JP2024048076A - 光子計数型ｘ線ｃｔ装置、撮影方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線の照射制御を最適化すること。【解決手段】実施形態の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と、光子計数型Ｘ線検出器と、取得部と、決定部とを持つ。Ｘ線管は、被検体にＸ線を照射する。光子計数型Ｘ線検出器は、被検体を通過したＸ線の光子を計数する。取得部は、被検体をスキャンすることによりボリュームデータを取得する。決定部は、取得されたボリュームデータから得られる被検体に含まれる物質の情報に基づいて、本スキャンにおけるＸ線管の管電流を決定する。【選択図】図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置、撮影方法、およびプログラムに関する。

従来、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置の管電流の自動制御技術であるＡＥＣ（Automatic Exposure Control）では、特定の方向からＸ線を照射して得られた位置決め画像（スキャノ画像ともいう）に基づいて、被検体のＸ線吸収量を水等価厚に置き換え、撮影時の線量等の設定を行うことにより、被検体のサイズに応じた線量の制御を実現している。また、低線量でのヘリカルスキャンの撮影（３Ｄ Ｌａｎｄｍａｒｋ Ｓｃａｎ)により得られた３次元の位置決めデータに基づいて、ＡＥＣを行うことも行われている。

特開２０１７－２０２３０８号公報

人体には、水の減弱と近い減弱係数を持つ軟部組織以外にも、骨、脂肪、空気のような減弱が異なる物質が含まれている。しかしながら、エネルギー積分型のＸ線ＣＴ装置において単一の管電圧を用いた撮影の場合、人体内の物質を厳密に区別することができない。従来の手法では、人体内の互いに異なる物質を区別することなく水等価厚に置き換えているため、物質ごとの透過長や透過後のエネルギースペクトルの変化の違いは考慮されていない。このため、Ｘ線の線量の制御が適正ではない場合や、画質に問題が生じる場合があった。

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は、Ｘ線の照射制御を最適化することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管と、光子計数型Ｘ線検出器と、取得部と、決定部とを持つ。Ｘ線管は、被検体にＸ線を照射する。光子計数型Ｘ線検出器は、被検体を通過したＸ線の光子を計数する。取得部は、被検体をスキャンすることによりボリュームデータを取得する。決定部は、取得されたボリュームデータから得られる被検体に含まれる物質の情報に基づいて、本スキャンにおけるＸ線管の管電流を決定する。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の一例を示す図。 実施形態に係るＤＡＳ１６の構成の一例を示す図。 実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の変換テーブルの準備処理の一例を示すフローチャート。 従来手法による水ファントムｆｔを用いて変換テーブルｃｔｌを生成する様子を説明する図。 実施形態に係るファントムＦＴを用いて変換テーブルＣＴＬを生成する様子を説明する図。 実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１のスキャン処理の一例を示すフローチャート。 従来手法により水等価厚を算出する様子を説明する図。 実施形態に係る物質ごとの透過長を算出する様子を説明する図。 実施形態に係るスキャノ画像ＳＣにおいて各物質の透過長の割合を説明する図。

以下、図面を参照しながら、実施形態の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置、撮影方法、およびプログラムについて説明する。実施形態の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置（フォトンカウンティングＣＴ装置，以下、単に「Ｘ線ＣＴ装置」と呼ぶ）では、低線量のヘリカルスキャンでの撮影（３Ｄ Ｌａｎｄｍａｒｋ Ｓｃａｎ)を行い、Ｘ線のパスごとに得られたデータに対して、物質弁別（material decomposition）を行うことで、物質ごと（例えば、骨（Ca)、軟部組織（Wa）、脂肪（fat））の透過長を求める。さらに、得られた物質ごとの透過長の情報と、予め取得された参照情報（変換テーブルＣＴＬ）とに基づいて、被検体に照射する線量（Ｘ線管の管電流）を制御する。これにより、被検体のサイズ（体厚）を正確に取得できるため、Ｘ線の照射に関する最適なハードウェア設定を実現でき、従来よりもさらに画質の最適化を図ることができる。

［Ｘ線ＣＴ装置の構成］
図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の一例を示す図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、例えば、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを有する。図１では、説明の都合上、架台装置１０をＺ軸方向から見た図とＸ軸方向から見た図の双方を掲載しているが、実際には、架台装置１０は一つである。実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１７の回転軸または寝台装置３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対して水平である軸をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対して垂直である方向をＹ軸方向とそれぞれ定義する。

架台装置１０は、例えば、Ｘ線管１１と、ウェッジ１２と、コリメータ１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、Ｘ線検出器１５と、データ収集システム（以下、ＤＡＳ：Data Acquisition System）１６と、回転フレーム１７と、制御装置１８とを有する。

Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加および管電流の供給により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生させる。Ｘ線管１１は、真空管を含む。例えば、Ｘ線管１１は、回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管である。Ｘ線管１１は、被検体ＰにＸ線を照射する。

