JP2019122523A - Ｘ線ｃｔ装置及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱線の除去に要する時間を短縮させ、早期に散乱線を除去した画像を取得できるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】寝台１０２上の被写体１０１の周囲を周回するＸ線源から照射され被写体を透過したＸ線フォトンを検出する検出器３２１と、検出器によって検出されたＸ線フォトンを収集し処理することにより、予め定めた複数のエネルギー範囲について、エネルギー範囲毎に計数データを出力するデータ収集部と、複数の被写体のサイズ毎に生成された複数種類の散乱線情報を格納した記憶部と、被写体のサイズに基づいて、複数種類の散乱線情報から散乱線除去処理に適用する散乱線情報を選択する補正データ選択部４２０と、補正データ選択部により選択された散乱線情報を用いて計数データの散乱線を除去する補正部４４０と、補正部により散乱線が除去された計数データを用いて再構成処理を行うことにより画像を生成する画像生成部４５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、入射したＸ線の光子を計数することにより入射したＸ線のエネルギー情報を取得するフォトンカウンティング（ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）方式の検出器を備えたＸ線ＣＴ装置（Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ・・・以下、ＰＣＣＴ装置と呼ぶ。）及び画像処理方法に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、被写体を挟んで対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の対を回転させながら被写体のＸ線透過データ（投影データ）を得、その断層画像（以下、ＣＴ画像とする）を計算により再構成する装置であり、工業用及びセキュリティ用の検査装置や医学用の画像診断装置等として用いられる。

近年、フォトンカウンティング方式の検出器を搭載したＸ線ＣＴ装置であるＰＣＣＴ装置が知られている（例えば、特許文献１）。ＰＣＣＴ装置では、フォトンカウンティング方式の検出器により、Ｘ線源から照射されて被写体を透過したＸ線の光子（Ｘ線フォトン）を検出素子毎に計数（カウント）し、これによって得られるカウント値に基づいてＸ線ＣＴ画像を再構成する。ＰＣＣＴ装置では、例えば、Ｘ線が透過した被写体の内部組織を構成する元素を推定可能なスペクトラムを取得し、元素レベルの違いが詳細に描出されたＸ線ＣＴ画像を得ることができる。

ところで、Ｘ線は被写体内で散乱し、散乱するとＸ線のエネルギーが低下することがある。ＰＣＣＴ装置ではＸ線フォトンを１つ１つカウントし、そのエネルギーのＸ線が各エネルギー範囲にいくつ来たかを計測するため、散乱によってエネルギーが低下した結果、低エネルギー側のエネルギー範囲におけるカウント数が多くなる。そこで、特許文献１に開示されたＰＣＣＴ装置では、撮影の都度、高エネルギー側の画像を取得し、取得した高エネルギー側の画像を用いてシミュレーションを実施して、散乱線を除去している。

特開２０１３−５６１４９号公報

しかしながら、特許文献１のＰＣＣＴ装置のように、撮像した画像を用いてシミュレーションを実施する場合、撮影の都度、散乱線除去のために多くの演算を要するため、演算コストが膨大となり、必要な画像を提供するまでに相当な時間を要してしまう。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、散乱線の除去処理に係る演算に要する時間を短縮させ、早期に散乱線を除去した画像を取得することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は寝台上の被写体の周囲を周回するＸ線源から照射され前記被写体を透過したＸ線フォトンを検出する検出器と、該検出器によって検出されたＸ線フォトンを収集し処理することにより、予め定めた複数のエネルギー範囲について、エネルギー範囲毎に計数データを出力するデータ収集部と、複数の被写体のサイズ毎に生成された複数種類の散乱線情報を格納した記憶部と、前記被写体のサイズに基づいて、複数種類の散乱線情報から散乱線除去処理に適用する散乱線情報を選択する補正データ選択部と、前記補正データ選択部により選択された散乱線情報を用いて前記計数データの散乱線を除去する補正部と、前記補正部により散乱線が除去された計数データを用いて再構成処理を行うことにより画像を生成する画像生成部と、を備えたＸ線ＣＴ装置を提供する。

