JP6747787B2 - 光子計数型ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）の応用として、物質ごとにＸ線の吸収特性が異なることを利用して、被検体に含まれる物質の種別、存在量、密度等を弁別する技術がある。これを、物質弁別と言う。物質弁別に使用するＸ線の単色性が高い程、ある特定の物質とその他の物質との相互作用の差は大きくなる。このため、精度が高い物質弁別を行う上では、単色性が高いＸ線、すなわちエネルギー帯の幅が狭いＸ線を使用することが好ましい。

ところが、物質弁別に使用するＸ線の単色性を向上させるとＸ線の光子数が減少するため、ノイズの影響を受けやすくなってしまう。また、被検体に照射するＸ線の線量を低減する必要があるため、Ｘ線の光子数を上げてノイズの影響を回避することは困難である。このため、従来のＸ線ＣＴによる物質弁別では、被検体に含まれる物質の種別、存在量、密度等を高い精度で弁別することが困難であった。

特開２０１２−３４９０１号公報 米国特許第７９２４９６９号明細書

本発明が解決しようとする課題は、高い精度で物質弁別を行うことができる光子計数型Ｘ線ＣＴ装置を提供することである。

実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、データ収集部と、決定部と、振分部と、生成部とを備える。データ収集部は、Ｘ線光子の入射に応じて光子計数型の検出器が出力した信号によって計測されたエネルギーを、複数の第１のエネルギー帯のいずれかに振り分けることで、前記複数の第１のエネルギー帯それぞれの計数データである第１データ群を収集する。決定部は、撮影部位における弁別対象の物質である弁別対象物質に応じて、前記複数の第１のエネルギー帯をグループ化した複数の第２のエネルギー帯を決定する。振分部は、前記複数の第２のエネルギー帯のいずれかに前記第１データ群を振り分けることで第２データ群を生成する。生成部は、前記第２データ群を用いて、前記弁別対象物質の分布に関する画像を生成する。複数の第２のエネルギー帯の幅は、それぞれが互いに異なる。決定部は、Ｘ線の吸収率の、複数の第２のエネルギー帯それぞれでの積分値に基づいて、複数の第２のエネルギー帯の幅を選択する。

図１は、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る検出器の一例を説明した図である。 図３は、弁別対象物質に対して設定された最適なエネルギー帯を説明するための図である。 図４は、弁別対象物質に対して設定された不適切なエネルギー帯を説明するための図である。 図５は、グループ化手続きについて説明した図である。 図６は、グループ化手続きについて説明した図である。 図７は、グループ化手続きについて説明した図である。 図８は、第１の実施形態に係る複数の第２のエネルギー帯の決定処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、第１の実施形態に係る画像生成処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図１１は、第４の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の備えるユーザインタフェースの一例を説明した図である。 図１２は、第５の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の備えるユーザインタフェースの一例を説明した図である。 図１３は、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の構成を示す図である。 図１４は、第１の実施形態で用いられる複数のエネルギー帯を示す図である。 図１５は、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置が行う物質弁別の手順を示すフローチャートである。 図１６は、第１の実施形態における投影データ群の一例を示す図である。 図１７は、第１の実施形態における再構成画像群の一例を示す図である。 図１８は、第１の実施形態において、図１５のステップＳ１３で行われる手順を示すフローチャートである。 図１９は、第１の実施形態における選択用画像の一例を示す図である。 図２０は、第２の実施形態において、図１５のステップＳ１３で行われる手順を示すフローチャートである。 図２１は、第２の実施形態において、取得部が物質弁別の対象物質に関する情報を取得する方法を説明するための図である。 図２２は、第１の実施形態及び第２の実施形態以外の実施形態に係る画像処理装置のハードウェア構成を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置を説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ａの構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ａの構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ａは、架台装置１０ａと、寝台装置２０と、画像処理装置３０ａとを有する。

架台装置１０ａは、被検体ＰにＸ線を照射して後述する投影データを収集する。架台装置１０ａは、架台制御部１１と、Ｘ線発生装置１２と、検出器１３と、データ収集部１４ａと、回転フレーム１５とを備える。

架台制御部１１は、後述するスキャン制御部３３による制御のもと、Ｘ線発生装置１２及び回転フレーム１５の動作を制御する。架台制御部１１は、高電圧発生部１１１と、コリメータ調整部１１２と、架台駆動部１１３とを備える。高電圧発生部１１１は、後述するＸ線管球１２１に管電圧を供給する。コリメータ調整部１１２は、コリメータ１２３の開口度及び位置を調整することにより、Ｘ線発生装置１２から被検体Ｐに照射されるＸ線の照射範囲を調整する。例えば、コリメータ調整部１１２は、コリメータ１２３の開口度を調整することにより、Ｘ線の照射範囲、すなわち、Ｘ線のファン角及びコーン角を調整する。架台駆動部１１３は、回転フレーム１５を回転駆動させることにより、被検体Ｐを中心とした円軌道上で、Ｘ線発生装置１２及び検出器１３を旋回させる。

Ｘ線発生装置１２は、被検体Ｐに照射するＸ線を発生する。Ｘ線発生装置１２は、Ｘ線管球１２１と、ウェッジ１２２と、コリメータ１２３とを備える。Ｘ線管球１２１は、Ｘ線を発生させる。Ｘ線管球１２１は、高電圧発生部１１１により供給される管電圧により、被検体Ｐに照射するビーム状のＸ線を照射する。Ｘ線管球１２１は、被検体Ｐの体軸方向に沿って、円錐状、角錐状の広がりを有するビーム状のＸ線を発生させる真空管である。このビーム状のＸ線は、コーンビームとも呼ばれる。Ｘ線管球１２１は、回転フレーム１５の回転に伴って、コーンビームを被検体Ｐに対して照射する。ウェッジ１２２は、Ｘ線管球１２１から照射されたＸ線のＸ線量を調節するためのＸ線フィルタである。コリメータ１２３は、コリメータ調整部１１２の制御により、ウェッジ１２２によってＸ線量が調節されたＸ線の照射範囲を絞り込むためのスリットである。

検出器１３は、被検体Ｐを透過したＸ線光子を計数するための複数の検出素子を有する。一例を挙げれば、第１の実施形態に係る検出器１３が有する各検出素子は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）系の半導体である。すなわち、第１の実施形態に係る検出器１３は、入射したＸ線を光に直接変換して、Ｘ線に由来する光を計数する直接変換型の半導体検出器である。

図２は、検出器の一例を説明するための図である。例えば、第１の実施形態に係る検出器１３は、図２に示すように、テルル化カドミウムにより構成される検出素子４０が、チャンネル方向（図１中のＹ軸方向）にＮ列、体軸方向（図１中のＺ軸方向）にＭ列配置された面検出器である。検出素子４０は、光子が入射すると、１パルスの電気信号を出力する。検出素子４０が出力した個々のパルスを弁別することで、検出素子４０に入射したＸ線に由来する光子（Ｘ線光子）の数を計数することができる。また、個々のパルスの強度に基づく演算処理を行なうことで、計数した光子のエネルギーを計測することができる。

なお、以下では、検出器１３が直接変換型の半導体検出器である場合について説明するが、第１の実施形態は、例えば、シンチレータと光センサとにより構成される間接変換型の検出器が検出器１３として用いられる場合でも適用可能である。なお、光センサは、光電子増倍管や、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photodiode）を用いたシリコンフォトマルチプライアー（ＳｉＰＭ：Silicon Photomultiplier）等である。

データ収集部１４ａは、Ｘ線光子の入射に応じて光子計数型の検出器１３が出力した信号によって計測されたエネルギーを、複数のエネルギー帯に振り分けたデータ群を収集する。具体的には、第１の実施形態に係るデータ収集部１４ａは、Ｘ線光子の入射に応じて光子計数型の検出器１３が出力した信号によって計測されたエネルギーを、複数の第１のエネルギー帯のいずれかに振り分けることで、前記複数の第１のエネルギー帯それぞれの計数データである第１データ群を収集する。複数の第１のエネルギー帯としては、例えば、データ収集部１４ａで設定可能な最小限の個数の複数のエネルギー帯が設定される。例えば、データ収集部１４ａは、検出器１３が出力したアナログデータであるパルスを、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換によりデジタルデータに変換し、十分数のエネルギーＢＩＮ（区間）として設定された複数の第１のエネルギー帯に振り分ける。

データ収集部１４ａは、検出素子４０が出力した各パルスを弁別して計数したＸ線光子の入射位置（検出位置）と、当該Ｘ線光子のエネルギーとを計数結果として、Ｘ線管球１２１の位相（管球位相、ビュー）ごとに収集する。データ収集部１４ａは、例えば、計数に用いたパルスを出力した検出素子４０の位置を、入射位置とする。また、データ収集部１４ａは、例えば、パルスのピーク値とシステム固有の応答関数とから、エネルギーを演算する。或いは、データ収集部１４ａは、例えば、パルスの強度を積分することで、エネルギーを演算する。

そして、データ収集部１４ａは、計数結果を、複数の第１のエネルギー帯のいずれかに振り分けることで、第１データ群を収集する。第１データ群は、例えば、『管球位相「α１」では、入射位置「Ｐ１１」の検出素子４０において、エネルギー範囲「Ｅ１Ｌ〜Ｅ１Ｒ」を有する光子の計数値が「Ｎ１」であり、エネルギー範囲「Ｅ２Ｌ〜Ｅ２Ｒ」を有する光子の計数値が「Ｎ２」である』といった情報となる。或いは、第１データ群は、計数結果は、『管球位相「α１」では、入射位置「Ｐ１１」の検出素子４０において、エネルギー範囲「Ｅ１Ｌ〜Ｅ１Ｒ」を有する光子の単位時間当たりの計数値が「ｎ１」であり、エネルギー範囲「Ｅ２Ｌ〜Ｅ２Ｒ」を有する光子の単位時間当たりの計数値が「ｎ２」である』といった情報となる。

なお、複数の第１のエネルギー帯は、例えば、エネルギー分解能で定まるエネルギー帯であっても良い。かかる場合、計数結果が第１データ群を構成するデータとなり、第１データ群は、例えば、『管球位相「α１」では、入射位置「Ｐ１１」の検出素子４０において、エネルギー「Ｅ１」を有する光子の計数値が「ＮＮ１」である』といった情報となる。なお、例えば、検出器１３がＳｉＰＭを用いた間接型検出器であり、エネルギー弁別の結果を示すデジタルデータを出力する検出器系システムの場合は、データ収集部１４ａは、検出器１３が出力したデータを、第１データ群として収集する。

回転フレーム１５は、Ｘ線発生装置１２と検出器１３とを被検体Ｐを挟んで対向するように支持する円環状のフレームである。回転フレーム１５は、架台駆動部１１３によって駆動され、被検体Ｐを中心とした円軌道上で高速で回転する。

寝台装置２０は、被検体Ｐを載せる装置であり、天板２２と、寝台駆動装置２１とを有する。天板２２は、被検体Ｐが載置される板であり、寝台駆動装置２１は、天板２２をＺ軸方向へ移動して、被検体Ｐを回転フレーム１５内に移動させる。

なお、架台装置１０ａは、例えば、天板２２を移動させながら回転フレーム１５を回転させて被検体Ｐをらせん状にスキャンするヘリカルスキャンを実行する。または、架台装置１０ａは、天板２２を移動させた後に被検体Ｐの位置を固定したままで回転フレーム１５を回転させて被検体Ｐを円軌道にてスキャンするコンベンショナルスキャンを実行する。または、架台装置１０ａは、天板２２の位置を一定間隔で移動させてコンベンショナルスキャンを複数のスキャンエリアで行なうステップアンドシュート方式を実行する。

画像処理装置３０ａは、ユーザによる光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ａの操作を受け付けるとともに、架台装置１０ａによって収集された計数結果に基づくデータ群を用いてＣＴ画像を再構成する装置である。画像処理装置３０ａは、図１に示すように、入力部３１と、表示部３２と、スキャン制御部３３と、前処理部３４と、投影データ記憶部３５と、画像再構成部３６と、画像記憶部３７と、データベース３８ａと、制御部３９ａと、決定部５１と、振分部５２とを有する。

入力部３１は、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ａのユーザが各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボード等を有し、ユーザから受け付けた指示や設定の情報を、制御部３９ａに転送する。例えば、入力部３１は、ユーザからＣＴ画像を再構成する際の再構成条件や、ＣＴ画像に対する画像処理条件等を受け付ける。

表示部３２は、ユーザによって参照されるモニタであり、制御部３９ａによる制御のもと、ＣＴ画像をユーザに表示したり、入力部３１を介してユーザから各種指示や各種設定等を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したりする。

スキャン制御部３３は、制御部３９ａによる制御のもと、架台制御部１１、データ収集部１４ａ及び寝台駆動装置２１の動作を制御する。具体的には、スキャン制御部３３は、架台制御部１１を制御することにより、光子計数型ＣＴ撮影を行う際に、回転フレーム１５を回転させ、Ｘ線管球１２１からＸ線を照射させ、コリメータ１２３の開口度及び位置の調整を行う。また、スキャン制御部３３は、制御部３９ａによる制御のもと、データ収集部１４ａを制御する。また、スキャン制御部３３は、制御部３９ａによる制御のもと、被検体Ｐの撮像時において、寝台駆動装置２１を制御することにより、天板２２を移動させる。

前処理部３４は、データ収集部１４ａから送信されたデータ群に対して、対数変換処理、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正等の補正処理を行なうことで、投影データを生成する。本実施形態では、前処理部３４は、上記した第１データ群から投影データを生成する。

投影データ記憶部３５は、前処理部３４により第１データ群から生成された投影データを記憶する。なお、以下では、第１データ群から生成された投影データを第１投影データ群と記載する。

