JP6289223B2 - X線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、X線コンピュータ断層撮影装置に関する。
従来、X線コンピュータ断層撮影装置(Computed tomography:以下、X線CT装置ともいう)では、X線管電圧のリップルや経時変化といった要因により、X線管から照射されるX線の線量(以下、X線量ともいう)が時間毎に変動する場合がある。この場合、被検体を透過してX線検出器で検出されるX線量も変動するため、断層像を正確に再構成できない不具合が生じてしまう。
X線CT装置では、このような不具合を避けるため、被検体を通らず空気領域のみをX線が透過する位置に補正検出器(リファレンス検出器)を設置し、補正検出器の出力に基づいて、X線検出器の出力を補正している。従来のX線検出器が積分型出力のため、補正検出器はX線の全エネルギー範囲での総量(に対する検出器出力)を観測すれば良い。積分型出力とは、X線エネルギー値と該エネルギー値での検出器感度の積を全エネルギー帯域で積分した結果を示す出力を意味している。
一方、積分型とは異なるタイプのX線CT装置として、光子計数型のX線CT装置がある。光子計数型のX線CT装置では、X線エネルギー毎あるいはX線エネルギー帯域(エネルギービン)毎の断層像を取得することが主な目的となる。
この種のX線CT装置では、光子計数型の第2のX線検出器を用い、X線のエネルギー情報を特定する方法が知られている。この方法では、例えば、デュアルエネルギー撮影時のように、X線管電圧をビュー毎に切り替えて撮影を行う場合に、第2のX線検出器により、X線管から照射されるX線のエネルギー情報を特定可能となっている。但し、ここでいうX線のエネルギー情報は、特定のエネルギー範囲の平均値等を用いてビューのX線量を取得できる情報であるものの、X線管から照射されるX線のエネルギースペクトルを推定あるいは補正できる情報ではない。
しかしながら、光子計数型のX線CT装置は、X線のエネルギースペクトルが変動する場合、光子計数型のX線検出器を用いてX線量(全あるいは特定範囲のエネルギーの総和あるいは平均値)を観測できるものの、各エネルギー又は各エネルギー帯域のX線量の変動を補正することはできない。このため、光子計数型のX線CT装置では、エネルギー毎又はX線エネルギー帯域毎の断層像を正確に再構成できないという不都合がある。
特開2009−201885号公報 特開2006−101926号公報 特開2010−82031号公報
以上説明したように、光子計数型のX線CT装置では、X線管から照射されるX線エネルギースペクトルが変動する場合に、エネルギー毎又はエネルギー帯域毎の断層像を正確に再構成できないという不都合がある。
目的は、X線管から照射されるX線のエネルギースペクトルの変動を補正でき、エネルギー毎又はエネルギー帯域毎の断層像を正確に再構成し得るX線コンピュータ断層撮影装置を提供することである。
実施形態のX線コンピュータ断層撮影装置は、X線管、第1のX線検出器、第2のX線検出器、計数結果収集手段、記憶手段、推定手段、補正手段及び再構成部を具備する。
前記X線管は、X線を照射する。
前記第1のX線検出器は、前記照射されたX線の第1領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。
前記第2のX線検出器は、前記照射されたX線の第2領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。
前記計数結果収集手段は、前記第1及び第2のX線検出器の計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを出力する。
前記記憶手段は、前記X線管からX線を照射するための複数の管電圧ないし管電流それぞれと対応付けられた、X線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶する。
前記推定手段は、前記第2の計数データと、前記複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、X線照射時の管電圧ないし管電流を推定する。
前記補正手段は、前記推定された管電流ないし管電圧に基づいて求めたエネルギースペクトルを用いて、前記第2の計数データと共に得られた前記第1の計数データを補正する。
前記再構成部は、前記補正された第1の計数データに基づいて、医用画像データを再構成する。
第1の実施形態に係るX線CT装置の構成を示す模式図である。 同実施形態におけるX線CT装置の概略構成を示す模式図である。 同実施形態におけるX線エネルギースペクトルの補正方法を説明するための模式図である。 同実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。 第2の実施形態における第2の計数データを説明するための模式図である。 第4の実施形態における複数のエネルギー帯域を説明するための模式図である。
以下、各実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置(X線CT装置)について図面を用いて説明する。
<第1の実施形態>
図1は第1の実施形態に係るX線CT装置の構成を示すブロック図であり、図2は同X線CT装置の概略構成を示す模式図である。このX線CT装置は、図1に示すように、架台(ガントリ)4及びコンソール6が電気的に接続されている。また、X線CT装置は、被検体Pを載置する寝台5を有している。架台4は、X線系1及び光学系2と、検出系3とのペアが収容されると共に、当該ペアを寝台5上の被検体Pの体軸を中心に回転させる回転支持機構(図示せず)が収容される。回転支持機構は、回転リングと、回転軸Zを中心として回転自在に回転リングを支持するリング支持機構と、リングの回転を駆動する駆動部とを有する。回転リングには、X線管12と、2次元アレイ型または多列型とも称されるX線検出器31が搭載される。撮影又はスキャンに際しては、架台4におけるX線管12とX線検出器31との間の円筒形の撮影領域内に、被検体Pが寝台5に載置され挿入される。
