JP7348642B2 - Data processing device, X-ray device equipped with the data processing device, and data processing method - Google Patents
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Description
本発明は、連続X線を用いて撮像した対象物のX線透過データを処理するデータ処理装置、そのデータ処理装置を搭載したX線装置、及びデータ処理方法に関する。特に、本発明は、光子計数(フォトンカウンティング)型のX線検出器を用いて収集されたX線透過データを処理して、骨塩定量など、対象物の性状を評価するためのデータ処理装置、そのデータ処理装置を搭載したX線装置、及びデータ処理方法に関する。 The present invention relates to a data processing apparatus that processes X-ray transmission data of an object imaged using continuous X-rays, an X-ray apparatus equipped with the data processing apparatus, and a data processing method. In particular, the present invention provides a data processing device for processing X-ray transmission data collected using a photon counting type X-ray detector to evaluate the properties of an object, such as bone mineral quantification. , an X-ray apparatus equipped with the data processing apparatus, and a data processing method.
近年、X線を用いて対象物の種類や性状を特定したいという要望は随所でみられる。その一例として、骨粗鬆症の予防や治療のため、人体の骨の密度を測定する骨密度測定(骨塩定量)がある。この骨粗鬆症を予防することは、健康寿命を伸ばすためにも重要な要素である。 In recent years, there has been a growing desire to identify the type and properties of objects using X-rays. One example is bone densitometry (bone mineral quantification), which measures the density of bones in the human body for the prevention and treatment of osteoporosis. Preventing osteoporosis is an important factor in extending a healthy lifespan.
この骨粗鬆症診断では、骨の強さを判定するための代表的な指標である骨密度(骨塩量)のほか、最近では骨質をも重視するようになってきている。骨密度(骨塩量)は骨の中にカルシウム等のミネラルがどの程度あるかを示すものであり、骨質は骨の微細構造、骨代謝回転の速さ、微小骨折の有無、及び、石灰化の状態、コラーゲンの状態を示す、一つの指標である。 In osteoporosis diagnosis, in addition to bone density (bone mineral content), which is a typical index for determining bone strength, recently bone quality has also come to be emphasized. Bone density (bone mineral content) indicates the amount of minerals such as calcium in the bone, and bone quality is determined by the microstructure of the bone, the speed of bone turnover, the presence or absence of microfractures, and calcification. It is an indicator that indicates the state of collagen.
この骨粗鬆症診断には、従来、DEXA(dual-energyX-ray absorptiometry:デクサ)法、超音波法、MD(エムディ)法が多く用いられている。DEXA法は、エネルギーの異なる2種類のX線を使って、その2種類のX線が骨を透過したあとのX線透過データ同士の差分情報に基づいて骨密度(骨塩量)を測定する手法である。超音波法は、踵や脛の骨に超音波を照射してその反射情報から骨密度を測定する手法である。MD法は、手の骨と厚さの異なるアルミニウム板(基準物質)とを同時にX線撮影し、撮影されたX線画像上で骨とアルミニウム板との濃度を比較することにより骨密度を測定する手法である。また、レントゲン検査によっても、そのX線写真から骨折や変形の有無、骨粗鬆化(骨密度の低下)の有無等の状態を確認できる。一方、骨質を測定するには、一般に、骨代謝マーカを用いた血液検査や尿検査により、骨の新陳代謝の速度を評価することで行われる。 Conventionally, the DEXA (dual-energy X-ray absorptiometry) method, the ultrasonic method, and the MD method are often used for this osteoporosis diagnosis. The DEXA method uses two types of X-rays with different energies and measures bone density (bone mineral content) based on the difference information between the X-ray transmission data after the two types of X-rays pass through the bone. It is a method. The ultrasonic method is a method of measuring bone density by irradiating ultrasonic waves onto the bones of the heel or tibia and using the reflected information. The MD method takes X-rays of the bones of the hand and aluminum plates (reference material) of different thicknesses at the same time, and measures bone density by comparing the density of the bones and the aluminum plate on the taken X-ray images. This is a method to do so. In addition, by performing an X-ray examination, it is possible to confirm the presence or absence of fractures, deformities, osteoporosis (reduction in bone density), etc. from the X-ray photographs. On the other hand, bone quality is generally measured by evaluating the speed of bone metabolism through a blood test or urine test using bone metabolism markers.
このような骨粗鬆症診断法の一例は、特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1に記載の手法は、DEXA法に属するもので、X線画像診断装置として開示されており、その一態様によれば、高低2種類の異なる平均エネルギーを有するX線ビームを用いて撮影された各X線画像から差分画像を生成する差分画像生成部と、前記差分画像から腰椎領域を検出するとともに腰椎周辺部から横突起領域及び軟部組織領域を検出する検出部と、検出した軟部組織領域の画素値を基準として前記腰椎領域の画素値を補正する補正部と、補正した腰椎領域に基づき骨密度を算出する骨密度算出部と、を備えている。
An example of such an osteoporosis diagnostic method is known as described in
つまり、この診断法は、X線の骨成分での減弱度合がエネルギーの違いよって異なることを利用した診断法である。 In other words, this diagnostic method utilizes the fact that the degree of attenuation of the bone component of X-rays differs depending on the energy.
ところで、本発明者等は、既に、この光子計数型のX線検出に関して、特許文献2(国際公開番号WO 2016/171186 A1公報(国際公開日:2016年10月27日)に記載のデータ処理法を提案している。 By the way, the present inventors have already developed a data processing method described in Patent Document 2 (International Publication Number WO 2016/171186 A1 (International Publication Date: October 27, 2016) regarding this photon counting type X-ray detection). proposing a law.
この提案によれば、光子計数型のX線検出器により検出された計数値から対象物の画像を作成し、その画像上で関心領域を設定し、その画像において関心領域に存在する物質の背景となる画素情報を削除する。さらに、関心領域における連続X線の複数のエネルギー領域のそれぞれ毎に、画素毎の計数値に基づいて物質をX線が透過したときの透過特性をベクトル量として表し、このベクトル量から当該物質に固有の固有情報を演算する。 According to this proposal, an image of the object is created from the counts detected by a photon-counting X-ray detector, a region of interest is set on the image, and the background of the material present in the region of interest is Delete the pixel information that becomes . Furthermore, for each of the multiple energy regions of continuous X-rays in the region of interest, the transmission characteristics when the X-rays pass through the material are expressed as vector quantities based on the count values for each pixel, and from this vector quantity Calculate unique unique information.
連続X線のエネルギー領域を例えば3つとし、その各エネルギー領域の実効エネルギーに対応した線減弱係数をμ1、μ2、μ3とすると、上述したベクトル量は、その線減弱係数をμ1、μ2、μ3を各次元とする3次元空間において3次元のベクトルとして表される。 If the energy regions of continuous X-rays are, for example, three, and the linear attenuation coefficients corresponding to the effective energy of each energy region are μ 1 , μ 2 , μ 3 , then the vector quantity described above is expressed as the linear attenuation coefficient μ 1 , μ 2 and μ 3 as a three-dimensional vector in a three-dimensional space.
勿論、統計ノイズや物質の厚さtの影響によって、関心領域を成す複数の画素それぞれの3次元ベクトルの方向はばらつき、ベクトルの長さもばらつくことで、座標原点を始点としたベクトルの終点は3次元的に広がりを持ちながら散布される。このため特許文献2の手法においては、まず物質の厚さtの要因を排除するため、全部の3次元ベクトルを正規化し、かつ、その正規化された長さを半径とする球状の散布面に、座標原点とを結ぶベクトル先端(終点)の位置(散布点)として表示させる。その上で、統計ノイズの影響を除去するため、散布点の集合毎に分布の重心位置を演算する等、平均化処理を行って、その重心位置と座標原点とを繋ぐベクトルを、その集合分布を代表する3次元ベクトルとして設定する。この代表3次元ベクトルの方向は、連続X線の減弱の観点からは、物質固有又は物質の性状に固有のものである。つまり、この特許公報2の手法は、そのベクトル方向を、予め既知のファントムを用いて測定・演算した参照値、又は理論的に演算した参照値と比較することによって、その物質の種類や性状を同定(推定、評価)できるというものであった。また、特許公報文献2の手法における、処理すべき次元は、3次元に限定されるものではなく、2次元以上の次元に適用可能な手法であった。 Of course, due to the effects of statistical noise and material thickness t, the direction of the three-dimensional vector of each of the multiple pixels forming the region of interest varies, and the length of the vector also varies, so the ending point of the vector starting from the coordinate origin is 3. It is dispersed in a dimensional manner. Therefore, in the method of Patent Document 2, in order to eliminate the factor of the thickness t of the material, all three-dimensional vectors are normalized, and then a spherical dispersion surface whose radius is the normalized length is created. , is displayed as the position (scattered point) of the tip (end point) of the vector connecting it to the coordinate origin. Then, in order to remove the influence of statistical noise, averaging processing is performed, such as calculating the centroid position of the distribution for each set of scattered points, and the vector connecting the centroid position and the coordinate origin is calculated based on the distribution of the set distribution. is set as a representative three-dimensional vector. The direction of this representative three-dimensional vector is unique to the substance or to the properties of the substance from the viewpoint of attenuation of continuous X-rays. In other words, the method of Patent Publication 2 compares the vector direction with a reference value measured and calculated using a known phantom, or a theoretically calculated reference value, to determine the type and properties of the substance. It was said that it could be identified (estimated and evaluated). Further, in the method of Patent Publication Document 2, the dimensions to be processed are not limited to three dimensions, but the method is applicable to two or more dimensions.
<特許文献1について>
<About
しかしながら、上述した特許文献1に代表される、従来のDEXA法は、高低2種類のX線のエネルギー情報の差を利用して骨密度(骨塩量)を測定するだけであり、骨質という、骨粗鬆症の診断や治療において昨今、注目されている要素を加味できていない。したがって、このDEXA法は、骨粗鬆症の診断、治療に対する近年の要求を完全には満たしていないものである。
<特許文献2について>
However, the conventional DEXA method, typified by the above-mentioned
<About Patent Document 2>
一方で、前述した特許文献2においては、連続X線を成す光子のエネルギースペクトラムを例えば3つのエネルギー領域に分割して、その各エネルギー領域の実効エネルギーに対応した線減弱係数をμ1、μ2、μ3を各次元とする3次元空間のベクトルまで求めている。したがって、この3次元ベクトルが持つ物理的な意味を骨の評価に当てはめると、この3次元ベクトルの方向及び大きさは、骨質と骨密度(骨塩量)を含む骨の状態を示す指標の一つであると考えられる。 On the other hand, in the above-mentioned Patent Document 2, the energy spectrum of photons constituting continuous X-rays is divided into, for example, three energy regions, and the linear attenuation coefficients corresponding to the effective energy of each energy region are μ 1 and μ 2 . , μ 3 as each dimension. Therefore, when the physical meaning of this three-dimensional vector is applied to bone evaluation, the direction and magnitude of this three-dimensional vector are an indicator of bone condition, including bone quality and bone density (bone mineral content). It is thought that this is the case.
その理由は、呼称が同じ物質(例えば、骨)であっても、その物質の組織を通過するX線光子の減弱度合は、そのX線光子のエネルギーの高低によって異なるが、呼称が同じ物質であっても、それを構成する組成が異なれば、X線減弱の観点からは、異種の物質と考えることができるからである。例えば、低いエネルギーのX線光子の減弱に比して、高いエネルギーのX線光子の減弱が大きい骨とそうでない骨とでは、同じ“骨”という物質であっても、前述の3次元ベクトルの方向は互いに異なる。つまり、ベクトルの方向及び大きさは、骨塩量のみならず、骨を構成する組成や成分の違い(つまり、骨質の違い)をも示す指標の一つであると言える。 The reason is that even if the materials have the same name (for example, bone), the degree of attenuation of X-ray photons passing through the tissue of that material will differ depending on the energy level of the X-ray photons. Even if there are substances, if their constituent compositions are different, they can be considered to be different types of substances from the viewpoint of X-ray attenuation. For example, even if the bone is the same material, the three-dimensional vector described above is The directions are different from each other. In other words, the direction and magnitude of the vector can be said to be one of the indicators indicating not only the bone mineral content but also the difference in the composition and components of the bone (that is, the difference in bone quality).
しかしながら、この特許文献2で提案される、物質厚さtに依存しない3次元ベクトルの散布図を用いたとしても、また、吸収ベクトル長画像と呼ばれる、正規化しない3次元ベクトルの長さ情報だけを用いたとしても、骨粗鬆症の診断や治療に要求される、骨密度及び骨質の計測や評価には物足りない。すなわち、そのままでは、共に精度良いものではない。 However, even if a scatter diagram of three-dimensional vectors that does not depend on the material thickness t proposed in Patent Document 2 is used, only length information of three-dimensional vectors that is not normalized, called an absorption vector length image, is used. Even if it is used, it is not sufficient to measure and evaluate bone density and bone quality, which is required for the diagnosis and treatment of osteoporosis. In other words, both are not accurate as they are.
例えば、手をX線撮影して、その部分に写り込んでいる骨の骨塩定量(骨塩とは無機質の骨ミネラルを言い、化学物質としてはハイドロキシアパタイトであることが知られている)を行うことを考える(説明の都合上、骨は硬組織(骨塩に相当)からのみで構成されるとする)。この場合、そのX線画像に写り込んだ骨部分に関心領域を設定する。その領域を成すX線検出器の各画素へ至るX線パスには、皮膚・筋肉などの軟組織と骨部分の硬組織との両方が存在している。このため、X線検出器では軟組織と硬組織の減弱係数と厚さに依存した計数値が収集される。このため、この計数値から前述した3次元ベクトルを演算したとしても、硬組織(骨塩)による減弱特性を正確に反映した3次元ベクトルを求めることはできない。したがって、それに基づいた骨塩定量を、より高い精度で行うことは困難である。 For example, by taking an X-ray of your hand, we can quantify the amount of bone mineral reflected in that area (bone mineral refers to inorganic bone mineral, and the chemical substance is known to be hydroxyapatite). (For the sake of explanation, we will assume that bones are composed only of hard tissue (corresponding to bone mineral).) In this case, a region of interest is set in the bone portion reflected in the X-ray image. In the X-ray path leading to each pixel of the X-ray detector that constitutes that area, both soft tissues such as skin and muscles and hard tissues such as bones exist. Therefore, the X-ray detector collects counts that depend on the attenuation coefficient and thickness of soft and hard tissues. Therefore, even if the aforementioned three-dimensional vector is calculated from this count value, it is not possible to obtain a three-dimensional vector that accurately reflects the attenuation characteristics due to hard tissue (bone mineral). Therefore, it is difficult to perform bone mineral quantification based on this with higher accuracy.
なお、上述した問題点は、骨塩定量を例示してX線一般撮影領域における骨粗鬆診断について述べてきたが、対象物の種類や形状を特定したいという所謂、物質同定の分野を俯瞰してみると、必ずしもX線一般撮影の分野に限定される話ではない。例えば、歯科での骨塩定量や食品の異物を検査する場合であっても、X線パス上に2つの減弱係数が異なりかつそれぞれの厚さの不明な物質が存在する場合に、それらの物質のうちの注目している物質1つの性状を簡単に同定することは難しい。 The above-mentioned problems have been discussed with respect to osteoporosis diagnosis in the general X-ray imaging field, taking bone mineral quantification as an example, but we will take a bird's-eye view of the field of so-called material identification, where we want to identify the type and shape of an object. As you can see, this is not necessarily limited to the field of general X-ray imaging. For example, when examining bone mineral density in dentistry or foreign matter in food, if there are two substances on the X-ray path with different attenuation coefficients and unknown thicknesses, it is necessary to It is difficult to easily identify the properties of a single substance of interest.
