(57)【要約】【課題】適切にパーシャルボリューム誤差を補正することができる。【解決手段】本実施形態に係る医用画像処理装置は、取得部と、生成部と、選択部と、補正部とを含む。取得部は、複数の検出器素子において検出された放射線の強度を表す第１の投影データを取得する。生成部は、前記複数の検出器素子のうちの２以上の検出器素子をグルーピングしたマクロピクセルごとに、各マクロピクセルに含まれる複数の検出器素子に対応する前記第１の投影データに基づいて、第２の投影データを生成する。選択部は、前記第２の投影データに基づく物質弁別処理が収束しないマクロピクセルを選択する。補正部は、前記選択されたマクロピクセルに含まれる一部の検出器素子に対応する第１の投影データに基づいて物質弁別処理を実行することで、補正物質弁別投影データを生成する。【選択図】図６
2020075078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検出器素子において検出された放射線の強度を表す第１の投影データを取得する取得部と、
前記複数の検出器素子のうちの２以上の検出器素子をグルーピングしたマクロピクセルごとに、各マクロピクセルに含まれる複数の検出器素子に対応する前記第１の投影データに基づいて、第２の投影データを生成する生成部と、
前記第２の投影データに基づく物質弁別処理が収束しないマクロピクセルを選択する選択部と、
前記選択されたマクロピクセルに含まれる一部の検出器素子に対応する第１の投影データに基づいて物質弁別処理を実行することで、補正物質弁別投影データを生成する補正部と、
を備える、医用画像処理装置。
【請求項２】
前記物質弁別処理は、前記マクロピクセルごとに、前記第２の投影データと前記各マクロピクセルに対応する前記第２の投影データの推定値との間の不一致を最小化することによって実行され、前記推定値は、それぞれの物質成分の投影長に基づき、
前記選択部は、前記第２の投影データと前記推定値との間の前記不一致がしきい値を上回るか否かに基づいて、パーシャルボリューム誤差補正用のマクロピクセルを選択する、請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記補正部は、パーシャルボリューム誤差補正用に前記選択された前記マクロピクセルに含まれる前記一部の検出素子に対応する前記第１の投影データの値に対して物質弁別を実行することによって前記パーシャルボリューム誤差補正を実行し、
前記補正物質弁別投影データは、前記パーシャルボリューム誤差補正用に選択された前記マクロピクセルに含まれる前記一部の検出器素子に関する物質弁別投影データを含み、前記パーシャルボリューム誤差補正用に選択されなかったマクロピクセルに関する物質弁別投影データを含む、請求項２に記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記パーシャルボリューム誤差補正用に選択された前記マクロピクセルに含まれる前記一部の検出器素子に関する物質弁別投影データを使用し、前記パーシャルボリューム誤差補正用に選択されなかった前記マクロピクセルに関する物質弁別投影データを使用して、物質成分画像を再構成する再構成部をさらに具備する、請求項２または請求項３に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記補正部は、パーシャルボリューム誤差補正用に前記選択された前記マクロピクセルに含まれる前記一部の検出器素子に対応する前記第１の投影データの値に対して物質弁別を実行することによって前記パーシャルボリューム誤差補正を実行し、
前記マクロピクセルごとに、各々のマクロピクセルに対応する物質弁別投影データの値を置換するために、前記各々のマクロピクセルに含まれる前記一部の検出器素子に対応する物質弁別投影データの値を組み合わせ、前記補正物質弁別投影データを生成する、請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
前記第１の投影データおよび前記第２の投影データは、各々のエネルギービンに従って分解される放射線の計数を表し、
前記補正部は、前記各々のエネルギービンごとに、第１の計数を生成するために前記各マクロピクセルに対応する前記第１の投影データの計数を総計することによって、前記各マクロピクセルに対応する前記第１の投影データを組み合わせる、請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記物質弁別処理は、
２つ以上の物質成分の投影長に基づいて前記各々のエネルギービンごとに、検出されたＸ線の計数を決定し、
前記投影長に基づく前記決定された計数と、前記各マクロピクセルに対応する前記第１の投影データの前記計数との間の測定差分を表す目的関数の値を決定し、
収束基準が満たされるまで前記目的関数の前記値を最小化するために前記投影長を反復的に調整することにより実行される、請求項６に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
前記選択部は、
前記目的関数の前記最小化された値がしきい値を上回る場合、前記各マクロピクセルがパーシャルボリューム誤差補正用の前記マクロピクセル中に含まれると決定し、
前記目的関数の前記最小化された値が前記しきい値を上回らないとき、前記各マクロピクセルが、前記パーシャルボリューム誤差補正用の前記マクロピクセル中に含まれないと決定することによって、前記パーシャルボリューム誤差補正用の前記マクロピクセルを選択する、請求項７に記載の医用画像処理装置。
【請求項９】
前記物質弁別処理は、前記第１の計数と第２の計数との間の測定差分を最小化するようにルックアップテーブルから前記第２の計数を選択することによって実行され、
前記ルックアップテーブルは、物質成分の投影長のそれぞれの値に従ってグループ化される計数を含む、請求項６に記載の医用画像処理装置。
【請求項１０】
前記第１の投影データを記憶するメモリを含む回転部材と、
固定部と、をさらに具備し、
前記回転部材は、前記選択されたマクロピクセルごとに前記第２の投影データの値を送信する、請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項１１】
前記回転部材は、前記固定部に、前記物質弁別処理が収束する前記各マクロピクセルに関する前記第２の投影データの値を送信する、請求項１０に記載の医用画像処理装置。
【請求項１２】
前記固定部に回路をさらに具備し、
前記回転部材が、前記固定部に、前記マクロピクセルの全てに関する前記第２の投影データの値を送信し、
前記固定部にある回路の一部が、
前記物質弁別処理が収束しない前記選択されたマクロピクセルを選択し、
前記回転部材に、前記選択されたマクロピクセルに対応する前記第２の投影データの前記値の送信を要求する送信要求を送り、
前記回転部材から、前記選択されたマクロピクセルに対応する前記第２の投影データの前記値の送信を受信し、
補正物質弁別投影データを生成するために、前記選択されたマクロピクセルに対してパーシャルボリューム誤差補正を実行することと、
前記補正物質弁別投影データから物質成分画像を再構成する、請求項１０に記載の医用画像処理装置。
【請求項１３】
前記一部の検出器素子は、２以上の検出器素子により形成される検出器素子群であり、
前記選択部は、前記補正物質弁別投影データに基づく前記物質弁別処理が収束しない場合、前記選択されたマクロピクセルに含まれる前記検出器素子群により形成されるピクセルサイズよりもサイズが小さくなるように、当該検出器素子群に含まれる検出器素子を新たな一部の検出器素子として選択し、
前記補正部は、前記新たな一部の検出器素子で取得される投影データに対して物質弁別処理を実行する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
【請求項１４】
Ｘ線を放射するＸ線源と、
複数の検出器素子を含み、前記Ｘ線源からの前記Ｘ線を検出し、エネルギービンに従って分解される前記Ｘ線の計数を表す第１の投影データを生成する検出器と、
