JP5595724B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、詳しくは、被検体の体軸方向に線質が異なるＸ線を放射するＸ線管を備えているＸ線ＣＴ装置に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ装置が備えているＸ線管は、陽極と陰極が被検体の体軸方向（ｚ方向）に配置されているものが多い（例えば特許文献１、図２，図５等参照）。

特開２００３−１１１７５４号公報

このようなＸ線管から放射されるＸ線の線質（Ｘ線スペクトル）は、そのヒール（heel）効果により、ｚ方向に不均一となる。つまり、陽極側では、陽極内をＸ線が透過する距離が長いため、Ｘ線の実効Ｘ線エネルギー（energy）が高い方にシフト（shift）して、相対的に”硬く”なり、陰極側では、陽極内をＸ線が透過する距離が短いため、Ｘ線の実効Ｘ線エネルギーが高い方にシフトせず、相対的に”軟らかく”なる。そして、このような線質の不均一性は、Ｘ線ビームのｚ方向の角度であるコーン（cone）角が大きくなるほどＸ線線質の差は顕著になる。このため、例えば、検出器列が６４列以上、特に２５６列や３２０列など、ｚ方向のＸ線検出器幅（カバレッジ（coverage））が１００〔ｍｍ〕を越えるようなＸ線ビームがワイドコーン（wide
cone）のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線線質の差が無視できなくなり、特に、ｚ方向のスキャン（scan）範囲の両端の断層像における物質（水や空気を除く）と画素値（ＣＴ値）との関係の不均一性が無視できなくなる。水だけのＣＴ値はｚ方向には均一に保たれるように調整されるが、その他の物質、例えば骨（カルシウム）や造影剤（ヨウ素）はＸ線線質の違いでＣＴ値が異なってきてしまう。例えば、ｚ方向にコンベンショナルスキャン（conventional scan）（アキシャルスキャン（axial scan）とも言う）やシネスキャン（cine scan）を連続して行い、ｘｚ面やｙｚ面のＭＰＲ（multi plane
reconstruction）画像やオブリーク（oblique）画像などを再構成すると、硬いＸ線でスキャンされた陽極側の断層像と、軟らかいＸ線でスキャンされた陰極側の断層像とが隣り合わせとなり、ＭＰＲ画像でのｚ方向の不連続が目立ち、バンディングアーチファクトとなる。

このため、被検体の体軸方向の複数の位置での画像を生成する際に、これらの画像における物質と画素値との関係を調整することができるＸ線ＣＴ装置が望まれている。

第１の観点の発明は、被検体の体軸方向に線質が異なるＸ線を放射するＸ線管と、多列検出器と、前記被検体のスキャン範囲に対してコンベンショナルスキャンによりデュアルエネルギー（dual energy）撮影を行い、第１のＸ線管電圧のＸ線による第１の投影データ（data）と、前記第１のＸ線管電圧とは異なる第２のＸ線管電圧のＸ線による第２の投影データとを収集するデータ収集手段と、前記第１および第２の投影データに基づいて、所望の実効Ｘ線エネルギーのＸ線にて撮影した場合に得られる画像を得るための処理を行い、前記体軸方向における複数の位置の画像を生成する生成手段とを備えており、該生成手段は、生成される画像の実質的な実効Ｘ線エネルギーが調整可能な前記処理の条件を、生成する画像の前記体軸方向の位置に応じて変えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点の発明は、１回のコンベンショナルスキャンによりスキャンされる前記体軸方向の領域における各位置と、該位置の画像を生成する際に用いるべき前記条件との関係であって、前記領域における各位置の画像を前記処理により生成した場合に、これらの画像における所定の物質の画素値が一定となるように定められた関係を記憶する記憶手段をさらに備えており、前記生成手段が、前記記憶されている関係を参照して、前記条件を決定する上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点の発明は、操作者による入力に基づいて、前記所望の実効Ｘ線エネルギーを設定する設定手段をさらに備えており、前記記憶手段が、複数の実効Ｘ線エネルギーについて、該実効Ｘ線エネルギーが前記所望の実効Ｘ線エネルギーである場合に参照すべき前記関係を記憶しており、前記生成手段が、前記記憶されている複数の関係のうち前記所望の実効Ｘ線エネルギーと同じ実効Ｘ線エネルギーに対応する関係若しくはその近傍の実効Ｘ線エネルギーに対応する関係、または該関係を用いた補間により得られる関係を参照する上記第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点の発明は、前記処理が、前記複数の位置の各々について、該位置のスライスに対応する前記第１および第２の投影データに対して互いに異なる第１および第２の加重減算処理を行って、２種類の投影データを得、該２種類の投影データをそれぞれ画像再構成処理して第１および第２の画像を得、該第１および第２の画像に対して加重加算処理を行う処理であり、前記条件が、前記第１および第２の加重減算処理および／または前記加重加算処理に用いる重み付けである上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点の発明は、前記処理が、前記複数の位置の各々について、該位置のスライスに対応する前記第１および第２の投影データをそれぞれ画像再構成処理して２種類の画像を得、該２種類の画像に対して互いに異なる第１および第２の加重減算処理を行って、第１および第２の画像を得、該第１および第２の画像に対して加重加算処理を行う処理であり、前記条件が、前記第１および第２の加重減算処理および／または前記加重加算処理に用いる重み付けである上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点の発明は、前記所定の物質が、水、脂肪、ヨウ素、およびカルシウム（calcium）の少なくとも１つである上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点の発明は、前記関係が、前記所定の物質を含んでいるファントム（phantom）をコンベンショナルスキャンして得られた画像の画素値に基づいて定められている上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点の発明は、前記スキャン範囲が、１回のコンベンショナルスキャンによりスキャンされる前記体軸方向の領域より広い範囲であり、前記データ収集手段が、前記領域が前記体軸方向に隣接または一部重複した複数回のコンベンショナルスキャンを行う上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点の発明は、前記生成された画像に基づいて、前記体軸方向とは異なる所定の方向に沿った画像を再構成し表示する表示手段をさらに備えている上記第８の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

