JP2012210290A - 画像生成装置およびｘ線ｃｔ装置並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】撮影対象を所望の実効Ｘ線エネルギーのＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像に相当するモノクロマチック画像をよい画質で生成する。
【解決手段】撮影対象のＸ線ＣＴデュアルエネルギー撮影により得られたデータに基づいて、撮影対象を２種類１組の基底物質の合成で表すモデルにおける、撮影対象の基底物質の仮想的な密度分布を表す物質密度画像を、組を構成する少なくとも一方の基底物質が異なる２組以上の基底物質について、基底物質毎に生成する。そして、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、上記２組以上の基底物質のうち当該画素が表す物質のＸ線吸収係数の大小に係る情報を基に定められた１組の基底物質による各物質密度画像における当該画素の対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像生成装置およびＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置並びにそのためのプログラム（program）に関し、詳しくは、デュアルエネルギー（dual
energy）撮影によって得られる画像の画質を改善する技術に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ撮影において、デュアルエネルギー撮影によって得られたデータ（data）を基に、撮影対象を所望の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像に相当するモノクロマチック（monochromatic）画像を再構成する方法が知られている。この方法は、撮影対象を互いに異なる２種類の基底物質の合成によって表すモデル、すなわち、撮影対象を構成する各物質のＸ線吸収係数を、Ｘ線吸収係数が互いに異なる２種類の基底物質のＸ線吸収係数の加重加算によって表すモデルに基づくものであり、例えば、次のような方法が挙げられる。

まず、Ｘ線ＣＴ装置を用いて撮影対象に対するデュアルエネルギー撮影を行い、Ｘ線管電圧が８０ｋＶｐのときの複数ビュー（view）の投影データと、Ｘ線管電圧が１４０ｋＶｐのときの複数ビューの投影データとを収集する。

次に、撮影対象を構成する基底物質を水およびヨウ素とし、８０ｋＶｐの投影データおよび１４０ｋＶｐの投影データに基づく所定の処理により、撮影対象における仮想的な水の密度分布を表す水密度画像と、撮影対象における仮想的なヨウ素の密度分布を表すヨウ素密度画像とを再構成する。

そして、水密度画像とヨウ素密度画像とを、求めたいモノクロマチック画像の実効Ｘ線エネルギーに応じて定まる加重係数により加重加算処理して、モノクロマッチ画像を求める（例えば、特許文献１，図５、特許文献２等参照）。

特開２０１０−１７２５９０号公報 米国特許７７２４８６５号公報（ＵＳ２００９／００５２６１２）

上記のモノクロマチック画像再構成方法では、モノクロマチック画像における各画素の画素値を、水密度画像における対応画素の画素値と、ヨウ素密度画像における対応画素の画素値とを加重加算処理することによって求めている。

この加重加算処理は、図６に示すように、ベクトル（vector）を用いて表すと理解し易い。

図６のグラフ（graph）は、水およびヨウ素の各物質について、Ｘ線管電圧が８０ｋＶｐのときのＣＴ画像におけるその物質の画素値と、Ｘ線管電圧が１４０ｋＶｐのときのＣＴ画像におけるその物質の画素値との関係を示している。

図６のグラフにおける各直線は、各物質とそれぞれ対応しており、直線の傾きは、その物質のＸ線吸収係数の大きさと相関を有している。そして、その物質の直線に沿ったベクトルは、各物質の物質密度画像における画素値、すなわちその物質の密度と対応している。具体的には、水の直線Ｌwに沿ったベクトルＶwは、水密度画像における画素値、すなわち水の密度と対応しており、ヨウ素の直線Ｌioに沿ったベクトルＶioは、ヨウ素密度画像における画素値、すなわちヨウ素の密度と対応している。したがって、モノクロマチック画像における各画素の画素値を求めるための、水密度画像における対応画素の画素値と、ヨウ素密度画像における対応画素の画素値との加重加算処理は、図６において、水のベクトルＶwと、ヨウ素のベクトルＶioとの線形加算和で表すことができる。

ここで、Ｘ線吸収係数が水より大きくヨウ素より小さい物質Ｑ１の画素値を、水の密度を表す画素値（水のベクトルＶw）と、ヨウ素の密度を表す画素値（ヨウ素のベクトルＶio）との加重加算（線形加算和）で表すことを考える。この場合、図６に示すように、加重加算に用いる水密度画像における画素値（＋ｗ11・Ｖw）とヨウ素密度画像における画素値（＋ｗ12・Ｖio）とはいずれも正（プラス）となり、この加重加算処理は、水の密度を表す画素値とヨウ素の密度を表す画素値とによる「補間処理」に相当する。

