JP2014061274A - 医用画像処理装置及びｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単色Ｘ線画像に発生したアーチファクトを抽出すること。
【解決手段】実施形態の医用画像処理装置は、分離部と、再構成部と、抽出部とを備える。分離部は、投影データを、予め設定された少なくとも２つ以上の複数の基準物質それぞれの線積分データに分離する。再構成部は、各画素の画素値が当該画素に存在する基準物質の存在率を示す基準物質画像データを、前記複数の基準物質それぞれの線積分データから再構成する。抽出部は、前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データから算出される各画素の減弱係数に基づいて、アーチファクト領域を抽出する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置及びＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

従来、Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）装置により、異なる複数種類の管電圧で撮影を行なって画像を取得する手法がある。２種類の異なる管電圧を用いる場合、かかる手法は、「Dual Energy CT」と呼ばれる。また、「Dual Energy CT」では、２種類の異なる管電圧から得られた２つの投影データを、予め設定した２つの基準物質それぞれの投影データ（線積分データ）に分離し、分離した２つのデータそれぞれから、基準物質の存在率に基づく画像（基準物質画像）を再構成する応用技術が知られている。かかる応用技術では、２つの基準物質画像を用いて重み付け計算処理を行うことにより、単色Ｘ線画像や密度画像、実効原子番号画像等、様々な画像を取得することができる。

上記の応用技術は、ビームハードニングを要因とするアーチファクトの補正に有効である。しかし、アーチファクトとしては、ビームハードニング以外に、高吸収体による投影データの精度悪化を要因とするアーチファクトや、散乱線を要因とするアーチファクト等、様々なアーチファクトがある。

特に、アーチファクトは、高吸収体による投影データの精度悪化により生じることが多い。これは、メタル等のように線吸収係数が大きい物質が撮影対象に存在すると、低管電圧の撮影時において、検出器のカウントが微小となり、正しい投影データが得られないためである。かかる場合、基準物質の投影データが正しく求まらず、その結果、得られる単色Ｘ線画像には、例えば、高吸収体周辺の情報が欠落するアーチファクト等が生じる。上記の応用技術では、ビームハードニング以外のアーチファクトの影響を除去した単色Ｘ線画像を生成することができなかった。

特開２００９−２６１９４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、単色Ｘ線画像に発生したアーチファクトを抽出することができる医用画像処理装置及びＸ線ＣＴ装置を提供することである。

実施形態の医用画像処理装置は、分離部と、再構成部と、抽出部とを備える。分離部は、投影データを、予め設定された少なくとも２つ以上の複数の基準物質それぞれの線積分データに分離する。再構成部は、各画素の画素値が当該画素に存在する基準物質の存在率を示す基準物質画像データを、前記複数の基準物質それぞれの線積分データから再構成する。抽出部は、前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データから算出される各画素の減弱係数に基づいて、アーチファクト領域を抽出する。

図１は、第１の実施形態のＸ線ＣＴ装置の全体構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る前処理部及び画像生成部の構成例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る抽出部を説明するための図である。 図４は、第１の実施形態に係る補正部の処理結果の一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態の処理の概要を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の処理例を示すフローチャートである。 図７Ａは、第４の実施形態を説明するための図（１）である。 図７Ｂは、第４の実施形態を説明するための図（２）である。

以下、添付図面を参照して、医用画像処理装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下では、医用画像処理装置として機能するＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）装置を、実施形態として説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態のＸ線ＣＴ装置の全体構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、架台装置１０と、寝台装置２０と、コンソール装置３０とを有する。

架台装置１０は、被検体ＰにＸ線を照射してＸ線検出データを収集する装置であり、高電圧発生部１１と、Ｘ線管１２と、Ｘ線検出器１３と、データ収集部１４と、回転フレーム１５と、架台駆動部１６とを有する。

高電圧発生部１１は、高電圧を発生し、発生した高電圧をＸ線管１２に供給する装置である。Ｘ線管１２は、高電圧発生部１１から供給された高電圧によりＸ線を発生する真空管であり、Ｘ線管１２が発生したＸ線は、被検体Ｐに対して照射される。

Ｘ線検出器１３は、Ｘ線管１２から照射されて被検体Ｐを透過したＸ線の強度分布を示すＸ線検出データを検出する検出器である。すなわち、Ｘ線検出器１３は、被検体Ｐの体内で生じるＸ線吸収の度合を示すＸ線検出データを検出する。例えば、Ｘ線検出器１３は、チャンネル方向（図１に示すＹ軸方向）に沿って複数のＸ線検出素子が配列された検出素子列が、被検体Ｐの体軸方向（図１に示すＺ軸方向）に沿って複数列配列された２次元アレイ型検出器である。

回転フレーム１５は、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを被検体Ｐを挟んで対向するように支持する。架台駆動部１６は、回転フレーム１５を回転駆動させることで、被検体Ｐを中心とした円軌道上でＸ線管１２およびＸ線検出器１３を旋回させる駆動装置である。