本発明によれば、散乱線の除去処理に係る演算に要する時間を短縮させ、早期に散乱線を除去した画像を取得することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置の検出器の一部を示し、（ａ）は検出器の部分側面図であり、（ｂ）は検出器の部分正面図であり検出素子の配列の態様を示す参考図である。 本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置の演算部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置における被写体サイズ推定部による動作の説明を示す図であり、（ａ）は計数データを空気領域と非空気領域とに区分する場合の説明図であり、（ｂ）は区分された非空気領域から被写体サイズを推定する手順の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置において散乱線除去のために用いられる補正データの一例を示す参考図である。 本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置において散乱線除去のために用いられる補正データを生成する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置において散乱線を除去した画像を取得する撮像処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るＰＣＣＴ装置における被写体サイズ推定部によって計数データを空気領域と非空気領域に区分し、かつ金属領域を抽出し推定する場合の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るＰＣＣＴ装置において散乱線を除去した画像を取得する撮像処理の流れを示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、寝台上の被写体の周囲を周回するＸ線源から照射され被写体を透過したＸ線フォトンを検出する検出器と、検出器によって検出されたＸ線フォトンを収集し処理することにより、予め定めた複数のエネルギー範囲について、エネルギー範囲毎に計数データを出力するデータ収集部と、複数の被写体のサイズ毎に生成された複数種類の散乱線情報を格納した記憶部と、被写体のサイズに基づいて、複数種類の散乱線情報から散乱線除去処理に適用する散乱線情報を選択する補正データ選択部と、補正データ選択部により選択された散乱線情報を用いて計数データの散乱線を除去する補正部と、補正部により散乱線が除去された計数データを用いて再構成処理を行うことにより画像を生成する画像生成部と、を備えている。

以下、より詳細に本発明の実施形態について、図面を参照してより詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、フォトンカウンティング方式の検出器を備えたフォトンカウンティングＣＴ装置（ＰＣＣＴ装置）であり、被写体を透過したＸ線に由来する光子（Ｘ線フォトン）を検出器において計数する。個々のＸ線フォトンは、異なるエネルギーを有しており、検出器では、Ｘ線フォトンを予め定めたエネルギー帯毎に弁別して計数する。これにより、当該エネルギー帯毎のＸ線フォトンの数、すなわちＸ線強度を得る。

図１に示すように、本実施形態に係るＰＣＣＴ装置１００は、ＵＩ部２００と、計測部３００と、演算部４００と、を備えている。
ＵＩ部２００は、キーボードやマウス等からなる入力部２１０と、表示部（モニタ）やプリンタ等の出力部２２０とを備え、ユーザからの入力を受け付け、演算部４００による処理結果をユーザに提示する。表示部として、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等を適用することができる他、表示部がタッチパネル機能を有し、入力装置２１０として機能するようにすることもできる。

計測部３００は、後述する演算部４００のＣＰＵ４０１による制御に従って、被写体１０１にＸ線を照射し、被写体１０１を透過したＸ線フォトンを計測する。計測部３００は、Ｘ線照射部３１０、Ｘ線検出部３２０、ガントリ３３０、制御部３４０、ＤＡＳ（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）４３１、及び被写体１０１を載置する寝台１０２を備えている。

ガントリ３３０の中央には、被写体１０１と、被写体１０１を載置する寝台１０２とを配置するための円形の開口部３３１が設けられている。ガントリ３３０の内部には、後述するＸ線管３１１及びＸ線検出器３２１を搭載する回転板３３２と、回転板３３２を回転させるための駆動機構が配置される。以下の説明において、開口部３３１の周方向をｘ方向、径方向をｙ方向、それらに直交する方向をｚ方向とする。一般にｚ方向は、被写体１０１の体軸方向となる。

通常の撮像時は、回転板３３２が回転し、かつ寝台１０２がｚ方向に動くことで被写体１０１の様々な方向からＸ線を照射し、被写体１０１を透過したＸ線をＸ線検出器３２１で検出してデータを取得する。一方、スキャノグラム撮像時は、回転板３３２は回転せず、寝台１０２のみをｚ方向に１回移動させて終了する、もしくはその撮像の後Ｘ線の照射方向を変化（例えば９０度回転板３３２を回転）させた後撮像する、を規定回数くりかえし、ある一方向からの照射のデータ取得を角度を変えて複数回行ってデータを得る。

回転板３３２の回転の所要時間は、ユーザがＵＩ部２００を介して入力したパラメータに依存する。本実施形態では、例えば、回転の所要時間を１．０ｓ／回とする。計測部３００による１回転における撮像回数は、例えば、９００回であり、回転板３３２が０．４度回転する毎に１回の撮像が行われる。なお、各仕様はこれらの値に限定されるものはなく、ＰＣＣＴ装置１００の構成に応じて種々変更可能である。

Ｘ線照射部３１０は、Ｘ線を発生し、発生したＸ線を被写体１０１に照射する。Ｘ線照射部３１０は、Ｘ線管３１１と、Ｘ線フィルタ３１２と、ボウタイ（ｂｏｗｔｉｅ）フィルタ３１３と、を備えている。

