JPH10510746A - 密度分布からの寸法の測定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 検査される対象の密度分布は、例えばＸ線コンピュータ断層撮影法或いは、磁気共鳴イメージング法によって作られる。検査される対象の対応する細部の正確な寸法は、密度分布の細部の密度値及び当該細部の外側の密度値から求められる。当該細部の最大密度値の減少は、当該細部の外側の密度値に基づいて補正されることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 密度分布からの寸法の測定 本発明は、密度分布の細部から検査される対象の中の対応する細部の寸法を求 めることによって、検査される対象の密度分布から対象の細部の寸法を測定する 方法に関する。本発明はまた、Ｘ線源からのＸ線による検査される対象の照射と 、位置に敏感なＸ線検出器による検査される対象を通過したＸ線の検出と、対象 に関する多数の方向に一緒に配置可能なＸ線源及びＸ線検出器と、別々の方向で 検出されたＸ線画像に基づいて検査される対象の密度分布を再構築する再構築ユ ニットと、密度分布の細部から、検査される対象の中の対応する細部の寸法を求 めることとを含む特にコンピュータ断層撮影法である、イメージング方法に関す る。本発明はまた、Ｘ線により検査される対象を照射するＸ線源と、検査される 対象を通過したＸ線を検出する位置に敏感なＸ線検出器と、対象に関する多数の 方向に一緒に配置可能なＸ線源及びＸ線検出器であることと、別々の方向で検出 されたＸ線画像に基づいて検査される対象の密度分布を再構築する再構築ユニッ トと、密度分布の細部から、検査される対象の中の対応する細部の寸法を求める 算術ユニットとからなるコンピュータ断層撮影法といったイメージング方式に関 する。 検査される対象の密度分布から対象の中の細部の寸法を測定するそのような方 法は、「Radiology １９４（１９９５）」の１５７乃至１６３頁の中で発表され たJames A．Brinkほかによる論説「Technical optimization of spiral CT for depiction of renal artery stenosis: in vitro analysis （腎動脈狭窄症の描 写のための螺旋状ＣＴの技術的な最大活用：ガラス内分析）」から既知である。 既知の方法は、検査される患者に対して行われたコンピュータ断 層撮影法によって得られた密度分布について実行されるように意図されている。 Brinkほかによる該論説は、コンピュータ断層撮影画像が、異なる寸法の狭窄部 が設けられており、またＸ線減衰液体が充填されたポリエステル管（ピペット） から作られるガラス内検査を開示する。その著者は、検査される患者の中の血管 狭窄に似せるために該ピペットを使用している。 既知の方法は、血管（実際はポリエステルのピペット）の狭窄の度合いを測定 することを目的とする。測定は、血管の狭窄症（狭窄）を外科的に、又はいわゆ るドッター技術といった介入によって処置する必要があり、また正当化されるか どうかを決定することを目的とする。既知の方法によれば、特に形状である密度 分布の細部の幅は、当該細部の最大密度値の１／１０における形状の幅として（ ＦＷＴＭ測定）、或いは形状の表面積の１／１０を除外する密度値における形状 の幅として（ＦＷＴＡ測定）測定される。該論文は、血管（或いはポリエステル のピペット）の幅はしばしば過大評価されると述べている。既知の方法に従って 、ノイズによる乱れを妨げるように、密度分布が平均されたとしても、そのよう な修正は、血管の大きさの測定の不正確さをほとんど軽減しない。重大な場合に 、血管狭窄は見落とされえ、或いは不都合に危険ではないと見なされることは、 既知の方法の欠点である。 本発明は、既知の方法によって求められた値と比較してより正確な、密度分布 から検査される対象の細部の寸法の値を求める方法を提供することを目的とする 。 