JP6665158B2 - X-ray CT system - Google Patents

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Description

本発明は、複数のエネルギー範囲に入射するX線フォトンをエネルギー分別してカウントするエネルギー分別方式のX線検出器を搭載したX線CT装置及びマルチエネルギー像作成方法に関する。   The present invention relates to an X-ray CT apparatus equipped with an energy-separating X-ray detector that separates and counts X-ray photons incident on a plurality of energy ranges, and a multi-energy image creating method.

X線CT装置は、複数の方向から撮影した被検体のX線透過像(以下、投影データと記す)からX線吸収係数(線減弱計数)を算出し、被検体の断層像(以下、再構成像と記す)を得る装置であり、医療や非破壊検査の分野で広く用いられている。   The X-ray CT apparatus calculates an X-ray absorption coefficient (ray attenuation count) from an X-ray transmission image (hereinafter, referred to as projection data) of a subject taken from a plurality of directions, and obtains a tomographic image of the subject (hereinafter, referred to as a reconstructed image). This is a device for obtaining a structural image, and is widely used in the fields of medical treatment and nondestructive inspection.

現行の多くの医療用のX線CT装置では、積分型と言われるX線検出器が搭載されている。積分型のX線検出器は、X線をシンチレータで光に変換し、その光をフォトダイオードで電荷に変換し、その電荷を読出し回路でデジタル信号に変換して出力する。読出し回路は1ビュー毎に電荷を積分してデジタル信号を得る。ここで1ビュー間には多数のX線フォトンが入射するが、得られる信号量はそれぞれのX線フォトンのエネルギーの総和に応じた信号量となる。そのため、入射した1つ1つのX線フォトンのエネルギー情報を知ることはできない。   Many current medical X-ray CT systems are equipped with an X-ray detector called an integral type. The integrating X-ray detector converts X-rays into light using a scintillator, converts the light into charges using a photodiode, converts the charges into digital signals using a readout circuit, and outputs the digital signals. The readout circuit integrates the electric charge for each view to obtain a digital signal. Here, a large number of X-ray photons are incident during one view, but the obtained signal amount is a signal amount corresponding to the total energy of each X-ray photon. Therefore, it is not possible to know the energy information of each incident X-ray photon.

これを克服する従来技術として、デュアルエネルギー撮影法がある。この撮影法では、例えば特許文献1に記載されているように、エネルギースペクトルの異なる複数のX線で画像を取得し、その投影データや再構成像を用いて、装置で想定している基準物質や組織に分別し、それぞれの識別画像を得ることができる。更にデュアルエネルギー撮影法では、単色X線等価画像、基準物質密度画像、実効原子番号画像、電子密度画像、光電効果画像、コンプトン散乱画像、撮影で用いたスペクトル以外のスペクトルにおける吸収係数像などの画像が得られる。ここで、このようなデュアルエネルギー撮影法で作成される画像を、以下においてデュアルエネルギー画像と記すことにする。   As a conventional technique for overcoming this, there is a dual energy imaging method. In this imaging method, for example, as described in Patent Document 1, an image is acquired with a plurality of X-rays having different energy spectra, and the projection data and the reconstructed image are used to obtain a reference material assumed by the apparatus. And the tissue can be separated to obtain respective identification images. In the dual energy imaging method, images such as a monochromatic X-ray equivalent image, a reference material density image, an effective atomic number image, an electron density image, a photoelectric effect image, a Compton scattering image, and an absorption coefficient image in a spectrum other than the spectrum used in imaging are used. Is obtained. Here, an image created by such a dual energy imaging method is hereinafter referred to as a dual energy image.

一方、非特許文献1のように、近年、フォトンカウンティング方式のX線検出器を搭載したX線CT装置(以降、フォトンカウンティングCT装置と記す)の開発が進んでいる。このX線検出器は、CdTe(テルル化カドミウム)などの半導体の検出層を有するX線検出素子と、入射したX線フォトンのエネルギーに応じてエネルギー範囲毎に分別してデジタル信号を得る読出し回路を有する。   On the other hand, as in Non-Patent Document 1, in recent years, the development of an X-ray CT apparatus equipped with a photon counting type X-ray detector (hereinafter referred to as a photon counting CT apparatus) has been progressing. This X-ray detector includes an X-ray detection element having a semiconductor detection layer such as CdTe (cadmium telluride) and a readout circuit that obtains a digital signal by separating each energy range according to the energy of incident X-ray photons. Have.

このX線検出器は、X線検出素子にX線フォトンが入射すると、まず検出層でX線フォトンのエネルギーに応じた電荷が生じる。次に読出し回路が、この電荷をX線フォトン1つ1つに対して読出せる程に高速に読み出し、入射したX線フォトンのエネルギーに応じて、幾つかのエネルギー範囲毎に分別し、X線フォトン数をカウントする。このとき入射したX線フォトンのエネルギーは、発生した電荷量を用いて判別する。   In the X-ray detector, when an X-ray photon is incident on the X-ray detection element, first, charges corresponding to the energy of the X-ray photon are generated in the detection layer. Next, a readout circuit reads out this electric charge at such a high speed that it can be read out for each X-ray photon, separates the electric charge into several energy ranges according to the energy of the incident X-ray photons, Count the number of photons. At this time, the energy of the incident X-ray photon is determined using the generated charge amount.

更に、この検出を複数のX線フォトンの1つ1つで同様に行い、各エネルギー範囲においてX線フォトン数をカウントし、それぞれのカウント数をデジタル信号に変換する。このような計測により、エネルギー範囲毎に投影データが得られ、これらを用いることで、エネルギー範囲毎に再構成像を得ることができる。これを用いることで、特定の物質を抽出した画像を得ることができる(以降、フォトンカウンティング画像と記す)。例えば非特許文献1では、造影剤中の金のKエッジを用いて、金のKエッジ画像を取得している。   Further, this detection is similarly performed for each of a plurality of X-ray photons, the number of X-ray photons is counted in each energy range, and each count is converted into a digital signal. By such measurement, projection data is obtained for each energy range, and by using these, a reconstructed image can be obtained for each energy range. By using this, an image in which a specific substance is extracted can be obtained (hereinafter, referred to as a photon counting image). For example, in Non-Patent Document 1, a K-edge image of gold is acquired using a K-edge of gold in a contrast agent.

特開2009-17984号公報JP 2009-17984 A

David P. Cormode,Ewald Roessl,Axel Thran,et al. Analysis with Multicolor CT and Target Gold Nanoparticles. Radiology 2010; 256(3):774-782David P. Cormode, Ewald Roessl, Axel Thran, et al. Analysis with Multicolor CT and Target Gold Nanoparticles. Radiology 2010; 256 (3): 774-782

デュアルエネルギー撮影法を用いたX線CT装置(以降、デュアルエネルギーCT装置と記す)では、精度の良いデュアルエネルギー画像の取得、基準物質の分別、物質の識別を行うためには、実効エネルギーが大きく異なるエネルギースペクトルを用いて取得した画像を使用することが理想だが、X線管の限界や、低エネルギー時に十分な透過X線を得るためには被ばく量が増加してしまうなどの問題により、使用できるエネルギースペクトルに限界があり、デュアルエネルギー画像の作成や分別精度や識別精度の向上に限界があった。更に分別する基準物質数にも限界があった。   An X-ray CT system using dual energy imaging (hereinafter referred to as a dual energy CT system) requires a large effective energy to acquire accurate dual energy images, separate reference materials, and identify materials. Ideally, images acquired using different energy spectra should be used.However, due to the limitations of the X-ray tube and the problem of increasing the exposure dose in order to obtain sufficient transmitted X-rays at low energies, the There is a limit to the energy spectrum that can be obtained, and there is a limit to the creation of a dual energy image and the improvement of the classification accuracy and the identification accuracy. There was also a limit on the number of reference substances to be separated.

一方、フォトンカウンティングCT装置では、多数のエネルギー範囲を実現するには、入射X線で生じた信号パルスをエネルギー範囲内であるかを比較するための比較機が多数必要になるため、回路規模や回路の消費電力が増加するという問題があった。または入射X線で生じた信号パルスを、どのエネルギー範囲内であるかを多数回比較する必要があるため、分別や識別に時間を要するという問題があった。更に回路規模の増大は、装置の価格を上昇に繋がり、回路の消費電力の増大は、装置の寿命を短くする可能性がある。   On the other hand, in the photon counting CT apparatus, in order to realize a large number of energy ranges, a large number of comparators are required to compare signal pulses generated by incident X-rays within the energy range. There is a problem that the power consumption of the circuit increases. Alternatively, since it is necessary to compare the energy range of the signal pulse generated by the incident X-ray many times, there is a problem that it takes time to perform classification and identification. Further, an increase in the circuit size leads to an increase in the price of the device, and an increase in the power consumption of the circuit may shorten the life of the device.

またフォトンカウンティングCT装置でも、回路規模や撮影時間、1つのエネルギー範囲の投影データの必要なSNRの実現などにより、エネルギー範囲を無数に増やすことはできず、デュアルエネルギー撮影法を用いた場合と同様に、フォトンカウンティング画像の作成精度の向上に限界があった。   Also, with photon counting CT equipment, the energy range cannot be increased countlessly due to the circuit scale, imaging time, realization of the required SNR of projection data of one energy range, etc., as in the case of using dual energy imaging method In addition, there is a limit in improving the accuracy of creating a photon counting image.

本発明は、マルチエネルギー像を分別精度よく取得できるX線CT装置を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide an X-ray CT apparatus capable of acquiring a multi-energy image with high accuracy of classification.

上記課題を解決するために、本発明のX線CT装置は、複数のエネルギー範囲に分別して検出するX線検出器と、エネルギー範囲毎にX線検出器が検出するX線のエネルギー分布を変更する手段(検出エネルギー分布変更部)と、エネルギー分布が異なる条件でX線検出器が検出した複数のエネルギー範囲のデータを演算処理するマルチエネルギー演算部とを備える。   In order to solve the above problems, the X-ray CT apparatus of the present invention has an X-ray detector that separates and detects energy in a plurality of energy ranges, and changes the energy distribution of X-rays detected by the X-ray detector for each energy range. (A detected energy distribution changing unit), and a multi-energy calculating unit that performs arithmetic processing on data in a plurality of energy ranges detected by the X-ray detector under different energy distribution conditions.

本発明の一つの態様では、検出エネルギー分布変更部は照射X線スペクトル変更部を含み、照射X線スペクトル変更部は照射X線スペクトルを変更して、エネルギー範囲毎の検出X線エネルギー分布を変更する。別の態様では、検出エネルギー分布変更部は、X線検出器のエネルギー範囲を決定するエネルギー閾値を変更するエネルギー閾値変更部を含み、エネルギー閾値変更部がエネルギー閾値を変更して、エネルギー範囲毎の検出X線エネルギー分布を変更する。   In one embodiment of the present invention, the detected energy distribution changing unit includes an irradiated X-ray spectrum changing unit, and the irradiated X-ray spectrum changing unit changes the irradiated X-ray spectrum to change the detected X-ray energy distribution for each energy range. I do. In another aspect, the detected energy distribution changing unit includes an energy threshold changing unit that changes an energy threshold that determines an energy range of the X-ray detector, and the energy threshold changing unit changes the energy threshold, Change the detected X-ray energy distribution.

マルチエネルギー演算部は、複数の検出X線エネルギー分布で取得した投影データを用いてマルチエネルギー投影データを作成する、及び/または、複数の検出X線エネルギー分布で取得した再構成像を用いてマルチエネルギー像を作成する。なお本明細書において、マルチエネルギー像は、デュアルエネルギー画像とフォトンカウンティング画像を含む広い概念を意味する。   The multi-energy calculation unit creates multi-energy projection data using projection data obtained from a plurality of detected X-ray energy distributions, and / or generates a multi-energy projection data using a reconstructed image obtained from a plurality of detected X-ray energy distributions. Create an energy image. In this specification, a multi-energy image refers to a broad concept including a dual energy image and a photon counting image.

本発明によれば、従来のデュアルエネルギーCT装置と比べて、エネルギー範囲毎や照射X線スペクトルの異なるより多くの投影データを得ることが可能となり、デュアルエネルギー画像や分別や識別の精度を向上できる。また従来のフォトンカウンティングCT装置に比べて、フォトンカウンティング画像を精度良く作成できる。更にエネルギー範囲の個数を低減でき、回路規模、回路の消費電力、変換処理時間の低減が可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain more projection data having different energy ranges and different irradiation X-ray spectra as compared with a conventional dual energy CT apparatus, and it is possible to improve the accuracy of dual energy images and classification and identification. . In addition, a photon counting image can be created with higher accuracy than a conventional photon counting CT apparatus. Further, the number of energy ranges can be reduced, and the circuit scale, circuit power consumption, and conversion processing time can be reduced.

本発明の第一実施形態のX線CT装置を示す全体概略図FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an X-ray CT apparatus according to a first embodiment of the present invention. X線検出器におけるX線検出素子の配置の一例を説明する説明図Explanatory drawing explaining an example of the arrangement of X-ray detection elements in an X-ray detector X線検出器の構造の一例を説明するための説明図Explanatory drawing for explaining an example of the structure of an X-ray detector 第一実施形態のX線検出器で行われるエネルギー分別方法を説明する説明図Explanatory drawing explaining the energy classification method performed by the X-ray detector of the first embodiment 第一実施形態の演算部の構成例を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration example of an arithmetic unit according to the first embodiment 第一実施形態のX線CT装置で行われるデータ処理フローの一例を示す図FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a data processing flow performed by the X-ray CT apparatus of the first embodiment. 第一実施形態のX線CT装置で行われる別方法のデータ処理フローの一例を示す図The figure which shows an example of the data processing flow of another method performed by the X-ray CT apparatus of the first embodiment. 第一実施形態のX線CT装置で行われる別方法のデータ処理フローの一例を示す図The figure which shows an example of the data processing flow of another method performed by the X-ray CT apparatus of the first embodiment. 第一実施形態のX線で用いる識別マップの一例を説明するための説明図Explanatory drawing for explaining an example of an identification map used for X-rays of the first embodiment 第一実施形態のX線CT装置で行われる別方法のデータ処理フローの一例を示す図The figure which shows an example of the data processing flow of another method performed by the X-ray CT apparatus of the first embodiment. 本発明のX線CT装置の第二実施形態の演算部の構成例を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration example of a calculation unit of the second embodiment of the X-ray CT apparatus of the present invention 第二実施形態のX線CT装置で行われる制御フローの一例を示す図The figure which shows an example of the control flow performed in the X-ray CT apparatus of the second embodiment. 第二実施形態のX線CT装置で行われる制御フローの別の例を示す図The figure which shows another example of the control flow performed in the X-ray CT apparatus of the second embodiment. 本発明の第三実施形態のX線CT装置を示す全体概略図Overall schematic diagram showing an X-ray CT apparatus according to a third embodiment of the present invention 第三実施形態におけるエネルギー閾値変更部の機能を説明する説明図Explanatory drawing explaining the function of the energy threshold changing unit in the third embodiment 第三実施形態の演算部の構成例を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration example of an arithmetic unit according to the third embodiment 第三実施形態のX線CT装置で行われるデータ処理フローの一例を示す図The figure which shows an example of the data processing flow performed in the X-ray CT apparatus of 3rd Embodiment 第四実施形態の演算部の構成例を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration example of an arithmetic unit according to the fourth embodiment 第四実施形態におけるエネルギー閾値変更部の機能を説明する説明図Explanatory drawing explaining the function of the energy threshold changing unit in the fourth embodiment 第四実施形態のデータ処理フローの一例を示す図The figure which shows an example of the data processing flow of 4th Embodiment Kエッジイメージングの原理を説明するための説明図Illustration for explaining the principle of K-edge imaging 第四実施形態におけるエネルギー閾値とKエッジエネルギーとの関係を説明する説明図Explanatory drawing explaining the relationship between the energy threshold value and the K edge energy in the fourth embodiment 本発明の第五実施形態のX線CT装置を示す全体概略図Overall schematic view showing an X-ray CT apparatus according to a fifth embodiment of the present invention 第五実施形態の制御部の構成例を示す機能ブロック図Functional block diagram illustrating a configuration example of a control unit according to the fifth embodiment. 第五実施形態のタイミング制御の一例を示す図The figure which shows an example of the timing control of 5th Embodiment 第五実施形態で取得するデータの一例を示す図The figure which shows an example of the data acquired in 5th Embodiment 第六実施形態の演算部の構成例を示す機能ブロック図Functional block diagram illustrating a configuration example of an arithmetic unit according to the sixth embodiment. 第六実施形態のGUIの一例を説明する図FIG. 9 is a view for explaining an example of a GUI according to the sixth embodiment. 第六実施形態の制御フローの一例を示す図The figure which shows an example of the control flow of 6th Embodiment. 第六実施形態の被検体モデルの一例を説明する説明図Explanatory drawing explaining an example of the subject model of the sixth embodiment 図29の制御フローの変更例を示す図The figure which shows the example of a change of the control flow of FIG.

<第一実施形態>
本実施形態のX線CT装置は、X線を照射するX線源(100)と、入射したX線を複数のエネルギー範囲に分別して検出するX線検出器(104)と、複数のエネルギー範囲のそれぞれにおいて、X線検出器で検出される検出X線エネルギー分布を変更する検出エネルギー分布変更部と、複数の検出X線エネルギー分布で、複数のエネルギー範囲のX線検出器の出力信号を処理して投影データを作成する信号収集部(108)と、投影データを再構成して再構成像を作成する再構成部(1053)と、複数の前記検出X線エネルギー分布で取得した投影データを用いてマルチエネルギー投影データを作成する、及び/または、複数の前記検出X線エネルギー分布で取得した前記再構成像を用いてマルチエネルギー像を作成するマルチエネルギー演算部(1052)と、を備える。
<First embodiment>
The X-ray CT apparatus of the present embodiment includes an X-ray source (100) for irradiating X-rays, an X-ray detector (104) for separating and detecting incident X-rays into a plurality of energy ranges, and a plurality of energy ranges. In each of the above, the detected energy distribution changing unit that changes the detected X-ray energy distribution detected by the X-ray detector, and processing the output signals of the X-ray detectors in multiple energy ranges with multiple detected X-ray energy distributions A signal acquisition unit (108) that creates projection data by reconstructing the projection data to create a reconstructed image by reconstructing the projection data (1053), and projecting data acquired by a plurality of the detected X-ray energy distributions. And / or a multi-energy calculation unit (1052) for generating multi-energy projection data using the plurality of detected X-ray energy distributions and / or generating a multi-energy image using the reconstructed images obtained from the plurality of detected X-ray energy distributions.

検出エネルギー分布変更部は、X線源が照射するX線の照射エネルギースペクトル(照射X線エネルギースペクトル)を変更する照射X線スペクトル変更部(111)を備え、照射X線スペクトル変更部により照射エネルギースペクトルを変更して、エネルギー範囲毎の検出X線エネルギー分布を変更する。
The detection energy distribution changing unit includes an irradiation X-ray spectrum changing unit (111) that changes an irradiation energy spectrum (irradiation X-ray energy spectrum) of the X-ray irradiated by the X-ray source. The spectrum is changed to change the detected X-ray energy distribution for each energy range.

本実施形態のX線CT装置において、例えば、X線検出器(104)は、入射したX線フォトンを検出し、2つ以上のエネルギー範囲に分別して計数を行うフォトンカウンティング方式のX線検出素子(400)が複数配置されたX線検出器であり、信号収集部(108)は、X線検出素子のカウント数を収集し、投影データを取得する。演算部(105)は、信号収集部(108)で収集した信号に対して、補正処理を行う補正処理部(1051)と、マルチエネルギー演算を行ってマルチエネルギー像の投影データを作成するマルチエネルギー演算部(1052)と、再構成演算処理を行う再構成部(1053)と、を備える。   In the X-ray CT apparatus of the present embodiment, for example, an X-ray detector (104) detects an incident X-ray photon, and a photon counting type X-ray detection element that performs counting by separating the energy into two or more energy ranges. Reference numeral (400) denotes an X-ray detector in which a plurality of X-ray detectors are arranged. The signal collection unit (108) collects the count number of the X-ray detection elements and acquires projection data. The calculation unit (105) includes a correction processing unit (1051) that performs a correction process on the signal collected by the signal collection unit (108), and a multi-energy calculation that performs a multi-energy calculation to generate projection data of a multi-energy image. An operation unit (1052) and a reconfiguration unit (1053) for performing reconfiguration operation processing are provided.

マルチエネルギー演算部(1052)で行われるマルチエネルギー演算は、複数の焦点位置と複数のエネルギー範囲で得られた信号を用いて、デュアルエネルギー像やフォトンカウンティング像などのマルチエネルギー像の投影データ(以降、マルチエネルギー投影データと記す)を作成する処理である。   The multi-energy calculation performed by the multi-energy calculation unit (1052) uses signals obtained at a plurality of focus positions and a plurality of energy ranges to project projection data of a multi-energy image such as a dual energy image or a photon counting image (hereinafter referred to as a multi-energy image). , Multi-energy projection data).

以下、図面を参照して、本実施形態のX線CT装置の構成と動作を説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the X-ray CT apparatus of the present embodiment will be described with reference to the drawings.

本実施形態のX線CT装置は、図1に示すように、撮影系として、X線源100と、照射X線スペクトル変更部(以下、スペクトル変更部と略記する)111と、X線源100から照射されるX線の照射範囲に配置されたX線検出器104と、これらX線源100及びX線検出器104を対向配置し、所定の回転軸を中心に回転するガントリー回転部101とを備えている。ガントリー回転部101の中央には、被検体102が挿入される開口が設けられており、この開口内に、被検体102が寝かせられる寝台天板103が配置されている。寝台天板103とガントリー回転部101とは、所定の方向に相対的に移動可能な構成である。   As shown in FIG. 1, the X-ray CT apparatus of the present embodiment includes an X-ray source 100, an irradiation X-ray spectrum changing unit (hereinafter, abbreviated as a spectrum changing unit) 111, and an X-ray source 100 as an imaging system. An X-ray detector 104 arranged in an irradiation range of X-rays irradiated from the gantry rotating unit 101 which is arranged so that these X-ray source 100 and the X-ray detector 104 face each other, and rotates around a predetermined rotation axis. It has. An opening into which the subject 102 is inserted is provided at the center of the gantry rotating unit 101, and a couchtop 103 on which the subject 102 is laid is arranged in the opening. The couch top 103 and the gantry rotating unit 101 are configured to be relatively movable in a predetermined direction.

本実施例のX線源100は、例えば管電圧で加速した電子ビームをタングステンやモリブデンなどのターゲット金属に衝突させ、その衝突位置(焦点)からX線を発生させる。スペクトル変更部111は、例えば管電圧や、X線フィルタを変更することで、焦点から照射されるX線のスペクトルを変更する。このX線フィルタとしては、タングステン、モリブデン、銅、スズなどの金属があり得る。   The X-ray source 100 according to the present embodiment causes an electron beam accelerated by a tube voltage to collide with a target metal such as tungsten or molybdenum, and generates X-rays from the collision position (focal point). The spectrum changing unit 111 changes the spectrum of the X-ray emitted from the focal point, for example, by changing the tube voltage or the X-ray filter. The X-ray filter can include metals such as tungsten, molybdenum, copper, tin, and the like.

またX線CT装置は、これら撮影系を制御する制御系、及び撮影系の動作に伴いX線検出器104が取得した信号を処理する信号処理系として、制御部107、信号収集部108、演算部105、表示部106、入力部110、及び記憶部109などを備えている。   The X-ray CT apparatus includes a control unit 107, a signal collection unit 108, an arithmetic operation unit, and a control system that controls the imaging system and a signal processing system that processes a signal acquired by the X-ray detector 104 in accordance with the operation of the imaging system. A unit 105, a display unit 106, an input unit 110, a storage unit 109, and the like are provided.

制御部107は、X線源100の発生駆動源の動作を制御するX線制御部、X線検出器104の信号読み出し動作を制御する読み出し制御部、ガントリー回転部101の回転と寝台天板103の移動を制御する撮影制御部、及びこれら各部全体を制御する全体制御部で構成される。
さらに表示部106の表示を制御する表示制御部などを備えることができる。
The control unit 107 includes an X-ray control unit that controls the operation of the generation drive source of the X-ray source 100, a readout control unit that controls the signal readout operation of the X-ray detector 104, the rotation of the gantry rotation unit 101, and the couchtop 103. It is composed of a photographing control unit that controls the movement of the camera, and an overall control unit that controls all of these units.
Further, a display control unit or the like for controlling display on the display unit 106 can be provided.

制御部107及び演算部105は、一部又は全部をCPU(中央処理装置)、メモリ及び記憶部109を含むシステムとして構築することができ、制御部107及び演算部105を構成する各部の機能は、予め記憶部に格納されたプログラムをCPUがメモリにロードし、実行することにより実現することができる。また機能の一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアで構成することも可能である。   The control unit 107 and the arithmetic unit 105 can be partially or entirely configured as a system including a CPU (Central Processing Unit), a memory and a storage unit 109, and the functions of each unit constituting the control unit 107 and the arithmetic unit 105 are as follows. The program can be realized by the CPU loading a program stored in the storage unit in advance into the memory and executing the program. Some of the functions can be configured by hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

特に説明しない限り、撮影系、制御系及び信号処理系を構成する要素は、公知のX線CT装置が備える要素と同じ構成を有し、同様の機能を持つ。   Unless otherwise described, components constituting an imaging system, a control system, and a signal processing system have the same configuration and have the same functions as those included in a known X-ray CT apparatus.

X線検出器104は、X線源100を略中心とした円弧状に複数配置されており、ガントリー回転部101の回転に伴い、X線源100との位置関係を保ちながら回転する。なお、図1では、説明を簡単にするために、X線検出器104は8個の場合が示されているが、実際の装置では、例えば40個程度である。またX線検出器104の前面にはX線グリッド(図示せず)が設置されており、X線源100から照射されたX線のうち、被検体102などで散乱されたX線が、X線検出器104に入射するのを防ぐ。   The X-ray detectors 104 are arranged in a plurality of arcs around the X-ray source 100, and rotate while maintaining the positional relationship with the X-ray source 100 as the gantry rotating unit 101 rotates. Although FIG. 1 shows the case where the number of X-ray detectors 104 is eight for the sake of simplicity, the actual device has, for example, about forty. An X-ray grid (not shown) is provided on the front surface of the X-ray detector 104, and among the X-rays emitted from the X-ray source 100, X-rays scattered by the subject 102 and the like are X-rays. It prevents the light from entering the line detector 104.

X線検出器104は、例えば図2に示すように、複数のフォトンカウンティング方式のX線検出素子400が、チャネル方向とスライス方向に2次元的に配置された構造を成す。ここで図2は、X線検出器104に配置されたX線検出素子400の一部を示し、チャネル方向に4個、スライス方向に3個分を切り出して記したものである。またX線検出素子400は、チャネル方向と回転方向を、スライス方向と回転軸方向とを一致させて配置されている。
The X-ray detector 104 has a structure in which a plurality of photon-counting X-ray detection elements 400 are two-dimensionally arranged in a channel direction and a slice direction, for example, as shown in FIG. Here, FIG. 2 shows a part of the X-ray detection element 400 arranged in the X-ray detector 104, which is cut out for four in the channel direction and three in the slice direction. Further, the X-ray detection element 400 is arranged such that the channel direction and the rotation direction coincide with the slice direction and the rotation axis direction.

