KR20210126647A - 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법, 및, 그 장치 또는 방법을 탑재 또는 실시하는 x선 시스템 - Google Patents

데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법, 및, 그 장치 또는 방법을 탑재 또는 실시하는 x선 시스템 Download PDF

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츠토무 야마카와
스가야 미야시타
준 오오스기
쿄헤이 사카모토
류타로 하야카와
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Abstract

연속 X선을 대상물에 조사해, 광자 계수형 X선 검출 장치로 검출한 X선 투과 데이터로부터 얻어진 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치가 제공된다. 연속 X선에 설정한 n개의 에너지 영역의 각각에 대응한, X선의 대상물을 투과할 때의 선감약치에 상당하는, 상기 n개에 대응한 n차원의 벡터가 상기 데이터에 근거해 검출기 화소 마다 연산된다. 복수의 검출기 화소에서의 1개 또는 복수의 검출기 화소에 근거해 가상적으로 설정한 복수의 탐색 영역의 각각 마다, 상기 복수의 탐색 화소의 각각에 속한 검출기 화소의 n차원의 벡터가 n차원 공간 상에서 상호 벡터 가산된다. 이에 따라, 상기 복수의 탐색 영역 각각을 대표하는 상기 n차원의 대표 벡터가 상기 탐색 영역 마다 연산된다. 탐색 영역 마다의 대표 벡터와, X선이 대상물을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역에 근거해, 대상물의 물질의 양, 종류 및 성상을 나타내는 정보가 취득된다.

Description

X선 검출 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법, 및, 그 장치 또는 방법을 탑재한 X선 검사 장치
본 발명은, X선을 검사 대상에 조사해, 상기 검사 대상을 투과해온 X선을 수집하여 얻은 X선 검출 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법, 및 그 장치 또는 방법을 탑재한 X선 시스템에 관한 것이다.
종래의 연속 X선을 이용한 의료용 진단이나 비파괴 검사 등의 X선 검사에서는, X선을 대상물에 조사해 그 투과 X선을 평면 검출기로 검출하는, 소위, 스폿 촬영이 많이 실시되고 있었다. 한편, 근래 이 X선 검사 분야에서 새로운 검사법이 제안되고 있다. 이 검사법은, 대상물을 X선빔으로 스캔하여 수집된 X선 검출 데이터로부터, 대상물의 내부를 나타내는 화상을 재구성하거나, 그 대상물의 내부 상태를 원소(물질) 레벨로 평가하는 기술에 속한다.
종래 연속 X선을 이용해 환자의 체내(體內)나 대상물의 내부를 진단ㆍ검사하는 기기는, X선 촬영 장치, X선 CT스캐너, 인라인형 비파괴 X선 검사 장치 등, 다방면에 걸쳐 있다. 그렇지만, 이들 장치는, X선, 즉, X선 광자(포톤)를 일정시간씩 적분해 수집하여, 환자 체내나 대상물의 1개 또는 복수 원소가 가지는 X선의 선감약계수에 근거해 감약(減弱)된 X선량을 적분치로서 수집하고, 그 적분치를 화상 등으로 변환하고 있었다.
X선관에서 출사되는 연속 X선의 광자는, 그 입자 마다 보면, 관전압에 대응한 X선 에너지까지의 범위에서, 여러가지 값의 에너지를 가지고 있다. X선 입자의 에너지값이 다르면, 대상물 내의 원소(물질)로부터 받는 감약 상태는 다르다. 이에 착안하여, 근래에, 예를 들면, 특허문헌 1에 나타나는 바와 같이, 에너지 변별 기능을 가지는 광자 계수형 검출기를 이용한 X선 검사가 주목받고 있다.
이 X선 검사는, 대상물을 투과한 X선의 광자(포톤)의 수를, 복수의 에너지 영역(에너지 Bin)의 각각 마다 계측(카운트)하여, 그 계측 결과를 이용하는 것이다. 덧붙여, 복수의 에너지 영역을 이용한다는 관점에서 말하면, 비특허문헌 1에 나타나는 바와 같이, DEXA법(또는, 서브트랙션법)법으로 불리는 진단법도 마찬가지이다.
이러한 상황에서, 특허문헌 2에 기재된 X선 검사법이 제안되고 있다. 이 특허문헌 2에 기재된 X선 검사법은, 상술한 에너지 변별 기능을 가지는 광자 계수형 검출기를 이용하는 구성에 적응하고 있다.
자세하게는, 이 특허문헌 2의 구성에 의하면, X선관(21)으로부터 조사되어 대상물을 투과해, 광자 계수형 검출 유닛(26)에 의해 검출된 X선의, 예를 들면, 3개의 에너지 영역 마다, 또한 화소 마다의 계수치가 수집된다. 이 계수치에 근거해 대상물(OB)의 화상이 연산되고, 그 화상 상에 관심 영역이 설정된다. 게다가, 그 화상으로부터 관심 영역에 존재하는 물질(1개 또는 복수의 원소로 이루어진다)의 배경이 되는 화소 정보가 제거된다. 그 후, 관심 영역에서의 X선의 에너지 영역 마다, 또한 화소 마다의 계수치에 근거해, 상기 화소 마다 물질의 X선에 대한 고유의 투과 특성이 고유 정보로서 연산된다.
이 고유 정보의 일 양태로서, 특허문헌 2에서는, 예를 들면, 3개의 에너지 영역(에너지 BIN) 마다, 또한 그 화소 마다 연산되는 X선 감약량 μit(μ: X선 패스 방향의 선감약계수, t: 그 X선 패스의 길이, i=1, 2, 3)에 근거해, 3차원 선감약벡터(μ1t,　 μ2t,　 μ3t)가 연산된다. 게다가, 이 3차원 선감약벡터(μ1t,　 μ2t,　 μ3t)는 일정 길이로 규격화되어, 두께 t나 밀도의 팩터가 들어가지 않는 3차원 질량감약벡터 (μ1',　 μ2',　 μ3')가 연산된다.
이 3차원 질량감약벡터 (μ1',　 μ2',　 μ3')는, 그 화소에 투영된 X선 패스에서, 그 패스에 존재하는 원소에 의한 X선 감약 정도를 반영하고 있다. 이 때문에, 원점으로부터 늘어나는 3차원 질량감약벡터 (μ1',　 μ2',　 μ3')가 지시하는 3차원 방향은, 그 3차원 좌표 상에서, X선 패스에 존재하고 있는 물질(1개 원소 또는 복수 원소의 조합을 말한다)에 고유한 방향을 나타내고 있다. 즉, 동일한 물질 또는 물질 구성이면, 이 벡터 방향이 동일하게 있고, 노이즈의 팩터를 제외하면, 이론적으로는 동일한 3차원 질량감약벡터가 된다. 이 때문에, 정규화된 3차원 맵상에서, 각 화소의 3차원 질량감약벡터 (μ1',　 μ2',　 μ3')의 선단 위치의 산포점의 산포 상황을 해석하는 것으로, 이러한 원소(물질)의 종류나 성상(性狀)을 나타내는 정보를 제공할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2013-119000호 [특허문헌 2] 국제공개번호 WO2016/171186A1
[비특허문헌 1] 안리츠 테크니컬　No.87, Mar.2012, 「듀얼 에너지 방식 X선 이물 검출기의 개발」
그렇지만, 상기 특허문헌 2에 기재된, 3차원 질량감약벡터 (μ1',　 μ2',　 μ3')의 산포 상황의 해석에서는(μ: 선감약계수), 정규화된 3차원 맵상의 산포점을 그룹화, 즉, 동일한 1개 또는 복수 원소의 혼합물의 산포점으로 간주되는 집합 마다 분별하고 있다. 이 산포점의 그룹은 게다가 그 중심 위치를 결정할 수 있고, 그 중심 위치와 좌표 원점을 잇는 3차원 벡터가, 이러한 그룹을 대표하는 3차원 질량감약벡터로서 채용되고 있다.
<길이 정보의 소실>
게다가, 특허문헌 2에 예시된 해석법에 의하면, 모처럼, 3차원 선감약벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)가 길이 t를 반영한 정보를 가지고 있으면서, 그 벡터의 길이를 정규화하는 것을 필요로 하고 있다. 이 때문에, 길이 정보를 버리고 처리하게 되기 때문에, 해석 결과로부터 물질량을 나타내는 데이터를 얻을 수 없다. 즉, 이 특허문헌 2가 나타내는 해석법의 경우, 물질의 종류를 추정할 수 있을 뿐이다.
<연산 처리량이 많은 것의 문제…단위 영역에 관한 필요성>
게다가, 상술한 특허문헌 2에서 제안되고 있는 3차원 산포도의 경우, 거기에 타점되는 산포점의 수는, 통상, 아날로그량에서의 타점이 매우 많아지므로, 이를 그대로 연산하려면 프로세서의 연산 부하는 매우 커진다.
이러한 점에서, 화소 마다의 3차원 질량감약벡터 (μ1',　 μ2',　 μ3')가 가지는 길이 정보를 사용하지 않고, 또한, 산포점이 많은 경우에도, 산포점으로부터 물질 동정(同定) 정보를 해석할 때의 연산량을 큰폭으로 줄여, 실제 임상 현장이나 공장 등이 도입하기 쉬운 X선 시스템을 제공할 필요가 있다.
그래서, 본 발명은, 상술한 종래의 X선 검사가 안고 있는 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, X선에 의한 검사 대상의 전체 또는 일부(주목 부위)를 이루는 물질의 종류나 성상에 관한 정보, 및 그 물질(1개 원소 또는 복수 원소의 조합으로 이루어진다)의 양을 나타내는 정보를, 보다 적은 연산량으로, 보다 고정밀도로 제공할 수 있는 X선 검출 데이터를 처리하는 장치 및 방법, 및 그 장치를 탑재한 X선 검사 장치를 제공하는 것에 있다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, n개(n은 3 이상의 정(正)의 정수)의 에너지 영역이 서로 다른 연속 X선을 대상물에 조사해, 상기 n개의 에너지 영역의 각각 마다 검출기가 가지는 복수의 검출기 화소 각각에 의해 상기 대상물을 투과해온 X선의 감약 정도를 나타내는 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치가 제공된다. 이 데이터 처리 장치는, 상기 n개의 에너지 영역의 각각에 대응한, 상기 X선의 상기 대상물을 투과할 때의 선감약치에 상당하는, 상기 n개에 대응한 n차원의 벡터를 상기 데이터에 근거해 상기 검출기 화소 마다 연산하는 화소 벡터 연산 수단과, 상기 복수의 검출기 화소에서의 1개 또는 복수의 검출기 화소에 근거해 가상적으로 설정한 복수의 탐색 영역의 각각 마다, 상기 복수의 탐색 화소의 각각에 속한 상기 검출기 화소의 상기 n차원의 벡터를 n차원 공간 상에서 상호 벡터 가산하여, 상기 복수의 탐색 영역 각각을 대표하는 상기 n차원의 대표 벡터를 상기 탐색 영역 마다 연산하는 대표 벡터 연산 수단과, 상기 탐색 영역 마다의 상기 대표 벡터와, 상기 X선이 상기 대상물을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역에 근거해, 상기 대상물의 물질의 양, 종류 및 성상 중, 적어도 양 및 종류를 나타내는 정보를 취득하는 물질 정보 취득 수단을 갖춘다.