そこで、本発明は、従来の光子計数型のX線検出における上述した物質同定に鑑みてなされたもので、対象が実質的に2種類の既知の物質A,Bから成る場合であっても、その一方の注目している物質Aの性状を、より簡単な演算で且つより精度良く、さらに、骨密度及び骨質などのように、その注目している物質の性状の情報をより多面的に提供することができる、光子計数型のX線検出に適したデータ処理装置、データ処理方法、及びそれらを搭載又は実装してX線装置を提供することを、その目的とする。 Therefore, the present invention was made in view of the above-mentioned substance identification in conventional photon counting type X-ray detection, and even when the target consists of essentially two types of known substances A and B, On the other hand, the properties of the substance A of interest can be determined with simpler calculations and with higher accuracy, and information on the properties of the substance of interest can be provided in a more multifaceted manner, such as bone density and bone quality. The object of the present invention is to provide a data processing device and a data processing method suitable for photon counting type X-ray detection, and an X-ray device equipped with or mounted with them.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るデータ処理装置は、n個(nは2以上の正の整数)の互いに異なるエネルギー領域を含む連続X線が、当該X線の透過特性に関して実質的に2種類の既知の物質A,Bから成る対象に照射され、当該対象を透過した前記X線が、複数の画素を有するX線検出器により検出データとして検出されるときに、当該検出データに基づく処理を行う。このデータ処理装置は、前記X線検出器により検出された前記検出データに基づき前記対象のX線像を作成してモニタ上に表示するX線透過像提供手段と、前記モニタに表示された前記X線像上で、前記X線のパスの方向において前記物質A,Bの合計の厚さが一定と推定される部分にROI(region of interest)を設定するROI設定手段と、前記n個のエネルギー領域のそれぞれにおいて前記X線の前記対象を透過するときの線減弱値に相当し、且つ、前記ROIを成す複数の前記画素に渡って大きさが平均化された1つのn次元の線減弱ベクトルを前記検出データに基づいて演算する線減弱ベクトル演算手段と、前記2種類の物質A,Bのうち、一方の物質Bのみを前記X線が透過したと仮定したときの、当該物質Bの線減弱値に相当する前記n次元の参照ベクトルを推定又は仮定して保持する参照ベクトル保持手段と、前記物質Aのみに等価な前記線減弱値に相当する前記n次元の目的ベクトルを、前記線減弱ベクトル演算手段により演算された前記n次元の線減弱ベクトルから前記n次元の参照ベクトルを減算する目的ベクトル演算手段と、を備えたことを特徴とするデータ処理装置、である。このとき、当該データ処理装置に、参照ベクトルを推定または仮定する演算手段を備えることもできる。 In order to achieve the above object, a data processing device according to one aspect of the present invention is capable of processing continuous X-rays including n (n is a positive integer of 2 or more) different energy regions with respect to the transmission characteristics of the X-rays. When the X-rays that are irradiated onto an object consisting of substantially two types of known substances A and B and transmitted through the object are detected as detection data by an X-ray detector having a plurality of pixels, the detection Perform processing based on data. This data processing device includes an X-ray transmission image providing means for creating an X-ray image of the object based on the detection data detected by the X-ray detector and displaying the X-ray image on a monitor; ROI setting means for setting an ROI (region of interest) on an X-ray image in a portion where the total thickness of the substances A and B is estimated to be constant in the direction of the path of the X-ray; one n-dimensional line attenuation corresponding to the line attenuation value when the X-ray passes through the object in each of the energy regions, and whose magnitude is averaged over the plurality of pixels forming the ROI; linear attenuation vector calculation means for calculating a vector based on the detection data; a reference vector holding means for estimating or assuming and holding the n-dimensional reference vector corresponding to the linear attenuation value; and a reference vector holding means for estimating or assuming and holding the n-dimensional reference vector corresponding to the linear attenuation value; 1. A data processing device comprising: objective vector calculation means for subtracting the n-dimensional reference vector from the n-dimensional linear attenuation vector calculated by the attenuation vector calculation means. At this time, the data processing device can also be equipped with calculation means for estimating or assuming the reference vector.
また、本発明に係る別の態様として、データ処理方法が提供される。このデータ処理方法は、n個(nは2以上の正の整数)の互いに異なるエネルギー領域を含む連続X線が、当該X線の透過特性に関して実質的に2種類の既知の物質A,Bから成る対象に照射され、当該対象を透過した前記X線が、複数の画素を有するX線検出器により検出データとして検出されるときに、当該検出データに基づく処理を行う。このデータ処理方法によれば、前記X線検出器により検出された前記検出データに基づき前記対象のX線像を作成してモニタ上に表示し、前記モニタに表示された前記X線像上で、前記X線のパスの方向において前記物質A,Bの合計の厚さが一定と推定される部分にROI(region of interest)を設定し、前記n個のエネルギー領域のそれぞれにおいて前記X線の前記対象を透過するときの線減弱値に相当し、且つ、前記ROIを成す複数の前記画素に渡って大きさが平均化された1つのn次元の線減弱ベクトルを前記検出データに基づいて演算し、前記2種類の物質A,Bのうち、一方の物質Bのみを前記X線が透過したと仮定したときの、当該物質Bの線減弱値に相当する前記n次元の参照ベクトルを推定又は仮定して保持している当該参照ベクトルを、前記線減弱ベクトル演算手段により演算された前記n次元の線減弱ベクトルから減算して、前記物質Aのみに等価な前記線減弱値に相当する前記n次元の目的ベクトルを演算する、ことを特徴とする。このとき、好適には、当該データ処理方法に、参照ベクトルを推定または仮定する演算処理が含まれる。 Further, as another aspect of the present invention, a data processing method is provided. In this data processing method, continuous X-rays containing n (n is a positive integer of 2 or more) different energy regions are obtained from substantially two types of known substances A and B with respect to the transmission characteristics of the X-rays. When the X-rays that are irradiated onto an object and transmitted through the object are detected as detection data by an X-ray detector having a plurality of pixels, processing is performed based on the detection data. According to this data processing method, an X-ray image of the object is created based on the detection data detected by the X-ray detector and displayed on a monitor, and an X-ray image is displayed on the X-ray image displayed on the monitor. , an ROI (region of interest) is set in a portion where the total thickness of the substances A and B is estimated to be constant in the direction of the path of the X-ray, and the calculating one n-dimensional line attenuation vector, which corresponds to the line attenuation value when transmitting through the object and whose size is averaged over the plurality of pixels forming the ROI, based on the detected data; and estimating or The hypothetically held reference vector is subtracted from the n-dimensional linear attenuation vector calculated by the linear attenuation vector calculation means to obtain the n corresponding to the linear attenuation value equivalent only to the substance A. It is characterized by calculating a dimensional objective vector. At this time, the data processing method preferably includes calculation processing for estimating or assuming a reference vector.
このデータ処理装置及びデータ処理方法を、一例として、骨塩定量装置に搭載することができる。その場合の一例として、物質Aは被検体の手足の骨(硬組織)であり、物質Bはその皮膚及び筋肉(軟組織)である。 This data processing device and data processing method can be installed in a bone mineral quantification device, for example. As an example of that case, substance A is the bones (hard tissues) of the subject's limbs, and substance B is the skin and muscles (soft tissues) thereof.
本発明によれば、n個(nは2以上の正の整数)の互いに異なるエネルギー領域を含む連続X線が、当該X線の透過特性に関して実質的に2種類の既知の物質A,Bから成る対象に照射され、当該対象を透過した前記X線が、複数の画素を有するX線検出器により検出された計数値に基づく処理が行われる。 According to the present invention, continuous X-rays containing n (n is a positive integer of 2 or more) different energy regions are obtained from substantially two types of known substances A and B with respect to the transmission characteristics of the X-rays. The X-rays irradiated onto an object and transmitted through the object are processed based on the count value detected by an X-ray detector having a plurality of pixels.
より具体的には、前記計数値に基づき前記対象のX線像が作成されてモニタ上に表示される。このモニタに表示されたX線像上で、X線のパスの方向において前記物質A,Bの合計の厚さが、例えば一定と推定される部分にROI(region of interest:関心領域)が設定される。さらに、前記n個のエネルギー領域のそれぞれにおいて、前記X線の前記対象を透過するときの線減弱値に相当し、且つ、前記ROIを成す複数の前記画素に渡って大きさが平均化された1つのn次元(nは2以上の正の整数)の線減弱ベクトルが前記計数値に基づいて演算される。前記2種類の物質A,Bのうち、一方の物質Bのみを前記X線が透過したと仮定したときの当該物質Bの線減弱値に相当する前記n次元の参照ベクトルを、前記線減弱ベクトル演算手段により演算された前記n次元の線減弱ベクトルから減算して、前記物質Aのみに等価な前記線減弱値に相当する前記n次元の目的ベクトルが演算される。このとき、参照ベクトルは、理論的に又は実験等によって事前に設定されているか、参照ベクトル演算用のROI設定が可能な被写体の場合(例えば、前記X線パス上に物質Bのみで構成されている場所が存在する場合など)は、リアルタイムにあるいは1枚の画像の中から、前記線減弱ベクトルの導出方法と類似の方法により、適宜演算される。 More specifically, an X-ray image of the object is created based on the counted value and displayed on a monitor. On the X-ray image displayed on this monitor, a ROI (region of interest) is set at a portion where the total thickness of the substances A and B is estimated to be constant, for example, in the direction of the X-ray path. be done. Furthermore, in each of the n energy regions, the size corresponds to a linear attenuation value when the X-ray passes through the object, and the size is averaged over the plurality of pixels forming the ROI. One n-dimensional (n is a positive integer of 2 or more) linear attenuation vector is calculated based on the count value. Assuming that the X-rays have passed through only one of the two types of substances A and B, the n-dimensional reference vector corresponding to the linear attenuation value of the substance B is defined as the linear attenuation vector. By subtracting from the n-dimensional linear attenuation vector calculated by the calculation means, the n-dimensional objective vector corresponding to the linear attenuation value equivalent only to the substance A is calculated. At this time, the reference vector may be set in advance theoretically or experimentally, or in the case of a subject for which it is possible to set an ROI for reference vector calculation (for example, if the object consists only of substance B on the X-ray path). (for example, if there is a location where the line attenuation vector exists) is calculated as appropriate in real time or from one image using a method similar to the method for deriving the line attenuation vector.
このため、連続X線を照射して得たX線像上で、所望の部分である、物質A,Bの合計の厚さが、例えば一定と推定される部分にROIが設定される。さらに、そのROIを成す複数の画素に渡って大きさが平均化された1つのn次元の線減弱ベクトルが演算される。このn次元の線減弱ベクトルは、そのROIにおいて種類の異なる2つの物質A,Bが合成されたX線透過特性を反映したものになる。 Therefore, on the X-ray image obtained by continuous X-ray irradiation, the ROI is set at a desired portion where the total thickness of the substances A and B is estimated to be constant, for example. Furthermore, one n-dimensional line attenuation vector whose size is averaged over a plurality of pixels forming the ROI is calculated. This n-dimensional line attenuation vector reflects the X-ray transmission characteristics obtained by combining two different types of substances A and B in the ROI.
そこで、物質Aを対象(例えば人の手足)に含まれる例えば骨部分の組織(硬組織)とし、物質Bをその部分の筋肉及び皮膚の組織(軟組織)とし、目的部位は骨部分(物質Aの存在する部分)であるとする。この場合、筋肉及び皮膚の組織は診断に邪魔な部分に相当する。しかし、この物質BをX線が透過したと仮定したときの、当該物質Bの線減弱値に相当し且つ予め設定された前記n次元の参照ベクトルの情報が予め例えばメモリに保持されているか、容易に演算できるので、この参照ベクトルの情報をメモリから読み出すか演算する。さらに、この参照ベクトルが、前記2つの物質A,Bの合成されたX線透過特性に相当するn次元の線減弱ベクトルから減算される。これにより、前記物質Aのみに等価な線減弱値に相当するn次元の目的ベクトルが得られる。 Therefore, substance A is the bone tissue (hard tissue) included in the object (for example, human limbs), substance B is the muscle and skin tissue (soft tissue) of that part, and the target site is the bone part (substance A ). In this case, muscle and skin tissues correspond to areas that are difficult to diagnose. However, if it is assumed that X-rays have passed through this substance B, is information on the n-dimensional reference vector set in advance and corresponding to the linear attenuation value of the substance B stored in advance, for example, in a memory? Since it can be easily calculated, the information of this reference vector is read out from memory or calculated. Further, this reference vector is subtracted from the n-dimensional linear attenuation vector corresponding to the combined X-ray transmission properties of the two substances A and B. As a result, an n-dimensional objective vector corresponding to a linear attenuation value equivalent only to the substance A is obtained.
このため、物質Aである、例えば骨部分のみのX線減弱を示す目的ベクトルが得られる。この目的ベクトルは、低いエネルギーから高いエネルギーまで連続するエネルギー分布を持つ連続X線の光子が骨部分の組織を通過するときの減弱度合を反映しているので、その骨部分の密度や骨質の状態(性状)をより的確に表した計数値を収集できる。そのうえ、ROI部分に物質A,B双方が含まれるとしても、目的とする物質Aのみの線減弱を反映した目的ベクトルをベクトル減算という容易な演算によって、より高精度に抽出できる。 Therefore, an objective vector is obtained that indicates the X-ray attenuation of only the material A, for example, a bone portion. This target vector reflects the degree of attenuation of continuous X-ray photons with a continuous energy distribution from low energy to high energy when they pass through the tissue of the bone, so it reflects the density and quality of the bone. Count values that more accurately represent (properties) can be collected. Furthermore, even if both substances A and B are included in the ROI portion, a target vector that reflects the linear attenuation of only the target substance A can be extracted with higher precision by a simple operation called vector subtraction.
つまり、従来の場合、物質A、Bの種類(骨とか筋肉とか概念的な種類)は既知であり且つそれらの合計厚さが一定だったとしても、それぞれのX線パス方向の厚さは不明であるとともに異なる2つのX線透過特性の物質が存在しているため、目的とする物質AのみのX線減弱に基づくベクトル情報を簡単な演算で且つ精度良く求めることは困難であった。 In other words, in the conventional case, even if the types of substances A and B (conceptual types such as bones and muscles) are known and their total thickness is constant, the thickness of each in the X-ray path direction is unknown. However, since there are two substances with different X-ray transmission characteristics, it has been difficult to obtain vector information based on the X-ray attenuation of only the target substance A with simple calculations and with high accuracy.
しかしながら、本願発明によれば、目的とする物質Aのみの線減弱を反映した目的ベクトルの導出を、関心領域毎のベクトル演算により簡単に、且つ、精度良く行うことができる。 However, according to the present invention, a target vector that reflects the linear attenuation of only the target substance A can be derived easily and accurately by vector calculation for each region of interest.
また、本願発明によれば、関心領域毎に物質Aの目的ベクトルが得られ、そのベクトルの長さが、例えば骨の場合には単位体積当たりの骨量(骨密度)を示し、そのベクトルの方向が、例えば骨の場合には骨質を示す、など、関心領域毎に、より多面的な物質の性状(状態)を示す情報を提供することができる。従来のように、骨密度だけに基づく情報を提供する処理とは異なり、提供する性状情報の豊富化を図り、例えば骨粗鬆症の診断・治療の求められている要求に応えることができる。
この作用効果は、本願発明に係るデータ処理方法及びX線装置においても同様に享受される。
Further, according to the present invention, a target vector of substance A is obtained for each region of interest, and the length of the vector indicates the bone mass (bone density) per unit volume in the case of bones, for example. Information indicating a more multifaceted property (state) of a substance can be provided for each region of interest, such as the direction indicating bone quality in the case of bone. Unlike conventional processing that provides information based only on bone density, it is possible to enrich the property information provided and meet the demands for diagnosis and treatment of osteoporosis, for example.
This effect can be similarly enjoyed in the data processing method and X-ray apparatus according to the present invention.
ここで好適には、前記参照ベクトルは、i)前記対象の前記X線照射する部位の厚さを含む外形サイズ、または、重量から推定する、又は、ii)予め統計的に収集してデータベース化した参照表から読み込む、iii)前記対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において前記線減弱ベクトルと同等である(物質Bのみなので、この領域内では前記線減弱ベクトル=参照ベクトル=物質Bのみの線減弱ベクトル)と見做されて事前に求められ保存されている参照ベクトルを呼び出す、もしくは、前記物質Aを含む関心領域の線減弱ベクトルを計測する際に同時に前記対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において前記線減弱ベクトルと同等であると見做して演算することにより設定することでよい。また、例えば、物質Bの部分が呈する参照ベクトルの方向が判れば、その大きさは実験や理論計算から推定して予め保持していた情報を使うことができる場合がある。このため、その場合ベクトル減算に必要な演算を更に簡単化できる。 Preferably, the reference vector is i) estimated from the external size or weight of the part of the object to be irradiated with X-rays, or ii) statistically collected in advance and compiled into a database. iii) In a partial region of the imaged region of the target in which only the substance B is present, it is equivalent to the linear attenuation vector (since there is only substance B, in this region, the linear attenuation vector = reference vector = line attenuation vector of only material B) and call up a reference vector that has been obtained and stored in advance, or simultaneously image the object when measuring the line attenuation vector of the region of interest that includes material A. It may be set by performing calculations on the assumption that a partial region containing only the substance B in the region is equivalent to the linear attenuation vector. Furthermore, for example, if the direction of the reference vector exhibited by the portion of substance B is known, its magnitude may be estimated from experiments or theoretical calculations and previously held information can be used. Therefore, in that case, the calculations required for vector subtraction can be further simplified.
さらに、参照ベクトルの方向自体も実験的、経験的に取得していた方向情報を事前に保有しておいて、必要なときに呼び出すようにしてもよい。これにより、参照ベクトルの演算量が極めて簡単になる。 Furthermore, direction information about the direction of the reference vector itself obtained experimentally or empirically may be stored in advance and called up when necessary. This greatly simplifies the amount of calculation for the reference vector.
