JP5606667B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、撮影条件を制御するＸ線制御部と画像再構成部とを有するＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、被検体をＸ線でスキャンし、得られた投影データに基づいて画像を再構成する。特許文献１のＸ線ＣＴ装置はスキャンに先立って被検体のスカウト撮影が行われ、スカウト像を参照することでスキャンすべき位置及び範囲を設定している。

スキャンにより得られた投影データは、前処理の一環としてビームハードニング（beam hardening）補正が施され、Ｘ線の線質硬化によるＣＴ値シフト（shift）、アーチファクト（artifact）が生じないようにしている。特許文献２によればビームハードニング補正は、予め定められた補正係数を用いて行われ、その補正係数はファントム（phantom）による実験等により求められている。
特開２００６−１１０１８３号公報 特開２００４−３１３５２４号公報

しかしながら、実際の被検体においては、撮影部位やＸ線照射方向等によりＸ線の線質硬化の程度がさまざまに変化するため、ファントムから求められた補正係数によって高精度なビームハードニング補正を行うことは困難な場合があり、再構成画像にストリークアーチファクト（streak artifact）等が発生してしまうことがある。

また、被検体の体型に応じてＸ線管電流を可変にする技術もあるが、被検体の体型によっては部分的にＸ線管電流が使用可能なＸ線管電流の上限を超えてしまうこともあり、上限を超えないようなＸ線管電流を用いるとＸ線線量が少なく鮮明な再構成画像を得ることができない。

そこで、本発明の目的は、被検体の撮影領域内に、線質硬化の程度やＸ線線量が不足する部分がある場合においても、当該撮影領域内の複数の断層像間において、均一な画質の断層像を得ることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することである。

第１の観点のＸ線ＣＴ装置は、被検体の撮影領域を、Ｘ線発生部からのＸ線でスキャンして得られるＸ線投影データに基づいて画像再構成を行うＸ線ＣＴ装置であって、前記被検体の撮影領域における前記被検体の体軸方向の位置に応じてスキャン中に前記被検体に照射される前記Ｘ線のＸ線ビーム線質を変化させるＸ線制御部と、変化したＸ線ビーム線質によるＸ線投影データに基づいて、前記撮影領域内において均一なＸ線ビーム線質相当の複数の断層像を画層再構成する画像再構成部と、を備える。

第２の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線制御部は、Ｘ線ビーム線質をＸ線発生部のＸ線管電圧の増減によって変化させる。

第３の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線制御部は、被検体のスカウト撮影によって得られた被検体情報に基づき、被検体の体軸方向の位置に応じてＸ線ビーム線質を変化させる。

第４の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線制御部は、第３の観点において、被検体のスカウト撮影により特定されたＸ線吸収量が所定の基準よりも大きい位置に対し、撮影領域内の他の位置よりも高いエネルギーのＸ線ビーム線質とする。

第５の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線制御部は、第３の観点において、被検体のスカウト撮影により特定された被検体の幾何学的特徴量に基づき算出されたＸ線管電流条件が、所定の基準よりも大きくなる位置に対し、所定の基準以下のＸ線管電流条件として撮影領域内の他の位置よりも高いエネルギーのＸ線ビーム線質とする。

第６の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線制御部は、スカウト撮影において、Ｘ線発生部から第１エネルギースペクトルを有するＸ線と、第１エネルギースペクトルとは異なる第２エネルギースペクトルを有するＸ線とを少なくとも１ビューごとに被検体に照射させることにより、被検体に含まれる各物質の位置情報を取得し、画像再構成部は、Ｘ線制御部により変化したＸ線ビーム線質によるＸ線投影データ又は当該Ｘ線投影データを用いて画像再構成して得られた断層像データについて、物質のＸ線吸収係数を用いた換算係数により均一なＸ線ビーム線質相当のデータに変換して撮影領域内において均一なＸ線ビーム線質相当の複数の断層像を得る。

第７の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線制御部は、Ｘ線ビーム線質を変化させる位置において、第１エネルギースペクトルを有するＸ線と、第１エネルギースペクトルとは異なる第２エネルギースペクトルを有するＸ線とを少なくとも１ビューごとに変化させ、画像再構成部は、Ｘ線ビーム線質を変化させた位置のＸ線投影データ又は断層像データについて、第１エネルギースペクトルを有するＸ線の第１のＸ線投影データ及び第２エネルギースペクトルを有するＸ線の第２のＸ線投影データ、又は第１のＸ線投影データ及び第２のＸ線投影データに基づき特定された被検体の物質に対するＸ線吸収係数を用いた換算係数により均一なＸ線ビーム線質相当のデータに変換して、撮影領域内において均一なＸ線ビーム線質相当の複数の断層像を得る。

第８の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１ないし第７の観点において、Ｘ線発生部から照射されたＸ線ビーム線質を検出するＸ線ビーム検出器を備え、Ｘ線投影データと関連づけて検出されたＸ線ビーム線質が記憶される。
第９の観点のＸ線ＣＴ装置のＸ線ビーム線質は、Ｘ線管電圧である。
第１０の観点のＸ線ＣＴ装置は、前記Ｘ線発生部から照射されたＸ線に使用されたＸ線管電圧が、前記Ｘ線投影データと関連づけて記憶されるものである。

本発明のＸ線ＣＴ装置は、被検体の撮影領域内に、線質硬化の程度やＸ線線量が不足する部分がある場合においても、当該撮影領域内の複数の断層像間において、均一な画質の断層像を得ることが可能なＸ線ＣＴ装置を実現することができる。

