JP5570716B2 - Ｘ線ｃｔ装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置およびそのためのプログラム（program）に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、被検体の同一部位を異なる設定管電圧にてスキャン（scan）することにより複数の設定管電圧の投影データ（data）を得、これらの投影データを基に所定の物質が強調または抑制された断層像や、あるＸ線管電圧相当の断層像等を再構成する撮像方法が知られている。

また、この撮像方法の１つとして、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または数ビュー（view）単位にて高速に切り換えながらスキャンする撮像方法が知られている。

このようなＸ線管電圧を高速に切り換える撮像方法によれば、断層像の再構成に必要なビュー角度分に相当する設定管電圧ごとの投影データを短時間で収集することができ、被検体の動きを抑えた撮像が可能となる。

ところで、Ｘ線管電圧を高速に切り換える上記の撮像方法では、１つのビューに対して１種類の設定管電圧での投影データしか得られない。つまり、収集された投影データを同一の設定管電圧について見ると、スキャンした全ビューのうち一部のビューが１または数ビュー間隔にて欠落することになる。

この問題を解消する１つの方法として、走査ガントリを複数回にわたって回転させてスキャンし、例えば、１回転目のスキャンと２回転目のスキャンとで、各ビュー方向に対応する設定管電圧を変えてスキャンする方法が考えられる（例えば、特許文献１，図２４参照）。
特開２００８−１５４７８４号公報

ところが、この方法では、スキャン時間が比較的長くなるため、被検体の被曝量が増大するという問題がある。

そこで、別の方法として考えられるのが、設定管電圧ごとに、実際に収集された投影データに基づいて欠落したビューの投影データを補う方法である。

例えば、設定管電圧８０ｋＶのファンビーム（fan beam）投影データと設定管電圧１４０ｋＶのファンビーム投影データとが交互に並ぶＮビュー分のファンビーム投影データＰＳから、フィルタ逆投影法に用いる投影データとして、設定管電圧８０ｋＶに対応するＮビュー分のパラレルビーム（parallel beam）投影データＰＳ_p80,Nと、設定管電圧１４０ｋＶに対応するＮビュー分のパラレルビーム投影データＰＳ_p140,Nとを求めることを考える。この場合、図１４に示すように、ファンビーム投影データＰＳから設定管電圧８０ｋＶに対応するＮ／２ビュー分のファンビーム投影データＰＳ_f80,N/2と、設定管電圧１４０ｋＶに対応するＮ／２ビュー分のファンビーム投影データＰＳ_f140,N/2とをそれぞれ抽出する。次に、抽出したファンビーム投影データＰＳ_f80,N/2のデータ値同士を加重加算処理して欠損ビューの投影データを補間し、設定管電圧８０ｋＶに対応するＮビュー分のファンビーム投影データＰＳ_f80,Nを得るとともに、抽出したファンビーム投影データＰＳ_f140,N/2のデータ値同士を加重加算処理して欠損ビューの投影データを補間し、設定管電圧１４０ｋＶに対応するＮビュー分のファンビーム投影データＰＳ_f140,Nを得る。そして、ファンビーム投影データＰＳ_f80,N/2のデータ値同士を加重加算処理して、いわゆるファンパラ変換（fan data to parallel data transformation）を行い、設定管電圧８０ｋＶのＮビュー分のパラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nを得るとともに、ファンビーム投影データＰＳ_f140,Nのデータ値同士を加重加算処理してファンパラ変換を行い、設定管電圧１４０ｋＶのＮビュー分のパラレルビーム投影データＰＳ_p140,Nを得る。

