(57)【要約】【課題】より簡易かつ高精度に造影剤の濃度を定量的に評価できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部とデータ処理部とを備える。画像取得部は、互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを取得する。データ処理部は、前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後のＸ線画像データを生成する。【選択図】  図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを取得する画像取得部と、
前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後のＸ線画像データを生成するデータ処理部と、
を備える医用画像処理装置。
【請求項２】
前記データ処理部は、球形状を有する複数のファントムの各中心位置における画素値に基づいて前記非線形関数を求めるように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記画像取得部は、前記複数のファントムを含む前記被検体の第１のＸ線画像データと、前記複数のファントムを含まない前記被検体の第２のＸ線画像データとを取得するように構成され、
前記データ処理部は、前記非線形関数を用いて前記第２のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の前記補正後のＸ線画像データを生成するように構成される請求項１又は２記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記データ処理部は、不等間隔で分布する複数のＸ線吸収率に対応する各画素値に基づいて前記非線形関数を求めるように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記データ処理部は、前記非線形関数として３次式、４次式又は５次式を求めるように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
前記データ処理部は、前記複数のファントムで構成されるファントムセットが互いに異なる領域に配置された状態で取得された複数フレームのＸ線画像データに基づいて前記異なる領域に対応する複数の非線形関数を求め、前記複数の非線形関数を用いた前記異なる領域ごとの補正を行うように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記データ処理部は、前記複数のファントムで構成されるファントムセットがそれぞれ互いに異なる領域に配置された状態で取得された１フレームのＸ線画像データに基づいて前記異なる領域に対応する複数の非線形関数を求め、前記複数の非線形関数を用いた前記異なる領域ごとの補正を行うように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
前記データ処理部は、予め取得された造影剤の濃度とＸ線画像データの画素値との間における関係を示す情報に基づいて、前記複数のファントムのＸ線吸収率における誤差の影響が補正された非線形関数を求めるように構成される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
【請求項９】
前記画像取得部は、前記第１のＸ線画像データの撮影位置と同一の撮影位置における前記第２のＸ線画像データを取得するように構成される請求項３記載の医用画像処理装置。
【請求項１０】
互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを撮影する撮影系と、
前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後のＸ線画像データを生成するデータ処理部と、
を備えるＸ線診断装置。
【請求項１１】
異なる造影剤の濃度に対応するＸ線吸収率と同等な、互いに異なるＸ線吸収率を有する３つ以上の複数の物体と、
前記複数の物体を被検体とともにＸ線画像の撮影領域にセットするための器具と
を有するファントム。
【請求項１２】
前記器具は、Ｘ線の透過方向となり得る方向において少なくとも前記複数の物体の中心位置が互いに同一直線上とならないように計算された空間位置で、前記複数の物体を保持するように構成される請求項１１記載のファントム。
【請求項１３】
前記複数の物体は、前記異なるＸ線吸収率及び撮像部位のサイズの少なくとも一方に応じたサイズを有する請求項１１又は１２記載のファントム。
【請求項１４】
前記器具は、前記複数の物体を前記被検体としての人体上にセットするための構造を有する請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のファントム。
【請求項１５】
前記器具は、前記複数の物体を可動性を有する状態でセットするための構造を有する請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のファントム。
【請求項１６】
前記器具は、前記複数の物体を乗せる構造、前記複数の物体を収納する構造又は前記複数の物体を連結する構造を有する請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のファントム。
【請求項１７】
互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを取得する画像取得部、及び
前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後のＸ線画像データを生成するデータ処理部、
として機能させる医用画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医用画像処理装置、Ｘ線診断装置、ファントム及び医用画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線診断装置を用いた血液の灌流(Perfusion)検査では、被検体に投与された造影剤の濃度を定量的に測定することが重要となる場合がある。特に、組織のPerfusion検査では、造影剤の濃度を領域ごとに定量化することが必要である。
【０００３】
そこで、造影剤の濃度を精度よく推定するために、散乱Ｘ線、Beam Hardening、呼吸性の動き、Ｘ線管に供給される管電流とＸ線の照射時間の積(mAs)の変動等の影響を抑制するための様々な補正が行われている。また、各種補正を実行するために、事前にキャリブレーションが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３６８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、より簡易かつ高精度に造影剤の濃度を定量的に評価できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、画像取得部とデータ処理部とを備える。画像取得部は、互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを取得する。データ処理部は、前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後の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Ｘ線診断装置は、撮影系とデータ処理部とを備える。撮影系は、互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを撮影する。データ処理部は、前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後の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ファントムは、３つ以上の複数の物体と器具とを有する。３つ以上の複数の物体は、異なる造影剤の濃度に対応するＸ線吸収率と同等な、互いに異なるＸ線吸収率を有する。器具は、前記複数の物体を被検体とともにＸ線画像の撮影領域にセットする。
