CN104902820A - X射线计算机断层摄影装置、医用图像处理装置以及医用图像处理方法 - Google Patents

X射线计算机断层摄影装置、医用图像处理装置以及医用图像处理方法 Download PDF

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Abstract

本实施方式所涉及的X射线计算机断层摄影装置(1)具备：X射线产生部(105)；准直仪(1771)，具有衍射体(1773)以及多个贯通孔(1770)，所述衍射体(1773)设置于贯通孔(1770)，并以与X射线的能量对应的角度使X射线衍射；多个X射线检测元件(1775)，与衍射体(1771)间隔预定距离地设置；计数部(109)，基于来自多个X射线检测元件(1775)的输出，对来源于X射线的光子数进行计数；存储部(200)，存储统计信息，所述统计信息与X射线中的多个能量区域的每一个对应，并与对应于多个X射线检测元件的位置的多个计数值的计数分布相关；分类部(300)，利用统计信息，针对能量区域的每一个对计数的光子数进行分类；以及重建部(400)，基于针对能量区域的每一个进行了分类的光子数，重建与能量区域对应的医用图像。

Description

X射线计算机断层摄影装置、医用图像处理装置以及医用图像处理方法
技术领域
本发明的实施方式涉及一种具有计数器的X射线计算机断层摄影装置、医用图像处理装置以及医用图像处理方法。
背景技术
当前，利用单光子发射计算机断层摄影装置(Single PhotonEmission Computed Tomography：以下，称为SPECT装置)及正电子发射计算机断层摄影装置(Positron Emission ComputedTomography：以下，称为PET装置)等核医学诊断装置中的单光子检测技术(以下，称为单光子检测技术)的扩展形式来尝试光子计数型的X射线计算机断层摄影装置(Computed Tomography：以下，称为光子计数X射线CT装置)的实际应用。单光子检测技术大致分为两种。
第一种单光子检测技术是下述方法。首先，将透过被检体的X射线光子通过结晶(闪烁体)等转换为闪烁光。接着，利用光电倍增管(Photomultiplier tube：以下，称为PMT)、或者硅光电倍增管(SiliconPhotomultiplier：以下，称为SiPM)等光检测器检测闪烁光，由此，X射线光子作为电信号被取出这样的方法。上述方法被称为间接转换型。
第二种单光子检测技术是利用半导体检测器，将透过被检体的X射线光子直接转换为电信号的方法(也称为直接转换型)。具体而言，对半导体检测器中的两个电极预先施加偏置电压。由于X射线光子射入半导体检测器的内部，所以在半导体检测器内部，发生电子与空穴的电子偶的产生。产生的电子与空穴分别被不同的电极吸引。到达电极的电子作为电信号被取出。
上述任意方法中，取出的电信号(以下，称为检测信号)的强度的积分值都与X射线光子的能量成比例，因此，对检测信号进行积分。通过检测信号的积分，计算各个地检测出的X射线光子的能量。核医学诊断装置与光子计数X射线CT装置的不同点在于，与核医学诊断装置中的光子的流量相比，光子计数X射线CT装置中的光子的流量格外地多。为了通过光子计数X射线CT装置来重建医用图像，需要针对例如109个/mm2/sec(以下，称为计数率)进行单光子检测。
但是，关于上述计数率，在对X射线光子执行单光子检测时，存在分别与上述两种单光子检测技术对应的、与以下所示的两种计数损失相关的问题。与第一种单光子检测技术对应的问题是，由于堆积(pile up)所导致的计数损失的问题。堆积是在闪烁的典型的衰减时间(几纳秒)内，由于多个X射线光子射入闪烁体所产生的。堆积是分别与多个X射线光子对应的多个检测信号重叠的现象。如果产生堆积，那么多个X射线光子作为一个X射线光子被计数，那么其结果为，产生计数损失。
与第二个单光子检测技术对应的问题是，由于X射线光子在半导体检测器的停滞时间中射入半导体检测器所导致的计数损失的问题。停滞时间是指，在从半导体检测器取出检测信号的时间起至在半导体检测器中能够再次发生电子偶的产生的时间为止的时间间隔。如果在停滞时间X射线光子射入半导体检测器，那么由于没有发生电子偶的产生，所以X射线光子没有被计数。当前，尝试通过缩小半导体检测器的大小(像素尺寸)，减少在单位时间内射入同一半导体检测器的X射线光子的数量。但是，该尝试中，最大计数率停止在106个/mm2/sec左右。
产生与上述计数损失相关的问题的原因是，为了计算射入X射线检测器的X射线光子的能量而对衰减时间常数长的检测信号进行积分。为了实现光子计数X射线CT装置，必须实现高计数率。但是，存在下述问题，即，很难在与核医学诊断装置相关的技术的扩展上发现上述单光子检测技术。