上記観点の発明のＸ線ＣＴ装置によれば、上記構成により、所望の実効Ｘ線エネルギーのＸ線にて撮影した場合に得られる画像を得るための処理を行って、被検体の体軸方向における複数の位置の画像を生成することとし、さらに、生成される画像の実質的な実効Ｘ線エネルギーが調整可能な上記処理の条件を、生成する画像の上記体軸方向の位置に応じて変えることができ、上記体軸方向の複数の位置での画像を生成する際に、これらの画像における物質と画素値との関係を調整することができる。

本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。 本実施形態におけるＸ線管の概略構成とＸ線線質の空間的な不均一性を示す図である。 本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を機能的に表した機構ブロック（block）図である。 モノクロマチック（monochromatic）断層像を生成する処理を概略的に示す図である。 処理条件関係を求めるための撮影に用いるファントムの一例を示す図である。 処理条件関係を求めるための撮影方法を説明するための図である。 ｚ方向の各座標位置の断層像におけるヨウ素水溶液の画素値の一例を示す図である。 ｚ方向の座標位置Ｂ６４のモノクロマチック断層像のヨウ素水溶液の画素値であるＣＴ値の変化の一例を示す図である。 処理条件関係の一例を示す図である。 本実施形態のＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフローチャート（flowchart）である。 被検体に設定されたスキャン範囲の一例を示す図である。 モノクロマチック断層像の生成処理を示すフローチャートである。 本実施形態により表示されるｘｚ面のＭＰＲ画像の一例を示す。 従来の方法により表示されるｘｚ面のＭＰＲ画像の一例を示す。

以下、発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。なお、撮影テーブル１０および走査ガントリ２０は、発明におけるデータ収集手段の一例である。

操作コンソール１は、操作者からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体４０をスキャンするための各部の制御や各種演算などを行う中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラム（program）やデータなどを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の開口部Ｂに搬入・搬出するクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な水平方向をｘ方向とする。

走査ガントリ２０は、回転部１５と、回転部１５を回転可能に支持する支持部１６とを有する。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をコリメート（collimate）するコリメータ（collimator）２３と、Ｘ線管２１から照射され、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力を投影データに変換して収集するデータ収集装置（ＤＡＳ；Data Acquisition System）２５と、Ｘ線コントローラ２２，コリメータ２３，ＤＡＳ２５の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載される。Ｘ線検出器２４は、例えば、ｚ方向の幅が０．６２５〔ｍｍ〕の検出器列がｚ方向に２５６列配列された多列検出器である。支持部１６は、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を具備する。回転部１５と支持部１６とは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。

図２は、本実施形態におけるＸ線管の概略構成とＸ線線質のｚ方向の不均一性を示す図である。図２に示すように、Ｘ線管２１は、陽極２１ａおよび陰極２１ｃを有しており、これらはｚ方向に所定の距離をおいて配置されている。陰極２１ｃから放出された電子ビームが陽極２１ａに衝突し、焦点２１ｆからチャネル方向およびｚ方向に広がるＸ線ビーム８１を放射する。Ｘ線ビーム８１の線質は、陽極２１ａ側が陽極内をＸ線が透過する距離が長いため、X線が硬くなり（実効Ｘ線エネルギーが高い方にシフトし）、陰極２１ｃ側が陽極内をＸ線が透過する距離が短いため、X線が軟らかくなる（実効Ｘ線エネルギーが高い方にシフトしない）。これをＸ線線質のヒール効果という。なお、Ｘ線管２１およびＸ線検出器を回転軸ＩＣのまわりに回転させて、１回のコンベンショナルスキャンを行った場合にスキャンされるｚ方向のスキャン領域Ｒは、回転軸ＩＣ上でのＸ線８１のｚ方向の幅ｄの領域となる。また、スキャン領域Ｒにおいて断層像が生成される各Ｚ座標位置は、陽極側においては中心からＡ１〜ＡＮとし、陰極側においては中心からＢ１〜ＢＮとする。

