JP2016104125A - X-ray ct apparatus, image processing apparatus and program - Google Patents

X-ray ct apparatus, image processing apparatus and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray CT apparatus which is improved in accuracy in correction of distortion of the spectrum of X-rays detected by a detector, and an image processing apparatus and a program.SOLUTION: In an X-ray CT apparatus, radiation energy transmitted through a subject is detected by a detector and image processing is performed on data based on the energy. The X-ray CT apparatus includes a generation unit and a regeneration unit. The generation unit generates second projection data by correcting first projection data based on a first spectrum showing the dosage of X-rays for each radiation energy detected by the detector with response information corresponding to the detector. The regeneration unit regenerates second projection data.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明の実施形態は、X線CT装置、画像処理装置およびプログラムに関する。   Embodiments described herein relate generally to an X-ray CT apparatus, an image processing apparatus, and a program.

近年、シリコンをベースとした光電子増倍器の開発が盛んになると共に、光電子増倍器を用いたX線CT(Computed Tomography:コンピュータ断層撮影)装置等の放射線検出装置の開発が進んでいる。このようなX線CT装置の一例として、被検体を透過したX線のエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルを検出するスペクトラルCT装置またはフォトンカウンティングCT装置がある。フォトンカウンティングCT装置等では、被検体を透過したX線のスペクトルの減弱の程度から、被検体の線減弱係数を示す復元画像を再構成する。   In recent years, development of silicon-based photomultipliers has become active, and radiation detection apparatuses such as X-ray CT (Computed Tomography) apparatuses using photomultipliers have been developed. As an example of such an X-ray CT apparatus, there is a spectral CT apparatus or a photon counting CT apparatus that detects a spectrum indicated by the number of photons for each X-ray energy transmitted through a subject. In a photon counting CT apparatus or the like, a reconstructed image indicating the line attenuation coefficient of the subject is reconstructed from the degree of attenuation of the spectrum of the X-ray transmitted through the subject.

検出器で観測されるX線のスペクトルは、X線のエネルギーを観測値に変換する過程で生じるゆらぎ、もしくはノイズに起因するX線のエネルギーのずれ、またはX線が検出器の素子と光電変換もしくは散乱等の相互作用を起こすことにより、検出器に入射したX線のスペクトルから歪んで検出される。この歪んだスペクトルをそのまま用いて計算された被検体の線減弱係数は、真の値とは異なる値になる。   The X-ray spectrum observed by the detector is a fluctuation generated in the process of converting the X-ray energy into an observed value, a shift in the X-ray energy due to noise, or the X-ray is photoelectrically converted from the detector element. Alternatively, the detection is distorted from the spectrum of the X-rays incident on the detector by causing an interaction such as scattering. The linear attenuation coefficient of the subject calculated using the distorted spectrum as it is becomes a value different from the true value.

このような歪んだスペクトルを補正するためのX線のスペクトルの検出方法の1つとして、キャリブレーション用の被検体を用いて取得したX線のフォトン数の実測値と、シミュレーションにより求めた理論値とから、エネルギー毎に実測値を理論値へ近似させるための補正式を求める技術が提案されている。そして、検出したX線のスペクトルに対して、補正式を適用する。   As one of the X-ray spectrum detection methods for correcting such a distorted spectrum, the measured value of the number of photons of X-rays obtained using a calibration object and the theoretical value obtained by simulation. Therefore, a technique for obtaining a correction formula for approximating a measured value to a theoretical value for each energy has been proposed. Then, a correction formula is applied to the detected X-ray spectrum.

しかし、上述の補正式を適用する技術においては、補正式を作成した条件と比較して、被検体の組成が異なる場合、フォトン数を正確に補正することができないという問題点がある。この場合、被検体を透過したX線のスペクトルから得られるサイノグラムの画素値は真の値と異なることになる。   However, in the technique that applies the above-described correction formula, there is a problem that the number of photons cannot be corrected accurately when the composition of the subject is different from the conditions for creating the correction formula. In this case, the pixel value of the sinogram obtained from the X-ray spectrum transmitted through the subject is different from the true value.

“Image−based spectral distortion correction for photon−counting x−ray detectors”, Medical physics, 39(4), pp.1864−1876, 2012.“Image-based spectral distortion correction for photo-counting x-ray detectors”, Medical physics, 39 (4), pp. 199 1864-1876, 2012.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出器により検出されたX線のスペクトルの歪みの補正の精度を向上させるX線CT装置、画像処理装置およびプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an X-ray CT apparatus, an image processing apparatus, and a program that improve the accuracy of correction of distortion of the X-ray spectrum detected by the detector. And

実施形態のX線CT装置は、検出器により被検体を透過した放射線のエネルギーが検出され、エネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行するX線CT装置であって、生成部と、再構成部と、を備える。生成部は、検出器により検出された放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルに基づく第1投影データを、検出器に対応する応答情報により補正して、第2投影データを生成する。再構成部は、第2投影データを再構成する。   An X-ray CT apparatus according to an embodiment is an X-ray CT apparatus that detects energy of radiation that has passed through a subject by a detector and performs image processing on data based on the energy. A section. The generation unit corrects the first projection data based on the first spectrum indicating the amount of X-rays for each energy of the radiation detected by the detector with the response information corresponding to the detector, and generates the second projection data. To do. The reconstruction unit reconstructs the second projection data.

第1の実施形態に係るX線検査装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an X-ray inspection apparatus according to a first embodiment. サイノグラムを説明する図である。It is a figure explaining a sinogram. 特定のチャネルで検出されたエネルギーのスペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectrum of the energy detected by the specific channel. 被検体サイノグラムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a subject sinogram. 検出器に入射するX線の物理現象を説明する図である。It is a figure explaining the physical phenomenon of the X-ray which injects into a detector. 検出スペクトルを説明する図である。It is a figure explaining a detection spectrum. 第1の実施形態の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the block configuration of the image processing part of 1st Embodiment. 第1の実施形態の画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of an operation of an image processing unit according to the first embodiment. 第1の実施形態の変形例1の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the block configuration of the image process part of the modification 1 of 1st Embodiment. 検出スペクトルが補正された復元スペクトルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the decompression | restoration spectrum by which the detection spectrum was correct | amended. 第2の実施形態の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the block configuration of the image processing part of 2nd Embodiment. 出射スペクトルおよび被検体スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an emission spectrum and a subject spectrum. 第2の実施形態の画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the image process part of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の変形例の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the block configuration of the image process part of the modification of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の画像処理部の生成部のブロック構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the block configuration of the production | generation part of the image processing part of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the image process part of 3rd Embodiment.

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るX線CT装置、画像処理装置およびプログラムを詳細に説明する。また、以下の図面において、同一の部分には同一の符号が付してある。ただし、図面は模式的なものであるため、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。   Hereinafter, an X-ray CT apparatus, an image processing apparatus, and a program according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the same part. However, since the drawings are schematic, a specific configuration should be determined in consideration of the following description.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るX線検査装置の全体構成図である。図1を参照しながら、X線検査装置1の全体構成の概要を説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the X-ray inspection apparatus according to the first embodiment. An overview of the overall configuration of the X-ray inspection apparatus 1 will be described with reference to FIG.

X線CT装置の一例であるX線検査装置1は、図1に示すように、放射線の一例であるX線を被検体40に透過させてエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルとして検出することにより、被検体40の投影断面41の断面画像を得るスペクトラルCT装置またはフォトンカウンティングCT装置等である。X線検査装置1は、図1に示すように、架台装置10と、寝台装置20と、コンソール装置30(画像処理装置)と、を備えている。   As shown in FIG. 1, an X-ray inspection apparatus 1 that is an example of an X-ray CT apparatus transmits X-rays that are an example of radiation to a subject 40 and detects it as a spectrum indicated by the number of photons for each energy. Thus, a spectral CT apparatus, a photon counting CT apparatus, or the like that obtains a cross-sectional image of the projected cross section 41 of the subject 40. As shown in FIG. 1, the X-ray inspection apparatus 1 includes a gantry device 10, a bed device 20, and a console device 30 (image processing device).

架台装置10は、被検体40に対してX線を照射して透過させ、上述のスペクトルを検出する装置である。架台装置10は、X線管11と、回転フレーム12と、検出器13と、照射制御部14と、架台駆動部15と、データ収集部16(収集部)と、を備えている。   The gantry device 10 is a device that irradiates and transmits the subject 40 with X-rays and detects the above-described spectrum. The gantry device 10 includes an X-ray tube 11, a rotating frame 12, a detector 13, an irradiation control unit 14, a gantry driving unit 15, and a data collecting unit 16 (collecting unit).

X線管11は、照射制御部14から供給される高電圧によりX線を発生する真空管であり、被検体40に対してX線ビーム11aを照射する。X線管11から照射されるX線のエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルは、X線管11の管電圧、管電流、および、線源に用いるターゲット(例えば、タングステン等)の種類によって定まる。そして、X線管11から照射されたX線は、被検体40を透過する際に、被検体40を構成する物質の状態に応じてX線のエネルギーが減弱し、各エネルギーのフォトン数が減少してスペクトルが変化する。   The X-ray tube 11 is a vacuum tube that generates X-rays with a high voltage supplied from the irradiation control unit 14, and irradiates the subject 40 with the X-ray beam 11 a. The spectrum indicated by the number of photons for each X-ray energy irradiated from the X-ray tube 11 is determined by the tube voltage of the X-ray tube 11, the tube current, and the type of target (for example, tungsten) used for the radiation source. . When the X-rays irradiated from the X-ray tube 11 pass through the subject 40, the energy of the X-rays is attenuated according to the state of the substance constituting the subject 40, and the number of photons of each energy is reduced. As a result, the spectrum changes.

回転フレーム12は、X線管11と検出器13とを、被検体40を挟んで対向するように支持するリング状の支持部材である。   The rotating frame 12 is a ring-shaped support member that supports the X-ray tube 11 and the detector 13 so as to face each other with the subject 40 interposed therebetween.

検出器13は、チャネル毎に、X線管11から照射されて被検体40を透過したX線であるX線ビーム11bのエネルギーごとのフォトン数を検出する検出器である。すなわち、検出器13は、チャネル毎に、後述する図4に示すようなX線のエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルを検出する。ここで、検出器13により検出されたスペクトルを、以下、「検出スペクトル」という場合があるものとする。検出器13は、図1に示すように、回転フレーム12の周方向に回転しながら、ビュー毎にスペクトルを検出する。ここで、ビューとは、回転フレーム12の周方向の1周360°のうち、所定角度ごとに検出器13によりスペクトルが検出される場合の角度のことをいうものとする。すなわち、検出器13が0.5°ごとにスペクトルを検出する場合、1ビュー=0.5°というものとする。検出器13は、チャネル方向(回転フレーム12の周方向)に複数の検出素子が配列された検出素子列が、被検体40の体軸方向(スライス方向)(図1に示すZ軸方向)に沿って複数列配列された2次元アレイ型検出器である。なお、検出器13の検出素子列は、フォトカウンティング型検出素子と積分型検出素子との組み合わせで構成されていてもよい。また、X線管11と検出器13との組が、複数組設置されているものとしてもよい。   The detector 13 is a detector that detects, for each channel, the number of photons for each energy of the X-ray beam 11 b that is an X-ray irradiated from the X-ray tube 11 and transmitted through the subject 40. That is, the detector 13 detects, for each channel, a spectrum indicated by the number of photons for each X-ray energy as shown in FIG. 4 described later. Here, it is assumed that the spectrum detected by the detector 13 may be hereinafter referred to as “detected spectrum”. As shown in FIG. 1, the detector 13 detects a spectrum for each view while rotating in the circumferential direction of the rotating frame 12. Here, the view means an angle when a spectrum is detected by the detector 13 at every predetermined angle out of 360 degrees in the circumferential direction of the rotating frame 12. That is, when the detector 13 detects a spectrum every 0.5 °, it is assumed that 1 view = 0.5 °. The detector 13 has a detection element array in which a plurality of detection elements are arranged in the channel direction (circumferential direction of the rotating frame 12) in the body axis direction (slice direction) of the subject 40 (Z-axis direction shown in FIG. 1). It is a two-dimensional array type detector arranged in a plurality of rows along. Note that the detection element array of the detector 13 may be configured by a combination of a photocounting type detection element and an integration type detection element. A plurality of sets of the X-ray tube 11 and the detector 13 may be installed.

照射制御部14は、高電圧を発生して、発生した高電圧をX線管11に供給する装置である。   The irradiation control unit 14 is a device that generates a high voltage and supplies the generated high voltage to the X-ray tube 11.

架台駆動部15は、回転フレーム12を回転駆動させることで、被検体40を中心とした円軌道上でX線管11および検出器13を回転駆動させる装置である。なお、架台駆動部15は、X線管11および検出器13の双方を回転駆動させる構成に限定されるものではない。例えば、検出器13は、回転フレーム12の周方向に1周分にわたって検出素子が配列されて構成されており、架台駆動部15は、X線管11のみを回転駆動させる構成であってもよい。   The gantry driving unit 15 is a device that rotationally drives the rotary frame 12 to rotationally drive the X-ray tube 11 and the detector 13 on a circular orbit around the subject 40. The gantry driving unit 15 is not limited to a configuration that rotationally drives both the X-ray tube 11 and the detector 13. For example, the detector 13 may be configured such that detection elements are arranged for one turn in the circumferential direction of the rotating frame 12, and the gantry driving unit 15 may be configured to rotate only the X-ray tube 11. .

データ収集部16は、検出器13によりチャネル毎に検出されたエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトル(第1スペクトル)のデータを収集する装置である。そして、データ収集部16は、収集したスペクトルのデータそれぞれに対して増幅処理またはA/D変換処理等を行なって、所定幅のエネルギー帯ごと(以下、単に「エネルギーごと」という場合もあるものとする)のサイノグラムを生成し、コンソール装置30に出力する。   The data collection unit 16 is a device that collects data of a spectrum (first spectrum) indicated by the number of photons for each energy detected for each channel by the detector 13. Then, the data collection unit 16 performs amplification processing or A / D conversion processing on each collected spectrum data, for each energy band of a predetermined width (hereinafter, sometimes simply referred to as “every energy”). ) Is generated and output to the console device 30.

寝台装置20は、被検体40を載せる装置であり、図1に示すように、寝台駆動装置21と、天板22とを、備えている。   The couch device 20 is a device on which the subject 40 is placed, and includes a couch driving device 21 and a top plate 22 as shown in FIG.

天板22は、被検体40が載置されるベッド等の寝台である。寝台駆動装置21は、天板22に載置される被検体40の体軸方向(Z軸方向)へ移動させることによって、被検体40を回転フレーム12内に移動させる装置である。   The top plate 22 is a bed such as a bed on which the subject 40 is placed. The couch driving device 21 is a device that moves the subject 40 into the rotary frame 12 by moving the subject 40 placed on the top plate 22 in the body axis direction (Z-axis direction).

コンソール装置30は、操作者によるX線検査装置1に対する操作を受け付け、架台装置10によって収集されたデータから断面画像(復元画像)を再構成する装置である。コンソール装置30は、図1に示すように、入力装置31(入力部)と、表示装置32と、スキャン制御部33と、画像処理部34と、画像記憶部35と、システム制御部36と、を備えている。   The console device 30 is a device that receives an operation on the X-ray inspection apparatus 1 by an operator and reconstructs a cross-sectional image (restored image) from data collected by the gantry device 10. As shown in FIG. 1, the console device 30 includes an input device 31 (input unit), a display device 32, a scan control unit 33, an image processing unit 34, an image storage unit 35, a system control unit 36, It has.

入力装置31は、X線検査装置1を操作する操作者が各種指示を操作入力するための装置であり、操作入力された各種コマンドをシステム制御部36に送信する装置である。入力装置31は、例えば、マウス、キーボード、ボタン、トラックボール、またはジョイスティック等である。   The input device 31 is a device for an operator who operates the X-ray inspection apparatus 1 to input various instructions, and is a device that transmits various commands input by the operation to the system control unit 36. The input device 31 is, for example, a mouse, a keyboard, a button, a trackball, or a joystick.

表示装置32は、入力装置31を介して操作者から操作指示を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)を表示したり、後述する画像記憶部35が記憶する復元画像(断面画像)を表示する装置である。表示装置32は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)、または有機EL(Organic Electro−Luminescence)ディスプレイ等である。   The display device 32 displays a GUI (Graphical User Interface) for accepting an operation instruction from the operator via the input device 31, or displays a restored image (cross-sectional image) stored in the image storage unit 35 described later. It is. The display device 32 is, for example, a CRT (Cathode Ray Tube) display, an LCD (Liquid Crystal Display), an organic EL (Organic Electro-Luminescence) display, or the like.

スキャン制御部33は、照射制御部14、架台駆動部15、データ収集部16、および寝台駆動装置21の動作を制御する処理部である。具体的には、スキャン制御部33は、回転フレーム12を回転させながら、X線管11からX線を連続的または間欠的に出射させることで、X線スキャンを実行させる。例えば、スキャン制御部33は、天板22を移動させながら回転フレーム12を連続回転させて撮像を行なうヘリカルスキャン、または、被検体40の周りを回転フレーム12が1回転して撮像を行い、続いて被検体40が載置された天板22を少しずらして再び回転フレーム12が1回転して撮影を行うノンヘリカルスキャンを実行させる。   The scan control unit 33 is a processing unit that controls operations of the irradiation control unit 14, the gantry driving unit 15, the data collection unit 16, and the bed driving device 21. Specifically, the scan control unit 33 causes the X-ray scan to be executed by continuously or intermittently emitting X-rays from the X-ray tube 11 while rotating the rotary frame 12. For example, the scan control unit 33 performs helical scanning in which imaging is performed by continuously rotating the rotating frame 12 while moving the top plate 22, or imaging is performed by rotating the rotating frame 12 once around the subject 40, and then Then, the top plate 22 on which the subject 40 is placed is slightly shifted, and the rotating frame 12 is rotated once again to perform non-helical scanning for imaging.

画像処理部34は、データ収集部16から受信したサイノグラムから被検体の断面画像を再構成する処理部である。画像処理部34のブロック構成および動作の詳細については、後述する。   The image processing unit 34 is a processing unit that reconstructs a cross-sectional image of the subject from the sinogram received from the data collection unit 16. Details of the block configuration and operation of the image processing unit 34 will be described later.

画像記憶部35は、画像処理部34による再構成処理により生成された断面画像(復元画像)を記憶する機能部である。画像記憶部35は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、または光ディスク等の記憶装置である。   The image storage unit 35 is a functional unit that stores a cross-sectional image (restored image) generated by the reconstruction processing by the image processing unit 34. The image storage unit 35 is, for example, a storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or an optical disk.

