(57)【要約】【課題】短縮された走査時間にて追加情報および特殊な画像表示を得る。【解決手段】検査対象（３）の検査範囲から異なるスペクトル分布で少なくとも２つの撮影が記録され、両撮影から得られた測定データが、異なるスペクト分布から検査範囲に関する追加情報および／または検査範囲の特殊な画像表示が得られるように評価される、断層撮影装置（１）による画像データの取得および評価方法において、少なくとも２つの別々の撮影システム（８〜１１）を有する断層撮影装置（１）が使用され、両撮影システム（８〜１１）が異なるスペクトル分布で動作するように作動させられる徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象（３）の検査範囲から異なるスペクトル分布で少なくとも２つの撮影が記録され、両撮影から得られた測定データが、異なるスペクト分布から検査範囲に関する追加情報および／または検査範囲の特殊な画像表示が得られるように評価される、断層撮影装置（１）による画像データの取得および評価方法において、
少なくとも２つの別々の撮影システム（８〜１１）を有する断層撮影装置（１）が使用され、両撮影システム（８〜１１）が異なるスペクトル分布で動作するように作動させられる
ことを特徴とする断層撮影装置による画像データの取得および評価方法。
【請求項２】
両撮影システム（８〜１１）は異なる管電圧で作動させられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
両撮影システム（８〜１１）の異なるスペクトル分布は異なるスペクトルフィルタリングによって設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
両撮影システム（８〜１１）において異なるスペクトル感度を有する検出器（９，１１）が使用されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
検査範囲の空間的な密度分布および／または原子番号分布が得られるように両撮影の測定データが評価されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
密度分布および／または原子番号分布に、骨組織および／または軟部組織をセグメント化するための閾値法が適用されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
両撮影の測定データが互いに独立に検査範囲の第１の減弱値画像および第２の減弱値画像の再構成のために評価され、引続いて、第１の減弱値画像の画像データが重み付けされて第２の減弱値画像の画像データから減算されて、減算によって得られたサブトラクション画像において特定の画像成分が抑制されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象の検査範囲から異なるスペクトル分布で少なくとも２つの撮影が記録され、両撮影から得られた測定データが、異なるスペクト分布から検査範囲に関する追加情報および／または検査範囲の特殊な画像表示が得られるように評価される、断層撮影装置による画像データの取得および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影法、乳房撮影法、血管撮影法、Ｘ線検査技術あるいは類似の方法の如きＸ線撮影法の結果は、第一に、Ｘ線源からＸ線検出器までのＸ線経路に沿ったＸ線の減弱として投影画像に表示される。この減弱はＸ線経路に沿った被透過材料によって惹き起こされるので、減弱はＸ線経路に沿った全てのボリューム要素（ボクセル）の減弱係数にわたる線積分としても理解することができる。特に断層撮影法、例えばＸ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）では、再構成法を介して、投影された減弱データから個々のボクセルの減弱係数μを逆算し、それにより投影画像をそのまま観察する場合よりも著しく繊細な検査を達成することができる。
【０００３】
減弱分布の表示のために、減弱係数μの代わりに、一般には水の減弱係数で正規化された値いわゆるＣＴ値が使用される。これは、ハンスフィールド［ＨＵ］単位でのＣＴ値Ｃに関して、測定によって求められた実際の減弱係数μと基準減弱係数μH2Oとにより次式に基づいて算出される。
Ｃ＝１０００×（μ−μH2O）／μH2O［ＨＵ］
