JP2015208601A - Ｘ線ｃｔ装置、画像処理装置、及び投影データ生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線焦点を交互に複数箇所にシフトさせて計測した焦点シフト投影データにおいて欠損したビュー数を補い、これにより画質を向上させることが可能なＸ線ＣＴ装置等を提供する。
【解決手段】 Ｘ線ＣＴ装置１の画像処理装置１２２は、Ｘ線源１０１における複数の焦点位置から被検体に対してＸ線を照射して撮影した焦点シフト投影データ３１を焦点位置毎に分割する際に生じる欠損ビューに仮想ビューを挿入する。仮想ビューデータ生成部２３は、仮想ビューのデータを他方の焦点位置についての焦点別投影データ３２Ｂ（３２Ａ）を用い、かつ焦点位置とＸ線検出器１０６との位置関係に基づいて算出する。仮想ビューデータが挿入された各焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂ（仮想投影データ）を組み合わせることにより、空間分解能を向上させた投影データを得る。
【選択図】図８

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置、画像処理装置、及び投影データ生成方法に係り、詳細には、投影データの高密度化に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源とＸ線検出器とを対向配置させた状態で被検体の周囲を周回させ、複数の回転角度方向（ビュー）からＸ線を照射してビュー毎に被検体を透過したＸ線を検出し、検出した投影データに基づいて被検体の断層像を生成する装置である。近年では、複数の位置にＸ線焦点をシフトさせてＸ線を照射する機能を有するＦＦＳ（Flying Focal Spot）Ｘ線管装置が開発されている。ＦＦＳＸ線管装置では、陽極（ターゲット）へ入射する電子ビームの位置を電磁的に移動させることにより、Ｘ線焦点位置を複数箇所にシフトさせる。これにより、同一のビューからＸ線ビーム経路が異なる複数の投影データを得ることができ、検出器密度を倍加するのと同等の効果が得られるため、Ｘ線ＣＴ装置の空間分解能を向上させることができる（ＦＦＳ法）。

しかし、焦点位置をビュー毎に交互にシフトしながら撮影を行うため、焦点別の投影データにおいてはビュー数が半減する。そのため、有効視野の中心部での空間分解能は向上するが中心部以外の周辺部での画質が低下するという問題があった。特許文献１では、１回転で撮影されるビュー数（隣り合うビューとの角度差）とＸ線源−回転中心間距離とに基づいて最適な焦点移動距離を設定することで、ＦＦＳ投影データのリサンプリングを不要としつつ、有効視野全体にわたって均一に分解能を向上させる方法を提案している。

特開２０１０−３５８１２号公報

しかしながら、上述の特許文献１では焦点別に投影データを分割した場合のビュー数の減少について配慮されていない。したがって有効視野周辺部の画質は低下する虞がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、Ｘ線焦点を交互に複数箇所にシフトさせて投影データを計測する場合に生じる欠損ビューを補い、これにより画質を向上させることが可能なＸ線ＣＴ装置等を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、複数の焦点位置から被検体にＸ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源に対向配置され、前記被検体を透過したＸ線である透過Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を搭載し、前記被検体の周囲を回転する回転盤と、前記Ｘ線源における前記焦点位置を複数箇所にシフトさせてＸ線を照射するＸ線制御部と、前記Ｘ線制御部により前記焦点位置を複数箇所にシフトさせて照射した各Ｘ線により得た前記透過Ｘ線を収集し、焦点位置毎に分割した焦点別投影データを生成する焦点別投影データ生成部と、一方の焦点位置についての焦点別投影データにおける欠損ビュー位置に仮想ビューを挿入し、当該仮想ビューデータを他方の焦点位置についての焦点別投影データを用い、かつ前記焦点位置と前記Ｘ線検出器との位置関係に基づいて算出する仮想ビューデータ生成部と、前記仮想ビューデータ生成部により仮想ビューが挿入された各焦点別投影データを用いて画像を再構成する再構成演算部と、を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

第２の発明は、Ｘ線ＣＴ装置により撮影された実投影データを取得する実投影データ取得部と、前記撮影時の焦点位置と異なる位置に仮想焦点を設定し、設定した仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、前記実投影データを用い、かつ前記焦点と前記仮想焦点と前記Ｘ線検出器との位置関係に基づいて算出する仮想投影データ生成部と、前記実投影データと前記仮想投影データ生成部により生成された仮想投影データとを組み合わせてビュー数を向上させた投影データを生成する投影データ合成部と、を備えることを特徴とする画像処理装置である。

第３の発明は、画像処理装置が、複数の焦点位置から被検体に対してＸ線を照射するＸ線ＣＴ装置により撮影された投影データを取得するステップと、前記投影データを焦点位置毎に分割し、焦点別投影データを生成するステップと、一方の焦点位置についての焦点別投影データにおける欠損ビュー位置に仮想ビューを挿入し、当該仮想ビューのデータを他方の焦点位置についての焦点別投影データを用い、かつ前記焦点位置とＸ線検出器との位置関係に基づいて算出するステップと、を含むことを特徴とする投影データ生成方法である。

第４の発明は、画像処理装置が、Ｘ線ＣＴ装置により撮影された実投影データを取得するステップと、前記撮影時の焦点位置と異なる位置に仮想焦点を設定し、設定した仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、前記実投影データを用い、かつ前記焦点と前記仮想焦点と前記Ｘ線検出器との位置関係に基づいて算出するステップと、前記実投影データと前記仮想投影データとを組み合わせビュー数を向上させた投影データを生成するステップと、を含むことを特徴とする投影データ生成方法である。

本発明により、Ｘ線焦点を交互に複数箇所にシフトさせて投影データを計測する場合に生じる欠損したビュー数を補うことが可能となる。これにより画質を向上させることが可能となる。

Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成図 ＦＦＳ焦点制御について説明する図 Ｘ線ＣＴ装置１（画像処理装置１２２）の機能構成及びデータの流れを示す図 焦点シフト投影データ３１について説明する図 Ｖｉｅｗ_１における焦点Ａ及び焦点Ｂの各位置、及び回転中心Ｏの位置関係を示す図 欠損データについて説明する図。（ａ）焦点Ａから照射したＸ線により得た投影データ（焦点別投影データ３２Ａ）、（ｂ）焦点Ｂから照射したＸ線により得た投影データ（焦点別投影データ３２Ｂ） （ａ）実際のＸ線検出器１０６と焦点位置Ａ、Ｂとの位置関係を示す図、（ｂ）仮想検出器４を示す図 （ａ）実データ取得位置を示す図（ｂ）仮想ビューデータ生成後のデータ配置を示す図 ビュー補間について説明する図 焦点別投影データ３２Ａの欠損データを焦点別投影データ３２Ｂを用いて補間する概念を示す図 焦点別投影データ３２Ａの仮想ビューデータを焦点別投影データ３２Ｂを用い、かつジオメトリ（焦点位置及びＸ線検出器の位置関係）に基づいてビュー補間により求める場合の算出例 焦点別投影データ３２Ｂの欠損データを焦点別投影データ３２Ａを用いて補間する概念を示す図 焦点別投影データ３２Ｂの仮想ビューデータを焦点別投影データ３２Ａを用い、かつジオメトリ（焦点位置及びＸ線検出器の位置関係）に基づいてビュー補間により求める場合の算出例 本発明のＸ線ＣＴ装置１における撮影・再構成処理の流れを示すフローチャート （ａ）有効視野中心部の解像度向上を目的とする場合の焦点位置、（ｂ）第２の実施の形態の焦点位置 （ａ）ＦＦＳ機能を用いず、焦点Ａのみでスキャンする場合の焦点位置、（ｂ）データ密度（ｒａｙ密度）を２倍相当とする場合に設定する仮想焦点Ｐ 実在の焦点Ａから得られた投影データｆ（Φ−α）の次に仮想ビューデータｇ（Φ＋β−θ）を作成する様子を示す図 仮想ビューデータｇ（Φ＋β−θ）をθ回転させた仮想ビューデータｇ（Φ＋β）を作成する様子を示す図 倍密度化した仮想投影データをさらに倍にする場合の仮想焦点Ｐ１，Ｐ２ 焦点数（仮想ビュー数）と空間分解能との関係を示すデータ４１の一例 第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１の機能構成及びデータの流れを示す図 第３の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１が実行する処理の流れを示すフローチャート 焦点位置のずれを補正する処理について説明する図 スライス方向に焦点位置をオフセットする場合のＸ線ビーム経路について説明する図 （ａ）焦点位置offset_tから照射されスライスｔ１を通るｒａｙを示す図、（ｂ）焦点位置offset_sから照射されスライスｓ１を通るｒａｙを示す図 仮想検出器４の配置について説明する図 焦点位置offset_xについて説明する図 （ａ）エラー焦点位置補正前におけるジオメトリ、（ｂ）本発明適用後のジオメトリ （ａ）図２８（ｂ）のジオメトリに補助線を引いた図、（ｂ）図２９（ａ）で示した線源位置をideal_offsetだけずらした場合のジオメトリ ビュー角度のずれ量ｆを示す図 実検出器のｃｈ＿ｉの位置とエラーの焦点error_offsetから角度ｅ＋ｆとを示す図

