JP2004313524A - Ｘ線ｃｔ装置およびビームハードニング後処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＢＨ効果のチャネルごとの補正を、比較的寸法の大きな被検体を撮影したときにおいても高精度化できるＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】第１の投影情報にビームハードニング効果の補正を行い第２の投影情報を生成するビームハードニング補正部２０１と、第２の投影情報に第１の関数フィッティングを行って第３の投影情報を生成する第１のフィッティング部２０２と、第２の投影情報を構成する各チャネルで、すべてのビューの第２の投影情報の値を独立変数とする第３の投影情報の値を第２の関数フィッティングして補正係数を求める第２のフィッティング部２０４と、第１のファントムについて生成された第１の補正係数を用いて、第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて生成された第２の補正係数を修正する補正係数修正部２０５とを有する。
【選択図】図２
【解決手段】第１の投影情報にビームハードニング効果の補正を行い第２の投影情報を生成するビームハードニング補正部２０１と、第２の投影情報に第１の関数フィッティングを行って第３の投影情報を生成する第１のフィッティング部２０２と、第２の投影情報を構成する各チャネルで、すべてのビューの第２の投影情報の値を独立変数とする第３の投影情報の値を第２の関数フィッティングして補正係数を求める第２のフィッティング部２０４と、第１のファントムについて生成された第１の補正係数を用いて、第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて生成された第２の補正係数を修正する補正係数修正部２０５とを有する。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファントムデータ（ｐｈａｎｔｏｍ ｄａｔａ）に基づいて被検体の透過Ｘ線強度を補正するビームハードニング（ｂｅａｍ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ，以下、ＢＨと略称する）後処理方法およびＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置で用いられるＸ線源は、あるエネルギー幅を持ったＸ線を出力する。他方、被検体を透過するＸ線の線吸収係数は、Ｘ線エネルギーに依存しており、被検体の透過長さが大きいほど平均エネルギーが高い方向に移動するビームハードニング効果を呈する。これにより、Ｘ線の透過強度すなわち投影情報値と透過長さとは、比例関係が成立せず、非線形の関係となる。
このＢＨ効果は、再構成画像上では、中央部分の強度が低下するカッピング（ｃｕｐｐｉｎｇ）効果を生じさせ、例えば、均一な強度の再構成画像を生成する投影情報値の補正係数を、Ｘ線検出器のチャネルごとに求めることにより補正がなされる（例えば、特許文献１参照）。
しかし、さらに高精度の補正を行うために、撮像中心に配置される、ＦＯＶ（撮像領域）全体を概ね被う直径で、かつ直径の異なる複数の円筒形状のファントムを撮像し、これらファントムの投影情報から補正を精密化することが行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１３０９８７号公報、（第２〜３頁、第１〜２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、投影情報値の高精度な補正を行うには、チャネルごとに異なる大きさの投影情報値ができるだけ多く必要であり、多種類の直径を有するファントムを撮像する必要がある。
一方、ファントムの直径が大きくなるほど、得られる投影情報値のＳ／Ｎ比が低下する。Ｓ／Ｎ比が低下した投影情報値から得られた上記した補正係数を使用して投影情報を補正すると、再構成画像にリング・アーチファクト等の画質の低下が発生しやすい。したがって、寸法の大きな被検体を撮影したときに、画質が低下しやすい。
【０００５】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＢＨ効果のチャネルごとの補正を、比較的寸法の大きな被検体を撮影したときにおいても高精度化できるＸ線ＣＴ装置およびＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線ＣＴ装置は、撮像領域を透過するＸ線ビームの投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて、多方向からの複数ビューで取得し、前記各チャネルの検出した投影情報にビームハードニング効果の補正を行うＸ線ＣＴ装置であって、前記撮像領域に配置されたファントムから投影情報を取得し、この当該投影情報から前記補正に用いる補正係数を生成する補正係数生成手段と、第１のファントムについて前記補正係数生成手段によって生成された第１の補正係数を用いて、前記第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて前記補正係数生成手段によって生成された第２の補正係数を修正する補正係数修正手段と、前記第１の補正係数および修正された前記第２の補正係数を用いて、前記撮像領域に載置される被検体の投影情報を補正する補正手段と
を有する。
【０００７】
好適には、前記補正係数生成手段は、ファントムの第１の投影情報を、すべての前記ビューで撮影し、１つのサイノグラムを取得する取得手段と、前記第１の投影情報に前記ビームハードニング効果の補正を行い第２の投影情報を生成するビームハードニング補正手段と、前記第２の投影情報に第１の関数フィッティングを行って第３の投影情報を生成する第１のフィッティング手段と、前記第２の投影情報を構成する各チャネルで、すべての前記ビューの前記第２の投影情報の値を独立変数とする前記第３の投影情報の値を第２の関数フィッティングして前記補正係数を求める第２のフィッティング手段とを有する。
【０００８】
さらに好適には、前記Ｘ線検出器は、所定数のチャネルをもつ複数の検出モジュールによって構成されており、前記補正係数修正手段は、前記第２のファントムから得られた補正係数データから高周波成分のみを分離して前記検出モジュール毎の検出特性に依存する成分を残し、前記高周波成分が分離された係数データに前記第１のファントムから得られた補正係数データの高周波成分を合成する。
【０００９】
本発明のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法は、第１のファントムと、前記第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムとを、Ｘ線管とＸ線検出器との間にそれぞれ配置して、投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて多方向からの複数ビューで取得する取得ステップと、前記第１および第２のファントムについての投影情報から、前記Ｘ線検出器の各チャネルの検出する投影情報の補正に用いる第１および第２の補正係数を生成する生成ステップと、前記第１の補正係数を用いて、前記第２の補正係数を修正する修正ステップと、前記第１の補正係数および修正された前記第２の補正係数を用いて、前記撮像領域に載置される被検体の投影情報の補正を行う補正ステップとを有する。
【００１０】
本発明では、第１のファントムおよびこの第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて投影情報を取得し、この投影情報から補正のための第１および第２の補正係数を生成する。
ファントムの寸法が大きいほどＳ／Ｎ比が低下するため、第１の補正係数を用いて補正を行った場合よりも、第２の補正係数を用いて補正を行ってえたＣＴ画像のほうがリングアーチファクトなどによる画質低下が発生しやすい。
このため、本発明では、Ｓ／Ｎ比が比較的高い投影情報から生成された第１の補正係数を用いて第２の補正係数を修正する。
この結果、大きな寸法にファントムを用いて補正係数を生成した場合であっても、精度のよい補正が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるビームハードニング後処理方法およびＸ線ＣＴ装置の好適な実施の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