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、画像取得部及びデータ処理部として機能させる。画像取得部は、互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムを含む被検体のＸ線画像データを取得する。データ処理部は、前記複数のファントムに対応する前記Ｘ線画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた前記Ｘ線画像データ又は他のＸ線画像データの補正を行うことによって、前記被検体の補正後のＸ線画像データを生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＸ線診断装置及び医用画像処理装置の構成図。
【図２】ファントムの形状を球形状とした場合におけるＸ線の透過距離を示す図。
【図３】ファントムの大きさを異なるサイズとする場合の例を示す図。
【図４】ファントムを支持するタイプのファントムセットの構造例を示す図。
【図５】ファントムを収納するタイプのファントムセットの構造例を示す図。
【図６】ファントムを連結するタイプのファントムセットの構造例を示す図。
【図７】ファントムを移動させることが可能なタイプのファントムセットの構造例を示す図。
【図８】複数のファントムの不適切な配置例を示す図。
【図９】複数のファントムの不適切な重なりを回避できるようにした配置例を示す図。
【図１０】複数のファントムを人体の体表に取付ける方法の例を説明する図。
【図１１】Ｘ線吸収率が互いに異なる５つの球形のファントムを被検体に取付けて撮影されたＸ線造影画像の例を示す図。
【図１２】ファントムの画素値と補正関数の関係を示すグラフ。
【図１３】造影剤の濃度の真値と画素値としての造影剤の濃度の測定値との関係を示すグラフ。
【図１４】複数のファントムで構成されるファントムセットを動かす例を示す図。
【図１５】複数のファントムで構成されるファントムセットを複数の位置に配置した例を示す図。
【図１６】造影剤の濃度の真値とＸ線画像データの画像信号値との間における関係を示すグラフの一例を示す図。
【図１７】図１に示すＸ線診断装置及び医用画像処理装置の動作及び処理の流れを示すフローチャート。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係るＸ線診断装置及び医用画像処理装置の機能を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態に係る医用画像処理装置、Ｘ線診断装置、ファントム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。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＸ線診断装置及び医用画像処理装置の構成図である。
【００１０】
Ｘ線診断装置１は、撮影系２、制御系３及びデータ処理系４を備えている。撮影系２は、Ｘ線照射部５、Ｘ線検出器６、駆動機構７及び寝台８を有する。制御系３は、高電圧発生装置９及び撮影位置制御装置１０を有する。
【００１１】
Ｘ線照射部５は、Ｘ線管を備え、寝台８にセットされた被検体Ｏを挟んでＸ線検出器６と対向配置される。Ｘ線照射部５及びＸ線検出器６は、駆動機構７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５及びＸ線検出器６が固定される。そして、Ｘ線照射部５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６で検出できるように構成される。
【００１２】
また、寝台８の天板の傾斜及び位置を駆動機構７によって調整することができる。Ｘ線照射部５及びＸ線検出器６の被検体Ｏに対する角度を調整するのみならず、天板の角度を調整することによっても、被検体Ｏに対するＸ線の照射方向を変えることができる。
【００１３】
更に、寝台８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１１が設けられる。また、被検体Ｏの近傍には、所定の濃度の造影剤を模擬したファントムＰが設置される。
【００１４】
制御系３の高電圧発生装置９は、Ｘ線照射部５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１０は、駆動機構７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５及びＸ線検出器６の回転角度及び位置並びに寝台８の天板の傾斜及び位置は、撮影位置制御装置１０から駆動機構７に出力される制御信号によって制御される。
【００１５】
データ処理系４は、入力装置１２、表示装置１３、A/D(analog to digital)変換器１４及び医用画像処理装置１５を有する。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。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は、コンピュータに医用画像処理プログラムを読み込ませて構築することができる。但し、回路を用いてもよい。
【００１６】
医用画像処理プログラムは、ワークステーション等の汎用コンピュータを医用画像処理装置１５として利用できるように情報記録媒体に記録してプログラムプロダクトとして流通させることもできる。もちろん、情報記録媒体を介さずにネットワーク経由で医用画像処理プログラムをコンピュータにダウンロードすることもできる。
【００１７】
医用画像処理装置１５は、Ｘ線画像取得部１６及びデータ処理部１７を有する。また、データ処理部１７は、補正関数決定部１７Ａ、画像補正部１７Ｂ、濃度補正情報取得部１７Ｃ、濃度-画素値変換情報保存部１７Ｄ及び表示処理部１７Ｅを有する。従って、医用画像処理プログラムは、コンピュータを、Ｘ線画像取得部１６及びデータ処理部１７として機能させるプログラムである。
【００１８】
Ｘ線画像取得部１６は、Ｘ線検出器６からA/D変換器１４を通じてデジタル化されたＸ線検出データを取り込んで、必要なデータ処理を行うことによりＸ線画像データを生成する機能を有する。従って、被検体Ｏに造影剤が注入された状態で収集されたＸ線検出データに基づいてＸ線画像データを生成すれば、Ｘ線造影画像データが得られる。
【００１９】
