(57)【要約】  より高精度なビームハードニング補正を、より広範囲な実効原子番号Ｚeffの元素を持つ対象まで低演算負荷で行い、より定量的なＸ線画像の提示に寄与する。２つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮのうち選択される２つのＸ線エネルギーＢＩＮのＸ線減弱量μｔを規格化して少なくとも１つの規格化Ｘ線減弱量を画素領域毎に求めて、規格化Ｘ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、少なくとも１つの実効原子番号を画素領域毎に推定して、推定される少なくとも１つの実効原子番号（ＺHigh、ＺLow）とビームハードニング補正を行う際に予め指定される実効原子番号（Ｚｍ）とのうち少なくとも２つの原子番号の一致状態を判定する。
2019083014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射して、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出して、予め設定した２つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素からなる画像領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数して、その計数値を示すデータを処理する方法において、
前記対象物が存在しない状態と存在する状態の双方における前記計数値の比で示される計数データを前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に演算する演算ステップと、
前記計数データに、予め指定される実効原子番号に応じた補正情報に基づき、前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに受けるビームハードニング現象を補正するビームハードニング補正を、前記画素領域毎に且つ前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に施してＸ線減弱量（μｔ）（μは線減弱係数、ｔは前記対象物の前記Ｘ線の投影方向に沿った厚み）を求める補正ステップと、
２つ以上の前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのうち選択される２つの前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのＸ線減弱量を規格化して少なくとも１つの規格化Ｘ線減弱量を前記画素領域毎に求める規格化ステップと、
前記規格化Ｘ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、少なくとも１つの実効原子番号を前記画素領域毎に推定する推定ステップと、
前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち少なくとも２つの実効原子番号を比較して互いに一致しているか又は一致していると見做すことができる状態か否かを判定する一致判定ステップと、
を有することを特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記Ｘ線エネルギーＢＩＮが予め３つ以上設定されていて、
前記規格化ステップは、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのうち選択される２つの前記Ｘ線エネルギーＢＩＮの組み合わせが異なる状態で２つ以上の前記規格化Ｘ線減弱量を求める請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記推定ステップは、前記規格化ステップで求められる２つ以上の前記規格化Ｘ線減弱量から２つ以上の実効原子番号を求めて、
前記一致判定ステップは、前記推定ステップで求められる２つ以上の実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち少なくとも２つの実効原子番号を比較する請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記一致判定ステップは、前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち選択される二つの値の差を演算する演算ステップと、この差が所定の閾値以下であるか否かを判定する差判定ステップとを含む請求項１〜３のいずれかに記載の処理方法。
【請求項５】
前記差判定ステップにより前記差が前記閾値以下であると判定されたときに、前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち選択される二つが一致又は略一致していると見做して、その一致又は略一致している値が真の値又は真の値に近い実効原子番号であると前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に提示する提示ステップを有する請求項４に記載の処理方法。
【請求項６】
前記画素領域は１つの画素から成る領域である請求項１〜５のいずれかに記載の処理方法。
【請求項７】
前記Ｘ線エネルギーＢＩＮは、エネルギースペクトル上で互いに隣接する低エネルギーＢＩＮ、中位エネルギーＢＩＮ、及び高エネルギーＢＩＮから成る３つのＸ線エネルギーＢＩＮであり、
前記低エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは前記低エネルギーＢＩＮ及び前記中位エネルギーＢＩＮから成り、