이 구성에 의하면, 대표 벡터를 탐색 영역 마다 연산하고 있다. 이 연산에서, 그 탐색 영역에 속한 검출기 화소의 n차원의 벡터를 벡터 가산, 즉, n차원의 각 축방향으로 성분 가산을 실시해 전체를 대표하는 대표 벡터를 구하고 있다. 따라서, 각 검출기 화소에 대응해 구한 n차원 벡터의 방향을 반영하고, 또한, 각 n차원 벡터의 길이 성분을 그대로 반영시켜, 대표 벡터에 근거해 물질 정보 취득을 위한 처리를 실시할 수 있다.
게다가, 물질 정보의 취득에는, X선이 상기 대상물을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역이 이용된다. 즉, n차원 좌표 공간 상의 대표 벡터를, X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 치환하고, 물질 정보를 해당 물질 공간 상의 단위 영역 마다의 정보로서 취득하고 있다. 이 때문에, 이 단위 영역의 사이즈를 적당한 임의 사이즈로 설정함으로써, n차원 좌표 공간 상의 다수의 대표 벡터가 가지는 물질 정보를 물질 공간 상에 분류하여(말하자면, 다치(多値)로 디지털화하여) 다룰 수 있다.
이와 같이 탐색 영역 마다의 대표 벡터의 길이 정보를 소실시키지 않고, 또한, 물질 공간 상의 단위 영역으로의 분류에 의해, 원래 가지고 있던 대상물 내의 물질의 양(두께)의 정보를 활용할 수 있다. 이에 따라, 적어도 물질의 양을 반영한 물질 정보를 얻을 수 있다. 이는, 종래에는 곤란하다고 생각되고 있었으므로, 획기적인 특징이다. 만일 탐색 영역이 상이한 위치에서, 다른 탐색 영역과 동일한 물질 공간 상의 단위 영역이 같은 경우에는, 각각의 물질의 양에 관해 가능하다. 이에 따라, 모든 탐색 영역 전체에서의, 각 물질 영역에서의 물질량을 파악할 수도 있다.
또, 물질 공간을 정의하고, 이 물질 공간 상의 단위 영역 마다 대표 벡터의 길이 정보를 가진 채로 물질 정보를 해석할 수 있다.
따라서, 대상물 내의 물질의 양을 나타내는 정보를, 보다 적은 연산량으로, 보다 고정밀도로 제공할 수 있다.
이 데이터 연산은 상술의 데이터 처리 장치 뿐만 아니라, 마찬가지의 연산 기능을 가지는 데이터 처리 방법으로서 실시할 수 있다. 게다가, 그러한 데이터 처리 장치 또는 데이터 처리 방법을 일체적으로 또는 통신으로 연계하는 유닛으로서 탑재한 X선 검사 시스템(의료용 X선 진단 장치, 비파괴 X선 장치 등)으로서 마찬가지로 실시할 수 있다.
첨부 도면에서,
[도 1] 도 1은, 본 발명의 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법을 실시한 일 실시 형태를 나타내는, X선 검사 장치의 개요를 설명하는 블록도이다.
[도 2] 도 2는, 연속 X선의 스펙트럼과, 이것에 설정한 에너지 BIN과의 관계를 설명하는 그래프이다.
[도 3] 도 3은, 검출기 화소와 에너지 변별형의 광자 계수형 검출에서 얻어지는 화소 마다의 3차원 벡터를 설명하는 도이다.
[도 4] 도 4는, 도 3에 나타내는 3차원 벡터를 구하는 순서를 나타내는 개략 플로우 차트이다.
[도 5] 도 5는, 본 발명의 기본 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
[도 6] 도 6은, 본 발명의 기본 구성의 일부를 나타내는, 벡터 가산에 관한 보다 상세한 기능 블록도이다.
[도 7] 도 7은, 본 발명의 기본 구성의 일부를 나타내는, 벡터 가산을 모식적으로 설명하는 도이다.
[도 8] 도 8은, 본 발명의 기본 구성의 일부를 나타내는, 물질 정보 취득에 관한 보다 상세한 기능 블록도이다.
[도 9] 도 9는, 본 발명의 기본 구성의 일부를 나타내는, 편각 좌표상에 설정한 메쉬 영역(단위 영역)을 모식적으로 설명하는 도이다.
[도 10] 도 10은, 메쉬 영역(단위 영역)의 설정 방법을 예시하는 도이다.
[도 11] 도 11은, 물질 정보 취득의 일례를 설명하는 도이다.
[도 12] 도 12는, 물질 정보 취득의 다른 예를 설명하는 도이다.
[도 13] 도 13은, 물질 정보 취득의 다른 예를 설명하기 위한 대상물로서의, 피검체의 치열(齒列) 일부를 물질적으로 모델화한 도이다.
[도 14] 도 13의 치열 일부의 모델에 근거하는, 경조직의 진정한 3차원 대표 벡터의 취득을 설명하는 도이다.
이하, 첨부 도면에 따라, 본 발명에 따른 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법의 실시 형태, 및 그 장치 및 방법을 탑재 또는 실시하는 X선 시스템의 일례를 설명한다.
<실시 형태>
도 1~도 14를 참조해, 일 실시 형태에 따른 데이터 처리 장치, 데이터 처리 방법, 및 X선 시스템을 설명한다.
이 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법은, 연속적인 에너지 스펙트럼을 가지는 연속 X선(다색 X선이라고도 한다)을 대상물에 조사해, 그 투과 X선의 강도를 X선 검출기로 검출하는 X선 시스템에 적용 가능한 장치 및 방법이다.
특히, 이 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법은, 조사하는 X선의 광자(포톤)의 수를 X선 강도 정보로서 계수하는 광자 계수형(포톤 카운팅형)의 X선 검출로서, X선 광자 각각을, 미리 설정된 복수의 에너지로 변별하면서 X선 검출을 실시하는 X선 시스템(예를 들면, 의료용 X선 진단 장치, 비파괴 X선 검사 장치)에 바람직하게 적용 가능하다.
덧붙여, 에너지 변별법으로서, X선 검출기에 마련한 수신 신호에 대한 역치에 의해 수신측에서 변별하는 수법과, X선 발생기에서 미리 정한 2개 또는 그 이상의 특정 에너지 영역에 속한 에너지를 가지는 X선 만을 조사하는, 등가적인 에너지의 수법이 있다. 후자에 대해서는, 미리 특정 파장을 차단 또는 투과하는 1개 또는 복수의 X선 필터를 조합하거나, X선관의 타겟의 소재를 다르게 한 복수의 X선관을 이용하는 것이 알려져 있다. 후자의 전형적인 예는, DEXA법으로서 알려져 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 데이터 처리 방법 및 데이터 처리 장치는, 에너지 변별형의 X선 검출을 실시하는 시스템이면 적용 가능하다. 특히, 광자 계수형 X선 검출을 탑재했을 경우에는, 정밀도가 최대가 된다. 그러한 시스템의 구체적인 예로서, X선 맘모그라피 장치, 치과용 X선 촬영 장치 등의 의료용 X선 장치, 이물 검사용의 X선 장치 등을 들 수 있다. 특히, 광자 계수형 X선 검출을 탑재했을 경우에는, 정밀도가 최대가 된다.
본 실시 형태에 따른 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법을 이러한 X선 시스템에 적용시키는 경우, 시스템과 일체로 구현 또는 탑재해도 되고, 통신라인으로 이들 시스템과 원격에서 네트워크 접속된 단말에 구현 또는 탑재해도 무방하다. 게다가, 에너지 변별형의 광자 계수형 X선 검출을 실시하는 시스템에서 검출된 X선 투과 데이터이면, 스탠드얼론의 처리 장치에 구현 또는 탑재해 실시해도 무방하다.
이러한 에너지 변별형의 광자 계수형 X선 검출을 실시하는 시스템은, 국제공개번호 WO2015/111728A1 등에 의해 알려져 있다.
이 X선 시스템의 기본 구성을, 도 1에 나타낸다. 동 도에 도시한 것처럼, 이 X선 시스템(X선 장치)(10)은, 연속 스펙트럼의 X선을 발생시켜, 이 X선을 빔상(beam shape)으로 콜리메이트(collimate)해서 오브젝트공간(OS)에 조사하는 X선 발생기(21)를 갖춘다. 이 X선 발생기(21)는, 고전압의 공급을 받아 구동하는 X선관(22)과, 이 X선관(22)의 출력측에 배치되어 X선관(22)에서 발생한 X선을 빔상의 X선으로 콜리메이트하는 콜리메이터(23)를 갖춘다. X선관(22)의 관초점(F)의 초점지름은 예를 들면, 0.5mmφ이며, 이 관초점(F)은 대부분 점상(dot-shape)의 X선원으로 간주할 수 있다. 이 관초점(F)으로부터 폭사(曝射)된 X선은, 여러가지 에너지(X선 에너지)를 가지는 광자(포톤)로 이루어진 선속(線束)으로 구성되어, 관전압에 상응한 연속적인 에너지 스펙트럼을 가진다.
이 X선 시스템(10)은, 게다가, 조사된 X선이 오브젝트공간(OS)에 위치하는 대상물(OB)을 투과해온 빔상의 X선을 검출하는 검출기(24)를 갖춘다. 검출기(24)는, 그 입사창의 직하에, X선을 직접, 전기 신호로 변환하는 반도체(CdTe나 CZT 등)를 가지는 검출층(25)을 가지고, 이 검출층(25)에 예를 들면, 200㎛×200㎛의 사이즈를 가지는 화소를 2차원으로 배열한 화소군이 형성되어 있다.
물론, 후술하는 바와 같이, 광자 계수형의 검출 구성을 갖춘다면, 상기 직접 변환형의 반도체 검출기를 대신해, X선을 신틸레이터(scintillator)에서 광 신호로 변환하고, 이 광 신호를 반도체 소자에서 전기 신호로 변환하는, 소위, 간접 변환형의 검출기를 채용해도 무방하다.
검출기(24)는, 게다가, 검출층(25)의 하측에, 각 화소의 검출 신호를 화소 마다 처리하는, 예를 들면, ASIC으로 만든 층상(層狀)의 데이터 수집 회로(26)를 가진다. 이 데이터 수집 회로(26)는, 검출층(25)의 화소군에 입사한 X선의 광자(포톤)의 수를 화소 마다 계수 가능한 광자 계수형 회로로서 구성되어 있다. 이에 더하여, 이 회로는, X선 에너지를 변별하는 역치의 설정에 의해, X선 스펙트럼이 복수의 X선 에너지 영역(BIN라고 부른다)으로 분할되고, 그 각 에너지 BIN에서 화소 마다 광자를 계수 가능하게 되어 있다.
이 때문에, 층상의 데이터 수집 회로(26)로부터, 각 에너지 BIN에서의 화소 마다, X선 광자의 입사에 응답한 전기 펄스 신호를 처리해 작성된 계수 데이터가 프레임 데이터(각 화소의 계수 데이터의 집합)로서 출력된다. 프레임 레이트는, 일례로서, 300fps~6,600fps까지 다양하다. 1개의 화소에 입사하는 광자의 중첩 현상을 제외하면, 예를 들면, 광자가 1개 입사하면, 1개의 전기 펄스가 여기(勵起)되므로, 화소 각각의 계수 데이터는 그 전기 펄스의 수를 반영한 것이다.