添付図面において、
以下、添付図面を参照して、本発明に係る、X線検査用のデータ処理装置及びデータ処理方法の実施形態を説明し、そのデータ処理装置を搭載したX線検査装置を変形例として説明する。
[実施形態]
Hereinafter, embodiments of a data processing device and a data processing method for X-ray inspection according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and an X-ray inspection device equipped with the data processing device will be described as a modified example. .
[Embodiment]
まず、図1~図15を参照し、1つの実施形態として、本発明の一態様に係るX線検査用のデータ処理装置及びデータ処理方法を説明する。図1は、X線検査システムの概略構成を示す。このX線検査システムは、X線装置として機能するX線検査装置10を備える。
First, with reference to FIGS. 1 to 15, a data processing apparatus and data processing method for X-ray inspection according to one aspect of the present invention will be described as one embodiment. FIG. 1 shows a schematic configuration of an X-ray inspection system. This X-ray inspection system includes an
このX線検査システムは、本発明の一態様に係る、骨密度測定(骨塩定量)を行うためのデータ処理装置及びデータ処理方法を搭載及びインストールしたデータ処理装置12をも備える(図1参照)。このデータ処理装置12は、X線データを収集するシステムの一要素として一体に組み込んでもよいし、X線データ収集システムとは別個の汎用のコンピュータとしてスタンドアロン方式で設けてもよい。スタンドアロン方式の場合には、X線データ収集システムとは例えばインターネットを介して接続可能の構成とし、かかるコンピュータはX線収集データを読み込んで骨塩定量の処理を実行するようにも構成できる。
This X-ray inspection system also includes a
なお、このデータ処理装置12は、骨塩定量のための処理以外の処理をも実行するように、必要な他のプログラムを事前にインストールしておいてもよい。
Note that this
さらに、このX線検査システムにおける、骨塩定量を行う機能的な構成及び作用効果を除くと、本出願人が既に開示している公報「WO 2016/171186 A1」(発明の名称:X線検査用のデータ処理装置及びデータ処理方法、並びに、その装置を搭載したX線検査装置、出願人:株式会社ジョブ)に記載の装置と同様に構成できる。但し、本実施形態においては、X線ビームをコリメータと共にスキャンすることは必ずしも必須ではなく、スキャンをしないで一回のX線照射に依るスポット撮影(単純撮影)であってもよい。 Furthermore, excluding the functional configuration and effects of bone mineral quantification in this X-ray examination system, the present applicant has already disclosed the publication "WO 2016/171186 A1" (title of invention: X-ray examination). A data processing device and a data processing method for this purpose, as well as an X-ray inspection device equipped with the device, can be configured in the same manner as the device described in Job Co., Ltd. (Applicant: Job Co., Ltd.). However, in this embodiment, it is not necessarily necessary to scan the X-ray beam together with the collimator, and spot imaging (simple imaging) may be performed by irradiating X-rays once without scanning.
また、本実施形態に係る骨塩定量は、本出願人が既に提案している、所謂、物質同定と併用して行うことが有効である。このため、本実施形態の説明において、X線検査システムの構成、物質同定の処理、及び、骨塩定量の処理の順に、順番に説明する。
<X線検査システムの構成>
Furthermore, it is effective to perform bone mineral quantification according to this embodiment in combination with so-called substance identification, which has already been proposed by the applicant. Therefore, in the description of this embodiment, the configuration of the X-ray inspection system, the substance identification process, and the bone mineral quantification process will be described in this order.
<Configuration of X-ray inspection system>
図1に示すように、X線検査装置10にはデータ処理装置12が通信ラインLNを介して通信可能に接続されているが、このデータ処理装置12はX線検査装置10の例えば制御部と一体に組込まれていてもよいし、別体で設置されていてもよい。
As shown in FIG. 1, a
X線検査装置10は、本実施形態では、被検者としての患者(人体)の手、足(検査対象OB)のX線画像(ラミノグラフィー法に基づく再構成画像又はスポット撮影で得られるX線透過画像)に基づき骨塩定量を行うように構成されている。勿論、この装置10を例えば、X線による食品の異物検査等の非破壊検査システム、又は、医用のX線パノラマ撮影システムとして提供してもよい。骨塩定量も広義には、非破壊検査の一態様と考えることができる。
In this embodiment, the
以下、本実施形態に係るX線検査装置10は、X線ビームと被検体との間での相対的な移動によってX線ビームをスキャンさせるラミノグラフィー法による骨塩定量を行うものとして説明する。
Hereinafter, the
非破壊検査の一態様である骨塩定量を行う場合、本実施形態に係るX線検査用のデータ処理装置及びデータ処理方法は、X線が物質を透過するときの吸収情報(あるいは減弱情報)に基づき、その物質の種類や性状を同定(特定、弁別、識別、或いは決定とも言える)する処理を行うことを基本要素としている。以下の説明において、この処理を総括的に「物質同定」と呼ぶこともある。 When performing bone mineral quantification, which is an aspect of non-destructive testing, the data processing device and data processing method for X-ray testing according to this embodiment collects absorption information (or attenuation information) when X-rays pass through a substance. The basic element is to perform processing to identify (also be referred to as specifying, discriminating, discriminating, or determining) the type and properties of the substance based on the above. In the following explanation, this process may be collectively referred to as "substance identification."
このX線検査装置10は、図1に示すように、仮想的に、X、Y、Z軸の直交座標系を設定できるオブジェクト空間OSを有する。このうち、Z軸方向は、非破壊検査の場合にオブジェクト空間OSにおいてスキャン方向に相当させる。この装置10は、Z軸方向に所定のコーン角θを有し、且つ当該スキャン方向に直交する断面(XY面)に沿った方向(Y軸方向)に所定のファン角βを有するX線ビームXBを発生するX線管21及びコリメータ22を備えたX線発生器23を備える。X線管21は、点状のX線管焦点F(焦点径は例えば1.0mmφ)を有する、例えば回転陽極X線管である。このX線管21には、図示しないX線高電圧装置からX線照射のための駆動用高電圧が供給される。
As shown in FIG. 1, this
さらに、X線検査装置10は、X線管21に一定距離だけ離間して対向可能に配置されたX線検出器24(以下、単に検出器とも呼ぶ)を備える。検出器24は、複数のモジュールをライン状に繋いで構成され、これにより、検出器24は、その全体として、細長い矩形状のX線入射窓を有する。各モジュールは、CdTe,CZT(CdZnTe)などの半導体材料から成る検出層を例えば20×80個の画素(各画素は0.2mm×0.2mmのサイズを持つ)に成形した、X線から電気信号に直接変換する、所謂、直接変換型のX線検出要素である。この複数の画素を成す検出層の両面には、図示しないが、実際には荷電電極と収集電極とが貼設されている。この両電極間にバイアス電圧が印加される。
Furthermore, the
この検出器24は、X線を様々なエネルギーを有する光子(フォトン)の集合であると見做して、それらの光子の個数をエネルギー領域別に計数可能な光子計数型(photon counting type)の検出器である。このエネルギー領域としては、例えば図2に示すように、4つのエネルギー領域Bin1~Bin4が設定されている。勿論、このエネルギー領域Binの数は複数であればよい。
This
この検出器24では、その画素毎に、且つ、エネルギー領域Bin毎に、X線強度が、単位時間当たりのX線のフォトン数として検出される(実際には一定時間の累積フォトン数を計測する)。1個のフォトンがある画素に入射すると、そのエネルギー値に応じた波高値の電気パルス信号がその画素に対応する収集電極に発生する。この電気パルス信号の波高値、すなわちエネルギー値は、収集電極より後段の計測回路により、所定のエネルギー領域Bin毎に分類され、その計数値が1つ増える。この計数値は一定時間毎の累積値(デジタル値)として画素毎且つそのエネルギー領域Bin毎に収集される。
In this
この収集は、検出器24の検出層の下面にASIC層として作り込まれているデータ収集回路25により行われる。検出器24及びデータ収集回路25により、検出ユニット26が構成されている。このため、検出ユニット26、即ちデータ収集回路25から一定の画像転送速度(フレームレート)でX線透過データ(フレームデータ)がデータ処理装置12に送られる。なお、フレームとは、データ転送単位で、例えば、各画素で一定時間に収集されたデータを静止画のようにまとめたものをいう。
This acquisition is performed by a
このような構成を持つX線検査システムの一例は、例えば特開2007-136163、国際公開公報WO 2007/110465 A1、同WO 2013/047778 A1に示されている。また、上述した光子計数型検出器24の例も、例えば国際公開公報WO 2012/144589 A1に示されている。
An example of an X-ray inspection system having such a configuration is shown in, for example, Japanese Patent Application Publication No. 2007-136163, International Publication No. WO 2007/110465 A1, and International Publication No. WO 2013/047778 A1. Further, an example of the photon
なお、このX線検査システムを例えば歯科用のX線パノラマ撮影に使用する場合、検査対象OBは被検者の頭部である。その場合、X線発生器23及び検出器24の対は、その頭部の周囲において例えば頭部を挟んで互いに対向した状態で回転移動する。このX線パノラマ撮影に関するスキャン構造も、例えば特開2007-136163に示されている。骨塩定量は必ずしも手足の骨に限らず、体内の様々な部位の骨で実施される。このため、被検者の顎部も骨塩定量の対象の一つである。
Note that when this X-ray inspection system is used for, for example, dental X-ray panoramic photography, the inspection object OB is the head of the subject. In that case, the pair of
さらに、データ処理装置12は、X線検査装置10から通信ラインLNを介してX線透過データ(フレームデータ)を受信する。
Furthermore, the
このデータ処理装置12は、以下に詳述するように、このX線透過データを処理して検査対象それ自体を成す物質やその検査対象の注目部位に在る物質の種類又は性状に固有の情報(固有情報)を取得し、更には検査対象に異物等の他の物質が存在しているか否かを検出したり、骨塩定量を行ったりすることができるように構成されている。
[物質の固有情報の取得、及び、骨塩定量のためのデータ処理]
以下、データ処理装置12の構成及びその動作を、物質同定と共に行う骨塩定量に基づいて説明する。
As will be described in detail below, this
[Acquisition of substance-specific information and data processing for bone mineral quantification]
The configuration and operation of the
データ処理装置12は、一例として、コンピュータシステムCPにより構成される。このコンピュータシステムCP自体は、図1に示すように、公知の演算機能を持つコンピュータシステムであってよく、検出ユニット26に通信ラインLNを介して接続されたインターフェース(I/O)31を備える。このインターフェース31には、内部バスBを介して、バッファメモリ32、ROM(read-only memory)33(“Non-transitorycomputer readable medium”として機能する)、RAM(random access memory)34、CPU(centralprocessing unit)を備えたデータプロセッサ35(このデバイスの呼称は、単にプロセッサ又はコンピュータなどであってもよい)、画像メモリ36、入力器37、及び表示器38が互いに通信可能に接続されている。
The
ROM33には、コンピュータ読出し可能な物質同定及び骨塩定量のプログラムが予め格納されており、データプロセッサ35がそのプログラムを自分のワークエリアに読み出して実行する。バッファメモリ32は、検出ユニット26から送られてきたフレームデータを一時的に保管するために使用される。RAM34は、データプロセッサ35の演算時に、演算に必要なデータを一時的に記憶するために使用される。
The
画像メモリ36は、例えば、SSD(ソリッドステートデバイス)やHDD(ハードディスクドライブ)で構成され、データプロセッサ35により処理された各種の画像データや情報を保管するために使用される。入力器37及び表示器38は、ユーザとの間のマン・マシンインターフェースとして機能し、このうち、入力器37はユーザからの入力情報を受け付ける。表示器38は、データプロセッサ35の制御下において画像等を表示することができる。インターフェース31、入力器37、及び表示器38により外部からの情報(例えばユーザからの情報)を入手するインターフェース部が構成される。
・光子計数法によるデータの収集と物質モデルとの関係
The
・Relationship between data collection using photon counting method and material model
次に、X線管21から照射されたX線(ファン状のビームX線)が被検体OBを透過し、その透過X線が光子計数(フォトンカウンティング)法の下で検出器24により収集(計数)されるときの物質モデル毎のデータ収集の概念を図2~4を用いて説明する。
Next, the X-rays irradiated from the X-ray tube 21 (fan-shaped beam X-rays) transmit through the object OB, and the transmitted X-rays are collected by the
図2に、横軸にX線のエネルギー[keV]をとり、縦軸にX線を成す光子(フォトン)の入射頻度(カウント)をとったときの、X線検出器で測定されたX線スペクトルの一般的なプロファイルを示す。光子計数の場合、周知の如く、横軸のエネルギーを複数のエネルギー領域Binに分けるために閾値THが設定される。この図2の例では、4つの閾値TH1,TH2,TH3,TH4が比較器(図示せず)への適宜な基準電圧値として与えられ、これにより、使用可能な第1~第3のエネルギー領域Bin1,Bin2,Bin3が設定される。なお、第1のエネルギー領域Bin1よりも下のエネルギーはノイズが多く計測不能なエネルギー領域に属し、一方、最上位の閾値TH4よりも上側に位置する第4のエネルギー領域Bin4は光子計数には関与しないとして、使用されない。このため、この例の場合、最上位及び最下位のエネルギー領域を除く、第1~第3の3つのエネルギー領域Bin1,Bin2,Bin3が光子計数に使用される。 Figure 2 shows X-rays measured by an X-ray detector, with the horizontal axis representing the X-ray energy [keV] and the vertical axis representing the incident frequency (count) of photons that form X-rays. The general profile of the spectrum is shown. In the case of photon counting, as is well known, a threshold value TH is set to divide the energy on the horizontal axis into a plurality of energy regions Bin. In the example of FIG. 2, four threshold values TH 1 , TH 2 , TH 3 , TH 4 are provided as appropriate reference voltage values to a comparator (not shown), thereby making the first to fourth thresholds available. Three energy regions Bin 1 , Bin 2 , and Bin 3 are set. Note that the energy below the first energy region Bin 1 belongs to the energy region where there is a lot of noise and cannot be measured, while the fourth energy region Bin 4 located above the highest threshold TH 4 belongs to the energy region that is not measurable. It is not used as it is not involved. Therefore, in this example, the first to third energy regions Bin 1 , Bin 2 , and Bin 3 , excluding the highest and lowest energy regions, are used for photon counting.
この図2に示す頻度のプロファイルの形状はX線管21の陽極材の種類や管電圧によっても決まり、通常、図示の如く、第2のエネルギー領域Bin2のカウントが一番大きくなる。このため、エネルギー領域毎の計数値(頻度、カウント)のバランスを考慮して適宜に閾値THが決められる。この4つの閾値TH1~TH4は、データ収集回路25を成すASICにおいて検出器24の画素毎に比較器への電圧閾値として設定される。このため、X線光子は、画素毎に且つエネルギー領域毎に計数される。勿論、各画素に閾値THの数は3つ以上であれば任意の数でよい。閾値THの数が3つであれば、使用されるエネルギー領域の数は2つである。さらに、Bin4に含まれる計数成分がゼロと見なされる場合には、Bin3の計数に変えて、TH4を設定せずにBin3+Bin4の値を用いることもできる。この場合には、各画素に閾値THの数は2つ以上であれば任意の正の整数でよい。したがって、この場合は、閾値THの数が3つであれば、使用されるエネルギー領域の数n(正の整数)は2つである。
The shape of the frequency profile shown in FIG. 2 is also determined by the type of anode material of the
この計数値からX線透過画像(濃度画像)を作成するときには、様々な形態を採ることができる。検出器24のX線入射面を成す画素毎に、且つ、エネルギー領域Bin毎に計数情報が得られる。このため、検査対象OBを相対的に移動させる場合にはエネルギー領域Bin毎の各画素の計数値に適宜な重み係数を掛けてシフト加算(shift & add)をすれば、あるいは検査対象OBを静止させている場合にはエネルギー領域Bin毎の各画素の計数値をエネルギー領域Bin毎の各画素に単純加算すれば、その各エネルギー領域BinのX線透過データ(フレームデータ)が得られる。また、この3つのエネルギー領域Bin1~Bin3のうち、任意の2つ又は全てのエネルギー領域Binの計数値に適宜な重み係数を掛けて、同じ位置の画素に対して加算し、1フレームのX線透過データとしてもよい。
When creating an X-ray transmission image (density image) from this count value, various forms can be taken. Count information is obtained for each pixel forming the X-ray entrance surface of the
このように、エネルギー領域Bin毎にX線光子数を画素毎に収集し、画素への光子エネルギーの寄与度を勘案して画像作成等へ利用可能であるため、用途に応じ自在にエネルギー強調画像を作成でき、従来の積分型のX線透過データの収集に対する優位性がある。 In this way, the number of X-ray photons is collected for each pixel in each energy region Bin, and it can be used for image creation, etc., taking into account the contribution of photon energy to the pixel, so it is possible to freely create energy-enhanced images according to the purpose. can be created, which is superior to conventional integral type X-ray transmission data collection.