前記複数の検出器素子のうちの２以上の検出器素子をグルーピングしたマクロピクセルごとに、各マクロピクセルに含まれる複数の検出器素子に対応する前記第１の投影データに基づいて、第２の投影データを生成する生成部と、
前記第２の投影データに基づく物質弁別処理が収束しないマクロピクセルを選択する選択部と、
前記選択されたマクロピクセルに含まれる一部の検出器素子に対応する第１の投影データに基づいて物質弁別処理を実行することで、補正物質弁別投影データを生成する補正部と、
前記補正物質弁別投影データから物質成分画像を再構成する再構成部と、
を具備するＸ線ＣＴ装置。
【請求項１５】
複数の検出器素子において検出された放射線の強度を表す第１の投影データを取得し、
前記複数の検出器素子のうちの２以上の検出器素子をグルーピングしたマクロピクセルごとに、各マクロピクセルに含まれる複数の検出器素子に対応する前記第１の投影データに基づいて、第２の投影データを生成し、
前記第２の投影データに基づく物質弁別処理が収束しないマクロピクセルを選択し、
前記選択されたマクロピクセルに含まれる一部の検出器素子に対応する第１の投影データに基づいて物質弁別処理を実行することで、補正物質弁別投影データを生成する、医用画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用画像処理装置、Ｘ線ＣＴ装置および医用画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムおよび方法は、特に、医療撮像および診断のために広く使用されている。ＣＴシステムは、概して、被検者の体を通して１つまたは複数の断面スライスの投影画像を作成する。Ｘ線源などの放射線源は、一方の側から体を照射する。概してＸ線源に隣接するコリメータは、Ｘ線ビームの角度範囲を制限し、したがって、体に当たる放射が体の断面スライスを定義する平面領域（すなわち、Ｘ線投影平面）に実質的に限定される。体の反対側の少なくとも１つの検出器（および、概して、多くの２つ以上の検出器）は、投影平面中で体を通して伝播された放射を受け取る。体を通過した放射の減衰は、検出器から受信した電気信号を処理することによって測定される。いくつかの実装形態では、マルチスライス検出器構成が使用され、平面投影ではなく体の体積投影を与える。
【０００３】
一般に、Ｘ線源は、体の長軸の周りを回転するガントリ上に取り付けられる。検出器は、Ｘ線源の反対側で同様にガントリ上に取り付けられる。体の断面画像は、一連のガントリ回転角で投影減衰計測を行い、ガントリロータと固定部との間に構成されるスリップリングを介してプロセッサに投影データ／サイノグラムを送信し、次いで、ＣＴ再構成アルゴリズム（たとえば、逆ラドン変換、フィルタ補正逆投影法、フェルドカンプ法ベースのコーンビーム再構成、逐次再構成または他の方法）を使用して投影データを処理することによって取得される。たとえば、再構成された画像は、その各々が患者の体の体積要素（体積ピクセルまたはボクセル）を表す要素（ピクセル）の正方行列であるデジタルＣＴ画像であり得る。いくつかのＣＴシステムでは、体の平行移動と体に対するガントリの回転との組合せは、Ｘ線源が体に対して螺旋形のまたは螺旋状の軌道を横断するようなものである。複数の図は、次いで、スライスのまたは複数のそのようなスライスの内部構造を示すＣＴ画像を再構成するために使用される。
【０００４】
従来、エネルギー積分型検出器がＣＴ投影データを測定するために使用されてきた。次に、フォトンカウンティング検出器（ＰＣＤ）が、エネルギー積分型検出器に実現可能な代替を提示した。ＰＣＤは、スペクトルＣＴを実行するそれらの能力とより大きい分解能のためにスキャンエリアを検出器の多くのより小さい「ピクセル」に分割する能力とを含む多くの利点を有する。半導体ベースのＰＣＤは、スペクトルＣＴに独自の利点を与えるが、また独自の課題をもたらす。たとえば、パルスパイルアップにより、ＰＣＤは、Ｘ線フラックスに対して非線形応答を示すことがある。検出器応答における非線形性およびスペクトルシフトを補正することなしに、半導体ベースのＰＣＤから再構成された画像は、より悪い画質を有し得る。
【０００５】
ＰＣＤの１つの利点は、ＰＣＤがＸ線のエネルギーに応じてＸ線減衰の変化に関する情報を与えるので、ＰＣＤがスペクトルＣＴのために使用され得るということである。骨および水などの異なる物質が異なるスペクトル吸収シグネチャを示し、スペクトル分解されたＣＴスキャンを物質成分に弁別できるのでスペクトルＣＴが望ましい。しかしながら、Ｘ線検出器のピクセルが、Ｘ線検出器パスの同じピクセル内に入るＸ線が異なる物質を通るのに十分大きいとき、この物質弁別処理はパーシャルボリューム誤差（ＰＶＥ）を生じ得る。したがって、ＰＶＥを識別し、補正するより良い方法が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／００２３４９６号明細書
【特許文献２】米国特許第９６８７２０７号明細書
【特許文献３】米国特許第８４２２８２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、適切にパーシャルボリューム誤差を補正することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る医用画像処理装置は、取得部と、生成部と、選択部と、補正部とを含む。取得部は、複数の検出器素子において検出された放射線の強度を表す第１の投影データを取得する。生成部は、前記複数の検出器素子のうちの２以上の検出器素子をグルーピングしたマクロピクセルごとに、各マクロピクセルに含まれる複数の検出器素子に対応する前記第１の投影データに基づいて、第２の投影データを生成する。選択部は、前記第２の投影データに基づく物質弁別処理が収束しないマクロピクセルを選択する。補正部は、前記選択されたマクロピクセルに含まれる一部の検出器素子に対応する第１の投影データに基づいて物質弁別処理を実行することで、補正物質弁別投影データを生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の例示的な実施形態に係るパーシャルボリューム効果の一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の例示的な実施形態に係るビーム方向に対して直交構成で構成された２つの物質を有するボクセルを平均化するパーシャルボリュームの透視図の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の例示的な実施形態に係る２つの物質の均質混合物を有するボクセルを平均化するパーシャルボリュームの透視図の概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の例示的な実施形態に係るビーム方向に対して平行構成で構成された２つの物質を有するボクセルを平均化するパーシャルボリュームの透視図の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の例示的な実施形態に係るビーム方向に対して直交構成で構成された２つの物質を有するボクセルを平均化するパーシャルボリュームの側面図の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の例示的な実施形態に係る２つの物質の均質混合物を有するボクセルを平均化するパーシャルボリュームの側面図の概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本開示の例示的な実施形態に係るビーム方向に対して平行構成で構成された２つの物質を有するボクセルを平均化するパーシャルボリュームの側面図の概略図である。
【図４】図４は、本開示の例示的な実施形態に係るスキャン中にパーシャルボリュームを識別する方法のためのフローチャートを示す図である。
【図５】図５は、本開示の例示的な実施形態による、マイクロピクセルの選択方法を説明する図である。