전술한 것처럼, 이 검출기(24)는, 검출 처리법의 관점에서, 광자 계수형(photon　counting　type)의 검출기로 분류된다. 즉, 이 검출기(24)는, 연속 에너지 스펙트럼을 가지는 X선(다색 X선: Polychromatic X-rays)을 여러가지 에너지를 가지는 포톤의 집합으로 간주하고, 그것들 포톤의 개수를 X선의 에너지 BIN(영역) 별로, 또한 화소 마다(덧붙여, 화소는 1개여도 복수여도 무방하다) 계수하도록 구성되어 있다. 이 에너지 BIN으로는, 후술하는 바와 같이, 예를 들면, 도 2에 나타내는 것처럼, 3개의 에너지 BIN: Bin1~Bin3이 설정되어 있다. 이 에너지 BIN: Bin의 수는 3개 이상이면, 4개여도 5개여도 무방하다. 에너지[keV]의 하한역치(TH1) 이하의 영역 및 상한역치(TH4)(관전압에 상당) 이상의 영역은, 계측 불가 또는 사용하지 않는 영역이다. 이 때문에, 이 역치(TH1~TH4) 사이의 영역이 1개(이 경우, 역치는 TH1 및 TH4 만) 또는 복수의 에너지 BIN으로 분할된다. 예를 들면, 역치(TH2, TH3)를 도 2와 같이 설정해, 3개의 에너지 BIN가 형성된다.
이상의 X선 조사ㆍ검출의 구성은, 국제공개번호 WO2015/111728A1 등에 의해 제안되고 있다.
오브젝트공간(OS)에 위치하는 촬영대상(OB)은, 빔상의 X선에 의해 스캔된다. 이를 위해서는, X선 발생기(21) 및 검출기(24)의 쌍과 촬영대상(OB)과의 일방이 타방에 대해서 상대적으로 이동하는 구성이면 무방하다. 일례로서, 식품 등의 X선 이물 검사의 경우에는, 벨트 컨베이어가 오브젝트공간(OS)을 통과하도록 배치된다. 이에 따라, 이 벨트 컨베이어 상에 촬영대상(OB)을 재치하는 것에 의해 촬영대상(OB)이 X선 스캔된다. 또, 의료용 시스템으로서, 치과용 파노라마 X선 촬영 장치가 있지만, 이 경우에는, X선 발생기(21) 및 검출기(24) 사이의 오브젝트공간(OS)에 촬영대상(OB)인 환자 악부(顎部)를 위치시킨다. 이 상태에서, X선 발생기(21) 및 검출기(24)의 쌍을 서로 대향시키면서 회전시킴으로써, 악부가 X선 스캔된다. 의료용 시스템으로서의 X선 맘모그라피 장치여도 마찬가지이다. 요점은, X선 발생기(21) 및 검출기(24)의 쌍과 촬영대상(OB)과의 사이에 상대적인 이동을 수반해 촬영대상(OB)이 스캔되면 무방하다.
검출기(24)로부터 출력되는 디지털량의 계측 데이터는, X선 시스템(10)에 탑재한 처리 장치 또는 X선 시스템(10)의 외부에 둔 처리 장치에 의해, 에너지 변별의 우위성을 향상시킨 처리가 이루어진다. 이 처리에는, 토모신세시스(Tomosynthesis)법에 따른 화상 재구성, 그 재구성 화상에 근거한 흡수 벡터 길이 화상(2차원 화상)의 작성, 및 그 재구성 화상에 근거한 3차원 산포도의 작성 등이 있다. 이들 처리는, 국제공개번호 WO2016/171186A1 등에 의해 제안되어 있다.
본 실시 형태에 따른 X선 시스템(10)은, 데이터 처리 장치(30)를 갖추고 있다. 이 데이터 처리 장치(30)는, 도 1에 도시한 것처럼, 일례로서, 마이크로 컴퓨터(CP)에 의해 구성된다. 이 컴퓨터(CP) 자체는 공지의 연산 기능을 가지는 컴퓨터로서 구성되면 무방하고, 검출기(24)에 통신라인(LN)을 통해 접속된 인터페이스(I/O)(31)를 갖춘다. 이 인터페이스(31)에는, 내부버스(B)를 통해, 버퍼메모리(32), ROM(read-only　memory)(33), RAM(random　access　memory)(34), CPU(central　processing　unit)(35A)를 갖춘 프로세서(35), 화상 메모리(36), 입력기(37), 및 표시기(38)가 서로 버스(B)를 통해 통신 가능하게 접속되어 있다. 덧붙여, 프로세서(35)의 호칭은, 연산 유닛, 연산기 등으로 불러도 무방하다. 또, CPU의 대신에, MPU(Micro-Procesing　Unit)를 이용해도 무방하다. 물론, 메모리로서의 ROM 및 RAM도 공지의, 다양한 형태의 것을 이용할 수 있다.
ROM(33)에는, 컴퓨터로 독출 가능한 계측치 보정 및 물질 동정 등을 위한 각종 프로그램이 미리 저장되어 있다. 이 때문에, ROM(33)은, 이러한 프로그램을 미리 기억하는 기억 영역(non-transitory　computer　recording　medium으로서 기능한다)(33A)을 갖춘다. 게다가, 이 ROM(33)은, 계측치의 빔하드닝 보정을 위한 빔하드닝 보정용 데이터(캘리브레이션(calibration) 데이터라고도 부른다)를 기억하는 제1, 제2의 기억 영역(33B, 33C)도 갖춘다.
프로세서(35)(즉, CPU(35A))는, ROM(33)의 기억 영역(33A)으로부터, 필요한 프로그램을 자신의 워크 에리어에 독출해 실행한다. 프로세서(35)는 화상 처리용의 CPU이다. 버퍼메모리(32)는, 검출기(24)로부터 보내온 프레임 데이터를 일시적으로 보관하기 위해서 사용된다. RAM(34)은, 프로세서(35)의 연산 시에, 연산에 필요한 데이터를 일시적으로 기억하기 위해서 사용된다.
화상 메모리(36)는, 프로세서(35)에 의해 처리된 각종 화상 데이터나 정보를 보관하기 위해서 사용된다. 입력기(37) 및 표시기(38)는, 유저와의 사이의 맨ㆍ머신 인터페이스로서 기능하고, 이 중, 입력기(37)는 유저로부터의 입력 정보를 받아들인다. 표시기(38)는, 프로세서(35)의 제어 하에서 화상 등을 표시할 수 있다.
데이터 처리 장치(30)는, 전술한 것처럼, X선 시스템(10)과 일체의 진단 장치 또는 검사 장치로서 설치되어도 무방하다. 또, 데이터 처리 장치(30)는, 본 실시 형태와 같이, X선 시스템(10)에 대해서 통신라인(LN)을 통해 통신 가능하게 접속되어 있는 경우, 상시 온라인으로 접속되어 있어도 되고, 필요할 때에만 통신 가능하게 되어도 무방하다. 게다가, 데이터 처리 장치(30)는 스탠드얼론 형식으로 설치되어 있어도 무방하다. 물론, 데이터 처리 장치(30)는, 파이프라인 처리 등을 실시하는 하드웨어 회로로 구성되어 있어도 무방하다.
<데이터 수집 및 데이터 취득>
따라서, 상술의 X선 시스템(10)에 의하면, 도 3에 모식적으로 도시한 것처럼, 검출기(24)의 화소 P1, P2, P3, …, Pn의 각각에서, 상술한 3개의 에너지 BIN: Bin1, Bin2, Bin3에 대응한 선감약계수 μ1,　 μ2,　 μ3에 근거하는 감약량 μ1t,　 μ2t,　 μ3t가 연산된다. 여기서, t는, 대상물을 통과하는 X선빔의, 대상물 내 패스의 길이(두께)이다. 즉, 이 3개의 물리량인 감약량 μ1t,　 μ2t,　 μ3t를, 각각, 1개의 물리적인 차원으로서 파악함으로써, 각 화소 P1(P2, P3, …, Pn)에서 선감약계수의 3차원 벡터(μ1t,　 μ2t,　 μ3t)를 연산상 만들어낼 수 있다. 도 3의 일부에는, 이 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)를 모식적으로 나타내고 있다. 이 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)는 본 실시 형태에서는, '화소 벡터'라고도 칭할 수 있다.
게다가, 이 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)의 3차원적 기울기(θ, φ: 도 3 참조)는, 각 검출기 화소에서, 그 화소에 투영되는 X선 패스에 따라 존재하는, 대상물 내의 하나 또는 복수의 원소로 된 물질(이하, 단지 '물질'이라고 부른다)에 고유하다는 것이 알려져 있다. 즉, 물질을 구성하는 원소의 종류에 따라, 통계적 노이즈로 인한 편차를 제외하고, 그 3차원적 기울기(θ, φ)는 같은 값을 채용한다. 이 점은, 국제공개번호 WO2016/171186A1(3차원 산포도) 등에 의해 나타나고 있다.
게다가, 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)의 길이 L는, 각 검출기 화소에 입사하는 X선의 감약량의 정보를 반영한 물리량을 나타내고 있다. 즉, 선감약계수 μ가 클수록, 또 물질 두께 t가 클수록, X선 감약량 μt는 커진다. 이것도 마찬가지로, 국제공개번호 WO2016/171186A1(3차원 산포도) 등에 의해 나타나 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에서, 데이터 처리 장치(30)는, 주어진 특유의 물질 동정 처리를 실시하기 위해 필요한 생데이터(raw data)로서, 검출기로부터 그 화소 마다 출력되는 포톤 카운트, 즉, 출사 포톤 수 Co1, Co2, Co3을 입력시킨다(도 4, 스텝(S11)). 게다가, 그 각 검출기 화소에 대한 입사 광자 수 Cl1, Cl2, Cl3과, 출사 포톤 수 Co1, Co2, Co3과의,
　　　Co1 = Cl1×e(-μ1t)
　　　Co2 = Cl2×e(-μ2t)
　　　Co3 = Cl3×e(-μ3t)
의 관계로부터(여기서, e는 지수 함수를 나타낸다), 3개의 에너지 BIN: Bin1, Bin2, Bin3 각각에 대응한 X선 감약량 μ1t,　 μ2t,　 μ3t를 연산한다(도 4, 스텝(S12)).
여기서, μ1,　 μ2,　 μ3은 각 에너지 BIN: Bin1~Bin3에서의 가상의 평균 선감약계수(즉, 각 에너지 BIN의 실효 에너지에 대한 선감약계수)이며, 두께 t에는 의존하지 않는다고 하는 조건이 전제가 되어 있다. 덧붙여, 입사 광자 수 Cl1, Cl2, Cl3은 대상물을 두지 않은 상태에서 수집된 데이터이며, 통상, 사전에 수집되고 있다.
