JP5522350B2 - Ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の断面像を撮影するコンピュータ断層撮影装置（以下ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置と記載する。）に関する。

従来のＣＴ装置で、所謂ＲＲ（Ｒｏｔａｔｅ Ｒｏｔａｔｅ）方式（第三世代方式）と呼ばれるＣＴ装置は、放射線源から発生する放射線（Ｘ線）を被検体に向けて照射し、被検体を放射線の光軸の方向に対し交差する回転軸で放射線に対して相対的に回転させ、一回転中の所定回転位置ごとに被検体から透過してくる放射線を１次元あるいは２次元の複数検出チャンネルを有する放射線検出器で検出し、この検出器出力から被検体の断面像ないし３次元データを得る（断層撮影する）ものである。

図７は、特許文献１に記載されている従来のＣＴ装置の構成を示す模式図（正面図）である。Ｘ線管１０１と、ここから発生する角錐状のＸ線ビーム１０２を２次元の分解能で検出するＸ線検出器１０３が対向して配置され、このＸ線ビーム１０２に入るようにテーブル１０４上に載置された被検体１０５の透過像（透過像データ）を得るようになっている。

テーブル１０４は回転・昇降機構１０７上に配置され、被検体１０５の断面像を撮影する時は、テーブル１０４を回転軸ＲＡに対し回転・昇降機構１０７により１回転させながら複数の方向について透過像を得る（スキャンと言う）。この複数の透過像を制御処理部１０８で処理して被検体１０５の断面像（１枚ないし複数枚）を得る。

Ｘ線検出器１０３としてはＸ線ビーム１０２の強度分布像を可視光像に変換するＸ線イメージインテンシファイア（以下Ｘ線ＩＩと記載する）１０３ａとこの可視光像を撮影して透過像（透過像データ）として出力するカメラ１０３ｂより成るＸ線検出器１０３が用いられる。

上述したＣＴ装置では、Ｘ線検出器１０３は単色の透過像を出力するが、他方、複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器が知られている。第一の例として、カラーＸ線イメージインテンシファイア（略してカラーＩ．Ｉ．（登録商標）以下カラーＸ線ＩＩと記載する）とカラーカメラを用いた放射線検出器が、特許文献２等で知られている。

カラーＸ線ＩＩは入力面のシンチレータ層で入射した放射線（Ｘ線）の分布を電子の分布に変換し、この電子を加速して出力面に結像させ出力面のカラーシンチレータ層を発光させて可視光像に変換するものである。出力面のカラーシンチレータはカラー（多色）で発光するが、色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ：赤、緑、青）ごとに発光特性曲線が異なる。すなわち電子の入射量に対しＲ，Ｇ，Ｂの順に感度が高い特性がある。

カラーカメラは変換されたカラーの可視光像を撮影し色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとの透過像を出力する。

第二の例として、カラーシンシレータとカラーカメラを用いた放射線検出器が、特許文献３等で知られている。

これは、放射線（Ｘ線）を入力面のカラーシンシレータ層に入射させて発光させることで、放射線の分布を可視光像に変換して、この可視光像をカラーカメラで撮影するものである。カラーシンチレータはカラーで発光するが、色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ：赤、緑、青）ごとに発光特性曲線が異なる。すなわち放射線の入射量に対しＲ，Ｇ，Ｂの順に感度が高い特性がある。カラーカメラは変換されたカラーの可視光像を撮影し色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとの透過像を出力する。

上述した複数の色成分の透過像をカラー表示で観察すると、低透過率部（低放射線部）は感度の高い赤色で細部がよく観察でき、高透過率部（高放射線部）は赤色は飽和するが感度の低い青色で細部がよく観察できる。すなわち、この構成でダイナミックレンジの広い放射線検出器が可能となる。

図８は複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器の検出特性曲線の例を示すグラフである。横軸は１画素への入射Ｘ線量、縦軸は１画素の出力である。各色成分Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ、出力がノイズレベルから飽和レベルに達するまでの入力範囲がダイナミックレンジとなる。カラーの透過像のダイナミックレンジは各色成分のダイナミックレンジの論理和の領域となり、単色の場合と比べ増大する。

上述した複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器は、カラーの透過像を表示する放射線透視検査装置に有効に用いられているが、この放射線検出器を使用したＣＴ装置はまだ実現されていない。

特開２００２−６２２６８号公報 特開２００６−１７９４２４号公報 特開２００３−２０２３８２号公報

従来のＣＴ装置で、ダイナミックレンジの広い複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器を用いる場合、各色成分の透過像それぞれから断面像を再構成した後、それぞれの断面像を合成してもダイナミックレンジの広い断面像とはならない。

その理由は、断面像再構成においては、再構成に用いる透過像データ上に飽和部分やノイズレベル以下の部分があると断面像全体が壊れて（著しく劣化）しまうため、すべての色成分で断面像が壊れない条件として、ダイナミックレンジが各色成分のダイナミックレンジの論理積の領域（図８のＡ）に狭められるためである。つまり、断面撮影するとき、入射Ｘ線量がこの狭まったダイナミックレンジＡに収まるようにＸ線条件、幾何条件を調整して撮影する必要があり、これはすなわちダイナミックレンジの狭い断面像が撮影されることである。

そこで、断面像のダイナミックレンジを広げるには、再構成する前にＲ，Ｇ，Ｂの透過像を合成して最大にダイナミックレンジを広げた単色の透過像としてから再構成する方法がよいと考えられる。