作为解决上述问题的方法，有例如利用X射线衍射现象的方法。该方法中，在准直仪的背面侧设置衍射体。与衍射体间隔预定距离地设置多个X射线检测元件。射入准直仪的多色X射线以衍射角度进行衍射(散射)，该衍射角度是与包含在多色X射线中的多个单色X射线中的能量分别对应的衍射角度。多色X射线通过该衍射，在多个X射线检测元件上衍射(散射)成德拜-谢乐环(Debye-Scherrer环)状。表示与德拜-谢乐环的半径对应的X射线光子的计数数量的直方图是，衍射的X射线的光子数与基于非衍射的X射线(透过X射线)的光子数的叠加。另外，衍射体与多个X射线检测元件之间的距离较近时，与多个单色X射线分别对应的多个德拜-谢乐环重叠，因此，存在很难得到多色X射线的能量谱的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种X射线计算机断层摄影装置，能够针对多个能量区域的每个对与射入准直仪的多色X射线相关的光子数进行分类。
本实施方式所涉及的X射线计算机断层摄影装置具备：X射线产生部，产生X射线；准直仪，具有多个贯通孔以及衍射体，所述多个贯通孔对由所述X射线产生部所产生的X射线进行准直，所述衍射体设置于所述贯通孔，并以与所述X射线的能量对应的角度使所述X射线衍射；多个X射线检测元件，与所述衍射体间隔预定距离地设置；计数部，基于来自所述多个X射线检测元件的输出，对来源于所述X射线的光子数进行计数；存储部，存储统计信息，所述统计信息与所述X射线中的多个能量区域的每一个对应，并与对应于所述多个X射线检测元件的位置的多个计数值的计数分布相关；分类部，利用所述统计信息，针对所述能量区域的每一个对计数的所述光子数进行分类；以及重建部，基于针对所述能量区域的每一个进行了分类的光子数，重建与所述能量区域对应的医用图像。
通过本实施方式，能够提供一种X射线计算机断层摄影装置、医用图像处理装置以及医用图像处理方法，能够针对多个能量区域的每一个对与射入准直仪的多色X射线相关的光子数进行分类。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的X射线计算机断层摄影装置的结构的一个例子的结构图。
图2是表示本实施方式所涉及的X射线检测部中的多个X射线检测模块的排列的一个例子的立体图。
图3是本实施方式所涉及的、将本实施方式所涉及的X射线检测部中的X射线检测模块的一个例子与射入的多色X射线和根据能量而被衍射的X射线一同表示的图。
图4是表示本实施方式所涉及的将多个计数器和多个加法器进行连接的一个例子的图。
图5是表示本实施方式所涉及的与多色X射线的检测相关的直方图的一个例子的图。
图6是表示本实施方式所涉及的与多个能量区域分别对应的多个斜交基底的一个例子的图。
图7是表示本实施方式所涉及的与多色X射线的检测相关的直方图的能量谱的一个例子的图。
图8是本实施方式所涉及的将与多色X射线的检测相关的直方图和分别对应于多个能量区域并成为斜交系的基底的多个直方图一同表示的图。
图9是表示本实施方式所涉及的通过使用多个斜交基底将检测直方图斜交展开，来产生能量谱的处理的步骤的一个例子的流程图。
具体实施方式
参照附图，对基于光子计数的X射线计算机断层摄影(ComputedTomography)装置(以下，称为光子计数X射线CT装置)的实施方式进行说明。另外，在X射线计算机断层摄影装置中，有下述各种类型，即，X射线产生部与X射线检测部成为一体，并在被检体的周围旋转的Rotate/Rotate-Type(旋转/旋转类型)；以及将排列成环状的多个X射线检测元件固定，仅X射线产生部在被检体的周围旋转的Stationary/Rotate-Type(静止/旋转类型)等，任一种类型都可以适用于本实施方式。另外，为了重建医用图像，需要被检体的周围一周、即360°的量的投影数据，而即使通过半扫描法，也需要180°+扇形角度的量的投影数据。任何一种重建方式都能够适用于本实施方式。在近年，将X射线产生部与X射线检测部的多个对搭载于旋转环上的所谓的多管球型的X射线计算机断层摄影装置的产品化正在发展，并且其周边技术的开发也在进行中。本实施方式适用于以往的一管球型的X射线计算机断层摄影装置，也适用于多管球型的X射线计算机断层摄影装置。在此，对一管球型进行说明。
另外，以下的说明中，对于具有大致相同功能及结构的结构要素，标注相同标号，并且，仅在需要时，进行重复说明。
图1是表示本实施方式所涉及的光子计数X射线CT装置的结构的一个例子的结构图。光子计数X射线CT装置1具备：架台部100、存储部200、分类部300、重建部400、显示部500、输入部600及控制部700。
架台部100中收纳旋转支承机构。旋转支承机构包括：旋转环101、以旋转轴Z为中心自由旋转地支承旋转环101的环支承机构、以及驱动环的旋转的旋转驱动部103(电动机)。旋转环101上搭载有：X射线产生部105；X射线检测部107；以及基于来自X射线检测部107的输出，对来源于X射线的光子数进行计数的计数部109。