データ収集部１４は、ＤＡＳ（Data Acquisition System）であり、Ｘ線検出器１３により検出されたＸ線検出データを収集する。具体的には、データ収集部１４は、Ｘ線管１２からのＸ線照射方向それぞれに対応するＸ線検出データを収集する。Ｘ線照射方向は、ビュー（view）とも呼ばれる。そして、データ収集部１４は、収集したビューごとのＸ線検出データに対して、増幅処理やＡ／Ｄ変換処理等を行なって、コンソール装置３０の前処理部３４（後述）に出力する。例えば、データ収集部１４は、Ｘ線検出素子ごとのＸ線検出量を示すＸ線検出データをＸ線照射方向ごとに時系列化したデータ（サイノグラムデータ）を出力する。

寝台装置２０は、被検体Ｐを載せる装置であり、図１に示すように、天板２２と、寝台駆動装置２１とを有する。天板２２は、被検体Ｐが載置されるベッドであり、寝台駆動装置２１は、天板２２を被検体Ｐの体軸方向（Ｚ軸方向）へ移動させることで、被検体Ｐを回転フレーム１５内に移動させる。

コンソール装置３０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置の操作を受け付けるとともに、架台装置１０によって収集されたデータ群から断層画像を再構成する装置であり、図１に示すように、入力装置３１と、表示装置３２と、スキャン制御部３３と、前処理部３４と、投影データ記憶部３５と、画像生成部３６と、画像記憶部３７と、システム制御部３８とを有する。

入力装置３１は、Ｘ線ＣＴ装置を操作する医師や技師などの操作者が各種指示を入力するためのマウス、キーボード、ボタン、トラックボール、ジョイスティックなどを有し、操作者から受け付けた各種コマンドを、後述するシステム制御部３８に転送する。

表示装置３２は、入力装置３１を介して操作者から指示を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、後述する画像記憶部３７が記憶する画像を表示したりするためのモニタを有する。

スキャン制御部３３は、高電圧発生部１１、架台駆動部１６、データ収集部１４及び寝台駆動装置２１の動作を制御する。これにより、スキャン制御部３３は、架台装置１０で行なわれる被検体ＰのＸ線スキャン処理、Ｘ線検出データ群の収集処理及びＸ線検出データ群に対するデータ処理を制御する。

具体的には、スキャン制御部３３は、回転フレーム１５を回転させながら、Ｘ線管１２からＸ線を連続的、又は、間欠的に照射させることで、Ｘ線スキャンを実行させる。例えば、スキャン制御部３３は、天板２２を移動させながら回転フレーム１５を連続回転させて撮影を行なうヘリカルスキャンや、被検体Ｐの位置を固定したままで回転フレーム１５を１回転または連続回転させて撮影を行なうコンベンショナルスキャンを実行させる。

前処理部３４は、データ収集部１４から送信されたＸ線検出データに対して、対数変換処理や、オフセット補正、感度補正等の補正処理を行なうことで、投影データを生成する。なお、第１の実施形態に係る前処理部３４が行なう処理については、後に詳述する。

投影データ記憶部３５は、前処理部３４により生成された投影データを記憶する。

画像生成部３６は、投影データ記憶部３５が記憶する投影データから各種画像を生成し、生成した画像を画像記憶部３７に格納する。例えば、画像生成部３６は、投影データを逆投影処理（例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法による逆投影処理）することでＸ線ＣＴ画像を再構成し、再構成したＸ線ＣＴ画像を画像記憶部３７に格納する。なお、第１の実施形態に係る画像生成部３６が行なう処理については、後に詳述する。

システム制御部３８は、架台装置１０、寝台装置２０およびコンソール装置３０の動作を制御することによって、Ｘ線ＣＴ装置の全体制御を行う。具体的には、システム制御部３８は、スキャン制御部３３を制御することで、架台装置１０及び寝台装置２０によるＸ線検出データ群の収集処理を制御する。また、システム制御部３８は、前処理部３４や、画像生成部３６を制御することで、コンソール装置３０における画像処理を制御する。また、システム制御部３８は、画像記憶部３７が記憶する各種画像を、表示装置３２に表示するように制御する。

以上、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、管電圧を１種類に固定した撮影を行なって投影データを収集する他に、異なる複数種類の管電圧での「Multi Energyによる撮影」を行なって投影データを収集する。例えば、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、２種類の異なる管電圧での「Dual Energyによる撮影」を行なって投影データを収集する。

「Dual Energyによる撮影」は、例えば、以下の３つの撮影方法で行なわれている。第１の撮影方法は、最初に第１の管電圧で撮影し、次に第２の管電圧で撮影する「Slow-kV switching方式（２回転方式）」である。第２の撮影方法は、図１に例示する１管球のＸ線ＣＴ装置ではなく、２管球のＸ線ＣＴ装置を用いて、異なる管電圧で撮影を行なう「Dual Source方式（２管球方式）」である。第３の撮影方法は、回転フレーム１５を回転させながら、ビューごとに高速で管電圧切り替えて撮影する「Fast-kV switching方式（高速スイッチング方式）」である。これにより、エネルギーの異なる２種類の生データ（投影データ）を取得することができる。

以下では、「Dual Energyによる撮影」が高速スイッチング方式により行なわれる場合について説明する。なお、本実施形態は、「Dual Energyによる撮影」が２回転方式や２管球方式で行なわれる場合であっても適用可能である。

近年、２種類の異なる管電圧から得られた２つの投影データを、予め設定した２つの基準物質それぞれの投影データ（線積分データ）に分離することで、基準物質の存在率に基づく画像（基準物質画像）を再構成する応用技術が開発されている。かかる応用技術では、２つの基準物質画像を用いて重み付け計算処理を行うことにより、単色Ｘ線画像や密度画像、実効原子番号画像等、様々な画像を取得することができる。