（実施形態１）
まず、本実施形態で使用するＸ線ＣＴ装置１００の全体構成を説明する。
＜Ｘ線ＣＴ装置１００の全体構成＞
図１は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１００の構成ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール１と、撮影テーブル１０と、走査ガントリ２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付けるキーボード又はマウスなどの入力装置２と、前処理、画像再構成処理、後処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で収集したＸ線検出器データを収集するデータ収集部５とを具備している。さらに、操作コンソール１は、Ｘ線検出器データを前処理して求められた投影データから画像再構成した断層像を表示するモニタ６と、プログラムやＸ線検出器データや投影データやＸ線断層像を記憶する記憶装置７とを具備している。撮影条件の入力はこの入力装置２から入力され、記憶装置７に記憶する。撮影テーブル１０は、被検体ＨＢを乗せて走査ガントリ２０の開口部に出し入れするクレードル１２を具備している。クレードル１２は撮影テーブル１０に内蔵するモータで昇降及びＺ方向に直線移動する。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線制御部２２と、多列Ｘ線検出器２４と、データ収集装置２５（ＤＡＳ：Data Acquisition System）とを具備している。Ｘ線管２１と被検体ＨＢとの間には、コリメータ２３、及びビーム形成Ｘ線フィルタ２８が配置されている。さらに、走査ガントリ２０は、被検体ＨＢの体軸の回りに回転するＸ線管２１など有する回転部１５の回転制御を行う回転制御部２６と、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０とやり取りするガントリ制御部２９とを具備している。Ｘ線制御部２２はＸ線管２１へのＸ線管電圧やＸ線管電流ｍＡを制御する。Ｘ線制御部２２は低いＸ線管電圧、例えばＸ線管電圧８０ｋＶと、高いＸ線管電圧、例えばＸ線管電圧１４０ｋＶとを１又は数ビューごとに切り換えながらデュアルエネルギー撮影を行うことができる。さらに、Ｘ線管２１の近傍には実際のＸ線管電圧の変化を検出するＸ線管電圧検出器３１が配置される。このＸ線管電圧検出器３１に代えて、多列Ｘ線検出器２４の近傍に配置したＸ線管電圧検出器３１’を用意しても良い。

ビーム形成Ｘ線フィルタ２８は撮影中心である回転中心に向かうＸ線を多くし、周辺部でＸ線量を少なくするフィルタである。このため、円形又は楕円形に近い被検体ＨＢの体表面の被曝を少なくできるようになっている。

中央処理装置３は、前処理部３３及び画像再構成部３４を有している。
前処理部３３は、データ収集装置２５で収集された投影データに対して、チャネル間の感度を補正、オフセット補正、対数変換、Ｘ線量補正等の前処理を実行する。また、ビームハードニング処理を行う。

画像再構成部３４は、前処理部３３で前処理された投影データを受け、その投影データに基づいて画像を再構成する。投影データは、周波数領域に変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）がなされて、それに再構成関数Ｋｅｒｎｅｌ（ｊ）を重畳し、逆フーリエ変換する。そして、画像再構成部３４は、再構成関数Ｋｅｒｎｅｌ（ｊ）を重畳処理した投影データに対して、三次元逆投影処理を行い、被検体ＨＢの体軸方向（Ｚ軸方向）ごとに断層像（ｘｙ平面）を求める。画像再構成部３４は、この断層像を記憶装置７に記憶させる。

また、画像再構成部３４は、例えばＸ線管電圧８０ｋＶの投影データ及びＸ線管電圧１４０ｋＶの投影データから、所定物質（原子）の分布に関連したＸ線管電圧依存情報の二次元分布断層像を画像再構成する。デュアルエネルギー撮影の断層像として、水等価画像、脂肪等価画像、造影剤等価画像及び骨等価画像などを得ることができる。以下、異なる複数のＸ線管電圧による撮影をデュアルエネルギー撮影と呼ぶ。

また、画像再構成部３４は各種の等価画像に基づいて、断層像をθ方向に回転して再投影処理したり、断層像をシフト処理して再投影処理することができる。

次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の動作を説明する。
＜Ｘ線ＣＴ装置１００の動作フローチャート＞
図２は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１００についての動作の概要を示すフローチャートである。

ステップＤ１において、操作者は被検体を撮影テーブル１０のクレードル１２に乗せて位置合わせを行う。ここでは、クレードル１２の上に乗せられた被検体ＨＢは各部位の基準点に走査ガントリ２０のスライスライト中心位置を合わせる。
ステップＤ２では、低線量（低いＸ線管電流）でＸ線管電圧１４０ｋＶとＸ線管電圧８０ｋＶを、図３（ａ），図３（ｂ）に示されるように、各ビューまたは複数ビューごとに切り換えながらＸ線データ収集を行う、ヘリカルスカウトスキャンのデュアルエネルギー撮影を実施する。

図３（ａ）は、奇数ビューでＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線データ収集を行い、偶数ビューでＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線データ収集を行っている。図３（ｂ）は２ビューおき、または３ビューおきごとの複数の連続したビューごとにＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線データ収集とＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線データ収集とを交互に繰り返して行っている。Ｘ線制御部２２で制御されたＸ線管電圧のＸ線管電圧値がＸ線収集の際に記憶されるか、または、実際にどれぐらいのＸ線管電圧であるかがＸ線管電圧測定検出器３１によって検出し、Ｘ線データ収集の際に、Ｘ線管電圧測定検出器３１によって検出されたＸ線管電圧を同時に記憶される。

通常１回転でＮビューのＸ線データ収集を行うとすると、奇数ビューのＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データがＮ／２ビュー、偶数ビューのＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データがＮ／２ビューとなり、ビュー数は各々のＸ線投影データの１／２に少なくなる。Ｎ／２ビューのＸ線投影データでは、大きな撮影視野において周辺部分にエリアジングアーチファクト（Aliasing Artifact）が出る可能性がある。このため、画像再構成部３４はビュー方向の補間処理、または加重加算処理でＸ線投影データを補間処理して、各々のＮ／２ビューのＸ線投影データをＮビューにすることでエリアジングアーチファクトを防ぐ。なお１回転のビュー数を２倍に増やして１ビューおきにＸ線管電圧を切り換える方法もある。