システム制御部36は、架台装置10、寝台装置20およびコンソール装置30の動作を制御することによって、X線検査装置1の全体の制御を行う処理部である。具体的には、システム制御部36は、スキャン制御部33を制御することにより、架台装置10および寝台装置20による被検体40のスペクトルのデータの収集動作を制御する。また、システム制御部36は、画像処理部34を制御することにより、断面画像の再構成処理を制御する。また、システム制御部36は、画像記憶部35から断面画像を読み出して、表示装置32に断面画像を表示させる。   The system control unit 36 is a processing unit that controls the entire X-ray inspection apparatus 1 by controlling operations of the gantry device 10, the couch device 20, and the console device 30. Specifically, the system control unit 36 controls the scan control unit 33 to control the spectrum data collection operation of the subject 40 by the gantry device 10 and the couch device 20. In addition, the system control unit 36 controls the image processing unit 34 to control the cross-sectional image reconstruction process. Further, the system control unit 36 reads the cross-sectional image from the image storage unit 35 and causes the display device 32 to display the cross-sectional image.

なお、データ収集部16によって、収集したスペクトルのデータから所定のエネルギー帯ごとのサイノグラムが生成されるものとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、データ収集部16は、収集したスペクトルのデータを画像処理部34に送信し、画像処理部34によって、スペクトルのデータから所定幅のエネルギー帯ごとのサイノグラムが生成されるものとしてもよい。   The data collection unit 16 generates a sinogram for each predetermined energy band from the collected spectrum data, but the present invention is not limited to this. That is, the data collection unit 16 may transmit collected spectrum data to the image processing unit 34, and the image processing unit 34 may generate a sinogram for each energy band having a predetermined width from the spectrum data.

図2は、サイノグラムを説明する図である。図3は、検出器の特定のチャネルで検出されたエネルギーのスペクトルの一例を示す図である。図4は、被検体サイノグラムの例を示す図である。図5は、検出器に入射するX線の物理現象を説明する図である。図6は、検出スペクトルを説明する図である。図2〜6を参照しながら、サイノグラム、X線のエネルギーのスペクトル、および検出器13で検出される検出スペクトル等について説明する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a sinogram. FIG. 3 is a diagram showing an example of a spectrum of energy detected in a specific channel of the detector. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a subject sinogram. FIG. 5 is a diagram for explaining the physical phenomenon of X-rays incident on the detector. FIG. 6 is a diagram for explaining the detection spectrum. A sinogram, an X-ray energy spectrum, a detection spectrum detected by the detector 13, and the like will be described with reference to FIGS.

架台装置10のデータ収集部16は、検出器13により検出された、図3に示すようなエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトル(検出スペクトル)からサイノグラムを生成する。ここで、サイノグラムとは、図2に示すサイノグラム1001のように、X線管11のビュー毎、検出器13のチャネル毎の測定値を並べたデータであり、以降にお説明では、ビュー毎かつチャネル毎の測定値を画素値と見立て、サイノグラムを画像として扱うものとする。このうち、X線管11から照射されたX線が被検体40を透過して検出器13により検出されたスペクトル(図3参照)から生成されたサイノグラムを被検体サイノグラムというものとする。そして、被検体40を配置せずに、X線が空気だけを通過して検出器13により検出されたスペクトルから生成されたサイノグラムを空気サイノグラムというものとする。被検体サイノグラムおよび空気サイノグラムの画素値は、例えば、検出器13により測定値として検出されたフォトン数である。   The data collection unit 16 of the gantry device 10 generates a sinogram from a spectrum (detection spectrum) indicated by the number of photons for each energy detected by the detector 13 as shown in FIG. Here, the sinogram is data in which measured values for each view of the X-ray tube 11 and for each channel of the detector 13 are arranged like a sinogram 1001 shown in FIG. A measured value for each channel is regarded as a pixel value, and a sinogram is handled as an image. Among these, a sinogram generated from a spectrum (see FIG. 3) in which X-rays irradiated from the X-ray tube 11 pass through the subject 40 and are detected by the detector 13 is referred to as a subject sinogram. A sinogram generated from a spectrum detected by the detector 13 with X-rays passing through only air without placing the subject 40 is referred to as an air sinogram. The pixel values of the subject sinogram and the air sinogram are, for example, the number of photons detected as a measurement value by the detector 13.

また、検出器13は、ビュー毎、かつ、チャネル毎にエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルを検出するので、データ収集部16は、X線管11の1周分のX線スキャンにより、図4に示すような、エネルギーごとの被検体サイノグラム1011を得ることができる。図4に示す例では、スペクトルを4つのエネルギー帯に分割して、エネルギー帯ごとに4つの被検体サイノグラム1011a〜1011dが得られる場合を示している。なお、図4では、4つのエネルギー帯に分割する例を示したが、この分割数に限定されるものではない。また、復元画像(減弱係数を示す画像)および後述する密度画像のS/N比の向上の観点から、再構成時、および物質密度の推定時に使用するエネルギー帯は、フォトン数が均一であることが望ましい場合がある。これを実現するために、例えば、以下の2の方法がある。   In addition, since the detector 13 detects the spectrum indicated by the number of photons for each energy for each view and for each channel, the data acquisition unit 16 performs the X-ray scan for one round of the X-ray tube 11 to display the spectrum. As shown in FIG. 4, a subject sinogram 1011 for each energy can be obtained. In the example shown in FIG. 4, the spectrum is divided into four energy bands, and four object sinograms 1011a to 1011d are obtained for each energy band. In addition, although the example divided | segmented into four energy bands was shown in FIG. 4, it is not limited to this division | segmentation number. In addition, from the viewpoint of improving the S / N ratio of a restored image (an image showing an attenuation coefficient) and a density image described later, the number of photons in the energy band used for reconstruction and estimation of the material density is uniform. May be desirable. In order to realize this, for example, there are the following two methods.

(方法1)後述の第1投影データを作成する段階で、フォトン数が均一となるようなエネルギー帯で分割する。
(方法2)まず、細かく分割しておき(例えば、1[keV]毎に分割)、再構成または物質密度の推定を行う段階で、フォトン数を合算する。
(Method 1) At the stage of creating first projection data, which will be described later, the image data is divided into energy bands so that the number of photons is uniform.
(Method 2) First, it is finely divided (for example, divided every 1 [keV]), and the number of photons is added at the stage of reconstruction or estimation of material density.

なお、被検体サイノグラムは、画素によってスペクトル形状が異なるので、空気サイノグラムに基づいて分割するものとしてもよい。   Since the subject sinogram has a different spectrum shape depending on the pixel, it may be divided based on the air sinogram.

次に、図5を参照しながら、検出器13に入射するX線に対して発生する物理現象について説明する。検出器13は、図5に示すように、シンチレータ50と、接着層51と、SiPM(Si Photomultiplier)52と、を有するいわゆる間接変換型の検出器であるものとする。   Next, a physical phenomenon that occurs with respect to X-rays incident on the detector 13 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the detector 13 is a so-called indirect conversion type detector having a scintillator 50, an adhesive layer 51, and a SiPM (Si Photomultiplier) 52.

シンチレータ50は、X線ビーム11b(図1参照)が入射すると、X線よりも波長の長い紫外線、可視光線または赤外線のうち少なくともいずれかを含む電磁波(以下、シンチレーション光というものとする)に変換する部材である。シンチレータ50は、反射板50aによって、回転フレーム12の周方向、および、スライス方向にマットリックス状に画定する板部材である。反射板50aは、X線は透過させるが、シンチレーション光を反射する性質を有する。   When the X-ray beam 11b (see FIG. 1) is incident, the scintillator 50 converts it into an electromagnetic wave (hereinafter referred to as scintillation light) containing at least one of ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays having a wavelength longer than that of the X-rays. It is a member to do. The scintillator 50 is a plate member that is defined in a mat-like shape in the circumferential direction of the rotating frame 12 and in the slice direction by the reflecting plate 50a. The reflector 50a transmits X-rays but reflects scintillation light.

接着層51は、シンチレータ50の出射面側と、SiPM52の入射面側とを接着する層である。   The adhesive layer 51 is a layer that bonds the emission surface side of the scintillator 50 and the incident surface side of the SiPM 52.

SiPM52は、アバランシェフォトダイオード(Avalanche Photodiode:APD)とクエンチ抵抗との直列回路を複数並列に接続して構成された光電変換素子である。SiPM52は、シンチレータ50によりX線からシンチレーション光が接着層51を透過して入射すると、シンチレーション光から電流に光電変換する。シンチレータ50が反射板50aにより画定された各セルに対向するSiPM52の部分が、検出器13の各チャネルを形成する。   The SiPM 52 is a photoelectric conversion element configured by connecting a plurality of series circuits of an avalanche photodiode (APD) and a quench resistor in parallel. The SiPM 52 photoelectrically converts the scintillation light into current when the scintillator 50 receives the scintillation light from the X-rays through the adhesive layer 51. The portion of the SiPM 52 where the scintillator 50 faces each cell defined by the reflector 50 a forms each channel of the detector 13.

検出器13における特定のチャネルにX線が入射すると、シンチレータ50を構成する元素と反応する光電変換が生じ、X線のエネルギーのうち一部が蛍光X線として再放射され、残りのエネルギーはシンチレータ50と反応してシンチレーション光(可視光)となる。そして、蛍光が、図5に示すように、反射板50aを透過して他のチャネル(隣接するチャネル等)に移動する場合がある。この現象を、後述の蛍光と区別するために「エスケープ」というものとする。エスケープが発生すると、他のチャネルに移動したX線は、当該特定のチャネルにおけるフォトンの検出に寄与しないことになる。   When X-rays are incident on a specific channel in the detector 13, photoelectric conversion that reacts with the elements constituting the scintillator 50 occurs, a part of the X-ray energy is re-radiated as fluorescent X-rays, and the remaining energy is converted into the scintillator. 50 reacts with scintillation light (visible light). Then, as shown in FIG. 5, the fluorescence may pass through the reflecting plate 50a and move to another channel (such as an adjacent channel). This phenomenon is called “escape” in order to distinguish it from fluorescence described later. When the escape occurs, X-rays that have moved to another channel do not contribute to the detection of photons in the specific channel.

また、検出器13における特定のチャネルの周囲のチャネルにX線が入射すると、上述と同様に、シンチレータ50を構成する元素と反応して光電効果を生じ蛍光を発する。そして、蛍光が、図5に示すように、周囲のチャネルから反射板50aを透過して、当該特定のチャネルに移動する場合がある。この現象を、上述のエスケープと区別して、単に「蛍光」というものとする。蛍光が発生すると、他のチャネルに入射したX線のエネルギーの一部が、当該特定のチャネルで検出されることになる。   Further, when X-rays are incident on a channel around a specific channel in the detector 13, similarly to the above, it reacts with an element constituting the scintillator 50 to generate a photoelectric effect and emit fluorescence. Then, as shown in FIG. 5, the fluorescence may pass through the reflection plate 50a from the surrounding channel and move to the specific channel. This phenomenon is simply referred to as “fluorescence” in distinction from the above-mentioned escape. When fluorescence is generated, a part of the energy of the X-rays incident on the other channel is detected by the specific channel.

また、シンチレータ50に入射したX線は、上述の光電変換だけではなく、シンチレータ50を構成する元素に衝突することによるコンプトン散乱およびレイリー散乱(以下、単に「散乱」という)が生じて、これにより進行方向が屈曲したX線が、図5に示すように、周囲のチャネルから反射板50aを透過して、当該特定のチャネルに移動する場合がある。この散乱が生じると、他のチャネルに入射したX線のエネルギーの一部またはすべてが、当該特定のチャネルで検出されることになる。   Further, the X-rays incident on the scintillator 50 generate not only the photoelectric conversion described above but also Compton scattering and Rayleigh scattering (hereinafter simply referred to as “scattering”) due to collision with the elements constituting the scintillator 50, As shown in FIG. 5, the X-ray whose traveling direction is bent may pass through the reflection plate 50a from the surrounding channel and move to the specific channel. When this scattering occurs, some or all of the energy of the X-rays incident on the other channel is detected in the specific channel.

さらに、シンチレータ50に入射したX線のエネルギーの一部またはすべてが、シンチレータ50と反応してシンチレーション光に変換される。シンチレーション光は、上述のように、反射板50aを反射するが、図5に示すように、反射板50aが接着層51にまで延出して構成されていない場合、当該特定のチャネルの周囲のチャネルで発生したシンチレーション光は、接着層51を透過して、当該特定のチャネルのSiPM52で検出される場合がある。この現象を、以下では「クロストーク」というものとする。クロストークが発生すると、本来、他のチャネルに入射したX線であって、そのチャネルでフォトンが検出されるべきはずのX線のエネルギーの一部が、当該特定のチャネルで検出されることになる。   Further, part or all of the energy of the X-rays incident on the scintillator 50 reacts with the scintillator 50 and is converted into scintillation light. As described above, the scintillation light reflects the reflecting plate 50a. However, as shown in FIG. 5, when the reflecting plate 50a does not extend to the adhesive layer 51, a channel around the specific channel is used. In some cases, the scintillation light generated in step 1 passes through the adhesive layer 51 and is detected by the SiPM 52 of the specific channel. This phenomenon is hereinafter referred to as “crosstalk”. When crosstalk occurs, X-rays originally incident on another channel and a part of the energy of X-rays from which photons should be detected are detected by the specific channel. Become.

以上のようなエスケープ、蛍光、散乱およびクロストークの発生の影響によって、図6に示すように、被検体40を透過して検出器13の特定のチャネルに入射したX線のスペクトルである入射スペクトル2001は、検出器13によって、検出スペクトル2011のような波形のスペクトルで検出される。検出スペクトル2011は、図6に示すように、当該特定のチャネルに入射したX線のうちすべてのエネルギーが当該特定のチャネルに対応するSiPM52で検出された分のスペクトルと、スペクトル2012〜2014との和で表される。スペクトル2012は、エスケープにより、エネルギーの一部が他のチャネルに移動し、残りのエネルギーが当該特定のチャネルで検出されたスペクトルである。スペクトル2013は、蛍光により、他のチャネルに入射したX線のエネルギーの一部が当該特定のチャネルで検出されたスペクトルである。スペクトル2014は、クロストークおよび散乱により、他のチャネルに入射したX線のエネルギーの一部またはすべてが当該特定のチャネルで検出されたスペクトルである。すなわち、検出スペクトル2011は、本来、検出器13において検出されるべき正しい波形である入射スペクトル2001から歪んだ波形のスペクトルとなる。本実施形態に係るX線検査装置1の画像処理部34は、この歪んだ波形である検出スペクトル2011を、後述の補正動作により、入射スペクトル2001の波形に近づける動作を実行する。以下に、この画像処理部34の構成および動作について詳述する。   Due to the influence of the occurrence of escape, fluorescence, scattering, and crosstalk as described above, as shown in FIG. 6, an incident spectrum that is an X-ray spectrum transmitted through the subject 40 and incident on a specific channel of the detector 13. 2001 is detected by the detector 13 in a spectrum having a waveform such as a detection spectrum 2011. As shown in FIG. 6, the detection spectrum 2011 includes a spectrum corresponding to the amount of X-rays incident on the specific channel detected by the SiPM 52 corresponding to the specific channel, and the spectra 2012 to 2014. Expressed in sum. A spectrum 2012 is a spectrum in which part of the energy is transferred to another channel due to escape and the remaining energy is detected in the specific channel. A spectrum 2013 is a spectrum in which a part of the energy of X-rays incident on another channel is detected by the specific channel due to fluorescence. A spectrum 2014 is a spectrum in which part or all of the energy of X-rays incident on another channel is detected in the specific channel due to crosstalk and scattering. That is, the detection spectrum 2011 is a spectrum having a waveform distorted from the incident spectrum 2001 which is a correct waveform to be detected by the detector 13. The image processing unit 34 of the X-ray inspection apparatus 1 according to the present embodiment performs an operation of bringing the detection spectrum 2011 that is a distorted waveform closer to the waveform of the incident spectrum 2001 by a correction operation described later. The configuration and operation of the image processing unit 34 will be described in detail below.

なお、検出器13は、図5に示すように、いわゆる間接変換型の検出器であるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、シンチレータがなく、直接、X線を検出する直接変換型の検出器であってもよい。直接変換型の検出器であっても、検出器を構成する素材内をX線が透過する際に、上述のエスケープ、蛍光、クロストークおよび散乱と同等の作用を有する物理現象が起こり得る。   Although the detector 13 has been described as a so-called indirect conversion type detector as shown in FIG. 5, the detector 13 is not limited to this, and does not have a scintillator and directly detects X-rays. A conversion type detector may be used. Even in the case of a direct conversion type detector, when X-rays pass through the material constituting the detector, a physical phenomenon having an action equivalent to the above-described escape, fluorescence, crosstalk, and scattering can occur.

図7は、第1の実施形態の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。図7を参照しながら、本実施形態の画像処理部34のブロック構成について説明する。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a block configuration of the image processing unit according to the first embodiment. A block configuration of the image processing unit 34 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図7に示すように、画像処理部34は、記憶部341と、生成部342と、再構成部343と、を備えている。   As illustrated in FIG. 7, the image processing unit 34 includes a storage unit 341, a generation unit 342, and a reconstruction unit 343.

記憶部341は、後述する検出器応答データ(応答情報)を記憶する機能部である。なお、記憶部341は、画像処理部34が備える構成に限定されるものではなく、例えば、図1に示す画像記憶部35が記憶部341の機能を担うものとしてもよい。   The storage unit 341 is a functional unit that stores detector response data (response information) described later. The storage unit 341 is not limited to the configuration provided in the image processing unit 34. For example, the image storage unit 35 illustrated in FIG. 1 may serve as the storage unit 341.