그래서, 데이터 처리 장치(30)는, 상술한 X선 감약량 μ1t,　 μ2t,　 μ3t에 근거해 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)를 검출화기소 마다 연산해 기억한다(도 4, 스텝(S13, S14)). 여기까지의 처리는, 예를 들면, 국제공개번호 WO2016/171186A1에서도 나타나고 있다. 이 때문에, 데이터 처리 장치(30)는, 이러한 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t), 즉, 화소 벡터를 연산하는 화소 벡터 연산 수단을 기능적으로 가지고 있다.
<본 실시 형태의 독특한 물질 동정>
데이터 처리 장치(30)는, 상술한 바와 같이, 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)의 준비가 갖추어지면, 예를 들어, 유저로부터의 인터랙티브(interactive)한 지령에 따라, 이하에 나타내는 물질 동정를 실시할 수 있다.
여기서, 물질 동정이란, 물질을 구성하는 원소(1개 또는 복수의 원소)의 종류를 나타내는 정보(예를 들면, 실효 원자 번호(Zeff)), 및 물질의 성상의 변화를 나타내는 정보에 더하여, 그 물질의 양을 나타내는 정보를 제시하는 것이다. 본 실시 형태에 대해서는, 이 물질의 양을 나타내는 정보를 제시할 수 있다는 것은, 종래에는 없던 획기적인 것이다. 종래에는, X선의 조사를 받은 대상물 내의 물질(1개 또는 복수 원소의 조합으로 이루어진 혼합물)의 종류(예를 들면, 연조직(軟組織)이나 경조직(硬組織)인지, 지방이나 칼슘이나 철분인지 등)를 식별 가능한 정보를 제시하는 것, 및 성상의 변화(물질이 본래 상태의 원소 비율로부터 어느 정도 변화하고 있는지 등. 예를 들어, 산화ㆍ환원 등의 화학 작용에 의해 물질의 부패가 진행되는 등)를 나타내는 정보를 제시하는 것은 나타나 있었다. 그렇지만, 이것만으로는 불충분하고, 물질의 종류나 성상에 관한 정보에 더하여, 그 양에 관한 정보의 취득이 절실히 요망되고 있다.
본 실시 형태에서는, 물질의 종류나 성상을 나타내는 정보의 취득에 더하여, X선 패스 방향에 존재하는 물질의 양을 나타내는 정보도 고정밀도로 추정한다. 즉, 대상물 내에 굳어져 있거나 혹은 산재(散在)해 있는 물질의 양적 정보도 얻을 수 있다. 이에 따라, 종래에는 없는 획기적인 X선에 의한 물질 동정의 취득 정보의 풍부화를 도모할 수 있다.
이를 위한 처리로서, 데이터 처리 장치(30)는, 크게는, 대표 벡터 연산(도 5, 스텝(S31)), 및 물질 정보 취득(스텝(S32))을 실시한다. 이 중, 스텝(S31)은, 대표 벡터 연산 수단을 기능적으로 구성하는 대표 벡터 연산 유닛을 제공하고, 스텝(S32)은, 물질 정보 취득 수단을 기능적으로 구성하는 물질 정보 취득 유닛을 제공한다.
이 중, 대표 벡터 연산이란, 복수의 검출기 화소에 있어서의 1개 또는 복수의 검출기 화소에 근거해 가상적으로 설정한 복수의 탐색 영역(묶은 검출기 화소 또는 묶지 않은 1개의 검출기 화소)의 각각 마다, 상기 복수의 탐색 화소의 각각에 속한 검출기 화소의 n차원(예를 들면, 3차원)의 벡터를 n차원 공간 상에서 상호 벡터 가산하여, 상기 복수의 탐색 영역 각각을 대표하는 상기 n차원의 대표 벡터를 상기 탐색 영역 마다 연산하는 것이다.
또, 이 대표 벡터 연산을 거쳐, 물질 정보 취득 처리로서, 「탐색 영역 마다의 대표 벡터와, X선이 상기 물질을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역('메쉬 영역'이라고도 부른다)에 근거해, 대상이 되는 물질의 양, 종류 및 성상(性狀) 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 취득하는」 것이다.
이하, 이 대표 벡터 연산(스텝(S31)), 및 물질 정보 취득(스텝(S32))을 순서대로 상술한다.
<대표 벡터 연산(스텝(S31))>
지금, 도 7의 (A)에 도시한 것처럼, 검출기(24)에 물리적으로 설정한 화소(검출기 화소)로서 서로 인접하는 4개의 화소 P11, P12, P21, P22를 신호적으로 묶어 1개의 탐색 영역 EXn, m(n=1, 2, …p, m=1, 2, …q: p, q는 2 이상의 정의 정수)으로서 설정한다(스텝(S311)). 물론, 각 화소 P11(~P22)을 1개의 탐색 영역 EX1로 가정해도 무방하다.
이들 4개의 검출기 화소 P11, P12, P21, P22의 각각에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전술한 준비 처리에 의해 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)가 설정되어 있으므로, 데이터 처리 장치(30)는, 이러한 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)의 데이터를 워크 에리어에 독출한다(스텝(S312)).
다음으로, 데이터 처리 장치(30)는, 독출한 4개의 검출기 화소 P11, P12, P21, P22의 각각의 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)를, 그 3축의 성분마다 상호 가산하는, 벡터 가산을 실시하고(스텝(S313)), 이에 따라, 탐색 영역 EXn, m의 합성 벡터(Vs)를 대표 벡터로서 얻는다(도 7 참조). 이에 따라, 각 화소 Pi, j(i, j=1, 2)가 가지는 3차원 벡터 (μ1t,　 μ2t,　 μ3t)의 방향 성분을 계산한 벡터량을 얻는다.
다음으로, 데이터 처리 장치(30)는, 합성 벡터(Vs)의 길이 VL과, 그 2개의 편각 θ, π/2-φ를 연산해, 기억한다(스텝(S314)). 이에 따라, 합성 벡터(Vs)를 3차원 공간 상에서 일의(一意)로 정의할 수 있는 길이 및 편각의 정보를 얻을 수 있다.
이러한 처리는, 검출기 화소 상의 모든 탐색 EXn, m에서 실행된다(스텝(S315, S316)).
<물질 정보 취득(스텝(S32))>
다음으로, 데이터 처리 장치(30)는, 대상 물질의 정보를 얻는 처리를 실시한다(스텝(S32)(도 8: 스텝(S321~S327))).
우선, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 상기 3차원의 좌표 상에서 상기 대표 벡터가 2개 축에 대해 나타내는 2개의 편각 θ, π/2-φ를 각각 할당한 2차원 편각 좌표가 설정된다(스텝(S321): 기능적으로 2차원 편각 좌표 설정 수단에 상당한다). 이 2차원 편각 좌표를 도 9에 모식적으로 나타낸다.
다음으로, 이 2차원 편각 좌표에, 전술한 복수의 단위 영역의 각각으로서, 물질의 종류를 동정할 때의 동정 분해능에 대응시킨 2차원의 복수의 단위 영역 UR(π/2-φp, θl: p, k는 정의 정수이고, p=1, …, m, …, l=1, …, n, …)이 가상적으로 설정된다(스텝(S322): 기능적으로 단위 영역 설정 수단에 상당한다). 덧붙여, 이 단위 영역의 설정 시에, 데이터 처리 장치(30)는 설정 도중의 2차원 편각 좌표를 표시기(38)에 표시시켜, 유저와의 사이에 인터랙티브하게 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)의 크기를 조정하면서 설정해도 무방하고, 미리 디폴트로 설정한 크기의 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)을 표시해도 무방하다(스텝(S322A): 기능적으로 단위 영역 표시 수단에 상당한다).
이 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)의 도 10의 (A), (B)에 근거해 설정법을 예시한다. 이 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)은, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 메모리 공간 상에서 유저와의 사이에 인터랙티브하게 설정해도 무방하고, 미리 메모리 상에 설정해 두고, 이를 워크 에리어에 독출하는 것으로 설정해도 무방하다.
도 10의 (A)에 예시하는 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)은, 가로축에 π/2-φ를 채용하고, 세로축에 θ를 채용한 2차원 편각 좌표에 메모리 상에서(연산상) 미리 또는 그 자리에서 설정된다. 세로축은 등간격의 피치 Pφ로 분할되고, 가로축은 이와 동일 또는 상이한 피치 Pθ로 분할된다. 이에 따라, 2차원 편각 좌표 상에, 종횡이 등간격의 피치로 정방형상 또는 장방형상의 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)이 2차원적으로 설정된다. 이 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)의 각각에 복수의 대표 벡터(Vs)가 속한 경우, 이러한 대표 벡터(Vs)를 나타내는 원래의 검출기 화소에 입사하는 X선 패스 상의 물질은 동일한 원소(실효 원자 번호(Zeff)의 관점에서)로 된 물질끼리인 것으로 간주할 수 있다. 이 때문에, 이 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)은, 따라서, 물질이 동일 종류라고 간주할 수 있는지 여부를, 검출기 화소를 묶은 탐색 영역 EXn, m 마다 판별하는 판별기로서 기능한다. 게다가, 물질이 가지는 고유 벡터의 방향성을 2차원 편각 좌표상의 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)에 나타냄으로써, 검출기 화소 마다 그 벡터를 나타내는 경우에 비해, 사용하는 메모리 영역 및 연산 부하를 큰폭으로 줄이고, 연산의 스피드업을 도모할 수 있다.
또, 도 10의 (B)에 예시하는 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)은, 가로축: π/2-φ 상의 값이 커짐에 따라, 분할 피치 Pφ를 서서히 크게 하고, 또한, 세로축: θ이 커짐에 따라, 분할 피치 Pθ를 서서히 크게 한 예이다. 이는, 예를 들면, 원자 번호 Z=7~13의 물질을, 이 편각 좌표 상에서 나타냈을 때 이들 물질의 편각 π/2-φp, θ의 산포 위치는 반드시 직선이 되지는 않고, 도 10의 (A), (B)에 참고로 나타낸 것처럼, 원자 번호가 작은 동안에는 직선상이라고 할 수 있지만, 각 산포점의 간격은 원자 번호가 커짐에 따라 좁아지는 동시에, 커브진 곡선상이 된다. 이 때문에, 도 10의 (B)에서의 단위 영역의 설정법의 경우, 이 원자 번호가 커짐에 따라 산포점의 간격이 좁아지는 것을 고려해, 분할 피치 Pθ를 서서히 좁게 하고 있다. 이에 따라, 원자 번호가 좁아지는 경우에도, 동일 종류의 물질(실질적으로 동일 종류의 물질로 간주할 수 있는 경우를 포함한다)인지 여부의 판별 정밀도를 저하시키지 않도록 되어 있다. 덧붙여서, 원자 번호 Z=7~13의 물질은, 일례로서, 구강 내에 존재하는 복수 종의 물질이다.
덧붙여, 이 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)은, 2차원 편각 좌표 상에서 반드시 종횡 분할하는 것으로 설정하는 것에 한정하지 않고, 동 좌표 상에서 각 축에 대한 경사진 직선으로 분할해도 무방하고, 파형상(wave-shape)의 곡선을 사용해 분할해도 무방하다. 이 단위 영역은, 동종의 물질을 나타내는 1개 또는 복수의 3차원 대표 벡터(Vs)를 가능한 한 같은 단위 영역에 모아서, 후술하는 물질 공간 상의 웨이트값을 극력 정밀도 좋게 연산하는 것이므로, 이 정밀도와의 관계에서 적당한 분할 영역을 설정하면 무방하다.
