JP6031618B2 - Ｘ線撮像装置、ｘ線撮像方法、及び、ｘ線撮像装置のモニタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮像装置におけるデュアルエネルギー撮影法に関する。

Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置を用いた撮影手法の一つにデュアルエネルギー撮影法がある（特許文献１）。デュアルエネルギー撮影法は、質量減弱係数が物質及びＸ線エネルギーによって異なるという性質（エネルギー依存性）を利用して、同一の被写体を２種類の異なる管電圧すなわち異なるエネルギー分布で撮影することで、被写体を構成する物質組成に関する情報を求める技術である。

特表２００５−５３３５６４号公報

特許文献１で示されているようなデュアルエネルギー撮影法では、Ｘ線焦点と検出素子の間にある物質の僅かな設計公差等が、Ｘ線の線質を変化させ、物質弁別能の低下を招き得る。Ｘ線の線質を変化させる物質の具体例として、Ｘ線管球、コリメータ装置、線質補償フィルタ、散乱線除去グリッドがあり、それらの配置誤差や寸法誤差が線質を変化させる原因となる。また管球陽極でのヒール効果によっても線質が変化する。

そこで本発明は、設計精度を過度に要求することなく、上記線質の変化を補正する手段を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、空気（被写体なし）を二種以上の異なる管電圧で撮像し、デュアルエネルギー撮影法による基準物質透過距離変換を適用することで、装置に起因する線質の変化（基準線質からのずれ分）を、検出素子毎の、所定の基準物質（特定基準物質）の透過距離すなわち固有ろ過として算出する。

すなわち、本発明のＸ線撮像装置は、エネルギーの異なる複数のＸ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線源と対向して配置され、複数の検出素子を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを支持し、回転する回転盤と、前記Ｘ線源が発生するＸ線のエネルギー分布が異なる条件下でそれぞれ前記Ｘ線検出器が検出した計測データを用いて前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に存在する物質に関する情報を算出する演算装置とを備え、前記演算装置は、Ｘ線のエネルギー分布が異なる条件のそれぞれについて、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被写体が存在しないときに前記Ｘ線検出器が検出した計測データを用いて、前記Ｘ線検出器の検出素子毎に、任意の基準物質の透過距離（固有ろ過）を算出する固有ろ過算出部を備えたことを特徴とする。

また本発明のＸ線撮像方法は、異なる複数種のエネルギー分布で被写体を撮影し、複数種の被写体投影データを得るＸ線撮像方法であって、予め異なる複数種のエネルギー分布で前記被写体が存在しない状態で撮影し、前記複数種のエネルギー分布で撮影して得た空気投影データから、各検出素子に入射するＸ線の線質変化を、前記エネルギー分布の種類の数と同数以下の任意の物質の透過距離として算出し、算出した線質変化と前記複数種の被写体投影データとを用いて、線質変化が補正された画像を作成することを特徴とする。

本発明のＸ線撮像装置のモニタリング方法は、複数の検出素子を有するＸ線検出器を備えたＸ線撮像装置のモニタリング方法であって、予め異なる複数種のエネルギー分布で被写体が存在しない状態で撮影し、前記複数種の空気投影データから、各検出素子に入射するＸ線の線質変化を、前記エネルギー分布の種類の数と同数以下の任意の物質の透過距離として算出し、算出した透過距離を用いて、隣接素子間や隣接モジュール間の線質特性の違いを表示することを特徴とする。

基準線質からのずれ分を、所定の基準物質の透過距離（固有ろ過）として求めておくことにより、例えば被写体撮影時に、各検出素子毎の固有ろ過を加味したデュアルエネルギー撮影法を実施することで、線質の変化を補正することが可能となる。これにより、設計精度を過度に要求することなく、線質の変化が補正された良質なＣＴ画像が提供できる。また検出素子毎に算出した固有ろ過値を比較することで、欠陥検出素子を検出することができる。

本発明の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置を体軸方向から見た概略構造を含む全体構成図。 図１のＸ線ＣＴ装置の演算装置の機能ブロック図。 第一実施形態で採用するデュアルエネルギー撮影法の処理手順の一例を示す図。 第一実施形態のデータ処理フローの一例を示す図。 第二実施形態の処理手順を示す図。 第三実施形態の演算装置の機能ブロック図。 第三実施形態の処理手順を示す図。

以下、図面を参照して本発明のＸ線ＣＴ装置の実施形態を説明する。
図１は、各実施形態に共通するＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す図である。
本実施形態のＸ線撮像装置は、エネルギーの異なる複数のＸ線を発生するＸ線源（１）と、Ｘ線源と対向して配置され、複数の検出素子を有するＸ線検出器（４）と、Ｘ線源とＸ線検出器とを支持し、回転する回転盤と、Ｘ線源が発生するＸ線のエネルギー分布が異なる複数の条件下でそれぞれＸ線検出器が検出した計測データを用いて、Ｘ線源とＸ線検出器との間に存在する物質に関する情報を算出する演算装置（２２）とを備え、演算装置は、Ｘ線のエネルギーが異なる複数の条件のそれぞれについて、Ｘ線源とＸ線検出器との間に被写体が存在しないときにＸ線検出器が検出した計測データを用いて、Ｘ線検出器の検出素子毎に、特定の基準物質の透過距離を固有ろ過として算出する固有ろ過算出部（２２３）を備える。