上記「補間処理」の場合、画素値を求めようとする画素が表す物質のＸ線吸収係数が、水およびヨウ素のＸ線吸収係数から比較的近くなるので、求められる画素値の精度はよい。

物質Ｑ１は、例えば、心臓や肝臓などの軟部組織や、骨部組織などである。

次に、Ｘ線吸収係数が水より小さい物質Ｑ２、あるいは、Ｘ線吸収係数がヨウ素より大きい物質Ｑ３の画素値を、水の密度を表す画素値（水のベクトルＶw）と、ヨウ素の密度を表す画素値（ヨウ素のベクトルＶio）との加重加算（線形加算和）で表すことを考える。この場合、図６に示すように、加重加算に用いる水密度画像における画素値（＋ｗ21・Ｖw，-ｗ32・Ｖw）とヨウ素密度画像における画素値（−ｗ22・Ｖio，＋ｗ31・Ｖio）とでは、いずれかが負（マイナス）となり、この加重加算処理は、水の密度を表す画素値とヨウ素の密度を表す画素値とによる「補外処理」に相当する。

上記「補外処理」の場合、画素値を求めようとする画素が表す物質のＸ線吸収係数が、水およびヨウ素のいずれか一方の物質のＸ線吸収係数から比較的大きく外れることになるため、上記「補間処理」に比べて、求められる画素値の精度が悪くなり、誤差が大きくなる。

物質Ｑ２は、例えば脂肪などであり、物質Ｑ３は、例えば金属やセラミクス（ceramics）、Ｘ線吸収係数が比較的大きい有機化合物などである。

もちろん、基底物質として、Ｘ線吸収係数が大きく離れた２種類の物質を選んでしまうと、たとえ「補間処理」に該当しても、求められる画素が表す物質のＸ線吸収係数が、その基底物質の少なくも一方のＸ線吸収係数から比較的大きく外れることになるため、やはり精度が落ちる。

したがって、従来のように、２種類の基底物質の物質密度画像のみを用いてモノクロマチック画像を再構成する方法によれば、モノクロマチック画像において、物質によっては対応する画素について画素値の精度が落ちることになり、画質改善の余地がある。

このような事情により、Ｘ線ＣＴデュアルエネルギー撮影を基に再構成されるモノクロマチック画像における画質改善が望まれている。

第１の観点の発明は、撮影対象のＸ線ＣＴデュアルエネルギー撮影により得られたデータに基づいて、前記撮影対象を２種類１組の基底物質の合成で表すモデルにおける前記撮影対象の前記基底物質の仮想的な密度分布を表す物質密度画像を、組を構成する少なくとも一方の基底物質が異なる２組以上の基底物質について、基底物質毎に生成する第１の生成手段と、前記第１の生成手段により生成された物質密度画像に基づいて、前記撮影対象を所望の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像に相当するモノクロマチック画像を生成する第２の生成手段であって、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記２組以上の基底物質のうち該画素が表す物質のＸ線吸収係数の大小に係る情報を基に定められた１組の基底物質による各物質密度画像における該画素の対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める第２の生成手段とを備えた画像生成装置を提供する。

第２の観点の発明は、前記第１の生成手段が、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第２の物質よりＸ線吸収係数が大きい第３の物質とを第２組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、前記第２の生成手段が、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士が共に正であるときには、該画素値同士を加重加算処理して求め、前記第１組の基底物質による前記第１の物質の物質密度画像における対応画素の画素値が負であるときには、前記第２組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める上記第１の観点の画像生成装置を提供する。

第３の観点の発明は、前記第１の生成手段が、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第１の物質よりＸ線吸収係数が小さい第４の物質とを第３組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、前記第２の生成手段が、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士が共に正であるときには、該画素値同士を加重加算処理して求め、前記第１組の基底物質による前記第２の物質の物質密度画像における対応画素の画素値が負であるときには、前記第３組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める上記第１の観点の画像生成装置を提供する。

第４の観点の発明は、前記データに基づいて、前記撮影対象を所定の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像または該画像に相当する画像を生成する第３の生成手段をさらに備えており、前記第１の生成手段が、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第２の物質よりＸ線吸収係数が大きい第３の物質とを第２組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、前記第２の生成手段が、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第１の物質より大きく第２の物質より小さい物質に相当する画素値であるときには、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求め、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第２の物質より大きい物質に相当する画素値であるときには、前記第２組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める上記第１の観点の画像生成装置を提供する。