図３は、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を機能的に表した機構ブロック図である。この図では、操作コンソールの要部を機能的に表している。

Ｘ線ＣＴ装置１００の操作コンソール１は、スキャン条件設定部５１、スキャン制御部５２、モノクロマチック断層像生成部（生成手段）５３、目標実効Ｘ線エネルギー設定部５４（設定手段）、処理条件記憶部（記憶手段）５５、および表示制御部（表示手段）５６を備えている。

スキャン条件設定部５１は、操作者による入力に基づいてスキャン条件を設定するが、ここでは、少なくともｚ方向のスキャン範囲ＳＲ、すなわちスキャン開始位置Ｚｓおよびスキャン終了位置Ｚｆを設定する。

スキャン制御部５２は、撮影テーブル１０および走査ガントリ２０を制御して、被検体４０のスキャン範囲ＳＲに対してコンベンショナルスキャンによるデュアルエネルギー撮影を行う。例えば、Ｘ線管電圧を互いに異なる第１のＸ線管電圧と第２のＸ線管電圧とに１ビュー（view）または数ビュー単位で交互に切り換えながらコンベンショナルスキャンを行って、所定ビュー角度分の投影データを収集する。あるいは、Ｘ線管電圧を第１のＸ線管電圧にしてコンベンショナルスキャンを１回転行って、所定ビュー角度分の投影データを収集し、Ｘ線管電圧を第２のＸ線管電圧に切り換えてコンベンショナルスキャンを１回転行って、所定ビュー角度分の投影データを収集する。これにより、第１のＸ線管電圧のＸ線による第１のＸ線管電圧投影データと、第２のＸ線管電圧のＸ線による第２のＸ線管電圧投影データとを収集する。スキャン範囲ＳＲが１回のコンベンショナルスキャンでスキャン可能なｚ方向のスキャン領域Ｒを越えているときは、このようなコンベンショナルスキャンを複数回、すなわち、スキャン領域がｚ方向に隣接、または一部がオーバーラップするように、ｚ方向における複数の位置で行う。なお、上記第１および第２のＸ線管電圧は、例えば１４０〔ｋＶｐ〕と８０〔ｋＶｐ〕である。また、上記所定ビュー角度分は、例えばπ＋Ｘ線ビーム（beam）のファン（fan）角α〔ｒａｄ〕分または２π〔ｒａｄ〕分である。

モノクロマチック断層像生成部５３は、スキャン範囲ＳＲの各位置について、当該位置に対応する第１および第２のＸ線管電圧投影データに基づいて、モノクロマチック断層像を生成する。モノクロマチック断層像は、Ｘ線がより単色に近い所定の実効Ｘ線エネルギーのＸ線にて被検体４０を撮影した場合に得られる断層像と同等の断層像であり、ビームハードニングの影響が低減されている断層像である。この断層像の実効Ｘ線エネルギーは、モノクロマチック断層像の生成処理における処理条件を変えることで自由に変化させることができる。

ここで、モノクロマチック断層像の生成処理について説明する。

図４は、モノクロマチック断層像を生成する処理を概略的に示す図である。図４に示すように、まず、第１および第２のＸ線管電圧投影データＰHV，ＰLVに対して、対数変換、線質硬化補正、Ｘ線検出器の感度補正等を含む所定の前処理を行う。次に、前処理された第１および第２のＸ線管電圧投影データＰHV，ＰLVに所定の再構成関数を重畳する。再構成関数が重畳された第１および第２のＸ線管電圧投影データＰHV，ＰLVに対して互いに異なる第１および第２の高次加重加算処理を行う。または再構成関数を重畳する前の第１および第２のＸ線管電圧投影データＰHV，ＰLVに対して高次加重加算処理を行い、第１の物質の密度分布を強く表す第１の物質密度投影データと、第２の物質の密度分布を強く表す第２の物質密度投影データとを得る。

被検体の投影データまたはこれを基に再構成される断層像は、互いに異なる２種類の物質の密度分布を表す投影データまたはそのＸ線吸収係数を表す投影データの高次加重加算処理または加重加算処理により求められる。このため、第１のＸ線管電圧投影データＰHVと第２のＸ線管電圧投影データＰLVに対して、第１の高次加重減算処理を行うことにより、第１の物質の成分が抑制され、第２の物質の密度分布を強く表す第２の物質密度投影データＰが得られる。同様に、第１のＸ線管電圧投影データＰHVと第２のＸ線管電圧投影データＰLVに対して、第２の高次加重減算処理を行うことにより、第２の物質が抑制され、第１の物質を強く表す第１の物質密度投影データが得られる。