決定部５１は、撮影部位における弁別対象の物質である弁別対象物質に応じて、複数の第１のエネルギー帯をグループ化した複数の第２のエネルギー帯を決定する。グループ化手続きとしては、例えば、弁別対象物質に固有の所定のエネルギーが、隣接する複数の第２のエネルギー帯の略境界となるようなグループ化を行う。すなわち、決定部５１は、弁別対象物質に固有の所定のエネルギー情報をもとに、弁別対象物質の弁別に最適となる複数の第２のエネルギー帯を決定する。決定部５１は、制御部３９ａを介して、入力部３１やデータベース３８ａから、複数の第２のエネルギー帯を決定するための所定の情報を取得する。例えば、決定部５１は、制御部３９ａを通じて、入力部３１等から、弁別対象物質の候補の中から弁別対象物質を選択するユーザ操作を受け付ける。決定部５１は、決定した複数の第２のエネルギー帯についての情報を、振分部５２に通知する。複数の第２のエネルギー帯を決定する処理については後述する。グループ化手続きは、例えば制御部３９ａに記憶されており、決定部５１は、必要に応じて、制御部３９ａから、グループ化手続きのパターンを取得してもよい。

振分部５２は、複数の第２のエネルギー帯のいずれかに第１データ群を振り分けることで第２データ群を生成する。本実施形態では、振分部５２は、複数の第２のエネルギー帯のいずれかに第１投影データ群を振り分けることで第２投影データ群を生成する。第２データ群（第２投影データ群）の生成方法については後述する。振分部５２は、投影データ記憶部３５から第１投影データ群を取得し、決定部５１から複数の第２のエネルギー帯に関する情報を取得する。振分部５２は、振分け処理を行なって、第２投影データ群を生成したのち、第２投影データ群を画像再構成部３６に送信する。なお、振分部５２は、第２投影データ群を、投影データ記憶部３５に格納することも可能である。

画像再構成部３６は、投影データ群の再構成処理を行う。再構成処理としては、例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法による逆投影処理が挙げられる。また、画像再構成部３６は、再構成処理で得たＣＴ画像から、各種画像を生成する。本実施形態では、画像再構成部３６は、第２データ群（第２投影データ群）を用いて、撮影部位における弁別対象物質の分布に関する画像を生成する。すなわち、画像再構成部３６は、最適なエネルギー帯に振り分けられた第２投影データ群をもとに、弁別対象物質を強調した画像を生成する。画像再構成部３６は、再構成したＣＴ画像や、各種画像処理により生成した画像を画像記憶部３７に格納する。なお、画像再構成部３６は、生成部とも呼ばれる。

ここで、光子計数型ＣＴで得られる投影データには、被検体Ｐを透過することで減弱されたＸ線のエネルギーの情報が含まれている。このため、画像再構成部３６は、例えば、特定のエネルギー成分のＣＴ画像を再構成することができる。また、画像再構成部３６は、例えば、複数のエネルギー成分それぞれのＣＴ画像を再構成することができる。

また、画像再構成部３６は、例えば、各エネルギー成分のＣＴ画像の各画素にエネルギー成分に応じた色調を割り当て、エネルギー成分に応じて色分けされた複数のＣＴ画像を重畳した画像を生成することができる。また、画像再構成部３６は、物質固有のＫ吸収端を利用して、当該物質の同定が可能となる画像を生成することができる。画像再構成部３６が生成する他の画像としては、単色Ｘ線画像や密度画像、実効原子番号画像等が挙げられる。

データベース３８ａは、複数の物質それぞれのＸ線吸収スペクトルに関する情報を記憶するデータベースである。すなわち、データベース３８ａは、分析化学的情報を記憶するデータベースである。データベース３８ａは、外部の分析化学データベースの情報を用いて、分析化学的な様々な情報を更新して保持することが可能である。例えば、データベース３８ａは、元素ごとにそれぞれのＸ線に対する特異的なエネルギーをテーブルとして記憶する。分子や複数の物質からなる構成物質の場合は、このエネルギーテーブルから特異的なエネルギーを計算することができる。

制御部３９ａは、架台装置１０ａ、寝台装置２０及び画像処理装置３０ａの動作を制御することによって、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ａの全体制御を行う。具体的には、制御部３９ａは、スキャン制御部３３を制御することで、架台装置１０ａで行なわれるＣＴスキャンを制御する。また、制御部３９ａは、前処理部３４や、画像再構成部３６を制御することで、画像処理装置３０ａにおける画像再構成処理や画像生成処理を制御する。また、制御部３９ａは、画像記憶部３７が記憶する各種画像を、表示部３２に表示するように制御する。制御部３９ａは、投影データ記憶部３５、決定部５１、振分部５２、画像再構成部３６を制御し、データベース３８ａ、入力部３１、表示部３２との所定の情報のやりとりを媒介する。

次に、第１の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置で行われる物質弁別について概略を説明する。

従来のＸ線ＣＴ装置では、積分型検出器により、エネルギーに関して積分したＸ線の強度が得られるため、撮像部位内の各部分がどのような物質で構成されているかは、ＣＴ値を用いて大まかにわかるに過ぎなかった。一方、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置では、被検体Ｐを透過したＸ線の光子の数をカウントし、そのエネルギーを計測することで、複数のエネルギー帯ごとの投影データを得ることができる。ここで、原子は、量子力学的な固有のエネルギー準位を持ち、Ｘ線に対する原子のＸ線吸収率の、エネルギーの関数としてみたときの非連続な振る舞いは、その固有のエネルギー準位に対応する。従って、Ｘ線吸収率のエネルギー依存性を利用することで、Ｘ線が照射された被検体Ｐ内が、どのような元素で構成されているかを推定することができる。光子計数型Ｘ線ＣＴ装置においては、弁別対象物質が与えられたとき、例えば、弁別対象物質の密度分布画像等、弁別対象物質が存在する領域を示す画像を生成することができる。弁別対象物質としては、Ｃａ、Ｉ等の元素や、水等の分子、また、骨や合金といった複数の物質からなる構成要素が具体例として挙げられる。

一例として、弁別対象物質に固有な所定のエネルギー値を略境界として隣接する低エネルギー側の区間である区間Ａと、高エネルギー側の区間である区間Ｂとを考える。弁別対象物質に固有な所定のエネルギー値の前後では、弁別対象物質のＸ線吸収率が大きく変動する。よって、区間Ａの投影データから再構成した画像Ａと、区間Ｂの投影データから再構成した画像Ｂとを生成し、例えば、画像Ａから画像Ｂを差し引くことで、Ｘ線吸収率が大きく変動する弁別対象物質が存在する領域が主に抽出された画像を得ることができる。或いは、例えば、ビュー単位で、区間Ａの投影データであるデータＡから区間Ｂの投影データであるデータＢを差し引いた差分投影データ群を再構成することで、弁別対象物質が存在する領域が主に抽出された画像を得ることができる。或いは、撮像部位内に、複数の弁別対象物質のみが存在するという仮定の元、エネルギー帯ごとに連立方程式をたて、この連立方程式を解くことで、直接、弁別対象物質に関する空間密度分布を求めても良い。

なお、前述の差分画像が、着目する弁別対象物質を示す画像となる理由は以下の通りである。一般に、物質のＸ線吸収率のエネルギー依存性は、Ｋ吸収端のような弁別対象物質に固有なエネルギー値の場合を除いて、連続的なエネルギー依存性を示すことが期待される。従って、弁別対象物質以外の物質に対しては、例えば、前述のデータＡからデータＢを差し引くと、その値は小さな値になると期待される。しかしながら、弁別対象物質の場合には、弁別対象物質に固有のエネルギーを挟んでＸ線吸収率が大きく変化するため、前述のデータＡの値と、データＢの値が大きく異なる。従って、データＡからデータＢを差し引くと、その値は大きな値になると期待される。以上のことより、前述の差分投影データ群は、弁別対象物質の密度に応じて、弁別対象物質が存在するときにのみ大きな値をとり、弁別対象物質が存在しないときは値が小さくなる。従って、差分投影データ群は、弁別対象物質に由来する信号を示すデータ群であると考えることができる。

このようにして、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、予め指定（プリセット）された弁別対象物質（着目物質）に応じて、弁別対象物質の密度分布に対応する画像を生成し出力することができる。

しかし、物質弁別のために最適となるエネルギー帯は、弁別対象物質ごとに異なる。図３は、弁別対象物質に対して設定された最適なエネルギー帯を説明するための図であり、図４は、弁別対象物質に対して設定された不適切なエネルギー帯を説明するための図である。

原子は、例えば1ｓ軌道等、固有のエネルギー準位を持っている。Ｘ線を原子に照射すると、原子に固有のエネルギー準位に対応するエネルギーでは、Ｘ線に対する吸収が大きくなる。従って、Ｘ線の吸収率（線減弱係数）を、入射Ｘ線のエネルギーの関数としてプロットすると、Ｘ線の吸収率が、エネルギーの関数として、非連続に変化する。そのような例として、例えば、Ｋ吸収端が良く知られている。Ｘ線が、原子の１ｓ軌道の束縛状態にある電子をたたき出して光電効果を起こすのに伴い、当該束縛状態のエネルギーに対応するＸ線を物質が吸収する。Ｋ吸収端とは、このような状態に対応した物質に固有のエネルギー値である。弁別対象物質に固有の所定のエネルギー値としては、Ｋ吸収端の他に、Ｌ吸収端、Ｍ吸収端等がある。

図３の上図に示すグラフＧ１は、物質ＡのＸ線の吸収率を、Ｘ線のエネルギーの関数として表した時の、期待される振る舞いの一例を表したグラフである。この例では、物質ＡのＸ線の吸収率は、低エネルギーから高エネルギー側に行くに従って小さくなった後、エネルギー値Ｅｖ３で急激に上昇した後、再度、高エネルギー側に行くに従って小さくなっていくことを示している。エネルギー値Ｅｖ３が、物質Ａに固有の所定のエネルギー値である。この例では、物質Ａに固有の所定のエネルギー値であるエネルギー値Ｅｖ３が、隣接するエネルギー帯の略境界となる４つのエネルギー帯（エネルギー帯Ｅ１１、エネルギー帯Ｅ１２、エネルギー帯Ｅ１３、エネルギー帯Ｅ１４）が定められている。

１番目のエネルギー帯Ｅ１１は、エネルギー値が、エネルギー値Ｅｖ１以上であり、エネルギー値Ｅｖ２未満であるエネルギー帯を表す。同様に、２番目のエネルギー帯Ｅ１２は、エネルギー値Ｅｖ２以上であり、エネルギー値Ｅｖ３未満であるエネルギー帯を表わし、３番目のエネルギー帯Ｅ１３は、エネルギー値Ｅｖ３以上であり、エネルギー値Ｅｖ４未満であるエネルギー帯を表し、４番目のエネルギー帯Ｅ１４は、エネルギー値Ｅｖ４以上であり、エネルギー値Ｅｖ５未満であるエネルギー帯を表す。

図３の下図は、エネルギー帯Ｅ１１、エネルギー帯Ｅ１２、エネルギー帯Ｅ１３、エネルギー帯Ｅ１４それぞれの物質ＡのＸ線の吸収率を各エネルギー帯で積分した積分値のヒストグラムを示す。長方形Ｌ１２１の高さ及び長方形Ｌ１３１の高さは、物質Ａに固有の所定のエネルギー値Ｅｖ３を境にした低エネルギー側のエネルギー帯Ｅ１２での積分値と、高エネルギー側のエネルギー帯Ｅ１３での積分値とを示している。各エネルギー帯の幅が一定の場合、Ｘ線の吸収率は、Ｘ線のエネルギーが大きくなるにしたがって減少していくのが普通であるところ、エネルギー帯Ｅ１２とエネルギー帯Ｅ１３とでは、積分値の大小関係が通常と逆転していることがわかる。このことから、エネルギー帯Ｅ１２の投影データと、エネルギー帯Ｅ１３の投影データとを用いることで、物質Ａを適切に画像化することができる。

一方、図４は、物質Ａでは最適であるエネルギー帯Ｅ１１、エネルギー帯Ｅ１２、エネルギー帯Ｅ１３、エネルギー帯Ｅ１４を、物質Ｂに適用した場合を示している。図４の上図のグラフＧ２は、物質ＢのＸ線の吸収率を、Ｘ線のエネルギーの関数として表した時の、期待される振る舞いの一例を表したグラフである。図４の上図では、エネルギー値８０が、物質Ｂに固有の所定のエネルギー値である。図４の上図に示す一例では、エネルギー帯Ｅ１３の中に、物質Ｂに固有のエネルギーＥｖ４が存在している。すなわち、図４の上図に示す一例では、物質Ｂに固有のエネルギーＥｖ４が、隣接するエネルギー帯の略境界となってはいない。

図４の下図は、エネルギー帯Ｅ１１、エネルギー帯Ｅ１２、エネルギー帯Ｅ１３、エネルギー帯Ｅ１４それぞれでの物質ＢのＸ線の吸収率を各エネルギー帯で積分した積分値のヒストグラムを示す。

長方形Ｌ１２２の高さ及び長方形Ｌ１３２の高さそれぞれは、エネルギー帯Ｅ１２での積分値と、固有のエネルギーＥｖ４を含むエネルギー帯Ｅ１３での積分値とを示している。図３のように、物質Ａに固有のエネルギーＥｖ３が、隣接するエネルギー帯の略境界となっている場合と異なり、図４では、弁別対象物質である物質Ｂに固有のエネルギーＥｖ４が、隣接するエネルギー帯の略境界となっていないため、Ｘ線吸収率のエネルギー帯Ｅ１３での積分値は、隣接するエネルギー帯Ｅ１２での積分値と、大きく値が異ならないものになっている。このことは、エネルギー帯Ｅ１３の投影データと、エネルギー帯Ｅ１２の投影データとを用いても、物質Ｂを適切に画像化できないことを示している。従って、物質Ａの弁別に最適な複数のエネルギー帯は、物質Ｂの弁別にとっては、不適切となる。

換言すると、上述した内容は、物質を適切に画像化にするためには、少なくとも、弁別対象物質に固有の所定のエネルギー値が、隣接するエネルギー帯の略境界となるように、エネルギー帯を決定することで実現可能であることを示している。

そこで、決定部５１は、弁別対象物質に固有の所定のエネルギー情報をもとに、第１投影データ群を、弁別対象物質の弁別に最適となる複数の第２のエネルギー帯を決定する。具体的には、複数の第２のエネルギー帯は、撮影部位における弁別対象の物質である弁別対象物質に応じて、複数の第１のエネルギー帯をグループ化したエネルギー帯である。グループ化手続きの例としては、例えば、弁別対象物質に固有の所定のエネルギー値が、隣接する複数の第２のエネルギー帯の略境界となるようなグループ化が行われる。