X射线产生部105具有未图示的高电压产生器以及X射线管。高电压产生器产生对X射线管施加的高电压(以下，称为管电压)、以及对X射线管供给的电流(以下，称为管电流)。高电压产生器根据从后述的控制部700经由滑动环(slip ring)111输入的控制信号，产生管电压和管电流。X射线管接收来自高电压产生器的管电压的施加及管电流的供给，从X射线的焦点放射X射线。X射线管产生多色X射线。多色X射线由具有不同能量的单色X射线构成。
X射线检测部107具有针对多个能量区域(Energy bin)的每个检测X射线的多个X射线检测模块。以下，将多个X射线检测模块的每一个作为对应于一个通道的模块进行说明。图2是表示X射线检测部107中的多个X射线检测模块177的排列的一个例子的图。如图所示，多个X射线检测模块177排列成格子状。另外，多个X射线检测模块177也可以沿例如顶板的短轴(Y轴)方向或者旋转环101的圆弧方向一维地排列。图3是将X射线检测模块177的一个例子与射入准直仪1771的多色X射线(以下，称为射入X射线)及根据X射线的能量而被衍射体1773衍射的X射线一同表示的图。
X射线检测模块177具有：准直仪1771、衍射体1773、以及多个X射线检测元件1775。准直仪1771具有多个贯通孔1770。
准直仪1771通过贯通孔1770对射入X射线进行准直。射入X射线是受到散射、吸收、透过等的影响的多色X射线，其中，散射、吸收、透过等的影响基于被检体的透过路径中的物质及单色X射线的能量。
衍射体1773设置于准直仪1771上。例如，衍射体1773设置于准直仪1771的背面侧。另外，衍射体1773也可以设置在通过贯通孔1770的X射线的路径上。衍射体1773具有预定的厚度。衍射体1773由例如金属或者结晶粉末构成。衍射体1773根据能量来衍射被准直的多色X射线。射入衍射体1773的多色X射线是多色光子的集团(即，具有与多个波长分别对应的多个能量的光子(photon)的集团)。因此，衍射体1773根据布拉格条件使多色光子的集团以对应于光子的能量的角度衍射。即，衍射体1773使多色X射线以对应于能量的角度衍射(分光)。
多个X射线检测元件1775(以下，称为X射线检测元件组1777)与准直仪1771间隔预定距离地设置。位于X射线检测元件组1777的中心的X射线检测元件(以下，称为中心元件)设置在例如与准直仪1771的开口中心相对的位置。即，在中心元件的正上方，隔着衍射体1773，设置准直仪1771。X射线检测元件组1777的宽度比准直仪1771的口径长。多个X射线检测元件1775中的每一个如图3所示，二维地排列成格子状(以下，称为二维阵列)。另外，多个X射线检测元件1775中的每一个也可以一维地排列。多个X射线检测元件1775中的每一个与后述的计数器1091连接。在衍射体1773与X射线检测元件组1777之间，填充空气等折射率小的物质。另外，在衍射体1773与X射线检测元件组1777之间也可以是真空的。
具体而言，多个X射线检测元件1775的每一个是例如脉冲产生元件。即，如果被衍射体1773衍射的X射线射入多个X射线检测元件的每一个，那么，多个X射线检测元件的每一个产生预定的脉冲信号。X射线检测元件1775将产生的脉冲信号输出至计数器1091。脉冲信号的数量与来源于射入X射线检测元件1775的单色X射线的X射线光子的数量(以下，称为光子数)对应。
图2中，多色X射线具有：具有第1波长λ1的第1单色X射线、以及具有第2波长λ2的第2单色X射线。设为第1波长λ1的波长短于第2波长λ2的波长。这时，与第1单色X射线相关的布拉格角小于与第2单色X射线相关的布拉格角。由此，射入衍射体1773的多色X射线中包含的多个不同的单色X射线根据能量以不同的角度进行衍射。X射线检测元件组1777是二维阵列时，多个不同的单色X射线到达二维阵列上与能量对应的德拜-谢乐环上。
计数部109对从多个X射线检测模块177的每一个中的多个X射线检测元件1775的每一个输出的脉冲信号进行计数。即，计数部109对射入至X射线检测元件1775的每一个的X射线光子的光子数进行计数。
图4是表示X射线检测模块177和计数部109所涉及的、将多个计数器1091与多个加法器1093进行连接的一个例子的图。如图4所示，多个X射线检测元件1775分别与多个计数器1091连接。将与准直仪1771的开口中心相对的位置(中心元件1779)作为中心，分别与位于相同半径的多个X射线检测元件1775连接的多个计数器1091与加法器1093连接。连接于中心元件1779的计数器1091和多个加法器1093连接到非接触数据传送部113。表示了：越是接近中心元件1779的X射线检测元件，所射入的X射线光子的能量越大，越是远离中心元件的X射线检测元件，所射入的X射线光子的能量越小。即，例如，图3中，第1单色X射线的能量大于第2单色X射线的能量。