X線系1、光学系2及び検出系3は、架台4内の架台制御伝送部41に制御される。架台制御伝送部41は、コンソール6内のシステム制御部61と伝送可能に接続されている。コンソール6は、システム制御部61、補正処理部62、再構成部63、画像記憶部64、表示部65、入力部66及び記憶部67を備えている。
ここで、X線系1は、高電圧発生部11及びX線管12を備えている。
高電圧発生部11は、X線管12の陽極ターゲットと陰極フィラメントとの間に高電圧を印加するための図示していない高電圧電源と、X線管12の陰極フィラメントにフィラメント電流を供給するための図示していないフィラメント電流発生器とを有する。
X線管12は、高電圧発生部11からスリップリング(図示せず)を経由して電圧の印加(以下、管電圧と呼ぶ)およびフィラメント電流の供給を受けてX線を発生し、X線の焦点からX線を放射(照射)する。X線の焦点から放射されたX線は、X線管12のX線放射窓に取り付けられた光学系2内のウェッジ21及びスリット22を介して、例えばコーンビーム形(角錐形)に整形される。なお、ウェッジ21は被曝低減用のフィルタであり、スリット22はビーム整形用の間隙である。X線の放射範囲は、点線で示されている。X軸は、回転軸Zと直交し、放射されるX線の焦点を通る直線である。Y軸は、X軸および回転軸Zと直交する直線である。本実施形態におけるX線管12は、回転陽極型のX線管であるとする。なお、固定陽極型のX線管以外の他の型のX線管でも本実施形態に適用可能である。
一方、検出系3は、X線検出器31及びデータ収集部(DAS)32を備えている。
X線検出器31は、回転軸Zを挟んでX線管12に対峙する位置およびアングルで取り付けられる。X線検出器31は、被検体Pの体軸(又は回転軸Z方向)に直交するチャンネル方向と被検体Pの体軸に沿った列方向とに格子状に配列された複数のX線検出素子を有する。なお、X線検出器31のうち、第2領域(例、チャンネル方向の一方の端部領域)に位置するX線検出器を第2のX線検出器31bとも呼び、第1領域(例、第2のX線検出器31b以外の領域)に位置するX線検出器を第1のX線検出器31aと呼ぶ。第1領域は、寝台5に載置される被検体Pに対応する領域を少なくとも含む領域としてもよい。第2領域は、第1領域とは異なる領域である。この例では、第2のX線検出器31bは、第1のX線検出器31aの端部に連接して設けられる。チャンネル方向は、回転軸に直交し、且つ放射されるX線の焦点を中心として、この中心から1チャンネル分のX線検出素子の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向としてもよい。列方向はスライス方向と呼んでもよい。第2のX線検出器31bは、補正検出器又はリファレンス検出器と呼んでもよい。
なお、一例として第2のX線検出器31bが第1のX線検出器31aの端部に連接して設けられる場合を示したが、第2のX線検出器31bの位置はこれに限られない。第2のX線検出器31bは、X線が被検体を透過しない位置に設けられていればよいため、必ずしも検出器31aと連接していることが必要ではなく、第1のX線検出器31aと空間的に離れた位置や、X線管12の近傍、あるいは回転部内部の任意の位置に固定して設置されていても構わない。
これらの第1及び第2のX線検出器31a,31bは互いに同一構成である。但し、第1のX線検出器31aは、照射されたX線の第1領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。第2のX線検出器31bは、照射されたX線の第2領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。例えば、第1のX線検出器31aは、X線管12から照射されて被検体Pを透過したX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。第2のX線検出器31bは、被検体Pへの照射と同時に照射されて被検体Pを透過しないX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。また、第2のX線検出器31bは、X線管12から照射されるX線が空気領域のみを透過する位置に設置されればよいので、例えば、X線管12とウェッジ21との間の端部領域に設置してもよい。X線管12とウェッジ21との間の端部領域は、X線管12の近傍と呼んでもよい。
いずれにしても、X線検出器31a,31b内の複数のX線検出素子各々には、入射するX線の方向性を絞るコリメータが取り付けられる。X線検出器31a内の複数のX線検出素子各々は、X線管12から照射されて被検体Pを透過したX線を光子に変換して検出する。同様に、X線検出器31b内の複数のX線検出素子各々は、X線管12から照射されて被検体Pを透過していないX線を光子に変換して検出する。例えば、被検体Pを透過したX線は、X線検出素子に入射する。X線検出素子に入射したX線は、コリメータに絞られてシンチレータに入射して光子に変換される。光子は、フォトダイオードに入射し電荷を発生し、フォトダイオードにかけられたバイアス電圧によって充電された電荷を放電させる。放電された電荷は、読出スイッチとしてのCMOSスイッチによって読出ラインを通して充電され、当該X線のエネルギーに応じた波高をもつ第1の検出信号が生成される。複数のX線検出素子各々からの第1の検出信号は、接続切換部(図示せず)を介して計数部(図示せず)に出力(読出)される。計数部は、第1の検出信号の個数を所定の波高範囲毎に計数し、計数結果をデータ収集部(DAS)32に出力する。なお、上述した被検体への照射と同時に照射されて被検体Pを透過していないX線がX線検出素子に入射した場合も同様にして、当該X線のエネルギーに応じた波高をもつ第2の検出信号が生成及び出力される。また同様に、計数部は、第2の検出信号の個数を所定の波高範囲毎に計数し、計数結果をデータ収集部(DAS)32に出力する。なお、X線検出器31は、シンチレータを使わない直接変換型の半導体検出器を使用してもよい。また、X線を光子に変換して検出する動作は、X線光子を検出する動作としてもよい。また、X線検出器31としては、X線光子を計数可能であればよく、SiPM(シリコン光電子増倍管)を用いた検出器、CdTe又はゲルマニウムを用いた検出器などの任意の検出器が使用可能であっても構わない。また、所定の波高範囲の設定数は任意であるが、設定数が少ない場合にはエネルギー帯域毎に検出信号の個数が計数され、設定数が多い場合にはエネルギー毎に検出信号の個数が計数される。すなわち、波高範囲の弁別の細かさがエネルギー帯域分解の細かさに対応する。