X線検出器104の各X線検出素子400は、図3に示すように、検出層401を挟むように正負の電極402、403が設けられ、その電極には読み出し回路405が接続された構造を有する。本実施例では、負の電極402は、各X線検出素子400で共通な構造である。またX線は、矢印404で示すように、負の電極402側から検出層401に入射する。検出層401は、例えばCdTe(テルル化カドミウム)、CdZnTe(カドミジンクテルル)、Si(シリコン)などの半導体材料から成り、入射したX線フォトンを検出し、そのエネルギーに応じた量の電荷を生じる。読出し回路405は、検出層401で発生した電荷を所定のサンプリング間隔で読み出し、その電荷で生じた電気信号により、入射したX線フォトンのエネルギーを、所定の閾値により複数のエネルギー範囲に分別する。   As shown in FIG. 3, each X-ray detection element 400 of the X-ray detector 104 has a structure in which positive and negative electrodes 402 and 403 are provided so as to sandwich the detection layer 401, and a readout circuit 405 is connected to the electrodes. Having. In the present embodiment, the negative electrode 402 has a common structure for each X-ray detection element 400. The X-rays enter the detection layer 401 from the negative electrode 402 side as indicated by an arrow 404. The detection layer 401 is made of a semiconductor material such as, for example, CdTe (cadmium telluride), CdZnTe (cadmium zinc tellurium), and Si (silicon), detects an incident X-ray photon, and generates an amount of charge corresponding to the energy. . The readout circuit 405 reads out the charges generated in the detection layer 401 at a predetermined sampling interval, and separates the energy of the incident X-ray photons into a plurality of energy ranges based on a predetermined threshold value based on an electric signal generated by the charges.

例えば、2つのエネルギー範囲を、所定の閾値未満であるエネルギー範囲(以下、低エネルギー範囲と記す)か、所定の閾値以上のエネルギー範囲(以下、高エネルギー範囲と記す)かによって判別する。このような判別をサンプリング毎に行い、X線フォトンが入射したときに高エネルギー範囲と低エネルギー範囲に分別して、それぞれのX線フォトン数をビュー毎にカウントする。   For example, the two energy ranges are determined based on whether the energy range is less than a predetermined threshold (hereinafter referred to as a low energy range) or an energy range equal to or more than a predetermined threshold (hereinafter referred to as a high energy range). Such discrimination is performed for each sampling, and when an X-ray photon is incident, it is classified into a high energy range and a low energy range, and the number of each X-ray photon is counted for each view.

分別方法について、図4を参照して説明する。図4は、発生電荷で生じた出力電圧120を示すグラフであり、横軸が時間、縦軸が電圧を示す。図示する例では、サンプリング時間123中にX線が入射してパルス出力121を生じ、サンプリング時間125中にX線が入射してパルス出力122を生じている。なお図4では、サンプリングはX線が入射するタイミングだけでなく、X線が入射しない場合(サンプリング時間124)でも周期的に行われる場合を示したが、X線フォトンが入射したタイミングでサンプリングが行われる場合も在り得る。   The sorting method will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing an output voltage 120 generated by generated charges, wherein the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. In the illustrated example, X-rays enter during a sampling time 123 to generate a pulse output 121, and X-rays enter during a sampling time 125 to generate a pulse output 122. Note that FIG. 4 shows a case where sampling is performed not only at the timing of X-ray incidence but also periodically when no X-rays are incident (sampling time 124), but sampling is performed at the timing of X-ray photon incidence. It can be done.

読み出し回路(図3、405)は、サンプリング毎に、その区間における出力電圧の最大値と、エネルギー閾値126とエネルギー閾値127とを比較器により比較して分別する。このエネルギー閾値126は、入射したX線フォトンが高エネルギー範囲か低エネルギー範囲するものである。エネルギー閾値127は、X線フォトンの入力無しかを判定するものである。ここで出力電圧120は、X線が入力しないときにもX線検出器104の回路ノイズによって変動しているため、これをX線による信号と誤検出しないために、エネルギー閾値127はゼロより大きな値が必要である。   The readout circuit (405 in FIG. 3) compares the maximum value of the output voltage in that section with the energy threshold value 126 and the energy threshold value 127 by a comparator for each sampling to discriminate. The energy threshold 126 is a range in which the incident X-ray photon has a high energy range or a low energy range. The energy threshold 127 determines whether or not there is an input of an X-ray photon. Here, since the output voltage 120 fluctuates due to the circuit noise of the X-ray detector 104 even when X-rays are not input, the energy threshold 127 is larger than zero so as not to erroneously detect this as a signal due to X-rays. Expected a value.

これらのエネルギー閾値を用いて、例えば図4のサンプリング時間124では、出力電圧120はエネルギー閾値127以下のため、X線フォトンの入力無しと判断する。また、サンプリング時間125では、出力電圧120はエネルギー閾値126よりも大きいため、高エネルギー範囲のX線が入射したと判断する。またサンプリング時間123では、出力電圧120はエネルギー閾値127よりも大きいがエネルギー閾値126以下のため、低エネルギー範囲のX線が入射したと判断する。以上のようにして、入射の有無とエネルギー範囲の分別を行う。   By using these energy thresholds, for example, at the sampling time 124 in FIG. 4, the output voltage 120 is equal to or less than the energy threshold 127, so that it is determined that no X-ray photon is input. At the sampling time 125, since the output voltage 120 is larger than the energy threshold 126, it is determined that X-rays in a high energy range have entered. At the sampling time 123, the output voltage 120 is higher than the energy threshold 127 but lower than the energy threshold 126, so that it is determined that X-rays in the low energy range have entered. As described above, the presence or absence of incidence and the energy range are classified.

なおサンプリングでの最大値を用いて分別を行う代わりに、例えば、サンプリング中の出力電圧の積分値を用いてもよく、分別手法は上記手法に限定されない。   Instead of performing the classification using the maximum value in the sampling, for example, an integrated value of the output voltage during the sampling may be used, and the classification method is not limited to the above method.

以上の構成を踏まえ、X線CT装置の一般的な撮影動作を、エネルギー範囲が2つであって、照射X線のスペクトルが2つの場合を例に説明する。ただしこれは説明を簡単にするためであり、これは本発明を限定するものではない。エネルギー範囲を3つ以上設けても構わず、照射X線のスペクトルを3種以上に変えて使用しても構わない。   Based on the above configuration, a general imaging operation of the X-ray CT apparatus will be described as an example of a case where the energy range is two and the spectrum of the irradiated X-ray is two. However, this is for the sake of simplicity and does not limit the present invention. Three or more energy ranges may be provided, and the irradiation X-ray spectrum may be changed to three or more types.

まず入力部110から実撮影の開始を入力すると、制御部107はX線源100からのX線の照射と、ガントリー回転部101を制御し撮影を開始する。このとき、例えば140kVの管電圧で電子ビームを加速してX線源100からX線が照射したとし、このときの照射X線のスペクトルを、以降、第1のスペクトルと記す。   First, when the start of actual imaging is input from the input unit 110, the control unit 107 controls irradiation of the X-rays from the X-ray source 100 and the gantry rotating unit 101 to start imaging. At this time, for example, it is assumed that the electron beam is accelerated by a tube voltage of 140 kV and X-rays are emitted from the X-ray source 100, and the spectrum of the irradiated X-rays at this time is hereinafter referred to as a first spectrum.

X線源100の焦点から照射されたX線は、寝台天板103に載った被検体102に向けて照射され、被検体102を透過したX線はX線検出器104で検出される。X線検出器104は、入射X線のエネルギーに応じて、前述したように高エネルギー範囲と低エネルギー範囲に分別する。更にこの分別を1ビュー間所定のサンプリング回数行って、高エネルギー範囲と低エネルギー範囲に入射するX線フォトン数を計数する。信号収集部108は、それぞれのX線フォトン数に応じた信号を、デジタル信号に変換し、各エネルギー範囲でのカウント数として出力する。   The X-rays radiated from the focal point of the X-ray source 100 are radiated toward the subject 102 placed on the couch top 103, and the X-rays transmitted through the subject 102 are detected by the X-ray detector 104. The X-ray detector 104 separates into a high energy range and a low energy range as described above, according to the energy of the incident X-ray. Further, this classification is performed a predetermined number of times during one view, and the number of X-ray photons incident on the high energy range and the low energy range is counted. The signal collecting unit 108 converts a signal corresponding to each X-ray photon number into a digital signal and outputs the digital signal as a count number in each energy range.

次に制御部107は、このような撮影を、ガントリー回転部101を回転方向に回転することで、被検体102に対するX線の照射角度を変化させる。このビューでも前ビューと同じように計測を行い、各エネルギー範囲でのカウント数として出力する。ここで、X線源100から発生されるX線は、ビューに同期したパルスX線でも良いし、連続X線でも良い。更にこのように回転駆動させながら、ビュー毎に焦点位置を変更させて撮影を繰り返し行い、360度分のデジタル信号を取得する。撮影は、例えば1ビューを0.4度として、複数ビューに亘って行う。   Next, the control unit 107 changes the X-ray irradiation angle on the subject 102 by rotating the gantry rotation unit 101 in the rotation direction in such imaging. In this view, measurement is performed in the same way as in the previous view, and the count is output in each energy range. Here, the X-ray generated from the X-ray source 100 may be a pulse X-ray synchronized with a view or a continuous X-ray. Further, while rotating in this way, the focus position is changed for each view, and the photographing is repeated, thereby obtaining a 360-degree digital signal. The photographing is performed over a plurality of views, for example, with one view being 0.4 degrees.

次に、スペクトル変更部111は、例えば電子ビームを加速する管電圧を80kVに変更し、X線源100のスペクトルを変化させる。このスペクトルを以降、第2のスペクトルと記す。この2周目の撮影でも、1周目と同様に各ビューで、高エネルギー範囲と低エネルギー範囲に分別しながらX線検出器104に入射するX線フォトン数を計数し、被検体102に対するX線の照射角度を変化させながら計数を行って360度分のデジタルデータを得る。このように得られたデジタルデータを、以降、投影データと記す。ここでは2周の撮影のそれぞれで、投影データが得られる。   Next, the spectrum changing unit 111 changes, for example, the tube voltage for accelerating the electron beam to 80 kV, and changes the spectrum of the X-ray source 100. This spectrum is hereinafter referred to as a second spectrum. In the imaging of the second lap, the number of X-ray photons incident on the X-ray detector 104 is counted in each view as in the first lap while being classified into a high energy range and a low energy range. Counting is performed while changing the irradiation angle of the line to obtain digital data for 360 degrees. The digital data obtained in this manner is hereinafter referred to as projection data. Here, projection data is obtained for each of two rounds of shooting.

次いで、演算部105は、信号収集部108が収集した投影データに対し、所定の補正処理やマルチエネルギー演算処理を行い、マルチエネルギー投影データを作成する。次に、演算部105はマルチエネルギー投影データに再構成処理を行い、被検体102のマルチエネルギー像を作成する。結果を表示部106で表示する。   Next, the calculation unit 105 performs a predetermined correction process and a multi-energy calculation process on the projection data collected by the signal collection unit 108 to create multi-energy projection data. Next, the arithmetic unit 105 performs a reconstruction process on the multi-energy projection data to create a multi-energy image of the subject 102. The result is displayed on the display unit 106.

本実施形態のX線CT装置は、演算部105で行うマルチエネルギー演算処理に特徴がある。以下、演算部105の詳細を説明する。まず演算部105の構成例を図5に示す。図5に示すように演算部105は、大きく分けて、主制御部1050、補正処理部1051、マルチエネルギー演算部1052、画像再構成部1053からなり、補正処理部1051、マルチエネルギー演算部1052、及び画像再構成部1053は、主制御部1050の制御のもとに動作する。   The X-ray CT apparatus according to the present embodiment is characterized by multi-energy operation processing performed by the operation unit 105. Hereinafter, details of the arithmetic unit 105 will be described. First, a configuration example of the arithmetic unit 105 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the calculation unit 105 is roughly divided into a main control unit 1050, a correction processing unit 1051, a multi-energy calculation unit 1052, and an image reconstruction unit 1053, and the correction processing unit 1051, the multi-energy calculation unit 1052, The image reconstruction unit 1053 operates under the control of the main control unit 1050.

補正処理部1051は、信号収集部108で取得した投影データ(ローデータ)に対し、後の演算に必要な処理を行うもので、欠陥素子補正部1054、エア補正部1055、などを含む。マルチエネルギー演算部1052は、主として、マルチエネルギー演算にてマルチエネルギー投影データを作成する機能を有し、図5では密度画像算出部1056及びマルチエネルギー投影データ算出部1057を備える場合を示すが、マルチエネルギー演算の手法や追加機能に応じてマルチエネルギー演算部1052の構成は適宜変更される。   The correction processing unit 1051 performs a process necessary for a later calculation on the projection data (raw data) acquired by the signal collection unit 108, and includes a defect element correction unit 1054, an air correction unit 1055, and the like. The multi-energy operation unit 1052 mainly has a function of creating multi-energy projection data by multi-energy operation, and FIG. 5 illustrates a case where the multi-energy operation unit includes a density image calculation unit 1056 and a multi-energy projection data calculation unit 1057. The configuration of the multi-energy operation unit 1052 is appropriately changed according to the energy operation method and the additional function.

演算部105の計算に用いられるパラメータやデータは、記憶部109に保存されており、演算部105は必要に応じて記憶部109からパラメータ等を読み出し、補正処理、マルチエネルギー演算処理、画像再構成などの計算を行う。このパラメータやデータには、例えば、欠陥素子補正部1054が用いる欠陥素子位置マップ、エア補正部1055が用いるX線感度分布やX線分布、マルチエネルギー演算部1052がマルチエネルギー演算の際に用いるデータ(X線スペクトル分布と質量吸収係数データ)などが含まれる。   The parameters and data used for the calculation of the calculation unit 105 are stored in the storage unit 109, and the calculation unit 105 reads the parameters and the like from the storage unit 109 as necessary, and performs correction processing, multi-energy calculation processing, image reconstruction. Perform calculations such as The parameters and data include, for example, a defective element position map used by the defective element correction unit 1054, an X-ray sensitivity distribution and an X-ray distribution used by the air correction unit 1055, and data used by the multi-energy calculation unit 1052 when performing multi-energy calculation. (X-ray spectrum distribution and mass absorption coefficient data).

次に、演算部105で行われるデータ処理を、図6のフローを用いて説明する。   Next, data processing performed by the arithmetic unit 105 will be described with reference to the flowchart of FIG.

図6に示すように、演算部105は、信号収集部108から受け取った投影データ143に対して、まず欠陥素子補正S701を行う。この補正は、例えば、本撮影の事前に計測し作成して記憶部109に保存しておいた欠陥素子位置マップ141を基に欠陥のあるX線検出素子(欠陥素子)を特定し、その出力値を推定する処理である。出力値の推定方法は、例えば欠陥素子の周辺の正常なX線検出素子400の出力値を用いて平均値を算出し、その値を欠陥素子の出力値とする。   As shown in FIG. 6, the calculation unit 105 first performs defect element correction S701 on the projection data 143 received from the signal collection unit. This correction is performed, for example, by identifying a defective X-ray detection element (defective element) based on the defective element position map 141 measured and created in advance of the main imaging and stored in the storage unit 109, and outputting the X-ray detection element. This is a process of estimating a value. In the method of estimating the output value, for example, an average value is calculated using output values of normal X-ray detection elements 400 around the defective element, and the average value is used as the output value of the defective element.

次にエア補正S702を行う。この補正は、例えば、本撮影の事前に計測し作成して記憶部109に保存しておいた感度・X線分布データ142にて投影データを除することで実現する。   Next, air correction S702 is performed. This correction is realized, for example, by dividing the projection data by the sensitivity / X-ray distribution data 142 measured and created in advance of the main imaging and stored in the storage unit 109.

感度・X線分布データ142は、エネルギー範囲毎に作成する。作成方法は、例えば被検体102を設けずに、X線管100からX線を照射してエネルギー毎に投影データ143を取得し、それらに対して欠陥素子補正S701を行った後、X線検出素子400毎にビュー方向に加算平均を行い、X線検出器104での出力の平均値によって規格化して作成する。   The sensitivity / X-ray distribution data 142 is created for each energy range. The creation method is, for example, without providing the subject 102, irradiating X-rays from the X-ray tube 100 to obtain projection data 143 for each energy, performing defect element correction S701 on them, and then performing X-ray detection. Addition and averaging is performed in the view direction for each element 400, and normalized by the average value of the output from the X-ray detector 104 to create the element.

これの補正処理は、それぞれのエネルギー範囲と照射X線スペクトルとで取得した複数の投影データ143のそれぞれに対し行う。   This correction process is performed on each of the plurality of projection data 143 acquired in each energy range and irradiation X-ray spectrum.

次にマルチエネルギー演算処理S703にて、マルチエネルギー投影データ144を作成する。詳細は後述する。   Next, in multi-energy operation processing S703, multi-energy projection data 144 is created. Details will be described later.

以上のような処理を行ってマルチエネルギー投影データ144を得た後、再構成処理S704を行って再構成像145を作成する。最後に再構成像145を、表示部106にて表示する(S705)。   After performing the above processing to obtain the multi-energy projection data 144, a reconstruction process S704 is performed to create a reconstructed image 145. Finally, the reconstructed image 145 is displayed on the display unit 106 (S705).

次にマルチエネルギー演算処理S703における原理と処理方法を詳述する。   Next, the principle and processing method in the multi-energy operation processing S703 will be described in detail.

まず原理を、従来のデュアルエネルギー撮影法と比較しながら記す。一例として、被検体が2つの基準物質を仮定して、その基準物質密度画像や単色X線等価画像などのマルチエネルギー像を作成する場合を説明する。以下の説明では、2つの基準物質を、基準物質1と基準物質2とし、それらの質量吸収係数(質量減弱係数)をμmn(ε)(nは1又は2の整数であり、どちらの基準物質であるかを示す)、位置rにおける密度をρn(r)と記す。First, the principle will be described in comparison with the conventional dual energy imaging method. As an example, a case will be described where a subject assumes two reference substances and creates a multi-energy image such as a reference substance density image or a monochromatic X-ray equivalent image. In the following description, two reference substances are referred to as reference substance 1 and reference substance 2, and their mass absorption coefficient (mass attenuation coefficient) is μm n (ε) (n is an integer of 1 or 2; The density at the position r is denoted by ρ n (r).

ここで、基準物質の質量吸収係数は、被検体を撮影する前に記憶部109に計算用データ140として保存しておくことができ、これを計算で使用する。従って基準物質は事前に既定されているものから選択されることが望ましい。例えば、入力された撮影方法、撮影条件、被検体の特徴や撮影部位、デュアルエネルギー撮影の目的などから自動的に決定されるか、装置に登録されている基準物質から操作者が入力部110を介して選択して決定するように構成してもよい。   Here, the mass absorption coefficient of the reference substance can be stored as calculation data 140 in the storage unit 109 before imaging the subject, and is used in the calculation. Therefore, it is desirable that the reference material be selected from those that are determined in advance. For example, the input imaging method, imaging conditions, the characteristics of the subject and the imaging site, is automatically determined from the purpose of dual energy imaging or the like, or the operator can input the input unit 110 from the reference material registered in the apparatus. Alternatively, it may be configured to select and determine via the Internet.

ここで撮影方法とは、単純撮影、造影撮影、パフュージョン撮影などを意味し、撮影条件とは管電流、管電圧、スキャン時間、線量などを意味し、デュアルエネルギー撮影の目的とは、骨と造影剤の分離、プラークの鑑別、金属アーチファクトの低減などを意味する。   Here, the imaging method means simple imaging, contrast imaging, perfusion imaging, and the like, the imaging conditions include tube current, tube voltage, scan time, dose, and the like, and the purpose of dual energy imaging is bone and This means separation of contrast agents, plaque discrimination, reduction of metal artifacts, and the like.

まず従来のデュアルエネルギー撮影法の場合を説明する。この撮影では、2種類の照射X線スペクトルのX線が照射され、エネルギー分別されずに検出される。この2種類のX線スペクトルを第1のスペクトルと第2のスペクトルと記し、エネルギーをε、第1のスペクトルのエネルギーεでの照射X線フォトン数をS1(ε)、第2のスペクトルのエネルギーεでの照射X線フォトン数をS2(ε)と、それぞれ記すとする。このときエネルギーεの照射X線フォトンがあるX線検出素子400で検出される検出フォトン数は、第1と第2のX線スペクトル、基準物質の質量吸収係数と密度を用いて、式(1)のように書ける。ここでaは1または2の整数であり、X線スペクトルの種類を表す。First, the case of the conventional dual energy imaging method will be described. In this imaging, X-rays of two types of irradiation X-ray spectra are irradiated and detected without energy separation. These two types of X-ray spectra are referred to as a first spectrum and a second spectrum, the energy is ε, the number of irradiated X-ray photons at the energy ε of the first spectrum is S 1 (ε), and the energy of the second spectrum is The number of irradiated X-ray photons at the energy ε is denoted as S 2 (ε), respectively. At this time, the number of detected photons detected by the X-ray detection element 400 having the irradiated X-ray photons having the energy ε is calculated by using the first and second X-ray spectra, the mass absorption coefficient and the density of the reference substance, and the equation (1 ). Here, a is an integer of 1 or 2, and represents the type of X-ray spectrum.

Figure 0006665158
Figure 0006665158

ここでδnは基準物質nの密度ρn(r)にその厚さをかけたものであり、焦点から対象のX線検出素子400までの経路をsで記すと式(2)のように書ける。Where [delta] n are those obtained by multiplying the thickness of the density [rho n (r) of the reference substance n, as the mark the path from the focal point to the X-ray detecting elements 400 of the subject by s equation (2) I can write.

Figure 0006665158
Figure 0006665158

次にエネルギーεを各エネルギー範囲、各X線スペクトルで考える。このとき出力は式(1)の項を全エネルギー範囲で積分したものなので、このときあるX線検出素子400で得られる各X線スペクトルでの投影データの出力値Pa(aはX線スペクトルの種類を表す)は、式(1)より式(3−1)(3−2)(以下、適宜、式(3)と総称する)のように書けることが分かる。ここでδnは、式(2)で定義したパラメータである。また投影データの出力値には、装置固有のゲインがかかる場合があるが、ここでの出力値はゲインのかからない、X線フォトン数を表す。Next, the energy ε is considered in each energy range and each X-ray spectrum. At this time, the output is obtained by integrating the term of the equation (1) over the entire energy range, and thus the output value P a of the projection data in each X-ray spectrum obtained by a certain X-ray detection element 400 (a is the X-ray spectrum It can be understood from Equation (1) that Equation (1) can be written as Equations (3-1) and (3-2) (hereinafter, collectively referred to as Equation (3) as appropriate). Where [delta] n is a parameter defined in equation (2). Also, the output value of the projection data may have a gain unique to the apparatus, but the output value here represents the number of X-ray photons without gain.

Figure 0006665158
Figure 0006665158

ここで基準物質は既知の物質であるため、質量吸収係数μm1(ε)、 μm2(ε)は一般に既知のデータを用いることができる。更にX線管から照射される照射X線スペクトルのX線フォトン数S1(ε)、S2(ε) は照射条件が決まれば、データベース、シミュレーション、実測などにより、事前に決定できる。従って式(3)はδ1、δ2が変数となる。この変数は、撮影を行うことにより被検体の投影データから決まる出力値P1、P2を用いて決定することができる。Here, since the reference substance is a known substance, generally known data can be used for the mass absorption coefficients μm 1 (ε) and μm 2 (ε). Further, the X-ray photon numbers S 1 (ε) and S 2 (ε) of the irradiation X-ray spectrum irradiated from the X-ray tube can be determined in advance by a database, a simulation, an actual measurement, or the like, if the irradiation conditions are determined. Therefore, in equation (3), Δ 1 and Δ 2 are variables. This variable can be determined using output values P 1 and P 2 determined from projection data of the subject by performing imaging.

このδn(n=1,2)が決定されると、例えば特定のエネルギーε0の投影データP(ε0)を式(4)から算出でき、これを再構成することで、被検体の単色X線等価画像を得ることができる。When this δ n (n = 1, 2) is determined, for example, projection data P (ε 0 ) of a specific energy ε 0 can be calculated from Expression (4), and by reconstructing this, data of the subject can be obtained. A monochromatic X-ray equivalent image can be obtained.

Figure 0006665158
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ここで式(4)は、照射X線スペクトルをエネルギーε0のみ存在するとして、式(3)から導出したものであり、S(ε0)はエネルギーε0で照射されたX線フォトン数である。このS(ε0)は、ある撮影条件でのX線スペクトルを、データベース、シミュレーション、実測などで得て決定した値であり、第1のスペクトルや第2のスペクトルのX線フォトン数を用いても良いし、その他の条件でのスペクトルのX線フォトン数を用いても良い。Here Equation (4), the irradiated X-ray spectrum as existing only energy epsilon 0, are those derived from equation (3), S (epsilon 0) is the X-ray photons number emitted by the energy epsilon 0 is there. This S (ε 0 ) is a value determined by obtaining an X-ray spectrum under a certain imaging condition by a database, simulation, actual measurement, and the like, and using the number of X-ray photons of the first spectrum and the second spectrum. Alternatively, the number of X-ray photons in the spectrum under other conditions may be used.

一方、本実施形態の装置を用いた撮影では、2種類の照射X線スペクトルのX線が照射されると共に、X線検出素子400に入射したX線フォトンを高エネルギー範囲と低エネルギー範囲に分別する。このエネルギー範囲をb(bは高エネルギーのときはH、低エネルギーのときはLとなる)と記し、スペクトル種類a毎に各エネルギー範囲bにおけるX線検出素子400の投影データの値をPabと記すと、Pabは式(1)から式(5−1)〜(5−4)(以下、必要に応じて式(5)と総称する)のように書けることが分かる。On the other hand, in imaging using the apparatus of the present embodiment, X-rays of two types of irradiation X-ray spectra are irradiated, and X-ray photons incident on the X-ray detection element 400 are classified into a high energy range and a low energy range. I do. This energy range is described as b (b is H when the energy is high, and L when the energy is low), and the value of the projection data of the X-ray detection element 400 in each energy range b is P ab for each spectrum type a. Thus, it can be understood that P ab can be written from Expression (1) as Expressions (5-1) to (5-4) (hereinafter, collectively referred to as Expression (5) as necessary).

Figure 0006665158
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ここで∫Lは低エネルギー範囲の積分を、∫Hは高エネルギー範囲の積分を、それぞれ意味する。またδn(n=1、2)は、式(2)で定義したパラメータである。Here, ∫ L means integration in the low energy range, and ∫ H means integration in the high energy range. The [delta] n (n = 1, 2) is a parameter defined in equation (2).