例えば、１回転で１０００ビューある１秒スキャンでは、ビュー間隔が１ミリ秒単位となり、１回転で１０００ビューある０．５秒スキャンではビュー間隔が０．５ミリ秒単位となり、被検体の体動、拍動などを押さえることができる。

本実施形態のデュアルエネルギー撮影のスキャン方法を用いたヘリカルスカウトスキャンによれば、１回の低被曝のヘリカルスカウトスキャンにより、０度方向と９０度方向、または任意の角度のスカウト像を求めることができる。任意の角度のスカウト像はヘリカルスカウトスキャンで一度Ｚ方向に連続した断層像を求め、スカウト像を求めたい方向に平行ビーム再投影処理を行うことで幾何学的に歪のない所望方向のスカウト像が得ることができる。撮影時間はＺ方向のＸ線検出器幅の全列を用いて、且つ速度の速い高速なヘリカルピッチを用いたヘリカルスキャンを行うため、従来のスカウト像撮影よりも短時間で行え、複数方向のスカウト像を短時間で画像再構成することができる。

再び図２に戻り、ステップＤ３では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データのみを抽出し、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データを求め、また、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データのみを抽出し、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データを求める。Ｘ線投影データの抽出方法は後述する。

ステップＤ４において画像再構成部３４は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データからＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像を画像再構成し、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データからＸ線管電圧８０ｋＶの断層像を画像再構成する。

ステップＤ５において、画像再構成部３４はデュアルエネルギー比断層像を求める。デュアルエネルギー比断層像は、Ｘ線管電圧８０ｋＶに基づく断層像とＸ線管電圧１４０ｋＶに基づく断層像の比を画素毎に求めたものである。尚、デュアルエネルギー比断層像は、Ｚ方向に連続した三次元デュアルエネルギー比断層像を求めてもよい。尚、このデュアルエネルギー比断層像を用いて、被検体に含まれる各物質の位置情報を取得することができる。即ち、例えば、図４のように、Ｘ線管電圧８０ｋＶに基づく断層像の画素値とＸ線管電圧１４０ｋＶに基づく断層像の画素値とをプロットしたグラフ上で、ヨウ素の傾きの範囲、骨の傾きの範囲を設定することによって、各範囲に含まれる点の画素をそれぞれの物質と関連付けることができる。

ステップＤ６では、スカウト像を画像再構成して表示を行う。ヘリカルスカウトスキャンではＺ方向に連続したＸ線管電圧８０ｋＶの三次元画像及び／又はＸ線管電圧１４０ｋＶの三次元画像とを０度方向または９０度方向に再投影処理ＲＰを行い、スカウト像を画像再構成することができる。Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像からなるスカウト像及び／又はＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像からなるスカウト像、及び必要に応じて、デュアルエネルギー比断層像、を表示することができる。

ステップＤ７では、本スキャンの撮影条件設定を行う。
本実施形態では、Ｘ線制御部２２は、コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、シネスキャンまたはヘリカルシャトルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャンなどの複数のスキャンパターンを選択して用いることができる。コンベンショナルスキャンとは、クレードル１２をｚ軸方向に所定の間隔で移動するごとにＸ線管２１及び多列Ｘ線検出器２４を回転させてＸ線投影データを取得するスキャン方法である。ヘリカルスキャンとは、ガントリ回転部１５が回転しながらクレードル１２を一定速度で移動させ、Ｘ線投影データを収集する撮影方法である。ヘリカルシャトルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にガントリ回転部１５を回転させながらクレードル１２を加速・減速させて、ｚ軸の正方向又は負方向に往復移動させてＸ線投影データを収集するスキャン方法である。その場合、加速中、減速中のＸ線投影データも収集してもよい。可変ピッチヘリカルスキャンは、一方向のみのヘリカルスキャンでヘリカルピッチを変えながらＸ線投影データを収集する方法である。
また、Ｘ線制御部２２により、各Ｚ方向座標位置及びビュー方向ごとでＸ線管電圧及びＸ線管電流を設定する。例えば、Ｘ線制御部２２はヘリカルスカウトスキャンによるＺ方向に連続した断層像を再投影処理して求められたスカウト像を表示して撮影計画を行う。

また、操作者は各Ｚ方向座標位置の被検体の大きさを見て、本スキャンの各Ｚ方向座標位置の撮影条件を設定することができる。例えば、図８（ａ）に示すように、肩を含む［ｚ１，ｚ２］の範囲では骨もありＸ線吸収が大きい。このため、図８（ｂ）に示すように、Ｚ方向範囲［ｚ０，ｚ１］では、Ｘ線管電圧１２０ｋＶでＸ線管電流ｍＡ１、Ｚ方向範囲［ｚ２，ｚ３］では、Ｘ線管電圧１２０ｋＶでＸ線管電流ｍＡ２、Ｚ方向範囲［ｚ３，ｚ４］では、Ｘ線管電圧１２０ｋＶでＸ線管電流ｍＡ３というように操作者が設定を行うことができる。なお、Ｘ線管電流は最大Ｘ線管電流ｍＡＭＡＸである。図８（ｂ）に示したＸ線管電圧は、照射されたＸ線に用いられたＸ線管電圧又はＸ線管電圧測定検出器３１によって検出された値である。

また、図５（ａ）に示した肩を含む［ｚ１，ｚ２］の範囲では、図６（ａ）に示すようにＸ方向の透過経路が長い一方Ｙ方向の透過経路は短い。このため図６（ｂ）に示すように、Ｙ方向から見たビュー角度範囲［θ１，π−θ１］、［π＋θ１，−θ１］ではＸ線管電圧を１４０ｋＶになるように設定し、ビュー角度範囲［−θ１，θ１］、［π−θ１，π＋θ１］ではＸ線管電圧を１２０ｋＶになるように設定することができる。