さて、この光子計数法を物質同定に適用する場合、物質(検査対象OBの検査したい部位にある物質:検査対象自身を成す物質であることも、検査対象以外の物質であることもある)が単一の組織からできているのか、複数の組織からできているのかに分けて考え、各組織のX線吸収を考慮することが妥当である。例えば、手足の骨から骨塩定量を行う場合、後述する図15に一点鎖線IBnで示すように、X線は皮膚・筋肉(図15のB部分)、骨(海綿骨、皮質骨)(図15のA部分)、筋肉・皮膚(図15のB部分)の順に透過するので、一般的な呼称としての物質としては、「皮膚・筋肉」による軟組織と、骨による硬組織との2つの部位に大別できる。
(i)物質が単一の組織から成る場合(単一物質モデル)
Now, when this photon counting method is applied to substance identification, a substance (a substance located in the part of the OB to be inspected; it may be a substance forming the inspection subject itself or a substance other than the inspection subject). It is appropriate to consider whether it is made of a single tissue or multiple tissues, and to consider the X-ray absorption of each tissue. For example, when quantifying bone minerals from bones of limbs, X-rays are used for skin/muscle (portion B in FIG. 15), bone (cancellous bone, cortical bone) (Fig. 15 A part), muscle/skin (Fig. 15 B part), so there are two general names for the substance: soft tissue (skin/muscle) and hard tissue (bone). It can be broadly divided into
(i) When a substance consists of a single tissue (single substance model)
この単一物質モデルの場合、例えば図15で言えば、A部分とB部分の物質は同一であり、図3(A)に示すように、第1、第2、及び第3のエネルギー領域Bin1、Bin2、Bin3それぞれを代表する線減弱係数はμ1、μ2、μ3(cm-1)とおける。この線減弱係数は、物質のX線に対する固有の透過特性を示す指標である。 In the case of this single material model, for example in FIG. 15, the materials in part A and part B are the same, and as shown in FIG. 3(A), the first, second, and third energy regions Bin Linear attenuation coefficients representing each of Bin 1 , Bin 2 , and Bin 3 can be expressed as μ 1 , μ 2 , and μ 3 (cm −1 ). This linear attenuation coefficient is an index indicating the inherent transmission characteristics of a substance for X-rays.
このエネルギー領域Bin毎に異なる線減弱係数μ1、μ2、μ3を持ち且つ厚さt(cm)の物質にX線が入射するときのモデルは、図示の如く表される。つまり、入射するX線量(光子数)Cl1,Cl2,Cl3がそれぞれ線減弱係数μ1、μ2、μ3と厚さtに依存する減弱を受けて、その出力するX線量(光子数)Co1,Co2,Co3は
Co1=Cl1×e-μ1t
Co2=Cl2×e-μ2t
Co3=Cl3×e-μ3t
… (1)
と表すことができる。
A model when X-rays are incident on a material having different linear attenuation coefficients μ 1 , μ 2 , μ 3 for each energy region Bin and having a thickness t (cm) is expressed as shown in the figure. In other words, the incident X-ray dose (photon number) C l1 , C l2 , C l3 undergoes attenuation depending on the linear attenuation coefficient μ 1 , μ 2 , μ 3 and the thickness t, respectively, and the output X-ray dose (photon number) number) C o1 , C o2 , C o3 are C o1 = C l1 ×e - μ1t
C o2 = C l2 ×e - μ2t
C o3 = C l3 ×e - μ3t
... (1)
It can be expressed as.
このため、単一組織から成る単一物質モデルの場合、図3(B)に示すように、X線量(光子数)Cliが、線減弱係数μi,厚さtの物質に入射すると、その出力X線量(光子数)Coiは
Coi=Cli×e-μit
(i=1~3)
… (2)
と表すことができる。
(ii)物質が複数の組織から成る場合(複数物質モデル)
Therefore, in the case of a single material model consisting of a single tissue, as shown in FIG. 3(B), when the X-ray dose (photon number) C li is incident on a material with a linear attenuation coefficient μ i and a thickness t, The output X-ray dose (number of photons) Coi is Coi = C li ×e - μit
(i=1~3)
... (2)
It can be expressed as.
(ii) When a substance consists of multiple tissues (multiple substance model)
この複数物質モデル(n個の組織が層状に重なっているモデル)の場合、そのX線減弱の観点からみると、図4(B)に示すように、物質は厚さta且つ線減弱係数μiaの層、厚さtb且つ線減弱係数μibの層、…、厚さtn且つ線減弱係数μinの層が積層された層構造であると言える。(添え字iは、1~3の値を取り、Bin1~Bin3の添え字に対応している。)そこで、図4(A)に示すように、第1~第3のエネルギー領域Bin1~Bin3それぞれを代表する線減弱係数は各層ごとに線減弱係数が異なることを勘案すると、μ1a、…、μ1n;μ2a、…、μ2n;μ3a、…、μ3n(cm-1)と書ける。このエネルギー領域Bin毎に異なる線減弱係数μ1a、…、μ1n;μ2a、…、μ2n;μ3a、…、μ3nを層状に持ち且つ層厚さta,…,tn(cm)の物質にX線が入射するときのモデルは、図示の如く表される。つまり、入射するX線量(光子数)Cl1,Cl2,Cl3がそれぞれ線減弱係数μ1a、…、μ1n;μ2a、…、μ2n;μ3a、…、μ3n且つそれぞれ厚さta,…,tnに依存する減弱を受けて、その出力するX線量(光子数)Co1,Co2,Co3は
Co1=Cl1×e-μ1ata× … ×e-μ1ntn
Co2=Cl2×e-μ2ata× … ×e-μ2ntn
Co3=Cl3×e-μ3ata× … ×e-μ3ntn
… (3)
と表すことができる。
In the case of this multi-material model (a model in which n tissues overlap in layers), from the perspective of X-ray attenuation, as shown in FIG. 4(B), the material has a thickness t a and a linear attenuation coefficient. It can be said that it has a layered structure in which a layer μ ia , a layer having a thickness t b and a linear attenuation coefficient μ ib , . . . a layer having a thickness t n and a linear attenuation coefficient μ in are laminated. (The subscript i takes a value of 1 to 3 and corresponds to the subscripts of Bin 1 to Bin 3. ) Therefore, as shown in FIG. 4(A), the first to third energy regions Bin Considering that the linear attenuation coefficients representing each of Bin 1 to Bin 3 are different for each layer, μ 1a ,…, μ 1n ; μ 2a ,…, μ 2n ; μ 3a ,…, μ 3n (cm -1 ) can be written. Each energy region Bin has different linear attenuation coefficients μ 1a ,…, μ 1n ; μ 2a ,…, μ 2n ; μ 3a ,…, μ 3n in a layered manner, and has a layer thickness t a ,…,t n (cm ) is expressed as shown in the figure. That is, the incident X-ray dose (number of photons) C l1 , C l2 , C l3 is the linear attenuation coefficient μ 1a , ..., μ 1n ; μ 2a , ..., μ 2n ; μ 3a , ..., μ 3n and the thickness, respectively. After receiving attenuation depending on t a ,...,t n , the output X-ray doses (number of photons) C o1 , C o2 , C o3 are C o1 = C l1 ×e -μ1ata × ... ×e -μ1ntn
C o2 = C l2 ×e -μ2ata × … ×e -μ2ntn
C o3 = C l3 ×e -μ3ata × … ×e -μ3ntn
... (3)
It can be expressed as.
このため、複数の組成から成る複数物質モデルの場合、図4(B)に示すように、X線量(光子数)Cliの入射に対して、その出力X線量(光子数)Coiは
Coi=Cli×e-μiata× … ×e-μintn
(i=1~3)
… (4)
と表すことができる。
[処理手順]
Therefore, in the case of a multi-material model consisting of multiple compositions, as shown in FIG. 4(B), for an incident X-ray dose (photon number) C li , the output X-ray dose (photon number) Coi is C oi =C li ×e -μiata × ... ×e -μintn
(i=1-3)
… (4)
It can be expressed as.
[Processing procedure]
上述した物質モデルによる光子計測と線減弱値μtとの関係を前提にして、データ処理装置12により実行される物質同定及び骨塩定量の処理を説明する。データ処理装置12では、そのデータプロセッサ35が所定のプログラムを実行することにより、図5に示す手順に沿って物質同定及び骨塩定量を行う。勿論、データプロセッサ35は骨塩定量のみを実施するように構成してもよい。
[前処理]
The material identification and bone mineral quantification processing performed by the
[Preprocessing]
まず、データプロセッサ35は、例えばユーザとの間でインターラクティブに又は自動的に画像取得を行うか否かを判断し(ステップS1)、画像取得のタイミングまで待機する。画像取得が判断された場合(ステップS1,YES)、検出器ユニット26からバッファメモリ32にフレームデータを転送して保存されているか、画像取得の判断の可否に関わらず自動的にバッファメモリ32に転送され既に保存されているフレームデータを例えばRAM34に呼び出す(ステップS2)。このフレームデータは、図6に模式的に示す如く、3つのエネルギー領域Bin1、Bin2,Bin3それぞれに属するエネルギーを持つX線光子の計数値のフレームデータFD1,FD2,FD3と、全エネルギー領域Binall(Bin1+Bin2+Bin3)のX線光子の計数値のフレームデータFDallとから成る。
First, the
次いで、データプロセッサ35はユーザとの間でインターラクティブに、又は、自動指示に応じて物質同定及び/又は骨塩定量を行うか否かを判断する(ステップS3)。かかる指示があるまで待機し、終了の指令があるときには処理を終わる(ステップS4)。
[合焦画像の作成]
Next, the
[Creating a focused image]
ステップS3において物質同定及び/又は骨塩定量を行うと判断された場合(ステップS3,YES)、データプロセッサ35はユーザとの間でインターラクティブに、又は、自動的に、例えば、検査対象OBと交差する断面を指定する(ステップS5)。
If it is determined in step S3 to perform substance identification and/or bone mineral quantification (step S3, YES), the
一例として、インターラクティブに断面の位置を指定する場合、図1に示すように、検出器24からの高さHcをユーザが入力器37を介して指定する例が挙げられる。例えば、図1においてX線透過性の材料形成された例えば寝台BDに載せられた検査対象OB(例えば手や足の甲)の高さ方向(Y軸方向)の高さがHOB又はそれ以上であることが判っている場合、その検査対象OBの高さ方向におけるほぼ中心に相当する高さHCの断面を指定すればよい。勿論、この例の場合、検出ユニット26は寝台BDの下側に位置するので、その寝台BDと検出ユニット26の検出器24の検出面との間の隙間分の高さも考慮して高さHcが指定される。すなわちHC=HBD+HOB/2として指定できる。検査対象OBの高さが不明又はばらつきがあるときには、高さHcを寝台BDの面の高さに設定しておいてもよい。この場合は、HC=HBDとして指定できる。
As an example, when specifying the position of the cross section interactively, the user may specify the height Hc from the
一方、検査対象OBの断面を自動的に指定したい場合、ステップS5においては断面の指定情報として、高さHcではなく、画素毎に最適焦点化を図る全画素合焦面を設定する旨の指定がなされる。この場合、この全画素合焦面の高さは必ずしも一定ではなく、画素毎に最適焦点化を図るため、検査対象OBに交差するものの画素毎に高さが異なる凸凹を伴っていることが多い。このような全画素合焦面の作成法は、例えば米国特許第8,433,033やPCT/JP2010/62842に例示されている。これらの例示に係る作成にはラミノグラフィー法(又はトモシンセシス法)が使用されている。 On the other hand, if you want to automatically specify the cross section of the OB to be inspected, in step S5, as the cross section specification information, specify that the all-pixel focusing plane for optimal focusing for each pixel is to be set, instead of the height Hc. will be done. In this case, the height of this all-pixel focusing plane is not necessarily constant, and in order to achieve optimal focus for each pixel, it often has unevenness that intersects the OB to be inspected but has a different height for each pixel. . Such a method of creating an all-pixel focusing plane is exemplified in, for example, US Patent No. 8,433,033 and PCT/JP2010/62842. A laminography method (or tomosynthesis method) is used to create these examples.
このように断面指定が終わると、データプロセッサ35は指定断面の断層像を、例えば全ネルギー領域Binallに対する複数のフレームデータFDallを用いて作成する(ステップS6)。
After specifying the cross section in this manner, the
一定の高さHcが指定されている場合には、その高さHcに相当するシフト量を以ってシフトしながら、複数のフレームデータFDallを相互に重ねて画素加算するラミノグラフィー法の下で作成すればよい。これにより、最適焦点化の位置を指定高さHcに合わせた断層像(ラミノグラフィー像)IMallが作成される(図6参照)。この断層像IMallも合焦の位置が高さHcに限定されてはいるが、合焦画像の1つである。 When a certain height Hc is specified, a laminography method is used in which multiple frame data FD all are overlapped and pixels are added while shifting by a shift amount corresponding to the height Hc. You can create it below. As a result, a tomographic image (laminography image) IM all in which the optimal focusing position is aligned with the designated height Hc is created (see FIG. 6). This tomographic image IM all is also one of the focused images, although the focused position is limited to the height Hc.
一方、検査対象OBの全画素合焦面を設定する旨の指定がなされている場合、収集したフレームデータの中の、例えば全エネルギー領域Binallに属する複数のフレームデータFDallを用いて全画素合焦画像IMall´がラミノグラフィー法の下で作成される(図6参照)。この全画素合焦画像IMall´には検査対象OBが写り込んでおり、かつ、その全画素合焦画像IMall´は高さ方向又はX線照射方向において画素毎に最適焦点化された断層像である。この断層像の例として、例えば前述の作成法と同様に、米国特許第8,433,033やPCT/JP2010/62842に記載のものが挙げられる。この公報記載の作成法は、歯科用について例示しているが、この作成法により作成された湾曲した擬似的な3次元画像を2次元画像に変換することで、本実施形態で使用可能な合焦画像としての2次元断層像が作成される。この2次元断層像は、全画素合焦という処理を経ている分、合焦の度合が前述した高さ一定の合焦画像IMallよりも精緻である。本実施形態では何れの合焦画像であってもよいので、以下、単に合焦画像IMallとして説明する。 On the other hand, if it is specified that the all-pixel focusing plane of the inspection target OB is to be set, all pixels are A focused image IM all ′ is created under the laminography method (see FIG. 6). The inspection target OB is reflected in this all-pixel focused image IM all ', and the all-pixel focused image IM all ' is a tomographic image that is optimally focused for each pixel in the height direction or X-ray irradiation direction. It is a statue. Examples of this tomographic image include those described in US Pat. No. 8,433,033 and PCT/JP2010/62842, similar to the above-described creation method. The creation method described in this publication is exemplified for dental use, but by converting the curved pseudo three-dimensional image created by this creation method into a two-dimensional image, the image that can be used in this embodiment is A two-dimensional tomographic image is created as a focused image. Since this two-dimensional tomographic image has undergone a process called all-pixel focusing, the degree of focusing is more precise than the above-described focused image IM all having a constant height. In this embodiment, any focused image may be used, so the following description will be made simply as the focused image IM all .
続いて、データプロセッサ35は、3つのエネルギー領域Bin1、Bin2,Bin3から収集されたフレームデータFD1,FD2,FD3それぞれを用い、前記指定高さHc、又は、例えば全画素合焦面の平均の高さに応じて、ラミノグラフィー法の下で断層像を順次作成する(ステップS7,S8,S9)。これにより、図6に模式的に示す如く、エネルギー領域別の合計3つの合焦画像IM1,IM2,IM3が作成される。この3つの合焦画像IM1,IM2,IM3の作成順は任意である。勿論、この3つの合焦画像IM1,IM2,IM3も、上述と同様に、全画素合焦画像として作成してもよい。
[関心領域の設定]
Subsequently, the
[Setting region of interest]
次いで、データプロセッサ35は全画素合焦画像IMall上で、ユーザとの間でインターラクティブに又は自動的に関心領域ROIを設定する(ステップS10)。この関心領域ROIは、例えば、検査対象OBを成す物質の種類を同定する場合には、合焦画像IMallに写り込んでいる検査対象OBの中の同一物質で構成されていると想定される部分(厚さは変わってもよい)を囲む適宜なサイズの関心領域ROIが設定される。異物検出や病変部特定の場合には、その疑いがある箇所又は病理学に疑わしい箇所を囲むように適宜なサイズの関心領域ROIが設定される(図6参照)。
Next, the
詳しくは、骨塩定量の場合には、X線のパスの方向において同一の「皮膚・筋肉」及び「骨」であると推定される部分(例えば人差し指の第2関節部分)に)、微小な矩形状の関心領域ROIが設定される(後述する図13(A)参照)。この関心領域ROIは、例えば5mm×5mm程度のサイズであり、画素サイズが200μm×200μmであれば、画素が5×5=25個分のサイズになる。この関心領域ROIは必ずしも矩形でなくてもよく、不定形であってもよい。 Specifically, in the case of bone mineral quantification, minute particles are placed in areas that are presumed to be the same "skin/muscle" and "bone" (for example, the second joint of the index finger) in the direction of the X-ray path. A rectangular region of interest ROI is set (see FIG. 13(A) described later). This region of interest ROI has a size of, for example, about 5 mm x 5 mm, and if the pixel size is 200 μm x 200 μm, the size is equivalent to 5 x 5 = 25 pixels. This region of interest ROI does not necessarily have to be rectangular, and may have an irregular shape.