まず、本実施の形態にかかるＸ線ＣＴ装置の全体構成について説明する。図１は、Ｘ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。
【００１３】
走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２により、例えば扇状のＸ線ビーム（ｂｅａｍ）すなわちファンビーム（ｆａｎｂｅａｍ）Ｘ線となるように成形され、Ｘ線検出器２４に照射される。
【００１４】
Ｘ線検出器２４は、ファンビームＸ線の広がり方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。Ｘ線検出器２４は、複数のＸ線検出素子をアレイ状に配列した、多チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）の検出器となっている。
【００１５】
Ｘ線検出器２４は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。Ｘ線検出器２４は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限られず、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子またはＸｅガス（ｇａｓ）を用いる電離箱型のＸ線検出素子であっても良い。Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。
【００１６】
Ｘ線検出器２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は、Ｘ線検出器２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集する。Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌ１ｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係およびコリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。
【００１７】
以上の、Ｘ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ２の回転部３４に搭載されている。ここで、被検体あるいはファントムは、回転部３４の中心に位置するボア（ｂｏｒｅ）２９内のクレードル（ｃｒａｄｌｅ）上に載置される。回転部３４は、回転コントローラ３６により制御されつつ回転し、Ｘ線管２０からＸ線を爆射し、Ｘ線検出器２４において被検体およびファントムの透過Ｘ線を、各ビューごとの投影情報として検出する。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。
【００１８】
操作コンソール６はデータ処理装置６０を有する。データ処理装置６０は、例えばコンピュータ等によって構成される。データ処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２が接続されている。データ処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２を制御する。
【００１９】
走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、これら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２０】
データ処理装置６０には、また、データ収集バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。
【００２１】
データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した透過Ｘ線信号すなわち投影情報を用いて画像再構成を行う。データ処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、データ収集バッファ６４に収集された投影情報や再構成された断層画像情報および本装置の機能を実現するためのプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。
【００２２】
データ処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される断層画像情報やその他の情報を表示する。操作装置７０は、オペレータによって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。オペレータは表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。なお、走査ガントリ２、撮影テーブル４および操作コンソール６は、被検体あるいはファントムを撮影して断層画像を取得する取得装置を構成する。
【００２３】
図２に、データ処理装置６０の本実施形態に係るビームハードニング後処理方法に関連する部分のみの機能ブロック図を示す。
データ処理装置６０は、記憶装置６６の投影情報に対して行う、ＢＨ補正部２０１、第１のフィッティング部２０２、第２のフィッティング部２０４、補正係数修正部２０５および画像再構成部２０６等の機能を含む。
【００２４】
ＢＨ補正部２０１は、記憶装置６６の投影情報にＢＨ補正を行う。Ｘ線検出器２４の各チャネルで取得される投影情報値をＩｈとし、ＢＨ補正した補正データをＩＣとすると、ＢＨ補正は次式により行われる。
【００２５】
ＩＣ＝Ｂ０ ・Ｉｈ＋Ｂ１ ・Ｉｈ２ ＋Ｂ２ ・Ｉｈ３ ＋Ｂ３ ・Ｉｈ４ …（１）
【００２６】
ここで、Ｂ０ 〜Ｂ３ は補正係数である。これら補正係数は、例えば、特許文献１の方法により各チャネルごとに確定され、補正係数テーブルとして記憶装置６６の保存される。
【００２７】
第１のフィッティング部２０２は、記憶装置６６の投影情報の各チャネルあるいは各ビュー間の平滑化を行う。この第１のフィッティング部２０２は、各チャネル間あるいは各ビュー間での平均化演算を行うか、あるいは、チャネル方向あるいはビュー方向の投影情報値に高次の関数をフィッティングすることにより、平滑化を行う。
フィッティングで求めた関数は、関数の次数を超える高周波成分は除去されるので平滑化と同等の効果を得る。
【００２８】
第２のフィッティング部２０４は、Ｘ線検出器２４の１つのチャネルが取得する、投影情報値および第１のフィッティング部２０２により第１の関数フィッティングされた投影情報値の間で一次あるいは高次関数のフィッティングを行う。これにより、ＢＨ補正部２０１で用いられる（１）式と同様の補正関数を取得することができる。
【００２９】
補正係数修正部２０５は、第２のフィッティング部２０４で得られた補正関数の補正係数を、必要な場合（ファントムの直径が大きく、Ｓ／Ｎ比が低い場合）に、第２のフィッティング部２０４で既に得られた他のファントムの補正関数の補正係数を用いて修正する。なお、具体的な処理については後述する。
【００３０】
画像再構成部２０６は、記憶装置６６の複数ビューからなる投影情報であるサイノグラムを用いて、被検体あるいはファントムの断層画像を再構成する。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられ、表示装置６８に再構成画像が表示される。
【００３１】
次に、上記Ｘ線ＣＴ装置１におけるビームハードニング後処理補正に必要な補正係数を求める手順の一例について図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３２】
ファントムスキャン
まず、ファントムスキャンを行う（ステップＳ５０１）。具体的には、ファントムをボア２９内の撮像中心からずれた位置に配置する。このファントムは、ポリプロピレン等の材質で作成された、円筒形状を有する。ファントムの直径は、種々のものが存在するが、本実施形態では、たとえば、３５ｃｍおよび４８ｃｍのものを使用し、この順にファントムスキャンを行うものとする。
【００３３】
ファントムスキャンの際に、ファントムをボア２９内の撮像中心からずれた位置に配置するのは、各ビュー毎にファントムを透過するＸ線のパス長が異ならせることができる。投影情報値の高精度なビームハードニング効果の補正を行うには、チャネルごとに異なる大きさの投影情報値ができるだけ多く必要であるが、ファントムをボア２９内の撮像中心からずれた位置に配置することにより、１つのファントムから多数の異なる大きさの投影情報値が得られる。
【００３４】