特に、被検体Ｏは、造影剤が注入された状態で互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムＰとともに撮影系２で撮影することができる。この場合、互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムＰを含む被検体ＯのＸ線造影画像データが撮影系２によって撮影される。このため、Ｘ線画像取得部１６においても、互いにＸ線吸収率が異なる３つ以上の複数のファントムＰを含む被検体ＯのＸ線造影画像データが取得される。
【００２０】
データ処理部１７は、Ｘ線画像取得部１６において取得されたＸ線画像データに必要なデータ処理を施して表示用のＸ線画像データを生成する機能を有する。特に、データ処理部１７は、複数のファントムＰに対応するＸ線造影画像データの画素値に基づいて求められる非線形関数を用いたＸ線造影画像データの補正を行うことによって、被検体Ｏの補正後のＸ線造影画像データを生成する機能を有している。
【００２１】
補正関数決定部１７Ａは、複数のファントムＰに対応するＸ線造影画像データの画素値に基づいて、Ｘ線造影画像データの補正用の非線形関数を求める機能を有する。非線形関数としては、高次関数、対数関数又は指数関数が挙げられる。実用的かつ良好な精度で、Ｘ線造影画像データを補正する観点からは、非線形関数を、３次式、４次式又は５次式とすることが適切である。そこで、以降では、非線形関数が４次式の場合について説明する。
【００２２】
ここで、ファントムＰの特徴について説明する。ファントムＰは、少なくとも３つの値を有する異なる濃度の造影剤を模擬した画素値の校正（キャリブレーション）用の被検体である。
【００２３】
従って、ファントムＰは、異なる造影剤の濃度に対応するＸ線吸収率と同等な、互いに異なるＸ線吸収率を有する３つ以上の複数の物体と、複数の物体を被検体ＯとともにＸ線画像の撮影領域にセットするための器具とを用いて構成することができる。尚、異なる造影剤の濃度に対応するＸ線吸収率を有する各物体自体をファントムＰと称することもできる。このため、以降では、異なるＸ線吸収率を有する各物体をそれぞれファントムＰと称し、異なるＸ線吸収率を有する複数の物体と複数の物体を撮影領域にセットするための器具とによって構成される構造体をファントムセットと称して区別する。
【００２４】
図２は、ファントムＰの形状を球形状とした場合におけるＸ線の透過距離を示す図である。
【００２５】
Ｘ線診断装置１では撮影系２が回転するため、Ｘ線照射部５から多方向にファントムＰの撮影が行われることになる。従って、図２に示すように、ファントムＰを球形とすれば、Ｘ線の照射角度θに関わらず、ファントムＰの中心位置を透過するＸ線の透過距離dはファントムＰの直径dと同じ長さとなる。つまり、ファントムＰを球形とすれば、Ｘ線をどの方向から照射しても、ファントムＰの中心位置におけるＸ線の透過距離dを一定にすることができる。このため、ファントムＰを球形状とすることが好適である。
【００２６】
そこで、以降では、ファントムＰの形状を球形として説明する。この場合、球形状を有する複数のファントムＰの各中心位置におけるＸ線造影画像データの画素値に基づいて当該Ｘ線造影画像データの補正用の非線形関数を求めることができる。
【００２７】
ファントムＰを球形とする場合、ファントムＰの直径を2mmから10mm程度とすることが適切である。これは、ファントムＰの大きさが小さ過ぎると散乱線の影響が過剰になり、逆にファントムＰの大きさが大き過ぎると散乱線の影響が過少になるためである。更に、ファントムＰの大きさは、撮影の対象となる物体と同等な大きさとすることが望ましい。例えば、心臓の冠状動脈の太さは2mmから4mmである。また、心筋の厚さは10mm程度である。
【００２８】
従って、ファントムＰの大きさを同一にすることがデータ処理の簡易化に繋がるが、既知である限りファントムＰの直径を撮影部位のサイズに応じて互いに異なる長さにしてもよい。
【００２９】
図３は、ファントムＰの大きさを異なるサイズとする場合の例を示す図である。
【００３０】
例えば図３(A)に示すように、模擬する造影剤の濃度に応じてファントムＰの大きさを変えることができる。臨床上、高い濃度を有する造影剤が血管に注入される。注入された造影剤は細血管及び毛細血管を通じて組織に至る過程で拡散する。これにより、造影剤の濃度が低くなる。そこで、濃度が高い造影剤を模擬するファントムＰの大きさを小さくし、濃度が低い造影剤を模擬するファントムＰの大きさを大きくすることができる。これにより、拡散によって体積が増加する程、濃度が低くなる造影剤をＸ線吸収率が異なる複数のファントムＰで模擬することができる。
【００３１】
別の例として図３(B)に示すように、撮影部位のサイズに合わせてファントムＰの大きさを決定する方法もある。撮影部位が心臓であれば、300-370[mgI/ml]の最も濃度が高い造影剤が2mmから4mm程度の直径を有する冠状動脈に注入される。そして、直径が1mm程度の細血管で造影剤の濃度が100-300[mgI/ml]に薄まる。更に、造影剤が10mm程度の厚さを有する心筋に到達すると、造影剤の濃度が100[mgI/ml]以下となる。
【００３２】
そこで、100[mgI/ml]よりも高い濃度を模擬するファントムＰの直径を2mmから4mm程度の直径の範囲において濃度が高い程、大きい直径とし、100[mgI/ml]以下の濃度を模擬するファントムＰの直径を10mm程度とすることができる。これにより、冠状動脈に注入され、心臓に到達する造影剤をＸ線吸収率が異なる複数のファントムＰで模擬することができる。
【００３３】
このように、ファントムセットの構成要素となる複数のファントムＰは、造影剤の濃度に対応する異なるＸ線吸収率及び造影剤が流入する撮像部位のサイズの少なくとも一方に応じたサイズを有する複数の物体で構成することができる。
【００３４】
次に、複数のファントムＰと複数のファントムＰをセットするための器具とで構成されるファントムセットの構造例について説明する。
【００３５】
図４は、ファントムＰを支持するタイプのファントムセットの構造例を示す図である。
【００３６】
図４(A)に示すような平板状の支持体、図４(B)に示すような人体の表面にフィットするように湾曲した板状の支持体、図４(C)に示すようなフレキシブルなシート状の支持体、或いは図４(D)に示すような縁のある板状の支持体に、複数のファントムＰを貼付けることによってファントムセットを構成することができる。すなわち、ファントムＰの支持体として、ファントムＰをセットするための器具を構成することができる。もちろん、ファントムＰの移動を抑止するための凹みや仕切りを設けた支持体としての機能を器具に備えてもよい。尚、ファントムＰをセットするための器具は、非Ｘ線吸収体とみなせる材料で構成される。
【００３７】
図５は、ファントムＰを収納するタイプのファントムセットの構造例を示す図である。
【００３８】
ファントムＰをセットするための器具は、図５(A)に示すような有底の筒状の収納体、図５(B)に示すような可撓性を有し、両端が閉口した筒状の収納体、図５(C)に示すような長い袋状の収納体或いは図５(D)に示すような開閉機能を有する収納体など、様々な構造を有する収納体とすることもできる。
【００３９】
図６は、ファントムＰを連結するタイプのファントムセットの構造例を示す図である。
【００４０】