図７は、操作者がビュー角度範囲でＸ線管電圧ｋＶ又はＸ線管電流ｍＡを設定する画面である。
操作者が入力装置２を使ってＸ線管電圧値設定ボタンを押すことで、図７（ａ）に示す固定管電圧モードＦｉｘｋＶ、またはビュー管電圧モードＶｉｅｗｋＶを選択する画面がモニタ６に表示される。また、操作者が入力装置２を使ってＸ線管電流値設定ボタンを押すことで図７（ｂ）に示す固定管電流モードＦｉｘｍＡ、またはビュー管電流モードＶｉｅｗｍＡを選択する画面がモニタ６に表示される。

操作者が図７（ａ）に示すビュー管電圧モードＶｉｅｗｋＶを選択した場合は、矢印で示す各ビュー方向範囲とＸ線管電圧値とを設定する画面が表示され、破線で示す可動するビュー範囲ＭＶを動かすことで各ビュー方向範囲の設定と、Ｘ線管電圧値の設定をすることができる。Ｘ線制御部２２は設定されたＸ線管電圧値でＸ線を照射する。

同様に、操作者が図７（ｂ）に示すビュー管電流モードＶｉｅｗｍＡを選択した場合は、矢印で示す各ビュー方向範囲とＸ線管電流値とを設定する画面が表示され、破線で示す可動するビュー範囲ＭＶを動かすことで各ビュー方向範囲の設定と、Ｘ線管電流値の設定をすることができる。Ｘ線制御部２２は設定されたＸ線管電流値でＸ線を照射する。

ステップＤ８では、上記で設定された撮影条件に従って、本スキャンが実施される。
ここでヘリカルスキャンによってデータ収集を行う場合には、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを被検体ＨＢの回りに回転させ、かつ、撮影テーブル１０上のクレードル１２を直線移動させながら、Ｘ線検出器データのデータ収集動作を行う。そして、ビュー角度ｖｉｅｗと、検出器列番号ｊと、チャネル番号ｉとで表わすＸ線検出器データＤ０（ｖｉｅｗ，ｊ，ｉ）（ｊ＝１〜ＲＯＷ，ｉ＝１〜ＣＨ）に必要に応じてｚ軸座標の位置情報Ｚｔａｂｌｅ（ｖｉｅｗ）を付加させる。このようにヘリカルスキャンにおいては、一定速度の範囲のＸ線検出器データ収集を行う。このｚ軸座標の位置情報はＸ線投影データ（Ｘ線検出器データ）に付加させても良いし、また別ファイルとしてＸ線投影データと関連付けて用いても良い。ヘリカルシャトルスキャン時にＸ線投影データを三次元画像再構成する場合に、このｚ軸座標の位置情報は用いられる。
ステップＤ９では、画像再構成部３４により、以下のように画像再構成処理が行われる。
まず、Ｘ線検出器データＤ０（ｖｉｅｗ，ｊ，ｉ）に対して、チャネル間の感度を補正、オフセット補正、対数変換、Ｘ線量補正等の前処理を行い、投影データに変換する。
次に、前処理部３３がビームハードニング補正を行う。ここでは、前処理した投影データＤ１（ｖｉｅｗ，ｊ，ｉ）に対して、ビームハードニング補正を行う。この時、検出器のｊ列ごとに独立したビームハードニング補正を行うことができるため、撮影条件で各ガントリ回転部１５の管電圧が異なっていれば、列ごとの検出器のＸ線エネルギー特性の違いを補正できる。ビームハードニング補正は、被検体ＨＢのプロファイル面積、楕円率、及びＸ各種の等価物質についても処理することができる。

次に、画像再構成部３４はｚフィルタ重畳処理を行う。ここでは、ビームハードニング補正した投影データＤ１１（ｖｉｅｗ，ｊ，ｉ）に対して、ｚ軸方向（列方向）のフィルタをかけるｚフィルタ重畳処理を行う。すなわち、各ビュー角度における前処理後、ビームハードニング補正した投影データＤ１１（ｖｉｅｗ，ｊ，ｉ）に対し、例えば列方向フィルタサイズが５列のフィルタをかける。

次に、画像再構成部３４は再構成関数重畳処理を行う。すなわち、Ｘ線投影データを周波数領域に変換するフーリエ変換（Fourier Transform）を行い、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。
次に、画像再構成部３４は三次元逆投影処理を行う。ここでは、再構成関数重畳処理した投影データＤ３（ｖｉｅｗ，ｊ，ｉ）に対して、三次元逆投影処理を行い、逆投影データＤ３（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。画像再構成する画像はｚ軸に垂直な面である。以下の再構成領域はｘｙ平面に平行なものとする。

次に、画像再構成部３４は後処理を行う。逆投影データＤ３（ｘ，ｙ，ｚ）に対して画像フィルタ重畳、ＣＴ値変換などの後処理を行い、断層像を得る。
ステップＤ１０では、前記被検体の物質に対するＸ線吸収係数を用いた換算係数により均一Ｘ線管電圧相当の断層像となるように、前記断層像のＸ線管電圧補正を行う。例えば、１４０ｋＶのＸ線管電圧を用いた区間の断層像について、他の区間で用いられた１２０ｋＶのＸ線管電圧相当の断層像となるように、断層像に含まれる物質の１２０ｋＶにおけるＸ線吸収係数と１４０ｋＶにおけるＸ線吸収係数との比に基づく換算係数を用いて、断層像を補正する。
ステップＤ１１では、断層像がモニタ６に表示される。
ここで、上述のステップＤ３におけるデュアルエネルギー撮影のスキャン方法を用いたヘリカルスカウトスキャンのＸ線投影データの抽出方法について、詳細に説明する。
図８は、Ｘ線投影データの抽出方法及び補間方法を示す図である。Ｘ線投影データの抽出方法はヘリカルスカウトスキャンのＸ線投影データを、図８に示すようにＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データとＸ線管電圧１４０ｋＶとのＸ線投影データに分けて抽出する。Ｎ／２ビューのＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データは、補間処理または加重加算処理を用いて抜けたビューデータを埋め合わせる。同様に、Ｎ／２ビューのＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データは、補間処理または加重加算処理を用いて抜けたビューデータを埋め合わせる。