具体而言，计数部109具有：对光子数进行计数的多个计数器1091、以及将从多个计数器1091输出的多个计数数量相加的多个加法器1093。另外，计数部109也可以隔着非接触数据传送部113，与旋转环101独立地设置在架台部100的内部或者外部。从计数部109输出的数据经由利用磁收发或者光收发的非接触数据传送部113，传送至后述的存储部200。
多个计数器1091与多个X射线检测元件1775分别连接，对从多个X射线检测元件1775的每一个输出的脉冲信号进行计数。多个计数器1091与距离X射线检测元件组1777的中心的距离(半径)对应地与加法器1093连接。多个加法器1093的每一个连接到与距离X射线检测元件组1777的中心位置的距离对应的多个计数器1091。另外，加法器1093也可以不与中心元件1779连接。加法器1093将从多个计数器1091输出的多个计数数量相加。加法器1093经由非接触数据传送部113，将相加而得到的计数数量输出至存储部200。
存储部200对经由非接触数据传送部113而输出的计数数量进行存储。具体而言，存储部200针对多个视角的每一个、多个X射线检测模块177的每一个、多个能量区域的每一个，存储计数数量。以下，针对多个视角的每一个、多个X射线检测模块177(通道)的每一个、多个能量区域的每一个，将与计数数量(次数)相关的数据称为检测直方图。即，存储部200将从计数部109输出的计数数量存储为检测直方图。另外，存储部200还可以对通过未图示的前处理部执行了预定的前处理的检测直方图进行存储。
图5是表示与多色X射线的检测相关的检测直方图的一个例子的图。图5的纵轴表示计数数量。图5的横轴表示X射线检测元件各自的位置。图5中的F(x)表示分布函数，该分布函数表示与将中心元件1779的位置作为基准的X射线检测元件的位置x对应的计数数量(检测直方图)。分布函数F(x)的最大值(最大计数数量)出现在中心元件1779的位置。这是由于透过衍射体1773的透过X射线所引起的。
存储部200对与多个能量区域的每一个对应的统计信息进行存储。统计信息是将与多个X射线检测元件1775的位置对应的多个计数值的分布(以下，称为计数分布)进行了标准化的概率分布。即，存储部200将与多个能量区域分别对应的多个概率分布进行存储。另外，存储部200还可以存储与多个能量区域分别对应的多个计数分布。多个概率分布因为与多个能量区域分别对应，所以成为分布函数F(x)的基底。能量区域i中的概率分布由概率分布函数Φi(x)来表示。概率分布函数Φi(x)中的i是表示能量区域的号码的下标。下标i是1至n(n为2以上的自然数)，并且是表示不同的能量区域的自然数。
分布函数F(x)与概率分布函数Φi(x)如以下的式所示，具有能够展开的关系。
【数1】
F ( x ) = Σ i = 1 n a i Φ i ( x ) - - - ( 1 )
在此，ai与展开系数或者概率分布函数Φi(x)的权重(总计数数量)对应。概率分布函数Φi(x)如以下的式所示，被赋予下述的和，即，由于透过衍射体1773的X射线所引起的透过概率分布函数φi trans(x)与由于被衍射体1773衍射的X射线所引起的衍射概率分布函数φi diff(x)的和。即，概率分布函数Φi(x)被定义为透过概率分布函数φi trans(x)与衍射概率分布函数φi diff(x)之和。
【数2】
多个概率分布函数Φi(x)例如如后述的图6明确所示，与不同的能量区域相关，不具有正交关系。即，多个概率分布函数Φi(x)成为F(x)的斜交基底。非正交关系能够通过以下的式(2)表示。另外，如以下的式所示，为了方便，位置x记载为连续变量，但是多个X射线检测元件1775的位置是离散的。因此，严格地讲，积分成为总和。
【数3】
∫ x Φ i ( x ) Φ j ( x ) d x = ∫ x ⟨ i | x ⟩ ⟨ x | j ⟩ d x = ⟨ i | j ⟩ ≠ δ i j - - - ( 2 )
另外，为了方便说明，将多个概率分布函数Φi(x)的每一个如以下的式那样设为标准化的函数。
【数4】
∫ x Φ i ( x ) d x = 1
以下，为了方便说明，将分布函数F(x)及与能量区域i相关的概率分布函数Φi(x)设为以下的式所表示的函数。
【数5】
F(x)＝<x|F>   (3)
【数6】
Φi(x)≡<x|i>   (4)
这时，分布函数F(x)与概率分布函数Φi(x)的关系式通过将式(3)与式(4)代入式(1)，由以下的式表示。
【数7】
&lang; x | F &rang; = &Sigma; i = 1 n a i &lang; x | i &rang; - - - ( 5 )
从式(5)中去除位置x的依赖性(去除左矢(bra)x(＜x|))，由此，得到以下的关系式。
【数8】
| F &rang; = &Sigma; i = 1 n a i | i &rang; - - - ( 6 )
上式(6)是对所有位置x的每一个都成立的式。