【図６】図６は、本開示の例示的な実施形態に係るコンピュータ断層撮影スキャナの実装形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で説明する実施形態は、概して、フォトンカウンティングスペクトルコンピュータ断層撮影データの物質弁別に関し、より詳細には、物質弁別処理が収束することに失敗したときにパーシャルボリューム誤差（ＰＶＥ）を識別し、次いで、物質弁別のためにマクロピクセルではなくマイクロピクセルからの投影データを使用することによってＰＶＥを補正することに関し、ここにおいて、マクロピクセルは、検出器アレイ、（たとえば、マイクロピクセル）内の複数のピクセルの信号を総計する仮想ピクセルである。
添付の図面とともに以下に記載する説明は、開示する主題の様々な態様を説明するものであり、必ずしも態様のみを表すものであるとは限らない。いくつかの例では、説明は、開示する主題の理解を与えるための具体的な詳細を含む。ただし、態様がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかである。場合によっては、よく知られている構造および構成要素が、開示する主題の概念を不明瞭にするのを回避するためにブロック図の形式で示され得る。
【００１１】
「一態様」または「態様」への本明細書全体にわたる言及は、態様に関して説明する特定の特徴、構造、特性、動作、または機能が開示する主題の少なくとも１つの態様中に含まれることを意味する。したがって、本明細書における句「一態様では」または「一態様中の」のどの出現も、必ずしも同じ態様を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、特性、動作、または機能が、１つまたは複数の態様中に任意の好適な方法で組み合わされ得る。さらに、開示する主題の態様が、説明する態様の修正および変更をカバーすることができ、カバーするものとする。
【００１２】
さらに、本明細書で使用され得る「上部」、「下部」、「前面」、「後面」、「側面」、「内部」、「外部」などの用語は、基準点を説明するにすぎず、必ずしも開示する主題の態様を任意の特定の向きまたは構成に限定するとは限らない。さらに、「第１の」、「第２の」、「第３の」などの用語は、本明細書で説明するいくつかの部分、構成要素、基準点、動作および／または機能のうちの１つを識別するにすぎず、同様に、必ずしも開示する主題の態様を任意の特定の構成または向きに限定するとは限らない。
【００１３】
上記で説明したように、フォトンカウンティング検出器（ＰＣＤ）は、ＣＴに、物質弁別がスペクトル分解された投影データを使用して実行され得るという利点を含むいくつかの利点を与える。しかしながら、いくつかの障害が、ＰＣＤの全潜在能力の実現を制限し得る。上記で説明したように、高いＸ線フラックスレートにおいて、パルスパイルアップは、ＰＣＤのための非線形応答を生じる。パイルアップを回避するために、ＰＣＤの断面積を減少させ、より高いＸ線フラックスでもパルスパイルアップの発生を抑制できる。たとえば、単一の大きいＰＣＤは、４つのより小さいＰＣＤに細分化され得、各々は、小さいＰＣＤごとのフラックスレートが大きいＰＣＤのものの１／４である状態で大きいＰＣＤのエリアの１／４をカバーする。実際には、電荷共有および他の効果が、小さいＰＣＤがどのように行われ得るのかを基本的に制限し得る。
【００１４】
たとえば、より小さいＰＣＤにＰＣＤを細分化することは、ＣＴスキャナ中の検出器素子／ピクセルの総数を増加させ、Ｘ線検出器がスリップリングにわたって構成される回転環状構造から画像再構成を実行する１つまたは複数のコンピュータプロセッサを格納する固定ガントリ構造などに投影データがどのくらい速く送信され得るのかに基づくＣＴガントリのロータと固定部との間の通信ボトルネックを生じ得る。すなわち、より高い分解能でデータを収集することは、所与の時間量にスリップリングにわたって送信されるべきデータが多くなり、スリップリングを介して利用可能な限定された通信帯域幅を上回る。スリップリングは、ロータと固定部との間の通信デバイスの非限定的な例であり、いくつかの実装形態では、当業者には理解されるように、スリップリングの代わりに光ファイバ回転ジョイントまたは他の通信デバイスが使用され得る。
【００１５】
この通信ボトルネックを克服するために、小さいＰＣＤ（たとえば、マイクロピクセル）からの計数が、仮想の大きいＰＣＤ（たとえば、マクロピクセル）の計数として総計され、送信されるデータの量を低減し得る。
【００１６】
この方式はパイルアップ問題に対処するのを助ける一方、マクロピクセル計数にマイクロピクセル計数を総計することは、パーシャルボリューム誤差（ＰＶＥ）を受けやすい投影データを残すことになり得る。本明細書で説明する方法は、ＰＶＥが行われるマクロピクセルを識別し、次いで、ＰＶＥを補正するためにマクロピクセル計数ではなくマイクロピクセル計数を使用することによってＰＶＥに対処する。
【００１７】
次に、同様の参照番号がいくつかの図全体にわたって同じまたは対応する部分を指定する図面を参照すると、図１に、被検体と検出器アレイのそれぞれのマイクロピクセルへ向かう途中で被検体を通過する２つの平行Ｘ線トラジェクトリとの断面図を示す。２つのＸ線トラジェクトリに対応するマイクロピクセルは、マクロピクセルのための信号を生成するために総計／平均化される。図示の２つのＸ線トラジェクトリでは、１つのＸ線トラジェクトリは、軟組織のみを通過するが、他方のＸ線トラジェクトリは、軟組織を通過することに加えて骨（たとえば、肋骨）を通過する。したがって、これらの２つのＸ線トラジェクトリに対応する２つのマイクロピクセル信号がマクロピクセル信号を生成するために組み合わせられると、得られたマクロピクセル信号の物質弁別は、パーシャルボリューム効果により不完全になることがあり、最終的に、ＰＶＥを生じる。物質弁別処理が収束しないことに基づいてＰＶＥが識別される。次いで、物質弁別処理は、以下でより詳細に説明するように、マクロピクセル信号ではなくマイクロピクセル信号に対して物質弁別処理を実行することによって補正され得る。物質弁別処理が収束しないことは、マクロピクセルの測定された計数Ｎ〜（以下、上付きチルダは文字の直上にチルダが付されることを示す）と物質投影長Ｌ→（以下、上付き矢印はベクトルであることを示す）に基づいてキャリブレーションされた／理論上の計数Ｎ→（Ｌ→）との間の無視できない差によって示され得る。
【００１８】
したがって、異なる物質が、ＣＴスキャンの記録されたピクセル（たとえば、マクロピクセル）内に入るＸ線トラジェクトリの断面積内の異なる領域を占有するとき、ＰＶＥが発生し得る。本明細書で説明する方法は、これらのＰＶＥを識別し、補正する有利な効果を与え、それによって、より正確な物質弁別と再構成された画像とを生成することができる。
【００１９】
異なる原子番号Ｚをもつ原子を有する物質が、異なるスペクトルプロファイルを有するので、スペクトルＣＴデータの物質弁別が可能になる。ｋエッジ効果からの一部、生物学的な物質でのＸ線減衰のスペクトル形状は、２つの物理処理、すなわち、光電減衰およびコンプトン散乱によって決定される。したがって、エネルギーに応じた減衰係数は、次式の弁別によって近似され得る。
【００２０】
【数１】
2020075078.tif 000003
【００２１】
ここで、μPE（Ｅ，ｘ，ｙ）は、光電減衰であり、μC（Ｅ，ｘ，ｙ）は、コンプトン減衰である。この減衰係数は、代わりに、物質１（たとえば、骨などの高Ｚ物質）と物質２（たとえば、水などの低Ｚ物質）の弁別に再構成され得、次式が得られる。
【００２２】
【数２】
2020075078.tif 000004
【００２３】
ここで、ｃ1,2（ｘ，ｙ）は、位置（ｘ，ｙ）に位置する物質１および物質２の濃度を記述する空間関数である。ボクセルの物質組成構造が近似的に空間的に均一であるとき、所与のＸ線トラジェクトリに沿った強度は、次式によって与えられ得る。
【００２４】
【数３】
2020075078.tif 000005
【００２５】
ここで、Ｌ1＝∫ｄｌｃ1（ｘ，ｙ）は、第１の物質成分の投影長であり、Ｌ2＝∫ｄｌｃ2（ｘ，ｙ）は、第２の物質成分の投影長であり、積分は、Ｘ線トラジェクトリの線ｌ（ｘ，ｙ）に沿った線積分である。