図５から図７は、グループ化手続きについて説明する図である。なお、以下では、物質Ａ及び物質Ｂの２つの物質が、入力部３１を用いたユーザの操作により弁別対象物質として選択されたことに伴い、制御部３９ａが、物質Ａ及び物質Ｂそれぞれに固有なエネルギー値をデータベース３８ａから取得して、決定部５１に通知したとする。

第１投影データ群は、第１のエネルギー帯ごとに振り分けられた投影データ群として、投影データ記憶部３５に保存されている。図５の点線は、第１投影データ群が振り分けられている、第１のエネルギー帯の境界を表している。例えば、第１のエネルギー帯Ｅ１〜Ｅ１２は、第１投影データ群が振り分けられている一つの第１のエネルギー帯を表す。複数の第１のエネルギー帯ごとに、当該複数の第１のエネルギー帯それぞれの計数データが、投影データ記憶部３５に、第１投影データ群として、記憶されている。

図５において、グラフＧ１１は、物質ＡのＸ線吸収率のエネルギー依存性を表す。物質Ａは、エネルギーＥＡにおいて、物質Ａに固有の所定のエネルギーを持つ。グラフＧ１２は、物質ＢのＸ線吸収率のエネルギー依存性を表したものである。物質Ｂは、物質Ａの固有の所定のエネルギーとは異なるエネルギーＥＢにおいて、物質Ｂに固有の所定のエネルギーを持つ。上述したように、決定部５１は、弁別対象物質に応じて、複数の第２のエネルギー帯を定める。例えば、決定部５１は、弁別対象の物質である弁別対象物質に固有の所定のエネルギーが、隣接するエネルギー帯の略境界となるように複数の第２のエネルギー帯を定める。すなわち、物質Ａについては、エネルギーＥＡが、物質Ｂについては、エネルギーＥＢが、第２のエネルギー帯の略境界となるように、複数の第２のエネルギー帯が定められる。

この点について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、弁別対象物質として、物質Ａが選択された場合における、グループ化手続き（グループ化処理）について説明した図である。エネルギー帯Ｅ１０１、Ｅ１０２、Ｅ１０３、Ｅ１０４は、それぞれが物質Ａに対して決定された第２のエネルギー帯である。ここで、グループ化手続きにより、第１のエネルギー帯が、第２のエネルギー帯に束ねられる。例えば、第１のエネルギー帯Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は束ねられて第２のエネルギー帯Ｅ１０１となる。他の区間についても同様である。

物質Ａが存在する領域が主に抽出された画像を生成する方法の一例として、例えば、画像再構成部３６は、第２のエネルギー帯Ｅ１０２の第２の投影データから再構成した画像Ａ１と、第２のエネルギー帯Ｅ１０３の第２の投影データから再構成した画像Ａ２とを生成する。そして画像再構成部３６は、画像Ａ１から画像Ａ２を差し引くことで、物質Ａが存在する領域が主に抽出された画像を得ることができる。

図７は、弁別対象物質として、物質Ｂが選択された場合における、グループ化手続きについて説明した図である。エネルギー帯Ｅ２０１、Ｅ２０２、Ｅ２０３、Ｅ２０４は、それぞれが、物質Ｂに対して決定された第２のエネルギー帯である。ここで、グループ化手続きにより、第１のエネルギー帯が、第２のエネルギー帯に束ねられる。例えば、第１のエネルギー帯Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５は束ねられて第２のエネルギー帯Ｅ２０２となる。他の区間についても同様である。

物質Ｂが存在する領域が主に抽出された画像を生成する方法の一例として、例えば、画像再構成部３６は、第２のエネルギー帯Ｅ２０２の第２の投影データから再構成した画像Ｂ１と、第２のエネルギー帯Ｅ２０３の第２の投影データから再構成した画像Ｂ２とを生成する。そして画像再構成部３６は、画像Ｂ１から画像Ｂ２を差し引くことで、物質Ｂが存在する領域が主に抽出された画像を得ることができる。

グループ化手続きにおいて、図６及び図７では、第２のエネルギー帯それぞれが等間隔になるグループ化手続きが定められる例を示したが、実施形態はこれに限られない。例えば、本実施形態は、第２のエネルギー帯それぞれが互いに異なる間隔になるようにグループ化手続きが定められてもよい。

例えば、第２のエネルギー帯それぞれにおける、Ｘ線の吸収率の複数の第２のエネルギー帯それぞれでの積分値がおおよそ同じ程度になるように、第２のエネルギー帯の幅を選択することにより、グループ化手続きを定めてもよい。また、例えば、Ｘ線の強度そのものが小さく、そのままでは信号雑音強度が低いと期待されるエネルギーでは、第２のエネルギー帯の幅を広くとるようにグループ化手続きを定めてもよい。

また、第２のエネルギー帯として、すべてのエネルギー範囲を第２のエネルギー帯として複数の第２のエネルギー帯が定められる例を示したが、実施形態はこれに限られない。例えば、弁別対象物質に固有の所定のエネルギーが、隣接するエネルギー帯の略境界となる２つの第２のエネルギー帯のみを定めて複数の第２のエネルギー帯とし、その他のエネルギー範囲のデータは、画像再構成に使用しなくともよい。

また、エネルギーが、弁別対象物質に固有の所定のエネルギーに近い、所定の数の第２のエネルギー帯のみを定めて複数の第２のエネルギー帯とし、その他のエネルギー範囲のデータは、画像再構成に使用しなくともよい。また、エネルギーが、入射Ｘ線強度が所定の強度以上であるようなエネルギー値に対応する第２のエネルギー帯のみを定めて複数の第２のエネルギー帯とし、その他のエネルギー範囲のデータは、画像再構成に使用しなくともよい。

次に、図８を用いて、弁別対象物質の指定を受け付けることで行われる、決定部５１の処理について、説明する。図８は、第１の実施形態に係る複数の第２のエネルギー帯の決定処理の一例を示すフローチャートである。図８に例示するように、制御部３９ａは、弁別対象物質の指定を受け付けたかどうかを判定する（ステップＳ１０１）。弁別対象物質の指定を受け付けていないと判定した場合（ステップＳ１０１否定）、制御部３９ａは、弁別対象物質の指定を受け付けるまで待機する。弁別対象物質の指定を受け付けたと判定した場合（ステップＳ１０１肯定）、制御部３９ａは、データベース３８ａに、指定を受け付けた弁別対象物質に固有のエネルギーを送信するように要求する旨の信号を送信する。データベース３８ａは、制御部３９ａから信号を受信すると、データベースを検索し、弁別対象物質に対応する固有のエネルギーの値を取得し、制御部３９ａに送信する。この結果、制御部３９ａは、弁別対象物質に固有のエネルギー値を取得する（ステップＳ１０２）。制御部３９ａは、取得した弁別対象物質に固有のエネルギーの値を、決定部５１に送信する。

決定部５１は、制御部３９ａから、弁別対象物質に固有のエネルギーの値を取得すると、各弁別対象物質に対して、複数の第２のエネルギー帯を決定する（ステップＳ１０３）。決定部５１は、複数の第２のエネルギー帯を決定すると、その結果を振分部５２に通知し(ステップＳ１０４)、処理を終了する。

次に、図９を用いて、複数の第２のエネルギー帯が決定された後に行われる画像生成処理について説明する。図９は、第１の実施形態に係る画像生成処理の一例を示すフローチャートである。

図９に例示するように、制御部３９ａは、第１データ群に基づく第１投影データ群が投影データ記憶部３５に格納されたかを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、第１投影データ群が格納されていないと判定した場合（ステップＳ２０１否定）、制御部３９ａは、第１投影データ群が投影データ記憶部３５に格納されるまで待機する。

一方、第１投影データ群が投影データ記憶部３５に格納された場合（ステップＳ２０１肯定）、決定部５１は、弁別対象物質を選択する（ステップＳ２０２）。振分部５２は、決定部５１で決定された複数の第２のエネルギー帯をもとに、選択された弁別物質に対応する第２の各エネルギー帯に、第１データ群を振り分ける（ステップＳ２０３）。そして、画像再構成部３６は、振分部５２によって第２のエネルギー帯に分割されたデータをもとに、画像を生成する（ステップＳ２０４）。生成された画像は、必要に応じて、表示部３２で表示される。

ステップＳ２０２で選択された弁別対象物質に関する画像の再構成が終了すると、制御部３９ａは、すべての弁別対象物質について処理が行われたか否かを判定する（ステップＳ２０５）。制御部３９ａが、すべての弁別物質について処理が行われたと判定した場合には（ステップＳ２０５肯定）、一連の処理は終了する。制御部３９ａが、すべての弁別物質について処理が行われていないと判定した場合には（ステップＳ２０５否定）、処理はステップＳ２０２へと戻り、決定部５１は、弁別対象物質を選択する(ステップＳ２０２)。この一連の処理は、制御部３９ａが、ステップＳ２０５肯定と判断するまで続けられる。

上述したように、第１の実施形態では、弁別対象の物質に固有の所定のエネルギーが、隣接するエネルギー帯の略境界となるようにエネルギー帯のグループ化が行われ、グループ化されたエネルギー帯中のエネルギーに基づいて物質弁別された画像の再構成が行われる。これにより、弁別対象物質（着目物質）の空間密度分布画像を生成することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、弁別対象として指定された物質全てに対して、画像生成処理を行う場合について説明した。これに対して、第２の実施形態では、積分型検出器を用いたＣＴ装置と同様の再構成でＣＴ値を求め、弁別対象として指定された物質が撮影範囲に存在すると判断された場合に、画像生成処理を行う。

第２の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の画像再構成部３６は、第１データ群の全て又は第１データ群の一部を用いた再構成処理によりＣＴ画像を生成する。そして、第２の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の決定部５１は、ＣＴ画像のＣＴ値と、弁別対象物質に対応するＣＴ値とに基づいて、弁別対象物質が撮影部位に存在するか否かを判定し、撮影部位に弁別対象物質が存在すると判定した場合に、複数の第２のエネルギー帯を決定する。また、第２の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の画像再構成部３６は、決定部５１が弁別対象物質が存在すると判定した場合に、弁別対象物質の分布に関する画像を生成する。

上記の処理について、図１０を用いて説明する。図１０は、第２の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、複数の第２のエネルギー帯の決定処理については、第１の実施形態において図８のフローチャートで説明したのと同様であるので、説明を省略する。

図１０に例示するように、第２の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の制御部３９ａは、第１データ群に基づく第１投影データ群が投影データ記憶部３５に格納されたかを判定する（ステップＳ３０１）。ここで、第１データ群に基づく第１投影データ群が格納されていないと判定した場合（ステップＳ３０１否定）、制御部３９ａは、第１投影データ群が投影データ記憶部３５に格納されるまで待機する。

一方、第１投影データ群が投影データ記憶部３５に格納された場合（ステップＳ３０１肯定）、決定部５１は、画像再構成部３６に、ＣＴ画像を再構成するよう要求する信号を送信する。決定部５１から、要求信号を受信すると、画像再構成部３６は、投影データ記憶部３５から、第１投影データ群を取得する。第１投影データ群をもとに、画像再構成部３６は、全てのエネルギー帯又は一部のエネルギー帯について積分することで生成した投影データ群から、ＣＴ画像を再構成する（ステップＳ３０２）。このステップについては後述する。

画像再構成部３６は、ＣＴ画像を生成すると、その結果を決定部５１に通知する。また、画像再構成部３６は、必要に応じて、表示部３２に、再構成したＣＴ画像を表示してもよい。

次に、決定部５１は、弁別対象物質を選択する（ステップＳ３０３）。ここで、決定部５１は、必要に応じて、制御部３９ａを通じて、入力装置３１から、ユーザの入力を受け付け、その結果を基に弁別対象物質を選択してもよい。決定部５１は、ＣＴ画像のＣＴ値と、弁別対象物質に対応するＣＴ値とに基づいて、弁別対象物質が撮影部位に存在するか否かを判定する（ステップＳ３０４）。このステップについては後述する。決定部５１が、弁別対象物質が撮影部位に存在しないと判定した場合（ステップＳ３０４否定）、当該弁別対象物質が撮影部位に存在しないのであるから、第１投影データ群を第２のエネルギー帯に振分け、さらに画像再構成を行う価値はないと判断し、当該弁別対象物質に対する処理は終了し、ステップＳ３０７へと進む。

決定部５１が、弁別対象物質が撮影部位に存在すると判定した場合（ステップＳ３０４肯定）。振分部５２は、決定部５１で決定された複数の第２のエネルギー帯をもとに、選択された弁別物質に対応する第２の各エネルギー帯に、第１データ群を振り分ける（ステップＳ３０５）。振分部５２は、生成した第２データ群を、画像再構成部３６に通知する。振分部５２から第２投影データ群を取得した画像生成部３６は、第２投影データ群を用いて、撮影部位における弁別対象物質の分布に関する画像を生成する（ステップＳ３０６）。必要に応じて、画像生成部３６は、生成した画像を、画像記憶部３７に記憶させてもよく、また、制御部３９ａを通じて生成した画像を表示部３２を通じて表示させてもよい。画像再構成部３６は、弁別物質に関する画像の再構成が終わると、その結果を制御部３９ａに通知する。

ステップＳ３０４否定またはステップＳ３０６が終了すると、制御部３９ａは、全ての弁別対象物質について処理を行ったか否かを判定する（ステップＳ３０７）。制御部３９ａは、必要に応じて、入力部３１を通じて、ユーザからの入力を受け付け、その結果をもとに、全ての弁別対象物質について処理を行ったか否かを判断してもよい。制御部３９ａが、全ての弁別対象物質について処理を行ったと判断すると（ステップＳ３０７肯定）、第２の実施形態に係る光子計数型Ｘ線装置は、処理を終了する。制御部３９ａが、全ての弁別対象物質については処理を行っていないと判断すると（ステップＳ３０７否定）、制御部３９ａは、ステップＳ３０３に戻り、決定部５１に、弁別対象物質を選択させる。制御部３９ａは、以上の処理を、全ての弁別対象物質について処理を行ったと判断するまで行う。