ウェッジ１２は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに照射されるＸ線量を調節するためのフィルタである。ウェッジ１２は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに照射されるＸ線量の分布が予め定められた分布になるように、自身を透過するＸ線を減衰させる。ウェッジ１２は、ウェッジフィルタ（wedge filter）、ボウタイフィルタ（bow-tie filter）とも呼ばれる。ウェッジ１２は、例えば、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したものである。

コリメータ１３は、ウェッジ１２を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための機構である。コリメータ１３は、例えば、複数の鉛板の組み合わせによってスリットを形成することで、Ｘ線の照射範囲を絞り込む。コリメータ１３は、Ｘ線絞りと呼ばれる場合もある。コリメータ１３の絞り込み範囲は、機械的に駆動可能であってよい。

Ｘ線高電圧装置１４は、例えば、図示しない高電圧発生装置と、図示しないＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器（トランス）および整流器等を含む電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生させる。Ｘ線制御装置は、Ｘ線管１１に発生させるべきＸ線量に応じて高電圧発生装置の出力電圧を制御する。高電圧発生装置は、上述した変圧器によって昇圧を行うものであってもよいし、インバータによって昇圧を行うものであってもよい。Ｘ線高電圧装置１４は、回転フレーム１７に設けられてもよいし、架台装置１０の固定フレーム（不図示）の側に設けられてもよい。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１１が発生させ、被検体Ｐを通過して入射したＸ線の強度を検出する。Ｘ線検出器１５は、検出したＸ線の強度に応じた電気信号（光信号等でもよい）をＤＡＳ１６に出力する。Ｘ線検出器１５は、例えば、複数のＸ線検出素子列を有する。複数のＸ線検出素子列のそれぞれは、Ｘ線管１１の焦点を中心とした円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたものである。複数のＸ線検出素子列は、スライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に配列される。

Ｘ線検出器１５は、例えば、直接検出型の検出器である。Ｘ線検出器１５としては、例えば、半導体の両端に電極が取り付けられた半導体ダイオードが適用可能である。半導体に入射したＸ線光子は、電子・正孔対に変換される。１つのＸ線光子の入射により生成される電子・正孔対の数は、入射したＸ線光子のエネルギーに依存する。電子と正孔とは、半導体の両端に形成された一対の電極に各々引き寄せられる。一対の電極は、電子・正孔対の電荷に応じた波高値を有する電気パルスを発生する。一個の電気パルスは、入射したＸ線光子のエネルギーに応じた波高値を有する。

ＤＡＳ１６は、例えば、制御装置１８からの制御信号に従って、Ｘ線検出器１５により検出されたＸ線光子のカウント数を示すカウントデータ（計数データ）を複数のエネルギービンについて収集する。複数のエネルギービンに関する計数データは、Ｘ線検出器１５の応答特性に応じて変形された、Ｘ線検出器１５への入射Ｘ線に関するエネルギースペクトラムに対応する。ＤＡＳ１６は、デジタル信号に基づく検出データをコンソール装置４０に出力する。検出データは、生成元のＸ線検出素子のチャンネル番号、列番号、及び収集されたビューを示すビュー番号により識別された計数データのデジタル値である。ビュー番号は、回転フレーム１７の回転に応じて変化する番号であり、例えば、回転フレーム１７の回転に応じてインクリメントされる番号である。従って、ビュー番号は、Ｘ線管１１の回転角度を示す情報である。ビュー期間とは、あるビュー番号に対応する回転角度から、次のビュー番号に対応する回転角度に到達するまでの間に収まる期間である。

ＤＡＳ１６は、ビューの切り替わりを、制御装置１８から入力されるタイミング信号によって検知してもよいし、内部のタイマーによって検知してもよいし、図示しないセンサから取得される信号によって検知してもよい。フルスキャンを行う場合においてＸ線管１１によりＸ線が連続曝射されている場合、ＤＡＳ１６は、全周囲分（３６０度分）の検出データ群を収集する。ハーフスキャンを行う場合においてＸ線管１１によりＸ線が連続曝射されている場合、ＤＡＳ１６は、半周囲分（１８０度分）の検出データを収集する。Ｘ線検出器１５とＤＡＳ１６との組み合わせは、「光子計数型Ｘ線検出器」の一例である。すなわち、光子計数型Ｘ線検出器は、被検体Ｐを通過したＸ線の光子を計数する。

図２は、実施形態に係るＤＡＳ１６の構成の一例を示す図である。ＤＡＳ１６は、Ｘ線検出素子の個数に応じたチャンネル数分の読出しチャンネルを備える。これら複数の読出しチャンネルは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit; ＡＳＩＣ）等の集積回路に並列的に実装されている。図２では、１読出しチャンネル分のＤＡＳ１６－１の構成のみを示している。