これを達成するため、本発明による方法は、対象の対応する細部寸法の値を、 密度分布の該細部の外側の密度分布の一部分の密度値及び、密度分布の中の該細 部の密度値から求めることを特徴とする。 例えば検査される患者である検査される対象の密度分布は、例えばＸ線を使用 するコンピュータ断層撮影法によって、Ｘ線ビームによる照射によって陰影画像 を形成することによって、又は磁気共鳴 （ＭＲＩ）によって記録されうる。 検査される患者の血管といった、検査される対象の細部の寸法の不正確さ、特 に過大評価は、特に細部の寸法が小さい場合には重大であることが見いだされて いる。様々な理由のため、密度分布の細部の境界はぼやける。いかなる処置もな されなければ、そのようなぼやけは、当該細部の寸法の値に関して不正確な結果 となる。以下、ぼやけは、記録された密度分布の中で幾分急な勾配として現れる 、対象の階段状の密度分布を意味すると理解される。例えば、Ｘ線は正確に１つ の点からは放射されない、或いは散乱されたＸ線であるため、患者を通過したＸ 線の検出用にＸ線検出器の限られた空間分解能が使用されるため、ぼやけが生ず る。密度分布を記録するために磁気共鳴法が使用されると、磁気共鳴信号を検出 するために使用された受信方式の限られた感度のため、広がり及び／又はぼやけ が生ずる。ぼやけは、特に密度分布の中の小さな細部の幅に影響を与えるが、そ のような小さな細部の外側の密度分布の一部分に対してはより小さな影響を及ぼ す。やや大きな細部の寸法は、密度分布の対応する細部の幅に正確に対応するこ とが見いだされている。密度分布の対応する細部だけでなく、当該細部の外側の 密度分布の一部分も考慮に入れることにより、検査される対象の当該細部の寸法 の正確な値を得ることが可能である。寸法の値を求めるため、該細部及び該細部 の外側の密度値は、望ましくは、所定の関係が該 夫々の密度値に対応する検査 される対象の部分の密度と共に存在するような方法で選択され；実質的に同じ構 成を有する対象の部分とすでに関係する密度値が使用されることが望ましい。当 該細部の寸法の正確な値は、密度分布の対応する細部の密度値及び当該細部の外 側の密度値からの計算によって得られることが望ましい。 特にぼやけが主に検査される対象の所与の方向の密度の変動のために生ずるの に対して、該所与の方向を横切る方向の密度の変動がずっと少なくぼやけている 場合は、本発明の方法によって、正確な 結果が得られる。そのような状態は特に、再構築平面は主に最大分解能の平面に 対して垂直に伸びる、いわゆる多平面状再構築（ＭＰＲ）によるＸ線コンピュー タ断層撮影法によって得られた密度分布の中で生ずる。スライス感度形状に関す るぼやけは、軸方向のぼやけよりもはるかに強いことが見いだされている。ＭＰ Ｒは、本来、「Investigative Radiology 第１０巻（１９７５年９月／１０月） 」の中で、William V．Glen ほかによる論説「Further Investigation and init ial clinical use of advanced CT display capability（進んだＣＴ表示器能力 の更なる研究及び初期の臨床使用）」及び「Image generarion and display tec hniques for CT scan data（ＣＴスキャンデータのための画像発生及び表示技術 ）」から既知である。 本発明による望ましい変形は、修正された最大値は、密度分布の中の該細部の 最大密度値及び該細部の外側の密度値から求められ、対象の中の対応する細部の 寸法の値は、密度分布の西部の幅から求められ、密度値は、修正された最大値の 所定の分数値に達することを特徴とする。 小さな細部の寸法の過剰評価は、特に密度分布の対応する細部の最大密度値が 減少されているということによって引き起こされている。修正された最大密度値 は、該減少された最大密度値及び当該細部の外側の密度値から求められ、そのた め該減少は補正される。