生成部342は、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信し、記憶部341から検出器応答データを読み出し、第1投影データおよび検出器応答データに基づいて、サイノグラムの形式である第2投影データを生成する機能部である。ここで、第1投影データは、検出器13によりビュー毎、かつ、チャネル毎に検出された、エネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルに基づいて、データ収集部16により生成された所定幅のエネルギー帯ごとの被検体サイノグラム(第1サイノグラム)の集合体で構成されるデータである。第2投影データも、第1投影データと同様のデータ形式であり、所定幅のエネルギー帯ごとの被検体サイノグラム(第2サイノグラム)の集合体で構成されるデータである。以下、第1投影データおよび第2投影データと同様のデータ形式であるデータを、単に「投影データ」という場合があるものとする。以下の説明では、第1投影データおよび第2投影データは、0〜140[keV]までのエネルギーにおけるフォトン数のスペクトルに関して、1[keV]毎のフォトン数、すなわち、0〜1[keV]、1〜2[keV]、・・・、139〜140[keV]のそれぞれのエネルギー帯(第1エネルギー帯、第2エネルギー帯)におけるフォトン数を画素値とする140個の被検体サイノグラムの集合体であるものとして説明する。   The generation unit 342 receives a subject sinogram that is a sinogram of the subject 40 from the data collection unit 16 as first projection data, reads out detector response data from the storage unit 341, and outputs first projection data and detector response data. Is a functional unit that generates second projection data in the form of a sinogram based on. Here, the first projection data is energy of a predetermined width generated by the data collection unit 16 based on the spectrum indicated by the number of photons for each energy detected by the detector 13 for each view and for each channel. This is data composed of a collection of subject sinograms (first sinograms) for each band. The second projection data is also in the same data format as the first projection data, and is data composed of a collection of subject sinograms (second sinograms) for each energy band having a predetermined width. Hereinafter, data having the same data format as the first projection data and the second projection data may be simply referred to as “projection data”. In the following description, the first projection data and the second projection data are the number of photons per 1 [keV], that is, 0 to 1 [keV], with respect to the photon number spectrum at energies from 0 to 140 [keV]. A collection of 140 subject sinograms whose pixel values are the number of photons in each energy band (first energy band, second energy band) of 1 to 2 [keV], ..., 139 to 140 [keV]. It is assumed that

生成部342は、具体的には、下記の式(1)によって、第1投影データおよび検出器応答データから、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出して生成する。

Figure 2016104125
Specifically, the generation unit 342 calculates and generates second projection data in which distortion included in the first projection data is corrected from the first projection data and the detector response data according to the following equation (1). .
Figure 2016104125

式(1)におけるpは、第1投影データおよび第2投影データである被検体サイノグラムを構成する画素を示す。yは、生成部342による演算処理の対象となる第1投影データを示すデータであり、具体的には、第1投影データを構成するそれぞれの被検体サイノグラムの画素pの画素値(フォトン数)で構成される140次元のベクトルである。xは、生成部342によって生成される第2投影データを示すデータであり、具体的には、第2投影データを構成するそれぞれの被検体サイノグラムの画素pの画素値(フォトン数)で構成される140次元のベクトルである。Mは、検出器13の特定のチャネル(画素pに対応するチャネル)に入射したX線が当該特定のチャネルで検出されるエネルギー応答を示し、すべてのエネルギーが当該特定のチャネルで検出された分のスペクトル、エスケープにより当該特定チャネルで検出された分のスペクトル、および、散乱により当該特定のチャネルで検出された分のスペクトル等から成り、140×140の行列である。Mのj列の成分は、検出器13の特定のチャネルに入射したX線のエネルギーのうち、(j−1)〜j[keV]のエネルギー帯のX線に対する応答スペクトルを示す。 In Expression (1), p represents a pixel constituting the subject sinogram as the first projection data and the second projection data. y p is a data indicating the first projection data to be the arithmetic processing by the generation unit 342, specifically, the pixel value of the pixel p of each object sinogram constituting the first projection data (number of photons ) Is a 140-dimensional vector. xp is data indicating the second projection data generated by the generation unit 342, and specifically includes the pixel value (number of photons) of the pixel p of each subject sinogram constituting the second projection data. 140-dimensional vector. M represents an energy response in which X-rays incident on a specific channel (channel corresponding to the pixel p) of the detector 13 are detected in the specific channel, and the amount of energy detected in the specific channel This is a 140 × 140 matrix consisting of a spectrum of a portion detected by the specific channel due to escape, a spectrum detected by the specific channel due to scattering, and the like. The j-th column component of M represents a response spectrum to X-rays in the energy band of (j−1) to j [keV] among the energy of X-rays incident on a specific channel of the detector 13.

また、式(1)におけるxは、第2投影データを構成するそれぞれの被検体サイノグラムの画素pの周囲の画素iの画素値(フォトン数)で構成される140次元のベクトルである。Cは、検出器13の特定のチャネル(画素pに対応するチャネル)の周囲の画素iに対応するチャネルに入力したX線のうち、蛍光、クロストークおよび散乱により当対特定のチャネルで検出された分のスペクトルに対する応答を示すデータであり、140×140の行列である。Cのj列の成分は、検出器13の画素iに対応するチャネルに入射したX線のエネルギーのうち、(j−1)〜j[keV]のエネルギー帯であって、特定のチャネル(画素pに対応するチャネル)でX線が検出された場合の応答スペクトルを示す。Nは、画素pと同一のビューにおける、画素pの周囲の所定範囲(チャネル方向およびスライス方向の範囲)の画素の集合を示し、上述の画素iは集合Nに含まれる。 Further, x i in equation (1) is a 140-dimensional vector composed of pixel values (number of photons) of the pixel i around the pixel p of each subject sinogram constituting the second projection data. C i is detected in the specific channel of the X-ray input to the channel corresponding to the pixel i around the specific channel (channel corresponding to the pixel p) of the detector 13 by fluorescence, crosstalk, and scattering. This is data indicating a response to the spectrum of the amount of the data, and is a 140 × 140 matrix. The component in the j column of C i is the energy band of (j−1) to j [keV] among the energy of the X-rays incident on the channel corresponding to the pixel i of the detector 13, and the specific channel ( The response spectrum when X-rays are detected in the channel corresponding to the pixel p) is shown. N represents a set of pixels in a predetermined range (range in the channel direction and slice direction) around the pixel p in the same view as the pixel p, and the pixel i described above is included in the set N.

以下の説明においては、行列Mおよび行列Cは、第1投影データおよび第2投影データである被検体サイノグラムのすべて画素で不変であるものとして説明する。ただし、行列Mおよび行列Cは、検出器13の製造誤差に起因する特定のばらつき等に応じて、被検体サイノグラムの画素毎に設定するものとしてもよい。例えば、検出器13の特定のばらつきをチャネル毎に応答特性を計測しておき、行列Mおよび行列Cを設定するものとすればよい。 In the following description, it is assumed that the matrix M and the matrix C i are invariant at all pixels of the subject sinogram as the first projection data and the second projection data. However, the matrix M and the matrix C i may be set for each pixel of the subject sinogram in accordance with a specific variation caused by a manufacturing error of the detector 13. For example, a particular variation in the detector 13 in advance by measuring the response characteristics for each channel may be assumed to set the matrix M and the matrix C i.

ここで、検出器応答データとは、X線が入射した検出器13の応答特性として出力するスペクトルに含まれる誤差に寄与する物理現象の程度の大きさを示すデータである。検出器応答データは、一例として、検出器13の特定のチャネルに入射するX線のエネルギー毎の、当該特定のチャネルで生じるエスケープの発生確率、蛍光、クロストークおよび散乱等により周囲のチャネルから当該特定のチャネルで検出されるX線のエネルギーのスペクトルの情報、ならびに、検出されるエネルギーのばらつき等のうち少なくともいずれかに基づくデータである。具体的には、検出器応答データは、上述の式(1)における行列Mおよび行列Cのデータを示す。すなわち、検出器応答データとは、上述のように、第1投影データを補正して第2投影データを生成するためのデータを示すものとする。 Here, the detector response data is data indicating the magnitude of a physical phenomenon that contributes to an error included in a spectrum output as a response characteristic of the detector 13 to which X-rays have entered. For example, the detector response data is obtained from the surrounding channel by the probability of occurrence of escape occurring in the specific channel, fluorescence, crosstalk, scattering, etc. for each energy of X-rays incident on the specific channel of the detector 13. This is data based on at least one of information on the spectrum of X-ray energy detected in a specific channel, variation in detected energy, and the like. Specifically, the detector response data indicates the data of the matrix M and the matrix C i in the above equation (1). That is, the detector response data indicates data for correcting the first projection data and generating the second projection data as described above.

生成部342は、上述の式(1)に示すように、検出器応答データによるスペクトルの変化を考慮した結果が、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成していることになる。   The generation unit 342 generates, as the second projection data, projection data in which the result of considering the change in the spectrum due to the detector response data is close to the first projection data, as shown in the above equation (1). become.

なお、上述の式(1)では、検出器応答データによるスペクトルの変化を考慮した結果と第1投影データの近さを、ベクトルのL2ノルムで定義したが、近さの算出方法はこれに限定されず、ベクトル間で定義される任意の距離を用いることができる。例えば、L1ノルム、L2ノルム、またはL∞ノルム等のLpノルムを用いることができる。また、ノルムの算出時は、成分ごとに重みを付与してもよい。また、ベクトルの成分間の相関を考慮した距離を用いてもよい。例えば、マハラノビス距離を用いることができる。   In the above equation (1), the result of considering the change in spectrum due to the detector response data and the proximity of the first projection data are defined by the L2 norm of the vector, but the method of calculating the proximity is limited to this. Instead, any distance defined between the vectors can be used. For example, an Lp norm such as an L1 norm, an L2 norm, or an L∞ norm can be used. Further, when calculating the norm, a weight may be given to each component. A distance considering the correlation between vector components may be used. For example, the Mahalanobis distance can be used.

また、第1投影データおよび第2投影データにおけるエネルギー帯の幅は、上述した1[keV]に限定されるものではなく、エネルギーの単位も[keV]に限定されるものではなく、また、スペクトルのエネルギーの範囲も0〜140[keV]に限定されるものではない。すなわち、異なる幅のエネルギー帯であってもよく、エネルギーの単位が[J]または[cal]等の異なる単位であってもよい。また、第1投影データおよび第2投影データにおける単位はエネルギーの単位に限定されるものではない。例えば、第1投影データにおける単位は、検出器13から読み出したデジタル信号値を単位とし、第2投影データにおける単位は、[keV]とするものとしてもよい。   The width of the energy band in the first projection data and the second projection data is not limited to 1 [keV] described above, the unit of energy is not limited to [keV], and the spectrum The energy range is not limited to 0 to 140 [keV]. In other words, energy bands having different widths may be used, and units of energy may be different units such as [J] or [cal]. The unit in the first projection data and the second projection data is not limited to the unit of energy. For example, the unit in the first projection data may be a digital signal value read from the detector 13, and the unit in the second projection data may be [keV].

また、第1投影データおよび第2投影データは、0〜140[keV]までのエネルギーにおけるフォトン数のスペクトルに関して、140個のエネルギー帯におけるそれぞれのフォトン数を画素値とする140個の被検体サイノグラムの集合体としたが、第1投影データと第2投影データとで、エネルギー帯の数が同一であることに限定されない。例えば、第1投影データについては、0〜140[keV]までのエネルギーについて、5[keV]毎のエネルギー帯(第1エネルギー帯)のフォトン数を画素値とする28個の被検体サイノグラムの集合体とし、第2投影データについては、上述のように、1[keV]毎のエネルギー帯(第2エネルギー帯)のフォトン数を画素値とする140個の被検体サイノグラムの集合体としてもよい。この場合、第1投影データについてのエネルギー帯の数と、第2投影データについてのエネルギー帯の数との差は、行列Mおよび行列Cの次元を28×140とすればよい。この時、行列Mおよび行列Cのj行目の成分は、各行列を140×140の次元で作成したときの、(5×j+1)行目から(5×j+5)行目の成分を、各列ごとに加算した値とすればよい。 The first projection data and the second projection data are 140 object sinograms each having a pixel value corresponding to the number of photons in the 140 energy bands with respect to the spectrum of the number of photons in the energy range of 0 to 140 [keV]. However, the first projection data and the second projection data are not limited to the same number of energy bands. For example, for the first projection data, a set of 28 subject sinograms having the pixel number as the number of photons in the energy band (first energy band) every 5 [keV] for energy from 0 to 140 [keV]. As described above, the second projection data may be a collection of 140 subject sinograms whose pixel values are the number of photons in the energy band (second energy band) for each [keV]. In this case, the difference between the number of energy bands for the first projection data and the number of energy bands for the second projection data may be such that the dimensions of the matrix M and the matrix C i are 28 × 140. At this time, the components of the jth row of the matrix M and the matrix C i are the components of the (5 × j + 1) th row to the (5 × j + 5) th row when each matrix is created with a dimension of 140 × 140, What is necessary is just to set it as the value added for every column.

また、生成部342は、実際に上述の式(1)によって第2投影データを算出する場合、下記の式(2)に示すような反復計算により算出する。

Figure 2016104125
In addition, when the generation unit 342 actually calculates the second projection data by the above-described formula (1), the generation unit 342 calculates by the iterative calculation as shown in the following formula (2).
Figure 2016104125

生成部342は、まず、式(2)において、第2投影データの初期値を任意に設定する。例えば、生成部342は、第2投影データの初期値を第1投影データとするものとしてもよい。そして、生成部342は、x (k+1)を(k+1)回目の反復計算後の第2投影データとし、このx (k+1)を次の更新のための式(2)の計算にx (k)として利用する。なお、反復計算の回数は、例えば、所定回数行うものとしてもよく、式(2)により計算した第2投影データが、その直前に式(2)により計算した第2投影データとの差が所定の閾値以下となった場合に反復計算を停止するものとしてもよい。 First, the generation unit 342 arbitrarily sets an initial value of the second projection data in Expression (2). For example, the generation unit 342 may use the initial value of the second projection data as the first projection data. The generation unit 342, x p (k + 1) and a (k + 1) th second projection data after the iterative calculation, calculation x i equations for the x p (k + 1) of the next update (2) Use as (k) . Note that the number of iterations may be performed, for example, a predetermined number of times, and the difference between the second projection data calculated by Expression (2) and the second projection data calculated by Expression (2) immediately before is predetermined. It is also possible to stop the iterative calculation when the threshold value is below the threshold value.

なお、上述の検出器応答データは、単位時間あたりに検出器13に入射するX線のフォトンの数によって変化する場合がある。例えば、X線のフォトンが連続して検出器13に入射した場合、検出器13の反応が不十分になり、見かけ上、実際よりも低いエネルギーのX線のフォトン数として検出される。そこで、生成部342は、検出器応答データを、第1投影データのフォトン数に応じて切り替えて、第2投影データを生成するものとしてもよい。この場合、例えば、記憶部341には、単位時間あたりに検出器13に入射するフォトン数を10段階に分け、それぞれに対する検出器応答データを記憶しておく。そして、生成部342は、第1投影データの被検体サイノグラムの画素毎にそのフォトン数を計算し、そのフォトン数に該当する検出器応答データを記憶部341から読み込んで用いる。また、検出器応答データは、第1投影データの被検体サイノグラムの画素のフォトン数に近い検出器応答データを合成して読み込むこともできる。例えば、フォトン数「500」に対する検出器応答データであるM500およびCi,500と、フォトン数「1000」に対する検出器応答データであるM1000およびCi,1000が記憶されているとする。この時、第1投影データの被検体サイノグラムの画素のフォトン数が「700」であった場合は、フォトン数「500」および「1000」それぞれへのフォトン数「700」の近さに応じて検出器応答データを加重平均する。すなわち、検出器応答データとして、(3/5)M500+(2/5)M1000および、(3/5)Ci,500+(2/5)Ci,1000を計算して読み込む。また、記憶部341に、フォトン数の変化による検出器応答データの変動分を補正するための係数を記憶しておき、第1投影データの被検体サイノグラムの画素のフォトン数に応じて係数を調整し、検出器応答データを補正した後に読み込むこともできる。なお、被検体40を透過し検出器13の特定のチャネルに入力するX線の入射スペクトルが、当該特定のチャネルの空間的および時間的近傍のチャネルに入射するX線の入射スペクトルと十分に近似しているとして、近傍のデータを合成することで第1投影データの値とすることもできる。合成の一例としては、加重平均を用いることができる。ここで、第1投影データのサイノグラムの当該画素に対して、空間的近傍のチャネルとは、チャネル方向及びスライス方向に近傍のチャネルであり、時間的近傍のチャネルとは、近傍のビューのデータ、あるいは、検出器を2回転以上回転させて収集した投影データにおける、ちょうど1回転分ビューが異なるビューの近傍のビューのデータである。これにより、線量が低く、第1投影データがフォトンゆらぎの影響により、精度が高く観測できない場合にも、高精度に第2投影データを生成可能である。 The above-mentioned detector response data may change depending on the number of X-ray photons incident on the detector 13 per unit time. For example, when X-ray photons continuously enter the detector 13, the reaction of the detector 13 becomes insufficient, and it is detected as the number of X-ray photons having an energy lower than the actual appearance. Therefore, the generation unit 342 may generate the second projection data by switching the detector response data in accordance with the number of photons of the first projection data. In this case, for example, in the storage unit 341, the number of photons incident on the detector 13 per unit time is divided into 10 stages, and detector response data for each is stored. Then, the generation unit 342 calculates the number of photons for each pixel of the subject sinogram of the first projection data, reads the detector response data corresponding to the number of photons from the storage unit 341, and uses it. The detector response data can also be read by synthesizing detector response data close to the number of photons of the pixels of the subject sinogram of the first projection data. For example, it is assumed that M 500 and C i, 500 that are detector response data for the photon number “500” and M 1000 and C i, 1000 that are detector response data for the photon number “1000” are stored. At this time, if the number of photons in the subject sinogram of the first projection data is “700”, detection is performed according to the proximity of the number of photons “700” to the number of photons “500” and “1000”. The instrument response data is weighted averaged. That is, (3/5) M 500 + (2/5) M 1000 and (3/5) C i, 500 + (2/5) C i, 1000 are calculated and read as detector response data. The storage unit 341 stores a coefficient for correcting the fluctuation of the detector response data due to the change in the number of photons, and adjusts the coefficient according to the number of photons in the subject sinogram of the first projection data. In addition, the detector response data can be read after correction. Note that the X-ray incident spectrum that passes through the subject 40 and enters the specific channel of the detector 13 is sufficiently close to the X-ray incident spectrum that is incident on the spatially and temporally adjacent channel of the specific channel. In this case, the values of the first projection data can be obtained by combining neighboring data. As an example of the synthesis, a weighted average can be used. Here, with respect to the pixel in the sinogram of the first projection data, the spatially neighboring channel is a channel that is neighboring in the channel direction and the slice direction, and the temporally neighboring channel is data of neighboring views, Alternatively, in the projection data acquired by rotating the detector two or more times, it is the data of the view in the vicinity of the view that is different in view by exactly one rotation. Thereby, even when the dose is low and the first projection data cannot be observed with high accuracy due to the influence of photon fluctuation, the second projection data can be generated with high accuracy.

再構成部343は、生成部342により生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する機能部である。復元画像は、例えば、線減弱係数を画素値とする画像である。再構成の方法としては、例えば、逆投影法の一例であるフィルタ補正逆投影法(FBP(Filtered Back Projection)法)を用いることができる。ここでは、第2投影データの被検体サイノグラムを再構成する方法として、FBP法を採用した場合について説明する。この場合、再構成部343は、被検体40を配置せずに、X線が空気だけを通過して検出器13により検出されたスペクトルにおいて上述の復元の対象とするエネルギー帯に対応する部分から生成された空気サイノグラムである基準データIを有しているものとする。また、第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象となるエネルギー帯の被検体サイノグラムを復元対象データIとする。復元対象データIは、復元の対象となるエネルギー帯に属するエネルギーに関して、第2投影データのフォトン数の和により算出する。 The reconstruction unit 343 is a functional unit that reconstructs a subject sinogram in an energy band to be restored from the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342 and generates a restored image. is there. The restored image is, for example, an image having a line attenuation coefficient as a pixel value. As a reconstruction method, for example, a filtered back projection method (FBP (Filtered Back Projection) method) which is an example of a back projection method can be used. Here, a case where the FBP method is adopted as a method for reconstructing the subject sinogram of the second projection data will be described. In this case, the reconstruction unit 343 does not arrange the subject 40, and from the portion corresponding to the energy band to be restored in the spectrum detected by the detector 13 where X-rays pass through only air. Assume that the reference data I 0 is a generated air sinogram. Further, among the object sinograms included in the second projection data, the object sinogram in the energy band to be restored is set as restoration target data I. The restoration target data I is calculated by the sum of the number of photons of the second projection data regarding the energy belonging to the energy band to be restored.

