JP5718014B2

JP5718014B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5718014B2
Application number: JP2010237066A
Authority: JP
Inventors: 亮太小原
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: JP2012085936A

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置における照射Ｘ線量最適化技術に関する。

近年、ステントグラフト等の金属製の器具を血管内に挿入し、梗塞等の治療を行うようになってきている。また、その治療評価のためにＣＴ検査を行うことがある。しかし、このような体内留置物はＸ線吸収率が大きく、透過Ｘ線量を著しく減弱させる。そのため体内留置物の存在を考慮しないでＣＴ検査を行うと、体内留置物の存在する部位で透過Ｘ線量が不足することがあり、画質が損なわれる恐れがあった。そのため、本撮影の前に体内留置物の位置や物質を特定し、適切な照射Ｘ線量でＣＴ検査を行うことが望まれている。

被検体に照射するＸ線量を最適に変調制御する技術としては、被検体の撮影部位の断層面に近似した、水と実効的に等価なＸ線減弱係数を有する楕円モデルを作成し、その楕円モデルに基づいて目標とする画質を満たす管電流や管電圧を算出して、照射Ｘ線量を最適化するものが知られている。例えば、特許文献１に記載のＸ線ＣＴ装置では、腹部等のようにＸ線減弱係数が比較的一様な部位と、胸部等のようにＸ線減弱係数が一様でない部位とで得られる画質の差に着目し、上述の楕円モデルを更に投影値プロファイルに基づいて修正し、修正楕円モデルを用いて最適な管電流や管電圧を算出することが記載されている。しかし、特許文献１では金属製の体内留置物については配慮されていなかった。

ところで、工業用Ｘ線装置の分野では撮影対象の物質を同定できるものがあった。この種のＸ線装置としては、例えば、特許文献２に示す材質特定Ｘ線検査装置等がある。特許文献２には、予め元素が既知の対象物にＸ線を照射して透過Ｘ線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを取得して格納しておき、物質特定検査においては、エネルギーの異なる２つのＸ線を被測定物に照射し、それらの異なるＸ線エネルギーに対する透過Ｘ線量レベルをそれぞれ求め、特性データから対象物の厚みを求め、厚みの一致から、被測定物に含まれる対象物の元素を特定し、材質を特定することが記載されている。

特開２００８−５５８１１７号公報特開平１０−１０４１７５号公報

しかしながら、臨床に用いるＸ線ＣＴ装置では、通常、被曝低減の観点から特許文献２の材質特定Ｘ線検査装置のようにエネルギー分布の異なるＸ線を同一箇所に複数回照射することは好まれない。このため、照射時間短縮による被曝低減のために、管電圧を高速に切り替える機能がＸ線発生装置に必要になる。また、異なるエネルギーのＸ線を検出するにはエネルギーを弁別する機能を有するＸ線検出器が必要であるが、こうした機能を加えると装置構成が複雑化し、コストを要してしまう。そのため、従来のＸ線ＣＴ装置と同様の装置構成としつつも、体内留置物の存在やその物質のＸ線減弱係数に配慮した適切な撮影が行える人体用のＸ線ＣＴ装置が必要とされている。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、本撮影の前の段階で得られる位置決め用画像の情報を用い、金属製の体内留置物に配慮して照射Ｘ線量を最適化し、画質劣化を低減することが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することを目的としている。

前述した目的を達成するために第１の発明は、被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、前記Ｘ線検出器で検出された前記被検体の撮影部位における複数方向からの透過Ｘ線量に基づいて前記被検体の撮影部位における断面像を再構成する画像再構成装置と、再構成された断面像を表示する画像表示装置と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、被検体の位置決め用画像を撮影する位置決め用画像撮影手段と、前記位置決め用画像を用いて、被検体内部の高吸収体の分布を解析する解析手段と、解析された高吸収体の分布、該高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数、前記位置決め用画像を撮影する際の照射Ｘ線量、及び計測された透過Ｘ線量に基づいて前記高吸収体のＸ線減弱係数を求め、該高吸収体の物質を推定する物質推定手段と、前記高吸収体の分布及びＸ線減弱係数を用いて撮影範囲の各断面位置における最適な照射Ｘ線量を算出する露出制御手段と、前記露出制御手段により算出された照射Ｘ線量に従って前記被検体の本撮影を行う撮影手段と、を備え、前記解析手段は、少なくとも２方向から撮影された各位置決め用画像の濃度分布に基づいて、高吸収体とその他の既知のＸ線減弱係数を適用する部分とを区分化し、区分化画像を作成する区分化手段と、前記各区分化画像を複写することにより次元を拡張する次元拡張手段と、前記次元拡張手段により次元の拡張された各区分化画像の同一座標の区分を比較し、比較結果に応じて該座標の区分を決定する再区分化処理を行うことで前記高吸収体の分布を３次元的に推定し、あるＸ線照射角度における前記高吸収体の厚みを推定する厚み推定手段と、を備え、前記物質推定手段は、前記厚み推定手段により推定された前記高吸収体の厚み、該高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数、前記位置決め用画像を撮影する際の照射Ｘ線量、及び計測された透過Ｘ線量に基づいて前記高吸収体のＸ線減弱係数を推定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
第２の発明は、被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、前記Ｘ線検出器で検出された前記被検体の撮影部位における複数方向からの透過Ｘ線量に基づいて前記被検体の撮影部位における断面像を再構成する画像再構成装置と、再構成された断面像を表示する画像表示装置と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、被検体の位置決め用画像を撮影する位置決め用画像撮影手段と、前記位置決め用画像を用いて、被検体内部の高吸収体の分布を解析する解析手段と、解析された高吸収体の分布、該高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数、前記位置決め用画像を撮影する際の照射Ｘ線量、及び計測された透過Ｘ線量に基づいて前記高吸収体のＸ線減弱係数を求め、該高吸収体の物質を推定する物質推定手段と、前記高吸収体の分布及びＸ線減弱係数を用いて撮影範囲の各断面位置における最適な照射Ｘ線量を算出する露出制御手段と、前記露出制御手段により算出された照射Ｘ線量に従って前記被検体の本撮影を行う撮影手段と、を備え、前記解析手段は、１方向から撮影された位置決め用画像の被検体領域を全て低吸収体と区分し、該領域の透過線量を水等価長に変換した単区分水等価長スキャノ画像のプロファイルを生成する単区分水等価長プロファイル生成手段と、前記位置決め用画像の被検体領域をその濃度分布から低吸収体及び高吸収体に区分し、各区分の透過線量をそれぞれ水等価長に変換した二区分水等価長スキャノ画像のプロファイルを生成する二区分水等価長プロファイル生成手段と、前記単区分水等価長プロファイルと前記二区分水等価長プロファイルとの差分から、前記高吸収体のプロファイルを算出する高吸収体算出手段と、前記高吸収体のプロファイルに２つのピークが存在するか否かを判定する判定手段と、前記高吸収体のプロファイルに２つのピークが存在する場合は、該高吸収体の形状を環状とみなし、前記ピークの分布に基づいて前記環の内径及び外径を推定する形状推定手段と、を備え、前記物質推定手段は、前記形状推定手段により推定された前記高吸収体の形状情報を用いて前記高吸収体のＸ線減弱係数を推定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