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、スキャンガントリ部１００、寝台１０５、及び操作卓１２０を備える。

スキャンガントリ部１００は、被検体に対してＸ線を照射するとともに被検体を透過したＸ線を検出する装置であり、Ｘ線源１０１、回転盤１０２、コリメータ１０３、Ｘ線検出器１０６、データ収集装置１０７、ガントリ制御装置１０８、寝台制御装置１０９、Ｘ線制御装置１１０、及び検出器制御装置１１１を備える。

回転盤１０２には開口部１０４が設けられ、開口部１０４を介してＸ線源１０１とＸ線検出器１０６とが対向配置される。開口部１０４内に寝台１０５に載置された被検体が挿入される。回転盤１０２は、ガントリ制御装置１０８によって制御される回転盤駆動装置から駆動伝達系を通じて伝達される駆動力によって被検体の周囲を回転する。

操作卓１２０は、スキャンガントリ部１００の各部を制御するとともにスキャンガントリ部１００で計測したデータを取得し、画像の生成を行う装置であり、入力装置１２１、画像処理装置１２２、記憶装置１２３、システム制御装置１２４、及び表示装置１２５を備える。

Ｘ線源１０１は回転陽極（ターゲット）における焦点位置を移動可能なフライング焦点Ｘ線管装置を有する。Ｘ線ＣＴ装置１の回転軸方向をＺ方向とすると、フライング焦点Ｘ線管装置は、回転陽極（ターゲット）に照射する電子ビームをＺ方向またはＺ方向に直交するＸ方向またはＹ方向に偏向させる。これによりＸ線焦点位置をシフトさせ、同じビュー位置から微小に異なる経路のＸ線を照射する。

Ｘ線源１０１は、Ｘ線制御装置１１０に制御されて所定の強度のＸ線を連続的または断続的に照射する。Ｘ線制御装置１１０は、操作卓１２０のシステム制御装置１２４により決定されたＸ線管電圧及びＸ線管電流に従って、Ｘ線源１０１に印加または供給するＸ線管電圧及びＸ線管電流を制御する。また、Ｘ線制御装置１１０は、回転盤１０２の回転に伴い、ビュー毎にＸ線焦点位置を複数の焦点位置に移動させるフライング焦点制御を行う。

図２はフライング焦点制御について説明する図であり、（ａ）はＸ線源１０１（Ｘ線管球）における各焦点Ａ、Ｂを示し、（ｂ）は各焦点Ａ、Ｂから照射されＸ線検出器１０６に入射するＸ線ビームについて示している。図２に示すように、第１の実施の形態では、各焦点Ａ、Ｂは回転盤１０２の回転方向（Ｘ線検出器１０６におけるチャンネル方向）にオフセットしているものとする。

Ｘ線制御装置１１０は、回転盤１０２の回転に伴い、ビュー毎にＸ線焦点位置を焦点Ａ及び焦点Ｂにシフトさせる。

Ｘ線源１０１のＸ線照射口にはコリメータ１０３が設けられる。コリメータ１０３は、Ｘ線源１０１から放射されたＸ線の照射範囲を制限する。例えばコーンビーム（円錐形または角錐形ビーム）等に成形する。コリメータ１０３の開口幅はシステム制御装置１２４により制御される。

Ｘ線源１０１から照射され、コリメータ１０３を通過し、被検体を透過したＸ線はＸ線検出器１０６に入射する。

Ｘ線検出器１０６は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるＸ線検出素子群をチャンネル方向（周回方向）に例えば１０００個程度、列方向（体軸方向）に例えば１〜３２０個程度配列したものである。Ｘ線検出器１０６は、被検体を介してＸ線源１０１に対向するように配置される。Ｘ線検出器１０６はＸ線源１０１から照射されて被検体を透過したＸ線量を検出し、データ収集装置１０７に出力する。

データ収集装置１０７は、検出器制御装置１１１の制御により、Ｘ線検出器１０６の個々のＸ線検出素子により検出されるＸ線量を収集し、ディジタルデータに変換し、透過Ｘ線データとして操作卓１２０の画像処理装置１２２に順次出力する。

画像処理装置１２２は、データ収集装置１０７から入力された透過Ｘ線データを取得し、透過Ｘ線データから画像の再構成に必要な投影データを生成し、投影データに基づいて断層像等の画像を再構成する装置である。本発明では、Ｘ線源１０１における複数のＸ線焦点位置からＸ線が照射されるため、画像処理装置１２２には、複数のＸ線焦点位置からの透過Ｘ線データが入力される。

画像処理装置１２２は図３に示す各機能部を有する。画像処理装置１２２は、焦点シフト投影データ取得部２１、焦点別投影データ生成部２２、仮想ビューデータ生成部２３、投影データ合成部２４、及び再構成演算部２５を備える。

焦点シフト投影データ取得部２１は、データ収集装置１０７から入力された透過Ｘ線データを取得し、対数変換、感度補正等の前処理を行う。焦点シフト投影データ取得部２１には複数のＸ線焦点位置から照射されたＸ線による透過Ｘ線データが入力されるため、複数の焦点位置から照射されたＸ線による投影データが混在したものとなる。これを焦点シフト投影データ３１と呼ぶ。

焦点シフト投影データ３１は、図４に示すように、Ｖｉｅｗ_１では焦点Ａから得た投影データ、Ｖｉｅｗ_２では焦点Ｂから得た投影データ、Ｖｉｅｗ_３では焦点Ａから得た投影データ、Ｖｉｅｗ_４では焦点Ｂから得た投影データ、…のように焦点Ａ，Ｂから照射されたＸ線による投影データが交互に配置されたものとなる。

ここで、各ビューにおける焦点Ａ，Ｂと回転中心との位置関係（ジオメトリ）について図５を参照して説明する。
図５に示すように、焦点Ａは基準焦点位置（焦点オフセットがない場合の各ビューの基準位置）から距離offset_ａだけ回転方向負方向へシフトし、焦点Ｂは上記基準位置から距離offset_ｂだけ回転方向正方向へシフトするものとする。
また、ビュー間の角度はΦ＝２π／Ｖｉｅｗ数である。Ｘ線源１０１（焦点Ａ，焦点Ｂ）と回転中心Ｏとの間の距離をＳＯＤとすると、焦点Ａと回転中心Ｏと基準焦点位置との間の角度αと、焦点Ｂと回転中心Ｏと基準焦点位置との間の角度βは以下の式（１）、（２）のように表せる。

図４に示す焦点シフト投影データ３１の各ビューの投影データ計測位置は、次のようになる。
Ｖｉｅｗ_１・・・焦点Ａ（Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_２・・・焦点Ｂ（２Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_３・・・焦点Ａ（３Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_４・・・焦点Ｂ（４Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_５・・・焦点Ａ（５Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_６・・・焦点Ｂ（６Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_７・・・焦点Ａ（７Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_８・・・焦点Ｂ（８Φ＋β）、…。

焦点シフト投影データ取得部２１は、取得した焦点シフト投影データ３１を焦点別投影データ生成部２２へ送る。

焦点別投影データ生成部２２は、各焦点からの投影データが混在した焦点シフト投影データ３１を受け取り、焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂを生成する。焦点別投影データ３２Ａ、３２Ｂとは、複数の焦点位置から計測したデータが混在する焦点シフト投影データ３１を、焦点毎の投影データとなるように分割した各投影データである。図６（ａ）に焦点Ａで計測した投影データを抽出した焦点別投影データ３２Ａ、図６（ｂ）に焦点Ｂで計測した投影データを抽出した焦点別投影データ３２Ｂを示す。