图6是表示与多个能量区域分别对应的多个斜交基底的一个例子的图。图6表示与多个能量区域(E1至En)分别对应的多个斜交基底、即多个概率分布函数(Φ1(x)至Φn(x))。
图6中的Φ1(x)与能量区域E1有关，表示由实线的φ1 trans(x)与虚线的φ1 diff(x)的和定义的样子。即，图6中的实线的φ1 trans(x)与下述概率对应，即，使属于能量区域E1的单色X射线射入准直仪1771，通过位于准直仪1771的口径的正下方的多个X射线检测元件，检测出透过衍射体1773的单色X射线的光子的概率。另外，图6中的虚线的φ1 diff(x)与下述概率对应，即，使属于能量区域E1的单色X射线射入准直仪1771，通过位于除了准直仪1771的口径的正下方的位置以外的位置处的X射线检测元件，检测出被衍射体1773衍射的单色X射线的光子的概率。
图6中的Φ2(x)与能量区域E2有关，表示由实线的φ2 trans(x)与虚线的φ2 diff(x)的和定义的样子。即，图6中的实线的φ2 trans(x)与下述概率对应，即，使属于能量区域E2的单色X射线射入准直仪1771，通过位于准直仪1771的口径的正下方的多个X射线检测元件，检测出透过衍射体1773的单色X射线的光子的概率。另外，图6中的虚线的φ2 diff(x)与下述概率对应，即，使属于能量区域E2的单色X射线射入准直仪，通过位于除了准直仪1771的口径的正下方的位置以外的位置处的X射线检测元件，检测出被衍射体1773衍射的单色X射线的光子的概率。
图6中的Φn(x)与能量区域En有关，表示由实线的φn trans(x)与虚线的φn diff(x)的和定义的样子。即，图6中的实线的φn trans(x)与下述概率对应，即，使属于能量区域En的单色X射线射入准直仪，通过位于准直仪1771的口径的正下方的多个X射线检测元件，检测出透过衍射体1773的单色X射线的光子的概率。另外，图6中的虚线的φn diff(x)与下述概率对应，即，使属于能量区域En的单色X射线射入准直仪，通过位于除了准直仪1771的口径的正下方的位置以外的位置处的X射线检测元件，检测出被衍射体1773衍射的单色X射线的光子的概率。
多个概率分布函数(Φi(x))的每一个例如通过衍射实验来确定，该衍射实验利用了具有对应的能量区域的单色X射线和衍射体1773。另外，多个概率分布函数(Φi(x))的每一个也可以通过数值计算(例如，数值模拟)来确定，该数值计算利用了具有对应的能量区域的单色X射线和衍射体1773。存储部200将通过衍射实验或者数值计算所确定的多个概率分布函数Φi(x)进行存储。
存储部200将通过后述的重建部400所重建的医用图像进行存储。存储部200将通过后述的输入部600所输入的操作者的指示、图像处理的条件、拍摄条件等信息进行存储。存储部200将为了进行X射线计算机断层摄影而对架台部100等进行控制的控制程序等进行存储。存储部200将与后述的能量谱产生处理相关的程序进行存储。
分类部300使用统计信息，针对每个能量区域对通过计数部109所计数的光子数进行分类。更详细而言，分类部300使用统计信息，产生表示与多个能量区域分别对应的多个光子数的能量谱。即，分类部300基于与多个能量区域分别对应的多个概率分布和检测直方图，产生检测直方图的能量谱。
具体而言，分类部300使用概率分布函数Φi(x)，将与检测直方图对应的分布函数F(x)展开(以下，称为谱展开)。分类部300通过谱展开，确定展开系数ai。分类部300基于所确定的展开系数ai和多个概率分布函数Φi(x)，产生与检测直方图相关的能量谱。
以下，对分类部300中的谱展开及展开系数ai的导出进行说明。在分类部300中，如以下的式所示，在式(6)的两边，从左边乘以左矢j(＜j|：与能量区域j相关的概率分布函数Φj(x)的埃尔米特(Hermitian)共轭)。在式(6)的两边，从左边乘以左矢j(＜j|)的式如下。
【数9】
&lang; j | F &rang; = &Sigma; i = 1 n a i &lang; j | i &rang; - - - ( 7 )
在分类部300中，在所有能量区域(j＝1至n)内计算式(7)中的左边的括号(bracket)jF(＜j|F＞)。具体而言，括号jF(＜j|F＞)通过以下的式计算。
【数10】
&lang; j | F &rang; = &Integral; x &Phi; j ( x ) F ( x ) d x - - - ( 8 )
为了使说明变得简单，括号jF(＜j|F＞)定义如下。
【数11】
<j|F>≡Fj   (9)
将式(9)代入式(7)，从而得到以下的式(10)。
【数12】
F j = &Sigma; i = 1 n a i &lang; j | i &rang; - - - ( 10 )
如果将式(10)记载为矩阵形式，那么成为如下式。
【数13】