Ｒ，Ｇ，Ｂの透過像から単色の透過像を作る方法は、例えば、特許文献３にあるように、暗い部分はＲ画像、明るい部分はＢ画像、中間はＧ画像を採用して繋ぎ合わせることで単色画像を合成する方法がある。しかし、この方法は、データが無駄なく全て使用されていない。例えば、暗い部分ではＧ画像とＢ画像は捨てられており、その分、画像のＳＮ比（シグナル／ノイズ）が下がってダイナミックレンジが狭くなってしまう。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの継ぎ目が画像に悪影響を与える場合がある。

本発明の目的は、複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器を用いて、ダイナミックレンジの広い断面像の再構成を行うＣＴ装置を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明に係る請求項１記載のＣＴ装置は、テーブル上に載置された被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出して透過像データとして出力する放射線検出手段と、前記被検体に対する前記透過の方向を変えるよう前記テーブルと前記放射線とを相対的に走査させる走査手段と、前記透過像データから前記被検体の断面像を再構成する再構成手段を有するＣＴ装置において、前記放射線検出手段は放射線を検出してカラーの可視光像に変換する放射線可視光変換手段と前記カラーの可視光像を撮影して色成分ごとの透過像データを出力する撮像手段より成り、前記色成分ごとの透過像データを互いに加算した単色透過像データを作る画像合成手段と、前記単色透過像データに前記単色透過像データの検出特性関数の逆関数で非線形性補正を加える非線形性補正手段を有し、前記再構成手段は複数の前記走査の位置で前記放射線検出手段により得た前記色成分ごとの透過像データを前記画像合成手段により互いに加算した前記単色透過像データに対して前記非線形性補正手段により前記非線形性補正を加えた後の単色透過像データを用いて前記被検体の断面像を再構成することを要旨とする。

この構成により、放射線に対し感度の異なる色成分ごとの透過像を、加算してから非線形性補正を加えることで、微分感度で重み付けられたダイナミックレンジを広げた単色透過像を合成でき、この単色透過像を再構成してダイナミックレンジの広い断面像を再構成できる。

本発明に係る請求項２記載のＣＴ装置は、テーブル上に載置された被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出して透過像データとして出力する放射線検出手段と、前記被検体に対する前記透過の方向を変えるよう前記テーブルと前記放射線とを相対的に走査させる走査手段と、前記透過像データから前記被検体の断面像を再構成する再構成手段を有するＣＴ装置において、前記放射線検出手段は放射線を検出してカラーの可視光像に変換する放射線可視光変換手段と前記カラーの可視光像を撮影して色成分ごとの透過像データを出力する撮像手段より成り、前記色成分ごとの透過像データに対しそれぞれの検出特性関数の逆関数で非線形性補正を加える非線形性補正手段と、前記色成分ごとの透過像データを互いに加算した単色透過像データを作る画像合成手段を有し、前記再構成手段は複数の前記走査の位置で前記放射線検出手段により得た前記色成分ごとの透過像データを前記非線形性補正手段により補正してから前記画像合成手段により互いに加算した前記単色透過像データを用いて前記被検体の断面像を再構成することを要旨とする。

この構成により、放射線に対し感度の異なる色成分ごとの透過像を、非線形性補正を加えてから加算することで、ダイナミックレンジを広げた単色透過像を合成でき、この単色透過像を再構成してダイナミックレンジの広い断面像を再構成できる。

本発明に係る請求項３記載のＣＴ装置は、請求項２記載のＣＴ装置において、前記加算は前記色成分ごとにそれぞれの検出特性関数の傾斜の二乗に比例する重みを掛けた加算であることを要旨とする。

この構成により、放射線に対し感度の異なる色成分ごとの透過像を、非線形性補正を加えてから検出特性関数の傾斜（微分感度）の二乗の重みを掛けて加算することで、ダイナミックレンジを最大に広げた単色透過像を合成でき、この単色透過像を再構成してダイナミックレンジの広い断面像を再構成できる。

本発明に係る請求項４記載のＣＴ装置は、請求項１乃至３の何れかに記載のＣＴ装置において、前記加算は前記色成分ごとの検出器ノイズの２乗に反比例する重みを掛けた加算であることを要旨とする。

この構成により、検出器ノイズが色成分で異なる場合に、検出器ノイズの２乗に反比例する重みを掛けた加算をするのでダイナミックレンジを広げた単色透過像を合成でき、この単色透過像を再構成してダイナミックレンジの広い断面像を再構成できる。

本発明に係る請求項５記載のＣＴ装置は、請求項１乃至４の何れかに記載のＣＴ装置において、前記放射線可視光変換手段はカラーＸ線ＩＩで、前記撮像手段は赤、緑、青の３つの色成分の透過像データを出力するカラーカメラであることを要旨とする。

この構成により、放射線に対し感度の異なる赤、緑、青の３つの色成分ごとの透過像が得られる。

本発明に係る請求項６記載のＣＴ装置は、請求項１乃至４の何れかに記載のＣＴ装置において、前記放射線可視光変換手段はカラーシンチレータで、前記撮像手段は赤、緑、青の３つの色成分の透過像データを出力するカラーカメラであることを要旨とする。