焦点Ａからの焦点別投影データ３２Ａは、図６に示すように、
Ｖｉｅｗ_１・・・ｆ（Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_３・・・ｆ（３Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_５・・・ｆ（５Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_７・・・ｆ（７Φ−α）、となる。
Ｖｉｅｗ_２、Ｖｉｅｗ_４、Ｖｉｅｗ_６、Ｖｉｅｗ_８、…は欠損ビューとなる。

また、焦点別投影データ３２Ｂは、
Ｖｉｅｗ_２・・・ｇ（２Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_４・・・ｇ（４Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_６・・・ｇ（６Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_８・・・ｇ（８Φ＋β）、…となる。
Ｖｉｅｗ_１、Ｖｉｅｗ_３、Ｖｉｅｗ_５、Ｖｉｅｗ_７、…は欠損ビューとなる。
生成された各焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂは、仮想ビューデータ生成部２３に入力される。

なお、以下の説明において焦点Ａについての焦点別投影データ３２Ａと焦点Ｂについての焦点別投影データ３２Ｂを区別するために、焦点別投影データ３２Ａの各ビューにおける実データをｆ（）と表記し、焦点別投影データ３２Ｂの各ビューにおける実データをｇ（）と表記する。

仮想ビューデータ生成部２３は、焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂを取得し、取得した焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂにおける欠損ビューを補間する仮想ビューデータ生成処理を行う。仮想ビューデータ生成処理とは、各焦点別投影データにおいて欠損したビュー角度の投影データを算出し、ビュー数を向上させる処理である。仮想ビューデータ生成処理について図７〜図１３を参照して説明する。

図７（ａ）は、あるビュー位置において焦点Ａと焦点Ｂから実際のＸ線検出器１０６に対して照射されるＸ線ビームの経路を示す。実際は、例えばＶｉｅｗ_１では焦点Ａの投影データが取得されるが、焦点Ｂの投影データは取得されない。図８（ａ）に示すように、ビューＶｉｅｗ_１、Ｖｉｅｗ_２、Ｖｉｅｗ_３において、ビューＶｉｅｗ_１では焦点Ａからの投影データｆ（Φ−α）、ビューＶｉｅｗ_２では焦点Ｂからの投影データｇ（２Φ＋β）、実ビューＶｉｅｗ３では焦点Ａからの投影データｆ（３Φ−α）が計測されている（図４、図６参照）。

そこで、本発明では、一方の焦点別投影データ３２Ａ（３２Ｂ）の実ビュー間に仮想ビューを挿入する。仮想ビューは、隣の実ビューとの角度がビュー角度Φだけ回転させた位置となるように設けるものとする。つまり、焦点Ａからの焦点別投影データ３２Ａに設ける仮想ビューは、
Ｖｉｅｗ_２・・・ｆ（２Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_４・・・ｆ（４Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_６・・・ｆ（６Φ−α）、
Ｖｉｅｗ_８・・・ｆ（８Φ−α）、…とする。

同様に、焦点Ｂからの焦点別投影データ３２Ｂに設ける仮想ビューは、
Ｖｉｅｗ_１・・・ｇ（Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_３・・・ｇ（３Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_５・・・ｇ（５Φ＋β）、
Ｖｉｅｗ_７・・・ｇ（７Φ＋β）、…とする。

図７（ｂ）は仮想ビュー位置から投影データを得るための仮想的な検出器（以下、仮想検出器４）の概念について説明する図である。
図７（ｂ）に示すように、焦点Ａの焦点別投影データ３２Ａにおける仮想ビューＶｉｅｗ_２のビューデータを生成する場合は、仮想ビューデータ生成部２３は、他方の焦点Ｂの投影データ３２Ｂにおける実ビューｇ（２Φ＋β）のデータを参照する。ただし、仮想ビューの角度（２Φ−α）と実ビューの角度（２Φ＋β）は角度θ（以下の式（３））だけ異なっているので、例えば隣接する実ビューのデータ等を利用した補間演算を行って、正確に補うものとする。

例えば、焦点Ａについての焦点別投影データ３２Ａにおけるある仮想ビューの投影データｆ（２Φ−α）は、一つ手前のビューの実データｆ（Φ−α）と当該仮想ビューにおける他方の焦点から得た実データｇ（２Φ＋β）とを用いて求めることができる。具体的には、各チャンネルについて、ｆ（Φ−α）とｇ（２Φ＋β）とを仮想ビュー角度（２Φ−α）からの角度に応じた重みをかけて加算することで求めることができる（式（４）参照、図１０、図１１参照）。

図１０に示すように、例えば、焦点Ａの焦点別投影データ３２Ａにおける仮想ビューＶｉｅｗ_４のデータｆ（４Φ−α）は、焦点Ａの実データｆ（３Φ−α）と仮想ビューとの角度差がθとなる他方の焦点の実データｇ（４Φ＋β）とを用いて求められる。仮想ビューＶｉｅｗ_６、Ｖｉｅｗ_８についても同様に、隣接する実ビュー（焦点Ａの実データ）と仮想ビューとの角度差がθとなる他方の焦点の実データ（焦点Ｂの実データ）とを用いて求めることができる。

各仮想ビューデータの具体的な算出式を、それぞれ図１１に示す。焦点別投影データ３２Ａにおける欠損ビューが上述の仮想ビューデータ生成処理により補われた投影データを仮想投影データ３３Ａと呼ぶ。

焦点Ｂについての投影データ３２Ｂも同様に、仮想ビューデータを隣接する実ビュー（焦点Ｂの実データ）と、仮想ビューとの角度差がθとなる他方の焦点の実データ（焦点Ａの実データ）とを用いて求めることができる。例えば、仮想ビューＶｉｅｗ_１の仮想データｇ（Φ＋β）は、焦点Ｂの実データｇ（２Φ＋β）と他方の焦点の実データｆ（Φ−α）とを、仮想ビュー位置（Φ＋β）からの角度に応じた重みを付けて加算することで求められる（式（５）参照）。

図１２は、焦点別投影データ３２Ｂの各仮想ビューＶｉｅｗ_１、Ｖｉｅｗ_３、Ｖｉｅｗ_５、Ｖｉｅｗ_７のデータｇ（Φ＋β）、ｇ（３Φ＋β）、ｇ（５Φ＋β）、ｇ（７Φ＋β）をそれぞれ隣接する実ビュー（焦点Ｂの実データ）と仮想ビューとの角度差がθとなる他方の焦点の実データ（焦点Ａの実データ）とを用いて求めることを示している。具体的な算出式を、それぞれ図１３に示す。焦点別投影データ３２Ｂにおける欠損ビューが上述の仮想ビューデータ生成処理により補われたデータを仮想投影データ３３Ｂと呼ぶ。

仮想ビューデータ生成部２３は、生成した焦点Ａ仮想投影データ３３Ａと焦点Ｂ仮想投影データ３３Ｂを投影データ合成部２４へ送る。
投影データ合成部２４は、焦点Ａ仮想投影データ３３Ａと焦点Ｂ仮想投影データ３３Ｂを取得し、実ビュー及び仮想ビューの配置が幾何学的に正しくなるように組み合わせる。本発明適用後の理想的なビュー配置を図８（ｂ）に示す。

図８（ｂ）に示すように、焦点ＡのＶｉｅｗ_１の実ビューｆ（Φ−α）の次に仮想ビューｇ（Φ＋β）が挿入され、Ｖｉｅｗ_２の実ビューｇ（２Φ＋β）の前に仮想ビューｆ（２Φ−α）が挿入され、Ｖｉｅｗ_３の実ビューｆ（３Φ−α）の次に仮想ビューｇ（３Φ＋β）が挿入される。

これにより空間分解能を向上した投影データ（空間分解能向上投影データ３４）を得ることができる。

再構成演算部２５は、投影データ合成部２４により生成された空間分解能向上投影データ３４を用いて被検体の断層像等の画像を再構成する。画像の再構成処理は、例えばフィルタ補正逆投影法等の解析的方法や逐次近似法等のいずれの方法を用いてもよい。