上記の応用技術は、ビームハードニングを要因とするアーチファクトの補正に有効であり、例えば、従来の連続Ｘ線からなるＸ線ＣＴ画像よりもビームハードニングの影響を低減した単色Ｘ線からなるＸ線ＣＴ画像（単色Ｘ線画像、又は、単色Ｘ線ＣＴ画像）を生成することができる。しかし、アーチファクトとしては、ビームハードニング以外に、高吸収体による投影データの精度悪化を要因とするアーチファクトや、散乱線を要因とするアーチファクト等、様々なアーチファクトがある。

上記の応用技術では、ビームハードニング以外のアーチファクトの影響を除去した単色Ｘ線画像を生成することができなかった。そこで、第１の実施形態では、単色Ｘ線画像に発生したアーチファクトを抽出するために、以下に説明する前処理部３４及び画像生成部３６の処理が行なわれる。

図２は、第１の実施形態に係る前処理部及び画像生成部の構成例を示す図である。図２に例示するように、第１の実施形態に係る前処理部３４は、投影データ生成部３４ａと、分離部３４ｂとを有する。また、図２に例示するように、第１の実施形態に係る画像生成部３６は、再構成部３６ａと、抽出部３６ｂと、補正部３６ｃとを有する。

投影データ生成部３４ａは、データ収集部１４から送信されたＸ線検出データに対して対数変換処理等を行なって、投影データを生成する。第１の実施形態では、投影データ生成部３４ａは、第１の管電圧（例えば、１３０ｋＶ）のＸ線検出データから投影データ（以下、高エネルギー投影データと記載する）を生成する。また、第１の実施形態では、投影データ生成部３４ａは、第２の管電圧（例えば、８０ｋＶ）のＸ線検出データから投影データ（以下、低エネルギー投影データと記載する）を生成する。

分離部３４ｂは、投影データを、予め設定された少なくとも２つ以上の複数の基準物質それぞれの線積分データに分離する。第１の実施形態では、上記の投影データは、異なる２種類の管電圧それぞれ収集された２つの投影データ（高エネルギー投影データ及び低エネルギー投影データ）である。また、第１の実施形態では、上記の複数の基準物質は、２つの基準物質であり、例えば、骨及び水である。以下では、２つの基準物質の一方を第１基準物質と記載し、他方を第２基準物質と記載する。

すなわち、分離部３４ｂは、高エネルギー投影データ及び低エネルギー投影データを、第１基準物質の線積分データ（第１線積分データ）と、第２基準物質の線積分データ（第２線積分データ）とに分離する。なお、基準物質は、様々なエネルギーにおける質量減弱係数が既知である物質から設定される。

分離部３４ｂにより分離された第１線積分データ及び第２線積分データは、投影データ記憶部３５に格納される。

そして、再構成部３６ａは、各画素（ピクセル又はボクセル）の画素値が当該画素に存在する基準物質の存在率を示す基準物質画像データを、複数の基準物質それぞれの線積分データから再構成する。具体的には、再構成部３６ａは、第１線積分データを逆投影処理することで、第１基準物質の基準物質画像データ（以下、第１基準物質画像データ）を再構成する。また、再構成部３６ａは、第２線積分データを逆投影処理することで、第２基準物質の基準物質画像データ（以下、第２基準物質画像データ）を再構成する。ここで、第１基準物質画像データの画素「i」の画素値は、画素「i」における第１基準物質の存在率「c₁」となる。また、第２基準物質画像データの画素「i」の画素値は、画素「i」における第２基準物質の存在率「c₂」となる。

ここで、任意のエネルギー「E」における画素「i」に対応する撮影部位の減弱係数「μ(E)」は、以下の式（１）により求めることができる。なお、以下の式（１）において、「μ₁(E)」は、第１基準物質の「E」における減弱係数であり、「μ₂(E)」は、第２基準物質の「E」における減弱係数である。

なお、「E」における画素「i」に対応する撮影部位のＣＴ値「CT#(E)」は、式（１）により求められる「μ(E)」と、水の「E」における減弱係数「μ_w(E)」を以下の式（２）に代入することで求まる。

再構成部３６ａは、基準物質画像データと、式（１）及び式（２）とを用いて、任意のエネルギー「E」における単色Ｘ線画像を生成することができる。式（１）で求められる減弱係数は、ビームハードニングによる誤差は低減されている。しかし、式（１）で求められる減弱係数には、例えば、メタルアーチファクト、骨や造影剤を要因とするアーチファクト、コーンビームアーチファクトの影響が残存している。

そこで、図２に示す抽出部３６ｂは、複数の基準物質それぞれの基準物質画像データから算出される各画素の減弱係数に基づいて、アーチファクト領域を抽出する。第１の実施形態に係る抽出部３６ｂは、吸収端エネルギーを含まないエネルギー範囲で、２つの異なるエネルギーにおける減弱係数を比較することで、アーチファクト領域を抽出する。図３は、第１の実施形態に係る抽出部を説明するための図である。