水に関してはＣH2O＝０［ＨＵ］の値が生じ、空気に関してはＣL＝−１０００［ＨＵ］の値が生じる。両表示は互いに変換可能もしくは等価であることから、以下においては、共通に選ばれた用語「減弱値」または「減弱係数」は減弱係数μを意味するとともにＣＴ値も意味する。
【０００４】
３次元の減弱分布の表示のための画像撮影および画像評価のために、例えばＸ線コンピュータ断層撮影装置またはＣアーム装置のような現代の断層撮影装置が使用される。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、一般に、Ｘ線管とこれに対向するＸ線検出器とからなる撮影システムを有する。Ｘ線検出器は、Ｘ線管から出射して検査対象を透過するＸ線を検出する。撮影システムは撮影中に何回も検査対象の周りを回転する。手術中に画像形成のためにしばしば使用されるＣアーム装置は、撮影システムとして、画像データ取得中に検査対象の周りをその都度１８０°以上の角度だけ動かされる1つまたは２つのいわゆるＣアームシステムを含む。撮影システムから供給された測定データは、検査範囲の所望の断層画像またはボリューム画像を得るために、評価ユニットにおいて継続処理される。
【０００５】
共通な回転軸線の周りを回転できる複数の撮影システムを有するＸ線コンピュータ断層撮影装置も公知である（例えば特許文献１参照）。1つの撮影システムのみを備えた断層撮影装置に対する、複数の撮影システムを備えたこの種の断層撮影装置の利点は、撮影時間の短縮および時間分解能の向上をもたらすデータ収集能率の向上にある。撮影時間の短縮は有利である。なぜならば、それにより、例えば患者の動きもしくは患者の例えば心臓の如き器官の運動によって画像撮影中に惹き起こされる運動アーチファクトが再構成画像において最小になるからである。時間分解能の向上は、例えば運動経過を表示するために、画像の再構成に使用されるデータができるかぎり短い時間で取得されなければならない場合に必要である。少なくとも２つの撮影システムを備えた画像形成断層撮影装置も知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、この種のＸ線撮影の減弱値分布からは検査対象の材料組成を推量することができない。なぜならば、Ｘ線吸収は材料の有効原子番号によっても決まるし材料密度によっても決まるからである。つまり、化学的にも物理的にも異なる組成の材料もしくは組織がＸ線画像において同一の減弱値を有することができるからである。
【０００７】
そこで、局部的な減弱係数に基づくＸ線画像の訴える力を高めるために、Ｘ線画像の作成のために互いに異なるＸ線スペクトルまたはＸ線量子エネルギーを使用することが知られている（例えば特許文献３参照）。コンピュータ断層撮影法の分野において使用され一般に２スペクトルＣＴとも呼ばれるこの方法は、高い原子番号の材料は低エネルギーＸ線を低い原子番号の材料よりも明らかに強く吸収することを利用する。これに対して、高いＸ線エネルギーの場合には減弱値は同化し、材料密度の作用が優勢となる。従って、異なるＸ線管電圧で撮影されたＸ線画像における差の計算によって、個々の画像範囲の基礎をなす材料に関する追加情報を得ることができる。
【０００８】
付加的に、いわゆる基礎材料分析方法をＸ線撮影に適用するならば、なおも特殊なメッセージが得られる。この方法では、検査対象のＸ線減弱値が低エネルギーＸ線および高エネルギーＸ線により測定され、得られた値が、例えば骨材料のためのカルシウムおよび軟部組織のための水のような２つの基礎材料の対応する基準値と比較される。この場合に、各測定値が両基礎材料の測定値の線形の重ね合わせとして表されるものと仮定される。検査対象の画像表示の各要素について基礎材料の値との比較から骨成分および軟部組織成分を算定することができるので、もとの撮影を両基礎材料の表示に変換することができる。
【０００９】
更に、感度および訴える力が基礎材料分析のそれらよりも更に上回り且つ例えば高い訴える力のある機能的ＣＴ画像形成を可能にする方法が知られている（例えば特許文献４参照）。この方法によれば、密度ρ（ｒ）および有効原子番号Ｚ（ｒ）の空間的分布が、以下においてρ−Ｚ投影とも呼ばれるＸ線アパーチャのスペクトル影響を受けた測定データの評価によって算出される。密度分布および有効原子番号分布の組合せ評価から、例えばヨードなどのような物体成分が定量的に求められ、例えば石灰化が原子番号に基づいてセグメント化される。