画像処理装置１２２（再構成演算部２５）により再構成された画像データは、システム制御装置１２４に入力され、記憶装置１２３に保存されるとともに表示装置１２５に表示される。

システム制御装置１２４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えたコンピュータである。記憶装置１２３はハードディスク等のデータ記録装置であり、Ｘ線ＣＴ装置１の機能を実現するためのプログラムやデータ等が予め記憶される。

システム制御装置１２４は、図１４に示す処理手順に従って撮影・画像再構成処理を行う。撮影・画像再構成処理においてシステム制御装置１２４は、操作者により設定された撮影条件に応じた制御信号をスキャンガントリ部１００のＸ線制御装置１１０、寝台制御装置１０９、及びガントリ制御装置１０８に送出し、ＦＦＳ撮影を制御する。また、システム制御装置１２４は、画像処理装置１２２により再構成された画像を表示装置１２５に表示するとともに、記憶装置１２３に記憶する。

表示装置１２５は、液晶パネル、ＣＲＴモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、システム制御装置１２４に接続される。表示装置１２５は画像処理装置１２２から出力される再構成画像、並びにシステム制御装置１２４が取り扱う種々の情報を表示する。

入力装置１２１は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー、及び各種スイッチボタン等により構成され、操作者によって入力される各種の指示や情報をシステム制御装置１２４に出力する。操作者は、表示装置１２５及び入力装置１２１を使用して対話的にＸ線ＣＴ装置１を操作する。入力装置１２１は表示装置１２５の表示画面と一体的に構成されるタッチパネル式の入力装置としてもよい。

次に、図１４を参照して、Ｘ線ＣＴ装置１の動作を説明する。
図１４は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置１が実行する撮影・再構成処理全体の流れを説明するフローチャートである。

撮影・再構成処理において、システム制御装置１２４は、予め設定された撮影条件及び再構成条件（Ｘ線管電圧、Ｘ線管電流等のＸ線条件、撮影範囲、ガントリ回転速度、寝台速度、らせんピッチ、再構成ＦＯＶ、再構成スライス厚等）に基づいて被検体の撮影を制御する。撮影において、Ｘ線制御装置１１０はＸ線源１０１の回転陽極に照射する電子ビームを所定のタイミングで所定の方向及び距離（offset_a、offset_ｂ）だけ移動させることにより、Ｘ線焦点位置をビュー毎に交互に移動させてＸ線を照射するフライング焦点シフト制御（ＦＦＳ撮影）を行う。例えば、Ｘ線源１０１における焦点のオフセット距離を回転盤１０２の回転方向負方向に「offset_a」だけシフトした位置を第１の焦点位置Ａ（焦点Ａ）とし、回転方向正方向に「offset_ｂ」だけシフトした位置を第２の焦点位置Ｂ（焦点Ｂ）とする。ガントリ制御装置１０８は回転速度等の撮影条件に従って回転盤１０２の駆動系を制御し、回転盤１０２を回転させる。寝台制御装置１０９は、撮影範囲に基づいて寝台を所定の撮影開始位置へ位置合わせし、撮影中は寝台速度（らせんピッチ）等の撮影条件に基づいて寝台を移動させる。

Ｘ線源１０１からのＸ線照射とＸ線検出器１０６による透過Ｘ線データの計測が、回転盤１０２の回転とともに繰り返される。データ収集装置１０７は、被検体の周囲の様々な角度（ビュー）においてＸ線検出器１０６により計測された透過Ｘ線データを取得し、画像処理装置１２２に送る。画像処理装置１２２は、データ収集装置１０７から入力された透過Ｘ線データを取得する。

画像処理装置１２２は、取得した透過Ｘ線データに対して、対数変換、感度補正等の前処理を行い、投影データを生成する。ステップＳ１０１で得られる投影データは、複数の焦点位置Ａ，Ｂから照射されたＸ線によるデータが混在した焦点シフト投影データ３１である（図４参照）。

次に、画像処理装置１２２は、焦点シフト投影データ３１を焦点位置毎の投影データに分割する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理により、焦点Ａについての投影データである焦点別投影データ３２Ａと、焦点Ｂについての投影データである焦点別投影データ３２Ｂを得る（図６参照）。ステップＳ１０２の処理により焦点別投影データ３２Ａ、３２Ｂには、それぞれ欠損ビューが生じる。図６の各焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂにおける斜線部は欠損ビューを示している。

画像処理装置１２２は、焦点別投影データ３２Ａ，３２Ｂに対してそれぞれ仮想ビューデータ生成処理を行う（ステップＳ１０３、ステップＳ１０４）。

仮想ビューデータ生成処理において、画像処理装置１２２は、一方の投影データ取得時のジオメトリを他方の投影データのものと見立てるように仮想検出器４を配置し、その仮想的な検出器配置における投影データ（仮想ビューデータ）を求める（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において配置する仮想検出器４は、欠損ビューに対しθだけ正方向または負方向に回転した角度に配置する。換言すると、例えば焦点Ｂの実データｇ（２Φ＋β）を焦点Ａの欠損ビュー（２Φ−α）のデータと見立てる。実際には角度（２Φ＋β）と角度（２Φ−α）とは角度θだけのずれがあるので、ビュー補間等により角度（２Φ−α）の値を求める。

図１０に示すように、焦点Ａの焦点別投影データ３２Ａにおける欠損ビュー（２Φ−α）は、角度（２Φ−α＋θ）＝（２Φ＋β）における各チャンネルの実データｇ（２Φ＋β）及び前ビューの角度（Φ−α）における各チャンネルの実データｆ（Φ−α）をそれぞれ加重加算することにより求めることができる。

また焦点Ｂの焦点別投影データ３２Ｂについても同様に、例えば、焦点Ａの実データｆ（Φ−α）を焦点Ｂの欠損ビュー（Φ＋β）のデータと見立てる。実際には角度（Φ−α）と角度（Φ＋β）とは角度θだけのずれがあるので、ビュー補間等により角度（Φ−α）における値を求める。

図１１に示すように、焦点Ｂの焦点別投影データ３２Ｂにおける欠損ビュー（Φ＋β）は、角度（Φ＋β−θ）＝（Φ−α）の各チャンネルの実データｆ（Φ−α）及び次ビューの角度（２Φ＋β）における各チャンネルの実データｇ（２Φ＋β）をそれぞれ加重加算することにより求めることができる。

画像処理装置１２２は、ステップＳ１０３の処理により作成した仮想データをビューの配置が正しくなるように扱う。すなわち、焦点Ｂのジオメトリを焦点Ａのものと見立てて求めた仮想データを焦点Ａの次のビューとして扱う。また、焦点Ａのジオメトリを焦点Ｂのものと見立てて求めた仮想データを焦点Ｂの前のビューとして扱う。

ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の仮想ビューデータ生成処理により欠損ビューが補われた仮想投影データ３３Ａ、３３Ｂが生成される。

画像処理装置１２２は、仮想投影データ３３Ａ，３３Ｂの各ビューの順序が幾何学的に正しくなるように組み合わせて空間分解能を向上した投影データを得る（ステップＳ１０５）。画像処理装置１２２は、ステップＳ１０５により生成した投影データを用い、予め設定された再構成条件に基づいて画像の再構成処理を行う（ステップＳ１０６）。画像の再構成処理において使用する画像再構成アルゴリズムはどのような種類のものを用いてもよい。例えば、Ｆｅｌｄｋａｍｐ法等の逆投影処理を行ってもよいし、逐次近似法等を用いてもよい。

ステップＳ１０６において画像が再構成されると、システム制御装置１２４は、再構成された画像を表示装置１２５に表示し、一連の撮影処理を終了する。

以上説明したように、第１の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１は、ＦＦＳ撮影により欠損したビュー数を補うために、欠損ビュー位置に仮想ビューを挿入する。仮想ビューのデータは他方の焦点の投影データを用いて算出するが、このときＸ線ＣＴ装置１における各焦点の位置とＸ線検出器との位置関係（ジオメトリ）に基づいて仮想ビューデータを算出する。これにより、空間分解能を向上した投影データを生成できる。

第１の実施の形態の手法で作成される投影データは、実際の撮影により得られた実データを基にしているため、ノイズやアーチファクトの原因を作りこむ影響が少ない。その結果、画像全体に対し空間分解能を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、図１５を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成及び動作については説明を省略し、第１の実施の形態と同一の符号を付して説明する。

