JP7233865B2

JP7233865B2 - Ｘ線ｃｔ装置及び補正方法

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Publication number: JP7233865B2
Application number: JP2018130538A
Authority: JP
Inventors: 進一小嶋; 史人渡辺; 一磨横井; 冬彦寺本
Original assignee: 富士フイルムヘルスケア株式会社
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: JP2020005971A; US20200015769A1

Description

本発明はＸ線ＣＴ装置に係り、特にＸ線ＣＴ装置で取得される投影データを補正する技術に関する。

Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置は、被写体の投影データを様々な投影角度で取得し、複数の投影データを用いて断層画像を再構成する装置であり、工業用およびセキュリティ用の検査装置や医学用の画像診断装置等の分野で広く使用されている。医学用の画像診断装置では、断層画像の空間分解能の向上に対するニーズが高い。例えば狭窄した血管に挿入されたステントの内部において、再狭窄発生の有無やプラーク性状を経過観察できるような空間分解能が求められる。

空間分解能を向上させるためにはＸ線を検出する検出素子の微細化が必要であり、検出素子の微細化にともなってコリメータ板が増設される傾向にある。コリメータ板は検出素子に入射する散乱線を低減させるために、検出素子の前段に設けられるスリット板である。コリメータ板は有限の厚さを有するので、コリメータ板の過剰な増設は検出素子に入射するＸ線の量を減少させ、Ｓ／Ｎを悪化させる。Ｓ／Ｎの悪化を抑制するためにコリメータ板の間に複数の検出素子を配置する技術があるが、隣接する検出素子にＸ線が入射するので検出データの精度が劣化する。

特許文献１には、検出データの精度劣化を抑制するとともに生産性の向上を図るために、コリメータ板の間に複数の検出素子が配置される領域と、コリメータ板の間に一つの検出素子が配置される領域とを有する放射線検出器が開示されている。

特開2010-220880号公報

しかしながら特許文献１では、コリメータ板の間に複数の検出素子が配置される領域において、コリメータ板によって除去されなかった散乱線が各検出素子に入射するときの入射方向の違いに対する配慮されていない。検出素子からコリメータ板の間を見込む方向は、コリメータ板の間に配置される検出素子の位置によって異なるので、コリメータ板の間の位置によって検出素子に入射する散乱線量に差異が生じる。散乱線量の差異を含む投影データを用いて再構成される断層画像には診断の妨げとなるアーチファクトが発生する。

そこで本発明は、コリメータ板の間に複数の検出素子が配置される場合であっても、投影データに含まれる散乱線量の差異を補正可能なＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、コリメータ板の間に配置される検出素子の位置に応じて、異なる補正関数を用いて投影データを補正することを特徴とする。

より具体的には、本発明は、Ｘ線を照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線を検出する検出素子を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出器との間に配置され、散乱線を低減する複数のコリメータ板と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて生成される投影データを用いて断層画像を再構成する再構成部を備えるＸ線ＣＴ装置であって、前記コリメータ板の間に配置される複数の前記検出素子の位置に応じて、異なる補正関数を用いて前記投影データを補正する補正部をさらに備えることを特徴とする。

また本発明は、複数のコリメータ板の間に配置される複数の検出素子を備えるＸ線ＣＴ装置が生成する投影データを補正する補正方法であって、前記投影データを取得するステップと、前記コリメータ板の間に配置される前記検出素子の位置に応じて、異なる補正関数を用いて前記投影データを補正するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コリメータ板の間に複数の検出素子が配置される場合であっても、投影データに含まれる散乱線量の差異を補正可能なＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

本発明の実施例１のＸ線ＣＴ装置の概略構成図である。実施例１のＸ線検出器と、コリメータ板の間における検出素子の見込み角および見込む方向を説明する図である。モンテカルロシミュレーションにより求めた各検出素子の直接線量と散乱線量の一例を示す図である。検出素子からコリメータ板の間を見込む方向の違いにより生じる散乱線量の差異を説明する図である。実施例１の補正関数を作成する処理の流れを示す図である。実施例１の補正関数の書式の一例を示す図である。実施例１の補正処理を含む撮影の流れを示す図である。コリメータ板の間に三つの検出素子が配置される例を示す図である。実施例２の補正処理をコリメータ板の間に三つの検出素子が配置される場合について説明する図である。実施例２の補正処理の流れを示す図である。実施例２の補正処理をコリメータ板の間に四つの検出素子が配置される場合について説明する図である。実施例２の補正処理をコリメータ板の間に五つの検出素子が配置される場合について説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明のＸ線ＣＴ装置の実施例について説明する。なお、各図の向きを示すために、必要に応じてｘｙｚ座標系を付記する。