固有ろ過算出部は、Ｘ線検出器が検出した計測データと、特定基準物質について計算で求めたＸ線検出器出力の理論値とを用いて、検出素子毎に基準物質の透過距離を算出する。検出素子毎に求めた特定基準物質の透過距離は、装置に起因する線質変化を表したものであり、被写体画像の作成や各検出素子の異常の判定に用いられる。

図１に示すＸ線ＣＴ装置１００は、大きく分けて、被写体３が置かれる撮像部１０と、操作者が装置の操作や制御を行う操作部２０とを有する。撮像部１０は、主として、図示しないガントリに収納されたスキャナ装置（回転盤）と、Ｘ線源であるＸ線管１と、Ｘ線検出器４と、被写体３を載置する寝台装置６とから構成されている。ガントリの中央部には、被写体３を載せた寝台装置６の天板が挿入される開口部２が形成されており、スキャナ装置は、この開口部２の中心を回転軸としてガントリに回転可能に支持されている。このような構成により、開口部２内の被写体３を回転撮像することが可能となる。

Ｘ線源であるＸ線管１は、Ｘ線管１内にある有限の大きさを持つＸ線焦点９からＸ線を発生する。Ｘ線管１は、図示しない電源装置に接続されており、本実施形態では、マルチエネルギー撮像を可能にするための構成が備えられている。例えば、電源装置から複数種の管電圧のいずれかが選択的に供給されることにより、エネルギー分布の異なる複数種のＸ線を発生することができる。管電圧には、８０ｋＶ、１２０ｋＶ、１４０ｋＶ、１６０ｋＶなどの種類がある。或いはＸ線管１として、複数種のＸ線を発生する複数のＸ線管１を備える構成とすることも可能である。

Ｘ線検出器４は、被写体３を挟んでＸ線管１と対向する位置に配置される。Ｘ線検出器４は、複数の検出素子を、Ｘ線焦点を中心として円弧状に配列したものであり、円弧状に沿った一次元配列に加えて、スキャナ装置の回転軸の軸方向に沿って配列したものでもよい。またＸ線検出器４は、所定の数の検出素子からなる検出器モジュール８に分割されていてもよく、各検出器モジュール８はＸ線焦点９を中心として円弧状もしくはフラットパネル状に配置される。検出器モジュール８のＸ線管球１側には、被写体３等で発生した散乱Ｘ線を除去するために、散乱線防止グリッド５が配置される。検出されるＸ線の線質（エネルギースペクトル）と強度を均一にするため被写体３とＸ線管球１の間に線質補償フィルタ７が配置される。

操作部２０は、ユーザーが撮影に必要な各種条件やデータを入力したりＸ線ＣＴ装置１００の撮影制御を行うための装置であり、メモリやハードディスクドライブ等の記録装置２１、画像処理演算等の演算を行う演算装置２２、撮像の制御を行う制御装置２３、マウスやキーボード等の入力装置２４、及びモニタ等の出力装置２５を備える。演算装置２２及び制御装置２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等に予め組み込まれた、或いは外部記憶装置から読み込まれたプログラムの実行を通して、それらの機能が実現される。なお演算装置の機能の一部又は全部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアや公知の電気回路で実現することも可能である。

撮影は、ユーザーが入力装置２４を通して設定したスキャン条件に基づき、制御装置２３がＸ線電源及びスキャナ装置を駆動制御することにより行われる。回転撮影によって得られた多数の投影データは記録装置２１に記録され、演算装置２２で画像処理演算が実行され、被写体３の断層画像等の情報として出力装置２５に表示される。

制御装置２３は、マルチエネルギー撮像を行うようにＸ線管１やＸ線検出器４を制御する。マルチエネルギー撮像すなわち異なるエネルギー分布に基づく被写体の投影データセットを得る方法として、さまざまなものがあり、その方式によって制御は異なる。例えば、マルチエネルギー撮像の一形態であるデュアルエネルギー撮像には、管電圧の異なる撮影を二回行う二回転方式、一回転中に高速に管電圧を切り替えて撮影する高速管電圧切替方式、検出器を二層にし、上層で低エネルギー分布のＸ線を、下層で高エネルギー分布のＸ線を計測する二層検出器方式、ガントリ―の中に管球と検出器を二組搭載し、各管球の管電圧を異なる値に設定して撮影する二管球方式、Ｘ線を一光子単位で計測することでＸ線のエネルギーを計測するフォトンカウンティング方式、エネルギー感受性の異なる検出素子を二次元アレイ面上で交互に配置する方法などがある。