다음으로, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 전술한 탐색 영역 EXn, m 마다의 3차원 대표 벡터(합성 벡터)(Vs)의 2개의 편각(π/2-φ, θ)이 연산된다(스텝(S323): 기능적으로 편각 연산 수단에 상당한다).
이것이 끝나면, 2차원 편각 좌표에서 3차원 대표 벡터(Vs) 각각의 2개의 편각(π/2-φ, θ)이 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)의 어느 하나에 분류되는지(속하는지), 그 편각의 값으로부터 판정된다(스텝(S324): 기능적으로 편각 판정 수단한다). 예를 들면, 같거나 또는 서로 비슷한 값의 편각(π/2-φ, θ)을 가지는 복수의 3차원 대표 벡터(Vs)가 있으면, 동일한 단위 영역 UR(π/2-φm, θn)에 속한다고 판정되고(도 9 참조), 그 판정 결과가 기록된다.
다음으로, 데이터 처리 장치(30)는, 단위 영역 UR(π/2-φp, θl) 마다, 상기 단위 영역에 속한 복수의 탐색 영역 EXn, m의 각각의 3차원 대표 벡터(Vs)를 워크 에리어에 독출하고, 이들 3차원 대표 벡터(Vs)의 벡터 길이를, 웨이트값으로서, 상호 가산한다(스텝(S325): 기능적으로 웨이트값 가산 수단에 상당한다). 이 웨이트값은, 웨이트값= μmρt로 나타내지는 스칼라량이며, μm은 각 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)에 모인 3차원 대표 벡터(Vs)를 나타내는 물질의 질량감약계수, ρ는 그 물질의 밀도, t는 그 물질의 X선 패스 상의 두께(양)이다. 이 웨이트값= μm'ρt는, 단위 영역 UR(π/2-φp, θl) 마다의 X선 감약의 정도를 나타내고, 또한, 물질의 양의 정보 t를 반영하고 있다.
다음으로, 단위 영역 UR(π/2-φp, θl) 마다의, 가산된 웨이트값을 화소치로 하는 3차원 또는 2차원의 웨이트값 화상이 연산되어, 그 화상 데이터가 기록된다(스텝(S326): 기능적으로 웨이트값 화상 연산 수단에 상당한다).
즉, 데이터 처리 장치(30)는, 기록 수단으로서, 물질 정보 취득의 하나의 처리로서, 물질 공간에서의 가상적으로 묶은 각 탐색 영역의 위치 정보와, 웨이트값으로 이루어진 화소치를 서로 대응지어 기록할 수 있다. 이에 따라, 웨이트값 화상을 준비에 생성할 수 있고, 그 표시에 용이하게 응할 수 있다.
도 11의 (A)에 3차원의 웨이트값 화상의 예를 모식적으로 나타낸다. 2차원의 편각(π/2-φ, θ)에 높이 방향의 차원으로서 웨이트값 「μm'ρt」이 할당되고 있다. 이 질량감약계수 μm은, 각 단위 영역 UR(π/2-φp, θl)을 대표하는 대표 질량감약계수라고 정의할 수 있고, 이 대표 질량감약계수 μm'은,
　　　μm'={(W1μ1m)2＋　…　＋W3μ3m)2}1/2
로 나타낼 수 있고, 에너지 영역 BIN: Bin1~Bin3에 대응시킨 W1~W3은 가중치 계수이며, 적당한 값을 채용한다. 덧붙여, 도 11의 (A)는, 참고를 위해, 원자 번호 Z=7~13을 가지는 팬텀 혹은 가상적인 팬텀을 대상물로서 이용하고 있으므로, 원자 번호 Z=7, 8, 9, …, 13의 물질의 웨이트값 「μm'ρt」가 높이 정보, 즉, 물질의 양을 반영한 정보로서 나타내지고 있다.
이 때문에, 예를 들면, 원자 번호 Z=7~13을 가지는 팬텀 혹은 가상적인 팬텀을 이용해, 도 11의 (B)에 도시한 것처럼, 가로축에 원자 번호를 채용하고, 세로축에 대표 질량감약계수 μm'를 취한 참조 곡선이 얻어지는 경우, 이 참조 곡선을 사용해 도 11의 (A)에 나타내는 3차원의 웨이트값 화상의 분포 위치의 캘리브레이션을 실시하고, 또한, 웨이트값 「μm'ρt」를 대표 질량감약계수 μm'로 나누는 연산을 함으로써, 도 11의 (C)에 나타내는 감약계수에 의존하지 않는, 물질량 「ρt」의 정보를 나타내는 3차원 물질 화상을 얻는다. 이 도 11의 (C)의 3차원 물질 화상에 의하면, 원자 번호가 커지고, 편각 π/2-φ, θ가 커짐에 따라, 물질량 「ρt」의 크기도 커지지만, 그 오름세는 억제되므로, 보기 편한 3차원 물질 화상이 된다.
게다가, 이 도 11의 (C)의 3차원 물질 화상을 편각 π/2-φ, θ의 2차원 평면에 투영하고, 그 높이 정보를 예를 들면, 휘도나 칼라로 표현하는 것으로, 도 11의 (D)에 나타내는 2차원 물질 화상이 얻어진다.
도 11의 (A), (C), (D)는 각각 물질의 종류는 양을 나타내는 정보를 포함하고, 또한, 그 물질 고유의 분포를 나타내는 좌표 공간이므로, 이러한 좌표를 3차원 또는 2차원의 물질 공간이라고도 부른다.
상기 도 11의 (A)~(D)의 경우에는, 원자 번호 Z=7~13을 가지는 팬텀을 촬영한 X선 데이터를 처리한 경우를 상정했지만, 실제로는, 이처럼 연속한 대상물은 존재하지 않는다. 이 때문에, 대상물에 포함되는 물질이 가지는 1개 원소 또는 복수 원소가 이루는 원자 번호, 실효 원자 번호에 상응한 분포가 얻어지게 된다.
또, 다양한 검사에 있어서, 대상이 되는 검사 대상물의 물질 구성을 사전에 계측해 파악할 수 있는 수단을 이용하면, 검사 목적에 따른 알고자 하는 물질 정보로서 표현할 수도 있다.
게다가, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 웨이트값 화상과 웨이트값 μmρt의 가산치에 근거해, 물질의 종류, 성상(性狀), 및 양(量) 중 적어도 하나를 나타내는 정보가 해석된다(스텝(S327): 해석 수단). 이 해석에서, 특히, 대상물의 물질의 양, 종류 및 성상 중, 적어도 양 및 종류를 나타내는 정보가 취득된다. 이 해석의 일 양태로서, 그 취득 정보를 예를 들어 표시기(38)를 통해 표시하는 것도 포함된다.
이 해석도 다종 다양한 양태로 제공할 수 있다.
<비교 방식>
이는, 예를 들면, 전술한 도 11의 (D)에서 얻어진 대상의 2차원 물질 공간의 물질 화상을, 경시적(經時的) 변화를 나타내는 물질 화상 또는 미리 정한 참조 물질 화상과의 사이에서 비교하고, 그 결과, 관찰한 요소를 보다 선명히 묘출하는 방식이다. 이 경우, 검사 대상물은, 동일한 촬영 조건, 즉, 검사 대상물은 동일한 X선관 전압, X선관과의 위치 관계, 확대율 등의 촬영 조건 하에서 촬영되는 것이 필요하다.
이 일례를 도 12에 모식적으로 나타낸다. 동 도에서, 환자의 구내(口內) 촬영된 참조 화상 Aoriginal이 준비되고, 이와 비교하기 위해 촬영된 물질 화상 Boriginal이 준비된다.
이들 화상 Aoriginal, Boriginal은 예를 들어 가우시안 필터나 Blur(흐림) 필터로 평활화되어, 필터링된 화상 Afilter, Bfilter가 얻어진다. 다음으로, 이 화상 Afilter, Bfilter에 대해, 화소 마다, Afilter/Bfilter가 실행되고, 비교 화상 Afilter/Bfilter가 얻어진다.
이 비교 화상 Afilter/Bfilter에 의하면, 물질의 양이 밀도나 질량감약계수에 의존하지 않고, 촬상한 물질 화상을, 다양한 시점을 가지는 데이터베이스로부터 참조 화상이나 표준적(평균적)인 물질 분포와 비교할 수 있다. 이에 따라, 차이는 경시적인 변화를 보다 현저하게 묘출시킬 수 있다. 게다가, 연조직＋골조직의 표준 팬텀이나, 골조직 만의 표준 팬텀의 참조 화상을 미리 준비해 둠으로써, 이들 참조 화상과의 비교 차분을 채용할 수 있다. 이에 따라, 연조직＋골조직의 촬영 화상으로부터 연조직을 가능한 한 많이 제거할 수 있어, 보려고 하는 골조직을 보다 고정밀도로 묘출할 수 있다.
<분리 방식>
이 탐색 영역 EXn, m 마다의 대표 벡터(Vs)를 이용하여, 분리 방식에 따라 연조직과 경조직을 분리하는 수법을, 구내 X선 촬영에 의한 치열(齒列)의 부분 화상을 예로 채용해, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다. 이 경우, 데이터 처리 장치(30)는, 관련된 분리 처리를 실시하는 물질 분리 수단으로서도 기능한다.
도 13에 도시한 것처럼, 치열의 부분 X선 화상에는, 크게 구분하면, B1: 에나멜질 부분(골조직으로 분류된다), B2: 치아부(골조직)＋치조골(골조직)＋연조직 부분, 및 B3: 치조골(골조직)＋연조직 부분으로 나뉜다. 게다가, 부분(B1, B2, B3)의 골조직의 실효 원자 번호(Zeff)의 값은 각각 다르다. 한편, 부분(B2, B3)의 연조직은 모두 동일 또는 동일한 정도의 실효 원자 번호(Zeff)를 가진다고 가정해도, 해석에는 거의 오차를 주지 않는다. 이는, 연조직의 대표 벡터(Vs)의 길이가 경조직의 그것에 비교해, 압도적으로 작기 때문이다.
그래서, 이 구내 X선 촬영에 의한 치열의 부분 화상으로부터 경조직을 분리하려면 이하와 같은 수법을 채용한다.
우선, 구내 구조물의 연조직에 대해서만, 탐색 영역 EXn, m의 대표 벡터(Vss)의 방향이 참조용으로서 사전에 데이터베이스화 된다. 이 참조용 데이터베이스를 작성할 때, 그 연조직에 가까운 인공 소재인 팬텀을 이용하여, 검출기 화소 마다, X선 수집 신호의 빔하드닝 현상이 공지의 수법으로 보정되고, 그 보정된 신호에 근거해 대표 벡터(Vs)가 연산된다.
즉, 일례로서, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 특정의 대상 물질과 유사한 실효 원자 번호를 가지는 팬텀에 근거해 X선의 빔하드닝 보정을 실시하는 보정 데이터를 취득하고(즉, 동 장치(30)는 보정 데이터 취득 수단으로서 기능한다), 그 보정 데이터에 근거해, 감산된 데이터에 빔하드닝 보정을 실시할 수 있다(즉, 동 장치(30)는 보정 수단으로서 기능한다). 이에 따라, 상기 화소 벡터는, 보정된 데이터에 근거해, n차원의 벡터를 검출기 화소 마다 연산된다.