この構成により、放射線に対し感度の異なる赤、緑、青の３つの色成分ごとの透過像が得られる。

本発明によれば、複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器を用いて、ダイナミックレンジの広い断面像の再構成を行うＣＴ装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係るＣＴ装置の構成を示した模式図（正面図）。 第一の実施形態に係る断層撮影に先立つ検出特性の較正のフロー図。 第一の実施形態に係る較正で得られた検出特性関数の例を示すグラフ。 第一の実施形態に係る断層撮影のフロー図。 第一及び第二の実施形態の効果を説明するための検出特性関数のグラフ。 第二の実施形態に係る断層撮影のフロー図。 従来のＣＴ装置の構成を示す模式図（正面図）。 複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器の検出特性曲線の例を示すグラフ。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（本発明の第一の実施の形態の構成）
以下、本発明の第一の実施形態の構成について図１を参照して説明する。

図１は本発明の第一実施形態に係るＣＴ装置の構成を示した模式図（正面図）である。

Ｘ線管（放射線源）１と、Ｘ線管１のＸ線焦点Ｆより放射されたＸ線の一部である角錐状のＸ線ビーム（放射線）２を２次元の分解能で検出するＸ線検出器（放射線検出手段）３とが対向して配置され、このＸ線ビーム２に入るようにテーブル４上に載置された被検体５を透過したＸ線ビーム２がＸ線検出器３により検出され、透過像（透過像データ）として出力される。

テーブル４は回転・昇降機構（走査手段）６上に配置され、回転・昇降機構６によりＸ線ビーム２の中央の線であるＸ線光軸Ｌの方向と垂直に交差する回転軸ＲＡに対して回転されるとともに、回転軸ＲＡと平行なｚ方向にｚ移動（昇降）される。

さらに、シフト機構７は、回転・昇降機構６と支柱８とをそれぞれＸ線光軸Ｌと平行なｙ方向に移動させることにより、回転軸ＲＡおよびＸ線検出器３をＸ線管１に近づけあるいは遠ざけて、撮影距離ＦＣＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）と検出距離ＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を変更する。

ここで、シフト機構７は目的に応じて撮影倍率（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を変更するために用いられ、回転・昇降機構６のｚ移動は被検体５の着目部をＸ線ビーム２の高さに合わせるのに用いられる。また、回転・昇降機構６の回転は断面像を撮影する場合に被検体５をＸ線ビーム２に対し回転させて、複数の回転位置で透過像を得るために用いられる。

Ｘ線検出器３はカラーＸ線イメージインテンシファイア（略してカラーＩ．Ｉ．（登録商標）、以下カラーＸ線ＩＩと記載する）（放射線可視光変換手段）３ａとカラーカメラ（撮像手段）３ｂより成る。

カラーＸ線ＩＩ３ａは、入力面３ａａのシンチレータ層と光電層とにより、入射した放射線（Ｘ線）の分布を光電子の分布に変換し、この光電子を加速して出力面３ａｂに結像させ出力面３ａｂのカラーシンチレータ層を発光させてカラー（多色）の可視光像に変換するものである。出力面３ａｂのカラーシンチレータ層は、色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ：赤、緑、青）ごとに発光特性曲線が異なる。すなわち電子の入射量に対しＲ，Ｇ，Ｂの順に感度が高い特性がある。

カラーカメラ３ｂは変換されたカラーの可視光像を撮影し色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとの透過像（透過像データ）をデジタルデータとして出力する。

構成要素として、他に、各機構部（回転・昇降機構６、シフト機構７）を制御し、また、Ｘ線検出器３からの透過像を処理する制御処理部９、処理結果等を表示する表示部９ａ、Ｘ線管１を制御するＸ線制御部（図示省略）等がある。

制御処理部９は通常のコンピュータで、ＣＰＵ、メモリ、ディスク（不揮発メモリ）、表示部９ａ、入力部（キーボードやマウス等）９ｂ、機構制御ボード、インターフェース、等より成っている。

制御処理部９は、機構制御ボードにより、各機構部６，７が出力する動作位置の信号を受けて各機構部６，７を制御して被検体の位置合わせやスキャン（断層撮影走査）等を行わせる他、透過像の収集指令パルス等をＸ線検出器３に送る。

また、制御処理部９は、断層撮影時にＸ線検出器３からの透過像を収集し、記憶し、再構成処理して被検体の断面像を作成し、表示部９ａに表示する。

また、制御処理部９は、Ｘ線制御部（図示省略）に指令を出し、管電圧、管電流を指定すると共に、Ｘ線の放射、停止の指示を行なう。管電圧、管電流は被検体に合わせて変えることができる。

図１に示すように、制御処理部９はソフトウエアを読み込んでＣＰＵが機能する機能ブロックとして、Ｘ線検出器３の検出特性の較正を行なう検出特性較正部９ｃ、断層撮影のスキャンをするためのスキャン制御部９ｄ、スキャンで得られた色成分ごとの透過像から単色透過像を合成する画像合成部（画像合成手段）９ｅ、合成した単色透過像あるいは色成分ごとの透過像の非線形性を補正する非線形性補正部（非線形性補正手段）９ｆと単色透過像から被検体の断面像を作成する再構成部（再構成手段）９ｇ、等を備えている。

（第一の実施の形態の作用）
図２ないし図４を参照して作用を説明する。

図２は第一の実施形態に係る断層撮影に先立つ検出特性の較正のフロー図である。

検出特性較正部９ｃは、ステップＳ１で管電圧・管電流、検出距離ＦＤＤを初期値に設定しＸ線を放射開始させる。

ステップＳ２で被検体なしのエアー透過像を収集し、そのときの撮影条件とともに制御処理部９内のメモリに記憶する。ステップＳ３で管電流の所定の範囲について撮影終了したかを判定し、終了してない場合は、ステップＳ４に進み管電流（あるいは管電圧、検出距離ＦＤＤ）を撮影未終了の値に変更し、さらにステップＳ２に戻ってエアー透過像を収集し、撮影条件とともに記憶する。