第１の実施形態に係る抽出部３６ｂは、式（１）を用いて、２つのエネルギー（E₁及びE₂）それぞれの減弱係数を画素ごとに算出する。２つのエネルギーの大小関係は、「E₁＜E₂」とされる。ここで、物質の質量減弱係数(線減弱係数／密度)は、光子エネルギーに対して、図３に示す形状となる。図３では、水の質量減弱係数を実線で示し、骨（皮質骨）の質量減弱係数を点線で示し、ヨウ素の質量減弱係数を一点鎖線で示している。

図３に示すように、光電効果又はコンプトン散乱が支配的なエネルギー領域では、減弱係数が不連続となる吸収端エネルギー付近を除いて、如何なる物質でも、「μ(E₁)>μ(E₂)」が成立する。このことを利用し、抽出部３６ｂは、「μ(E₁)>μ(E₂)」が成立しない画素においては、正しい「c₁」及び「c₂」が得られていないと判定し、当該画素をアーチファクト領域として抽出する。換言すると、抽出部３６ｂは、ある画素の「c₁」及び「c₂」から算出される２つのエネルギーそれぞれの減弱係数の大小関係が、物理的に矛盾する大小関係となる場合、当該画素をアーチファクト領域であると判定する。

２つのエネルギーは、設定した２つの基準物質の吸収端エネルギーを除く範囲で、操作者により設定される。或いは、２つのエネルギーは、基準物質のペアに応じて、予め装置に初期設定されている場合でも良い。或いは、２つのエネルギーは、基準物質のペアに応じて、抽出部３６ｂが設定する場合でも良い。

そして、図２に示す補正部３６ｃは、アーチファクト領域の減弱係数を補正する。補正部３６ｃは、例えば、以下に説明する点を利用して、アーチファクト領域の減弱係数を補正する。すなわち、アーチファクト領域の「c₁」及び「c₂」は正しくないが、正しくない「c₁」及び「c₂」から算出される様々なエネルギーでの減弱係数の中で、あるエネルギー「E＿cor」で得られる減弱係数は妥当な値である、という点である。

吸収端エネルギーを除く範囲では、正しい減弱係数の値は、エネルギーが大きくなるにつれて、小さくなる。すなわち、正しい減弱係数のグラフは、右下がりの形状となる。一方、第１の実施形態により抽出されたアーチファクト領域の減弱係数は、吸収端エネルギーを除く範囲であっても、エネルギーが大きくなるにつれて、大きくなる。すなわち、アーチファクト領域の減弱係数のグラフは、右上がりの形状となる。右下がりの形状となる正しい減弱係数のグラフと、右上がりの形状となるアーチファクト領域の減弱係数のグラフは、ある点では交差する。かかる交差点でのエネルギーが上記の「E＿cor」となる。

そこで、補正部３６ｃは、複数の基準物質それぞれの基準物質画像データの画素値から算出されるアーチファクト領域の減弱係数が、略正しい減弱係数となるエネルギー「E＿cor」を取得する。本実施形態では、補正部３６ｃは、第１基準物質画像データ及び第２基準物質画像データの画素値から算出されるアーチファクト領域の減弱係数が、略正しい減弱係数となるエネルギー「E＿cor」を取得する。そして、補正部３６ｃは、「E＿cor」でのアーチファクト領域の減弱係数と、「E＿cor」での所定の物質の減弱係数とを用いて、補正処理を行なう。

例えば、補正部３６ｃは、「E＿cor」として、経験的に、或いは、実験的に予め求められたエネルギー値を取得する。かかる場合、「E＿cor」の値は、例えば、システム制御部３８に初期設定され、補正部３６ｃは、システム制御部３８から「E＿cor」を取得する。或いは、「E＿cor」の値は、補正部３６ｃの処理が行なわれる際に、操作者により入力装置３１を介して設定されても良い。かかる場合、補正部３６ｃは、入力装置３１を用いて設定された「E＿cor」を、システム制御部３８を介して取得する。

ただし、妥当な減弱係数が得られるエネルギー「E＿cor」は、同じ値であるとは限らない。このため、本実施形態では、あるエネルギー「A」の減弱係数「μ(A)」と「E＿cor」との相関を、予め求めておく。なお、「A」は、吸収端エネルギーを除く範囲において、基準物質のペアに応じて、予め設定されるエネルギーである。また、「μ(A)」は、「c₁」及び「c₂」と、「A」における第１基準物質の減弱係数と、「A」における第２基準物質の減弱係数とを式（１）に代入することにより求められる値である。

一例として、第１の実施形態では、傾き「a」及びＹ切片「b」を用いて、「E＿cor」と「μ(A)」とが、以下の式（３）のような１次関数で表せる関係式が成立することを利用する。

なお、「A」、「a」及び「b」は、実験的に求められる値である。また、本実施形態では、「E＿cor」と「μ(A)」との関係式が、１次関数で表される場合について説明したが、「E＿cor」と「μ(A)」との関係式が、多項関数や指数関数、対数関数等の様々な関数により表される場合であっても良い。なお、上述したように、「E＿cor」の値が一定値に設定されて補正処理が行なわれる場合、式（３）は、「a＝０、b＝E＿cor」に設定されことになる。

補正部３６ｃは、アーチファクト領域として抽出された画素の「c₁」及び「c₂」から算出した「μ(A)」を式（３）に代入して、「E＿cor」を算出する。そして、補正部３６ｃは、「E＿cor」における第１基準物質の減弱係数及び第２基準物質の減弱係数と、「c₁」及び「c₂」とを式（１）に代入して、「E＿cor」の減弱係数「μ(E＿cor)」を算出する。減弱係数「μ(E＿cor)」は、「E＿cor」でのアーチファクト領域の減弱係数であり、「E＿cor」でのアーチファクト領域の真の減弱係数に近い値として用いることができる。