本実施形態では、上述した方式のいずれも採用することが可能であり、上述したＸ線管１及びＸ線検出器４は、採用する方式に応じた構成を備える。

演算装置２２が行う画像処理演算は、計測データを用いた画像再構成演算の他、強度補正（リファレンス補正）、検出素子の感度補正（エア補正）、対数変換などの各種補正処理を含み、さらに、後述する特定基準物質のＸ線透過距離すなわち固有ろ過の演算を行う。演算装置２２において、この固有ろ過の演算を行う部分を固有ろ過算出部２２３とする。演算装置２２の演算に使用されるテーブルなどは、記録装置２１または演算装置２２に備えられた記憶部に保存されている。

次に上述したＸ線ＣＴ装置の構成を踏まえ、主として演算装置２２の機能に特徴を持つ各実施形態を説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、マルチエネルギー撮像により取得された計測データを用いて、画像再構成を含む各種演算を行う演算装置２２が、固有ろ過、すなわち検出素子毎に求めた特定基準物質の透過距離を算出し、これを被写体画像の作成に用いることが特徴である。

すなわち本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線のエネルギー分布が異なる条件について、前記被写体を構成する所定の物質に対するＸ線検出器出力の依存性を変換テーブルとして記憶する記憶部（２２２）と、Ｘ線のエネルギー分布が異なる条件について、Ｘ線源（１）とＸ線検出器（４）との間に被写体（３）が存在するときにＸ線検出器が検出した測定値と、被写体を構成する物質の透過距離から算出した理論値と、前記記憶部に記憶された被検体透過距離変換テーブルとを用いて、前記被写体の画像を作成する画像作成部（２２１）と、を有する。被検体透過距離変換テーブルは、固有ろ過算出部（２２３）が算出した固有ろ過を用いて、補正されている。

図２に、演算装置２２の機能ブロック図を示す。図示するように、演算装置２２は、計測データを用いて被写体の断層像等の画像を作成するための演算を行う画像作成部２２１と、マルチエネルギー撮像における画像作成に必要な変換テーブルを記憶する記憶部２２２と、装置自体に起因する線質変化を特定の基準物質の固有ろ過値として算出する固有ろ過算出部２２３と、固有ろ過算出部２２３で用いる特定基準物質を設定する基準物質設定部２２４と、固有ろ過算出部２２３で算出した基準物質の固有ろ過値を用いて、計測データに対しエア補正、強度補正等の補正を行う補正部２２５と、を備えている。なお記憶部２２２の機能は、撮像により取得された投影データを記録する記録装置２１が兼ねることも可能である。

以下、上記構成における本実施形態のＸ線ＣＴ装置の動作を説明する。
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、異なるＮ種（Ｎは２以上の整数）のエネルギー分布を用いて被写体を構成する物質の弁別を行うマルチエネルギー撮影を行うものであるが、以下の説明では、低管電圧（例えば８０ｋＶ）と高管電圧(例えば、１４０ｋＶ)との２種類の管電圧を用いたデュアルエネルギー撮像を例に説明する。図３に、本実施形態が採用するデュアルエネルギー撮像の典型的な例である、基準物質分解型のデュアルエネルギー撮影法の処理フローを示す。この処理は主として画像作成部２２１により実行される。

図３に示す一般的なデュアルエネルギー撮像では、まずユーザーは撮像の目的に応じて、コントラストを高めたい物質を、被写体を構成する基準物質として選択する（Ｓ１０１）。例えば造影検査において、軟組織あるいは水（Ｈ_２Ｏ）に対してヨード造影剤（Ｉ）のコントラストを高めたい場合、水とヨード造影剤を選択する。なおＮ種のエネルギー分布で撮影した場合、Ｎ種の基準物質が選択可能である。

次に、２種の管電圧（低管電圧・高管電圧）での出力Iの基準物質透過距離依存性を計算し、これを変換テーブル（被検体透過距離変換テーブル）として保存しておく（Ｓ１０２）。なお実際には、後述する対数変換後の出力Jの基準物質透過距離依存性を変換テーブルとしておく。

出力Iの基準物質透過距離（ｓ_i）依存性は、以下のようにして計算することができる。

一般に各検出素子での出力Iは式（１）で表される。

ここで、ＳはＸ線発生スペクトル、εはＸ線エネルギー、ηは検出効率、μは質量減弱係数、Ｚは原子番号、sはＸ線経路、ρは物質密度を表す。質量減弱係数は、処理Ｓ１０１で選択した被写体を構成する基準物質（例えば水とヨード造影剤）に空気（ＡＩＲ）を加えた３つの基準物質を用いて、式（２）のように分解することができる。これを式（１）に代入すると式（３）が得られる。ここで簡単のため検出効率ηは１とおいた。式中、添字の「AIR」、「H2O」、「I」は、それぞれ、基準物質である空気、水、ヨードに関わる値であることを示す。

式（３）において、被写体を構成する基準物質（以後、添字iで表す）の質量減弱係数μ_iと密度ρ_i、および入射スペクトルＳを既知として理論値を代入すると、検出素子出力Ｉは透過距離ｓ_iのみの関数とみなすことができる。Ｘ線焦点から各検出素子までの距離は撮影中一定に保たれる（Σ_is_i=const.）ため、出力Iは実質的に二変数の関数になる。すなわち、式（３）は、出力Iの基準物質透過距離（ｓ_i）依存性を表す式となる。但しここでは密度は代表値を用い、密度のばらつきは一旦距離のばらつきに置き換えて考えることとする。