Ｘ線管３１１は、後述する照射制御器３４１の制御に従って供給される高電圧により、被写体１０１にＸ線ビームを照射する。照射されるＸ線ビームは、ファン角及びコーン角を持って広がる。Ｘ線ビームは、後述するガントリ３３０の回転板３３２の回転に伴って、被写体１０１に照射される。

Ｘ線フィルタ３１２は、Ｘ線管３１１から照射されたＸ線のＸ線量を調節する。すなわち、Ｘ線のスペクトルを変化させる。本実施形態のＸ線フィルタ３１２は、Ｘ線管３１１から被写体１０１へ照射されるＸ線が、予め定めたエネルギー分布となるよう、Ｘ線管３１１から照射されたＸ線を減衰させる。Ｘ線フィルタ３１２は、被写体１０１である患者の被ばく量を最適化するために用いられる。このため、必要なエネルギー帯の線量が強くなるよう設計される。

ボウタイフィルタ３１３は、周辺部の被ばく量を抑える。被写体１０１である人体の断面が楕円形であることを用い、中心付近の線量を強くし、周囲の線量を低くして被ばく量を最適化するために用いられる。

Ｘ線検出部３２０は、Ｘ線フォトンが入射する毎に、当該Ｘ線フォトンのエネルギー値を計測可能な信号を出力する。Ｘ線検出部３２０は、複数のＸ線検出器３２１を備えている。
図２に、Ｘ線検出器３２１の一部を例示する。本実施形態のＸ線検出器３２１は、複数の検出素子３２２、カウンティング回路３２４、及びＸ線検出器３２１への入射方向を制限するコリメータ３２３と、を備えている。
なお、製作を容易にするために平面状の検出器（検出器モジュール）を複数作成し、平面の中心部分が円弧になるように配置して疑似的に円弧状に配列し、Ｘ線検出器３２１としてもよい。

各検出素子３２２では、１つのＸ線フォトンが入射する毎にカウンティング回路３２４に出力する。カウンティング回路３２４は、１つのＸ線フォトンが検出素子３２２に入射する毎に、１つのＸ線フォトンを１パルスの電気信号（アナログ信号）に変換し、電気信号のエネルギー値毎にＸ線フォトンの数を計数する。

より詳しくは、カウンティング回路３２４は、Ｘ線検出器３２１が検出したＸ線フォトン１つ１つのエネルギー値を取得し、そのエネルギー値に応じてエネルギー範囲毎に設けられたエネルギービン（Ｂｉｎ）の計数結果に加算する。エネルギービンは、エネルギー範囲毎に設定される記憶領域である。なお、エネルギー範囲は、ある最小エネルギーからＸ線管３１１の最大エネルギーまでのエネルギー範囲を、所定のエネルギー幅ΔＢで区切ったものである。

本実施形態では、エネルギー幅ΔＢは、例えば２０ｋｅＶとし、最小エネルギーを４０ｋｅＶ、最大エネルギーを１４０ｋｅＶとする。つまり、エネルギー範囲４０ｋｅＶ〜１４０ｋｅＶを、Ｂ１（４０〜６０ｋｅＶ）、Ｂ２（６０〜８０ｋｅＶ）、Ｂ３（８０〜１００ｋｅＶ）、Ｂ４（１００〜１２０ｋｅＶ）、Ｂ５（１２０〜１４０ｋｅＶ）の５つのエネルギー範囲に区分する。なお、エネルギー幅ΔＢはＢ１〜Ｂ５で同じ値でなくてもよく、また、必要に応じて一部のエネルギーのデータを重複させたり、特定のエネルギーのデータを検出しないように設定したりすることも可能である。

そして、カウンティング回路３２４では、検出したＸ線フォトンのエネルギー値に応じて、該当するＢ１〜Ｂ５のエネルギー範囲ごとに計数する計数カウンタに１加算する。そして１回における撮影回数が９００回で１．０ｓで回転する場合、１/９００ｓごとにカウントしたデータを一旦ＤＡＳ４３１に送信する。
ＤＡＳ４３１では各検出素子３２２から得られた信号をエネルギー範囲毎に束ねて計数データとして、後述する演算部４００に送信する。送信後、カウンティング回路３２４のカウンタはすべて０にリセットされ、次の撮影を行う。

なお、検出素子３２２には、入射したＸ線フォトンを、直接電気信号に変換する、例えば、ＣｄＴｅテルル化カドミウム系の半導体素子を用いる。なお、検出素子３２２は、Ｘ線を受けて蛍光を発するシンチレータ及び蛍光を電気に変換するフォトダイオードを用いてもよい。