次に、ステップＳ３０２の処理に関して説明する。ステップＳ３０２では、画像再構成部３６は、投影データ記憶部３５から取得した第１データ群の全て、または一部を用いた再構成処理によりＣＴ画像を生成する。ここでいう、第１データ群の全てを用いた再構成処理では、例えば、従来型のＸ線ＣＴ装置のように、ＣＴ値の空間分布画像を示す画像が再構成される。

第２の実施形態において、この操作を行う理由は、以下の通りである。Ｘ線吸収率のエネルギー依存性を考慮した画像再構成は、従来のような、エネルギー依存性を考慮しない積分型の画像再構成に比べ、精度よく物質弁別を行うことを可能にする。しかしながら、エネルギー依存性を考慮した画像再構成は、従来型の画像再構成に比べ、計算時間や計算機資源を多く必要とする。したがって、第２の実施形態においては、第１段階として、より簡便な方法で、弁別対象物質に関する弁別をＣＴ値を用いて大まかに行い、より詳しい計算を行う価値があるかどうかを判定する。より詳しい計算を行う価値があると認められる場合にのみ、第１の実施形態で述べた振分け処理を行い画像再構成を行う。

また、画像再構成部３６が、「投影データ記憶部３５から取得した第１投影データ群の一部を用いた再構成処理を行う」とは、例えば、各検出器ごとに算出されたＸ線吸収率を、一部のエネルギーに関してのみ積分し、その後例えばＦＢＰのような再構成手法を用いて、ＣＴ値の空間分布画像を生成することなどが挙げられる。ここでいう一部のエネルギーの具体例としては、例えば、Ｘ線の強度そのものが大きいようなエネルギー領域を選択する、などの例が挙げられる。Ｘ線の強度が小さいエネルギー領域のデータを利用しない理由としては、例えば、検出する光子の個数が十分な統計量ないために、当該エネルギーでは信号雑音強度比が小さくなるため、信号雑音強度比が小さいデータを除いて再構成をすることがその理由としてあげられる。

また、ステップＳ３０４の処理に関して説明する。ステップＳ３０４では、決定部５１は、ＣＴ画像のＣＴ値と、弁別対象物質に対応するＣＴ値とに基づいて、弁別対象物質が撮影部位に存在か否かを判定する。ここで、ＣＴ画像のＣＴ値と、弁別対象物質に対応するＣＴ値に基づく、という意味は、例えば、単純にＣＴ画像のＣＴ値の中に、弁別対象物質に対応するＣＴ値に近い値が存在するか否かをもとに判定する。同じような性質の物質であれば、ＣＴ値はおおむね同じような値となることから、ＣＴ値のおおまかな値がわかれば、それがどのような物質であるのかはおおむね推測することができる。したがって、ＣＴ値から、おおよその構成物質を推定することができる。しかしながら、ＣＴ値は、例えばＫ吸収端を利用する方法に比べ、物質弁別性に乏しいことから、第２のエネルギー帯を用いた後段の処理を用いることで、物質弁別を精度よく行うことができる。

上述したように、第２の実施形態では、第２データ群を生成しそれを用いて画像再構成を行う前に、予備的に画像再構成を用いて、弁別対象物質が撮影領域に存在するか否かを判断する。これにより、弁別対象物質が撮影領域に存在しない場合の、ユーザの待ち時間を短縮できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１データ群のすべて又は一部を用いた再構成処理によりＣＴ画像を簡易な方法で再構成し、その結果をもとに、第２データ群を生成しそれを用いて弁別対象物質に対する画像再構成を行うか否かを決定した。第３の実施形態では、あらかじめ簡易な方法で画像を再構成し、その結果を基に、第２データ群を生成しそれを用いて弁別対象物質に対する画像再構成を行うか否かを決定する点では同じであるが、画像を再構成する簡易な方法として、第２の実施形態とは異なる方法を用いる。

第３の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、決定部５１が、第１データ群に基づいてエネルギースペクトルを推定する。次に、決定部５１が、推定したエネルギースペクトルに基づいて、弁別対象物質が撮影部位に存在するか否かを判定し撮影部位に弁別対象物質が存在すると判定した場合に、複数の第２のエネルギー帯を決定する。画像再構成部は、決定部５１が、弁別対象物質が存在すると判定した場合に、弁別対象物質の分布に関する画像を生成する。

第３の実施形態では、ステップＳ３０２及びステップＳ３０４を除いては、第２の実施形態と同じ手続きで処理が行われる。

第２の実施形態におけるステップＳ３０２に代えて、第３の実施形態では、ステップＳ３０２において、画像再構成部３６が、第１データ群に基づいてエネルギースペクトルを推定する。

ここで、決定部５１が、第１投影データ群に基づいてエネルギースペクトルを推定するとは、具体的には、例えば各検出器で検出したエネルギーごとの光子計数結果を、Ｘ線エネルギー吸収率に変換し、それを単純にすべての検出素子４０について和をとり、吸収率に対応する量のエネルギー依存性、すなわちエネルギースペクトルを推定してもよい。また別の方法として、全ての検出素子４０について、エネルギー吸収率に対応した量の和を取るのではなく、特定の検出素子４０のみ、例えば信号強度の大きい検出素子４０のみ、和を取り、エネルギースペクトルを推定してもよい。また例えば、いわゆる１-ｖｉｅｗでの計数結果に基づいて、エネルギースペクトルを簡易的に推定してもよい。

第２の実施形態におけるステップＳ３０４に代えて、第３の実施形態では、ステップＳ３０４において、決定部５１が、推定されたエネルギースペクトルに基づいて、弁別対象物質が撮影部位に存在するか否かを判定する（ステップＳ３０４）。決定部５１が、弁別対象物質が撮影部位に存在すると判定した場合は（ステップＳ３０４肯定）、第２の実施形態におけるステップＳ３０４肯定の場合と同じ処理が行われ、決定部５１が、弁別対象物質が撮影部位に存在しないと判断した場合は（ステップＳ３０４否定）、第２の実施形態におけるステップＳ３０４否定の場合と同じ処理が行われる。

ここで、決定部５１が、弁別対象物質が撮影部位に存在するか否かを判定する方法としては、例えば、決定部５１が推定したエネルギースペクトルが、当該弁別対象物質に固有の所定のエネルギー値の付近で、エネルギーの関数として非連続に振る舞うか否かを判定すればよい。これにより、弁別対象物質が撮影部位に存在するかを、一定の精度を持って判定することができる。

このように、第３の実施形態では、弁別対象物質が存在しない場合、さらにユーザの待ち時間を短縮することができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、弁別対象物質の指定を受け付けるためのユーザ出入力インタフェースの一例について説明する。第４の実施形態では、表示部３２は、データベース３８ａから、弁別対象物質の候補となる物質の一覧を取得し、ユーザに弁別対象物質の候補となる物質の一覧を表示する。入力部３１は、表示部３２を参照したユーザから、弁別対象物質名の選択又は入力を受け付け、決定部５１に通知する。

図１１は、第４の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の備えるユーザインタフェースの一例を説明した図である。モニタは表示部３２として機能し、データベース３８ａから、弁別対象物質の候補となる物質の一覧を取得し、ユーザに弁別対象物質の候補となる物質の一覧を表示する。キーボード及びマウスは、入力部３１として機能し、表示部３２を参照したユーザから、弁別対象物質名の選択又は入力を受け付ける。入力部３１は、ユーザのキー入力またはマウス操作を感知すると、決定部５１に通知する。

表示態様の第１の例としては、表示部３２は、弁別対象物質の候補となる物質の一覧を、モニタに表示させることによりユーザに情報を通知する。表示態様の第２の例としては、表示部３２は、タブレット端末のように、表示装置が入力装置と一体化した表示装置を用いて、ユーザに情報を通知する。

入力部３１により入力装置がユーザから情報を受け付ける方法の例としては、例えば、入力装置をキーボードとして、キーボードからユーザのキー入力を受け付けてもよい。入力装置をマウスとして、クリック、ドラッグ＆ドロップなどのユーザのマウス入力を受け付けてもよい。入力装置をタブレット端末として、タブレット端末上に表示されるボタンをユーザがタッチすることで、ユーザからの入力を受け付けてもよい。入力装置をハードウェアスイッチとして、ユーザがハードウェアスイッチを動かすことによりユーザからの入力を受け付けてもよい。入力装置として、例えばトグルスイッチ、ラジオボタンなどを用いて、ユーザからの選択入力を受け付けてもよい。

このように、第４の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、ユーザ入力インタフェースを備えることにより、ユーザの指示を効率的に決定部５１に伝達することができる。また、ユーザ出力インタフェースを備えることにより、ユーザは、決定部５１への指示内容や、決定部５１の出力結果を確認することができる。その結果、ユーザの利便性を高めることができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、ユーザ入力インタフェースとして、キーボードのキーに代表される入力受付パーツ（ハードウェアスイッチなど）を備え、それを用いて着目物質の情報を入力する。

第５の実施形態では、入力部３１は、弁別対象物質の候補となる少なくとも一つの物質が対応付けられた入力受付パーツを少なくとも一つ有し、ユーザが操作した入力受付パーツに対応付けられた物質を、弁別対象物質として受け付ける。入力部３１は、受け付けた情報を、制御部３９ａを通じて、決定部５１に通知する。

図１２は、第５の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の備えるユーザインタフェースの一例を説明した図である。タブレット端末におけるタッチパネルが、入力部３１として機能し、ユーザから弁別対象物質の選択入力を受け付ける。「Ｇｄ」「Ｉ」「Ｈ_２Ｏ」「Ｃａ」「その他の物質」と表示されたタッチパネル上のボタンが、それぞれ入力受付パーツとして機能する。例えば、「Ｇｄ」は、「ガドリウム」という弁別対象物質に、「Ｉ」は「ヨウ素」という弁別対象物質に対応する。タブレット端末は、受け付けた情報を、通信回線を通じて、決定部５１に通知する。

上記の例とは別の入力受付パーツの第１の例としては、キーボードのキー一つ一つが挙げられる。例えば、キーボードのキー「１」に、弁別対象物質Ａが対応づけられ、キーボードのキー「２」に、弁別対象物質Ｂが対応づけられている。ユーザが、弁別対象物質に対応づけられたキーボードのキーを押すと、入力部３１は、ユーザが操作したキーに対応付けられた物質を、情報として受け付ける。

入力受付パーツの第２の例としては、表示画面上に表示されたボタンが挙げられる。例えば、表示画面上に表示された「第１のボタン」に、弁別対象物質Ａが対応づけられ、「第２にボタン」に、弁別対象物質Ｂが対応づけられている。ユーザが、弁別対象物質に対応づけられたボタンを、マウス操作により選択すると、入力部３１は、ユーザが操作したボタンに対応付けられた物質を、情報として受け付ける。

入力受付パーツの第３の例としては、例えば、トグルスイッチのように、電気回路を流れる電流をコントロールするスイッチが挙げられる。例えば、スイッチが「ＯＮ」であるとき、弁別対象物質Ａが選択され、スイッチが「ＯＦＦ」であるとき、弁別対象物質が選択されない。入力部３１は、ユーザがスイッチを「ＯＮ」にすると、対応付けられた弁別対象物質を、情報として受け付ける。

このように、第５の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、ユーザ入力インタフェースとして、入力受付パーツを備えることで、ユーザの利便性を高めることができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の入力部３１は、弁別対象物質となる物質を、ユーザからの求めに応じて１以上組み合わせた識別子を生成して当該識別子の情報を表示部３２に表示させ、表示部３２を参照したユーザから、情報を受け付ける。一つの側面を例示すると、弁別対象物質となる物質を１以上組み合わせた識別子をユーザからの求めに応じて生成して選択ボタンとし、選択ボタンに対応する弁別対象物質を選択できるようにすることで、ユーザがよく使用する着目物質を選択しやすくすることがあげられる。

前述した、「弁別対象物質となる物質を、ユーザからの求めに応じて１以上組み合わせた識別子」とは、例えば、「第１の設定」という識別子が、「第１の弁別対象物質名」、「第２の弁別対象物質名」、及び「第３の弁別対象物質名」という３つの変数と対応づけられているような例を表す。

すなわち、「第１の設定」という識別子に対応して、第１の弁別対象物質名の値が所定の値であり、第２の弁別対象物質名の値が所定の値であり、第３の弁別対象物質名の値が所定の値である状況と関連づけられている。第１の弁別対象物質名の値としては、例えば、"Ｇｄ"といった文字列型の値をとっても良いし、"1"といった数値型の値を取ってもよい。変数は、必要に応じて論理式型の値を取っても良い。

入力部３１は、制御部３９ａを通じて、必要に応じて、ユーザからの求めに応じて１以上組み合わせた識別子の情報を、表示部３２に表示させる。例えば、表示部３２は、「第１の設定」という識別子に対して、「第１の弁別対象物質」「第２の弁別対象物質」「第３の弁別対象物質」という変数が関連付けられている旨を表示する。また、表示部３２は、「第１の弁別対象物質」の値が所定の値であり、「第２の弁別対象物質」の値が所定の値であり、「第３の弁別対象物質」の値が所定の値である旨の情報を表示する。

入力部３１は、識別子の情報が表示部３２に表示されると、ユーザから情報を受け付ける。例えば、ユーザが、「第１の設定を撮影パラメータとして登録する」と書かれたボタンの上に、カーソルをあわせ、ユーザがマウスを押下すると、入力部３１は、「第１の設定」という識別子に対応する情報を、撮影パラメータとして受け付ける。具体的には、入力部３１は、「第１の設定」という識別子にどのような情報が対応づけられているかを解釈し、弁別対象物質が全部で３つある旨の情報及び「第１の弁別対象物質」「第２の弁別対象物質」「第３の弁別対象物質」の所定の値を、制御部３９ａに通知する。制御部３９ａが取得した変数の値は、決定部５１に通知される。また、入力部３１は、弁別対象物質の変更をユーザから受け付けてもよい。