ここでは、一例として、第１の物質を水、第２の物質をヨウ素とし、第１の物質密度投影データとして、水の密度分布を表す水密度投影データＰwを得、第２の物質密度投影データとして、ヨウ素の密度分布を表すヨウ素密度投影データＰioを得る。

次に、水密度投影データＰwと、ヨウ素密度投影データＰioに対して、必要に応じて画像再構成関数を重畳し、それぞれ画像再構成処理を行い、水密度断層像Ｇwとヨウ素密度断層像Ｇioとを得る。

なお、第１の高次加重減算処理の係数は、水密度断層像Ｇwにおいてヨウ素の密度が略０（ゼロ）になるように定める。また、第２の高次加重減算処理の係数は、ヨウ素密度断層像Ｇioにおいて水の密度が略０（ゼロ）になるように定める。

次に、図４に示すように、水密度断層像Ｇwとヨウ素密度断層像Ｇioとを各実効X線エネルギーにおける水とヨウ素のＸ線吸収値を考慮した加重加算係数を用いて、加重加算処理を行うことで、所定の実効Ｘ線エネルギー相当、Ｘ線管電圧ＮＶ相当のモノクロマチック断層像Ｇmを得る。

モノクロマチック断層像Ｇmは、例えば次の数式に従って加重加算処理を行うことにより求めることができる。

ここで、ｋｅＶ１はＸ線管電圧ＮＶに対応する実効Ｘ線エネルギー、μw（ｋｅＶ１）は実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１のＸ線に対する水のＸ線吸収係数、μio（ｋｅＶ１）は実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１のＸ線に対するヨウ素のＸ線吸収係数、ｋｃはＸ線管電圧ＮＶ相当の断層像の画素値をＣＴ値に変更するための変更係数である。なお、ＣＴ値は、周知の通り、物質のＸ線吸収の程度を示す値であり、空気のＣＴ値は−１０００〔ＨＵ〕、水のＣＴ値は０〔ＨＵ〕で表される。

モノクロマチック断層像Ｇmを求めるための加重加算処理を表す数式５において、水密度断層像Ｇwに乗算する重み係数はｋｃ・μw（ｋｅＶ１）であり、ヨウ素密度断層像Ｇioに乗算する重み係数はｋｃ・μio（ｋｅＶ１）である。これらのμw，μioは、実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１により変化する。

ちなみに、上記の手法では、第１および第２のＸ線管電圧投影データに対して、互いに異なる第１および第２の加重減算処理を行って２種類の物質密度投影データを得、これら２種類の物質密度投影データをそれぞれ画像再構成処理して、第１および第２の物質密度断層像を得ている。しかし、第１および第２のＸ線管電圧投影データをそれぞれ画像再構成処理して２種類の断層像を得、これら２種類の断層像に対してビームハードニング処理を行った後、互いに異なる第１および第２の加重減算処理を行って、第１および第２の物質密度断層像を得ることもできる。

また、上記の加重減算処理や加重加算処理としては、一次線形加重減算処理や一次線形加重加算処理に限らず、高次線形加重減算処理や高次線形加重加算処理などを用いることもできる。

なお、モノクロマチック断層像Ｇmの生成処理の詳細については、例えば米国特許文献ＵＳ２００９／００５２６１２Ａ１を参照されたい。

ところで、Ｘ線管から放射されるＸ線の線質は、ヒール効果により、ｚ方向に不均一となる。つまり、第１のＸ線管電圧によるＸ線および第２のＸ線管電圧によるＸ線の線質が、Ｘ線焦点の陽極側と陰極側とで異なる。そのため、上記のモノクロマチック断層像Ｇmの生成処理において、この処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を固定しても、コンベンショナルスキャンのｚ方向のスキャン領域Ｒに対する位置が変わると、その位置について生成されるモノクロマチック断層像Ｇmの真の実効Ｘ線エネルギーも陽極側と陰極側とで僅かに変化する。すなわち、同じスキャン領域Ｒにおけるモノクロマチック断層像Ｇmであっても、同じ物質に対応する画素値が断層像間で僅かにずれることとなる。

そこで、ｚ方向の所定の位置についてモノクロマチック断層像Ｇmを生成する場合、この所定の位置のスライスがコンベンショナルスキャンされた時のスキャン領域Ｒに対するこの位置に応じて、モノクロマチック断層像Ｇmの生成処理における処理条件を変え、ヒール効果による画素値のずれを低減するようにする。