Ｘ線投影データの抽出方法及び補間処理は下記に示す処理を行う。例えば、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データをＤ８０（ｖｉｅｗ，ｒｏｗ，ｃｈ）、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データをＤ１４０（ｖｉｅｗ，ｒｏｗ，ｃｈ）とする。図８に示すように２ビューおきにＸ線管電圧８０ｋＶとＸ線管電圧１４０ｋＶとを切り換えた場合、収集されたＸ線投影データＤ（ｖｉｅｗ，ｒｏｗ，ｃｈ）は２ビューおきにＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データとＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データとに以下の（数式０１）〜（数式０８）のように分離できる。但し、ｋは整数とする。
．．．（数式０１）
．．．（数式０２）
．．．（数式０３）
．．．（数式０４）
．．．（数式０５）
．．．（数式０６）
．．．（数式０７）
．．．（数式０８）

補間処理は、１例として以下の（数式０９）から（数式１２）のように行うこともできる。
．．．（数式０９）
．．．（数式１０）
．．．（数式１１）
．．．（数式１２）
次に、上述のステップＤ２〜Ｄ６におけるデュアルエネルギー撮影について、詳細に説明する。
図９はヘリカルスカウトスキャンにおける画像再構成ＲＣのフローチャートを示す。以下はその詳細な説明である。

ステップＨ１では、複数のＸ線管電圧における低被曝のヘリカルスカウトスキャンを行う。
低被曝のヘリカルスカウトスキャンは低被曝にするために以下のことを行う。
１．画像再構成マトリクスを５１２×５１２画素の断層像を２５６×２５６画素にする。または５１２×５１２画素の断層像Ｇ（ｘ，ｙ）に以下の（数式１８）のフィルタリング処理を行い、１画素に４画素分のデータを重畳した５１２×５１２画素の断層像Ｇ１（ｘ，ｙ）にする。
．．．（数式１３）
２．Ｚ方向の断層像のスライス厚さｄと画像間隔ｐを以下の（数式１４）のようにオーバーラップさせる。
．．．（数式１４）
３．再構成関数は低周波な関数が用いられる。
４．画像フィルタを低周波なフィルタ、又はノイズ低減効果のあるフィルタが用いられる。
５．ヘリカルピッチを１以上にしてＺ方向の単位長さあたりの被曝が減らされる。

ステップＨ２では、画像再構成部３４はヘリカルスカウトスキャンおけるＸ線管電圧８０ｋＶの断層像とＸ線管電圧１４０ｋＶとの断層像の画像再構成ＲＣを行う。画像再構成部３４は、前述のＸ線投影データの抽出方法及び補間方法により、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データとＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データとに分離する。画像再構成部３４はＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データとＸ線管電圧１４０ｋＶとのＸ線投影データからＸ線管電圧８０ｋＶの断層像とＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像とを求める。なおヘリカルスカウトスキャンはデュアルエネルギー画像再構成法を用いて、カルシウム強調画像または造影剤強調画像の画像再構成ＲＣを行ってもよい。

ステップＨ３では、再投影処理によって、Ｚ方向に連続した断層像に対してＹ方向のビュー角度０度方向の再投影処理を行う。つまり、０度方向のスカウト像の画像再構成ＲＣが行われる。
ステップＨ４では、Ｚ方向に連続した断層像に対してｘ軸方向のビュー角度９０度方向の再投影処理を行い、９０度方向のスカウト像の画像再構成ＲＣが行われる。

Ｚ方向に連続した断層像は、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像、カルシウム強調画像の断層像、及び造影剤強調画像の断層像である。０度方向または９０度方向のスカウト像は下記に示す方法で作成する。

例えば、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのスカウト像の場合は、以下の（数式１５），（数式１６）のようになる。なお、Ｚ方向に連続したＸ線管電圧８０ｋＶの断層像はＧ８０（ｘ，ｙ，ｚ）とし、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像はＧ１４０（ｘ，ｙ，ｚ）とする。また、０度方向（Ｙ方向）の再投影プロファイルデータはＰｙ（ｘ，ｙ）とし、９０度方向（Ｘ方向）の再投影プロファイルデータはＰｘ（ｙ，ｚ）とする。ただし、Ｎは断層像の画素サイズＮ×Ｎとする。
．．．（数式１５）
．．．（数式１６）

Ｘ線管電圧８０ｋＶのスカウト像の場合も同様に、以下の（数式１７），（数式１８）のようになる。
．．．（数式１７）
．．．（数式１８）

造影剤強調画像のスカウト像の場合は、以下の（数式１９），（数式２０）のようになり、カルシウム強調画像のスカウト像の場合は、以下の（数式２１），（数式２２）のようになる。なお、造影剤強調画像はＧｉｏ（ｘ，ｙ，ｚ）とし、カルシウム強調画像はＧｃａ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。
．．．（数式１９）
．．．（数式２０）
．．．（数式２１）
．．．（数式２２）

つまり、スカウト像ＳＣはプロファイルＰｙ（ｘ，ｚ），Ｐｘ（ｙ，ｚ）をＺ方向に連続して並べることで作成することができる。

ステップＨ５では、１つのＸ線管電圧における０度方向スカウト像、９０度方向スカウト像を画像表示する。操作者は各種のスカウト像を参照することで撮影条件を設定することができる。なお、本実施形態では、スカウト像の方向を０度、９０度方向で再投影処理を行ったが、１８０度方向、２７０度方向、または任意の角度でも良い。
本実施形態によれば、Ｘ線ＣＴ装置１００のＸ線制御部２２は、複数のＸ線管電圧に切り換えながらヘリカルスカウトスキャンを行ったＸ線投影データを用いることで、Ｘ線管電圧補正に必要な被検体に含まれる物質の位置情報が得られると共に、本スキャン時の適切な撮影条件を設定することができる。そして、画像再構成部３４は、得られた断層像をＸ線管電圧補正することで、断層像間において均一なＸ線管電圧の断層像を得ることができる。