【００１０】
最後に述べた方法において必要な異なるスペクトル分布による画像データ取得は、しばしば、撮影システムのＸ線源が順次異なるＸ線管電圧で作動させられることによって実現される。更に、異なるＸ線フィルタまたはエネルギー感応検出器を使用することが知られている。しかしながら、これらの技術は、患者の動き擾乱的影響を助長し、高かめられた走査時間を必要とし、そして造影剤強調ＣＴ検査の場合に高められた造影剤投与を必要とする。
【特許文献１】米国特許第４９９１１９０号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３０２５６５号明細書
【特許文献３】米国特許第４２４７７７４号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０１４３１３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この従来技術に基づいて、本発明の課題は、画像評価のために異なるスペクトル分布で画像データの取得を可能にしかつ上述の欠点を回避する、断層撮影装置による画像データの取得および評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、本発明によれば、検査対象の検査範囲から異なるスペクトル分布で少なくとも２つの撮影が記録され、両撮影から得られた測定データが、異なるスペクト分布から検査範囲に関する追加情報および／または検査範囲の特殊な画像表示が得られるように評価される、断層撮影装置による画像データの取得および評価方法において、少なくとも２つの別々の撮影システムを有する断層撮影装置が使用され、両撮影システムが異なるスペクトル分布で動作するように作動させられることによって解決される。本発明による方法の有利な構成は従属請求項または以下の記載および実施例から引き出すことができる。
【００１３】
すなわち、本発明によれば、断層撮影装置による画像データの取得および評価方法において、検査対象の検査範囲から異なるスペクトル分布で少なくとも２つの撮影が記憶され、両撮影から得られた測定データは、異なるスペクトル分布から検査範囲に関する追加情報および／または検査範囲の特殊な画像表示が得られるように評価される。本発明による方法は、画像撮影のために少なくとも２つの別々の撮影システムを有する断層撮影装置が使用され、両撮影システムが異なるスペクトル分布で動作するように作動させられることを特徴とする。
【００１４】
この明細書の導入部において述べた従来技術から既に知られているように、少なくとも２つの撮影システムを備えた断層撮影装置を使用することによって、本発明による方法によれば唯一の走査においてスペクトル測定データが取得され、これらの測定データから例えば２スペクトル法またはρ−Ｚ投影により検査範囲、特にその検査範囲に含まれた材料に対する定量的な追加情報を得ることができる。両撮影システムの両Ｘ線管に付設された検出器が測定データつまり減弱データを同時に取得するので、患者の動きの問題は取り除かれている。走査時間はスペクトル測定データの取得の従来方法に比べて半分になる。なぜならば、例えば唯一のスパイラル走査で、必要なスペクトルボリュームデータが得られるからである。断層撮影装置として、少なくとも２つのＣアームを有するＣアームシステムも使用することができる。しかしながら、好ましくは、少なくとも２つの撮影システムを有するＸ線コンピュータ断層撮影装置（以下において２Ｘ線管−検出器ＣＴシステムとも呼ぶ。）が使用される。
【００１５】
本発明による方法の他の適用例では、特定の構成成分を持たない特殊な画像表示を得るべく、同時に得られたスペクトル測定データが、例えば骨または軟部組織の画像表示における検査範囲の構成成分のセグメント化のために使用される。これを次に更に詳しく説明する。
【００１６】
とりわけ、両撮影システムは本発明による方法において管ごとに異なる管電圧および／または異なるＸ線フィルタで作動させられる。しかしながら、異なるスペクトル分布が撮影時に検出器の異なるスペクトル感度によって得られるように、両撮影システムが異なるスペクトル選択性検出器を有する構成も可能である。
【００１７】