ファントムＰをセットするための器具は、図６(A)に示すように連結された複数のファントムＰをセットするための糸状部材或いは図６(B)に示すように間隔を空けて複数のファントムＰを連結するための糸状部位とすることもできる。
【００４１】
図４、図５及び図６に例示されるように、ファントムＰをセットするための器具の構造は、複数のファントムＰを乗せる構造、複数のファントムＰを収納する構造又は複数のファントムＰを連結する構造とすることができる。また、ファントムＰをセットするための器具の構造を、複数のファントムＰを可動性を有する状態でセットするための構造とすることもできる。複数のファントムＰを移動できれば、異なる位置で複数のファントムＰの撮影を行うことが可能となる。
【００４２】
図７は、ファントムＰを移動させることが可能なタイプのファントムセットの構造例を示す図である。
【００４３】
図７(A)に示すように回転可能な板状の器具に複数のファントムＰを固定することができる。この場合、図７(B)に示すように、回転中心から離れた位置に複数のファントムＰを固定すれば、ファントムＰの移動距離を長くすることができる。
【００４４】
別の例として、図７(C)に示すような円筒状の器具、図７(D)に示すような湾曲した円筒状の器具或いは図７(E)に示すようなドーナツ型の円筒状の器具の内部を複数のファントムＰが移動するようにしてもよい。更に、別の例として図７(F)に示すように多数の溝を設けた器具に複数のファントムＰをセットし、器具を傾けることにより球形の複数のファントムＰを転がして移動させることもできる。
【００４５】
図７(A), (B)に示すように複数のファントムＰを固定した板状の器具を回転させる場合には、ベアリングを構成要素として手で所定の位置に回転できるようにすることができる。或いは、モータ等の動力源をベアリングに接続して自動的に板状の器具が回転するようにしてもよい。
【００４６】
一方、図７(C), (D), (E)に示すように、筒状の器具の内部で複数のファントムＰを移動させる場合には、図６に示すように複数のファントムＰを糸状部材で連結し、カテーテルの操作と同様な要領で各ファントムＰの位置を変えることができる。或いは、複数のファントムＰを連結せずに筒状の器具の内部に挿入し、注射器等によって液体を流し込むことによって、各ファントムＰを動かすこともできる。もちろん、筒状の器具を傾斜させ、慣性力によって複数のファントムＰを転がして移動させてもよい。
【００４７】
複数のファントムＰに要求される好適な条件としては、Ｘ線の照射方向において少なくともファントムＰの中心位置が重ならないことが挙げられる。
【００４８】
図８は、複数のファントムＰの不適切な配置例を示す図である。
【００４９】
図８(A)に示すように、板状の器具の上に、設置面に垂直な方向に複数のファントムＰを配置すると、Ｘ線が複数のファントムＰを透過することになるため不適切である。また、複数のファントムＰを、板状の器具の設置面に垂直でない方向に配置したとしても、Ｃ型アーム等の駆動機構７の駆動によってＸ線の照射方向は変わり得るため、不適切な配置となる場合がある。
【００５０】
そこで、ファントムＰをセットするための器具を、Ｘ線の透過方向となり得る方向において少なくとも複数のファントムＰの中心位置が互いに同一直線上とならないように計算された空間位置で、複数のファントムＰを保持するように構成することが重要である。
【００５１】
図９は、複数のファントムＰの不適切な重なりを回避できるようにした配置例を示す図である。
【００５２】
図９(A)に示すように、Ｃ型アームの実用的な傾斜角度θと、ファントムＰの直径dとから、ファントムＰの投影方向においてファントムＰ同士が重ならないためのファントムＰ間の距離Lを幾何学的に計算することができる。そして、図９(B)の一点鎖線で示される範囲の外側となるように他のファントムＰを配置すれば、適切な間隔で複数のファントムＰをセットすることが可能となる。すなわち、Ｃ型アームを回転させても、Ｘ線の照射方向においてファントムＰ同士が重ならないように配置することができる。
【００５３】
上述のように複数のファントムＰを保持した器具は、人体の体表にできるだけ接近させて取付けることが補正精度を向上させる観点から適切である。そこで、ファントムＰをセットするための器具の構造を、複数のファントムＰを被検体Ｏとしての人体上にセットするための構造とすることが望ましい。
【００５４】
図１０は、複数のファントムＰを人体の体表に取付ける方法の例を説明する図である。
【００５５】
寝台８の天板にセットされる被検体Ｏとしての人体は、掛け布(ドレープ)で覆われる。そこで、図１０(A)に示すようにドレープの外側に複数のファントムＰを保持する器具を設置し、器具を寝台８のレールにゴム等で固定することができる。或いは、図１０(B)に示すように、複数のファントムＰを保持する器具を粘着テープ等でドレープに貼付けることもできる。更に別の例として、図１０(C)に示すようにドレープに面ファスナ等で開閉できるように設けられた開閉式のポケットに、複数のファントムＰを保持する器具を収納することもできる。
【００５６】
このようなファントムＰの取付方法によって、ファントムＰを人体に接近させた状態で滑らないように固定することができる。複数のファントムＰを被検体Ｏである人体に取付けて撮影すると、複数のファントムＰに対応するＸ線造影画像データの画素値に基づくＸ線造影画像データの補正関数を補正関数決定部１７Ａにおいて求めることが可能となる。
【００５７】
図１１は、Ｘ線吸収率が互いに異なる５つの球形のファントムＰを被検体Ｏに取付けて撮影されたＸ線造影画像の例を示す図である。
【００５８】
Ｘ線吸収率が互いに異なる複数のファントムＰを被検体Ｏとともに造影撮影すると、図１１に示すように、各ファントムＰがＸ線吸収率に応じた互いに異なる画素値で描出される。そうすると、各ファントムＰに対応する画素値に基づいてＸ線造影画像データの補正関数を求めることが可能となる。
【００５９】
補正関数を４次式とする場合には、式(1)で補正関数を表すことができる。
τρd = a0+a1{ln(I)}+a2{ln(I)}2+a3{ln(I)}3+a4{ln(I)}4  (1)
但し、式(1)においてτは造影剤の質量減弱係数[cm2/g]、ρは造影剤の濃度[g/cm3]、dは補正対象となる画素に対応する球状領域の直径[cm]、Iは補正前におけるＸ線造影画像データの画素値、a0, a1, a2, a3, a4は係数である。
【００６０】
式(1)に示す各係数a0, a1, a2, a3, a4は、造影剤の濃度ρに対応するＸ線吸収係数と質量減弱係数τが既知の複数のファントムＰの画素値に基づいて計算することができる。補正関数が４次式であれば、求めるべき係数a0, a1, a2, a3, a4の数は５つである。従って、少なくともＸ線吸収係数が互いに異なる５つのファントムＰの画素値I1, I2, I3, I4, I5が計測できれば、式(2-1)、式(2-2) 、式(2-3)、式(2-4)及び式(2-5)で示す連立方程式を解くことにより、補正関数の係数a0, a1, a2, a3, a4を求めることができる。
τρ1d = a0+a1{ln(I1)}+a2{ln(I1)}2+a3{ln(I1)}3+a4{ln(I1)}4  (2-1)
τρ2d = a0+a1{ln(I2)}+a2{ln(I2)}2+a3{ln(I2)}3+a4{ln(I2)}4  (2-2)