本発明により、本撮影の前の段階で得られる位置決め用画像の情報を用い、金属製の体内留置物に配慮して照射Ｘ線量を最適化し、画質劣化を低減することが可能なＸ線ＣＴ装置を提供できる。

Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成図Ｘ線ＣＴ装置１のハードウエアブロック図本発明による撮影処理の流れを説明するフローチャート体内留置物が発見された場合の注意喚起画面５００の一例物質推定処理の流れを説明するフローチャート第１の実施の形態の画像区分化処理の流れを説明するフローチャートスキャノ画像（位置決め用画像）の次元拡張について説明する図次元拡張された各スキャノ画像を用いた画像の再区分化処理について説明する図再区分化処理の流れを説明するフローチャート第２の実施の形態の画像区分化処理の流れを説明するフローチャートある断面での（ａ）単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７１、（ａ）二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７２、（ａ）高吸収体の水等価長スキャノ画像のプロファイル７３（ａ）ある断面Ｐにおいて推定される低吸収体の分布、（ｂ）ある断面Ｐにおいて推定される高吸収体の形状と分布の一例を示す図物質推定ビームハードニング補正処理について説明するフローチャート

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、図１〜図２を参照して、本実施の形態のＸ線ＣＴ装置１の構成について説明する。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、スキャナ２、寝台３、操作卓４、表示装置７、及び操作装置８から構成される。Ｘ線ＣＴ装置１は、寝台３上の天板５に固定される被検体６をスキャナ２の開口部に搬入してスキャンすることにより、被検体６の透過Ｘ線量データを取得する。

スキャナ２は、図２に示すようにＸ線管２０１、高電圧発生装置２０２、コリメータ２０３、開口部２０４、Ｘ線検出器２０５、データ収集装置２０６、回転板２０７、及び回転板駆動装置２０８を備える。

Ｘ線管２０１はＸ線源であり、操作卓４の中央制御装置４００により制御されて被検体６に対してＸ線を連続的または断続的に照射する。中央制御装置４００は、操作卓４の演算装置４２により決定されたＸ線管電圧（以下、管電圧という）及びＸ線管電流（以下、管電流という）に従って高電圧発生装置２０２を制御し、Ｘ線管２０１に印加または供給するＸ線管電圧及びＸ線管電流を調整する。

コリメータ２０３は、Ｘ線管２０１から放射されたＸ線を、例えばコーンビーム（円錐形または角錐形ビーム）等のＸ線として被検体６に照射させるものであり、開口幅は中央制御装置４００により制御される。被検体６を透過したＸ線はＸ線検出器２０５に入射する。

Ｘ線検出器２０５は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるＸ線検出素子群をチャネル方向（周回方向）に例えば１０００個程度、列方向（体軸方向）に例えば１〜３２０個程度配列したものであり、被検体６を介してＸ線管２０１に対向するように配置される。Ｘ線検出器２０５はＸ線管２０１から放射されて被検体６を透過したＸ線を検出し、検出した透過Ｘ線量データをデータ収集装置２０６に出力する。

データ収集装置２０６は、Ｘ線検出器２０５に接続され、Ｘ線検出器２０５の個々のＸ線検出素子により検出される透過Ｘ線量データを収集し、画像再構成装置４２１に出力する。

回転板２０７には、Ｘ線管２０１、コリメータ２０３、Ｘ線検出器２０５、データ収集装置２０６が搭載される。回転板２０７は、回転板駆動装置２０８から、駆動伝達系を通じて伝達される駆動力によって回転される。

図１に示す寝台３は、被検体６が載置される天板５、寝台制御装置、上下動装置、及び天板駆動装置等を備える。寝台制御装置は、上下動装置を制御して寝台３の高さを適切なものにする。また、天板駆動装置を制御して天板５を体軸方向に前後動したり、体軸と垂直方向であって、かつ天板５に平行な方向（左右方向）に移動したりする。これにより、被検体６がスキャナ２のＸ線照射空間に搬入及び搬出される。

操作卓４は、表示装置７、操作装置８、及び記憶装置４１１を備えた入出力装置４１と、画像再構成装置４２１及び画像処理装置４２２を備えた演算装置４２と、中央制御装置４００とを備える。操作卓４はスキャナ２及び寝台３に接続される。