（実施形態２）
本実施形態においては、撮影条件の設定において、Ｚ方向座標範囲ごとの画質指標値であるノイズ指標値を設定する例について説明する。

即ち、Ｘ線制御部２２はＸ線管電流値を優先して制御し、Ｘ線管電流値の設定範囲を超えた場合にＸ線管電圧値を変化させる。例えば、Ｘ線制御部２２は図５（ｂ）に示すように頸部から肝臓までを撮影する場合に、肩の近傍でＸ線管電流値が最大Ｘ線管電流値ｍＡＭＡＸに達してしまった場合に、Ｘ線管電圧値を上げて撮影している。そのような場合に、ノイズ指標値で撮影条件を設定することができる。

図１０はノイズ指標値で撮影条件を設定するフローチャートを示す。
ステップＤ２１〜ステップ２３については、実施形態１と実質的に同じであるため、説明を省略する。

ステップＤ２４では、本スキャンの撮影条件を設定する。Ｚ方向範囲１はノイズ指標値ＮＩ１、Ｚ方向範囲２はノイズ指標値ＮＩ２、Ｚ方向範囲３はノイズ指標値ＮＩ３を指定する。なお、ｉ＝１とする。ノイズ指標値はＺ方向の撮影位置における０度方向及び９０度方向からの被検体のＸ線透過プロファイルデータをスカウト像から求める。

ステップＤ２５では、Ｚ方向範囲ｉのＸ線管電流値ｍＡがスカウト像の幾何学的特徴量から求められる。Ｘ線制御部２２はＺ方向座標位置ごとに指定されているノイズ指標値に基づいて、最終的な断層像のノイズをノイズ指標値により近くできるようにＸ線管電流値ｍＡを定める。

ステップＤ２６では、最大Ｘ線管電流ｍＡＭＡＸになる所はないかを判断し、ＹＥＳであればステップＤ２７へ行き、ＮＯであればステップＤ３２へ進む。
ステップＤ２７では、設定されたＸ線管電圧ｋＶ及びＸ線管電流ｍＡの撮影条件で本スキャンの撮影が行われる。
ステップＤ２８では、Ｘ線管電圧が一定か否かが判断され、ＹＥＳであればステップＤ２９へ行き、ＮＯであればステップＤ３３へ行く。

ステップＤ２９では、画像再構成部３４が画像再構成を行う。
ステップＤ３０では、断層像がモニタ６に表示される。
ステップＤ３１では、ｉ＝３か否かが判断され、ＹＥＳであれば終了し、ＮＯであればステップＤ３４へ行く。このフローチャートでは３つのＺ方向範囲に対してノイズ指標値が設定されている。

ステップＤ３２では、Ｘ線管電圧値が変化させられる。その後、ステップＤ２５へ戻る。
ステップＤ３３では、Ｘ線管電圧の補正を行う。その後、ステップＤ２９へ戻る。
ステップＤ３４では、ｉ＝ｉ＋１とする。その後、ステップＤ２５へ戻る。

上記のＸ線制御部２２はＸ線管電流を優先して撮影条件を変化させているが、Ｘ線管電圧を優先して撮影条件を変化させても良い。また、ステップＤ２８，ステップＤ３３においてはＸ線管電圧が一定でない部分に対してＸ線管電圧の補正を行っている。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１において説明したステップＤ５において、被検体に含まれる各物質の位置情報を取得するために、画像再構成部３４はデュアルエネルギー比断層像を求めたのに代えて、デュアルエネルギー画像の再構成して被検体に含まれる各物質の位置情報を取得する例である。
図１１は断層像の加重加算処理により任意物質Ｍの等価画像（デュアルエネルギー画像）を画像再構成する概念図である。

デュアルエネルギーの画像再構成方法は、例えばＸ線管電圧８０ｋＶの断層像をＧ８０（ｘ，ｙ）、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像をＧ１４０（ｘ，ｙ）とすると、図１１（ａ）に示すように各々に加重加算係数ｗ１，及び加重加算係数ｗ２を用いて以下の（数式２３）のように加重加算処理を行う。任意物質Ｍの等価画像ＧＭ（ｘ、ｙ）とは、任意物質Ｍの領域の画素値が“０”になるように、加重加算係数ｗ１，及び加重加算係数ｗ２を調整する。またＣはバイアス値を調整する定数とする。
．．．（数式２３）
ただし、ｗ１＝−ｗ２の時は以下の（数式２４）の通りとする。
．．．（数式２４）
また通常、ｗ２は負の数になるので以下の（数式２５）のように書くこともできる。
．．．（数式２５）
ただし、ｋ＝１の場合は前記の（数式２４）の通りとなる。

つまり、任意物質Ｍの等価画像ＧＭ（ｘ、ｙ）は、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像Ｇ８０（ｘ，ｙ）とＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像Ｇ１４０（ｘ，ｙ）との加重加算処理で作成することができる。

同様に、任意物質Ｍの等価画像ＧＭ（ｘ、ｙ）はＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線投影データとＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線投影データとを加重加算処理で作成することができる。そして、各等価画像にて強調された物質画像とその画素を関連付けることにより、被検体に含まれる各物質の位置情報を取得することができる。

（実施形態４）
本実施形態は、実施形態３において説明したステップＤ２５において求めているＸ線透過プロファイルデータの求め方として、スカウト像から求めるのに代えて、デュアルエネルギー比断層像を用いて求めた例について説明する。即ち、所望のＺ方向座標位置のより正確な水等価なＸ線プロファイルデータは、各デュアルエネルギー比の範囲のＸ線プロファイルを水等価なＸ線プロファイルに変換し、すべてのデュアルエネルギー比の範囲において累積加算することで求めることができる。