密度分布の、例えば形状である当該細部の幅は、該修正 された最大密度値の所定の分数値に対する検査される対象の当該細部の寸法に正 確に一致する。細部の寸法の過剰評価は、実質的に最大密度値の減少の補正によ って軽減されることが分かる。 本発明による方法の更なる望ましい変形は、修正された最大値は検査される対 象の第２の細部に関する密度分布の一部分の最大値から求められ、第２の細部は 、密度分布の該細部に対応する検査される対象の中の該細部の寸法よりも実質的 に大きい寸法を有すること を特徴とする。 第２の細部は、比較的大きな寸法を有し、従って該第２の細部に関する密度分 布の中の最大密度値は、ほとんど減少されない。寸法が測られるべきより小さい 細部に関して第２の細部を適切に選択することにより、より小さな細部の最大密 度値の減少の正確な構成を達成することが可能である。第２の細部に関する最大 密度値は、第１の細部の密度値と比較される。密度分布のより小さい細部の該正 確に修正された最大密度値を使用することによって、検査される対象の細部の寸 法の正確な値は、上述のように求められる。 更に、検査される対象の第１及び第２の細部は、同じである、望ましくは実質 的に同じ密度を有するように選択されることが望ましい。第１の細部が狭い血管 であるとき、該狭い血管の近隣のより大きい血管を第２の細部として、或いは同 じ血管のより幅広い部分を第２の細部として選択することは特に有利である。 検査される対象の細部の寸法の値に関する正確な結果は、該寸法を修正された 最大密度値の分数値１／２における密度分布の対応する細部の幅から求めること によって特に達成される。 本発明による方法の上記の変形の夫々は、例えばＸ線コンピュータ断層撮影法 （ＣＴスキャン）、Ｘ線ビームによる照射、或いは磁気共鳴イメージング（ＭＲ Ｉ）といった様々なイメージング方法によって得られた検査される患者の密度分 布に対して、特に適している。 イメージングは、様々な方法で実行されうる。例えば、イメージングは、検査 される対象がＸ線源からのＸ線により照射され、検査される対象を通過したＸ線 が位置に敏感なＸ線検出器によって検出され、対象に関する多数の方向で、Ｘ線 点及びＸ線検出器は一緒に配置可能であり、検査される対象の密度分布は別々の 方向で検出されたＸ線画像に基づいて再構築され、密度分布の細部からは、検査 される対象の対応する細部の寸法が求められるようなコンピュータ 断層撮影法によって実行されうる。検査される対象のスライスの画像は、いわゆ る個々のＸ線画像の多平面状の再構築によって得られる密度分布から求められう る。イメージングはまた、Ｘ線源からのＸ線ビームによって対象を照射すること 、及びＸ線源の反対側に配置されたＸ線検出器によって検査される対象を通過し た放射線を検出すること、密度分布は検出されたＸ線からの陰影画像として求め られることによる対象の放射線検査によっても実行されうる。更に、イメージン グは、該対象を静的な磁界に配置すること、電磁励起信号を発生すること、及び 磁気共鳴信号から対象の密度分布を求めるため、場所に依存した磁気共鳴信号を 発生するために一時的な傾斜磁界を発生することにより、検査される対象の磁気 共鳴イメージングによっても実行されうる。 本発明は、検査される対象の密度分布から、検査される対象の中の細部の寸法 の値を求めるための、該値が従来のＣＴ装置によって測定された値よりもより正 確であるようなコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）装置を提供することを更なる目 的とする。これを達成するため、本発明によるコンピュータ断層撮影装置は、算 術ユニットが密度分布の中の該細部の外側の密度分布の一部分の密度値及び、密 度分布の中の該細部の密度値から、対象の対応する細部の寸法の値を求めるため に配置されていることを特徴とする。本発明によるコンピュータ断層撮影装置は 、請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の方法を実行するのに適している。 