ＤＡＳ１６－１は、例えば、前置増幅回路６１、波形整形回路６３、複数の波高弁別回路６５、複数の計数回路６７、および出力回路６９を有する。前置増幅回路６１は、接続先のＸ線検出素子からの検出電気信号ＤＳ（電流信号）を増幅する。例えば、前置増幅回路６１は、接続先のＸ線検出素子からの電流信号を、当該電流信号の電荷量に比例した電圧値（波高値）を有する電圧信号に変換する。前置増幅回路６１には波形整形回路６３が接続されている。波形整形回路６３は、前置増幅回路６１からの電圧信号の波形を整形する。例えば、波形整形回路６３は、前置増幅回路６１からの電圧信号のパルス幅を縮小する。

波形整形回路６３にはエネルギー帯域（エネルギービン）の数に対応する複数の計数チャネルが接続されている。ｎ個のエネルギービンが設定されている場合、波形整形回路６３には、ｎ個の計数チャネルが設けられる。各計数チャネルは、波高弁別回路６５－ｎと、計数回路６７－ｎとを有する。

波高弁別回路６５－ｎの各々は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値であるＸ線検出素子により検出されたＸ線フォトンのエネルギーを弁別する。例えば、波高弁別回路６５－ｎは、比較回路６５３－ｎを有する。比較回路６５３－ｎの各々の一方の入力端子には、波形整形回路６３からの電圧信号が入力される。比較回路６５３－ｎの各々の他方の入力端子には、異なる閾値に対応する参照信号ＴＨ（参照電圧値）が、制御装置１８から供給される。

例えば、エネルギービンｂｉｎ１のための比較回路６５３－１には、参照信号ＴＨ－１が供給され、エネルギービンｂｉｎ２のための比較回路６５３－２には、参照信号ＴＨ－２が供給され、エネルギービンｂｉｎｎのための比較回路６５３－ｎには、参照信号ＴＨ－ｎが供給される。参照信号ＴＨの各々は、上限参照値と下限参照値とを有している。比較回路６５３－ｎの各々は、波形整形回路６３からの電圧信号が、参照信号ＴＨの各々に対応するエネルギービンに対応する波高値を有している場合、電気パルス信号を出力する。例えば、比較回路６５３－１は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値がエネルギービンｂｉｎ１に対応する波高値である場合（参照信号ＴＨ－１とＴＨ－２との間にある場合）、電気パルス信号を出力する。一方、エネルギービンｂｉｎ１のための比較回路６５３－１は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値がエネルギービンｂｉｎ１に対応する波高値でない場合、電気パルス信号を出力しない。また、例えば、比較回路６５３－２は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値がエネルギービンｂｉｎ２に対応する波高値である場合（参照信号ＴＨ－２とＴＨ－３との間にある場合）、電気パルス信号を出力する。

計数回路６７－ｎは、ビューの切替周期に一致する読出し周期で、波高弁別回路６５－ｎからの電気パルス信号を計数する。例えば、計数回路６７－ｎには、制御装置１８から、各ビューの切替タイミングにトリガ信号ＴＳが供給される。トリガ信号ＴＳが供給されたことを契機として計数回路６７－ｎは、波高弁別回路６５－ｎから電気パルス信号が入力される毎に、内部メモリに記憶されているカウント数に１を加算する。次のトリガ信号が供給されたことを契機として計数回路６７－ｎは、内部メモリに蓄積されたカウント数のデータ（すなわち、カウントデータ）を読み出し、出力回路６９に供給する。また、計数回路６７－ｎは、トリガ信号ＴＳが供給される毎に内部メモリに蓄積されているカウント数を初期値に再設定する。このようにして計数回路６７－ｎは、ビュー毎にカウント数を計数する。

出力回路６９は、Ｘ線検出器１５に搭載されている複数の読出しチャンネル分の計数回路６７－ｎに接続されている。出力回路６９は、複数のエネルギービンの各々について、複数の読出しチャンネル分の計数回路６７－ｎからのカウントデータを統合してビュー毎の複数の読出しチャンネル分のカウントデータを生成する。各エネルギービンのカウントデータは、チャンネルとセグメント（列）とエネルギービンとにより規定されるカウント数のデータの集合である。各エネルギービンのカウントデータは、ビュー単位でコンソール装置４０に伝送される。ビュー単位のカウントデータをカウントデータセットＣＳと呼ぶ。

図１に戻り、回転フレーム１７は、Ｘ線管１１、ウェッジ１２、およびコリメータ１３と、Ｘ線検出器１５とを対向支持する円環状の部材である。回転フレーム１７は、固定フレームによって、内部に導入された被検体Ｐを中心として回転自在に支持される。回転フレーム１７は、更にＤＡＳ１６を支持する。ＤＡＳ１６が出力する検出データは、回転フレーム１７に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から、光通信によって、架台装置１０の非回転部分（例えば固定フレーム）に設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、受信機によってコンソール装置４０に転送される。尚、回転フレーム１７から非回転部分への検出データの送信方法として、前述の光通信を用いた方法に限らず、非接触型の任意の送信方法を採用してよい。回転フレーム１７は、Ｘ線管１１等を支持して回転させることができるものであれば、円環状の部材に限らず、アームのような部材であってもよい。