しかしながら、上記のように設定管電圧ごとに欠落したビューの投影データを補う方法では、その分だけ計算量が増大し、断層像を得るまでに時間が掛かるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または数ビュー単位にて繰り返し切り換えながらスキャンして断層像を再構成する撮像方法を用いる場合において、被検体への被曝量を増大させることなく、断層像をより高速に再構成することが可能なＸ線ＣＴ装置およびそのためのプログラムを提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、前記複数の設定管電圧の各々について、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集系を備えるＸ線ＣＴ装置であって、同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することにより、該同一の設定管電圧について前記欠落ビューを含む前記複数ビュー分のパラレルビーム投影データを算出するデータ変換手段を備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点では、本発明は、前記データ変換手段が、さらに、前記パラレルビーム投影データのデータ値を加重加算処理することにより、等間隔パラレルビーム投影データを算出する上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、前記複数の設定管電圧の各々について、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集系を備えるＸ線ＣＴ装置であって、同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することにより、該同一の設定管電圧について前記欠落ビューを含む前記複数ビュー分の等間隔パラレルビーム投影データを算出するデータ変換手段を備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点では、前記データ変換手段が、前記複数の設定管電圧の各々について、前記複数ビュー分のパラレルビーム投影データを算出しており、前記複数の設定管電圧の各々に対応する前記複数ビュー分のパラレルビーム投影データ同士を加重加算処理することにより、前記複数ビュー分の処理済投影データを得、該処理済投影データに基づいて重畳逆投影法により断層像を再構成する再構成手段をさらに備える上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記データ変換手段が、前記複数の設定管電圧の各々について、前記複数ビュー分の等間隔パラレルビーム投影データを算出しており、前記複数の設定管電圧の各々に対応する前記複数ビュー分の等間隔パラレルビーム投影データ同士を加重加算処理することにより、前記複数ビュー分の処理済投影データを得、該処理済投影データに基づいてフィルタ逆投影法により断層像を再構成する再構成手段をさらに備える上記第２の観点または第３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記再構成手段が、１次または高次の加重加算処理を行う上記第４の観点または第５の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点では、本発明は、前記データ変換手段が、パラレルビーム投影データを、該パラレルビーム投影データのビューに近接する複数のビューのファンビーム投影データに含まれるデータ値同士を加重加算処理することにより算出する上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、前記データ変換手段が、等間隔パラレルビーム投影データを、該等間隔パラレルビーム投影データのビューに近接する複数のビューのファンビーム投影データに含まれるデータ値同士を加重加算処理することにより算出する上記第３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点では、本発明は、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、同一の設定管電圧について収集された、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを受け取るステップ（step）と、前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することにより、前記欠落ビューを含む前記複数ビュー分のパラレルビーム投影データを算出するステップとをコンピュータ（computer）に実行させるプログラムを提供する。

第１０の観点では、本発明は、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、同一の設定管電圧について収集された、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを受け取るステップと、前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することにより、前記欠落ビューを含む前記複数ビュー分の等間隔パラレルビーム投影データを算出するステップとをコンピュータに実行させるプログラムを提供する。

ここで、欠落ビューとは、ある設定管電圧に着目したときに、Ｘ線管電圧がその着目した設定管電圧とは異なる設定管電圧に切り換わったために、着目した設定管電圧では投影データが収集されなかったビューを意味する。

また、ファンビーム投影データとは、各データ値に対応するＸ線のパスがファンビーム状となる投影データであり、パラレルビーム投影データとは、各データ値に対応するＸ線のパスがパラレルビーム状となる投影データを意味する。

また、等間隔パラレルビーム投影データとは、各データ値に対応するＸ線のパス（path）がチャネル（channel）方向に等間隔に並ぶパラレルビーム投影データを意味する。

また、１または複数のビュー単位とは、例えば、ビュー角度３６０度分を１０００ビュー程度としたときに、１ビューから５ビュー程度を１つの単位とする場合を考えることができる。

また、フィルタ（filter）逆投影法とは、投影データをフーリエ（Fourier
transformation）変換し、周波数空間で再構成関数を乗算し、逆フーリエ変換したものを逆投影して断層像を再構成する方法である。また、重畳逆投影法とは、再構成関数の逆フーリエ変換を求め、実空間上で投影データにこの逆フーリエ変換された再構成関数を重畳して逆投影し、断層像を再構成する方法であり、コンボリューション（convolution）逆投影法ともいう。フィルタ逆投影法および重畳逆投影法の詳細については、非特許文献「ＣＴ撮像技術学」（放射線技術学シリーズ，日本放射線技術学会監修，辻岡勝美・花井耕造共編，オーム社）等を参照されたい。

本発明によれば、各設定管電圧について、欠落したビューに対応する投影データを補間してからファンパラ変換を行うのではなく、ファンパラ変換時に、補間データを含まない実測されたファンビーム投影データのデータ値だけを用いて加重加算処理を行い、欠落したビューを含む全ビューに対してパラレルビーム投影データを算出する。これにより、ファンパラ変換前に行うべき欠落したビューに対する投影データの補間を排除し、計算量を減らすことができ、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または数ビュー単位にて繰り返し切り換えながらスキャンして断層像を再構成する撮像方法を用いる場合において、被検体への被曝量を増大させることなく、断層像をより高速に再構成することが可能となる。

これより、本発明にかかる実施の形態について説明する。

まず、本実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置１の全体構成について説明する。

図１は、Ｘ線ＣＴ装置１の外観図である。図１に示すように、本装置１は、走査ガントリ（gantry）（データ収集系）２、撮像テーブル（table）３、および操作コンソール（console）４を有する。

なお、ここでは、説明を容易にするため、鉛直方向をｙ方向（上向きを＋方向とする）、撮像テーブル３の長手方向をｚ方向（走査ガントリ２から離れる向きを＋方向とする）、ｙ方向とｚ方向とに垂直な方向をｘ方向（図中、右手前側への向きを＋方向とする）とする。