【００２６】
フォトンカウンティング検出器（ＰＣＤ）を利用するスペクトルＣＴでは、画像再構成は、検出器応答および物質弁別を補正することを含む事前再構成ステップによって先行される。詳細には、パーシャルボリューム効果は、異なる物質成分に対応する隣接するピクセル値を平均化／総計することによって異常なスペクトルシグネチャを生じ得ることをいう。
【００２７】
概して、吸収物質を通して伝播されるビーム、たとえば、Ｘ線ビームの強度Ｉは、次式として表される。
【００２８】
【数４】
2020075078.tif 000006
【００２９】
ここで、Ｉ0は、初期ビーム強度であり、Ｌは、経路長であり、μは、減衰係数である。ビームは、エネルギーに関して単色でも、多色でもよい。多色ビームは、複数のＸ線エネルギーを含み、エネルギー依存の減衰係数を抽出するために使用される。スペクトル項Ｓ（Ｅ）は、検出器上のエネルギーＥの入射スペクトルである。２つの物質のためのこのスペクトル項は、次式によって与えられる。
【００３０】
【数５】
2020075078.tif 000007
【００３１】
ここで、Ｓ0は、放射線源からの放射線エネルギースペクトルであり、μ1およびμ2は、物質弁別のための基準物質の減衰係数であり、Ｌ1およびＬ2は、それぞれの透過経路長である。ＰＣＤがＸ線を検出するために使用されるとき、エネルギースペクトルは、ｉ番目のエネルギービン中で計数Ｎiをもつ一連のｎ個のエネルギービンに分割され、これは、次式によって与えられる所与のピクセルのｍ番目の検出器素子の範囲｛Ｅi，Ｅi+1｝として定義される。
【００３２】
【数６】
2020075078.tif 000008
【００３３】
ここで、Ｃは、キャリブレーション定数であり、ｍ番目の検出器素子は、｛（ｘm，ｙm），（ｘm+1，ｙm+1）｝として定義される検出エリアを有する。
【００３４】
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂは、ＰＶＥが発生しないシナリオの非限定的な簡略化された例を与えるが、図２Ｃおよび図３Ｃは、ＰＶＥが発生するシナリオの非限定的な簡略化された例を与える。
【００３５】
図２Ａに、本開示の例示的な態様による、直交構成で構成された２つの物質を有するボクセル１００を平均化するパーシャルボリュームの透視図を示す。直交構成とは、複数の物質がＸ線の透過経路に沿って配置されている位置関係を意味する。ボクセル１００中の第１の物質１０５と第２の物質１１０との向きは、サンドイッチ構造として簡略化され得、ここにおいて、第１の物質１０５と第２の物質１１０との間の境界面は、検出器１２０に当たる光子のビーム１１５の方向に実質的に直交する。ビーム１１５は、ボクセル１００を横断する単一の光線として、または単一の光線を備えるために一緒に平均化された複数の小さい光線として表される。検出器１２０は、ビーム１１５からの複数の光子を受け取り、当てられた光子のエネルギーを電気信号に変換するように構成され得る。検出器１２０は、フォトンカウンティング検出器（ＰＣＤ）であり、ここにおいて、生成された電気信号は、光子計数に変換され、処理回路によって分析される。直交向きで、ボクセル１００に入るときに強度Ｉ0を有するビーム１１５は、減衰μ1を有する第１の物質１０５を通過し、次いで、ボクセル１００を出るときに強度Ｉを有する減衰μ2を有する第２の物質１１０を通過する。ビーム１１５が図示のように同じ厚さを有する両方の物質を通過する場合、経路長は、各物質でボクセル１００の長さの半分である。したがって、Ｌ／２＝Ｌ1＝Ｌ2であり、単色ビーム１１５の強度Ｉは、次式として表され得る。
【００３６】
【数７】
2020075078.tif 000009
【００３７】
上述の式に基づく同様の式が、伝播された光子の数Ｎに関して与えられる。Ｎ0は、光子の入射数であり、次式が得られる。
【００３８】
【数８】
2020075078.tif 000010
【００３９】
図２Ｂに、本開示の例示的な態様による、２つの物質の均質混合物を有するボクセル１００を平均化するパーシャルボリュームの透視図を示す。ここで、ビーム１１５が各物質の厚さと一致する経路長Ｌ／２を通して効果的に移動するので、第１の物質１０５と第２の物質１１０との混合は図２Ａと同じ伝播を生じる。したがって、両方の物質について長さＬを有するボクセル１００を通ってＬ／２の有効経路長を横断する限り、ビームが通る物質の順序は減衰の指数形式により問題にならない。したがって、伝播された光子の数Ｎは、上記で説明したようにこの場合も表され得る。
【００４０】
図２Ｃに、本開示の例示的な態様による、平行構成で構成された２つの物質を有するボクセル１００を平均化するパーシャルボリュームの透視図を示す。平行構成とは、複数の物質がＸ線の透過経路の略直交軸に沿って配置されている位置関係を意味する。ビーム１１５が、スキャンする間に対象物の周りを、たとえば、追加の９０°の回転だけ回転するので、ビーム１１５は、第１の物質１０５と第２の物質１１０との間の界面平面がビーム１１５に対して実質的に平行に配向された位置に移動することができる。ボクセル１００を通過するビーム１１５は、第１の物質１０５のみを通過し、第２の物質１１０を通過しないより狭い光線を含むことができ、その逆も同様である。図２Ａおよび図２Ｂ中で多くの光線の平均から構成されるものとして表されたビーム１１５について、図２Ｃ中のビーム１１５は、第１の物質１０５を通過する第１の光線１１５ａと第２の物質１１０を通過する第２の光線１１５ｂとに分割できる。
【００４１】
ここで、検出器１２０によって測定されるとき、第１の光線１１５ａは、第２の光線１１５ｂと比較して伝播された光子の数が異なる。検出器１２０は、少なくとも１つのマクロピクセル１２５の格子を含むことができ、ここにおいて、少なくとも１つのマクロピクセル１２５の各々は、複数のマイクロピクセル１３０に分割され得る。つまり、マイクロピクセル１３０は、マクロピクセル１２５に含まれる一部の検出器素子（例えば、２以上の検出器素子から形成される検出器素子群）である。マイクロピクセル１３０は、より狭い第１および第２の光線１１５ａ、１１５ｂを検出し、別個の光子計数を登録するためにそれぞれの物質を通過するそれぞれの光線を通して光子から与えられたエネルギーをそれぞれのマイクロピクセル１３０において電気信号に変換するように構成され得る。第１の物質１０５と第２の物質１１０とが異なる減衰係数を有するので、（多色ビーム１１５について）光子の伝播された数は、次式によって与えられる。
【００４２】
【数９】
2020075078.tif 000011
【００４３】
これは、図２Ａおよび図２Ｂの状態から得られる上述の式とは異なる。したがって、物質成分にスペクトル計数を弁別しようとする試みは、この場合パーシャルボリューム誤差（ＰＶＥ）を生じる。しかしながら、このＰＶＥは、測定体積がマイクロピクセル１３０に対応するより小さい体積に細分化される場合に緩和され、マクロピクセル１２５のための計数の代わりに、マイクロピクセル１３０のための計数が物質弁別のために利用される。
【００４４】
図３Ａに、本開示の例示的な態様による、直交構成で構成された２つの物質を有するボクセル１００を平均化するパーシャルボリュームの断面図を示す。図２Ａで説明したように、積層形成を採用するとき、第１の物質１０５は、第２の物質１１０との境界面を形成することができる。簡略図では、この境界面は、平面であり、ビーム１１５の方向に対して実質的に直角であり得る。この構成では、ビーム１１５が両方の物質１０５、１１０を通過するので、パーシャルボリューム効果は、Ｎの読取値に誤差を与えない。
【００４５】
図３Ｂに、本開示の例示的な態様による、均質的に混合された２つの物質を有するボクセル１００を平均化するパーシャルボリュームの断面図を示す。図２Ｂで説明したように、第１の物質１０５と第２の物質１１０とは、物質の間の境界がないような均質混合物であり得る。ただし、混合物が均質であるので、ビーム１１５は、依然として図２Ａおよび図２Ｂで行ったのと同じ減衰でボクセル１００を通過し、パーシャルボリューム効果は生じない。