図１に戻り、制御部３４０は、Ｘ線管３１１からのＸ線の照射を制御する照射制御器３４１、回転板３３２の回転駆動を制御するガントリ制御器３４２、寝台１０２の駆動を制御する寝台制御器３４３、Ｘ線検出器３２１におけるＸ線検出を制御する検出制御器３４４を備えている。これら各部は、後述する演算部４００の計測制御部４２０による制御に従って動作する。

演算部４００は、ＰＣＣＴ装置１００の動作全体を制御し、計測部３００で取得したデータを収集し、処理することにより撮像を行う。
図１及び図３に示すように、演算部４００は、ユーザからＵＩ２００を介して入力された撮像条件に従って計測部３００に撮像を実行させ、得られたデータの各種処理を行って断層像を生成する中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）４０１と、処理の際の作業領域となるメモリ４０２と、予め必要なプログラムや画像処理に用いるデータ、処理中に生成されるデータ、処理の結果得られるデータ等を記憶したＨＤＤ（Hard disk drive）装置４０３を備えている。なお、演算部４００による処理結果は、ＵＩ部２００のディスプレイ等の出力装置２２０にも出力される。

本実施形態に係るＰＣＣＴ装置では、ＣＰＵ４０１は、被写体サイズ推定部４１０と、補正データ選択部４２０と、補正部４４０と、画像生成部４５０を含み、ＣＰＵ４０１に含まれる各部によって、計測部３００で取得されたデータから散乱線を除去し、散乱線が除去された画像を取得する。

ＣＰＵ４０１に含まれる各部の機能は、ＣＰＵ４０１が予めＨＤＤ装置４０３等の記憶装置に格納されたプログラムを読み込んで実行することによりソフトウエアとして実現することができる。また、ＣＰＵ４０１に含まれる各部が実行する動作の一部又は全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のハードウェアにより実現することもできる。

被写体サイズ推定部４１０は、ＤＡＳ４３１から取得したエネルギー範囲毎の計数データのうち、予め定めたエネルギー範囲の計数データを用いて被写体の平均サイズを算出し、これを被写体サイズの推定値とする。以下の説明においては、Ｂ１〜Ｂ５のエネルギー範囲のうち、Ｂ５のエネルギー範囲の計数データ（以下、単にＢ５の計数データという）を被写体サイズ推定の算出に用いることとする。なお、被写体サイズの推定に用いるデータは必ずしもＢ５の計数データである必要はなく、精度よく被写体サイズを推定可能なデータを適宜選択することが好ましい。

被写体サイズ推定部４１０は、図４（Ａ）に示すように、Ｂ５の計数データを空気領域と非空気領域とに区分する。これは、予め被写体がない状態で撮影したデータ（Ａｉｒデータ）とＢ５の計数データとを比較し、Ｂ５の計数データがＡｉｒデータとほぼ同等の減衰を示す領域は（例えば、１ｃｍの水を透過した場合に発生する減衰量に対して信号がさほど減っていない場合）、空気しかないと判断し空気領域とする。一方、減衰が発生しており、かつ、その減衰量が所定の閾値以上（たとえば１ｃｍの水を透過した場合より大きいことを示す値）である領域を、非空気領域とする。

被写体サイズ推定部４１０は、区分された非空気領域について、データ収集ごとに長さを算出し、これらの平均値を算出する。上述のように、１回の計測における撮影回数が９００回である場合は、長さの平均値を９００回分算出し、これらの平均値を算出する。例えば図４（Ａ）の矢印が非空気領域の検出器間の距離である。検出器間の距離と被写体の径は異なるため、その変換が必要である。

被写体位置が中心付近にある場合とない場合で被写体の径との相違が発生するが、ほぼ中心付近に存在すると仮定すると、非空気領域の２つの端点とＸ線管を結ぶ２つの線分（線分Ａ１、Ａ２）と、Ｘ線管から検出器中心におろした線と直交し、且つ、撮像中心を通る線（線Ｂ）を求め、線Ｂと線分Ａ１，Ａ２との交点を求める。そして、この２つの交点間の距離を被写体サイズの推定値とする（図４（Ｂ）参照）。

なお、計数データ中に、胴体部と腕等、空気領域を介して離れて撮像された部分がある場合は、腕を無視して計算する方法や、もしくは腕を含めて最も離れた空気領域/非空気領域の境界を結ぶ２点を用いるなどの近似を用いる。

補正データ選択部４２０は、被写体サイズ推定部４１０によって算出された被写体サイズの推定値に基づいて、ＨＤＤ装置４０３に格納された複数の補正データから、適用する補正データを選択する。ＨＤＤ装置４０３に格納された補正データについては後述する。