中央制御装置４００は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を備える。中央制御装置４００は、操作装置８からの操作指示に従って、スキャナ２内のＸ線管２０１、高電圧発生装置２０２、コリメータ２０３、寝台３、回転駆動装置２０８、データ収集装置２０６、入出力装置４１、及び演算装置４２を制御する。

また、中央制御装置４００は、後述する撮影処理（図３参照）の手順に従ってＸ線ＣＴ装置１の各部を制御し、被検体６の撮影を行う。撮影処理では、まず被検体６の位置決め画像（スキャノグラム画像）を撮影し、スキャノグラム画像から得られる情報に基づいて、被検体６に照射する最適な管電流及び管電圧を算出し、その管電流及び管電圧に従って本撮影を実行し、本撮影にて得られた透過Ｘ線量データに基づいて断層画像を再構成し、表示装置７に表示する。

表示装置７は、液晶パネル、ＣＲＴモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、中央制御装置４００に接続される。表示装置７は画像再構成装置４２１から出力される再構成画像や位置決め用画像、並びに中央制御装置４００や演算装置４２が取り扱う種々の情報を表示するものである。

操作装置８は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置、及び各種スイッチボタン等を備え、操作者によって入力される各種の指示や情報を中央制御装置４００に出力する。操作者は、表示装置７及び操作装置８を使用して対話的にＸ線ＣＴ装置１を操作することができる。例えば、後述する注意喚起画面５００（図４参照）において照射Ｘ線の最適制御を行うか否かの選択操作や撮影条件の設定操作等を行うことができる。

記憶装置４１１は、ハードディスク等により構成されるものであり、中央制御装置４００に接続される。記憶装置４１１には、Ｘ線ＣＴ装置１の機能を実現するためのプログラム、装置パラメータ等の撮影に必要なパラメータが記憶される。また、これらのプログラムやパラメータの他、データ収集装置２０６が収集した透過Ｘ線量データや演算装置４２により生成された画像等が記憶される。

画像再構成装置４２１は、中央制御装置４００の制御によってスキャナ２内のデータ収集装置２０６が収集した透過Ｘ線量データを取得する。位置決め撮影時には、データ収集装置２０６が収集した透過Ｘ線量データを用いて位置決め画像を作成する。また、本撮影時には、データ収集装置２０６が収集した複数ビューの透過Ｘ線量データを用いて断層像を再構成する。
画像処理装置４２２は、画像データの解析や解析結果に基づいて最適な照射Ｘ線量を算出する処理等を行う。

次に、本実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置１の動作について説明する。
まず、全体の流れを説明する。
図３に示すように、寝台３に載置された被検体６に対して位置決め撮影を行う（ステップＳ１０１）。位置決め撮影とは、撮影対象部位を含む部位に対して、スキャナ２を回転させずに一定角度からＸ線を照射する撮影方法である。
以下の説明において、寝台方向と垂直な方向から撮影した位置決め画像を「縦スキャノ画像」と呼び、寝台方向と水平な方向から撮影した位置決め画像を「横スキャノ画像」と呼ぶ。第１の実施の形態では少なくとも２方向から撮影されたスキャノ画像を用いて被検体６内の金属製留置物（高吸収体）の分布を解析するため、縦スキャノ画像及び横スキャノ画像の撮影を行うものとする。なお、位置決め画像の撮影方向は、縦及び横に限定されるものでなく、任意の方向から撮影された位置決め画像を用いてもよい。

次に、演算装置４２の画像処理装置４２２は、ステップＳ１０１で得られた位置決め画像の情報を用いて、当該画像に含まれる高吸収体の物質を推定する物質推定処理を行う（ステップＳ１０２）。物質推定処理において、演算装置４２は、位置決め画像の濃度分布から高吸収体の分布を解析する。本明細書でいうところの高吸収体とは金属製体内留置物または石灰化病変を意味し、そのＣＴ値は、撮影条件にもよるが、骨の数倍程度以上のＣＴ値を示すものとする。すなわち、位置決め画像の濃度分布から高吸収体の存在位置を推定することが可能である。また、以下の説明において、低吸収体とは、高吸収体、寝台領域、空気領域を除く部位である。通常の被検体に相当する程度のＣＴ値範囲をいう。被検体領域が寝台領域全体にかかっている場合は、低吸収体領域と寝台領域とを容易に識別できないことがあるため、この場合は、寝台領域と被検体領域とを分けず、単に低吸収体として区分してもよい。
ステップＳ１０２の物質推定処理については後述する。

次に、中央制御装置４００は、ステップＳ１０２の演算装置４２による解析結果に基づいて高吸収体の分布を示す注意喚起画面５００を操作者に提供し、本撮影の前に注意喚起する（ステップＳ１０３）。

図４に注意喚起画面５００の一例を示す。注意喚起画面５００には、ステップＳ１０１にて撮影された位置決め画像（例えば、縦スキャノ画像５０１）が表示される。また、縦スキャノ画像５０１には、その画素値の濃度分布から高吸収体５０６と認識される領域が存在することがある。この場合、中央制御装置４００は被検体６から取り外すことが可能な高吸収体を取り外すように促すメッセージ５０２（図４の「高吸収体を３個見つけました。取り外して問題のないものは、取り外してから本撮影して下さい。」等）を注意喚起画面５００内に表示したり、音声案内を再生したりする。

また、中央制御装置４００は、ステップＳ１０３で提示する注意喚起画面５００において、高吸収体５０６の存在位置を「高吸収体Ａ」、「高吸収体Ｂ」、「高吸収体Ｃ」にようにマーク５０５とともに明示する。また、マーク５０５とともに、高吸収体５０６の物質に応じた照射Ｘ線の最適制御を行うか否かを選択させるためのチェックボックス５０４や、その選択を促すメッセージ５０３（図４の「照射Ｘ線最適制御を行う場合はチェックボックスにマークして下さい。」等）を表示するようにしてもよい。また、音声メッセージやアラーム音を報知してもよい。