F 1 . . . F j . . . F n = &lang; 1 | 1 &rang; ... &lang; 1 | i &rang; ... &lang; 1 | n &rang; . . . ... . . . ... . . . &lang; j | 1 &rang; ... &lang; j | i &rang; ... &lang; j | n &rang; . . . ... . . . ... . . . &lang; n | 1 &rang; ... &lang; n | i &rang; ... &lang; n | n &rang; a 1 . . . a i . . . a n - - - ( 11 )
为了使说明变得简单，将式(11)中的矩阵如以下那样定义为N。矩阵N是将括号jF(＜j|F＞)作为分量的n×n矩阵。
【数14】
N &equiv; &lang; 1 | 1 &rang; ... &lang; 1 | i &rang; ... &lang; 1 | n &rang; . . . ... . . . ... . . . &lang; j | 1 &rang; ... &lang; j | i &rang; ... &lang; j | n &rang; . . . ... . . . ... . . . &lang; n | 1 &rang; ... &lang; n | i &rang; ... &lang; n | n &rang; - - - ( 12 )
将式(12)用于式(11)，那么式(12)成为以下式。
【数15】
F 1 . . . F j . . . F n = N a 1 . . . a i . . . a n - - - ( 13 )
因为多个概率分布函数Φi(x)各自不同，所以，式(12)中的矩阵N具有逆矩阵N-1。即，与多个能量区域分别对应的多个概率分布函数Φi(x)是线性独立的，所以，矩阵N具有逆矩阵N-1。分类部300基于多个概率分布函数Φi(x)，计算矩阵N中的n×n个矩阵元素。矩阵N是对称矩阵时，由分类部300所计算的矩阵元素成为n(n-1)/2。矩阵元素通过例如式(2)计算。分类部300基于所计算的矩阵元素，计算N的逆矩阵N-1。另外，矩阵N的逆矩阵N-1也可以预先存储在存储部200中。
对式(12)的两边乘以矩阵N的逆矩阵N-1，将两边交换，由此，得到以下的式。
【数16】
a 1 . . . a i . . . a n = N - 1 F 1 . . . F j . . . F n - - - ( 14 )
使用式(8)、式(9)，将上式(14)如以下地进行改写。
【数17】
a 1 . . . a i . . . a n = N - 1 &lang; 1 | F &rang; . . . &lang; j | F &rang; . . . &lang; n | F &rang; = N - 1 &Integral; x &Phi; 1 ( x ) F ( x ) d x . . . &Integral; x &Phi; j ( x ) F ( x ) d x . . . &Integral; x &Phi; n ( x ) F ( x ) d x - - - ( 15 )
在式(15)中应用分布函数F(x)、多个概率分布函数Φi(x)、及矩阵N的逆矩阵N-1，由此，分类部300确定展开系数ai。分类部300基于多个展开系数ai，产生能量谱，该能量谱表示与多个能量区域分别对应的多个光子数。图7是表示与多色X射线的检测相关的检测直方图的能量谱的一个例子的图。图7的纵轴与X射线强度、即展开系数ai对应。
分类部300针对多个视角及多个X射线检测模块(通道)177的每一个产生能量谱。分类部300将视角及通道号码对应起来，将产生的能量谱输出至后述的重建部400。
图8是将与多色X射线的检测相关的检测直方图和分别对应于多个能量区域并成为斜交系的基底的多个直方图一同表示的图。另外，谱展开还可以通过图8所示的能量区域各自不同的多个直方图来展开。在图8的横轴中，将以中心元件1779为中心的半径方向设为位置r。图8的纵轴表示通过加法器相加而得到的计数数量。
重建部400基于与多个视角及多个X射线检测模块177分别对应的能量谱，重建与能量区域对应的医用图像。例如，重建部400通过滤波补正逆投影法(例如，卷积逆投影法)或者逐次近似法(例如，OS-EM法等)等，重建医用图像。另外，重建部400也可以基于与多个视角及多个X射线检测模块177分别对应的能量谱，重建与多个能量区域分别对应的多个医用图像。
另外，重建部400也可以基于与多个能量区域分别对应的多个医用图像，产生能量差分图像。另外，重建部400也可以基于与多个视角及多个X射线检测模块177分别对应的能量谱，重建与能量差分对应的医用图像。
显示部500显示针对重建部400所重建的每个能量区域的医用图像、为了X射线计算机断层摄影而设定的条件等。