走査ガントリ２は、撮像空間である空洞部を挟んで相対向するＸ線管とＸ線検出器とを含む不図示のＸ線撮像系を有している。走査ガントリ２は、このＸ線撮像系を、空洞部に搬送された被検体の回りで回転させて被検体をスキャンし、投影データを収集する。

撮像テーブル３は、ｚ方向に移動可能な天板を有しており、被検体をこの天板に載置して天板を移動させることにより、被検体を走査ガントリ２の空洞部に搬送する。

操作コンソール４は、操作者の入力情報に基づいて走査ガントリ２および撮像テーブル３を制御し、走査ガントリ２から投影データを得て被検体の断層像を再構成する。

図２は、Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成を示すブロック（block）図である。走査ガントリ２は、Ｘ線管２１、コリメータ２２（collimator）およびＸ線検出器２３等を含み、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線管２１から放射されるＸ線は、コリメータ２２により、例えば扇状のファンビームＸ線となり、Ｘ線検出器２３に照射される。

Ｘ線検出器２３は、ファンビームＸ線の広がり方向に円弧状およびアレイ（array）状に配列された複数のＸ線検出素子を有する多チャンネル検出器である。

Ｘ線検出器２３にはデータ収集部２４が接続されている。データ収集部２４は、検出器アレイを構成する個々のＸ線検出素子の検出データを収集する。Ｘ線管２１からのＸ線の照射は、走査ガントリ２内のＸ線コントローラ（controller）２５によって制御される。

以上の、Ｘ線管２１からＸ線コントローラ２５までのものが、走査ガントリ２の回転部２６に搭載されている。ここで、被検体は、回転部２６の中心に位置する空洞部内の天板３１上に、横臥状態で載置される。回転部２６は、回転コントローラ２５により制御されつつ回転し、Ｘ線管２１からＸ線を照射し、Ｘ線検出器２３において被検体の透過Ｘ線を検出する。

操作コンソール４は、コンソール制御部４１、データ収集バッファ（buffer）４２、入出力部４３、記憶部４４等を含む。コンソール制御部４１にはデータ収集バッファ４２が接続されており、さらにデータ収集バッファ４２は、走査ガントリ２のデータ収集部２４に接続されている。ここで、データ収集部２４で収集されたデータがデータ収集バッファ４２を通じてコンソール制御部４１に入力される。

コンソール制御部４１は、データ収集バッファ４２を通じて収集した透過Ｘ線信号すなわち投影データを用いて断層像を再構成する。コンソール制御部４１には、また、記憶部４４が接続されている。記憶部４４は、データ収集バッファ４２に収集された投影データや再構成された断層像の情報および本装置の機能を実現するためのプログラム等を記憶する。

また、コンソール制御部４１には、入出力部４３が接続されている。入出力部４３は、表示装置および操作装置を有し、コンソール制御部４１から出力される断層像の情報やその他の情報を表示する。入出力部４３は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を操作装置からコンソール制御部４１に入力する。操作者は表示装置を使用してインタラクティブ（interactive）に本装置１を操作する。

また、コンソール制御部４１には、撮像テーブル３が接続されており、撮像テーブル３の高さ制御および天板の位置制御等を行う。これにより、天板上の被検体を、最適な画像取得位置に配置する。

なお、コンソール制御部４１は、本発明におけるデータ変換手段および再構成手段の一例である。

これより、Ｘ線ＣＴ装置１による断層像再構成処理について説明する。

図３は、Ｘ線ＣＴ装置１による断層像再構成処理の流れを示すフローチャート（flowchart）である。また、図４は、この断層像再構成処理におけるデータ変換の様子を示す図である。

ステップＳ１では、デュアルエネルギー（dual energy）撮像を行う。ここでは、図５に示すように、Ｘ線管２１のＸ線焦点Ｆを撮像空間の周りで回転させ、Ｘ線管電圧を低い設定管電圧８０ｋＶと高い設定管電圧１４０ｋＶとに１ビュー毎に交互に切り換えながら、画像再構成領域ＳＦＯＶ（回転部２６の回転中心ＩＳＯを中心とする撮像視野に相当する領域）にファンビームＸ線Ｘｆｂを照射して、ハーフスキャン（half scan）に相当するＮビュー分のスキャンを行う。例えば、ビュー番号が、ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，ｉ＋３，・・・と変化するとき、Ｘ線管電圧が、８０ｋＶ，１４０ｋＶ，８０ｋＶ，１４０ｋＶ，・・・と変化するようＸ線管電圧を切り換えてスキャンする。なお、スキャンとしては、例えば、アキシャルスキャン（axial scan）やヘリカルスキャン（helical scan）、シングルスライス（single slice）やマルチスライス（multi slice）等を考えることができるが、ここでは、被検体の同一部位に対するアキシャルスキャンとし、シングルスライスの投影データを収集するものとする。