注意喚起画面５００の高吸収体５０６に応じた照射Ｘ線の最適制御を行うか否かを選択させるためのチェックボックス５０４にチェックが入力されると、中央制御装置４００は、高吸収体５０６の位置や物質推定処理にて推定された物質情報に応じて最適な管電流・管電圧でＸ線を照射するための変調曲線を算出する。そして変調曲線に基づいて管電流、管電圧を制御しながら、本撮影を行う（自動露出撮影；ステップＳ１０４）。

本撮影において、被検体６を透過し、Ｘ線検出器２０５により検出された透過Ｘ線量は、データ収集装置２０６によって収集され、操作卓４の画像再構成装置４２１へ出力される。画像再構成装置４２１は、入力された計測データ（透過Ｘ線量データ）を用いて断層画像の画像再構成を行う（ステップＳ１０５）。

画像再構成処理には、スキャナ２で計測され、データ収集装置２０６から送出された透過Ｘ線量データから再構成に不都合なハードウエア特性や物理現象による影響を取り除き、再構成に使用できる投影データとするための各種補正処理（Ｘ線強度補正、オフセット補正、ビームハードニング補正、ヘリカル補間等）が含まれる。また、再構成に用いる手法は、例えば、フィルタ補正逆投影法、重畳積分法、逐次近似法、その他の公知の手法を用いればよい。ステップＳ１０２にて推定された高吸収体５０６の物質情報を画像再構成処理において利用することが望ましい。例えば、ビームハードニング補正処理において高吸収体５０６の物質情報を利用することが挙げられる。高吸収体５０６の物質情報を用いた補正処理については、第３の実施の形態で説明する。

画像再構成装置４２１により断層画像が生成されると、中央制御装置４００は生成された断層画像を表示装置７に表示する（ステップＳ１０６）。
以上が撮影処理の全体の流れである。

次に、図５〜図９を参照して、ステップＳ１０２の物質推定処理について説明する。
位置決め画像から得られる情報から高吸収体５０６の物質を推定するために、本発明では、図５に示すように、まず位置決め画像を区分化し、高吸収体の分布を表した区分化画像を生成する（ステップＳ２０１）。高吸収体以外の区分は、低吸収体のみとしてもよいし、寝台、空気等に更に区分してもよい。

被検体領域における高吸収体（または低吸収体）の分布を解析するため、本第１の実施の形態では、少なくとも２方向から撮影された位置決め画像を用いる。以下の説明では、縦スキャノ画像と、横スキャノ画像とを用いるものとする。

図６のフローチャートを用いて、第１の実施の形態の画像区分化処理について説明する。
まず、中央制御装置４００は、縦スキャノ画像及び横スキャノ画像について区分化処理を実施する（ステップＳ３０１）。すなわち、中央制御装置４００は、縦スキャノ画像をその濃度分布に基づいて、高吸収体領域、低吸収体領域、及び空気領域に区分化する。また、横スキャノ画像をその濃度分布に基づいて、高吸収体領域、低吸収体領域、寝台領域、及び空気領域に区分化する。区分化は、濃度値の閾値処理により行えばよい。高吸収体と低吸収体との閾値は、例えば骨の濃度値の数倍程度以上とすればよい。
被検体６は寝台領域を概ね覆うように載置されるため、縦スキャノ画像では寝台領域を分離しにくい。そのため、寝台領域は区分化しないが、可能であれば区分化してもよい。
また、同一区分では同じ画素値、異なる区分では異なる画素値となるように区分化した各画素に画素値を与え、区分化画像を生成する。また、基準とする物質の透過長は、水の透過長でもよいし、それ以外の物質の透過長でもよい。
また、各位置決め画像上の物体の既知の位置情報や形状情報を区分化に利用してもよい。例えば寝台の位置や形状は、被検体との位置関係から推測可能であるため、この位置情報や形状情報を区分化に利用してもよい。
更に、上述の閾値と、物質の位置情報、形状情報等とを適宜組み合わせて区分化に利用してもよい。

次に、中央制御装置４００は、図７に示す縦スキャノ画像６１及び横スキャノ画像６２の次元をそれぞれ拡張処理する（ステップＳ３０２）。すなわち、縦スキャノ画像６１を横方向に複写し、擬似的な３次元スキャノ画像６１０を生成する。横スキャノ画像６２についても縦方向に複写し、擬似的な３次元スキャノ画像６２０を生成する。以下、次元拡張処理された縦スキャノ画像を縦方向拡張スキャノ画像６１０といい、次元拡張処理された横スキャノ画像を横方向拡張スキャノ画像６２０という。図７に、（ａ）縦方向拡張スキャノ画像６１０、（ｂ）横方向拡張スキャノ画像６２０の例を示す。

その後、中央制御装置４００は、縦方向拡張スキャノ画像６１０及び横方向拡張スキャノ画像６２０の同一座標の画素値を比較して再区分化し、その比較結果により３次元スキャノ画像を生成する（ステップＳ３０３）。