図４は、走査ガントリ２のボア２９内に配置されたファントム３１０を示している。
ファントム３１０は、円形断面を有しており、その中心は、ボア２９の撮像中心とは異なる場所に位置する。Ｘ線管２０からボータイフィルタを透過して発生されるＸ線ファンビームは、ファントム３１０を透過して、Ｘ線検出器２４で検出される。
【００３５】
Ｘ線検出器２４は、Ｘ線ファンビームの拡がり方向に複数のＸ線検出素子がアレイ状に配列されており、アレイ状の各チャネルでファントム３１０の投影情報を検出する。ここで、Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、ボア２９を中心にして対向配置されており、相対位置を変化すること無く、回転部３４ごとボア２９の周り回転しつつ投影情報の取得を行う。そして、この回転角度に対応したビュー番号ごとに、前記投影情報を取得し、一枚のサイノグラムを生成する。
【００３６】
図５（Ａ）は、ファントム３１０を用いた場合のサイノグラムの一例を示した。サイノグラムは、チャネルの中心近傍に存在する投影情報部およびチャネルの周辺に存在する空気データ部とからなる。ファントム３１０は、撮像中心からずれて配置されるので、投影情報部のチャネル幅の位置は、回転部３４の回転、すなわちビュー番号の変化と共に位置を変化させ、図５（Ａ）に示したように、ビュー番号方向に蛇行する。また、同様の理由により、ビュー番号の変化と共に、投影情報部のチャネル幅も変化する。
【００３７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のビュー番号がｊである投影情報を、横軸をチャネル番号、縦軸を投影情報値として表示したものである。投影情報値は、ファントム３１０を透過するＸ線ビームの透過長さに比例するので、ファントム３１０の中心近傍を透過するＸ線は、透過長さが大きく、高い投影情報値を示し、ファントム３１０の周辺近傍を透過するＸ線は、透過長さが小さく、低い投影情報値を示し、図５（Ｂ）の様な半円形の投影像を示す。
【００３８】
ここで、一例として、ビュー番号がｊ、チャネル番号がｉの投影情報値を示す。図４に点線で示したＸ線ビームは、ビュー番号ｊの場合に、Ｘ線検出器２４のチャネル番号１に入射する。この際、Ｘ線ビームがファントム３１０内を透過する長さをｌとする。この長さｌと、図５（Ｂ）のチャネルｉの投影情報値ｈは、次の関係を有する。
【００３９】
ｌ∝ｈ
【００４０】
また、図４において、ファントム３１０は、撮像中心からずれた位置にあるので、チャネルｉの透過長さｌは、ビューごとに変化する。したがって、図５（Ｂ）に示した、チャネルｉの投影情報値ｈもビューごとに変化する。
【００４１】
また、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）のチャネル番号がｉの投影情報値を、横軸をビュー番号、縦軸を投影情報値として表示したものである。投影情報値は、ビュー番号ごとに異なる、ファントム３１０を透過するＸ線ビームの透過長さに比例するので、図５（Ｃ）に示した様な周期性のある関数となる。
【００４２】
ここで、図６は記憶装置６６内に生成される各ファイルを示すブロック図である。
上記のファントムスキャンによって、図６に示す第１の投影情報６０１が得られる。
【００４３】
前処理
次いで、ファントムスキャンによって得られたサイノグラムに対して前処理を行う（ステップＳ５０２）。
前処理は、第１の投影情報からなるサイノグラムに対して、ノイズ（ｎｏｉｓｅ）除去および感度補正等の処理を行う。
【００４４】
ＢＨ補正
次いで、上記した（１）式を用いて、投影情報値ＩｈにＢＨ補正を行い、補正された投影情報値１ｃを求める（ステップＳ５０３）。
これにより、図６に示す第２の投影情報６０２が生成される。このファイルでは、ＢＨ効果は、概ね除去されるが、Ｘ線検出器２４の個々のチャネル毎のばらつきに起因する若干のＢＨ効果が残存する。
【００４５】
図７（Ａ）に第２の投影情報６０２の例を模式的に示した。概ね円形ファントムの投影情報である半円形の形状を有しているが、チャネルによっては、Ｘ線感度の違い等により、パルス（ｐｕｌｓｅ）状に投影情報値Ｉｃが変化する。これらはチャネル固有の現象であるのでチャネルごとに補正する必要がある。
また、図８（Ａ）に第２の投影情報６０２の１つのチャネルのビュー方向の投影情報値の例を模式的に示した。ビュー番号によっては、投影情報値Ｉｃがパルス状に変化する。
【００４６】
チャネル方向の平滑化
次いで、第２の投影情報６０２を用いて、第１のフィッティング部２０２によりチャネル方向の平滑化を行う（ステップＳ５０４）。
これにより、図６に示す第３´の投影情報６０３が生成される。この第３´の投影情報６０３では、チャネルごとのばらつきに起因する投影情報値１ｃが平滑化されて除去される。図７（Ｂ）に第３´の投影情報６０３の例を模式的に示した。円形ファントムの投影情報である半円形の形状のみが投影情報として求まる。
【００４７】
ビュー方向の平滑化
次いで、第３´の投影情報６０３を用いて、第１のフィッティング部２０２によりビュー方向の平滑化を行う（ステップＳ５０５）。
これにより、図６に示す第３の投影情報６０４が生成される。この第３の投影情報６０４では、１つのチャネルで生じるビューごとのばらつきに起因する投影情報値が平滑化される。
図８（Ｂ）に第３の投影情報の例を模式的に示した。１つのチャネルのビュー方向の周期的な投影情報値が平滑化される。
【００４８】
補正係数の算出
次いで、第２のフィッティング千段２０４を用いて、第２の投影情報６０２および第３の投影情報６０３から補正係数を求める（ステップＳ５０６）。
ここで、チャネル番号がｉの第２の投影情報の投影情報値をＳ（ｊ），第３投影情報の投影情報値をＦ（ｊ）とする。そして、すべてのビュー番号での投影情報値を、横軸をＳ（ｊ）、縦軸をＦ（ｊ）として図示すると図９（Ａ）に示すように、概ね原点を通る直線上に配置される。この直線をチャネルｉの補正関数とし、この直線の傾きをＫ１ ｉとすると、このＫ１ ｉは、図６に示した補正係数情報６０５となる。また、Ｓ（ｊ）とＦ（ｊ）との間には、次式の関係がある。
【００４９】
Ｆ（ｊ）／Ｓ（ｊ）≒Ｋｉ
【００５０】
なお、被検体から得られるＢＨ補正後のチャネルｉの投影情報値Ｉｃにこの一次の補正係数Ｋｉを乗算したものが、被検体の平滑化された補正後の投影情報値Ｉｐとなる。
また、図９（Ａ）で示した、投影情報値Ｓ（ｊ）の大きさおよび値の取得範囲は、投影情報値の大きさが図４で示した透過長さｌに比例するので、ファントム３１０の直径およびボア２９内のファントム位置に依存する。
【００５１】
次いで、上記の補正係数Ｋｉは、補正係数情報６０５として、記憶装置６６に保存される（ステップＳ５０７）。
次いで、異なるサイズのファントムについてさらにデータを収集するか否かを決定する（ステップＳ５０８）。
たとえば、上記した直径が３５ｃｍのファントムについての補正係数情報が得られた後、直径が４８ｃｍのファントムについての補正係数情報を取得したい場合には、Ｘ線ＣＴ装置１に直径４８ｃｍのファントムを設置し、上記の各ステップＳ５０１〜Ｓ５０７の処理を再び行う。
【００５２】
ここで、図１０は、チャネル毎の補正係数情報６０５の一例を示すグラフであって、（ａ）は直径３５ｃｍのファントムについての補正係数であり、（ｂ）は直径４８ｃｍのファントムについての補正係数である。
直径３５ｃｍと直径４８ｃｍのファントムの補正係数は、対応するチャンネルにおいて近似した特性をもつが、直径４８ｃｍのファントムのほうが値は大きい。
【００５３】
Ｘ線検出器２４は、所定数のチャネルをもつ複数の検出モジュールによって構されている。この検出モジュールは、たとえば、１６のチャネル毎に一体に製造されている。１６チャネルをもつ検出モジュールを所定数配列することにより、Ｘ線検出器２４が構成される。
このため、同じ検出モジュール内の各チャネルの検出値は、同様な検出特性をもつ。すなわち、検出モジュール毎に検出特性が異なる。
【００５４】
Ｘ線検出器２４の上記のような特性から、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、チャネル順に並べられた補正係数の値には、モジュール毎の検出特性に依存する成分が含まれる。
また、図１０（ａ），（ｂ）から分かるように、チャネル順に並べられた補正係数の値は、チャネル毎の検出特性に依存した高周波成分も含まれる。
【００５５】
ところで、ファントムの直径が大きくなるほど、Ｘ線検出器２４が検出する投影情報のＳ／Ｎ比は低下し、各チャネル毎に検出した投影情報の精度が低くなる。すなわち、図１０（ｂ）に示す補正係数の値に含まれる高周波成分には、（ａ）に示す高周波成分よりも多くのノイズが含まれている。