このようなデュアルエネルギー撮像により、図４の第１段目に示すような、設定管電圧８０ｋＶのファンビーム投影データと設定管電圧１４０ｋＶのファンビーム投影データとが交互に並ぶＮビュー分のファンビーム投影データＰＳを収集する。ファンビーム投影データとは、図６に示すように、投影データの各データ値に対応するパス、すなわち画像再構成領域ＳＦＯＶを通過するＸ線のパスＰｔがファンビーム状となる投影データである。

図７は、ファンビーム投影データＰＳの拡大模式図である。図７において、横軸はＸ線検出器２３の円弧状のチャネル方向における位置、縦軸はビュー番号、黒丸ｐはファンビーム投影データを構成する実測されたデータ値である。横一列に並んだ黒丸のデータ値は、１つのビューのファンビーム投影データを構成する。例えば、図中の矢印Ｈ（ｉ）上に並ぶデータ値は、ビュー番号ｉに対応する設定管電圧８０ｋＶのファンビーム投影データＰ_f80（ｉ）を構成しており、矢印Ｈ（ｉ＋ａ）上に並ぶデータ値は、ビュー番号ｉ＋ａに対応する設定管電圧１４０ｋＶのファンビーム投影データＰ_ｆf140（ｉ＋ａ）を構成している。

ステップＳ２では、ファンビーム投影データＰＳから、図４の第２段目の左に示すような、設定管電圧８０ｋＶに対応するＮ／２ビュー分のファンビーム投影データＰＳ_f80,N/2を抽出し、ファンパラ変換処理およびチャネル方向等間隔化処理を行う。

ここで、本実施形態におけるファンパラ変換処理について説明する。

ファンパラ変換処理は、ファンビーム投影データをパラレルビーム投影データに変換する処理であるが、ここでは、設定管電圧８０ｋＶに対応するＮ／２ビュー分のファンビーム投影データに含まれるデータ値同士を加重加算処理（重み付け加算処理）することにより、欠落ビューを含む全Ｎビュー分のパラレルビーム投影データを算出する。なお、パラレルビーム投影データとは、図８に示すように、投影データの各データ値に対応するパス、すなわち画像再構成領域ＳＦＯＶを通過するＸ線のパスＰｔがパラレルビーム状となる投影データである。

図９は、設定管電圧８０ｋＶのファンビーム投影データＰＳ_f80,N/2に対するファンパラ変換処理を説明するための図である。図９において、横軸はＸ線検出器２３の円弧状のチャネル方向における位置、縦軸はビュー番号、黒丸は設定管電圧８０ｋＶのファンビーム投影データを構成する実測されたデータ値である。また、斜め矢印は、パスの方向が同じになるデータ値を貫くよう設けられたものであり、１つの斜め矢印上に並ぶデータ値が１つのビューのパラレルビーム投影データを構成する。例えば、図中の斜め矢印Ａ（ｉ＋２ａ）上に並ぶデータ値はビュー番号ｉ＋２ａに対応するパラレルビーム投影データＰ_p80（ｉ＋２ａ）を示しており、斜め矢印Ａ（ｉ＋３ａ）上に並ぶデータ値はビュー番号ｉ＋３ａに対応するパラレルビーム投影データＰ_p80（ｉ＋３ａ）を示している。なお、ここで、ａは適当な自然数であり、２ａは２×ａを意味する。

本ステップにおけるファンパラ変換処理は、この図９を参照して説明すると、ファンビーム投影データを構成する黒丸のデータ値に基づいて、各斜め矢印上に並ぶデータ値を求める処理である。ここでは、斜め矢印上の各位置、例えばＸ線検出器２３の円弧状のチャネル方向における各位置に対応するデータ値のうち、黒丸のデータ値と重複しない白丸で表されたデータ値を求める。白丸のデータ値は、その白丸のデータ値のビュー（第１のビュー）に近接する複数のビュー（第２のビュー）のファンビーム投影データに含まれる黒丸のデータ値同士を、白丸のデータ値と黒丸のデータ値との間の距離に基づく加重加算係数を用いて加重加算処理することにより得られる。