ステップＳ３で撮影終了と判定するとＸ線を放射停止し、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５で、検出特性較正部９ｃは、まず、得られた各色成分ごとのエアー透過像それぞれの中央部の平均明るさＲ，Ｇ，Ｂを求め、規格化した管電流Ｉに対する表（グラフ）の形態で、検出特性関数Ｒ_Ｉ（Ｉ），Ｇ_Ｉ（Ｉ），Ｂ_Ｉ（Ｉ）を作る。ここで、規格化した管電流とは管電圧、検出距離ＦＤＤを変更した場合、それを管電流の変化に置き換えた管電流である。なお、管電流とＸ線量は比例するので、Ｘ線量に対する検出特性関数が得られたことになる。

図３は較正で得られた検出特性関数の例を示すグラフである。

検出特性較正部９ｃは、さらに、検出特性関数Ｒ_Ｉ（Ｉ），Ｇ_Ｉ（Ｉ），Ｂ_Ｉ（Ｉ）に対し、式、
Ｔ_Ｉ（Ｉ）＝ｂ１・Ｒ_Ｉ（Ｉ）＋ｂ２・Ｇ_Ｉ（Ｉ）＋ｂ３・Ｂ_Ｉ（Ｉ） ……（１）
によって、重みｂ１、ｂ２、ｂ３を掛けて加算して、単色透過像データの検出特性関数Ｔ_Ｉ（Ｉ）を得る。ここで、ｂ１、ｂ２、ｂ３は所定の定数で、ここではそれぞれ１とする。

次に、検出特性較正部９ｃは、検出特性関数Ｒ_Ｉ（Ｉ），Ｇ_Ｉ（Ｉ），Ｂ_Ｉ（Ｉ），Ｔ_Ｉ（Ｉ）から、それぞれ、検出特性関数の逆関数、Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ），Ｉ_Ｔ（Ｔ）を、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｔの一ステップごとに（たとえば０，１，２，…で）表として求め、制御処理部９内のメモリに記憶する。この検出特性関数の逆関数が非線形性補正関数である。

なお、本実施形態で、検出特性の較正は頻繁に行なう必要はなく、ＣＴ装置の製造時やＸ線検出器３を交換した時、または定期点検の時などに行えばよい。

次に、図４は第一の実施形態に係る断層撮影のフロー図である。

ステップＳ１０でスキャン（断層撮影走査）が以下のように実施される。操作者がテーブル４に被検体５を載置し撮影条件を設定し、スキャン開始を指令入力すると、スキャン制御部９ｄは、Ｘ線を放射させ、被検体５を回転させながら、所定角度おきの複数の回転位置で色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとの透過像（透過像データ）を１回転に亘り収集し、制御処理部９内のメモリに記憶する。

ステップＳ１１で、画像合成部９ｅが単色透過像（単色透過像データ）を合成する。単色透過像の合成は、同一回転位置での色成分ごとの透過像Ｒ，Ｇ，Ｂに対し、式、
Ｔ＝ｂ１・Ｒ＋ｂ２・Ｇ＋ｂ３・Ｂ ……（２）
によって、重みｂ１、ｂ２、ｂ３を掛けて加算して、単色透過像Ｔを得る。ここで、加算は画素ごとに行われ、ｂ１、ｂ２、ｂ３は所定の定数で、ここではそれぞれ１とする。全ての回転位置の透過像について式（２）の計算を行い、それぞれ単色透過像Ｔを得る。

ステップＳ１２で、非線形性補正部９ｆが単色透過像Ｔに対し非線形性を補正する。非線形性補正は単色透過像Ｔの各画素に対し、記憶してある非線形性補正関数Ｉ_Ｔ（Ｔ）を用いて、式、
Ｉ_Ｔ＝Ｉ_Ｔ（Ｔ） ……（３）
を計算することで行われる。全ての回転位置の単色透過像Ｔに対して、それぞれ非線形性補正が行われる。

ステップＳ１３で、再構成部９ｇが各回転位置の非線形性補正後の単色透過像Ｉ_Ｔに対しそれぞれ対数変換やエアー補正等の前処理を行う。

ステップＳ１４で、各回転位置の前処理後の単色透過像Ｉ_Ｔを用いて被検体５の断面像（１枚ないし複数枚）を再構成する。再構成は、従来と同様で、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法）などを用いる。