図８は、再区分化する処理について説明する図である。図８（ａ）は、縦方向拡張スキャノ画像６１０と横方向拡張スキャノ画像６２０とを、ある断面Ｐにおいて重ね合わせた状態を模式的に示した図であり、破線内の領域６１２、６２２が低吸収体、斜線の領域６１１，６２１が高吸収体、破線外の領域が空気領域を示している。
中央制御装置４００は、縦横の各拡張スキャノ画像の同一座標の区分を比較し、その結果に応じてその座標の区分を決定する（再区分化する）。
図９に示すように、縦横の各拡張スキャノ画像の同一座標が同一区分である場合は（ステップＳ４０１；Ｙｅｓ）、そのままの区分を採用する（ステップＳ４０２）。縦横の各拡張スキャノ画像の同一座標の区分が異なっており、一方が高吸収体である場合は（ステップＳ４０１；Ｎｏ→ステップＳ４０３；Ｙｅｓ）、他方の区分を採用する（ステップＳ４０４）。また、縦横の各拡張スキャノ画像の同一座標の区分が異なっており、いずれも高吸収体でなく一方が低吸収体である場合は（ステップＳ４０１；Ｎｏ→ステップＳ４０３；Ｎｏ→ステップＳ４０５；Ｙｅｓ）、他方の区分を採用する（ステップＳ４０４）。また、いずれも高吸収体でなく、かついずれも低吸収体でなく、いずれか一方が寝台である場合は（ステップＳ４０１；Ｎｏ→ステップＳ４０３；Ｎｏ→ステップＳ４０５；Ｎｏ→ステップＳ４０６；Ｙｅｓ）、寝台として再区分化する（ステップＳ４０７）。４区分化（高吸収体、低吸収体、寝台、空気）の場合、残りの領域（ステップＳ４０１；Ｎｏ→ステップＳ４０３；Ｎｏ→ステップＳ４０５；Ｎｏ→ステップＳ４０６；Ｎｏ）は、空気として再区分化する（ステップＳ４０８）。

再区分化処理が終了すると、図８（ｂ）に示すように、再区分化された３次元スキャノ画像が生成される。図８（ｂ）では、破線６４内が低吸収体、網掛けの領域６３が高吸収体、残りの領域６５は寝台または空気領域とされる。
なお、上述の再区分化処理では、３次元に拡張されたスキャノ画像（縦方向拡張スキャノ画像６１０、横方向拡張スキャノ画像６２０）の各画素についてステップＳ４０１〜ステップＳ４０８に示すような比較処理が行われるが、再区分化後の３次元スキャノ画像の画素サイズは任意である。例えば、いずれかの元画像（縦方向または横方向の拡張スキャノ画像６１０，６２０）の画素サイズとしてもよいし、新たな画素サイズを設定してもよい。
また、上述の画像区分化処理（図６）では直交する２方向のスキャノ画像を演算対象としたが、これに限定されるものではなく、斜交する２方向のスキャノ画像を用いてそれぞれ擬似的な３次元スキャノ画像を作成し、再区分化処理を行うようにしてもよい。斜交するスキャノ画像を用いる場合は、それらの斜交角度情報を用いて斜交座標系から直交座標系へ座標変換し、その後、擬似的な３次元スキャノ画像を作成し、再区分化処理を行えばよい。

上述のような再区分化処理の結果、再区分化された３次元スキャノ画像から各区分の３次元的な分布が求まるため、特定方向における各区分（高吸収体、低吸収体、寝台、空気等）の厚さ情報が得られる。これを利用して、中央制御装置４００は各区分のＸ線減弱係数を推定する（図５のステップＳ２０２）。高吸収体のＸ線減弱係数を未知の定数とし、高吸収体以外の区分（低吸収体、寝台、空気等）には既知のＸ線減弱係数を適用し、照射Ｘ線量Ｉ_０と、計測された透過Ｘ線量Ｉとを以下の式（１）に適用する。これにより、高吸収体５０６の物質を推定できる。

被検体に入射するＸ線量Ｉ_０と被検体を透過する透過Ｘ線量Ｉとの関係は、以下の式（１）で表されることが知られている。

ここで、Ｉは被検体６を透過する透過Ｘ線量、Ｉ_０は被検体６に入射するＸ線量、μ_１，μ_２，・・・はＸ線減弱係数、ｌ_１，ｌ_２，・・・は各Ｘ線減弱係数に該当する物質を透過するＸ線ビームの長さ（透過長）である。

低吸収体の区分のＸ線減弱係数μ_２として、例えば人体に近い水のＸ線減弱係数を適用すればよい。また、低吸収体の区分の厚さ（透過長）ｌ_２は再区分化された３次元スキャノ画像から推定できる。
高吸収体の物質を推定するには、高吸収体を透過するＸ線ビームの長さｌ_１が分かれば、高吸収体のＸ線減弱係数μ_１を上述の式（１）、低吸収体（寝台、空気等を区分化してもよい）のＸ線減弱係数μ_２、低吸収体を透過するＸ線ビームの長さｌ_２から、照射Ｘ線量Ｉ_０、計測データＩから求めることが可能となる。
なお、高吸収体のＸ線減弱係数を算出する際は、複数のデータ（複数断面または複数角度方向からの透過長）を用いて統計的に算出すれば、精度よく高吸収体のＸ線減弱係数を算出できる。

ステップＳ２０１、ステップＳ２０２により、高吸収体の厚さとＸ線減弱係数が推定されると、中央制御装置４００は、これらの情報に基づいて、高吸収体が含まれる撮影範囲における最適な照射Ｘ線量を算出する（自動露出調整値算出処理；ステップＳ２０３）。
すなわち、中央制御装置４０１は、再区分化された３次元スキャノ画像を用いて、各スライス位置でのＸ線照射角度に応じた各区分のＸ線透過長と各区分に応じたＸ線減弱係数とを用いて、最適な照射Ｘ線量を求める。
管電流を調整する場合は、被検体６が低吸収体のみで組成されている場合と同じ透過線量が得られるように、スライス位置及びＸ線照射角度に応じて管電流を調整する。
また、管電圧を調整する場合は、高吸収体のＸ線減弱係数が基準Ｘ線減弱係数と近い値となるように管電圧を調整する。基準Ｘ線減弱係数とは、断層画像における低吸収体と高吸収体の画像コントラスト比が低下しすぎないようにするための基準値である。
また、管電流及び管電圧の調整を組み合わせて照射Ｘ線量を調整するようにしてもよい。