本発明の上記の及び他の面は、以下に示される実施例に対する参照によって明 らかになり、説明される。 図面において、 図１は、本発明によるコンピュータ断層撮影装置を図式的に示す図であり、 図２は、コンピュータ断層撮影装置によって得られた密度分布を略図的に示す 図であり、 図３は、図２の密度分布の別々の細部の密度値の異なる寸法を有する形状を示 す図である。 図１は、本発明によるコンピュータ断層撮影装置を図式的に示す。Ｘ線源１は 、例えば検査される患者２といった対象２を照射するための広がった平らな（扇 形の）Ｘ線ビームを発するため、スリット形のダイヤフラム１０と協働する。Ｘ 線検出器３は、Ｘ線源１の反対側に配置される。本実施例のＸ線検出器は、別々 の検出器セル１１の列からなる、位置に敏感なＸ線検出器である。検出器セル１ １は、例えば気体が充填された（キセノン）検出器或いは固体の状態の検出器で ある。扇形のＸ線ビームの厚みは、一般的にＸ線源とＸ線検出器の間の半分のと ころで１ｍｍ乃至１０ｍｍに達する。患者を通過し、Ｘ線検出器上に投射された 放射線の強度は、主にＸ線源とＸ線検出器の間の台１２上に配置された患者２の 中での吸収によって測定される。吸収は、支持体１３によってＸ線源１及びＸ線 検出器３を一緒に患者の周りを回転させることにより、多数の方向から多数の線 に沿って測定される。Ｘ線源及びＸ線検出器の連結された回転は連続的でもあり え、断続的でもあり得る。更に、Ｘ線検出器が患者の重要な３次元の体積からデ ータを獲得するように、患者は照射及び回転の間、回転軸に沿って転位されうる 。Ｘ線源とＸ線検出器の回転可能な組立部品に加えて、コンピュータ断層撮影装 置はまた、回転可能ではないが、（実質的に）患者の完全な周囲に沿って伸びる 検出方式からなる。概してＸ線源とＸ線検出器の組立部品は、患者の周りを完全 に、即ち３６０°回転する。代わりに、患者の周りに完全に伸びる検出方式も使 用されえ、その場合はＸ線源が患者の周りを完全に回転する。更に、Ｘ線源につ いては、患者の周りに配置された環状の陽極も使用されえ、陽極から発生するＸ 線の電子ビームの入射点は、患者の周りの環状の陽極に沿って転位される。しか しながら、それは原則として、合計で１８０°に達する角度及び扇形のビームの 開口の角度を通って患者の周りを回転す る扇形のビームの使用でもまた充分である。 Ｘ線源とＸ線検出器のいかなる位置或いは方向においても、個々の検出器セル によって受け取られたＸ線の強度は、ディジタル化され、再構築ユニット４に対 して適用される。再構築ユニット４においてこの測定データは、既知のエラー源 及び乱れに対する修正の後、検査される患者の密度分布へと変換される。例えば 、夫々Ｘ線吸収が高い或いは低い患者の部分に対応する高い及び低い密度値が密 度分布の中に生ずる。更に、患者を通る平面に沿ったスライスの画像は、再構築 ユニットによって密度分布から得られる。この種類の画像は、例えば検査される 患者の断面図を示す。そのような画像は、再構築ユニットに連結されたモニタ１ ４上に表示されうる。画像はまた、ディジタル画像マトリクスとして記憶される か、又は更なる処理のため、画像処理ユニットへと適用されうる。コンピュータ 断層撮影装置はまた、再構築ユニット４に連結する算術ユニット５からなる。再 構築ユニット４は、算術ユニットに対して密度分布を適用する。算術ユニットは 、密度分布から、例えば血管の直径といった患者の細部の寸法の正確な値を求め る。 コンピュータ断層撮影装置といった現代のＸ線検査装置及び磁気共鳴によって 画像を形成するための現代の装置では、当該細部の寸法は、適切にプログラミン グされたコンピュータ或いは特別な目的の電子プロセッサによって求められうる 。 図２は、密度分布を、多平面状の再構築によるコンピュータ断層撮影装置によ って得られるような検査される患者の断面図の画像の形式で、線図的に示す。 密度分布のグレー値は、密度値を示す。例えば、高い密度値を有する部分は白 色で示され、低い密度値を有する部分は黒色で示される。