そして、補正部３６ｃは、減弱係数「μ(E＿cor)」と、「E＿cor」での所定の物質の減弱係数とを用いて、補正処理を行なう。例えば、所定の物質は、水に設定される。かかる場合、補正部３６ｃは、単色Ｘ線画像に対応するエネルギー「E」における水の減弱係数「μ_w(E)」と、「E＿cor」における水の減弱係数「μ_w(E＿cor)」と、「μ(E＿cor)」とを、以下に示す式（４）に代入する。これにより、補正部３６ｃは、アーチファクト領域として抽出された画素の補正後の減弱係数「μ’(E)」を求める。

なお、上記の式（４）では、水の減弱係数を用いているが、本実施形態は、その他適切な物質の減弱係数を用いて補正後の減弱係数を算出しても良い。ここで、「E＿cor」を一定値にして補正処理を行なう場合も、上記の式（４）を用いて、アーチファクト領域の補正後の減弱係数が求められる。

図４は、第１の実施形態に係る補正部の処理結果の一例を示す図である。図４では、アーチファクト領域の補正前の減弱係数（線減弱係数）のグラフを実線で示し、アーチファクト領域の補正後の減弱係数（線減弱係数）のグラフを点線で示している。補正部３６ｃの補正処理が行なわれることにより、右上がりであった補正前の減弱係数のグラフの形状は、図４に例示するように、物理的に矛盾しない右下がりの形状となる。

図２に示す再構成部３６ａは、補正後の減弱係数を用いて単色Ｘ線画像を生成する。具体的には、再構成部３６ａは、アーチファクト領域においては、補正後の減弱係数を式（２）に代入することでＣＴ値を算出する。また、再構成部３６ａは、アーチファクト領域以外の領域においては、第１基準物質画像データ及び第２基準物質画像データそれぞれの画素値から式（１）を用いて減弱係数を算出し、算出した減弱係数を式（２）に代入することで、ＣＴ値を算出する。これにより、再構成部３６ａは、エネルギー「E」の単色Ｘ線画像を生成する。

そして、システム制御部３８の制御により、表示装置３２は、エネルギー「E」の単色Ｘ線画像を表示する。

図５は、第１の実施形態の処理の概要を示す図である。図５の上段図に示すように、補正部３６ｃの補正処理が行なわれない場合、単色Ｘ線画像には、高吸収体による投影データの精度悪化により、白くなるアーチファクトや黒くなるアーチファクトが発生する。

かかる領域は、図５の中段図に示すように、抽出部３６ｂの抽出処理により、全て、アーチファクト領域として抽出される。そして、補正部３６ｃの補正処理が行なわれることで、図５の下段図に示すように、高吸収体によるアーチファクト領域が補正された単色Ｘ線画像が生成される。

なお、「E＿cor」を一定値にして補正処理を行なう場合、操作者は、「E＿cor」の値を変更しても良い。例えば、操作者は、アーチファクト領域のエネルギー「E」での補正後の減弱係数を用いて生成された単色Ｘ線画像を参照する、そして、操作者は、当該単色Ｘ線画像の補正が適切でないと判断した場合、「E＿cor」の値を変更する。かかる場合、補正部３６ｃは、変更後の「E＿cor」を用いて減弱係数の補正処理を再度行ない、再構成部３６ａは、再補正後の減弱係数を用いて単色Ｘ線画像を生成する。また、「E＿cor」を一定値として補正処理を行なう場合、複数の値が「E＿cor」として設定され、これらの値それぞれで、補正処理が行なわれて、複数の単色Ｘ線画像が生成されても良い。かかる場合、操作者は、例えば、複数の単色Ｘ線画像から、アーチファクトが適切に低減された単色Ｘ線画像を選択することができる。また、「E＿cor」を式（３）を用いて取得し、式（３）を用いて取得した「E＿cor」と式（４）とを用いてアーチファクト領域の減弱係数を補正する場合でも、操作者は、「E＿cor」の値を変更する処理を行なっても良い。

また、本実施形態では、式（３）及び式（４）を用いない以下の処理により補正処理が行なわれる場合であっても良い。例えば、補正部３６ｃは、アーチファクト領域の減弱係数を所定の物質の減弱係数に置き換える補正処理を行なっても良い。かかる場合、補正部３６ｃは、アーチファクト領域の減弱係数を、任意の物質の減弱係数で置き換えることで、補正処理を行なう。任意の物質としては、例えば、軟組織が挙げられる。

或いは、補正部３６ｃは、アーチファクト領域を通過する投影データや線積分データに補正を行なうことで、アーチファクト領域の減弱係数を補正する。例えば、補正部３６ｃは、アーチファクト領域を通過する高エネルギー投影データ及び低エネルギー投影データを補正し、再度、分離部３４ｂに補正後の投影データを第１線積分データ及び第２線積分データに分離させる。または、例えば、補正部３６ｃは、アーチファクト領域を通過する第１線積分データ及び第２線積分データを補正する。そして、補正部３６ｃは、再度、再構成部３６ａに第１線積分データ及び第２線積分データから基準物質画像データを再構成させる。これにより、補正部３６ｃは、補正後の減弱係数を求めることができる。