データ収集部(DAS)32は、計数結果収集手段を構成する複数のデータ収集回路を有する。計数結果収集手段は、第1及び第2のX線検出器31a,31bの計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを出力する。具体的には例えば、複数のデータ収集回路は、各X線検出素子から個別に読み出された第1の検出信号の計数結果を収集し、(当該収集した計数結果からなり、)被検体Pを透過したX線のエネルギースペクトルを示す第1の計数データを架台制御伝送部41に出力する。同様に、複数のデータ収集回路は、各X線検出素子から個別に読み出された第2の検出信号の計数結果を収集し、(当該収集した計数結果からなり、)被検体Pを透過していないX線のエネルギースペクトルを示す第2の計数データを架台制御伝送部41に出力する。データ収集回路の個数は、一般的にはX線検出素子の個数よりも少ない。各データ収集回路は、図示しない接続切換部の出力端子(又はスイッチ)の個数と同数だけ設けられ、例えば、各セグメントのチャンネル(ch)毎に実装される。
架台制御伝送部41は、データ収集部(DAS)32から受けた第1の計数データ及び第2の計数データをそれぞれシステム制御部61を介して補正処理部62に送出する。
補正処理部62は、第2の計数データと、複数の基準データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、X線照射時の管電圧ないし管電流を推定する推定手段を構成している。また、補正処理部62は、推定された管電圧ないし管電流に基づいて求めたエネルギースペクトルを用いて、第2の計数データと共に得られた第1の計数データを補正する補正手段を構成している。
具体的には例えば、補正処理部62は、データ収集部32から架台制御伝送部41及びシステム制御部61を介して第1の計数データ及び第2の計数データを受けると、第2の計数データに基づいて、第1の計数データを補正する。第2の計数データに基づく補正としては、例えば、X線管12の管電圧の変動を第2のX線検出器31bで検出し、得られた第2の検出信号を収集してなる第2の計数データに基づいてエネルギースペクトルを推定する。しかる後、推定したエネルギースペクトルを示す第3の計数データに基づいて、エネルギー帯域毎に第1の計数データを正規化してX線強度の変動を補正するリファレンス処理が実行される。
具体的には、第2の計数データに基づく補正は、以下の各機能(f62-1)〜(f62-3)により実行可能となっている。
(f62-1) 第2の計数データと複数の基準計数データそれぞれとを比較し、最大の類似度をもつ基準計数データに対応する管電圧ないし管電流を、X線照射時における管電圧ないし管電流として推定する第1の推定機能。具体的には、図3に一例を示すように、記憶部67内の各基準計数データと第2の計数データとの類似度を算出し、算出された類似度と当該各基準計数データとに基づいて、被検体Pへの照射時におけるX線管12の管電圧(ないし管電流)を推定する第1の推定機能。なお、図3の中央列の各図が記憶部67内の各基準計数データに対応している。図3の右列上側に示す図が第2の計数データに対応している。図3の右列下に示す図が管電圧(ないし管電流)の推定処理に対応している。
ここで、第1の推定機能(f62-1)は、当該算出された類似度のうちの最大の類似度(図3ではb)をもつ基準計数データの管電圧(図3右下のb点に対応する100.0kV)(ないし管電流)を、被検体Pへの照射時における管電圧(ないし管電流)として推定してもよい。また、第1の推定機能(f62-1)に代えて、第2の計数データと複数の基準計数データそれぞれとの類似度を算出し、更に各類似度を曲線で近似し、当該曲線が最大値を示すときの類似度に関係する管電圧ないし管電流を、X線照射時における管電圧ないし管電流として推定してもよい。例えば、当該算出された類似度と当該類似度をもつ各基準計数データの管電圧(ないし管電流)との関係を曲線で近似し、当該曲線が最大値を示すときの類似度に関係する管電圧(図3右下の破線で示す99.8kV)(ないし管電流)を、被検体Pへの照射時における管電圧(ないし管電流)として推定してもよい。
(f62-2) 推定された管電圧(ないし管電流)及び当該各基準計数データに基づいて、当該推定された管電圧(ないし管電流)で照射されたX線のエネルギースペクトルを推定する第2の推定機能。
なお、第2の推定機能(f62-2)は、当該推定された管電圧(ないし管電流)と、当該管電圧(ないし管電流)を挟む2つの管電圧(ないし管電流)に個別に対応する2つの各基準計数データとに基づいて、当該各基準計数データに示される2つのエネルギースペクトルの間を補間(例、線形補間)することにより、照射されたX線のエネルギースペクトルを推定してもよい。
(f62-3) 当該推定されたエネルギースペクトルに基づいて第1の計数データを補正する補正機能。
ここで、第1及び第2の推定機能(f62-1),(f62-2)は、推定手段の一例である。補正機能(f62-3)は、補正手段の一例である。
