ＧＲを計算する。

ステップＳ３６３において、第二判定部２９−２は割合ＧＲが所定割合ＡＲより大きいか否かを判定する。
図６（ｂ）に示すように、判定画素領域ＪＧの９つの画素Ｇのうち、網掛け部分の６つの画素Ｇが第一しきい値ＳＨ１に入っているとする。判定画像領域ＪＧの所定割合ＡＲ（第二しきい値ＳＨ２）をたとえば５割とすれば、所定割合ＡＲ以上の画素G（ｘ，ｙ）が位置ずれが生じている。このため、第二判定部２９−２は、位置ずれしていると判定された画像G（ｘ，ｙ）が位置ずれしていると再判定する。つまり、判定画素領域ＪＧにおいて所定割合ＡＲ以上に位置ずれしている画素があればステップＳ２３７に進み、所定割合ＡＲより位置ずれしている画素が少なければステップＳ２３９に進む。
ステップＳ３６３において、所定割合ＡＲを５割以上と固定にする必要は無く、所定割合ＡＲを可変にすることも可能である。ノイズが多い高エネルギースペクトルの断層像ＨＴまたはノイズが多い低エネルギースペクトルの断層像ＬＴの際には、所定割合ＡＲを８割程度にしても良い。逆にノイズの少ない断層像ＨＴまたは断層像ＬＴであれば、所定割合ＡＲを３割程度にしても良い。

図３に戻り、ステップＳ２３８では、操作者に位置ずれが生じている画素があることを知らせるために、位置ずれ画素G（ｘ，ｙ）をディスプレイ６０に表示する。操作者は、位置ずれによる影響を考慮して、デュアルエネルギー像を診て診断することができるため、病気またはケガなどの評価を正確に行うことができる。

＜デュアルエネルギー像の画像再構成＞
図７は、高エネルギースペクトルの断層像ＨＴまたは低エネルギースペクトルの断層像ＬＴを差分処理し、デュアルエネルギー撮影した断層像ＤＩを求める図である。
いわゆるデュアルエネルギー撮影は、あるｚ方向座標位置を、低いＸ線管電圧例えば８０ｋＶの断層像ＬＴと、高いＸ線管電圧例えば１４０ｋＶの断層像ＨＴとを差分処理することにより所望の物質の定量的な分布画像の断層像ＤＩを求める。
図７に示すように、まず、低いＸ線管電圧のＸ線投影データＬＤ、高いＸ線管電圧のＸ線投影データＨＤを求める。画像再構成部２３は、この低いＸ線管電圧のＸ線投影データＬＤ、高いＸ線管電圧のＸ線投影データＨＤから、図２で説明したようにステップＳ１５からステップＳ２０を行い、低いＸ線管電圧の断層像ＬＴおよび高いＸ線管電圧の断層像ＨＴを画像再構成する。ディアルエネルギー像再構成部２５は、低いＸ線管電圧の断層像ＬＴには重み付け係数αを乗算し、高いＸ線管電圧の断層像ＨＴには重み付け係数βを乗算し、定数Ｃ１とともに差分処理を行う。この重み付け係数α，βおよび定数Ｃ１は、抽出したい原子、強調したい原子、表示上で消したい原子または部位により定まる。この重み付け係数α，βは、断層像ＬＴと断層像ＨＴとの比であるから、いずれか一方を１にしても良い。なお、図７では脂肪情報の抽出を示している。

図８は、低いＸ線管電圧で収集されたＸ線投影データＬＤと高いＸ線管電圧で収集されたＸ線投影データＨＤの各々のＸ線投影データを差分処理し、差分処理されたＸ線投影データを画像再構成してデュアルエネルギー撮影した断層像ＤＩを求める図である。
Ｘ線投影データにおける、いわゆるデュアルエネルギー撮影の断層像の画像再構成を行い、データ収集したＸ線投影データＬＤとＸ線投影データＨＤとに前処理、ビームハードニング補正およびＺフィルタ重畳処理を行う。そのＸ線投影データＬＤとＸ線投影データＨＤとを差分処理して、差分処理したＸ線投影データＤＤを生成する。そのＸ線投影データＤＤを画像再構成してデュアルエネルギー撮影の断層像ＤＩを得ている。