まず、再構成部343は、まず、復元対象データIおよび基準データIから、下記の式(3)により線減弱係数の積分値Mを算出する。

Figure 2016104125
First, the reconstruction unit 343 first calculates the integral value M of the linear attenuation coefficient from the restoration target data I and the reference data I 0 according to the following equation (3).
Figure 2016104125

式(3)の(m,n)はm番目のチャネル、かつ、n番目のビューのデータであることを示す。式(3)に示す積分値M(m,n)は、n番目のビューにおいて、X線管11から照射されたX線が検出器13のm番目のチャネルに到達するまでに通過する経路に沿って被検体40の線減弱係数を積分した値となる。   In equation (3), (m, n) indicates the data of the mth channel and the nth view. The integral value M (m, n) shown in Expression (3) is a path through which the X-rays emitted from the X-ray tube 11 pass until reaching the m-th channel of the detector 13 in the n-th view. A value obtained by integrating the linear attenuation coefficient of the subject 40 along the line.

次に、再構成部343は、算出した積分値M(m,n)に対して、チャネル方向に1次元フーリエ変換をする。次に、再構成部343は、1次元フーリエ変換をした値に対して、ランプフィルタまたはShepp−Loganフィルタ等の高域通過フィルタによって周波数方向にフィルタ処理をして、1次元逆フーリエ変換をする。そして、再構成部343は、1次元逆フーリエ変換をしたデータを、すべてのビュー毎に逆投影して加算することによって、再構成された再構成画像である復元画像を生成する。   Next, the reconstruction unit 343 performs a one-dimensional Fourier transform in the channel direction on the calculated integral value M (m, n). Next, the reconstruction unit 343 performs a one-dimensional inverse Fourier transform by filtering the value obtained by the one-dimensional Fourier transform in the frequency direction with a high-pass filter such as a ramp filter or a Shepp-Logan filter. . Then, the reconstruction unit 343 generates a restored image, which is a reconstructed reconstructed image, by back projecting and adding the data subjected to the one-dimensional inverse Fourier transform for every view.

なお、再構成部343は、逆投影法の一例であるFBP法を用いて再構成する場合を示したが、再構成する方法はこれに限定されるものではなく、逐次近似法等の各種の再構成方式を用いてもよい。例えば、逐次近似法では、疑似的に仮の画像を予め用意し、各ビューにおいてX線を被検体に照射して減弱率を算出する方法である。そして、仮の画像で算出した減弱率が、実際に検出器13において検出された測定値(減弱率)より小さい場合、仮の画像の画素値を増加させていく。逆に、仮の画像で算出した減弱率が、実際に検出器13において検出された測定値より大きい場合、仮の画像の画素値を減少させていく。この動作を繰り返すことによって、仮の画像で算出される減弱率が、実際に検出器13で検出された測定値(減弱率)と等しくなるように変更して再構成画像を得る。逐次近似法には、ART(Algebraic Reconstruction Technique)法、OS−EM(Ordered Subset Expectation Maximization)法、およびML−EM(Maximum Likelihood Expectation Maximization)法等の種々の方法がある。   Note that the reconstruction unit 343 has shown a case where reconstruction is performed using the FBP method which is an example of the back projection method, but the reconstruction method is not limited to this, and various methods such as a successive approximation method may be used. A reconstruction method may be used. For example, the successive approximation method is a method in which a pseudo provisional image is prepared in advance, and the attenuation rate is calculated by irradiating the subject with X-rays in each view. When the attenuation rate calculated for the temporary image is smaller than the measured value (attenuation rate) actually detected by the detector 13, the pixel value of the temporary image is increased. Conversely, when the attenuation rate calculated for the temporary image is larger than the measured value actually detected by the detector 13, the pixel value of the temporary image is decreased. By repeating this operation, the attenuation rate calculated in the temporary image is changed to be equal to the measured value (attenuation rate) actually detected by the detector 13 to obtain a reconstructed image. The successive approximation method includes an ART (Algebric Reconstruction Technique) method, an OS-EM (Ordered Subset Expansion Maximization) method, and an ML-EM (Maximum Likelihood Exodation Method) method.

図8は、第1の実施形態の画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。図8を参照しながら、本実施形態の画像処理部34による画像処理動作について説明する。   FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the operation of the image processing unit according to the first embodiment. The image processing operation by the image processing unit 34 of this embodiment will be described with reference to FIG.

<ステップS11>
画像処理部34の生成部342は、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信して取得する。そして、ステップS12へ移行する。
<Step S11>
The generation unit 342 of the image processing unit 34 receives and acquires a subject sinogram that is a sinogram of the subject 40 from the data collection unit 16 as first projection data. Then, the process proceeds to step S12.

<ステップS12>
生成部342は、画像処理部34の記憶部341から検出器応答データを読み出して取得する。そして、ステップS13へ移行する。
<Step S12>
The generation unit 342 reads out and acquires the detector response data from the storage unit 341 of the image processing unit 34. Then, the process proceeds to step S13.

<ステップS13>
生成部342は、上述の式(1)を用いて、取得した第1投影データおよび検出器応答データから、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを生成する。この場合、検出器応答データは、上述の式(1)における行列Mおよび行列Cのデータを示す。生成部342は、上述の式(1)に示すように、検出器応答データを作用させた投影データが、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成することになる。生成部342は、生成した第2投影データを、画像処理部34の再構成部343へ送る。そして、ステップS14へ移行する。
<Step S13>
The generation unit 342 generates second projection data in which distortion included in the first projection data is corrected from the acquired first projection data and detector response data using the above-described equation (1). In this case, the detector response data indicates the data of the matrix M and the matrix C i in the above equation (1). As shown in the above formula (1), the generation unit 342 generates, as the second projection data, projection data in which the projection data on which the detector response data is applied is close to the first projection data. The generation unit 342 sends the generated second projection data to the reconstruction unit 343 of the image processing unit 34. Then, the process proceeds to step S14.

<ステップS14>
再構成部343は、生成部342により生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する。具体的には、再構成部343は、まず、第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象となるエネルギー帯の被検体サイノグラムである復元対象データI、および基準データIから、上述の式(3)により線減弱係数の積分値M(m,n)を算出する。次に、再構成部343は、算出した積分値M(m,n)に対して、チャネル方向に1次元フーリエ変換をする。次に、再構成部343は、1次元フーリエ変換をした値に対して、ランプフィルタまたはShepp−Loganフィルタ等の高域通過フィルタによって周波数方向にフィルタ処理をして、1次元逆フーリエ変換をする。そして、再構成部343は、1次元逆フーリエ変換をしたデータを、すべてのビュー毎に逆投影して加算することによって、再構成された再構成画像である復元画像を生成する。
<Step S14>
The reconstruction unit 343 reconstructs a subject sinogram of an energy band to be restored among the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342, and generates a restored image. Specifically, the reconstructing unit 343 firstly, from the subject sinogram included in the second projection data, the restoration target data I that is the subject sinogram in the energy band to be restored, and the reference data I 0. Then, the integral value M (m, n) of the linear attenuation coefficient is calculated by the above equation (3). Next, the reconstruction unit 343 performs a one-dimensional Fourier transform in the channel direction on the calculated integral value M (m, n). Next, the reconstruction unit 343 performs a one-dimensional inverse Fourier transform by filtering the value obtained by the one-dimensional Fourier transform in the frequency direction with a high-pass filter such as a ramp filter or a Shepp-Logan filter. . Then, the reconstruction unit 343 generates a restored image, which is a reconstructed reconstructed image, by back projecting and adding the data subjected to the one-dimensional inverse Fourier transform for every view.

以上のステップS11〜S14の動作によって、画像処理部34による画像処理が実行される。   Image processing by the image processing unit 34 is executed by the operations in steps S11 to S14 described above.

以上のように、検出器13の特定のチャネルに入射するX線のエネルギー毎の、当該特定のチャネルで生じるエスケープの確率、ならびに、蛍光、クロストークおよび散乱等により周囲のチャネルから当該特定のチャネルで検出されるX線のエネルギーのスペクトルの情報等である検出器応答データを用いて、生成部342は、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出するものとしている。すなわち、生成部342は、上述の式(1)に示すように、検出器応答データを作用させた投影データが、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成するものとしている。そして、再構成部343は、生成部342により生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する。これによって、被検体の組成によらず、所定のエネルギー帯ごとの被検体サイノグラムの画素値を理論値(第1投影データ)に近づけるように補正でき、検出器13により検出されたX線のスペクトルの歪みの補正の精度を向上させ、最終的に再構成された復元画像の正確性を向上させることができる。例えば、第2投影データの各被検体サイノグラムからスペクトルを復元したものとした場合の復元スペクトル(以下、単に「第2投影データの復元スペクトル」という)は、上述の被検体40を透過し検出器13に入射したX線のスペクトル(入射スペクトル)の形状に近づけることができる。   As described above, the probability of escape occurring in the specific channel for each X-ray energy incident on the specific channel of the detector 13, and the specific channel from the surrounding channel due to fluorescence, crosstalk, scattering, and the like. The generation unit 342 calculates second projection data in which distortion included in the first projection data is corrected, using the detector response data that is information about the spectrum of the X-ray energy detected in step S2. That is, the generation unit 342 generates, as the second projection data, projection data in which the projection data on which the detector response data is applied is close to the first projection data, as shown in the above formula (1). . Then, the reconstruction unit 343 reconstructs the subject sinogram of the energy band to be restored among the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342, and generates a restored image. Thus, the pixel value of the subject sinogram for each predetermined energy band can be corrected so as to approach the theoretical value (first projection data) regardless of the composition of the subject, and the X-ray spectrum detected by the detector 13 can be obtained. Thus, it is possible to improve the accuracy of correcting the distortion of the image and improve the accuracy of the finally reconstructed restored image. For example, a restored spectrum when the spectrum is restored from each subject sinogram of the second projection data (hereinafter simply referred to as “reconstructed spectrum of the second projection data”) passes through the subject 40 and is detected by the detector. 13 can be made close to the shape of the spectrum of X-rays incident on (incident spectrum).

なお、検出器13は、回転フレーム12の周方向に並んだチャネル(検出素子)ごとにエネルギーごとのフォトン数で示されるスペクトルを検出するものとしたが、上述のように、検出器13は、被検体40の体軸方向にも検出素子が配列されている。したがって、体軸方向(スライス方向)における検出素子のリング状の配列ごとにサイノグラムが生成され、上述の画像処理が実行されるものとしてよい。または、ヘリカルスキャンのように天板22を移動させながら回転フレーム12を連続回転させる場合においては、同一の周方向のチャネル(検出素子)により検出されたデータのみ使用するのではなく、体軸方向(スライス方向)にずれたチャネルによって検出されたデータにより補間してサイノグラムが生成されるものとしてもよい。また、デュアルエナジーX線CT装置のように、X線管11から照射されるX線のエネルギーを2種類に分けて1周ごとに切り替えて照射(例えば、1周目は140[keV]、2周目は80[keV])して、異なるエネルギーのスペクトルを合成して、サイノグラムを生成するものとしてもよい。   The detector 13 detects the spectrum indicated by the number of photons for each energy for each channel (detection element) arranged in the circumferential direction of the rotating frame 12, but as described above, the detector 13 Detection elements are also arranged in the body axis direction of the subject 40. Therefore, a sinogram may be generated for each ring-shaped array of detection elements in the body axis direction (slice direction), and the above-described image processing may be executed. Alternatively, when the rotating frame 12 is continuously rotated while moving the top plate 22 as in the helical scan, not only the data detected by the same circumferential channel (detection element) is used, but the body axis direction. A sinogram may be generated by interpolation using data detected by a channel shifted in the (slice direction). In addition, as in a dual energy X-ray CT apparatus, the energy of X-rays emitted from the X-ray tube 11 is divided into two types and switched for every round (for example, the first round is 140 [keV], 2 The circumference may be 80 [keV]), and a spectrum of different energies may be synthesized to generate a sinogram.

また、再構成部343によって生成される復元画像の画素値は線減弱係数であるものとしたが、これに限定されるものではなく、CT値等のX線の減弱の多寡を表す値であれば、いずれも有効である。同様に、サイノグラムの画素値も、X線の量を示す値であればよい。例えば、X線の量そのもの、もしくはフォトン数の多寡を表す値、または、X線の量もしくはフォトン数の変化率を表す値であってもよい。   In addition, although the pixel value of the restored image generated by the reconstruction unit 343 is a line attenuation coefficient, the pixel value is not limited to this, and may be a value representing the amount of X-ray attenuation such as a CT value. Any of them is effective. Similarly, the pixel value of the sinogram may be a value indicating the amount of X-rays. For example, it may be a value representing the amount of X-rays themselves or the number of photons, or a value representing a change rate of the amount of X-rays or the number of photons.

<変形例1>
本変形例の画像処理部34aについて、第1の実施形態の画像処理部34と相違する点を中心に説明する。本変形例の画像処理部34aは、図7に示す第1の実施形態の画像処理部34が備える記憶部341および生成部342の代わりに、それぞれ、後述する図9に示す記憶部341aおよび生成部342aを備えている。
<Modification 1>
The image processing unit 34a of the present modification will be described focusing on differences from the image processing unit 34 of the first embodiment. The image processing unit 34a of the present modification example is different from the storage unit 341 and the generation unit 342 included in the image processing unit 34 of the first embodiment illustrated in FIG. A portion 342a is provided.

図9は、第1の実施形態の変形例1の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。図10は、検出スペクトルが補正された復元スペクトルの例を示す図である。図9を参照しながら、本変形例の画像処理部34aのブロック構成および動作について説明する。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a block configuration of an image processing unit according to Modification 1 of the first embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a restored spectrum in which the detected spectrum is corrected. The block configuration and operation of the image processing unit 34a of this modification will be described with reference to FIG.

図9に示すように、画像処理部34aは、記憶部341aと、生成部342aと、再構成部343と、を備えている。   As illustrated in FIG. 9, the image processing unit 34a includes a storage unit 341a, a generation unit 342a, and a reconstruction unit 343.

記憶部341aは、後述するように、第1投影データを第2投影データに変換するためのフィルタ係数を記憶する機能部である。   The storage unit 341a is a functional unit that stores filter coefficients for converting the first projection data into the second projection data, as will be described later.

生成部342aは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信し、記憶部341aから、第1投影データを第2投影データに変換するためのフィルタ係数を読み出し、第1投影データおよびフィルタ係数に基づいて、サイノグラムの形式である第2投影データを生成する機能部である。ここで、例えば、被検体40を透過し検出器13の特定のチャネルに入力するX線の入射スペクトルは、当該特定のチャネルの空間的近傍のチャネルに入射するX線の入射スペクトルと十分に近似しているものとする。この場合、上述の式(1)は、下記の式(4)に置き換えることができる。

Figure 2016104125
The generation unit 342a receives a subject sinogram that is a sinogram of the subject 40 from the data collection unit 16 as first projection data, and a filter for converting the first projection data into second projection data from the storage unit 341a. It is a functional unit that reads out the coefficient and generates second projection data in the form of a sinogram based on the first projection data and the filter coefficient. Here, for example, the X-ray incident spectrum that passes through the subject 40 and enters the specific channel of the detector 13 is sufficiently close to the X-ray incident spectrum that is incident on a channel in the spatial vicinity of the specific channel. Suppose you are. In this case, the above formula (1) can be replaced by the following formula (4).
Figure 2016104125

ただし、Hは、下記の式(5)で表される140×140の行列である。

Figure 2016104125
However, H is a 140 × 140 matrix expressed by the following equation (5).
Figure 2016104125

生成部342aは、上述の式(4)によって、第1投影データ、および行列Hのデータ(上述の、検出器応答データに相当)から、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出することも可能である。ただし、ここでは、ノイズまたは検出器13の検出誤差への耐性を持たせるために、下記の式(6)のように、式(4)に示す値に正則化項λf(連続性を示す情報)を加算するものとする。

Figure 2016104125
The generation unit 342a corrects the distortion included in the first projection data from the first projection data and the data of the matrix H (corresponding to the detector response data described above) by the above equation (4). It is also possible to calculate data. However, here, in order to provide tolerance to noise or detection error of the detector 13, the regularization term λf (information indicating continuity) is added to the value shown in Expression (4) as shown in Expression (6) below. ) Shall be added.
Figure 2016104125

式(6)におけるλは、正則化の強さを表す重みであり、f(x)は、xのエネルギー方向のスペクトルの滑らかさ(連続性)を表す関数である。関数f(x)は、例えば、下記の式(7)で表される。

Figure 2016104125
In Expression (6), λ is a weight representing the strength of regularization, and f (x p ) is a function representing the smoothness (continuity) of the spectrum in the energy direction of x p . The function f (x) is represented by the following formula (7), for example.
Figure 2016104125

あるいは、関数f(x)は、下記の式(8)のように表されるものとしてもよい。

Figure 2016104125
Alternatively, the function f (x) may be expressed as the following formula (8).
Figure 2016104125

式(7)および(8)におけるx(j)は、xのj番目の成分(フォトン数)である。式(7)および(8)に示すf(x)は、いずれも、隣接する成分(フォトン数)の差が大きいほど、値が大きくなる関数である。   X (j) in Equations (7) and (8) is the j-th component (number of photons) of x. Both f (x) shown in Equations (7) and (8) are functions that increase in value as the difference between adjacent components (number of photons) increases.

上述の式(6)は、勾配法または劣勾配法等の反復アルゴリズムで解くことが可能である。また、関数f(x)が上述の式(7)で示される場合、解析的に解くことも可能であり、以下では、この場合について説明する。   The above equation (6) can be solved by an iterative algorithm such as a gradient method or a subgradient method. Further, when the function f (x) is represented by the above-described equation (7), it can be solved analytically, and this case will be described below.

関数f(x)が上述の式(7)で表される場合、上述の式(6)は、下記の式(9)と等価である。

Figure 2016104125
When the function f (x) is expressed by the above equation (7), the above equation (6) is equivalent to the following equation (9).
Figure 2016104125

式(9)におけるSは、下記の式(10)で表される(140+139)×140の行列である。

Figure 2016104125
S in Equation (9) is a (140 + 139) × 140 matrix expressed by Equation (10) below.
Figure 2016104125

また、式(9)におけるy’は、下記の式(11)で表される(140+139)次元のベクトルである。

Figure 2016104125
In addition, y ′ p in Expression (9) is a (140 + 139) -dimensional vector represented by Expression (11) below.
Figure 2016104125

上述の式(9)の解であるxは、行列Sの擬似逆行列Sを用いて、下記の式(12)によって算出できる。また、擬似逆行列Sは、行列Sの特異値分解を用いて算出可能である。

Figure 2016104125
X p which is a solution of the above-described equation (9) can be calculated by the following equation (12) using the pseudo inverse matrix S + of the matrix S. Further, the pseudo inverse matrix S + can be calculated using singular value decomposition of the matrix S.
Figure 2016104125

ここで、上述した記憶部341aが記憶するフィルタ係数とは、擬似逆行列Sの成分の値である。生成部342aは、この式(12)によって、第1投影データに対して、記憶部341aから読み出したフィルタ係数を畳み込むことによって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを生成する。すなわち、記憶部341aが記憶するフィルタ係数は、第1投影データを補正して第2投影データを生成するためのデータであるので、上述の検出器応答データと捉えることができる。 Here, the filter coefficient stored in the storage unit 341a described above is a value of a component of the pseudo inverse matrix S + . The generation unit 342a generates second projection data in which the distortion included in the first projection data is corrected by convolving the filter coefficient read from the storage unit 341a with the first projection data by using the equation (12). To do. That is, the filter coefficient stored in the storage unit 341a is data for correcting the first projection data and generating the second projection data, and can be regarded as the above-described detector response data.