输入部600输入操作者所希望的X射线计算机断层摄影的拍摄条件、及被检体的信息等。具体而言，输入部600将来自操作者的各种指示/命令/信息/选择/设定接收至本光子计数X射线CT装置1。输入部600虽然没有图示，但是具有用于进行关心区域的设定等的轨迹球(track ball)、开关按钮、鼠标、键盘等。输入部600对显示画面上显示的光标的坐标进行检测，并将所检测的坐标输出至控制部700。另外，输入部600也可以是以覆盖显示画面的方式设置的触摸面板。这时，输入部600通过电磁感应式、电磁变形式、感压式等的坐标读取原理对触摸指示的坐标进行检测，并将所检测的坐标输出至控制部700。
控制部700作为本光子计数X射线CT装置1的中枢发挥功能。控制部700具备未图示的CPU和存储器。控制部700基于存储于未图示的存储器中的检查计划数据和控制程序，为了进行X射线计算机断层摄影，对未图示的床部、架台部100、旋转驱动部103、X射线产生部105等进行控制。具体而言，控制部700将从输入部600发送来的操作者的指示、图像处理的条件等信息暂时存储于未图示的存储器中。控制部700基于暂时存储于存储器中的这些信息，对床部及架台部100、旋转驱动部103、X射线产生部105等进行控制。
控制部700从存储部200读取用于预定的图像产生/显示、执行后述的能量谱产生处理等的控制程序，在自身具有的存储器上展开，执行与各种处理相关的运算和处理等。
(能量谱产生功能)
能量谱产生功能是指，基于表示检测直方图的分布函数F(x)、以及成为F(x)的斜交基底的多个概率分布函数Φi(x)，产生与检测直方图相关的能量谱的功能。以下，对与能量谱产生功能相关的处理(以下，称为能量谱产生处理)进行说明。
图9是表示能量谱产生处理的步骤的一个例子的流程图。
基于多个斜交基底多个概率分布函数(Φi(x))，预先计算出矩阵N的逆矩阵N-1。具体而言，使用式(2)，计算出矩阵N中的n×n的矩阵元素。基于n×n的矩阵元素，计算出矩阵N的逆矩阵N-1。将所计算的逆矩阵N-1预先存储于存储部200中。与多色X射线相关的计数数量被存储为检测直方图(步骤Sa1)。计算出与多个能量区域分别对应的多个斜交基底(多个概率分布函数Φi(x))的每一个与检测直方图(分布函数F(x))的内积(步骤Sa2)。在此，内积是指，与式(7)对应的括号jF(＜j|F＞)。对于多个能量区域(j＝1至n)计算出内积。
基于与多个能量区域(j＝1至n)分别对应的多个内积(＜j|F＞)、以及逆矩阵N-1，计算出多个展开系数ai(步骤Sa3)。具体而言，将多个内积(＜j|F＞)和逆矩阵N-1代入式(15)，由此，计算出多个展开系数ai。
通过所计算的多个展开系数ai，确定检测直方图的能量谱(步骤Sa4)。基于所确定的能量谱，重建与多个能量区域的每一个对应的医用图像。
通过以上所述的结构，能够得到以下的效果。
通过本光子计数X射线CT装置1，能够使用统计信息而从检测直方图产生检测直方图的能量谱。由此，能够产生与射入准直仪1771的多色X射线相关的能量谱。另外，通过本光子计数X射线CT装置1，能够基于所产生的能量谱来重建与多个能量区域的每一个对应的医用图像。即，通过本光子计数X射线CT装置1，能够进行谱成像。
另外，作为本实施方式的变形例，将本光子计数X射线计算机断层摄影装置1的技术性思想在医用图像处理装置中实现时，成为具有例如图1的结构图中的虚线2内的结构要素的装置。能量谱产生功能中的各处理与本实施方式相同。
另外，本实施方式所涉及的功能也可以通过下述方式实现，即，通过将执行能量谱产生处理的程序安装于工作站等计算机中，并将它们在存储器上展开来实现。这时，能够使计算机执行该方法的程序也可以存储在磁盘(软盘(floppy，日本注册商标)、硬盘等)、光盘(CD-ROM、DVD等)、半导体存储器等存储媒介中并发布。
虽然说明了本发明的几种实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非意图限定发明的范围。这些新的实施方式可以利用其他各种方式来实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和要旨中，并且包含在权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。
(标号说明)
1…X射线计算机断层摄影装置，2…医用图像处理装置，100…架台部，101…旋转环，103…旋转驱动部，105…X射线产生部，107…X射线检测部，109…计数部，111…滑动环，113…非接触数据传送部，177…X射线检测模块，200…存储部，300…重建部，400…显示部，500…输入部，600…控制部，1091…计数器，1093…加法器，1770…贯通孔，1771…准直仪，1773…衍射体，1775…X射线检测元件，1777…X射线检测元件组，1779…中心元件。

Claims (18)

1.一种X射线计算机断层摄影装置，具备：