式（３）によって求められる出力Iの基準物質透過距離（ｓ_i）依存性は、デュアルエネルギー撮像において、被写体を構成する基準物質への変換テーブル（被検体透過距離変換テーブル）として使用されるものであるが、本実施形態では、この変換テーブルは、後述する処理において線質補正がなされた変換テーブルに置換される。

次に、各検出素子の感度ばらつきを補正するために、被写体がない状態の検出器出力を、低管電圧及び高管電圧の両方の条件で計測する（Ｓ１０３１、Ｓ１０３２）。得られたデータをＩ_0L、Ｉ_0Hとする。これらは、一般にエアデータと呼ばれるデータである。エアデータは、記憶部２２２に保存される。

次に被写体を低管電圧及び高管電圧の両方の条件で計測する（Ｓ１０４１、Ｓ１０４２）。得られた計測データをＩ_L、Ｉ_Hとする。

計測データに対し、式（４）及び（５）を用いて、照射Ｘ線の強度補正（リファレンス補正）、検出素子の感度補正（エア補正）、および対数変換（Ｓ１０５１、Ｓ１０５２）を行う（補正部２２５）。対数変換後の出力値をＪとする。

式中、Gainは適当な定数、添字refは各測定データの代表出力（リファレンスデータ）を表す。代表出力は、被写体の影や散乱線がかからないように検出器４の端部素子（リファレンス素子）の出力を用いることができる。

次に、式（６）を用いて、計測値出力から被写体を構成する基準物質の透過距離s_iを求める（Ｓ１０６）。式（６）は、計測値Ｊ_L、Ｊ_Hと、計算で求めた理論値Ｊ_L ^ideal、Ｊ_H ^idealとの差の二乗が最小となるs_iの組み合わせを変換テーブルから探し出す処理であり、以後、この処理を透過距離変換と呼ぶ。

処理Ｓ１０６で求めた被写体を構成する基準物質透過距離s_iを、式（７）により密度×長さの次元に変換し、それぞれ画像再構成（Ｓ１０７）することで基準物質等価画像が得られる（Ｓ１０８）。前掲の例では、軟組織及び造影剤等価画像または水等価画像及び造影剤等価画像が得られる。

この方法により、各基準物質を画像として明瞭に分離することが可能であり、エネルギーを考慮して画像を作成するためビームハードニングに起因するアーチファクトを除去することもできる。しかし、式（６）で用いた出力値の理論値J_L ^ideal、J_H ^idealには、装置毎に異なるＸ線焦点と検出素子の間にある物質の僅かな設計公差等の影響は考慮されていないため、これら設計公差等に起因するＸ線の線質変化により、基準物質画像における物質弁別能が低下する可能性がある。本実施形態では、線質変化による物質弁別能の低下を防止するため、被検体がない状態で計測した計測データ（エアデータ）を用いて、装置の設計公差等に起因する線質変化を推定し、その結果を用いて、補正を行う。

以下、エアデータを用いて検出素子毎の線質変化を推定・補正する処理を説明する。図４は、図３の画像作成処理フローに、この推定・補正処理を加えた本実施形態の処理フロー全体を示す。図３と同じ処理は同じ符号で示し、説明を省略する。このフローでは、図４に示すように、処理Ｓ２０１〜Ｓ２０７が追加されている。これらの処理は、主として固有ろ過算出部２２３により実現される。

ここでは、３種の異なるエネルギー分布で計測されたエアデータを用いる場合を例に説明するが、エアデータはＭ種（Ｍは２以上の整数）の異なるエネルギー分布で計測されたものを用いることができ、Ｍ＝３に限定されない。

まず線質の変化を固有ろ過として表現するための基準物質を選択する（Ｓ２０１）。ここでは基準物質を、画像作成処理のＳ１０１で選択した基準物質と区別するために特定基準物質と呼ぶ。特定基準物質は、線質変化を特定基準物質の固有ろ過として表現するために設定するものであり、任意の物質が選択可能である。例えばアルミ（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの線質補償フィルタとして用いられる物質を選択してもよい。また任意のエネルギー依存性を持つ質量減弱係数と任意の密度とを持つ仮想的な物質であってもよい。以下では、ＡｌとＣｕを特定基準物質とする場合を想定して説明する。

なおＭ種（Ｍは２以上の整数）のエネルギー分布で撮影した場合、Ｍ−１種の特定基準物質が選択可能である。この選択処理をユーザーが行う必要はなく、予め基準物質設定部２２４にデフォルトで設定しておいてもよい。ユーザーが入力装置２４を介して設定或いは選択し、基準物質設定部２２４に設定してもよい。