（第一の実施の形態の効果）
図５は第一及び第二の実施形態の効果を説明するための検出特性関数のグラフである。

図５を参照して、第一の実施形態では、色成分ごとの透過像Ｒ，Ｇ，Ｂを単純加算して単色透過像Ｔを合成した後、非線形性補正を加えた単色透過像Ｉ_Ｔを得ているが、これは透過像Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれを非線形性補正した後、検出特性関数の傾斜（微分感度）で重み付けて加算平均するのと誤差は等価である。これは、式、
Ｉ_Ｔ（Ｔ）＝｛（ｄＲ_Ｉ／ｄＩ）・Ｉ_Ｒ（Ｒ）＋（ｄＧ_Ｉ／ｄＩ）・Ｉ_Ｇ（Ｇ）＋（ｄＢ_Ｉ／ｄＩ）・Ｉ_Ｂ（Ｂ）｝／（ｄＲ_Ｉ／ｄＩ＋ｄＧ_Ｉ／ｄＩ＋ｄＢ_Ｉ／ｄＩ） ……（４）
で表される（証明は後述）。Ｒ，Ｇ，Ｂの非線形性補正後の値Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）に検出特性関数の傾斜ｄＲ_Ｉ／ｄＩ，ｄＧ_Ｉ／ｄＩ，ｄＢ_Ｉ／ｄＩで重み付けて加算することで、誤差が少ない単色透過像が得られる。それは、同じＸ線量Ｉの画素は検出特性関数の傾斜の大きな色成分ほど微分感度が高くディテールの情報が増えて精度が高いので、精度の高い色成分に大きな重みを掛けて加算することで誤差が少なくなり、ＳＮ比が良くなってダイナミックレンジが広くなった単色透過像が合成できるためである。図５を参照して、Ｉが小さな時はＲの重みが大きく、Ｉが増すにつれてＲが飽和するためＧの重みが大きくなり、Ｉがずっと大きくなるとＧも飽和してくるためＢの重みが大きくなる。これにより飽和気味の傾斜の小さい色成分は重みが小さくできる。また、なだらかに連続して重みを変化させることができ、継ぎ目などが生じない。

従って、第一の実施形態によれば、複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器を用いて、放射線に対し感度の異なる色成分ごとの透過像Ｒ，Ｇ，Ｂを加算して単色透過像Ｔを合成した後、非線形性補正を加えることで、検出特性関数の傾斜（微分感度）で重み付けられてＳＮ比が良くなってダイナミックレンジが広くなった非線形性補正後の単色透過像が得られる。

これにより、ダイナミックレンジの広い単色透過像が得られるのでこれを用いてダイナミックレンジの広い断面像の再構成を行うことができる。

＜式（４）の証明＞
透過像Ｒ，Ｇ，Ｂを単純加算して単色透過像Ｔを合成した後、非線形性補正を加える（式（４）左辺）のと、透過像Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれを非線形性補正した後、検出特性関数の傾斜で重み付けて加算平均する（式（４）右辺）のと誤差は等価であることを証明する。

図５を参照して、まず、誤差（検出器ノイズ）がない場合、非線形性補正後の各値Ｉ_Ｔ（Ｔ），Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）は全て同じ値であるので、任意のａ１，ａ２，ａ３を用いた加算平均、
Ｉ＝（ａ１・Ｉ_Ｒ（Ｒ）＋ａ２・Ｉ_Ｇ（Ｇ）＋ａ３・Ｉ_Ｂ（Ｂ））／（ａ１＋ａ２＋ａ３） ……（５）
で得られた値ＩはＩ_Ｔ（Ｔ）に一致する。

次に、Ｒ，Ｇ，Ｂに正規分布の検出器ノイズσ_Ｒ，σ_Ｇ、σ_Ｂ（ｒｍｓ値：ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）が有ったとする。このノイズの非線形性補正後への波及を考える。

まず、合成してから非線形性補正する場合のノイズσ１（ｒｍｓ値）は、
σ１＝√（σ_Ｒ ^２＋σ_Ｇ ^２＋σ_Ｂ ^２）／（ｄＴ_Ｉ／ｄＩ）
＝√（σ_Ｒ ^２＋σ_Ｇ ^２＋σ_Ｂ ^２）／（ｄＲ_Ｉ／ｄＩ＋ｄＧ_Ｉ／ｄＩ＋ｄＢ_Ｉ／ｄＩ） ……（６）
となる。他方、非線形性補正してから、加算平均する場合のノイズσ２（ｒｍｓ値）は、
σ２＝√｛ａ１^２・σ_Ｒ ^２／（ｄＲ_Ｉ／ｄＩ）^２＋ａ２^２・σ_Ｇ ^２／（ｄＧ_Ｉ／ｄＩ）^２＋ａ３^２・σ_Ｂ ^２／（ｄＢ_Ｉ／ｄＩ）^２｝／（ａ１＋ａ２＋ａ３） ……（７）
となる。ここで、
ａ１＝ｄＲ_Ｉ／ｄＩ、ａ２＝ｄＧ_Ｉ／ｄＩ、ａ３＝ｄＢ_Ｉ／ｄＩ ……（８）
と置けば、σ２＝σ１となる。＜＞終了。

（第一の実施の形態の変形）
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。以下の変形例は組み合わせて適用することもできる。

（変形例１）
第一の実施形態で、合成の重み係数ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ１としたが、１でなくても良い。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂに正規分布の検出器ノイズσ_Ｒ，σ_Ｇ、σ_Ｂ（ｒｍｓ値）が有った場合、検出器ノイズの二乗に反比例するように選んでも良い。すなわち、式、
ｂ１：ｂ２：ｂ３＝１／σ_Ｒ ^２：１／σ_Ｇ ^２：１／σ_Ｂ ^２ …（９）
とすることで、色別透過像の検出器ノイズに違いがあった場合、誤差の少ない（ＳＮ比が良くダイナミックレンジが広い）単色透過像を合成できる。

（変形例２）
第一の実施形態で、非線形性が小さい場合、非線形性補正は省略できる。但し、非線形性は対数変換後で評価される。すなわち、リニアな（明るさＴとＸ線量Ｉの）グラフ上で直線でなくても、対数変換した（ＬＯＧ（Ｔ）とＬＯＧ（Ｉ）の）グラフ上で直線に近ければ非線形性は小さい。