以上により、被検体の体内に存在する留置物の物質に応じた照射Ｘ線の最適化を行うことが可能となる。

第１の実施の形態では高吸収体の分布（厚み）を推定するために、少なくとも２方向の位置決め画像（スキャノグラム画像）から擬似的に３次元スキャノ画像を生成し、精度よく高吸収体の分布を推定できる。なお、２方向に限らず、３方向以上としてもよい。また、低吸収体について、一律に水のＸ線減弱係数を用いる例を説明したが、胸部、腹部のように部位毎に更に細分化して適切なＸ線減弱係数を適用してもよい。

［第２の実施の形態］
次に、図１０〜図１２を参照して、第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１について説明する。第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１のハードウエア構成は、第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明する。
また、第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１は、全体としては第１の実施の形態と同様の流れで撮影処理（図３参照）を行うが、ステップＳ１０２の物質推定処理において、第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる手法で高吸収体の分布を解析するものとする。

第２の実施の形態では、１方向から撮影された位置決め画像（例えば、縦スキャノ画像）を用いて金属製体内留置物（高吸収体）の分布を推定する。
また、第２の実施の形態の手法を適用するのに好適な例として、ステントグラフトのような中空円筒状（環状）構造の金属製留置物が体内に存在する場合を想定する。血管内に挿入されたステントグラフトの中空部分は血液等の低吸収体で満たされる。以下の説明では、簡単のため、ステントグラフトの長軸と寝台方向とが一致しているものとして説明する。

第２の実施の形態の物質推定処理において、中央制御装置４００はまず、第２の実施の形態の画像区分化処理（図１０参照）を実行して、被検体内における高吸収体の分布（位置及び形状）を推定し、それらの情報を用いて、高吸収体のＸ線減弱係数を推定する。その後は、第１の実施の形態と同様に、推定された高吸収体の分布（位置及び形状）及び物質（Ｘ線減弱係数）に基づいて、断面位置及び回転角度に応じた最適な照射Ｘ線量（管電流値、管電圧値）を求め、本撮影を行って断層画像を再構成する。

図１０のフローチャートに示すように、第２の実施の形態の画像区分化処理では、中央制御装置４００は、まず、一方向からの位置決め画像（縦スキャノ画像）について区分化透過長変換処理を行う（ステップＳ５０１）。

区分化透過長変換処理では、中央制御装置４００は、水等価長を基準として、位置決め画像（縦スキャノ画像）上の被検体領域を高吸収体の有無にかかわらず全て低吸収体と仮定し、該領域の透過線量を水等価長に変換した単区分水等価長スキャノ画像のプロファイルを生成する（図１１（ａ）のプロファイル７１）。次に、上述の位置決め画像と同じ位置決め画像（縦スキャノ画像）を用いて、被検体部分を高吸収体と低吸収体の２区分に区分化し、透過線量を水等価長に変換した二区分水等価長スキャノ画像のプロファイルを作成する（図１１（ｂ）のプロファイル７２）。

図１１（ａ）は単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７１、図１１（ｂ）は二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７２、図１１（ｃ）は差分スキャノ画像のプロファイル７３を示す図である。各プロファイルにおいて、横軸はＸ線検出器のチャネル、縦軸は水等価長である。

中央制御装置４００は、単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７１と二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７２との差分をとり、差分プロファイル７３を得る。この差分プロファイル７３は高吸収体を抽出したスキャノ画像に相当する（ステップＳ５０２）。
高吸収体の形状が中空円筒状（環状）であって、その高吸収体の長軸方向が縦スキャノ画像の寝台方向に平行な場合は、Ｘ線透過距離の位置依存性から、差分プロファイル７３は、水等価長の長い部分２箇所と短い部分１箇所を有する特徴的なプロファイルとなる（図１１（ｃ））。図１１（ｃ）に示すように、差分プロファイル７３の二つのピークの頂点の間隔を中空円筒状構造物の内径７４とし、二つのピークの両端の間隔を中空円筒状構造物の外径７５として、留置物の形状を推定できる。

中央制御装置４００は、高吸収体が存在する範囲についてステップＳ５０１〜ステップＳ５０２の処理を繰り返し、中空円筒状構造物全体の形状を推定する。

次に、中央制御装置４００は環状次元拡張処理を行って、高吸収体の形状を３次元的に推定する（ステップＳ５０３）。
すなわち、中央制御装置４００は、上述の単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７１を寝台方向に垂直な方向（縦方向）に拡張して擬似的な３次元スキャノ画像のプロファイルを作成することにより、低吸収体の形状を修正する。このとき、図１２（ａ）に示すように、横方向（チャネル方向）の各位置に関して縦方向（体厚方向）の水等価長の中点７６が一致するように低吸収体の断面形状を修正する。

また、高吸収体については、ステップＳ５０２で得られた内径７４及び外径７５の情報に基づいて環状の構造物断面に拡張し、二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル７２における高吸収体の横方向（チャネル方向）位置に相当する横方向位置に配置する。縦方向（体厚方向）位置は低吸収体の縦方向長さの中央とする。なお、高吸収体の中空部分は低吸収体として区分化する。図１２（ｂ）に示すような、低吸収体７７の内部に環状の高吸収体７８を有する区分化画像が生成される。

中央制御装置４００は、各体軸方向位置について上述のような区分化画像７９を生成すれば、一方向の位置決め画像から高吸収体の３次元的な分布を求めることができる。

その後、推定された高吸収体の形状に基づいて、上述の式（１）から高吸収体のＸ線減弱係数を推定する。高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数と、照射Ｘ線量と、計測されたＸ線量は既知であるため、高吸収体のＸ線減弱係数μ_１が推定される。