例えば、ビュー番号ｉ＋２ａに対応する斜め矢印Ａ（ｉ＋２ａ）上のチャネルｔに対応する白丸のデータ値ｐ_p80（i+2a,t）は、次式で表される加重加算処理により求める。
（数１）
ｐ_p80（i+2a,t）＝
Ｗ１（i+2a,t）×ｐ_f80（i,t）＋Ｗ２（i+2a,t）×ｐ_f80（i+2a,t）
但し、Ｗ１（i+2a,t）＝ｄ２（i+2a,t）／（ｄ１（i+2a,t）＋ｄ２（i+2a,t）），
Ｗ２（i+2a,t）＝ｄ１（i+2a,t）／（ｄ１（i+2a,t）＋ｄ２（i+2a,t））
…（数式１）
ここで、ｐ_f80（i,t）はビュー番号ｉ，チャネルｔに対応する黒丸のデータ値、ｐ_f80（i+2a,t）はビュー番号ｉ＋２ａ，チャネルｔに対応する黒丸のデータ値、Ｗ１（i+2a,t），Ｗ２（i+2a,t）は加重加算係数、ｄ１（i+2a,t）はデータ値ｐ_p80（i+2a,t）とｐ_f80（i,t）との間の距離、ｄ２（i+2a,t）はデータ値ｐ_p80（i+2a,t）とｐ_f80（i+2a,t）との間の距離である。

また例えば、ビュー番号ｉ＋３ａに対応する斜め矢印Ａ（ｉ＋３ａ）上のチャネルｔに対応する白丸のデータ値ｐ_p80（i+3a,t）は、次式で表される加重加算処理により求める。
（数２）
ｐ_p80（i+3a,t）＝
Ｗ１（i+3a,t）×ｐ_f80（i,t）＋Ｗ２（i+3a,t）×ｐ_f80（i+2a,t）
但し、Ｗ１（i+3a,t）＝ｄ２（i+3a,t）／（ｄ１（i+3a,t）＋ｄ２（i+3a,t）），
Ｗ２（i+3a,t）＝ｄ１（i+3a,t）／（ｄ１（i+3a,t）＋ｄ２（i+3a,t））
…（数式２）
ここで、ｐ_f80（i,t）はビュー番号ｉ，チャネルｔに対応する黒丸のデータ値、ｐ_f80（i+2a,t）はビュー番号ｉ＋２ａ，チャネルｔに対応する黒丸のデータ値、Ｗ１（i+3a,t），Ｗ２（i+3a,t）は加重加算係数、ｄ１（i+3a,t）はデータ値ｐ_p80（i+3a,t）とｐ_f80（i,t）との間の距離、ｄ２（i+3a,t）はデータ値ｐ_p80（i+3a,t）とｐ_f80（i+2a,t）との間の距離である。

このようにして、各斜め矢印、例えば、Ａ（ｉ＋２ａ），・・・，Ａ（ｉ＋３ａ），・・・について、斜め矢印上の各白丸のデータ値を求めると、図４の第３段目の左に示すような、設定管電圧８０ｋＶに対応するＮビュー分のパラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nが得られる。図１０は、パラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nの拡大模式図である。図１０において、斜め矢印上に並んだ黒丸および白丸のデータ値は、１つのビューのパラレルビーム投影データを構成する。例えば、図中の斜め矢印Ａ（ｉ＋２ａ）上に並ぶデータ値は、ビュー番号ｉ＋２ａに対応する管電圧８０ｋＶのパラレルビーム投影データＰ_p80（ｉ＋２ａ）を構成しており、斜め矢印Ａ（ｉ＋３ａ）上に並ぶデータ値は、ビュー番号ｉ＋３ａに対応する設定管電圧８０ｋＶのパラレルビーム投影データＰ_p140（ｉ＋３ａ）を構成している。

次に、本実施形態におけるチャネル方向等間隔化処理について説明する。

チャネル方向等間隔化処理は、パラレルビーム投影データを等間隔パラレルビーム投影データに変換する処理であるが、ここでは、設定管電圧８０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nに含まれるデータ値同士を加重加算処理することにより、等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nを生成する。なお、等間隔パラレルビーム投影データとは、図１１に示すように、投影データの各データ値に対応するパス、すなわち画像再構成領域ＳＦＯＶを通過するＸ線のパスＰｔが、画像再構成空間ＳＦＯＶにおける直線状のチャネル方向ＣＨ′において等間隔となるパラレルビーム投影データである。

上記のファンパラ変換により、パラレルビーム投影データのデータ値に対応するパスがＸ線検出器２３の円弧状のチャネル方向において等間隔に並ぶようファンパラ変換すると、図８に示すように、データ値に対応するパスは、画像再構成空間ＳＦＯＶの直線状のチャネル方向において不等間隔となる。しかし、本実施形態のように、フィルタ逆投影法により画像再構成する場合、不等間隔パラレルビーム投影データを用いると計算上の不都合が生じる。そこで、フィルタ逆投影法を用いる場合には、その不都合をなくすため、チャネル方向等間隔化処理を行う。