前記高エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは前記中位エネルギーＢＩＮ及び前記高エネルギーＢＩＮから成る請求項１〜６の何れかに記載の処理方法。
【請求項８】
前記Ｘ線エネルギーＢＩＮは、エネルギースペクトル上で互いに隣接する又はディスクリートな低エネルギーから高エネルギーまでの４つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮであり、
前記低エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは、前記低エネルギー側の互いに異なる２つのエネルギーＢＩＮから成り、
前記高エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは、前記高エネルギー側の互いに異なる２つのエネルギーＢＩＮから成る、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の処理方法。
【請求項９】
連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した２つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を示すデータを処理する装置において、
前記対象物が存在しない状態と存在する状態の双方における前記計数値の比で示される計数データを、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に演算する演算手段と、
前記計数データに、予め指定される実効原子番号に応じた補正情報に基づき前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに受けるビームハードニング現象を補正するビームハードニング補正を、前記画素領域毎に且つ前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に施してＸ線減弱量（μｔ）（μは線減弱係数、ｔは前記対象物の前記Ｘ線の投影方向に沿った厚み）を求める補正手段と、
２つ以上の前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのうち選択される２つの前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのＸ線減弱量を規格化して少なくとも１つの規格化Ｘ線減弱量をを前記画素領域毎に求める規格化手段と、
前記Ｘ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、少なくとも１つの実効原子番号を前記画素領域毎に推定する推定手段と、
前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち少なくとも２つの実効原子番号を比較して互いに一致しているか又は一致していると見做すことができる状態か否かを判定する一致判定手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
【請求項１０】
連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した２つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を示すデータを処理する方法において、
前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに当該Ｘ線がビームハードニング現象を受けたＸ線計数値を補正するための補正情報を、原子番号が既知の複数の物質の質量厚さ(mass thickness：ρｔ)と前記各Ｘ線エネルギーＢＩＮの実効エネルギーにおけるＸ線減弱量（μｔ：μは線減弱係数、ｔは物質のＸ線パス方向の厚さ）との特性に基づき、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に事前に準備する事前処理ステップと、
前記事前処理ステップにより準備されている前記補正情報を用いて前記補正を前記画素
領域毎に行って最終的に前記Ｘ線減弱量を確定させるとともに、この確定された前記Ｘ線減弱量を処理する減弱量処理ステップと、
を有することを特徴とする処理方法。
【請求項１１】
前記減弱量処理ステップは、前記補正ステップにより補正され且つ最終的に確定された前記Ｘ線減弱量に基づき光子計測によるＸ線画像を作成するＸ線画像作成ステップと、このＸ線画像を提示するＸ線画像提示ステップとを有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の処理方法。
【請求項１２】
前記事前処理ステップは、
前記対象物の組成を成す元素の実効原子番号の所望範囲（Ｚmin〜Ｚmax）を設定するステップと、
前記所望範囲実効原子番号（Ｚｍ）の実効原子番号から、その下限値及び上限値値を含む複数の実効原子番号を離散的に選択し、当該複数の実効原子番号を持つ元素に対して、質量厚さ(mass thickness：ρｔ)を横軸に採り且つ当該各Ｘ線エネルギーＢＩＮの実効エネルギーにおける線減弱量（μｔ：μは線減弱係数、ｔは物質のＸ線パス方向の厚さ）を縦軸に採った２次元座標上で当該各実効原子番号のグラフを理論的に推定するステップと、
前記所望範囲（Ｚmin〜Ｚmax）の実効原子番号から所望の実効原子番号（Ｚｍ＝７）を指定するステップと、