【００４６】
図３Ｃに、本開示の例示的な態様による、平行構成で構成された２つの物質を有するボクセル１００を平均化するパーシャルボリュームの断面図を示す。図２Ｃで説明したように、第１の物質１０５は、第２の物質１１０との境界面を形成することができる。ここで、境界面は平面であり、ビーム１１５の方向に対して実質的に平行であり得る。ビーム１１５が、ボクセル１００を通過する有効透過ビームを生成するために総計され平均化される多くのより小さい光線１１５ａ、１１５ｂから構成されている場合、第１の物質１０５と第２の物質１１０とのこの向きは、パーシャルボリューム効果により測定誤差を生じ得る。したがって、測定誤差を低減するために、画像再構成のために、少なくとも１つのマクロピクセル１２５の値の代わりに（それぞれのマクロピクセル１２５ごとの複数のマイクロピクセル１３０の値を平均化することを介して決定される）複数のマイクロピクセル１３０の個々の測定値が使用され得る。
【００４７】
図４に、ＰＶＥを識別し、マクロピクセル測定値からマイクロピクセル測定値に切り替えることによってそれを補正するための方法の非限定的な例の流れ図を示す。
【００４８】
ステップＳ３００において、画像収集を開始する。
ステップＳ３０１において、検出器１２０は、複数の検出器素子において検出された放射線の強度を表す投影データを生成する。ここでの投影データは、複数の検出器素子のうちの２以上の検出器素子をグルーピングしたマクロピクセルごとに、投影データを組み合わせてマクロピクセルに対応する投影データを生成する。具体的には、マイクロピクセル１３０のｍ番目のマイクロピクセルについて、およびｉ番目のエネルギービンについて計数Ｎi,m（micro）を検出する。これらの計数は、次いで、マクロピクセル１２５のｉ番目のエネルギービンのＮiの計数を生成するために総計され、これは、次式によって与えられる。
【００４９】
【数１０】
2020075078.tif 000012
【００５０】
ステップＳ３０１では、測定された計数Ｎ〜＝｛Ｎ１(macro）, Ｎ１(macro），・・・，Ｎｎ(macro）｝が物質弁別のための計数Ｎ→(Ｌ→)と比較される。ここで、物質弁別の計数Ｎ→は、投影長Ｌ→のベクトルの関数である。つまり、各々のエネルギービンごとに、第１の計数を生成するために、各マクロピクセルに対応する投影データの計数を総計することによって、各マクロピクセルに対応する投影データを組み合わせる。たとえば、この比較は、（コスト関数または誤差測度とも呼ばれる）目的関数φを使用して実行され得、測定された計数Ｎ〜と物質弁別の計数Ｎ→との間の一致を表す。測定された計数Ｎｉ〜とモデル化された計数Ｎmとの間の差を表すためにコスト関数φ（Ｌ1，Ｌ2）のいくつかの異なる定義が使用され得る。一実装形態では、コスト関数は、測定された計数Ｎ’ｍと物質弁別の計数Ｎ→との間の差の最小２乗、すなわち、次式である。
【００５１】
【数１１】
2020075078.tif 000013
【００５２】
一実装形態では、コスト関数は、測定された計数Ｎ’mとモデル化された計数Ｎmとの間の差の加重最小２乗、すなわち、次式である。
【００５３】
【数１２】
2020075078.tif 000014
【００５４】
ここにおいて、σiは、測定された計数Ｎｉ〜の標準偏差である。
【００５５】
代替的に、比較は、任意の知られている距離測度、たとえば、ユークリッド距離、または測定された計数と弁別された計数との間の誤差測度であり得る。
【００５６】
弁別された計数Ｎ→(Ｌ→)は、たとえば、次式を使用した計算で取得される。
【００５７】
【数１３】
2020075078.tif 000015
【００５８】
ここにおいて、Ｃは、キャリブレーション定数である。いくつかの実装形態では、上記の式は、検出器応答を含むように変更され得る。その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願番号第１３／８６６，９６５号で論じられているように、放射検出器の応答機能は、改善された結果を与えるためにキャリブレーションされ得る。一実装形態では、それぞれの所与の放射検出器の計数の検出器モデルは次式になる。
【００５９】
【数１４】
2020075078.tif 000016
【００６０】
ここにおいて、積分時間Ｔ、線形応答関数Ｒ0、非線形応答関数Ｒ1、および不感時間τの各々は、対象物ＯＢＪに対する投射測定の前に実行されるキャリブレーションの結果として放射検出器およびエネルギー成分ごとに既知である。
【００６１】
さらに、弁別された計数Ｎ→(Ｌ→)は、物質ファントムの様々な既知の長さ（経路長）の計数を測定し、記憶するために様々なキャリブレーションを実行し、物質ファントムの長さの間の長さの計数を決定するためにこれらの計数の間を補間することによって取得される。ルックアップテーブルは、物質成分の投影長のそれぞれの値に従ってグループ化される計数を含む。
【００６２】
さらに、弁別された計数Ｎ→(Ｌ→)は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に与えられ、記憶され得る。さらに、ＬＵＴは、投影長Ｌ→によってインデックス付けされる。すなわち、Ｎ→(Ｌ→)＝ＬＵＴ（Ｌ→）である。つまり、ＬＵＴには、計数値Ｎ→(Ｌ→)と投影長Ｌ→とが対応付けられて格納される。
【００６３】
目的関数φは、目的関数φの値が最小化されるまで投影長Ｌ→を調整すること、すなわち、次式によって最適化問題を構築するために使用される。
【００６４】
【数１５】
2020075078.tif 000017
【００６５】
目的関数φの最小値は、次いで、ＰＶＥを定量化する推定値を表すために戻される。つまり、測定された計数Ｎ〜と弁別された計数Ｎ→(Ｌ→)との間の測定差分が最小化するようにＬＵＴから弁別された計数Ｎ→(Ｌ→)を選択することによって物質弁別処理が実行される。つまり、マクロピクセル毎に、マクロピクセルに対応する投影データに対して物質弁別処理を実行することで、物質弁別された投影データ（物質弁別投影データともいう）が生成される。ＰＶＥが小さいとき、Ｎ(Ｌ→)の値は、測定された計数Ｎ〜と厳密に一致すると発見され、目的関数φの値が、たとえば、０の最小値に近づくことになる。言い換えれば、物質弁別処理が収束する。しかしながら、Ｎ(Ｌ→)と測定された計数Ｎ〜との間で不十分な一致しか取得されないとき、この不十分な一致は、ＰＶＥによるものであり得、目的関数φの値は０に近づかないことになる。言い換えれば、物質弁別処理が収束しない。したがって、物質弁別処理が収束しないとき、マクロピクセルからマイクロピクセルにピクセルサイズを減少させ、代わりに、マイクロピクセルを使用して再び物質弁別処理を繰り返すことを１つの方法として用いればよい。
【００６６】
いくつかの実装形態では、ＬＵＴ中の所定の予測値Ｎ→(Ｌ→)は、単独で、あるいは１つまたは複数の追加の物質（たとえば、物質は骨および主に水から構成される軟組織であり得る）と組み合わせて、予想される物質の基準物質経路長に基づいて計算されるＮの値であってもよい。
【００６７】
Ｎ→(Ｌ→)の値は、シミュレーションプログラムを介してまたは（たとえば、既知の物質ファントムのキャリブレーション測定値を使用して）経験的に生成されてもよい。マクロピクセル１２５の値は、スキャンにおける構成要素である基準物質、たとえば、第１の物質１０５と第２の物質１１０との組合せの経路長を推定するために使用されてもよい。
【００６８】
ステップＳ３０３において、マクロピクセル計数Ｎ〜と計算／キャリブレーションされた計数Ｎ(Ｌ→)との比較の結果（たとえば、目的関数φの最小値）が、あらかじめ定義されたしきい値と比較される。目的関数φの最小値があらかじめ定義されたしきい値未満であるとき、物質弁別処理が収束したと判定され、ＰＶＥ補正を実行すべきでないと決定され、方法がステップＳ３０３からステップＳ３０５に進む。目的関数φの最小値があらかじめ定義されたしきい値を上回る場合、物質弁別処理が収束しないと判定され、ＰＶＥ補正を実行すべきと決定されて、方法がステップＳ３０３からステップＳ３０７に進む。