第１の実施の形態の手法で補われた仮想ビューデータは、本来の投影データのビュー間隔と必ずしも均等な配置とならない。これは焦点のオフセット位置が中心部の解像度を向上させるための配置となっていることに由来する。そのため、ビュー数が増加するとはいえ、特に有効視野周辺部のｒａｙの密度は不均一となる。そこで第２の実施の形態では、欠損ビュー補間後のデータ配置（ｒａｙ密度）が均等となるように、Ｘ線源１０１の焦点位置を設定する。

図１５（ａ）は有効視野中心部の解像度向上を目的とする場合の焦点オフセット位置である。本来のビュー間隔と仮想ビューの位置の均一性は特に考慮していない。なお、図１５（ａ）では基準焦点位置からの焦点Ａのオフセット量offset_aを０ｍｍとして示している。

図１５（ｂ）は、第２の実施の形態で説明する理想的な焦点位置を示す図である。仮想ビューが本来のビュー間隔の半分の角度となるようにＸ線源１０１における焦点位置を設定する。ビュー間隔は「Φ＝２π／Ｖｉｅｗ数」であるため、以下の式（６）を満たすような焦点オフセット距離offset_a、offset_ｂを設定する。

ここで、ＳＯＤは焦点（Ｘ線源１０１）と回転中心Ｏとの間の距離、offset_aは基準焦点位置からの焦点Ａのオフセット距離、offset_ｂは基準焦点位置からの焦点Ｂのオフセット距離、「Ｖｉｅｗ」は１回転のビュー数である。

ＳＯＤ、Ｖｉｅｗ数の値は既知であるため、一方の焦点位置が定まれば、上述の式（６）に基づいて他方の焦点位置を一意に算出できる。第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１は、式（６）の位置関係にある焦点位置でＦＦＳ撮影を行い、この撮影により得た投影データに対して、第１の実施の形態と同様の仮想ビューデータ生成処理を行う。これにより、均等なビュー間隔で仮想ビューを挿入した空間分解能向上投影データ３４を生成できる。

以上説明したように、第２の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１は、上述の式（６）に示す関係を満たす適切な焦点位置を設定したうえで、第１の実施の形態と同様の仮想ビュー生成処理を行って空間分解能向上投影データ３４を生成する。これにより、ビュー間隔を均等に増加させることが可能となる。その結果、特に有効視野周辺部でのｒａｙ密度が均一となり、ストリークを削減することができる。

［第３の実施の形態］
次に、図１６〜図２２を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。
第１及び第２の実施の形態では、実際にＸ線焦点を２点にシフトさせて撮影を行い、ビュー数を２倍に増加させた仮想投影データを生成した。第３の実施の形態では、任意の位置に仮想焦点を設定し、仮想焦点から投影されたと同等のジオメトリを有する仮想ビューデータを実在の焦点から得た投影データ（実投影データ）を用いて作成する。これにより、ＦＦＳ機能を持たないＸ線源においても投影データのビュー密度を任意の目標数まで増加させ、空間分解能を所望の目標値まで向上させる。

まず、データ密度（ｒａｙ密度）を２倍相当とする場合の仮想焦点位置の算出方法について説明する。
図１６（ａ）は、ＦＦＳ機能を用いず、焦点Ａのみでスキャンする場合の焦点位置を示している。このスキャンで得られた投影データの空間分解能が２倍相当となるように仮想投影データを作成する例を説明する。

まず、あるビュー角度（Φ−α）の投影データであるｆ（Φ−α）のｒａｙの間を通るような焦点位置を求める。図１６（ｂ）を参照すると、検出素子間隔をｄ、焦点ＡからＸ線検出器１０６までの距離をＳＩＤ、焦点Ａから回転中心Ｏまでの距離をＳＯＤ、回転中心付近のｒａｙ間距離をｈ、作成する仮想焦点Ｐの位置(検出器中心からのオフセット量)をoffset_ｂとすると、三角形の相似より以下の式（７）、式（８）が成り立つ。

したがってoffset_ｂの位置からＸ線が照射される仮想ビューデータがあれば、ｒａｙ密度を約２倍とすることができる。すなわち、offset_ｂの位置を仮想焦点Ｐとすれば、焦点Ａのみでスキャンした実データにおける実ビューＶｉｅｗ_ｎとＶｉｅｗ_ｎ＋１の間に仮想ビューを挿入して、第１の実施の形態と同様の補間処理を行うことでビュー数を倍密度化した仮想投影データを作成できる。

図１７、図１８は、実在の焦点Ａから得られた投影データｆ（Φ−α）の次に仮想ビューデータｇ（Φ＋β−θ）を作成し、さらに仮想ビューデータｇ（Φ＋β）を作成する様子を示す図である。図１７（ｂ）において、角度θは以下の式（９）である。式（９）において、offset_ａは焦点Ａのオフセット距離、offset_ｂは仮想焦点Ｐのオフセット距離である。

焦点Ｐ（offset_ｂ位置）の仮想ビューデータｇ（Φ＋β）を求めるには、第１の実施の形態で説明したビュー補間等の手法を用いる。すなわち、隣接する実ビューのデータｆ（Φ−α）、ｆ（２Φ−α）とビュー角度Φ及び上述の角度θの関係を考慮して仮想ビューデータｇ（Φ＋β）を求めることができる。具体的には、例えば、以下の式（１０）により仮想ビューデータが求められる。

これにより、実際は焦点Ａについての投影データしかなかったものが仮想的にＦＦＳを実現するように仮想ビューデータを作成でき、空間分解能の向上が見込めるようになる。

また２倍以上に分解能を向上させたい場合も、上述の手法を応用して適切な位置に２点以上の仮想焦点を設定し、ｒａｙ密度を上げる。

図１９は、倍密度化した仮想投影データをさらに倍にする例を示している。この４倍密度化仮想投影データの算出方法は、上述の２倍の例と同様である。新たに作成する仮想焦点Ｐ１，Ｐ２のオフセット量をχ１、χ２とすれば、χ１、χ２は以下の式（１１）、式（１２）により求められる。

オフセット量χ１の位置を仮想焦点Ｐ１とする仮想ビューデータｐ（Φ＋δ）を求めるには、例えば、焦点Ａで得た実ビューの投影データｆ（Φ−α）、ｆ（２Φ−α）とビュー角度Φ及びオフセット量χ１に対応する角度δを考慮してビュー補間する。同様に、オフセット量χ２の位置を仮想焦点とする仮想ビューデータｑ（Φ＋ε）を求めるには、焦点Ａで得た実ビューの投影データｆ（Φ−α）、ｆ（２Φ−α）とビュー角度Φ及びオフセット量χ２に対応する角度εを考慮してビュー補間する。これにより、焦点Ａで得た実ビューの投影データｆ（Φ−α）、ｆ（２Φ−α）の間に、仮想ビューデータｐ（Φ＋δ）、ｇ（Φ＋β）、ｑ（Φ＋ε）を挿入することができる。

しかし空間分解能の向上に限界がないわけではなく、仮想ビューを増やすに連れ空間分解能の伸びは落ちる。図２０は、焦点数（仮想ビュー数）と空間分解能との関係を示すデータ４１の一例である。

図２０に示す焦点数（仮想ビュー数）と空間分解能との関係を示すデータ４１を利用することにより、Ｘ線ＣＴ装置１はユーザが設定した所望の分解能を得るための仮想投影データを生成する機能を更に備えることができる。

図２１に示すように、第３の実施の形態の画像処理装置１２２は、入力部５１、仮想焦点数算出部５２、仮想焦点設定部５３、仮想投影データ生成部５４、投影データ合成部５５を有し、記憶部（記憶装置１２３）に図２０に示すような焦点数(仮想ビュー数）と空間分解能との関係を示すデータ４１を予め保持している。

入力部５１は、所望の空間分解能の目標値と、実際の撮影により得た実投影データとを入力する。所望の空間分解能の目標値はユーザにより任意に設定できる。また実投影データはＦＦＳ機能を用いないスキャンで得た投影データとする。

仮想焦点数算出部５２は、入力部５１により入力された空間分解能の目標値に応じて、必要な仮想焦点数を算出する。必要な仮想焦点数は、記憶部１２３に記憶されている焦点数と空間分解能との関係を示すデータ４１に基づいて求められる。