다음으로, 구내 부위를 촬상해, 전술한 것처럼, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 탐색 영역 EXn, m 마다의 대표 벡터(Vs)를 연산하고, 이를 일시 보관한다.
이 연산된 대표 벡터(Vs)는, 도 14에 나타내는 감약량의 3차원 좌표에서 골조직과 연조직에 대한 합성 벡터, 즉, 실제로 촬상되고 연산된 벡터 정보인, 원점으로부터 늘어나는 긴 쪽의 벡터로 나타내진다. 동 도에서, 원점으로부터 늘어나는 짧은 쪽의 대표 벡터(Vss)는 전술한 사전에 수집했던 참조용의 연조직에 대해서만의 대표 벡터이다.
그래서, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 이 참조용의 대표 벡터(Vss)가 데이터베이스로부터 독출된다. 다음으로, 예를 들면, 전술한 것처럼, 원자 번호 Z=7, 8, 9, …13을 나타내는 팬텀을 이용해, 사전 수집된 산포점이 3차원 감약량 좌표 상에 매핑된다. 다음으로, 이 산포점을 매끄럽게 연결하는 곡선(CV)이 연산되어 매핑된다.
이후, 데이터 처리 장치(30)에 의해, 상기 곡선(CV)과, 실제 촬상에 관련된 합성 벡터(Vs)의 길이 방향과, 원점을 잇는 면(PL)(사선부 참조)이 연산된다.
다음으로, 상기 곡선(CV)과 실제 촬상에 관련된 합성 벡터(Vs)의 선단으로부터 상기 면(PL)을 따라, 또한, 상기 연조직의 대표 벡터(Vss)의 방향을 따라 선을 그어, 곡선(CV)과의 교점(KT)을 연산한다. 즉, 골조직과 연조직에 대응하는 실측된 대표 벡터(Vs)로부터, 미리 참조용으로서 보유하고 있던 연조직용의 대표 벡터(Vss)를, 3차원 감약량 공간(물질 공간의 일종이기도 하다)에서 벡터 감산함으로써, 구한 골조직에 대해서만 실제의 대표 벡터(VSB)가 연산된다. 이때, 이 대표 벡터(VSB)의 선단은 상기 곡선(CV) 상이므로, 그 위치가 대표 벡터(VSB)를 나타내는 물질의 실효 원자 번호(Zeff)를 나타내고 있다.
이 때문에, 데이터 처리 장치(30)는, 상기 연산을 모든 탐색 영역 EXn, m에 반복해 실시한다. 이에 따라, 모든 탐색 영역 EXn, m 각각에서, 구내의 부분 촬영한 범위에 존재하는 골조직을 나타내는 실효 원자 번호(Zeff) 및 대표 벡터(VSB)를 수집할 수 있다. 이 대표 벡터(VSB)의 정보를 전술한 것과 마찬가지로, 3차원 또는 2차원의 물질 화상의 처리를 할 수 있다. 또, 실효 원자 번호(Zeff)를 부분 화상에 중첩하는 등 각종 양태로 표시시키거나, 그 실효 원자 번호(Zeff)의 변화를 해독시킴으로써, 골밀도의 변화 등을 보다 정밀도 좋게 파악할 수 있다.
이는 오로지, 「골조직＋연조직」-「연조직」의 3차원 벡터 감산을 실시할 때, 공간 상의 단순한 벡터 감산이 아니라, 기준이 되는 원자 번호를 가지는 팬텀이 나타내는, 빔하드닝 보정된 면(즉, 상기 곡선(CV)이 이루는 면(PL))에 따른 벡터 감산을 실시하고 있는 것에 따른다. 이에 따라, 구한 골조직에 대한 대표 벡터(VSB)의 방향 및 길이를 보다 고정밀도로 추정할 수 있게 된다. 즉, 복수 물질에 미치는 빔하드닝 현상의 정도는, 원자 번호의 차이에 따라 상이한 것을 가미해, 골조직의 상태(골밀도 등)의 변화, 및 그 양을 반영한 정보를 보다 고정밀도로 추정할 수 있다.
덧붙여, 참조용의 연조직에 대한 대표 벡터(VSB)의 방향 정보는, 상기 연산을 실시할 때 실제 환자의 수집 데이터를 사용해 얻도록 해도 무방하다.
또, 덧붙여, 상기 실시 형태의 데이터 처리를 실시할 때, 검출한 X선 투과 데이터로부터 공기층에 의한 감약분을 빼는 처리를 전처리로서 실행하고, 이 공기층에 의한 노이즈분을 극력 배제한, 에너지 영역 마다의 수집 데이터를 이용해 상기 물질 동정를 실시하도록 하는 것이 바람직하다. 이 전처리는, 데이터 처리 장치(30)에 의해 기능적으로 제공되는 공기층 감산 수단으로서 제공된다.
게다가, 특히, 상술하고 있지 않지만, 상기 수집 데이터로부터, 특정의 하나 이상의 촬영 대상물과 유사한 조성 구성을 가지는 인공물 물질을 이용해 빔하드닝 보정을 실시하는 것이 필요하다.
나아가서는, 검출기 화소 단위, 에너지 영역 단위에서 구해진 X선 감약치 μ1t~μ3t에 각 W1~W3의 가중치 계수를 곱하여 처리하는 것이 바람직하다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 따른 데이터 처리 장치, 데이터 처리 방법, 및 X선 시스템의 구성에 의하면, 대표 벡터를 탐색 영역 마다 연산하고 있다. 이 연산에서, 그 탐색 영역에 속한 검출기 화소의 n차원의 벡터를 벡터 가산, 즉, n차원의 각 축방향으로 성분 가산을 실시해 전체를 대표하는 대표 벡터를 구하고 있다. 따라서, 각 검출기 화소에 대응해 구한 n차원 벡터의 방향을 반영하고, 또한, 각 n차원 벡터의 길이 성분을 그대로 반영시켜, 대표 벡터에 근거해 물질 정보 취득을 위한 처리를 실시할 수 있다.
더욱이, 물질 정보의 취득에는, X선이 상기 대상물을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역이 이용된다. 즉, n차원 좌표 공간 상의 대표 벡터를, X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 치환하고, 물질 정보를 해당 물질 공간 상의 단위 영역 마다의 정보로서 취득하고 있다. 이 때문에, 이 단위 영역의 사이즈를 적당한 임의 사이즈로 설정함으로써, n차원 좌표 공간 상의 다수의 대표 벡터가 가지는 물질 정보를 물질 공간 상에 분류하여(말하자면, 다치로 디지털화하여) 다룰 수 있다.
이와 같이, 탐색 영역 마다의 대표 벡터의 길이 정보를 소실시키지 않고, 또한, 물질 공간 상의 단위 영역으로의 분류에 의해, 원래 가지고 있던 대상물 내 물질의 양(두께)의 정보를 활용할 수 있다. 이에 따라, 적어도 물질의 양을 반영한 물질 정보를 얻을 수 있다. 이는, 종래에는 곤란하다고 생각되고 있었으므로, 획기적인 특징이다. 만일 탐색 영역이 상이한 위치에서, 다른 탐색 영역과 동일한 물질 공간 상의 단위 영역이 같은 경우에는, 각각의 물질의 양에 관해 가능하다. 이에 따라, 모든 탐색 영역 전체에서의, 각 물질 영역에서의 물질량을 파악할 수도 있다.
또, 물질 공간을 정의하고, 이 물질 공간 상의 단위 영역 마다 대표 벡터의 길이 정보를 가진 채로 물질 정보를 해석ㆍ표시할 수 있다.
따라서, 대상물 내의 물질의 양을 나타내는 정보를, 보다 적은 연산량으로, 보다 고정밀도로 제공할 수 있다.
덧붙여, 상기 실시 형태에서, 이하와 같이 더욱 다양한 변형이 가능하다.
검사 대상의 물질은 실질적으로 2종류의 특징적인 물질로 구성된다고 간주할 수 있을 때, 특정의 2개의 대상 물질과 유사한 실효 원자 번호의 팬텀을 설정해, 보정할 수 있다.
또, 복수의 에너지 영역으로서의 3개의 에너지 영역 각각 마다, 또한, 검출기 화소 마다, 빔하드닝 보정된 데이터에 가중치 부여 계수로 가중치 부여를 실시하도록 구성해도 무방하다. 그 가중치 부여 계수는, 상기 3개의 에너지 영역으로부터 정해지는 대표 벡터의 신호에 대한 노이즈 양인 S/N비가 최대가 되도록 설정되어 있어도 무방하다.
또, 해석ㆍ표시의 다른 양태로서, 웨이트값 화상으로부터, 물질의 밀도 ρ와 X선 물질에서의 투과 패스 방향의 두께 t에만 상당하는 양을 화소치로 하는 화상을 생성ㆍ표시하는 수단을 갖추고 있어도 무방하다.
게다가, 해석ㆍ표시의 다른 양태로서, 대표 벡터로부터, 상기 대표 벡터의 길이를 탐색 영역 마다의 화소치로 하는 대표 벡터 길이 화상을 생성하도록 해도 무방하다. 이 경우, 검출기로부터의 데이터에 근거해 검출기 화소의 화소치를 재구성하여 원화상을 재작성하는 수단을 갖추고, 해석ㆍ표시의 다른 양태로서, 원화상기대표 벡터 길이 화상, 및 웨이트값 화상 중, 적어도 2개의 화상 중의 하나에 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역의 위치를 나타내는 정보를 다른 화상 상에, 상기 관심 영역의 위치에 연계시켜 표시하도록 해도 무방하다.
게다가, 해석ㆍ표시의 다른 양태로서, 대표 벡터 길이 화상 및 웨이트값 화상 중 일방에 관심 영역을 설정하고, 그 일방의 화상에 설정된 관심 영역의 위치를 나타내는 정보를 타방의 화상 상에, 상기 관심 영역의 위치에 연계시켜 표시하고, 관심 영역의 부분을 이루는 대표 벡터 길이 화상 및 웨이트값 화상의 국소적인 화상 데이터를 보존하도록 하면 무방하다.
게다가, 상기 국소적인 화상 데이터를 더 처리하는 화상 처리 수단을 마련해도 무방하다.
본 실시 형태에 따른 X선 시스템에서, 일례로서, 특정의 2개의 대상 물질은, 골등가(骨等價) 물질과, 연조직이다.
게다가, 본 실시 형태에 따른 X선 시스템에서, 상기 n개는 2 이상의 정수 개이며, 상기 정수 개의 에너지 영역 각각에 속한 연속 X선은, 1대의 X선 발생 장치로부터 상기 대상물에 시계열적으로 조사되거나, 또는 상기 정수 개 대의 X선 발생 장치로부터 상기 대상물에 개별적으로 또한 시계열적으로 조사되고, 상기 X선의 감약 정도를 나타내는 데이터는, 상기 검출기 화소의 각각에 입사하는 단위시간당 X선 광자의 에너지의 일정시간 마다의 적분치 또는 상기 X선 광자의 일정시간 마다의 계수치를 나타내는 데이터이며, 적분형 또는 광자 계수형 X선 검출 장치로부터 출력되는 데이터여도 무방하다.