図１を用いて本実施例のＸ線ＣＴ装置１００の概略構成について説明する。Ｘ線ＣＴ装置１００は、入出力部２００と撮影部３００と画像生成部４００を備える。

入出力部２００は、マウス２１１とキーボード２１２とモニタ２１３を有する。マウス２１１とキーボード２１２は操作者が撮影条件等を入力するときに用いられる入力装置である。モニタ２１３は入力された撮影条件等が出力される表示装置であり、タッチパネル機能を有する場合は入力装置としても用いられる。

撮影部３００は、被写体１１０の投影データを様々な投影角度で取得するために、Ｘ線発生部３１０、Ｘ線検出器３２０、ガントリー３３０、テーブル３５０、および撮影制御部３４０を備える。

Ｘ線発生部３１０は、Ｘ線管３１１とＸ線幅調節部３１２を有する。Ｘ線管３１１はＸ線を被写体１１０に照射する装置である。Ｘ線幅調節部３１２は、被写体１１０に照射されるＸ線の幅であるｚ方向の長さを調節する装置である。

Ｘ線検出器３２０は被写体１１０で散乱せずに透過したＸ線である直接線を検出する装置であり、複数の検出素子３２２を有する。検出素子３２２は、Ｘ線管３１１のＸ線発生点から等距離、例えば１０００ｍｍの距離に２０００個配置される。Ｘ線検出器３２０の詳細は図２を用いて後述する。

ガントリー３３０の中央には、被写体１１０が搭載されるテーブル３５０を配置するための円形の開口部３３１が設けられる。開口部３３１の直径は例えば７００ｍｍである。ガントリー３３０内には、Ｘ線発生部３１０とＸ線検出器３２０を搭載する回転板３３２と、回転板３３２を回転させる回転駆動部３３３が備えられる。また、ガントリー３３０に対する被写体１１０の位置を調整するためにテーブル３５０はｚ方向に移動する。

撮影制御部３４０は、Ｘ線制御器３４１、ガントリー制御器３４２、検出器制御器３４３、テーブル制御器３４５、および統括制御器３４６を有する。Ｘ線制御器３４１はＸ線管３１１に印加される電圧等を制御する。ガントリー制御器３４２は、回転板３３２の回転駆動を制御する。検出器制御器３４３は、Ｘ線検出器３２０によるＸ線の検出を制御する。テーブル制御器３４５は、テーブル３５０の移動を制御する。統括制御器３４６は、Ｘ線制御器３４１、ガントリー制御器３４２、検出器制御器３４３、テーブル制御器３４５の動作の流れを、入出力部２００から入力された撮影条件に基づいて制御し、例えば１．０ｓ／回で回転板３３２を回転させ、０．４度／回でＸ線が検出される。

画像生成部４００は、データ収集部４１０とデータ処理部４２０を有する。データ収集部４１０はＸ線検出器３２０に検出結果をデジタル信号に変換する。データ処理部４２０は中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）４２１、メモリ４２２およびＨＤＤ（Hard disk drive）装置４２３を有する。中央処理装置４２１およびメモリ４２２において、所定のプログラムを展開・起動することで補正処理や、断層画像の再構成処理などが実行される。すなわちデータ処理部４２０は補正処理をする補正部および再構成処理をする再構成部として機能する。ＨＤＤ装置４２３は、データの保存や入出力を行う。生成された断層画像等は入出力部２００のモニタ２１３に表示しても良いし、ネットワークを介して接続される表示装置に表示しても良い。また入出力部２００および画像生成部４００は、Ｘ線ＣＴ装置１００に備えられなくてもよく、例えばネットワークを介して接続された別の装置によって、その動作が実現されても良い。

図２を用いて本実施例のＸ線検出器３２０について説明する。図２はＸ線検出器３２０の一部を示す図であり、図２（ａ）はｘｙ断面、図２（ｂ）はｘｚ断面である。本実施例のＸ線検出器３２０は、複数の検出素子３２２と複数のコリメータ板３２３から構成される。

検出素子３２２はＸ線を検出する素子であり、一つの素子に入射するＸ線の量に応じた電気信号を出力する。検出素子３２２はｘｙ面に配列され、例えば０．５ｍｍ角のサイズを有する。検出素子３２２は、シンチレータ素子とフォトダイオード素子を組み合わせた間接型検出素子でも良いし、ＣｄＴｅに代表される半導体検出素子であっても良い。間接型検出素子では、入射するＸ線によってシンチレータ素子が蛍光を発し、その蛍光がフォトダイオード素子で電気信号に変換される。

コリメータ板３２３は、被写体１１０等で生じた散乱線を低減するために、検出素子３２２の前段に設けられるスリット板であり、例えばモリブデンやタングステン等の重金属製の板材である。コリメータ板３２３が、被写体１１０を透過した直接線と平行に検出素子３２２の境界に配置されることにより、直接線のほとんどは検出素子３２２に入射し、多くの散乱線はコリメータ板３２３に吸収される。ただし、コリメータ板３２３は有限な厚さを有するので、検出素子３２２の微細化にともなってコリメータ板３２３が増設されると、検出素子３２２に入射する直接線の量が減少する。そこで直接線の減少を抑制するため、コリメータ板３２３の枚数を減らし、コリメータ板３２３の間に複数の検出素子３２２を配置する。