前記指定された実効原子番号の元素から成る物質に単色Ｘ線が照射されたと仮定したときの前記２次元座標上の直線を目標関数として設定するステップと、
前記２次元座標上で、前記横軸方向に前記目標関数の傾き（μ／ρ）を乗算して、前記複数の実効原子番号それぞれの複数の曲線を当該実効原子番号の変数であるとして一般化するステップと、
前記一般化された複数の曲線の中から、前記指定された実効原子番号の元素の曲線を指定し、この指定曲線と他の曲線との残差に基づく、前記ビームハードニングを補正するためのビームハードニング補正関数を前記補正情報として、記憶部に事前に記憶するステップと、
を有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の処理方法。
【請求項１３】
前記補正ステップは、
前記補正されたビームハードニング補正関数のデータを前記記憶部から読み出し当該計数値の前記補正を行うことを特徴とする請求項１２に記載の処理方法。
【請求項１４】
前記減弱量処理ステップは、
前記対象物が存在しない状態と存在する状態の双方における前記計数値の比で示される計数データを、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に演算する演算ステップと、
前記記憶部から所望の実効原子番号に対応した前記ビームハードニング補正関数を前記補正情報として読出し、この補正情報に基づき前記計数データに前記ビームハードニング補正を、前記画素領域毎に且つ前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に施してＸ線減弱量（μｔ）（μは線減弱係数、ｔは前記対象物の前記Ｘ線の投影方向に沿った厚み）を求める第１の補正ステップと、
２つ以上の前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのうち選択される２つの前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのＸ線減弱量を規格化して少なくとも１つの規格化Ｘ線減弱量を前記画素領域毎に求める規格化ステップと、
前記規格化されたＸ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、少なくとも１つの実効原子番号を前記画素領域毎に推定する推定ステップと、
前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記第１の補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち少なくとも２つの実効原子番号を相互に比較して当該実効原子番号の一致度が許容範囲内か否かを判定する一致判定ステップと、
前記一致の判定により前記一致度が許容範囲に入っているときには当該一致度を呈する当該実効原子番号を前記画素領域における真の実効原子番号（Ｚeff）であると推定する推定ステップと、
を有する請求項１２又は１３に記載の処理方法。
【請求項１５】
前記減弱量処理ステップは、
前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記第１の補正ステップを行う際に予め指定される実効原子番号とのうち選択される二つが互いに一致した又は一致したと見做せるときの前記補正情報を取得する補正情報取得ステップと、
前記第１の補正ステップにおいて前記補正情報で補正された前記Ｘ線減弱量（μｔ）を前記画素領域毎の最終的なＸ線減弱量として確定する減弱量確定ステップと、
前記減弱量確定ステップにより確定された前記画素領域の最終的なＸ線減弱量に基づき前記対象物の光子計測に拠るＸ線画像を提示する画像提示ステップと、
を有する請求項１４に記載の処理方法。
【請求項１６】
前記減弱量処理ステップは、
前記推定ステップにより推定される前記実効原子番号から実効原子番号画像を生成するステップを有する、請求項１４に記載の処理方法。
【請求項１７】
前記減弱量処理ステップは、
前記一致の判定により前記一致度が許容範囲に入っていないと判断されときに、前記記憶部から別の実効原子番号に対応した別のビームハードニング補正関数を前記補正情報として読出し、この補正情報に基づき前記計数データに前記ビームハードニング補正を、前記画素領域毎に且つ前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に施してＸ線減弱量を求める第２の補正ステップと、
この第２の補正ステップを行った後、前記規格化ステップ、前記推定ステップ、及び、前記一致判定ステップを１回以上、繰り返し指令する繰り返し指令ステップと、を有する、
ことを特徴とする請求項１３〜１６の何れか一項に記載の処理方法。
【請求項１８】
前記第２の補正ステップは、前記別のビームハードニング補正関数を読み出すときに、その前に読み出した実効原子番号とその隣のディスクリートな実効原子番号と間の選択値に応じて前記残差を比例配分した補正情報を演算する、ことを特徴とする請求項１５に記載の処理方法。
【請求項１９】
前記残差に基づく前記ビームハードニング補正関数は４次関数で表され、その４次関数は、係数a0、a1、a2、a3、a4としたときに、
f(ρt)=a0+a1×(ρt)+a2×(ρt)2+a3×(ρt)3+a4×(ρt)4
ここで、Ｚを実効原子番号とし、係数Ｍj（ｊ＝０〜４）としたとき、係数ａj（ｊ＝０〜４）は、