式(5)は、式(3)と同様に、基準物質1と基準物質2の質量吸収係数μm1(ε)、μm2(ε)、第1と第2のスペクトルでのフォトン数S1(ε)、S2(ε)は事前に決定できるのでδ1、δ2のみが変数となる。そしてこの変数は、式(3)からδを求めたのと同様に、撮影でP1、P2が決まると決定できる。ただし、本実施形態の方法では、変数が2個に対して、連立方程式の式数が4個あるので、従来のデュアルエネルギー撮影法と比べて、精度よくδn(n=1、2)を求めることができる。Equation (5) is, similarly to equation (3), the mass absorption coefficients μm 1 (ε) and μm 2 (ε) of reference substance 1 and reference substance 2, and the number of photons S 1 in the first and second spectra. Since (ε) and S 2 (ε) can be determined in advance, only δ 1 and δ 2 are variables. Then, this variable can be determined when P 1 and P 2 are determined by photographing, similarly to the case where δ is obtained from Expression (3). However, in the method of the present embodiment, since there are four simultaneous equations for two variables, δ n (n = 1, 2) is more accurately compared to the conventional dual energy imaging method. You can ask.

式(5)を解く方法の一例として、例えば従来技術である最小2乗法を用いることができる。即ち、残差Δを式(6)のように定義し、残差を最小にするようにδn(n=1、2)を決定する。ここでwは重みであり、例えば0.5、1、または2などの値である。As an example of a method of solving the equation (5), for example, a conventional method of least squares can be used. That is, the residual Δ is defined as in equation (6), and Δ n (n = 1, 2) is determined so as to minimize the residual. Here, w is a weight, for example, a value such as 0.5, 1, or 2.

Figure 0006665158
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上述した解法の変更例として、例えば、残差Δを式(7)に示すように、エネルギー範囲やX線スペクトルに応じて重さを変更して定義し、これを最小にすることで算出しても良い。ここでc、d、fは定数であり、例えば、各X線スペクトルで各エネルギー範囲に照射されるX線フォトン数、その雑音やSNRに応じて決定しても良い。   As a modification example of the above-described solution, for example, the residual Δ is defined by changing the weight according to the energy range and the X-ray spectrum as shown in Equation (7), and is calculated by minimizing this. May be. Here, c, d, and f are constants, and may be determined in accordance with, for example, the number of X-ray photons irradiated to each energy range in each X-ray spectrum, its noise, or SNR.

Figure 0006665158
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また他の定義の残差を用いても良い。更に最小2乗法以外の方法、例えば特異点分解などを用いて決定しても良い。   Further, a residual of another definition may be used. Further, it may be determined using a method other than the least squares method, for example, singularity decomposition.

一般に計測値には、X線量子数の揺らぎや、装置や外因性の雑音などにより、雑音を有するため、係数にも誤差を有するが、本実施形態の方法では、式(5)を解く際、各投影データの持っている計測誤差、出力値、エネルギーなどを考慮して、式を解く際に重みを式毎に設けることができるので、δnを精度よく求めることができる。これに対し、従来のデュアルエネルギー撮影法では、出力値が低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の合計として得られるため、2式のみを用いる。このことは各エネルギー範囲のデータは重みが同じで固定されていることを意味し、一方のエネルギー範囲では精度良いが他方では悪いといった場合も有り得る。In general, the measurement value has noise due to fluctuations in the X-ray quantum number and noise due to equipment and extrinsic noise.Therefore, there is an error in the coefficient.However, in the method of the present embodiment, when the equation (5) is solved, In consideration of the measurement error, output value, energy, and the like of each projection data, a weight can be provided for each equation when solving the equation, so that δ n can be obtained with high accuracy. On the other hand, in the conventional dual energy imaging method, since the output value is obtained as the sum of the low energy range and the high energy range, only two equations are used. This means that the data of each energy range has the same weight and is fixed, and there may be a case where accuracy is high in one energy range but bad in the other.

なお式(5)〜(7)では、4つの全ての投影データを用いてパラメータδ1、δ2を決定する場合を記したが、これは一例であって、本発明を限定するものではない。一部の投影データを用いても算出しても良いことは言うまでもない。ただし、複数のエネルギー範囲で照射X線スペクトルを変えたメリットを生かすには、エネルギー範囲数よりも多く、照射X線スペクトルの種類数よりも多い個数の投影データを用いることが望ましい。Note that, in Expressions (5) to (7), the case where the parameters δ 1 and δ 2 are determined using all four projection data is described, but this is an example and does not limit the present invention. . It goes without saying that the calculation may be performed using some projection data. However, in order to take advantage of changing the irradiation X-ray spectrum in a plurality of energy ranges, it is desirable to use projection data of a number larger than the number of energy ranges and larger than the number of types of irradiation X-ray spectra.

次に、図6に戻り、マルチエネルギー演算処理S703の処理方法を記す。この処理は、密度画像算出部1056による密度画像算出処理S7031とマルチエネルギー投影データ算出部1057によるマルチエネルギー投影データ算出処理S7032とから成る。記憶部109は、これらの処理に用いるための数値、具体的には、基準物質のエネルギーあたりの質量吸収係数値(μm1(ε)、 μm2(ε))のデータと、第1と第2のスペクトルのフォトン数(S1(ε)、S2(ε))を計算用データ140として保存する。Next, returning to FIG. 6, the processing method of the multi-energy operation processing S703 will be described. This processing includes density image calculation processing S7031 by the density image calculation unit 1056 and multi-energy projection data calculation processing S7032 by the multi-energy projection data calculation unit 1057. The storage unit 109 stores numerical values for use in these processes, specifically, data of mass absorption coefficient values (μm 1 (ε), μm 2 (ε)) per energy of the reference material, and first and second data. The number of photons (S 1 (ε), S 2 (ε)) of the spectrum 2 is stored as calculation data 140.

このスペクトルデータは、例えば140kVと80kVの管電圧で照射されたX線フォトン数のエネルギー分布であり、計算用データ140は、例えば20keVから140keVまでの範囲を1keV毎に用意される。ただしこれらの値は一例であり、本発明を限定するものではない。   The spectrum data is, for example, the energy distribution of the number of X-ray photons irradiated at a tube voltage of 140 kV and 80 kV, and the calculation data 140 is prepared, for example, in a range from 20 keV to 140 keV for each 1 keV. However, these values are only examples and do not limit the present invention.

まず密度画像算出処理S7031では、記憶部109に保存した計算用データ140と、欠陥素子補正S701とエア補正S702を行った投影データを用いて、式(5)と式(6)に記す演算にて、δ1とδ2を算出する。次にマルチエネルギー投影データ算出処理S7032では、算出したδ1とδ2を用いて、例えば式(4)から被検体のマルチエネルギー投影データ144を算出する。このとき、記憶部109に保存された計算用データ140を用いる。マルチエネルギー投影データ144は、例えば1keV毎に作成する。画像再構成部1053は、このマルチエネルギー投影データ144に対し再構成処理S704を行ない、再構成像145として、単色X線等価画像を作成する。First, in the density image calculation processing S7031, the calculation data 140 stored in the storage unit 109 and the projection data obtained by performing the defect element correction S701 and the air correction S702 are used to calculate the equations (5) and (6). Te to calculate the [delta] 1 and [delta] 2. In multi-energy projection data calculation process S7032 Next, using the calculated [delta] 1 and [delta] 2, for example, to calculate the multi-energy projection data 144 of the object from the equation (4). At this time, the calculation data 140 stored in the storage unit 109 is used. The multi-energy projection data 144 is created, for example, every 1 keV. The image reconstruction unit 1053 performs reconstruction processing S704 on the multi-energy projection data 144, and creates a monochromatic X-ray equivalent image as the reconstructed image 145.

以上のようにデュアルエネルギー画像を得ることで、従来のデュアルエネルギーCT装置と比べてその精度向上が可能となり、デュアルエネルギー画像や分別の精度を向上できる。   By obtaining the dual energy image as described above, the accuracy can be improved as compared with the conventional dual energy CT device, and the accuracy of the dual energy image and the classification can be improved.

本実施形態のX線CT装置は、従来のデュアルエネルギーCT装置に対し優位であるだけでなく、従来のフォトンカウンティングCT装置と比較してもメリットがある。   The X-ray CT apparatus according to the present embodiment is not only superior to the conventional dual energy CT apparatus but also has an advantage compared to the conventional photon counting CT apparatus.

その一例として、第2のスペクトルでの撮影の際に、適したX線を照射することで、デュアルエネルギー画像の精度低下を防ぐことができる。これは、被検体が比較的大きいときに特に有効である。このようなとき、第1のスペクトルで撮影した際には低エネルギーでの減弱が大きくなり、低エネルギー範囲でのX線フォトン数が高エネルギー範囲に比べて、著しく小さくなるため、第1のスペクトルのみで作成したデュアルエネルギー画像は、低エネルギー範囲で精度が低下する。   As an example, by irradiating a suitable X-ray at the time of imaging with the second spectrum, it is possible to prevent the accuracy of the dual energy image from lowering. This is particularly effective when the subject is relatively large. In such a case, when photographing with the first spectrum, the attenuation at low energy becomes large, and the number of X-ray photons in the low energy range becomes significantly smaller than that in the high energy range. Dual-energy images created with only one have reduced accuracy in the low-energy range.

しかし本実施形態のX線CT装置では、第2のスペクトルでの撮影の際に、特に低エネルギー範囲が多い、または低エネルギー範囲のみのX線を照射することができるため、低エネルギー範囲での投影データを補充でき、低エネルギー範囲でのデュアルエネルギー画像の精度低下を防ぐことができる。   However, in the X-ray CT apparatus of the present embodiment, when imaging in the second spectrum, particularly in the low energy range, or can be irradiated with X-rays only in the low energy range, the X-ray CT apparatus in the low energy range The projection data can be supplemented, and a decrease in the accuracy of the dual energy image in the low energy range can be prevented.

以上、本実施形態のX線CT装置の構成と動作を説明したが、本実施形態のX線CT装置は上記構成や動作に限定される種々の変更が可能である。以下、変更例を例示する。   The configuration and operation of the X-ray CT apparatus according to the present embodiment have been described above. However, the X-ray CT apparatus according to the present embodiment can be variously limited to the above-described configuration and operation. Hereinafter, modified examples will be exemplified.

上記実施形態では補正処理として、欠陥素子補正S701とエア補正処理S702を行ったが、これらは適宜省略することができる。例えば、欠陥素子がない場合は欠陥素子補正S701を行わなくても良いし、各X線検出素子400の感度のばらつきが小さい場合などには、エア補正処理S702を行わなくても良い。すなわちこれの補正処理の一方、または両方を行わなくても良い。   In the above embodiment, the defect correction S701 and the air correction S702 are performed as the correction processing, but these can be omitted as appropriate. For example, when there is no defective element, the defective element correction S701 does not need to be performed, and when the variation in the sensitivity of each X-ray detection element 400 is small, the air correction processing S702 may not be performed. That is, one or both of these correction processes need not be performed.

また、例えば他の特性を補正しても良い。このような補正として、例えばパイルアップやポラリゼーションによるカウント数の補正などの処理が考えられる。更に本実施例の補正処理は、マルチエネルギー演算処理S703の前に行ったが、その一部または全部が、マルチエネルギー演算処理S703の処理中や処理後、再構成処理S704の処理中や処理後など、補正順序が異なる場合も在り得る。   Further, for example, other characteristics may be corrected. As such correction, for example, processing such as correction of the count number by pile-up or polarization is conceivable. Further, the correction processing of this embodiment was performed before the multi-energy calculation processing S703, but part or all of the correction processing was performed during or after the multi-energy calculation processing S703, or during or after the reconstruction processing S704. For example, the correction order may be different.

上記実施形態では、2つの基準物質を用いる場合を記したが、基準物質の数は特に限定されない。例えば3個以上の基準物質を設けても良い。ここで基準物質の個数は、スペクトルの種類数よりも多く、エネルギー範囲の数よりも多いことが望ましい。このとき式(2)で記したδn(基準物質nの密度ρn(r)を経路で積分したパラメータ)は、基準物質分だけ決定する必要があり決定するパラメータが多くなるが、本実施形態によれば、式(5)で示したように、スペクトル数とエネルギー範囲の数の積の分だけ方程式を立てることができるため、パラメータが多い場合でも、精度良く決定できるというメリットがある。In the above embodiment, the case where two reference substances are used is described, but the number of reference substances is not particularly limited. For example, three or more reference substances may be provided. Here, it is desirable that the number of reference substances is larger than the number of types of spectra and larger than the number of energy ranges. At this time, δ n (parameter obtained by integrating the density ρ n (r) of the reference substance n by the path) described in the equation (2) needs to be determined only for the reference substance, and many parameters are determined. According to the embodiment, as shown in the equation (5), an equation can be set up by the product of the number of spectra and the number of energy ranges, so that there is an advantage that determination can be made with high accuracy even when there are many parameters.

ただし、スペクトル数とエネルギー範囲の数の積の分だけ方程式を必要がない場合も有り得る。これは一部の投影データのSNRが低い場合などで生じ得る。この場合、スペクトルの種類数よりも多く、エネルギー範囲数よりも多い個数の投影データを用い、基準物質数以上の方程式を用いて算出することが望ましい。これは、計算では基準物質数だけ不定のパラメータを決定する必要があるが、方程式はこの不定のパラメータ数以上ある場合の方が安定してパラメータを決定できるからである。   However, there may be a case where the equation is not necessary for the product of the number of spectra and the number of energy ranges. This can occur when the SNR of some projection data is low. In this case, it is desirable to use projection data of a number greater than the number of spectrum types and greater than the number of energy ranges, and to calculate using an equation equal to or greater than the number of reference substances. This is because in the calculation, it is necessary to determine indefinite parameters by the number of reference substances, but the equation can be determined more stably when there are more than this indefinite number of parameters.

上記実施形態では、2種類の照射X線スペクトルを用いる場合を記したが、これは一例であり、3つ以上のX線スペクトルを用いても良いことは言うまでもない。多種のX線スペクトルを用いることで、式(5)の式数を多くすることができ、パラメータの決定精度を向上し得る。更にX線スペクトルとして、80kVと140kVのX線管の管電圧の場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば一方または両方を他の管電圧を用いても良い。またX線スペクトルの変更方法としてX線管の管電圧を変更する方法を用いたが、これも本発明を限定するものではなく、例えばX線フィルタを用いても良いし、X線フィルタとX線管の両方を用いても良い。   In the above embodiment, the case where two types of irradiation X-ray spectra are used is described, but this is merely an example, and it goes without saying that three or more X-ray spectra may be used. By using various types of X-ray spectra, the number of equations (5) can be increased, and the parameter determination accuracy can be improved. Further, as the X-ray spectrum, the case of the tube voltages of the X-ray tubes of 80 kV and 140 kV is described, but this is an example and does not limit the present invention. For example, one or both may use another tube voltage. Further, although a method of changing the tube voltage of the X-ray tube was used as a method of changing the X-ray spectrum, the present invention is not limited to this method.For example, an X-ray filter may be used, or the X-ray filter and the X-ray filter may be used. Both of the tubes may be used.

また、多種のスペクトルのX線を分けて照射するのではなく、同時に照射したX線を、X線検出器にて異なる複数のスペクトルに分離してデータを取得しても良い。このようなX線検出器として、例えば、多層のX線検出層から成る構造が有り得る。このような構造の一例では、例えば2層であって、X線管に近い第1層と、離れた第2層からなってそれぞれの層で独立してX線を検出でき、第1層は検出層が薄く設ける。この際、一部のX線が第1層を透過して第2層に到達可能するが、低エネルギーのX線フォトンは高エネルギーのフォトンよりも減弱しやすいため、高エネルギーのフォトンよりもX線管に近い第1層で多く検出される。   Instead of separately irradiating X-rays of various types of spectra, X-rays that have been simultaneously irradiated may be separated into a plurality of different spectra by an X-ray detector to acquire data. As such an X-ray detector, for example, there may be a structure composed of multiple X-ray detection layers. In an example of such a structure, for example, there are two layers, a first layer close to the X-ray tube, and a separate second layer, and each layer can independently detect X-rays. A thin detection layer is provided. At this time, some X-rays can pass through the first layer and reach the second layer, but low-energy X-ray photons are more likely to be attenuated than high-energy photons, and therefore X-rays are higher than high-energy photons. Many are detected in the first layer near the tube.

そのため、第1層と第2層で異なるX線スペクトルのX線を検出することになる。このようにしてそれぞれの層で得たデータに対して、本実施形態の処理を行って、マルチエネルギー投影データやマルチエネルギー像を作成しても良い。   Therefore, X-rays having different X-ray spectra are detected in the first layer and the second layer. The data obtained in each layer as described above may be subjected to the processing of the present embodiment to create multi-energy projection data or a multi-energy image.

さらに、本実施形態では、1つのX線管から複数のX線スペクトルを照射する場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、X線CT装置が複数のX線管を有し、それぞれで、または同時に、X線を照射して複数のX線スペクトルを実現しても良い。更に、X線CT装置がエネルギー分別方式のX線検出器とX線管との複数の対を有し、それぞれで、または同時に、X線を照射して複数のX線スペクトルを実現しても良い。   Further, in the present embodiment, a case where a plurality of X-ray spectra are irradiated from one X-ray tube is described, but this is an example and does not limit the present invention. For example, an X-ray CT apparatus may have a plurality of X-ray tubes, and may irradiate X-rays individually or simultaneously to realize a plurality of X-ray spectra. Furthermore, even if the X-ray CT apparatus has a plurality of pairs of an energy-separation type X-ray detector and an X-ray tube, and individually or simultaneously, irradiates X-rays to realize a plurality of X-ray spectra. good.

上記実施形態では、2周の撮影を行い、各周で異なるスペクトルのX線を照射する場合を記したが、照射X線スペクトルを変更するタイミングは1周の撮影毎に限定されない。
例えば、半周毎、複数ビュー毎、ビュー毎などの様々なタイミングで照射X線のスペクトルを変更しても良い。更に2つの撮影の取得ビュー数や周数が異なっても良い。
In the above-described embodiment, the case where two rounds of imaging are performed and X-rays having different spectra are irradiated in each round is described, but the timing of changing the irradiation X-ray spectrum is not limited to each round of imaging.
For example, the spectrum of the irradiated X-ray may be changed at various timings, such as every half circle, every plural views, every view, and the like. Further, the number of acquired views and the number of revolutions of the two shootings may be different.

上記実施形態では、マルチエネルギー像として基準物質の単色X線等価画像を作成したが、マルチエネルギー像は単色X線等価画像に限定されない。例えば、式(2)のように定義した、基準物質nの密度ρn(r)を経路で積分したパラメータであるδnを投影データとして再構成演算処理を行って、基準物質密度画像を作成しても良い。In the above embodiment, a monochromatic X-ray equivalent image of the reference substance is created as a multi-energy image, but the multi-energy image is not limited to a monochromatic X-ray equivalent image. For example, create and defined by the equation (2), the [delta] n is a parameter density [rho n the (r) integrated over the path of the reference substance n performs reconstruction processing as projection data, the reference material density image You may.

また従来のデュアルエネルギー撮影法での演算技術を用いて、光電効果とコンプトン効果の成分に分離し、光電効果画像、コンプトン散乱画像、電子密度画像を作成しても良い。更に、撮影で用いた以外のX線スペクトルと算出した単色X線等価画像とから、異なる撮影条件における吸収係数画像を作成しても良い。ここでこの撮影条件としては、管電圧やX線フィルタなどがあり得る。更に、他の様々なマルチエネルギー画像であっても良い。   In addition, a photoelectric effect image, a Compton scattering image, and an electron density image may be created by separating the photoelectric effect component and the Compton effect component by using a calculation technique in a conventional dual energy imaging method. Further, an absorption coefficient image under different imaging conditions may be created from an X-ray spectrum other than the one used in imaging and the calculated monochromatic X-ray equivalent image. Here, the imaging conditions may include a tube voltage, an X-ray filter, and the like. Further, various other multi-energy images may be used.

上記実施形態では、投影データを用いて、基準物質n(nは1または2)の密度を経路で積分したパラメータであるδnを決定することでマルチエネルギー像を求める方法を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。投影データを用いて他のパラメータを求める方法も有り得る。更に、再構成像を用いる方法や基準物質を用いない方法も有り得る。更に、投影データを用いる方法と、再構成像を用いる方法の両方を有する場合も有り得る。以下、本実施形態のX線CT装置で得られたデータ(複数種のエネルギースペクトルで複数のエネルギー範囲で得られたデータ)を用いたマルチエネルギー演算処理の変更例を説明する。In the above embodiment, by using the projection data, the reference (the n 1 or 2) material n describing the method of obtaining the multi-energy images by determining the [delta] n is a parameter density integrated over the path of, this Is an example and does not limit the present invention. There may be a method of obtaining other parameters using projection data. Further, there may be a method using a reconstructed image or a method not using a reference material. Further, there may be a case where both a method using projection data and a method using a reconstructed image are provided. Hereinafter, a description will be given of a modified example of the multi-energy arithmetic processing using data obtained by the X-ray CT apparatus of the present embodiment (data obtained in a plurality of energy ranges with a plurality of energy spectra).

<<第一実施形態の変更例1>>
本変更例1では、基準物質の再構成像の吸収係数(線減弱係数)を用いて、被検体の吸収係数を表すことでマルチエネルギー像(ここではデュアルエネルギー像)を作成する。
この変更例1では、図示を省略するが、図5におけるマルチエネルギー演算部1052は、基準物質密度決定部とマルチエネルギー像算出部とを備える。
<< Modification Example 1 of First Embodiment >>
In the first modification, a multi-energy image (here, a dual-energy image) is created by expressing the absorption coefficient of the subject using the absorption coefficient (linear attenuation coefficient) of the reconstructed image of the reference substance.
In the first modification, although not shown, the multi-energy calculating unit 1052 in FIG. 5 includes a reference substance density determining unit and a multi-energy image calculating unit.

図7を用いて、変更例1による処理方法のフローの一例を説明する。図7において、図6と同じ処理は同じ符号で示し、詳しい説明は省略する。図7に示す処理方法では、まず投影データ143に対して、例えば図6の処理と同様に、欠陥素子補正S701、エア補正S702を行った後、まず再構成処理S704を行って、第1と第2のスペクトルのそれぞれで、再構成像(マルチエネルギー再構成像と区別してコンベンショナル再構成像という)146を得る。   An example of the flow of the processing method according to the first modification will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same processes as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. In the processing method illustrated in FIG. 7, first, for example, in the same manner as the processing in FIG. 6, the defect data correction S701 and the air correction S702 are performed on the projection data 143, and then the reconstruction processing S704 is performed first. For each of the second spectra, a reconstructed image (referred to as a conventional reconstructed image 146, distinct from the multi-energy reconstructed image) is obtained.

次に、マルチエネルギー演算処理S703にて、基準物質密度決定処理S7034とマルチエネルギー像算出処理S7035を行う。   Next, in a multi-energy calculation process S703, a reference material density determination process S7034 and a multi-energy image calculation process S7035 are performed.

基準物質密度決定処理S7034では、第1と第2のスペクトルのそれぞれで取得したコンベンショナル再構成像146の吸収係数値の組を用いて、基準物質の密度を決定する。以下に、本変更例の手法と従来法との違いをわかりやすくするため、まず従来のデュアルエネルギー撮影法(従来法)における処理方法を説明する。   In the reference material density determination processing S7034, the density of the reference material is determined using a set of the absorption coefficient values of the conventional reconstruction image 146 acquired for each of the first and second spectra. Hereinafter, a processing method in the conventional dual energy imaging method (conventional method) will be described first to make it easier to understand the difference between the method of the present modified example and the conventional method.

X線のエネルギーをE、そのX線エネルギーで撮影した際に得られる被検体の吸収係数(線減弱計数)をμ(E)、基準物質を基準物質1と基準物質2とし、そのX線エネルギーEで撮影した際の質量吸収係数をμmn(E)(nは1又は2の整数であり、どちらの基準物質であるかを示す)、それらの密度をcnとすると、吸収係数μ(E)は基準物質の吸収係数と密度を用いて、式(8)のように書くことができる。The energy of the X-ray is E, the absorption coefficient (linear attenuation count) of the object obtained when imaging with the X-ray energy is μ (E), the reference substances are reference substances 1 and 2, and the X-ray energy is The mass absorption coefficient when photographed with E is μm n (E) (n is an integer of 1 or 2 and indicates which reference substance), and if their density is c n , the absorption coefficient μ ( E) can be written as equation (8) using the absorption coefficient and density of the reference material.

Figure 0006665158
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式(8)は、被検体のそれぞれの位置で成り立つ。そのため密度cnは被検体のそれぞれの位置で決定する必要があり、従来法では、2つのX線スペクトルで計測した再構成像の吸収係数値を用いて算出する。具体的には、式(8)をそれぞれのスペクトルで積分することで導出できる式(9−1)、(9−2)(まとめて式(9)ともいう)の連立方程式を用いて算出する。式(9)において、E1は2つのX線スペクトルの一方のエネルギーで撮影した際のX線エネルギーを意味し、E2はもう一方のエネルギーで撮影した際のX線エネルギーを意味し、左辺がそれぞれの管電圧で得られた被検体の吸収係数値となる。Equation (8) holds for each position of the subject. Therefore, it is necessary to determine the density c n at each position of the subject, and in the conventional method, the density c n is calculated using the absorption coefficient value of the reconstructed image measured by two X-ray spectra. Specifically, it is calculated using the simultaneous equations of equations (9-1) and (9-2) (collectively referred to as equation (9)) that can be derived by integrating equation (8) with each spectrum. . In equation (9), E 1 means the X-ray energy when photographed at one energy of the two X-ray spectra, E 2 means the X-ray energy when photographed at the other energy, and the left side Are the absorption coefficient values of the subject obtained at the respective tube voltages.

Figure 0006665158
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式(9)において、各エネルギーEp(pは1または2の整数で、X線エネルギーの種類を表す)で得られる基準物質nの質量吸収係数であるμmn(Ep)は、文献値やシミュレーションで得られるX線エネルギーEpのときのX線スペクトルとエネルギーε(単色)における質量吸収係数を用いることで、シミュレーションなどにより決定できる。従って、式(9)を解くことができ、基準物質の密度c1とc2を算出することができる。In Equation (9), μm n (E p ), which is the mass absorption coefficient of the reference substance n obtained at each energy Ep (p is an integer of 1 or 2 and represents the type of X-ray energy), is based on literature values. and simulation by use of the X-ray spectrum and the energy ε mass absorption coefficient in (monochrome) when the X-ray energy E p obtained by, can be determined by such simulation. Therefore, equation (9) can be solved, and the densities c 1 and c 2 of the reference material can be calculated.

一方、本変更例の方法では、1つのスペクトルでデータを得る際にも、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲を分別した計測値が得られる。具体的には、式(8)をそれぞれのスペクトルで積分することで導出される4つの式(10−1)〜(10−4)(まとめて式(10)という)の連立方程式を用いて算出できる。式(10)において、左辺がそれぞれの管電圧で得られた被検体の吸収係数値となる。   On the other hand, in the method of the present modified example, even when data is obtained with one spectrum, a measurement value obtained by separating the low energy range and the high energy range is obtained. Specifically, using the simultaneous equations of four equations (10-1) to (10-4) (collectively referred to as equation (10)) derived by integrating equation (8) with each spectrum. Can be calculated. In Expression (10), the left side is the absorption coefficient value of the subject obtained at each tube voltage.