τρ3d = a0+a1{ln(I3)}+a2{ln(I3)}2+a3{ln(I3)}3+a4{ln(I3)}4  (2-3)
τρ4d = a0+a1{ln(I4)}+a2{ln(I4)}2+a3{ln(I4)}3+a4{ln(I4)}4  (2-4)
τρ5d = a0+a1{ln(I5)}+a2{ln(I5)}2+a3{ln(I5)}3+a4{ln(I5)}4  (2-5)
【００６１】
図１２はファントムＰの画素値と補正関数の関係を示すグラフである。
【００６２】
図１２において横軸は補正関数による補正後の値τρを示し、縦軸は補正関数による補正前における画素値の自然対数値ln(I)を示す。５つのファントムＰの画素値I1, I2, I3, I4, I5の各自然対数値と、各ファントムＰが模擬する造影剤の濃度ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,ρ5と質量減弱係数τの積に相当する補正値τρ1, τρ2, τρ3, τρ4, τρ5に対応する位置にプロットすると、図１２に示すようになる。そうすると、各プロット点を通る４次関数が補正関数となる。
【００６３】
図１３は造影剤の濃度の真値と画素値としての造影剤の濃度の測定値との関係を示すグラフである。
【００６４】
図１３において横軸は造影剤として用いられるヨウ素(Iodine)の濃度[mgI/ml]を示し、縦軸はＸ線管の管電圧を一定として撮影されたＸ線造影画像データの相対画素値の自然対数値を示す。
【００６５】
また、図１３中の曲線に用いられる線種の違いはSID(source image distance)の違いを示し、図１３中のプロット図形の違いは被検体Ｏの体厚の違いを示す。尚、SIDは、Ｘ線照射部５に備えられるＸ線管の焦点とＸ線検出器６の検出面との間における距離として定義される。
【００６６】
図１３に示すように、造影剤の濃度が同一であってもＸ線画像データの画像信号値は、被検体Ｏの体厚及びSIDに依存して変化する。従って、造影剤の濃度を正確に求めるためには、被検体Ｏの体厚やSID等のＸ線造影画像データの画像信号値に影響を与える要因を、画像信号値から除去する補正が必要である。画像信号値に影響を与える要因としては、被検体Ｏの体厚及びSIDの他、散乱線、Beam Hardening、mAsの変動、呼吸性の変動が挙げられる。
【００６７】
そこで、図１２に示すように複数のファントムＰに対応する画像信号値と造影剤の濃度値とをプロットすれば、被検体Ｏの体厚、SID、散乱線、Beam Hardening、mAsの変動及び呼吸性の変動等の各要因が反映された、造影剤の濃度と画像信号値との関係式を取得することができる。このため、得られる関係式を、画像信号値から造影剤の定量的な濃度値を求めるための補正関数として用いることができる。
【００６８】
つまり、複数のファントムＰに対応する画像信号値と造影剤の濃度値との関係に基づいて、造影剤の濃度の測定値として観測される画像信号値から造影剤の濃度の真値を求めるための３次以上の逆関数を補正関数として求めることができる。尚、mAsの変動及び呼吸性の変動等の時間的な変動も補正する場合には、補正関数の各係数も時間的に変動することになる。
【００６９】
図１２及び図１３に示すように補正関数の曲率は一定とはならない。また、造影剤の濃度を高精度に求めることが要求される濃度範囲が局所的となる場合がある。そこで、補正関数を十分な精度で求めるためにプロット点を不等間隔にすることもできる。すなわち、不等間隔で分布する複数のＸ線吸収率に対応するファントムＰの各画素値に基づいて非線形関数を求めることができる。
【００７０】
実用的な造影剤の濃度に対応するファントムＰのＸ線吸収率は0〜370[mgI/ml]程度である。また、心臓に造影剤を投与する場合には、0〜100[mgI/ml]の濃度範囲において高い精度が要求される。そこで、例えば0〜100[mgI/ml]の濃度範囲ではファントムＰの濃度間隔を狭くし、100[mgI/ml]の濃度範囲ではファントムＰの濃度間隔を広くすることができる。
【００７１】
特に、上述の例のように５次式として補正関数を推定する場合には、係数を求めるための造影剤の複数の濃度値を不等間隔とすることが精度向上に繋がる場合がある。また、複数のファントムＰのうちの１つのファントムＰのＸ線吸収率を、0[mgI/ml]とすることが精度維持の観点から好都合である。
【００７２】
また、ファントムＰの数は補正関数の次数及び求めるべき係数の数に応じて決定されるが、３〜８個程度が適当である。これは、ファントムＰの数が少ないと、補正関数の次数が小さくなり補正精度の低下に繋がる一方、ファントムＰの数が過剰であると、撮影領域内に占めるファントムＰの面積が広くなり撮影部位の視認性の低下に繋がるためである。上述のように補正関数は３次式、４次式又は５次式とすることが精度上適切である。このため、実用的には、ファントムＰの数を５個程度とすることが適切である。
【００７３】
そこで、以降では、ファントムＰの数が５個の場合を例に説明する。
【００７４】
上述のように造影剤の濃度が一定であっても、被検体Ｏの体厚に依存して画像信号値が変化する。特に、Beam Hardeningの影響は、体厚にも依存して変化する。従って、体厚が一定とみなせる腹部等の撮影を行う場合には、体厚の違いによる造影剤の濃度の誤差が無視できるが、体厚が一定とみなせない撮影部位を撮影する場合には、体厚に応じた画像信号値の補正が望ましいことになる。
【００７５】
例えば、頭部、肺、下肢等の撮影部位では、体厚の違いが顕著である。また、腹部であっても、Ｘ線の照射方向が変われば、被検体Ｏ内におけるＸ線の透過距離が不均一となる。
【００７６】
そこで、撮影領域を複数の領域に分割し、領域ごとに異なる補正関数を求めることができる。そのためには、複数のファントムＰで構成されるファントムセットを移動させて複数フレームのＸ線造影画像データを収集するか、或いは複数のファントムＰで構成されるファントムセットを複数の位置に配置して１フレーム以上のＸ線画像データを収集すればよい。
【００７７】
図１４は複数のファントムＰで構成されるファントムセットを動かす例を示す図である。
【００７８】
図１４に示すようにＸ線画像データのフレームごとに複数のファントムＰで構成されるファントムセットの位置を変えることができる。そうすると、複数のファントムＰで構成されるファントムセットが互いに異なる領域に配置された状態で複数フレームのＸ線画像データを取得することができる。そして、取得された複数フレームのＸ線画像データに基づいて異なる領域に対応する複数の非線形関数を補正関数として求め、複数の非線形関数を用いた異なる領域ごとの補正を行うことができる。
【００７９】
この場合、ファントムセットの構造は、図７に例示されるように複数のファントムＰを動かせる構造とされる。そして、Ｘ線の照射方向において被検体Ｏの体厚が異なるとみなせる複数の領域に複数のファントムＰを順次移動させてＸ線撮影が行われる。ファントムＰの移動は、回転移動、並進移動又はランダムな移動など、任意の移動とすることができる。
【００８０】
尚、Ｘ線の照射方向において被検体Ｏの体厚が異なるとみなせる全ての領域にファントムセットを移動させずに一部の領域のみにファントムセットを移動させてＸ線画像データを収集するようにしてもよい。その場合、ファントムセットを移動させた領域についてのみ、ファントムＰの画素値に基づいて補正関数を求めることができる。そして、ファントムセットの移動対象とならなかった領域に対応する補正関数は、ファントムセットの移動対象となった領域に対応する複数の補正関数から補間によって求めることができる。