このため、たとえば、直径４８ｃｍのファントムの補正係数をそのまま用いると、再構成した画像にリング・アーチファクト等の欠陥が発生する可能性がある。
【００５６】
補正係数の修正
直径４８ｃｍのファントムについて、各ステップＳ５０１〜Ｓ５０７の処理により補正係数情報６０５が得られた後には、上記の処理により得られた補正係数情報６０５の修正処理を行うか否かを判断をする（ステップＳ５０９）。
このとき、図１０（ｂ）に示すようなＳ／Ｎ比の低い補正係数情報６０５については、補正係数情報６０５の修正を行う。また、寸法の小さい直径３５ｃｍのファントムについては修正を行わない。
【００５７】
図１１は、補正係数情報６０５の修正処理方法の一例を説明するためのグラフである。
図１１（ａ）に示すＳＡは、図１０（ｂ）に示した直径４８ｃｍのファントムの補正係数から高周波成分を除去したのちの補正係数である。
この補正係数ＳＡは、検出モジュール毎の検出特性に応じた成分は含んでいるが、Ｓ／Ｎ比を低下させる原因となるチャネル毎の検出特性に応じた高周波成分を含んでいない。
【００５８】
図１１（ｂ）に示すＳＢは、図１０（ａ）に示した直径３５ｃｍのファントムの補正係数の高周波成分を分離した波形である。
波形ＳＢは、直径３５ｃｍのファントムから得られた、チャネル毎の検出特性に応じた高周波成分であり、直径４８ｃｍのファントムに含まれる高周波成分よりもノイズの混入割合が低い。
【００５９】
本実施形態の補正係数情報６０５の修正処理では、図１１（ｃ）に示すように、高周波成分を除去したのちの補正係数ＳＡに、直径３５ｃｍのファントムから得られた高周波成分ＳＢを合成し、これを新たな補正係数ＳＣとする。
これにより、直径４８ｃｍのファントムから得た補正係数情報の精度を向上させることができる。なお、図６に示すように、修正された補正係数情報は修正補正係数情報６０６として記憶装置６６に記憶される。
【００６０】
図１２に、２つの異なる直径（３５ｃｍと４８ｃｍ）のファントムを用いた場合に求められた補正係数の例を示す。
図１２において、領域Ａは直径３５ｃｍのファントムの投影情報値であり、領域Ｂは直径４８ｃｍのファントムの投影情報値である。
【００６１】
高次フィッティング
次いで、直径３５ｃｍのファントムから得られた補正係数と、直径４８ｃｍのファントムの修正した補正係数に対して高次関数のフィッティングを行う（ステップＳ５１１）。
図１３に、図１２に示した補正係数情報を用いた場合の高次フィッティングの例を示す。
領域Ａの補正係数の値および領域Ｂの補正係数の値に対して、次式（２）に示す、３次のフィッティング関数をフィッティングし、補正係数Ｋ０，ＫｌおよびＫ２を決定する。
【００６２】
Ｉｆ＝Ｋ０・Ｓ（ｊ）十Ｋｌ・Ｓ（ｊ）２ ＋Ｋ２・Ｓ（ｊ）３ …（２）
【００６３】
なお、この際、投影情報値の小さい領域Ａの補正係数は、投影情報値の大きい領域Ｂの補正係数より精度が高いと考えられるので、領域ごとに重み付けを行い、領域Ａでより高精度にフィッティングするように式（２）の補正係数を決めることもできる。
【００６４】
次いで、図６に示すように、補正係数Ｋ０，ＫｌおよびＫ２の値からなる高次補正関数情報６０７を記憶装置６６に保存し（ステップＳ５０９）本処理を終了する。
なお、被検体の撮像を行う際には、被検体のＢＨ補正が行われた投影情報値Ｉｃに対して、各チャネルごとの補正係数Ｋ０，ＫｌおよびＫ２を用いて、式（２）から補正された投影情報値Ｉｆを求める。そして、これら投影情報値Ｉｆを、画像再構成部２０６により、画像の再構成を行い断層画像情報を取得する。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、寸法の大きなファントムを使用して得たＳ／Ｎ比の低い補正係数情報を、このファントムよりも小さなファントムを使用して得たＳ／Ｎ比の高い補正係数情報を使用して修正する。この結果、ＢＨ補正後に行うこの投影情報値のチャネルごとの補正において、高精度な補正が可能になる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、寸法の大きい被検体から得られる投影情報の補正精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】データ処理装置を示す機能ブロック図である。
【図３】データ処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】ファントムのサイノグラムおよび投影情報値を示す図である。
【図５】ファントムと回転部の位置関係を示す図である。
【図６】記憶装置内のファイルを示すブロック図である。
【図７】投影情報値のチャネル方向の処理を示す図である。
【図８】投影情報値のビュー方向の処理を示す図である。
【図９】投影情報値の補正係数の一例を示す図である。
【図１０】異なる直径のファントムから得られた投影情報値の補正係数の一例を示す図である。
【図１１】補正係数情報の修正処理方法の一例を説明するためのグラフである。
【図１２】２つの異なる直径のファントムを用いた場合に求められた補正係数の例を示すグラフである。
【図１３】高次フィッティングの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…Ｘ線ＣＴ装置，２…走査ガントリ，４…撮影テーブル，６…操作コンソール，２０…Ｘ線管，２２…コリメータ，２４…Ｘ線検出器，２６…データ収集部，２８…Ｘ線コントローラ，２９…ボア，３０…コリメータコンドローラ，３４…回転部，３６…回転コントローラ，６０…データ処理装置，６２…制御インタフェース，６４…データ収集バッファ，６６…記憶装置，６８…表示装置，７０…操作装置，２０１…ＢＨ補正部，２０２…第１のフィッティング部，２０４
第２のフィッティング部，２０５…補正係数修正部，２０６…画像再構成部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファントムデータ（ｐｈａｎｔｏｍ ｄａｔａ）に基づいて被検体の透過Ｘ線強度を補正するビームハードニング（ｂｅａｍ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ，以下、ＢＨと略称する）後処理方法およびＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置で用いられるＸ線源は、あるエネルギー幅を持ったＸ線を出力する。他方、被検体を透過するＸ線の線吸収係数は、Ｘ線エネルギーに依存しており、被検体の透過長さが大きいほど平均エネルギーが高い方向に移動するビームハードニング効果を呈する。これにより、Ｘ線の透過強度すなわち投影情報値と透過長さとは、比例関係が成立せず、非線形の関係となる。
このＢＨ効果は、再構成画像上では、中央部分の強度が低下するカッピング（ｃｕｐｐｉｎｇ）効果を生じさせ、例えば、均一な強度の再構成画像を生成する投影情報値の補正係数を、Ｘ線検出器のチャネルごとに求めることにより補正がなされる（例えば、特許文献１参照）。
しかし、さらに高精度の補正を行うために、撮像中心に配置される、ＦＯＶ（撮像領域）全体を概ね被う直径で、かつ直径の異なる複数の円筒形状のファントムを撮像し、これらファントムの投影情報から補正を精密化することが行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１３０９８７号公報、（第２〜３頁、第１〜２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、投影情報値の高精度な補正を行うには、チャネルごとに異なる大きさの投影情報値ができるだけ多く必要であり、多種類の直径を有するファントムを撮像する必要がある。
一方、ファントムの直径が大きくなるほど、得られる投影情報値のＳ／Ｎ比が低下する。Ｓ／Ｎ比が低下した投影情報値から得られた上記した補正係数を使用して投影情報を補正すると、再構成画像にリング・アーチファクト等の画質の低下が発生しやすい。したがって、寸法の大きな被検体を撮影したときに、画質が低下しやすい。