図１２は、設定管電圧８０ｋＶのパラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nに対するチャネル方向等間隔化処理を説明するための図である。図１２において、各斜め矢印上に並ぶ黒丸および白丸実線のデータ値は、先に求めたパラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nを構成するパラレルビーム投影データのデータ値である。

本ステップにおけるチャネル方向等間隔化処理は、この図１２を参照して説明すると、斜め矢印上に並ぶ黒丸および白丸実線のデータ値に基づいて、その斜め矢印上において中央付近で密になり外側付近で疎になるように並ぶデータ値を求める処理である。ここでは、斜め矢印上において中央付近で密になり外側付近で疎になるように並ぶデータ値のうち、黒丸または白丸実線のデータ値と重複しない白丸破線で表されたデータ値を求める。白丸破線のデータ値は、その白丸破線のデータ値に近接する複数の黒丸または白丸実線のデータ値を、白丸破線のデータ値とその黒丸または白丸実線のデータ値との間の距離に基づく加重加算係数を用いて加重加算することにより得られる。

このようにして、各ビューに対応する各斜め矢印、例えば、Ａ（ｉ＋２ａ），・・・，Ａ（ｉ＋３ａ），・・・について、斜め矢印上の各白丸破線のデータ値を求めると、図４の第４段目の左に示すような、設定管電圧８０ｋＶに対応するＮビュー分の等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nが得られる。図１３は、等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nの拡大模式図である。図１３において、斜め矢印上に並んだ黒丸、白丸実線および白丸破線のデータ値は、１つのビューの等間隔パラレルビーム投影データを構成する。例えば、図中の斜め矢印Ａ（ｉ＋２ａ）上に並ぶデータ値は、ビュー番号ｉ＋２ａに対応する設定管電圧８０ｋＶの等間隔パラレルビーム投影データＰ_ps80（ｉ＋２ａ）を構成しており、斜め矢印Ａ（ｉ＋３ａ）上に並ぶデータ値は、ビュー番号ｉ＋３ａに対応する設定管電圧８０ｋＶの等間隔パラレルビーム投影データＰ_p140（ｉ＋３ａ）を構成している。

ステップＳ３では、設定管電圧８０ｋＶの場合と同様に、投影データＰＳから、図４の第２段目の右に示すような、設定管電圧１４０ｋＶに対応するＮ／２ビュー分のファンビーム投影データＰＳ_f140,N/2を抽出し、ファンパラ変換処理およびチャネル方向等間隔化処理を行う。これにより、図４の第３段目の右に示すような、設定管電圧１４０ｋＶのパラレルビーム投影データＰＳ_p140,Nが得られ、その後、図４の第４段目の右に示すような、設定管電圧１４０ｋＶの等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps140,Nが得られる。

ステップＳ４では、投影データの加重加算処理を行う。すなわち、図４に示すように、設定管電圧８０ｋＶに対応する等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nと、設定管電圧１４０ｋＶに対応する等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps140,Nとを所定の加重加算係数Ｗ１，Ｗ２を用いて加重加算処理し、処理済み投影データＰＳ１を得る。これを式で表すと次式のようになる。
（数３）
ＰＳ１＝Ｗ１×ＰＳ_ps80,N＋Ｗ２×ＰＳ_ps140,N …（数式３）
このとき、加重加算係数Ｗ１，Ｗ２を調整することで、Ｘ線管電圧を８０ｋＶや１４０ｋＶとは異なる他のＸ線管電圧に設定したときと同等の投影データや、再構成したときに特定の物質が強調される断層像が得られるような投影データを得ることができる。また、この投影データの加重加算において、１次の項だけでなく、高次の項、例えば、Ｗ３×ＰＳ_ps80,N×ＰＳ _ps140,Nの項やＷ４×ＰＳ_ps80,N×ＰＳ_ps140,Nの項、Ｗ５×Ｓ_ps80,N×（ＰＳ_ps140,N）²の項やＷ６×（Ｓ_ps80,N）²×ＰＳ_ps140,Nの項などを加えると、ビームハードニング(beam hardening)補正等の非線形処理を同時に行うこともできる。

ステップＳ５では、画像再構成処理を行う。すなわち、ステップＳ４で得られた処理済み投影データＰＳ１に対してフィルタ逆投影法による画像再構成処理を施し、断層像を再構成する。再構成された断層像は、例えば、入出力部４３によって出力表示される。