【００６９】
いくつかの実装形態では、ＬＵＴは、それらの対応するマクロピクセル１２５の測定値Ｎ→のための基準物質経路長のセットＬ＝｛Ｌ１→，Ｌ１→，…, Ｌｋ→)を含むことができる。ここにおいて、Ｎ→＝ＬＵＴ(Ｌ→)不一致を最小化する引数Ｌ→を発見するためにＬＵＴに対して探索、すなわち、次式が実行される。
【００７０】
【数１６】
2020075078.tif 000018
【００７１】
後続のマクロピクセル測定値Ｎ〜とＬＵＴ中の値との間の最小化された差にあらかじめ定義されたしきい値εが適用される。したがって、以下の不等式が満たされないときＰＶＥ補正が実行される。
【００７２】
【数１７】
2020075078.tif 000019
【００７３】
ステップＳ３０７に達するには、マクロピクセル１２５のためのＮ〜とＮ→との間の測定差分が、ＬＵＴ中の値から所定の偏差範囲外にある（たとえば、あらかじめ定義されたしきい値εよりも大きい）と決定されている。したがって、パーシャルボリューム誤差（ＰＶＥ）が識別されており、異なる物質成分のより良い空間分解能を与えるためにマクロピクセル測定値の代わりにマイクロピクセル測定値が使用される。つまり、目的関数φの最小値があらかじめ定義されたしきい値を上回るマクロピクセルに含まれる一部の検出器素子（すなわち、マイクロピクセル）に対して、物質弁別処理が実行される。これによりパーシャルボリューム誤差が補正され、補正された物質弁別投影データ（補正物質弁別投影データともいう）が生成される。
補正された物質弁別データは、ＰＶＥ補正用に選択されたマクロピクセルに含まれるマイクロピクセルに関する物質弁別投影データを含み、ＰＶＥ補正用に選択されなかったマクロピクセルに関する物質弁別投影データを含む。
【００７４】
マイクロピクセル１３０の測定値は、マクロピクセル１２５のために使用されるのと同じ方法を使用して物質成分（たとえば、投影長Ｌ→）に弁別され得る。たとえば、測定された計数は、Ｎ〜＝４×｛Ｎ１(macro）, Ｎ２(macro），・・・，Ｎｎ(macro）｝によって与えられ得、ここにおいて、係数４は、マイクロピクセル１３０がマクロピクセル１２５よりも４倍小さいことを説明する。したがって、マクロピクセル１２５に基づく／それのためにキャリブレーションされたＬＵＴを使用するには、計数は、マクロピクセル１２５ごとにマイクロピクセル１３０の数でスケールアップされなければならない。
次いで、物質弁別処理は、たとえば、以下の最適化問題を解くことによってマクロピクセル１２５の各々について実行される。
【００７５】
【数１８】
2020075078.tif 000020
【００７６】
マイクロピクセル測定値に対して物質弁別処理を実行する他の方法が、本発明の要旨について逸脱することなしに使用されてもよい。
【００７７】
しきい値εは、ＬＵＴ中の値よりも大きいまたは小さい所定の値、たとえば、±１％、±１０％、±２０％、±３０％、または±５０％であってもよい。
【００７８】
ＬＵＴの補間は、ＬＵＴの引数、たとえば、Ｌ1およびＬ2に基づいてもよい。代替的に、ＬＵＴの引数は、ｐおよびＬであってもよく、ここにおいて、Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2、Ｌ1＝ｐ＊Ｌ、およびＬ2＝（１−ｐ）＊Ｌである。補間は、Ｌ値の間で実行され得る。たとえば、Ｌ1＝２．５およびＬ2＝１．５の値を決定するために、ルックアップテーブルが投影長の整数値（すなわち、Ｌ1＝｛０，１，２，．．．，Ｎ｝およびＬ2＝｛０，１，２，．．．，Ｎ｝）で離散化されるので、ＬＵＴ中の値が与えられ得ない。したがって、線形補間は、Ｌ1およびＬ2の値に隣接する離散化された値の間の平均ＬＵＴ値を決定すること、たとえば、次式によって実行され得る。
【００７９】
【数１９】
2020075078.tif 000021
【００８０】
ステップＳ３０５において、物質成分画像が、投影画像の物質弁別から再構成される。
【００８１】
いくつかの実装形態では、再構成は、マイクロピクセル測定値を使用して実行されるべき物質弁別のためにマクロピクセルが選択された空間分布に応じて異なる空間格子サイズを使用することができる。すなわち、物質弁別のためにマイクロピクセル測定値が使用された領域では、物質弁別投影データは、マイクロピクセル分解能で分解される。物質弁別のためにマクロピクセル測定値が使用された領域では、物質弁別投影データは、マクロピクセル分解能で分解される。例えば、ＰＶＥ補正用に選択されたマクロピクセルに含まれるマイクロピクセルに関する物質弁別投影データを使用し、ＰＶＥ補正用に選択されなかったマクロピクセルに関する物質弁別投影データを使用して、物質成分画像が再構成される。
【００８２】
いくつかの実装形態では、再構成は、マクロピクセル分解能に対応する均一な空間格子サイズを使用して実行されてもよい。たとえば、物質弁別のためにマイクロピクセル測定値が使用された領域では、マクロピクセルのための平均投影長を生成するためにマイクロピクセルの投影長が平均化され、マクロピクセルのためのこれらの平均投影長は、画像再構成のために使用されてもよい。
【００８３】
いくつかの実装形態では、通信ボトルネックは、ＣＴガントリの固定部分にスリップリングにわたってマイクロピクセルデータのすべてを送るには少なすぎるデータ帯域幅を生じ得る。この場合、所与のマクロピクセルの測定された計数とＬＵＴ中の最も近い計数値との間の比較／差が、マクロピクセル計数がＰＶＥを表すのかどうかのクイックチェックとして使用されればよい。測定された計数とＬＵＴ中の最も近い計数との間の差がしきい値を上回るそれらのマクロピクセルについて、マクロピクセルは、フラグを付けられ得、そのマクロピクセルのためのマイクロピクセル計数は、物質弁別処理中に後で処理されるべきスリップリングにわたって通信されるデータ中に含まれてもよい。マクロピクセルの小さいサブセットのみがＰＶＥしきい値εを上回るとき、スリップリングにわたって通信されるデータの量の増加は、特に、マイクロピクセル計数のすべてがスリップリングにわたって通信された場合の増加と比較して無視できるであろう。
【００８４】
いくつかの実装形態では、しきい値εよりも小さいマクロピクセルからの値としきい値εよりも大きいマクロピクセル測定値に対応するマイクロピクセルからの値とは、次いで、ステップＳ３０５においてスキャン画像を再構成するために利用される。すなわち、ＰＶＥによって影響を及ぼされないマクロピクセルは、より粗いマクロピクセル分解能での再構成中に処理され、ＰＶＥによって影響を及ぼされるマクロピクセルは、より細かいマイクロピクセル分解能で処理される。
【００８５】
いくつかの実装形態では、あらかじめ定義されたしきい値εの値の選択は、経験的に決定されてもよい。たとえば、しきい値εの調整によって、マイクロピクセル計数を使用して補正されるべきであるＰＶＥを潜在的に有するものとして識別されるマクロピクセル１２５の割合を変更することができる。あらかじめ定義されたしきい値εをより小さくするにつれて、これを下回ると画像品質のわずかな利得しか達成され得なくなる収穫逓減点がある。さらに、あらかじめ定義されたしきい値εの値の選択は、ＣＴスキャナの回転部分と固定部分との間の最大通信帯域幅によってガイドされてもよい。画像再構成中の計算のために使用され、したがって、送信帯域幅要求および処理時間を調整する。
【００８６】
いくつかの実装形態では、物質弁別処理は、ステップＳ３０３において、あらかじめ定義されたしきい値εが投影長ベースの計数Ｎ→と測定された計数Ｎ〜との間の差／不一致を上回るのかどうかを決定するために第１の収束基準が満たされるまで実行される。次いで、この初期弁別からの投影長Ｌ→は、記憶され、後でステップＳ３０５またはステップＳ３０７において、第２の収束基準まで実行され得る第２の物質弁別処理のために使用されてもよい。たとえば、第２の物質弁別処理では、ＬＵＴからの結果が、投影長Ｌ→をより正確に決定するために補間されてもよい。さらに、第１および第２の物質弁別処理のために物質弁別の任意の知られている方法が使用されてもよい。