【０００５】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＢＨ効果のチャネルごとの補正を、比較的寸法の大きな被検体を撮影したときにおいても高精度化できるＸ線ＣＴ装置およびＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線ＣＴ装置は、撮像領域を透過するＸ線ビームの投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて、多方向からの複数ビューで取得し、前記各チャネルの検出した投影情報にビームハードニング効果の補正を行うＸ線ＣＴ装置であって、前記撮像領域に配置されたファントムから投影情報を取得し、この当該投影情報から前記補正に用いる補正係数を生成する補正係数生成手段と、第１のファントムについて前記補正係数生成手段によって生成された第１の補正係数を用いて、前記第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて前記補正係数生成手段によって生成された第２の補正係数を修正する補正係数修正手段と、前記第１の補正係数および修正された前記第２の補正係数を用いて、前記撮像領域に載置される被検体の投影情報を補正する補正手段と
を有する。
【０００７】
好適には、前記補正係数生成手段は、ファントムの第１の投影情報を、すべての前記ビューで撮影し、１つのサイノグラムを取得する取得手段と、前記第１の投影情報に前記ビームハードニング効果の補正を行い第２の投影情報を生成するビームハードニング補正手段と、前記第２の投影情報に第１の関数フィッティングを行って第３の投影情報を生成する第１のフィッティング手段と、前記第２の投影情報を構成する各チャネルで、すべての前記ビューの前記第２の投影情報の値を独立変数とする前記第３の投影情報の値を第２の関数フィッティングして前記補正係数を求める第２のフィッティング手段とを有する。
【０００８】
さらに好適には、前記Ｘ線検出器は、所定数のチャネルをもつ複数の検出モジュールによって構成されており、前記補正係数修正手段は、前記第２のファントムから得られた補正係数データから高周波成分のみを分離して前記検出モジュール毎の検出特性に依存する成分を残し、前記高周波成分が分離された係数データに前記第１のファントムから得られた補正係数データの高周波成分を合成する。
【０００９】
本発明のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法は、第１のファントムと、前記第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムとを、Ｘ線管とＸ線検出器との間にそれぞれ配置して、投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて多方向からの複数ビューで取得する取得ステップと、前記第１および第２のファントムについての投影情報から、前記Ｘ線検出器の各チャネルの検出する投影情報の補正に用いる第１および第２の補正係数を生成する生成ステップと、前記第１の補正係数を用いて、前記第２の補正係数を修正する修正ステップと、前記第１の補正係数および修正された前記第２の補正係数を用いて、前記撮像領域に載置される被検体の投影情報の補正を行う補正ステップとを有する。
【００１０】
本発明では、第１のファントムおよびこの第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて投影情報を取得し、この投影情報から補正のための第１および第２の補正係数を生成する。
ファントムの寸法が大きいほどＳ／Ｎ比が低下するため、第１の補正係数を用いて補正を行った場合よりも、第２の補正係数を用いて補正を行ってえたＣＴ画像のほうがリングアーチファクトなどによる画質低下が発生しやすい。
このため、本発明では、Ｓ／Ｎ比が比較的高い投影情報から生成された第１の補正係数を用いて第２の補正係数を修正する。
この結果、大きな寸法にファントムを用いて補正係数を生成した場合であっても、精度のよい補正が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるビームハードニング後処理方法およびＸ線ＣＴ装置の好適な実施の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
まず、本実施の形態にかかるＸ線ＣＴ装置の全体構成について説明する。図１は、Ｘ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。
【００１３】
走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２により、例えば扇状のＸ線ビーム（ｂｅａｍ）すなわちファンビーム（ｆａｎｂｅａｍ）Ｘ線となるように成形され、Ｘ線検出器２４に照射される。
【００１４】
Ｘ線検出器２４は、ファンビームＸ線の広がり方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。Ｘ線検出器２４は、複数のＸ線検出素子をアレイ状に配列した、多チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）の検出器となっている。
【００１５】
Ｘ線検出器２４は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。Ｘ線検出器２４は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限られず、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子またはＸｅガス（ｇａｓ）を用いる電離箱型のＸ線検出素子であっても良い。Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。
【００１６】
Ｘ線検出器２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は、Ｘ線検出器２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集する。Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌ１ｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係およびコリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。
【００１７】
以上の、Ｘ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ２の回転部３４に搭載されている。ここで、被検体あるいはファントムは、回転部３４の中心に位置するボア（ｂｏｒｅ）２９内のクレードル（ｃｒａｄｌｅ）上に載置される。回転部３４は、回転コントローラ３６により制御されつつ回転し、Ｘ線管２０からＸ線を爆射し、Ｘ線検出器２４において被検体およびファントムの透過Ｘ線を、各ビューごとの投影情報として検出する。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。
【００１８】
操作コンソール６はデータ処理装置６０を有する。データ処理装置６０は、例えばコンピュータ等によって構成される。データ処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２が接続されている。データ処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２を制御する。
【００１９】
走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、これら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２０】
データ処理装置６０には、また、データ収集バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。
【００２１】
データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した透過Ｘ線信号すなわち投影情報を用いて画像再構成を行う。データ処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、データ収集バッファ６４に収集された投影情報や再構成された断層画像情報および本装置の機能を実現するためのプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。
【００２２】