再構成部343は、生成部342aにより生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する機能部である。再構成部343による再構成の方法は、第1の実施形態と同様である。   The reconstruction unit 343 is a functional unit that reconstructs a subject sinogram in an energy band to be restored from the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342a to generate a restored image. is there. The reconstruction method by the reconstruction unit 343 is the same as that in the first embodiment.

ここで、被検体40を透過して検出器13の特定のチャネルに、図10に示す入射スペクトル2101で示されるX線が入射されたものとする。この場合、検出器13によって検出されるスペクトルは、上述したように、エスケープ、蛍光、クロストークおよび散乱等によって、入射スペクトル2101と比較して歪んだ検出スペクトル2111となる。そして、データ収集部16は、検出器13から収集したスペクトル(検出スペクトル2111はその一例)のデータそれぞれに対して増幅処理またはA/D変換処理等を行なって、エネルギー帯ごとの被検体サイノグラムを生成し、第1投影データとして生成部342aに送る。さらに、生成部342aによって、上述の式(6)の正則化項が加味された式(12)を用いて、算出された第2投影データの各被検体サイノグラムからスペクトルを復元した場合のスペクトルが、図10に示す復元スペクトル2121である。このように、生成部342aによって、正則化項が加味された式(12)を用いて第2投影データが算出されることにより、復元スペクトル2121は、検出スペクトル2111と比較して、入射スペクトル2101に近似した形状に近づけることができる。また、生成部342aは、単純化された式(12)を用いて、第2投影データを生成することができるので、演算負荷を低減することができる。   Here, it is assumed that an X-ray indicated by an incident spectrum 2101 shown in FIG. 10 is incident on a specific channel of the detector 13 through the subject 40. In this case, the spectrum detected by the detector 13 becomes a detection spectrum 2111 distorted as compared with the incident spectrum 2101 due to escape, fluorescence, crosstalk, scattering, and the like, as described above. Then, the data collection unit 16 performs an amplification process or an A / D conversion process on each of the spectrum data collected from the detector 13 (the detected spectrum 2111 is an example thereof) to obtain a subject sinogram for each energy band. Generated and sent to the generating unit 342a as the first projection data. Further, the spectrum when the spectrum is restored from each object sinogram of the second projection data calculated by using the equation (12) in which the regularization term of the above equation (6) is added by the generation unit 342a is obtained. This is a restored spectrum 2121 shown in FIG. As described above, the second projection data is calculated by the generation unit 342a using the expression (12) in which the regularization term is added, so that the restored spectrum 2121 has an incident spectrum 2101 compared with the detected spectrum 2111. Can be approximated to the shape approximated to. Moreover, since the production | generation part 342a can produce | generate 2nd projection data using the simplified Formula (12), it can reduce a calculation load.

なお、記憶部341aは、上述の式(12)に示す擬似行列Sの成分の値を係数として記憶するものとし、生成部342aは、この式(12)によって、第1投影データに対して、記憶部341aから読み出したフィルタ係数を畳み込むことによって、第2投影データを生成するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、記憶部341aは、擬似行列Sの成分の値である係数を記憶するのではなく、検出器応答データとしての行列Hおよび重みλを記憶しておくものとしてもよい。この場合、生成部342aは、記憶部341aに記憶された検出器応答データを用いて、式(6)〜(12)により、第2投影データを算出して生成するものとしてもよい。 The storage unit 341a stores the values of the components of the pseudo matrix S + shown in the above equation (12) as coefficients, and the generation unit 342a uses the equation (12) to calculate the first projection data. The second projection data is generated by convolving the filter coefficient read from the storage unit 341a. However, the present invention is not limited to this. For example, the storage unit 341a may store the matrix H and the weight λ as detector response data, instead of storing the coefficients that are the values of the components of the pseudo matrix S + . In this case, the generation unit 342a may calculate and generate the second projection data according to the equations (6) to (12) using the detector response data stored in the storage unit 341a.

<変形例2>
本変形例の再構成部343の動作について、第1の実施形態の再構成部343と相違する点を中心に説明する。本変形例の再構成部343は、再構成した復元画像の画素である線減弱係数、および特定の物質の質量減弱係数に基づいて、その特定の物質の密度を推定する。以下、その物質密度の推定動作の詳細を説明する。
<Modification 2>
The operation of the reconstruction unit 343 according to the present modification will be described focusing on differences from the reconstruction unit 343 according to the first embodiment. The reconstruction unit 343 of the present modification estimates the density of the specific material based on the linear attenuation coefficient that is the pixel of the reconstructed restored image and the mass attenuation coefficient of the specific material. The details of the substance density estimation operation will be described below.

本変形例の画像処理部34の再構成部343は、上述の第1の実施形態のように、第2投影データから、対象とする1つのエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成するのではなく、複数のエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して、画素値が線減弱係数である複数の復元画像を生成する。ここで、例えば、被検体40に含まれる物質として、水およびヨードを想定し、それぞれの物質密度を推定する場合について説明する。   The reconstruction unit 343 of the image processing unit 34 according to the present modification does not reconstruct the subject sinogram of one target energy band from the second projection data as in the first embodiment described above. The object sinogram of a plurality of energy bands is reconstructed to generate a plurality of restored images whose pixel values are linear attenuation coefficients. Here, for example, assuming that water and iodine are assumed as the substances contained in the subject 40, the density of each substance is estimated.

まず、再構成部343は、第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、特定のエネルギー帯(例えば、35〜50[keV])および特定のエネルギー帯とは異なるエネルギー帯(例えば、55〜70[keV])のそれぞれ(第2エネルギー帯)の被検体サイノグラムを再構成して、画素値が線減弱係数である2つの復元画像を生成する。そして、再構成部343は、下記の式(13)に示す連立方程式から、復元画像の画素毎に物質密度を算出する。

Figure 2016104125
First, the reconstruction unit 343 includes a specific energy band (for example, 35 to 50 [keV]) and an energy band different from a specific energy band (for example, 55 to 55 [keV]) in the subject sinogram included in the second projection data. 70 [keV]) (second energy band) of the subject sinogram is reconstructed to generate two restored images whose pixel values are linear attenuation coefficients. And the reconstruction part 343 calculates a material density for every pixel of a decompression | restoration image from the simultaneous equation shown to the following formula | equation (13).
Figure 2016104125

式(13)の(s,t)は、復元画像の座標を示す。ρおよびρは、それぞれ水およびヨードの物質密度であり、式(13)の算出対象となる値である。vw,1およびvI,1は、それぞれ特定のエネルギー帯の水の質量減弱係数およびヨードの質量減弱係数であり、既知の値である。vw,2およびvI,2は、それぞれ特定のエネルギー帯とは異なるエネルギー帯の水の質量減弱係数およびヨードの質量減弱係数であり、既知の値である。μは、特定のエネルギー帯の被検体サイノグラムから再構成部343により再構成された復元画像の線減弱係数である画素値である。そして、μは、特定のエネルギー帯とは異なるエネルギー帯の被検体サイノグラムから再構成部343により再構成された復元画像の線減弱係数である画素値である。上述のように、vw,1、vI,1、vw,2およびvI,2は、既知の値であり、μおよびμは、得られている値なので、式(13)は、ρおよびρについての連立方程式である。再構成部343は、ρおよびρについての連立方程式である式(13)を解くことにより、復元画像の画素(座標(s,t))毎に、ρおよびρを算出することができる。そして、再構成部343は、復元画像の各画素の画素値を、その画素に対応する物質密度ρまたはρに置換することによって、水またはヨードの密度画像を生成することができる。 (S, t) in Expression (13) indicates the coordinates of the restored image. [rho] w and [rho] I are the material densities of water and iodine, respectively, and are values to be calculated by the equation (13). v w, 1 and v I, 1 are respectively a mass attenuation coefficient of water and a mass attenuation coefficient of iodine in a specific energy band, and are known values. v w, 2 and v I, 2 are the mass attenuation coefficient of water and the mass attenuation coefficient of iodine, which are different from the specific energy band, respectively, and are known values. μ 1 is a pixel value that is a linear attenuation coefficient of the restored image reconstructed by the reconstruction unit 343 from the subject sinogram of a specific energy band. Μ 2 is a pixel value that is a linear attenuation coefficient of the restored image reconstructed by the reconstruction unit 343 from the subject sinogram of an energy band different from the specific energy band. As described above, since v w, 1 , v I, 1 , v w, 2 and v I, 2 are known values, and μ 1 and μ 2 are obtained values, the equation (13) is a simultaneous equations for ρ w and ρ I. Reconstruction unit 343, by solving equation (13) is a simultaneous equation for [rho w and [rho I, pixel (coordinates (s, t)) of the restored images for each, to calculate the [rho w and [rho I Can do. The reconstruction unit 343 can generate a density image of water or iodine by replacing the pixel value of each pixel of the restored image with the substance density ρ w or ρ I corresponding to the pixel.

以上のように、再構成部343は、正確性が向上した線減弱係数で構成される復元画像を生成するので、その復元画像から被検体40の特定の物質について正確な密度を示す密度画像を生成することができる。   As described above, since the reconstruction unit 343 generates a restored image composed of linear attenuation coefficients with improved accuracy, a density image indicating an accurate density for a specific substance of the subject 40 is generated from the restored image. Can be generated.

なお、上述では、水およびヨードの密度を求める例を示したが、密度を求める物質はこれらに限定されるものではなく、例えば、骨またはガドリニウム等の任意の物質の密度画像を生成することができる。また、上述の例では、水およびヨードの2種類の物質の密度を求める例を示したが、これに限定されるものではなく、3種類以上の物質の密度を求めることも可能である。この場合、密度を計算する物質の種類の数と同数以上の種類のエネルギー帯の被検体サイノグラムから、画素値が線減弱係数である復元画像を生成するものとすればよい。   In addition, although the example which calculates | requires the density of water and iodine was shown above, the substance which calculates | requires a density is not limited to these, For example, the density | concentration image of arbitrary substances, such as bone or gadolinium, can be produced | generated. it can. Moreover, although the example which calculates | requires the density of two types of substances of water and iodine was shown in the above-mentioned example, it is not limited to this, It is also possible to obtain | require the density of three or more types of substances. In this case, a restored image whose pixel value is a linear attenuation coefficient may be generated from subject sinograms of energy bands of the same number or more as the number of types of substances whose density is to be calculated.

なお、上述した、再構成画像を生成した後に物質密度の推定を行う以外に、サイノグラムの各画素に対して物質密度の推定を行った後に再構成処理を行うことでも、物質密度を画素値として有する断面画像を生成することもできる。   In addition to estimating the material density after generating the reconstructed image as described above, the material density can be set as the pixel value by performing the reconstruction process after estimating the material density for each pixel of the sinogram. It is also possible to generate a cross-sectional image having the same.

例として、水およびヨードの物質密度画像を算出する方法を説明する。まず、第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、特定のエネルギー帯(例えば、35〜50[keV])(以下、エネルギー帯Aという)、および、特定のエネルギー帯とは異なるエネルギー帯(例えば、55〜70[keV])(以下、エネルギー帯Bという)に関して、それぞれのエネルギー帯に属するエネルギーの被検体サイノグラムの値の和を計算する(それぞれを、IおよびIとする)。同様に、エネルギー帯Aとエネルギー帯Bに対応する、空気サイノグラムの値の和も計算する(それぞれを、I0,1およびI0,2とする)。 As an example, a method for calculating a material density image of water and iodine will be described. First, among subject sinograms included in the second projection data, a specific energy band (for example, 35 to 50 [keV]) (hereinafter referred to as energy band A) and an energy band different from the specific energy band ( For example, for 55 to 70 [keV]) (hereinafter referred to as energy band B), the sum of the values of the subject sinogram of the energy belonging to each energy band is calculated (respectively, I 1 and I 2 ). Similarly, the sum of the values of the air sinogram corresponding to energy band A and energy band B is also calculated (respectively, I 0,1 and I 0,2 ).

次に、下記の式(14)により、それぞれのエネルギー帯毎に線減弱係数の積分値M1およびM2を計算する。

Figure 2016104125
Next, the integral values M1 and M2 of the linear attenuation coefficient are calculated for each energy band by the following equation (14).
Figure 2016104125

そして、下記の式(15)に示す連立方程式から、サイノグラムの画素毎に物質の透過距離を計算する。

Figure 2016104125
Then, the transmission distance of the substance is calculated for each pixel of the sinogram from the simultaneous equations shown in the following formula (15).
Figure 2016104125

ここで、lおよびlは、それぞれサイノグラムの画素(m,n)に関連するX線の透過経路上にある水およびヨードの距離であり、算出対象の値である。また、zw,1およびzI,1は、それぞれエネルギー帯Aの水およびヨードの線減弱係数であり、zw,2およびzI,2は、それぞれエネルギー帯Bの水およびヨードの線減弱係数である。次に、lおよびlをFBP法等で再構成処理した後に、水およびヨードの密度をそれぞれ掛け合わせることで、水の密度を示す断面画像と、およびヨードの密度を示す断面画像を得ることができる。上述した例では、水およびヨードを物質の例にしたが、物質はこれらに限定されない。また、3つ以上の物質密度を計算することもできる。この場合は、エネルギー帯を物質の数よりも多く作成し、連立方程式の式の数を物質の数以上にすればよい。 Here, l w and l I are the distances of water and iodine on the X-ray transmission path related to the pixel (m, n) of the sinogram, respectively, and are values to be calculated. Further, z w, 1 and z I, 1 are the linear attenuation coefficients of water and iodine in the energy band A, respectively, and z w, 2 and z I, 2 are the linear attenuation of water and iodine in the energy band B, respectively. It is a coefficient. Next, after reconstructing l w and l I by the FBP method or the like, a cross-sectional image showing the density of water and a cross-sectional image showing the density of iodine are obtained by multiplying the density of water and iodine, respectively. be able to. In the example described above, water and iodine are examples of substances, but the substance is not limited to these. It is also possible to calculate three or more material densities. In this case, it is only necessary to create more energy bands than the number of substances, and make the number of simultaneous equations more than the number of substances.

(第2の実施形態)
本実施形態の画像処理部34bについて、第1の実施形態の変形例1の画像処理部34aと相違する点を中心に説明する。本実施形態の画像処理部34bは、上述の式(6)における正則化項λfにおける、式(7)等で示される関数f(x)について、隣り合うエネルギー帯の画素値(フォトン数)の差に対して重みを加味して算出する。以下、重みを加味した算出動作の詳細を説明する。
(Second Embodiment)
The image processing unit 34b of the present embodiment will be described focusing on differences from the image processing unit 34a of the first modification of the first embodiment. The image processing unit 34b of the present embodiment uses the pixel value (number of photons) in the adjacent energy band for the function f (x) represented by the equation (7) or the like in the regularization term λf in the above equation (6). Calculate by adding weight to the difference. Hereinafter, the details of the calculation operation in consideration of the weight will be described.

図11は、第2の実施形態の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。図12は、X線管から出射された出射スペクトルおよび被検体スペクトルの一例を示す図である。図11を参照しながら、本実施形態の画像処理部34bのブロック構成について説明する。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a block configuration of an image processing unit according to the second embodiment. FIG. 12 is a diagram showing an example of the emission spectrum and the subject spectrum emitted from the X-ray tube. The block configuration of the image processing unit 34b of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図11に示すように、画像処理部34bは、記憶部341bと、生成部342bと、再構成部343と、算出部344と、を備えている。   As illustrated in FIG. 11, the image processing unit 34b includes a storage unit 341b, a generation unit 342b, a reconstruction unit 343, and a calculation unit 344.

記憶部341bは、上述の式(6)に示す行列Hおよび重みλを検出器応答データとして記憶する機能部である。   The storage unit 341b is a functional unit that stores the matrix H and the weight λ shown in the above equation (6) as detector response data.

生成部342bは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信し、記憶部341bから検出器応答データを読み出し、第1投影データおよび検出器応答データに基づいて、サイノグラムの形式である第2投影データを生成する機能部である。また、第1の実施形態の変形例1と同様に、被検体40を透過し検出器13の特定のチャネルに入力するX線の入射スペクトルは、当該特定のチャネルの近傍のチャネルに入射するX線の入射スペクトルと十分に近似しているものとする。   The generation unit 342b receives from the data collection unit 16 a subject sinogram that is a sinogram of the subject 40 as first projection data, reads out detector response data from the storage unit 341b, and outputs first projection data and detector response data. Is a functional unit that generates second projection data in the form of a sinogram based on. Similarly to the first modification of the first embodiment, the X-ray incident spectrum that passes through the subject 40 and enters a specific channel of the detector 13 is incident on a channel in the vicinity of the specific channel. Suppose that it is sufficiently close to the incident spectrum of the line.

上述の式(6)は、上述の式(4)に正則化項λfを加算したものであるが、本実施形態では、この正則化項λfのうち関数f(x)を、下記の式(16)に示すように、隣り合うエネルギー帯の画素値(フォトン数)の差ごとに第1重みwを乗算して算出する。

Figure 2016104125
The above formula (6) is obtained by adding the regularization term λf to the above formula (4). In the present embodiment, the function f (x) of the regularization term λf is expressed by the following formula ( As shown in 16), the calculation is performed by multiplying the first weight w j for each difference in pixel values (number of photons) in adjacent energy bands.
Figure 2016104125

あるいは、関数f(x)は、下記の式(17)のように表されるものとしてもよい。

Figure 2016104125
Alternatively, the function f (x) may be expressed as the following formula (17).
Figure 2016104125

また、関数f(x)が上述の式(16)で表される場合、上述の式(6)は、下記の式(18)と等価である。

Figure 2016104125
Further, when the function f (x) is expressed by the above equation (16), the above equation (6) is equivalent to the following equation (18).
Figure 2016104125

ただし、式(18)におけるWは、下記の式(19)で表される(140+139)×(140+139)の行列である。

Figure 2016104125
However, W in Expression (18) is a matrix of (140 + 139) × (140 + 139) represented by Expression (19) below.
Figure 2016104125

上述の式(18)の解であるxは、(140+139)×140の行列である行列WSの擬似逆行列(WS)を用いて、下記の式(20)によって算出できる。また、擬似逆行列(WS)は、行列Sの特異値分解を用いて算出可能である。

Figure 2016104125
X p which is the solution of the above equation (18) can be calculated by the following equation (20) using a pseudo inverse matrix (WS) + of the matrix WS which is a matrix of (140 + 139) × 140. The pseudo inverse matrix (WS) + can be calculated using singular value decomposition of the matrix S.
Figure 2016104125

生成部342bは、後述する算出部344により算出された第1重みw、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出して生成する。 The generation unit 342b uses the first weight w j calculated by the calculation unit 344, which will be described later, and the detector response data (matrix H, weight λ) read from the storage unit 341b, to formulas (6), (16), And (18) to (20), the second projection data in which the distortion included in the first projection data is corrected is calculated and generated.