【００８７】
いくつかの実装形態では、物質弁別処理は、ステップＳ３０１においてマクロピクセルごとに１回だけ実行され、物質弁別処理がマイクロピクセルに対して実行されるとき、物質弁別処理は、ステップＳ３０７においてマクロピクセルに対して１回だけ実行される。
【００８８】
ステップＳ３０５において、物質成分画像は、物質成分にマクロピクセルのためのおよび選択マイクロピクセルのためのスペクトル投影データを弁別することによって生成された物質成分投影データから再構成される。画像再構成の任意の知られている方法が使用されてもよいる。たとえば、画像再構成プロセスは、フィルタ補正逆投影法、（たとえば、全変動最小化正則化項を使用した）逐次画像再構成法、フーリエベースの再構成法、または確率画像再構成法のいずれかを使用して実行されてもよい。
【００８９】
次に、マイクロピクセルの選択方法の一例について図５を参照して説明する。
ステップＳ３０７においてマイクロピクセル測定値を使用する、すなわちマクロピクセルからマイクロピクセルを選択する場合、マクロピクセルから段階的にマイクロピクセルを選択してもよい。
図５に示すように、縦３ピクセル、横３ピクセルの計９個のピクセルからなるマクロピクセル４００を想定する。マクロピクセル測定値Ｎ〜とＬＵＴ中の値との間の最小化された差がしきい値εを上回る場合、マクロピクセル４００よりもサイズが小さいマイクロピクセルとして、縦２ピクセル、横２ピクセルの計４個で形成されるマイクロピクセル４２０が選択される。図５に示すマクロピクセル４００においては、縦横１ピクセルずつずらすことで異なるマイクロピクセル４２０を選択することができる。つまり、図５に示す例では、マイクロピクセル４２０は４通り存在するので、マイクロピクセル４２０を選択する段階で、４つのマイクロピクセル４２０から適切なマイクロピクセルを選択すればよい。
【００９０】
続いて、マイクロピクセル４２０を選択しても、マイクロピクセル４２０に対応するマイクロピクセル測定値とＬＵＴ中の値との間の最小化された差がしきい値を上回る場合、さらに小さいマイクロピクセルとして、１個のピクセルで形成されるマイクロピクセル４４０が選択されればよい。
このように、段階的に画素サイズが小さくなるようにマイクロピクセル４２０またはマイクロピクセル４４０を選択していくことで、マクロピクセル４００よりは画素サイズは小さく、最小のピクセル単位よりも画素サイズを大きくしたマイクロピクセル４２０により物質弁別処理等を実行でき、最小のピクセル単位で処理するよりもその後の再構成画像の画質を向上させることができる。
【００９１】
上記の説明は、ＰＣＤの非限定的な例を使用する本明細書で説明する方法を示す。しかしながら、本明細書で説明する方法の趣旨から逸脱することなく、これらの方法はまた、仮想のより大きい検出器（たとえば、マクロピクセル）のための信号を生成するために、それぞれのより小さい検出器（たとえば、マイクロピクセル）からの信号が総計される、たとえば、エネルギー積分型検出器を含む他のタイプのＸ線検出器を使用して実装されてもよい。
【００９２】
図６に、本開示の例示的な実施形態による、ＣＴスキャナの実装形態の概略図を示す。図６を参照すると、Ｘ線撮影ガントリ５００を側面視で示し、それは、Ｘ線管５０１と、環状フレーム５０２と、マルチ行または２次元アレイ型のＸ線検出器５０３とをさらに含む。Ｘ線管５０１とＸ線検出器５０３とＤＡＳ５０４とは、回転軸ＲＡ（または回転の軸）の周りに回転可能に支持される環状フレーム５０２上の対象物ＯＢＪにわたって直径方向に取り付けられる。対象物ＯＢＪが、図示のページに向かってまたはそれの外に向かって軸ＲＡに沿って移動されている間に、回転ユニット５０７は高速、たとえば、０．４秒／回転で環状フレーム５０２を回転する。
【００９３】
Ｘ線ＣＴ装置は、様々なタイプの装置、たとえば、Ｘ線管およびＸ線検出器が検査されるべき目的物の周りを一緒に回転する回転／回転型装置と、多くの検出要素が輪または平面の形態に配列され、Ｘ線管のみが検査されるべき目的物の周りを回転する固定／回転型装置とを含む。本開示は、いずれかのタイプに適用される。回転／回転型は、明快のために一例として使用することにする。
【００９４】
マルチスライスＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管５０１がＸ線を生成するようにスリップリング５０８を通してＸ線管５０１に印加される管電圧を生成する高電圧発生器５０９をさらに含む。Ｘ線は、断面積が円によって表される対象物ＯＢＪに放出される。たとえば、Ｘ線管５０１は、第２のスキャン中の平均Ｘ線エネルギーよりも小さい第１のスキャン中の平均Ｘ線エネルギーを有する。したがって、異なるＸ線エネルギーに対応する２つ以上のスキャンが取得され得る。Ｘ線検出器５０３は、対象物ＯＢＪを通して伝播された放出されたＸ線を検出するために対象物ＯＢＪにわたるＸ線管５０１の反対側に位置する。Ｘ線検出器５０３は、個々の検出器素子またはユニットをさらに含む。
【００９５】
ＣＴ装置は、Ｘ線検出器５０３からの検出信号を処理するための他のデバイスをさらに含む。データ収集回路またはデータ収集システム（ＤＡＳ）５０４は、各チャネルのＸ線検出器５０３からの信号出力を電圧信号に変換し、信号を増幅し、さらに信号をデジタル信号に変換する。Ｘ線検出器５０３とＤＡＳ５０４とは、所定の１回転あたりの総投影数（ＴＰＰＲ：total number of projections per rotation）を扱うように構成される。
ＤＡＳ５０４は、しきい値を上回るマクロピクセルごとに投影データの値を送信してもよい。また、ＤＡＳ５０４は、前処理デバイス５０６または再構成デバイス５１４などに、物質弁別処理が収束するマクロピクセルに関する投影データの値を送信してもよい。
【００９６】
また、ＤＡＳ５０４は、前処理デバイス５０６または再構成デバイス５１４などに、マクロピクセルの全てに関する投影データの値を送信してもよい。
この場合、再構成デバイス５１４が、物質弁別処理が収束しない前記選択されたマクロピクセルを選択する。再構成デバイス５１４は、ＤＡＳ５０４に、選択されたマクロピクセルに対応する投影データの値の送信を要求する送信要求を送る。再構成デバイス５１４は、ＤＡＳ５０４からの選択されたマクロピクセルに対応する投影データの値の送信を受信する。再構成デバイス５１４は、補正された物質弁別投影データを生成するために、選択されたマクロピクセルに対して上述したＰＶＥ補正を実行する。再構成デバイス５１４は、補正された物質弁別投影データから物質成分画像を再構成する。
【００９７】
上記で説明したデータは、非接触データ送信機５０５を通してＸ線撮影ガントリ５００の外のコンソール中に格納される前処理デバイス５０６に送られる。前処理デバイス５０６は、生データに対して感度補正などのいくつかの補正を実行する。メモリ５１２は、再構成処理の直前の段階において投影データとも呼ばれる得られたデータを記憶する。メモリ５１２は、再構成デバイス５１４、入力デバイス５１５、およびディスプレイ５１６とともに、データ／制御バス５１１を通してシステムコントローラ５１０に接続される。システムコントローラ５１０は、ＣＴシステムを駆動するのに十分なレベルに電流を制限する電流調整器５１３を制御する。
【００９８】
検出器は、ＣＴスキャナシステムの様々な世代の間で患者に対して回転および／または固定される。一実装形態では、上記で説明したＣＴシステムは、第３世代ジオメトリシステムと第４世代ジオメトリシステムとを組み合わせたものの一例であり得る。第３世代システムでは、Ｘ線管５０１とＸ線検出器５０３とは、環状フレーム５０２上に直径方向に取り付けられ、環状フレーム５０２が回転軸ＲＡの周りを回転するにつれて対象物ＯＢＪの周りを回転する。第４世代ジオメトリシステムでは、検出器は、患者の周りに固定的に配置され、Ｘ線管が患者の周りを回転する。代替実施形態では、Ｘ線撮影ガントリ５００はＣアームとスタンドとによって支持される環状フレーム５０２上に構成された複数の検出器を有する。
【００９９】