Figure 0006665158
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ここでEplにおけるlはHかLであり、エネルギー範囲を表す。吸収係数μmn(Epl)は、エネルギー範囲を限定してシミュレーションを行うことで、μmn(Ep)の場合と同様に決定できる。Where l in E pl is H or L, representing the energy range. The absorption coefficient μm n (E pl ) can be determined in the same manner as in the case of μm n (E p ) by performing a simulation with a limited energy range.

先に記したように、計測値には雑音を有するため、密度cn(nは1又は2の整数であり、基準物質の種類を表す)も誤差が有する。しかしエネルギー範囲毎に計測する本実施例の方法では、これまでのデュアルエネルギー撮影での計算方法に比べて多くの連立方程式が得られるため、式を解く際に各投影データの持っている計測誤差、出力値、エネルギーなどを考慮して式を解く際に重みを式毎に設けることが可能となり、精度良く密度cnを決定することが可能となる。As described above, since the measurement value has noise, the density c n (n is an integer of 1 or 2 and represents the type of the reference material) also has an error. However, in the method according to the present embodiment in which measurement is performed for each energy range, many simultaneous equations can be obtained as compared with the conventional calculation method using dual energy imaging. When solving the equations in consideration of the output value, the energy, and the like, it is possible to provide a weight for each equation, and the density c n can be determined with high accuracy.

ここでは、全X線スペクトルの全エネルギー範囲で計数して再構成して得た再構成像を全て用いて密度cnを決定したが、これは一例であって、本発明を限定するものではない。一部の再構成像を用いても算出しても良いことは言うまでもない。ただし、複数のエネルギー範囲で照射X線スペクトルを変えたメリットを生かすには、エネルギー範囲数よりも多く、照射X線スペクトルの種類数よりも多い個数の再構成像を用いることが望ましい。Here, the density c n was determined using all the reconstructed images obtained by counting and reconstructing in the entire energy range of the entire X-ray spectrum, but this is an example, and is not intended to limit the present invention. Absent. It goes without saying that the calculation may be performed using some reconstructed images. However, in order to take advantage of changing the irradiation X-ray spectrum in a plurality of energy ranges, it is desirable to use a larger number of reconstructed images than the number of energy ranges and the number of types of irradiation X-ray spectra.

以上のようにcnを、再構成像における全ボクセルで行うことで、基準物質1と基準物質2の全ボクセルでの値が得られる。By performing c n on all voxels in the reconstructed image as described above, values of all the voxels of the reference substance 1 and the reference substance 2 can be obtained.

次にマルチエネルギー像算出処理S7035を行う。ここでは、例えば基準物質の密度画像c1に、文献値やシミュレーションで得られるエネルギーεにおける質量吸収係数μm1(ε)を乗じることで、基準物質1の再構成像145として単色X線等価画像を作成する。同様に、基準物質2でも単色X線等価画像を作成する。Next, multi-energy image calculation processing S7035 is performed. Here, for example, a monochromatic X-ray equivalent image as a reconstructed image 145 of the reference material 1 is obtained by multiplying the density image c 1 of the reference material by a mass absorption coefficient μm 1 (ε) at an energy ε obtained from literature values and simulations. Create Similarly, a monochromatic X-ray equivalent image is created for the reference material 2 as well.

このように作成した再構成像145を、表示部106にて表示する(S705)。   The reconstructed image 145 created in this way is displayed on the display unit 106 (S705).

以上のような処理を行うことで、本処理ではこれまでのデュアルエネルギー撮影での計算方法に比べて、密度cn(nは1又は2の整数)を精度良く決定でき、精度の良いデュアルエネルギー像を得ることが可能となる。By performing the processing described above, in this processing, the density c n (n is an integer of 1 or 2) can be determined more accurately than in the conventional calculation method in dual energy imaging, and the dual energy An image can be obtained.

本変更例では、デュアルエネルギー像として、基準物質の密度と吸収係数との積を、基準物質の再構成像145として作成した場合を記したが、これは一例であり、様々な画像やデータの場合が有り得る。例えば、デュアルエネルギー像が、計算で求めた全ボクセルにおける基準物質1や基準物質2の密度cn(nは1又は2の整数)の場合、すなわち基準物質密度画像の場合も有り得る。更に、この密度を用いて作成した実効原子番号画像、電子密度画像、光電効果画像、コンプトン散乱画像、撮影で用いた前記スペクトル以外のスペクトルにおける吸収係数像などの場合も有り得る。In this modified example, the case where the product of the density and the absorption coefficient of the reference material is created as a reconstructed image 145 of the reference material as a dual energy image is described, but this is an example, and various images and data of There may be cases. For example, the dual energy image may be the density c n (n is an integer of 1 or 2) of the reference substance 1 or the reference substance 2 in all voxels obtained by calculation, that is, a reference substance density image. Further, there may be a case of an effective atomic number image, an electron density image, a photoelectric effect image, a Compton scattering image, an absorption coefficient image in a spectrum other than the above-mentioned spectrum used in photographing, and the like, which are created using this density.

本変更例では、2つの基準物質の場合を記したが、これは一例であり、3つ以上であっても良いことは言うまでもない。   In this modification, the case of two reference substances is described, but this is merely an example, and it goes without saying that three or more reference substances may be used.

<<第一実施形態の変更例2>>
本変更例では、第1と第2のスペクトルで得られた再構成像の吸収係数の値を用いて、物質を識別する。
<< Modification Example 2 of First Embodiment >>
In this modified example, a substance is identified using the value of the absorption coefficient of the reconstructed image obtained from the first and second spectra.

既知のデュアルエネルギー撮影では、第1と第2のスペクトルで撮影を行い、得られたペアの再構成像の吸収係数値と識別マップを比較することで、物質を識別する。本変更例の方法では、各スペクトルでの撮影で、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲で分けて再構成像を取得して識別を行う。この変更例2では、図示を省略するが、図5におけるマルチエネルギー演算部1052は、物質識別部とマルチエネルギー像算出部とを備える。   In the known dual energy imaging, imaging is performed using the first and second spectra, and a substance is identified by comparing the absorption coefficient value of the obtained reconstructed image of the pair with the identification map. In the method according to the present modified example, in imaging in each spectrum, a reconstructed image is obtained separately for the low energy range and the high energy range, and identification is performed. In the second modification, although not shown, the multi-energy calculating unit 1052 in FIG. 5 includes a substance identifying unit and a multi-energy image calculating unit.

以下、本変更例による処理方法の一例を、図8を用いて説明する。図8において、図6及び図7と同じ処理は同じ符号で示し、詳しい説明は省略する。   Hereinafter, an example of a processing method according to the present modification will be described with reference to FIG. 8, the same processes as those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

図8に示すように、例えば、変更例1と同様に、まず投影データ143に対して、欠陥素子補正S701、エア補正S702、再構成処理S704を行って、第1のスペクトルと第2のスペクトルで撮影して低エネルギー範囲と高エネルギー範囲で取得したコンベンショナル再構成像146を作成する。次に、このコンベンショナル再構成像146の吸収係数値を用いて、物質識別S7036を行う。ここでは、第1のスペクトルと第2のスペクトルで撮影して得た吸収係数の両方の値を識別マップに照らして物質を識別する。識別マップとは、物質が、所定のエネルギー範囲で採りえる吸収係数値の範囲をマッピングしたものであり、事前に実験やシミュレーションをもとに取得したデータから作成することができる。   As shown in FIG. 8, for example, similarly to the first modification, first, the defect data correction S701, the air correction S702, and the reconstruction processing S704 are performed on the projection data 143, so that the first spectrum and the second spectrum are obtained. To create a conventional reconstructed image 146 acquired in the low energy range and the high energy range. Next, material identification S7036 is performed using the absorption coefficient value of the conventional reconstruction image 146. Here, the substance is identified by comparing both values of the absorption coefficient obtained by imaging with the first spectrum and the second spectrum with the identification map. The identification map maps a range of absorption coefficient values that a substance can take in a predetermined energy range, and can be created from data obtained based on experiments and simulations in advance.

本変更例で用いる識別マップの一例を図9に示す。これらの識別マップ166、167は、横軸は第1のスペクトルにおける吸収係数値を、縦軸は第2のスペクトルにおける吸収係数値をそれぞれ表し、識別マップ166は、X線検出器の低エネルギー範囲の値に対する識別マップであり、識別マップ167は高エネルギー範囲の値に対する識別マップである。領域160、161、162は、低エネルギー範囲において、それぞれ異なる物質が取り得る吸収係数値の組み合わせの領域を示し、例えば領域160では脂肪、領域161では水、領域162では造影剤を表す。ただしこれらの物質は一例であり、本発明を限定するものではない。また本実施例では領域が3つの場合を記したが、これも一例であり、2個の場合や、4個以上の場合があっても良いことは言うまでもない。同様に、領域163、164、165は、高エネルギー範囲において、それぞれ異なる物質が取り得る吸収係数値の組み合わせの領域を示す。   FIG. 9 shows an example of the identification map used in this modification. In these identification maps 166 and 167, the horizontal axis represents the absorption coefficient value in the first spectrum, and the vertical axis represents the absorption coefficient value in the second spectrum. The identification map 166 shows the low energy range of the X-ray detector. , And the identification map 167 is an identification map for values in the high energy range. The regions 160, 161 and 162 indicate regions of a combination of absorption coefficient values that can be taken by different substances in the low energy range. For example, the region 160 represents fat, the region 161 represents water, and the region 162 represents a contrast agent. However, these substances are only examples and do not limit the present invention. In the present embodiment, the case where the number of regions is three is described, but this is also an example, and it goes without saying that there may be two or four or more regions. Similarly, the regions 163, 164, and 165 indicate regions of combinations of absorption coefficient values that can be taken by different substances in the high energy range.

このような2種の識別マップを用いることで、実撮影で第1のスペクトルと第2のスペクトルで撮影して得た低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の吸収係数値が得られた際に、領域160、161、162と領域163、164、165のどの領域に属するかを比較することで、物質を識別することができる。このような識別を、再構成像の各位置でそれぞれ行う。   By using such two kinds of identification maps, when the absorption coefficient values in the low energy range and the high energy range obtained by imaging with the first spectrum and the second spectrum in actual imaging are obtained, The substance can be identified by comparing which of the regions 160, 161, 162 and the regions 163, 164, 165 belong. Such identification is performed at each position of the reconstructed image.

ここで低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の結果で、異なる物質に識別される場合も有り得る。これは計測される信号はX線の量子数の揺らぎや、読み出し回路や外的要因によって雑音を有するためである。この場合、例えば物質間の境界から離れた結果を採用する。例えば、あるボクセルについて得られた吸収係数値が、一つの識別マップでは領域160に属し脂肪と判定され、他の識別マップでは領域164に属し水と判定された場合、その吸収係数値の、識別マップ166における領域160と領域161との境界からの距離及び識別マップ167における領域163と領域164との境界からの距離を比較し、距離が遠い方をその吸収係数値が属する領域と判定する。   Here, different substances may be identified as a result of the low energy range and the high energy range. This is because the signal to be measured has noise due to fluctuations in the quantum number of X-rays, readout circuits, and external factors. In this case, for example, a result far from the boundary between the substances is adopted. For example, when the absorption coefficient value obtained for a certain voxel belongs to the region 160 in one identification map and is determined to be fat and belongs to the region 164 in another identification map and is determined to be water, the identification coefficient of the absorption coefficient value is determined. The distance from the boundary between the region 160 and the region 161 in the map 166 and the distance from the boundary between the region 163 and the region 164 in the identification map 167 are compared, and the longer distance is determined as the region to which the absorption coefficient value belongs.

このように本変更例の方法では、スペクトル数とエネルギー範囲数の積の個数(4個)の吸収係数を用いて物質を識別するので、2個のスペクトルを用いる従来法では、計測結果が識別マップの境界となって物質の識別精度が低下する場合でも、識別マップの境界からより遠い結果を採用することで識別精度を向上できる。またより多くの吸収係数を用いることで、識別精度を向上できる。   As described above, in the method of the present modified example, the substance is identified using the absorption coefficient of the product of the number of spectra and the number of energy ranges (four), so in the conventional method using two spectra, the measurement result is identified. Even in the case where the identification accuracy of a substance is reduced at the boundary of the map, the identification accuracy can be improved by adopting a result farther from the boundary of the identification map. The identification accuracy can be improved by using more absorption coefficients.

次に、マルチエネルギー像算出処理S7035では、識別した物質の結果を、コンベンショナル再構成像146に加えて再構成像145を作成する。ここで識別した物質の結果は、例えば色分けしてコンベンショナル再構成像146中に表示する。最後に、このように作成した再構成像145の表示S705を行う。   Next, in the multi-energy image calculation processing S7035, a reconstructed image 145 is created by adding the result of the identified substance to the conventional reconstructed image 146. The result of the substance identified here is displayed in the conventional reconstructed image 146, for example, by color coding. Finally, display S705 of the reconstructed image 145 created in this way is performed.

以上説明したように、本変更例によれば、従来のデュアルエネルギーCT装置よりも精度良く物質の識別を行った再構成像145を作成することができる。   As described above, according to the present modification, a reconstructed image 145 in which a substance is identified with higher accuracy than in a conventional dual energy CT apparatus can be created.

なお本変更例では、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲とで異なる識別結果となった場合に、物質間の境界から離れた結果を採用する場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。他の方法として、例えば、データの雑音が小さい方を用いる場合や、一方のスペクトルで得た低エネルギー範囲と高エネルギー範囲を用いる場合、各スペクトルで得た低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の4個の計測結果のうち、3個のみを用いて識別するなど、様々な場合が有り得る。ただし、複数のエネルギー範囲で照射X線スペクトルを変えたメリットを生かすには、エネルギー範囲数よりも多く、照射X線スペクトルの種類数よりも多い個数の再構成像を用いることが望ましい。   Note that, in this modified example, a case is described in which, when different identification results are obtained between the low energy range and the high energy range, a result apart from the boundary between substances is adopted, but this is an example, and the present invention is not limited to this. It is not limited. As another method, for example, when using the one with smaller data noise, or when using the low energy range and the high energy range obtained from one spectrum, four methods of the low energy range and the high energy range obtained in each spectrum are used. There may be various cases such as identification using only three of the measurement results. However, in order to take advantage of changing the irradiation X-ray spectrum in a plurality of energy ranges, it is desirable to use a larger number of reconstructed images than the number of energy ranges and the number of types of irradiation X-ray spectra.

本変更例では、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲と識別マップを設ける場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。スペクトル毎に設けて識別する場合も有り得る。また識別マップは2つの軸からなる場合を記したが、3つ以上の軸を持つ識別マップを用いても良く、4つの指標を軸として持つ識別マップにて、各スペクトルで得た低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の4個の計測結果を一度に識別しても構わない。更にエネルギー範囲数やスペクトル数が増加した場合は、4個に限定せずに、更に多くの軸を持つ識別マップを用いて物質を識別しても構わない。   In the present modified example, the case where the low energy range, the high energy range, and the identification map are provided is described, but this is an example and does not limit the present invention. There may be a case where the identification is provided for each spectrum. Although the case where the identification map is composed of two axes is described, an identification map having three or more axes may be used, and the identification map having four indices as axes has a low energy range obtained for each spectrum. And four measurement results in the high energy range may be identified at once. If the number of energy ranges or the number of spectra further increases, the substance may be identified using an identification map having more axes, instead of being limited to four.

本変更例では、2つのX線スペクトル、2つのエネルギー範囲を用いた場合を記したが、これは一例であり、これらの一方または両方が3つ以上の場合でも良いことは言うまでもない。このとき、最大で、スペクトル数とエネルギー範囲数の積の数だけ指標として用いて識別を行うことが可能となる。   In this modified example, the case where two X-ray spectra and two energy ranges are used is described, but this is merely an example, and it goes without saying that one or both of them may be three or more. At this time, it is possible to perform discrimination by using at most the number of products of the number of spectra and the number of energy ranges as indices.

<<第一実施形態の変更例3>>
本変更例では、吸収の物理的要因である光電効果、コンプトン散乱、コヒーレント散乱のそれぞれに、それらの現象のエネルギー依存性の違いを用いて分別することで、光電効果画像、コンプトン散乱画像、コヒーレント散乱画像を作成する。
<< Modification Example 3 of First Embodiment >>
In this modified example, photoelectric effect, Compton scattering image, coherent scattering, Create a scatter image.

従来のデュアルエネルギー撮影では、第1と第2のスペクトルで撮影を行い、得られたペアの再構成像の吸収係数値に対してフィッティングを行って吸収の物理要因の分別を行い、光電効果画像、コンプトン散乱画像、コヒーレント散乱画像を作成する。本変更例では、各スペクトルでの撮影で、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲で分けて再構成像を取得して物理要因を分別する。本変更例の装置構成及び演算部の構成は、図1及び図5に示すものと同様であるが、演算部105に、物理要因分別部(不図示)が追加される。   In conventional dual energy imaging, imaging is performed with the first and second spectra, fitting is performed on the absorption coefficient values of the obtained reconstructed image of the pair, and the physical factors of absorption are separated, and the photoelectric effect image is obtained. Create Compton scatter images and coherent scatter images. In this modified example, in imaging in each spectrum, a reconstructed image is obtained separately in a low energy range and a high energy range, and physical factors are classified. The configuration of the device and the configuration of the calculation unit of this modification are the same as those shown in FIGS. 1 and 5, but a physical factor classification unit (not shown) is added to the calculation unit 105.

以下、本変更例のマルチエネルギー演算部1052の処理の一例を、図10を用いて説明する。図10において、図8と同じ処理は同じ符号で示し、詳しい説明は省略する。   Hereinafter, an example of the process of the multi-energy calculating unit 1052 of the present modified example will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the same processes as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

図10に示すように、本変更例の処理方法では、変更例1と同様に、まず投影データ143に対して欠陥素子補正S701、エア補正S702、再構成処理S704を行って、第1のスペクトルと第2のスペクトルで撮影して低エネルギー範囲と高エネルギー範囲で取得したコンベンショナル再構成像146を作成する。次にそのコンベンショナル再構成像146の吸収係数値に対してフィッティングを行うことで、物理要因分別S7037を行う。   As shown in FIG. 10, in the processing method of the present modification, similarly to the first modification, first, the defect data correction S701, the air correction S702, and the reconstruction processing S704 are performed on the projection data 143, and the first spectrum is obtained. Then, a conventional reconstructed image 146 obtained by photographing with the second spectrum and acquiring in the low energy range and the high energy range is created. Next, by performing fitting on the absorption coefficient value of the conventional reconstructed image 146, physical factor classification S7037 is performed.

物理要因分別S7037で使用するフィッティング関数は、例えば式(11)で表すことができる。式(11)は、エネルギーεにおける吸収係数μ(ε)を物理要因の関数で表したものであり、式中、f、g、hは、吸収の物理的要因である光電効果、コンプトン散乱、コヒーレント散乱の断面積をそれぞれ表す。   The fitting function used in the physical factor classification S7037 can be represented by, for example, Expression (11). Equation (11) represents the absorption coefficient μ (ε) at the energy ε as a function of physical factors, where f, g, and h are the physical factors of absorption, the photoelectric effect, Compton scattering, It represents the cross-sectional area of coherent scattering, respectively.

Figure 0006665158
Figure 0006665158

ここでZは実効原子番号、ρは電子密度を表す。またf、g、hはエネルギーεの関数であるがその依存性は異なり、f、hは実効原子番号Zの関数であるがその依存性は異なる。   Here, Z represents the effective atomic number, and ρ represents the electron density. Further, f, g, and h are functions of the energy ε but have different dependencies, and f and h are functions of the effective atomic number Z, but have different dependencies.

第1と第2の2つのエネルギースペクトルの照射X線で撮影を行うことにより、式(12−1)、(12−2)(以下まとめて式(12)という)で示すように、2つの吸収係数の式が得られる。   By performing imaging with irradiation X-rays of the first and second two energy spectra, as shown in equations (12-1) and (12-2) (hereinafter collectively referred to as equation (12)), two An equation for the absorption coefficient is obtained.

Figure 0006665158
Figure 0006665158

ここで電子密度ρはエネルギーに依存しないため、μ1(ε)/μ2(ε)は式(13)のように書ける。Here, since the electron density ρ does not depend on the energy, μ 1 (ε) / μ 2 (ε) can be written as Expression (13).

Figure 0006665158
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物理要因分別S7037では、フィッティング関数として式(13)を用いる。これにより実効原子量Zを決定することができる。更に式(12)を用いることで電子密度ρも決定することができる。   In the physical factor classification S7037, Expression (13) is used as a fitting function. Thereby, the effective atomic weight Z can be determined. Further, the electron density ρ can be determined by using the equation (12).

フィッティングに際し、従来のデュアルエネルギー撮影であれば、1つの式(13)(μ1(ε)/μ2(ε))を用いることになるが、本変更例では、例えば低エネルギー範囲と高エネルギー範囲のそれぞれについて式(13)を立てることができ、2つのμ1(ε)/μ2(ε)を用いることでフィッティング精度を向上できる。更に、1つのμ1(ε)/μ2(ε)を用いる場合でも、μ1(ε)とμ2(ε)のばらつきが小さなエネルギー範囲で得た値を用いることや、低エネルギーと高エネルギーのμ1(ε)とμ2(ε)のうち、吸収係数値の差が大きい値を用いることで、フィッティング精度を向上することも可能である。At the time of fitting, in the case of conventional dual energy imaging, one equation (13) (μ 1 (ε) / μ 2 (ε)) will be used.In this modification, for example, a low energy range and a high energy Equation (13) can be established for each of the ranges, and the fitting accuracy can be improved by using two μ 1 (ε) / μ 2 (ε). Furthermore, even when one μ 1 (ε) / μ 2 (ε) is used, it is possible to use a value obtained in an energy range where the variation between μ 1 (ε) and μ 2 (ε) is small, and to use low energy and high energy. By using a value having a large difference between the absorption coefficient values of the energy μ 1 (ε) and μ 2 (ε), it is also possible to improve the fitting accuracy.

次のマルチエネルギー像算出処理S7035では、式(11)や式(12)を用いることで、光電効果、コンプトン散乱、コヒーレント散乱の成分を分離し、再構成像145として、エネルギーεでの光電効果画像、コンプトン散乱画像、コヒーレント散乱画像や、第1や第2のスペクトルを照射した場合やその他のスペクトルを照射した場合の光電効果画像、コンプトン散乱画像、コヒーレント散乱画像を作成する。更に、算出した実効原子量Zや電子密度ρを用いて、実効原子量画像や電子密度画像を作成することもできる。最後に、このように作成した再構成像145の表示S705を行う。   In the next multi-energy image calculation process S7035, the photoelectric effect, Compton scattering, and coherent scattering components are separated by using Expression (11) and Expression (12), and the photoelectric effect at energy ε is obtained as a reconstructed image 145. An image, a Compton scattered image, a coherent scattered image, and a photoelectric effect image, a Compton scattered image, and a coherent scattered image when irradiating the first and second spectra and irradiating other spectra are created. Furthermore, an effective atomic weight image and an electron density image can be created using the calculated effective atomic weight Z and electron density ρ. Finally, display S705 of the reconstructed image 145 created in this way is performed.

本変更例では、式(13)のフィッティング関数を用いて物理要因分別S7037を行ったが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、第一実施形態のように基準物質を用いて単色X線等価画像を作成し、その吸収係数に対して式(11)を用いて、物理要因分別S7037を行っても良い。
In the present modification, the physical factor discrimination S7037 is performed using the fitting function of Expression (13), but this is only an example and does not limit the present invention. For example, as in the first embodiment, a monochromatic X-ray equivalent image may be created using a reference material, and physical factor classification S7037 may be performed on the absorption coefficient using Expression (11).

<第二実施形態>
本実施形態のX線CT装置は、第一実施形態の構成に加え、複数の照射エネルギースペクトルでそれぞれ行う複数の撮影の、少なくとも一つの撮影の撮影条件を決定する撮影条件決定部(1060)をさらに備えていることが特徴である。撮影条件決定部は、第1の照射X線エネルギースペクトルを用いて行われた第1の撮影の投影データを用いて、第1の照射エネルギースペクトルとは異なる第2の照射エネルギースペクトルを用いて行われる第2の撮影の撮影条件(第2の撮影条件)を決定する。
<Second embodiment>
The X-ray CT apparatus of the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, of a plurality of imaging performed respectively with a plurality of irradiation energy spectra, an imaging condition determination unit (1060) that determines imaging conditions of at least one imaging. It is a feature that it is further provided. The imaging condition determination unit uses the projection data of the first imaging performed using the first irradiation X-ray energy spectrum, and performs the processing using a second irradiation energy spectrum different from the first irradiation energy spectrum. The shooting condition (second shooting condition) of the second shooting to be performed is determined.

撮影条件とは、照射X線のスペクトルや線量を決定する条件であり、例えば、管電圧値、X線フィルタの有無や厚さ、管電流、ビュー時間、撮影時間などである。これにより、第2の撮影条件を被検体に合わせて最適化でき、デュアルエネルギー画像の精度を向上できる。   The imaging conditions are conditions for determining the spectrum and dose of the irradiated X-ray, and include, for example, a tube voltage value, the presence or absence and thickness of an X-ray filter, a tube current, a view time, and an imaging time. Thereby, the second imaging condition can be optimized according to the subject, and the accuracy of the dual energy image can be improved.

ここで第1と第2の撮影では照射エネルギースペクトルが異なるが、第2の撮影の照射エネルギースペクトルが、第1の撮影の照射エネルギースペクトルより低いエネルギーであることが望ましい。例えば2つの撮影の管電圧が異なる場合、撮影条件を変化させる第2の撮影の方が低い管電圧での撮影であることが望ましい。   Here, the irradiation energy spectrum is different between the first and second imagings, but it is preferable that the irradiation energy spectrum of the second imaging be lower than the irradiation energy spectrum of the first imaging. For example, when the tube voltages of the two imagings are different, it is desirable that the second imaging in which the imaging conditions are changed is imaging with a lower tube voltage.

これはエネルギーが低いX線フォトンの方が被検体に依存して吸収されやすく、X線フォトン数の過不足が生じやすいため、第1の撮影の結果を見て適した撮影条件を選定する効果が大きいためである。また、同様の理由で、第1の撮影で不足が生じるのは低エネルギーのX線フォトンである可能性が高いため、低い管電圧で照射して低エネルギーのX線フォトンを追加する方が効率的であるからである。   This is because X-ray photons with low energy are more likely to be absorbed depending on the subject, and the number of X-ray photons tends to be excessive or deficient. Is large. For the same reason, it is highly likely that the shortage in the first imaging is caused by low-energy X-ray photons, so it is more efficient to irradiate with a low tube voltage and add low-energy X-ray photons. Because it is a target.

本実施形態のX線CT装置の全体構成は、図1と同様であるが、演算部105には図11に示すように、撮影条件決定部1060が追加されている。図11は、第2の撮影条件として、スペクトルを変更する場合を示しており、撮影条件決定部1060は、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲でそれぞれ検出されたX線フォトン数の比を算出するX線フォトン数比算出部1061と、X線フォトン数比算出部1061が算出したX線フォトン数比をもとに第2の撮影における照射X線スペクトルを決定するスペクトル条件決定部1062とを備える。   The overall configuration of the X-ray CT apparatus according to the present embodiment is the same as that in FIG. 1, but an imaging condition determination unit 1060 is added to the calculation unit 105 as shown in FIG. FIG. 11 shows a case where the spectrum is changed as the second imaging condition, and the imaging condition determination unit 1060 calculates the ratio of the number of X-ray photons detected in the low energy range and the X-ray photon number detected in the high energy range, respectively. An X-ray photon number ratio calculation unit 1061 and a spectrum condition determination unit 1062 for determining an irradiation X-ray spectrum in the second imaging based on the X-ray photon number ratio calculated by the X-ray photon ratio calculation unit 1061 are provided.