本実施例ではコリメータ板３２３の間に二つの検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒが配置され、図２（ａ）には検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒからなる三つの検出素子群３２２－１、３２２－２、３２２－３が示される。また、検出素子３２２Ｌの中心とコリメータ板３２３の上端部を結んだ二本の点線がなす角θＬを、コリメータ板３２３の間における検出素子３２２Ｌの見込み角とする。さらに検出素子３２２Ｒの中心とコリメータ板３２３の上端部を結んだ二本の実線がなす角θＲを、コリメータ板３２３の間における検出素子３２２Ｒの見込み角とする。

検出素子３２２Ｌの見込み角θＬと検出素子３２２Ｒの見込み角θＲは同じ値であるものの、各検出素子３２２からコリメータ板３２３の間を見込む方向は異なる。すなわち見込み角θＬとθＲの二等分線である各一点鎖線と検出素子３２２の上面とがなす角φＬとφＲは異なる値となる。発明者らが行ったモンテカルロシミュレーションによれば、各検出素子３２２からコリメータ板３２３の間を見込む方向φＬとφＲの違いは、検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒに入射する散乱線量に差異をもたらすことがわかった。

図３を用いて、コリメータ板３２３の間に二つの検出素子３２２Ｌ、３２３Ｒが配置された構成において、直径１５０ｃｍの水ファントムにＸ線を照射したときのモンテカルロシミュレーションの結果の一例を説明する。図３（ａ）は水ファントムで散乱することなく各検出素子３２２へ入射した直接線量のｘ方向の分布であり、図３（ｂ）は水ファントムで散乱したのちコリメータ板３２３に吸収されることなく各検出素子３２２へ入射した散乱線量のｘ方向の分布である。なお図３では、検出素子３２２Ｌに入射したＸ線量を点線で、検出素子３２２Ｒに入射したＸ線量を実線で示す。

図３（ａ）では点線と実線がほぼ重なっていることから、検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒに入射する直接線にほとんど差異はなく、被写体１１０である水ファントムが配置された範囲でＸ線が減衰している。これに対し図３（ｂ）では直接線の分布の二つのピークの位置周辺である水ファントムの辺縁部において点線と実線に差異が生じており、検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒに入射する散乱線量が異なる。Ｘ線ＣＴ装置１００のＸ線検出器３２０で検出されるＸ線は図３（ａ）の直接線と図３（ｂ）の散乱線との和であり、図３（ｂ）に示す散乱線量の差異は断層画像中のアーチファクトの原因となる。よって、図３（ｂ）に示す散乱線の差異は断層画像の再構成に先立ち補正する必要がある。

図４を用いて各検出素子３２２からコリメータ板３２３の間を見込む方向φＬとφＲの違いにより生じる散乱線量の差異について説明する。図４（ａ）は検出素子３２２Ｌに見込む方向φＬで入射する散乱線の経路を示す図であり、図４（ｂ）は検出素子３２２Ｒに見込む方向φＲで入射する散乱線の経路を示す図である。図４（ａ）と図４（ｂ）の比較から、同じコリメータ板３２３の間に配置される検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒであっても、一方の経路上には被写体１１０があり他方の経路上には被写体１１０がない場合があることがわかる。例えば、コリメータ板３２３-１とコリメータ板３２３-２との間の検出素子３２２Ｒへの経路上には被写体１１０があるのに対し、検出素子３２２Ｌへの経路上には被写体１１０がない。すなわち同じコリメータ板３２３の間に配置される検出素子３２２であっても、コリメータ板３２３の間を見込む方向φＬとφＲの違いにより、散乱線の経路が異なり散乱線量に差異が生じる。そして見込む方向φＬとφＲの違いは、検出素子３２２がコリメータ板３２３の間の左側にあるか右側にあるかに基づく。

そこで本実施例では、コリメータ板３２３の間に二つの検出素子３２２Ｌ、３２３Ｒが配置される場合に、検出素子３２２Ｌ用の補正関数と検出素子３２２Ｒ用の補正関数とを予め作成しておく。そして、Ｘ線ＣＴ装置１００によって取得された投影データを、予め作成した補正関数を用いて補正し、補正された投影データから断層画像を再構成する。

図５を用いて検出素子３２２Ｌ用の補正関数と検出素子３２２Ｒ用の補正関数とを作成する処理の流れについて説明する。
（Ｓ５０１）
データ処理部４２０は補正関数を作成するためのモンテカルロシミュレーションを実施する。シミュレーションに用いる仮想の被写体１１０には直径の異なる円筒形状の水ファントムやポリエチレンファントムが用いられる。Ｘ線検出器３２０やＸ線管３１１を含むＸ線ＣＴ装置１００の幾何学的な構造は実際の装置の値が使用される。