a0=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a1=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a2=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a3=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a4=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
で表されることを特徴とする請求項１２〜１８の何れか一項に記載の処理方法。
【請求項２０】
前記残差に基づく前記ビームハードニング補正関数は、前記実効原子番号Ｚで高次関数で表される係数ａを持つ、前記質量厚さ(mass thickness：(ｔ)の高次関数で表されることを特徴とする請求項１２〜１８の何れか一項に記載の処理方法。
【請求項２１】
前記減弱量処理ステップは、
前記計数値に基づく画像をモニタに表示させる表示ステップと、
前記モニタ上で関心領域（ＲＯＩ）を表示させて当該関心領域を構成する画素それぞれを前記画素領域として設定する画素設定ステップと、
を有することを特徴とする請求項１１〜２０の何れか一項に記載の処理方法。
【請求項２２】
前記減弱量処理ステップは、
前記計数値に基づく画像をモニタに表示させる表示ステップと、
前記モニタ上で関心領域（ＲＯＩ）を表示させて当該関心領域を構成する画素のうち、互いに隣接する複数の画素を束ね、その束ねた複数の画素から成る各領域を前記画素領域として設定する画素設定ステップと、
を有することを特徴とする請求項１１〜２０の何れか一項に記載の処理方法。
【請求項２３】
前記一致判定ステップは、前記推定ステップで求められる１つ以上の実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち選択される二つの値の差を演算する演算ステップと、この差が所定の閾値以下であるか否かを判定する差判定ステップとを含む請求項１４〜２２のいずれかに記載の処理方法。
【請求項２４】
前記差判定ステップにより前記差が前記閾値以下であると判定されたときに、前記推定ステップで求められる１つ以上の実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち選択される二つの値が一致又は略一致していると見做して、その一致又は略一致している値が真の値又は真の値に近い実効原子番号であると前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に提示する提示ステップを有する、ことを特徴とする請求項２３に記載の処理方法。
【請求項２５】
２つ以上の前記Ｘ線エネルギーＢＩＮは、エネルギースペクトル上で互いに隣接する低エネルギーＢＩＮ、中位エネルギーＢＩＮ、及び高エネルギーＢＩＮから成る３つのＸ線エネルギーＢＩＮであり、
前記低エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは前記低エネルギーＢＩＮ及び前記中位エネルギーＢＩＮから成り、
前記高エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは前記中位エネルギーＢＩＮ及び前記高エネルギーＢＩＮから成る、
ことを特徴とする請求項１１〜２４何れか一項に記載の処理方法。
【請求項２６】
２つ以上の前記Ｘ線エネルギーＢＩＮは、エネルギースペクトル上で互いに隣接する又はディスクリートな低エネルギーから高エネルギーまでの４つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮであり、
前記低エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは、前記低エネルギー側の互いに異なる２つのエネルギーＢＩＮから成り、
前記高エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮは、前記高エネルギー側の互いに異なる２つのエネルギーＢＩＮから成る、
ことを特徴とする請求項１１〜２４の何れか一項に記載の処理方法。
【請求項２７】
連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した２つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を処理するＸ線装置において、
前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに当該Ｘ線がビームハードニング現象を受けたＸ線計数値を補正するための補正情報を、原子番号が既知の複数の物質の質量厚さ(mass thickness：ρｔ)と前記各Ｘ線エネルギーＢＩＮの実効エネルギーにおけるＸ線減弱量（μｔ：μは線減弱係数、ｔは物質のＸ線パス方向の厚さ）との特性に基づき、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に事前に準備する事前準備手段と、
前記事前準備手段により準備されている前記補正情報を用いて前記補正を前記画素領域毎に行って最終的に前記Ｘ線減弱量を確定させるとともに、この確定された前記Ｘ線減弱量を処理する減弱量処理手段と、
を備えたことを特徴とするＸ線装置。
【請求項２８】
前記減弱量処理手段は、前記補正手段により補正され且つ最終的に確定された前記Ｘ線減弱量に基づき光子計測によるＸ線画像を作成するＸ線画像作成手段と、このＸ線画像を提示するＸ線画像提示手段とを有する、ことを特徴とする請求項２７に記載のＸ線装置。
【請求項２９】