スペクトル測定データの評価は、本発明による方法では、最初に述べた特許文献４から知られているように、検査範囲の密度ρ（ｒ）および原子番号Ｚ（ｒ）の分布を得るために行なうことができ、スペクトル分布の選択および評価に関する特許文献４の開示内容は明確にこの明細書に取り込まれる。更に、この種の画像撮影および画像評価に対する基礎は、例えば「Ｂ．Ｈｅｉｓｍａｎｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｄｅｎｓｉｔｙ  ａｎｄ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｎｕｍｂｅｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｘ−Ｒａｙ  Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ，  Ｊ．ｏｆ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．９４，Ｎｏ．３，２００３，２０７３〜２０７９」に開示されている。
【００１８】
公知の２スペクトル法による評価も、同様にこの明細書の導入部において述べたように、本発明において勿論可能である。
【００１９】
本発明の構成において、両撮影システムにより検出された測定データから、それぞれ別々の減弱値分布の画像、特に２Ｄ断層画像または３Ｄボリューム画像が公知のように再構成される。両画像の画像データの適切な重み付けおよびその後での減算（サブトラクション）によって、サブトラクション画像から、画像表示中の検査対象の特定成分（例えば画像において見える骨）が消去される。重み付けは、骨の例では、骨コントラストがサブトラクション画像において抑制されるように選択される。重み付け係数は骨の実際に組成すなわちカルシウム成分の高さにほとんど関係しない。画像内の軟部コントラストは重み付け減算の際に同様に消去される。なぜならば、両撮影システムによる撮影を行う管電圧および予備フィルタリングが異なる際の軟部組織のコントラスト差は無視できるからである。
【００２０】
それゆえ、本発明による方法のこの変形により、とりわけ、骨付近の血管の表示のために骨のセグメント化が必要である血管撮影ＣＴ検査が有利に実施される。軟部組織の画像信号の抑制は、同様に、造影剤を満たされた血管におけるコントラスト／ノイズ比が比較的僅かである場合には望ましい。
【００２１】
従来では、骨のセグメント化は部分的に画像データの集中的な後処理を必要とする。サブトラクションＣＴアンギオグラフィ（ＣＴＡ）の場合、従来は軟部コントラストが付加的なネイティブスキャンの画像データにより除去される。この場合、検査範囲の画像がまず造影剤投与なしに記録される。引続いて、このマスク画像が造影剤有りで記録した画像から減算される。しかしながら、ネイティブスキャンと後続の画像撮影との間における患者の動きが画像結果の劣化を招く。この問題は本発明による方法のこの実施態様ではもはや発生しない。なぜならば互いに減算された両撮影の画像データが同時に検出されるからである。
【００２２】
最後に述べたサブトラクション法の他の適用例として、軟部下層の除去のために従来では同様に付加的なネイティブスキャンを必要とする肺パフュージョン表示のためのＣＴＡが考えられる。これは、肺における血管の動きがサブトラクションＣＴＡの品質を著しく阻害するという結果となる。本発明による方法の場合には両Ｘ線管に付設された検出器が減弱データを同時に取得するので、スペクトルデータが同時に測定され、従って血管の動きによる問題が回避される。
【００２３】
同様に検査範囲の個別の画像成分の抑制により特殊な画像表示を得ようとする本発明による方法の他の構成では、まずスペクトルデータから既述のρ−Ｚ投影による平均密度ρ（ｒ）および有効原子番号Ｚ（ｒ）の空間的分布が算定される。閾値設定によってρ，Ｚ（ｒ）ダイアグラムにおいて軟部組織および骨がセグメント化される。このセグメント化後、検査ボリューム内においてρ，Ｚ（ｒ）ダイアグラムでヨードを含むとして識別されたボクセルが（減弱値画像として）表示可能である。これは、ヨードの比較的高い原子番号に基づいて血液造影剤を満たされた血管の単独表示を可能にする。従って、本発明による方法のこの変形例も、とりわけ患者の動きの影響または付加的なネイティブスキャンを避けるための血管撮影ＣＴ検査用として提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下において、添付の図面を参照しながら実施形態に基づいて本発明をもう一度詳しく説明する。