第５の観点の発明は、前記データに基づいて、前記撮影対象を所定の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像または該画像に相当する画像を生成する第３の生成手段をさらに備えており、前記第１の生成手段が、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第１の物質よりＸ線吸収係数が小さい第４の物質とを第３組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、前記第２の生成手段が、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第１の物質より大きく第２の物質より小さい物質に相当する画素値であるときには、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求め、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第２の物質より大きい物質に相当する画素値であるときには、前記第３組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める上記第１の観点の画像生成装置を提供する。

第６の観点の発明は、前記第１の物質が、水であり、前記第２の物質が、ヨウ素であり、前記第３の物質は、ヨウ素よりもＸ線吸収係数が大きい金属、セラミクス（ceramics）または有機化合物である上記第２の観点または第４の観点の画像生成装置を提供する。

第７の観点の発明は、前記第１の物質が、水であり、前記第２の物質が、ヨウ素であり、前記第４の物質は、脂肪または水よりもＸ線吸収係数が小さい有機化合物である上記第３の観点または第５の観点の画像生成装置を提供する。

第８の観点の発明は、前記第１の生成手段が、第１の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線による投影データと、前記第１の実効Ｘ線エネルギーとは異なる第２の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線による投影データとを線形加重減算または非線形加重減算して得られたデータを、画像再構成処理することにより、物質密度画像を生成する上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を提供する。

第９の観点の発明は、上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置を備えているＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点の発明は、コンピュータ（computer）を、上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の画像生成装置として機能させるためのプログラムを提供する。

なお、ここで言う「密度」とは、実際の密度ではなく仮想的な密度であり、所定の２種類の物質を基底物質とし、ある物質のＸ線吸収係数をその２種類の基底物質のＸ線吸収係数の加重加算値で表す場合に、その２種類の基底物質のＸ線吸収係数に乗ずる加重係数に相当するものである。したがって、例えば、水およびヨウ素を１組の基底物質としたときの水密度画像は、撮影対象の画像における各画素が表す物質のＸ線吸収係数を、水のＸ線吸収係数とヨウ素のＸ線吸収係数との加重加算値で表す場合における、水のＸ線吸収係数に乗ずる加重係数に相当する値の分布図となる。

上記観点の発明によれば、モノクロマチック画像の画素値の算出に用いる物質密度画像の基底物質を、所定の２種類の物質に固定するのではなく、その画素が表す物質のＸ線吸収係数に係る情報を基に、算出される画素値の精度が相対的によくなる組合せに切り換えることができるので、モノクロマチック画像における画素値の精度を向上させることができ、その結果、モノクロマチック画像の画質を改善することができる。

第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。 第一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示す図である。 ヨウ素密度画像と水密度画像を再構成する方法の第一例を示す図である。 ヨウ素密度画像と水密度画像を再構成する方法の第二例を示す図である。 第１モノクロマチック画像を再構成する方法の一例を示す図である。 水密度画像およびヨウ素密度画像の加重加算処理を説明するための図である。 ヨウ素密度画像とポリエチレン（polyethylene）密度画像を再構成する方法の一例を示す図である。 ポリエチレン密度画像およびヨウ素密度画像の加重加算処理を説明するための図である。 水密度画像とセラミクス密度画像を再構成する方法の一例を示す図である。 水密度画像およびセラミクス密度画像の加重加算処理を説明するための図である。 第二実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体４０をスキャン（scan）するための各部の制御や各種演算などを行う中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラムやデータなどを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の開口部に搬入・搬出するクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。

走査ガントリ２０は、回転部１５と、回転部１５を回転可能に支持する支持部１６とを有する。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をコリメート（collimate）して整形するコリメータ（collimator）２３と、Ｘ線管２１から照射され、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力を投影データに変換して収集するデータ収集装置（ＤＡＳ；Data
Acquisition System）２５と、Ｘ線コントローラ２２，コリメータ２３，ＤＡＳ２５の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載される。支持部１６は、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を具備する。回転部１５と支持部１６とは、スリップリング（slip
ring）３０を介して電気的に接続されている。

これより、第一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れについて説明する。第一実施形態では、再構成するモノクロマチック画像の各画素について、画素値の算出に用いる物質密度画像の基底物質の組合せを、所定の基底物質の物質密度画像における対応画素の画素値の閾値判定により切り換える。