メモリ５１２は、Ｘ線検出器ユニット５０３におけるＸ線の強度を表す測定値を記憶することができる。さらに、メモリ５１２は、たとえば、ニューラルネットワークをトレーニングし、撮像アーティファクトを低減するための方法、例えば図４で説明したＰＶＥを識別し、ＰＶＥ補正を実行するための様々なステップを実行するための専用プログラムを記憶することができる。
【０１００】
再構成デバイス５１４は、本実施形態に係る取得機能、生成機能、選択機能、補正機能および再構成機能を有してもよい。必要に応じてボリュームレンダリング処理および画像差分処理などの事前再構成処理画像処理を実行することができる。
【０１０１】
前処理デバイス５０６によって実行される投影データの事前再構成処理は、たとえば、検出器のキャリブレーション、検出器の非線形性および極効果を補正することを含むことができる。
【０１０２】
再構成デバイス５１４によって実行される事後再構成処理は、必要に応じて、画像をフィルタ処理し、平滑化すること、ボリュームレンダリング処理、および画像差分処理を含むことができる。画像再構成プロセスは、様々なＣＴ画像の再構成方法を実装することができる。再構成デバイス５１４は、たとえば、投影データ、再構成画像、キャリブレーションデータおよびパラメータ、ならびにコンピュータプログラムを記憶するためにメモリを使用することができる。
【０１０３】
再構成デバイス５１４は、個別論理ゲート、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他の複雑なプログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）として実装され得るＣＰＵ（処理回路）を含むことができる。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ実装形態は、ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ、または任意の他のハードウェア記述言語でコーディングされてもよく、コードは、直接ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ内でまたは別個の電子メモリとして電子メモリ中に記憶されてもよい。さらに、メモリ５１２は、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）またはフラッシュメモリなどの不揮発性であってもよい。メモリ５１２はまた、スタティックまたはダイナミックＲＡＭなどの揮発性であってもよく、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどのプロセッサは、電子メモリならびにＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリとの間の相互作用を管理するために与えられることができる。
【０１０４】
代替的に、再構成デバイス５１４中のＣＰＵは、本明細書で説明する機能を実行するコンピュータ可読命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行することができ、プログラムは、上記で説明した非一時的電子メモリおよび／あるいはハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュドライブまたは任意の他の知られている記憶媒体のいずれかの中に記憶される。さらに、コンピュータ可読命令は、米国のＩｎｔｅｌ（登録商標）からのＸｅｎｏｎ（登録商標）プロセッサまたは米国のＡＭＤからのＯｐｔｅｒｏｎプロセッサなどのプロセッサ、ならびにマイクロソフト  ＶＩＳＴＡ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）、ＭＡＣ−ＯＳおよび当業者に知られている他のオペレーティングシステムなどのオペレーティングシステムと併せて実行するユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、またはオペレーティングシステムの構成要素、あるいはそれらの組合せとして与えられてもよい。さらに、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して協働的に動作する複数のプロセッサとして実装されてもよい。
【０１０５】
一実装形態では、再構成された画像は、ディスプレイ５１６上に表示され得る。ディスプレイ５１６は、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤまたは当技術分野において知られる任意の他のディスプレイであってもよい。
【０１０６】
メモリ５１２は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭまたは当技術分野において知られている任意の他の電子ストレージであってもよい。
【０１０７】
ＰＣＤは、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、シリコン（Ｓｉ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ2）、およびガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの半導体に基づいて直接変換型Ｘ線検出器を使用することができる。半導体ベースの直接変換型Ｘ線検出器は、概して、シンチレータ検出器などの間接変換型Ｘ線検出器よりもはるかに速い時間応答を有する。直接変換型Ｘ線検出器の速い時間応答は、それらが個々のＸ線検出イベントを分解することを可能にする。しかしながら、臨床Ｘ線適用例で典型的な高Ｘ線フラックスにおいて、検出イベントのいくつかのパイルアップが発生することになる。検出されたＸ線のエネルギーは直接変換型Ｘ線検出器によって生成された信号に比例し、検出イベントは、スペクトルＣＴのためのスペクトル分解されたＸ線データを生じるエネルギービンに編成される。
【０１０８】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、物質弁別処理が収束しないマクロピクセルにおいて、パーシャルボリューム誤差（ＰＶＥ）が生じると識別する。その後、物質弁別のためにマクロピクセルではなくマイクロピクセルからの投影データを使用することによってＰＶＥを補正する。これにより、適切にパーシャルボリューム誤差を補正することができるため、より正確な物質弁別および画像再構成を実行することができる。
【０１０９】
いくつかの実装形態について説明したが、これらの実装形態は、例として提示したにすぎず、本開示の教示を限定するものではない。実際、本明細書で説明する新規の方法、装置およびシステムは、様々な他の形態で実施され得、さらに、本明細書で説明する方法、装置およびシステムの形態の様々な省略、置換および変更が、本開示の趣旨から逸脱することなく行われ得る。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  ボクセル
１０５  第１の物質
１１０  第２の物質
１１５  ビーム（単色ビーム）
１１５ａ  光線
１１５ｂ  光線
１２０  検出器
１２５，４００  マクロピクセル
１３０，４２０，４４０  マイクロピクセル
５００  Ｘ線撮影ガントリ
５０１  Ｘ線管
５０２  環状フレーム
５０３  Ｘ線検出器（Ｘ線検出器ユニット）
５０４  データ収集システム
５０５  非接触データ送信機
５０６  前処理デバイス
５０７  回転ユニット
５０８  スリップリング
５０９  高電圧発生器
５１０  システムコントローラ
５１１  データ／制御バス
５１２  メモリ
５１３  電流調整器
５１４  再構成デバイス
５１５  入力デバイス
５１６  ディスプレイ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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