再構成部343は、生成部342bにより生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する機能部である。再構成部343による再構成の方法は、第1の実施形態と同様である。   The reconstruction unit 343 is a functional unit that reconstructs a subject sinogram in an energy band to be restored from the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342b to generate a restored image. is there. The reconstruction method by the reconstruction unit 343 is the same as that in the first embodiment.

算出部344は、生成部342bが第2投影データを算出するために、上述の式(16)の第1重みwを算出する機能部である。算出部344は、例えば、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成のうちの少なくともいずれかの情報に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwを算出する。算出部344は、第1重みwを、第2投影データの復元スペクトルにおいて、エネルギー方向に急峻に変化すると想定されるエネルギーでは小さくし、エネルギー方向に滑らかであると想定されるエネルギーでは大きくするように算出する。なお、算出部344は、上述のX線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成等の情報は、例えば、システム制御部36等から取得するものとすればよい。 The calculation unit 344 is a functional unit that calculates the first weight w j of the above equation (16) in order for the generation unit 342b to calculate the second projection data. The calculation unit 344 includes, for example, information on an emission spectrum that is an X-ray spectrum emitted from the X-ray tube 11, a target member of the X-ray tube 11, an angle of the target of the X-ray tube 11, and the X-ray tube 11. Based on the information of at least one of the filter, the tube voltage of the X-ray tube 11 at the time of imaging, the contrast agent used, and the composition of the subject 40 assumed, the restored spectrum of the second projection data is in the energy direction. The first weight w j is calculated by obtaining the degree assumed to be sharply converted to. The calculation unit 344 decreases the first weight w j in the energy that is assumed to change sharply in the energy direction in the restored spectrum of the second projection data, and increases the energy in the energy that is assumed to be smooth in the energy direction. Calculate as follows. Note that the calculation unit 344 outputs information on the emission spectrum that is the spectrum of the X-ray emitted from the X-ray tube 11 described above, the target member of the X-ray tube 11, the angle of the target of the X-ray tube 11, and the X-ray tube 11. For example, information such as a filter, a tube voltage of the X-ray tube 11 at the time of imaging, a used contrast agent, and an assumed composition of the subject 40 may be acquired from the system control unit 36 or the like. .

以下、図12を参照しながら、算出部344による第1重みwの算出の方法の具体例について説明する。算出部344は、例えば、図12(a)に示すように、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトル2200の情報を、システム制御部36等から取得する。算出部344は、出射スペクトル2200の形状から、エネルギーE1およびE2の部分でエネルギー方向に急峻に変化していると検出し、エネルギーE1およびE2の周辺のエネルギーで第1重みwが小さくなるように算出する。算出部344は、例えば、エネルギーE1±3[keV]およびE2±3[keV]の範囲で、第1重みwを「1」とし、それ以外のエネルギーでは第1重みwを「10」とする。これは、出射スペクトル2200に含まれるエネルギー方向の急峻な変化は、被検体40の透過後にも、同じエネルギーにおいてエネルギー方向にスペクトルが急峻に変化することに基づいている。 Hereinafter, a specific example of a method of calculating the first weight w j by the calculation unit 344 will be described with reference to FIG. For example, as illustrated in FIG. 12A, the calculation unit 344 acquires information on an emission spectrum 2200 that is an X-ray spectrum emitted from the X-ray tube 11 from the system control unit 36 or the like. The calculation unit 344 detects from the shape of the emission spectrum 2200 that the energy E1 and E2 changes sharply in the energy direction, and the first weight w j is reduced by the energy around the energy E1 and E2. To calculate. For example, the calculation unit 344 sets the first weight w j to “1” in the range of energy E1 ± 3 [keV] and E2 ± 3 [keV], and sets the first weight w j to “10” for other energies. And This is because the steep change in the energy direction included in the emission spectrum 2200 is based on the fact that the spectrum changes steeply in the energy direction at the same energy even after transmission through the subject 40.

なお、X線管11から出射されるX線の出射スペクトルは、その形状の情報を直接取得しなくても、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、および撮影時のX線管11の管電圧の情報等から出射スペクトルの形状の計算が可能であり、その計算結果を使用することもできる。また、出射スペクトルの形状を計算しなくても、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、および撮影時のX線管11の管電圧の情報等の少なくともいずれかの情報から、X線管11から出射されるX線の出射スペクトルが、エネルギー方向に急峻に変化するエネルギーの情報を得ることもできる。   The X-ray emission spectrum emitted from the X-ray tube 11 does not directly acquire the shape information, but the target member of the X-ray tube 11, the target angle of the X-ray tube 11, the X-ray tube The shape of the emission spectrum can be calculated from the filter included in 11 and the tube voltage information of the X-ray tube 11 at the time of imaging, and the calculation result can also be used. Even without calculating the shape of the emission spectrum, the target member of the X-ray tube 11, the angle of the target of the X-ray tube 11, the filter provided in the X-ray tube 11, and the tube voltage of the X-ray tube 11 at the time of imaging It is also possible to obtain information on energy at which the emission spectrum of X-rays emitted from the X-ray tube 11 changes sharply in the energy direction from at least one of the above information.

また、被検体40にヨードまたはカドリニウム等の造影剤が含まれている場合、それぞれの造影剤のK吸収端のエネルギーで、被検体40の通過により減弱したX線のスペクトルである被検体スペクトル(検出器13に入射するという意味では入射スペクトルともいえる)がエネルギー方向で急峻に変化する。図12(b)は、造影剤としてヨードを含む被検体40をX線が減弱した場合のスペクトルの例として、被検体スペクトル2201を示している。図12(b)に示す被検体スペクトル2201は、エネルギーE3でスペクトルが急峻に変化している。したがって、算出部344は、被検体スペクトル2201の形状から、エネルギーE3の部分でエネルギー方向に急峻に変化していると検出し、エネルギーE3の周辺のエネルギーで第1重みwが小さくなるように算出する。算出部344は、例えば、エネルギーE1±3[keV]およびE2±3[keV]の範囲に加えて、エネルギーE3±3[keV]における第1重みwを「1」とし、それ以外のエネルギーでは第1重みwを「10」とする。ここで、K吸収端のエネルギーは、造影剤ごとに固有のエネルギーであり、ヨードでは33[keV]、ガドリニウムでは50[keV]である。 If the subject 40 contains a contrast agent such as iodine or cadolinium, the subject spectrum (X-ray spectrum attenuated by the passage of the subject 40 with the energy of the K absorption edge of each contrast agent) ( In the sense of being incident on the detector 13, it can be said to be an incident spectrum) sharply changes in the energy direction. FIG. 12B shows a subject spectrum 2201 as an example of a spectrum when the subject 40 containing iodine as a contrast agent is attenuated by X-rays. The subject spectrum 2201 shown in FIG. 12B has a sharp change in energy E3. Therefore, the calculation unit 344 detects from the shape of the subject spectrum 2201 that the energy E3 is abruptly changing in the energy direction, and the first weight w j is reduced by the energy around the energy E3. calculate. For example, the calculation unit 344 sets the first weight w j at the energy E3 ± 3 [keV] to “1” in addition to the ranges of the energy E1 ± 3 [keV] and E2 ± 3 [keV], and other energy. Then, the first weight w j is set to “10”. Here, the energy at the K absorption edge is energy specific to each contrast agent, and is 33 [keV] for iodine and 50 [keV] for gadolinium.

また、造影剤の情報に基づく算出部344による第1重みwの算出は、被検体40に造影剤が含まれるときだけ行われることが好ましいが、造影剤の有無が不明確な場合には、使用の可能性のある造影剤に対応させて第1重みwの算出が行われるものとしてもよい。また、算出部344は、使用する造影剤の情報を、システム制御部36等から受けることもできる。また、ユーザが、入力装置31を介して、使用する造影剤の情報を入力してもよい。さらに、ユーザが、入力装置31を介して、第2投影データがエネルギー方向に急峻に変化すると想定されるエネルギーの値を、直接入力可能とするようにしてもよい。 In addition, the calculation of the first weight w j by the calculation unit 344 based on the information on the contrast agent is preferably performed only when the subject 40 includes the contrast agent, but when the presence or absence of the contrast agent is unclear The first weight w j may be calculated in correspondence with a contrast agent that may be used. The calculation unit 344 can also receive information about the contrast agent to be used from the system control unit 36 or the like. Further, the user may input information about the contrast medium to be used via the input device 31. Furthermore, the user may be allowed to directly input an energy value that is assumed that the second projection data changes sharply in the energy direction via the input device 31.

以上のように、生成部342bは、算出部344により算出された第1重みwを利用して、第2投影データを生成する。すなわち、生成部342bは、第1重みwが大きいエネルギーではエネルギー方向の滑らかさを高めるように作用させ、第1重みwが小さいエネルギーではエネルギー方向の滑らかさを高める作用を軽減するようにし、検出器応答データを作用させた投影データが、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成する。 As described above, the generation unit 342b generates the second projection data by using the first weight w j calculated by the calculation unit 344. That is, the generating unit 342b is to act to increase the smoothness of the energy direction in the first weight w j is greater energy, so as to mitigate the effect of improving the smoothness of the energy direction in the energy first weight w j is small The projection data on which the detector response data is applied generates projection data that is close to the first projection data as the second projection data.

ここで、被検体40を透過して検出器13の特定のチャネルに、上述の図10に示す入射スペクトル2101で示されるX線が入射されたものとする。この場合、検出器13によって検出されるスペクトルは、上述したように、エスケープ、蛍光、クロストークおよび散乱等によって、入射スペクトル2101と比較して歪んだ検出スペクトル2111となる。そして、データ収集部16は、検出器13から収集したスペクトル(検出スペクトル2111はその一例)のデータそれぞれに対して増幅処理またはA/D変換処理等を行なって、エネルギー帯ごとの被検体サイノグラムを生成し、第1投影データとして生成部342bに送る。さらに、生成部342bによって、上述の式(6)の正則化項および第1重みwが加味された式(20)を用いて、算出された第2投影データの各被検体サイノグラムからスペクトルを復元した場合のスペクトルが、図10に示す復元スペクトル2122である。このように、生成部342aによって、正則化項および第1重みwが加味された式(20)を用いて第2投影データが算出されることにより、復元スペクトル2122は、検出スペクトル2111と比較して、入射スペクトル2101においてエネルギー方向に急峻に変化している部分についても近似した形状に近づけることができる。 Here, it is assumed that the X-ray indicated by the incident spectrum 2101 shown in FIG. 10 is incident on a specific channel of the detector 13 through the subject 40. In this case, the spectrum detected by the detector 13 becomes a detection spectrum 2111 distorted as compared with the incident spectrum 2101 due to escape, fluorescence, crosstalk, scattering, and the like, as described above. Then, the data collection unit 16 performs an amplification process or an A / D conversion process on each of the spectrum data collected from the detector 13 (the detected spectrum 2111 is an example thereof) to obtain a subject sinogram for each energy band. Generated and sent to the generating unit 342b as the first projection data. Further, the generation unit 342b calculates a spectrum from each subject sinogram of the calculated second projection data using the regularization term of the above-described formula (6) and the formula (20) in which the first weight w j is added. The spectrum when restored is the restored spectrum 2122 shown in FIG. In this way, the second projection data is calculated by the generation unit 342a using the expression (20) in which the regularization term and the first weight w j are added, so that the restored spectrum 2122 is compared with the detected spectrum 2111. Thus, a portion that changes sharply in the energy direction in the incident spectrum 2101 can also be approximated to an approximate shape.

なお、生成部342bは、さらに、スペクトルの誤差に対してエネルギー帯ごとに重み付けして、第2投影データを生成するものとしてもよい。このスペクトルの誤差に対してエネルギー帯ごとに重み付けする重みを、第2重みuとすると、上述の式(17)に示す行列Wの代わりに、下記の式(21)のように表される。

Figure 2016104125
The generation unit 342b may further generate the second projection data by weighting the spectrum error for each energy band. If the weight weighted for each energy band with respect to this spectrum error is the second weight u j , the following equation (21) is expressed instead of the matrix W shown in the above equation (17). .
Figure 2016104125

すなわち、生成部342bは、上述の第2重みu、算出部344により算出された第1重みw、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、(17)、(19)および(21)によって、第2投影データを算出して生成するものとしてもよい。第2重みuは、第1投影データにおいて信頼性が低いエネルギー帯に対応するものを小さくすることが望ましい。例えば、低いエネルギーのスペクトルは、検出器13のノイズの影響を受けており、信頼性が低いといえる。そこで、例えば、所定のエネルギーより小さいエネルギー帯では、第2重みuを「1」とし、大きいエネルギー帯では、第2重みuを「10」とするものとすればよい。また、第1投影データにおいてフォトン数が少ないエネルギー帯についても、信頼性が低いと判断することができる。 That is, the generation unit 342b uses the above-described second weight u j , the first weight w j calculated by the calculation unit 344, and the detector response data (matrix H, weight λ) read from the storage unit 341b. The second projection data may be calculated and generated by (6), (16), (17), (19) and (21). It is desirable that the second weight u j be small for the first projection data corresponding to an energy band with low reliability. For example, the low energy spectrum is affected by the noise of the detector 13 and can be said to have low reliability. Therefore, for example, in the smaller energy band than a predetermined energy, the second weight u j is "1", the large energy band, a second weight u j may be assumed to be "10". In addition, it can be determined that the energy band having a small number of photons in the first projection data has low reliability.

なお、第2重みuは、被検体サイノグラムの画素毎に個別に算出してもよい。例えば、被検体40によるX線の減弱が少ない被検体サイノグラムの画素では、検出器13のノイズに対して影響が小さくなるため、小さいエネルギーにおいても画素値(フォトン数)の信頼度が高いため、第2重みuをすべてのエネルギーで均一にする。一方、被検体40によるX線の減弱が大きい被検体サイノグラムの画素では、検出器13のノイズの影響を考慮して、小さいエネルギーでは第2重みuを小さく設定するようにするといった、被検体サイノグラムの画素毎に第2重みuの調整を行うことができる。 The second weight u j may be calculated individually for each pixel of the subject sinogram. For example, in a subject sinogram pixel in which attenuation of X-rays by the subject 40 is small, the influence on the noise of the detector 13 is small, so the reliability of the pixel value (number of photons) is high even at a small energy. The second weight u j is made uniform for all energies. On the other hand, in a subject sinogram pixel in which attenuation of X-rays by the subject 40 is large, the subject is such that the second weight u j is set to be small with small energy in consideration of the influence of noise of the detector 13. The second weight u j can be adjusted for each pixel of the sinogram.

図13は、第2の実施形態の画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。図13を参照しながら、本実施形態の画像処理部34bによる画像処理動作について説明する。   FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of the operation of the image processing unit according to the second embodiment. The image processing operation by the image processing unit 34b of the present embodiment will be described with reference to FIG.

<ステップS21>
画像処理部34bの生成部342bは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信して取得する。そして、ステップS22へ移行する。
<Step S21>
The generation unit 342b of the image processing unit 34b receives and acquires a subject sinogram, which is a sinogram of the subject 40, from the data collection unit 16 as first projection data. Then, the process proceeds to step S22.

<ステップS22>
生成部342bは、画像処理部34bの記憶部341bから検出器応答データを読み出して取得する。そして、ステップS23へ移行する。
<Step S22>
The generation unit 342b reads and acquires the detector response data from the storage unit 341b of the image processing unit 34b. Then, the process proceeds to step S23.

<ステップS23>
算出部344は、生成部342bが第2投影データを算出するために利用する上述の式(16)の第1重みwを算出する。まず、算出部344は、例えば、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成のうちの少なくともいずれかの情報を、システム制御部36等から取得する。そして、算出部344は、取得した情報に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwを算出する。すなわち、算出部344は、第1重みwを、第2投影データの復元スペクトルにおいて、エネルギー方向に急峻に変化すると想定されるエネルギーでは小さくし、エネルギー方向に滑らかであると想定されるエネルギーでは大きくするように算出する。算出部344は、算出した第1重みwを、生成部342bに送る。そして、ステップS24へ移行する。
<Step S23>
The calculating unit 344 calculates the first weight w j of the above equation (16) that is used by the generating unit 342b to calculate the second projection data. First, the calculation unit 344, for example, information on the emission spectrum, which is the spectrum of the X-ray emitted from the X-ray tube 11, the target member of the X-ray tube 11, the angle of the target of the X-ray tube 11, the X-ray tube 11 The information of at least one of the filter included in the X-ray tube 11, the tube voltage of the X-ray tube 11 at the time of imaging, the contrast agent used, and the assumed composition of the subject 40 is acquired from the system control unit 36 or the like. Then, the calculation unit 344 calculates the first weight w j by obtaining the degree that the restoration spectrum of the second projection data is assumed to be sharply converted in the energy direction based on the acquired information. That is, the calculation unit 344 reduces the first weight w j with the energy assumed to change sharply in the energy direction in the restored spectrum of the second projection data, and with the energy assumed to be smooth in the energy direction. Calculate to increase. The calculation unit 344 sends the calculated first weight w j to the generation unit 342b. Then, the process proceeds to step S24.

<ステップS24>
生成部342bは、算出部344から受け取った第1重みw、および検出器応答データから、式(6)、(16)、および(18)〜(20)を用いて、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出して生成する。この場合、検出器応答データは、上述の式(6)における行列Hおよび重みλのデータを示す。生成部342bは、検出器応答データを作用させた投影データが、第1投影データに近くなる投影データを第2投影データとして生成する。生成部342bは、生成した第2投影データを、画像処理部34の再構成部343へ送る。そして、ステップS25へ移行する。
<Step S24>
The generation unit 342b converts the first weight w j received from the calculation unit 344 and the detector response data into the first projection data using Expressions (6), (16), and (18) to (20). Second projection data corrected for the included distortion is calculated and generated. In this case, the detector response data indicates the data of the matrix H and the weight λ in the above equation (6). The generation unit 342b generates, as second projection data, projection data in which the projection data on which the detector response data is applied becomes close to the first projection data. The generation unit 342b sends the generated second projection data to the reconstruction unit 343 of the image processing unit 34. Then, the process proceeds to step S25.

<ステップS25>
再構成部343は、生成部342bにより生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する。
<Step S25>
The reconstruction unit 343 reconstructs a subject sinogram in an energy band to be restored among the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342b, and generates a restored image.

以上のステップS21〜S25の動作によって、画像処理部34bによる画像処理が実行される。   Image processing by the image processing unit 34b is executed by the operations in steps S21 to S25 described above.

以上のように、生成部342aによって、正則化項および第1重みwが加味された式(20)を用いて第2投影データが算出されることにより、第2投影データの復元スペクトルは、検出器13により検出された検出スペクトルと比較して、入射スペクトル(被検体スペクトル)においてエネルギー方向に急峻に変化している部分についても近似した形状に近づけることができる。 As described above, the second projection data is calculated by the generation unit 342a using the expression (20) in which the regularization term and the first weight w j are added, so that the restored spectrum of the second projection data is Compared with the detection spectrum detected by the detector 13, the portion of the incident spectrum (subject spectrum) that is steeply changed in the energy direction can also be approximated to an approximate shape.