仮想焦点設定部５３は、仮想焦点数算出部５２により算出された焦点数だけ、オフセット量が異なる位置に仮想焦点を設定する。すなわち、上述の式（９）、式（１０）、式（１１）等を用いて仮想焦点数に応じた仮想焦点の各位置を求める。

仮想投影データ生成部５４は、仮想焦点設定部５３により設定された各仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、実在の焦点から得られた投影データ（入力部５１により入力した投影データ）を用いて生成する。すなわち、各仮想焦点のオフセット量に対応する角度だけオフセットした位置に仮想ビューを挿入する。そして、実在のビューから得た投影データ（入力された実投影データ）をビュー補間すること等により各仮想ビューのデータを求める。このようにして、仮想焦点数算出部５２により算出した仮想焦点毎に仮想投影データ６１Ｂ、６１Ｃ、…を得る。

投影データ合成部５５は、仮想投影データ生成部５４により生成されたすべての仮想投影データ６１Ｂ，６１Ｃ，…を幾何学的配置が正しくなるように実投影データと組み合わせ、空間分解能の目標値を満たす投影データ６２を生成する。

以下、図２２のフローチャートを参照して、第３の実施の形態におけるＸ線ＣＴ装置１の動作を説明する。

まずシステム制御装置１２４は、事前調査により、焦点数と空間分解能との関係を示すデータ４１（図２０参照）を記憶装置１２３に保持する（ステップＳ２０１）。

ユーザは、処理対象とする投影データを入力するとともに、所望の空間分解能を示す値（以下、空間分解能の目標値という）を入力装置１２１等を介して入力する（ステップＳ２０２）。システム制御装置１２４は入力された投影データ及び空間分解能の目標値を画像処理装置１２２に通知する。

画像処理装置１２２は、ステップＳ２０１で保持した焦点数と空間分解能との関係を示すデータ４１を参照して、入力された空間分解能の目標値を元に必要な仮想焦点数を求める（ステップＳ２０３）。
画像処理装置１２２は、ステップＳ２０３で求めた仮想焦点数だけ、オフセット量の異なる仮想焦点を設定する。そして上述したように、各仮想焦点についての仮想投影データ（仮想ビューデータ）を、ステップＳ２０２で入力した実投影データ及び仮想焦点に関するジオメトリから求める。そして、実投影データと各仮想投影データとを組み合わせ、Ｘ線密度の高い投影データを生成する（ステップＳ２０４）。その後、画像処理装置１２２はステップＳ２０４で作成した投影データを用いて画像を再構成する（ステップＳ２０５）。

以上説明したように、第３の実施の形態において、Ｘ線ＣＴ装置１の画像処理装置１２２は、所望の空間分解能の目標値と投影データとを入力すると、入力された空間分解能の目標値に応じて必要な仮想焦点数を算出し、算出した数だけ仮想焦点を設定し、仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、入力された投影データ及び仮想焦点に関するジオメトリを用いて算出する。そして、投影データと各仮想焦点についての仮想投影データを組み合わせることにより、仮想ビューが挿入された投影データを生成する。
これにより、ＦＦＳ機能を用いずにスキャンした場合であっても、所望の空間分解能に応じた投影データを生成できる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明のＸ線ＣＴ装置１の第４の実施の形態について説明する。
ＦＦＳ焦点制御において、なんらかの原因で実際の焦点位置が本来の焦点位置ではない位置にずれてしまうことがある。

図２３（ａ）は、理想的なオフセット量だけシフトした焦点位置Ａ，Ｂを示し、図２３（ｂ）は、何らかの原因で焦点Ｂの位置が位置Ｂ’にずれてしまった状態を示している。焦点位置は画質向上に寄与するように最適化されているため、図２３（ｂ）のようにずれた状態ではＦＦＳによる本来の効果を得られない。

そのため、第４の実施の形態では、図２３（ｃ）に示すように、エラー焦点位置Ｂ’（ずれてしまった焦点位置）から得た実投影データを補正し、理想の焦点位置Ｂから得たようなＦＦＳ投影データを求める。以下、ずれてしまった焦点位置から得た実投影データを補正する処理について説明する。

図２３（ｃ）に示すように、理想の焦点位置ＢをoffsetB、エラー焦点位置Ｂ’をoffsetB＋errorとする。

画像処理装置１２２（エラー焦点補正部）は、図２３（ｄ）に示すように、エラー焦点位置Ｂ’を理想焦点位置Ｂからγ傾けたデータとして扱う。γは以下の式（１３）により算出できる。このγ傾けたジオメトリのデータをｄａｔａＡとする。

更に、図２３（ｅ）に示すように、本来得たいビュー位置（理想焦点位置Ｂ）を跨いだ位置に第２の仮想焦点を設定する。
第２の仮想焦点は、例えば、前のビューを参考にする。現在操作しているビューをview_nとすると、図２３（ｅ）、（ｆ）に示すように、前のビューview_n-1で得たデータを参考データｄａｔａＢとする。そして図２３（ｇ）に示すように、ｄａｔａＡとｄａｔａＢとの補間演算により、view_nにおける理想焦点位置Ｂ（offsetB）のデータｄａｔａＣを作成することができる。このときｄａｔａＢの焦点がエラーであるかどうかは問わない。例えば、線形補間によりview_nにおけるoffsetBのデータｄａｔａＣ(理想焦点位置Ｂのデータ)を作成する場合、ｄａｔａＡの傾きをγ、ｄａｔａＢの傾きをθとすると、理想焦点位置ＢのデータｄａｔａＣは以下の式（１４）で表現される。

第４の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１により、ＦＦＳ撮影において焦点位置が意図した位置にない場合であっても、それを補正して理想的な焦点位置で得た投影データを生成することが可能となる。

［第５の実施の形態］
次に、図２４〜図２７を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。
第１〜第４の実施の形態では、焦点位置のシフト方向を回転盤１０２の回転方向（Ｘ線検出器１０６のチャンネル方向）としたが、第５の実施の形態では、焦点位置のシフト方向を回転盤１０２の回転方向と直交する方向（Ｘ線検出器１０６のスライス方向（Ｚ方向））とする場合について説明する。

図２４（ａ）は、あるビューΦについてスライス方向にオフセット量offset_sだけシフトした焦点Ａから照射され各スライスｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４を通るＸ線のビーム経路を示す図である。スライスｓ１に注目すると、回転盤１０２が１回転スキャンをする時、ビュー角度Φにおけるスライスｓ１で得られる投影データをｆ（Φ，ｓ１＋offset_s）と表記するものとする。次ビュー２Φの角度であればｆ（２Φ，ｓ１＋offset_s）と表記する。

図２４（ｂ）は焦点をスライス方向の異なる２点（焦点Ａ、焦点Ｂ）にシフトする場合のＸ線ビーム経路を示す図である。オフセット量offset_tだけシフトした焦点Ｂから照射されるＸ線ビームは、点線で示すスライス位置ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４を通る。ビュー角度Φにおけるスライスｔ１で得られる投影データをｇ（Φ，ｔ１＋offset_t）と表記する。次ビュー２Φの角度であればｇ（２Φ，ｔ１＋offset_ｔ）と表記する。

実際のＦＦＳ撮影では、Ｘ線焦点位置が焦点Ａと焦点Ｂを交互に移動される。したがって、実投影データは、
Ｖｉｅｗ_１・・・ｆ（Φ，ｓ１＋offset_s）、
Ｖｉｅｗ_２・・・ｇ（２Φ，ｔ１＋offset_t）、
Ｖｉｅｗ_３・・・ｆ（３Φ，ｓ１＋offset_s）、
Ｖｉｅｗ_４・・・ｇ（４Φ，ｔ１＋offset_t）、
Ｖｉｅｗ_５・・・ｆ（５Φ，ｓ１＋offset_s）、
Ｖｉｅｗ_６・・・ｇ（６Φ，ｔ１＋offset_t）、
Ｖｉｅｗ_７・・・ｆ（７Φ，ｓ１＋offset_s）、
Ｖｉｅｗ_８・・・ｇ（８Φ，ｔ１＋offset_t）、…である。

このように、スライス方向に焦点位置をシフトした場合は、焦点Ａ及び焦点Ｂの各焦点別投影データｆ（）、ｇ（）は、それぞれビュー角度とスライス位置の２つの次元要素を含む。