図２は、第一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ（step）Ｓ１では、撮影対象をデュアルエネルギー撮影して、第１Ｘ線管電圧による複数ビューの投影データである第１管電圧投影データＰv1と、第２Ｘ線管電圧による複数ビューの投影データである第２管電圧投影データＰv2とを収集する。

例えば、Ｘ線管電圧を１または数ビュー単位で第１Ｘ線管電圧と第２Ｘ線管電圧とに交互に切り換えながら撮影対象のスキャン（scan）を行い、１８０°＋Ｘ線ビーム（beam）のファン（fan）角α°分以上の投影データを収集する。この場合、欠落したビューの投影データは、その欠落したビューに近接するビューの投影データを加重加算処理して求める。

また例えば、まずＸ線管電圧を第１Ｘ線管電圧にしてスキャンを行って、１８０°＋ファン角α°分以上の投影データを収集し、次にＸ線管電圧を第２Ｘ線管電圧にしてスキャンを行って、１８０°＋ファン角α°分以上の投影データを収集する。

なお、第１および第２Ｘ線管電圧は、例えば、８０ｋＶｐと１４０ｋＶｐである。

ステップＳ２では、水およびヨウ素を基底物質とし、第１および第２管電圧投影データＰv1，Ｐv2を基に、撮影対象における仮想的な水の密度分布を表す水密度画像Ｇwと、撮影対象における仮想的なヨウ素の密度分布を表すヨウ素密度画像Ｇioとを再構成する。

図３および図４は、水およびヨウ素を基底物質として、第１および第２管電圧投影データを基に、ヨウ素密度画像および水密度画像を再構成する方法の一例を概念的に示す図である。

例えば、図３に示すように、第１管電圧投影データＰv1と第２管電圧投影データＰv2とをヨウ素の成分が消去されるように加重減算処理して、水の成分を表す第１中間投影データＰwを求める。また、第１管電圧投影データＰv1と第２管電圧投影データＰv2とを水の成分が消去されるように加重減算処理して、ヨウ素の成分を表す第２中間投影データＰioを求める。次に、第１中間投影データＰwを画像再構成処理して水密度画像Ｇwを再構成する。また、第２中間投影データＰioを逆投影処理等により画像再構成処理してヨウ素密度画像Ｇioを再構成する。

また例えば、図４に示すように、第１管電圧投影データＰv1を画像再構成処理して第１管電圧画像Ｇv1を再構成する。また、第２管電圧投影データＰv2を画像再構成処理して第２管電圧画像Ｇv2を再構成する。次に、第１管電圧画像Ｇv1と第２管電圧画像Ｇv2とをヨウ素の成分が消去されるように加重減算処理して、水密度画像Ｇwを再構成する。また、第１管電圧画像Ｇv1と第２管電圧画像Ｇv2とを水の成分が消去されるように加重減算処理して、ヨウ素密度画像Ｇioを再構成する。

ステップＳ３では、水密度画像Ｇwおよびヨウ素密度画像Ｇioを基に、所望の実効Ｘ線エネルギーＥ１のＸ線を用いて撮影対象をＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像に相当する第１モノクロマチック画像Ｇm1を再構成する。実効Ｘ線エネルギーＥ１は、例えば、１２０ｋｅＶである。

図５は、水密度画像およびヨウ素密度画像を基に第１モノクロマチック画像を再構成する方法の一例を概念的に示す図である。

例えば、図５に示すように、水密度画像Ｇwおよびヨウ素密度画像Ｇioを、実効Ｘ線エネルギーＥ１に対応した所定の加重係数により加重加算処理して、第１モノクロマチック画像Ｇm1を再構成する。

図６は、水密度画像およびヨウ素密度画像の加重加算処理を説明するための図である。

図６に示すように、第１モノクロマチック画像Ｇm1においては、Ｘ線吸収係数が水より大きくヨウ素より小さい物質Ｑ１の画素値は、水の密度を表す画素値（Ｖw）とヨウ素の密度を表す画素値（Ｖio）との「補間処理」、すなわち加重係数がいずれも正になる加重加算処理により得られるため、精度がよい。

しかしながら、水よりＸ線吸収係数が小さい物質Ｑ２や、ヨウ素よりＸ線吸収係数が大きい物質Ｑ３の画素値は、水の密度を表す画素値（Ｖw）とヨウ素の密度を表す画素値（Ｖio）との「補外処理」、すなわち加重係数の一方が負になる加重加算処理により得られるため、精度がよくない。