補正部４４０は、補正データ選択部４２０により選択された補正データを用いて、散乱線を除去する。すなわち、補正部４４０は、Ｘ線管３１２の設定値から、検出器の位置毎に入射したＸ線量を算出し、算出したＸ線量と補正データとを用いてエネルギー範囲毎、且つ、検出器毎に散乱線の量を算出する。後述するように、補正データは、散乱線と検出器に入射したＸ線の量との比で表されているため、入射したＸ線量に補正データを乗じることで容易に散乱線量を算出することができる。そして、補正部４４０は、得られた散乱線の量を計数データから除算することにより、散乱線に起因する誤差を除去することができる。

また、補正部４４０は、散乱線が除去されたデータに対し、予め定められた補正処理を実施する。ここで行う補正処理は、例えば、リファレンス補正回路のリニアリティ補正、対数変換処理、オフセット処理、感度補正、ビームハードニング補正、水ファントムキャリブレーション、ＣＴ値補正などである。なお、これらの予め定められた補正は、散乱線除去処理を行う前の計数データに対して行ってもよい。

画像生成部４５０は、補正部４４０によって散乱線が除去されたデータから、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する。画像は、例えば、Ｘ線フォトン数に対し、Ｌｏｇ変換を行い、再構成する。再構成には、ＦｅｌｄＫａｍｐ法、逐次近似法など、各種の公知の手法を用いることができる。

ＨＤＤ装置４０３には、補正部４４０において散乱線除去処理に適用される補正データが予め格納されている。補正データは、予め定められた複数の被写体を模擬した形状に対して作製された散乱線分布であり、例えば、図５に示すように、被写体サイズ、すなわち被写体の直径毎に作成され、検出器の位置に対するエネルギー範囲毎の散乱線／直接入射Ｘ線の比（散乱／直接比)を表している。

このような補正データは、例えば、汎用又は専用のコンピュータ等を用いて予め生成されたものであり、予めＨＤＤ装置４０３に格納される。補正データは、図６に示すフローチャートに従って生成される。
すなわち、ステップＳ１１では、例えば、モンテカルロシミュレーション法などを用いて、予め定められた複数の被写体を模擬した形状に対して散乱線分布を作成する。すなわち、例えば、頭部を模擬した直径１４０ｃｍ、１５０ｃｍ、１６０ｃｍ、１７０ｃｍの円筒や腹部を模擬した３１０ｃｍ、３５０ｃｍ、４００ｃｍの円筒などにおいて、たとえばモンテカルロシミュレーション法などを用いて散乱線を計算する。また、円筒だけでなく、楕円形を模擬した形状に対して散乱線を計算してもよい。

次のステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出した被写体内で散乱した散乱線の数と、Ｘ線管の設定値などから得られる直接検出器に入射した直接入射Ｘ線の数をカウントし、その散乱線／直接入射Ｘ線の比（散乱／直接比)を求める。ステップＳ１３において、求めた散乱／直接比をＨＤＤ装置４０３に格納する。

続いて、このように構成されたＰＣＣＴ装置において、散乱線を除去した画像を取得する撮像処理について図７のフローチャートに従って説明する。
まず、ＣＰＵ４０１が、ＵＩ部２００を介して、ユーザから撮像条件を受け付ける（ステップＳ１１１）。ここで入力を受け付ける撮像条件には、管電圧、管電流、Ｘ線フィルタ３１２の厚み、形状、ボウタイフィルタ３１３の形状などがある。次にスキャノグラムを撮像する（ステップＳ１１２）。撮像は、回転板を回転させずに収集する。

次に、カウンティング回路３２４のエネルギー範囲を設定又は変更する（ステップＳ１１３）。本実施形態においては上述したＢ１（４０〜６０ｋｅＶ）、Ｂ２（６０〜８０ｋｅＶ）、Ｂ３（８０〜１００ｋｅＶ）、Ｂ４（１００〜１２０ｋｅＶ）、Ｂ５（１２０〜１４０ｋｅＶ）の範囲を設定する。次のステップＳ１１４で、ＣＰＵ４０１は、ステップＳ１１２で設定された撮像条件に従って撮像を実行し、検出器において各検出素子３２２から得られた信号をエネルギー範囲毎に束ねて計数データとしてＤＡＳ４３１に出力する。

ステップＳ１１５では、被写体サイズ推定部４１０により被写体サイズの推定値を算出し、算出された推定値を補正データ選択部４２０に出力する。すなわち、被写体サイズ推定部４１０は、高エネルギー側の計数データを空気領域と非空気領域とに区分し、区分された非空気領域についてデータ収集ごとの長さの平均値を算出し、これを被写体サイズの推定値とする。