例えば、検出特性が、
Ｔ＝Ｉ^γ ……（１０）
の場合でγが０．５のとき、リニアなグラフ上では検出特性関数は大きく曲がった曲線であるが、対数変換したグラフ上では、
ＬＯＧ（Ｔ）＝γ・ＬＯＧ（Ｉ） ……（１１）
となり、傾きがγの直線となって非線形性はない。

（変形例３）
第一の実施形態では、単色透過像の合成（Ｓ１１）と非線形性補正（Ｓ１２）を行なった後で対数変換（Ｓ１３）を行っているが、順番はこれには限れられない。例えば、対数変換、単色透過像合成、非線形性補正の順でも、単色透過像合成、対数変換、非線形性補正の順でもよい。

（本発明の第二の実施の形態の構成）
本発明の第二の実施形態の構成は図１の第一の実施形態の構成と同じであるので、説明は省略する。

（第二の実施の形態の作用）
第二の実施形態の作用で、断層撮影に先立つ検出特性の較正については図２、図３を用いて説明した第一の実施形態の場合とほぼ同じだが、検出特性関数の傾斜を求めることが追加される点のみが異なる。以下追加点のみ説明する。

図２のステップＳ５で、検出特性較正部９ｃは、非線形性補正関数Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ），Ｉ_Ｔ（Ｔ）を求めた後、Ｒ_Ｉ（Ｉ），Ｇ_Ｉ（Ｉ），Ｂ_Ｉ（Ｉ）それぞれの傾斜（微分感度）ｄＲ_Ｉ／ｄＩ，ｄＧ_Ｉ／ｄＩ，ｄＢ_Ｉ／ｄＩを、Ｒ，Ｇ，Ｂの一ステップごとに（たとえば０，１，２，…で）表として求め、制御処理部９内のメモリに記憶する。以下、この記憶した表をＲ，Ｇ，Ｂの関数としてｄＲ_Ｉ／ｄＩ（Ｒ），ｄＧ_Ｉ／ｄＩ（Ｇ），ｄＢ_Ｉ／ｄＩ（Ｂ）と記載する。

次に、図６を参照して断層撮影の作用を説明する。図６は第二の実施形態に係る断層撮影のフロー図である。

ステップＳ２０でスキャン（断層撮影走査）が以下のように実施される。操作者がテーブル４に被検体５を載置し撮影条件を設定し、スキャン開始を指令入力すると、スキャン制御部９ｄは、Ｘ線を放射させ、被検体５を回転させながら、所定角度おきの複数の回転位置で色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとの透過像（透過像データ）を１回転に亘り収集し、制御処理部９内のメモリに記憶する。

ステップＳ２１で、非線形性補正部９ｆが色成分ごとの透過像Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対し非線形性を補正する。非線形性補正は透過像Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に対し、記憶してある非線形性補正関数Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）を用いて、式、
Ｉ_Ｒ＝Ｉ_Ｒ（Ｒ），
Ｉ_Ｇ＝Ｉ_Ｇ（Ｇ），
Ｉ_Ｂ＝Ｉ_Ｂ（Ｂ） ……（１２）
を計算することで行われる。全ての回転位置の色成分ごとの透過像に対してそれぞれ非線形性補正が行われる。

ステップＳ２２で、画像合成部９ｅが単色透過像（単色透過像データ）を合成する。単色透過像の合成は、同一回転位置での色成分ごとの非線形性補正後の透過像Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｇ，Ｉ_Ｂに対し、式、
Ｉ_Ｔ＝ａ１・Ｉ_Ｒ＋ａ２・Ｉ_Ｇ＋ａ３・Ｉ_Ｂ ……（１３）
によって、重みａ１、ａ２、ａ３を掛けて加算して、単色透過像Ｉ_Ｔを得る。ここで、加算は画素ごとに行われ、全ての回転位置について式（１３）の計算を行い、それぞれ単色透過像Ｉ_Ｔを得る。

式（１３）で、重みａ１、ａ２、ａ３は、式、
ａ１：ａ２：ａ３＝｛ｄＲ_Ｉ／ｄＩ（Ｒ）｝^２：｛ｄＧ_Ｉ／ｄＩ（Ｇ）｝^２：｛ｄＢ_Ｉ／ｄＩ（Ｂ）｝^２ ……（１４）
で表されるように、それぞれ、記憶してある、Ｒ，Ｇ，Ｂにおける検出特性関数の傾斜（微分感度）の２乗に比例する重みとする。

ステップＳ２３で、再構成部９ｇが各回転位置の合成後の単色透過像Ｉ_Ｔに対しそれぞれ対数変換やエアー補正等の前処理を行う。

ステップＳ２４で、各回転位置の前処理後の単色透過像Ｉ_Ｔを用いて被検体５の断面像（１枚ないし複数枚）を再構成する。再構成は、従来と同様で、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法）などを用いる。

（第二の実施の形態の効果）
第二の実施形態によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの非線形性補正後の値Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）に対し検出特性関数の傾斜（微分感度）の２乗（ｄＲ_Ｉ／ｄＩ）^２，（ｄＧ_Ｉ／ｄＩ）^２，（ｄＢ_Ｉ／ｄＩ）^２に比例する重みを付けて加算することで、誤差が最小（ＳＮ比が最大）の透過像が得られる。その理由を以下に示す。

図５は第一及び第二の実施形態の効果を説明するための検出特性関数のグラフである。

図５を参照して、まず、誤差（検出器ノイズ）がない場合、非線形性補正後の各値Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）は全て同じ値である。