そこで、これ以降において、水よりＸ線吸収係数が小さい物質Ｑ２や、ヨウ素よりＸ線吸収係数が大きい物質Ｑ３の画素値は、別の組合せの基底物質による物質密度画像を用いて求めた画素値で置き換えるようにする。

ステップＳ４では、第１モノクロマチック画像Ｇm1において、注目画素(x,y)を選択する。

ステップＳ５では、ヨウ素密度画像Ｇioにおける上記注目画素の対応画素の画素値Ｇio(x,y)が、負であるか否かを判定する。

ここで、ヨウ素密度画像Ｇioにおける対応画素の画素値Ｇio(x,y)が負であると判定されたときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、水のＸ線吸収係数より小さく、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は、水の密度を表す画素値とヨウ素の密度を表す画素値との補外処理により求められていると判断し、ステップＳ６に進む。

一方、ヨウ素密度画像Ｇioにおける対応画素の画素値Ｇio(x,y)が負でない、すなわち０以上であると判定されたときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、水のＸ線吸収係数と同じかそれよりも大きいと判断し、ステップＳ９に進む。

ステップＳ６では、水よりもＸ線吸収係数が小さい物質Ａと、ヨウ素とを基底物質として、第１および第２管電圧投影データＰv1，Ｐv2を基に、これらの基底物質の物質密度画像を再構成する。

物質Ａとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど、水よりもＸ線吸収係数が小さい有機化合物や、脂肪などを考えることができる。

ここでは、物質Ａをポリエチレンとし、撮影対象における仮想的なポリエチレンの密度分布を表すポリエチレン密度画像Ｇaと、撮影対象における仮想的なヨウ素の密度分布を表すヨウ素密度画像Ｇioとを再構成する。

図７は、ポリエチレンおよびヨウ素を基底物質として、第１および第２管電圧投影データを基に、ポリエチレン密度画像およびヨウ素密度画像を再構成する方法の一例を概念的に示す図である。

例えば、図７に示すように、第１管電圧投影データＰv1と第２管電圧投影データＰv2とをヨウ素の成分が減算されるように加重減算処理して、ポリエチレンの成分を表す第３中間投影データＰaを求める。また、第１管電圧投影データＰv1と第２管電圧投影データＰv2とをポリエチレンの成分が減算されるように加重減算処理して、ヨウ素の成分を表す第４中間投影データＰioを求める。次に、第３中間投影データＰaを画像再構成処理してポリエチレン密度画像Ｇaを再構成する。また、第４中間投影データＰioを逆投影処理等により画像再構成処理してヨウ素密度画像Ｇioを再構成する。

ステップＳ７では、ポリエチレン密度画像Ｇaおよびヨウ素密度画像Ｇioを、実効Ｘ線エネルギーＥ１に対応した所定の加重係数により加重加算処理して、第２モノクロマチック画像Ｇm2を再構成する。

図８は、ポリエチレン密度画像およびヨウ素密度画像の加重加算処理を説明するための図である。ここでの注目画素が表す物質は、水よりＸ線吸収係数が小さい物質Ｑ２である。また、物質Ａであるポリエチレンも、水よりＸ線吸収係数が小さい。そのため、図８に示すように、第２モノクロマチック画像Ｇm2における上記注目画素の対応画素の画素値Ｇm2(x,y)、すなわち物質Ｑ２の画素値は、ポリエチレンの密度を表す画素値（Ｖa）とヨウ素の密度を表す画素値（Ｖio）との補間処理か、あるいは、水と比較して注目画素の物質にＸ線吸収係数がより近い物質であるポリエチレンの密度を表す画素値（Ｖa）と、ヨウ素の密度を表す画素値（Ｖio）との補外処理により得られることになる。その結果、第１モノクロマチック画像Ｇm1における注目画素の画素値Ｇm1(x,y)よりも、第２モノクロマチック画像Ｇm2における対応画素の画素値Ｇm2(x,y)の方が、精度がよくなる。

ステップＳ８では、第１モノクロマチック画像Ｇm1における上記注目画素の画素値Ｇm1(x,y)を、第２モノクロマチック画像Ｇm2における上記注目画素の対応画素の画素値Ｇm2(x,y)で置き換える。その後、ステップＳ１３に進む。

なお、第２モノクロマチック画像Ｇm2を再構成するためのステップＳ６およびＳ７は、ステップＳ５において、ヨウ素密度画像Ｇioにおける対応画素の画素値Ｇio(x,y)が負であると初めて判定された初回のみ実行し、２回目以降はスキップさせる。