制御装置１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを有する処理回路を有する。制御装置１８は、コンソール装置４０または架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースからの入力信号を受け付けて、架台装置１０、寝台装置３０、およびＤＡＳ１６の動作を制御する。例えば、制御装置１８は、回転フレーム１７を回転させたり、架台装置１０をチルトさせたりする。架台装置１０をチルトさせる場合、制御装置１８は、入力インターフェースに入力された傾斜角度（チルト角度）に基づいて、Ｚ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１７を回転させる。制御装置１８は、図示しないセンサの出力等によって回転フレーム１７の回転角度を把握している。制御装置１８は、架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられてもよい。

Ｘ線ＣＴ装置１は、例えば、Ｘ線管１１とＸ線検出器１５の双方が回転フレーム１７によって支持されて被検体Ｐの周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－ＴｙｐｅのＸ線ＣＴ装置（第３世代ＣＴ）であるが、これに限らず、円環状に配列された複数のＸ線検出素子が固定フレームに固定され、Ｘ線管１１が被検体Ｐの周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ－ＴｙｐeのＸ線ＣＴ装置（第４世代ＣＴ）であってもよい。

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置して移動させ、架台装置１０の回転フレーム１７の内部に導入する装置である。寝台装置３０は、例えば、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを備える。基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する筐体を含む。寝台駆動装置３２は、モータやアクチュエータを含む。寝台駆動装置３２は、天板３３を、支持フレーム３４に沿って天板３３の長手方向（Ｚ軸方向）に移動させる。また、寝台駆動装置３２は、天板３３を鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動させる。天板３３は、被検体Ｐが載置される板状の部材である。

寝台駆動装置３２は、天板３３だけでなく、支持フレーム３４を天板３３の長手方向に移動させてもよい。また、上記とは逆に、架台装置１０がＺ軸方向に移動可能であり、架台装置１０の移動によって回転フレーム１７が被検体Ｐの周囲に来るように制御されてもよい。また、架台装置１０と天板３３の双方が移動可能な構成であってもよい。また、Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体Ｐが立位または座位でスキャンされる方式の装置であってもよい。この場合、Ｘ線ＣＴ装置１は、寝台装置３０に代えて被検体支持機構を有し、架台装置１０は、回転フレーム１７を、床面に垂直な軸方向を中心に回転させる。

コンソール装置４０は、例えば、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、ネットワーク接続回路４４と、処理回路５０とを有する。本実施形態では、コンソール装置４０は架台装置１０とは別体として説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０の各構成要素の一部または全部が含まれてもよい。

メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。メモリ４１は、例えば、変換テーブルＣＴＬ等を記憶する。また、メモリ４１は、例えば、検出データや投影データ、再構成画像データ、ＣＴ画像データ、被検体Ｐに関する情報、撮影条件等を記憶する。メモリ４１は、例えば、架台装置１０から伝送された複数のエネルギービンに関する計数データを記憶する。これらのデータは、メモリ４１ではなく（或いはメモリ４１に加えて）、Ｘ線ＣＴ装置１が通信可能な外部メモリに記憶されてもよい。外部メモリは、例えば、外部メモリを管理するクラウドサーバが読み書きの要求を受け付けることで、クラウドサーバによって制御されるものである。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、医師、技師等である操作者による各種操作を受け付けるＧＵＩ（Graphical User Interface）画像等を表示する。ディスプレイ４２は、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等である。ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０の本体部と無線通信可能な表示装置（例えばタブレット端末）であってもよい。

入力インターフェース４３は、操作者による各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作の内容を示す電気信号を処理回路５０に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、検出データまたは投影データを収集する際の収集条件、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等の入力操作を受け付ける。例えば、入力インターフェース４３は、マウスやキーボード、タッチパネル、ドラッグボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、カメラ、赤外線センサ、マイク等により実現される。

入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられてもよい。また、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０の本体部と無線通信可能な表示装置（例えばタブレット端末）により実現されてもよい。尚、本明細書において入力インターフェースはマウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェースの例に含まれる。

ネットワーク接続回路４４は、例えば、プリント回路基板を有するネットワークカード、或いは無線通信モジュール等を含む。ネットワーク接続回路４４は、接続する対象のネットワークの形態に応じた情報通信用プロトコルを実装する。

処理回路５０は、Ｘ線ＣＴ装置１の全体の動作や、架台装置１０の動作、寝台装置３０の動作を制御する。処理回路５０は、例えば、システム制御機能５１、取得機能５２、前処理機能５３、再構成機能５４、画像処理機能５５、スキャン制御機能５６、決定機能５７、表示制御機能５８等を実行する。これらの構成要素は、例えば、ハードウェアプロセッサ（コンピュータ）がメモリ４１に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。ハードウェアプロセッサとは、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device; ＳＰＬＤ）または複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device; ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array; ＦＰＧＡ））等の回路（circuitry）を意味する。

メモリ４１にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を１つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。