X線フォトン数比算出部1061とスペクトル条件決定部1062は、主制御部1050が制御する。なお図11では、撮影条件決定部1060は、マルチエネルギー演算部1052の一部として示しているが、マルチエネルギー演算部1052とは別の機能部であってもよい。スペクトルを変更するための撮影条件は、例えば管電圧の値やX線フィルタの有無や厚さ、その他X線スペクトルを変化させるさまざまな手段がある。   The main control unit 1050 controls the X-ray photon number ratio calculation unit 1061 and the spectrum condition determination unit 1062. Note that, in FIG. 11, the imaging condition determination unit 1060 is shown as a part of the multi-energy operation unit 1052, but may be a functional unit different from the multi-energy operation unit 1052. The imaging conditions for changing the spectrum include, for example, the value of the tube voltage, the presence or absence of an X-ray filter, the thickness, and various other means for changing the X-ray spectrum.

以下、撮影条件決定部1060の処理手順と制御のフローを、図12を参照して説明する。   Hereinafter, the processing procedure and control flow of the imaging condition determination unit 1060 will be described with reference to FIG.

まず撮影者は、入力部110に第1の撮影を行う1周目の撮影条件と、第2の撮影を行う2周目の撮影条件を入力する。このとき2周目の第2のスペクトルで撮影する際の管電圧とX線フィルタの条件は、入力しないか、入力されていても暫定的なものであり、撮影条件決定部1060にて決定したものを用いる。   First, the photographer inputs, to the input unit 110, the photographing conditions for the first round for performing the first photographing and the photographing conditions for the second round for performing the second photographing. At this time, the conditions of the tube voltage and the X-ray filter when imaging with the second spectrum in the second round are not input or are provisional even if they are input, and are determined by the imaging condition determination unit 1060 Use something.

撮影者が入力部110にて撮影を開始すると、制御部107が制御して、まず1周目の撮影で、第1の撮影S711が行われる。このときの撮影条件は、先に撮影者が入力部110から入力した条件である。次にX線フォトン数比算出部1061にて、1周目に得られた投影データを用いて、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の平均のX線フォトン数の比を算出する(S712)。次に、この比を用いて、スペクトル条件決定部1062にて、第2のスペクトル条件を決定する(S713)。   When the photographer starts photographing with the input unit 110, the control unit 107 controls the first photographing S711 in the first round of photographing. The photographing conditions at this time are the conditions previously input by the photographer from the input unit 110. Next, the X-ray photon number ratio calculation unit 1061 calculates the ratio of the average number of X-ray photons in the low energy range and the high energy range using the projection data obtained in the first round (S712). Next, the second spectrum condition is determined by the spectrum condition determination unit 1062 using this ratio (S713).

ここで第2のスペクトル条件は、例えば管電圧の撮影条件にて決定する。決定手法は、例えば、X線フォトン数の比と撮影条件の関係を、パラメータ147として、事前に決定して記憶部109に保存しておき、これを用いる。X線フォトン数の比と撮影条件の関係は、例えば、X線フォトン数比が小さいときは、管電圧を低くし、X線フォトン数比が大きいときは、管電圧を高くするという関係である。   Here, the second spectrum condition is determined based on, for example, the imaging condition of the tube voltage. As a determination method, for example, the relationship between the ratio of the number of X-ray photons and the imaging condition is determined in advance as the parameter 147, stored in the storage unit 109, and used. The relationship between the ratio of the number of X-ray photons and the imaging conditions is, for example, such that when the ratio of the number of X-ray photons is small, the tube voltage is reduced, and when the ratio of the number of X-ray photons is large, the tube voltage is increased. .

次にスペクトル条件決定部1062はこの撮影条件を制御部107に渡す。制御部107はスペクトル変更部111を制御してスペクトル変更S714を行い、次に2周目の撮影S715を実施する。1周目の撮影(第1の撮影)と2周目の撮影(第2の撮影)で得られた計測データを用いて、第一実施形態あるいはその変更例で説明した処理と同様のマルチエネルギー演算処理S703を行う。
Next, the spectrum condition determination unit 1062 passes the photographing conditions to the control unit 107. The control unit 107 controls the spectrum changing unit 111 to change the spectrum S714, and then performs the second round of photographing S715. Using the measurement data obtained in the imaging of the first lap (first imaging) and the imaging of the second lap (second imaging), the same multi-energy as the processing described in the first embodiment or its modified example Operation processing S703 is performed.

このような制御を行うことで、第1のスペクトルのX線で不足したエネルギー範囲のX線フォトンを、第2のスペクトルのX線で補うことができる。これにより、データのSNR(Signal-to-Noise Ratio)やCNR(Contrast-to-Noise Ratio)を向上することが可能となり、マルチエネルギー画像の精度を向上できる。また第2のスペクトルを制御することで、マルチエネルギー像の画質を担保したまま、被ばく量の低減も可能となる。   By performing such control, X-ray photons in the energy range insufficient for X-rays of the first spectrum can be supplemented by X-rays of the second spectrum. This makes it possible to improve the SNR (Signal-to-Noise Ratio) and CNR (Contrast-to-Noise Ratio) of the data, thereby improving the accuracy of the multi-energy image. Further, by controlling the second spectrum, it is possible to reduce the amount of exposure while maintaining the image quality of the multi-energy image.

更に本実施形態は、フォトンカウンティング画像の精度向上にも有用である。例えば、フォトンカウンティング撮像方法の一つにKエッジイメージングがある。Kエッジイメージングでは、ある物質のKエッジのエネルギーを閾値として低エネルギー範囲と高エネルギー範囲を設け、それぞれの範囲で取得した再構成像を差分することでKエッジ画像を取得する。この場合、例えば被検体での減弱により低エネルギー範囲のX線フォトン数が高エネルギーでのフォトン数に対して著しく少ないなど、Kエッジ画像のSNRやCNRが低下してしまうことがある。   Further, the present embodiment is also useful for improving the accuracy of a photon counting image. For example, one of the photon counting imaging methods is K-edge imaging. In K-edge imaging, a low-energy range and a high-energy range are set using the energy of the K-edge of a certain substance as a threshold, and a K-edge image is obtained by subtracting reconstructed images obtained in each range. In this case, for example, the SNR or CNR of the K-edge image may be reduced such that the number of X-ray photons in the low energy range is significantly smaller than the number of photons in the high energy range due to attenuation in the subject.

本実施形態により、第1のスペクトルのX線で不足したエネルギー範囲のX線フォトンを、第2のスペクトルのX線で補うように第2撮影条件を設定することにより、第1のスペクトルのX線のみでKエッジイメージングを行う場合に比べて、SNRやCNRを向上することが可能となる。   According to the present embodiment, the X-ray photons in the energy range deficient in the X-rays of the first spectrum, the X-rays of the first spectrum are set by setting the second imaging conditions so as to supplement the X-rays in the second spectrum. SNR and CNR can be improved as compared with the case where K-edge imaging is performed using only lines.

図12に示す処理では、第2の撮影条件として照射X線スペクトルを変更する場合を記したが、先に記したように、照射X線の線量の場合も有り得る。これを実現する制御のフローの一例を図13に示す。図13の処理を実現するため、図11に示すスペクトル条件決定部1062は、第2の撮影における線量(第2の線量)を決定する線量条件決定部(不図示)に置き換わる。同様に、図12における第2のスペクトル条件の決定S713が、第2の線量を実現する撮影条件を決定する第2の線量条件の決定S716に置き換わる。   In the processing illustrated in FIG. 12, the case where the irradiation X-ray spectrum is changed is described as the second imaging condition. However, as described above, the irradiation X-ray dose may also occur. FIG. 13 shows an example of a control flow for realizing this. In order to realize the processing in FIG. 13, the spectrum condition determining unit 1062 shown in FIG. 11 is replaced with a dose condition determining unit (not shown) that determines the dose (second dose) in the second imaging. Similarly, the determination S713 of the second spectrum condition in FIG. 12 is replaced with the determination S716 of the second dose condition that determines the imaging condition for realizing the second dose.

この処理では、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の平均のX線フォトン数の比を算出し(S712)、第2の撮影の線量を決定する(S716)。決定の方法は、スペクトル変更の場合と同様であり、例えば、予め求めておいたX線フォトン数比と線量との関係をパラメータ147として、事前に決定して記憶部109に保存しておき、これを用いることができる。   In this process, the ratio of the average number of X-ray photons in the low energy range and the high energy range is calculated (S712), and the dose for the second imaging is determined (S716). The determination method is the same as in the case of the spectrum change, for example, the relationship between the X-ray photon number ratio and the dose determined in advance as a parameter 147, is determined in advance and stored in the storage unit 109, This can be used.

例えば、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の平均のX線フォトン数の比が非常に小さい場合、すなわち低エネルギー範囲のフォトン数が比較的少ない場合は、低エネルギーで撮影する第2の撮影では、線量を大きくする。一方、比が大きいとき、すなわち低エネルギー範囲のフォトン数が比較的多い場合、線量を少なくする。   For example, if the ratio of the average number of X-ray photons in the low-energy range and the high-energy range is very small, that is, if the number of photons in the low-energy range is relatively small, in the second imaging performed at low energy, the dose To increase. On the other hand, when the ratio is large, that is, when the number of photons in the low energy range is relatively large, the dose is reduced.

次いで第2の撮影の線量を、決定された線量に変更する(S717)。第2の線量を実現する撮影条件としては、例えば、管電流、ビュー時間、撮影時間などがある。設定された線量で第2の撮影を行うこと(S715)及び第1の撮影及び第2の撮影で得た計測データを用いて第一実施形態と同様のマルチエネルギー演算処理S703を行うことは、図12のフローと同様である。   Next, the dose of the second imaging is changed to the determined dose (S717). The imaging conditions for realizing the second dose include, for example, tube current, view time, and imaging time. Performing the second imaging with the set dose (S715) and performing the same multi-energy arithmetic processing S703 as in the first embodiment using the measurement data obtained in the first imaging and the second imaging, This is the same as the flow in FIG.

このような線量の制御により、第1のスペクトルのX線で不足したエネルギー範囲のX線フォトンを、第2のスペクトルのX線で補うことにより、データのSNRやCNRを向上することが可能となり、デュアルエネルギー画像の精度を向上できる。また被検体に不要にX線を照射することを防ぎ、無効な被ばく量を低減できる。   By controlling such doses, it is possible to improve the SNR and CNR of data by supplementing X-ray photons in the energy range insufficient for X-rays in the first spectrum with X-rays in the second spectrum. And the accuracy of the dual energy image can be improved. In addition, unnecessary irradiation of the subject with X-rays can be prevented, and the amount of invalid exposure can be reduced.

図12に示す処理と図13に示す処理をともに行い、第2の撮影におけるX線スペクトルと線量の両方を制御しても良い。   Both the processing shown in FIG. 12 and the processing shown in FIG. 13 may be performed to control both the X-ray spectrum and the dose in the second imaging.

図示した実施形態は、本実施形態の一例であって、本実施形態のX線CT装置は、複数のエネルギースペクトル分布で、それぞれ低エネルギー範囲と高エネルギー範囲とを分別して計測するマルチエネルギー撮影において、マルチエネルギーの計測データをもとに撮影条件を決定する機能を備えることが特徴であり、撮影条件を決定するための手法等は種々の変更が可能である。   The illustrated embodiment is an example of the present embodiment, and the X-ray CT apparatus of the present embodiment is used in multi-energy imaging in which a plurality of energy spectrum distributions are separately measured for a low energy range and a high energy range. It is characterized by having a function of determining imaging conditions based on multi-energy measurement data, and a method for determining imaging conditions can be variously changed.

例えば上記説明では、平均のX線フォトン数の比を用いて、第2のスペクトルを決定したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の一方のX線フォトン数を用いても良い。更に両方のエネルギー範囲のX線フォトン数を用いる場合でも、比以外にも、和やそれぞれの絶対値を用いる方法など、様々な使用方法が有り得る。   For example, in the above description, the second spectrum is determined using the ratio of the average number of X-ray photons, but this is merely an example and does not limit the present invention. For example, the number of X-ray photons in one of the low energy range and the high energy range may be used. Further, even when the number of X-ray photons in both energy ranges is used, there can be various usage methods other than the ratio, such as a method using a sum or an absolute value of each.

また本実施形態では、第2のスペクトルを、第1の撮影の結果を用いて決定したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、本撮影の前にプレスキャンを行って決定しても良い。更に第1のスペクトルやその線量も決定しても良い。このように第1のスペクトルと第2のスペクトルの両方を制御することで、更にX線のスペクトルが最適化でき、画質の高精度化や低被ばく化が可能となる。   Further, in the present embodiment, the second spectrum is determined using the result of the first imaging, but this is an example and does not limit the present invention. For example, the determination may be performed by performing a pre-scan before the actual shooting. Further, the first spectrum and its dose may be determined. By controlling both the first spectrum and the second spectrum in this way, the spectrum of the X-ray can be further optimized, and the image quality can be improved with high accuracy and the exposure can be reduced.

さらに本実施形態では、第1と第2の撮影を、それぞれ1周目と2周目で行う場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。第1と第2の撮影を、それぞれ複数周行う場合や、半周の場合も有り得る。更に第1と第2の撮影を、単数や複数ビュー毎に切り替えて複数回行う場合も有り得る。このとき第2の撮影条件は、最初の第1の撮影の結果を用いて決定しても良いし、直前の第1の撮影の結果にて決定しても良い。   Further, in the present embodiment, the case where the first and second shootings are performed in the first and second laps, respectively, is described, but this is an example and does not limit the present invention. The first and second shootings may be performed a plurality of times, or may be performed for a half time. Furthermore, the first and second shootings may be performed a plurality of times by switching for each single or multiple views. At this time, the second imaging condition may be determined using the result of the first first imaging, or may be determined based on the result of the immediately preceding first imaging.

また本実施形態では、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の平均のX線フォトン数の比を用いて第2の撮影条件を決定したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の一方の投影データを用いる場合も有り得る。その一例として、低エネルギー範囲の計数を閾値と比較して撮影条件を決定する場合などが有り得る。   In the present embodiment, the second imaging condition is determined using the ratio of the average number of X-ray photons in the low energy range and the high energy range, but this is an example and does not limit the present invention. For example, the projection data of one of the low energy range and the high energy range may be used. As an example, there is a case where the imaging condition is determined by comparing the count of the low energy range with a threshold.

また低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の投影データの値を比にせずそのまま用いる場合も有り得る。更にエネルギー範囲が3つ以上ある場合も、その1つまたは複数の投影データを用いる様々な場合が有り得る。このとき、被検体によって、特に低エネルギー範囲のフォトン数の低減が大きいことが有り得るため、低エネルギー範囲の投影データを用いることが望ましい。   There is also a case where the values of the projection data in the low energy range and the values of the projection data in the high energy range are used without being compared. Further, when there are three or more energy ranges, there may be various cases in which one or a plurality of the projection data is used. At this time, since the reduction of the number of photons in the low energy range may be particularly large depending on the subject, it is desirable to use projection data in the low energy range.

<第三実施形態>
第一実施形態では、各エネルギー範囲においてX線検出器が検出するX線のエネルギー分布(以下、検出X線エネルギー分布と記す)を、照射X線のスペクトルを複数種類切り替えることで変更したが、本実施例では、エネルギー範囲を区切るエネルギー閾値を、撮影において動的に変更することで検出X線エネルギー分布の切り替えを実現する。
<Third embodiment>
In the first embodiment, the energy distribution of X-rays detected by the X-ray detector in each energy range (hereinafter, referred to as detected X-ray energy distribution) was changed by switching a plurality of types of irradiation X-ray spectra, In the present embodiment, switching of the detected X-ray energy distribution is realized by dynamically changing the energy threshold that divides the energy range in imaging.

すなわち本実施形態のX線CT装置は、検出エネルギー分布変更部として、X線検出器のエネルギー範囲を決めるエネルギー閾値を変更するエネルギー閾値変更部を備え、エネルギー閾値変更部によりエネルギー閾値を変更して検出X線エネルギー分布を変更する。
またマルチエネルギー演算部は、エネルギー閾値が異なる場合に取得した複数の投影データを用いて、マルチエネルギー投影データを作成する。
That is, the X-ray CT apparatus of the present embodiment includes, as a detected energy distribution changing unit, an energy threshold changing unit that changes an energy threshold that determines the energy range of the X-ray detector, and changes the energy threshold by the energy threshold changing unit. Change the detected X-ray energy distribution.
The multi-energy calculating unit creates multi-energy projection data by using a plurality of projection data acquired when the energy thresholds are different.

本実施形態のX線CT装置の構成の一例を、図14に示す。図14において、図1と同じ要素は同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。図示するように、本実施形態のX線CT装置は、エネルギー閾値変更部112を有する。   FIG. 14 shows an example of the configuration of the X-ray CT apparatus of the present embodiment. 14, the same elements as those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description will be omitted. As illustrated, the X-ray CT apparatus according to the present embodiment includes an energy threshold changing unit 112.

エネルギー閾値変更部112は、例えば、信号収集部108が低エネルギー範囲と高エネルギー範囲を弁別する際の閾値(図4の126)を変更する。閾値の変更は、一つの比較器の比較電圧の変更、あるいはデジタル比較器の場合には比較値の切替により行うことができる。エネルギー閾値変更部112の機能の一例を、図15を用いて説明する。   The energy threshold changing unit 112 changes, for example, a threshold (126 in FIG. 4) when the signal collecting unit 108 discriminates between the low energy range and the high energy range. The threshold can be changed by changing the comparison voltage of one comparator or, in the case of a digital comparator, by switching the comparison value. An example of the function of the energy threshold changing unit 112 will be described with reference to FIG.

図15において、範囲130が低エネルギー範囲を、範囲131が高エネルギー範囲を表す。エネルギー閾値変更部112は、第1の撮影と第2の撮影との間で、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲を切り分けるエネルギー閾値を切り替える。すなわち、第1の撮影では、エネルギー閾値を閾値132とし、第2の撮影では、エネルギー閾値を閾値133とする。エネルギー閾値変更部112が、エネルギー閾値を閾値132と閾値133とで切り替えた後、X線検出器104はX線フォトンを各エネルギー範囲に分別して係数する。   In FIG. 15, a range 130 represents a low energy range, and a range 131 represents a high energy range. The energy threshold changing unit 112 switches an energy threshold for separating a low energy range and a high energy range between the first imaging and the second imaging. That is, in the first imaging, the energy threshold is set to the threshold 132, and in the second imaging, the energy threshold is set to the threshold 133. After the energy threshold changing unit 112 switches the energy threshold between the threshold 132 and the threshold 133, the X-ray detector 104 classifies the X-ray photons into respective energy ranges and performs coefficients.

演算部105は、エネルギー閾値が異なる2つの撮影により得た投影データを用いてマルチエネルギー演算を行う。本実施形態の演算部105の構成の一例を図16に示す。図16において、第一実施形態の演算部105の構成例を示す図5と同じ要素は、同じ符号で示し、詳細な説明は省略する。   The calculation unit 105 performs a multi-energy calculation using projection data obtained by two imagings having different energy thresholds. FIG. 16 shows an example of the configuration of the calculation unit 105 of the present embodiment. In FIG. 16, the same elements as those in FIG. 5 showing the configuration example of the calculation unit 105 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

演算部105は、図示するように、主制御部1050、補正処理部1051、マルチエネルギー演算部1052および画像再構成部1053を備え、補正処理部1051、マルチエネルギー演算部1052および画像再構成部1053は、主制御部1050の制御のもとに動作する。   As shown, the calculation unit 105 includes a main control unit 1050, a correction processing unit 1051, a multi-energy calculation unit 1052, and an image reconstruction unit 1053, and the correction processing unit 1051, the multi-energy calculation unit 1052, and the image reconstruction unit 1053. Operates under the control of the main control unit 1050.

図16では省略しているが、補正処理部1051は、第一実施形態と同様に欠陥素子補正部、エア補正部などを含む。マルチエネルギー演算部1052も、第一実施形態と同様に、密度画像算出部1056やマルチエネルギー投影データ算出部1057を含むが、さらに狭エネルギー範囲データ算出部1058を含む。狭エネルギー範囲データ算出部1058は、第1の撮影で得られた投影データと第2の撮影で得られた投影データを用いて、図15に領域134で示す領域の投影データの算出を行う。
Although omitted in FIG. 16, the correction processing unit 1051 includes a defective element correction unit, an air correction unit, and the like, as in the first embodiment. Similarly to the first embodiment, the multi-energy calculation unit 1052 includes a density image calculation unit 1056 and a multi-energy projection data calculation unit 1057 , but further includes a narrow energy range data calculation unit 1058. The narrow energy range data calculation unit 1058 calculates the projection data of the area indicated by the area 134 in FIG. 15 using the projection data obtained by the first imaging and the projection data obtained by the second imaging.

以下、撮影手順とともに演算部の処理の流れを説明する。本実施形態においても、2周の撮影を行い、1周目で第1の撮影、2周目で第2の撮影を行う場合を説明する。第一実施形態では、スペクトル変更部111によって、1周目は第1のスペクトルで、2周目は第2のスペクトルで撮影を切り替えて撮影を行ったが、本実施形態では、1周目の撮影の後、エネルギー閾値変更部112によってエネルギー閾値を切り替えて、第1の撮影と異なるエネルギー閾値で2周目の撮影を行う。   Hereinafter, the flow of the processing of the arithmetic unit will be described together with the shooting procedure. Also in the present embodiment, a case will be described in which two rounds of shooting are performed, and the first round is performed in the first round and the second round is performed in the second round. According to the first embodiment, the spectrum changing unit 111 performs the shooting by switching the shooting in the first spectrum in the first cycle and the shooting in the second spectrum in the second cycle. After the imaging, the energy threshold is changed by the energy threshold changing unit 112, and the second round imaging is performed with an energy threshold different from the first imaging.

演算部105は、第1および第2の撮影で得られた投影データを用いてマルチエネルギー像を作成する。図17に演算部の処理フローの一例を示す。図17において、図6と同じ処理は同じ符号で示し、詳細な説明を省略する。   The calculation unit 105 creates a multi-energy image using the projection data obtained in the first and second imagings. FIG. 17 shows an example of the processing flow of the calculation unit. In FIG. 17, the same processes as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

図17に示すように、まず投影データ143に対し、欠陥素子補正S701、エア補正S702などの補正処理を行う。補正処理後、狭エネルギー範囲データ算出部1058が、狭エネルギー範囲データ算出処理S7033を行い、マルチエネルギー投影データを作成する。この処理では、異なるエネルギー閾値での撮影結果を用いて、エネルギー閾値132とエネルギー閾値133で挟まれる領域(以下、狭エネルギー範囲という)134の投影データを作成する。   As shown in FIG. 17, first, correction processing such as defect element correction S701 and air correction S702 is performed on the projection data 143. After the correction processing, the narrow energy range data calculation unit 1058 performs the narrow energy range data calculation processing S7033 to create multi-energy projection data. In this processing, projection data of a region (hereinafter, referred to as a narrow energy range) 134 sandwiched between the energy threshold 132 and the energy threshold 133 is created using the imaging results at different energy thresholds.

具体的には、第1の撮影で得られた低エネルギー範囲のX線フォトン数をXL1、高いエネルギー範囲のX線フォトン数をXH1、第2の撮影で得られた低エネルギー範囲のX線フォトン数をXL2、高いエネルギー範囲のX線フォトン数をXH2、とすると、狭エネルギー範囲134のX線フォトン数XL-Hは、式(14−1)または式(14−2)で求められる。Specifically, the number of X-ray photons in the low energy range obtained in the first imaging is X L1 , the number of X-ray photons in the high energy range is X H1 , and the number of X-rays in the low energy range obtained in the second imaging is X H1 . Assuming that the number of X-ray photons is X L2 and the number of X-ray photons in the high energy range is X H2 , the number of X-ray photons X LH in the narrow energy range 134 is obtained by the equation (14-1) or (14-2). Can be

Figure 0006665158
但し、第2の撮影のエネルギー閾値133>第1の撮影のエネルギー閾値132とする。
Figure 0006665158
However, it is assumed that the second imaging energy threshold 133> the first imaging energy threshold 132.

狭エネルギー範囲データ算出部1058は、上記差分計算を行い、狭エネルギー範囲134、低エネルギー範囲135および高エネルギー範囲136の投影データ、すなわちマルチエネルギー投影データ144を作成する。   The narrow energy range data calculation unit 1058 performs the above difference calculation to create projection data of the narrow energy range 134, the low energy range 135, and the high energy range 136, that is, multi-energy projection data 144.

狭エネルギー範囲データ算出処理S7033は、式(14−1)および式(14−2)のいずれか一方または両方を用いて行われるが、より精度良くマルチエネルギー投影データ144を決定するためには、第1の撮影と第2の撮影の雑音を比較し、差分によって得られる狭エネルギー範囲の投影データ143の雑音が抑制される組み合わせを用いることが望ましい。   The narrow energy range data calculation processing S7033 is performed using one or both of the equation (14-1) and the equation (14-2) .To determine the multi-energy projection data 144 with higher accuracy, It is desirable to compare the noise of the first imaging and the second imaging and use a combination that suppresses the noise of the projection data 143 in the narrow energy range obtained by the difference.

具体的には、第1の撮影で得た低エネルギー範囲130の投影データ143と第2の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データ143の雑音を比較し、第1の撮影で得た低エネルギー範囲130の投影データ143の方が低い場合は低エネルギー範囲130の投影データ143を用いる。一方、第2の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データ143の雑音値の方が低い場合は高エネルギー範囲131の投影データ143を用いる。   Specifically, the noise of the projection data 143 of the low energy range 130 obtained in the first imaging and the noise of the projection data 143 of the high energy range 131 obtained in the second imaging are compared, and the low noise obtained in the first imaging is compared. When the projection data 143 in the energy range 130 is lower, the projection data 143 in the low energy range 130 is used. On the other hand, when the noise value of the projection data 143 in the high energy range 131 obtained by the second imaging is lower, the projection data 143 in the high energy range 131 is used.

この理由は、以下のとおりである。狭エネルギー範囲134のマルチエネルギー投影データ144は第1の撮影と第2の撮影で得た投影データ143を差分して算出するが、信号レベルとしては狭エネルギー範囲134のみのカウント数を算出できるのに対し、雑音レベルは、使用した全エネルギー範囲の雑音が残る。   The reason is as follows. Although the multi-energy projection data 144 in the narrow energy range 134 is calculated by subtracting the projection data 143 obtained in the first imaging and the second imaging, the count number of only the narrow energy range 134 can be calculated as the signal level. On the other hand, as for the noise level, noise in the entire energy range used remains.