また、第６の実施形態の変形例として、ユーザが良く使用する弁別対象物質が、表示画面上に容易に識別可能に配置され、ユーザが良く使用する弁別対象物質を選択しやすくできるようにしてもよい。第１の例として、ユーザが良く使用する弁別対象物質に対応する識別子が、容易に識別可能に表示装置に表示されてもよい。第２の例として、目立つ位置に表示装置に表示されてもよい。第３の例として、ユーザが良く使用する、弁別対象物質を１以上組み合わせた識別子が、目立つ色で若しくは目立つ位置に表示装置に表示されてもよい。第４の例として、ユーザが良く使用する、弁別対象物質に対応する識別子若しくは弁別対象物質を１以上組み合わせた識別子が、デフォルト値として初期設定されていてもよい。

このように、第６の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、弁別対象物質となる物質を、ユーザからの求めに応じて１以上組み合わせた識別子を生成し、識別子の情報を表示装置に表示させる。表示装置を参照したユーザが、当該識別子を選択すると、対応する弁別対象物質の情報が、決定部５１に通知される。この結果、ユーザは、弁別対象物質の情報をいちいち入力しなくて済むので、ユーザの利便性を高めることができる。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の決定部５１は、弁別対象物質を、ユーザが設定しなくても自動的に設定可能に構成される。すなわち、一つの例として、決定部５１は、ユーザが、常に選択しておきたいと思う弁別対象物質をデフォルトで選択する。また、もう一つの例として、決定部５１は、使用頻度に応じて弁別対象物質を自動的に設定可能に構成される。

第７の実施形態では、決定部５１は、撮影の度にユーザが弁別対象物質を毎回入力するまでもなく、弁別対象物質の候補を自動的に選択する。具体的には、第７の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置の決定部５１は、過去に行われた撮影の撮影条件と撮影条件下で弁別対象物質として選択された物質とが対応付けられたデータから、現時点で行われる撮影の撮影条件に該当する物質を推定し、推定した物質を弁別対象物質として複数の第２のエネルギー帯を決定する。

ここで、過去に行われた撮影の撮影条件とは、例えば、使用した造影剤の種類、撮影対象の臓器、被検体の性別や年齢、身長、体重、病名、撮影時間、患者ＩＤ，治療を行った医師名、病院名などである。第７の実施形態において、制御部３９ａは、撮影が行われるたびに、その時の撮影条件を取得し、データベース３８ａに通知する。また、制御部３９ａは、決定部５１で弁別対象物質が決定されると、弁別対象物質に関する情報を、決定部５１から取得し、弁別対象物質の情報を、データベース３８ａに通知する。

データベース３８ａは、制御部３９ａを通じて取得した撮影条件に関する条件と、その撮影の時に決定部５１で選択された弁別物質に対する情報を、対応づけて記憶する。決定部５１は、撮影条件及び撮影条件に関連付けられて記憶された、選択された弁別物質に関する情報をもとに、撮影の撮影条件に該当する物質を推定し、推定した物質を弁別対象物質と推定する。

推定方法の第１の例として、決定部５１は、使用頻度の高い弁別対象物質を、弁別対象物質として選択する。推定方法の第２の例として、使用された造影剤の種類の情報を基に弁別対象物質を選択する。推定方法の第３の例として、疾患名の情報を基に弁別対象物質を選択する。推定方法の第４の例として、撮影対象の患者を治療する医師が、過去に多く選択している弁別対象物質を、弁別対象物質として選択する。推定方法の第５の例として、用いている造影剤に含まれる元素を弁別対象物質として自動的に選択する。

決定部５１は、このようにして弁別対象物質を決定すると、第１の実施形態で述べた手続きにより、複数の第２のエネルギー帯を決定する。複数の第２のエネルギー帯を決定した決定部５１は、振分部５２に複数の第２のエネルギー帯の情報を通知する。振分部５２は第２データ群を生成し、画像再構成部３６が生成された第２データ群をもとに画像再構成を行う。

上述したように、第７の実施形態では、撮像のたびに、ユーザが弁別対象物質を選択するまでもなく、決定部５１が、弁別対象物質の候補を推定し、それにより着目物質のプリセットが行われる。ユーザがいちいちパラメータを入力しなくても、自動的に弁別対象物質が選択されるので、ユーザの利便性を高めることができる。

また、第７の実施形態の変形例として、決定部５１は、推定方法として、過去に行われた撮影条件と撮影条件下で弁別対象物質として選択された物質とが対応付けられたデータを基に推定する方法とともに、入力部３１を通じて、ユーザから、「常に選択しておきたい弁別対象物質」の入力を受け付ける。決定部５１は、これらのデータ及びユーザからの入力を基に、弁別対象物質として選択する。

なお、決定部５１は、推定方法として、過去のデータを利用せず、ユーザから入力を受け付けた、「常に選択しておきたい弁別対象物質」のみを基に、弁別対象物質を選択しても良い。

（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。これまでの実施形態では、弁別対象物質に固有の所定のエネルギーの値は、データベース３８ａが保持しきてきた。しかしながら、弁別対象物質が分子や混合物の場合、すべての弁別物質対象に対して、当該弁別物質対象に固有の所定のエネルギー値を、データベース３８ａが保持できるとは限らない。第８の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置における決定部５１は、このような場合でも、弁別物質に固有のエネルギー値を算出する。具体的には、第８の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、弁別対象物質の組成をもとに算出された値を、弁別対象物質に固有のエネルギー値として用いる。

算出方法の第１の例として、分子や複数の物質からなる構成物質の特異的なエネルギーを計算する方法として、元素の組成比や、重量比から、弁別対象物質に特異的なエネルギーを算出する。算出方法の第２の例として、弁別対象物質が、既知の物質に少量の不純物が混じっている混合物である場合、当該既知の物質に特徴的な固有のエネルギーを基準として、混じっている不純物の量に比例する比例定数に、混じっている不純物の量を乗じた値を、既知の物質に特徴的な固有のエネルギーに加えたものを、弁別対象物質に固有のエネルギーを推定する。

第８の実施形態が適用可能な場面の一つの例として、被検体に埋め込まれた金属、特に合金の物質弁別が挙げられる。金属はＸ線を散乱させいわゆるメタルアーチファクトを生じさせる。金属、特に合金に特徴的な固有のエネルギーを推定することで、物質弁別が可能になる。その結果、生成された被検体の画像から、メタルアーチファクトの寄与を正しく差し引くことが可能になる。

上述したように、第８の実施形態では、決定部５１は、弁別対象物質の組成をもとに、弁別対象物質に固有の所定のエネルギーを算出する。これにより、弁別対象物質に固有のエネルギーが、データベース３８ａに存在しない場合であっても、弁別対象物質を算出することができる。

なお、上記の第１の実施形態から第８の実施形態では、前処理部３４が第１データ群から生成した第１投影データ群を、振分部５２が振り分けることで第２データ群としての第２投影データ群を生成する場合について説明した。しかし、上記の第１の実施形態から第８の実施形態は、振分部５２が第１データ群を振り分けることで第２データ群を生成し、前処理部３４が第２データ群から第２投影データ群を生成する場合であっても良い。かかる場合、振分部５２は、画像処理装置３０ａにおいて前処理部３４の前段に設置される場合であっても、架台装置１０ａにおいてデータ収集部１４ａの後段に設置される場合であっても良い。また、上記の第１の実施形態から第８の実施形態では、決定部５１が、グループ化手続きとして、弁別対象の物質である弁別対象物質に固有の所定のエネルギー値が、隣接する第２のエネルギー帯の略境界となるようなグループ化手続きを用いる例を説明した。しかし、グループ化手続きの例としては、弁別対象物質に固有の所定のエネルギーそのものが、生成された第２のエネルギー帯の境界と一致しないようなグループ化手続きを採用してもよい。例えば、複数の第２のエネルギー帯のうちの一つの区間が、Ｋ吸収端の上端付近から始まる区間とし、また、複数の第２のエネルギー帯のうち他の一つの区間が、Ｋ吸収端の下端付近から始まる区間とするようなグループ化手続きを採用してもよい。例えば、図６において、エネルギー帯Ｅ１０１，Ｅ１０２，Ｅ１０３，Ｅ１０４を、第２のエネルギー帯として決定する例について説明したが、エネルギー帯Ｅ１０２の代わりに、エネルギー帯Ｅ４及びエネルギー帯Ｅ５を束ねた区間を一つの第２のエネルギー帯とし、エネルギー帯Ｅ１０３の代わりに、エネルギー帯Ｅ８及びエネルギー帯Ｅ９を束ねた区間を一つの第２のエネルギー帯としてもよい。かかる場合には、信号強度の変化の激しいＫ吸収端そのものからデータを取得することを避けることにより、確実にＫ吸収端より低エネルギー側であるデータ及び、確実にＫ吸収端より高エネルギー側であるデータを得ることができる。すなわち、上記の例では、弁別対象物質のＫ吸収端の測定値が理想値から揺らぐ場合でも、弁別対象物質を弁別可能な複数の第２のエネルギー帯を決定することができる。その結果、上記の例では、弁別対象物質を確実に弁別可能な画像を得ることができる。また、例えば、複数の第２のエネルギー帯のうちの一つの区間と、複数の第２のエネルギー帯のうちの他の一つの区間とが、それぞれの区間の有する「ノイズ総量」がおおむね等しくなるように、エネルギー帯をグループ化するようなグループ化手続きを採用してもよい。かかる場合には、各々のエネルギー帯の有する誤差が同程度になることで、最終的に出力される画像の有する誤差を軽減することができる。

また、上記の第１の実施形態から第８の実施形態で説明した光子計数型イメージング方法は、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置とは独立に設置された画像処理装置において実行される場合であっても良い、かかる画像処理装置は、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置から第１データ群を取得することで、上記の第１の実施形態から第８の実施形態で説明した光子計数型イメージング方法を実行することができる。

（第９の実施形態）
まず、図１３を参照しながら、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂの構成について説明する。図１３は、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂの構成を示す図である。光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、図１３に示すように、架台装置１０ｂと、寝台装置２０と、画像処理装置３０ｂとを備える。第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、光子計数型ＣＴ撮影を実行可能な装置である。なお、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂの構成は、下記の構成に限定されるものではない。また、以下の説明では、上述した構成についての説明は適宜省略する。

架台装置１０ｂは、被検体ＰにＸ線を照射して後述する投影データを収集する。架台装置１０ｂは、架台制御部１１と、Ｘ線発生装置１２と、検出器１３と、データ収集部１４ｂと、回転フレーム１５とを備える。

検出器１３は、入射したＸ線に基づく信号を出力する複数の検出素子を有する。すなわち、検出器１３は、チャンネル方向及びスライス方向に複数の検出素子を有する多列検出器である。チャンネル方向は回転フレーム１５の円周方向、スライス方向は被検体Ｐの体軸方向である。検出器１３が有する検出素子は、Ｘ線の光子が一つ入射するごとに、光子のエネルギーの計測及び数の計数が可能なパルス状の電気信号を出力する。後述するデータ収集部１４ｂは、この電気信号の数を計数することで、それぞれの検出素子に入射した光子の数を計数することができる。また、後述するデータ収集部１４ｂは、パルスの波形に基づいた演算処理を行うことで、その電気信号の出力を引き起こした光子のエネルギーを計測することができる。

検出器１３が有する検出素子は、例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）系の半導体素子であり、検出器１３は、所謂、直接変換型の検出器である。直接変換型の検出器とは、検出素子に入射した光子を直接、電気信号に変換する検出器である。検出器１３から出力される電気信号は、光子の入射によって発生する電子が正電位の集電電極に向かって走行すること及び光子の入射によって発生する正孔が負電位の集電電極に向かって走行することの少なくとも一方で出力される。なお、図１３に示す検出器１３は、所謂、間接変換型の検出器でもよい。間接変換型の検出器とは、検出素子に入射した光子をシンチレータによりシンチレータ光に変換し、シンチレータ光を光電子増倍管等の光センサにより電気信号に変換する検出器である。

データ収集部１４ｂは、検出器１３が出力する電気信号を用いて計数処理を行った結果である計数情報を収集する。計数情報は、光子の計数値と、Ｘ線管球１２１の位置、光子が入射した検出素子の位置及び光子のエネルギーとが互いに対応付けられた情報である。ここで、Ｘ線管球１２１の位置は、ビューと呼ばれる。さらに、データ収集部１４ｂは、電気信号から計測した各光子のエネルギーに応じて、光子の計数値を予め設定された複数のエネルギー帯に振り分けることで、所定の幅を持ったエネルギー帯ごとの投影データを生成する。投影データの各点の輝度値は、光子数を表す。なお、計数情報が含んでいる光子の計数値は、単位時間当たりの値でもよい。単位時間当たりの光子の計数値は、計数率と呼ばれる。なお、光子の計数値を予め設定された複数のエネルギー帯に振り分ける処理は、画像処理装置３０ｂで行われてもよい。

図１４は、第９の実施形態で用いられる複数のエネルギー帯を示す図である。例えば、図１４に示したように、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、Ｘ線管球１２１から照射されるＸ線のエネルギー分布上に、同じエネルギー幅のエネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０及びエネルギー帯Ｅ６０を設定することができる。なお、エネルギー帯の設定は、データ収集部１４ｂや画像処理装置３０ｂで行われる。

データ収集部１４ｂは、例えば、Ｘ線管球１２１の各位置での各検出素子において、収集した光子の計数値を光子のエネルギーごとに分類し、図１４に示したエネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０、エネルギー帯Ｅ６０のいずれか一つに振り分ける。これにより、データ収集部１４ｂは、エネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０及びエネルギー帯Ｅ６０の投影データを生成する。

なお、Ｘ線管球１２１から照射されるＸ線のエネルギー分布上にエネルギー帯を設定する方法は、図１４に示したものに限定されない。エネルギー帯の数、エネルギー帯の幅等は、任意に設定することができる。また、複数のエネルギー帯は、一部重複していてもよい。さらに、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、複数のエネルギー帯の設定が、ユーザにより任意に変更できるように構成されてもよい。例えば、後述する制御部３９ｂは、エネルギー帯の設定情報を架台装置１０ｂに通知することで、データ収集部１４ｂが行う光子の計数値の振り分けを制御する。