【００８１】
つまり、全ての領域にファントムセットを移動させてＸ線撮影を行わなくても、必要な領域にファントムセットを移動させてＸ線撮影を行えば、計算によって全ての領域に対応する補正関数を求めることができる。この場合、領域の数よりも少ないフレーム数のＸ線画像データの画素値に基づいて、全ての領域に対応する補正関数が求められることになる。
【００８２】
図１５は複数のファントムＰで構成されるファントムセットを複数の位置に配置した例を示す図である。
【００８３】
図１５に示すように複数のファントムＰで構成されるファントムセットがそれぞれ互いに異なる領域に配置された状態で、１フレームのＸ線画像データを取得することができる。そうすると、取得された１フレームのＸ線画像データに基づいて異なる領域に対応する複数の非線形関数を補正関数として求め、複数の非線形関数を用いた異なる領域ごとの補正を行うことが可能となる。
【００８４】
ファントム群の配置位置は、上述のようにＸ線の照射方向において被検体Ｏの体厚が異なるとみなせる複数の領域内とすることが適切である。そこで、例えば、医師が注目する臓器上の位置に、注目部位の視認性を損なわないように複数のファントムＰを配置することができる。また、注目部位の視認性を確保するために、小さいサイズのファントムＰを設置することが望ましい。
【００８５】
ルーチン検査の場合には、Ｘ線画像上において注目領域とならない位置が概ね定まる。そこで、複数のファントムＰを設置するための器具の構造を、複数のファントムＰが被検体Ｏの注目領域以外の領域に配置されるような構造とすることが好適である。
【００８６】
上述のように単一又は複数の補正関数が求められると、Ｘ線造影画像データの補正が可能となる。尚、時間的な撮影条件の変動による影響を補正する場合には、時系列の複数フレームのＸ線画像データに基づいて共通の領域について時系列の複数の補正関数が取得される。
【００８７】
画像補正部１７Ｂは、補正関数決定部１７Ａにおいて４次式等の非線形関数として求められた補正関数を用いてフレームごとにＸ線造影画像データを補正する機能を有する。すなわち、ファントムセットを１箇所に配置し、画像化領域を分割せずに補正関数が求められた場合には、画像化領域の全ての画素値が補正関数により補正される。一方、ファントムセットが異なる位置に配置された単一フレーム又は複数フレームのＸ線画像データから複数の領域に対応する複数の補正関数が求められた場合には、各領域内における全ての画素値がそれぞれ当該領域に対応する補正関数によって補正される。
【００８８】
また、画像化領域に共通の時系列の補正関数が求められた場合や、複数の領域に対応する複数の補正関数がダイナミックに繰返し求められた場合には、時間方向にも補正関数による画素値の補正が行われる。
【００８９】
これにより、被検体Ｏの体厚、SID、散乱線、Beam Hardening、mAsの変動及び呼吸性の変動等の画像信号値に影響を与える要因の影響が除去された信号値を、全ての画素位置について求めることができる。このため、補正関数の値τρや造影剤の濃度ρを画素値とするＸ線造影画像データを、補正後のＸ線造影画像データとして診断に供することができる。
【００９０】
ところで、現実には、造影剤の濃度に相当するファントムＰのＸ線吸収率には誤差が存在する。また、Ｘ線吸収率の誤差を極力小さくしようとすると、ファントムＰの製造コストが増加する。加えて、ファントムＰの材質によってはＸ線吸収率に経時変化が生じる恐れもある。このため、ファントムＰのＸ線吸収率に誤差が存在することを前提として補正関数を求めることが望ましい。
【００９１】
そこで、濃度補正情報取得部１７Ｃには、ファントムＰが模擬する造影剤の濃度の誤差を補正するための情報を取得する機能が備えられる。ファントムＰのＸ線吸収率の誤差を校正するための情報は、予め取得された造影剤の濃度とＸ線画像データの画素値との間における関係を示す関数又はテーブル等の情報とすることができる。
【００９２】
図１６は造影剤の濃度の真値とＸ線画像データの画像信号値との間における関係を示すグラフの一例を示す図である。
【００９３】
図１６において横軸は造影剤の濃度の真値を示し、縦軸はＸ線撮影によって画像信号値として測定された造影剤の濃度の測定値である。実際に異なる濃度を有する造影剤をＸ線撮影すると、図１６に示すような造影剤の濃度の真値と画像信号値との関係を示すプロットデータが得られる。このため、フィッティング等の近似手法によって画像信号値から造影剤の濃度の真値を求めるためのテーブル又は関数を取得することができる。
【００９４】
具体的な例として、直径が10mm程度の注射器で異なる濃度を有する造影剤を吸い取ってＸ線撮影すれば、図１６に示すようなプロットデータを得ることができる。
【００９５】
濃度補正情報取得部１７Ｃにおいて求められた、造影剤の濃度の真値と画像信号値との関係を示す情報は、濃度-画素値変換情報保存部１７Ｄに保存することができる。そして、補正関数決定部１７Ａは、補正関数の決定に先立って、濃度-画素値変換情報保存部１７Ｄに保存された情報を参照することによって各ファントムＰのＸ線吸収率を校正するように構成される。つまり、補正関数決定部１７Ａでは、予め取得された造影剤の濃度とＸ線画像データの画素値との間における関係を示す情報に基づいて、複数のファントムＰのＸ線吸収率における誤差の影響が補正された非線形関数を補正関数として求めることができる。
【００９６】
ファントムＰのＸ線吸収率における誤差を校正する場合には、事前に造影剤をＸ線撮影した際の管電圧等の撮影条件と同一の撮影条件で、校正対象となるファントムＰがＸ線撮影される。そうすると、ファントムＰが描出されたＸ線画像データの画像信号値に基づいてファントムＰのＸ線吸収率の真値を求めることができる。すなわち、濃度-画素値変換情報保存部１７Ｄに保存された画像信号値とＸ線吸収率との変換情報に基づいて、ファントムＰの画像信号値をＸ線吸収率に変換することができる。
【００９７】
このようなＸ線造影画像データの校正用のファントムＰ自体の校正を行うことによって、ファントムＰのＸ線吸収率が厳密に正確でなくても、高精度なＸ線造影画像データ用の補正関数を求めることができる。例えば、Ｘ線吸収率が100[mgI/ml]として流通しているファントムＰのＸ線吸収率が実際には105[mgI/ml]であったとしても、正確にＸ線造影画像データ用の補正関数を求めることができる。つまり、精度がラフで安価なファントムＰを用いて補正関数を求めることが可能となる。
【００９８】
尚、ファントムＰのＸ線吸収率の校正は、造影検査前又は定期的なタイミングで実行することができる。
【００９９】
表示処理部１７Ｅは、Ｘ線画像取得部１６において取得されたＸ線画像データ又は画像補正部１７Ｂにおいて補正されたＸ線造影画像データなど、医用画像処理装置１５において取得されたＸ線画像データに必要な表示処理を施して表示用の２次元(2D: two dimensional)のＸ線画像データを生成する機能と、生成した表示用の2D Ｘ線画像データを表示装置１３に出力する機能を有する。
【０１００】
次にＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５の動作及び作用について説明する。