コンソール装置４０または処理回路５０が有する各構成要素は、分散化されて複数のハードウェアにより実現されてもよい。処理回路５０は、コンソール装置４０が有する構成ではなく、コンソール装置４０と通信可能な処理装置によって実現されてもよい。処理装置は、例えば、一つのＸ線ＣＴ装置と接続されたワークステーション、或いは、複数のＸ線ＣＴ装置に接続され、以下に説明する処理回路５０と同等の処理を一括して実行する装置（例えばクラウドサーバ）である。

システム制御機能５１は、入力インターフェース４３が受け付けた入力操作に基づいて、処理回路５０の各種機能を制御する。

取得機能５２は、被検体Ｐをスキャンすることにより３次元のデータ（ボリュームデータ）を取得する。例えば、取得機能５２は、被検体に対して低線量でヘリカルスキャンを行うことで、被検体のボリュームデータ（ＤＡＳ１６により出力されたカウントデータセットＣＳ）を取得する。取得機能５２は、「取得部」の一例である。すなわち、ボリュームデータは、本スキャンよりも低い線量でのヘリカルスキャンにより撮影されたデータである。

前処理機能５３は、ＤＡＳ１６により出力されたカウントデータセットＣＳに対してオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を行う。

再構成機能５４は、ＤＡＳ１６により出力されたカウントデータセットＣＳに基づいて被検体Ｐに関するフォトンカウンティングＣＴ画像を再構成する。再構成機能５４は、例えば、応答関数生成機能５４１と、算出機能５４２と、再構成処理機能５４３とを有する。応答関数生成機能５４１は、検出器応答特性を表す応答関数のデータを生成する。例えば、応答関数生成機能５４１は、複数の入射Ｘ線エネルギーを有する複数の単色Ｘ線に対する標準検出系の応答（すなわち、検出エネルギーおよび検出強度）を予測計算、実験、及び予測計算と実験との組み合わせにより計測し、検出エネルギーおよび検出強度の計測値に基づいて応答関数を生成する。また、応答関数生成機能５４１は、キャリブレーション等において収集された実測の計測値に基づいて応答関数のデータを生成してもよい。応答関数は、入射Ｘ線ごとの検出エネルギーとシステムの出力応答との関係を規定する。例えば、応答関数は、入射Ｘ線ごとの検出エネルギーと検出強度との関係を規定する。生成された応答関数のデータは、メモリ４１に記憶される。

算出機能５４２は、複数のエネルギービンに関する計数データ、被検体Ｐへの入射Ｘ線のエネルギースペクトラム、およびメモリ４１に記憶された応答関数に基づいて、複数の基底物質各々に関するＸ線透過経路長およびＸ線吸収量を算出する。算出機能５４２は、応答関数を利用して計数データと被検体Ｐへの入射Ｘ線のエネルギースペクトラムとに基づいてＸ線吸収量を算出することにより、Ｘ線検出器１５およびＤＡＳ１６の応答特性の影響がないＸ線吸収量を算出することができる。このように基底物質毎にＸ線吸収量を得る処理は物質弁別とも呼ばれている。基底物質としては、カルシウム、石灰化、骨、脂肪、筋肉、空気、臓器、病変部、硬部組織、軟部組織、造影物質等のあらゆる物質に設定可能である。算出対象の基底物質の種類は、予め入力インターフェース４３を介して操作者等により決定されてよい。Ｘ線吸収量は、基底物質により吸収されるＸ線量を示す。例えば、Ｘ線吸収量は、Ｘ線減弱係数とＸ線透過経路長との組み合わせにより規定される。

算出機能５４２は、「算出部」の一例である。すなわち、算出機能５４２は、Ｘ線のパスごとに、被検体Ｐに含まれる物質の透過長を算出する。

再構成処理機能５４３は、算出機能５４２により算出された複数の基底物質各々に関するＸ線吸収量に基づいて、当該複数の基底物質のうちの画像化対象の基底物質の空間分布を表現するフォトンカウンティングＣＴ画像を再構成し、生成したＣＴ画像データをメモリ４１に記憶させる。画像化対象の基底物質は、１種類でも良いし複数種類でもよい。画像化対象の基底物質の種類は、入力インターフェース４３を介して操作者等により決定されてよい。

画像処理機能５５は、入力インターフェース４３が受け付けた入力操作に基づいて、ＣＴ画像データを公知の方法により、三次元画像データや任意断面の断面像データに変換する。三次元画像データへの変換は、前処理機能５３によって行われてもよい。

スキャン制御機能５６は、Ｘ線高電圧装置１４、ＤＡＳ１６、制御装置１８、および寝台駆動装置３２に指示することで、架台装置１０における検出データの収集処理を制御する。スキャン制御機能５６は、位置決めスキャンおよび本スキャンのための制御を行う。また、スキャン制御機能５６は、位置決め画像を収集する撮影、および診断に用いる画像を撮影する際の各部の動作をそれぞれ制御する。

決定機能５７は、位置決めスキャン時に取得機能５２により取得されたボリュームデータに基づいて、本スキャンにおけるＸ線管１１の管電流や管電圧の値を決定する。決定機能５７の機能の詳細については後述する。