次に、Ｒ，Ｇ，Ｂに正規分布の検出器ノイズσ_Ｒ，σ_Ｇ，σ_Ｂ（ｒｍｓ値）が有ったとする。このノイズの非線形性補正後への波及を考える。Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）それぞれに波及するノイズσ_ＩＲ，σ_ＩＧ，σ_ＩＢ（ｒｍｓ値）は、
σ_ＩＲ＝σ_Ｒ／｛ｄＲ_Ｉ／ｄＩ（Ｒ）｝，
σ_ＩＧ＝σ_Ｇ／｛ｄＧ_Ｉ／ｄＩ（Ｇ）｝，
σ_ＩＢ＝σ_Ｂ／｛ｄＢ_Ｉ／ｄＩ（Ｂ）｝ ……（１５）
となる（図５参照）。ここで、理論、
「同一量を複数回測定してそれぞれ正規分布の誤差があるとき、各測定の誤差（ｒｍｓ値）の２乗に逆比例した重みを掛けて平均した場合、誤差が最小となる」
……（Ｍ１）
という理論を用いると、Ｉ_Ｒ（Ｒ），Ｉ_Ｇ（Ｇ），Ｉ_Ｂ（Ｂ）に対し、それぞれ、重みａ１、ａ２、ａ３として、式、
ａ１：ａ２：ａ３ ＝
｛ｄＲ_Ｉ／ｄＩ（Ｒ）｝^２／σ_Ｒ ^２：｛ｄＧ_Ｉ／ｄＩ（Ｇ）｝^２／σ_Ｇ ^２：｛ｄＢ_Ｉ／ｄＩ（Ｂ）｝^２／σ_Ｂ ^２ ……（１６）
の比率の重みをかけて平均するとＳＮ比が最大になる。式（１６）で、σ_Ｒ，σ_Ｇ，σ_Ｂが等しいとすると式（１４）になる。

従って、第二の実施形態によれば、複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器を用いて、放射線に対し感度の異なる色成分ごとの透過像をそれぞれ非線形性補正した後、それぞれの検出特性関数の傾斜（微分感度）の２乗に比例する重みを付けて加算することで、ＳＮ比が最大になってダイナミックレンジが広くなった単色透過像が得られる。

これにより、ダイナミックレンジの広い単色透過像が得られるのでこれを用いてダイナミックレンジの広い断面像の再構成を行うことができる。

＜理論（Ｍ１）について＞
簡単に説明する。
たとえば１回目に一つの量を１回測定して値Ｉ１、誤差σ１を得たとする。次に、２回目として同じ測定を４回行い平均して値Ｉ２、誤差σ２を得たとする。

このときσ２はσ１の１／√４倍となるので、理論に従えば１回目と２回目測定を１：４で重み（重率）をかけて平均すれば誤差最小となるはずである。実際、この平均は、
Ｉ＝（Ｉ１＋Ｉ２・４）／５
となり、同じ測定５回を同じ重みで平均したのと同じとなり、最小誤差でＩが得られる保証となる。＜＞終了

（第二の実施の形態の変形）
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。以下の変形例は組み合わせて適用することもできる。

（変形例１）
第二の実施形態では、色成分ごとの非線形性補正後の値に対し、式（１４）の重みを掛けて加算しているが、代わりに、式（１６）の重みを掛けて加算してもよい。これで、色成分ごとの検出器ノイズの二乗に反比例する重みを掛けて加算して合成することになる。この場合は、検出器ノイズが色成分で異なる場合に、誤差が最小の（ＳＮ比が最大でダイナミックレンジが広い）単色透過像が得られる。

（変形例２）
第二の実施形態では、非線形性補正（Ｓ２１）と単色透過像の合成（Ｓ２２）を行なった後で対数変換（Ｓ２３）を行っているが、順番はこれには限れられない。例えば、対数変換、非線形性補正、単色透過像合成の順でも、非線形性補正、対数変換、単色透過像合成の順でもよい。

（第一の実施の形態と第二の実施の形態の共通の変形）
以下の変形例は組み合わせて適用することもできる。

（変形例１）
第一あるいは第二の実施形態で、検出特性関数の較正において、検出特性関数Ｒ_Ｉ（Ｉ），Ｇ_Ｉ（Ｉ），Ｂ_Ｉ（Ｉ）を求める際に、Ｉ方向にスムージング（高周波数成分除去）を行って求めると較正時の測定誤差が均されて非線形性補正の誤差が減少する。

（変形例２）
第一あるいは第二の実施形態では非線形補正関数、及び検出特性関数の傾斜は表として記憶しているが、代わりに測定で求めたグラフに対し数式としてフィティングカーブを求め、数式として記憶してもよい。

（変形例３）
第一あるいは第二の実施形態ではカラーカメラ３ｂは透過像をデジタルデータとして出力するものを用いたが、アナログ出力として制御処理部９でデジタルデータに変換してもよい。

（変形例４）
第一あるいは第二の実施形態では、カラーＸ線ＩＩ（放射線可視光変換手段）３ａとカラーカメラ（撮像手段）３ｂで構成した放射線検出器を使用しているが、これには限られない。例えば、放射線可視光変換手段としてカラーシンチレータ層を持ったプレートを用いてもよく、また、電子を増幅するマイクロチャンネルプレートの入力面にシンチレータ層と光電層を設け、出力面にカラーシンチレータ層を設けたものを用いてもよい。