画像処理装置１２２の仮想ビューデータ生成部２３は、検出器位置を所定距離だけスライス方向に平行移動した仮想検出器４を配置することで、仮想データを作成する。上述の各実ビューＶｉｅｗ_１〜Ｖｉｅｗ_８に対して配置する仮想検出器４のデータを以下のように表記することとする。
Ｖｉｅｗ_１・・・ｈ（Φ，ｔ１＋offset_y）、
Ｖｉｅｗ_２・・・ｉ（２Φ，ｓ１＋offset_x）、
Ｖｉｅｗ_３・・・ｈ（３Φ，ｔ１＋offset_y）、
Ｖｉｅｗ_４・・・ｉ（４Φ，ｓ１＋offset_x）、
Ｖｉｅｗ_５・・・ｈ（５Φ，ｔ１＋offset_y）、
Ｖｉｅｗ_６・・・ｉ（６Φ，ｓ１＋offset_x）、
Ｖｉｅｗ_７・・・ｈ（７Φ，ｔ１＋offset_y）、
Ｖｉｅｗ_８・・・ｉ（８Φ，ｓ１＋offset_x）。

上述の仮想検出器４の配置について、図２５〜図２７を参照して説明する。
実際の撮影系（焦点位置offset_tと検出器１０６）の位置関係が図２５（ａ）に示すような配置となっていると仮定する。このとき回転中心部のスライス厚ｄは三角形の相似の関係により、以下の式（１５）の関係となっている。

ここで、ＳＯＤはＸ線源−回転中心間距離、ＳＩＤはＸ線源−Ｘ線検出器間距離を、ｄは回転中心部のスライス厚である。
なお、図２５（ａ）と同じ検出器位置で、図２５（ｂ）に示すようにスライスｓ１を通るような焦点位置がoffset_sである。

Ｚ方向（スライス方向）のＦＦＳでは、図２６に示すように、焦点位置offset_tから照射されたＸ線ビームが、スライス位置ｔ１からｄ／２だけずれたスライス位置ｓ１を通るように仮想検出器４を配置することにより、仮想データを作成する。この時の検出器移動量ｋは、以下の式（１６）で表される。

よって、Ｚ方向のＦＦＳの場合は、焦点位置に依存せず、仮想検出器４を所定距離ｋだけスライス方向に移動することでデータの補間が完了する。

第１の実施の形態等で説明したように、Ｘ方向ＦＦＳの場合は仮想検出器４を回転系で与えたが、第５の実施の形態のＺ方向ＦＦＳの場合は仮想検出器４を平行移動することで仮想データを作成する。なぜなら実際のスキャナの動きが焦点オフセットの方向に対して平行に移動するからである。Ｘ方向ＦＦＳの場合はチャンネルピッチを半分にしたい面が回転するので回転系で仮想検出器４を配置する。

以上説明したように、Ｚ方向ＦＦＳの場合は、仮想検出器４を上述の距離ｋだけＺ方向に平行移動した位置に配置することで、仮想投影データを生成する。これにより、ＦＦＳで欠損したビュー数を補うことができる。

なお、第５の実施の形態で作成した仮想投影データは、第１の実施の形態と異なり、１つの投影データとしてまとめて扱うことができない。そのため、再構成処理では、仮想投影データを独立した一つのローデータとして扱う。

ここで、実データのoffset_sとoffset_tが仮想投影データではoffset_xとoffset_yに変わる理由は、図２７に示すように、仮想検出器４を平行移動させて配置することにより、相対的に焦点位置が変化するためである。よってスライスｓ１の画像を作成するためには、ｆ関数とｉ関数の２焦点分のデータから画像を作成することになる。仮に、第１実施形態のように２焦点分のデータをビューＶｉｅｗ_１はｆ、ビューＶｉｅｗ_２はｈ、・・・というようにと交互に組み合わせていき、一つのローデータとして扱うと、オフセット量が異なるために画像周辺部にアーチファクトが発生する（中心部には発生しない）。そのため、一つのローデータとして扱わず、複数枚のローデータから１枚のスライスを作成する３次元再構成を用いることが望ましい。

以上説明したように、第５の実施の形態では、ＦＦＳにおいて焦点位置のオフセット方向を回転盤１０２の回転方向と直交する方向（Ｘ線検出器１０６のスライス方向）とする場合に、ＦＦＳにより欠損したビュー数を補うために、検出器位置をスライス方向に所定距離ｋだけ平行移動させた仮想検出器４を配置することにより求める。これにより空間分解能を向上した投影データを生成できる。

また、第５の実施の形態の手法で生成された仮想投影データは実投影データから独立した一つのデータとして再構成処理に利用されることが望ましい。すなわち、第５の実施の形態の手法で作成した仮想データは実データと合成せず、独立した複数のローデータとして扱う。独立した複数のローデータから１枚のスライスの画像を作成する方法としては、再構成面とｒａｙとの距離に基づく補正処理等を加えた３次元再構成処理方法（例えば、Ｆｅｌｄｋａｍｐ法等）を適用することが望ましい。３次元再構成法を用いることで画像全体の空間分解能を向上させることができる。

［第６の実施の形態］
次に、図２８〜図３１を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。
第６の実施の形態では、焦点位置が理想位置からオフセットし、エラー焦点位置にある場合（第４の実施の形態）の投影データの補正方法の別の例について説明する。

図２８（ａ）は、エラー焦点位置補正前におけるジオメトリ（Ｘ線検出器１０６と焦点位置（線源）と回転中心Ｏとの位置関係）を示す図である。図２８（ａ）に示すように、Ｘ線源１０１の焦点位置（error_offset＝ideal_offset＋ｄ）は理想のオフセット量から距離ｄだけオフセットしているものとする。Ｘ線検出器１０６はＸ線源１０１から照射されたＸ線を受け取り、各チャンネルで検出する。例えば、チャンネル方向（回転盤１０２の回転方向）ｉ番目のチャンネルｃｈ_ｉに着目すると、チャンネルｃｈ_ｉが検出する透過Ｘ線量は、理想的な焦点位置ideal_offsetからＸ線が照射された場合とエラー焦点位置error_offsetからＸ線が照射された場合とで異なるものとなる。したがって、これを補正せずにそのまま再構成すると画像に誤差が現れる。

そこで、画像処理装置１２２は、理想的なオフセット量ideal_offsetとなるビュー角度を演算により求め、求めたビュー角度に基づいて仮想検出器を配置し（すなわち、求めた角度に仮想焦点を配置し仮想ビューとする）、仮想ビューデータを作成すると、焦点位置のずれが解消し、再構成画像に誤差が見られなくなる。

図２８（ｂ）は、本発明適用後のジオメトリ（仮想検出器と線源と回転中心との位置関係）を示す図である。図２８（ｂ）に示すように、仮想検出器のチャンネルｃｈ_ｊは、実際のＸ線検出器（実検出器）１０６におけるチャンネルｃｈ_ｉで検出したデータを受け取るチャンネルである。以下、仮想検出器におけるチャンネルｃｈ_ｊのデータを、実データから求める方法について説明する。

図２９（ａ）は、図２８（ｂ）の配置に補助線を引いた図である。図２９（ａ）における線分ａの長さは、ａ＝ＳＩＤ×ｓｉｎｂである。ここで、ＳＩＤは、線源から検出器までの距離（Source Imaging Distance）であり、角度ｂは、回転中心と線源とを結ぶ直線と、仮想検出器のチャンネルｃｈ_ｊと線源とを結ぶ直線とのなす角度である。チャンネルピッチは既知であるため、角度ｂは既知の値であり、ＳＩＤも既知の値である。

図２９（ｂ）は図２９（ａ）で示した線源位置をideal_offsetだけずらした場合のジオメトリである。図２９（ｂ）のジオメトリは、図２８（ｂ）と同じである。図２９（ｂ）において、

である。また、線分ｄは図２９（ａ）の関係から、

である。したがって、

となる。つまり、ｃｈ_ｊは補正後の配置（図２９（ｂ）に示す配置）上で線源から角度ｅの位置にある。

次に、仮想検出器におけるチャンネルｃｈ_ｊは、実検出器上でどのチャンネルに対応するのかを求める。
まず焦点がerror_offsetにある場合のビュー角度のずれ量ｆを求める。図３０に示すように、ビュー角度のずれ量ｆは、理想的な焦点ideal_offsetと、距離ｄだけずれた焦点error_offsetとの関係に基づいて求めることができる。すなわち、