この全画素合焦画像IMall上で関心領域ROIが決まると、この領域情報を使ってエネルギー領域別の3つの合焦画像IM1,IM2,IM3上においても同様に関心領域ROIが設定される(図6参照)。
[背景推定及び背景削除]
Once the region of interest ROI is determined on this all-pixel focused image IM all , the region of interest ROI is similarly set on the three focused images IM 1 , IM 2 , IM 3 for each energy region using this region information. (See Figure 6).
[Background estimation and background deletion]
次いで、データプロセッサ35は合焦画像IMall上で関心領域ROIにおける背景となる画素成分(背景成分)を推定する(ステップS11)。この背景成分は、前述したように、求めたい同定情報が何かによって決まる。物質の種類や性状を同定又は特定する場合、及び、本実施形態のようにX線スキャンにより骨塩定量を行う場合(X線スポット撮影でもよい)、背景成分は、多くは、寝台及び空気を含む既知成分である。異物の種類や病変部の状態を同定(推定)する場合には、それらの既知成分に、検査対象OB自体の成分が異物又は病変部の背景成分として加わる。この背景成分の情報は既知である場合には、それを固定値として、エネルギー領域別の3つの合焦画像IM1,IM2,IM3それぞれの関心領域ROIから減算される(ステップS12)。
Next, the
一方、背景成分の量が不明である場合には、その背景成分を推定する必要がある。この推定法としては、適宜な手法、例えば関心領域外側かつ背景成分のみをX線パスに含む、相互に離間した任意の複数の位置の画素値から補間法によって推定すればよい。 On the other hand, if the amount of the background component is unknown, it is necessary to estimate the background component. This estimation method may be performed using an appropriate method, such as an interpolation method from pixel values at a plurality of mutually spaced arbitrary positions outside the region of interest and including only background components in the X-ray path.
なお、上述した前処理は、3つのエネルギー領域別の合焦画像IM1,IM2,IM3それぞれに関心領域ROIを設定し且つその背景成分を除去することが主な目的である。このため、全エネルギー領域の全画素合焦画像IMallを作成せずに、背景成分を推定するに足る画像、つまり、合焦画像IM1,IM2,IM3の何れかで代替させてもよい。この場合、推定された背景成分のデータベース等を使用し、背景成分推定に直接使用されなかった合焦画像等の背景成分を間接的に推定するようにできる。
[物質同定のメイン処理]
Note that the main purpose of the above-mentioned preprocessing is to set a region of interest ROI in each of the focused images IM 1 , IM 2 , and IM 3 for each of the three energy regions and to remove the background components thereof. Therefore, without creating the all-pixel focused image IM all in all energy regions, it is possible to replace it with an image sufficient to estimate the background component, that is, any one of the focused images IM 1 , IM 2 , and IM 3 . good. In this case, a database of estimated background components or the like can be used to indirectly estimate background components such as a focused image that is not directly used for background component estimation.
[Main processing of substance identification]
上述のように前処理が終わると、データプロセッサ35は物質同定のためのメインの処理を行う(ステップS13)。このメインの処理は、後述する骨塩定量の処理の一部としても利用されるもので、図7に示すように行われる。
<線減弱値μtの演算>
When the preprocessing is completed as described above, the
<Calculation of linear attenuation value μt>
まず、データプロセッサ35は、3つの合焦画像IM1,IM2,IM3それぞれにおいて関心領域ROIで囲まれ且つ背景成分が削除された画素値を用いて線減弱値μtを演算する(図7、ステップS131)。ここで、μは物質の線減弱係数(単に、減弱係数とも呼ばれる)であり、tは物質のX線照射方向に沿った厚さである。
First, the
前述した単一物質モデル及び複数物質モデルにおいて、各エネルギー領域Bini(i=1~3)に対して、画素毎に、線減弱値μtは式(2)、(4)を変形した下記の式から演算される。
μit=lnCli-lnCoi
(i=1~3:単一物質モデルの場合)
… (5)
(i=1~3、j=a~n:複数物質モデルの場合)
… (6)
ここで、lnは自然対数を採ることを意味している。
In the single material model and multiple material model described above, for each energy region Bin i (i=1 to 3), the linear attenuation value μt for each pixel is calculated as follows by modifying equations (2) and (4). Calculated from expressions.
μ i t=lnC li −lnC oi
(i=1 to 3: in case of single substance model)
... (5)
(i = 1 to 3, j = a to n: in case of multiple substance model)
... (6)
Here, ln means taking a natural logarithm.
このため、物質に入射(入力)した光子数と物質から出射(出力)した光子数が判れば、線減弱値μtは演算できる。出射光子数Coiは検出器24によりエネルギー領域別に且つ画素毎に検出された光子数である。Cliは実際のX線検査と同じ条件の下で入射するX線のフォトン数であり、例えば、予め設定されている既知の値である。勿論、その都度、実際のX線検査条件の変動を考慮して物質同定時に推定した値であってもよい。
Therefore, if the number of photons that entered (input) a substance and the number of photons that exited (output) from the substance are known, the linear attenuation value μt can be calculated. The number of outgoing photons Coi is the number of photons detected by the
なお、線減弱値μtは、ビームハードニング(線質硬化)現象の影響を受けていることが通常であるから、その補正処理をしたうえで、後述のベクトル演算を行うことが望ましい。ビームハードニングとは、連続X線が物質を通過するときに低エネルギーの光子の方が高エネルギーの光子より多く吸収され、結果的に平均(実効)エネルギーがエネルギーの高い側にシフトする現象である。このビームハードニングが生じると、アーチファクトが発生したり、再構成した画像の画素値を不正確にものにしたりする。ビームハードニングは程度の差こそあれ生じるもので、物質の厚みにも依存している(厚い程、ビームハードニングが大きくなる)。このため、本出願人が既に出願している、例えば、国際公開番号WO 2017/069286 A1に記載の補正処理法に基づき、線減弱値μtをエネルギー領域別に且つ画素毎に補正することが望ましい。 Note that since the linear attenuation value μt is usually affected by the beam hardening phenomenon, it is desirable to perform the vector calculation described below after performing the correction process. Beam hardening is a phenomenon in which when continuous X-rays pass through a material, more low-energy photons are absorbed than high-energy photons, resulting in the average (effective) energy shifting to the higher energy side. be. When this beam hardening occurs, artifacts occur or the pixel values of the reconstructed image become inaccurate. Beam hardening occurs to varying degrees and depends on the thickness of the material (the thicker the material, the greater the beam hardening). For this reason, it is desirable to correct the linear attenuation value μt for each energy region and for each pixel, based on the correction processing method described in, for example, International Publication No. WO 2017/069286 A1, which has already been filed by the present applicant.
特に、上記ビームハードニングを補正する手法として、本出願人は、既に、国際公開番号WO 2019/083014 A1に記載の手法を採用してもよい。この手法は、より高精度なビームハードニング補正を、より広範囲な実効原子番号Zeffの元素を持つ対象まで低演算負荷で行い、より定量的なX線画像の提示に寄与することを目的として提案されている。 In particular, as a method for correcting the beam hardening, the applicant may already adopt the method described in International Publication No. WO 2019/083014 A1. The purpose of this method is to perform more accurate beam hardening correction on a wider range of targets with elements with effective atomic numbers Z eff with a lower computational load, contributing to the presentation of more quantitative X-ray images. Proposed.
この補正手法は様々な態様で提案されているが、その一態様によれば、所望範囲(Zmin~Zmax)の実効原子番号から所望の実効原子番号(例えばZm=7)を指定し、この指定された実効原子番号(例えばZm=7)の元素から成る物質に単色X線が照射されたと仮定したときの前記2次元座標上の直線を目標関数として設定する。さらに、2次元座標上で、横軸方向に目標関数の傾き(μ/ρ)を乗算して、複数の実効原子番号(例えばZ=5~14)それぞれの複数の曲線を当該実効原子番号の変数であるとして一般化する。さらに、この一般化された複数の曲線の中から、指定された実効原子番号(例えばZm=7)の元素の曲線を指定し、この指定曲線と他の曲線との残差に基づく、前記ビームハードニングを補正するためのビームハードニング補正関数を前記補正情報として、記憶部に事前に記憶する。このため、一般化された目標関数と、所定の実効原子番号の範囲において指定した実効原子番号の残差に関する情報を保有していれば、上述の手順で、ビームハードニング補正関数を演算できる。したがって、予め設定する実効原子番号の範囲をより広く持っていても、ビームハードニング補正関数を演算する上で、その広さに比例したほどの演算量にならなくて済む。つまり、より広範囲な実効原子番号Zeffの元素を持つ対象物について、より少ない演算負荷でビームハードニング補正できる。 This correction method has been proposed in various ways, but according to one example, a desired effective atomic number (for example, Zm=7) is specified from the effective atomic number in a desired range (Zmin to Zmax), and this specified A straight line on the two-dimensional coordinates is set as a target function when it is assumed that monochromatic X-rays are irradiated onto a substance consisting of an element having an effective atomic number (for example, Zm=7). Furthermore, on the two-dimensional coordinates, multiply the slope (μ/ρ) of the objective function in the horizontal axis direction to obtain multiple curves for each of multiple effective atomic numbers (for example, Z = 5 to 14) of the effective atomic number. Generalize as a variable. Furthermore, a curve for an element with a designated effective atomic number (for example, Zm = 7) is designated from among the plurality of generalized curves, and the beam is determined based on the residual difference between this designated curve and other curves. A beam hardening correction function for correcting hardening is stored in advance in the storage unit as the correction information. Therefore, if the information regarding the generalized objective function and the residual of the effective atomic number specified in the predetermined effective atomic number range is held, the beam hardening correction function can be calculated using the above-described procedure. Therefore, even if the preset range of effective atomic numbers is wider, the amount of calculation does not need to be proportional to the range when calculating the beam hardening correction function. In other words, beam hardening can be corrected for objects having elements with a wider range of effective atomic numbers Z eff with less computational load.
なお、医療検査の場合、乳房や手足の軟部組織では、より単純化された物質から構成されていると見做すことができ、さらに、その撮影部の圧迫又は固定に用いる器具が使用される場合であっても平板構造かつ材質が既知であるため、背景除去の精度が良く、この線減弱値μtはより精度良く演算可能である。また、食品などの非破壊検査においても、前述のように背景成分を適宜に推定できれば、その背景成分を除去した後の画素情報から線減弱値μtは精度良く演算可能である。 In addition, in the case of medical examinations, the soft tissue of the breast and limbs can be considered to be composed of simpler substances, and instruments are used to compress or fix the area to be imaged. Even in this case, since the flat plate structure and the material are known, the accuracy of background removal is high, and this linear attenuation value μt can be calculated with higher accuracy. Furthermore, in non-destructive testing of foods and the like, if the background component can be appropriately estimated as described above, the linear attenuation value μt can be calculated with high accuracy from pixel information after the background component has been removed.
次いで、データプロセッサ35は、上述した3つのエネルギー領域Bin1~Bin3の合焦画像IM1~IM3において、それらの関心領域ROIを成す各画素の線減弱値μtをピックアップし、ベクトル化する(ステップS132:図8参照)。
Next, the
つまり、各画素について3次元の線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)を作成する(図8参照)。この3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)には未だ厚さt及び密度のファクタが含まれているので、このベクトル自体は厚さt及び密度に由来するX線減弱量を示しているに過ぎず、物質固有の指標になり得ない。それは、X線スキャノグラムやX線単純撮影と同様に、厚みtが未知のため、X線に対する物質固有の線減弱係数μ1、μ2、μ3を求めることができないからである。さらに、X線を用いた検査や診断の応用では、検査に使用するベルトコンベアの移動速度が速くX線の照射領域をすぐに通り過ぎてしまうことがあり、また、診断のための患者被ばく量低減の目的から、X線量が制限される。このような場合には、検査や診断のために収集された各画素における光子の計数値が少なくなるため、1つの3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)だけでは、他のノイズ成分に埋もれて、物質固有の情報を求めることは困難である。 That is, a three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) is created for each pixel (see FIG. 8). This three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) still includes the factors of thickness t and density, so this vector itself is It only indicates the amount of attenuation and cannot be used as a substance-specific index. This is because, as in the case of an X-ray scanogram or plain X-ray photography, since the thickness t is unknown, the material-specific linear attenuation coefficients μ 1 , μ 2 , μ 3 for X-rays cannot be determined. Furthermore, in the application of examinations and diagnosis using X-rays, the moving speed of the belt conveyor used for the examination is fast and it can quickly pass the X-ray irradiation area, which also reduces patient exposure for diagnosis. For this purpose, the X-ray dose is limited. In such cases, the number of photon counts collected at each pixel for inspection or diagnosis will be small, so one three-dimensional linear attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) alone is insufficient. , it is difficult to obtain material-specific information because it is buried in other noise components.
そこで、この3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)を正規化し且つそれを集合で扱うことで物質同定を行う。 Therefore, material identification is performed by normalizing this three-dimensional linear attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) and treating it as a set.
まず、各3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)を下記の式(7)によって単位長さ(長さ1)に正規化(又は規格化)し、厚さt及び物質密度のファクタが入らない3次元質量減弱ベクトル(μ1
´、μ2
´、μ3
´)を作成する(ステップS133)。
(μ1
´、μ2
´、μ3
´)
=(μ1t、μ2t、μ3t)/((μ1t)2+(μ2t)2+(μ3t)2)1/2
=(μ1、μ2、μ3)/(μ1
2+μ2
2+μ3
2)1/2 …(7)
First, each three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) is normalized (or normalized) to a unit length (length 1) by the following equation (7), and the thickness t and a three-dimensional mass attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) that does not include the material density factor (step S133).
(μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ )
= (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) / ((μ 1 t) 2 + (μ 2 t) 2 + (μ 3 t) 2 ) 1/2
=(μ 1 , μ 2 , μ 3 )/(μ 1 2 +μ 2 2 +μ 3 2 ) 1/2 …(7)
勿論、この正規化は各3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の長さを揃えることであり、必ずしも長さ=1でなくてもよく、適宜の係数を掛け合わせた任意の長さでもよい。 Of course, this normalization is to make the lengths of each three-dimensional mass attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) the same, and the length does not necessarily have to be 1. It can be any length you like.
このように正規化することで厚さt及び密度のファクタは消えるので、線減弱係数μ1、μ2、μ3を互いに直交軸とする3次元座標上で、その座標原点に各3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の始点を置けば(ステップS134)、その終点の位置座標はμ´に変化を生じせしめるような物質固有の情報(物質の種類、性状の情報)を表していることになる。 By normalizing in this way, the thickness t and density factors disappear, so on the three-dimensional coordinates with the linear attenuation coefficients μ 1 , μ 2 , μ 3 as mutually orthogonal axes, each three-dimensional mass is placed at the coordinate origin. Once the starting point of the attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) is placed (step S134), the position coordinates of the end point can be determined based on material-specific information (type of material, properties, etc.) that causes a change in μ ′ . information).
このように本実施形態では、X線減弱を示すベクトル量を、正規化前には3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)として扱い、正規化後には3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)として扱うようにしている。本実施形態では何れも3次元で処理しているが、2次元であっても同様である。 In this way, in this embodiment, the vector amount indicating X-ray attenuation is treated as a three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) before normalization, and is treated as a three-dimensional mass after normalization. They are treated as attenuation vectors (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ). In this embodiment, all processing is performed in three dimensions, but the same applies even in two dimensions.
このステップS134における処理は、例えば、図10に示すように、ROM33に予め格納されていた、質量線減弱係数μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´を表す直交3軸の座標データを空間生成(表示用)のために読み出し(S134-1)、例えば質量減弱ベクトルの長さが1の場合、この直交3軸の長さ=1を通る部分球面をメモリ空間に設定し(ステップS134-2)、この部分球面に、原点Oから各3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の先端を配置(打点又はマッピングとも呼ばれる)する(ステップS134-3)。 The process in step S134 , for example, as shown in FIG . For example, if the length of the mass attenuation vector is 1, a partial sphere passing through the length of the three orthogonal axes = 1 is set in the memory space (Step S134-2). ), the tips of the three-dimensional mass attenuation vectors (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) are placed (also called dots or mapping) on this partial sphere from the origin O (step S134-3).