データ収集部１４ｂは、収集した各エネルギー帯の投影データを画像処理装置３０ｂに送信する。例えば、データ収集部１４ｂは、Ｘ線管球１２１の各位置における投影データを、サイノグラムのデータ形式にまとめて送信する。サイノグラムとは、Ｘ線管球１２１の各位置において検出器１３が検出した信号を並べたデータである。サイノグラムは、Ｘ線管球１２１の位置であるビュー方向及び上述したチャンネル方向を軸とする二次元直交座標系に、検出器１３が検出した信号を割り当てたデータである。なお、データ収集部１４ｂは、スライス方向の列単位で、サイノグラムを生成する。以下の説明では、投影データがサイノグラムである場合を例として説明する。なお、データ収集部１４ｂは、ＤＡＳ（Data Acquisition System）とも呼ばれる。

寝台装置２０は、寝台駆動装置２１と、天板２２とを備え、被検体Ｐが載置される。寝台駆動装置２１は、後述するスキャン制御部３３による制御のもと、被検体Ｐが載置される天板２２をＺ軸方向へ移動させることにより、被検体Ｐを回転フレーム１５内で移動させる。なお、架台装置１０ｂは、架台装置１０ａが行うスキャンと同様のスキャンを実行することができる。

画像処理装置３０ｂは、入力部３１と、表示部３２と、スキャン制御部３３と、前処理部３４と、投影データ記憶部３５と、画像再構成部３６と、画像記憶部３７と、データ処理部３８ｂと、制御部３９ｂとを備える。

スキャン制御部３３は、制御部３９ｂによる制御のもと、第１の実施形態に係るスキャン制御部３３と同様の制御を行う。

前処理部３４は、データ収集部１４ｂによって生成された投影データに対して、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正等の補正処理を施し、これを投影データ記憶部３５に格納する。なお、前処理部３４により補正処理が施された投影データは、生データ（Raw Data）とも呼ばれる。

投影データ記憶部３５は、生データ、すなわち前処理部３４によって補正処理が施された投影データを記憶する。画像再構成部３６は、投影データ記憶部３５に記憶された投影データを再構成し、再構成画像を生成する。再構成方法としては、種々の方法があり、例えば、逆投影処理が挙げられる。また、逆投影処理としては、例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法が挙げられる。なお、画像再構成部３６は、例えば、逐次近似法により、再構成処理を行っても良い。画像再構成部３６は、生成した再構成画像を画像記憶部３７に格納する。

なお、上述した投影データ記憶部３５及び画像記憶部３７は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等で実現することができる。また、上述したスキャン制御部３３、前処理部３４、画像再構成部３６及び制御部３９ｂは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路又はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路で実現することができる。

データ処理部３８ｂは、取得部３８１ｂと、特定部３８２ｂと、生成部３８３ｂとを備える。取得部３８１ｂは、Ｘ線管球１２１から照射されるＸ線のエネルギー分布上に設定された複数のエネルギー帯の投影データが収集された被検体Ｐの内部の所定の領域に存在し得る物質の中から物質弁別すべき対象物質に関する情報を取得する。取得部３８１ｂが取得する物質弁別すべき対象物質に関する情報には、ユーザが選択した物質弁別の対象物質が含まれる。特定部３８２ｂは、複数のエネルギー帯の中から、物質弁別に使用するエネルギー帯を特定する。生成部３８３ｂは、特定部３８２ｂが特定したエネルギー帯の投影データを用いて物質弁別を行い、物質弁別の結果を表示するための画像を生成する。

制御部３９ｂは、架台装置１０ｂ、寝台装置２０及び画像処理装置３０ｂの動作を制御することによって、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂを制御する。制御部３９ｂは、スキャン制御部３３を制御してスキャンを実行させ、架台装置１０ｂから投影データを収集する。制御部３９ｂは、前処理部３４を制御して投影データに上述した補正処理を施す。制御部３９ｂは、投影データ記憶部３５が記憶する投影データや画像記憶部３７が記憶する画像を表示部３２に表示するように制御する。制御部３９ｂは、データ処理部３８ｂを制御して物質弁別を行う。

以下、図１５から図１９を参照しながら、データ処理部３８ｂが行う物質弁別について、詳細に説明する。図１５は、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂが行う物質弁別の手順を示すフローチャートである。図１６は、第９の実施形態における投影データ群の一例を示す図である。図１７は、第９の実施形態における再構成画像の一例を示す図である。図１８は、図１５のステップＳ１３で行われる手順を示すフローチャートである。図１９は、第９の実施形態における選択用画像の一例を示す図である。

図１５に示すように、制御部３９ｂは、架台装置１０ｂ、寝台装置２０及び画像処理装置３０ｂを制御して光子計数型ＣＴ撮影を実行させて投影データ群を収集し、前処理部３４を制御して投影データ群が含む各投影データに上述した補正処理を施す（ステップＳ１１）。図１６に示すように、投影データ群ＰＪは、複数のエネルギー帯の投影データを含む。すなわち、投影データ群ＰＪは、図１４に示したエネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０及びエネルギー帯Ｅ６０の投影データを含む。各エネルギー帯の投影データは、図１６に示すように、縦方向がビュー方向、横方向がチャンネル方向となっている。なお、図１６では、各エネルギー帯の投影データは、ビュー方向及びチャンネル方向をそろえた状態で、エネルギー方向に並べて示されている。収集された投影データ群ＰＪは、投影データ記憶部３５に記憶される。

図１５に示すように、画像再構成部３６は、投影データ記憶部３５に記憶された投影データ群ＰＪが含む各投影データを再構成し、図１７に示した再構成画像群Ｉｍを生成する（ステップＳ１２）。図１７に示すように、再構成画像群Ｉｍは、複数のエネルギー帯の再構成画像を含む。すなわち、再構成画像群Ｉｍは、図１４に示したエネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０及びエネルギー帯Ｅ６０の再構成画像を含む。各エネルギー帯の再構成画像は、図１７に示すように、第１方向と、第１方向と直交する第２方向とを軸とする二次元直交座標系に、線減弱係数、ＣＴ値等を割り当てたデータである。つまり、再構成画像の各画素の輝度値は、線減弱係数、ＣＴ値等を表している。なお、図１７では、各エネルギー帯の再構成画像は、第１方向及び第２方向をそろえた状態で、エネルギー方向に並べて示されている。生成された再構成画像群Ｉｍは、画像記憶部３７に記憶される。

図１５に示すように、制御部３９ｂは、データ処理部３８ｂを制御して物質弁別を行い、物質弁別の結果を表示するための画像を生成する（ステップＳ１３）。ここで、物質弁別の結果を表示するための画像とは、物質弁別の対象物質に関する情報を表示する画像を表示するためのデータを指す。物質弁別の対象物質に関する情報としては、種別、存在量、密度等が挙げられる。表示部３２は、画像を受信し、物質弁別の結果を示す画像を表示する（ステップＳ１４）。次に、ステップＳ１３の詳細について説明する。

図１８に示すように、表示部３２は、図１９に示した選択用画像Ｓを表示する（ステップＳ４０１）。図１９に示すように、選択用画像Ｓは、ポインタＰｏ、表示領域Ｄ、ボタンＢ並びに複数のエネルギー帯の投影データが収集された被検体Ｐの内部の所定の領域に存在し得る物質と共に表示されるチェックボックスＣＫ１、チェックボックスＣＫ２、チェックボックスＣＫ３及びチェックボックスＣＫ４を備える。複数のエネルギー帯の投影データが収集された被検体Ｐの内部の所定の領域に存在し得る物質とは、物質弁別の対象の候補を意味する。選択用画像Ｓに表示される物質弁別の候補は、予め設定されており、その数は特に限定されない。

図１９に示すように、選択用画像Ｓは、複数のエネルギー帯の投影データから導出される再構成画像が表示される表示領域Ｄを含む。表示領域Ｄには、例えば、全エネルギー再構成画像が表示される。全エネルギー再構成画像とは、再構成画像群Ｉｍが含む全ての再構成画像の各画素の輝度値を合算することで得られる再構成画像である。なお、表示領域Ｄに表示される画像は、全エネルギー再構成画像に限定されない。例えば、制御部３９ｂは、表示部３２に、エネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０、エネルギー帯Ｅ６０それぞれに対応する投影データのうち少なくとも二つの投影データ各画素の光子の計数値を合算した投影データを再構成することで得られる再構成画像を表示してもよい。また、制御部３９ｂは、過去に収集したＸ線の線量が大きな全エネルギー再構成画像を表示してもよい。

物質弁別の対象物質とは、線減弱係数及びそのエネルギー依存性が分かっている物質や組織を意味する。また、チェックボックスと共に表示されるものは、物質や組織に限定されない。例えば、選択用画像にチェックボックスと共に臓器や疾患の名称を表示し、臓器や疾患を選択すると、選択した臓器や疾患に関連した物質弁別の対象物質の候補がチェックボックスと共に表示されるようにしてもよい。

図１８に示すように、制御部３９ｂは、ユーザが物質弁別を行う画素上で、選択用画像Ｓを用いて選択した物質弁別の対象物質を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ４０２）。

まずユーザは、表示領域Ｄに表示された全エネルギー再構成画像上で、ポインタＰｏを用いて物質弁別を行う画素を選択する。次にユーザは、図１９に示したチェックボックスＣＫ１、チェックボックスＣＫ２、チェックボックスＣＫ３及びチェックボックスＣＫ４を用いて、物質弁別の対象物質を選択する。ユーザは、チェックボックスＣＫ１にチェックを入れると、物質弁別の対象物質に空気を含めることができる。ユーザは、チェックボックスＣＫ２にチェックを入れると、物質弁別の対象物質に血液を含めることができる。ユーザは、チェックボックスＣＫ３にチェックを入れると、物質弁別の対象物質にヨード造影剤を含めることができる。ユーザは、チェックボックスＣＫ４にチェックを入れると、物質弁別の対象物質にプラークを含めることができる。

制御部３９ｂが、ユーザが物質弁別を行う画素上で、選択用画像Ｓを用いて選択した物質弁別の対象物質を受け付けた場合（ステップＳ４０２肯定）、ステップＳ４０３に進む。制御部３９ｂが、ユーザが物質弁別を行う画素上で、選択用画像Ｓを用いて選択した物質弁別の対象物質を受け付けていない場合（ステップＳ４０２否定）、ステップＳ４０２に戻る。

図１８に示すように、取得部３８１ｂは、ステップＳ４０２でユーザが選択した物質弁別の対象物質に関する情報を取得する（ステップＳ４０３）。なお、取得部３８１ｂが取得しない物質や組織は、ユーザがポインタＰｏを用いて選択した物質弁別を行う画素に存在しないものとして取り扱われる。

図１８に示すように、取得部３８１ｂは、表示領域Ｄに表示された再構成画像上において物質弁別の対象物質の選択が終了した旨を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ４０４）。ユーザは、物質弁別の対象物質の選択が終了した場合、ポインタＰｏを用いてボタンＢを押下し、物質弁別の対象物質の選択が終了した旨の情報を入力する。つまり、取得部３８１ｂは、ユーザによって、表示領域Ｄに表示された再構成画像上において物質弁別の対象物質の選択が終了した旨の情報が入力されたか否かを判断する。取得部３８１ｂが、表示領域Ｄに表示された再構成画像上において物質弁別の対象物質の選択が終了した旨の情報を受け付けていない場合（ステップＳ４０４否定）、ステップＳ４０２に戻る。取得部３８１ｂが、表示領域Ｄに表示された再構成画像上において物質弁別の対象物質の選択が終了した旨の情報を受け付けた場合（ステップＳ４０４肯定）、ステップＳ４０５へ進む。

なお、取得部３８１ｂは、表示領域Ｄに表示された再構成画像上で一括して選択された複数の画素において、物質弁別の対象物質に関する情報を取得してもよい。表示領域Ｄに表示された再構成画像上で複数の画素を一括して選択する方法としては、ユーザが選択した画素を含む領域を、閾値処理を用いた領域拡張法により抽出し、抽出した領域内の画素を選択する方法、ユーザが描画ツールを用いて設定した領域内の画素を選択する方法等が挙げられる。また、ユーザが、表示領域Ｄに表示された再構成画像上の全ての画素を一括して選択してもよい。

図１８に示すように、特定部３８２ｂは、Ｘ線管球１２１から照射されるＸ線のエネルギー分布上に設定された複数のエネルギー帯の中から物質弁別に使用するエネルギー帯を特定する（ステップＳ４０５）。一般的に、Ｘ線のエネルギーが高い程、検出器１３が収集する計数情報に含まれる光子のエネルギー及び光子の計数値の精度は高くなる。そこで、特定部３８２ｂは、複数のエネルギー帯の中からエネルギーが高い順に、複数のエネルギー帯の総数より少ない数のエネルギー帯を、物質弁別に使用するエネルギー帯として特定する。また、特定部３８２ｂは、複数のエネルギー帯の中から、弁別対象物質のＫ吸収端と重複しないエネルギー帯を、物質弁別に使用するエネルギー帯として特定してもよい。線減弱係数の値は、Ｋ吸収端の両側で大きく異なるため、後述する式（２）に含まれる二つの式の独立性が向上する。このため、特定部３８２ｂの処理により、データ処理部３８ｂは、高い精度で物質弁別を行うことができる。

図１８に示すように、生成部３８３ｂは、画素ごとに物質弁別を行い、物質弁別の結果を表示するための画像を生成する（ステップＳ４０６）。例えば、生成部３８３ｂは、物質弁別を行う画素ごとに、物質弁別の弁別対象物質の密度を算出する。生成部３８３ｂは、例えば、以下に述べる方法で、物質弁別の弁別対象物質の密度を算出し、画像を生成する。

一般的に、被検体Ｐに照射するＸ線のエネルギーをＥ、物質弁別の弁別対象物質の線減弱係数をμ（Ｅ）、物質弁別の弁別対象物質の質量弱係数をα_ｎ（Ｅ）、物質弁別の弁別対象物質の密度をρ_ｎ、物質弁別の弁別対象物質の数をＮとすると、次の式（１）が成立する。式（１）は、線減弱係数μ（Ｅ）が、Ｘ線管球１２１から放出され、検出器１３の検出素子の一つに入射したＸ線が透過した物質の質量弱係数と密度との積α_ｎ（Ｅ）ρ_ｎの総和に等しいことを表している。