再構成部63は、補正処理部62で補正された第1の計数データに基づいて、被検体Pの医用画像データを再構成する。例えば、再構成部63は、補正された第1の計数データに基づいて、投影データを発生する。具体的には、再構成部63は、補正された第1の計数データ内の複数の計数結果を相互に加算して投影データを発生する。
投影データとは、再構成処理直前のデータであり、被検体Pを透過したX線の強度に応じたデータ値の集合である。投影データは、データ収集したときにビューアングルを表すデータと関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた図示していない記憶部に記憶される。ここでは説明の便宜上、ワンショットで略同時に収集したビューアングルが同一である全チャンネルにわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。なお、投影データセットの各チャンネルに対する投影データは、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号によって識別される。ビューアングルは、X線管12が回転軸Zを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Zから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を0°として360°の範囲の角度で表したものである。
また、再構成部63は、ビューアングルが360°又は180°+ファン角度の範囲内の投影データセットに基づいて、被検体Pの断層像を示す医用画像データを再構成する。ここで、再構成方法については、例えば特許文献2に記載の方法を、所望のエネルギー帯域について適用することが可能である。
画像記憶部64は、再構成部63により再構成された医用画像データを記憶する。
表示部65は、画像記憶部64に記憶された医用画像データや、X線コンピュータ断層撮影のために設定される条件などを表示する。
入力部66は、操作者が所望するX線コンピュータ断層撮影の撮影条件、および被検体の情報などを入力する。具体的には、入力部66は、操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定をX線CT装置に取り込む。入力部66は、図示しないが、関心領域の設定などを行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等を有する。入力部66は、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標をシステム制御部61に出力する。なお、入力部66は、表示画面を覆うように設けられたタッチパネルでもよい。この場合、入力部66は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をシステム制御部61に出力する。
記憶部(記憶手段)67は、X線管12からX線を照射するための複数の管電圧あるいは管電流それぞれと対応付けられた、X線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶している。例えば、記憶部67は、予め設定した複数の管電圧(ないし管電流)でX線管12からX線を照射し、第2のX線検出器31b及びデータ収集部(DAS)32により得られたX線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶している。
システム制御部61は、X線CT装置の中枢として機能する。システム制御部61は、図示していないCPUとメモリとを備える。システム制御部61は、図示していない記憶部に記憶された検査スケジュールデータと制御プログラムとに基づいて、X線コンピュータ断層撮影のために寝台5及び架台4と、高電圧発生部11を制御する。具体的には、システム制御部61は、入力部66から送られてくる操作者の指示や画像処理の条件などの情報を、一時的に図示していないメモリに記憶する。システム制御部61は、メモリに一時的に記憶されたこれらの情報に基づいて、寝台5及び架台4と、高電圧発生部11を制御する。システム制御部61は、所定の画像発生・表示等を実行するための制御プログラムを、図示していない記憶部から読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・処理等を実行する。
次に、以上のように構成されたX線CT装置の動作について図4のフローチャートを用いて説明する。また、ステップST3〜ST4の説明は、管電圧ないし管電流のうち、管電圧を例に挙げて述べている。すなわち、ステップST3〜ST4の説明は、管電圧を管電流と読み替えてもよい。
始めに、X線CT装置においては、被検体Pを用いずに、予め設定した複数の管電圧でX線管12からX線を照射する。このとき、第2のX線検出器31b及びデータ収集部(DAS)32により、当該各管電圧におけるX線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを得る。複数の基準計数データは、架台制御伝送部41及びシステム制御部61を介して記憶部67に記憶される(ST1)。これにより、記憶部67は、X線管12からX線を照射するための複数の管電圧(あるいは管電流)それぞれと対応付けられた、X線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶する。
ステップST1について補足的に説明する。X線管12の管電圧が変動すると、図3左側に示すようにX線管12から照射されるX線のエネルギースペクトル、つまりエネルギー毎のX線強度の分布が変動する。
そこで、被検体Pの撮影を開始する前に、予め管電圧を所定の範囲(例、99.5kV〜100.5kV)で変動させ、第2のX線検出器で測定されたX線のエネルギースペクトルを取得しておく(図3中央列)。第2のX線検出器31bでは、検出器のエネルギー分解能により、X線管12から放射したX線のエネルギースペクトル(図3左側)を精密に測定できず、図3中央の実線に示すように、エネルギーが鈍ったスペクトルが測定される。この測定結果を予め記憶部67に記憶しておく。