ここで、その具体的な方法の一例について説明する。ただし、生成するモノクロマチック断層像Ｇmの実効Ｘ線エネルギーとして目標とすべき実効Ｘ線エネルギー（以下、目標実効Ｘ線エネルギーという）ｋｅＶａを６５〔ｋｅＶ〕とし、スキャン領域Ｒにおける断層像の数を、ｚ方向の位置Ａ１２８〜Ａ１，Ｂ１〜Ｂ１２８についての２５６枚とする。

まず、図５に示すようなファントム４２を用意する。このファントム４２は、水の入ったアクリル円柱容器の中に、例えば、Ｘ線管電圧１２０〔ｋＶｐ〕でＣＴ値１００〔ＨＵ〕から５００〔ＨＵ〕程度までのヨウ素水溶液が入った細い円柱容器を数本配置したファントムである。ファントム４２の大きさは、アクリル円柱容器の長さはスキャン領域Ｒを越える程度の長さ、例えば３０〔ｃｍ〕程度の長さであり、その径は例えば２０〔ｃｍ〕程度であり、内部の円柱容器の内径は例えば１．５〔ｃｍ〕程度である。

次に、図６に示すように、ファントム４２をその円柱軸が走査ガントリ２０の回転軸ＩＣと一致するように撮影空間に設置し、コンベンショナルスキャンまたはシネスキャンによりデュアルエネルギー撮影する。

処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を６５〔ｋｅＶ〕として、ｚ方向の各位置Ａ１２８〜Ａ１，Ｂ１〜Ｂ１２８のモノクロマチック断層像Ｇmを生成する。これらのモノクロマチック断層像Ｇmに基づいて、ｚ方向の各座標位置におけるファントム４２内のヨウ素水溶液部分の画素値（ＣＴ値）を求めると、図７に示すようにその画素値ｇｉがｚ方向に変化する。つまり、陰極側のＸ線がより軟らかく、陽極側のＸ線がより硬くなっているため、Ｘ線の線質がｚ方向に異なり、デュアルエネルギー撮影によるモノクロマチック断層像Ｇmにおけるヨウ素水溶液部分が一定の画素値でなくなっている。そこで、例えばＡ１，Ｂ１の断層像のヨウ素水溶液部分が２１０〔ＨＵ〕で、これにｚ方向の各座標位置の断層像のヨウ素水溶液部分の画素値を合わせることを考える。例えば、Ｂ６４の断層像のヨウ素水溶液部分の画素値が２２０〔ＨＵ〕だとすると、図８に示すようなｚ方向座標位置がＢ６４のモノクロマチック断層像Ｇmの画素値ｇｉの変化曲線において、ｋｅＶ１が６５〔ｋｅＶ〕で２２０〔ＨＵ〕だったものを、Ａ１，Ｂ１の断層像のヨウ素水溶液部分の画素値２１０〔ＨＵ〕に合わせるために、Ｂ６４のモノクロマチック断層像ＧmのｋｅＶ１を６７〔ｋｅＶ〕にして、ヨウ素水溶液部分の画素値を２１０〔ＨＵ〕にする。

このような調整を、ｚ方向の各座標位置の断層像について行えば、ｚ方向におけるヨウ素に対する画素値を均一にすることができ、他の物質についても画素値を略均一にすることができる。

目標実効Ｘ線エネルギー設定部５４は、操作者による入力に基づいて、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔを設定する。なお、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔは、別の言い方をすると、従来のＸ線ＣＴ撮影により被検体４０を撮影することを想定した場合に、設定したいと考えるＸ線管電圧と相関がある実効Ｘ線エネルギーである。

処理条件記憶部５５は、モノクロマチック断層像生成部５３が、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに合わせてモノクロマチック断層像Ｇmを生成する際に、その生成処理に用いるべき処理条件を、複数の実効Ｘ線エネルギーについて記憶している。ただし、上述したように、処理条件は、モノクロマチック断層像Ｇmの生成対象となるｚ方向の位置に応じて変える必要がある。したがって、処理条件記憶部５５は、実際には、１回のコンベンショナルスキャンによるスキャン領域Ｒにおけるｚ方向の位置と、モノクロマチック断層像生成部５３がこの位置の断層像について、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに合わせてモノクロマチック断層像Ｇmを生成する際に、その生成処理に用いるべき処理条件との関係（以下、処理条件関係という）を記憶している。そして、この処理条件関係は、モノクロマチック断層像生成部５３がスキャン領域Ｒにおける各位置の断層像を生成した場合に、これらの断層像における所定の物質（空気は除く）に対応する画素値（ＣＴ値）が実質的に一定となるように定められた関係である。所定の物質としては、例えば、水、脂肪、ヨウ素、およびカルシウムの少なくとも１つを考えることができる。

なお、処理条件としては、例えば、上記のモノクロマチック断層像Ｇmの生成処理における加重減算処理や加重加算処理の重み付けなどを考えることができるが、本例では、この加重加算処理の重み付けとし、より具体的には、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１の値とする。一般的に、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１は、操作者により所望の値が設定される。そのため、実装では、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を、元々変動するパラメータ（parameter）の１つと考えられるので、これを、生成する断層像のｚ方向の位置に応じて変化させる処理条件とするとよい。