本ステップのモンテカルロシミュレーションでは、被写体１１０の大きさやＸ線管３１１の管電圧を変えながら、各検出素子３２２Ｌと各検出素子３２２Ｒに入射する直接線と散乱線が図３のように計算される。なお本ステップはデータ処理部４２０での実施に限らず、Ｘ線ＣＴ装置１００外の演算装置を用いて実施されてもよい。
（Ｓ５０２）
データ処理部４２０はＳ５０１の結果を用いて、各検出素子３２２Ｌと各検出素子３２２Ｒにおける直接線量と散乱線量との比率を算出する。直接線量が増減する際、散乱線量は直接線量に比例するので、直接線量と散乱線量との比率を算出しておくことにより、例えばＸ線管３１１の管電流が増減した場合でも対応が容易になる。

なおモンテカルロシミュレーションでは発生させるＸ線のフォトン数によって計算結果に揺らぎが生じるので、直接線量と散乱線量との比率を例えば２次関数でフィッティングして補正関数の扱いを容易にしても良い。フィッティング後の２次関数を特性カーブと呼ぶ。特性カーブは被写体１１０の大きさやＸ線管３１１の管電圧を変えるごとに求められ、ＨＤＤ装置４２３やＸ線ＣＴ装置１００外の記憶装置に補正関数として保管される。

図６に、記憶装置に保管される補正関数の書式の一例を示す。補正関数は検出素子群Ｎｏと検出素子３２２Ｌ及び３２２Ｒの補正関数の値とを含むテーブルとして保管され、被写体サイズと管電圧が変わるごとにテーブルが作成される。なお検出素子群Ｎｏとは、検出素子３２２Ｌと３２２Ｒを合わせたものに付与される番号であり、検出素子群Ｎｏの一つに対して検出素子３２２Ｌと３２２Ｒが対応付けられる。

以上の処理の流れにより検出素子３２２Ｌ用の補正関数と検出素子３２２Ｒ用の補正関数が作成される。なお、図５の処理の流れは、Ｘ線ＣＴ装置１００の製造時や、Ｘ線管３１１やＸ線検出器３２０の交換時に実施される。

図７を用いて検出素子３２２Ｌ用の補正関数と検出素子３２２Ｒ用の補正関数による補正処理を含む撮影の流れについて説明する。
（Ｓ７０１）
Ｘ線ＣＴ装置１００での撮影条件が、入出力部２００を介して操作者により設定される。具体的には、操作者は、モニタ２１３等に表示された入力画面を見ながらマウス２１１やキーボード２１２等を操作し、Ｘ線管３１１の管電流と管電圧、Ｘ線幅調節部３１２の開き幅、被写体１１０の撮影範囲、回転板３３２の回転速度等を設定する。また、撮影の都度、操作者が設定せずとも済むように、事前に登録された撮影条件が必要に応じて読みだされて設定されても良い。
（Ｓ７０２）
統括制御器３４６は、操作者による撮影開始の指示を受け付けると、Ｓ７０１で設定された撮影条件に基づいて撮影を実施する。具体的な手順を説明する。

まず被写体１１０がテーブル３５０上に配置されたのち、統括制御器３４６がテーブル制御器３４５にテーブル３５０の移動を指示し、被写体１１０をガントリー３３０の撮影位置に配置させる。被写体１１０の配置が完了すると、統括制御器３４６がガントリー制御器３４２に回転駆動部３３３の駆動を指示し、回転板３３２の回転を開始させる。

回転板３３２が定速回転に達すると、統括制御器３４６がＸ線制御器３４１にＸ線管３１１からのＸ線照射を指示するとともに、検出器制御器３４３にＸ線検出器３２０によるＸ線検出とデータ収集部４１０への検出データの送信を指示する。データ収集部４１０へ送信された検出データはＨＤＤ装置４２３に保存される。さらに、統括制御器３４６はテーブル制御器３４５にテーブル３５０の移動を指示し、Ｓ７０１で設定された被写体１１０の撮影範囲を撮影する。

撮影範囲の撮影が終了すると、統括制御器３４６はＸ線管３１１からのＸ線照射と、Ｘ線検出器３２０によるＸ線検出と、データ収集部への検出データの送信とを停止させるとともに、テーブル３５０を所定の位置に戻す。
（Ｓ７０３）
データ処理部４２０は、Ｓ７０２で取得された検出データに対して、対数変換処理やＡｉｒ補正処理とともに、Ｓ５０２で作成された補正関数を用いた補正処理を実施し、補正後の投影データを取得する。対数変換処理やＡｉｒ補正処理は従来と同じ処理であるので説明を省略する。補正関数を用いた補正処理の具体的な手順を説明する。