この雑音として残るエネルギー範囲は、図15に示すように、低エネルギー範囲の投影データを用いた時は低エネルギー範囲135と狭エネルギー範囲134があり、高エネルギー範囲の投影データを用いた時は高エネルギー範囲136と狭エネルギー範囲134がある。ここで狭エネルギー範囲134は共通であるので、他の低エネルギー範囲135と高エネルギー範囲136が残る。従って、低エネルギー範囲135と高エネルギー範囲136の投影データ143を比較して雑音の小さな方を用いることで、狭エネルギー範囲134のマルチエネルギー投影データ144の雑音を小さく抑えられることができる。   As shown in FIG. 15, the energy range remaining as noise includes a low energy range 135 and a narrow energy range 134 when using projection data in a low energy range, and a high energy range when using projection data in a high energy range. There is an energy range 136 and a narrow energy range 134. Here, since the narrow energy range 134 is common, the other low energy range 135 and high energy range 136 remain. Therefore, by comparing the projection data 143 in the low energy range 135 and the projection data 143 in the high energy range 136 and using the smaller one, it is possible to reduce the noise in the multi-energy projection data 144 in the narrow energy range 134.

従って、第1の撮影で得た低エネルギー範囲130の投影データ143と第2の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データ143の雑音を比較する代わりに、これらに狭エネルギー範囲134の雑音を加えた、第2の撮影で得た低エネルギー範囲130の投影データ143と第1の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データ143の雑音を比較し、第2の撮影で得た低エネルギー範囲130の投影データ143の雑音の方が小さい場合は、第1と第2の撮影で得た低エネルギー範囲130の投影データ143を、第1の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データ143の雑音の方が小さい場合は、第1と第2の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データ143を、それぞれ選択しても同様の効果を得られる。   Therefore, instead of comparing the noise of the projection data 143 of the low energy range 130 obtained in the first imaging with the noise of the projection data 143 of the high energy range 131 obtained in the second imaging, the noise of the narrow energy range 134 is added thereto. In addition, the projection data 143 of the low energy range 130 obtained in the second imaging and the noise of the projection data 143 of the high energy range 131 obtained in the first imaging are compared, and the low energy range obtained in the second imaging is compared. When the noise of the projection data 143 of 130 is smaller, the projection data 143 of the low energy range 130 obtained in the first and second imagings is converted to the projection data 143 of the high energy range 131 obtained in the first imaging. When the noise is smaller, the same effect can be obtained by selecting the projection data 143 in the high energy range 131 obtained in the first and second imaging.

更に、低エネルギー範囲130と高エネルギー範囲131の投影データ143の雑音ではなく、それらの出力値(X線フォトン数)が小さい方を用いても良い。これは、X線の量子雑音は、X線フォトン数が少なくなるにつれて、小さくなるからである。   Further, instead of the noise of the projection data 143 in the low energy range 130 and the high energy range 131, one having a smaller output value (the number of X-ray photons) may be used. This is because the X-ray quantum noise decreases as the number of X-ray photons decreases.

次に、このようにして得られたマルチエネルギー投影データ144に対して、再構成処理S704を行い、狭エネルギー範囲134のX線フォトンによる再構成像145を作成する。低エネルギー範囲135、高エネルギー範囲136についても同様に再構成像を作成することができる。   Next, a reconstruction process S704 is performed on the multi-energy projection data 144 obtained in this way, and a reconstructed image 145 using X-ray photons in the narrow energy range 134 is created. Reconstructed images can be similarly created for the low energy range 135 and the high energy range 136.

なお上記説明では、2つのエネルギー閾値132、133に切り替えて狭エネルギー範囲134のマルチエネルギー投影データ144を作成したが、例えば、3つ以上のエネルギー閾値に切り替えても良い。このときエネルギーの低い順に第1から第M(Mは3以上の整数)のエネルギー閾値を切り替えて、隣り合う第N(Nは1以上M未満の整数)のエネルギー閾値と第(N+1)のエネルギー閾値の計測結果を差分することで、(M−1)個の狭エネルギー範囲のマルチエネルギー投影データ144が作成できる。   In the above description, the multi-energy projection data 144 in the narrow energy range 134 is created by switching to the two energy thresholds 132 and 133, but may be switched to three or more energy thresholds, for example. At this time, the first to the Mth (M is an integer of 3 or more) energy thresholds are switched in the order of energy, and the Nth (N is an integer of 1 or more and less than M) energy thresholds and (N + 1) By subtracting the measurement results of the energy thresholds of the above, multi-energy projection data 144 of (M−1) narrow energy ranges can be created.

本実施形態によれば、二つのエネルギー閾値で挟まれる任意の狭エネルギー範囲の再構成像を得ることができる。また、エネルギー閾値132と閾値133を近い値にして狭エネルギー範囲134を非常に狭い範囲とすることで、単色X線等価画像を得ることもできる。   According to the present embodiment, a reconstructed image in an arbitrary narrow energy range sandwiched between two energy thresholds can be obtained. Further, by making the energy threshold value 132 and the threshold value 133 close to each other and setting the narrow energy range 134 to a very narrow range, a monochromatic X-ray equivalent image can be obtained.

また従来のフォトンカウンティングCT装置では、例えば3つのエネルギー範囲に分別したマルチエネルギー像を得る場合、2つの比較器を要するのに対し、本実施形態によれば、1つの比較器を用いて、3つのエネルギー範囲のX線フォトンを計数することが可能であり、3つの投影データ、そして再構成像を得ることができる。従って、従来装置よりも、比較器分の回路規模を低減でき、それに伴い、回路の消費電力を低減し、装置価格の上昇を抑えることができる。この回路の消費電力の低減は、装置の寿命を延ばすことにも繋がる。   In addition, in the conventional photon counting CT apparatus, for example, when obtaining a multi-energy image separated into three energy ranges, two comparators are required.According to the present embodiment, one comparator is used. X-ray photons in one energy range can be counted, and three projection data and a reconstructed image can be obtained. Therefore, the circuit scale for the comparator can be reduced as compared with the conventional device, and accordingly, the power consumption of the circuit can be reduced and the increase in the price of the device can be suppressed. Reducing the power consumption of this circuit leads to extending the life of the device.

但し、本実施形態では、1つの比較器を切り替えて狭エネルギー範囲134のマルチエネルギー投影データ144を作成することに限定されるものではなく、複数の比較器を用いてもよい。例えば2つのエネルギー閾値を、2つの比較器で実現しても良い。このとき1つの比較器で切り替える場合に比べて比較器分の回路規模は増加するが、比較器以降の読み出し回路は低減できている。更に複数の比較器が設けられ、それぞれで複数のエネルギー閾値を切り替えて読み出しても良い。   However, in the present embodiment, it is not limited to switching one comparator to create the multi-energy projection data 144 in the narrow energy range 134, and a plurality of comparators may be used. For example, two energy thresholds may be realized by two comparators. At this time, the circuit scale of the comparator is increased as compared with the case where switching is performed by one comparator, but the number of read circuits after the comparator can be reduced. Further, a plurality of comparators may be provided, and a plurality of energy thresholds may be switched and read out.

以上、図15〜図17を参照して第三の実施形態を説明したが、本実施形態も上記説明の構成や動作に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、2つの撮影を2周の撮影で行う場合で説明したが、これは一例であり、例えば2つの撮影を行うスキャン範囲は、複数周、1周、半周など様々な場合が有り得る。また第1と第2の撮影を1周で切り替えるのではなく、複数周で切り替える場合や、1ビュー毎、複数ビュー毎、または半周で切り替えても良い。また1度の切り替えのみでなく、複数回切り替えても良い。   Although the third embodiment has been described with reference to FIGS. 15 to 17, the present embodiment is not limited to the configuration and operation described above, and various modifications are possible. For example, the case where two shootings are performed by two rounds of shooting has been described. However, this is an example, and a scan range for performing two shootings may be various, such as a plurality of rounds, a single round, and a half round. Instead of switching between the first and second shootings in one round, switching may be performed in a plurality of rounds, or may be performed in a single view, in a plurality of views, or in a half round. Further, the switching may be performed not only once but also a plurality of times.

ただし、これらの場合、第1と第2の撮影が、同一の経路で積分された信号ではなくなることがある。これは例えば、奇数ビューと偶数ビューで第1と第2の撮影を切り替えて1周で撮影を行った場合、第1と第2の撮影で得られる投影方向は異なる。   However, in these cases, the first and second imagings may not be signals integrated along the same path. This is because, for example, when the first view and the second view are switched between the odd view and the even view and the shooting is performed in one round, the projection directions obtained in the first and second shooting are different.

この場合、隣接ビューの信号値から計数値を推定した後に、もう一方の撮影で得た計数と狭エネルギー範囲データ算出処理S7033を行って、狭エネルギー範囲のマルチエネルギー投影データ144を作成した方が良い。これは、例えば2ビュー目の狭エネルギー範囲のマルチエネルギー投影データ144は、1ビュー目と3ビュー目の第1の撮影で得た計数から2ビュー目の値を推定し、実際に2ビュー目の第2の撮影で得た計数と差分を取ることで作成することを意味する。   In this case, after estimating the count value from the signal value of the adjacent view, it is better to create the multi-energy projection data 144 in the narrow energy range by performing the count obtained in the other imaging and the narrow energy range data calculation processing S7033. good. This is because, for example, the multi-energy projection data 144 in the narrow energy range of the second view estimates the value of the second view from the count obtained in the first imaging of the first view and the third view, and actually calculates the value of the second view. Means to create by taking the difference from the count obtained in the second imaging.

また本実施形態では、全てのX線検出素子400で同じエネルギー閾値の切り替えを行うとの前提で説明をしたが、これは一例であり、例えば、一部のX線検出素子400のみが行っても良い。更に、X線検出素子400やそのグループ毎に、異なるエネルギー閾値の切り替えを行っても良い。このときそれぞれの異なるエネルギー閾値の切り替えは、同期していてもいなくても良い。   In the present embodiment, the description has been made on the assumption that the same energy threshold is switched in all the X-ray detection elements 400.However, this is an example, and for example, only some of the X-ray detection elements 400 perform. Is also good. Further, different energy thresholds may be switched for each of the X-ray detection elements 400 and groups thereof. At this time, the switching of the different energy thresholds may or may not be synchronized.

さらに本実施形態では、エネルギー閾値変更部112が、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲を分別するエネルギー閾値(図4、126)を切り替える場合を記したが、これは一例であり、計数を行う最小のエネルギー値(図4、127)や最大のエネルギー値であってもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the energy threshold changing unit 112 switches the energy threshold (126 in FIG. 4) for separating the low energy range and the high energy range is described, but this is an example, and the minimum The energy value (127 in FIG. 4, 127) or the maximum energy value may be used.

<第四実施形態>
本実施形態は、第三実施形態のX線CT装置をKエッジイメージングに適用した実施形態である。
<Fourth embodiment>
This embodiment is an embodiment in which the X-ray CT apparatus of the third embodiment is applied to K-edge imaging.

本実施形態の装置構成は第三実施形態のX線CT装置と同様であり、エネルギー閾値変更部112を備える。演算部105は、図18に示すように、補正処理部1051、狭エネルギー範囲データ算出部1058を含むマルチエネルギー演算部1052、および画像再構成部1053に加え、Kエッジ画像を作成するKエッジ画像算出部1059を備える。マルチエネルギー演算部1052が、マルチエネルギー演算にてマルチエネルギー投影データを作成すると共に、マルチエネルギー像を作成することは第三実施形態と同じである。Kエッジ画像算出部1059は、Kエッジエネルギー前後の2枚の再構成像を差分して、Kエッジ画像を作成する。   The apparatus configuration of the present embodiment is the same as the X-ray CT apparatus of the third embodiment, and includes an energy threshold changing unit 112. As shown in FIG. 18, the calculation unit 105 includes a correction processing unit 1051, a multi-energy calculation unit 1052 including a narrow energy range data calculation unit 1058, and an image reconstruction unit 1053, and a K edge image for creating a K edge image. A calculation unit 1059 is provided. The multi-energy operation unit 1052 creates multi-energy projection data by multi-energy operation and creates a multi-energy image as in the third embodiment. The K-edge image calculation unit 1059 creates a K-edge image by subtracting the two reconstructed images before and after the K-edge energy.

まずエネルギー閾値変更部112によるエネルギー閾値の取り方の一例を、図19を用いて説明する。図に示す例では、1周目に第1の撮影を、2周目では第2の撮影を、3周目には第3の撮影を行う。エネルギー閾値変更部112は、エネルギー閾値を用いた低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の分別を、第1の撮影ではエネルギー閾値132にて、第2の撮影ではエネルギー閾値133にて、第3の撮影ではエネルギー閾値138にて、行う。閾値の高さは、閾値132<閾値133<閾値138の関係にあり、エネルギー閾値133を、Kエッジイメージングを行いたい金属のKエッジのエネルギーと同様になるように設定する。   First, an example of how to set an energy threshold by the energy threshold changing unit 112 will be described with reference to FIG. In the example shown in the figure, the first shooting is performed on the first lap, the second shooting is performed on the second lap, and the third shooting is performed on the third lap. The energy threshold changing unit 112 distinguishes between the low energy range and the high energy range using the energy threshold, at the energy threshold 132 in the first imaging, at the energy threshold 133 in the second imaging, and in the third imaging. This is performed at the energy threshold 138. The height of the threshold value is in a relationship of threshold value 132 <threshold value 133 <threshold value 138, and the energy threshold value 133 is set to be similar to the energy of the K edge of the metal on which the K edge imaging is to be performed.

次に、本実施形態の演算部105で行われるデータ処理を、図20のフローを用いて説明する。図20に示すように、演算部105は、第1の撮影と第2の撮影と第3の撮影で得られたそれぞれの投影データ143に対して、例えば第三実施形態のときと同様に、欠陥素子補正S701とエア補正S702を行う。   Next, data processing performed by the arithmetic unit 105 of the present embodiment will be described with reference to the flow of FIG. As illustrated in FIG. 20, the calculation unit 105 performs, for the respective projection data 143 obtained in the first imaging, the second imaging, and the third imaging, for example, as in the third embodiment, Defective element correction S701 and air correction S702 are performed.

次にマルチエネルギー演算部1052が、狭エネルギー画像算出処理S7033を行う。この処理では、第1の撮影と第2の撮影とから狭エネルギー範囲134(以降、第1の狭エネルギー範囲と記す)のX線フォトン数を算出すると共に、第3の撮影と第2の撮影とから狭エネルギー範囲137(以降、第2の狭エネルギー範囲と記す)のX線フォトン数を算出する。   Next, the multi-energy calculation unit 1052 performs a narrow-energy image calculation process S7033. In this process, the number of X-ray photons in the narrow energy range 134 (hereinafter, referred to as the first narrow energy range) is calculated from the first imaging and the second imaging, and the third imaging and the second imaging are performed. From this, the number of X-ray photons in the narrow energy range 137 (hereinafter referred to as the second narrow energy range) is calculated.

この際、第三実施形態の場合と同様に、低エネルギー範囲と高エネルギー範囲の一方または両方の計測結果を用いることができるが、第三実施形態で記したように、雑音レベルの低い結果を用いることが望ましい。すなわち、第1の狭エネルギー範囲を算出するときは、第1の撮影で得た低エネルギー範囲130で得た投影データと、第2の撮影で得た高エネルギー範囲131で得た投影データとの雑音レベルを比較し、第1の撮影で得た低エネルギー範囲130で得た投影データの方が小さい場合は、第1と第2の撮影で得た低エネルギー範囲130で得た投影データを用いて算出し、第2の撮影で得た高エネルギー範囲131で得た投影データの方が小さい場合は、第1と第2の撮影で得た高エネルギー範囲131で得た投影データを用いる。   At this time, similarly to the case of the third embodiment, the measurement results of one or both of the low energy range and the high energy range can be used, but as described in the third embodiment, the result of the low noise level is obtained. It is desirable to use. That is, when calculating the first narrow energy range, the projection data obtained in the low energy range 130 obtained in the first imaging and the projection data obtained in the high energy range 131 obtained in the second imaging. Compare the noise level, if the projection data obtained in the low energy range 130 obtained in the first imaging is smaller, use the projection data obtained in the low energy range 130 obtained in the first and second imaging. If the projection data obtained in the high energy range 131 obtained in the second imaging is smaller, the projection data obtained in the high energy range 131 obtained in the first and second imagings is used.

同様に、第2の狭エネルギー範囲を算出するときは、第2の撮影で得た低エネルギー範囲130で得た投影データと、第3の撮影で得た高エネルギー範囲131で得た投影データとの雑音レベルを比較し、第2の撮影で得た低エネルギー範囲130で得た投影データの方が小さい場合は、第2と第3の撮影で得た低エネルギー範囲130で得た投影データを用いて算出し、第3の撮影で得た高エネルギー範囲131で得た投影データの方が小さい場合は、第2と第3の撮影で得た高エネルギー範囲131で得た投影データを用いる。   Similarly, when calculating the second narrow energy range, projection data obtained in the low energy range 130 obtained in the second imaging, and projection data obtained in the high energy range 131 obtained in the third imaging. Comparing the noise level of the projection data obtained in the low energy range 130 obtained in the second imaging, if the projection data obtained in the low energy range 130 obtained in the second imaging is smaller, If the projection data obtained in the high energy range 131 obtained in the third imaging is smaller than the projection data obtained in the third imaging, the projection data obtained in the high energy range 131 obtained in the second and third imaging is used.

次に再構成処理S704にて、マルチエネルギー投影データ144として得た、第1と第2の狭エネルギー範囲の投影データのそれぞれに対して、再構成演算を行って、再構成像を得る。   Next, in the reconstruction processing S704, a reconstruction operation is performed on each of the first and second narrow energy range projection data obtained as the multi-energy projection data 144 to obtain a reconstructed image.

次にKエッジ画像算出処理S7041にて、第1と第2の狭エネルギー範囲134、137の再構成像を差分し、Kエッジ画像を得る。このKエッジ画像は、目的とした物質(以降、対象物質と記す)のみがコントラストの高い画像を得ることができる。この原理を、図21を用いて説明する。   Next, in K edge image calculation processing S7041, the reconstructed images in the first and second narrow energy ranges 134 and 137 are subtracted to obtain a K edge image. With this K-edge image, an image having only a target substance (hereinafter, referred to as a target substance) having a high contrast can be obtained. This principle will be described with reference to FIG.

図21において、横軸がエネルギー、縦軸がそのエネルギーにおける質量吸収係数の値を示し、曲線150は、Kエッジイメージングを行う対象物質の質量吸収係数を示し、エネルギー151がKエッジエネルギーを示す。すなわちKエッジエネルギーは、質量吸収係数が急激に変化するエネルギーであり、X線の吸収率がエネルギーに応じて急激に変化するエネルギーである。   In FIG. 21, the horizontal axis represents energy, the vertical axis represents the value of the mass absorption coefficient at that energy, the curve 150 represents the mass absorption coefficient of the target substance to be subjected to K-edge imaging, and the energy 151 represents the K-edge energy. That is, the K-edge energy is the energy at which the mass absorption coefficient changes abruptly, and the energy at which the X-ray absorption rate changes abruptly according to the energy.

対象物質のKエッジエネルギー151を第2のエネルギー閾値133とし、その前後に、第1の狭エネルギー範囲134と第2の狭エネルギー範囲137とを実現して、その範囲のX線フォトン数を計測した場合、Kエッジエネルギーよりも低い第1の狭エネルギー範囲134ではX線が透過しやすいのに対して、Kエッジエネルギーよりも高い第2の狭エネルギー範囲137ではX線が透過し難い。従って、第1の狭エネルギー範囲134の投影データから第2の狭エネルギー範囲137の投影データを引くと、対象物質は高いコントラストが得られる。
The K-edge energy 151 of the target substance is set as the second energy threshold 133, and before and after that, the first narrow energy range 134 and the second narrow energy range 137 are realized, and the number of X-ray photons in that range is measured. In this case, the X-rays are easily transmitted in the first narrow energy range 134 lower than the K edge energy, whereas the X-rays are hardly transmitted in the second narrow energy range 137 higher than the K edge energy. Therefore, when the projection data of the second narrow energy range 137 is subtracted from the projection data of the first narrow energy range 134, a high contrast can be obtained for the target substance.

一方、対象物質以外の物質では、第1の狭エネルギー範囲134と第2の狭エネルギー範囲137とで質量吸収係数は大きく変化しないため、それらの投影データを差分すると、非常に小さなコントラストとなる。従ってKエッジ画像では、対象物質のみを高いコントラストにし、抽出することができる。   On the other hand, for substances other than the target substance, the mass absorption coefficient does not change significantly between the first narrow energy range 134 and the second narrow energy range 137, so that a difference between the projection data results in a very small contrast. Therefore, in the K-edge image, only the target substance can be extracted with high contrast.

なお、上記説明では、第2のエネルギー閾値133を対象物質のKエッジエネルギーに一致させたが、半導体内での電荷の広がりや読み出し回路のエネルギー分解の限界によって決定エネルギー値に誤差(以降、エネルギー分解能誤差と記す)を有する場合には、図22に示すように、エネルギー閾値133はKエッジよりも若干高いエネルギーとなるように設定することが望ましい。   In the above description, the second energy threshold 133 is set to match the K-edge energy of the target substance.However, an error (hereinafter referred to as energy In this case, it is desirable to set the energy threshold 133 so that the energy is slightly higher than the K edge as shown in FIG.

これは、エネルギー分解能誤差により実際はエネルギー閾値以上のエネルギーのX線フォトンがエネルギー閾値以下として計測されても、エネルギー閾値以下のX線フォトンはエネルギー閾値以上のX線フォトンよりも非常に多いため、間違った計数の量は相対的に非常に小さいが、エネルギー分解能誤差により実際はエネルギー閾値以下のエネルギーのX線フォトンがエネルギー閾値以上として計測された場合、間違った計数の量は相対的に大きいものになってしまうからである。   This is because even if the X-ray photons with energy equal to or higher than the energy threshold are actually measured as being equal to or lower than the energy threshold due to the energy resolution error, the number of X-ray photons below the energy threshold is much larger than the X-ray photons above the energy threshold. Although the amount of counting is relatively small, if the X-ray photons of energy below the energy threshold are actually measured above the energy threshold due to energy resolution errors, the amount of incorrect counting will be relatively large. It is because.

エネルギー閾値をKエッジエネルギーよりも若干大きな値に設定しておくことにより、このような分解能誤差によりKエッジエネルギー以下のX線をエネルギー閾値以上と誤って計測する可能性を低減できる。エネルギー閾値をKエッジエネルギーよりも大きな値にする程度は、例えばX線検出素子400のエネルギー決定誤差程度である。このエネルギー決定誤差は、検出層401での信号量や出力電圧値のばらつきや、読み出し回路405での計測誤差などに依存し、あらかじめ計測しておくことが可能である。   By setting the energy threshold to a value slightly larger than the K edge energy, the possibility of erroneously measuring an X-ray having a K edge energy or less as an energy threshold or more due to such a resolution error can be reduced. The degree to which the energy threshold is set to a value larger than the K edge energy is, for example, an energy determination error of the X-ray detection element 400. This energy determination error can be measured in advance depending on variations in the signal amount and output voltage value in the detection layer 401, a measurement error in the reading circuit 405, and the like.

本実施形態によれば、エネルギー閾値変更部112により適切にエネルギー閾値を変化させて撮影を行うことにより、目的物質のKエッジイメージングを精度よく行うことができる。また第1、第2、第3のエネルギー閾値のそれぞれに対して比較器を設けて分別する場合に比べて、比較器分の回路規模を低減でき、第三実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。   According to the present embodiment, the K-edge imaging of the target substance can be performed with high accuracy by appropriately changing the energy threshold by the energy threshold changing unit 112 and performing imaging. Also, compared to the case where a comparator is provided for each of the first, second, and third energy thresholds to separate them, the circuit scale of the comparator can be reduced, and the same effect as that described in the third embodiment can be obtained. The effect is obtained.

なお本実施形態では、2つの狭エネルギー範囲の計数を、3つのエネルギー閾値を用いて算出したが、これは一例であり、4つ以上のエネルギー閾値を用いて、3つ以上の狭エネルギー範囲の計数を算出しても良い。またエネルギー閾値を切り替える比較器と、切り替えない比較器を混在させて、各エネルギー範囲を計数して狭エネルギー範囲の計数を算出しても良い。また複数の比較機で、それぞれに異なる複数のエネルギー閾値を切り替えるようにして各エネルギー範囲を計数して狭エネルギー範囲の計数を算出しても良い。   In the present embodiment, counting of two narrow energy ranges is calculated using three energy thresholds, but this is an example, and using four or more energy thresholds, three or more narrow energy ranges are calculated. The count may be calculated. Further, a comparator that switches the energy threshold and a comparator that does not switch the energy threshold may be mixed, and each energy range may be counted to calculate the count of the narrow energy range. Alternatively, a plurality of comparators may switch between a plurality of different energy thresholds to count each energy range and calculate a count for a narrow energy range.

また本実施形態では、Kエッジ画像を算出するために2つの狭エネルギー範囲134、137の投影データを作成したが、一方を実際に計数したエネルギー範囲の投影データで代用しても良い。例えば、Kエッジ画像を算出する際、図19に示す高い狭エネルギー範囲137の投影データの代わりに、第2の撮影で得た高エネルギー範囲131の投影データを用いることができる。この方法を採用した場合、図19の第3の撮影は不要で、切り替えるエネルギー閾値は2つで良くなるので、撮影の高速化が可能となる。このような方法は、特に高エネルギー範囲131が狭いといったように、実際に計数したエネルギー範囲が狭いときに有用である。   Further, in the present embodiment, the projection data of the two narrow energy ranges 134 and 137 are created for calculating the K-edge image, but one of them may be substituted with the projection data of the actually counted energy range. For example, when calculating the K edge image, the projection data of the high energy range 131 obtained by the second imaging can be used instead of the projection data of the high narrow energy range 137 shown in FIG. When this method is adopted, the third imaging in FIG. 19 is unnecessary, and only two energy thresholds can be switched, so that the imaging can be speeded up. Such a method is useful especially when the actually counted energy range is narrow, such as when the high energy range 131 is narrow.

さらに本実施形態についても、第三実施形態に記したのと同様に、第1の撮影、第2の撮影、第3の撮影の切り替えは、1周毎には限らず、複数周毎、半周毎、複数ビュー毎、1ビュー毎など、様々な場合があり得る。   Further, also in the present embodiment, as described in the third embodiment, the switching between the first imaging, the second imaging, and the third imaging is not limited to every lap, but every plural laps, half a lap. There may be various cases, such as every one, every plural views, every one view, etc.

また本実施形態では、全てのX線検出素子で1ビューに同期してエネルギー範囲を切り替えて撮影を行うことを前提に説明したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、複数ビュー毎に切り替えても良い。また一部のX線検出素子のみで行っても良い。更に、X線検出素子で撮影するエネルギー範囲が異なっていても良い。   Further, in the present embodiment, the description has been made on the assumption that the imaging is performed by switching the energy range in synchronization with one view by all the X-ray detection elements, but this is an example and does not limit the present invention. For example, switching may be performed for each of a plurality of views. Alternatively, the detection may be performed by only some of the X-ray detection elements. Furthermore, the energy range in which images are taken by the X-ray detection element may be different.