X射线产生部，产生X射线；
准直仪，具有多个贯通孔以及衍射体，所述多个贯通孔对由所述X射线产生部所产生的X射线进行准直，所述衍射体设置于所述贯通孔，并以与所述X射线的能量对应的角度使所述X射线衍射；
多个X射线检测元件，与所述衍射体间隔预定距离地设置；
计数部，基于来自所述多个X射线检测元件的输出，对来源于所述X射线的光子数进行计数；
存储部，存储统计信息，所述统计信息与所述X射线中的多个能量区域的每一个对应，并与对应于所述多个X射线检测元件的位置的多个计数值的计数分布相关；
分类部，利用所述统计信息，针对所述能量区域的每一个对计数的所述光子数进行分类；以及
重建部，基于针对所述能量区域的每一个进行了分类的光子数，重建与所述能量区域对应的医用图像。
2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述分类部利用所述统计信息，产生针对所述能量区域的每一个对计数的所述光子数进行了分类的能量谱，
所述重建部基于所述能量谱，重建与所述能量区域的每一个对应的所述医用图像。
3.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述统计信息是对所述计数分布进行了标准化的概率分布。
4.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述统计信息是所述计数分布。
5.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述统计信息具有能够将与所述多个X射线检测元件的位置对应的计数的所述光子数的分布针对所述能量区域的每一个展开的斜交系的基底，
所述分类部利用所述斜交系的基底，针对所述能量区域的每一个对计数的所述光子数进行分类。
6.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述衍射体是金属或者结晶粉末。
7.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述衍射体设置在所述贯通孔的背面侧。
8.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其中，
所述衍射体设置在通过所述贯通孔的所述X射线的路径上。
9.一种医用图像处理装置，具备：
存储部，存储来源于X射线的光子数以及统计信息，所述统计信息与所述X射线中的多个能量区域的每一个对应，并与对应于所述多个X射线检测元件的位置的多个计数值的计数分布相关；
分类部，利用所述统计信息，针对所述能量区域的每一个对所述光子数进行分类；以及
重建部，基于针对所述能量区域的每一个进行了分类的光子数，重建与所述能量区域对应的医用图像。
10.根据权利要求9所述的医用图像处理装置，其中，
所述分类部利用所述统计信息，产生针对所述能量区域的每一个对所述光子数进行了分类的能量谱，
所述重建部基于所述能量谱，重建与所述能量区域的每一个对应的所述医用图像。
11.根据权利要求9所述的医用图像处理装置，其中，
所述统计信息是对所述计数分布进行了标准化的概率分布。
12.根据权利要求9所述的医用图像处理装置，其中，
所述统计信息是所述计数分布。
13.根据权利要求9所述的医用图像处理装置，其中，
所述统计信息具有能够将与所述多个X射线检测元件的位置对应的所述光子数的分布针对所述能量区域的每一个展开的斜交系的基底，
所述分类部利用所述斜交系的基底，针对所述能量区域的每一个对所述光子数进行分类。
14.一种医用图像处理方法，包括：
存储来源于X射线的光子数以及统计信息，所述统计信息与所述X射线中的多个能量区域的每一个对应，并与对应于所述多个X射线检测元件的位置的多个计数值的计数分布相关；
利用所述统计信息，针对所述能量区域的每一个对所述光子数进行分类；以及
基于针对所述能量区域的每一个进行了分类的光子数，重建与所述能量区域对应的医用图像。
15.根据权利要求14所述的医用图像处理方法，其中，
所述分类是指，利用所述统计信息，产生针对所述能量区域的每一个对所述光子数进行了分类的能量谱，
所述重建是指，基于所述能量谱，重建与所述能量区域的每一个对应的所述医用图像。
16.根据权利要求14所述的医用图像处理方法，其中，
所述统计信息是对所述计数分布进行了标准化的概率分布。
17.根据权利要求14所述的医用图像处理方法，其中，
所述统计信息是所述计数分布。
18.根据权利要求14所述的医用图像处理方法，其中，
所述统计信息具有能够将与所述多个X射线检测元件的位置对应的所述光子数的分布针对所述能量区域的每一个展开的斜交系的基底，
所述分类是指，利用所述斜交系的基底，针对所述能量区域的每一个对所述光子数进行分类。
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