次に、X線CT装置では、被検体Pの撮影を行う。すなわち、X線CT装置において、回転軸Zを中心に回転するX線管12とX線検出器31との間の円筒形の撮影領域内に、被検体Pが寝台5に載置され挿入される。この状態でX線管12は、X線を照射する。第1のX線検出器31aは、照射されたX線の第1領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。例えば、第1のX線検出器31aは、照射されて被検体Pを透過したX線を光子に変換して検出し、当該X線のエネルギーに応じた波高をもつ第1の検出信号の個数を所定の波高範囲毎に計数する。
データ収集部(DAS)32は、第1のX線検出器31aの計数結果を収集し、被検体Pを透過したX線のエネルギースペクトルを示す第1の計数データを出力する。
一方、第2のX線検出器31bは、照射されたX線の第2領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する。例えば、第2のX線検出器31bは、被検体Pへの照射と同時に照射されて当該被検体Pを透過していないX線を光子に変換して検出し、当該X線のエネルギーに応じた波高をもつ第2の検出信号の個数を所定の波高範囲毎に計数する。
同様に、データ収集部(DAS)32は、第2のX線検出器31bの計数結果を収集し、被検体Pを透過していないX線のエネルギースペクトルを示す第2の計数データを出力する。
すなわち、データ収集部(DAS)32は、第1及び第2のX線検出器31a,31bの計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを出力する。
これら第1及び第2の計数データは、架台制御伝送部41及びシステム制御部61を介して補正処理部62に送出される。
補正処理部62は、第2の計数データと、複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、X線照射時の管電圧ないし管電流を推定する(ST2〜ST3)。
例えば、補正処理部62は、記憶部67内の各基準計数データと当該第2の計数データとの類似度を算出する(ST2)。類似度としては、正規化相関値等、多次元データ間の距離を表す任意の統計量が使用可能となっている。
次に、補正処理部62は、算出された類似度と当該各基準計数データの管電圧とに基づいて、被検体Pへの照射時におけるX線管12の管電圧を推定する(ST3)。ここで、管電圧の推定は、最大の類似度をもつ基準計数データの管電圧としてもよい。すなわち、補正処理部62は、当該算出された類似度のうちの最大の類似度(図3ではb)をもつ基準計数データの管電圧(図3右下のb点に対応する100.0kV)を、被検体Pへの照射時における管電圧として推定してもよい。あるいは、管電圧の推定は、算出した類似度を内挿してもよい。すなわち、補正処理部62は、当該算出された類似度と当該類似度をもつ各基準計数データの管電圧との関係を曲線で近似し、当該曲線が最大値を示すときの類似度に関係する管電圧(図3右下の破線で示す99.8kV)を、被検体Pへの照射時における管電圧として推定してもよい。算出した類似度を曲線近似で内挿した場合、最大の類似度から推定した場合に比べ、管電圧を精密に推定することができる。
次に、補正処理部62は、推定された管電圧(ないし管電流)に基づいて求めたエネルギースペクトルを用いて、第2の計数データと共に得られた第1の計数データを補正する(ST4〜ST5)。
例えば、補正処理部62は、ステップST3で推定された管電圧及び記憶部67内の各基準計数データに基づいて、当該推定された管電圧で照射されたX線のエネルギースペクトルを推定する(ST4)。エネルギースペクトルの推定は、近傍電圧のスペクトルの補間(線形補間等)により実行してもよい。すなわち、補正処理部62は、当該推定された管電圧と、当該管電圧を挟む2つの管電圧に個別に対応する2つの各基準計数データとに基づいて、当該各基準計数データに示される2つのエネルギースペクトルの間を線形補間することにより、当該推定された管電圧で照射されたX線のエネルギースペクトルを推定してもよい。
補正処理部62は、ステップST4で推定されたエネルギースペクトルに基づいて第1の計数データを補正する(ST5)。
具体的には例えば、補正処理部62は、エネルギー(帯域)毎に、第1の計数データを、推定されたエネルギースペクトルを示す第3の計数データで除算して正規化するリファレンス補正を用い、ステップST5を実行してもよい。すなわち、補正処理部62は、特許文献2に記載の方法を用い、ステップST5を実行してもよい。この場合、X線のエネルギーフルエンスをΨ(E)’とし、X線のエネルギースペクトルをφ(E)とし、エネルギー加重関数をw(E)とし、これらの関係式をΨ(E)’=φ(E)・w(E)としたとする。なお、エネルギーフルエンスΨ(E)’は、補正後の第1の計数データにおける波高範囲毎の計数結果に相当する。エネルギースペクトルφ(E)は、補正前の第1の計数データにおける波高範囲毎の計数結果に相当する。エネルギー加重関数w(E)は、ステップST4で推定されたエネルギースペクトルにおけるエネルギー(帯域)E毎の重み付け係数に対応する。重み付け係数は、ステップST4で推定したエネルギースペクトルφ(E)’におけるエネルギー(帯域)E毎のX線強度(=第2の検出信号の波高範囲毎の計数結果)の逆数が用いられる。
再構成部63は、いずれにしてもステップST5で補正された第1の計数データに基づいて、被検体Pの医用画像データを再構成する。再構成された医用画像データは、画像記憶部64に書き込まれる。画像記憶部64内の医用画像データは、表示部65により表示される。