このように、本実施形態によれば、各設定管電圧について、欠落したビューに対応する投影データを補間してからファンパラ変換を行うのではなく、ファンパラ変換時に、補間データを含まない実測されたファンビーム投影データのデータ値だけを用いて加重加算処理を行い、欠落したビューを含む全ビューに対してパラレルビーム投影データを算出する。これにより、ファンパラ変換前に行うべき欠落したビューに対する投影データの補間を排除し、計算量を減らすことができ、Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または数ビュー単位にて繰り返し切り換えながらスキャンして断層像を再構成する撮像方法を用いる場合において、被検体への被曝量を増大させることなく、断層像をより高速に再構成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、全ビュー分のパラレルビーム投影データを得る上で、投影データによる加重加算処理を複数の段階、例えば欠落ビューに対するファンビーム投影データの補間とファンパラ変換とに分けて行う必要がないため、加重加算処理を重ねて行うことによる投影データの精度低下のリスクを抑えることが可能となる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、ファンパラ変換処理とチャネル方向等間隔化処理とを別々に行っているが、これらの処理をアルゴリズム（algorithm）上１つにまとめ、１回の加重加算処理で行うようにしてもよい。すなわち、収集されたファンビーム投影データのうち、同一の設定管電圧に対応するビューのファンビーム投影データに含まれるデータ値同士を加重加算処理することにより、設定管電圧８０ｋＶおよび１４０ｋＶの各々について、データ値に対応するパスがチャネル方向に等間隔に並ぶ等間隔パラレルビーム投影データで構成される、Ｎビュー分の等間隔パラレルビーム投影データを算出するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、チャネル方向等間隔化処理により得られた等間隔パラレルビーム投影データに基づいて、フィルタ逆投影法により断層像を再構成しているが、チャネル方向等間隔処理を行う前の（不等間隔）パラレルビーム投影データに基づいて、重畳逆投影法により断層像を再構成するようにしてもよい。このようにすれば、フィルタ逆投影法を使わないので、チャネル方向等間隔化処理を行わなくても不都合なく断層像を再構成することができる。

また、上記の実施形態では、シングルスライスに対応する投影データを扱っているが、もちろんマルチスライス（multi slice）に対応する投影データであってもよい。この場合には、ファンパラ変換処理やチャネル方向等間隔化処理におけるデータ値の加重加算処理では、スライス方向を考慮した３次元的な加重加算処理を行い、断層像を再構成する際には３次元画像再構成処理を行うようにする。

また、上記の実施形態では、設定管電圧８０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nと、設定管電圧１４０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_ps140,Nとを加重加算処理して処理済み投影データＰＳ１を得、これを基に画像再構成処理して断層像を再構成しているが、設定管電圧８０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nと、設定管電圧１４０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_ps140,Nとの比を表す比投影データを算出し、比投影データを基に画像再構成処理して物質強調画像である断層像Ｇ_80/140を得るようにしてもよい。あるいは、設定管電圧８０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nに基づいて断層像Ｇ₈₀を再構成するとともに、設定管電圧１４０ｋＶに対応するパラレルビーム投影データＰＳ_ps140,Nに基づいて断層像Ｇ₁₄₀を再構成し、断層像Ｇ₈₀とＧ₁₄₀との比画像を物質強調画像して得るようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、Ｘ線管電圧を２種類の設定管電圧に切り換えているが、もちろん、３種類以上の設定管電圧に切り換えてもよい。また、切り換えパターンも、１ビュー単位で切り換えるパターンに限定されず、２以上の所定ビュー数単位にて切り換えるパターンであってもよいし、第１の管電圧で１ビュー分、第２の管電圧で２ビュー分というように切り換えてもよい。

また、上記の実施形態では、ファンパラ変換処理において、求めるべきデータ値のビューの両隣のビューに対応する投影データに含まれるデータ値を加重加算処理して、その求めるべきデータ値を求めているが、両隣のビューだけでなく、さらにその隣のビューを含めた複数ビューのデータ値を基に加重加算処理するようにしてもよい。この場合、通常通り欠落ビューに対応する投影データの補間とファンパラ変換とでデータ値の加重加算処理をそれぞれ行うと、算出されるデータ値の精度が悪くなるが、前述の通り、上記の実施形態では、ファンパラ変換前の欠落ビューに対応する投影データの補間が少ないため、算出されるデータ値の精度が劣化せず、再構成される断層像の画質の悪化、例えば空間分解能の劣化等を抑制することができる。

また、コンピュータを、上記のファンパラ変換処理やチャネル方向等間隔化処理、さらには、投影データの加重加算処理、画像再構成処理等を行う画像再構成装置として機能させるためのプログラムも、本発明の一実施形態である。