또, 이 X선 시스템에서, 상기 n개는 2 이상의 정수 개이며, 1대의 X선 발생 장치로부터 상기 대상물에 조사되어 상기 대상물을 투과한 X선을, 상기 X선 발생 장치로부터 가까운 쪽에서 먼 쪽으로 순서대로 나열하는 상기 정수 개 분의 X선 적분형 또는 X선 광자 계수형의 X선 검출 장치에, 각각 설정한 상기 정수 개의 에너지 영역의 검출 특성에 따라, 상기 정수 개의 X선 검출 장치로부터, 상기 정수 개의 에너지 영역 각각에 속한 연속 X선에 상응한 데이터가 출력되고 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1~30의 어느 한 항에 기재된 데이터 처리 장치.
<응용에 대하여>
본 발명은, 화상의 콘트라스트 분해능이 높은 것, 선예도(線銳度)가 우수한 것, 종래에 없는 물질과 물질량을 나타내는 정보를 동시에 추정할 수 있는 것, 그 정밀도가 매우 높은 것, 직관적으로 화상에서 양자(兩者)를 파악할 수 있는 것, X선량이, 현상(現狀)의 각 분야에서 실시되고 있는 화상에 진단되는 진단 기기와 동일한 정도의 X선량에서도 화상화 가능한 것, 더욱이, 본 발명의 원리로부터 X선량을 1/3~1/4 정도로 저감할 수 있는 것 등의 특징이 있다. 이 때문에, 넓게는 의료기기 분야, 비파괴 검사 영역, 홈랜드 시큐리티(Homeland Security) 영역 등에서 사용 가능하고, 응용 가능성의 일부를 하기에 간단한 작용 효과와 함께 기술한다.
<의료 응용>
1) 맘모그라피 …　환자 피폭선량 저감과 유선 함유율의 동정(同定)에 의한 X선 선량의 최적화, 고유선 환자에 있어서의 악성 종기 검출 감도 향상 등.
2) 흉부 촬영 장치　…　환자 피폭선량 저감, 선예도와 콘트라스트 분해능의 향상에 따른 폐암 검출율 향상, 부가 정보로서, 요오드 검출에 의한 갑상선 이상 검출, 골다공증 검출, 석회화 검출 등.
3) 정형용 진단 장치　…　초기 골절의 검출, 류마티스의 검출, 골다공증 검출, 임플란트 계획 등.
4) 구내 촬영 장치　…　환자 피폭선량 저감, 골다공증의 검출, 치주병 검사, 염증 반응의 검출, 임플란트 시비 판정, 예후 진단 등.
5) 치과용 파노라마 장치　…　환자 피폭선량 저감, 골다공증 진단, 치주병 검사, 경동맥 석회화, 상악동염(上顎洞炎; inflammation of the maxillary sinus) 검사 등.
6) 조영제 적용 검사　…　환자 피폭선량 저감, 조영제의 대폭 저감, 심장, 간장, 신장 등등의 기능 진단, 타겟의 동정, 치유도의 진단 보좌 등 치료 장치와 병용, 중금속 나노 입자 조영제와의 조합으로 치료 계획, 암 진단 등.
7) 회진용 X선 장치　…　환자 피폭선량 저감, 소형화, 진단 정밀도의 대폭 향상, 촬영의 자유도 향상 등.
8) 의료용, 치과용 CT　…　환자 피폭선량 저감, 현상의 Spectroscopic　CT의 정밀도 대폭 향상.
9) 체(體) 조성 분석 장치　…　환자 피폭선량 저감, 소형화, 골염정량(骨鹽定量), 지방량 분석 등의 정밀도 대폭 향상, 스포츠 의학에의 응용 등.
10) 재택용 X선 장치　…　환자 피폭선량 저감, 소형화, 원격의 독영의(讀影醫)에 화상 정보를 보내 진단하는 원격 의료와 조합해, 정밀도 높은 진단, 개발 도상국에 대한 의료, 선진국의 거점 병원의 진단 부하 저감 등.
<비파괴 검사 응용>
1) 식품 이물 검사　…　장치의 소형화, 검출 감도 향상, 이물 종류의 특정, 검사 대상의 비약적인 확대 등.
2) 물림(Biting) 검사　…　고감도, 소형화, 식품 이물과 동시 검사.
3) 슈퍼마켓 등 판매측에서 사용 가능한 검사 장치　…　X선 관리 구역 외부에서 사용 가능한 X선 장치로, 소매에 가까운 장소(편의점, 슈퍼마켓 등)에서 채용 가능한 식품 이물 검사 장치 혹은 부패 검출 장치 등.
4) 신선 어류, 식용 육류의 조성 분석　…　지방 질량의 분석, 어류나 가축의 산 채 검사, 근육량 파악, 기생충 검사 등.
5) 경주마의 골절 검사　…　검사 장치의 소형화, 가반성(可般性) 향상, 초기 골절의 검사, 검사부의 확대에 의한 효율화 등.
6) 진주(眞珠) 양식(養殖) 검사　…　소형화, 고속화, 진주의 생육도, 형상 등의 검사.
7) 식품의 성상(性狀) 변화 검사　…　발효ㆍ부패 과정 등의 산화ㆍ환원 반응을 보는 것 등.
8) 회화, 골동품, 고분 벽화 등의 분석 장치　…　그림 물감, 혼입물의 성분 분석 등.
9) 리튬 전지 검사 장치　…　내부 구조 검사, 축전(蓄電) 이상의 검사 등.
10) 공업 제품 검사 장치　…　결함품 검사, 어셈블의 에러 검사, 불량품 검사, 두께 측정, 오일의 열화 등.
11) 금속 제품 검사　…　내부 결함, 균열, 기공(巢, blowhole), 부식의 검사 등.
12) 배관 파이프 검사　…　균열, 두께, 부식(산화) 검사 등.
13) 에멀젼 액체물의 검사　…　2액 혼합도나 액체 성분의 관리 등.
14) 복수 종 금속의 준별(峻別)　…　복수 종의 금속이 혼합해 존재하는 경우의 준별ㆍ분류, 특정 금속의 함유 검사, 금속 순도의 검사 등.
[0119]
<홈랜드 시큐리티 응용>
1) 수화물 검사　…　장치의 소형화, 검출 정밀도 향상, 공항, 박물관, 홀, 세관, 스타디움, 공적 회의장 등등에서 사용 가능.
2) 마약ㆍ약물 검사　…　고속, 고정밀의 검사.
3) 지폐 위조 검사　…　고정밀도, 고속의 검사.
4) 방사성 물질 검사　…　통상의 위험물 검사 혹은 농작물, 어류의 상기 검사와 방사성 물질 혼입의 동시 검사, 토양 검사 등.
본 발명에 따른 데이터 처리 장치, 데이터 처리 방법, 및 X선 시스템은, 상술한 실시 형태 및 변형예와 관련되는 구성으로 한정되는 것은 아니고, 특허 청구범위에 기재된 요지를 변경하지 않는 범위에서, 종래 주지의 구성과 조합하는 등, 더욱 다양한 양태로 변경 가능한 것이다.

Claims (37)

  1. n개(n은 3 이상의 정의 정수)의 에너지 영역이 서로 다른 연속 X선을 대상물에 조사해, 상기 n개의 에너지 영역의 각각 마다 검출기가 가지는 복수의 검출기 화소 각각에 의해 상기 대상물을 투과해온 X선의 감약 정도를 나타내는 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치에 있어서,
    상기 n개의 에너지 영역의 각각에 대응한, 상기 X선의 상기 대상물을 투과할 때의 선감약치에 상당하는, 상기 n개에 대응한 n차원의 벡터를 상기 데이터에 근거해 상기 검출기 화소 마다 연산하는 화소 벡터 연산 수단과,
    상기 복수의 검출기 화소에서의 1개 또는 복수의 검출기 화소에 근거해 가상적으로 설정한 복수의 탐색 영역의 각각 마다, 상기 복수의 탐색 화소의 각각에 속한 상기 검출기 화소의 상기 n차원의 벡터를 n차원 공간 상에서 상호 벡터 가산하여, 상기 복수의 탐색 영역 각각을 대표하는 상기 n차원의 대표 벡터를 상기 탐색 영역 마다 연산하는 대표 벡터 연산 수단과,
    상기 탐색 영역 마다의 상기 대표 벡터와, 상기 X선이 상기 대상물을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역에 근거해, 상기 대상물의 물질의 양, 종류 및 성상 중, 적어도 양 및 종류를 나타내는 정보를 취득하는 물질 정보 취득 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 탐색 영역의 각각은, 상기 복수의 검출기 화소 중 하나의 검출기 화소의 영역으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 탐색 영역의 각각은, 상기 복수의 검출기 화소에서의 소정 수의 서로 인접하는 복수의 검출기 화소를 가상적으로 묶어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 탐색 영역의 각각은, 상기 복수의 검출기 화소 중 이산(離散)한 화소의 영역으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 n개는 3개이고,
    상기 화소 벡터 연산 수단은, 상기 n차원의 벡터로서 3차원 벡터를 상기 탐색 영역 마다 연산하도록 구성되고,
    상기 대표 벡터 연산 수단은, 3차원 공간 상에서 상기 단위 영역을 대표하는 3차원 대표 벡터를 상기 탐색 영역 마다 연산하도록 구성되고,
    상기 물질 정보 취득 수단은, 상기 탐색 영역 마다의 상기 3차원 벡터와, 상기 단위 영역에 근거해, 상기 물질의 종류 및 성상 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 취득하도록 구성된
    것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 물질 정보 취득 수단은,
    상기 3차원의 좌표 상에서 상기 대표 벡터가 2개 축에 대해 나타내는 2개의 편각을 각각 할당한 2차원 편각 좌표를 설정하는 2차원 편각 좌표 설정 수단과,
    상기 2차원 편각 좌표에, 상기 복수의 단위 영역의 각각으로서, 상기 물질의 종류를 동정할 때의 동정 분해능에 대응시킨 2차원의 단위 영역을 가상적으로 설정하는 단위 영역 설정 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단위 영역 설정 수단에 의해 설정되는 상기 2차원의 단위 영역을, 그 설정 도중에 인터랙티브하게 또는 설정 후에 표시하는 단위 영역 표시 수단
    을 갖추는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 물질 정보 취득 수단은,
    상기 탐색 영역 마다의 상기 3차원 대표 벡터의 상기 2개의 편각을 연산하는 편각 연산 수단과,
    상기 2차원 편각 좌표에서 상기 3차원 대표 벡터 각각의 상기 2개의 편각이 상기 단위 영역의 어느 하나로 분류되는지를 판정하는 편각 판정 수단과,
    상기 단위 영역 마다, 상기 단위 영역에 속한, 상기 탐색 영역의 복수의 상기 3차원 대표 벡터 중 해당하는 3차원 대표 벡터의 벡터 길이를, 상기 단위 영역 마다의 X선 감약의 정도를 나타내는 웨이트값(μmρt: μm은 상기 X선이 상기 각 검출기 화소를 향해 상기 대상물을 투과할 때의 X선 패스 상에 존재하는 상기 대상물의 질량감약계수, ρ는 상기 X선 패스 상에 존재하는 상기 대상물의 밀도, t는 상기 대상물에서의 상기 X선 패스 상의 길이)으로서, 상호 가산하는 웨이트값 가산 수단과,
    상기 단위 영역 마다의 상기 가산된 웨이트값을 화소치로 하는 웨이트값 화상을 연산하는 웨이트값 화상 연산 수단과,
    상기 웨이트값 화상과 상기 웨이트값의 가산치에 근거해, 상기 물질의 종류 및 성상 중 적어도 하나를 나타내는 정보를 해석하는 해석 수단
    을 갖추는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 웨이트값 화상의 화소치에 근거해, 상기 물질에 포함되는 1개 원소의 원자 번호 또는 복수 원소로 이루어진 물질의 실효 원자 번호를 특정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 웨이트값의 가산치에 근거해, 해당하는 실효 원자 번호로 나타나는 물질의 양을 나타내는 정보를 동정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 실효 원자 번호로 나타나는 물질의 양(t)을 반영한 정보를 동정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 단위 영역 마다 상기 물질의 질량감약계수(μm)와 밀도(ρ)의 곱(積)을 구하는 수단과,