上述したように本実施形態によれば、X線管12からX線を照射するための複数の管電圧(あるいは管電流)それぞれと対応付けられた、X線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶する。続いて、第1及び第2のX線検出器31a,31bの計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを出力する。また、第2の計数データと、複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、X線照射時の管電圧ないし管電流を推定する。また、推定された管電圧ないし管電流に基づいて求めたエネルギースペクトルを用いて、第2の計数データと共に得られた第1の計数データを補正する。さらに、補正された第1の計数データに基づいて、医用画像データを再構成する。これにより、X線管12から照射されるX線のエネルギースペクトルの変動を補正でき、エネルギー毎又はエネルギー帯域毎の断層像を正確に再構成することができる。
また、ステップST3において、算出された類似度のうちの最大の類似度をもつ基準計数データの管電圧を、被検体Pへの照射時における管電圧として推定する場合、簡易迅速に管電圧を推定することができる。
また、ステップST3において、算出された類似度と当該類似度をもつ各基準計数データの管電圧との関係を曲線で近似し、当該曲線が最大値を示すときの類似度に関係する管電圧を、被検体Pへの照射時における管電圧として推定する場合、高い精度で管電圧を推定することができる。
また、ステップST4において、推定された管電圧と、当該管電圧を挟む2つの管電圧に個別に対応する2つの各基準計数データとに基づいて、当該各基準計数データに示される2つのエネルギースペクトルの間を補間することにより、当該推定された管電圧で照射されたX線のエネルギースペクトルを推定する場合、高い精度で推定された管電圧に対応するエネルギースペクトルを推定することができる。
また、ステップST5において、補正処理部62は第1の計数データを補正する代わりに照射時の管電圧を補正してもよい。先に述べたように、照射すべき管電圧が100.0kVであるにも関わらず、推定された(実際に照射されたと思われる)管電圧が変動し、例えば99.8kVのような低い値になってしまう場合が考えられる。この様な場合に補正処理部62は照射する管電圧の電圧を高くする。具体的には、管電圧の値を徐々に上昇させながら管電圧の推定処理を続け、推定された管電圧が100.0kVとなった時点の管電圧を採用して撮像を行う。推定された管電圧が照射すべき管電圧より高い場合には、逆に管電圧の電圧を徐々に下げながら管電圧の調整を行う。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態に係るX線CT装置について図1を参照しながら説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、撮影中に管電圧を高電圧(例、135kV)と低電圧(例、80kV)とに1ビュー毎に切り替えるkVスイッチング方式を用いている。
これに伴い、X線管12としては、管電圧を時間的に変調しながら駆動されるものを用いている。
また、補正処理部62は、第2の計数データと、複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、時間的に変調された管電圧を推定する機能をもっている。
ここで、比較対象の第2の計数データとしては、図5に一例を示すように、管電圧の目標値(例、135kV)が同一である1ビュー(view)内の複数時点(例、t1〜t5)で取得した複数の第2の計数データを平均化して得られた結果を用いている。すなわち、比較対象の第2の計数データは、図5の下段に示す如き、X線のエネルギースペクトルを有する。図5の上段中、縦軸は管電圧を示し、横軸は時刻を示している。また、図5の上段中、一点鎖線の矩形波が「管電圧の目標値」を示し、実線の鈍った矩形波が管電圧の実測値を示している。なお、撮影中に管電圧を切り替えない場合(管電圧の実測値が一定の場合)には、任意の複数時点で取得した複数の第2の計数データを平均化して得られた結果を、比較対象の第2の計数データとすればよい。この場合、時間的に変調された管電圧の平均値が推定結果として得られる。
他の構成は、第1の実施形態と同一である。
次に、以上のように構成されたX線CT装置の動作を図4のフローチャートを参照しながら説明する。
いま、前述した通り、ステップST1が実行されたとする。
ステップST1の後、X線CT装置では、管電圧を時間的に変調しながらX線管12を駆動し、被検体Pの撮影を行う。
データ収集部(DAS)32は、第1及び第2のX線検出器31a,31bの計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを補正処理部62に出力する。
補正処理部62は、第1及び第2の計数データを受けると、管電圧の目標値が同一である1ビュー内の複数時点で取得された複数の第2の計数データを平均化し、比較対象の第2の計数データを得る。
しかる後、補正処理部62は、比較対象の第2の計数データと、複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、時間的に変調された管電圧を推定する。具体的には、補正処理部62は、比較対象の第2の計数データを用い、前述同様に、ステップST2〜ST3を実行する。
以下、X線CT装置は、前述同様に、ステップST4〜ST5を実行し、被検体Pの医用画像データを再構成する。但し、再構成のための演算は、kVスイッチング方式に応じて適宜、変更する。
上述したように本実施形態によれば、管電圧を時間的に変調してX線管12を駆動した場合でも、第2の計数データと、複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、時間的に変調された管電圧を推定する。これにより、kVスイッチング方式を用いた場合でも、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態は、複数時点の第2の計数データを平均化し、得られた第2の計数データに基づいて管電圧を推定している。但し、本実施形態は、複数時点の第2の計数データに基づいて複数時点の管電圧を推定し、得られた結果を平均化して管電圧を推定するように変形してもよい。