次に、図６を用いて、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の処理の一例について説明する。図６は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の処理例を示すフローチャートである。

図６に例示するように、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の分離部３４ｂは、収集した高エネルギー投影データ及び低エネルギー投影データを、第１線積分データ及び第２線積分データに分離する（ステップＳ１０１）。そして、再構成部３６ａは、第１線積分データ及び第２線積分データそれぞれから、第１基準物質画像データ及び第２基準物質画像データを再構成する（ステップＳ１０２）。

そして、抽出部３６ｂは、第１基準物質画像データ及び第２基準物質画像データから算出される各画素の減弱係数から、アーチファクト領域を抽出し（ステップＳ１０３）、補正部３６ｃは、アーチファクト領域の減弱係数を補正する（ステップＳ１０４）。

そして、再構成部３６ａは、補正後の減弱係数を用いて、単色Ｘ線画像を生成する（ステップＳ１０５）。そして、表示装置３２は、単色Ｘ線画像を表示し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

上述してきたように、第１の実施形態では、基準物質画像データから算出される減弱係数の値が、物理的に矛盾する値となる画素を、アーチファクト領域として抽出する。これにより、第１の実施形態では、単色Ｘ線画像に発生したアーチファクトを抽出することができる。また、第１の実施形態では、アーチファクト領域の減弱係数を補正し、補正後の減弱係数を用いて、単色Ｘ線画像を生成する。すなわち、第１の実施形態では、単色Ｘ線画像を生成する際の重み付け係数の補正を行なことができる。これにより、第１の実施形態では、単色Ｘ線画像におけるアーチファクトを低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、抽出部３６ｂにより行なわれるアーチファクト領域抽出方法の別の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態で説明したアーチファクト領域抽出方法を第１抽出方法とし、第２の実施形態に係る抽出部３６ｂが行なうアーチファクト領域抽出方法を、第２抽出方法〜第６抽出方法に大別して説明する。

第２抽出方法は、減弱係数が０以下となることが、物理的にあり得ないことを利用する方法である。第２抽出方法では、抽出部３６ｂは、減弱係数が０以下となり得る画素を、アーチファクト領域として抽出する。抽出に用いるエネルギー範囲は、設定された第１基準物質及び第２基準物質や、Ｘ線ＣＴ装置が照射可能な管電圧の範囲から設定される。以下では、エネルギー範囲が「E_a〜E_b」であるとして説明する。

例えば、抽出部３６ｂは、各画素の「c₁」及び「c₂」と式（１）とから、「E_a〜E_b」の範囲で、減弱係数を順次算出する。そして、抽出部３６ｂは、「E_a〜E_b」の範囲で、０以下の減弱係数が算出される「c₁」及び「c₂」の組み合わせを有する画素をアーチファクト領域として抽出する。ただし、上記の方法では、「E_a〜E_b」の範囲で減弱係数を全て算出する必要がある。そこで、第２抽出方法では、抽出処理の負荷を低減させるために、ある画素の「c₁」及び「c₂」の組み合わせが以下の３つとなる場合に、当該画素をアーチファクト領域として抽出する。まず、第１の場合は、「c₁」及び「c₂」どちらもが０以下の値となる場合である。

また、第２の場合は、「c₁」 が負の値であり、且つ、「E_a〜E_b」の範囲での「μ₂(E)/μ₁(E)」の最大値を「R」とすると、以下の式（５）が成立する場合である。

また、第３の場合は、「c₂」 が負の値であり、且つ、「E_a〜E_b」の範囲での「μ₁(E)/μ₂(E)」の最大値を「R’」とすると、以下の式（６）が成立する場合である。

「c₁」及び「c₂」の値は、全画素で既知であり、また、「R」及び「R’」も既知であることから、第１の場合〜第３の場合を用いた判定を行なうことで、第２抽出方法では、抽出処理の負荷を低減させることができる。

次に、第３抽出方法及び第４抽出方法について説明する。第３抽出方法及び第４抽出方法では、抽出部３６ｂは、所定のエネルギーにおける減弱係数と、予め設定した物質の当該エネルギーにおける減弱係数とを比較することで、アーチファクト領域を抽出する。ここで、所定のエネルギーを「E’」とする。「E’」は、操作者により設定される値、又は、初期設定されている値である。

第３抽出方法では、人体内部に存在し得るＸ線吸収が最大となる物質（最大吸収物質）が、上記の予め設定した物質とされる。第３抽出方法では、抽出部３６ｂは、式（１）により算出される「E’」における減弱係数「μ(E’)」が、最大吸収物質の「E’」における減弱係数より大きくなる「c₁」及び「c₂」の組み合わせを有する画素を、アーチファクト領域として抽出する。

第４抽出方法では、人体内部に存在し得るＸ線吸収が最小となる物質（最小吸収物質）が、上記の予め設定した物質とされる。第４抽出方法では、抽出部３６ｂは、式（１）により算出される「E’」における減弱係数「μ(E’)」が、最小吸収物質の「E’」における減弱係数より小さくなる「c₁」及び「c₂」の組み合わせを有する画素を、アーチファクト領域として抽出する。