ステップＳ９では、水密度画像Ｇwにおける上記注目画素の対応画素の画素値Ｇw(x,y)が、負であるか否かを判定する。

ここで、水密度画像Ｇwにおける対応画素の画素値Ｇw(x,y)が負であると判定されたときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数はヨウ素のＸ線吸収係数よりも大きく、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は、ヨウ素の密度を表す画素値と水の密度を表す画素値との補外処理により求められていると判断し、ステップＳ１０に進む。

一方、水密度画像Ｇwにおける対応画素の画素値Ｇw(x,y)が負でない、すなわち０以上であるときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、ヨウ素のＸ線吸収係数と同じかそれよりも小さいとみなすことができる。つまり、ステップＳ５の判定結果と合わせて考えると、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、水のＸ線吸収係数以上、ヨウ素のＸ線吸収係数以下とみなすことができる。そして、第１モノクロマチック画像Ｇm1における注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は、ヨウ素の密度を表す画素値と水の密度を表す画素値との補間処理により得られていると考えることができる。そこで、この場合には、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は精度よく得られていると判断し、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)をそのままにして、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１０では、水と、ヨウ素よりもＸ線吸収係数が大きい物質Ｂとを基底物質とし、第１および第２管電圧投影データＰv1，Ｐv2を基に、これらの基底物質の物質密度画像を再構成する。

物質Ｂとしては、例えば、ジルコニウム系セラミクスなど、ヨウ素よりもＸ線吸収係数が大きい金属、セラミクス、有機化合物などを考えることができる。

ここでは、物質Ｂをセラミクスとし、撮影対象における仮想的な水の密度分布を表す水密度画像Ｇwと、撮影対象における仮想的なセラミクスの密度分布を表すセラミクス密度画像Ｇbとを再構成する。

図９は、水およびセラミクスを基底物質として、第１および第２管電圧投影データを基に、水密度画像およびセラミクス密度画像を再構成する方法の一例を概念的に示す図である。

例えば、図９に示すように、第１管電圧投影データＰv1と第２管電圧投影データＰv2とをセラミクスの成分が減算されるように加重減算処理して、水の成分を表す第５中間投影データＰwを求める。また、第１管電圧投影データＰv1と第２管電圧投影データＰv2とを水の成分が減算されるように加重減算処理して、セラミクスの成分を表す第６中間投影データＰbを求める。次に、第５中間投影データＰwを逆投影処理等により画像再構成処理して水密度画像Ｇwを再構成する。また、第６中間投影データＰbを画像再構成処理してセラミクス密度画像Ｇbを再構成する。

ステップＳ１１では、水密度画像Ｇwおよびセラミクス密度画像Ｇbを、実効Ｘ線エネルギーＥ１に対応した所定の加重係数により加重加算処理して、第３モノクロマチック画像Ｇm3を再構成する。

図１０は、水密度画像およびセラミクス密度画像の加重加算処理を説明するための図である。ここでの注目画素が表す物質は、ヨウ素よりＸ線吸収係数が大きい物質Ｑ３である。また、物質Ｂであるセラミクスも、ヨウ素よりＸ線吸収係数が大きい。そのため、図１０に示すように、第３モノクロマチック画像Ｇm3における上記注目画素の対応画素の画素値Ｇm3(x,y)、すなわち物質Ｑ３の画素値は、水の密度を表す画素値（Ｖw）とセラミクスの密度を表す画素値（Ｖb）との補間処理か、あるいは、水の密度を表す画素値（Ｖw）と、ヨウ素と比較して注目画素の物質にＸ線吸収係数がより近い物質であるセラミクスの密度を表す画素値（Ｖb）との補外処理により得られることになる。その結果、第１モノクロマチック画像Ｇm1における注目画素の画素値Ｇm1(x,y)よりも、第３モノクロマチック画像Ｇm3における対応画素の画素値Ｇm3(x,y)の方が、精度がよくなる。

ステップＳ１２では、第１モノクロマチック画像Ｇm1における上記注目画素の画素値Ｇm1(x,y)を、第３モノクロマチック画像Ｇm3における上記注目画素の対応画素の画素値Ｇm3(x,y)で置き換える。その後、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、第１モノクロマチック画像Ｇm1において、注目画素として次に選択すべき画素がまだあるか否かを判定する。注目画素として選択すべき画素がまだあると判定されたときには、ステップＳ４に戻って、新たな画素を注目画素に選択して処理を続ける。注目画素として選択すべき画素がもうないと判定されたときには、処理を終了する。