例えば、特定部３８２ｂが、物質弁別に使用するエネルギー帯として、図１４に示したエネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０及びエネルギー帯Ｅ６０、すなわちエネルギー帯Ｅ１０以外を特定したとする。エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０、エネルギー帯Ｅ６０ごとに式（１）を立て、これらを連立させると、次の式（２）を得ることができる。式（２）において、Ｅ_ｋは、第ｋエネルギー帯のＸ線（ｋ＝２，…，６）のエネルギーを表す。なお、式（２）では、「ｎ＝１，３」で表される物質が物質弁別の弁別対象物質である場合の式となっている。

生成部３８３ｂは、取得部３８１ｂがステップＳ４０１で取得した物質弁別の弁別対象物質の密度を算出する。例えば、生成部３８３ｂは、最小二乗法を適用して式（２）を解き、取得部３８１ｂが取得した弁別対象物質の密度を算出する。そして、生成部３８３ｂは、例えば、算出した各弁別対象物質の密度を示す画像を生成する。なお、生成部３８３ｂは、最小二乗法の代わりに、エネルギー帯の光子数で正規化した誤差による重み付最小二乗法、ロバスト推定法等を適用してもよい。また、上記の説明では、取得部３８１ｂが取得した物質の密度を解析的に算出する方法を例に挙げたが、生成部３８３ｂは、取得部３８１ｂが取得した弁別対象物質の密度を数値的に算出してもよい。

さらに、生成部３８３ｂは、空間方向の制約条件の下で式（２）を用いて、取得部３８１ｂが取得した弁別対象物質の密度を算出してもよい。空間方向の制約条件としては、例えば、全エネルギー再構成画像から得られる構造の情報が挙げられる。全エネルギー再構成画像において、血管壁等の同一の組織や空気等の同一の物質が存在する可能性がある領域内の弁別対象物質の密度は、同程度の値であることが予想される。したがって、空間方向の制約条件の下で式（２）を用いることで、物質弁別の弁別対象物質の密度を精度良く算出することができる。また、例えば、血管壁等の同一の組織や空気等の同一の物質が存在する可能性がある領域内のある画素のある弁別対象物質の密度を、その画素に隣接した画素の当該弁別対象物質の密度としてもよい。なお、空間方向の制約条件やエネルギー方向の制約条件は正則化項とも呼ばれる。

以上、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂの処理の一例について説明した。上述したように、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、取得部３８１ｂが、物質弁別の弁別対象物質の候補の中から物質弁別の弁別対象物質に関する情報を取得する。具体的には、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、ユーザが物質弁別の弁別対象物質を選択し、これを取得部３８１ｂが取得する。つまり、ユーザが、生成部３８３ｂが物質弁別の結果を表示するための画像を生成する際に考慮に入れる対象を絞り込む。このため、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、物質弁別の弁別対象物質の密度の算出結果に、物質弁別を行う必要が無い物質に起因する誤差が含まれてしまうことを抑制することができる。また、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、ユーザの見解に沿った物質弁別を、より高い精度で行うことができる。

また、第９の実施形態では、特定部３８２ｂが、被検体に照射するＸ線に設定された複数のエネルギー帯の中から、物質弁別に使用するエネルギー帯を特定する。具体的には、特定部３８２ｂは、複数のエネルギー帯の中からエネルギーが高い順に、複数のエネルギー帯の総数より少ない数のエネルギー帯を、物質弁別に使用するエネルギー帯として特定する。あるいは、特定部３８２ｂは、複数のエネルギー帯の中から、弁別対象物質のＫ吸収端と重複しないエネルギー帯を、物質弁別に使用するエネルギー帯として特定する。つまり、特定部３８２ｂは、物質弁別に使用するエネルギー帯として、物質弁別の弁別対象物質ごとにコントラストが付きやすいエネルギー帯を特定する。このため、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、高い精度で物質弁別を行うことができる。

（第１０の実施形態）
第９の実施形態では、図１５のステップＳ１３において、ユーザが物質弁別の弁別対象物質を選択し、これを取得部３８１ｂが取得する。しかし、物質弁別の弁別対象物質は、取得部３８１ｂが自動で取得してもよい。そこで、第１０の実施形態では、図１５のステップＳ１３において、取得部３８１ｂが、各平滑化再構成画像と同じ大きさで、かつ各平滑化再構成画像が有する画素と同じ大きさの画素が第１方向及び第２方向に同じ数だけ配置された画像の画素ごとに、物質弁別の弁別対象物質の候補の密度を算出し、この密度の算出結果に基づいて物質弁別の弁別対象物質に関する情報を取得する場合について説明する。なお、第９の実施形態と同様の内容については説明を省略する。

図２０及び図２１を参照しながら、第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置について説明する。図２０は、第１０の実施形態において、図１５のステップＳ１３で行われる手順を示すフローチャートである。図２１は、第１０の実施形態において、取得部３８１ｂが物質弁別の弁別対象物質を取得する方法を説明するための図である。

第１０の実施形態では、取得部３８１ｂは、物質弁別すべき弁別対象物質に関する情報、すなわち、複数のエネルギー帯の投影データそれぞれを再構成して得られる複数の再構成画像から導出される情報に基づいて弁別対象物質に関する情報を取得する。ここで、情報とは、物質弁別の弁別対象物質の候補の種別、存在量、密度等を指す。また、取得部３８１ｂは、複数の再構成画像それぞれを平滑化して得られる複数の平滑化再構成画像から導出される情報に基づいて、弁別対象物質に関する情報を取得する。さらに、取得部３８１ｂは、複数の再構成画像を空間方向及びエネルギー方向の少なくとも一つの方向に平滑化する。これらの具体例は、以下に述べる通りである。

取得部３８１ｂは、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像を平滑化し、平滑化再構成画像群Ｉｍｓを生成する（ステップＳ５０１、図２１の左図及び図２１の中央図）。具体的には、取得部３８１ｂは、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像を空間方向に平滑化する。より具体的には、取得部３８１ｂは、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像を第１方向及び第２方向に平滑化する。まず、取得部３８１ｂは、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像の第１方向及び第２方向において隣接する画素の輝度値の和、平均値等を算出する。そして、取得部３８１ｂは、算出した隣接する画素の輝度値の和、平均値等を、第１方向及び第２方向の長さが各再構成画像の半分で、各再構成画像と同じ大きさの画素が第１方向及び第２方向に同じ数だけ配列された画像上の画素に割り当てる。これらの処理により、図２１に示すように、平滑化再構成画像群Ｉｍｓの各平滑化再構成画像の第１方向及び第２方向の長さは、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像の第１方向及び第２方向の長さの半分になる。平滑化再構成画像群Ｉｍｓは、図２１の中央図に示すように、エネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０、エネルギー帯Ｅ６０それぞれに対応する平滑化再構成画像を含む。

なお、取得部３８１ｂが平滑化を行う際に使用する手法は特に限定されない。例えば、取得部３８１ｂは、移動平均フィルタ、ガウシアンフィルタ、双線形フィルタ、双三次線形フィルタ等の線形フィルタ、メディアンフィルタ、異方性フィルタ等を使用して、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像を平滑化することができる。また、取得部３８１ｂは、各再構成画像をエネルギー方向に平滑化してもよい。さらに、取得部３８１ｂは、各再構成画像に空間方向の平滑化及びエネルギー方向の平滑化の両方を施してもよい。なお、各再構成画像に空間方向の平滑化を施した場合、各平滑化再構成画像の平滑化を行った方向の大きさは、各再構成画像よりも小さくなるが、各再構成画像にエネルギー方向の平滑化のみを施した場合、各平滑化再構成画像の大きさは各再構成画像と同じである。再構成画像群Ｉｍの各再構成画像に空間方向の平滑化を施した場合は、空間解像度が低下するが、物質弁別の精度が向上する。再構成画像群Ｉｍの各再構成画像にエネルギー方向の平滑化を施した場合は、エネルギー分解能が低下するが、物質弁別の精度が向上する。

取得部３８１ｂは、各平滑化再構成画像と同じ大きさで、かつ各平滑化再構成画像が有する画素と同じ大きさの画素が第１方向及び第２方向に同じ数だけ配置された画像の画素ごとに、物質弁別の弁別対象物質の候補の密度を算出する（ステップＳ５０２、図２１の右図）。取得部３８１ｂは、例えば、以下に述べる方法で、物質弁別の弁別対象物質の候補の密度を算出する。

取得部３８１ｂは、平滑化再構成画像群Ｉｍｓについて、各エネルギー帯及び物質弁別の弁別対象物質の候補について上述した式（１）を立て、これらを連立させ、次の式（３）を得る。

取得部３８１ｂは、式（３）を用いて物質弁別の弁別対象物質の候補の密度を算出する。取得部３８１ｂが式（３）を解く方法は、第９の実施形態において生成部３８３ｂが式（２）を解く方法と同様である。

取得部３８１ｂは、ステップＳ５０２における密度の算出結果に基づいて、物質弁別の弁別対象物質に関する情報を取得する（ステップＳ５０３）。例えば、取得部３８１ｂは、各平滑化再構成画像と同じ大きさで、かつ各平滑化再構成画像が有する画素と同じ大きさの画素が第１方向及び第２方向に同じ数だけ配列された画像の各画素において、物質弁別の弁別対象物質の候補のうち算出した密度の値が上位ｎ位以内のものを、物質弁別の弁別対象物質として取得する。ここで、ｎは自然数である。

取得部３８１ｂは、取得した物質弁別の弁別対象物質を、各再構成画像と同じ大きさで、かつ各平滑化再構成画像が有する画素を、各平滑化再構成画像を各再構成画像と同じ大きさに拡大する際の倍率と同じ倍率で拡大した大きさの領域が、第１方向及び第２方向に隙間無く配列された画像上の各領域に割り当てる（ステップＳ５０４）。なお、取得した物質弁別の弁別対象物質が割り当てられる領域は、各平滑化再構成画像が有する画素と同じ大きさの領域を複数含む。なお、第１０の実施形態では、取得された物質弁別の弁別対象物質が割り当てられる領域は、各平滑化再構成画像が有する画素を第１方向及び第２方向に二つずつ、合計四つ合わせた大きさを有する。

取得部３８１ｂは、取得した物質弁別の弁別対象物質が割り当てられた領域ごとに、物質弁別の弁別対象物質の密度を算出する（ステップＳ５０５）。取得部３８１ｂは、特定部３８２ｂが特定した複数のエネルギー帯及び物質弁別の弁別対象物質について上述した式（２）と同様の式を立て、この式を用いて物質弁別の弁別対象物質の密度を算出する。取得部３８１ｂが上述した式を解く方法は、第９の実施形態において取得部３８１ｂが式（２）を解く方法と同様である。

取得部３８１ｂは、上述した方法により、各再構成画像と同じ大きさで、かつ各平滑化再構成画像が有する画素を、各平滑化再構成画像を各再構成画像と同じ大きさに拡大する際の倍率と同じ倍率で拡大した大きさの領域が、第１方向及び第２方向に隙間無く配列された画像で領域ごとに、物質弁別の弁別対象物質の密度を算出する。これ以降の手順は、第９の実施形態と同様である。

以上、第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂの処理の一例について説明した。上述したように、第１０の実施形態では、取得部３８１ｂは、各平滑化再構成画像と同じ大きさで、かつ各平滑化再構成画像が有する画素と同じ大きさの画素が第１方向及び第２方向に同じ数だけ配置された画像の画素ごとに算出された物質弁別の弁別対象物質の候補の密度に基づいて、生成部３８３ｂが物質弁別の結果を表示するための画像を生成する際に考慮に入れる対象を絞り込む。このため、第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、物質弁別の弁別対象物質の密度の算出結果に、物質弁別を行う必要が無い物質に起因する誤差が含まれてしまうことを抑制することができる。また、第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、ユーザの手を煩わせることなく、物質弁別を行うべき物質を取得することができる。

また、平滑化再構成画像群Ｉｍｓは、取得部３８１ｂが再構成画像群Ｉｍに平滑化を施すことによって生成されるため、ノイズが低減された画像となっている。取得部３８１ｂは、ノイズが低減された平滑化再構成画像群Ｉｍｓの各平滑化再構成画像から物質弁別の弁別対象物質の候補の情報を導出し、この情報に基づいて弁別対象物質に関する情報を取得する。このため、第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、高い精度で物質弁別を行うことができる。

第９の実施形態及び第１０の実施形態では、データ処理部３８ｂが再構成画像に基づいて物質弁別を行う方法を説明した。しかし、データ処理部３８ｂは、物質弁別を投影データから直接行うこともできる。例えば、光子計数型ＣＴ撮影を実行することができる光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、以下に説明する方法で、投影データから直接物質弁別を行うことができる。

投影データから直接物質弁別を行う場合、取得部３８１ｂは、複数のエネルギー帯の投影データから導出される情報に基づいて、弁別対象物質に関する情報を取得する。ここで、情報とは、物質弁別の弁別対象物質の候補の種別、存在量、密度等を指す。また、取得部３８１ｂは、複数のエネルギー帯の投影データそれぞれを平滑化して得られる複数の平滑化投影データから導出される情報に基づいて、弁別対象物質に関する情報を取得する。さらに、取得部３８１ｂは、複数の投影データをビュー方向、チャンネル方向及びエネルギー方向の少なくとも一つの方向に平滑化する。これらの具体例は、以下に述べる通りである。

取得部３８１ｂは、図１６に示した投影データ群ＰＪが含む各投影データを平滑化し、平滑化投影データ群を生成する。具体的には、取得部３８１ｂは、投影データ群ＰＪが含む各投影データに空間方向の平滑化及びエネルギー方向の平滑化の少なくとも一つを施す。より具体的には、取得部３８１ｂは、投影データ群ＰＪが含む各投影データを、ビュー方向、チャンネル方向及びエネルギー方向の少なくとも一つの方向に平滑化する。取得部３８１ｂが平滑化を行う際に使用する手法は、上述した方法と同様である。

一般的に、被検体Ｐに照射されるＸ線の光子数をＣ_０、検出素子で検出されるＸ線の光子数をＣ、Ｘ線のエネルギーをＥ、第ｋエネルギー帯のＸ線（ｋ＝１，２，…，６）のエネルギーをＥ_ｋ、物質弁別の弁別対象物質の数をｍ、物質弁別の各対象の線減弱係数をμ_ｊ、物質弁別の各対象のＸ線吸収経路長をＬ_ｊと定義すると、次の式（４）が成立する。ここで、物質弁別の弁別対象物質のＸ線吸収経路長とは、Ｘ線管球１２１から放出され、被検体Ｐを透過し、検出器１３の検出素子に入射したＸ線が、当該物質弁別の弁別対象物質が存在する領域を透過した距離の合計である。