まずデータ処理部４２０は検出データを検出素子３２２Ｌで取得されたデータと、検出素子３２２Ｒで取得されたデータとに分離する。各々のデータには直接線量だけでなく散乱線量が含まれているので、以降の処理により散乱線量を除去する。

次にデータ処理部４２０は撮影条件に対応する補正関数をＨＤＤ装置４２３等の記憶装置から読み出す。すなわち、図６に示されるような複数のテーブルの中から、撮影条件に対応するテーブルが読み出される。なお、撮影条件に適合する補正関数がＨＤＤ装置４２３等の記憶装置に保管されていない場合は、最も近い撮影条件の補正関数や、複数の補正関数を重み付け補間して求めた関数を用いても良い。例えば、直径１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍの仮想の被写体１１０で補正関数が保管されているときに、サイズが２２０ｍｍの被写体１１０を撮影した場合、直径２００ｍｍのときの補正関数を用いても良いし、直径２００ｍｍと３００ｍｍとの補正関数を重み付け補間して求めた関数を用いても良い。撮影条件に適合する補正関数が用いられることにより、補正処理の精度が向上する。

最後にデータ処理部４２０は、補正関数を用いて、検出素子３２２Ｌで取得されたデータと、検出素子３２２Ｒで取得されたデータとから散乱線量を除去する。検出素子３２２で取得されたデータＤｍは（直接線量＋散乱線量）であり、補正関数Ｆｃは（散乱線量/直接線量）であるので、散乱線量を除去して直接線量を求めるには、Ｄｍ/（１＋Ｆｃ）を計算すれば良い。

以上説明した補正関数を用いた補正処理と、対数変換処理やＡｉｒ補正処理が実施されることにより、補正後の投影データが生成される。
（Ｓ７０４）
データ処理部４２０は、Ｓ７０３で求められた補正後の投影データを用いて断層画像を再構成する。断層画像の再構成には、ＦｅｌｄＫａｍｐ法や逐次近似再構成法が用いられる。再構成された断層画像は、モニタ２１３等に表示され、被写体１１０の診断等に用いられる。

以上の処理の流れにより、本実施例で作成された補正関数を用いて補正された投影データから断層画像が再構成されるので、コリメータ板３２３の間に二つの検出素子３２２Ｌと３２２Ｒが配置される場合であっても、アーチファクトの発生を抑制できる。また、コリメータ板３２３の枚数が減り、コリメータ板３２３による直接線の減少を抑制することができ、従来に比べて無効被ばくを低減できる。

なおコリメータ板３２３の間に配置される検出素子３２２の数は二つに限らず、三つ以上であっても良い。図８にコリメータ板３２３の間に三つの検出素子３２２が配置された例を示す。図８中の左側を検出素子３２２Ｌ、中央を検出素子３２２Ｍ、右側を検出素子３２２Ｒとする。またコリメータ板３２３の間における検出素子３２２Ｌの見込み角をθＬ、検出素子３２２Ｍの見込み角をθＭ、検出素子３２２Ｒの見込み角をθＲとする。

見込み角θＬと見込み角θＲは図２の場合と同様に同じ値であるが、見込み角θＭは見込み角θＬとθＲよりも大きい。また検出素子３２２Ｌと３２２Ｍと３２２Ｒからコリメータ板３２３の間を見込む方向は異なる。見込み角および見込む方向の違いにより、コリメータ板３２３に吸収されることなく各検出素子３２２へ入射する散乱線量には差異が生じるので、検出素子３２２Ｌと３２２Ｍと３２２Ｒごとに予め作成した補正関数を用いて、補正処理を実施する。

補正関数の作成は図５の処理の流れで実行され、検出素子３２２Ｌ用の補正関数と検出素子３２２Ｒ用の補正関数とともに、検出素子３２２Ｍ用の補正関数が作成される。また補正処理は図７の処理の流れに従って実施され、検出素子３２２Ｌ及び検出素子３２２Ｒで取得されたデータとともに、検出素子３２２Ｍで取得されたデータが補正される。

実施例１では、コリメータ板３２３の間に配置される複数の検出素子３２２の位置ごとに求められる直接線量と散乱線量とを用いて、当該検出素子の補正関数を作成することについて説明した。本実施例では各検出素子３２２の位置ごとに取得される検出データとともに、当該位置に対し相補的な位置で取得される検出データを用いて補正関数を作成することについて説明する。なお、Ｘ線ＣＴ装置の概略構成は実施例１と同じであるので、説明を省略する。