前記Ｘ線装置は、前記Ｘ線を光子計数法で検出する構成を有するＸ線医療診断機器又はＸ線非破壊検査装置であることを特徴とする請求項２７又は２８に記載のＸ線装置。
【請求項３０】
連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した２つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を処理する方法に係るプログラムをコンピュータにより読出し可能に記憶する記録媒体であって、そのプログラムを実行することにより当該コンピュータは、
前記対象物が存在しない状態と存在する状態の双方における前記計数値の比で示される計数データを、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に演算する演算ステップと、
前記計数データに、予め指定される実効原子番号に応じた補正情報に基づき、前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに受けるビームハードニング現象を補正するビームハードニング補正を、前記画素領域毎に且つ前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に施してＸ線減弱量（μｔ）（μは線減弱係数、ｔは前記対象物の前記Ｘ線の投影方向に沿った厚み）を求める補正ステップと、
２つ以上の前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのうち選択される２つの前記Ｘ線エネルギーＢＩＮのＸ線減弱量を規格化して少なくとも１つの規格化Ｘ線減弱量を前記画素領域毎に求める規格化ステップと、
前記規格化されたＸ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、少なくとも１つの実効原子番号を前記画素領域毎に推定する推定ステップと、  前記推定ステップで推定される少なくとも１つの実効原子番号と前記補正ステップで予め指定される実効原子番号とのうち少なくとも２つの実効原子番号を比較して互いに一致しているか又は一致していると見做せる状態か否かを判定する一致判定ステップと、
を実行可能であることを特徴とするコンピュータ読出し可能な非遷移的実態的記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を透過したＸ線検出データを処理する方法及び装置、並びに、Ｘ線装置に係り、とくに、連続スペクトルを有するＸ線を対象物に照射し、光子計数型のＸ線検出を行って収集されるデータを処理する方法及び装置、並びに、光子計数型のＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線を用いて対象物の内部の状態を調べる検査は、食品の異物検査、手荷物検査などを初めとして、医療用のＸ線マンモグラフィまで随所で広まっている。【０００３】
例えば,異物検査については、特許文献１（特開２０１０−０９１４８３：発明の名称は「異物検出方法および装置」）に記載の手法が提案されている。この特許文献１は、所謂、デュアルエネルギー法（又はサブトラクション法）と呼ばれる検査法をベースにしている。この検査法は、２種類のエネルギーのＸ線（即ち、波長が互いに異なる２種類のＸ線）が物質を透過するときに、そのＸ線透過情報に差があることを利用している。具体的には、以下の処理を基本にしている。まず、低エネルギーと高エネルギーの２種類のＸ線画像を同時に作成し、それらの画像の相互の差分をとる。さらに、その差分画像から混入異物の成分画像を抽出し、その成分画像を閾値処理して異物を検出する。【０００４】
ところで、照射されたＸ線が対象物を透過するときにはビームハードニング現象（線質硬化現象）が生じる。この現象は、多色Ｘ線を物質に照射させたときに、低エネルギー成分が高エネルギー成分より吸収されやすく，物質透過後の成分割合は高エネルギー側にシフトし，実効エネルギーが高エネルギー側にシフトするという現象を言う。【０００５】
このＸ線装置において不可避であるビームハードニング現象については、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されている。このうち、特許文献１には、連続スペクトル（多色）を有するパルス状のＸ線を被検体に向けて照射するＸ線発生器と、被検体を透過したＸ線を光子と見做して当該粒子のエネルギーに応じた電気信号を出力する光子計数型の検出器とを備えたＸ線装置が記載されている。このＸ線装置では、ビームハードニング現象によるアーチファクトの発生を抑制した画像を再構成するための処理が行われている。【０００６】
また、ビームハードニング現象について、特許文献２には、Ｘ線源とＸ線検出器とを備えたＸ線装置において、検出器の検出信号にビームハードニング現象に因る影響を補正する処理が例示されている。この処理として、模擬被写体の厚さを変えて複数の投影データを作成し、透過距離毎の投影データをグラフにプロットし、そのプロットした投影データとその理論値とを対応付けてビームハードニング補正関数を作成している。このため、例えば特許文献１に記載の放射線検出装置において、ビームハードニング現象を減らすために、特許文献２に記載のビームハードニング補正のための補正関数を作成し、この補正関数で、被検体の透過Ｘ線の計測値を補正することを考えることはできる。【０００７】
さらに、Monochromatic ＣＴと呼ばれるＣＴ装置において、ヨウ素と水の２つの物質を基準物質として用いてビームハードニング補正を行うことも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開２００６−１０１９２６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０６１８１０号