ここでは、ディアルエネルギー像再構成部３５は、低いＸ線管電圧のＸ線投影データＬＤに重み付け係数αを乗算し、高いＸ線管電圧のＸ線投影データＨＤに重み付け係数βを乗算し、定数Ｃ１とともに差分処理を行っている。
図７で説明した、断層像空間におけるデュアルエネルギー撮影の断層像と同様に、この重み付け係数α，βおよび定数Ｃ１は、抽出したい原子、強調したい原子、表示上で消したい原子または部位により定まる。
以上のような画像処理を経てデュアルエネルギー像ＤＩを図９に示す。

＜デュアルエネルギー像と位置ずれ画像の表示例＞
図９は、ディスプレイ６０に表示されたデュアルエネルギー像Ｄ１と位置ずれ画像を表示した例である。図２のステップＳ２３およびＳ２４の表示例である。

サムネイル１６１にはデュアルエネルギー像Ｄ１が表示されている。高エネルギースペクトルの断層像ＨＴまたは低エネルギースペクトルの断層像ＬＴの一方の画像が表示され、そして、操作者が認識しやすいように、脂肪１６２、カルシウム１６３、ヨード造影剤１６４と特定された画素を、それぞれ赤色、青色、緑色に彩色している。表示１６５は、図２のステップＳ１３で指定した特定物質を示している。

サムネイル１６６は、位置ずれが生じている画素１６７を示している。高エネルギースペクトルの断層像ＨＴまたは低エネルギースペクトルの断層像ＬＴの一方の画像が表示され、それに位置ずれが生じていると特定された画素１６７を、黄色に彩色している。操作者は、サムネイル１６６を診て、心臓部位に位置ずれが生じていることがわかる。表示１６８は、位置ずれしている画素を彩色していることを操作者に知らせている。また、ディスプレイ６０には、ｚ方向スライダー１６９が表示されている。このスライダー１６９を移動させることにより、サムネイル１６１およびサムネイル１６６に表示される画像も変化する。操作者は、スライダー１６９をマススなどの入力装置５５を使って、診断したいスライス断面に移動させることができる。
なお、特定物質を彩色したり、位置ずれ画素を彩色したりしたが、断層像ＨＴまたは断層像ＬＴ画層と区別できれば、別な方法であってもよい。

本発明によれば、デュアルエネルギー像で特定物質を診断することができるとともに、心拍または呼吸の影響により被検体の部位が動いた箇所を、位置ずれが生じている画素として表示することができる。その結果、病気またはケガなどの過大評価または過小評価をすることがなくなる。なお、実施形態では、脂肪、カルシウム、ヨード造影剤などに注目して説明したが、他の物質に注目しても良いことは言うまでもない。