次に、第５抽出方法及び第６抽出方法について説明する。第５抽出方法及び第６抽出方法では、抽出部３６ｂは、２つの異なるエネルギーそれぞれにおける減弱係数の比と、予め設定した物質の当該２つの異なるエネルギーそれぞれにおける減弱係数の比とを比較することで、アーチファクト領域を抽出する。ここで、２つの異なるエネルギーを「E₃及びE₄ 、ただし、E₃<E₄」とする。「E₃及びE₄」は、操作者により設定される値、又は、初期設定されている値である。

第５抽出方法では、最大吸収物質が、上記の予め設定した物質とされる。第５抽出方法では、抽出部３６ｂは、式（１）により算出される「E₃」における減弱係数「μ(E₃)」と「E₄」における減弱係数「μ(E₄)」との比「μ(E₃)/μ(E₄)」を算出する。また、抽出部３６ｂは、最大吸収物質の「E₃」における減弱係数「μ_a(E₃)」と「E₄」における減弱係数「μ_a(E₄)」との比「μ_a(E₃)/μ_a(E₄)」を取得する。そして、抽出部３６ｂは、「μ(E₃)/μ(E₄)」が「μ_a(E₃)/μ_a(E₄)」より大きくなる「c₁」及び「c₂」の組み合わせを有する画素を、アーチファクト領域として抽出する。

第６抽出方法では、最小吸収物質が、上記の予め設定した物質とされる。第６抽出方法では、抽出部３６ｂは、式（１）により算出される「E₃」における減弱係数「μ(E₃)」と「E₄」における減弱係数「μ(E₄)」との比「μ(E₃)/μ(E₄)」を算出する。また、抽出部３６ｂは、最小吸収物質の「E₃」における減弱係数「μ_b(E₃)」と「E₄」における減弱係数「μ_b(E₄)」との比「μ_b(E₃)/μ_b(E₄)」を取得する。そして、抽出部３６ｂは、「μ(E₃)/μ(E₄)」が「μ_b(E₃)/μ_b(E₄)」より小さくなる「c₁」及び「c₂」の組み合わせを有する画素を、アーチファクト領域として抽出する。

第１抽出方法〜第６抽出方法は、単独で行なわれる場合であっても、２つ以上の組み合わせにより行なわれる場合であっても良い。第１抽出方法〜第６抽出方法を組み合わせて行なうことで、アーチファクト領域の抽出精度を向上させることができる。なお、第２の実施形態で説明した方法でアーチファクト領域が抽出された後も、第１の実施形態で説明した補正処理及び単色Ｘ線画像の生成処理が行なわれる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、抽出部３６ｂにより行なわれるアーチファクト領域の抽出精度を更に向上させる方法について説明する。

第３の実施形態に係る抽出部３６ｂは、第１抽出方法〜第６抽出方法を行なう際に、第７抽出方法として、複数の基準物質それぞれの基準物質画像データにおいて、同一位置の画素の画素値が所定の範囲となる画素を、アーチファクト領域の抽出対象から除外する。例えば、抽出部３６ｂは、「c₁」及び「c₂」が共に「０±α」範囲にある画素を、抽出の対象外とする。なお、「α」は、操作者により設定される値、又は、初期設定されている値である。

第７抽出方法が行なわれることで、第３の実施形態では、空気の領域がノイズとして抽出されることを回避することができる。

更に、第３の実施形態に係る抽出部３６ｂは、第１抽出方法〜第６抽出方法を行なう際に、上記の第７抽出方法とともに、或いは、第７抽出方法を実行せずに、以下の第８抽出方法を行なっても良い。

第３の実施形態に係る抽出部３６ｂは、第８抽出方法において、複数の基準物質それぞれの基準物質画像データに対してフィルタ処理が行なわれた後のデータから、アーチファクト領域を抽出する。例えば、抽出部３６ｂは、基準物質画像データに、メディアンフィルタ等のフィルタ処理を行なった後に、アーチファクト領域の抽出を行う。なお、フィルタ処理は、抽出部３６ｂ以外の処理部により実行される場合であっても良い。

第８抽出方法が行なわれることで、第３の実施形態では、基準物質画像データのノイズによる孤立点を排除することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、抽出部３６ｂにより抽出されたアーチファクト領域を、観察者に対して明示する場合について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、第４の実施形態を説明するための図である。

第４の実施形態において、システム制御部３８は、補正後の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像において、アーチファクト領域が強調表示されるように制御する。例えば、システム制御部３８の制御により、再構成部３６ａは、図７Ａに示すように、補正後の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像におけるアーチファクト領域の輪郭を点線により描画する。そして、表示装置３２は、システム制御部３８の制御により、図７Ａに示す画像を表示する。

或いは、第４の実施形態において、システム制御部３８は、補正前の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像において、アーチファクト領域が強調表示されるように制御する。例えば、システム制御部３８の制御により、再構成部３６ａは、図７Ｂに示すように、補正前の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像におけるアーチファクト領域の輪郭を点線により描画する。そして、表示装置３２は、システム制御部３８の制御により、図７Ｂに示す画像を表示する。

なお、システム制御部３８は、抽出されたアーチファクト領域が色づけされた単色Ｘ線画像を表示するように制御しても良い。

また、第４の実施形態では、補正前の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像にてアーチファクト領域を強調表示する場合、補正部３６ｃによる減弱係数の補正処理が行なわれない場合であっても良い。