次に画像作成における処理Ｓ１０２と同様に、検出器出力Ｊと、固有ろ過を表す特定基準物質透過距離の変換テーブルを作成し保存する（Ｓ２０２）。このため、まず、式（８）に示すように、Ｓ２０１で選択した固有ろ過を表現する特定基準物質に空気（ＡＩＲ）を加えた３つの特定基準物質を用いて質量減弱係数を分解する。ここでも添字「AIR」、「Al」、「Cu」は、それぞれ、特定基準物質である空気、Ａｌ、Ｃｕに関わる値であることを示す。これを前掲の式（１）に代入し、検出効率ηを1とおくと、式（９）が得られる。

以降、固有ろ過を表すための基準物質（特定基準物質）は、被写体を表すための基準物質（撮像の目的に応じて選択される被写体を構成する物質）と区別するため添字jを用いて表すこととする。ここでも、検出素子出力Ｉあるいは対数変換後の出力Jは、固有ろ過を表す特定基準物質透過距離ｓ_jのみの関数とみなせる。そのため処理Ｓ１０２と同様、式（９）を用いて、出力のｓ_j（固有ろ過を表す特定基準物質透過距離）依存性を予め計算しておくことができ、これを変換テーブルとして保存しておく。ここでも特定基準物質透過距離の合計は一定（Σ_js_j=const.）のため出力IあるいはJは実質的に二変数の関数とみなせる。

次に、各検出素子の感度ばらつきを補正するために、標準管電圧（例えば１２０ｋＶ）におけるエアデータを計測する（Ｓ２０３）。得られたデータをI_0Sとする。さらに標準管電圧と異なる２種の管電圧（低管電圧・高管電圧）（例えば８０ｋＶ、１４０ｋＶ）でエアデータを計測する（Ｓ２０４１、Ｓ２０４２）。得られたデータをI_0L、I_0Hとする。エアデータは投影角度に依存しないため、必要に応じてビュー（Ｖｉｅw）平均を実施してもよい。

次いで、式（１０）、式（１１）により、代表一素子による強度補正（リファレンス補正）と、標準エアデータI_0Sによる感度補正（エア補正）および対数変換を実施する（Ｓ２０５１、Ｓ２０５２）。

式（１０）、式（１１）におけるリファレンス素子は、線質変化が最小と考えられる素子を選択することが望ましい。例えば、ヒール効果による線質変化の少ない電子源（陰極）側のスライスでかつ、線質補償フィルタの最も薄い部分に該当する素子とすればよい。これらの計測値出力J_0L、J_0Hと、計算で求めた理論値J_0L ^ideal、J_0H ^idealとから、固有ろ過を表す特定基準物質の透過距離s_jを求める。具体的には、式（１２）で示す最小二乗法による透過距離変換を用いて、s_jの組み合わせをＳ２０２で作成した変換テーブルから探し出す（Ｓ２０６）。

なお、異なる管電圧で撮影されたエアデータがＭ種ある場合には、そのうち一つを感度補正用の標準エアデータとし、残りＭ−１種のエアデータとの比を用いて、上記方法と同様に、Ｍ種の固有ろ過を表すための特定基準物質透過距離ｓ_jを推定することができる。

次に上記処理Ｓ２０６で推定した線質の変化に基づいて、検出素子毎に異なる線質特性を補正する（Ｓ２０７）。具体的には、図３に示すデュアルエネルギー撮影法の処理Ｓ１０２において、被写体を構成する基準物質への変換テーブル（J_L ^ideal(s_i)、J_H ^ideal(s_i)）（被写体透過距離変換テーブル）を作成する際、式（３）を式（１３）で置き換えて計算すればよい。但しこのときs_jには空気透過距離を含めないものとする。

なお固有ろ過を表すための特定基準物質透過距離ｓ_jは検出素子毎に異なるため、J_L ^ideal(s_i)、J_H ^ideal(s_i)も検出素子毎に計算しておく必要がある。

その他の処理、被写体を構成する基準物質の選択（Ｓ１０１）及び被写体透過距離変換テーブル作成後の処理（Ｓ１０３１〜Ｓ１０５１、Ｓ１０３２〜Ｓ１０５２、Ｓ１０６〜Ｓ１０８）の内容は、図３において同一符号で示した処理と同一であり、説明を省略する。なおエアデータ計測処理Ｓ２０４１とＳ１０３１及び処理Ｓ２０４２とＳ１０３２は、管電圧が同一なら共通化可能である。すなわち、例えば被写体撮影時の２種類の管電圧と同じ２種類の管電圧で、処理Ｓ２０４１、Ｓ２０４２でエアデータが計測されている場合には、被写体撮影時のエアデータ計測処理Ｓ１０３１及びＳ１０３２は省略することができ、処理Ｓ２０４１、Ｓ２０４２で計測し記憶部２２２に保存されたエアデータを、次の感度補正処理Ｓ１０５１、Ｓ１０５２に用いることができる。