密度分布は、直径が幾 つかの位置で求められるべき血管に対応する幾つかの細部２０，２１からなる。 密度分布はまた、より大きな細部２２からなる。解剖学上の理由のため、より大 きな細部２２ の密度は実質的に細部２０，２１の密度と同じであると求められ得る。示された 例では、小さな細部２０は、例えば血管狭窄に関する。適切な診断をするため、 狭窄した血管の直径が正確に測定されることが重要である。狭窄した血管の直径 に従って、医師は手術か薬物による処置かを決定することができる。 図３は、図２の密度分布の様々な寸法の別々の細部の密度値の形状を示す。理 想的な例では、そのような形状は実質的にブロック形であるが、実際は縁はぼや け、形状はわずかに不鮮明である。ぼやけは、特に方式の有限の分解能による。 コンピュータ断層撮影装置の場合、軸の方向、即ち検査される患者の縦の方向を 横切る方法であって、従ってほぼ扇形のビームの中のぼやけは、例えば個々の検 出器セルの敏感な表面の有限の幅によるものか、或いは、扇形のビームは正確に 点の形の焦点からは発せられないということによる。縦の方向では、ぼやけはい わゆるスライス感度形状に関する。これは縦の方向、即ち扇形のビームの平面を 横切る方向では、ぼやけは、Ｘ線ビームが有限の厚みを有するため、そしてまた 転位の階段状の大きさ、又は回転軸に沿った患者の転位の速度のため特に生ずる ことを意味する。患者の内部のＸ線の散乱もぼやけの一因となる。図２に示され るような変化する範囲に対してぼやけが生ずる測定された形状は、理想的なブロ ック形の形状の、例えばガウス或いはローレンツ形状といった釣り鐘形の形状に よるコンボリューションによって適当に近似される。比較的大きな細部に関する 形状では、形状の縁におけるぼやけは、形状の寸法に関して比較的重大ではない 。主に低い密度値において形状は広げられる。従って、形状の幅のＦＷＴＭ測定 は、患者の中の対応する細部（血管の幅）の寸法の過大評価を生む。形状の最大 密度値のほぼ半分における形状の幅（ｂ_1/2）即ち（ＦＷＨＭ）は、細部の寸法 のより正確な値を生む。これはぼやけは当該の形状の縁において特に生じ、その ためぼやけは、小さい細部の寸法が測定されうるときは、精密さに対して比較的 大 きな影響を及ぼすためである。ぼやけが考慮されないならば、例えば３ｍｍであ るスライス感度形状の幅よりも小さい細部の寸法は、それに基づいて診療を行う には充分に正確には測定され得ない。より小さい寸法の細部の場合には、測定さ れた形状のぼやけが生ずるだけでなく、形状の最大密度値もまた重大に減少され ることがわかる。該形状の幅が該減少された最大の分数値において測定されるな らば、当該細部の寸法は、形状の幅は、実質的に広げられた比較的低い密度値の 部分で得られるため、過大評価される。本発明による方法は、形状の最大密度値 を修正し、そのため該最大密度値の減少は補正される。形状の幅は、修正された 最大密度値の所定の分数値（望ましくは半分）で得られるため、特に低い密度値 における広がりをもたらす、ぼやけによる当該細部の寸法の測定の実質的な乱れ は、妨げられる。 密度分布の対応する細部の幅からの細部の寸法の獲得は、以下において図３に 示される幾つかの形状を参照して詳述される。形状Ａは、密度分布の、例えば血 管２０の（Ｐ１として示される）比較的広い部分といった比較的大きな細部に関 連づけられている。検査される患者の中の、例えば血管といった同じ細部に対応 する理想的な形状は、破線で囲まれたブロックＡ’として示される。形状Ａに対 しては、最大密度値ｄ_maxの半分での形状の幅ｂ_1/2（Ａ）は、理想的な形状Ａ’ と正確に対応し、そのため当該の血管の寸法の正確な値は、ｂ_1/2（Ａ）の値に よって求められうる。 形状Ｂは、例えば血管２０の（Ｐ２として示される）幾分狭い部分といったよ り小さな細部に関連づけられる。ぼやけの様々な原因のため、形状は理想的な形 状Ｂ’に関して広げられているが、形状Ｂの最大密度値ｄ_Bは、ｄ_maxに関して特 に減少されている。