【０１０１】
図１７は、図１に示すＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５の動作及び処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０２】
まずステップＳ１において、被検体Ｏ上にＸ線吸収率が互いに異なる複数のファントムＰが設置される。具体例として５つの球形のファントムＰを保持する器具がＸ線撮影の視野内となるように被検体Ｏにセットされる。好適には、Ｘ線を想定され得る照射方向から照射した場合に撮影視野内となる位置に、複数のファントムＰを備えたファントムセットが被検体Ｏの診断や治療時において配置される。
【０１０３】
次に、ステップＳ２において、Ｘ線造影画像の撮影が実行される。そのために、寝台８の天板に被検体Ｏがセットされる。そして、撮影位置制御装置１０からの制御信号によって駆動機構７が駆動する。これにより、Ｘ線照射部５及びＸ線検出器６の回転角度及び位置並びに寝台８の天板の傾斜及び位置が撮影部位に合わせて調整される。このとき、検査対象となる臓器等の部位とともに複数のファントムＰも撮影視野内となるように、Ｘ線照射部５及びＸ線検出器６の回転角度及び位置並びに寝台８の天板の傾斜及び位置が制御される。
【０１０４】
一方、造影剤注入装置１１から被検体Ｏに造影剤が注入される。そして、複数のファントムＰを含む被検体ＯのＸ線画像データが収集される。Ｘ線画像データの収集は、制御系３による制御下における撮影系２の動作及びデータ処理系４におけるデータ処理によって実行される。具体的には、高電圧発生装置９からＸ線照射部５のＸ線管に高電圧が印加される。このため、Ｘ線照射部５からＸ線が複数のファントムＰを含む被検体Ｏの撮影領域に向けて曝射される。そして、被検体Ｏを透過したＸ線がＸ線検出器６で検出される。
【０１０５】
そうするとＸ線検出器６からＸ線検出信号がA/D変換器１４を介して医用画像処理装置１５に出力される。これにより、医用画像処理装置１５のＸ線画像取得部１６において、デジタル化されたＸ線画像データが取得される。
【０１０６】
撮影期間において被検体Ｏには造影剤が注入されているため、Ｘ線画像データは、Ｘ線造影画像データとなる。従って、血管が黒く描出されたＸ線造影画像データが生成される。このＸ線造影画像データには、複数のファントムＰも描出される。各ファントムＰは、異なる造影剤の濃度を模擬しているため、異なる濃さで描出される。
【０１０７】
次に、ステップＳ３において、補正関数決定部１７Ａは、Ｘ線造影画像データから各ファントムＰをそれぞれ自動検出する。各ファントムＰの自動検出は、Ｘ線造影画像データの画素値に基づく輪郭の抽出処理及びファントムＰの既知の形状情報に基づくテンプレートマッチング等の画像認識によって行うことができる。従って、各ファントムＰの形状が球形であれば、Ｘ線造影画像データの画素値に対する閾値処理によってそれぞれ抽出された2D領域と円形領域とのパターンマッチングによって各ファントムＰを自動認識することができる。
【０１０８】
次に、ステップＳ４において、補正関数決定部１７Ａは、認識された各ファントムＰの画素値の最大値をそれぞれ測定する。各ファントムＰが球形であれば、各ファントムＰの中心位置における画素値が最大値となる。
【０１０９】
尚、各ファントムＰが占める2D領域内の複数の位置において画素値を測定し、複数の位置における画素値に基づく補間処理によって各ファントムＰが占める2D領域の中心における画素値を高精度に求めるようにしてもよい。
【０１１０】
これにより、複数のファントムＰの画素値の最大値が代表値として取得される。取得された複数のファントムＰの画素値は、各ファントムＰが模擬する造影剤の濃度に対応する画像信号値となる。換言すれば、各ファントムＰのＸ線吸収率を、Ｘ線造影画像データの画像信号値として測定することができる。
【０１１１】
次に、ステップＳ５において、補正関数決定部１７Ａは、複数のファントムＰの画像信号値に基づいて非線形の補正関数を決定する。具体例として、式(1)に示すようなＸ線造影画像データの画素値から造影剤の濃度の真値を推定するための４次関数が求められる。補正関数の各係数については、式(2-1)、式(2-2) 、式(2-3)、式(2-4)及び式(2-5)で示すような、各ファントムＰの画素値とＸ線吸収係数とをパラメータとする連立方程式を解くことにより求めることができる。
【０１１２】
尚、Ｘ線造影画像データの画像化領域を複数の領域に分割し、領域ごとに補正関数を決定するようにしてもよい。その場合には、図１４に例示されるように、複数のファントムＰで構成されるファントムセットを動かして複数フレームのＸ線造影画像データが撮影される。或いは、図１５に例示されるように、複数のファントムＰで構成されるファントムセットを複数の位置に配置して少なくとも１フレーム以上のＸ線造影画像データが撮影される。
【０１１３】
また、動画データとして時系列のＸ線造影画像データを撮影する場合には、時相ごとに補正関数を求めるようにしてもよい。その場合においても、画像化領域を複数の領域に分割して補正関数を決定することができる。この場合、複数の時相及び複数の領域に対応する複数の補正関数が決定されることになる。
【０１１４】
次に、ステップＳ６において、画像補正部１７Ｂは、補正関数を用いてＸ線造影画像データの全画素値を補正する。この結果、SID等の画像信号値に影響を与える要因による信号値の変動分が補正された画素値が、全ての画素位置について造影剤の濃度として取得される。そして、補正後の造影剤の濃度又は補正後の造影剤の濃度に対応する値を画素値とするＸ線造影画像データを表示対象とすることができる。
【０１１５】
次に、ステップＳ７において、補正後のＸ線造影画像が表示される。具体的には、補正関数による補正値又は補正値の比例値や対数値等の補正値に対応する値が画像補正部１７Ｂから表示処理部１７Ｅに与えられる。そうすると、表示処理部１７Ｅは、補正値又は補正値に対応する値を画素値とする2D Ｘ線造影画像データに必要な表示処理を施して表示装置１３に出力する。これにより、表示装置１３には、造影剤の濃度が定量的に輝度表示されたＸ線造影画像が表示される。
【０１１６】
尚、Ｘ線造影検査に先だって、濃度-画素値変換情報保存部１７Ｄに保存された造影剤の濃度の真値と画像信号値との関係を示す情報に基づいて、各ファントムＰのＸ線吸収率を校正するようにしてもよい。造影剤の濃度の真値と画像信号値との関係を示す情報については、所定の濃度を有する造影剤を実際にＸ線撮影することによって観測された造影剤の濃度に対応する画像信号値に基づいて、濃度補正情報取得部１７Ｃにより予め取得しておくことができる。
【０１１７】
つまり以上のようなＸ線診断装置１は、異なる造影剤の濃度を模擬した複数のファントムＰをＸ線造影撮影の対象となる被検体Ｏとともに撮影し、複数のファントムＰの画像信号値に基づいてＸ線造影画像データの画素値の校正を行うようにしたものである。また、医用画像処理装置１５は、Ｘ線造影画像データの校正を行うために、ファントムＰの画像信号値に基づいて、Ｘ線造影画像データの画像信号値から定量的な造影剤の濃度値を求めるための補正関数を決定するようにしたものである。一方、複数のファントムＰ及び各ファントムＰをセットするための器具で構成されるファントムセットは、被検体ＯとともにＸ造影撮影された場合に、Ｘ線造影画像データの画像信号値を定量的な造影剤の濃度値に変換するための補正関数を求めることができるようにしたものである。