<変形例>
本変形例の画像処理部34cについて、第2の実施形態の画像処理部34bと相違する点を中心に説明する。本変形例の画像処理部34cは、算出部が、再構成部によって算出された物質密度を使用して、第1重みwを算出する動作を中心に説明する。
<Modification>
The image processing unit 34c of the present modification will be described focusing on differences from the image processing unit 34b of the second embodiment. The image processing unit 34c of the present modification will be described focusing on the operation in which the calculation unit calculates the first weight w j using the material density calculated by the reconstruction unit.

図14は、第2の実施形態の変形例の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。図14を参照しながら、本変形例の画像処理部34cのブロック構成および動作について説明する。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a block configuration of an image processing unit according to a modification of the second embodiment. The block configuration and operation of the image processing unit 34c of the present modification will be described with reference to FIG.

図14に示すように、画像処理部34cは、記憶部341cと、生成部342cと、再構成部343cと、算出部344cと、を備えている。   As illustrated in FIG. 14, the image processing unit 34c includes a storage unit 341c, a generation unit 342c, a reconstruction unit 343c, and a calculation unit 344c.

記憶部341cは、上述の式(6)に示す行列Hおよび重みλを検出器応答データとして記憶する機能部である。   The storage unit 341c is a functional unit that stores the matrix H and the weight λ shown in the above equation (6) as detector response data.

生成部342cは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信し、記憶部341cから検出器応答データを読み出し、第1投影データおよび検出器応答データに基づいて、サイノグラムの形式である第2投影データを生成する機能部である。生成部342cは、後述する算出部344cにより算出された第1重みw、および、記憶部341cから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、上述の式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第2投影データを算出して生成する。 The generation unit 342c receives a subject sinogram, which is a sinogram of the subject 40, from the data collection unit 16 as first projection data, reads out detector response data from the storage unit 341c, and outputs first projection data and detector response data. Is a functional unit that generates second projection data in the form of a sinogram based on. The generating unit 342c uses the first weight w j calculated by the calculating unit 344c, which will be described later, and the detector response data (matrix H, weight λ) read from the storage unit 341c. ) And (18) to (20), the second projection data in which the distortion included in the first projection data is corrected is calculated and generated.

算出部344cは、生成部342cが第2投影データを算出するために、上述の式(16)の第1重みwを算出する機能部である。算出部344cは、例えば、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成のうちの少なくともいずれかの情報に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwを算出する。さらに、算出部344cは、後述する再構成部343cにより算出された、被検体40に含まれる物質の物質密度に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwを算出する。 The calculation unit 344c is a functional unit that calculates the first weight w j of the above equation (16) so that the generation unit 342c calculates the second projection data. The calculation unit 344c includes, for example, information on an emission spectrum that is an X-ray spectrum emitted from the X-ray tube 11, a target member of the X-ray tube 11, an angle of the target of the X-ray tube 11, and the X-ray tube 11. Based on the information of at least one of the filter, the tube voltage of the X-ray tube 11 at the time of imaging, the contrast agent used, and the composition of the subject 40 assumed, the restored spectrum of the second projection data is in the energy direction. The first weight w j is calculated by obtaining the degree assumed to be sharply converted to. Furthermore, the calculation unit 344c is assumed to rapidly convert the restoration spectrum of the second projection data in the energy direction based on the substance density of the substance included in the subject 40 calculated by the reconstruction unit 343c described later. The first weight w j is calculated by obtaining the degree.

再構成部343cは、生成部342cにより生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する機能部である。再構成部343cによる再構成の方法は、第1の実施形態と同様である。   The reconstruction unit 343c is a functional unit that reconstructs a subject sinogram in an energy band to be restored from the subject sinograms included in the second projection data generated by the generation unit 342c and generates a restored image. is there. The reconfiguration method by the reconfiguration unit 343c is the same as in the first embodiment.

再構成部343cは、まず、被検体40に含まれると予想される物質を特定し、その物質の種類の数と同数以上の種類のエネルギー帯の被検体サイノグラムを第2投影データから抽出して、抽出した被検体サイノグラムを再構成して、画素値が線減弱係数である複数の復元画像を生成する。次に、再構成部343cは、第1の実施形態の変形例2と同様の方法で、生成した複数の復元画像の画素毎に、特定した物質密度を算出する。そして、再構成部343cは、算出した物質密度の情報を、算出部344cに送る。   The reconstruction unit 343c first identifies a substance that is expected to be included in the subject 40, and extracts from the second projection data subject sinograms of energy bands of the same number or more as the number of types of the substance. Then, the extracted object sinogram is reconstructed to generate a plurality of restored images whose pixel values are linear attenuation coefficients. Next, the reconstruction unit 343c calculates the specified substance density for each pixel of the generated plurality of restored images by the same method as that of the second modification of the first embodiment. Then, the reconstruction unit 343c sends the calculated material density information to the calculation unit 344c.

算出部344cは、例えば、再構成部343cから受け取った物質密度により、被検体40にヨードが含まれていると判定した場合、33[keV]の周辺のエネルギーで第1重みwが小さくなるように算出する。そして、生成部342cは、上述したように、算出部344cにより算出された第1重みwを使用して第2投影データを生成し、再構成部343cは、生成部342cにより改めて生成された第2投影データに含まれる被検体サイノグラムのうち、復元の対象とするエネルギー帯の被検体サイノグラムを再構成して復元画像を生成する。 For example, when the calculation unit 344c determines that iodine is included in the subject 40 based on the material density received from the reconstruction unit 343c, the first weight w j is reduced with energy around 33 [keV]. Calculate as follows. Then, as described above, the generation unit 342c generates the second projection data using the first weight w j calculated by the calculation unit 344c, and the reconstruction unit 343c is newly generated by the generation unit 342c. Of the subject sinograms included in the second projection data, a subject sinogram in the energy band to be restored is reconstructed to generate a restored image.

なお、算出部344cは、再構成部343cから受け取った物質密度の高低に応じて第1重みwを算出するものとしてもよい。例えば、物質密度が高いほど、第2投影データの復元スペクトルのエネルギー方向の変化は大きくなるので、第1重みwを小さくするものとしてもよい。 Note that the calculation unit 344c may calculate the first weight w j according to the level of the material density received from the reconstruction unit 343c. For example, since the change in the energy direction of the restoration spectrum of the second projection data increases as the material density increases, the first weight w j may be reduced.

また、第1重みwは、被検体サイノグラムの画素毎に個別に算出してもよい。例えば、算出部344cは、再構成部343cから物資密度を密度画像の形式で受け取るものとし、密度画像においてヨードを含む画素を特定し、その画素をX線の透過経路に含む第1投影データの画素についてのみ、ヨードのK吸収端のエネルギーの周辺で第1重みwが小さくなるように算出するようにしてもよい。 The first weight w j may be calculated individually for each pixel of the subject sinogram. For example, the calculation unit 344c receives the material density from the reconstruction unit 343c in the form of a density image, specifies a pixel including iodine in the density image, and includes the first projection data of the first projection data including the pixel in the X-ray transmission path. For only the pixel, the first weight w j may be calculated to be small around the energy at the K absorption edge of iodine.

以上のように、算出部344cは、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報等だけでなく、再構成部343cにより算出された物質密度に基づいて、第1重みwを算出する。したがって、第2投影データの復元スペクトルは、検出器13により検出された検出スペクトルと比較して、入射スペクトル(被検体スペクトル)においてエネルギー方向に急峻に変化している部分について、さらに近似した形状に近づけることができる。 As described above, the calculation unit 344c uses the first weight based on the material density calculated by the reconstruction unit 343c as well as information on the emission spectrum that is the spectrum of the X-rays emitted from the X-ray tube 11. Calculate w j . Therefore, compared with the detection spectrum detected by the detector 13, the restored spectrum of the second projection data has a shape that more closely approximates the portion of the incident spectrum (subject spectrum) that changes sharply in the energy direction. You can get closer.

(第3の実施形態)
本実施形態の画像処理部について、第2の実施形態の画像処理部34bと相違する点を中心に説明する。本実施形態の画像処理部の生成部342dは、スペクトルのエネルギー方向の滑らかさの異なる2つのスペクトルについての投影データを生成し、それらを合成する。以下、この2つのスペクトルについての投影データの生成および合成の動作の詳細を説明する。
(Third embodiment)
The image processing unit of the present embodiment will be described focusing on differences from the image processing unit 34b of the second embodiment. The generation unit 342d of the image processing unit according to the present embodiment generates projection data for two spectra having different smoothness in the energy direction of the spectrum, and synthesizes them. Hereinafter, details of the operation of generating and synthesizing projection data for these two spectra will be described.

図15は、第3の実施形態の画像処理部の生成部のブロック構成の一例を示す図である。図15を参照しながら、本実施形態の画像処理部の生成部342dのブロック構成について説明する。なお、本実施形態の画像処理部のブロック構成は、第2の実施形態の画像処理部34bのブロック構成と同様である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a block configuration of a generation unit of the image processing unit according to the third embodiment. A block configuration of the generation unit 342d of the image processing unit of the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the block configuration of the image processing unit of the present embodiment is the same as the block configuration of the image processing unit 34b of the second embodiment.

図15に示すように、生成部342dは、第1補助生成部3421と、第2補助生成部3422と、合成部3423と、を備えている。   As illustrated in FIG. 15, the generation unit 342d includes a first auxiliary generation unit 3421, a second auxiliary generation unit 3422, and a synthesis unit 3423.

第1補助生成部3421は、算出部344により算出された第1重みw、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第3投影データを算出して生成する機能部である。 The first auxiliary generation unit 3421 uses the first weight w j calculated by the calculation unit 344 and the detector response data (matrix H, weight λ) read out from the storage unit 341b, to formulas (6) and (16). And (18) to (20) are functional units that calculate and generate third projection data in which distortion included in the first projection data is corrected.

第2補助生成部3422は、算出部344により算出された第1重みw、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第4投影データを算出して生成する機能部である。このとき、第2補助生成部3422は、第4投影データについての復元スペクトル(第4スペクトル)の方が、第3投影データについての復元スペクトル(第3スペクトル)よりも、エネルギー方向の滑らかさが高まるように生成する。すなわち、第2補助生成部3422は、式(16)で用いる第1重み(式(16)ではwと表記)を、第1補助生成部3421が同じく式(16)で用いる第1重みよりも大きくして、第4投影データを生成する。一例としては、第1補助生成部3421で用いる第1重みに1以上の所定値を乗じた値を、第2補助生成部3422で用いる第1重みとする方法がある。別の一例としては、第2補助生成部3422で用いる第1重みが、第1補助生成部3421で用いる第1重みよりも大きくなるように、予め定めた固定値にするという方法もある。 The second auxiliary generation unit 3422 uses the first weight w j calculated by the calculation unit 344 and the detector response data (matrix H, weight λ) read out from the storage unit 341b, to formulas (6) and (16). And (18) to (20) are functional units that calculate and generate fourth projection data in which distortion included in the first projection data is corrected. At this time, the second auxiliary generation unit 3422 has a smoother energy direction in the restored spectrum (fourth spectrum) for the fourth projection data than in the restored spectrum (third spectrum) for the third projection data. Generate to increase. That is, the second auxiliary generation unit 3422 uses the first weight used in Expression (16) (indicated by w j in Expression (16)), and the first auxiliary generation unit 3421 similarly uses the first weight used in Expression (16). Is also increased to generate fourth projection data. As an example, there is a method in which a value obtained by multiplying the first weight used in the first auxiliary generation unit 3421 by a predetermined value of 1 or more is used as the first weight used in the second auxiliary generation unit 3422. As another example, there is a method of setting a predetermined fixed value so that the first weight used in the second auxiliary generation unit 3422 is larger than the first weight used in the first auxiliary generation unit 3421.

合成部3423は、第1補助生成部3421により生成された第3投影データと、第2補助生成部3422により生成された第4投影データとを合成して第2投影データを生成する機能部である。合成部3423は、算出部344から受け取る第1重みwが小さいほど、第3投影データに大きな重みを与える。具体的には、合成部3423は、以下の式(22)を用いて、第2投影データを生成する。

Figure 2016104125
The combining unit 3423 is a functional unit that combines the third projection data generated by the first auxiliary generation unit 3421 and the fourth projection data generated by the second auxiliary generation unit 3422 to generate second projection data. is there. The synthesizer 3423 gives higher weight to the third projection data as the first weight w j received from the calculator 344 is smaller. Specifically, the synthesis unit 3423 generates the second projection data using the following formula (22).
Figure 2016104125

式(22)におけるeは、エネルギー帯の値を示すインデックスを示す。xは、合成部3423によって生成される第2投影データを示すデータであり、具体的には、第2投影データを構成するそれぞれの被検体サイノグラムの画素pの画素値(フォトン数)で構成されるベクトルである。xp,3は、第1補助生成部3421によって生成される第3投影データを示すデータであり、具体的には、第3投影データを構成するそれぞれの被検体サイノグラムの画素pの画素値(フォトン数)で構成されるベクトルである。xp,4は、第2補助生成部3422によって生成される第4投影データを示すデータであり、具体的には、第4投影データを構成するそれぞれの被検体サイノグラムの画素pの画素値(フォトン数)で構成されるベクトルである。gは、0〜1の範囲の値をとる重みであり、第1重みwが小さいほど、小さい値に設定される。例えば、第1重みwを所定の定数で除した値を、1以下の値に丸めた値を重みgとすればよい。 E in the formula (22) represents an index indicating the value of the energy band. x p is a data indicating the second projection data generated by the synthesizing unit 3423, specifically, constituted by pixel values of the pixel p of each object sinogram constituting the second projection data (number of photons) Is a vector. xp, 3 is data indicating the third projection data generated by the first auxiliary generation unit 3421. Specifically, the pixel value (x) of the pixel p of each subject sinogram constituting the third projection data ( (A number of photons). xp, 4 is data indicating the fourth projection data generated by the second auxiliary generation unit 3422. Specifically, the pixel value (x) of the pixel p of each subject sinogram constituting the fourth projection data ( (A number of photons). g is a weight having a value in the range of 0 to 1, and is set to a smaller value as the first weight w j is smaller. For example, a value obtained by dividing the first weight w j by a predetermined constant may be a weight g.

図16は、第3の実施形態の画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。図16を参照しながら、本実施形態の画像処理部の画像処理動作について説明する。   FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of the operation of the image processing unit according to the third embodiment. The image processing operation of the image processing unit of this embodiment will be described with reference to FIG.

<ステップS31>
画像処理部の生成部342dは、データ収集部16から、被検体40のサイノグラムである被検体サイノグラムを第1投影データとして受信して取得する。そして、ステップS32へ移行する。
<Step S31>
The generation unit 342d of the image processing unit receives and acquires a subject sinogram, which is a sinogram of the subject 40, from the data collection unit 16 as first projection data. Then, the process proceeds to step S32.

<ステップS32>
生成部342dは、画像処理部の記憶部341bから検出器応答データを読み出して取得する。そして、ステップS33へ移行する。
<Step S32>
The generation unit 342d reads and obtains detector response data from the storage unit 341b of the image processing unit. Then, the process proceeds to step S33.

<ステップS33>
算出部344は、生成部342bが第2投影データを算出するために利用する上述の式(16)の第1重みwを算出する。まず、算出部344は、例えば、X線管11から出射されるX線のスペクトルである出射スペクトルの情報、X線管11のターゲットの部材、X線管11のターゲットの角度、X線管11が備えるフィルタ、撮影時のX線管11の管電圧、使用した造影剤、および、想定される被検体40の組成のうちの少なくともいずれかの情報を、システム制御部36等から取得する。そして、算出部344は、取得した情報に基づいて、第2投影データの復元スペクトルがエネルギー方向に急峻に変換すると想定される程度を求めて第1重みwを算出する。算出部344は、算出した第1重みwを、生成部342dに送る。
<Step S33>
The calculating unit 344 calculates the first weight w j of the above equation (16) that is used by the generating unit 342b to calculate the second projection data. First, the calculation unit 344, for example, information on the emission spectrum, which is the spectrum of the X-ray emitted from the X-ray tube 11, the target member of the X-ray tube 11, the angle of the target of the X-ray tube 11, the X-ray tube 11 The information of at least one of the filter included in the X-ray tube 11, the tube voltage of the X-ray tube 11 at the time of imaging, the contrast agent used, and the assumed composition of the subject 40 is acquired from the system control unit 36 or the like. Then, the calculation unit 344 calculates the first weight w j by obtaining the degree that the restoration spectrum of the second projection data is assumed to be sharply converted in the energy direction based on the acquired information. The calculation unit 344 sends the calculated first weight w j to the generation unit 342d.

<ステップS34>
第1補助生成部3421は、算出部344により算出された第1重みw、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第3投影データを算出して生成する。第1補助生成部3421は、生成した第3投影データを合成部3423に送る。そして、ステップS35へ移行する。
<Step S34>
The first auxiliary generation unit 3421 uses the first weight w j calculated by the calculation unit 344 and the detector response data (matrix H, weight λ) read out from the storage unit 341b, to formulas (6) and (16). And (18) to (20), the third projection data in which the distortion included in the first projection data is corrected is calculated and generated. The first auxiliary generation unit 3421 sends the generated third projection data to the synthesis unit 3423. Then, the process proceeds to step S35.

<ステップS35>
第2補助生成部3422は、算出部344により算出された第1重みw、および、記憶部341bから読み出した検出器応答データ(行列H、重みλ)から、式(6)、(16)、および(18)〜(20)によって、第1投影データに含まれる歪みを補正した第4投影データを算出して生成する機能部である。このとき、第2補助生成部3422は、第4投影データについての復元スペクトルの方が、第3投影データについての復元スペクトルよりも、エネルギー方向の滑らかさが高まるように生成する。すなわち、第2補助生成部3422は、式(16)で用いる第1重み(式(16)ではwと表記)を、第1補助生成部3421が同じく式(16)で用いる第1重みよりも大きくして、第4投影データを生成する。第2補助生成部3422は、生成した第4投影データを合成部3423に送る。そして、ステップS36へ移行する。
<Step S35>
The second auxiliary generation unit 3422 uses the first weight w j calculated by the calculation unit 344 and the detector response data (matrix H, weight λ) read out from the storage unit 341b, to formulas (6) and (16). And (18) to (20) are functional units that calculate and generate fourth projection data in which distortion included in the first projection data is corrected. At this time, the second auxiliary generation unit 3422 generates the restoration spectrum for the fourth projection data so that the energy direction is smoother than the restoration spectrum for the third projection data. That is, the second auxiliary generation unit 3422 uses the first weight used in Expression (16) (indicated by w j in Expression (16)), and the first auxiliary generation unit 3421 similarly uses the first weight used in Expression (16). Is also increased to generate fourth projection data. The second auxiliary generation unit 3422 sends the generated fourth projection data to the synthesis unit 3423. Then, the process proceeds to step S36.