なお、各画素に対する3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の3次元傾き情報は、ステップS134-1で設定した3次元空間において物質の種類や性状によって変化する、物質固有の情報を擬似的に(仮想的に)表す散布データとも言える。このため、この3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の先端が指し示す位置、即ち、3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の3次元傾き情報(つまり、散布点)の集合を「3次元散布図」とも呼んでいる。つまり、物質が変われば、3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)の傾きが変わり、その先端が指し示す3次元位置(散布点の位置)も変わるからであり、その3次元位置の情報が検査対象OBを透過する前後のX線フォトンのエネルギーの分布を反映している。 Note that the three-dimensional slope information of the three-dimensional mass attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) for each pixel changes depending on the type and property of the material in the three-dimensional space set in step S134-1. It can also be said to be scatter data that pseudo (virtually) represents information specific to a substance. Therefore, the position pointed to by the tip of the three-dimensional mass attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ), that is, the position indicated by the tip of the three-dimensional mass attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) A set of dimensional slope information (that is, scatter points) is also called a "three-dimensional scatter diagram." In other words, if the substance changes, the slope of the three-dimensional mass attenuation vector (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) will change, and the three-dimensional position pointed to by its tip (the position of the dispersion point) will also change. The three-dimensional position information reflects the energy distribution of X-ray photons before and after passing through the inspection target OB.
さらに、データプロセッサ35は、各画素に対して、各3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)の長さを
((μ1t)2+(μ2t)2+(μ3t)2)1/2 …(8)
Furthermore, the
として演算する。この式(8)で表される量は、X線吸収量(またはX線減弱量;X線の撮影領域ではX線の吸収が減弱に与える中で最も大きいので、以降、“吸収”と記載)に対応するもので、これも物質同定の補完情報として有用であり、また従来の吸収画像の代替画像としての画素値を成す。このため、この吸収量を階調化した値を画素値とする画像を作成する(ステップS135)。この3次元線減弱ベクトルの長さは擬似的に(仮想的に)X線減弱値に対応する「吸収ベクトル長」と呼ばれ、これを画素値とした画像は「吸収ベクトル長画像(又は擬似吸収画像)」とも呼ばれている。この吸収ベクトル長画像は、X線の入射エネルギースペクトラムの形状に依存し難いことから安定した画像であり、各線減弱値μtを総合的に反映している。この結果、この吸収ベクトル長画像はコントラストの強い画像になる。この吸収ベクトル長画像を画像メモリ36に保管しておいて、必要なときに表示器38で表示するようにしてもよい。特にX線のビームハードニングが強い質量の大きな物質に対して特徴的な画像を得ることができる。
Calculate as The amount expressed by this formula (8) is the X-ray absorption amount (or X-ray attenuation amount; in the X-ray imaging area, X-ray absorption has the largest effect on attenuation, so it will be referred to as "absorption" from now on. ), which is also useful as complementary information for substance identification, and also forms pixel values as a substitute image for conventional absorption images. Therefore, an image is created whose pixel values are values obtained by gradating this absorption amount (step S135). The length of this three-dimensional line attenuation vector is called the "absorption vector length" which pseudo (virtually) corresponds to the X-ray attenuation value, and an image with this as a pixel value is an "absorption vector length image (or pseudo It is also called ``absorption image''. This absorption vector length image is a stable image because it does not easily depend on the shape of the incident energy spectrum of X-rays, and comprehensively reflects each line attenuation value μt. As a result, this absorption vector length image becomes an image with strong contrast. This absorption vector length image may be stored in the
最後に、データプロセッサ35は、上述した3次元散布図のデータを物質固有情報として、また吸収ベクトル長画像を物質同定の補完情報として画像メモリ36に保存し(図5、ステップS14)、必要に応じて、それらを例えば表示器38を介してユーザに提示する(ステップS15)。
Finally, the
以上のように、光子計数型の検出器24により収集されたエネルギー領域別のX線光子計数値に基づいて、検査対象OBの厚さに無関係に物質固有の情報を取得することができる。これは以下に説明する物質固有情報の表示及び解析と組み合わせると大いなる優位性を発揮する。
[物質固有情報の表示及び解析の一例]
As described above, based on the X-ray photon counts for each energy region collected by the photon
[Example of display and analysis of substance-specific information]
この物質固有情報の表示及び解析の処理は、例えば前述したステップS15の一環として実行される。データプロセッサ35は、例えばユーザから指示に応えて、上述した物質固有情報を表示する。具体的には、3次元質量減弱ベクトルの各要素μ1
´、μ2
´、μ3
´を3軸とする3次元座標空間に原点を中心とする半径=1の球表面を設定する(図9、ステップS31)。
This process of displaying and analyzing the substance-specific information is executed, for example, as part of step S15 described above. The
次いで、各画素の3次元質量減弱ベクトル(μ1 ´、μ2 ´、μ3 ´)から成る3次元散布図をその3次元座標空間の原点を始点とし、その終点を、一例として、同一面として機能する球表面上(半径=1に正規化された球面)にマッピング(打点)して表示する(ステップS32)。このマッピングされた球表面上の終点の集合は物質固有の情報に基づく、物質固有の散布点の集合となる。このため、たとえ画素間で厚さtが互いに異なる物質が検査対象であったとしても、その厚さtのファクタには依存しない散布点の集合が得られる。 Next, a three-dimensional scatter diagram consisting of the three-dimensional mass attenuation vectors (μ 1 ′ , μ 2 ′ , μ 3 ′ ) of each pixel is plotted with the origin of the 3-dimensional coordinate space as the starting point, and the ending point, as an example, on the same plane. It is mapped (dots) and displayed on the spherical surface (spherical surface normalized to radius = 1) that functions as (step S32). This mapped set of end points on the spherical surface is a set of material-specific scattered points based on material-specific information. Therefore, even if the object to be inspected is a material whose thickness t differs between pixels, a set of scattered points that does not depend on the factor of the thickness t can be obtained.
図11に、この散布点の集合を3次元散布図として、正規化された球表面の一部(同一面の一部)に打点した例を模式的に示す。 FIG. 11 schematically shows an example in which the set of scatter points is plotted on a part of the normalized spherical surface (a part of the same surface) as a three-dimensional scatter diagram.
次いで、データプロセッサ35は、図12(A)に示すように、例えば関心領域ROIを成す各画素の全部または一部に対して導かれた散布点をグループ化し(点線の囲み参照:ステップS33)、同図(B)に示すように、グループ分けされた散布点の重心位置GRを演算する(ステップS34)。次いで、同図(C)に示すように、各散布点グループの重心位置GRと原点とを結ぶベクトルVobjを演算する(ステップS35)。
Next, as shown in FIG. 12A, the
グループ化については、分析内容により、適宜その範囲を変更できる。すなわち、関心領域ROIを成す各画素の全部に対して導かれた散布点をすべてグルーピングしても良いし、一旦すべてグルーピングした後、統計的にイレギュラーな(前記重心位置から大きく離間する)散布点を除去してから再グループ化するなどしても良い。あるいはROIの範囲が適切でなく、画素の面内方向に複数物質が広がっている場合には、当然に散布点が広がったり、離間したりするので、近接した散布点でグループ化が可能なようにROIを設定し直すか、ユーザまたは自動判定ソフトウェアが散布点上でグループ化対象範囲を指定して、グループ化を行っても良い。 Regarding grouping, the range can be changed as appropriate depending on the analysis content. In other words, all the scattered points derived for all pixels forming the region of interest ROI may be grouped together, or once all the scattered points are grouped, statistically irregular (largely spaced from the center of gravity) scattered points may be grouped. It is also possible to remove points and then regroup them. Alternatively, if the range of the ROI is not appropriate and multiple substances are spread in the in-plane direction of the pixel, the scattering points will naturally spread out or be separated, so it is possible to group them using nearby scattering points. Grouping may be performed by resetting the ROI, or by having the user or automatic determination software designate a grouping target range on the scattering points.
次いで、このベクトルVobjを予め保有している基準データに比較して、物質の種類や性状を同定又は特定する(ステップS36)。基準データには、例えば記憶テーブルとして、予め物質の種類や性状に応じて測定したベクトルVobjの3次元傾きが許容幅と共に記憶されている。このため、演算したベクトルVobjの傾きがその許容幅に入るか否かで物質同定を行うことができるとともに、ノイズとなるベクトル情報を排除できる。同定された情報は保存される(ステップS37)。 Next, this vector V obj is compared with previously held reference data to identify or specify the type and properties of the substance (step S36). The reference data includes, for example, a storage table in which the three-dimensional slope of the vector V obj measured in advance according to the type and properties of the substance is stored together with the allowable width. Therefore, material identification can be performed based on whether the slope of the calculated vector V obj falls within the permissible range, and vector information that becomes noise can be eliminated. The identified information is saved (step S37).
このベクトルVobjは、関心領域ROIを成す複数の画素それぞれの3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)の方向を平均化した平均ベクトルに相当する(但し、その長さは正規化されている)。 This vector V obj corresponds to an average vector obtained by averaging the directions of the three-dimensional line attenuation vectors (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) of each of the plurality of pixels forming the region of interest ROI (however, its length is normalized).
なお、前述したステップS15において、3次元散布図及び吸収ベクトル長画像は様々な態様で提示・提供できる。例えば、データプロセッサ35は、3次元散布図及び吸収ベクトル長画像を表示器38に分割表示してもよいし、最初に3次元散布図を表示し、ユーザから要請に応じて補助的に吸収ベクトル長画像を表示させるようにしてもよく、またその逆でも良い。また、ユーザからの要求により、一旦表示した画面上で、散布点のグループ化の範囲を再指定したり、ROIの範囲を再指定したりしてもよい。
<骨塩定量>
In addition, in step S15 described above, the three-dimensional scatter diagram and the absorption vector length image can be presented and provided in various ways. For example, the
<Bone mineral determination>
例えば被検者の手の甲OB(指)において骨塩定量を行う場合、図14の処理がデータプロセッサ35により実行される。
For example, when performing bone mineral quantification on the back of the hand OB (finger) of a subject, the process shown in FIG. 14 is executed by the
図14のステップS51でYES、即ち、骨塩定量を行う場合、既に、前述したステップS10において手の指FG(例えば、第2関節と第3関節の間の部分で、「皮膚・筋肉、骨、筋肉・皮膚」の複数物質モデルに合致する場所)の指定断面の断層像IMALLに関心領域ROIが設定されている(図13(A)、(B)参照)。ここでは、既に前述したステップ132において、この関心領域ROIの各画素PXにおける3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)が演算されている(図13(C)参照)。この3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)は、前述したステップS131,S132により機能的に構成される画素別ベクトル演算手段により演算されるn次元(ここでは3次元)の空間ベクトルに相当する。 If YES in step S51 of FIG. 14, that is, bone mineral quantification is to be performed, the finger FG of the hand (for example, the area between the second and third joints) has already been determined in step S10 described above. A region of interest ROI is set in the tomographic image IM ALL of a specified cross section of a location matching the multi-substance model of "muscle/skin" (see FIGS. 13A and 13B). Here, the three-dimensional line attenuation vectors (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) at each pixel PX of this region of interest ROI have already been calculated in step 132 described above (see FIG. 13(C)). . This three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) is an n-dimensional (here, three-dimensional ) corresponds to the space vector of
そこで、データプロセッサ35は、骨塩定量を行う場合、前述したステップS31~S35の演算により関心領域ROIの各画素PXの前記3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)を利用して求めた散布点グループそれぞれの平均ベクトルであるベクトルVobj(但し、長さは正規化されている)を示す情報を画像メモリ36から自分のワークエリアに呼び出す(ステップS52:図13(D)参照)。この骨塩定量の場合、X線パスIBn(図15)に示すように、「皮膚・筋肉のB部分、骨のA部分、筋肉・皮膚のB部分」の順にX線が透過するので、上記ベクトルVobjはそのX線パスIBn上に存在する物質全部の合成特性で決まる1つの散布点グループを成す(但し、ノイズに因る広がりを持つ)。ベクトルVobjにより、関心領域ROIを代表する代表ベクトル(3次元質量減弱ベクトル)の方向が判る。
Therefore, when performing bone mineral quantification, the
さらに、データプロセッサ35は、ステップS135で関心領域ROIの各画素PXについて既に演算していた吸収ベクトル長画像を成す吸収ベクトル長を示すデータを、画像メモリ36から自分のワークエリアに読み出す(ステップS53)。この吸収ベクトル長は、骨塩定量の場合、前述した定義に従えば、3次元線減弱ベクトルの長さに相当するもので、「皮膚・筋肉、骨、筋肉・皮膚」を透過したX線の擬似的な(仮想的な)X線減弱値におおよそ対応する。
Furthermore, the
そこで、データプロセッサ35は、読み出した各画素PXに対する吸収ベクトル長の平均値を演算する(ステップS54)。これにより、関心領域ROIを成す複数画素PXの3次元線減弱ベクトルの長さの平均値が判る。
Therefore, the
したがって、データプロセッサ35は、ステップS52で求めていたベクトルの方向とステップS54で求めていた吸収ベクトル長の平均値とを持つ3次元ベクトルを、関心領域ROIを代表する3次元代表ベクトル(3次元線減弱ベクトルの平均;以下、3次元代表ベクトルと呼ぶ)Vobj-dとして演算する(ステップS55:図13(E)参照)。
Therefore, the
なお、このステップS55で実施し得る、3次元代表ベクトル(3次元線減弱ベクトルの平均)Vobj-dを演算する変形例として、3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)を前述したグループ化領域を成す複数の画素について、3次元線減弱ベクトルそのものの要素ごとに平均するベクトル平均手法を用いることもできる。 Note that as a modification example of calculating the three-dimensional representative vector (average of three-dimensional line attenuation vectors) V obj-d that can be implemented in this step S55, a three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t, μ 2 t, μ 3 It is also possible to use a vector averaging method in which t) is averaged for each element of the three-dimensional line attenuation vector itself for a plurality of pixels forming the grouped region described above.
この3次元代表ベクトルVobj-dは、図15からも判るように、「皮膚・筋肉B」の軟組織、「骨A」の硬組織、及び「皮膚・筋肉B」を順に透過したときのトータルのX線減弱情報を含んでいる。一方で、骨塩定量で欲しい情報は、皮膚及び筋肉で囲まれた骨自体の情報(骨密度、骨量)である。この観点からすれば、この3次元代表ベクトルVobj-dには、皮膚及び筋肉に因る余分なX線減弱情報を含んでいる。 As can be seen from FIG. 15, this three-dimensional representative vector V obj-d is the total value when passing through the soft tissue of "skin/muscle B", the hard tissue of "bone A", and the "skin/muscle B" in order. Contains X-ray attenuation information. On the other hand, the information desired in bone mineral quantification is information on the bone itself (bone density, bone mass), which is surrounded by skin and muscles. From this point of view, this three-dimensional representative vector V obj-d includes redundant X-ray attenuation information due to skin and muscles.
そこで、データプロセッサ35により、例えばROM33に予め設定・保存されている3次元参照ベクトルVrefが読み出される(図13(F)参照:ステップS56)。この3次元参照ベクトルVrefは、皮膚及び筋肉のみをX線が透過したと仮定したときの(図15の仮想線で示すパスIP参照)、当該皮膚及び筋肉の線減弱値に等価な3次元の参照ベクトルであり、予め推定・測定されている。なお、この事前の推定・測定に代えて、3次元代表ベクトルVobj-dを演算する際にほぼ同時に、X線が「皮膚・筋肉B」のみを透過していると思われる部分にROI:ROIref(図13(A)参照)を設定し、前述した3次元代表ベクトルの演算と同様に、3次元参照ベクトルVrefを演算することもできる。
Therefore, the
具体的には、この3次元参照ベクトルVrefは、i)対象のX線照射する部位の厚さを含む外形サイズ、または、重量から推定する、又は、ii)予め統計的に収集してデータベース化した参照表から読み込む、iii)対象の撮影部位の内の皮膚・筋肉のみである部分領域において線減弱ベクトルと同等であると見做されて事前に求められ保存されている3次元参照ベクトルVref(3次元は、μ1t、μ2t、μ3tの次元を持つ)を呼び出す、又は、前述したように、iv)対象の撮影部位の内の皮膚・筋肉のみである部分領域(例えば、ROIrefで示す領域(図13(A)、図15参照)において線減弱ベクトルと同等であると見做して3次元参照ベクトルVrefを演算する、ことにより設定される。このうち、項目ivに示した演算を行う場合には、画像データの読み書きが必要で、ROM33からの読み出したデータだけではなく、当然にRAM34も使用し、データプロセッサ35により演算が行われる。
Specifically, this three-dimensional reference vector V ref can be either i) estimated from the external size or weight of the target area to be irradiated with X-rays, or ii) statistically collected in advance and stored in a database. iii) A three-dimensional reference vector V that is considered to be equivalent to a linear attenuation vector and is previously obtained and stored in a partial region that is only skin and muscle within the target imaging region. ref (three dimensions have the dimensions μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t), or, as mentioned above, iv) partial region (only skin/muscle) of the target imaging region ( For example, it is set by calculating a three-dimensional reference vector V ref in the region indicated by ROI ref (see FIGS. 13A and 15), assuming that it is equivalent to a linear attenuation vector. Among these, When performing the calculation shown in item iv, it is necessary to read and write image data, and the
なお、この3次元参照ベクトルVrefの大きさは、通常、3次元代表ベクトルVobj-dのそれよりも相当に小さいが、精度良い骨塩定量を行う上では確実に排除しなければならない量である。 Note that the size of this three-dimensional reference vector V ref is usually considerably smaller than that of the three-dimensional representative vector V obj-d , but it is an amount that must be definitely excluded in order to perform accurate bone mineral quantification. It is.