ステップＳ１１６では、補正データ選択部４２０が、被写体サイズの推定値に基づいて、ＨＤＤ装置４０３に格納された複数の補正データのうち、推定値に最も近似する被写体の直径を有する補正データを選択する。
なお、ここで、被写体は必ずしも円筒ではないものの、ＨＤＤ装置４０３に格納されている補正データが、円筒に近似した被写体サイズ毎のデータある場合には、必要に応じて補正データの修正を行ってもよい。

次のステップＳ１１７では、補正部４４０により、ＤＡＳ４３１から受け取った計数データから散乱線を除去する。つまり、検出器の位置毎に入射したＸ線量を算出し、算出したＸ線量と補正データとを用いてエネルギー範囲毎、且つ、検出器毎に散乱線の量を算出する。そして、計数データから散乱線を除算することで、散乱線を除去した計数データを得る。また、補正部４４０は、散乱線除去の他、予め定めた所定の補正処理を行い、処理後のデータを画像生成部４５０に出力する。

画像生成部４５０は、ステップＳ１１７において散乱線が除去されたデータを用いて画像を生成する（ステップＳ１１８）。次のステップＳ１１９では、ステップＳ１１８で生成された画像をＨＤＤ装置４０３に保存し、例えば入力装置２１０のモニタに画像を表示することで撮影を終了する（ステップＳ１１９）。その後、適宜、ユーザは画像を参照して診断を行い、必要に応じて画像解析を実施することができる。

このように本実施形態によれば、予めＨＤＤ装置４０３にあらゆる被写体を想定して散乱線除去のための複数の補正データを記憶させておき、撮影時には、被写体サイズの推定値を算出し、複数の補正データから適切な補正データを選択することで簡便に計数データから散乱線を除去することができる。つまり、撮影の度に散乱線除去のために複雑な演算を行う必要がないことから、散乱線の除去に要する時間を短縮させ、早期に散乱線を除去した画像を生成することができる。

（変形例）
上述した第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置においては、ＨＤＤ装置４０３に格納された補正データはモンテカルロシミュレーション法等を用いて計算により算出したが、実測により生成することもできる。例えば１４０ｃｍの水の入ったファントムを準備し、その上に遮蔽材（たとえば鉛やタングステンなど）を配置する。

この場合、鉛を通った先の検出器には直接入射Ｘ線は入らず、散乱線のみとなる。ただし、被写体に対して過度に大きい遮蔽材を用いると、散乱線量が変化するため、あまり大きくないものを選ぶ。遮蔽材の位置を変化させて、それぞれの検出器での散乱線量を測定することで、散乱線量を実測で得ることが可能となる。補正データを実測で得ると、検出器の感度特性などが補正データに反映されるため、散乱線除去の精度がより向上するという利点がある。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置では、散乱線除去のための補正データを被写体サイズの推定値に基づいて選択していた。ところが、例えば、被写体に人工関節などの金属が含まれる場合、Ｘ線は金属をほとんど透過しないため、上述した第１の実施形態における補正データ（散乱／直接比）をそのまま適用することができない。従って、本実施形態においては、被検体に金属が含まれる場合にも、散乱線を精度良く除去するＰＣＣＴ装置について説明する。

金属を含む被検体の散乱線を、補正データを適用して除去する場合、金属を含むファントムを用いて生成された補正データを生成する必要がある。例えば、水ファントムの中に金属棒を挿入したり、小さい金属を様々な位置に挿入したものを適用して上述のようにモンテカルロシミュレーション法を用いた演算を行う、又は実測する等して補正データを得る。

補正データを選択する場合には、被写体サイズ推定部４１０により、金属領域を抽出し、被写体サイズの推定値に加え、金属領域の抽出結果に基づいて補正データを選択する。

被写体サイズ推定部４１０は、例えば、以下のような演算を行うことにより金属領域を抽出推定する。
まず、被写体サイズ推定部４１０は、被写体サイズの推定と同様にＢ５の計数データを空気領域と非空気領域に区分し、区分された非空気領域についてデータ収集ごと（９００回分）データ収集ごとに長さを算出し、これらの平均値を算出する。ここまでの計算は、被写体サイズの推定の際に算出した結果をそのまま利用することができる。金属領域の推定の際は、これに加え、図８に示すように、Ｂ５の計数データを再構成して各々の画素のＣＴ値を求める。得られたＣＴ値について、閾値処理を行うことにより、例えばＣＴ値が（水を０としたとき）２０００以上の領域を金属領域とする。