【０１１８】
このため、Ｘ線診断装置１及び医用画像処理装置１５によれば、Ｘ線造影画像データの画像信号値を極めて簡易に補正することによって、造影剤の濃度の定量化を図ることができる。
【０１１９】
特に、Ｘ線診断装置１では、Ｘ線CT (computed tomography)装置とは異なり、画像信号値の変動要因となる散乱線の線量やBeam Hardening等を精度良く推定することが非常に困難である。これは、Ｘ線診断装置１によって撮影される元データが2D画像データであることに加え、撮影系２に対する被検体Ｏの相対位置が撮影中に変更される場合があるためである。例えば、寝台８が10cm移動しただけでも、Ｘ線検出器６に入射する散乱線の線量は無視できない程度に変化する。
【０１２０】
これに対して、Ｘ線診断装置１及び医用画像処理装置１５では、撮影対象となるＸ線造影画像データ中に被検体Ｏとともに描出されるファントムＰの画像信号値を用いて各画素位置における画像信号値が補正される。すなわち、Ｘ線造影画像データの撮影条件と同一の撮影条件下において取得され、同様な誤差が重畳するファントムＰの画像信号値に基づいてＸ線造影画像データに重畳する誤差が補正される。このため、管電圧やSID等の無数のバリエーションを有する撮影条件に対応する膨大な補正用のテーブルを事前に準備することなく、良好な精度で定量的な造影剤の濃度を求めることができる。
【０１２１】
また、Ｘ線撮影中に管電圧、管電流、管電流のパルス幅、寝台８の位置等の撮影条件が変動したり、被検体Ｏの呼吸によって体厚が変動したりしても、変動による影響を補正することができる。例えば、Ｘ線管に印加される管電圧がフレーム間において時間的に変動する場合であっても、管電圧の変動による画像信号値の変動分を良好な精度で補正することができる。同様に、管電流やパルス幅がフレーム間において変化しても、管電流及びパルス幅の変動による画像信号値の変動分を良好な精度で補正することができる。
【０１２２】
また、撮影前に予め準備した補正テーブルや補正関数によって画像信号値を補正する場合には、寝台８の位置や被検体Ｏの呼吸による体厚の変動による影響を補正することは非現実的であったが、Ｘ線造影画像データ中におけるファントムＰの画像信号値を用いれば、正確な補正が可能である。更に、造影剤が腎臓での排出が追いつかない程度に短時間で投与されることによって、被検体Ｏの体内に造影剤が蓄積された場合であっても、特殊な補正を行うことなく、蓄積された造影剤の影響を補正することができる。
【０１２３】
（第２の実施形態）
図１８は本発明の第２の実施形態に係るＸ線診断装置及び医用画像処理装置の機能を説明する図である。
【０１２４】
第２の実施形態におけるＸ線診断装置及び医用画像処理装置では、画像補正部が、補正関数を求めるために用いられた複数のファントムを含む被検体のＸ線造影画像データに限らず、補正関数を用いて他のＸ線画像データの補正を行うことができるように構成されている点が第１の実施形態におけるＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５と相違する。第２の実施形態におけるＸ線診断装置及び医用画像処理装置の他の構成及び作用については第１の実施形態におけるＸ線診断装置１及び医用画像処理装置１５と実質的に異ならない。このため、画像補正部の機能についてのみ図面を参照して説明する。
【０１２５】
第２の実施形態におけるデータ処理部は、複数のファントムに対応するＸ線造影画像データの各画素値に基づいて求められる非線形関数を用いた、Ｘ線造影画像データと異なる他のＸ線画像データの補正を行うことによって、被検体の補正後のＸ線造影画像データを生成できるように構成されている。従って、撮影系及びＸ線画像取得部では、図１８に示すように、複数のファントムを含む被検体の第１のＸ線画像データと、複数のファントムを含まない被検体の第２のＸ線画像データとが取得される。そして、補正関数決定部では、第１のＸ線画像データに基づいて非線形関数が補正関数として求められる。一方、画像補正部では、非線形関数を用いて第１のＸ線画像データに加え、第２のＸ線画像データの補正を行うことによって、被検体の補正後のＸ線画像データを生成することができる。
【０１２６】
尚、第１のＸ線画像データの撮影位置と同一の撮影位置における前記第２のＸ線画像データを取得することが現実的である。すなわち、同一の被検体に対して撮影系及び撮影位置を固定して繰返しＸ線画像データを収集する場合であれば、撮影条件の変化は無視できる。このため、２フレーム以降の所望のフレームのＸ線画像データを収集する際に、ファントムを撤去することができる。
【０１２７】
実用的な例として、差分処理用のマスク画像データを第１のＸ線画像データとして収集した後、ライブ画像データとして時系列の複数フレームの第２のＸ線画像データを連続収集し、各フレームの第２のＸ線画像データと第１のＸ線画像データとの間における差分画像データを生成する場合が挙げられる。典型的には、マスク画像データの収集と、ライブ画像データの収集との間における間隔は、１秒程度である。そこで、マスク画像データの収集の際には、ファントムを撮影し、ライブ画像データの撮影の際にはファントムを除去することができる。
【０１２８】
また、撮影目的によっては、１０分程度の間隔を空けて複数フレームのＸ線画像データを収集する場合もある。そのような場合においても、撮影間の期間においてファントムを除去することができる。尚、撮影部位における動きや撮影系の移動等の相対的な変化がなければ、撮影間隔に依らず、２フレーム目以降の任意のフレームのＸ線画像データの収集の際にファントムを除外することができる。
【０１２９】
もちろん、第１の実施形態と同様に、画像化領域を分割して補正関数を求めることもできる。また、複数のファントムを含む被検体の第１のＸ線画像データを複数フレーム分収集する場合であれば、複数のファントムの位置を変えて複数フレームの第１のＸ線画像データを収集するようにすることもできる。
【０１３０】
以上のような第２の実施形態におけるＸ線診断装置及び医用画像処理装置によれば、第１の実施形態における効果と同様な効果に加え、ファントムの設置によって観察が困難となる領域を最小限に抑えることができるという効果が得られる。
【０１３１】
（他の実施形態）
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。
【符号の説明】
【０１３２】
１  Ｘ線診断装置
２  撮影系
３  制御系
４  データ処理系
５  Ｘ線照射部
６  Ｘ線検出器
７  駆動機構
８  寝台
９  高電圧発生装置
１０  撮影位置制御装置
１１  造影剤注入装置
１２  入力装置
１３  表示装置
１４  A/D変換器
１５  医用画像処理装置
１６  Ｘ線画像取得部
１７  データ処理部
１７Ａ  補正関数決定部
１７Ｂ  画像補正部
１７Ｃ  濃度補正情報取得部
１７Ｄ  濃度-画素値変換情報保存部
１７Ｅ  表示処理部
Ｐ  ファントム
Ｏ  被検体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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