そこで、データプロセッサ35により、既に求められている関心領域ROIを代表する代表ベクトルVobj-dから参照ベクトルVrefを3次元座標上で減算する(ステップS57)。このベクトル減算により、実質的に、目的とする指の骨AのみのX線減弱情報を反映した3次元ベクトルVobj-d´が求められる。この3次元ベクトルVobj-d´を目的ベクトルと呼ぶ。したがって、この目的ベクトルVobj-d´は、指FGの指定断面の断層像上に設定した関心領域ROIの全体を代表し、平均線減弱値をベクトル長さとして持ち、かつ、質量減弱ベクトルの情報を反映した3次元ベクトル方向を持つ。このため、この目的ベクトルVobj-d´は、指の骨を介して骨塩定量を行う場合に、骨量や骨質の状態を反映した情報である。具体的には、発明者らが実施したシミュレーションによれば、目的ベクトルVobj-d´の長さが骨の部位のみの骨量(骨塩量)を強く反映するとともに、ベクトル方向が骨の部位のみの骨質を強く反映する、ものと推定される。
Therefore, the
次いで、データプロセッサ35は、上述した目的ベクトルVobj-d´のベクトル長さ及びベクトル方向を可視化する処理を行って表示・データ保存をしたり、骨塩定量結果のデータのみを提示したりすることを行う(ステップS58)。この可視化は読影医や患者に見易い骨塩定量情報を提供するもので、カラー画像化及びその表示、並びに、数値化が典型的のものである。
Next, the
なお、特に、異物検出において、画像をカラー化して表示することにより、実効原子番号画像として表示することが可能である。例えば、比較的均一(同一物質例えば、チョコレート、シリアル、ミルクの粉など)な商品などの中に異物が混入するような場合に、その商品の物質以外をカラー表示してもよく、これにより、異物検出が可能になる。
<作用効果>
Note that, particularly in foreign matter detection, by displaying the image in color, it is possible to display it as an effective atomic number image. For example, when a foreign substance is mixed into a product that is relatively homogeneous (e.g., the same substance, such as chocolate, cereal, or milk powder), the substance other than the substance of the product may be displayed in color. Foreign matter detection becomes possible.
<Effect>
このように、本実施形態に係るX線検査システムによれば、本発明者等が既に提案している、光子計数型X線検出によって得られる各画素PXの3次元線減弱ベクトル(μ1t、μ2t、μ3t)を利用して、物質の性状探索の一態様でもある骨診断のための骨情報(骨量(骨塩量)、骨質)をより精度よく定量できる。 As described above, according to the X-ray inspection system according to the present embodiment, the three-dimensional line attenuation vector (μ 1 t , μ 2 t, μ 3 t), it is possible to more accurately quantify bone information (bone amount (bone mineral content), bone quality) for bone diagnosis, which is also one aspect of substance property exploration.
本実施形態によれば、連続X線の透過特性に関して実質的に2種類の既知の物質A(骨(硬組織)),B(皮膚・筋肉(軟組織))から成る対象OB(例えば、患者の手又は足の甲)に照射され、当該対象を透過したX線が、複数の画素を有する検出器24により検出された、3つのX線エネルギー領域Bin1~Bin3それぞれにおける計数値に基づく処理が行われる。
According to the present embodiment, an object OB (for example, a patient's Processing based on count values in each of three X-ray energy regions Bin 1 to Bin 3 , in which the X-rays irradiated to the back of the hand or foot and transmitted through the object are detected by the
具体的には、その計数値に基づき対象OBのX線像が作成されて表示器38に表示される。この表示器38に表示されたX線像上で、X線のパスの方向において同一の骨の部分にROI(region of interest)が設定される。
Specifically, an X-ray image of the target OB is created based on the counted value and displayed on the
さらに、3つのエネルギー領域のそれぞれにて前記X線の前記対象を透過するときの線減弱値に相当し、且つ、前記複数の画素それぞれの3次元の空間ベクトル(3次元線減弱ベクトル)が光子計数データに基づき演算される。さらに、複数の画素それぞれの前記空間ベクトルの方向及び大きさを平均化してROIを代表する3次元代表ベクトルVobj-dが演算される。2種類の物質A,Bのうち、一方の物質BをX線が透過したと仮定したときの、線減弱値に等価な当該物質Bの線減弱値に相当する3次元参照ベクトルVrefが、関心領域ROIの代表ベクトルVobj-dから減算されて、当該減算により補正された物質Aのみに等価な目的ベクトルVobj-d´が得られる、このとき、参照ベクトルVrefは、理論的に又は実験等によって事前に設定(推定・評価)され、読出し可能に保持されている。 Furthermore, a three-dimensional space vector (three-dimensional line attenuation vector) of each of the plurality of pixels corresponds to a line attenuation value when the X-ray passes through the object in each of three energy regions, and a photon Calculated based on count data. Furthermore, a three-dimensional representative vector V obj-d representing the ROI is calculated by averaging the directions and magnitudes of the spatial vectors of each of a plurality of pixels. Assuming that X-rays have passed through one of the two materials A and B, the three-dimensional reference vector Vref corresponding to the linear attenuation value of material B, which is equivalent to the linear attenuation value, is the object of interest. It is subtracted from the representative vector V obj-d of the region ROI to obtain an objective vector V obj-d ′ which is equivalent only to the substance A corrected by the subtraction. At this time, the reference vector V ref is theoretically or It is set (estimated/evaluated) in advance through experiments, etc., and is stored in a readable manner.
この参照ベクトルVrefの決定は、表示器38に表示された対象OBのX線像の中から物質Bのみで構成される部分を参照ベクトル決定のための関心領域ROIrefとして設定して、その部分の3次元線減弱ベクトルを算出した後に、ROI部分とROIref部分の物質Bの厚さの相関情報(実測でも良いし、事前の実験から統計的に決定され、保持されていてもよい)から、ROIref部分の3次元線減弱ベクトルの大きさを調整して、参照ベクトル(ROI部分の物質Bのみの3次元線減弱ベクトルVref)を推定または演算するようにしても良い。特に、実測で3次元の代表ベクトルVobj-dを算出した部分の対象OBの厚さと、参照ベクトルVrefを算出した部分の対象OBの厚さとが判れば、目的ベクトルVobj-d’を解析的に算出できる。
The reference vector V ref is determined by setting a portion consisting only of the substance B in the X-ray image of the target OB displayed on the
上述した目的ベクトルVobj-d’は、低いエネルギーから高いエネルギーまで連続するエネルギー分布を持つ連続X線の光子が骨部分の組織を通過するときの減弱度合を反映しているので、その骨部分の密度や骨質の状態(性状)をより的確に表した計数値を収集できる。そのうえ、ROI部分に物質A,Bが含まれるとしても、目的とする物質Aのみの線減弱を反映した目的ベクトルをベクトル減算という容易な演算によって、より高精度に抽出できる。 The above-mentioned objective vector V obj-d ' reflects the degree of attenuation when continuous X-ray photons with a continuous energy distribution from low energy to high energy pass through the tissue of the bone part. It is possible to collect numerical values that more accurately represent the density and condition (characteristics) of bone quality. Moreover, even if substances A and B are included in the ROI portion, a target vector that reflects the linear attenuation of only the target substance A can be extracted with higher precision by a simple operation called vector subtraction.
つまり、従来の場合、物質A、Bの種類は既知であり且つそれらの合計厚さが一定だったとしても、それぞれのX線パス方向の厚さは不明であるとともに異なる2つの物質が存在しているため、目的とする物質AのみのX線減弱に基づくベクトル情報を簡単な演算で且つ精度良く求めることが困難であった。 In other words, in the conventional case, even if the types of substances A and B are known and their total thickness is constant, the thickness of each in the X-ray path direction is unknown and two different substances exist. Therefore, it has been difficult to obtain vector information based on the X-ray attenuation of only the target substance A with simple calculations and with high accuracy.
しかしながら、本実施形態によれば、目的とする物質Aのみの線減弱を反映した目的ベクトルを、関心領域毎のベクトル演算により簡単に、且つ、精度良く行うことができる。 However, according to the present embodiment, a target vector that reflects the linear attenuation of only the target substance A can be easily and accurately calculated by vector calculation for each region of interest.
また、本実施形態によれば、骨診断(骨塩定量も含む)を行う場合、関心領域毎に物質Aの少なくとも性状を示す目的ベクトルが得られるので、そのベクトルの長さや方向が骨量や骨質に関する、より多面的な情報を提供することができる。従来のように、骨密度だけに基づく情報を提供する処理とは異なり、提供する性状情報の豊富化を図り、例えば骨粗鬆症の診断・治療の求められている要求に応えることができる。 Furthermore, according to the present embodiment, when bone diagnosis (including bone mineral quantification) is performed, a target vector indicating at least the properties of substance A can be obtained for each region of interest, so that the length and direction of the vector can be determined based on bone mass and It is possible to provide more multifaceted information regarding bone quality. Unlike conventional processing that provides information based only on bone density, it is possible to enrich the property information provided and meet the demands for diagnosis and treatment of osteoporosis, for example.
さらに、3次元参照ベクトルの情報は、比較的に簡単な手法で事前の保有しておくこともできる。つまり、前述したように、i)対象のX線照射する部位の厚さを含む外形サイズ、または、重量から推定する、又は、ii)予め統計的に収集してデータベース化した参照表から読み込む、iii)前記対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において前記線減弱ベクトルと同等であると見做されて事前に求められ保存されている参照ベクトルを呼び出す、ことにより設定することでよい。この場合には、ベクトル減算に必要な演算(即ち、参照ベクトルを求めるための演算)を更に簡単化できる。 Furthermore, information on three-dimensional reference vectors can be stored in advance using a relatively simple method. In other words, as mentioned above, i) estimated from the external size including the thickness of the part of the target to be irradiated with X-rays, or weight, or ii) read from a reference table that has been statistically collected in advance and compiled into a database. iii) Setting by calling a reference vector that is considered to be equivalent to the line attenuation vector and has been obtained and stored in advance in a partial region where only the substance B is present in the imaged region of the target. That's fine. In this case, the computation required for vector subtraction (that is, the computation for determining the reference vector) can be further simplified.
さらに、3次元参照ベクトルの方向自体も経験的に取得していた方向情報を事前に保有しておいて、必要なときに呼び出すようにしてもよい。これにより、参照ベクトルの演算量が極めて簡単になる。 Further, direction information about the direction of the three-dimensional reference vector itself obtained empirically may be stored in advance and called up when necessary. This greatly simplifies the amount of calculation for the reference vector.
また、さらに検査対象OBの厚さを適宜に実測して、3次元線減弱ベクトル(代表ベクトル)Vobj-dや3次元参照ベクトルVrefの推定や演算に使用すれば、適用の状況により、演算量は増えるものの、一方で定量精度を向上させることができる。
<その他の作用効果>
Furthermore, if the thickness of the OB to be inspected is appropriately measured and used for estimating and calculating the three-dimensional line attenuation vector (representative vector) V obj-d and the three-dimensional reference vector V ref , depending on the application situation, Although the amount of calculation increases, on the other hand, quantitative accuracy can be improved.
<Other effects>
上述した骨塩定量の作用効果のほかに、本実施形態に係るX線検査システムによれば、各種の作用効果が得られる。 In addition to the effects of bone mineral quantification described above, the X-ray inspection system according to this embodiment provides various effects.
まず、検査対象OBの断面(又は凹凸のある断面)の焦点化された断層像(画像)に関心領域が設定されるとともに、その画像から、関心領域に存在する関心物質(検査対象や異物らしいもの)の背景となる画素情報(背景成分)が除去される。この除去後の断層像のデータとX線エネルギー領域毎且つ関心領域の画素毎の計数値とに基づいて、関心物質のX線に対する固有の透過特性(例えば線減弱係数μ)が画素毎に固有情報として演算される。この固有情報は、物質の厚さtに依存しないので、これに基づいて関心物質の種類や性状を同定又は特定することができる。例えば、演算された固有情報を、予め保有しておいた既知の固有情報(物質固有の既知である固有ベクトル情報(一定の許容範囲を持つ情報))と比較することで、物質同定が可能になる。 First, a region of interest is set in a focused tomographic image (image) of a cross section (or uneven cross section) of the OB to be inspected, and from that image, it is determined whether there is a substance of interest present in the region of interest (such as an object to be inspected or a foreign object). pixel information (background component) that forms the background of objects) is removed. Based on the data of the tomographic image after this removal and the count value for each X-ray energy region and each pixel in the region of interest, the unique transmission characteristics (for example, linear attenuation coefficient μ) of the substance of interest for X-rays are determined for each pixel. It is calculated as information. Since this unique information does not depend on the thickness t of the material, the type and properties of the material of interest can be identified or specified based on this information. For example, by comparing the calculated unique information with known unique information held in advance (known unique vector information (information with a certain tolerance range) unique to the substance), material identification becomes possible. .
また、関心領域の設定次第で、検査対象の全体や一部まで物質同定したい範囲を調整することができる。このときに、この固有情報は厚さtに影響されない物質の種類や性状(状態)に固有の情報として得られるので、関心領域は物質の種類や性状が変化しない場所を選びさえすれば、厚さの変化に関わらず適宜な広さに設定すればよい。従来の物質同定と異なり、物質同定に不要な情報となる背景成分を除去してから固有情報を求めるので、物質同定をより精度高く行うことができ、その信頼性も向上する。 Further, depending on the setting of the region of interest, it is possible to adjust the range in which substances are to be identified, including the whole or part of the object to be inspected. At this time, this unique information is obtained as information specific to the type and properties (state) of the material that are not affected by the thickness t, so as long as the region of interest is selected where the type and properties of the material do not change, the thickness It is sufficient to set the width to an appropriate size regardless of the change in width. Unlike conventional substance identification, unique information is obtained after removing background components that are unnecessary information for substance identification, so substance identification can be performed with higher accuracy and its reliability is also improved.
さらに具体的には、エネルギー領域別の、線減弱係数μからなるベクトルを正規化して球体面上に3次元散布図を提示可能である。この散布点(スペクトラム)は、かかるベクトルの3次元傾き情報(すなわち物質の固有情報)を表している。このため、この散布点の状態を見ただけで、検査対象OBが例えば金属なのかそれ以外のものか、検査対象OBにそれとは別のもの(異物等)があるか否か、検査対象OBの状態(筋肉と脂肪がどのような割合なのか、などの情報をばらつきのある散布点の重心を求め付加することで、視覚的にも定量的にも把握し易い。 More specifically, a three-dimensional scatter diagram can be presented on a spherical surface by normalizing a vector made up of linear attenuation coefficients μ for each energy region. This scattering point (spectrum) represents three-dimensional slope information of this vector (ie, material specific information). Therefore, just by looking at the state of this scattering point, you can determine whether the OB to be inspected is made of metal or something else, and whether there is something else (such as a foreign object) in the OB to be inspected. By determining the center of gravity of the dispersion points and adding information such as the state of the body (such as the ratio of muscle to fat), it is easy to understand both visually and quantitatively.
また、3次元散布図を得る過程において、吸収ベクトル長画像のデータも得られる。本発明者等は、この吸収ベクトル長画像は、従来のX線吸収画像に比べて、照射されるX線のエネルギースペクトラム形状にそれほど依存しないことを、筋肉と軟骨の厚みを徐々に変えたファントムを使って確認している。スペクトラム形状とは、例えば図2に例示したように、真ん中のエネルギー領域Bin2におけるX線光子の計数頻度がその両隣のそれよりも高いというスペクトラム形状のことである。本実施形態の場合、前述した実施形態に係る式(8)の処理を行っているので、スペクトラム形状に依存するX線吸収の違いが生じにくく、また線減弱係数が最も大きい低エネルギー側の計数頻度の画像への影響が安定するためであると考えられる。 Further, in the process of obtaining a three-dimensional scatter diagram, data of an absorption vector length image is also obtained. The present inventors demonstrated that this absorption vector length image is less dependent on the shape of the energy spectrum of the irradiated X-rays than conventional X-ray absorption images. I am checking using. The spectrum shape is, for example, as illustrated in FIG. 2, a spectrum shape in which the counting frequency of X-ray photons in the middle energy region Bin 2 is higher than those on both sides thereof. In the case of this embodiment, since the processing of equation (8) according to the embodiment described above is performed, differences in X-ray absorption depending on the spectrum shape are unlikely to occur, and the coefficients on the low energy side where the linear attenuation coefficient is largest are This is thought to be because the influence of frequency on images becomes stable.