データ処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される断層画像情報やその他の情報を表示する。操作装置７０は、オペレータによって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。オペレータは表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。なお、走査ガントリ２、撮影テーブル４および操作コンソール６は、被検体あるいはファントムを撮影して断層画像を取得する取得装置を構成する。
【００２３】
図２に、データ処理装置６０の本実施形態に係るビームハードニング後処理方法に関連する部分のみの機能ブロック図を示す。
データ処理装置６０は、記憶装置６６の投影情報に対して行う、ＢＨ補正部２０１、第１のフィッティング部２０２、第２のフィッティング部２０４、補正係数修正部２０５および画像再構成部２０６等の機能を含む。
【００２４】
ＢＨ補正部２０１は、記憶装置６６の投影情報にＢＨ補正を行う。Ｘ線検出器２４の各チャネルで取得される投影情報値をＩｈとし、ＢＨ補正した補正データをＩＣとすると、ＢＨ補正は次式により行われる。
【００２５】
ＩＣ＝Ｂ０ ・Ｉｈ＋Ｂ１ ・Ｉｈ２ ＋Ｂ２ ・Ｉｈ３ ＋Ｂ３ ・Ｉｈ４ …（１）
【００２６】
ここで、Ｂ０ 〜Ｂ３ は補正係数である。これら補正係数は、例えば、特許文献１の方法により各チャネルごとに確定され、補正係数テーブルとして記憶装置６６の保存される。
【００２７】
第１のフィッティング部２０２は、記憶装置６６の投影情報の各チャネルあるいは各ビュー間の平滑化を行う。この第１のフィッティング部２０２は、各チャネル間あるいは各ビュー間での平均化演算を行うか、あるいは、チャネル方向あるいはビュー方向の投影情報値に高次の関数をフィッティングすることにより、平滑化を行う。
フィッティングで求めた関数は、関数の次数を超える高周波成分は除去されるので平滑化と同等の効果を得る。
【００２８】
第２のフィッティング部２０４は、Ｘ線検出器２４の１つのチャネルが取得する、投影情報値および第１のフィッティング部２０２により第１の関数フィッティングされた投影情報値の間で一次あるいは高次関数のフィッティングを行う。これにより、ＢＨ補正部２０１で用いられる（１）式と同様の補正関数を取得することができる。
【００２９】
補正係数修正部２０５は、第２のフィッティング部２０４で得られた補正関数の補正係数を、必要な場合（ファントムの直径が大きく、Ｓ／Ｎ比が低い場合）に、第２のフィッティング部２０４で既に得られた他のファントムの補正関数の補正係数を用いて修正する。なお、具体的な処理については後述する。
【００３０】
画像再構成部２０６は、記憶装置６６の複数ビューからなる投影情報であるサイノグラムを用いて、被検体あるいはファントムの断層画像を再構成する。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられ、表示装置６８に再構成画像が表示される。
【００３１】
次に、上記Ｘ線ＣＴ装置１におけるビームハードニング後処理補正に必要な補正係数を求める手順の一例について図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３２】
ファントムスキャン
まず、ファントムスキャンを行う（ステップＳ５０１）。具体的には、ファントムをボア２９内の撮像中心からずれた位置に配置する。このファントムは、ポリプロピレン等の材質で作成された、円筒形状を有する。ファントムの直径は、種々のものが存在するが、本実施形態では、たとえば、３５ｃｍおよび４８ｃｍのものを使用し、この順にファントムスキャンを行うものとする。
【００３３】
ファントムスキャンの際に、ファントムをボア２９内の撮像中心からずれた位置に配置するのは、各ビュー毎にファントムを透過するＸ線のパス長が異ならせることができる。投影情報値の高精度なビームハードニング効果の補正を行うには、チャネルごとに異なる大きさの投影情報値ができるだけ多く必要であるが、ファントムをボア２９内の撮像中心からずれた位置に配置することにより、１つのファントムから多数の異なる大きさの投影情報値が得られる。
【００３４】
図４は、走査ガントリ２のボア２９内に配置されたファントム３１０を示している。
ファントム３１０は、円形断面を有しており、その中心は、ボア２９の撮像中心とは異なる場所に位置する。Ｘ線管２０からボータイフィルタを透過して発生されるＸ線ファンビームは、ファントム３１０を透過して、Ｘ線検出器２４で検出される。
【００３５】
Ｘ線検出器２４は、Ｘ線ファンビームの拡がり方向に複数のＸ線検出素子がアレイ状に配列されており、アレイ状の各チャネルでファントム３１０の投影情報を検出する。ここで、Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、ボア２９を中心にして対向配置されており、相対位置を変化すること無く、回転部３４ごとボア２９の周り回転しつつ投影情報の取得を行う。そして、この回転角度に対応したビュー番号ごとに、前記投影情報を取得し、一枚のサイノグラムを生成する。
【００３６】
図５（Ａ）は、ファントム３１０を用いた場合のサイノグラムの一例を示した。サイノグラムは、チャネルの中心近傍に存在する投影情報部およびチャネルの周辺に存在する空気データ部とからなる。ファントム３１０は、撮像中心からずれて配置されるので、投影情報部のチャネル幅の位置は、回転部３４の回転、すなわちビュー番号の変化と共に位置を変化させ、図５（Ａ）に示したように、ビュー番号方向に蛇行する。また、同様の理由により、ビュー番号の変化と共に、投影情報部のチャネル幅も変化する。
【００３７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のビュー番号がｊである投影情報を、横軸をチャネル番号、縦軸を投影情報値として表示したものである。投影情報値は、ファントム３１０を透過するＸ線ビームの透過長さに比例するので、ファントム３１０の中心近傍を透過するＸ線は、透過長さが大きく、高い投影情報値を示し、ファントム３１０の周辺近傍を透過するＸ線は、透過長さが小さく、低い投影情報値を示し、図５（Ｂ）の様な半円形の投影像を示す。
【００３８】
ここで、一例として、ビュー番号がｊ、チャネル番号がｉの投影情報値を示す。図４に点線で示したＸ線ビームは、ビュー番号ｊの場合に、Ｘ線検出器２４のチャネル番号１に入射する。この際、Ｘ線ビームがファントム３１０内を透過する長さをｌとする。この長さｌと、図５（Ｂ）のチャネルｉの投影情報値ｈは、次の関係を有する。
【００３９】
ｌ∝ｈ
【００４０】
また、図４において、ファントム３１０は、撮像中心からずれた位置にあるので、チャネルｉの透過長さｌは、ビューごとに変化する。したがって、図５（Ｂ）に示した、チャネルｉの投影情報値ｈもビューごとに変化する。
【００４１】
また、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）のチャネル番号がｉの投影情報値を、横軸をビュー番号、縦軸を投影情報値として表示したものである。投影情報値は、ビュー番号ごとに異なる、ファントム３１０を透過するＸ線ビームの透過長さに比例するので、図５（Ｃ）に示した様な周期性のある関数となる。
【００４２】
ここで、図６は記憶装置６６内に生成される各ファイルを示すブロック図である。
上記のファントムスキャンによって、図６に示す第１の投影情報６０１が得られる。
【００４３】
前処理
次いで、ファントムスキャンによって得られたサイノグラムに対して前処理を行う（ステップＳ５０２）。
前処理は、第１の投影情報からなるサイノグラムに対して、ノイズ（ｎｏｉｓｅ）除去および感度補正等の処理を行う。
【００４４】
ＢＨ補正
次いで、上記した（１）式を用いて、投影情報値ＩｈにＢＨ補正を行い、補正された投影情報値１ｃを求める（ステップＳ５０３）。
これにより、図６に示す第２の投影情報６０２が生成される。このファイルでは、ＢＨ効果は、概ね除去されるが、Ｘ線検出器２４の個々のチャネル毎のばらつきに起因する若干のＢＨ効果が残存する。
【００４５】
図７（Ａ）に第２の投影情報６０２の例を模式的に示した。概ね円形ファントムの投影情報である半円形の形状を有しているが、チャネルによっては、Ｘ線感度の違い等により、パルス（ｐｕｌｓｅ）状に投影情報値Ｉｃが変化する。これらはチャネル固有の現象であるのでチャネルごとに補正する必要がある。
また、図８（Ａ）に第２の投影情報６０２の１つのチャネルのビュー方向の投影情報値の例を模式的に示した。ビュー番号によっては、投影情報値Ｉｃがパルス状に変化する。
【００４６】
チャネル方向の平滑化