また図３及び図４に示す実施形態では、低管電圧と高管電圧の２種類を用いる場合を示しており、エアデータ計測時に用いる異なるエネルギー分布の数Ｍと被写体撮影時に用いる異なるエネルギー分布の数Ｎは、Ｍ＝Ｎ＝２であるが、被写体撮影時に用いる異なるエネルギー分布の数Ｎと、エアデータ計測時に用いる異なるエネルギー分布の数Ｍは独立に設定可能であり、同一でも異なっていてもよい。

さらに処理Ｓ１０８では基準物質等価画像を得る場合を示したが、同じ情報（処理Ｓ２０６で求められる固有ろ過を表す特定基準物質の透過距離、処理Ｓ２０７で求められる透過距離変換用の変換テーブル）に基づき、仮想標準管電圧画像、仮想単色Ｘ線画像、実効原子番号画像、電子密度画像、相互作用強調画像などを得ることも可能である。

本実施形態の撮像方法によれば、装置に依存する線質変化を所定の基準物質（特定基準物質）の固有ろ過として求め、それを用いて、被写体を構成する基準物質の透過距離計算を補正するので、基準物質透過距離をより正確に求めることができ、基準物質等価画像や仮想単色Ｘ線画像の画質を向上させることができる。その結果、装置に過度な設計精度を要求することなく、Ｘ線管球、コリメータ装置、線質補償フィルタ、散乱線除去グリッドの配置誤差や寸法誤差や、ヒール効果による線質変化の影響を簡便に低減することができ、良質な画像が得られる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、固有ろ過算出部が算出した検出器毎の固有ろ過を用いて、線質変化が最も少ない検出素子を推定し、この検出素子を強度補正のリファレンス検出素子として用いることが特徴である。

すなわち本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、演算装置（２２）が、複数の検出素子のうちの一つの検出素子をリファレンス素子として強度補正する補正部（２２５）を備え、固有ろ過算出部（２２３）が算出した検出素子毎の特定基準物質の透過距離を用いて、基準線質からの変化が最小となる検出素子を選択し、補正部は、選択した検出素子をリファレンス素子として強度補正を行う。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置（演算装置２２）の機能は、図２に示す第一実施形態の機能ブロック図の各要素で実現できるので、以下、必要に応じて図２の要素を援用することとし、各要素の説明を省略する。

以下、上記構成における本実施形態のＸ線ＣＴ装置の動作を、図５の処理フローを参照して説明する。図５において、図４と同じ処理内容の処理は同一の符号で示し、詳しい説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

まず初期リファレンス素子を選択する（Ｓ３０１）。初期リファレンス素子は、それに続くエアデータ計測の強度補正処理Ｓ２０５１、Ｓ２０５２において、前掲式（１０）、式（１１）に用いるリファレンス素子である。第一実施形態では、リファレンス素子は、線質変化が最小と考えられる素子を選択することが望ましいことを説明したが、本実施形態では、その後の処理において線質変化が最小であるリファレンス素子を推定するので、処理Ｓ３０１では適当に初期リファレンス素子を選択してよい。初期リファレンス素子の選択は、入力装置２４を通してユーザーが行ってもよいし、デフォルトで所定の検出素子を設定しておいてもよい。

次いで、第一実施形態（図４）の処理Ｓ２０１〜Ｓ２０６と同じ処理を行い、固有ろ過すなわち特定基準物質透過距離を求める。これらの処理Ｓ２０１〜Ｓ２０６のうち、処理Ｓ２０５１、Ｓ２０５２が、リファレンス素子を用いた強度補正を含む処理であり、補正部２２５が行う。この特定基準物質透過距離は、検出素子毎に求められ、各検出素子の線質変化の指標となる。

検出素子毎に求められた特定基準物質透過距離のうち特定基準物質透過距離が最も小さい検出素子を、線質変化が最も小さいと推定し、リファレンス素子として選択する（Ｓ３０２）。新たに選択されたリファレンス素子を用いて再度強度補正処理Ｓ２０５１、Ｓ２０５２、透過距離変換処理Ｓ２０６を繰り返し、リファレンス素子を選択する（Ｓ３０２）。これらの処理Ｓ２０５１、Ｓ２０５２、Ｓ２０６およびＳ３０２を繰り返すことにより、検出器の中から線質変化が最小となる素子を選び出すことができる。なお処理の繰り返し回数は特に限定されるものではないが、例えば、前回に求めたリファレンス素子の特定基準物質透過距離と、今回求めたリファレンス素子の特定基準物質透過距離との差が所定の閾値以下になった時点で、今回のリファレンス素子を最終的なリファレンス素子として選択するようにしてもよい。

このように固有ろ過算出部２２３が、線質変化の指標である特定基準物質透過距離を求める際に、各管電圧のエアデータの強度補正に用いるリファレンス素子として、最も線質変化が小さいと推定される検出素子を用いることで、求める特定基準物質透過距離の精度を向上することができる。