図１２は、Ｚ方向座標位置におけるデュアルエネルギー比断層像から水等価なＸ線プロファイルを求めるフローチャートを示す。
ステップＤ２５１では、Ｚ方向に連続したデュアルエネルギー比断層像が入力される。
ステップＤ２５２では、デュアルエネルギー比 ｄｅｒ＝０とする。

ステップＤ２５３では、範囲［ｄｅｒ，ｄｅｒ＋０．１］の画素のＸ線透過プロファイルが求められる。
ステップＤ２５４では、範囲［ｄｅｒ，ｄｅｒ＋０．１］の画素のＸ線透過プロファイルが水等価なＸ線プロファイルに変換される。
ステップＤ２５５では、範囲［ｄｅｒ，ｄｅｒ＋０．１］の水等価なＸ線プロファイルが保存される。

ステップＤ２５６では、ｄｅｒ＞３．０か否かが判断され、ＹＥＳであればステップＤ２５７へ進み、ＮＯであればステップＤ２５８へ進む。

ステップＤ２５７では、ステップＤ２５３からステップＤ２５５までで得た水等価なＸ線プロファイルデータがｄｅｒの範囲［０．０，３．０］ですべて加算され、そのＺ方向座標位置の水等価なＸ線プロファイルとされる。
ステップＤ２５８では、ｄｅｒ＝ｄｅｒ＋０．１とする。その後、ステップＤ２５３へ戻る。

（実施形態５）
図１３は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の動作を説明する図である。尚、本実施形態において用いられるＸ線ＣＴ装置は、実施形態１と同様であるため、その全体構造についての説明は省略する。

ステップＤ４１では、被検体が撮影テーブル１０のクレードル１２に乗せられ、位置合わせが行われる。
ステップＤ４２では、Ｘ線管電圧１２０ｋＶでスカウトスキャンすることでＸ線データ収集が行われる。ガントリ回転部１５を回転させない一般的なスカウト撮影でよく、一方向から単一管電圧で撮影すればよい。
ステップＤ４３では、スカウト像がモニタ６に表示される。スカウトスキャンにより０度方向又は図１４（ａ）に示す９０度方向のスカウト像が表示される。

ステップＤ４４において、Ｘ線制御部２２はスカウト像のプロファイル面積により、本スキャンのデュアルエネルギー撮影のＸ線管電圧が各Ｚ方向座標位置でビュー角度ごとに求められる。図１４（ｂ）に示すように、プロファイル面積の小さいＺ方向座標位置にはＸ線管電圧８０ｋＶとＸ線管電圧１２０ｋＶとのＸ線管電圧を設定し、プロファイル面積の大きいＺ方向座標位置にはＸ線管電圧１４０ｋＶとＸ線管電圧１２０ｋＶとのＸ線管電圧を設定することで、被検体の被曝が減少させられる。つまり、図１３（ａ）に示す[ｚ１，ｚ２]の範囲では、Ｘ線管電圧をＸ線管電圧８０ｋＶとＸ線管電圧１４０ｋＶとに設定する。

ステップＤ４５では、ビューごとまたは複数ビューごとに低いＸ線管電圧と高いＸ線管電圧とを切り換えながらＸ線データ収集を行う。
ステップＤ４６では、高いＸ線管電圧のＸ線投影データのビューを抽出し、また低いＸ線管電圧のＸ線投影データのビューを抽出する。Ｘ線投影データの抽出方法は図１２で説明したものと同様のＸ線投影データの抽出方法を用いる。

ステップＤ４７では、高いＸ線管電圧のＸ線投影データ、低いＸ線管電圧のＸ線投影データを加重加算処理することにより、物質Ａと物質ＢとのＸ線投影データを求める。例えば、物質Ａと物質Ｂとは造影剤Ｉｏと水、造影剤ＩｏとカルシウムＣａ、及びカルシウムＣａと水とのような組み合わせが考えられる。加重加算処理は１次の加重加算処理、または複数次数の加重加算処理、さらに非線型の補正処理も同時に行っても良い。

ステップＤ４８では、物質Ａと物質Ｂとの断層像を画像再構成する。画像再構成部３４はｚフィルタ重畳処理、再構成関数重畳処理、三次元逆投影処理、及び後処理を用いて物質Ａと物質Ｂの密度断層像を画像再構成する。

ステップＤ４９では、ある管電圧相当、例えば、Ｘ線管電圧８０ｋＶ相当の断層像、Ｘ線管電圧１４０ｋＶ相当の断層像、Ｘ線管電圧１２０ｋＶ相当の断層像等を、２つの物質のＸ線吸収係数と２つの物質の密度断層像から求めることができる。

ステップＤ５０では、上述の断層像を表示する。画像再構成部３４は、物質Ａと物質Ｂとの断層像から、Ｘ線管電圧８０ｋＶ相当の断層像、Ｘ線管電圧１４０ｋＶ相当の断層像、Ｘ線管電圧１２０ｋＶ相当の断層像等、複数の断層像間で均一なＸ線管電圧の断層像が得られるように、断層像を画像再構成することができる。また、画像再構成部３４は、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像、Ｘ線管電圧１２０ｋＶの断層像及びＸ線管電圧１４０ｋＶ断層像からデュアルエネルギー比断層像を画像再構成しカルシウム強調断層像、造影剤強調断層像などのデュアルエネルギー撮影の断層像も画像再構成できる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態は、走査ガントリ２０が傾斜していない場合について記載しているが、走査ガントリ２０が傾斜した、いわゆるチルト・スキャンの場合でも同様な効果を出すことができる。また、本実施形態は、生体信号にＸ線データ収集が同期しない場合について記載しているが、生体信号、特に、心拍信号に同期させても同様な効果を出すことができる。
また、上記実施形態では、多列Ｘ線検出器または、フラットパネルＸ線検出器に代表されるマトリクス構造の二次元Ｘ線エリア検出器を持ったＸ線ＣＴ装置について書かれているが、１列のＸ線検出器のＸ線ＣＴ装置においても同様の効果を出せる。