また、処理条件関係は、上記の所定の物質を含んでいるファントムをコンベンショナルスキャンにより撮影し、これによって得られた断層像の画素値に基づいて定めることができる。例えば、図５に示すようなファントム４２を、コンベンショナルスキャンまたはシネスキャンによりデュアルエネルギー撮影する。スキャン領域Ｒの中心付近である、ｚ方向の位置Ａ１またはＢ１について、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を所定の値ｋｅＶａにしてモノクロマチック断層像Ｇmを生成し、この断層像におけるヨウ素水溶液に対応する画素値ｇｉ０を求める。そして、スキャン領域Ｒの各位置ＡＮ〜Ａ２，Ｂ２〜ＢＮのモノクロマチック断層像Ｇmを、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を変化させながら生成し、これらの断層像におけるヨウ素水溶液に対応する画素値が、前記の画素値ｇｉ０と一致するような処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を各断層像の位置ごとに求める。これにより、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔがｋｅＶａであるときに採用すべき処理条件関係として、スキャン領域Ｒにおけるｚ方向の位置と、この位置のモノクロマチック断層像Ｇmを生成する際に用いるべき処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１との関係を求めることができる。あとは、値ｋｅＶａを変えながら同様のことを行い、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔとして設定可能な複数の値にそれぞれ対応した処理条件関係を求める。

図９に、処理条件関係の一例を示す。この例は、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔ＝６５〔ｋｅＶ〕に対応する処理条件関係である。ｚ方向の位置ＳＬがスキャン領域Ｒの略中心であるＡ１，Ｂ１であるときには、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１＝６５〔ｋｅＶ〕である。一方、ｚ方向の位置ＳＬが陽極側に寄ると、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１は徐々に小さくなり、スキャン領域Ｒで最も陽極側のＡＮになると、ｋｅＶ１＝６０〔ｋｅＶ〕程度になる。また、ｚ方向の位置ＳＬが陰極側に寄ると、処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１は徐々に大きくなり、スキャン領域Ｒで最も陰極側のＢＮになると、ｋｅＶ１＝７０〔ｋｅＶ〕程度になる。ｚ方向にこのような実効Ｘ線エネルギー値の調整が可能である。

なお、モノクロマチック断層像生成部５３は、処理条件記憶部５５に記憶されている複数の関係のうち、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに対応する関係を参照し、モノクロマチック断層像Ｇmの生成対象であるスライスをコンベンショナルスキャンした時のそのスキャン領域における当該スライスの位置に基づいて、生成処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を決定する。

表示制御部５６は、モノクロマチック断層像生成部５３により生成されたモノクロマチック断層像Ｇm、またはこのモノクロマチック断層像Ｇmに基づいて再構成された断層像をモニタ６の画面に表示する。例えば、スキャン範囲ＳＲの各ｚ方向の位置について生成されたモノクロマチック断層像Ｇmに基づいて、ｚ方向とは異なる所定の方向に沿った断層像、例えば、ＭＰＲ画像やオブリーク画像を再構成して表示する。

これより、本実施形態のＸ線ＣＴ装置における処理の流れについて説明する。

図１０は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置における処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ（step）Ｔ１では、操作者による入力に基づいて、被検体４０のｚ方向のスキャン範囲ＳＲを設定する。図１１に一例を示す。この例では、クレードル１２上の被検体４０のｚ方向をＺ座標として、被検体４０の首に設定されたスキャン開始位置Ｚｓと、腰に設定されたスキャン終了位置Ｚｆとの間が、スキャン範囲ＳＲである。またこの例では、スキャン範囲ＳＲのｚ方向の幅は、コンベンショナルスキャン１回分のスキャン領域Ｒのｚ方向の幅をｄとして、その４倍の長さ４ｄである。

ステップＴ２では、被検体４０のスキャン範囲ＳＲを、コンベンショナルスキャンによりデュアルエネルギー撮影する。図１１の例では、スキャン範囲ＳＲの幅が４ｄであるから、スキャン領域Ｒが空間的に隣接する４回分のコンベンショナルスキャンＳ１〜Ｓ４を行う。なお、この例では、図１１に示すように、コンベンショナルスキャンＳ１〜Ｓ４に対してスキャン領域Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ対応する。

ステップＴ３では、操作者による入力に基づいて、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔを設定する。

ステップＴ４では、記憶されている複数の処理条件関係の中から、設定された目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに合った処理条件関係を特定する。目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔと同じ実効Ｘ線エネルギーに対応する処理条件関係がある場合には、その処理条件関係を特定する。同じ実効Ｘ線エネルギーに対応する処理条件関係がない場合には、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに最も近い実効Ｘ線エネルギーに対応する処理条件関係を特定する。あるいは、目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに近い実効Ｘ線エネルギーに対応する処理条件関係を複数指定し、これらの補間により目標実効Ｘ線エネルギーｋｅＶｔに対応する処理条件関係を生成して特定する。