次いで、第２の投影情報６０２を用いて、第１のフィッティング部２０２によりチャネル方向の平滑化を行う（ステップＳ５０４）。
これにより、図６に示す第３´の投影情報６０３が生成される。この第３´の投影情報６０３では、チャネルごとのばらつきに起因する投影情報値１ｃが平滑化されて除去される。図７（Ｂ）に第３´の投影情報６０３の例を模式的に示した。円形ファントムの投影情報である半円形の形状のみが投影情報として求まる。
【００４７】
ビュー方向の平滑化
次いで、第３´の投影情報６０３を用いて、第１のフィッティング部２０２によりビュー方向の平滑化を行う（ステップＳ５０５）。
これにより、図６に示す第３の投影情報６０４が生成される。この第３の投影情報６０４では、１つのチャネルで生じるビューごとのばらつきに起因する投影情報値が平滑化される。
図８（Ｂ）に第３の投影情報の例を模式的に示した。１つのチャネルのビュー方向の周期的な投影情報値が平滑化される。
【００４８】
補正係数の算出
次いで、第２のフィッティング千段２０４を用いて、第２の投影情報６０２および第３の投影情報６０３から補正係数を求める（ステップＳ５０６）。
ここで、チャネル番号がｉの第２の投影情報の投影情報値をＳ（ｊ），第３投影情報の投影情報値をＦ（ｊ）とする。そして、すべてのビュー番号での投影情報値を、横軸をＳ（ｊ）、縦軸をＦ（ｊ）として図示すると図９（Ａ）に示すように、概ね原点を通る直線上に配置される。この直線をチャネルｉの補正関数とし、この直線の傾きをＫ１ ｉとすると、このＫ１ ｉは、図６に示した補正係数情報６０５となる。また、Ｓ（ｊ）とＦ（ｊ）との間には、次式の関係がある。
【００４９】
Ｆ（ｊ）／Ｓ（ｊ）≒Ｋｉ
【００５０】
なお、被検体から得られるＢＨ補正後のチャネルｉの投影情報値Ｉｃにこの一次の補正係数Ｋｉを乗算したものが、被検体の平滑化された補正後の投影情報値Ｉｐとなる。
また、図９（Ａ）で示した、投影情報値Ｓ（ｊ）の大きさおよび値の取得範囲は、投影情報値の大きさが図４で示した透過長さｌに比例するので、ファントム３１０の直径およびボア２９内のファントム位置に依存する。
【００５１】
次いで、上記の補正係数Ｋｉは、補正係数情報６０５として、記憶装置６６に保存される（ステップＳ５０７）。
次いで、異なるサイズのファントムについてさらにデータを収集するか否かを決定する（ステップＳ５０８）。
たとえば、上記した直径が３５ｃｍのファントムについての補正係数情報が得られた後、直径が４８ｃｍのファントムについての補正係数情報を取得したい場合には、Ｘ線ＣＴ装置１に直径４８ｃｍのファントムを設置し、上記の各ステップＳ５０１〜Ｓ５０７の処理を再び行う。
【００５２】
ここで、図１０は、チャネル毎の補正係数情報６０５の一例を示すグラフであって、（ａ）は直径３５ｃｍのファントムについての補正係数であり、（ｂ）は直径４８ｃｍのファントムについての補正係数である。
直径３５ｃｍと直径４８ｃｍのファントムの補正係数は、対応するチャンネルにおいて近似した特性をもつが、直径４８ｃｍのファントムのほうが値は大きい。
【００５３】
Ｘ線検出器２４は、所定数のチャネルをもつ複数の検出モジュールによって構されている。この検出モジュールは、たとえば、１６のチャネル毎に一体に製造されている。１６チャネルをもつ検出モジュールを所定数配列することにより、Ｘ線検出器２４が構成される。
このため、同じ検出モジュール内の各チャネルの検出値は、同様な検出特性をもつ。すなわち、検出モジュール毎に検出特性が異なる。
【００５４】
Ｘ線検出器２４の上記のような特性から、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、チャネル順に並べられた補正係数の値には、モジュール毎の検出特性に依存する成分が含まれる。
また、図１０（ａ），（ｂ）から分かるように、チャネル順に並べられた補正係数の値は、チャネル毎の検出特性に依存した高周波成分も含まれる。
【００５５】
ところで、ファントムの直径が大きくなるほど、Ｘ線検出器２４が検出する投影情報のＳ／Ｎ比は低下し、各チャネル毎に検出した投影情報の精度が低くなる。すなわち、図１０（ｂ）に示す補正係数の値に含まれる高周波成分には、（ａ）に示す高周波成分よりも多くのノイズが含まれている。
このため、たとえば、直径４８ｃｍのファントムの補正係数をそのまま用いると、再構成した画像にリング・アーチファクト等の欠陥が発生する可能性がある。
【００５６】
補正係数の修正
直径４８ｃｍのファントムについて、各ステップＳ５０１〜Ｓ５０７の処理により補正係数情報６０５が得られた後には、上記の処理により得られた補正係数情報６０５の修正処理を行うか否かを判断をする（ステップＳ５０９）。
このとき、図１０（ｂ）に示すようなＳ／Ｎ比の低い補正係数情報６０５については、補正係数情報６０５の修正を行う。また、寸法の小さい直径３５ｃｍのファントムについては修正を行わない。
【００５７】
図１１は、補正係数情報６０５の修正処理方法の一例を説明するためのグラフである。
図１１（ａ）に示すＳＡは、図１０（ｂ）に示した直径４８ｃｍのファントムの補正係数から高周波成分を除去したのちの補正係数である。
この補正係数ＳＡは、検出モジュール毎の検出特性に応じた成分は含んでいるが、Ｓ／Ｎ比を低下させる原因となるチャネル毎の検出特性に応じた高周波成分を含んでいない。
【００５８】
図１１（ｂ）に示すＳＢは、図１０（ａ）に示した直径３５ｃｍのファントムの補正係数の高周波成分を分離した波形である。
波形ＳＢは、直径３５ｃｍのファントムから得られた、チャネル毎の検出特性に応じた高周波成分であり、直径４８ｃｍのファントムに含まれる高周波成分よりもノイズの混入割合が低い。
【００５９】
本実施形態の補正係数情報６０５の修正処理では、図１１（ｃ）に示すように、高周波成分を除去したのちの補正係数ＳＡに、直径３５ｃｍのファントムから得られた高周波成分ＳＢを合成し、これを新たな補正係数ＳＣとする。
これにより、直径４８ｃｍのファントムから得た補正係数情報の精度を向上させることができる。なお、図６に示すように、修正された補正係数情報は修正補正係数情報６０６として記憶装置６６に記憶される。
【００６０】
図１２に、２つの異なる直径（３５ｃｍと４８ｃｍ）のファントムを用いた場合に求められた補正係数の例を示す。
図１２において、領域Ａは直径３５ｃｍのファントムの投影情報値であり、領域Ｂは直径４８ｃｍのファントムの投影情報値である。
【００６１】
高次フィッティング
次いで、直径３５ｃｍのファントムから得られた補正係数と、直径４８ｃｍのファントムの修正した補正係数に対して高次関数のフィッティングを行う（ステップＳ５１１）。
図１３に、図１２に示した補正係数情報を用いた場合の高次フィッティングの例を示す。
領域Ａの補正係数の値および領域Ｂの補正係数の値に対して、次式（２）に示す、３次のフィッティング関数をフィッティングし、補正係数Ｋ０，ＫｌおよびＫ２を決定する。
【００６２】
Ｉｆ＝Ｋ０・Ｓ（ｊ）十Ｋｌ・Ｓ（ｊ）２ ＋Ｋ２・Ｓ（ｊ）３ …（２）
【００６３】
なお、この際、投影情報値の小さい領域Ａの補正係数は、投影情報値の大きい領域Ｂの補正係数より精度が高いと考えられるので、領域ごとに重み付けを行い、領域Ａでより高精度にフィッティングするように式（２）の補正係数を決めることもできる。
【００６４】
次いで、図６に示すように、補正係数Ｋ０，ＫｌおよびＫ２の値からなる高次補正関数情報６０７を記憶装置６６に保存し（ステップＳ５０９）本処理を終了する。
なお、被検体の撮像を行う際には、被検体のＢＨ補正が行われた投影情報値Ｉｃに対して、各チャネルごとの補正係数Ｋ０，ＫｌおよびＫ２を用いて、式（２）から補正された投影情報値Ｉｆを求める。そして、これら投影情報値Ｉｆを、画像再構成部２０６により、画像の再構成を行い断層画像情報を取得する。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、寸法の大きなファントムを使用して得たＳ／Ｎ比の低い補正係数情報を、このファントムよりも小さなファントムを使用して得たＳ／Ｎ比の高い補正係数情報を使用して修正する。この結果、ＢＨ補正後に行うこの投影情報値のチャネルごとの補正において、高精度な補正が可能になる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、寸法の大きい被検体から得られる投影情報の補正精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】データ処理装置を示す機能ブロック図である。
【図３】データ処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】ファントムのサイノグラムおよび投影情報値を示す図である。