第４の実施形態では、単色Ｘ線画像におけるアーチファクト領域を視覚化するので、単色Ｘ線画像を読影する読影医に対して、例えば、高吸収体により情報が欠落している可能性のある領域を提示することが可能となる。

なお、上記の第１〜第４の実施形態で説明した医用画像処理方法は、異なる３種類以上の管電圧での「Multi Energyによる撮影」を行なう場合であっても適用可能である。また、上記の第１〜第４の実施形態で説明した医用画像処理方法は、基準物質が３つ以上設定される場合であっても適用可能である。

また、上記の第１〜第４の実施形態では、Ｘ線検出器１３が積分型の検出器である場合について説明した。しかし、上記の第１〜第４の実施形態で説明した医用画像処理方法は、Ｘ線検出器１３が、被検体Ｐを透過したＸ線に由来する光を個々に計数するフォトンカウンティング方式の検出器である場合であっても適用可能である。Ｘ線検出器１３がフォトンカウンティング方式の検出器である場合、分離部３４ｂは、管電圧を１種類に固定した撮影を行なって収集された投影データから、線減弱係数を求めることができる。

また、上記の第１〜第４の実施形態で説明した医用画像処理方法は、Ｘ線ＣＴ装置とは別途設置された医用画像処理装置において実行される場合であっても良い。かかる場合、医用画像処理装置は、Ｘ線ＣＴ装置が収集した投影データを受信して、上記の医用画像処理方法を実行する。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

以上、説明したとおり、第１〜第４の実施形態によれば、単色Ｘ線画像に発生したアーチファクトを抽出することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ 架台装置
１１ 高電圧発生部
１２ Ｘ線管
１３ Ｘ線検出器
１４ データ収集部
１５ 回転フレーム
１６ 架台駆動部
２０ 寝台装置
２１ 寝台駆動装置
２２ 天板
３０ コンソール装置
３１ 入力装置
３２ 表示装置
３３ スキャン制御部
３４ 前処理部
３４ａ 投影データ生成部
３４ｂ 分離部
３５ 投影データ記憶部
３６ 画像生成部
３６ａ 再構成部
３６ｂ 抽出部
３６ｃ 補正部
３７ 画像記憶部
３８ システム制御部

Claims (14)

1. 投影データを、予め設定された少なくとも２つ以上の複数の基準物質それぞれの線積分データに分離する分離部と、
   各画素の画素値が当該画素に存在する基準物質の存在率を示す基準物質画像データを、前記複数の基準物質それぞれの線積分データから再構成する再構成部と、
   前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データから算出される各画素の減弱係数に基づいて、アーチファクト領域を抽出する抽出部と、
   を備える、医用画像処理装置。
2. 前記アーチファクト領域の減弱係数を補正する補正部、
   を更に備え、
   前記再構成部は、補正後の減弱係数を用いて単色Ｘ線画像を生成する、請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記補正部は、前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データの画素値から算出される前記アーチファクト領域の減弱係数が、略正しい減弱係数となるエネルギーを取得し、当該エネルギーでのアーチファクト領域の減弱係数と、当該エネルギーでの所定の物質の減弱係数とを用いて、補正処理を行なう、請求項２に記載の医用画像処理装置。
4. 前記補正部は、前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データの画素値から算出される前記アーチファクト領域の減弱係数が、略正しい減弱係数となるエネルギーとして予め求められた値を取得する、請求項３に記載の医用画像処理装置。
5. 前記補正部は、前記アーチファクト領域の減弱係数を所定の物質の減弱係数に置き換える補正処理を行なう、請求項２に記載の医用画像処理装置。
6. 前記抽出部は、前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データに対してフィルタ処理が行なわれた後のデータから、前記アーチファクト領域を抽出する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
7. 前記抽出部は、吸収端エネルギーを含まないエネルギー範囲で、２つの異なるエネルギーにおける減弱係数を比較することで、前記アーチファクト領域を抽出する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
8. 前記抽出部は、減弱係数が０以下となり得る画素を、前記アーチファクト領域として抽出する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
9. 前記抽出部は、所定のエネルギーにおける減弱係数と、予め設定した物質の当該エネルギーにおける減弱係数とを比較することで、前記アーチファクト領域を抽出する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
10. 前記抽出部は、２つの異なるエネルギーそれぞれにおける減弱係数の比と、予め設定した物質の当該２つの異なるエネルギーそれぞれにおける減弱係数の比とを比較することで、前記アーチファクト領域を抽出する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
11. 前記抽出部は、前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データにおいて、同一位置の画素の画素値が所定の範囲となる画素を、前記アーチファクト領域の抽出対象から除外する、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
12. 前記投影データは、異なる２種類の管電圧それぞれ収集された２つの投影データである、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
13. 前記補正後の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像、又は、補正前の減弱係数を用いた単色Ｘ線画像において、前記アーチファクト領域が強調表示されるように制御する制御部、
    を更に備える、請求項２〜１２のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
14. 投影データを、予め設定された少なくとも２つ以上の複数の基準物質それぞれの線積分データに分離する分離部と、
    各画素の画素値が当該画素に存在する基準物質の存在率を示す基準物質画像データを、前記複数の基準物質それぞれの線積分データから再構成する再構成部と、
    前記複数の基準物質それぞれの基準物質画像データから算出される各画素の減弱係数に基づいて、アーチファクト領域を抽出する抽出部と、
    を備える、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置。

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