その後、中央制御装置４００は、ステップＳ５０３にて推定した高吸収体の形状と、ステップＳ２０２にて推定した高吸収体のＸ線減弱係数とを用いて、高吸収体が含まれる撮影範囲における管電流または管電圧を調整し（自動露出調整値算出処理；ステップＳ２０３）、自動露出撮影を行い、画像再構成処理、断層画像の表示処理を行う。自動露出調整値算出処理、自動露出撮影、画像再構成処理、表示処理については第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上により、被検体の体内に存在する留置物の物質に応じた照射Ｘ線の最適化を行うことが可能となる。
第２の実施の形態に示す手法を用いて物質推定を行えば、１回の位置決め撮影から得た情報から中空円筒状構造物の形状情報を得ることが可能となり、画像情報に基づく高吸収体の物質推定性能が向上する。これにより、より最適に照射Ｘ線量を調整でき、高吸収体を含む被検体であっても画質劣化をより抑制することが可能となる。

なお、上述の例では、寝台方向と垂直な方向から撮影した縦スキャノ画像を用いて高吸収体の形状を推定する例を示したが、横スキャノ画像を用いてもよい。横スキャノ画像を用いた場合は、上述の説明における「縦方向」と「横方向」とを置き換えれば、同様に高吸収体の形状を推定できる。
また、上述の例では、中空円筒状構造物の長軸が寝台方向と一致する例を示したが、これ以外の配置であっても本実施の形態の手法を用いて物質を推定することが可能である。この場合は、ステップＳ５０２においてプロファイルを作成する際に、中空円筒状構造物（ステントグラフト）の芯線方向を法線とする断面のプロファイル（単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル、二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル、差分プロファイル）を作成し、上述の説明に適用すればよい。
また、中空円筒状構造物がＹ字状の場合は、分岐部分で分割し、芯線方向を法線とする断面のプロファイル（単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル、二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル、差分プロファイル）を作成し、上述の説明に適用すればよい。
また、上述の第２の実施の形態の物質推定処理を、差分プロファイルにピークが２つ現れない、すなわち中空円筒状の構造物でない場合に適用してもよい。この場合は、体内留置物の形状を球状や球に近い形状等に置き換えて、高吸収体の分布を推測することが考えられる。

［第３の実施の形態］
次に、図１３を参照して、第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１について説明する。第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１のハードウエア構成は、第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１と同様であるため、同一の部分には同一の符号を付して以下の説明をする。
また、第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１は、全体としては第１の実施の形態と同様の流れで撮影処理を行う（図３参照）。また、ステップＳ１０２の物質推定処理は、第１の実施の形態に示すような２方向の位置決め画像から高吸収体の分布を解析する手法を用いてもよいし、或いは第２の実施の形態に示すような１方向の位置決め画像から高吸収体の分布（形状）を解析する手法を用いてもよい。また、ステップＳ１０１の位置決め撮影、ステップＳ１０３の注意喚起処理、ステップＳ１０４の自動露出撮影、ステップＳ１０６の断層画像の表示処理に関しては、第１の実施の形態と同様とする。

第３の実施の形態では、図３のステップＳ１０５の画像再構成処理において、高吸収体に起因する画質劣化を更に低減するために、ステップＳ１０４の自動露出撮影で得られた画像に対して物質推定ビームハードニング補正を行う。

Ｘ線ＣＴ装置１の記憶装置４１１には、各種ビームハードニング補正係数群が予め準備され、記憶されている。補正係数群としては、体内留置物の物質（金属性物質）に対して、ビームハードニング補正で使用すべき補正係数がそれぞれ記憶される。これらの補正係数群は、撮影条件（照射Ｘ線エネルギー等）毎に、複数の材質について適用すべき補正係数が含まれる。例えば、ステントグラフトに用いられる材質（医療用ステンレスである３１６Ｌステンレス、タンタル、コバルト合金、ナイチノール（ニッケル・チタン合金）等）についてそれぞれ補正係数が各撮影条件別に記憶される。補正係数群は、予め実験または数値シミュレーションにより得られたデータとすればよい。

中央制御装置４００は、ステップＳ１０２で推定した物質（ステップＳ２０２で推定するＸ線減弱係数）から物質を同定し、記憶装置４１１内の補正係数群からその物質に該当する物質の補正係数を選択する（ステップＳ６０１）。そして、選択した補正係数を用いて高吸収体順投影データと通常順投影データを補正し、画像再構成処理を行う。ビームハードニング補正以外の補正については従来の手法と同様に行えばよい。

以上説明したように、第３の実施の形態によれば、被検体内に留置された高吸収体の物質に配慮して照射Ｘ線を最適化して本撮影を行った際に、更に、高吸収体の物質に応じて最適なビームハードニング補正を行えるため、高吸収体の体内留置に起因する画質劣化を更に抑制することが可能となる。

以上、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。被検体全体をカバーするワイドファンビームを照射しつつＸ線管とＸ線検出器とが一体となり回転する回転−回転方式（Ｒｏｔａｔｅ−Ｒｏｔａｔｅ方式）、電子ビームを電気的に偏向させながらターゲット電極に当てる電子ビーム走査方式（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ方式）、その他の方式のものがあるが、本発明はいずれの方式のＸ線ＣＴ装置にも適用可能である。また、上述の実施の形態では、ガントリータイプのＸ線ＣＴ装置について説明したがＣアーム型のＸ線ＣＴ装置でもよい。また、当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１・・・・・Ｘ線ＣＴ装置
２・・・・・スキャナ
２０１・・・Ｘ線管
２０５・・・Ｘ線検出器
２０６・・・データ収集装置
４・・・・・操作卓
４００・・・中央制御装置
４１・・・・入出力装置
４２・・・・演算装置
４２１・・・画像再構成装置
４１１・・・記憶装置
３・・・・・寝台
５００・・・注意喚起画面
５０１・・・位置決め画像
５０２・・・注意喚起メッセージ
５０５・・・チェックボックス
５０６・・・高吸収体
６１・・・・縦スキャノ画像
６１０・・・縦方向拡張スキャノ画像
６２・・・・横スキャノ画像
６２０・・・横方向拡張スキャノ画像
７１・・・・単区分水等価長スキャノ画像のプロファイル
７２・・・・二区分水等価長スキャノ画像のプロファイル
７３・・・・差分プロファイル
７４・・・・中空円筒状構造物の内径
７５・・・・中空円筒状構造物の外径