本発明の一実施形態であるＸ線ＣＴ装置１の外観図である。 Ｘ線ＣＴ装置１の全体構成を示すブロック図である。 Ｘ線ＣＴ装置１による断層像再構成処理の流れを示すフローチャートである。 断層像再構成処理におけるデータ変換の様子を示す図である。 Ｘ線ＣＴ装置１によるデュアルエネルギー撮像を説明するための図である。 ファンビーム投影データを説明するための図である。 ファンビーム投影データＰＳの拡大模式図である。 パラレルビーム投影データを説明するための図である。 ファンパラ変換処理を説明するための図である。 パラレルビーム投影データＰＳ_p80,Nの拡大模式図である。 等間隔パラレルビーム投影データを説明するための図である。 チャネル方向等間隔化処理を説明するための図である。 等間隔パラレルビーム投影データＰＳ_ps80,Nの拡大模式図である。 管電圧高速スイッチング法を用いた撮像技法における一般的なデータ変換の様子を示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線ＣＴ装置
２ 走査ガントリ
３ 撮像テーブル
４ 操作コンソール
２１ Ｘ線管
２２ コリメータ
２３ Ｘ線検出器
２４ データ収集部
２５ Ｘ線コントローラ
２６ 回転部
２７ 回転コントローラ
４１ コンソール制御部
４２ データ収集バッファ
４３ 入出力部
４４ 記憶部

Claims (10)

1. Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、前記複数の設定管電圧の各々について、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集系を備えるＸ線ＣＴ装置であって、
   
   同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値に基づいて、当該所定数分のビューに対応するパラレルビーム投影データを算出すると共に、当該同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューに挟まれた欠落ビューにおける欠落ファンビーム投影データに対応するパラレルデータを、当該欠落ファンビーム投影データを求めずに前記同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することによって算出するデータ変換手段を備えるＸ線ＣＴ装置。
   
2. 前記データ変換手段は、さらに、前記パラレルビーム投影データのデータ値を加重加算処理することにより、等間隔パラレルビーム投影データを算出する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
3. Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、前記複数の設定管電圧の各々について、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを収集するデータ収集系を備えるＸ線ＣＴ装置であって、
   
   同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値に基づいて、当該所定数分のビューに対応する等間隔パラレルビーム投影データを算出すると共に、当該同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューに挟まれた欠落ビューにおける欠落ファンビーム投影データに対応する等間隔パラレルデータを、当該欠落ファンビーム投影データを求めずに前記同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することによって算出するデータ変換手段を備えるＸ線ＣＴ装置。
   
4. 前記データ変換手段は、前記複数の設定管電圧の各々について、前記複数ビュー分のパラレルビーム投影データを算出しており、
   
   前記複数の設定管電圧の各々に対応する前記複数ビュー分のパラレルビーム投影データ同士を加重加算処理することにより、前記複数ビュー分の処理済投影データを得、該処理済投影データに基づいて重畳逆投影法により断層像を再構成する再構成手段をさらに備える請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
5. 前記データ変換手段は、前記複数の設定管電圧の各々について、前記複数ビュー分の等間隔パラレルビーム投影データを算出しており、
   
   前記複数の設定管電圧の各々に対応する前記複数ビュー分の等間隔パラレルビーム投影データ同士を加重加算処理することにより、前記複数ビュー分の処理済投影データを得、該処理済投影データに基づいてフィルタ逆投影法により断層像を再構成する再構成手段をさらに備える請求項２または請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
6. 前記再構成手段は、１次または高次の加重加算処理を行う請求項４または請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記データ変換手段は、パラレルビーム投影データを、該パラレルビーム投影データのビューに近接する複数のビューのファンビーム投影データに含まれるデータ値同士を加重加算処理することにより算出する請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
8. 前記データ変換手段は、等間隔パラレルビーム投影データを、該等間隔パラレルビーム投影データのビューに近接する複数のビューのファンビーム投影データに含まれるデータ値同士を加重加算処理することにより算出する請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
9. Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、同一の設定管電圧について収集された、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを受け取るステップと、
   
   前記同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値に基づいて、当該所定数分のビューに対応するパラレルビーム投影データを算出すると共に、当該同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューに挟まれた欠落ビューにおける欠落ファンビーム投影データに対応するパラレルデータを、当該欠落ファンビーム投影データを求めずに前記同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することによって算出するステップとをコンピュータに実行させるプログラム。
   
10. Ｘ線管電圧を複数の設定管電圧に１または複数のビュー単位にて繰り返し切り換えながら複数ビューについて被検体をスキャンすることにより、同一の設定管電圧について収集された、欠落ビューを挟んで存在する前記複数ビューより少ない所定数分のビューのファンビーム投影データを受け取るステップと、
    
    前記同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値に基づいて、当該所定数分のビューに対応する等間隔パラレルビーム投影データを算出すると共に、当該同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューに挟まれた欠落ビューにおける欠落ファンビーム投影データに対応する等間隔パラレルデータを、当該欠落ファンビーム投影データを求めずに前記同一の設定管電圧について収集された前記所定数分のビューのファンビーム投影データのデータ値を加重加算処理することによって算出するステップとをコンピュータに実行させるプログラム。

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