これは、例えば、1つのグループ(グループA)のX線検出素子ではKエッジイメージングの投影データを、もう一つのグループ(グループB)のX線検出素子ではKエッジイメージング以外の投影データを、それぞれ取得しても良い。これは具体的には、例えば、グループAのX線検出素子では、エネルギー閾値132、133、138を切り替えて、そのエネルギー閾値が切り分ける2つのエネルギー範囲を分別し、グループBのX線検出素子では、一つのエネルギー閾値が切り分ける2つのエネルギー範囲を分別するなどの方法にて実現できる。   This is, for example, the projection data of the K-edge imaging in one group (group A) X-ray detection elements, the projection data other than the K-edge imaging in the other group (group B) X-ray detection elements, respectively You may get it. Specifically, for example, in the group A X-ray detection element, the energy thresholds 132, 133, and 138 are switched to separate the two energy ranges separated by the energy threshold, and the group B X-ray detection element It can be realized by a method such as separating two energy ranges separated by one energy threshold.

<第五実施形態>
本実施形態は、検出エネルギースペクトル分布変更部として、第一実施形態で採用した照射スペクトル変更部と、第三実施形態で採用したエネルギー閾値変更部とを備えること、および制御部の機能として、これら照射スペクトル変更部およびエネルギー閾値変更部を制御するタイミング制御部を備えることが特徴である。
<Fifth embodiment>
This embodiment includes, as a detected energy spectrum distribution changing unit, an irradiation spectrum changing unit adopted in the first embodiment, and an energy threshold changing unit adopted in the third embodiment, and a function of a control unit. It is characterized by including a timing control unit that controls the irradiation spectrum changing unit and the energy threshold changing unit.

本実施形態のX線CT装置の全体構成を図23に、制御部107の機能ブロック図を図24に示す。図23において、図1および図14と同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。図23に示すように、このX線CT装置は、管電圧、フィルタの厚みや種類などを変更して、照射X線のエネルギースペクトルを変更するスペクトル変更部111と、X線検出器104のX線フォトン読み出し時のエネルギー閾値を変更するエネルギー閾値変更部112を備えている。
FIG. 23 shows the overall configuration of the X-ray CT apparatus of the present embodiment, and FIG. 24 shows a functional block diagram of the control unit 107. 23, the same elements as those in FIGS. 1 and 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As shown in FIG. 23, the X-ray CT apparatus includes a spectrum changing unit 111 that changes a tube voltage, a thickness and a type of a filter, and the like, and changes an energy spectrum of irradiated X-rays, and an X-ray detector 104 . An energy threshold changing unit 112 for changing an energy threshold at the time of reading a line photon is provided.

制御部107は、図24に示すように、X線源100とX線検出器104を搭載したスキャナを制御するスキャナ制御部1071、X線検出器104の読み出し回路や信号収集部108の動作を制御するX線検出器制御部1072、表示部106による表示を制御する表示制御部1073、および検出エネルギースペクトル変更のタイミングを制御するタイミング制御部1074を備えている。スキャナ制御部1071、X線検出器制御部1072、表示制御部1073は、前述した第一〜第三実施形態に共通する。また第二実施形態のX線CT装置の撮影条件決定部1060に対応して撮影条件を制御する機能(撮影条件制御部1075)を有する場合もある。ここでは、本実施形態の特徴であるタイミング制御部1074の動作を中心に説明する。   As shown in FIG. 24, the control unit 107 controls the operation of the scanner control unit 1071, which controls the scanner equipped with the X-ray source 100 and the X-ray detector 104, the readout circuit of the X-ray detector 104, and the operation of the signal collection unit 108. An X-ray detector control unit 1072 for controlling, a display control unit 1073 for controlling display by the display unit 106, and a timing control unit 1074 for controlling timing of changing the detected energy spectrum are provided. The scanner control unit 1071, the X-ray detector control unit 1072, and the display control unit 1073 are common to the first to third embodiments. The X-ray CT apparatus according to the second embodiment may have a function (an imaging condition control unit 1075) for controlling an imaging condition corresponding to the imaging condition determination unit 1060. Here, the operation of the timing control unit 1074, which is a feature of the present embodiment, will be mainly described.

タイミング制御部1074は、照射エネルギースペクトルの切り替えとエネルギー閾値の切り替えを異なる周期で行い、照射エネルギースペクトルとエネルギー閾値の組み合わせが異なる複数のデータを取得する。ここで周期が異なるとは、例えば周期の幅が同じで位相が異なる場合や、周期の幅が異なる場合を意味する。タイミング制御に用いられる照射エネルギースペクトルの種類およびエネルギー閾値(値とその種類)、および切り替えの周期は、あらかじめ決められたものがプログラムされていてもよいし、操作者が入力部(UI)110を介して任意に設定するようにしてもよい。   The timing control unit 1074 performs switching of the irradiation energy spectrum and switching of the energy threshold at different periods, and acquires a plurality of data having different combinations of the irradiation energy spectrum and the energy threshold. Here, different periods mean, for example, a case where the period width is the same and the phase is different, or a case where the period width is different. The type and energy threshold of the irradiation energy spectrum used for the timing control (value and its type), and the switching cycle may be programmed in advance, or the operator may operate the input unit (UI) 110. The setting may be arbitrarily set via the Internet.

タイミング制御部1074が制御するX線エネルギースペクトルとエネルギー閾値の切り替えの一例を図25に示す。図25は2つの照射エネルギースペクトルと2つのエネルギー閾値(例えば図15の閾値132、133)を異なる周期で切り替える場合を示している。   FIG. 25 shows an example of switching between the X-ray energy spectrum and the energy threshold controlled by the timing control unit 1074. FIG. 25 shows a case where two irradiation energy spectra and two energy thresholds (for example, thresholds 132 and 133 in FIG. 15) are switched at different periods.

図25において、横軸185は経過時間であり、例えば、時刻176が撮影開始であって1ビュー目の開始時刻であり、時刻177〜181は、2ビュー、3ビュー、4ビュー、5ビューおよび6ビューの開始時刻である。図25の縦は、X線スペクトルとエネルギー閾値が選択されている内容を表す。X線スペクトルのタイミング曲線170が値172になっている範囲では、スペクトル変更手段111は第1のスペクトルを選択してX線を照射し、値173になっている範囲では、第2のスペクトルを選択してX線を照射する。エネルギー閾値のタイミング曲線171が値175になっている範囲では、エネルギー閾値変更部112は、図15に示す閾値132(以降、低エネルギー閾値132と記す)を選択し、値174になっている範囲では、図15に示す閾値133(以降、高エネルギー閾値133と記す)を選択する。   In FIG. 25, the horizontal axis 185 is the elapsed time, for example, the time 176 is the start of shooting and the start time of the first view, and the times 177 to 181 are 2 views, 3 views, 4 views, 5 views and 6 Start time of the view. The vertical axis in FIG. 25 indicates the content of the selection of the X-ray spectrum and the energy threshold. In the range in which the timing curve 170 of the X-ray spectrum has the value 172, the spectrum changing means 111 selects the first spectrum and irradiates it with X-rays. Selectively emit X-rays. In the range where the energy threshold timing curve 171 has the value 175, the energy threshold changing unit 112 selects the threshold 132 (hereinafter, referred to as the low energy threshold 132) shown in FIG. Then, the threshold 133 shown in FIG. 15 (hereinafter referred to as the high energy threshold 133) is selected.

すなわち、このタイミング制御では、1ビュー目は、第1のスペクトルの照射X線が用いられ、X線検出器のエネルギー閾値を低エネルギー閾値132としてデータが取得される。次に、時刻177では、エネルギー閾値変更部112がエネルギー閾値を高エネルギー閾値133に切り替えられ、これにより2ビュー目は、照射X線は第1のスペクトルで、エネルギー閾値は高エネルギー閾値133にてデータが取得される。   That is, in this timing control, the irradiation X-ray of the first spectrum is used for the first view, and data is acquired with the energy threshold of the X-ray detector as the low energy threshold 132. Next, at time 177, the energy threshold changing unit 112 switches the energy threshold to the high energy threshold 133, and thereby, in the second view, the irradiation X-ray is the first spectrum, and the energy threshold is the high energy threshold 133. Data is obtained.

次に、時刻178では、エネルギー閾値を低エネルギー閾値132に切り替えると共に、スペクトル変更手段111が照射X線スペクトルを低エネルギー閾値132に切り替える。これにより3ビュー目は、照射X線は第2のスペクトルであり、エネルギー閾値は低エネルギー閾値132にてデータが取得される。   Next, at time 178, the energy threshold is switched to the low energy threshold 132, and the spectrum changing unit 111 switches the irradiation X-ray spectrum to the low energy threshold 132. Thus, in the third view, the irradiated X-ray is the second spectrum, and the data is acquired with the energy threshold value of the low energy threshold value 132.

次に、時刻179では、エネルギー閾値変更部112がエネルギー閾値を高エネルギー閾値133に切り替える。これにより4ビュー目は、X線は第2のスペクトルであり、エネルギー閾値は高エネルギー閾値133にてデータが取得される。次に、時刻181では、エネルギー閾値を低エネルギー閾値132に切り替えると共に、スペクトル変更手段111が照射X線スペクトルを高エネルギー閾値133に切り替える。   Next, at time 179, the energy threshold changing unit 112 switches the energy threshold to the high energy threshold 133. Thus, in the fourth view, the X-ray is the second spectrum, and the data is acquired with the energy threshold value of the high energy threshold value 133. Next, at time 181, the energy threshold is switched to the low energy threshold 132, and the spectrum changing unit 111 switches the irradiation X-ray spectrum to the high energy threshold 133.

これにより5ビュー目は1ビュー目と同様に、X線は第2のスペクトルであり、エネルギー閾値は低エネルギー閾値132にてデータが取得される。以降、順次同様の順番に切り替えを行うことで、6ビュー目は2ビュー目と同様、7ビュー目は3ビュー目と同様、8ビュー目は4ビュー目と同様のX線スペクトルとエネルギー閾値の組み合わせでデータを取得できる。更に以降も、iビュー目(iは1から4の整数)と(4n+i)ビュー目(nは1以上の整数)とが、同様のX線スペクトルとエネルギー閾値の組み合わせでデータを取得できる。このような撮影により取得されるデータを図26に示す。   Thus, the X-ray is the second spectrum in the fifth view and the data is acquired with the low energy threshold 132 as the energy threshold, as in the first view. Thereafter, by sequentially switching in the same order, the sixth view is similar to the second view, the seventh view is similar to the third view, and the eighth view is similar to the fourth view in the X-ray spectrum and energy threshold. Data can be obtained in combination. Furthermore, in the subsequent views, the i-th view (i is an integer of 1 to 4) and the (4n + i) -th view (n is an integer of 1 or more) can acquire data with the same combination of the X-ray spectrum and the energy threshold. FIG. 26 shows data acquired by such imaging.

X線スペクトルとエネルギー閾値の各組み合わせですべてのビューのデータを取得する場合には、図25の時刻176を1ビュー分ずらして、2ビュー目の開始時刻として同様の撮影を行う、次に時刻176を3ビュー目の開始時刻として同様の撮影を行う、さらに時刻176を4ビュー目の開始時刻として同様の撮影を行う、というように撮影を繰り返せばよい。
When acquiring the data of all the views with each combination of the X-ray spectrum and the energy threshold, shift the time 176 of FIG. 25 by one view, perform the same imaging as the start time of the second view, and then Shooting may be repeated such that similar shooting is performed using 176 as the start time of the third view, and similar shooting is performed using time 176 as the start time of the fourth view.

これにより、全てのX線スペクトルとエネルギー閾値の組み合わせでデータが取得できる。これらをマルチエネルギー演算処理することで、例えば[組み合わせ数×2]のマルチエネルギー像を得ることができ、また第三実施形態を適用することで複数の狭エネルギー範囲データを得ることができる。マルチエネルギー演算処理は、第一〜第四実施形態で説明した処理と同様であり、重複する説明は省略する。   As a result, data can be obtained for all combinations of X-ray spectra and energy thresholds. By performing multi-energy arithmetic processing on these, a multi-energy image of, for example, [the number of combinations × 2] can be obtained, and a plurality of narrow energy range data can be obtained by applying the third embodiment. The multi-energy calculation processing is the same as the processing described in the first to fourth embodiments, and a duplicate description will be omitted.

多くのデータを得るためには、二つの検出スペクトル変更手段(スペクトル変更部111とエネルギー閾値変更部112)のうち、いずれか一方を他方よりも遅い周期で行えばよいが、X線スペクトルの変更は、X線管に負荷が大きく、更に高速な変更が技術的にも難しいなどの課題があるため、図25に示すようにX線スペクトルをエネルギー閾値よりも遅い周期で切り替えることが望ましい。ただしこの変更は一例であり、照射X線スペクトルよりもエネルギー閾値を遅い周期で切り替える場合や、同じ周期で切り替える場合なども本実施形態に包含される。   In order to obtain a large amount of data, one of the two detection spectrum changing means (the spectrum changing unit 111 and the energy threshold changing unit 112) may be performed at a slower cycle than the other, but the change of the X-ray spectrum may be performed. However, there is a problem that the load on the X-ray tube is large and it is technically difficult to change the X-ray tube at a higher speed. Therefore, it is desirable to switch the X-ray spectrum at a period slower than the energy threshold as shown in FIG. However, this change is an example, and the present embodiment includes a case where the energy threshold is switched at a cycle that is slower than the irradiation X-ray spectrum or a case that the energy threshold is switched at the same cycle.

また、図25では、2種のX線スペクトルと2種のエネルギー閾値を切り替える場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。m(mは2以上の整数)種類のX線スペクトルとn(nは2以上の整数)種類のエネルギー閾値を切り替える場合も有り得る。このとき、1種類のX線スペクトルに対してn種類のエネルギー閾値を切り替えた後に、X線スペクトルを変更して同様にn種類のエネルギー閾値を切り替える方法が有り得る。また、別の一例では、1種類のX線スペクトルに対してn種類のエネルギー閾値の切り替えを複数繰り返して行っても良い。これは例えば、繰り返し回数をc回(cは2以上の整数)とした時、1種類のX線スペクトルに対して(n×c)回のエネルギー閾値の切り替えを繰り返すことを意味する。   FIG. 25 illustrates a case where two types of X-ray spectra and two types of energy thresholds are switched, but this is an example and does not limit the present invention. In some cases, there are cases in which m (m is an integer of 2 or more) types of X-ray spectra and n (n is an integer of 2 or more) types of energy thresholds are switched. At this time, after switching n kinds of energy thresholds for one kind of X-ray spectrum, there is a method of changing the X-ray spectrum and similarly switching n kinds of energy thresholds. In another example, switching of n types of energy thresholds may be repeatedly performed for one type of X-ray spectrum. This means that, for example, when the number of repetitions is c (c is an integer of 2 or more), the switching of the energy threshold is repeated (n × c) times for one type of X-ray spectrum.

また、図25では、1ビュー毎に、X線スペクトルとエネルギー閾値の少なくとも一方を切り替える場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、複数ビュー毎や半周毎、1周毎や複数周毎などの様々な場合が有り得る。すなわち図25において、時刻176-177間、時刻177-178間、時刻178-179間、時刻179-180間、時刻180-181間は、1ビューのデータ取得間隔に限らず、複数ビューや半周、1周や複数周などの様々な時間間隔に設定することができる。   FIG. 25 illustrates a case where at least one of the X-ray spectrum and the energy threshold is switched for each view, but this is an example and does not limit the present invention. For example, there may be various cases such as every plural views, every half circle, every one circle, every plural circles, and the like. That is, in FIG. 25, the time 176 to 177, the time 177 to 178, the time 178 to 179, the time 179 to 180, and the time 180 to 181 are not limited to the data acquisition interval of one view. , One time or a plurality of times.

本実施形態によれば、検出X線エネルギー分布の変更を、照射X線のエネルギー範囲を区切るエネルギー閾値の変更と照射X線のスペクトルの変更とを組み合わせて実行することにより、比較器の数を増大することなく、多くのマルチエネルギー像を取得できる。またマルチエネルギー投影データあるいはマルチエネルギー像間で演算を行うことにより、マルチエネルギー像の精度を向上したり、複数の狭エネルギー範囲データを得ることができる。   According to the present embodiment, the change in the detected X-ray energy distribution is performed by combining the change in the energy threshold that divides the energy range of the irradiated X-rays and the change in the spectrum of the irradiated X-rays, thereby reducing the number of comparators. Many multi-energy images can be obtained without increasing. In addition, by performing calculations between multi-energy projection data or multi-energy images, it is possible to improve the accuracy of the multi-energy image or obtain a plurality of narrow energy range data.

本実施形態では、1ビューで、X線スペクトルとエネルギー閾値の組み合せを得る場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。1ビューではX線スペクトルとエネルギー閾値の組み合わせの1つや一部のデータのみを得て、隣接する複数のビューで全てのデータを得る場合もある。これは、例えば図25の撮影では、4ビューで全ての組み合わせの撮影を行っているが、これを1組として用いても良い。   In the present embodiment, the case where a combination of the X-ray spectrum and the energy threshold is obtained in one view is described, but this is an example and does not limit the present invention. In one view, only one or a part of the data of the combination of the X-ray spectrum and the energy threshold may be obtained, and all data may be obtained in a plurality of adjacent views. For example, in the photographing of FIG. 25, photographing of all combinations is performed in four views, but these may be used as one set.

すなわち、4ビュー間を1つのビューとみなし、4ビュー間にて得た撮影データを同時に取得したものとして扱っても良い。さらに、それらのビューのずれを補正しても良い。その方法としては、例えば4ビューおきのデータを用いてその間のビューのデータを推定して作成し、全ビューで全ての組み合わせのデータを作成しても良い。また別の方法として、例えば、異なるビューで得た投影データから再構成像を作成する際に、取得角度の違いを補正することで、同じ位置の再構成像を作成しても良い。   In other words, the four views may be regarded as one view, and the photographing data obtained between the four views may be treated as being simultaneously acquired. Furthermore, the deviation of those views may be corrected. As a method thereof, for example, data for every four views may be used to estimate and create data for the view between them, and data for all combinations may be created for all views. As another method, for example, when a reconstructed image is created from projection data obtained in different views, a reconstructed image at the same position may be created by correcting a difference in the acquisition angle.

<第六実施形態>
本実施形態のX線CT装置は、上述した第一実施形態〜第五実施形態のX線CT装置で設定する条件や取得する画像をシミュレーションする機能を備えたことが特徴である。すなわち本実施形態のX線CT装置は、模擬被検体のマルチエネルギー像をシミュレーションにて作成するシミュレーション部(1064)と、シミュレーション部で使用する被検体情報を含む情報を入力する入力部(110)と、複数の被検体モデルを記憶する記憶部(109)と、を備える。
<Sixth embodiment>
The X-ray CT apparatus of the present embodiment is characterized in that it has a function of simulating conditions set by the X-ray CT apparatuses of the above-described first to fifth embodiments and images to be acquired. That is, the X-ray CT apparatus of the present embodiment includes a simulation unit (1064) that creates a multi-energy image of a simulated subject by simulation, and an input unit (110) that inputs information including subject information used in the simulation unit. And a storage unit (109) for storing a plurality of subject models.

シミュレーション部は、入力部を介して入力された被検体情報を基に、記憶部に記憶した被検体モデルから、シミュレーションを行う模擬被検体を決定し、決定した前記模擬被検体のマルチエネルギー像を作成する。シミュレーションに用いるエネルギー範囲は、入力部から入力された値を用いてもよいし、決定した模擬被検体をもとに決めてもよい。例えば、シミュレーション部は、作成したマルチエネルギー像から物理量を算出して比較することにより、最適なエネルギー範囲を算出する。   The simulation unit determines a simulated object to be simulated from the object model stored in the storage unit based on the object information input via the input unit, and determines a multi-energy image of the determined simulated object. create. The energy range used for the simulation may be a value input from the input unit, or may be determined based on the determined simulated subject. For example, the simulation unit calculates an optimal energy range by calculating and comparing physical quantities from the created multi-energy image.

本実施形態を実現するための演算部105の構成例を図27に示す。補正処理部1051、マルチエネルギー演算部1052および画像再構成部1053は、図5や図14に示す演算部105について説明した機能と同様である。本実施形態では、これらの他に、模擬被検体選択部1063およびシミュレーション部1064を備える。また記憶部109には、入力される被検体情報に応じて模擬被検体を選択できるように、複数の被検体モデルが記憶されている。シミュレーション部1064が形成したシミュレーション結果は撮影条件制御部1075に渡される。   FIG. 27 shows a configuration example of the calculation unit 105 for implementing the present embodiment. The correction processing unit 1051, the multi-energy calculation unit 1052, and the image reconstruction unit 1053 have the same functions as those of the calculation unit 105 illustrated in FIG. 5 and FIG. In the present embodiment, in addition to these, a simulated subject selecting unit 1063 and a simulation unit 1064 are provided. Further, the storage unit 109 stores a plurality of object models so that a simulated object can be selected according to the input object information. The simulation result formed by the simulation unit 1064 is passed to the imaging condition control unit 1075.

以下、本実施形態のX線CT装置が、第一実施形態で説明した照射X線スペクトルの変更にて実現する機能と、第三実施形態で説明したエネルギー閾値の切り替えにて実現してKエッジ画像を作成する機能の両方を有する場合を例に、本実施形態のX線CT装置の動作を、図28に示すグラフィカルユーザーインターフェイス(以降、GUIと記す)の表示例と図29のフローを参照しながら説明する。   Hereinafter, the X-ray CT apparatus according to the present embodiment has a function realized by changing the irradiation X-ray spectrum described in the first embodiment and a K-edge realized by switching the energy threshold described in the third embodiment. The operation of the X-ray CT apparatus according to the present embodiment will be described with reference to a display example of a graphical user interface (hereinafter, referred to as a GUI) shown in FIG. 28 and a flow of FIG. 29 in a case where the apparatus has both functions of creating an image. I will explain while.

図28に示すGUIは、表示部106に表示される入力部110を兼ねている。図28では、説明を簡単にするために全GUIの一部を示したものであり、同様に、そのソフト内の撮影方法、撮影パラメータ、機能も、全体の一部のみを示したものである。同様に、以下説明する撮影や入力の手順も、全体の一部を示すものである。   The GUI shown in FIG. 28 also serves as the input unit 110 displayed on the display unit 106. FIG. 28 shows only a part of the entire GUI for the sake of simplicity, and similarly shows only a part of the entire shooting method, shooting parameters, and functions in the software. . Similarly, the shooting and input procedures described below also show a part of the whole.

まず撮影を開始する前に、撮影条件を入力する。撮影条件は、例えば設定領域230を用いて行う。   First, before starting photographing, photographing conditions are input. The shooting conditions are set, for example, using the setting area 230.

撮影方法として、まずデュアル撮影のON/OFFとKエッジイメージングのON/OFFを選択する(S721)。ON/OFFの選択は、例えば、図28に示すチェックボックス200をチェックすることでデュアル撮影を行う選択し、チェックボックス201をチェックすることでKエッジイメージングを行う選択する。このデュアル撮影をONにしたとき、第1と第2の撮影パラメータの入力欄が入力可能となり、デュアル撮影をOFFにしたとき、第1の撮影パラメータの入力欄のみが、それぞれ入力可能となる。図28では、両撮影がONの場合を示している。但し、Kエッジイメージングとデュアル撮影の両方を選択するのではなく、どちらか一方であっても良い。   As an imaging method, first, ON / OFF of dual imaging and ON / OFF of K-edge imaging are selected (S721). For the ON / OFF selection, for example, a checkbox 200 shown in FIG. 28 is checked to select dual imaging, and a checkbox 201 is checked to perform K-edge imaging. When the dual shooting is turned on, the input fields for the first and second shooting parameters can be input, and when the dual shooting is turned off, only the input field for the first shooting parameter can be input. FIG. 28 shows a case where both shootings are ON. However, instead of selecting both K edge imaging and dual imaging, either one may be used.

撮影は、例えば、第1の撮影は1周目に行い、第2の撮影は2周目に行う。但しこれに限定されず、例えば数周分、または半周分だけ第1の撮影を行った後に、同一の周分の第2の撮影を行っても良い。更に1ビューや複数ビューおきに、第1の撮影と第2の撮影を繰り返し行っても良い。更に第1と第2の撮影のビュー量や周数が異なる場合も有り得る。   For example, the first shooting is performed on the first lap and the second shooting is performed on the second lap. However, the present invention is not limited to this. For example, after the first imaging is performed for several or half of the circumference, the second imaging for the same circumference may be performed. Further, the first imaging and the second imaging may be repeatedly performed for every other view or every plural views. Further, the view amount and the number of revolutions of the first and second photographing may be different.

次に撮影パラメータを入力または選択する。本実施形態では、第1の撮影と第2の撮影での撮影パラメータが、管電圧204、206と管電流205、207の場合である。管電圧の入力欄204、206は、例えば60kVから140kVで1kV毎に入力でき、管電流の入力欄205、207は、例えば10mAから1200mAの範囲で10mA毎に入力できる。   Next, a photographing parameter is input or selected. In the present embodiment, the imaging parameters in the first imaging and the second imaging are the tube voltages 204 and 206 and the tube currents 205 and 207. The tube voltage input fields 204 and 206 can be input, for example, from 60 kV to 140 kV every 1 kV, and the tube current input fields 205 and 207 can be input every 10 mA from 10 mA to 1200 mA, for example.

ただし、これらの入力範囲やステップは一例である。次に、撮影を行う部位202と被検体の体型203を入力する。撮影部位の選択欄202は、例えば、頭頸部、胸部、心臓、腹部、骨盤から選択でき、体型の選択欄203は、例えば、やせ型、標準、肥満型、子供から選択できる。なお入力する被検体情報は、撮影部位と体型に限らず、性別や体重などさまざまな被検体情報の入力項目が有り得る。更にプリスキャンやX線CT以外の撮影手段で得られた被検体情報、例えば、被検体の大きさや透過量などの情報を得て、これをシミュレーション部1064が被検体情報として取り込むようにしても良い。   However, these input ranges and steps are merely examples. Next, the part 202 to be imaged and the body type 203 of the subject are input. The imaging region selection field 202 can be selected from, for example, head and neck, chest, heart, abdomen, and pelvis, and the body type selection field 203 can be selected from, for example, lean, normal, obese, and children. Note that the subject information to be input is not limited to the imaging site and body type, but may include various items of subject information such as gender and weight. Further, it is also possible to obtain object information obtained by imaging means other than pre-scanning and X-ray CT, for example, information such as the size and transmission amount of the object, and let the simulation unit 1064 take in the object information as object information. good.

入力された被検体情報に応じて記憶部109に記憶されている複数の被検体モデルから、模擬被検体が選択、決定される(S722)。図28に示した例では、撮影部位202として心臓を選択しており、その際の模擬する減弱体として図30に示すような模擬被検体274が選択される。この模擬被検体274は、胸部と心臓を模擬しており、人体を模擬した脂肪273中に、心臓270、肺271、骨272が配置されている。更に心臓270には動脈が模擬され(図示せず)、その動脈には血液とヨウ素造影剤が混ざって存在する。   A simulated subject is selected and determined from a plurality of subject models stored in the storage unit 109 according to the input subject information (S722). In the example shown in FIG. 28, the heart is selected as the imaging site 202, and a simulated subject 274 as shown in FIG. 30 is selected as the simulated attenuator at that time. The simulated subject 274 simulates a chest and a heart, and a heart 270, a lung 271 and a bone 272 are arranged in a fat 273 simulating a human body. Further, an artery (not shown) is simulated in the heart 270, and blood and iodine contrast agent are mixed in the artery.