（第二実施形態）
第二実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れについて説明する。第二実施形態では、再構成するモノクロマチック画像の各画素について、画素値の算出に用いる物質密度画像の基底物質を、暫定的に再構成したモノクロマチック画像における対応画素の画素値の閾値判定により切り換える。

図１１は、第二実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＴ１〜Ｔ４は、ステップＳ１〜Ｓ４と同様であるため、説明を省略する。

ステップＴ５では、上記注目画素の画素値（ＣＴ値）Ｇm1(x,y)が、所定の閾値、例えば０ＨＵより小さいか否かを判定する。

ここで、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)が０ＨＵより小さいと判定されたときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は水のＸ線吸収係数よりも小さく、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)はヨウ素を表す画素値と水を表す画素値との補外処理により求められていると判断し、ステップＴ６に進む。

一方、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)が０ＨＵより小さくない、すなわち０ＨＵ以上であるときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、水のＸ線吸収係数と同じかそれよりも大きいと判断し、ステップＴ９に進む。

ステップＴ６〜Ｔ８は、ステップＳ６〜Ｓ８と同様であるため、説明を省略する。

ステップＴ９では、注目画素の画素値（ＣＴ値）Ｇm1(x,y)が、所定の閾値、例えば１５００ＨＵより大きいか否かを判定する。

注目画素の画素値Ｇm1(x,y)が１５００ＨＵより大きいと判定されたときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、ヨウ素のＸ線吸収係数より大きく、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は、水の密度を表す画素値とヨウ素の密度を表す画素値との補外処理により求められていると判断し、ステップＴ１０に進む。

一方、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)が１５００ＨＵ以下であると判定されたときには、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、ヨウ素のＸ線吸収係数と同じかそれよりも小さいとみなす。つまり、ステップＴ５の判定結果と合わせて考えると、注目画素が表す物質のＸ線吸収係数は、水のＸ線吸収係数以上、ヨウ素のＸ線吸収係数以下とみなすことができる。そして、第１モノクロマチック画像Ｇm1における注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は、水の密度を表す画素値とヨウ素の密度を表す画素値との補間処理により得られているとみなすことができる。そこで、この場合には、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)は精度よく得られていると判断し、注目画素の画素値Ｇm1(x,y)をそのままにして、ステップＴ１３に進む。

ステップＴ１０〜Ｔ１３は、ステップＳ１０〜Ｓ１３と同様であるため、説明を省略する。

以上、上記の各実施形態によれば、モノクロマチック画像の画素値の算出に用いる物質密度画像の基底物質を、所定の２種類の物質に固定するのではなく、その画素が表す物質のＸ線吸収係数に係る情報を基に、算出される画素値の精度が相対的によくなる組合せに切り換えることができるので、モノクロマチック画像における画素値の精度を向上させることができ、その結果、モノクロマチック画像の画質を改善することができる。

以上、発明の実施形態について説明したが、発明の実施形態は、上記のものに限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の形態を取り得る。

例えば、上記の各実施形態においては、メインの基底物質として、水およびヨウ素を例に説明しているが、他の物質をメインの基底物質としてもよい。

また例えば、上記の各実施形態では、水よりＸ線吸収係数が小さい物質を表す画素について、水よりＸ線吸収係数が小さい物質Ａと、ヨウ素とを基底物質とする２種類の物質密度画像を用いて画素値を求めているが、物質Ａおよび水を基底物質とする２種類の物質密度画像を用いて画素値を求めてもよい。同様に、上記の各実施形態では、ヨウ素よりＸ線吸収係数が大きい物質を表す画素について、水と、ヨウ素よりＸ線吸収係数が大きい物質Ｂとを基底物質とする２種類の物質密度画像を用いて画素値を求めているが、ヨウ素および物質Ｂを基底物質とする２種類の物質密度画像を用いて画素値を求めてもよい。

また例えば、第二実施形態においては、再構成するモノクロマチック画像における各画素について、暫定的に再構成したモノクロマチック画像における注目画素の画素値の閾値判定により、画素値の算出に用いる物質密度画像の基底物質を決定している。しかし、第１管電圧投影データを画像再構成処理して得られる第１管電圧画像や、第２管電圧投影データを画像再構成処理して得られる第２管電圧画像など、撮影対象を表す他のＣＴ画像における対応画素の画素値の閾値判定により、画素値の算出に用いる物質密度画像の基底物質を決定してもよい。