決定機能５７は、「決定部」の一例である。すなわち、決定機能５７は、取得されたボリュームデータから得られる被検体Ｐに含まれる物質の情報に基づいて、本スキャンにおけるＸ線管１１の管電流を決定する。決定機能５７は、算出された透過長に基づいて管電流を決定する。決定機能５７は、算出された透過長に基づいて、Ｘ線の投影角ごとに管電流を決定する。

表示制御機能５８は、処理回路５０によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、医師、技師等である操作者による各種操作を受け付けるＧＵＩ画像等を、ディスプレイ４２に表示させる。

上記構成により、Ｘ線ＣＴ装置１は、ヘリカルスキャン、コンベンショナルスキャン、ステップアンドシュート等のスキャン態様で被検体Ｐのスキャンを行う。ヘリカルスキャンとは、天板３３を移動させながら回転フレーム１７を回転させて被検体Ｐをらせん状にスキャンする態様である。コンベンショナルスキャンとは、天板３３を静止させた状態で回転フレーム１７を回転させて被検体Ｐを円軌道でスキャンする態様である。ステップアンドシュートとは、天板３３の位置を一定間隔で移動させて、コンベンショナルスキャンを複数のスキャンエリアで行う態様である。

［変換テーブルの準備処理］
次に、Ｘ線ＣＴ装置１における変換テーブルの準備処理の一例を説明する。図３は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の変換テーブルの準備処理の一例を示すフローチャートである。図４Ａは、従来手法による水ファントムｐｔを用いて変換テーブルｃｔｌを生成する様子を説明する図である。図４Ｂは、実施形態に係るファントムＦＴを用いて変換テーブルＣＴＬを生成する様子を説明する図である。

図４Ａに示すように、従来手法においては、専用の容器を主に水で満たして作成された人体の模型である水ファントムｐｔに対してスキャンを行うことで、例えば、スキャン時のあるＸ線のパスＰ１における水の透過長Ｌ_Ｗに対して、カウントのデータが対応付けられた変換テーブルｃｔｌが生成される。カウントのデータには、水ファントムｐｔに照射された線量、得られる画像の画像ＳＤ（Standard Deviation）等が含まれる。この変換テーブルｃｔｌと、スキャノ画像から算出された水等価厚とに基づいて、画像ＳＤを指標とした撮影条件（例えば、管電流）が設定される。変換テーブルｃｔｌには、複数の水の透過長とカウントのデータとの組が登録される。

一方、本実施形態では、被検体Ｐに含まれる複数の物質の違いを考慮するために、複数の物質で構成されるファントムを用いて変換テーブルＣＴＬを生成する。図４Ｂに示す例では、水、脂肪、および骨の三層構造のファントムＦＴに対してスキャンを行うことで、水の透過長（Ｌ_Ｗ１＋Ｌ_Ｗ２）、脂肪の透過長（Ｌ_ｆ１＋Ｌ_ｆ２）、および骨の透過長（Ｌ_ｃａ）が算出される。そして、これらの透過長の割合（比）に対して、カウントのデータが対応付けられた変換テーブルＣＴＬが生成される。カウントのデータには、ファントムＦＴに照射された線量、得られる画像の画像ＳＤ（Standard Deviation）等が含まれる。変換テーブルＣＴＬには、複数の透過長とカウントのデータとの組が登録される。変換テーブルＣＴＬに含まれるデータは、シミュレーションによって求められるものであってもよい。或いは、変換テーブルＣＴＬには、水の減衰度合いと、各物質の減衰度合いとの割合（比）の情報が登録されてもよい。

以下、図３に示すフローチャートについて説明する。本フローチャートの処理は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置１の設置時または定期的なメンテナンス時（校正データ取得時）等に、Ｘ線ＣＴ装置１の操作者がコンソール装置４０に対して指示を入力することにより開始される。

まず、処理回路５０のスキャン制御機能５６は、複数の物質で構成されるファントムＦＴが寝台装置３０に載置された状態で、Ｘ線高電圧装置１４、ＤＡＳ１６、制御装置１８、および寝台駆動装置３２に指示することで、ファントムＦＴの撮影を行う（ステップＳ１０１）。これにより、取得機能５２は、ファントムＦＴに関する検出データを取得する。

次に、算出機能５４２は、取得された検出データに対して物質弁別を行うことで、ファントムＦＴに含まれる物質ごとの透過長を同定（算出）する（ステップＳ１０３）。図４Ｂに示す例では、水の透過長（Ｌ_Ｗ１＋Ｌ_Ｗ２）、脂肪の透過長（Ｌ_ｆ１＋Ｌ_ｆ２）、および骨の透過長（Ｌ_ｃａ）が同定される。

次に、算出機能５４２は、同定された物質ごとの透過長の割合と、カウントのデータとが対応付けられた複数の変換データを集めることで変換テーブルＴＢＬを生成し、メモリ４１に保管する（ステップＳ１０５）。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