【特許文献３】国際公開第２０１６／１７１１８６号
【特許文献４】国際公開第２０１７／０６９２８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この特許文献２に記載の、補正関数によるビームハードニング補正技術は、１つの補正関数を適用できる対象物の実効原子番号の範囲が非常に狭い。ここで言う実効原子番号Ｚeffとは、Ｘ線ビームが透過する経路に存在する複数種の元素（物質）がそれぞれ持つ原子番号の平均の原子番号である。このため、特許文献２の補正技術の場合、基準となる物質（例えば原子番号Ｚ＝７の窒素Ｎ）を基準に補正関数を決めたとすると、実際問題として、その適用範囲（つまり、一定の精度が保障される範囲）はせいぜい、Ｚ＝±２の範囲に入る実効原子番号の場合である。すなわち、そのように決めた補正関数で有効にビームハードニング現象の影響を許容値内まで抑え込むことができる範囲は、そのようにＺ＝±２の範囲に入る程度の狭いものである、ということである。【００１０】
実際には、Ｘ線マンモグラフィ撮影を行う場合、脂肪、乳腺等の様々な物質がＸ線ビーム経路に存在することになり、その原子番号Ｚの範囲は６〜７である。更に、歯科の分野においてＸ線トモグラフィ撮影を行う場合、Ｘ線ビーム経路には軟組織と硬組織の両方が存在するので、的確なビームハードニング補正を行う上で考慮するべき原子番号Ｚの範囲は更に広い。【００１１】
このようにＸ線撮影において、従来のビームハードニング補正法の場合、１つの補正関数で賄える物質の種類が少ない。また、前述したように、Monochromatic ＣＴと呼ばれるＣＴ装置において、例えばヨウ素と水のような２つの物質の原子番号Ｚ１，Ｚ２についてビームハードニング補正を行った場合でも、それ以外のＺ１+/-2，Ｚ２+/-2以外の範囲のエネルギーでは精度が保証されない。【００１２】
さらに、ビームハードニング現象の程度は、Ｘ線が透過する物質の厚さｔによっても、また、Ｘ線エネルギーの大小によっても変わる。このため、単に何等かの物質を基準に実験した或いは推定した補正関数では便宜的なビームハードニング補正はできても、精密な情報は得られない。【００１３】
近年、本願発明者等は、光子計数型のＸ線検出器を使い、かつ、連続Ｘ線のスペクトルに設定した複数のＢＩＮ（エネルギー範囲）のそれぞれ毎にＸ線の光子計数値を収集し、この収集データから対象物の厚さｔ（Ｘ線パスの長さ）に依存せずにそのパスに在る物質の種類や性状の変化を同定（特定、推定、評価）する技術を開発している。この技術を、本発明者等は総称的に物質同定と呼んでいる。この物質同定をするには、現場（医療、異物検出等）でどの程度の範囲の原子番号の物質を対象にＸ線検出を行おうとしているか、を考慮しなければならない（例えば特許文献３を参照）。【００１４】
このような高精度の物質同定を行う場合であればなおさらのこと、より高精度なビームハードニング補正技術が求められる。そこで、本発明者等が提案している特許文献４に記載の補正においては、光子計数型検出器の計数値に基づき、Ｘ線のエネルギーＢＩＮ毎に、物質のＸ線透過方向における複数の互いに異なる既知の厚さｔと当該線減弱係数μとにより定義される補正前のＸ線減弱量μｔの特性が取得される。この物質は基準物質であり、撮像等の対象物を構成し、且つ、測定したい対象物と同一の物質（同種の物質）か、又は、実効原子番号に関して対象物と類似であると見做せる素材から成る。この補正前のＸ線減弱量μｔの特性を、横軸に厚さｔを採り且つ縦軸にその補正前のＸ線減弱量μｔを採った２次元座標においてその原点を通る直線状の目標特性に置き換えるための補正用データが演算される。この補正用データはＸ線のエネルギーＢＩＮ毎に演算される。この補正用データを用いて、エネルギーＢＩＮ毎及び必要に応じて画素毎に実際の計測値、即ち、補正前のＸ線減弱量μｔが補正される。【００１５】
この補正は、注目している撮影領域をなす複数の画素それぞれに対する処理としてエネルギーＢＩＮ毎に行っているので、ビームハードニング現象がＸ線エネルギーの量に拠って変わるという不都合を改善できる。しかしながら、上記直線状の目標特性は基準物質（例えば窒素：原子番号Ｎ＝７）に基づいて設定するものの、それを用いて妥当なビームハードニング補正を行うことができる物質の範囲は実効原子番号Ｚeffで言えば、実際上、Ｚeff＝±２程度である。【００１６】
このため、人体の躯体部を撮影するＸ線装置やＸ線歯科撮影の如く、より広い実効原子番号Ｚeffを持つ対象を撮影するアプリケーションにおいて、より高精度のビームハードニング補正を行うには何等かの工夫が必要であり、改善の余地があった。【００１７】
この改善の一つとして、複数種の対象物それぞれの目標特性を予め用意しておいて、これを選択して使うという手法がある。しかしながら、いま診たい物質が予め用意した複数の目標特性でカバーされるかどうか判らず、その都度、目標特性を選択することは医師にとっても演算装置にとっても読影上の負荷が大きい。
＜本発明の目的＞【００１８】