ステップＴ５では、モノクロマチック断層像を生成する。

図１２は、モノクロマチック断層像の生成処理を示すフローチャートである。

ステップＴ５１では、変数ｉ，ｋを初期化し、ｉ＝１，ｔ＝１とする。

ステップＴ５２では、スキャン領域Ｒｉにおけるｚ方向の位置ＳＬｔを処理対象として選択する。

ステップＴ５３では、ステップＴ４にて特定された処理条件関係を参照し、ｚ方向の位置ＳＬｔの位置に基づいて、モノクロマチック断層像の生成処理に用いる処理条件、すなわち処理上の実効Ｘ線エネルギーｋｅＶ１を特定する。

ステップＴ５４では、ステップＴ５３にて特定された処理条件を用いて、スキャン領域Ｒｉにおけるｚ方向の位置ＳＬｔのモノクロマチック断層像Ｇmを生成する。

ステップＴ５５では、選択されたｚ方向の位置ＳＬｔが最後の位置（ｔ＝ｍ）であるかを判定し、最後であればステップＴ５７に進む。最後でなければステップＴ５６に進んでｔを１だけインクリメント（increment）して、ステップＴ５２に戻る。

ステップＴ５７では、選択されたスキャン領域Ｒｉが最後のスキャン領域（ｉ＝ｎ）であるかを判定し、最後であれば処理を終了する。最後でなければステップＴ５８に進んでｉを１だけインクリメントして、ステップＴ５２に戻る。

ステップＴ６では、生成されたモノクロマチック断層像Ｇmに基づいて、ＭＰＲ画像やオブリーク画像などを再構成し表示する。

図１３に、本実施形態により表示されるｘｚ面のＭＰＲ画像の一例を示す。また、図１４に、従来の方法により表示されるｘｚ面のＭＰＲ画像の一例を示す。図１３および図１４に示すこれらの画像Ｇ０，Ｇ１は、図１１の例のように、スキャン開始位置Ｚｓからスキャン終了位置Ｚｆまで、コンベンショナルスキャンを４回連続して行い、スキャン領域Ｒ１〜Ｒ４がｚ方向に隣接した空間に対応したＭＰＲ画像の例である。ｚ方向に隣接する複数回のコンベンショナルスキャンを行って断層像を生成する場合、硬いＸ線でスキャンされた断層像と軟らかいＸ線でスキャンされた断層像とが隣り合わせとなる。そのため、従来の方法によれば、ｘｚ面やｙｚ面などのＭＰＲ画像では、物質の画素値がｚ方向に不均一となり、図１４に示すように、ｚ方向に断層像の不連続線Ａｔが発生する。例えば、ヨウ素を含む造影剤の入った血管のＣＴ値がずれてしまい、バンディングアーチファクトとして見えてしまう。一方、本実施形態によれば、ｘｚ面やｙｚ面などを断面とするＭＰＲ画像でも、物質に対応する画素値がｚ方向の略均一となり、図１３に示すように不連続線やバンディングアーチファクトが発生しない。

このような本実施形態によれば、デュアルエネルギー撮影により、モノクロマチック断層像を生成する処理を用いてスキャン範囲の断層像を生成することとし、さらに、物質と画素値との対応関係を決める上記処理の条件を、上記処理でスキャン範囲の各断層像を生成した場合に、これらの断層像における所定の物質に対応する画素値が実質的にｚ方向において均一となるように、その断層像の位置に応じて変えることができる。これにより、Ｘ線のヒール効果に起因する、スキャン範囲の各断層像における物質に対応する画素値の不均一性を低減することができる。

また、本実施形態によれば、ヒール効果によるＸ線の線質のｚ方向の不均一性を、金属などで形成された物理的なＸ線フィルタ（filter）で是正するのではなく、デュアルエネルギー画像再構成アルゴリズムで補正するので、Ｘ線フィルタによるＸ線強度の減弱を防ぐことができ、Ｘ線検出器において高いＳＮ比で信号を得ることができる。