さらに、画像作成部２２１が、被写体を構成する基準物質透過距離依存性の変換テーブルを作成する際に、式（１）、式（３）においてＸ線エネルギースペクトルＳ(ε)の理論値を用いることを説明したが、このＸ線エネルギースペクトルＳ(ε)として、上記処理Ｓ３０２で選び出した検出素子位置におけるＸ線エネルギースペクトルをスペクトロメータで計測し、式（１）、（３）のＸ線発生スペクトルＳ(ε)とすることも可能であり、これにより得られる画像等の情報の精度をさらに向上することができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、固有ろ過算出部が算出した検出素子毎の固有ろ過を用いて検出素子或いは検出モジュールの異常を判定する機能を備えることが特徴である。

すなわち本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、固有ろ過算出部（２２３）が、検出素子毎に算出した固有ろ過から、検出素子の異常を判定する判定部（２２６）を備える。また判定部（２２６）の判定結果を記録する記憶部（２２２）を備えるものとすることができる。さらに判定部（２２６）が異常を判定した時に警告する警告装置（２２７）を備えてもよい。

また本実施形態は、複数の検出素子を有するＸ線検出器を備えたＸ線撮像装置のモニタリング方法を提供する。この方法では、予め異なる複数種のエネルギー分布で被写体が存在しない状態で撮影し、複数種の空気投影データを取得し、複数種の空気投影データから、各検出素子に入射するＸ線の線質変化を、エネルギー分布の種類の数と同数以下の任意の物質（特定基準物質）の透過距離として算出し、算出した透過距離を用いて、隣接素子間や隣接モジュール間の線質特性の違いを表示する。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置（演算装置２２）の機能ブロック図を図６に示す。図６において、図２と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。図示するように演算装置２２は、画像作成部２２１、固有ろ過算出部２２３、判定部２２６を備える。またこのＸ線ＣＴ装置は、判定部２２６の判定結果を警告する警告装置２２７を備える。警告装置２２７は、出力装置２５（図１）がその機能を備えることも可能である。

以下、主として判定部２２６が行う処理を、図７に示す処理フローを参照して説明する。本実施形態のＸ線ＣＴ装置においても、固有ろ過算出部２２３が特定基準物質の透過距離ｓ_jを算出する手順は、図４に示す処理Ｓ２０１〜Ｓ２０６と同じであり、一括して処理Ｓ４００として示し、説明を省略する。

まず隣接する検出素子間の線質差Δ或いは検出モジュール間の線質差Δ’を求める（Ｓ４０１）。検出素子間の線質差Δを式（１４）で定義する。検出モジュール間の線質差Δ’を式（１５）で定義する。

式中、chは検出素子番号である。

式中、modは検出モジュールの番号であり、s'_j(mod)は各検出モジュール内のｓ_jの平均である。

求めたΔ或いはΔ’は、経時変化を記録するために保存される（Ｓ４０２）とともに、予め設定した閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ４０３）。閾値は、画質に影響のない範囲の許容線質変化を予め求めておき、それを閾値として用いることができる。処理Ｓ４０２で、Δ或いはΔ’が閾値を越えた場合には、異常線質を発見したと判断し、警告装置２２７を通して警告メッセージをユーザーに知らせる（Ｓ４０４）。それに代えて或いはそれとともに保守サービスに表示、連絡するようにしてもよい。ユーザーや保守サービス人員は、これにより、線質特性が大きく異なる検出素子や検出モジュールを発見でき、モジュールの交換や並び変え、線質補償フィルタやスライスコリメータの調整などの処置をとることもできる。

処理Ｓ４００〜Ｓ４０３は定期的に行い、判定部２２６の判定結果を記録することができる。それにより線質及びその経時変化を記録することができる。なお装置のエアデータは定期的に撮影されるため、これと同時に自動的に固有ろ過の推定を行えばよい。

以上、本発明のＸ線撮像装置を、Ｘ線ＣＴ装置に適用した実施形態を説明したが、本発明は装置に起因する固有ろ過を推定する手法を提供するものであり、Ｘ線ＣＴ装置以外のＸ線撮像装置にも適用することが可能である。

１・・・Ｘ線管球（Ｘ線源）、２・・・開口部、３・・・被写体、４・・・Ｘ線検出器、５・・・散乱線防止グリッド、６・・・寝台、７・・・線質補償フィルタ、８・・・検出器モジュール、９・・・Ｘ線焦点、１０・・・撮像部、２０・・・操作部、２１・・・記録装置、２２・・・演算装置、２３・・・制御装置、２４・・・入力装置、２５・・・出力装置、１００・・・Ｘ線ＣＴ装置、２２１・・・画像作成部、２２２・・・記憶部、２２３・・・固有ろ過算出部、２２４・・・基準物質設定部、２２５・・・補正部、２２６・・・判定部、２２７・・・警告装置

Claims (15)