本発明は、より広範囲な実効原子番号Ｚeffの元素を持つ物質を計測対象としたＸ線光子計測に適用できるとともに、その計測値をより少ない演算負荷で、且つ、より高精度にビームハードニング補正でき、このビームハードニング補正を行ったＸ線減弱量を基に、様々な定量的な画像情報及び／又はより高精度な物質同定の情報を提示可能な装置及び方法並びにそれらの装置及び方法を適用したＸ線装置を提供する、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した３つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を示すデータを処理する方法が提供される。この方法は、前記対象物が存在しない状態と存在する状態の双方における前記計数値の比で示される計数データを、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に且つ前記画素領域毎に演算する演算ステップと、前記計数データに、補正情報に基づき、前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに受けるビームハードニング現象を補正するビームハードニング補正を、前記画素領域毎に且つ前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に施してＸ線減弱量（μLowｔ, μMiddleｔ, μHighｔ）（μは線減弱係数、ｔは前記対象物の前記Ｘ線の投影方向に沿った厚み）を求める補正ステップと、前記３つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮの内の、低エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮのＸ線減弱量（μLowｔ, μMiddleｔ）を規格化して低エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（μLow/(μLow2+μMiddle2)1/2）と、高エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮのＸ線減弱量（μMiddleｔ, μHighｔ）を規格化して高エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（（μHigh/(μMiddle2+μHigh2)1/2）とを前記画素領域毎に求める規格化ステップと、前記規格化されたＸ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、前記低エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（μLow/(μLow2+μMiddle2)1/2）と前記高エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（μHigh/(μMiddle2+μHigh2)1/2）との各々に対応する低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とを前記画素領域毎に推定する推定ステップと、前記低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と前記高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とが互いに一致しているか又は一致していると見做すことができる状態か否かを判定する一致判定ステップと、を有することを特徴とする。また、これと同等の処理を行う処理装置も提供される。【００２０】
特に、前記事前処理ステップは、前記対象物の組成を成す元素の実効原子番号の所望範囲（Ｚmin〜Ｚmax）を設定するステップと、前記所望範囲内の実効原子番号（Ｚｍ）から、その下限値及び上限値を含む複数の実効原子番号を離散的に選択し、当該複数の実効原子番号（例えばＺ＝５〜１４）を持つ物質に対して、質量厚さ(mass thickness：ρｔ)を横軸に採り且つ当該各Ｘ線エネルギーＢＩＮの実効エネルギーにおける線減弱量（μｔ：μは線減弱係数、ｔは物質のＸ線パス方向の厚さ）を縦軸に採った２次元座標上で当該各実効原子番号（例えばＺ＝５〜１４）のグラフを理論的に推定するステップと、前記所望範囲（Ｚmin〜Ｚmax）の実効原子番号から所望の実効原子番号（例えばＺｍ＝７）を指定するステップと、前記指定された実効原子番号（例えばＺｍ＝７）の元素から成る物質に単色Ｘ線が照射されたと仮定したときの前記２次元座標上の直線を目標関数として設定するステップと、前記２次元座標上で、前記横軸方向に前記目標関数の傾き（μ／ρ）を乗算して、前記複数の実効原子番号（例えばＺ＝５〜１４）それぞれの複数の曲線を当該実効原子番号の変数であるとして一般化するステップと、前記一般化された複数の曲線の中から、前記指定された実効原子番号（例えばＺｍ＝７）の元素の曲線を指定し、この指定曲線と他の曲線との残差に基づく、前記ビームハードニングを補正するためのビームハードニング補正関数を前記補正情報として、記憶部に事前に記憶するステップと、を有する。【００２１】
また、前述した目的を達成するため、本発明の第２の態様によれば、連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した３つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を示すデータを処理する方法が提供される。この方法は、前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに当該Ｘ線がビームハードニング現象を受けたＸ線計数値を補正するための補正情報を、原子番号が既知の複数の物質の質量厚さ(mass thickness：ρｔ)と前記各Ｘ線エネルギーＢＩＮの実効エネルギーにおけるＸ線減弱量（μｔ：μは線減弱係数、ｔは物質のＸ線パス方向の厚さ）との特性に基づき、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に事前に準備する事前処理ステップと、前記事前処理ステップにより準備されている前記補正情報を用いて前記補正を前記画素領域毎に行って最終的に前記Ｘ線減弱量を確定させるとともに、この確定された前記Ｘ線減弱量を処理する減弱量処理ステップと、を有することを特徴とする。【００２２】