ちなみに、本実施形態におけるＸ線管の焦点は、一般的に、陽極側のＸ線検出器から見た焦点のｚ方向の大きさが小さくなり、陰極側のＸ線検出器から見た焦点のｚ方向の大きさが大きくなる。そのため、コンベンショナルスキャンやシネスキャンにおいて、断層像のスライス厚は、陽極側は薄くなり、陰極側は厚くなる。つまり、断層像のｚ方向の空間分解能が均一でなくなってしまう。コンベンショナルスキャンやシネスキャンにおけるスライス厚は、例えばｘｙ平面に対して角度θだけ傾いたタングステンワイヤ（tungsten wire）を含んでいるファントムを用いて各断層像を得、この断層像に映ったタングステンワイヤの長さＬから、スライス厚Ｄ＝Ｌ・ｔａｎθとして求めることができる。このスライス厚Ｄをｚ方向に一定に揃えるのであれば、例えば特開２００７−３２５８５３号公報の段落［０１２５］〜［０１３１］の数式に示すようなｚ方向フィルタを用いて、各断層像の列方向フィルタの係数を調整する。これにより、断層像のｚ方向のスライス厚の不均一さを取り除き、ｚ方向の空間分解能をより均一にすることができる。

以上、発明の実施形態について説明したが、発明の実施形態は上記の実施形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態を考えることができる。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
１６ 支持部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２１ａ 陽極
２１ｃ 陰極
２１ｆ 焦点
２２ Ｘ線管コントローラ
２３ コリメータ
２４ Ｘ線検出器
２５ データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ 回転部コントローラ
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
４０ 被検体
４２ ファントム
５１ スキャン条件設定部
５２ スキャン制御部
５３ モノクロマチック断層像生成部
５４ 目標実効Ｘ線エネルギー設定部
５５ 処理条件記憶部
５６ 表示制御部
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ装置

Claims (8)

1. 被検体の体軸方向に線質が異なるＸ線を放射するＸ線管と、
   多列検出器と、
   前記被検体のスキャン範囲に対してコンベンショナルスキャンによりデュアルエネルギー撮影を行い、第１のＸ線管電圧のＸ線による第１の投影データと、前記第１のＸ線管電圧とは異なる第２のＸ線管電圧のＸ線による第２の投影データとを収集するデータ収集手段と、
   
   前記第１および第２の投影データに基づいて、所望の実効Ｘ線エネルギーのＸ線にて撮影した場合に得られる画像を得るための処理を行い、前記体軸方向における複数の位置の画像を生成する生成手段と、
   
   １回のコンベンショナルスキャンによりスキャンされる前記体軸方向の領域における各位置と、該位置の画像を生成する際に用いるべき前記条件との関係であって、前記領域における各位置の画像を前記処理により生成した場合に、これらの画像における所定の物質の画素値が一定となるように定められた関係を記憶する記憶手段とを備えており、
   
   該生成手段は、前記記憶されている関係を参照して、生成される画像の実質的な実効Ｘ線エネルギーが調整可能な前記処理の条件を、生成する画像の前記体軸方向の位置に応じて変えるＸ線ＣＴ装置。
   
2. 操作者による入力に基づいて、前記所望の実効Ｘ線エネルギーを設定する設定手段をさらに備えており、
   前記記憶手段は、複数の実効Ｘ線エネルギーについて、該実効Ｘ線エネルギーが前記所望の実効Ｘ線エネルギーである場合に参照すべき前記関係を記憶しており、
   
   前記生成手段は、前記記憶されている複数の関係のうち前記所望の実効Ｘ線エネルギーと同じ実効Ｘ線エネルギーに対応する関係若しくはその近傍の実効Ｘ線エネルギーに対応する関係、または該関係を用いた補間により得られる関係を参照する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
3. 前記処理は、前記複数の位置の各々について、該位置のスライスに対応する前記第１および第２の投影データに対して互いに異なる第１および第２の加重減算処理を行って、２種類の投影データを得、該２種類の投影データをそれぞれ画像再構成処理して第１および第２の画像を得、該第１および第２の画像に対して加重加算処理を行う処理であり、
   
   前記条件は、前記第１および第２の加重減算処理および／または前記加重加算処理に用いる重み付けである請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
4. 前記処理は、前記複数の位置の各々について、該位置のスライスに対応する前記第１および第２の投影データをそれぞれ画像再構成処理して２種類の画像を得、該２種類の画像に対して互いに異なる第１および第２の加重減算処理を行って、第１および第２の画像を得、該第１および第２の画像に対して加重加算処理を行う処理であり、
   
   前記条件は、前記第１および第２の加重減算処理および／または前記加重加算処理に用いる重み付けである請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
5. 前記所定の物質は、水、脂肪、ヨウ素、およびカルシウムの少なくとも１つである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
6. 前記関係は、前記所定の物質を含んでいるファントムをコンベンショナルスキャンして得られた画像の画素値に基づいて定められている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
7. 前記スキャン範囲は、１回のコンベンショナルスキャンによりスキャンされる前記体軸方向の領域より広い範囲であり、
   前記データ収集手段は、前記領域が前記体軸方向に隣接または一部重複した複数回のコンベンショナルスキャンを行う請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
   
8. 前記生成された画像に基づいて、前記体軸方向とは異なる所定の方向に沿った画像を再構成し表示する表示手段をさらに備えている請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置。

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