    이 곱으로부터 상기 양(t)을 구하는 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 양(t) 또는 상기 양(t)에 근거해 처리되는 양을 반영한 정보를 표시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질 정보 취득 수단은,
    상기 물질 공간에서의 상기 가상적으로 묶은 상기 각 탐색 영역의 위치 정보와, 상기 웨이트값을 화소치를 서로 대응지어 기록하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  15. 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 영역 설정 수단은,
    상기 2차원 편각 좌표의 2개 축을 소망 폭의 간격으로 복수 개 분할하고, 상기 좌표 상에 상기 소망 폭의 간격으로 정해지는 상기 복수 개의 2차원 소영역을, 상기 복수의 단위 영역으로서 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 2개 축의 상기 소망 폭은, 해당 각 축 상에서 미리 정해진 등간격의 폭인 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 2개 축의 상기 소망 폭은, 해당 각 축 상에서 미리 정해진 부등간격의 폭인 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 부등간격의 폭은,
    상기 2차원 편각 좌표 상에서 복수 원소의 편각 정보가 부등간격으로 매핑되는 것에 따라, 상기 복수의 단위 영역 각각으로 분류되는 상기 3차원 대표 벡터의 수를 균등화하도록 부등간격으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  19. 제5항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터로부터, 상기 X선이 투과한 공기층 분의 X선 감약량에 상응한 데이터를 감산하는 공기층 감산 수단
    을 갖추고,
    상기 화소 벡터 연산 수단은,
    상기 감산된 데이터에 근거해, 상기 n차원의 벡터를 상기 검출기 화소 마다 연산하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 물질 중 특정의 대상 물질과 유사한 실효 원자 번호를 가지는 팬텀에 근거해, 상기 X선의 빔하드닝 보정을 실시하는 보정 데이터를 취득하는 보정 데이터 취득 수단과,
    상기 보정 데이터에 근거해, 상기 감산된 데이터에 상기 빔하드닝 보정을 실시하는 보정 수단
    을 갖추고,
    상기 화소 벡터 연산 수단은,
    상기 보정된 데이터에 근거해, 상기 n차원의 벡터를 상기 검출기 화소 마다 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 실질적으로 2종류의 특징적인 물질로 구성된다고 간주할 수 있을 때, 상기 특정의 2개의 대상 물질과 유사한 실효 원자 번호의 팬텀을 설정해, 보정하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  22. 제6항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 3차원의 좌표 상에서 상기 대상물을 이루는 복수 종의 물질 각각에 대한 상기 3차원 대표 벡터의 감산을 실시해, 상기 복수 종의 물질의 분리를 실시하도록 구성된 것을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 3개의 에너지 영역 각각 마다, 또한, 상기 검출기 화소 마다, 상기 보정 수단에 의해 보정된 상기 데이터에 가중치 부여 계수로 가중치 부여를 실시하는 가중치 부여 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 가중치 부여 함수는,
    상기 3개의 에너지 영역으로부터 정해지는 대표 벡터의 신호에 대한 노이즈 양인 S/N비가 최대가 되도록, 상기 가중치 부여 계수가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  25. 제8항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 웨이트값 화상으로부터, 상기 물질의 밀도(ρ)와 상기 X선의 상기 물질에서의 투과 패스 방향의 두께(t)에만 상당하는 양을 화소치로 하는 화상을 생성하는 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  26. 제8항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 대표 벡터로부터, 상기 대표 벡터의 길이를 상기 탐색 영역 마다의 화소치로 하는 대표 벡터 길이 화상을 생성하는 대표 벡터 길이 화상 생성 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 데이터에 근거해, 상기 검출기 화소의 화소치를 재구성하여 원화상을 재작성하는 원화상 재작성 수단
    을 갖추고,
    상기 해석 수단은,
    상기 원화상, 상기 대표 벡터 길이 화상, 및 상기 웨이트값 화상 중, 적어도 2개의 화상 중의 하나에 관심 영역을 설정하는 관심 영역 설정 수단과,
    상기 하나의 화상에 설정된 상기 관심 영역의 위치를 나타내는 정보를 다른 화상 상에, 상기 관심 영역의 위치에 연계시켜 표시하는 연계 표시 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 대표 벡터 길이 화상 및 상기 웨이트값 화상 중 일방에 관심 영역을 설정하는 관심 영역 설정 수단과,
    상기 일방의 화상에 설정된 상기 관심 영역의 위치를 나타내는 정보를 타방의 화상 상에, 상기 관심 영역의 위치에 연계시켜 표시하는 연계 표시 수단과,
    상기 관심 영역의 부분을 이루는 상기 대표 벡터 길이 화상 및 상기 웨이트값 화상의 국소적인 화상 데이터를 보존하는 화상 데이터 보존 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 국소적인 화상 데이터를 더 처리하는 화상 처리 수단
    을 갖춘 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 특정의 2개의 대상 물질은, 골등가(骨等價) 물질과, 연조직(軟組織)인 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n개의 에너지 영역은, 1개의 연속 X선의 스펙트럼 상에 설정한 n개의 에너지 영역이고,
    상기 X선의 감약 정도를 나타내는 데이터는, 상기 검출기 화소의 각각에 입사하는 단위시간당 X선 광자의 수의 계수치를 나타내는 데이터이며, 광자 계수형 X선 검출 장치로부터 출력되는 데이터인
    것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  32. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n개는 2 이상의 정수 개이고,
    상기 정수 개의 에너지 영역 각각에 속한 연속 X선은, 1대의 X선 발생 장치로부터 상기 대상물에 시계열적으로 조사되거나, 또는 상기 정수 개 대의 X선 발생 장치로부터 상기 대상물에 개별적으로 또한 시계열적으로 조사되고,
    상기 X선의 감약 정도를 나타내는 데이터는, 상기 검출기 화소의 각각에 입사하는 단위시간당 X선 광자의 에너지의 일정시간 마다의 적분치 또는 상기 X선 광자의 일정시간 마다의 계수치를 나타내는 데이터이며, 적분형 또는 광자 계수형 X선 검출 장치로부터 출력되는 데이터인
    것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  33. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n개는 2 이상의 정수 개이고,
    1대의 X선 발생 장치로부터 상기 대상물에 조사되어 상기 대상물을 투과한 X선을, 해당 X선 발생 장치로부터 가까운 쪽에서 먼 쪽으로 순서대로 나열하는 상기 정수 개 분의 X선 적분형 또는 X선 광자 계수형의 X선 검출 장치에, 각각 설정한 상기 정수 개의 에너지 영역의 검출 특성에 따라, 상기 정수 개의 X선 검출 장치로부터, 상기 정수 개의 에너지 영역 각각에 속한 연속 X선에 상응한 데이터가 출력되고 있는
    것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  34. 제22항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 X선이 상기 대상물을 이루는 2종의 물질을 투과했을 때에 형성되는 상기 2종의 물질의 합성 물질을 나타내는 3차원 대표 벡터를, 상기 3차원 좌표의 원점과, 상기 2종류의 물질을 포함한 복수의 원자 번호가 다른 물질에 대해 빔하드닝 보정을 실시했을 때 나열된 상기 3차원 좌표상의 산포점을 매끄럽게 연결해 형성되는 곡선으로 형성되는 면을 참조하여, 상기 물질의 분리를 실시하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 해석 수단은,
    상기 2종의 물질 중 일방을 그 타방을 참조해 상기 물질의 분리를 실시하는 경우에 있어서, 상기 타방의 상기 3차원 대표 벡터를 사전에 기지(旣知)의 참조 벡터로서 준비하고, 상기 합성 물질을 나타내는 3차원 대표 벡터의 선단으로부터 상기 참조 벡터의 방향에 따라 상기 면에 투영하고, 상기 면 상의 투영 위치와 상기 원점을 잇는 벡터를, 상기 일방의 물질의 진정한 3차원 대표 벡터로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 장치.
  36. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 기재된 데이터 처리 장치를 일체로 탑재 또는 분리되면서 기능적으로 연계하는 X선 시스템.
  37. 연속 X선의 스펙트럼 상에 설정한 n개(n은 3 이상의 정의 정수)의 에너지 영역의 각각에 속한 에너지를 가지는 X선의 광자가, 주어진 복수의 물리적인 검출기 화소의 각각에 입사하는 단위시간당 상기 광자의 수를 계수하고, 그 계수치를 나타내는 데이터를 출력하는 광자 계수형 X선 검출 장치의, 상기 데이터를 처리하는 데이터 처리 방법에 있어서,
    상기 n개의 에너지 영역의 각각에 대응한, 상기 X선의 대상물을 투과할 때의 선감약치에 상당하는, 상기 n개에 대응한 n차원의 벡터를 상기 데이터에 근거해 상기 검출기 화소 마다 연산하고,
    상기 복수의 검출기 화소에서의 1개 또는 복수의 검출기 화소에 근거해 가상적으로 설정한 복수의 탐색 영역의 각각 마다, 상기 복수의 탐색 화소의 각각에 속한 상기 검출기 화소의 상기 n차원의 벡터를 n차원 공간 상에서 상호 벡터 가산하여, 상기 복수의 탐색 영역 각각을 대표하는 상기 n차원의 대표 벡터를 상기 탐색 영역 마다 연산하고,
    상기 탐색 영역 마다의 상기 대표 벡터와, 상기 X선이 상기 대상물을 투과할 때의 상기 X선의 감약 정도를 좌표 정보로서 가지는 물질 공간에 가상적으로 설정한 소망 사이즈의 단위 영역에 근거해, 상기 대상물의 물질의 양, 종류 및 성상 중, 적어도 하나를 나타내는 정보를 취득하는
    것을 특징으로 하는 데이터 처리 방법.
KR1020217028487A 2019-05-27 2020-05-27 데이터 처리 장치 및 데이터 처리 방법, 및, 그 장치 또는 방법을 탑재 또는 실시하는 x선 시스템 KR20210126647A (ko)

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