図１は本発明による方法において使用される２つの撮影システムを備えた断層撮影装置全体の例を斜視図、
図２は図１の断層撮影装置の両撮影システムを横断面図、
図３は本発明による方法を実施するためのフローチャートの第１の例、
図４は本発明による方法を実施するためのフローチャートの第２の例、
図５は本発明による方法を実施するためのフローチャートの第３の例を示す。
【００２５】
図１は断層撮影装置１、この例ではＸ線コンピュータ断層撮影装置を示す。断層撮影装置１は患者３が横たわる撮影用の寝台装置２を備えている。寝台装置２の移動テーブル板により患者３の所望の検査範囲を断層撮影装置１のハウジング５内の開口４の中に導入することができる。更に、スパイラル走査の場合には寝台装置２により連続的な軸線方向の送りが行なわれる。ハウジング５の内部では、図１に示されていないガントリが患者３を通る回転軸線６の周りを高速度で回転可能である。更に、断層撮影装置１の操作のために操作ユニット７が存在する。
【００２６】
この断層撮影装置１はガントリ上に２つの撮影システムを有する。両撮影システムは、それぞれ１つのＸ線管８もしくは１０と１つの多数行Ｘ線検出器９もしくは１１とを有する。ガントリ上における両Ｘ線管８，１０および両検出器９，１１の配置は断層撮影装置１の作動中固定されているので、それらの相対的な間隔は作動中一定である。
【００２７】
Ｘ線検出器９，１１は電子的に読取可能なシンチレータセラミックスいわゆるＵＦＣ（商標）（Ｕｌｔｒａ  Ｆａｓｔ  Ｃｅｒａｍｉｃ）セラミックを基にして作られている。例えば２５６以上の行を有するいわゆる平面型検出器も使用することもできる。
【００２８】
本発明による方法では、両撮影システムが、異なるスペクトル分布で、すなわち異なるＸ線管電圧および／またはＸ線管８，１０と検出器９，１１との間のＸ線経路における異なるスペクトルフィルタで作動させられる。検出器９および検出器１１の異なるスペクトル感度も勿論可能である。
【００２９】
連続的に走査する両撮影システムの投影データは制御・画像コンピュータ１２において本発明による方法に従って継続処理され、画像再構成アルゴリズムの使用により処理されて所望の画像が形成される。この画像は、ＣＴ画像であってもよいし、あるいは後述の実施例による密度分布または原子番号分布の表示であってもよい。
【００３０】
図２は両撮影システムをもう一度詳細に示す。特に、後で行なわれる画像再構成のための生データが種々の投影角から発生される間、どのように両Ｘ線管８，１０が回転軸線６の周りの共通な回転軌道１３上を矢印方向に回転するかが明らかである。図２の横断面図には、それぞれ多数の検出器要素９ａ，９ｂ，９ｃ，・・・もしくは１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を備えた検出器９もしくは１１のそれぞれ１つの行が示されている。更に、Ｘ線管８もしくは１０から送出されたＸ線ビームの縁線１４もしくは１５が図から明らかである。両撮影システムのＸ線ビーム内には、この例では、本発明による方法に従って異なるスペクトルフィルタ特性を有するフィルタ１６もしくは１７が挿入されている。更に、Ｕ1およびＵ2で、両Ｘ線管８もしくは１０の動作を可能にする異なる管電圧が示されている。
【００３１】
本発明による方法では、この種の断層撮影装置が異なる管電圧Ｕ1,Ｕ2および／またはフィルタ１６,１７の異なるスペクトルフィルタ特性で作動させられるので、各測定走査時に異なるスペクトル分布を有する画像データつまり測定データが記録される。これらは、追加情報、例えば密度または有効原子番号の空間的分布を得るために、画像コンピュータ１２によって所望のように継続処理される。
【００３２】
図３はこの方法の経過例を示す。この方法では最初のステップ１００において図１および図２に示されたコンピュータ断層撮影装置１によるＸ線撮影が記録される。検査対象の検査範囲のこの画像記録によって、２つの別個の生データセットが異なるスペクトル分布で得られる。
【００３３】
引続いて、次のステップ１０１において、得られた生データに基づく再構成を介して、各スペクトル分布に対して座標ｘ，ｙを有する横断層画像内の減弱係数μの減弱値分布μ1（ｘ，ｙ）もしくはμ2（ｘ，ｙ）が発生される。
【００３４】
ステップ１０２においてコンピュータ支援により減弱値分布の原子番号分布Ｚ（ｘ，ｙ）および密度分布ρ（ｘ，ｙ）への変換が行なわれる。コンピュータ支援による減弱値分布の原子番号分布および密度分布への変換は、例えば、明確に関連する先に挙げた特許文献４の方法により実施することができる。