図９はＸ線検出器３２０の一部を示すｘｙ断面図であり、コリメータ板３２３の間に三つの検出素子３２２Ｌと３２２Ｍと３２２Ｒが配置される三つの群３２２－１、３２２－２、３２２－３が示される。実施例１で説明したように、検出素子３２２Ｌからコリメータ板３２３の間を見込む方向φＬと検出素子３２２Ｒからコリメータ板３２３の間を見込む方向φＲは異なるので、検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒに入射する散乱線量には差異が生じる。また検出素子３２２Ｍからコリメータ板３２３の間を見込む方向φＭは９０度であって、φＬ及びφＲと異なるので、検出素子３２２Ｍに入射する散乱線量は検出素子３２２Ｌや検出素子３２２Ｒに入射する散乱線量と異なる。

そこで本実施例では各検出素子３２２がコリメータ板３２３の間を見込む方向を９０度であるφＭに擬似的に揃えることにより、散乱線量の差異を補正する。具体的には、検出素子３２２Ｌと３２２Ｒの見込む方向φＬとφＲとが左右対称であることを利用し、検出素子３２２Ｌで取得される検出データを、検出素子３２２Ｒで取得される検出データを用いて補正する。

言い換えると、コリメータ板３２３の間のある位置に配置される検出素子３２２Ｌで取得される検出データを、当該位置に対し相補的な位置に配置される検出素子３２２Ｒで取得される検出データを用いて補正する。なお相補的な位置とは、ある検出素子３２２からコリメータ板３２３の間を見込む方向が左右対称となる検出素子３２２の位置である。例えば検出素子３２２Ｌと検出素子３２２Ｒとは相補的な位置の関係にあり、コリメータ板３２３の間の中央に配置される検出素子３２２Ｍには相補的な位置がない。

また検出素子３２２Ｍの見込み角θＭは、図８に示したように、検出素子３２２Ｌ及び検出素子３２２Ｒの見込み角θＬ及びθＲよりも大きいので、検出素子３２２Ｍに入射する散乱線量は検出素子３２２Ｌや検出素子３２２Ｒに入射する散乱線量よりも大きい。そこで見込み角の比率を乗ずる補正をさらに行うことが望ましい。

図１０に示す本実施例の処理の流れを、図８及び図９を参照しながら説明する。なお、図１０の処理の流れは、図７のＳ７０３において実行される。
（Ｓ１００１）
データ処理部４２０は、コリメータ板３２３の間のある位置Ｐに配置される検出素子３２２の検出データＤ_Ｐを取得する。例えば、検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｌの検出データ９０１が取得される。
（Ｓ１００２）
データ処理部４２０は、位置Ｐに対して相補的な位置Ｐｃに配置される検出素子３２２の検出データＤ_Ｐｃを取得する。例えば、検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｌに対し相補的な位置にある検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｒの検出データ９０２と、検出素子群３２２-１の中の検出素子３２２Ｒの検出データ９０３が取得される。なお、位置Ｐに対して相補的な位置Ｐｃに配置される検出素子３２２は複数あるが、以降のステップの演算量を低減するため、位置Ｐに近接する二つの検出素子３２２を選択し、選択された二つの検出素子の検出データを取得するのに留めることが好ましい。
（Ｓ１００３）
データ処理部４２０は、検出データＤ_Ｐｃを用いて、検出データＤ_Ｐを補正する。例えば、検出データ９０２と検出データ９０３から補間データ９０４が算出され、補間データ９０４と検出データ９０１の平均値が、検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｌの補正データ９０５として算出される。なお補間データ９０４は、検出素子３２２間の距離に基づく加重加算により｛ (検出データ９０２)＋２×(検出データ９０３)｝／３にて算出され、検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｌが見込む方向φＲで仮想的に取得する検出データに相当する。

このように算出された補正データ９０５は、検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｌにおいて、見込む方向φＬとφＲで取得される検出データの平均値であるので、見込む方向が擬似的にφＭに揃えられる。見込む方向が擬似的に揃えられることにより、見込む方向の違いによって生じる散乱線量の差異が補正される。なお、図９では検出データを実線で、補間データを点線で、補正データを一点鎖線で示す。

同様の処理により、検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｒの検出データ９０２を補正し、補正データ９０８を算出することもできる。すなわち、｛ (検出データ９０１)＋２×(検出データ９０６)｝／３により補間データ９０７を算出し、補間データ９０７と検出データ９０２の平均値を補正データ９０８として算出することができる。すなわち本ステップでの補正処理は補正関数Ｄ_Ｐｃｏｒとして以下のように表せる。

Ｄ_Ｐｃｏｒ＝(Ｄ_Ｐ＋Ｄ_Ｐｃｉｎｔ)／２
ここで、Ｄ_Ｐは当該位置での検出データ、Ｄ_Ｐｃｉｎｔ＝｛（ｎ－ｍ－1)×Ｄ_Ｐｃ１＋（ｍ＋1)×Ｄ_Ｐｃ２｝／ｎ、ｎはコリメータ板３２３の間の検出素子３２２の数、ｍは最近接の相補的な位置と当該位置との間の検出素子３２２の数、Ｄ_Ｐｃ１は最近接の相補的な位置での検出データ、Ｄ_Ｐｃ２は最近接から２番目の相補的な位置での検出データである。最近接の相補的な位置と当該位置が隣接する場合は、ｍ＝０となる。