このように撮影パラメータの入力が完了し、模擬する減弱体の構造が決定されると、シミュレーション部1064は、第1と第2の撮影におけるX線スペクトル分布(照射X線スペクトル分布)210と被検体を透過後のX線スペクトル分布(照射X線スペクトル分布)211を算出し、スペクトル表示部208、209に表示する(S723)。これらのX線スペクトル分布210、211は、例えば、横軸217をエネルギー、縦軸216をそのエネルギーのX線フォトン数として表される。
When the input of the imaging parameters is completed as described above and the structure of the attenuated body to be simulated is determined, the simulation unit 1064 sets the X-ray spectrum distribution (irradiated X-ray spectrum distribution) 210 in the first and second imagings as the target. The X-ray spectrum distribution after passing through the sample (irradiation X-ray spectrum distribution) 211 is calculated and displayed on the spectrum display units 208 and 209 (S723). These X-ray spectrum distributions 210 and 211 are represented, for example, with the horizontal axis 217 as energy and the vertical axis 216 as the number of X-ray photons of the energy.

この照射X線スペクトル分布210は、入力された管電圧と管電流の値を用いて計算して求めたものであり、第1の撮影では管電圧値204と管電圧値205を用いて算出され、第2の撮影では管電圧値206と管電圧値207を用いて算出されたものである。透過後のX線スペクトル分布211は、事前に決定しておいた減弱係数と密度を用いて、S722で決定した模擬減弱体の構造における減弱を求め、先に求めた照射X線スペクトル分布210に乗じて算出したものである。   The irradiation X-ray spectrum distribution 210 is obtained by calculation using the input tube voltage and the value of the tube current, and is calculated using the tube voltage value 204 and the tube voltage value 205 in the first imaging. In the second photographing, it is calculated using the tube voltage value 206 and the tube voltage value 207. X-ray spectrum distribution 211 after transmission, using the attenuation coefficient and density determined in advance, determine the attenuation in the structure of the simulated attenuated body determined in S722, the irradiation X-ray spectrum distribution 210 previously determined to It is calculated by multiplication.

なお、照射X線スペクトル分布210と被検体を透過した後の透過X線のスペクトルの両方を表示するのではなく、一方のみを表示してもよい。またX線のスペクトルはX線検出素子の位置やビューによって異なるが、ここでは、事前に決定した代表的な位置であって、事前に決定した撮影方向のX線スペクトルが表示される。
Instead of displaying both the irradiation X-ray spectrum distribution 210 and the spectrum of transmitted X-rays after passing through the subject, only one of them may be displayed. Although the X-ray spectrum varies depending on the position and view of the X-ray detection element, here, a representative position determined in advance, and the X-ray spectrum in the imaging direction determined in advance is displayed.

次に、Kエッジイメージングとデュアル撮影で使用するエネルギー範囲を決めるエネルギー閾値と、Kエッジのエネルギーを決定する(S724)。これは、例えば、図28に示すように、スペクトル表示部208を用いて、操作者が選択することで設定する。図28において、エネルギー閾値213、215はKエッジイメージングで使用するエネルギー範囲を限定するものである。エネルギー閾値212はKエッジイメージング以外のためにエネルギー範囲を分けるためのものである。設定エネルギー214はKエッジエネルギーを設定するためのものである。   Next, an energy threshold value for determining an energy range to be used in K-edge imaging and dual imaging, and a K-edge energy are determined (S724). This is set, for example, by the operator using the spectrum display unit 208 as shown in FIG. In FIG. 28, energy thresholds 213 and 215 limit the energy range used in K-edge imaging. The energy threshold 212 is for dividing the energy range for purposes other than K-edge imaging. The setting energy 214 is for setting the K edge energy.

閾値が入力されると、シミュレーション部1064は、実際にどのような画像が取得できるかシミュレーションし、画像を作成して表示する(S725)。ただしこの時の画像は、模擬被検体の再構成像である。シミュレーションに必要な更なる設定は、例えば図28の設定領域231を用いて行う。まず表示画像220と画像種類221を選択する。   When the threshold value is input, the simulation unit 1064 simulates what kind of image can be actually obtained, creates and displays the image (S725). However, the image at this time is a reconstructed image of the simulated subject. Further settings required for the simulation are performed using, for example, the setting area 231 in FIG. First, a display image 220 and an image type 221 are selected.

この表示画像220としては、例えばKエッジ画像、所定の管電圧で撮影した再構成像、単色X線等価画像や密度画像などのマルチエネルギー像から選択できる。このとき、所定の管電圧で撮影した再構成像では、作成する画像の管電圧を入力する欄が表示され、単色X線等価画像では作成する画像のエネルギーを入力する入力欄が表示され、密度画像では、基準物質の選択する欄が表示され、ユーザーはこれらの欄に対して、入力や選択を行う。また画像種類221としては、ボリュームレンダリング、MIP、MPRなどから選択できる。このとき必要に応じ、切り出し位置や方向の入力欄が表示され、これに対してユーザーが入力を行う。図28の例では、まずKエッジ画像を選択する。   The display image 220 can be selected from, for example, a K-edge image, a reconstructed image photographed with a predetermined tube voltage, and a multi-energy image such as a monochromatic X-ray equivalent image and a density image. At this time, in the reconstructed image taken at a predetermined tube voltage, a column for inputting the tube voltage of the image to be created is displayed, and in the monochromatic X-ray equivalent image, an input column for inputting the energy of the image to be created is displayed. In the image, columns for selecting a reference substance are displayed, and the user performs input and selection in these columns. The image type 221 can be selected from volume rendering, MIP, MPR, and the like. At this time, if necessary, input fields for the cutout position and direction are displayed, and the user performs an input thereto. In the example of FIG. 28, first, a K-edge image is selected.

以上の入力の後、実行ボタン222を押すと、表示部106中にシミュレーション画像223が表示される。図28では、心臓270と冠動脈275の再構成像が表示される。ここでKエッジイメージングのため冠動脈275が抽出された画像となるが、そのコントラスト、雑音、コントラストノイズ比(CNR: Contrast to noise ratio)は、設定したエネルギー範囲213、215とKエネルギーの設定エネルギー214によって変化する。シミュレーション部はこれらの設定値を適宜変更させて(S726)、画像のコントラスト、雑音、CNRなどの画質を確認することで、最適な値を見つけることができる。   When the execute button 222 is pressed after the above input, a simulation image 223 is displayed on the display unit 106. In FIG. 28, a reconstructed image of the heart 270 and the coronary artery 275 is displayed. Here, an image in which the coronary artery 275 is extracted for K-edge imaging is obtained. Varies by. The simulation unit changes these setting values as appropriate (S726), and confirms the image quality such as the contrast, noise, and CNR of the image to find the optimum value.

次に、表示画像220を例えば単色X線等価画像に変更する。この場合にも、エネルギー範囲を変えながら画像を確認することで、最適な設定値を見つけることができる。これらの処理は図29では図示を省略しているが、処理S725と処理S726と同様である。なおシミュレーション画像として、Kエッジ像を表示した後に単色X線等価画像を表示する場合を説明したが、表示の順番は任意である。また単数または複数のさまざまなマルチエネルギー像を表示する場合が有り得る。更に再構成像に限らず、さまざまなマルチエネルギー投影データを表示する場合も有り得る。
Next, the display image 220 is changed to, for example, a monochromatic X-ray equivalent image. In this case, by checking the images while changing the energy range, it is possible to find the optimal setting. These processes are not shown in FIG. 29, but are similar to processes S725 and S726. Although the case where a monochrome X-ray equivalent image is displayed after displaying a K-edge image as a simulation image has been described, the display order is arbitrary. Also, one or more various multi-energy images may be displayed. Furthermore, not only the reconstructed image but also various multi-energy projection data may be displayed.

その後、最適化したエネルギー閾値や設定エネルギーの値を用いて撮影を行う(S727、S728)。実際の撮影では、エネルギー範囲を、エネルギー閾値212、213、214、215と切り替えて撮影を行い、第三実施形態や第四実施形態に示したように、それぞれで取得した投影データから、それぞれのエネルギー範囲間のX線フォトン数を算出することができ、Kエッジ像などのマルチエネルギー像を取得できる。   Then, imaging is performed using the optimized energy threshold value and the set energy value (S727, S728). In the actual imaging, the energy range is switched to the energy thresholds 212, 213, 214, and 215 to perform the imaging, and as shown in the third embodiment and the fourth embodiment, from the projection data acquired respectively, The number of X-ray photons between energy ranges can be calculated, and a multi-energy image such as a K-edge image can be obtained.

このように撮影の事前にシミュレーションにて最適なエネルギー範囲や設定エネルギーを決定することで、実撮影において、コントラスト、雑音、CNRなどの画質の良い画像を取得できる。   As described above, by determining the optimum energy range and the set energy by simulation in advance of photographing, it is possible to acquire an image with good image quality such as contrast, noise, and CNR in actual photographing.

以上、本実施形態を図28及び図29を参照して説明したが、本実施形態は図示する実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。   Although the present embodiment has been described with reference to FIGS. 28 and 29, the present embodiment is not limited to the illustrated embodiment and can be variously modified.

例えば、図28に示すGUIは一例であり、GUI中の一部の入力、表示などの項目がない場合も有り得ることは言うまでもない。更に、他の入力、選択などを行う機能や、他の表示が加えられることも有り得ることは言うまでもない。例えば、第1の撮影と第2の撮影を切り替える周期をGUIで入力することも可能である。   For example, the GUI shown in FIG. 28 is merely an example, and it goes without saying that there may be a case where there are no items such as input and display in the GUI. Furthermore, it goes without saying that a function for performing another input, selection, or the like, or another display may be added. For example, it is also possible to input a cycle for switching between the first imaging and the second imaging with the GUI.

また図28に示すGUI内での選択項目や入力ルールも一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、第四実施形態のX線CT装置において、X線検出器の1つのグループ(グループA)のX線検出素子でKエッジイメージングの投影データを、もう一つのグループ(グループB)のX線検出素子でKエッジイメージング以外の投影データを、それぞれ取得する撮影を行う場合、前者をスペクトル表示部208の閾値213〜215で、後者を閾値212で指定するなど種々の態様があり得る。   The selection items and input rules in the GUI shown in FIG. 28 are also examples, and do not limit the present invention. For example, in the X-ray CT apparatus of the fourth embodiment, the projection data of the K-edge imaging with the X-ray detection elements of one group (Group A) of the X-ray detectors, the X-ray of another group (Group B) When imaging is performed to acquire projection data other than K-edge imaging with the detection element, there may be various modes such as designating the former with the thresholds 213 to 215 of the spectrum display unit 208 and the latter with the threshold 212.

また図29に示した撮影の手順も一例であり、一部の手順がない場合や、順番が異なる場合、他の手順が加わる場合が有り得ることは言うまでもない。例えば、図29に示すフローでは、エネルギー範囲の決定を手動で行ったが、事前に決定していた値を用いる場合や、透過X線のスペクトル211等を用いて、自動的に行う場合なども有り得る。   Further, the imaging procedure shown in FIG. 29 is also an example, and it goes without saying that there may be cases where some procedures are not present, the order is different, and other procedures may be added. For example, in the flow illustrated in FIG. 29, the energy range is manually determined.However, a case in which a value determined in advance is used, or a case in which the energy range is automatically determined using the transmitted X-ray spectrum 211 or the like may be used. It is possible.

更にKエッジイメージングとデュアル撮影のエネルギー閾値の一方や一部を、手動或いは自動的に決定しても良い。この場合は、例えば図31に示すように、図29の手順S722と同様に、入力した被検体情報を基に被検体モデルから模擬被検体を選択した後、エネルギー範囲を変化させてマルチエネルギー像を複数作成する(S731)。   Further, one or a part of the energy thresholds of the K edge imaging and the dual imaging may be determined manually or automatically. In this case, as shown in FIG. 31, for example, in the same manner as in step S722 of FIG. 29, after selecting a simulated subject from the subject model based on the input subject information, the multi-energy image is changed by changing the energy range. Are created (S731).

次に、これらの再構成像の所定の位置の物理量を算出して、最も良いエネルギー範囲を決定する(S732、S733)。ここで使用する物理量としては、コントラスト、雑音、CNRなどが採用でき、これらの物理量が最もよいマルチエネルギー像を得たときのエネルギー範囲を最適エネルギー範囲と決定する。物理帳を算出する際の再構成像上の位置は、事前に指定されたものであっても、ユーザーが指定してものであっても良い。   Next, the physical quantities at predetermined positions of these reconstructed images are calculated to determine the best energy range (S732, S733). As the physical quantities used here, contrast, noise, CNR, etc. can be adopted, and the energy range when a multi-energy image with the best physical quantities is obtained is determined as the optimal energy range. The position on the reconstructed image at the time of calculating the physical book may be specified in advance, or may be specified by the user.

同様に、Kエッジのエネルギーを手動にて定義する代わりに、造影検査で用いる金属を指定することで自動的にKエッジのエネルギーを指定するようにしてもよいし、造影検査で一般的に用いる重金属、例えばヨウ素のKエッジエネルギーをデフォルトとして設定しておいてもよい。この場合にも、Kエッジのエネルギーの指定或いは金属の指定により、デフォルトのKエッジエネルギーを変更できるようにしてもよいことは言うまでもない。   Similarly, instead of manually defining the energy of the K edge, the energy of the K edge may be automatically specified by specifying the metal to be used in the contrast inspection, or generally used in the contrast inspection The K-edge energy of a heavy metal, for example, iodine may be set as a default. In this case, it is needless to say that the default K-edge energy may be changed by specifying the energy of the K-edge or the metal.

また本実施形態では、デュアル撮影のON/OFFを入力欄から入力にて実施する場合を示したが、例えば、基準物質の数が多い場合などで、デュアル撮影を行う必要がある場合は、自動的にONになる機能を有していても良い。また基準物質の種類や個数などのパラメータは、自動的に決定して用いてもよいし、操作者が入力部110を介して入力してもよい。特に、基準物質の種類や個数は画質に影響するパラメータであるため、設定領域230や設定領域231に設定欄が設けられていることが望ましい。   Further, in the present embodiment, the case where ON / OFF of the dual shooting is performed by inputting from the input field is described.For example, when the number of reference materials is large, when the dual shooting needs to be performed, the automatic shooting is performed. It may have a function to be turned on in a specific way. Parameters such as the type and number of reference substances may be automatically determined and used, or may be input by the operator via the input unit 110. In particular, since the type and the number of the reference substances are parameters that affect the image quality, it is preferable that a setting field is provided in the setting area 230 or the setting area 231.

さらに本実施形態では、被検体モデルを用いてスペクトル計算及び画像のシミュレーションを行ったが、例えば、被検体モデルの代わりに、事前に撮影した実際の人体の画像を基に行っても良い。   Further, in the present embodiment, the spectrum calculation and the image simulation are performed using the object model. However, for example, instead of the object model, the calculation may be performed based on an image of a real human body taken in advance.

本実施形態では、事前に決定した代表的な位置であって、事前に決定した撮影方向の透過後のX線スペクトルが表示される場合を記したが、これは一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、最も透過X線フォトン数が少ない位置及び撮影方向のX線スペクトルを表示しても良い。更に、ユーザーが任意の撮影方向を設定できる入力部をGUI等に設け、設定したX線検出素子の設定した撮影方向のX線スペクトルを表示しても良い。   In the present embodiment, the case where the X-ray spectrum after transmission in the imaging direction determined in advance is displayed at a representative position determined in advance is described, but this is an example, and the present invention is described. It is not limited. For example, an X-ray spectrum at a position where the number of transmitted X-ray photons is smallest and an imaging direction may be displayed. Further, an input unit that allows a user to set an arbitrary imaging direction may be provided in a GUI or the like, and an X-ray spectrum in the imaging direction set by the set X-ray detection element may be displayed.

本実施形態によれば、本発明のX線CT装置による撮影を行うに際し、操作者が撮影の条件や撮影に必要な情報を入力しやすいGUIが提供される。特にシミュレーション部によって作成されたスペクトルやシミュレーション画像を撮影前に提示することにより、操作者は撮影条件をより適切に設定することができる。   According to the present embodiment, a GUI that allows an operator to easily input imaging conditions and information necessary for imaging when performing imaging with the X-ray CT apparatus of the present invention is provided. In particular, by presenting a spectrum or a simulation image created by the simulation unit before shooting, the operator can set shooting conditions more appropriately.

<応用例>
上述の各実施形態及びその変更例では、エネルギー分別方式のX線検出器として、フォトンカウンティング型の検出器を用いた場合を例に説明を行ったが、本発明はこれに限るものではない。例えばX線検出器104は、エネルギー分別を行った後に、それらの信号量を積分して出力するような検出器であっても良い。
<Application example>
In each of the above embodiments and the modifications thereof, the case where a photon-counting type detector is used as the energy sorting X-ray detector has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the X-ray detector 104 may be a detector that performs energy classification, and then integrates and outputs the signal amounts.

上述の各実施形態及びその変更例では、検出X線エネルギー分布変更手段として、照射するX線のスペクトルを変更するスペクトル変更部と、X線検出器がエネルギー分別を行う際のエネルギー閾値を変更するエネルギー閾値変更部を例示したが、検出X線エネルギー分布変更手段はこれらに限るものではなく、各エネルギー範囲においてX線検出器で検出されるX線のエネルギー分布を変更する別の様々な手段が採りえる。   In each of the above-described embodiments and the modifications thereof, as a detected X-ray energy distribution changing unit, a spectrum changing unit that changes the spectrum of the irradiated X-ray and an energy threshold when the X-ray detector performs energy classification are changed. Although the energy threshold changing unit has been exemplified, the detected X-ray energy distribution changing means is not limited to these, and various other means for changing the energy distribution of X-rays detected by the X-ray detector in each energy range may be used. I can take it.

上述の各実施形態及びその変更例では、医療用のX線CT装置を例に説明を行ったが、本発明はこれに限るものではなく、検出素子に入射した放射線を、エネルギー範囲毎に分別してフォトン数のカウントを行うフォトンカウンティング方式の放射線検出器を搭載したあらゆるCT装置に適用できることは言うまでも無い。その一例として、非破壊検査用のX線CT装置、X線コーンビームCT装置なども在り得る。   In each of the above embodiments and the modifications thereof, the medical X-ray CT apparatus has been described as an example.However, the present invention is not limited to this, and the radiation incident on the detection element is divided for each energy range. Needless to say, the present invention can be applied to any CT apparatus equipped with a photon counting type radiation detector for counting the number of photons. As an example, there may be an X-ray CT apparatus for nondestructive inspection, an X-ray cone beam CT apparatus, and the like.

更に本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、実施の段階では、その要旨を逸脱しない範囲でさまざまに変形して実施することが可能である。更に、上記実施形態にはさまざまな段階が含まれており、開示される複数の構成要素における適宜な組み合わせにより、さまざまな発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素が、削除されても良い。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified and implemented in an implementation stage without departing from the gist of the invention. Furthermore, the above embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed components. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.

その一例として、再構成処理部1053を有せずに画像再構成処理を行わず、マルチエネルギー投影データ144やこれを基に算出した画像を作成、表示する様々な放射線撮影装置が有り得る。その一例としては、X線画像診断装置、X線画像撮影装置、X線透視装置、マンモグラフィー、デジタルサブトラクション装置、核医学検診装置、放射線治療装置などが在り得る。   As an example, there may be various radiation imaging apparatuses that create and display the multi-energy projection data 144 and images calculated based on the multi-energy projection data 144 without performing the image reconstruction processing without having the reconstruction processing unit 1053. Examples include X-ray diagnostic imaging devices, X-ray imaging devices, X-ray fluoroscopy devices, mammography, digital subtraction devices, nuclear medicine screening devices, radiation therapy devices, and the like.

本発明によれば、フォトンカウンティング方式の検出器を備え、マルチエネルギー像や物質識別や分別の高精度化や、回路数の低減を実現した撮影装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device provided with the photon-counting type detector and realizing high-precision multi-energy image, material identification and classification, and reduction of the number of circuits is provided.

100 X線源、101 ガントリー回転部、103 寝台天板、104 X線検出器、105 演算部、106 表示部、107 制御部、108 信号収集部、109 記憶部、110 入力部、111 スペクトル変更部、112 エネルギー閾値変更部、123〜125 サンプリング時間、130、135 低エネルギー範囲、131、136 高エネルギー範囲、132、133、 138 エネルギー閾値、134、137 狭エネルギー範囲、400 X線検出素子、401 検出層、402、403 電極、405 読み出し回路、1050 主制御部、1051 補正処理部、1052 マルチエネルギー演算部、1053 画像再構成部、1054 欠陥素子補正部、1055 エア補正部、1056 密度画像算出部、1057 マルチエネルギー投影データ算出部、1058 狭エネルギー範囲データ算出部、1059 Kエッジ画像算出部、1060 撮影条件決定部、1061 X線フォトン数比算出部、1062 スペクトル条件決定部、1063 模擬被検体選択部、1064 シミュレーション部、1071 スキャナ制御部、1072 X線検出器制御部、1073 表示制御部、1074 タイミング制御部、1075 撮影条件制御部 100 X-ray source, 101 Gantry rotation unit, 103 bed top, 104 X-ray detector, 105 calculation unit, 106 display unit, 107 control unit, 108 signal collection unit, 109 storage unit, 110 input unit, 111 spectrum change unit , 112 Energy threshold changing unit, 123 to 125 sampling time, 130, 135 Low energy range, 131, 136 High energy range, 132, 133, 138 Energy threshold, 134, 137 Narrow energy range, 400 X-ray detector, 401 detection Layers, 402 , 403 electrodes, 405 readout circuit, 1050 main control unit, 1051 correction processing unit, 1052 multi-energy calculation unit, 1053 image reconstruction unit, 1054 defective element correction unit, 1055 air correction unit, 1056 density image calculation unit, 1057 Multi-energy projection data calculation unit, 1058 Narrow energy range data calculation unit, 1059 K edge image calculation unit, 1060 imaging condition determination unit, 1061 X-ray photon number ratio calculation unit, 1062 spectrum condition determination unit, 1063 simulated subject selection unit , 1064 Simulation unit, 1071 a scanner control unit, 1072 X-ray detector controller, 1073 a display controller, 1074 a timing control unit, 1075 photographing condition control unit

Claims (1)

X線を照射するX線源と、
入射したX線を複数のエネルギー範囲に分別して検出するX線検出器と、
前記複数のエネルギー範囲のそれぞれにおいて、前記X線検出器で検出される検出X線エネルギー分布を変更する検出エネルギー分布変更部と、
複数の検出X線エネルギー分布で、前記複数のエネルギー範囲の前記X線検出器の出力信号を処理して投影データを取得する信号収集部と、
前記投影データを再構成して再構成像を作成する再構成部と、
複数の前記検出X線エネルギー分布で取得した前記投影データを用いてマルチエネルギー投影データを作成する、及び/または、複数の前記検出X線エネルギー分布で取得した前記再構成像を用いてマルチエネルギー像を作成するマルチエネルギー演算部と、
を具備し、
前記検出エネルギー分布変更部は、前記X線検出器の前記エネルギー範囲を決めるエネルギー閾値を変更するエネルギー閾値変更部を具備し、前記エネルギー閾値変更部により前記エネルギー閾値を変更して前記検出X線エネルギー分布を変更し、
前記マルチエネルギー演算部は、前記エネルギー閾値が異なる場合に取得した複数の前記投影データを用いて、前記マルチエネルギー投影データを作成し、
前記X線検出器は、前記エネルギー閾値を隔て、低エネルギー側の第1のエネルギー範囲と高エネルギー側の第2のエネルギー範囲とで分けて計数を行い、
前記エネルギー閾値変更部は、前記エネルギー閾値が、少なくとも、第1のエネルギー閾値と、前記第1のエネルギー閾値よりも高い第2のエネルギー閾値と、を取るように変更し、
前記信号収集部は、前記エネルギー閾値が前記第1のエネルギー閾値の場合と、前記第2のエネルギー閾値の場合とのそれぞれについて、前記投影データを作成し、
前記マルチエネルギー演算部は、前記第1のエネルギー範囲と前記第2のエネルギー範囲の少なくとも一方のエネルギー範囲で取得した、前記第1のエネルギー閾値の場合の前記投影データと前記第2のエネルギー閾値の場合の前記投影データとを用いて、前記第1のエネルギー閾値と前記第2のエネルギー閾値の間のエネルギー範囲の投影データである狭エネルギー範囲投影データを算出する狭エネルギー範囲データ算出部を備え、
前記狭エネルギー範囲データ算出部は、
前記第1のエネルギー閾値の場合の前記第1のエネルギー範囲の投影データにおけるX線フォトン数と、前記第2のエネルギー閾値の場合の前記第2のエネルギー範囲の投影データにおけるX線フォトン数と、を用いて各投影データの雑音を推定し、
雑音が小さい方のエネルギー範囲の、第1のエネルギー閾値の場合の投影データと第2のエネルギー閾値の場合の投影データとを差分して前記狭エネルギー範囲投影データを算出することを特徴とするX線CT装置。
An X-ray source for irradiating X-rays,
An X-ray detector that separates and detects incident X-rays into a plurality of energy ranges,
In each of the plurality of energy ranges, a detected energy distribution changing unit that changes the detected X-ray energy distribution detected by the X-ray detector,
A plurality of detected X-ray energy distributions, a signal collection unit that processes the output signals of the X-ray detectors in the plurality of energy ranges to obtain projection data,
A reconstruction unit that reconstructs the projection data to create a reconstructed image,
Create multi-energy projection data using the projection data obtained with the plurality of detected X-ray energy distributions, and / or a multi-energy image using the reconstructed image obtained with the plurality of detected X-ray energy distributions. A multi-energy operation unit for creating
With
The detected energy distribution changing unit includes an energy threshold changing unit that changes an energy threshold that determines the energy range of the X-ray detector.The detected X-ray energy is changed by changing the energy threshold by the energy threshold changing unit. Change the distribution,
The multi-energy operation unit, using a plurality of the projection data obtained when the energy threshold is different, to create the multi-energy projection data,
The X-ray detector separates the energy threshold and performs counting separately in a first energy range on the low energy side and a second energy range on the high energy side,
The energy threshold change unit, the energy threshold, at least, a first energy threshold, a second energy threshold higher than the first energy threshold, to change to take,
The signal collection unit, when the energy threshold is the first energy threshold, for each of the case of the second energy threshold, to create the projection data,
The multi-energy calculation unit is obtained in at least one energy range of the first energy range and the second energy range, the projection data in the case of the first energy threshold and the second energy threshold Using the projection data in the case, comprising a narrow energy range data calculation unit that calculates narrow energy range projection data is projection data of the energy range between the first energy threshold and the second energy threshold,
The narrow energy range data calculation unit,
The number of X-ray photons in the projection data of the first energy range in the case of the first energy threshold, and the number of X-ray photons in the projection data of the second energy range in the case of the second energy threshold. Is used to estimate the noise of each projection data,
X is characterized by calculating the narrow energy range projection data by subtracting the projection data in the case of the first energy threshold and the projection data in the case of the second energy threshold in the energy range of the smaller noise. X-ray CT device.
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