【００３５】
引続いて、このようにして得られた分布は、適切にステップ１０３においてモニタに可視化することができる。
【００３６】
両撮影システムの異なるスペクトル分布の選択は、この方法では、所望の追加情報もしくは所望の画像評価もしくは画像表示ができる限り訴える力を有するように行なわれる。とりわけ、一方の撮影システムは他方の撮影システムの量子エネルギーに比べて光電効果によるＸ線吸収を促進する量子エネルギーを有するので、原子番号の決定において高分解能が得られる。
【００３７】
図４および図５は、この方法を実施するための他の例を示し、特にＣＴ血管撮影法の分野においてこの方法がどれほど有利であるかを示す。血管経路をＣＴ画像内で明確に強調するために、画像撮影前に患者に造影剤が注入される。
【００３８】
この方法の図４に示されている形態では、図３の方法の場合と同ようにステップ１００〜１０２が実行される。ステップ１０４において原子番号の閾値設定によってρ，Ｚダイアグラムにおいて軟部組織および骨がセグメント化される。それによって、ヨードを含む造影剤の比較的高い原子番号に基づいて、造影剤を満たされた血管だけが表示される。これはステップ１０５において行なわれる。ステップ１０５では、検査範囲ボリューム内において、ρ，Ｚダイアグラムで高い原子番号に基づいてヨードを含むとして識別されたボクセルのみが表示される。従って、画像表示は、造影剤を導かれた血管のみが視認できる減弱値のＣＴ画像を示す。
【００３９】
図５は、最後に、ステップ１００における画像データ取得後にステップ１０６において２つの別々の画像Ｉ1（ｘ、ｙ），Ｉ2（ｘ、ｙ）を両撮影システムの別個の生データから再構成する方法を実施するための一例を示す。次のステップ１０７において、両画像の一方の画像データＩ1（ｘ、ｙ）が重み付け係数Ｇを掛けられる。この重み付け係数Ｇは、重み付けされない画像データからの重み付けされた画像データの（またはこの逆の）減算後にサブトラクション画像において骨部分がもはや認識できないように選定されている。引続いて、このサブトラクション画像がステップ１０８においてモニタに表示される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による方法において使用される２つの撮影システムを備えた断層撮影装置の例を示す斜視図
【図２】図１の断層撮影装置における両撮影システムの横断面図
【図３】本発明による方法の第１の経過例を示すフローチャート
【図４】本発明による方法の第２の経過例を示すフローチャート
【図５】本発明による方法の第３の経過例を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４１】
１            断層撮影装置
２            寝台装置
３            患者
４            開口
５            ハウジング
６            回転軸線
７            操作ユニット
８            第１の撮影システムのＸ線管
９            第１の撮影システムの検出器
９ａｂｃ      検出器要素
１０          第２の撮影システムのＸ線管
１１          第２の撮影システムの検出器
１２          制御・画像コンピュータ
１３          回転軌道
１４          縁線
１５          縁線
１６          フィルタ
１７          フィルタ
１００        異なるスペクトル分布におけるＸ線撮影
１０１        減弱値分布の算出
１０２        密度分布および原子番号分布への変換
１０３        密度分布および原子番号分布の表示
１０４        閾値に基づくセグメント化
１０５        セグメント化されたＣＴ画像の表示
１０６        両画像の再構成
１０７        両画像の重み付け減算
１０８        サブトラクション画像の表示
【図１】
2005211655.tif 000003
【図２】
2005211655.tif 000004
【図３】
2005211655.tif 000005
【図４】
2005211655.tif 000006
【図５】
2005211655.tif 000007