［スキャン処理フロー］
次に、Ｘ線ＣＴ装置１のスキャン処理の一例を説明する。図５は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１のスキャン処理の一例を示すフローチャートである。図６Ａは、従来手法により水等価厚を算出する様子を説明する図である。図６Ｂは、実施形態に係る物質ごとの透過長を算出する様子を説明する図である。

図６Ａに示すように、従来手法では、寝台装置３０に載置された被検体Ｐを上方から撮影した２次元のスキャノ画像Ｄ１から、被検体Ｐの寝台位置ごとの水等価厚を算出する。そして、所定の撮影スライスごとに、設定された指標を満たす管電流（設定された画像ＳＤ値となる画像を生成するための管電流）を算出する。このように算出された寝台位置ごとの管電流を用いて本スキャンを行うことで、画質が均一化されたＣＴ画像を得ることができる。しかしながら、この従来手法では、被検体Ｐ内に存在する物質を区別することなく水に相当すると仮定しているため、撮影位置によっては水等価厚の値が実際の被検体Ｐのサイズと適合せず、不適切な管電流が算出されてしまい、結果として不均一なＣＴ画像が生成されてしまう。特に、被検体Ｐを透過するＸ線のパス上に複数の物質が存在する場合、このような事態が生じうる。

一方、本実施形態では、被検体Ｐに含まれる物質を区別して、管電流の算出を行う。図６Ｂに示すように、本実施形態では、低線量でのヘリカルスキャンによる位置決めスキャンにより、３次元のボリュームデータを取得する。さらに、このボリュームデータに対して物質弁別を行うことで、物質ごとの透過長を算出し、この物質ごとの透過長の割合に基づいて、設定された指標を満たす管電流（設定された画像ＳＤ値となる画像を生成するための管電流）を算出する。このように算出された撮影領域ごと（Ｘ線のパスごと、ビューごと）の管電流を用いて本スキャンを行うことで、画質が均一化されたＣＴ画像を得ることができる。

以下、図５に示すフローチャートについて説明する。まず、処理回路５０のスキャン制御機能５６は、被検体Ｐが寝台装置３０に載置された状態で、Ｘ線高電圧装置１４、ＤＡＳ１６、制御装置１８、および寝台駆動装置３２に指示することで、低線量でのヘリカルスキャンによる位置決めスキャンを行う。これにより、取得機能５２は、被検体Ｐのボリュームデータを取得する（ステップＳ２０１）。

次に、算出機能５４２は、取得されたボリュームデータに基づいて、位置決めスキャン時のＸ線のパスごとに被検体Ｐに含まれる物質の透過長を同定する（ステップＳ２０３）。

次に、決定機能５７は、同定された物質の透過長の割合と、変換テーブルＣＴＬとに基づいて、撮影領域ごと（Ｘ線のパスごと）の管電流を決定する（Ｓ２０５）。決定機能５７は、例えば、撮影領域ごとに、所定の指標を満たす画像を得るための線量を決定し、決定した線量をＸ線管１１が出力するような管電流を決定する。このような指標には、例えば、画像ＳＤおよびコントラスト－ノイズ比（contrast-to-noise ratio：ＣＮＲ）の少なくとも１つが含まれる。

図７は、実施形態に係るスキャノ画像ＳＣにおいて各物質の透過長の割合を説明する図である。例えば、Ｘ線の経路のパスＰＴ１において、水：脂肪：骨の透過長の割合は、１００：５０：２０である。また、例えば、Ｘ線の経路のパスＰＴ２において、水：脂肪：骨の透過長の割合は、１５０：８０：１０である。決定機能５７は、このような各物質の透過長の割合と、変換テーブルＣＴＬとに基づいて、パスＰＴ１およびＰＴ２の各々における、所定の指標を満たす画像を得るための線量を決定し、決定した線量をＸ線管１１が出力するような管電流を決定する。決定機能５７は、例えば、算出された各物質の透過長の割合と対応する変換テーブルＣＴＬ内のデータに基づいて、所定の指標を満たす画像を得るための線量を決定する。また、例えば、決定機能５７は、予め取得された水の減衰の情報と、各物質の減衰の比を利用して、被検体Ｐに照射する線量（管電流）を制御する。或いは、物質ごと（骨、水、脂肪）の減衰の情報を予め取得し，求めた各物質の透過長に合わせた減衰をそれぞれ加算することで、被検体に照射する線量（管電流）を制御する。

次に、決定機能５７は、決定された撮影領域ごとの管電流に基づいて、撮影プロトコルを決定する（ステップＳ２０７）。次に、スキャン制御機能５６は、被検体Ｐが寝台装置３０に載置された状態で、決定された撮影プロトコルに従って、Ｘ線高電圧装置１４、ＤＡＳ１６、制御装置１８、および寝台駆動装置３２に指示することで、本スキャンを行う（ステップＳ２０９）。

次に、再構成機能５４は、本スキャンにより得らえた検出データに基づいて、画像再構成を行う（ステップＳ２１１）。これにより、管電流が最適化された条件下で撮影されたＣＴ画像が得られる。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