最大密度値ｄ_maxは、形状Ｂの修正された最大密度値として 形状Ａから求められる。形状Ｂの幅が、最大密度値ｄ_maxの半分で得られたとき 、幅ｂ_1/2（Ｂ）は対応する理想的なブロック形の形状Ｂ’に対 応することが分かる。 明らかに、代わりに実質的に同じ密度を有することが期待される他の細部の密 度値を使用することが可能である。例では、ｄ_maxはまた、大動脈を示すより大 きな細部２２の部分Ｄの中の平均密度値から求められ得る。更に、主に最大のぼ やけの方向に伸びる細部の部分を使用することが可能である。例えば、線１に沿 った最大密度値は、位置Ｐ３の領域における直径を求めるために使用されうる。 本発明による方法は、当該細部が、ぼやけが示されるガウス或いはローレンツ 分布といった、例えばぼやけ形状のＦＷＨＭといった典型的な幅よりも大きな寸 法を有するならば、患者の中の、特に血管である当該細部の寸法に対する正確な 結果を生むことが見いだされた。ぼやけ形状の幅よりもわずかに小さいだけの寸 法の細部に対してさえ、本発明による方法は、細部の実際の寸法から１０％以上 は偏向しないそのような細部の幅の値を生む。本発明は、３ｍｍのスライスの厚 さによってイメージングされた直径３ｍｍの血管の直径の正確な測定を可能にす ることが見いだされている。これは、例えば直径６ｍｍの腎動脈では、５０％の 狭窄症が正確に測定されうることを意味する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 密度分布の細部から検査される対象の中の対応する細部の寸法を求めるこ とによって、検査される対象の密度分布から対象の細部の寸法を測定する方法で あって、 対象の対応する細部寸法の値は、 密度分布の該細部の外側の密度分布の一部分の密度値及び、 密度分布の中の該細部の密度値から求められることを特徴とする方法。 ２． 修正された最大値は、密度分布の中の該細部の最大密度値及び該細部の外 側の密度値から求められ、 対象の中の対応する細部の寸法の値は、密度分布の細部の幅から求められ、 密度値は、修正最大値の所定の分数値に達することを特徴とする請求項１記載 の方法。 ３． 修正された最大値は、検査される対象の第２の細部に関する密度分布の一 部分の最大値から求められ、 第２の細部は、密度分布の該細部に対応する検査される対象の中の該細部の寸 法よりも、実質的に大きな寸法を有することを特徴とする請求項２記載の方法。 ４． 所定の分数値は１／２であることを特徴とする請求項２または３記載の方 法。 ５． 検査される対象の密度分布が再構築され、 検査される対象の中の対応する細部の寸法は、密度分布の細部から求められる イメージング方法であって、 対象の対応する細部の寸法の値は、 密度分布の該細部の外側の密度分布の一部分の密度値及び、 密度分布の中の該細部の密度値から求められることを特徴とする方法。 ６． 検査される対象の密度分布の再構築のための装置と、 密度分布の細部から検査される対象の中の対応する細部の寸法を求めるために 配置される算術装置とを含むイメージング方式であって、 算術ユニットは、 密度分布の中の該細部の外側の密度分布の一部分の密度値及び、 密度分布の中の該細部の密度値から、 対象の対応する細部の寸法の値を求めるために配置されることを特徴とする方 式。 ７． Ｘ線により検査される対象（２）を照射するＸ線源（１）と、 検査される対象を通過したＸ線を検出するＸ線検出器（３）と、 対象に関する多数の方向に一緒に配置可能なＸ線源及びＸ線検出器と、 別々の方向で検出されたＸ線画像に基づいて検査される対象の密度分布を再構 築する再構築ユニット（４）と、 密度分布の細部から、検査される対象の中の対応する細部の寸法を求める算術 ユニット（５）とからなるコンピュータ断層撮影法であって、 算術ユニットは、 密度分布の中の該細部の外側の密度分布の一部分の密度値、及び密度分布の中 の該細部の密度値から、 対象の対応する細部の寸法の値を求めるよう配置されることを特徴とするコン ピュータ断層撮影装置。