その後、このようにして抽出された金属領域について、フォワードプロジェクションを行い、金属領域からの計数データを検出した検出器の位置を算出する。フォワードプロジェクションとは、画像データを計数データの位置に戻す作業である。ここでは、被写体サイズ推定部４１０は、まず、いずれのＸ線と検出器との組合せの計数データが金属を通るかを求め、それらのＸ線と検出器との組合せの計数データに直接入射Ｘ線が少ないことを把握し、直接入射Ｘ線が少ない位置については金属領域を透過したと判断して金属透過フラグを立てる。

続いて、金属を含む被検体について、散乱線を除去した画像を取得する撮像処理について図９のフローチャートに従って説明する。
まず、ＣＰＵ４０１が、ステップＳ２１１でＵＩ部２００を介して、ユーザから撮像条件を受け付け、ステップＳ２１２でスキャノグラムを撮像し、ステップＳ２１３でカウンティング回路３２４のエネルギー範囲を設定又は変更する。次のステップＳ２１４で、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１１２で設定された撮像条件に従って撮像を実行し、検出器において各検出素子３２２から得られた信号をエネルギー範囲毎に束ねて計数データとしてＤＡＳ４３１に出力する。

ステップＳ２１５では、被写体サイズ推定部４１０により被写体サイズの推定値を算出し、算出された推定値を補正データ選択部４２０に出力する。次のステップＳ２１６では、被写体サイズ推定部４１０により、計数データ中の金属領域を抽出し、抽出した結果を補正データ選択部４２０に出力する。

ステップＳ２１７では、補正データ選択部４２０が、被写体サイズの推定値及び金属領域の推定結果に基づいて、ＨＤＤ装置４０３に格納された複数の補正データのうち、推定値に最も近似する被写体の直径を有する補正データを選択する。例えば、直径約２０ｃｍの被写体に直径３ｍｍのチタンが表面付近に埋め込まれている場合は、その状況に近い補正データを選択する。

補正データ選択部４２０は、補正データの選択に際し、金属領域の抽出結果は以下のように用いる。補正データ選択部４２０は、金属透過フラグがない位置については、直接入射Ｘ線の量をＢ５などの散乱線の少ない計数データを用いて計算し、金属透過フラグがある位置の直接入射Ｘ線の量は計算しない。

そして、補正データ選択部４２０は、金属透過フラグがない位置については、既に算出した直接入射Ｘ線の量からＢ１〜Ｂ４の散乱線の量を計算する。一方、金属透過フラグがある位置については、金属透過フラグがない位置でのＢ５の計数データなどの散乱線の少ない計数データの散乱線量から補間して求める。

これは、選択した補正データと実際の計数データとにおいて金属領域の形状や大きさが必ずしも一致しないための措置である。Ｘ線が金属領域を透過することにより、検出器における検出信号、つまり計数データが大きく変わる。このため、金属領域の大きさや形状については正確に評価する必要がある。しかし、全ての金属の大きさ及び形状に対する補正データを予め用意することは、無限通りの補正データの作成を要することとなり、現実的でない。そこで、ある程度、被写体のサイズ及び被写体内の金属領域に鑑みた、被写体の状態に近い補正データを適用する。すなわち、計数データの金属領域の周囲の領域については、金属がある状態での散乱線分布を用いて散乱線を正確に求める。一方、金属領域については、金属領域の形状の違いに伴う直接線の減衰で生じる散乱線計算量の誤差をなくすために周囲からの補間を用いて処理することで誤補正を防止する。

金属透過フラグがない、つまり金属を通っていない位置はステップＳ１１７と変わらない。しかし、金属を通った位置では散乱線は被写体サイズでおおよそ決まるためさほど変わらないが、直接入射Ｘ線量は大きく変わっているため、このように周囲から補間する。
これにより、金属で減衰した位置でもより正確に散乱線を求めることができる。

次のステップＳ２１８では、補正部４４０により、ＤＡＳ４３１から受け取った計数データから散乱線を除去し、予め定めた所定の補正処理を行い、処理後のデータを画像生成部４５０に出力する。ステップＳ２１９において画像生成部４５０により、散乱線が除去されたデータを用いて画像を生成する。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１９で生成された画像をＨＤＤ装置４０３に保存し、例えば入力装置２１０のモニタに画像を表示することで撮影を終了する。その後、適宜、ユーザは画像を参照して診断を行い、必要に応じて画像解析を実施することができる。

このように本実施形態によれば、金属領域を含む被検体であっても予めＨＤＤ装置４０３にあらゆる被写体を想定して散乱線除去のための複数の補正データを記憶させておき、撮影時には、被写体サイズの推定値を算出し、複数の補正データから適切な補正データを選択することで簡便に計数データから散乱線を除去することができる。つまり、撮影の度に散乱線除去のために複雑な演算を行う必要がないことから、散乱線の除去に要する時間を短縮させ、早期に散乱線を除去した画像を生成することができる。