Claims

被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、前記Ｘ線検出器で検出された前記被検体の撮影部位における複数方向からの透過Ｘ線量に基づいて前記被検体の撮影部位における断面像を再構成する画像再構成装置と、再構成された断面像を表示する画像表示装置と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、
被検体の位置決め用画像を撮影する位置決め用画像撮影手段と、
前記位置決め用画像を用いて、被検体内部の高吸収体の分布を解析する解析手段と、
解析された高吸収体の分布、該高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数、前記位置決め用画像を撮影する際の照射Ｘ線量、及び計測された透過Ｘ線量に基づいて前記高吸収体のＸ線減弱係数を求め、該高吸収体の物質を推定する物質推定手段と、
前記高吸収体の分布及びＸ線減弱係数を用いて撮影範囲の各断面位置における最適な照射Ｘ線量を算出する露出制御手段と、
前記露出制御手段により算出された照射Ｘ線量に従って前記被検体の本撮影を行う撮影手段と、を備え、
前記解析手段は、
少なくとも２方向から撮影された各位置決め用画像の濃度分布に基づいて、高吸収体とその他の既知のＸ線減弱係数を適用する部分とを区分化し、区分化画像を作成する区分化手段と、
前記各区分化画像を複写することにより次元を拡張する次元拡張手段と、
前記次元拡張手段により次元の拡張された各区分化画像の同一座標の区分を比較し、比較結果に応じて該座標の区分を決定する再区分化処理を行うことで前記高吸収体の分布を３次元的に推定し、あるＸ線照射角度における前記高吸収体の厚みを推定する厚み推定手段と、を備え、
前記物質推定手段は、前記厚み推定手段により推定された前記高吸収体の厚み、該高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数、前記位置決め用画像を撮影する際の照射Ｘ線量、及び計測された透過Ｘ線量に基づいて前記高吸収体のＸ線減弱係数を推定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記再区分化処理は、
前記各区分化画像の同一座標が同一区分である場合は、そのままの区分を採用し、
同一座標の区分が異なり一方が高吸収体である場合は他方の区分を採用し、
同一座標の区分が異なりいずれも高吸収体でなく一方が低吸収体である場合は他方の区分を採用し、
同一座標の区分が異なりいずれも高吸収体でなく、かついずれも低吸収体でなく、いずれか一方が寝台である場合は寝台として再区分化し、
残りの領域は空気として再区分化することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転するスキャナと、前記Ｘ線検出器で検出された前記被検体の撮影部位における複数方向からの透過Ｘ線量に基づいて前記被検体の撮影部位における断面像を再構成する画像再構成装置と、再構成された断面像を表示する画像表示装置と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、
被検体の位置決め用画像を撮影する位置決め用画像撮影手段と、
前記位置決め用画像を用いて、被検体内部の高吸収体の分布を解析する解析手段と、
解析された高吸収体の分布、該高吸収体以外の部分の既知のＸ線減弱係数、前記位置決め用画像を撮影する際の照射Ｘ線量、及び計測された透過Ｘ線量に基づいて前記高吸収体のＸ線減弱係数を求め、該高吸収体の物質を推定する物質推定手段と、
前記高吸収体の分布及びＸ線減弱係数を用いて撮影範囲の各断面位置における最適な照射Ｘ線量を算出する露出制御手段と、
前記露出制御手段により算出された照射Ｘ線量に従って前記被検体の本撮影を行う撮影手段と、を備え、
前記解析手段は、
１方向から撮影された位置決め用画像の被検体領域を全て低吸収体と区分し、該領域の透過線量を水等価長に変換した単区分水等価長スキャノ画像のプロファイルを生成する単区分水等価長プロファイル生成手段と、
前記位置決め用画像の被検体領域をその濃度分布から低吸収体及び高吸収体に区分し、各区分の透過線量をそれぞれ水等価長に変換した二区分水等価長スキャノ画像のプロファイルを生成する二区分水等価長プロファイル生成手段と、
前記単区分水等価長プロファイルと前記二区分水等価長プロファイルとの差分から、前記高吸収体のプロファイルを算出する高吸収体算出手段と、
前記高吸収体のプロファイルに２つのピークが存在するか否かを判定する判定手段と、
前記高吸収体のプロファイルに２つのピークが存在する場合は、該高吸収体の形状を環状とみなし、前記ピークの分布に基づいて前記環の内径及び外径を推定する形状推定手段と、を備え、
前記物質推定手段は、前記形状推定手段により推定された前記高吸収体の形状情報を用いて前記高吸収体のＸ線減弱係数を推定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
各種物質のＸ線減弱係数に対応したビームハードニング補正係数を予め記憶した記憶手段と、
前記物質推定手段により推定された物質に対応するビームハードニング補正係数を前記記憶手段から選択する選択手段と、を備え、
前記画像再構成装置は、
前記選択手段により選択されたビームハードニング補正係数を用いて断層画像を再構成することを特徴とする請求項１または請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記解析手段により前記被検体内部に高吸収体が存在すると判明した場合に、注意喚起のための報知データを生成して報知する注意喚起報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記注意喚起報知手段は、前記位置決め画像とともに前記高吸収体の存在位置を物質の種類とともに表示することを特徴とする請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。