なおコリメータ板３２３の間の中央に配置される検出素子３２２Ｍは見込む方向がφＭであるので、例えば検出素子群３２２-２の中の検出素子３２２Ｍで取得される検出データ９０９には本ステップによる補正は不要であり、Ｄ_Ｐｃｉｎｔ＝０となる。
（Ｓ１００４）
データ処理部４２０は、Ｓ１００３の算出結果に対し見込み角による補正を行う。例えば、で算出された補正データ９０５に見込み角の比率θＭ/θＬが乗じられることにより、見込み角の違いによって生じる散乱線量の差異が補正される。

以上の処理の流れによりコリメータ板３２３の間に配置される複数の検出素子３２２の各位置で取得される検出データが、当該位置に対し相補的な位置で取得される検出データを用いて補正され、各検出素子３２２の見込む方向の違いによる散乱線量の差異が補正される。また、各検出素子３２２の見込み角の違いによる散乱線量の差異も補正される。このような補正処理により、コリメータ板の間に複数の検出素子が配置される場合であっても、投影データに含まれる散乱線量の差異を補正でき、断層画像上のアーチファクトを低減できる。

なお、コリメータ板３２３の間に配置される検出素子３２２の数は三つのような奇数に限らず偶数であっても良い。検出素子３２２の数が偶数の場合も、コリメータ板３２３の間のある位置Ｐに配置される検出素子３２２で取得される検出データを、当該位置Ｐに対し相補的な位置Ｐｃに配置される検出素子３２２で取得される検出データを用いて補正できる。

図１１を用いて、コリメータ板３２３の間に配置される検出素子３２２の数が四つの場合について説明する。図１１には、コリメータ板３２３の間に四つの検出素子３２２が配置される三つの群３２２－１、３２２－２、３２２－３を示し、各群では左側から順に検出素子３２２Ｌ２、検出素子３２２Ｌ１、検出素子３２２Ｒ１、検出素子３２２Ｒ２とする。

検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ２の検出データ１１０１を補正する手順を説明する。まず、検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ２に対し相補的な位置にある検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｒ２の検出データ１１０２と、検出素子群３２２-１の検出素子３２２Ｒ２の検出データ１１０３を取得する。検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ２がコリメータ板３２３の間を見込む方向は、検出素子群３２２-２及び検出素子群３２２-１の検出素子３２２Ｒ２の見込む方向と左右対称である。次に、検出データ１１０２と検出データ１１０３を用いて、検出素子３２２間の距離に基づく加重加算により、補間データ１１０４を算出する。検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ２に対し、相補的な位置であって最近接であるのは検出素子群３２２-１の検出素子３２２Ｒ２であり、両者は隣接するのでｍ＝０である。よって、(補間データ１１０４)＝｛（４－０－１）×(検出データ１１０３)＋（０＋１）×(検出データ１１０２)｝／４が算出される。そして、補間データ１１０４と検出データ１１０１の平均値が補正データ１１０５として算出される。

同様に、検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｒ１の検出データ１１０６を補正する手順を説明する。まず、検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｒ１に対し相補的な位置にある検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ１の検出データ１１０７と、検出素子群３２２-３の検出素子３２２Ｌ１の検出データ１１０８を取得する。次に、検出データ１１０７と検出データ１１０８から｛（４－０－１）×(検出データ１１０７)＋（０＋１）×(検出データ１１０８)｝／４を算出し、補間データ１１０９とする。そして、補間データ１１０９と検出データ１１０６の平均値を補正データ１１１０として算出する。

なおコリメータ板３２３の間における検出素子３２２Ｌ１及び検出素子３２２Ｒ１の見込み角は、検出素子３２２Ｌ２及び検出素子３２２Ｒ２の見込み角よりも大きいので、例えば検出素子３２２Ｒ１の補正データ１１１０に見込み角による補正を行うことが好ましい。

図１２を用いて、コリメータ板３２３の間に配置される検出素子３２２の数が五つの場合について説明する。図１２には、コリメータ板３２３の間に五つの検出素子３２２が配置される三つの群３２２－１、３２２－２、３２２－３を示し、各群では左側から順に検出素子３２２Ｌ２、検出素子３２２Ｌ１、検出素子３２２Ｍ、検出素子３２２Ｒ１、検出素子３２２Ｒ２とする。なお、検出素子群３２２-１では検出素子３２２Ｌ２と検出素子３２２Ｌ１の図示を省略し、検出素子群３２２-３では検出素子３２２Ｒ１と検出素子３２２Ｒ２の図示を省略した。