【図５】ファントムと回転部の位置関係を示す図である。
【図６】記憶装置内のファイルを示すブロック図である。
【図７】投影情報値のチャネル方向の処理を示す図である。
【図８】投影情報値のビュー方向の処理を示す図である。
【図９】投影情報値の補正係数の一例を示す図である。
【図１０】異なる直径のファントムから得られた投影情報値の補正係数の一例を示す図である。
【図１１】補正係数情報の修正処理方法の一例を説明するためのグラフである。
【図１２】２つの異なる直径のファントムを用いた場合に求められた補正係数の例を示すグラフである。
【図１３】高次フィッティングの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…Ｘ線ＣＴ装置，２…走査ガントリ，４…撮影テーブル，６…操作コンソール，２０…Ｘ線管，２２…コリメータ，２４…Ｘ線検出器，２６…データ収集部，２８…Ｘ線コントローラ，２９…ボア，３０…コリメータコンドローラ，３４…回転部，３６…回転コントローラ，６０…データ処理装置，６２…制御インタフェース，６４…データ収集バッファ，６６…記憶装置，６８…表示装置，７０…操作装置，２０１…ＢＨ補正部，２０２…第１のフィッティング部，２０４
第２のフィッティング部，２０５…補正係数修正部，２０６…画像再構成部。
Claims (16)
- 撮像領域を透過するＸ線ビームの投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて、多方向からの複数ビューで取得し、前記各チャネルの検出した投影情報にビームハードニング効果の補正を行うＸ線ＣＴ装置であって、
前記撮像領域に配置されたファントムから投影情報を取得し、この当該投影情報から前記補正に用いる補正係数を生成する補正係数生成手段と、
第１のファントムについて前記補正係数生成手段によって生成された第１の補正係数を用いて、前記第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムについて前記補正係数生成手段によって生成された第２の補正係数を修正する補正係数修正手段と、
前記第１の補正係数および修正された前記第２の補正係数を用いて、前記撮像領域に載置される被検体の投影情報を補正する補正手段と
を有するＸ線ＣＴ装置。 - 前記補正係数生成手段は、ファントムの第１の投影情報を、すべての前記ビューで撮影し、１つのサイノグラムを取得する取得手段と、
前記第１の投影情報に前記ビームハードニング効果の補正を行い第２の投影情報を生成するビームハードニング補正手段と、
前記第２の投影情報に第１の関数フィッティングを行って第３の投影情報を生成する第１のフィッティング手段と、
前記第２の投影情報を構成する各チャネルで、すべての前記ビューの前記第２の投影情報の値を独立変数とする前記第３の投影情報の値を第２の関数フィッティングして前記補正係数を求める第２のフィッティング手段と
を有する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 前記Ｘ線検出器は、所定数のチャネルをもつ複数の検出モジュールによって構成されており、
前記補正係数修正手段は、前記第２のファントムから得られた補正係数データから高周波成分のみを分離して前記検出モジュール毎の検出特性に依存する成分を残し、前記高周波成分が分離された係数データに前記第１のファントムから得られた補正係数データの高周波成分を合成する
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 前記第１および第２のファントムは、円形の断面形状を備え、
前記第２のファントムの直径は、前記第１のファントムの直径よりも大きい
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 前記検出モジュールは、チャネル毎に一体に製造されている
請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 前記Ｘ線検出器は、シンチレータとフォトダイオードとの組み合わせによって構成されている
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 前記Ｘ線検出器は、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を有する
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 前記Ｘ線検出器は、複数のＸ線検出素子がファンビーム状に広がるＸ線の広がり方向にアレイ状に配列されている
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。 - 撮像領域を透過するＸ線ビームの投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて、多方向からの複数ビューで取得し、前記各チャネルの検出した投影情報にビームハードニング効果の補正を行うＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法であって、
第１のファントムと、前記第１のファントムよりも寸法の大きい第２のファントムとを、Ｘ線管とＸ線検出器との間にそれぞれ配置して、投影情報を、多チャネルからなるＸ線検出器を用いて多方向からの複数ビューで取得する取得ステップと、
前記第１および第２のファントムについての投影情報から、前記補正に用いる第１および第２の補正係数を生成する生成ステップと、
前記第１の補正係数を用いて、前記第２の補正係数を修正する修正ステップと、
前記第１の補正係数および修正された前記第２の補正係数を用いて、前記撮像領域に載置される被検体の投影情報の補正を行う補正ステップと
を有するＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記取得ステップは、前記第１および第２のファントムの第１の投影情報を、すべての前記ビューで撮影し、複数のサイノグラムを取得し、
前記生成ステップは、前記第１の投影情報に前記ビームハードニング効果の補正を行い第２の投影情報を生成し、
前記第２の投影情報に第１の関数フィッティングを行って第３の投影情報を生成し、
前記第２の投影情報を構成する各チャネルで、すべての前記ビューの前記第２の投影情報の値を独立変数とする前記第３の投影情報の値を第２の関数フィッティングして前記第１および第２の補正係数を求める
請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記Ｘ線検出器は、所定数のチャネルをもつ複数の検出モジュールによって構成されており、
前記修正ステップは、前記第２のファントムから得られた補正係数データから高周波成分のみを分離して前記検出モジュール毎の検出特性に依存する成分を残し、前記高周波成分が分離された係数データに前記第１のファントムから得られた補正係数データの高周波成分を合成する
請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記第１および第２のファントムに、円形の断面形状を備えるファントムを使用し、
前記第２のファントムの直径は、前記第１のファントムの直径よりも大きい
請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記検出モジュールは、チャネル毎に一体に製造されている
請求項１１に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記Ｘ線検出器は、シンチレータとフォトダイオードとの組み合わせによって構成されている
請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記Ｘ線検出器は、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を有する
請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。 - 前記Ｘ線検出器は、複数のＸ線検出素子がファンビーム状に広がるＸ線の広がり方向にアレイ状に配列されている
請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置のビームハードニング後処理方法。
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