このため、この吸収ベクトル長画像は、エネルギースペクトラムの形状依存性が少ない分、X線管電圧等のX線照射条件に対してよりロバストであり、画像コントラストが良く、且つ線減弱値μtに比例し、すべてのエネルギー帯域の線減弱値μt(エネルギー帯ごとの計数値に存在する量子化ノイズを反映して各画素、各エネルギー帯の線減弱値にもノイズが重畳される)を平均化する効果があるためノイズが少なくなる。
<変形例>
さらに、対象OBの厚さを実測して、物質Bの骨診断の評価精度を上げる方法を別の変形例を説明する。
Therefore, this absorption vector long image is more robust against X-ray irradiation conditions such as X-ray tube voltage because the energy spectrum has less shape dependence, has good image contrast, and is proportional to the linear attenuation value μt. Then, the linear attenuation values μt of all energy bands are averaged (noise is superimposed on the linear attenuation values of each pixel and each energy band, reflecting the quantization noise present in the count value of each energy band). The effect is to reduce noise.
<Modified example>
Furthermore, another modification of the method of actually measuring the thickness of the target OB to improve the evaluation accuracy of bone diagnosis of substance B will be described.
図15に模式的に示すように、対象OBのうち、線減弱ベクトルを演算する関心領域ROIにおける複数物質の実測厚さをt、そのうち目的ベクトルに演算する対象である物質Aの厚さをt1、参照ベクトルに対応する物質Bの厚さをt2(=t21+t22)とする。すると、それぞれの3次元線減弱ベクトルは次のように表すことができる。
ROIの3次元線減弱ベクトル:
μt=(μ1t、μ2t、μ3t) ‥‥(A.1)
3次元参照ベクトル:
Vref=μreft2=(μ1reft2、μ2reft2、μ3reft2) ‥‥(A.2)
3次元目的ベクトル:
As schematically shown in FIG. 15, among the target OB, t is the actual measured thickness of multiple substances in the region of interest ROI for which the linear attenuation vector is calculated, and t is the thickness of the material A, which is the target for which the target vector is calculated. 1 and the thickness of material B corresponding to the reference vector is t 2 (=t 21 +t 22 ). Then, each three-dimensional line attenuation vector can be expressed as follows.
3D line attenuation vector of ROI:
μt=(μ 1 t, μ 2 t, μ 3 t) ‥‥(A.1)
3D reference vector:
V ref = μ ref t 2 = (μ 1 ref t 2 , μ 2 ref t 2 , μ 3 ref t 2 ) ‥‥(A.2)
3D objective vector:
Vobj-d’=μobj-d’t1 =(μ1obj-d’t1、μ2obj-d’t1、μ3obj-d’t1) ‥(A.3) V obj-d '=μ obj-d 't 1 = (μ 1obj-d 't 1 , μ 2obj-d 't 1 , μ 3obj-d 't 1 ) ‥(A.3)
ここで、定義より、Vobj-d’=μt- Vref であったので、(A.1)~(A.3)式を用いて、ベクトルの要素毎に、次のように表すことができる。
μ1obj-d’t1 = μ1t - μ1reft2 ‥‥(A.4)
μ2obj-d’t1 = μ2t - μ2reft2 ‥‥(A.5)
μ3obj-d’t1 = μ3t - μ3reft2 ‥‥(A.6)
さらに、複数物質モデルの仮定から、次の関係がある。
t = t1 + t2 ‥‥(A.7)
Here, by definition, V obj-d '=μt- V ref , so using equations (A.1) to (A.3), each element of the vector can be expressed as follows. can.
μ 1obj-d 't 1 = μ 1 t - μ 1ref t 2 ‥‥(A.4)
μ 2obj-d 't 1 = μ 2 t - μ 2ref t 2 ‥‥(A.5)
μ 3obj-d 't 1 = μ 3 t - μ 3ref t 2 ‥‥(A.6)
Furthermore, due to the assumptions of the multi-substance model, the following relationship exists.
t = t 1 + t 2 ‥‥(A.7)
ここで、3次元参照ベクトルの線減弱係数を決定した時の、関心領域ROIrefの部分の物質Bの厚さt3と関心領域ROIの部分の物質Bの厚さt2の関係性が明らかな場合、t3は実測しているので、t2が既知となる。さらに、関心領域ROIrefの部分の演算から、μ1ref、μ2ref、μ3refが既知となっているので、その場合、独立の方程式(A.4)~(A.7)が存在し、未知の変数はμ1obj-d’、 μ2obj-d’、 μ3obj-d’、 t1の4つであり、演繹的に解くことができる。 Here, when determining the linear attenuation coefficient of the three-dimensional reference vector, the relationship between the thickness t3 of material B in the region of interest ROI ref and the thickness t2 of material B in the region of interest ROI is clear. In this case, since t 3 is actually measured, t 2 is known. Furthermore, since μ 1ref , μ 2ref , and μ 3ref are known from the calculation of the region of interest ROI ref , in that case, independent equations (A.4) to (A.7) exist, and the unknown There are four variables: μ 1obj-d ′, μ 2obj-d ′, μ 3obj-d ′, and t 1 , which can be solved a priori.
したがって、例えば、人の手(ROI部分は指)を撮影する場合は、関心領域ROIとROIrefは患者が変わっても同じような部位を撮影するようにして、データを蓄積して、関心領域ROIrefの部分の物質Bの厚さt3と関心領域ROIの部分の物質Bの厚さt2の関係性を統計的に処理し、精度よく推定できるようにしておくことが望ましい。より直接的には、X線撮影の向きを変えて、指の骨(物質A)の厚さt1を直接測るようにしても良い。この場合、t2を推定しなくても、未知変数は4つとなり、演繹的に解くことができる。 Therefore, for example, when photographing a person's hand (ROI part is a finger), the ROI and ROI ref should be set so that the same part is photographed even if the patient changes, data is accumulated, and the ROI is It is desirable to statistically process the relationship between the thickness t 3 of the material B in the ROI ref portion and the thickness t 2 of the material B in the region of interest ROI so that it can be estimated accurately. More directly, the direction of X-ray photography may be changed to directly measure the thickness t 1 of the finger bone (substance A). In this case, there are four unknown variables that can be solved a priori without estimating t2 .
本発明は、例えば、骨塩定量を実施する構成のみを採用してもよい。つまり、前述した実施形態のX線検査システムは骨塩定量に特化したシステムとして提供され、データ処理装置12は骨塩定量に特化したデータ処理装置として提供される。
The present invention may employ, for example, only a configuration for performing bone mineral quantification. That is, the X-ray inspection system of the embodiment described above is provided as a system specialized for bone mineral quantification, and the
以上、本発明に係るデータ処理装置、データ処理方法、及びX線検査装置の様々な態様について説明したが、本発明は勿論、上述した例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲で更に様々な態様に変更可能なものである。 Although various aspects of the data processing device, data processing method, and X-ray inspection device according to the present invention have been described above, the present invention is of course not limited to the above-mentioned examples, and the gist of the claims The invention can be further modified in various ways without departing from the above.
10 X線検査システム(データ処理装置を搭載したX線検査装置:データ処理方法を実施するX線検査装置)
12 コンピュータシステム(データ処理装置)
21 X線管
24 検出器
25 データ収集回路
26 検出ユニット
12 データ処理装置
32 バッファメモリ(記憶手段)
33 ROM
34 RAM
35 データプロセッサ(CPU)
36 画像メモリ(記憶手段)
37 入力器
38 表示器
OB 検査対象(対象物)
10 X-ray inspection system (X-ray inspection device equipped with a data processing device: X-ray inspection device that implements a data processing method)
12 Computer system (data processing device)
21
33 ROM
34 RAM
35 Data processor (CPU)
36 Image memory (storage means)
37
Claims (11)
前記X線検出器により検出された前記光子計数データに基づき前記対象のX線像を作成してモニタ上に表示するX線像表示手段と、
前記モニタに表示された前記X線像上で、前記X線のパスの方向において前記物質A,Bが存在すると推定される部分にROI(region of interest:関心領域)を設定するROI設定手段と、
前記n個のエネルギー領域のそれぞれにて前記X線の前記対象を透過するときの線減弱値に相当し、且つ、前記複数の画素それぞれの、当該n個の次元の空間ベクトルを前記光子計数データに基づき演算する画素別ベクトル演算手段と、
前記複数の画素それぞれの前記空間ベクトルの方向及び大きさを平均化して前記ROIを代表する代表ベクトルを演算する代表ベクトル演算手段と、
前記2種類の物質A,Bのうち、一方の物質Bを前記X線が透過したと仮定したときの、前記線減弱値に等価な当該物質Bの線減弱値に相当する前記n個の次元の参照ベクトルを推定又は仮定して保持する参照ベクトル保持手段と、
前記物質Aのみに等価な前記線減弱値に相当する前記n個の次元の代表ベクトルから、前記n個の次元の参照ベクトルを減算して、当該減算により補正された目的ベクトルを取得する目的ベクトル取得手段と、
を備えたことを特徴とするデータ処理装置。 Continuous X-rays containing n (n is a positive integer of 2 or more) different energy regions are irradiated onto an object consisting of substantially two types of materials A and B in terms of the transmission characteristics of the X-rays, and the object is In a data processing device that performs processing based on the photon count data when the X-ray that has passed through is detected as photon count data by an X-ray detector having a plurality of pixels,
X-ray image display means for creating an X-ray image of the object based on the photon count data detected by the X-ray detector and displaying it on a monitor;
ROI setting means for setting an ROI (region of interest) on the X-ray image displayed on the monitor in a portion where the substances A and B are estimated to exist in the direction of the X-ray path; ,
The photon count data corresponds to the linear attenuation value when the X-ray passes through the object in each of the n energy regions, and the n-dimensional space vector of each of the plurality of pixels is pixel-by-pixel vector calculation means that calculates based on
representative vector calculating means for calculating a representative vector representative of the ROI by averaging the direction and magnitude of the spatial vector of each of the plurality of pixels;
When it is assumed that the X-rays have passed through one of the two types of substances A and B, the n dimensions correspond to the linear attenuation value of the substance B that is equivalent to the linear attenuation value. Reference vector holding means for estimating or assuming and holding a reference vector of
an objective vector that subtracts the n -dimensional reference vector from the n - dimensional representative vector corresponding to the linear attenuation value equivalent only to the substance A, and obtains an objective vector corrected by the subtraction; acquisition means,
A data processing device comprising:
前記複数の画素それぞれの前記空間ベクトルの大きさを正規化した分布を求め、その分布の重心位置から前記代表ベクトルの方向を演算する方向演算手段と、
前記複数の画素それぞれの前記空間ベクトルの大きさであるベクトル長画素値又は平均ベクトル長画素値を平均して前記代表ベクトルの大きさを設定する大きさ設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のデータ処理装置。 The representative vector calculation means is
Direction calculation means for calculating a distribution in which the size of the spatial vector of each of the plurality of pixels is normalized, and calculating the direction of the representative vector from the position of the center of gravity of the distribution;
size setting means for setting the size of the representative vector by averaging vector length pixel values or average vector length pixel values that are the sizes of the spatial vectors of each of the plurality of pixels;
3. The data processing device according to claim 1, further comprising:
前記画像データ作成手段により作成された画像データを画像として表示する画像表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載のデータ処理装置。 image data creation means for creating image data based on the corrected target vector information;
4. The data processing apparatus according to claim 1, further comprising image display means for displaying the image data created by the image data creation means as an image.
前記物質Aは、その手又は足の指の骨部分の組織であり、
前記物質Bは、その手又は指の筋肉及び皮膚の組織であり、
前記画像データ作成手段は、前記骨部分の前記目的ベクトルの情報から当該骨部分の骨密度の情報を表す画像データを作成するように構成されている、ことを特徴とする請求項4に記載のデータ処理装置。 The object is a hand or foot of a person or an animal,
The substance A is tissue of the bony part of the finger or toe,
The substance B is muscle and skin tissue of the hand or fingers,
5. The image data creation means is configured to create image data representing information on bone density of the bone portion from information on the target vector of the bone portion. Data processing equipment.
前記参照ベクトル演算手段は、前記参照ベクトルを、i)前記対象の前記X線照射する部位の厚さを含む外形サイズまたは重量から推定する、ii)予め統計的に収集してデータベース化した参照表から読み込む、iii)前記対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において線減弱ベクトルと同等であると見做されて事前に求められ保存されている参照ベクトルを呼び出す、又は、iv)対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において線減弱ベクトルと同等であると見做して演算する、ことを特徴とする請求項2~5の何れか一項に記載のデータ処理装置。 comprising reference vector calculation means for estimating or assuming the n-dimensional reference vector,
The reference vector calculation means estimates the reference vector from i) the external size or weight including the thickness of the X-ray irradiation site of the object, and ii) a reference table that is statistically collected in advance and compiled into a database. iii) calling a reference vector that is determined and stored in advance and is considered to be equivalent to the linear attenuation vector in a partial area where only the substance B is present in the imaging region of the target; or iv 6. The method according to claim 2, wherein the calculation is performed by assuming that a partial region containing only the substance B in the imaging region of interest is equivalent to a linear attenuation vector. Data processing equipment.
前記X線検出器により検出された光子計数データに基づき前記対象のX線像を作成してモニタ上に表示させ、
前記モニタに表示された前記X線像上で、前記X線のパスの方向において前記物質A,Bが存在すると推定される部分にROI(region of interest)を設定し、
前記n個のエネルギー領域のそれぞれにて前記X線の前記対象を透過するときの線減弱値に相当し、且つ、前記複数の画素それぞれの、当該n個の次元の空間ベクトルを前記光子計数データに基づき演算し、
前記複数の画素それぞれの前記空間ベクトルの方向及び大きさを平均化して前記ROIを代表する代表ベクトルを演算し、
前記2種類の物質A,Bのうち、一方の物質Bを前記X線が透過したと仮定したときの、予め推定又は評価して保持している、前記線減弱値に等価な当該物質Bの線減弱値に相当する前記n個の次元の参照ベクトルが、前記物質Aのみに等価な前記線減弱値に相当する前記n個の次元の代表ベクトルから減算され、当該減算により補正された目的ベクトルが得られる、
ことを特徴とするデータ処理方法。 Continuous X-rays containing n (n is a positive integer of 2 or more) different energy regions are irradiated onto an object consisting of substantially two types of substances A and B, which are known regarding the transmission characteristics of the X-rays, In a data processing method, when the X-rays that have passed through the object are detected as detection data by an X-ray detector having a plurality of pixels, processing is performed based on the detection data,
creating an X-ray image of the object based on photon count data detected by the X-ray detector and displaying it on a monitor;
Setting an ROI (region of interest) on the X-ray image displayed on the monitor at a portion where the substances A and B are estimated to exist in the direction of the X-ray path;
The photon count data corresponds to the linear attenuation value when the X-ray passes through the object in each of the n energy regions, and the n-dimensional space vector of each of the plurality of pixels is Calculate based on
calculating a representative vector representative of the ROI by averaging the direction and magnitude of the spatial vector of each of the plurality of pixels;
Assuming that the X-rays have passed through one of the two types of substances A and B, the value of the substance B equivalent to the linear attenuation value estimated or evaluated in advance and held The n - dimensional reference vector corresponding to the linear attenuation value is subtracted from the n - dimensional representative vector corresponding to the linear attenuation value equivalent only to the substance A, and the target vector is corrected by the subtraction. is obtained,
A data processing method characterized by:
i)前記対象の前記X線照射する部位の厚さを含む外形サイズまたは重量から推定する、又は、ii)予め統計的に収集してデータベース化した参照表から読み込む、iii)前記対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において線減弱ベクトルと同等であると見做されて事前に求められ保存されている情報から読み出す、又は、iv)対象の撮影部位の内の前記物質Bのみである部分領域において線減弱ベクトルと同等であると見做して演算する、ことを特徴とする請求項9に記載のデータ処理方法。 The reference vector is the n - dimensional vector information prepared in advance, and
i) Estimated from the external size or weight including the thickness of the X-ray irradiated area of the target, or ii) Read from a reference table that has been statistically collected in advance and compiled into a database, or iii) The imaged area of the target or iv) reading from information that is determined and stored in advance and is considered to be equivalent to a linear attenuation vector in a partial region where only the substance B exists, or iv) the substance B in the target imaging region. 10. The data processing method according to claim 9, wherein the data processing method is performed by assuming that a partial region where only a linear attenuation vector is equal to a linear attenuation vector.
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