また例えば、上記の各実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、上記Ｘ線ＣＴ装置における画像生成（再構成）機能を有している画像生成装置も発明の一実施形態である。

また例えば、コンピュータを、上記の画像生成装置として機能させるためのプログラムもまた、発明の一実施形態である。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
１６ 支持部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線管コントローラ
２３ コリメータ
２４ Ｘ線検出器
２５ データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ 回転部コントローラ
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
４０ 被検体
８１ Ｘ線

Claims (10)

1. 撮影対象のＸ線ＣＴデュアルエネルギー撮影により得られたデータに基づいて、前記撮影対象を２種類１組の基底物質の合成で表すモデルにおける前記撮影対象の前記基底物質の仮想的な密度分布を表す物質密度画像を、組を構成する少なくとも一方の基底物質が異なる２組以上の基底物質について、基底物質毎に生成する第１の生成手段と、
   前記第１の生成手段により生成された物質密度画像に基づいて、前記撮影対象を所望の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像に相当するモノクロマチック画像を生成する第２の生成手段であって、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記２組以上の基底物質のうち該画素が表す物質のＸ線吸収係数の大小に係る情報を基に定められた１組の基底物質による各物質密度画像における該画素の対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める第２の生成手段とを備えた画像生成装置。
2. 前記第１の生成手段は、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第２の物質よりＸ線吸収係数が大きい第３の物質とを第２組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、
   前記第２の生成手段は、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士が共に正であるときには、該画素値同士を加重加算処理して求め、前記第１組の基底物質による前記第１の物質の物質密度画像における対応画素の画素値が負であるときには、前記第２組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める請求項１に記載の画像生成装置。
3. 前記第１の生成手段は、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第１の物質よりＸ線吸収係数が小さい第４の物質とを第３組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、
   前記第２の生成手段は、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士が共に正であるときには、該画素値同士を加重加算処理して求め、前記第１組の基底物質による前記第２の物質の物質密度画像における対応画素の画素値が負であるときには、前記第３組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める請求項１に記載の画像生成装置。
4. 前記データに基づいて、前記撮影対象を所定の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像または該画像に相当する画像を生成する第３の生成手段をさらに備えており、
   前記第１の生成手段は、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第２の物質よりＸ線吸収係数が大きい第３の物質とを第２組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、
   前記第２の生成手段は、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第１の物質より大きく第２の物質より小さい物質に相当する画素値であるときには、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求め、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第２の物質より大きい物質に相当する画素値であるときには、前記第２組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める請求項１に記載の画像生成装置。
5. 前記データに基づいて、前記撮影対象を所定の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線によりＸ線ＣＴ撮影したときに得られる画像または該画像に相当する画像を生成する第３の生成手段をさらに備えており、
   前記第１の生成手段は、第１の物質と、前記第１の物質よりＸ線吸収係数が大きい第２の物質とを第１組の基底物質としたときの各物質密度画像と、前記第１または第２の物質と前記第１の物質よりＸ線吸収係数が小さい第４の物質とを第３組の基底物質としたときの各物質密度画像とを生成し、
   前記第２の生成手段は、モノクロマチック画像の各画素の画素値を、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第１の物質より大きく第２の物質より小さい物質に相当する画素値であるときには、前記第１組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求め、前記第３の生成手段により生成された画像における対応画素の画素値が、Ｘ線吸収係数が第２の物質より大きい物質に相当する画素値であるときには、前記第３組の基底物質による各物質密度画像における対応画素の画素値同士を加重加算処理して求める請求項１に記載の画像生成装置。
6. 前記第１の物質は、水であり、前記第２の物質は、ヨウ素であり、前記第３の物質は、ヨウ素よりもＸ線吸収係数が大きい金属、セラミクスまたは有機化合物である請求項２または請求項４に記載の画像生成装置。
7. 前記第１の物質は、水であり、前記第２の物質は、ヨウ素であり、前記第４の物質は、脂肪または水よりもＸ線吸収係数が小さい有機化合物である請求項３または請求項５に記載の画像生成装置。
8. 前記第１の生成手段は、第１の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線による投影データと、前記第１の実効Ｘ線エネルギーとは異なる第２の実効Ｘ線エネルギーを有するＸ線による投影データとを線形加重減算または非線形加重減算して得られたデータを、画像再構成処理することにより、物質密度画像を生成する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の画像生成装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の画像生成装置を備えているＸ線ＣＴ装置。
10. コンピュータを、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の画像生成装置として機能させるためのプログラム。

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