なお、上記実施形態においては、撮影テーブル１０のクレードル１２をＺ方向に動かすことにより、ヘリカルスキャンなどを実現している。しかし、走査ガントリ２０または走査ガントリ２０内の回転部１５を撮影テーブル１０のクレードル１２に対して動かすことによっても、相対的に同様な効果を得ることができる。
上記実施形態では、医用Ｘ線ＣＴ装置を元について記載されているが、産業用Ｘ線ＣＴ装置、または、他の装置と組み合わせたＸ線ＣＴ−ＰＥＴ装置，Ｘ線ＣＴ−ＳＰＥＣＴ装置などにおいても利用できる。

本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００の構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００についての動作の概要を示すフローチャートである。 （ａ）は、ビューごとにＸ線管電圧を切り換えながらヘリカルスキャンする方法を示す図である。 （ｂ）は、複数ビューごとにＸ線管電圧を切り換えながらヘリカルスキャンする方法を示す図である。 異なるＸ線管電圧によるデュアルエネルギー比を示したグラフである。 （ａ）は、９０度方向のスカウト像の撮影範囲を示す図である。 （ｂ）は、撮影範囲ごとのＸ線管電圧とＸ線管電流の変化を示す図である。 肩付近のビュー角度範囲を示す図である。 （ａ）は、固定管電圧モードＦｉｘｋＶとビュー管電圧モードＶｉｅｗｋＶとの選択画面を示す図である。 （ｂ）は、固定管電流モードＦｉｘｍＡとビュー管電流モードＶｉｅｗｍＡとの選択画面を示す図である。 Ｘ線投影データの抽出方法、及び補間方法を示す図である。 ヘリカルスカウトスキャンにおける画像再構成のフローチャートである。 ノイズ指標値で撮影条件を設定するフローチャートである。 断層像の加重加算処理により任意物質Ｍの等価画像を画像再構成する概念図である。 デュアルエネルギー比断層像から水等価なＸ線プロファイルを求めるフローチャートである。 本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１００についての動作の概要を示すフローチャートである。 （ａ）は、９０度方向のスカウト像の撮影範囲を示す図である。 （ｂ）は、撮影範囲ごとの異なるＸ線管電圧とＸ線管電流の変化を示す図である。

符号の説明

１ … 操作コンソール１
２ … 入力装置
３ … 中央処理装置
５ … データ収集部
６ … モニタ
７ … 記憶装置
１０ … 撮影テーブル
１２ … クレードル
１５ … 回転部
２０ … 走査ガントリ
２１ … Ｘ線管
２２ … Ｘ線制御部
２３ … コリメータ
２４ … 多列Ｘ線検出器
２５ … データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ … 回転制御部
２８ … ビーム形成Ｘ線フィルタ
２９ … ガントリ制御部
３１，３１’ … Ｘ線管電圧検出器
３３ … 前処理部
３４ … 画像再構成部
１００ … Ｘ線ＣＴ装置
Ｃａ … カルシウム
Ｉｏ … 造影剤
ＨＢ … 被検体
ＳＣ … スカウト像

Claims (6)

1. Ｘ線管を有するＸ線ＣＴ装置であって、
   ヘリカルスカウトスキャンのデュアルエネルギー撮影により得られたスカウトデータに基づいて、所定の管電圧にて被検体のスキャンを行った場合に、前記被検体の体軸方向における各位置での断層像のノイズ指標値が、指定された指標値に近づくように、前記スキャンを行うときの前記体軸方向における各位置及び各ビュー角度での管電流を算出する算出部と、
   前記体軸方向における各位置及び各ビュー角度のうち、前記算出された管電流が許容最大電流以下である範囲については、前記所定の管電圧及び前記算出された管電流にてスキャンが行われ、前記算出された管電流が前記許容最大電流を超える範囲については、前記所定の管電圧より高い管電圧及び前記許容最大電流以下の管電流にてスキャンが行われるよう前記Ｘ線管を制御するＸ線制御部と、
   前記所定の管電圧より高い管電圧にて取得された投影データを、前記スカウトデータに基づいて、前記所定の管電圧にて取得された場合の投影データに補正し、前記各位置のうち少なくとも一つの位置について、該補正された投影データと前記所定の管電圧により取得された投影データとを用いて、前記所定の管電圧による前記被検体の該位置での断層像に相当する画像を再構成する画像再構成部と、を備えるＸ線ＣＴ装置。
2. 前記Ｘ線制御部は、前記算出された管電流が前記許容最大電流以下である範囲については、前記Ｘ線管の管電圧を前記所定の管電圧に固定しつつ前記Ｘ線管の管電流を調整し、前記算出された管電流が前記許容最大電流を超える範囲については、前記Ｘ線管の管電流を前記許容最大電流に固定しつつ前記Ｘ線管の管電圧を調整する、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記画像再構成部は、前記スカウトデータによって得られた前記所定の管電圧より高い管電圧によるＸ線が照射された被検体部分の物質の情報と、前記所定の管電圧によるＸ線が照射されたときの前記物質のＸ線吸収係数と、前記所定の管電圧より高い管電圧によるＸ線が照射されたときの前記物質のＸ線吸収係数とに基づいて、前記所定の管電圧より高い管電圧にて取得された投影データを補正する、請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記画像再構成部は、前記所定の管電圧より高い管電圧での投影データを、前記物質のＸ線吸収係数を用いた換算係数により、前記所定の管電圧での投影データに相当するデータに変換することを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記許容最大電流は、設定可能範囲の上限値である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記所定の管電圧は、実質的に１２０ｋＶである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。