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態に係るX線CT装置について図1を参照しながら説明する。
第3の実施形態は、第1又は第2の実施形態の変形例であり、例えば被検体Pの体型などにより、第1及び第2のX線検出器31a,31bの領域を変更可能としている。
補足すると、第1及び第2のX線検出器31a,31bは、X線検出器31を2つの領域に区分して用いられる。しかしながら、この区分は、被検体Pの体型などによっては不適切な可能性がある。例えば、被検体Pの体型などによっては、第2のX線検出器31bに対応する第2領域を被検体Pの一部が覆ってしまう可能性がある。
従って、本実施形態は、第1及び第2のX線検出器31a,31bの領域を変更可能としている。例えば、第2のX線検出器31bの領域を、X線検出器31の左側の端部領域から右側の端部領域に変更してもよい。または、第2のX線検出器31bの領域としてX線検出器31の左側の端部領域を用いたまま、当該端部領域の列数を変更してもよい。
これに伴い、入力部(入力装置)66は、操作者の操作に応じて、第1及び第2のX線検出器31a,31bとして用いられる領域を切り替えるための入力信号を受け付ける。また、入力部66は、受け付けた入力信号をシステム制御部61及び架台制御伝送部41を介してデータ収集部(DAS)32に送出する。
データ収集部(DAS)32は、入力部66が受け付けた入力信号に基づいて、X線検出器31のうち、第1及び第2のX線検出器31a,31bとして用いられる領域を切り替える制御機能(制御部)をもっている。
以上のような構成によれば、予め入力部66が入力信号を受け付ける。データ収集部(DAS)32は、入力部66が受け付けた入力信号に基づいて、X線検出器31のうち、第1及び第2のX線検出器31a,31bとして用いられる領域を切り替える。
本実施形態は、予め第1及び第2のX線検出器31a,31bとして用いられる領域を切り替えた後、第1又は第2の実施形態と同様に動作するので、第1又は第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
<第4の実施形態>
次に、第4の実施形態に係るX線CT装置について図1を参照しながら説明する。
第4の実施形態は、第1乃至第3のいずれかの実施形態の変形例であり、エネルギースペクトルの一部の領域から類似度を算出している。
これに伴い、補正処理部62は、第2の計数データと複数の基準計数データそれぞれを複数のエネルギー帯域に区分し、当該各エネルギー帯域のうちの少なくとも1つのエネルギー帯域同士を比較することにより、類似度を求めている。
例えば図6に示すように、第2の計数データ(実線)と複数の基準計数データ(破線)それぞれを4つのエネルギー帯域B1〜B4に区分したとする。この区分は、例えば、操作者が、エネルギー帯域の閾値を設定すればよい。また、この区分は一例であり、適宜、他の区分に変更してもよい。
ここで、第1のエネルギー帯域B1は、最も低エネルギー側で傾きが大きい帯域である。なお、傾きの大小は、他のエネルギー帯域の傾きと比較した場合の大小である。
第2のエネルギー帯域B2は、第1のエネルギー帯域B1に隣接し、当該帯域B1より高エネルギー側で傾きが小さい帯域である。
第3のエネルギー帯域B3は、第2のエネルギー帯域B2に隣接し、当該帯域B2より高エネルギー側で傾きが大きく変化する帯域である。
第4のエネルギー帯域B4は、第3のエネルギー帯域B3に隣接し、当該帯域B3より高エネルギー側で傾きが小さい帯域である。
これら4つのエネルギー帯域B1〜B4は、管電圧に応じて上下に変化する。ここで図6に示すように、第2及び第4のエネルギー帯域B2,B4は傾きが小さいため、管電圧(99.5kV〜100.5kV)に応じた変化の前後で曲線が重ならず、差が出やすい。
このため、補正処理部62は、区分した各エネルギー帯域B1〜B4のうちの少なくとも1つのエネルギー帯域B2同士又はB4同士を比較することにより、類似度を求める。
他の構成は、第1乃至第3のいずれかの実施形態と同一である。
次に、以上のように構成されたX線CT装置の動作を図4のフローチャートを参照しながら説明する。
いま、前述した通り、ステップST1が実行されたとする。
ステップST1の後、X線CT装置では、X線管12を駆動し、被検体Pの撮影を行う。
データ収集部(DAS)32は、第1及び第2のX線検出器31a,31bの計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを補正処理部62に出力する。
補正処理部62は、第1及び第2の計数データを受けると、第2の計数データと複数の基準計数データそれぞれを複数のエネルギー帯域に区分し、当該各エネルギー帯域のうちの少なくとも1つのエネルギー帯域同士を比較することにより、類似度を求める(ST2)。
以下、X線CT装置は、前述同様に、ステップST3〜ST5を実行し、被検体Pの医用画像データを再構成する。
上述したように本実施形態によれば、第2の計数データと複数の基準計数データそれぞれを複数のエネルギー帯域B1〜B4に区分する。また、当該各エネルギー帯域B1〜B4のうちの少なくとも1つのエネルギー帯域B2同士又はB4同士を比較することにより、類似度を求める。
これにより、本実施形態は、第1乃至第3の実施形態と同様の効果に加え、エネルギー帯域の全域を比較する場合に比べ、類似度を求めるための演算の負荷を低減させることができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、第2の計数データと、複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、X線照射時の管電圧ないし管電流を推定する。また、推定された管電圧ないし管電流に基づいて求めたエネルギースペクトルを用いて、第2の計数データと共に得られた第1の計数データを補正する。さらに、補正された第1の計数データに基づいて、医用画像データを再構成する。これにより、X線管12から照射されるX線のエネルギースペクトルの変動を補正でき、エネルギー毎又はエネルギー帯域毎の断層像を正確に再構成することができる。