図１４に示したエネルギー帯Ｅ１０、エネルギー帯Ｅ２０、エネルギー帯Ｅ３０、エネルギー帯Ｅ４０、エネルギー帯Ｅ５０、エネルギー帯Ｅ６０ごとに式（４）を立て、これらを連立させると、次の式（５）を得ることができる。式（５）において、Ｅ_ｋは、第ｋエネルギー帯のＸ線（ｋ＝１，２，…，６）のエネルギーを表す。

取得部３８１ｂは、式（５）を用いて物質弁別の弁別対象物質の候補のＸ線吸収経路長を算出する。取得部３８１ｂが式（５）を解く方法は、第９の実施形態において生成部３８３ｂが式（２）を解く方法と同様である。

取得部３８１ｂは、Ｘ線吸収経路長を再構成して物質弁別の対象の密度を算出する以後の処理は、上述したステップＳ５０３からステップＳ５０５と同様である。

また、制御部３９ｂは、取得部３８１ｂを制御して弁別対象物質に関する情報を取得させ、特定部３８２ｂを制御して物質弁別に使用するエネルギー帯を特定させ、生成部３８３ｂを制御して特定部３８２ｂが特定したエネルギー帯の投影データを用いて物質弁別を行わせ、物質弁別の結果を表示するための画像を生成させることを複数回繰り返してもよい。あるいは、制御部３９ｂは、取得部３８１ｂを制御して弁別対象物質に関する情報を取得させ、生成部３８３ｂを制御して特定部３８２ｂが特定したエネルギー帯の投影データを用いて物質弁別を行わせ、物質弁別の結果を表示するための画像を生成させることを複数回繰り返してもよい。この場合、特定部３８２ｂによる物質弁別に使用するエネルギー帯の特定は、繰り返し処理を行う前に行われる。

これらの繰り返しの処理は、上述したいずれの実施形態にも適用することができる。さらに、制御部３９ｂは、初めにデータ処理部３８ｂが上述した式（３）又は式（５）を用いて物質弁別の弁別対象物質の候補の密度を算出し、密度の算出結果を表示部３２に表示し、次にユーザが密度の算出結果に基づいて物質弁別の弁別対象物質を選択し、その後、図１８に示したステップＳ４０３からステップＳ４０６を実行するという処理を繰り返してもよい。

制御部３９ｂは、これらの処理を繰り返すことにより、生成部３８３ｂが物質弁別の結果を表示するための画像を生成する際に考慮に入れる対象を絞り込んでいくことができる。このため、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、物質弁別の弁別対象物質の密度の算出結果に、物質弁別を行う必要が無い対象に起因する誤差が含まれてしまうことを抑制することができる。したがって、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、高い精度で物質弁別を行うことができる。

なお、取得部３８１ｂは、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像に平滑化を施さず、再構成画像群Ｉｍの各再構成画像に対して、上述したステップＳ５０２からＳ５０５を適用してもよい。この場合、物質弁別の弁別対象物質の候補の密度の算出、物質弁別の弁別対象物質に関する情報の取得及び物質弁別の弁別対象物質の割り当ては、例えば、各再構成画像と同じ大きさで、かつ各再構成画像が有する画素と同じ大きさの画素が第１方向及び第２方向に同じ数だけ配置された画像の画素ごとに行われる。再構成画像群Ｉｍの各再構成画像に対して、上述したステップＳ５０２からＳ５０５を適用した場合でも、生成部３８３ｂが物質弁別の結果を表示するための画像を生成する際に考慮に入れる対象を絞り込むことができる。

また、第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、取得部３８１ｂが予め物質弁別の弁別対象物質の候補の全ての組み合わせについて、弁別対象物質の各候補の密度を算出しておき、ユーザの要求に応じて、表示部３２に表示される物質弁別の結果を示す画像を切り替えてもよい。

さらに、上述した物質弁別の手法は、被検体に照射されたＸ線の強度を検出する検出素子を有する検出器を備え、三つ以上の異なる管電圧を用いて複数のエネルギーの投影データを収集する光子計数型Ｘ線ＣＴ装置においても実行することができる。この場合、各エネルギー帯に対応する投影データ及び再構成画像ではなく、各管電圧に対応する投影データ及び再構成画像が得られる。

また、取得部３８１ｂは、ステップＳ５０３において、Ｓ５０２における密度の算出結果ではなく、再構成画像や平滑化再構成画像のＣＴ値に基づいて物質弁別の弁別対象物質に関する情報を取得してもよい。なぜなら、ＣＴ値は、物質ごとに異なるからである。

次に、上述した第１の実施形態から第１０の実施形態を組み合わせた実施形態について説明する。

第９の実施形態又は第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、特定部３８２ｂが特定した第１のエネルギー帯に対し、第１の実施形態から第８の実施形態に係るグループ化手続きを適用してもよい。この場合、第９の実施形態又は第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、決定部５１及び振分部５２と同様の決定部及び振分部を有し、次のような処理を行う。

取得部３８１ｂは、Ｘ線管球１２１から照射されるＸ線のエネルギー分布上に設定された複数の第１のエネルギー帯の投影データが収集された被検体内部の所定の領域に存在し得る物質の中から物質弁別すべき弁別対象物質に関する情報を取得する。

特定部３８２ｂは、弁別対象物質に関する情報に基づき、複数の第１のエネルギー帯の中から、物質弁別に使用する第１のエネルギー帯を特定する。特定部３８２ｂは、例えば、図５に示したグラフＧ１１に係る物質Ａに対し、物質弁別に使用する第１のエネルギー帯として、第１のエネルギー帯Ｅ４〜Ｅ９を特定する。

データ収集部１４ｂは、入射したＸ線に基づく信号に基づいて計測されたエネルギーに応じて、信号を複数の第１のエネルギー帯のいずれかに振り分けることで、複数の第１のエネルギー帯のそれぞれの計数データである第１データ群を収集する。

決定部は、取得部３８１ｂが情報を取得した弁別対象物質に応じて、特定部３８２ｂが特定した複数の第１のエネルギー帯をグループ化した複数の第２のエネルギー帯を決定する。決定部は、例えば、図５に示したグラフＧ１１に係る物質Ａに対し、第１のエネルギー帯Ｅ４〜Ｅ６をグループ化した第２のエネルギー帯Ｅ１０２及び第１のエネルギー帯Ｅ７〜Ｅ９をグループ化した第２のエネルギー帯Ｅ１０３を決定してもよい。

振分部は、複数の第２のエネルギー帯のいずれかに第１データ群を振り分けることで第２データ群を生成する。生成部３８３ｂは、第２データ群を用いて、弁別対象物質の分布に関する画像を生成する。

これにより、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、取得部３８１ｂが取得した弁別対象物質に適したエネルギー帯を使用して物質弁別を行うことができる。このため、第９の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、より高い精度で物質弁別を行うことができる。

また、第９の実施形態又は第１０の実施形態で行われる処理は、第４の実施形態から第８の実施形態のいずれか一つに係るユーザインタフェースにより選択された物質のみを前提として行われてもよい。ここで、これらのユーザインタフェースにより選択された物質は、撮影部位全体、すなわち画像全体のいずれかに存在し得る物質である。一方、取得部３８１ｂが取得する物質は、撮影部位の所定の領域に存在し得る物質である。これにより、第９の実施形態又は第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、第４の実施形態から第８の実施形態のいずれか一つに係るユーザインタフェースにより第９の実施形態又は第１０の実施形態の処理を行う物質を絞り込むことができる。したがって、第９の実施形態又は第１０の実施形態に係る光子計数型Ｘ線ＣＴ装置１ｂは、第９の実施形態又は第１０の実施形態の処理を効率的に行うことができる。

最後に、上述した第１の実施形態から第１０の実施形態以外の実施形態について説明する。

第１の実施形態から第１０の実施形態においては、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置が各種処理を実行する場合を説明したが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置と画像処理装置とを含む画像処理システムが、上述した各種処理を実行してもよい。ここで、画像処理装置とは、例えば、ワークステーション、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）の画像保管装置（画像サーバ）やビューワ、電子カルテシステムの各種装置等である。この場合、例えば、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置は、投影データ等の収集を行う。一方、画像処理装置は、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置によって収集された投影データ等を、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置、若しくは、画像サーバからネットワーク経由で受信することで、あるいは、記録媒体を介してユーザから入力されること等で受け付けて、記憶部に記憶する。そして、画像処理装置は、記憶部に記憶した投影データ等を対象として、上述した各種処理を実行すればよい。

第１の実施形態から第１０の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用コンピュータが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、第１の実施形態から第１０の実施形態の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置による効果と同様の効果を得ることも可能である。第１の実施形態から第１０の実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータ又は組み込みシステムが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、第１の実施形態から第１０の実施形態の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置と同様の動作を実現することができる。また、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み込む場合は、ネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。

記憶媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（Operating System）や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のＭＷ（Middleware）等が、第１の実施形態から第１０の実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。更に、記憶媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶又は一時記憶した記憶媒体も含まれる。また、記憶媒体は一つに限られず、複数の媒体から、第１の実施形態から第１０の実施形態における処理が実行される場合も、実施形態における記憶媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

なお、実施形態におけるコンピュータ又は組み込みシステムは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上述した実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の一つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。また、実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

図２２は、第１の実施形態から第１０の実施形態以外の実施形態に係る画像処理装置のハードウェア構成を示す図である。第１の実施形態から第１０の実施形態に係る画像処理装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０等の制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０やＲＡＭ（Random Access Memory）６０等の記憶装置と、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ７０と、各部を接続するバス８０とを備えている。

第１の実施形態から第１０の実施形態に係る画像処理装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ５０等に予め組み込まれて提供される。また、第１の実施形態から第１０の実施形態に係る画像処理装置で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した画像処理装置の各部として機能させ得る。このコンピュータは、ＣＰＵ４０がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。

以上、説明した通り、実施形態によれば、高い精度で物質弁別を行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１４ａ データ収集部
５１ 決定部
５２ 振分部
３６ 画像再構成部

Claims (10)

1. Ｘ線光子の入射に応じて光子計数型の検出器が出力した信号によって計測されたエネルギーを、複数の第１のエネルギー帯のいずれかに振り分けることで、前記複数の第１のエネルギー帯それぞれの計数データである第１データ群を収集するデータ収集部と、
   撮影部位における弁別対象の物質である弁別対象物質に応じて、前記複数の第１のエネルギー帯をグループ化した複数の第２のエネルギー帯を決定する決定部と、
   前記複数の第２のエネルギー帯のいずれかに前記第１データ群を振り分けることで第２データ群を生成する振分部と、
   前記第２データ群を用いて、前記弁別対象物質の分布に関する画像を生成する生成部と、
   を備え、
   前記複数の第２のエネルギー帯の幅は、それぞれが互いに異なり、
   前記決定部は、前記撮影部位におけるＸ線の吸収率の、前記複数の第２のエネルギー帯それぞれでの積分値が同じになるように、前記複数の第２のエネルギー帯の幅を選択する、光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記決定部は、前記弁別対象物質が前記撮影部位に存在するか否かを判定し、前記撮影部位に前記弁別対象物質が存在すると判定した場合に、前記複数の第１のエネルギー帯の少なくとも一部をグループ化した第２のエネルギー帯を決定する、請求項１に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
3. 前記決定部は、前記弁別対象物質に固有の所定のエネルギーが、隣接する前記複数の第２のエネルギー帯の略境界となるように前記複数の第２のエネルギー帯を決定する、請求項１又は請求項２に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
4. 前記生成部は、前記第１データ群の全て又は前記第１データ群の一部を用いた再構成処理によりＣＴ画像を生成し、
   前記決定部は、前記ＣＴ画像のＣＴ値と、前記弁別対象物質に対応するＣＴ値とに基づいて、前記弁別対象物質が前記撮影部位に存在するか否かを判定し、前記撮影部位に前記弁別対象物質が存在すると判定した場合に、前記複数の第２のエネルギー帯を決定し、
   前記生成部は、前記決定部が前記弁別対象物質が存在すると判定した場合に、前記弁別対象物質の分布に関する画像を生成する、請求項１又は請求項２に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
5. 前記決定部は、前記第１データ群に基づいてエネルギースペクトルを推定し、当該推定したエネルギースペクトルに基づいて、前記弁別対象物質が前記撮影部位に存在するか否かを判定し、前記撮影部位に前記弁別対象物質が存在すると判定した場合に、前記複数の第２のエネルギー帯を決定し、
   前記生成部は、前記決定部が前記弁別対象物質が存在すると判定した場合に、前記弁別対象物質の分布に関する画像を生成する、請求項１又は請求項２に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
6. ユーザから情報を受け付ける入力部、
   を更に備え、
   前記決定部は、前記入力部が受け付けた情報に基づいて、前記弁別対象物質となる物質及び当該物質に固有の所定のエネルギーを取得し、当該取得した所定のエネルギーを用いて、前記複数の第２のエネルギー帯を決定する、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
7. 前記弁別対象物質の候補となる物質の一覧を表示する表示部を更に備え、
   前記入力部は、前記表示部を参照したユーザから、前記弁別対象物質の候補となる物質に関する情報を受け付ける、請求項６に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
8. 前記入力部は、前記弁別対象物質の候補となる少なくとも１つの物質が対応付けられた入力受付パーツを少なくとも１つ有し、ユーザが操作した入力受付パーツに対応付けられた物質に関する情報を受け付ける、請求項６に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
9. 前記入力部は、前記弁別対象物質となる物質を、ユーザからの求めに応じて１以上組み合わせた識別子を生成して前記識別子の情報を表示部に表示させ、前記表示部を参照したユーザから、前記弁別対象物質となる物質に関する情報を受け付ける、請求項６に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。
10. 前記弁別対象物質に固有の所定のエネルギーは、前記弁別対象物質のＫ吸収端である、請求項３に記載の光子計数型Ｘ線ＣＴ装置。