<ステップS36>
合成部3423は、第1補助生成部3421により生成された第3投影データと、第2補助生成部3422により生成された第4投影データとを合成して第2投影データを生成する機能部である。合成部3423は、上述の式(22)を用いて、算出部344から受け取った第1重みwが小さいほど、第3投影データに大きな重みを与えるようにして、第2投影データを生成する。
<Step S36>
The combining unit 3423 is a functional unit that combines the third projection data generated by the first auxiliary generation unit 3421 and the fourth projection data generated by the second auxiliary generation unit 3422 to generate second projection data. is there. The synthesizer 3423 generates the second projection data by using the above-described equation (22) so that the smaller the first weight w j received from the calculator 344 is, the greater the weight is given to the third projection data. .

以上のステップS31〜S36の動作によって、本実施形態の画像処理部による画像処理が実行される。   Image processing by the image processing unit of the present embodiment is executed by the operations in steps S31 to S36 described above.

以上のように、生成部342dは、復元スペクトルのエネルギー方向の滑らかさを抑えた第3投影データと、復元スペクトルのエネルギー方向の滑らかさを高めた第4投影データとを合成して、第2投影データを生成するものとしている。これによって、第2投影データの復元スペクトルは、検出器13により検出された検出スペクトルと比較して、入射スペクトル(被検体スペクトル)においてエネルギー方向に急峻に変化している部分についても近似した形状に近づけることができる。   As described above, the generation unit 342d combines the third projection data in which the smoothness in the energy direction of the restored spectrum is suppressed and the fourth projection data in which the smoothness in the energy direction of the restored spectrum is enhanced, Projection data is generated. As a result, the restored spectrum of the second projection data has a shape that approximates the portion that changes sharply in the energy direction in the incident spectrum (subject spectrum) as compared with the detection spectrum detected by the detector 13. You can get closer.

上述の実施形態およびその変形例に係る画像処理装置(コンソール装置30)は、CPU(Central Processing Unit)等のマイクロプロセッサと、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、HDD(Hard Disk Drive)等の外部記憶装置と、ディスプレイ等の表示装置と、キーボードまたはマウス等の入力装置と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。   An image processing apparatus (console apparatus 30) according to the above-described embodiment and its modification includes a microprocessor such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an HDD ( It has an external storage device such as Hard Disk Drive), a display device such as a display, and an input device such as a keyboard or a mouse, and has a hardware configuration using a normal computer.

上述の実施形態およびその変形例に係る画像処理装置(コンソール装置30)で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)、フレキシブルディスク(FD)、CD−R(Compact Disk Recordable)、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。   A program executed by the image processing apparatus (console apparatus 30) according to the above-described embodiment and its modifications is a file in an installable format or an executable format, and is a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a flexible disk. (FD), CD-R (Compact Disk Recordable), DVD (Digital Versatile Disk) and the like may be recorded on a computer-readable recording medium and provided as a computer program product.

また、上述の実施形態に係るおよびその変形例に係る画像処理装置(コンソール装置30)で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態およびその変形例に係る画像処理装置(コンソール装置30)で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。   In addition, the program executed by the image processing apparatus (console apparatus 30) according to the above-described embodiment and its modification is stored on a computer connected to a network such as the Internet and downloaded via the network. It may be configured to provide. The program executed by the image processing apparatus (console apparatus 30) according to the above-described embodiment and its modification may be provided or distributed via a network such as the Internet.

また、上述の実施形態およびその変形例に係る画像処理装置(コンソール装置30)で実行されるプログラムは、ROM等に予め組み込まれて提供されるものとしてもよい。   The program executed by the image processing apparatus (console apparatus 30) according to the above-described embodiment and its modification may be provided by being incorporated in advance in a ROM or the like.

上述の実施形態およびその変形例に係る画像処理装置(コンソール装置30)で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した画像処理装置の各部(生成部342、342a〜342d、再構成部343、343c、算出部344、344c、第1補助生成部3421、第2補助生成部3422および合成部3423)として機能させ得る。このコンピュータは、CPUがコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。なお、上述の画像処理装置の各部の一部または全部は、ソフトウェアであるプログラムではなく、ハードウェア回路によって実現されてもよい。   The program executed by the image processing apparatus (console device 30) according to the above-described embodiment and the modification thereof is the computer of each unit (generation units 342, 342a to 342d, reconfiguration units 343, 343c, The calculation units 344 and 344c, the first auxiliary generation unit 3421, the second auxiliary generation unit 3422, and the synthesis unit 3423) may function. In this computer, the CPU can read a program from a computer-readable storage medium onto a main storage device and execute the program. Note that some or all of the units of the above-described image processing apparatus may be realized by a hardware circuit instead of a program that is software.

本発明のいくつかの実施形態およびその変形例を説明したが、これらの実施形態およびその変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、および変更を行うことができる。これらの実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention and modifications thereof have been described, these embodiments and modifications thereof are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and modifications thereof can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 X線検査装置
10 架台装置
11 X線管
11a、11b X線ビーム
12 回転フレーム
13 検出器
14 照射制御部
15 架台駆動部
16 データ収集部
20 寝台装置
21 寝台駆動装置
22 天板
30 コンソール装置
31 入力装置
32 表示装置
33 スキャン制御部
34、34a〜34c 画像処理部
35 画像記憶部
36 システム制御部
40 被検体
41 投影断面
50 シンチレータ
50a 反射板
51 接着層
52 SiPM
341、341a〜341c 記憶部
342、342a〜342d 生成部
343、343c 再構成部
344、344c 算出部
1001 サイノグラム
1011、1011a〜1011d 被検体サイノグラム
2001 入射スペクトル
2011 検出スペクトル
2012〜2014 スペクトル
2101 入射スペクトル
2111 検出スペクトル
2121、2122 復元スペクトル
2200 出射スペクトル
2201 被検体スペクトル
3421 第1補助生成部
3422 第2補助生成部
3423 合成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray inspection apparatus 10 Base apparatus 11 X-ray tube 11a, 11b X-ray beam 12 Rotating frame 13 Detector 14 Irradiation control part 15 Base drive part 16 Data collection part 20 Bed apparatus 21 Bed drive apparatus 22 Top plate 30 Console apparatus 31 Input device 32 Display device 33 Scan control unit 34, 34a to 34c Image processing unit 35 Image storage unit 36 System control unit 40 Subject 41 Projected cross section 50 Scintillator 50a Reflector plate 51 Adhesive layer 52 SiPM
341, 341a to 341c storage unit 342, 342a to 342d generation unit 343, 343c reconstruction unit 344, 344c calculation unit 1001 sinogram 1011, 1011a to 1011d subject sinogram 2001 incident spectrum 2011 detection spectrum 2012-2014 spectrum 2101 incident spectrum 2111 detection Spectrum 2121, 2122 Restoration spectrum 2200 Output spectrum 2201 Subject spectrum 3421 First auxiliary generation unit 3422 Second auxiliary generation unit 3423 Synthesis unit

Claims (21)

検出器により被検体を透過した放射線のエネルギーが検出され、前記エネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行するX線CT装置であって、
前記検出器により検出された前記放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルに基づく第1投影データを、前記検出器の応答特性に基づく応答情報により補正して、第2投影データを生成する生成部と、
前記第2投影データを再構成する再構成部と、
を備えたX線CT装置。
An X-ray CT apparatus that detects energy of radiation transmitted through a subject by a detector and performs image processing on data based on the energy,
First projection data based on a first spectrum indicating an amount of X-rays for each energy of the radiation detected by the detector is corrected by response information based on response characteristics of the detector, and second projection data is obtained. A generating unit to generate;
A reconstruction unit for reconstructing the second projection data;
X-ray CT apparatus provided with
前記被検体の周囲で放射線を照射するX線管と、
前記第1スペクトルを検出する前記検出器と、
前記第1投影データを生成するために、前記検出器から前記第1スペクトルを収集する収集部と、
をさらに備えた請求項1に記載のX線CT装置。
An X-ray tube that irradiates radiation around the subject;
The detector for detecting the first spectrum;
A collection unit for collecting the first spectrum from the detector to generate the first projection data;
The X-ray CT apparatus according to claim 1, further comprising:
前記第1投影データは、前記第1スペクトルにおける第1エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第1サイノグラムの集合であり、
前記第2投影データは、前記第1投影データの前記第1サイノグラムが前記生成部により補正された、第2エネルギー帯ごとのフォトン数に基づく第2サイノグラムの集合である請求項1に記載のX線CT装置。
The first projection data is a set of first sinograms based on the number of photons for each first energy band in the first spectrum;
2. The X projection according to claim 1, wherein the second projection data is a set of second sinograms based on the number of photons for each second energy band, in which the first sinogram of the first projection data is corrected by the generation unit. Line CT device.
前記生成部は、前記第1投影データのビュー方向、チャネル方向およびスライス方向の少なくとも1方向の近傍データを合成したデータを前記第1投影データとして置き換えて用いる請求項1記載のX線CT装置。   2. The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the generation unit replaces data obtained by synthesizing neighboring data in at least one direction of a view direction, a channel direction, and a slice direction of the first projection data as the first projection data. 前記応答情報は、放射線が入射する前記検出器の前記応答特性として出力する前記第1スペクトルに含まれる誤差に寄与する物理現象の程度の大きさを示す情報である請求項1に記載のX線CT装置。   2. The X-ray according to claim 1, wherein the response information is information indicating a magnitude of a degree of a physical phenomenon contributing to an error included in the first spectrum output as the response characteristic of the detector to which radiation is incident. CT device. 前記応答情報は、前記検出器で発生するエスケープの発生確率、該検出器の特定のチャネルの周囲のチャネルから前記特定のチャネルに対する蛍光、クロストークおよび散乱、ならびに、該検出器で検出されるエネルギーのばらつきのうち少なくともいずれかに基づいた情報である請求項5に記載のX線CT装置。   The response information includes the probability of occurrence of escape occurring at the detector, fluorescence from the channel around the specific channel of the detector to the specific channel, crosstalk and scattering, and energy detected at the detector The X-ray CT apparatus according to claim 5, wherein the information is information based on at least one of the fluctuations. 前記生成部は、前記検出器により検出される前記放射線の単位時間あたりのフォトン数に応じて、前記第2投影データを生成するための前記応答情報を切り替える請求項1に記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the generation unit switches the response information for generating the second projection data according to the number of photons per unit time of the radiation detected by the detector. . 前記再構成部は、1種類以上のエネルギー幅の前記第2エネルギー帯に対応する前記第2サイノグラムを再構成して生成した画像の画素値である線減弱係数、および、前記1種類以上のエネルギー幅の前記第2エネルギー帯に対応する特定物質の質量減弱係数に基づいて、前記特定物質の物質密度を算出する請求項3に記載のX線CT装置。   The reconstruction unit includes a line attenuation coefficient that is a pixel value of an image generated by reconstructing the second sinogram corresponding to the second energy band having one or more energy widths, and the one or more types of energy. The X-ray CT apparatus according to claim 3, wherein the material density of the specific material is calculated based on a mass attenuation coefficient of the specific material corresponding to the second energy band of width. 前記生成部は、さらに、前記第2投影データに基づくエネルギーごとのX線の量を示す第2スペクトルのエネルギー方向の連続性を示す情報に基づいて、該第2投影データを生成する請求項3に記載のX線CT装置。   The generation unit further generates the second projection data based on information indicating continuity in the energy direction of the second spectrum indicating the amount of X-rays for each energy based on the second projection data. X-ray CT apparatus described in 1. 前記第2スペクトルにおいて隣り合う前記第2エネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部をさらに備え、
前記算出部は、前記第2スペクトルにおいてエネルギー方向に変化率が大きいほど、前記変化率に対応する前記第2エネルギー帯の前記第1重みを小さくする請求項9に記載のX線CT装置。
A calculation unit for calculating a first weight for weighting the continuity of the portion corresponding to the second energy band adjacent in the second spectrum;
The X-ray CT apparatus according to claim 9, wherein the calculation unit decreases the first weight of the second energy band corresponding to the change rate as the change rate in the energy direction in the second spectrum increases.
前記生成部は、
前記第1投影データから、前記応答情報、および、第3投影データに基づくエネルギーごとのX線の量を示す第3スペクトルのエネルギー方向の連続性を示す情報に基づいて、前記第3投影データを生成する第1補助生成部と、
前記第1投影データから、前記応答情報、および、第4投影データに基づくエネルギーごとのX線の量を示す第4スペクトルのエネルギー方向の連続性を示す情報に基づいて、前記第4投影データを生成する第2補助生成部と、
前記第3投影データと、前記第4投影データとをそれぞれ重みづけして合成して前記第2投影データを得る合成部と、
を有し、
前記第3スペクトルおよび前記第4スペクトルにおいて、それぞれ隣り合う所定のエネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部をさらに備え、
前記第2補助生成部は、前記第3スペクトルの前記第1重みよりも大きい前記第4スペクトルの前記第1重みを含む前記連続性を示す情報を用いて、前記第4投影データを生成し、
前記合成部は、前記第1重みが小さいほど、前記第3投影データに対する重みを大きく、かつ、前記第4投影データに対する重みを小さくして合成する請求項9に記載のX線CT装置。
The generator is
Based on the response information and information indicating the continuity of the energy direction of the third spectrum indicating the amount of X-rays for each energy based on the third projection data, the third projection data is obtained from the first projection data. A first auxiliary generator for generating;
Based on the response information and information indicating the continuity of the energy direction of the fourth spectrum indicating the amount of X-rays for each energy based on the fourth projection data, the fourth projection data is obtained from the first projection data. A second auxiliary generator for generating;
A combining unit that obtains the second projection data by weighting and combining the third projection data and the fourth projection data;
Have
In the third spectrum and the fourth spectrum, further includes a calculation unit that calculates a first weight for weighting the continuity of the portions corresponding to predetermined adjacent energy bands,
The second auxiliary generation unit generates the fourth projection data using the information indicating the continuity including the first weight of the fourth spectrum that is larger than the first weight of the third spectrum,
10. The X-ray CT apparatus according to claim 9, wherein the synthesizing unit synthesizes by increasing the weight for the third projection data and decreasing the weight for the fourth projection data as the first weight is small.
前記第2スペクトルにおいて隣り合う前記第2エネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部をさらに備え、
前記算出部は、X線管から出射される放射線のスペクトルの情報、前記X線管のターゲットの部材、前記X線管のターゲットの角度、前記X線管が備えるフィルタ、撮影時の前記X線管の管電圧、前記被検体に使用される造影剤、および、想定される前記被検体の組成のうち少なくともいずれかに基づいて、前記第1重みを算出する請求項10または11に記載のX線CT装置。
A calculation unit for calculating a first weight for weighting the continuity of the portion corresponding to the second energy band adjacent in the second spectrum;
The calculation unit includes information on a spectrum of radiation emitted from the X-ray tube, a target member of the X-ray tube, an angle of the target of the X-ray tube, a filter included in the X-ray tube, and the X-ray at the time of imaging 12. The X according to claim 10, wherein the first weight is calculated based on at least one of a tube voltage of a tube, a contrast agent used for the subject, and an assumed composition of the subject. Line CT device.
前記第2スペクトルにおいて隣り合う前記第2エネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部と、
前記被検体に使用する造影剤の情報、または、前記第2スペクトルがエネルギー方向に急峻に変化すると予想されるエネルギーの情報の操作入力を受け付ける入力部と、
をさらに備え、
前記算出部は、前記入力部により受け付けた前記操作入力の情報に基づいて、前記第1重みを算出する請求項10または11に記載のX線CT装置。
A calculation unit for calculating a first weight for weighting the continuity of the portion corresponding to the second energy band adjacent in the second spectrum;
An input unit for receiving an operation input of information on a contrast agent used for the subject or energy information on which the second spectrum is expected to change sharply in an energy direction;
Further comprising
The X-ray CT apparatus according to claim 10, wherein the calculation unit calculates the first weight based on information on the operation input received by the input unit.
前記第2スペクトルにおいて隣り合う前記第2エネルギー帯に対応する部分の前記連続性に重み付けするための第1重みを算出する算出部をさらに備え、
前記再構成部は、特定物質の質量減弱係数に基づいて、前記特定物質の物質密度を算出し、
前記算出部は、前記物質密度に基づいて前記第1重みを算出する請求項10または11に記載のX線CT装置。
A calculation unit for calculating a first weight for weighting the continuity of the portion corresponding to the second energy band adjacent in the second spectrum;
The reconfiguration unit calculates the substance density of the specific substance based on the mass attenuation coefficient of the specific substance,
The X-ray CT apparatus according to claim 10, wherein the calculation unit calculates the first weight based on the material density.
前記生成部は、前記第1投影データと、前記応答情報により補正した前記第2投影データとの距離が小さくなるように該第2投影データを生成する請求項1に記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the generation unit generates the second projection data so that a distance between the first projection data and the second projection data corrected by the response information is small. 前記距離に対して、前記第1エネルギー帯ごとに重み付けするための第2重みを算出する算出部を備え、
前記生成部は、前記第2重みを用いて、前記第2投影データを生成する請求項15に記載のX線CT装置。
A calculating unit for calculating a second weight for weighting the distance for each of the first energy bands;
The X-ray CT apparatus according to claim 15, wherein the generation unit generates the second projection data using the second weight.
前記算出部は、前記第2エネルギー帯が小さいほど、前記第2重みを小さく算出する請求項16に記載のX線CT装置。   The X-ray CT apparatus according to claim 16, wherein the calculation unit calculates the second weight smaller as the second energy band is smaller. 前記応答情報を記憶する記憶部をさらに備え、
前記生成部は、前記記憶部から前記応答情報を読み出して取得する請求項1に記載のX線CT装置。
A storage unit for storing the response information;
The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the generation unit reads and acquires the response information from the storage unit.
前記記憶部は、前記第1投影データから前記第2投影データに変換するフィルタ係数を前記応答情報として記憶し、
前記生成部は、前記記憶部から前記フィルタ係数を読み出し、前記第1投影データに対して該フィルタ係数を畳み込むことによって前記第2投影データを生成する請求項18に記載のX線CT装置。
The storage unit stores, as the response information, a filter coefficient for converting the first projection data into the second projection data.
The X-ray CT apparatus according to claim 18, wherein the generation unit reads the filter coefficient from the storage unit and generates the second projection data by convolving the filter coefficient with the first projection data.
被検体を透過した放射線のエネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行する画像処理装置であって、
前記放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルに基づく第1投影データを、前記検出器に対応する応答情報により補正して、第2投影データを生成する生成部と、
前記第2投影データを再構成する再構成部と、
を備えた画像処理装置。
An image processing apparatus that performs image processing on data based on energy of radiation transmitted through a subject,
A first projection data based on a first spectrum indicating the amount of X-rays for each energy of the radiation is corrected by response information corresponding to the detector to generate second projection data;
A reconstruction unit for reconstructing the second projection data;
An image processing apparatus.
被検体を透過した放射線のエネルギーに基づくデータに対して画像処理を実行するプログラムであって、
前記放射線のエネルギーごとのX線の量を示す第1スペクトルに基づく第1投影データを、前記検出器に対応する応答情報により補正して、第2投影データを生成する生成ステップと、
前記第2投影データを再構成する再構成ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
A program for performing image processing on data based on the energy of radiation transmitted through a subject,
Generating the second projection data by correcting the first projection data based on the first spectrum indicating the amount of X-rays for each energy of the radiation with the response information corresponding to the detector;
A reconstruction step of reconstructing the second projection data;
A program that causes a computer to execute.
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