すなわち、算出機能５４２は、Ｘ線のパスごとに、被検体Ｐに含まれる複数の物質の各々の透過長の割合を算出し、決定機能５７は、算出された割合に基づいて管電流を決定する。決定機能５７は、算出された透過長と、物質ごとの透過長に対して管電流に関する情報および所定の指標とが対応付けらえた参照情報とに基づいて、管電流を決定する。

以上説明した実施形態によれば、被検体Ｐに含まれる物質ごとの透過長を求め、さらに、得られた物質ごとの透過長の情報と、予め取得された参照情報（変換テーブルＣＴＬ）とに基づいて、被検体に照射する線量（Ｘ線管の管電流）を制御する。これにより、Ｘ線の照射に関する最適なハードウェア設定を実現でき、従来よりもさらに画質の最適化を図ることができる。

＜変形例＞
上記の実施形態では管電流を制御する構成であったが、この管電流に加えて／代えて、管電圧を制御するようにしてもよい。決定機能５７は、同定された物質に応じて、管電圧を決定するようにしてもよい。決定機能５７は、例えば、ビームハードニングの影響を軽減するように、管電圧を決定してよい（例えば、管電圧を下げるようにしてよい）。或いは、決定機能５７は、例えば、特定の物質のＸ線吸収量が増大するポイント（K-edge）に関するカウントデータが得られるように管電圧を決定してよい。この場合、所定の指標としてコントラスト－ノイズ比（contrast-to-noise ratio：ＣＮＲ）を採用し、設定されたＣＮＲを満たすように管電圧を設定して本スキャンを行うことで、画質が均一化されたＣＴ画像を得ることができる。

すなわち、決定機能５７は、Ｘ線のパスごとに、被検体Ｐに含まれる物質に応じて、Ｘ線管１１の管電圧を決定する。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…Ｘ線ＣＴ装置，１０…架台装置，１１…Ｘ線管，１２…ウェッジ，１３…コリメータ，１４…Ｘ線高電圧装置，１５…Ｘ線検出器，１６…データ収集システム（ＤＡＳ），１７…回転フレーム，１８…制御装置，３０…寝台装置，３１…基台，３２…寝台駆動装置，３３…天板，３４…支持フレーム，４０…コンソール装置，４１…メモリ，４２…ディスプレイ，４３…入力インターフェース，４４…ネットワーク接続回路，５０…処理回路，５１…システム制御機能，５２…取得機能，５３…前処理機能，５４…再構成機能，５４１…応答関数生成機能，５４２…算出機能，５４３…再構成処理機能，５５…画像処理機能，５６…スキャン制御機能，５７…決定機能，５８…表示制御機能

Claims (10)

1. 被検体にＸ線を照射するＸ線管と、
   前記被検体を通過した前記Ｘ線の光子を計数する光子計数型Ｘ線検出器と、
   前記被検体をスキャンすることによりボリュームデータを取得する取得部と、
   取得された前記ボリュームデータから得られる前記被検体に含まれる物質の情報に基づいて、本スキャンにおける前記Ｘ線管の管電流を決定する決定部と、
   を備える光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記Ｘ線のパスごとに、前記被検体に含まれる物質の透過長を算出する算出部をさらに備え、
   前記決定部は、算出された前記透過長に基づいて前記管電流を決定する、
   請求項１に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
3. 前記算出部は、前記Ｘ線のパスごとに、前記被検体に含まれる複数の物質の各々の透過長の割合を算出し、
   前記決定部は、算出された前記割合に基づいて前記管電流を決定する、
   請求項２に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
4. 前記ボリュームデータは、前記本スキャンよりも低い線量でのヘリカルスキャンにより撮影されたデータである、
   請求項１に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
5. 前記決定部は、算出された前記透過長に基づいて、前記Ｘ線の投影角ごとに前記管電流を決定する、
   請求項２に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
6. 前記決定部は、算出された前記透過長と、前記物質ごとの透過長に対して管電流に関する情報および所定の指標とが対応付けらえた参照情報とに基づいて、前記管電流を決定する、
   請求項２に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
7. 前記指標は、画像ＳＤおよびコントラスト－ノイズ比の少なくとも１つを含む、
   請求項６に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
8. 前記決定部は、前記Ｘ線のパスごとに、前記被検体に含まれる物質に応じて、前記Ｘ線管の管電圧を決定する、
   請求項１から７の何れか一項に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
9. 光子計数型Ｘ線ＣＴ装置を用いて、
   被検体をスキャンすることによりボリュームデータを取得し、
   取得された前記ボリュームデータから得られる前記被検体に含まれる物質の情報に基づいて、本スキャンにおけるＸ線管の管電流を決定する、
   撮影方法。
10. 光子計数型Ｘ線ＣＴ装置に、
    被検体をスキャンすることによりボリュームデータを取得させ、
    取得された前記ボリュームデータから得られる前記被検体に含まれる物質の情報に基づいて、本スキャンにおけるＸ線管の管電流を決定させる、
    プログラム。

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