検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ１の検出データ１２０１を補正する手順を説明する。まず、検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ１に対し相補的な位置にある検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｒ１の検出データ１２０２と、検出素子群３２２-１の検出素子３２２Ｒ１の検出データ１２０３を取得する。検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ１がコリメータ板３２３の間を見込む方向は、検出素子群３２２-２及び検出素子群３２２-１の検出素子３２２Ｒ１の見込む方向と左右対称である。次に、検出データ１２０２と検出データ１２０３を用いて、検出素子３２２間の距離に基づく加重加算により、補間データ１２０４を算出する。検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｌ１に対し、相補的な位置であって最近接であるのは検出素子群３２２-２の検出素子３２２Ｒ１であるので、ｍ＝１である。よって、(補間データ１２０４)＝｛（５－１－１）×(検出データ１２０２)＋（１＋１）×(検出データ１２０３)｝／５が算出される。そして、補間データ１２０４と検出データ１２０１の平均値が補正データ１２０５として算出される。他の検出素子３２２についても同様に補正データが算出される。

以上、本発明の複数の実施例について説明した。本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形しても良い。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

１００：Ｘ線ＣＴ装置、１１０：被写体、２００：入出力部、２１１：マウス、２１２：キーボード、２１３：モニタ、３００：撮影部、３１０：Ｘ線発生部、３１１：Ｘ線管、３１２：Ｘ線幅調節部、３２０：Ｘ線検出器、３２２：検出素子、３２３：コリメータ板、３３０：ガントリー、３３１：開口部、３３２：回転板、３３３：回転駆動部、３４０：撮影制御部、３４１：Ｘ線制御器、３４２：ガントリー制御器、３４３：検出器制御器、３４５：テーブル制御器、３４６：統括制御器、３５０：テーブル、４００：画像生成部、４１０：データ収集部、４２０：データ処理部、４２１：中央処理装置、４２２：メモリ、４２３：ＨＤＤ装置、９０１：検出データ、９０２：検出データ、９０３：検出データ、９０４：補間データ、９０５：補正データ、９０６：検出データ、９０７：補間データ、９０８：補正データ、９０９：検出データ、１１０１：検出データ、１１０２：検出データ、１１０３：検出データ、１１０４：補間データ、１１０５：補正データ、１１０６：検出データ、１１０７：検出データ、１１０８：検出データ、１１０９：補間データ、１１１０：補正データ、１２０１：検出データ、１２０２：検出データ、１２０３：検出データ、１２０４：補間データ、１２０５：補正データ

Claims

Ｘ線を照射するＸ線照射部と、
前記Ｘ線を検出する複数の検出素子を有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出器との間に配置され、散乱線を低減する複数のコリメータ板と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて生成される投影データを用いて断層画像を再構成する再構成部を備えるＸ線ＣＴ装置であって、
隣り合う２枚のコリメータ板の間に配置される複数の検出素子の、前記２枚のコリメータ板の間における位置に応じて、異なる補正関数を用いて前記投影データを補正する補正部をさらに備え、
前記補正関数は、前記検出素子に入射する直接線量と、前記コリメータ板に吸収されることなく前記検出素子に入射する散乱線量を含み、前記直接線量と前記散乱線量はモンテカルロシミュレーションによって求められることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、前記直接線量と前記散乱線量との比率を２次関数でフィッティングした関数であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、被写体サイズと管電圧ごとに作成される複数のテーブルとして保管され、
前記補正部は前記複数のテーブルの中から撮影条件に応じて所定のテーブルを読み出して前記投影データの補正に用いることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、前記コリメータ板の間のある位置の検出素子で取得される検出データを、当該位置に対して相補的な位置の検出素子で取得される検出データを用いて補正することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、複数の相補的な位置の中から選択される当該位置に近接する二つの位置の検出素子で取得される検出データを用いて、当該位置の検出データを補正することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、選択された二つの位置で取得される検出データを、選択された二つの位置の各々から当該位置までの距離に基づき加重加算することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、前記コリメータ板の間における前記検出素子の見込み角により前記検出素子で取得される検出データを補正することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置であって、
前記補正関数は、前記検出素子から前記コリメータ板の間を見込む方向に応じて前記投影データを補正することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
複数のコリメータ板の間に配置される複数の検出素子を備えるＸ線ＣＴ装置が生成する投影データを補正する補正方法であって、
前記投影データを取得するステップと、
隣り合う２枚のコリメータ板の間に配置される複数の検出素子の、前記２枚のコリメータ板の間における位置に応じて、異なる補正関数を用いて前記投影データを補正するステップと、を備え、
前記補正関数は、前記検出素子に入射する直接線量と、前記コリメータ板に吸収されることなく前記検出素子に入射する散乱線量を含み、前記直接線量と前記散乱線量はモンテカルロシミュレーションによって求められることを特徴とする補正方法。