（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態に係るＰＣＣＴ装置では、散乱線除去のための補正データを被写体が円筒であるとして推定値を算出していたが、本実施形態では、被写体の断面を楕円として扱う。
この場合、被写体サイズ推定部４１０は、被写体サイズの推定値算出を計数データを収集した角度ごとに行う。

本実施形態では、被写体サイズ推定部４１０が、計数データを空気領域と非空気領域に区分した後に、区分された非空気領域について、データ収集ごとに長さを算出し、データを収集した角度毎にその長さを保持する。その後、補正データ選択部４２０は、データ収集した角度毎に異なる補正データを選択し、補正部４４０は、角度毎に異なる補正データを適用して散乱線除去を行う。

補正部４４０は、例えば、角度αのときは直径１４０の補正データを適用し、角度βの場合は直径１５０ｃｍの補正データを適用する等、角度毎に異なる補正データを用いて散乱線除去を行う。

また、必要に応じてテーブルのデータを一部修正しても良い。例えば、長軸１４０ｃｍ、短軸７０ｃｍの被写体となった場合には、１４０ｃｍの被写体の補正係数を利用するが、直接入力線が短軸が短い為多くなる。そこでシミュレーションや実測等で短軸が短くなった場合の補正係数を計算するための近似式を予め求めておき、補正する。これにより、より精度良く補正が可能となる。

１００・・・ＰＣＣＴ装置、１０１・・・被写体、１０２・・・寝台、２００・・・ＵＩ部、２１０・・・入力装置、２２０・・・出力装置、３００・・・計測部、３１０・・・Ｘ線照射部、３１１・・・Ｘ線管、３１２・・・Ｘ線フィルタ、３１３・・・ボウタイフィルタ、３２０・・・Ｘ線検出部、３２１・・・Ｘ線検出器、３２２・・・検出素子、３２３・・・コリメータ、３２４・・・カウンティング回路、３２５・・・積分回路、３３０・・・ガントリ、３３１・・・開口部、３３２・・・回転板、３４０・・・制御部、３４１・・・照射制御器、３４２・・・ガントリ制御器、３４３・・・テーブル制御器、３４４・・・検出制御器、４００・・・演算部、４０１・・・中央処理装置、４０２・・・メモリ、４０３・・・ＨＤＤ装置、４０４・・・データ収集部、４１０・・・被写体サイズ推定、４２０・・・補正データ選択部、４４０・・・補正部、４５０・・・画像生成部

Claims (7)

1. 寝台上の被写体の周囲を周回するＸ線源から照射され前記被写体を透過したＸ線フォトンを検出する検出器と、
   該検出器によって検出されたＸ線フォトンを収集し処理することにより、予め定めた複数のエネルギー範囲について、エネルギー範囲毎に計数データを出力するデータ収集部と、
   複数の被写体のサイズ毎に生成された複数種類の散乱線情報を格納した記憶部と、
   前記被写体のサイズに基づいて、複数種類の散乱線情報から散乱線除去処理に適用する散乱線情報を選択する補正データ選択部と、
   前記補正データ選択部により選択された散乱線情報を用いて前記計数データの散乱線を除去する補正部と、
   前記補正部により散乱線が除去された計数データを用いて再構成処理を行うことにより画像を生成する画像生成部と、を備えたＸ線ＣＴ装置。
2. 複数種類の前記散乱線情報が、被写体の直径毎に生成され、前記検出器の位置に対する前記エネルギー範囲毎の散乱線／直接入射Ｘ線の比で表された情報である請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記散乱線情報が、予め計算機によるシミュレーションにより生成された情報である請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記散乱線情報が、予め実測により得られた情報である請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記散乱線情報が、金属を含む被写体を模擬したファントムを用いて予め実測により得られた情報である請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記被写体が金属を含む場合において、前記補正部が前記散乱線情報を用いて前記計数データの散乱線を除去すると共に、前記被写体の金属領域について該金属領域の周囲の計数データに基づいて補間することにより散乱線を除去する請求項５記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 寝台上の被写体の周囲を周回するＸ線源から照射され前記被写体を透過したＸ線フォトンを検出し、
   検出されたＸ線フォトンを収集し処理することにより、予め定めた複数のエネルギー範囲についてエネルギー範囲毎に計数データを出力し、
   複数の被写体のサイズ毎に生成された複数種類の散乱線情報から散乱線除去処理に適用する散乱線情報を選択し、
   選択された前記散乱線情報を用いて前記計数データの散乱線を除去し、
   前記補正処理による散乱線が除去された計数データを用いで再構成処理を行うことにより画像を生成する画像処理方法。

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