である。これにより、実検出器のｃｈ＿ｉの位置は、図３１に示すように、エラーの焦点error_offsetから角度ｅ＋ｆの位置にあることが分かる。

この演算を全てのチャンネルに対して行うことで、実検出器の各チャンネルで得たデータを仮想検出器における各チャンネルのデータに変換できる。したがって、エラー焦点位置で得た投影データを理想焦点における投影データに変換できる。

以上説明したように、第６の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１は、焦点位置が理想位置からオフセットし、エラー焦点位置にある場合に、エラー焦点位置で得た投影データを、ジオメトリが一致するチャンネルのデータに置き換える。これにより理想焦点位置における投影データを生成できる。

以上、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の各実施形態では、Ｘ線源１０１におけるＸ線焦点をシフトさせて投影データを得ることとしているが、Ｘ線焦点のシフトに代えてＸ線管球本体またはＸ線検出器をシフトさせて得た投影データについても、本発明を適用することができる。また、複数のＸ線焦点を有する面管球を使用する場合についても同様に、Ｘ線管球またはＸ線検出器をシフトさせて本発明を適用することができる。その他、当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１・・・・・・・・・Ｘ線ＣＴ装置
１００・・・・・・・スキャンガントリ部
１０１・・・・・・・Ｘ線源
１０２・・・・・・・回転盤
１０６・・・・・・・Ｘ線検出器
１１０・・・・・・・Ｘ線制御装置
１２０・・・・・・・操作卓
１２１・・・・・・・入力装置
１２２・・・・・・・画像処理装置
１２３・・・・・・・記憶装置
１２４・・・・・・・システム制御装置
１２５・・・・・・・表示装置
２１・・・・・・・・焦点シフト投影データ取得部
２２・・・・・・・・焦点別投影データ生成部
２３・・・・・・・・仮想ビューデータ生成部
２４・・・・・・・・投影データ合成部
２５・・・・・・・・再構成演算部
３１・・・・・・・・焦点シフト投影データ
３２Ａ，３２Ｂ・・・焦点別投影データ
３３Ａ，３３Ｂ・・・仮想投影データ
３４・・・・・・・・空間分解能向上投影データ
４・・・・・・・・・仮想検出器
４１・・・・・・・・焦点数と空間分解能との関係を示すデータ
５１・・・・・・・・入力部
５２・・・・・・・・仮想焦点数算出部５２
５３・・・・・・・・仮想焦点設定部
５４・・・・・・・・仮想投影データ生成部５４
５５・・・・・・・・投影データ合成部
Ａ，Ｂ・・・・・・・焦点
Ｐ・・・・・・・・・仮想焦点

Claims (12)

1. 複数の焦点位置から被検体にＸ線を照射するＸ線源と、
   前記Ｘ線源に対向配置され、前記被検体を透過したＸ線である透過Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を搭載し、前記被検体の周囲を回転する回転盤と、
   前記Ｘ線源における前記焦点位置を複数箇所にシフトさせてＸ線を照射するＸ線制御部と、
   前記Ｘ線制御部により前記焦点位置を複数箇所にシフトさせて照射した各Ｘ線により得た前記透過Ｘ線を収集し、焦点位置毎に分割した焦点別投影データを生成する焦点別投影データ生成部と、
   一方の焦点位置についての焦点別投影データにおける欠損ビュー位置に仮想ビューを挿入し、当該仮想ビューデータを他方の焦点位置についての焦点別投影データを用い、かつ前記焦点位置と前記Ｘ線検出器との位置関係に基づいて算出する仮想ビューデータ生成部と、
   前記仮想ビューデータ生成部により仮想ビューが挿入された各焦点別投影データを用いて画像を再構成する再構成演算部と、
   を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記Ｘ線源における複数の焦点位置を前記回転盤の回転方向にシフトさせる場合において、前記各焦点のオフセット距離をoffset_a、offset_ｂとし、Ｘ線源−回転中心間距離をＳＯＤとすると、
   前記仮想ビューデータ生成部は、
   前記他方の焦点位置についての焦点別投影データであって前記欠損ビューからの相対ビュー角度θが、
   

   

   を満たす投影データを用いて前記仮想ビューデータを算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記仮想ビューデータ生成部は、
   前記一方の焦点位置についての焦点別投影データと前記他方の焦点位置についての焦点別投影データとを、前記仮想ビューとの間の角度に応じた重みをつけて補間演算することにより前記仮想ビューデータを算出することを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記仮想ビューデータ生成部により仮想ビューが挿入された各焦点位置の焦点別投影データを組み合わせる投影データ合成部を更に備え、
   前記再構成演算部は、前記投影データ合成部により生成された投影データを画像を再構成することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. Ｘ線源−回転中心間距離をＳＯＤとすると、
   前記各焦点のオフセット距離offset_a、offset_ｂは、
   

   

   の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記Ｘ線源における複数の焦点位置を前記回転盤の回転方向と直交するスライス方向にシフトさせる場合において、Ｘ線源−回転中心間距離をＳＯＤ、Ｘ線源−Ｘ線検出器間距離をＳＩＤ、回転中心部のスライス厚をｄとすると、
   前記仮想ビューデータ生成部は、
   距離
   

   

   だけスライス方向に平行移動した仮想検出器を配置することにより、仮想投影データを算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記再構成演算部は、前記仮想ビューデータ生成部により生成された仮想投影データと前記焦点別投影データとを用いて再構成面の画像を作成する３次元再構成処理を適用することを特徴とする請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. Ｘ線ＣＴ装置により撮影された実投影データを取得する実投影データ取得部と、
   前記撮影時の焦点位置と異なる位置に仮想焦点を設定し、設定した仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、前記実投影データを用い、かつ前記焦点と前記仮想焦点と前記Ｘ線検出器との位置関係に基づいて算出する仮想投影データ生成部と、
   前記実投影データと前記仮想投影データ生成部により生成された仮想投影データとを組み合わせてビュー数を向上させた投影データを生成する投影データ合成部と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
9. 所望の空間分解能の目標値を入力する入力部と、
   前記入力部により入力された空間分解能の目標値に応じて必要な仮想焦点数を算出する仮想焦点数算出部と、を更に備え、
   前記仮想投影データ生成部は、前記仮想焦点を前記仮想焦点数算出部により算出された数だけ設定し、設定した仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、実在の焦点から得られた前記焦点別投影データを用い、かつ前記焦点と前記Ｘ線検出器と前記回転盤との位置関係に基づいて算出することを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
10. 前記投影データ取得部により取得した投影データの前記撮影時の実際の焦点位置が理想の焦点位置にない場合において、前記理想の焦点位置を前記仮想焦点とみなし、実際の焦点位置と前記理想の焦点位置とＸ線検出器位置との位置関係に基づいて、前記実際の焦点位置で得た投影データを前記理想の焦点位置において得た場合の投影データに補正するエラー焦点補正部を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
11. 画像処理装置が、
    複数の焦点位置から被検体に対してＸ線を照射するＸ線ＣＴ装置により撮影された投影データを取得するステップと、
    前記投影データを焦点位置毎に分割し、焦点別投影データを生成するステップと、
    一方の焦点位置についての焦点別投影データにおける欠損ビュー位置に仮想ビューを挿入し、当該仮想ビューのデータを他方の焦点位置についての焦点別投影データを用い、かつ前記焦点位置とＸ線検出器との位置関係に基づいて算出するステップと、
    を含むことを特徴とする投影データ生成方法。
12. 画像処理装置が、
    Ｘ線ＣＴ装置により撮影された実投影データを取得するステップと、
    前記撮影時の焦点位置と異なる位置に仮想焦点を設定し、設定した仮想焦点からＸ線を照射した場合に得られる仮想投影データを、前記実投影データを用い、かつ前記焦点と前記仮想焦点と前記Ｘ線検出器との位置関係に基づいて算出するステップと、
    前記実投影データと前記仮想投影データとを組み合わせビュー数を向上させた投影データを生成するステップと、
    を含むことを特徴とする投影データ生成方法。

Images