1. エネルギーの異なる複数のＸ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線源と対向して配置され、複数の検出素子を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを支持し、回転する回転盤と、前記Ｘ線源が発生するＸ線のエネルギー分布が異なる条件下でそれぞれ前記Ｘ線検出器が検出した計測データを用いて前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に存在する物質に関する情報を算出する演算装置とを備え、
   前記演算装置は、Ｘ線のエネルギー分布が異なる複数の条件のそれぞれについて、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被写体が存在しないときに前記Ｘ線検出器が検出した計測データを用いて、前記Ｘ線検出器の検出素子毎に、任意の基準物質の透過距離を固有ろ過として算出する固有ろ過算出部を備えたことを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
   前記固有ろ過算出部は、Ｘ線検出器の出力を前記基準物質の透過距離に変換する変換テーブルを作成し、当該変換テーブル、前記Ｘ線検出器が検出した計測データ、及び前記基準物質について計算で求めたＸ線検出器出力の理論値を用いて、前記基準物質の透過距離を算出することを特徴とするＸ線撮像装置。
3. 請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
   前記固有ろ過算出部は、前記基準物質を設定する基準物質設定部を有することを特徴とするＸ線撮像装置。
4. 請求項３に記載のＸ線撮像装置において、
   前記基準物質設定部は、前記基準物質として、線質補償フィルタとして用いられる物質から選択した物質を設定することを特徴とするＸ線撮像装置。
5. 請求項３に記載のＸ線撮像装置において、
   前記基準物質設定部は、前記基準物質として、所定の質量減弱係数と所定の密度を持つ仮想的な物質を設定することを特徴とするＸ線撮像装置。
6. 請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
   前記固有ろ過算出部は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被写体が存在しないときに、低エネルギー条件及び高エネルギー条件の２つの条件で計測した計測データを用いて、２以下の基準物質の透過距離を算出することを特徴とするＸ線撮像装置。
7. 請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
   Ｘ線のエネルギー分布が異なる条件について、前記被写体を構成する所定の物質に対するＸ線検出器出力の依存性を被検体透過距離変換テーブルとして記憶する記憶部と、
   Ｘ線のエネルギー分布が異なる条件について、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に前記被写体が存在するときに前記Ｘ線検出器が検出した測定値と、前記被写体を構成する物質の透過距離から算出した理論値と、前記記憶部に記憶された被検体透過距離変換テーブルとを用いて、前記被写体の画像を作成する画像作成部と、を有し、
   前記被検体透過距離変換テーブルは、前記固有ろ過算出部が算出した固有ろ過を用いて、補正されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
8. 請求項７に記載のＸ線撮像装置において、
   前記画像作成部は、前記被写体を構成する所定の物質毎の物質弁別画像、仮想標準管電圧画像、仮想単色Ｘ線画像、実効原子番号画像、電子密度画像、及び相互作用強調画像の少なくとも一つの画像を作成することを特徴とするＸ線撮像装置。
9. 請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
   前記演算装置は、前記固有ろ過算出部が、検出素子毎に算出した固有ろ過から、検出素子の異常を判定する判定部を備えたことを特徴とするＸ線撮像装置。
10. 請求項９に記載のＸ線撮像装置において、
    前記判定部の判定結果を記録する記録装置を備えたことを特徴とするＸ線撮像装置。
11. 請求項９に記載のＸ線撮像装置において、
    前記判定部が異常を判定した時に判定結果を出力する出力装置を備えたことを特徴とするＸ線撮像装置。
12. 請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
    前記演算装置は、前記複数の検出素子のうちの一つの検出素子をリファレンス素子として強度補正する補正部を備え、
    前記固有ろ過算出部が算出した検出素子毎の基準物質の透過距離を用いて、基準線質からの変化が最小となる検出素子を選択し、前記補正部は、選択した検出素子をリファレンス素子として強度補正を行うことを特徴とするＸ線撮像装置。
13. 異なる複数種のエネルギー分布で被写体を撮影し、複数種の被写体投影データを得るＸ線撮像方法であって、
    予め異なる複数種のエネルギー分布で前記被写体が存在しない状態で撮影し、
    前記複数種のエネルギー分布で得た空気投影データから、各検出素子に入射するＸ線の線質変化を、前記エネルギー分布の種類の数と同数以下の任意の物質の透過距離として算出し、
    算出した線質変化と前記複数種の被写体投影データとを用いて、線質変化が補正された画像を作成すること特徴とするＸ線撮像方法。
14. 請求項１３に記載のＸ線撮像方法であって、
    前記複数種の被写体投影データを用いた画像の作成は、前記複数種の被写体投影データを、前記被写体を構成する複数種の物質の透過距離データに変換する処理と、前記透過距離データを前記算出した線質変化を用いて補正する処理と、補正された透過距離データを再構成して被写体を構成する物質の等価断層画像を得る処理と、を含むことを特徴とするＸ線撮像方法。
15. 複数の検出素子を有するＸ線検出器を備えたＸ線撮像装置のモニタリング方法であって、
    予め異なる複数種のエネルギー分布で被写体が存在しない状態で撮影し、複数種の空気投影データを取得し、
    前記複数種の空気投影データから、各検出素子に入射するＸ線の線質変化を、前記エネルギー分布の種類の数と同数以下の任意の物質の透過距離として算出し、
    算出した透過距離を用いて、隣接素子間や隣接モジュール間の線質特性の違いを表示することを特徴とするＸ線撮像装置のモニタリング方法。

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