（変形例５）
第一あるいは第二の実施形態では、Ｘ線検出器３は３つの色成分（赤、緑、青）の透過像を出力するものであるが、色成分は赤、緑、青でなくてもよく、また、出力は２つの色成分でも４つ以上の色成分でも良い。この場合でも同様の処理で単色透過像を合成できる。

（変形例６）
第一あるいは第二の実施形態では、被検体を１回転させる通常のスキャンを行っているが、ハーフスキャンやオフセットスキャンやヘリカルスキャンを行ってもよい。

また、第一あるいは第二の実施形態では、Ｘ線ビーム２に対しテーブル４を回転させているが、回転は相対的であればよく、Ｘ線管１とＸ線検出器３を一体で回転させることでＸ線ビーム２を回転させてもよい。

また、第一あるいは第二の実施形態では、ＲＲ方式のＣＴ装置を例にしているが、透過の方向を変えるようテーブルと放射線を相対的に走査させる方式であればどのような方式でもよく、本発明は複数の色成分の透過像を出力する放射線検出器を用いるＣＴ装置には全て適用できる。

（変形例７）
第一あるいは第二の実施形態では、回転軸ＲＡがＸ線光軸Ｌの方向と垂直に交差するＣＴ装置を例にしているが、本発明は、直交していないいわゆる傾斜型ＣＴ装置（特開２００５−１０６５１５等参照）に対しても適用できる。

また、断面像を撮影する断層撮影装置（ラミノグラフあるいはトモシンセシス装置とも呼ばれる）に対しても適用できる。

（変形例８）
本発明は、放射線としては、Ｘ線だけでなく、被検体に応じ、γ線、マイクロ波等の被検体に対して透過性のある放射線を用いることができる。

１…Ｘ線管、２…Ｘ線ビーム、３…Ｘ線検出器、３ａ…カラーＸ線ＩＩ、３ａａ…入力面、３ａｂ…出力面、３ｂ…カラーカメラ、４…テーブル、５…被検体、６…回転・昇降機構、７…シフト機構、８…支柱、９…制御処理部、９ａ…表示部、９ｂ…入力部、９ｃ…検出特性較正部、９ｄ…スキャン制御部、９ｅ…画像合成部、９ｆ…非線形性補正部、９ｇ…再構成部、
１０１…Ｘ線管、１０２…Ｘ線ビーム、１０３…Ｘ線検出器、１０３ａ…Ｘ線ＩＩ、１０３ｂ…カメラ、１０４…テーブル、１０５…被検体、１０７…回転・昇降機構、１０８…制御処理部

Claims (6)

1. テーブル上に載置された被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出して透過像データとして出力する放射線検出手段と、前記被検体に対する前記透過の方向を変えるよう前記テーブルと前記放射線とを相対的に走査させる走査手段と、前記透過像データから前記被検体の断面像を再構成する再構成手段を有するＣＴ装置において、
   前記放射線検出手段は放射線を検出してカラーの可視光像に変換する放射線可視光変換手段と前記カラーの可視光像を撮影して色成分ごとの透過像データを出力する撮像手段より成り、
   前記色成分ごとの透過像データを互いに加算した単色透過像データを作る画像合成手段と、
   前記単色透過像データに前記単色透過像データの検出特性関数の逆関数で非線形性補正を加える非線形性補正手段を有し、
   前記再構成手段は複数の前記走査の位置で前記放射線検出手段により得た前記色成分ごとの透過像データを前記画像合成手段により互いに加算した前記単色透過像データに対して前記非線形性補正手段により前記非線形性補正を加えた後の単色透過像データを用いて前記被検体の断面像を再構成することを特徴とするＣＴ装置。
2. テーブル上に載置された被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出して透過像データとして出力する放射線検出手段と、前記被検体に対する前記透過の方向を変えるよう前記テーブルと前記放射線とを相対的に走査させる走査手段と、前記透過像データから前記被検体の断面像を再構成する再構成手段を有するＣＴ装置において、
   前記放射線検出手段は放射線を検出してカラーの可視光像に変換する放射線可視光変換手段と前記カラーの可視光像を撮影して色成分ごとの透過像データを出力する撮像手段より成り、
   前記色成分ごとの透過像データに対しそれぞれの検出特性関数の逆関数で非線形性補正を加える非線形性補正手段と、
   前記色成分ごとの透過像データを互いに加算した単色透過像データを作る画像合成手段を有し、
   前記再構成手段は複数の前記走査の位置で前記放射線検出手段により得た前記色成分ごとの透過像データを前記非線形性補正手段により補正してから前記画像合成手段により互いに加算した前記単色透過像データを用いて前記被検体の断面像を再構成することを特徴とするＣＴ装置。
3. 請求項２に記載のＣＴ装置において、
   前記加算は前記色成分ごとにそれぞれの検出特性関数の傾斜の二乗に比例する重みを掛けた加算であるＣＴ装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＣＴ装置において、
   前記加算は前記色成分ごとの検出器ノイズの２乗に反比例する重みを掛けた加算であるＣＴ装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＣＴ装置において、
   前記放射線可視光変換手段はカラーＸ線ＩＩで、前記撮像手段は赤、緑、青の３つの色成分の透過像データを出力するカラーカメラであるＣＴ装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＣＴ装置において、
   前記放射線可視光変換手段はカラーシンチレータで、前記撮像手段は赤、緑、青の３つの色成分の透過像データを出力するカラーカメラであるＣＴ装置。

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