本実施形態における画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による三次元画像再構成法でもよい。本実施形態では、特に特定のスキャン形式に限定されない。つまり、アキシャルスキャン、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンの場合でも同様の効果を出すことができる。また、走査ガントリの傾斜について限定されない。すなわち、いわゆるチルト・スキャンの場合でも同様な効果を出すことができる。また、本実施形態を、生体信号、特に心拍信号に同期させて画像再構成する心拍画像再構成にも適用することができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０の構成を示したブロック図である。 Ｘ線断層撮影装置１０の動作フローチャートである。 高エネルギースペクトルの断層像ＨＴと低エネルギースペクトルの断層像ＬＴとに基づいて、位置ずれが生じている画素を判定するフローチャートである。 （ａ）は、横軸に１４０ｋＶのＸ線管電流を、縦軸に８０ｋＶのＸ線管電流をとった際のＣＴ値の基本比率ＲＡを示したグラフである。（ｂ）は、横軸に１２０ｋＶのＸ線管電流を、縦軸に１００ｋＶのＸ線管電流をとった際のＣＴ値の基本比率ＲＡを示したグラフである。 （ａ）は、断面積が７００ｃｍ^２の水ファントムで測定したＣＴ値の基本比率ＲＡであり、（ｂ）は、断面積が３００ｃｍ^２の水ファントムで測定したＣＴ値の基本比率ＲＡを示したグラフである。 （ａ）は、図３のステップＳ２３６を詳細にしたものであり、（ｂ）は判定画素領域ＪＧの一例である。（ｃ）は、画像再構成領域Ｐの角部を示した図である。 高エネルギースペクトルの断層像ＨＴまたは低エネルギースペクトルの断層像ＬＴを差分処理し、デュアルエネルギー撮影した断層像ＤＩを求める図である。 低いＸ線管電圧で収集されたＸ線投影データＬＤと高いＸ線管電圧で収集されたＸ線投影データＨＤの各々のＸ線投影データを差分処理し、差分処理されたＸ線投影データを画像再構成してデュアルエネルギー撮影した断層像ＤＩを求める図である。 ディスプレイ６０に表示されたデュアルエネルギー像Ｄ１と位置ずれ画像を表示した例である。

符号の説明

２０ … 画像処理装置、２１ … 前処理部、２３ … 画像再構成部、２５ … デユアルエネルギー像再構成部、２７ … 比率計算色部、２９ … 判定部
５１ … 高電圧・低電圧発生器、
５９ … 記憶装置
６０ … ディスプレイ
１００ … ガントリ
１０１ … Ｘ線管
１０３ … Ｘ多列Ｘ線検出器
１６９ … Ｚ方向スライダー
ＪＧ … 判定画素領域
ＤＩ … デュアルエネルギー像
ＨＤ … 高エネルギースペクトルの投影データ
ＬＤ … 低エネルギースペクトルの投影データ
ＨＴ … 高エネルギースペクトルの断層像
ＬＴ … 低エネルギースペクトルの断層像
ＨＢ … 被検体

Claims (7)

1. 第一エネルギースペクトルを有するＸ線と、前記第一エネルギースペクトルとは異なる第二エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体に照射するＸ線管と、
   前記被検体に照射された前記第一エネルギースペクトルの第一Ｘ線投影データと前記被検体に照射された前記第二エネルギースペクトルの第二Ｘ線投影データとを、前記被検体の同一の撮影部について取得するＸ線投影データ取得部と、
   前記Ｘ線投影データ取得部において取得した前記第一Ｘ線投影データと前記第二Ｘ線投影データとに基づいて、第一断層画像と第二断層画像とをそれぞれ画像再構成する画像再構成手段と、
   前記第一断層画像を構成する第一画素と、前記第二断層画像を構成し前記第一画素と同じ位置関係にある第二画素との実測比率を計算する比率計算部と、
   前記実測比率があらかじめ記憶された所定比率の範囲に入っているかを判定する第一判定部と、
   前記第一判定部で所定比率内に入っていない画素を位置ずれとして表示する表示部と
   を備えることを特徴とするＸ線断層撮影装置。
2. 前記第一Ｘ線投影データまたは前記第一断層画像と、前記第二Ｘ線投影データまたは第二断層画像とに基づいて、デュアルエネルギー像を画像再構成するデュアルエネルギー像再構成部を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
3. 前記あらかじめ記憶された所定比率は、原子物質毎に記憶されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線断層撮影装置。
4. 前記あらかじめ記憶された所定比率は、前記被検体の断面積毎または前記第一エネルギースペクトルと第二エネルギースペクトルとの組み合わせ毎に記憶されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のＸ線断層撮影装置。
5. 前記表示部は、第一判定部で所定比率内に入っていない画素を色付けまたは特別な値にすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＸ線断層撮影装置。
6. 前記第一判定部で所定比率内に入っていない画素の周囲の複数画素を含む判定画素領域において、所定比率内に入っていない割合がしきい値内であるか否かを判定する第二判定部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＸ線断層撮影装置。
7. 前記判定画素領域の画素数を変更できることを特徴とする請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。