なお、本発明の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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
1…X線系、2…光学系、3…検出系、4…架台、5…寝台、6…コンソール、11…高電圧発生部、12…X線管、21…ウェッジ、22…スリット、31,31a,31b…X線検出器、32…データ収集部(DAS)、41…架台制御伝送部、61…システム制御部、62…補正処理部、63…再構成部、64…画像記憶部、65…表示部、66…入力部、67…記憶部。

Claims (10)

  1. X線を照射するX線管と、
    前記照射されたX線の第1領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する第1のX線検出器と、
    前記照射されたX線の第2領域におけるX線光子を計数し、当該X線光子のエネルギーを取得する第2のX線検出器と、
    前記第1及び第2のX線検出器の計数結果を収集し、X線のエネルギースペクトルを示す第1及び第2の計数データを出力する計数結果収集手段と、
    前記X線管からX線を照射するための複数の管電圧ないし管電流それぞれと対応付けられた、X線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶する記憶手段と、
    前記第2の計数データと、前記複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、X線照射時の管電圧ないし管電流を推定する推定手段と、
    前記推定された管電圧ないし管電流に基づいて求めたエネルギースペクトルを用いて、前記第2の計数データと共に得られた前記第1の計数データを補正する補正手段と、
    前記補正された第1の計数データに基づいて、医用画像データを再構成する再構成部と、
    を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。
  2. 前記推定手段は、前記第2の計数データと前記複数の基準計数データそれぞれとを比較し、最大の類似度をもつ基準計数データに対応する管電圧ないし管電流を、前記X線照射時における管電圧ないし管電流として推定する
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  3. 前記推定手段は、前記第2の計数データと前記複数の基準計数データそれぞれとの類似度を算出し、更に各類似度を曲線で近似し、前記曲線が最大値を示すときの類似度に関係する管電圧ないし管電流を、前記X線照射時における管電圧ないし管電流として推定する
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  4. 前記推定手段は、前記推定された管電圧ないし管電流と、当該管電圧ないし管電流を挟む2つの管電圧ないし管電流に個別に対応する2つの前記各基準計数データとの間を補間することにより、前記照射されたX線のエネルギースペクトルを推定する
    請求項2に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  5. 前記記憶手段は、予め設定した複数の管電圧ないし管電流で前記X線管からX線を照射し、前記第2のX線検出器及び前記計数結果収集手段により得られたX線のエネルギースペクトルを示す複数の基準計数データを記憶する
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  6. 被検体を載置する寝台とを更に有し、
    前記第1領域は、前記寝台に載置される被検体に対応する領域を少なくとも含み、
    前記第2領域は、前記第1領域とは異なる領域である
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  7. 前記第2のX線検出器は、前記第1のX線検出器の端部に連接されて設けられる
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  8. 前記推定手段は、前記第2の計数データと前記複数の基準計数データそれぞれを複数のエネルギー帯域に区分し、当該各エネルギー帯域のうちの少なくとも1つのエネルギー帯域同士を比較することにより、前記類似度を求める
    請求項2に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  9. 前記第1及び第2のX線検出器は、X線検出器を2つの領域に区分して用いられるものであって、
    入力信号を受け付ける入力装置と、
    前記入力信号に基づいて、前記X線検出器のうち前記第1及び第2のX線検出器として用いられる領域を切り替える制御部とを更に有する
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
  10. 前記X線管は、管電圧を時間的に変調しながら駆動されるものであって、
    前記推定手段は、前記第2の計数データと、前記複数の基準計数データそれぞれとのエネルギースペクトルの比較に基づいて、前記時間的に変調された管電圧を推定する
    請求項1に記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
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