さらに、本発明の第３の態様によれば、連続Ｘ線スペクトルのエネルギーを有するビーム状のＸ線を対象物に照射し、当該対象物を透過した前記Ｘ線を検出し、予め設定した３つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮそれぞれにおいて少なくとも１画素から成る画素領域毎に当該Ｘ線の光子数を計数し、その計数値を処理するＸ線装置が提供される。このＸ線装置は、前記Ｘ線が前記対象物を透過するときに当該Ｘ線がビームハードニング現象を受けたＸ線計数値を補正するための補正情報を、原子番号が既知の複数の物質の質量厚さ(mass thickness：ρｔ)と前記各Ｘ線エネルギーＢＩＮの実効エネルギーにおけるＸ線減弱量（μｔ：μは線減弱係数、ｔは物質のＸ線パス方向の厚さ）との特性に基づき、前記Ｘ線エネルギーＢＩＮ毎に事前に準備する事前準備手段と、前記事前準備手段により準備されている前記補正情報を用いて前記補正を前記画素領域毎に行って最終的に前記Ｘ線減弱量を確定させるとともに、この確定された前記Ｘ線減弱量を処理する減弱量処理手段と、を備えたことを特徴とする。【００２３】
例えば、前記減弱量処理手段は、前記補正手段により補正され且つ最終的に確定された前記Ｘ線減弱量に基づき前記光子計測によるＸ線画像を作成するＸ線画像作成手段と、このＸ線画像を提示するＸ線画像提示手段とを有していてもよい。【００２４】
好適な一例として、前記Ｘ線装置は、前記Ｘ線を光子計数法で検出する構成を有するＸ線医療診断機器又はＸ線非破壊検査装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、所望範囲（Ｚmin〜Ｚmax）の実効原子番号から所望の実効原子番号（例えばＺｍ＝７）を指定し、この指定された実効原子番号（例えばＺｍ＝７）の元素から成る物質に単色Ｘ線が照射されたと仮定したときの前記２次元座標上の直線を目標関数として設定する。さらに、２次元座標上で、横軸方向に目標関数の傾き（μ／ρ）を乗算して、複数の実効原子番号（例えばＺ＝５〜１４）それぞれの複数の曲線を当該実効原子番号の変数であるとして一般化する。さらに、この一般化された複数の曲線の中から、指定された実効原子番号（例えばＺｍ＝７）の元素の曲線を指定し、この指定曲線と他の曲線との残差に基づく、前記ビームハードニングを補正するためのビームハードニング補正関数を前記補正情報として、記憶部に事前に記憶する。【００２６】
このため、一般化された目標関数と、所定の実効原子番号の範囲において指定した実効原子番号の残差に関する情報を保有していれば、上述の手順で、ビームハードニング補正関数を演算できる。したがって、予め設定する実効原子番号の範囲をより広く持っていても、ビームハードニング補正関数を演算する上で、その広さに比例したほどの演算量にならなくて済む。つまり、より広範囲な実効原子番号Ｚeffの元素を持つ対象物について、より少ない演算負荷でビームハードニング補正できる。【００２７】
また、本発明の別の態様によれば、３つ以上のＸ線エネルギーＢＩＮの内の、低エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮのＸ線減弱量（μLowｔ, μMiddleｔ）を規格化して低エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（μLow/(μLow2+μMiddle2)1/2）と、高エネルギー側の２つのエネルギーＢＩＮのＸ線減弱量（μMiddleｔ, μHighｔ）を規格化して高エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（（μHigh/(μMiddle2+μHigh2)1/2）とが画素領域（１つまたは複数の画素から成る領域）毎に求められる。この規格化されたＸ線減弱量と元素の実効原子番号との理論的な対応関係を示す参照情報から、低エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（μLow/(μLow2+μMiddle2)1/2）と前記高エネルギー側規格化Ｘ線減弱量（μHigh/(μMiddle2+μHigh2)1/2）との各々に対応する低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とを画素領域毎に推定される。さらに、低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とが相互に比較され、当該実効原子番号（ＺLow, ＺHigh）の一致度を判定される。この一致度判定により、一致している又は一致していると見做せる値であるときに、実効原子番号が確定される。【００２８】
このように、予め用意される上記参照情報に基づき、低エネルギー側及び高エネルギー側から推定した実効原子番号（ＺLow、ＺHigh）から真に近い値の又は真の値と見做すことができる値を持つ実効原子番号を追い込むことができるので、物質の実効原子番号画像をより高精度に推定できる。これは、Ｘ線束の透過パス上に存在する物質の種類や性状をより高い信頼性で同定できることになる。【００２９】
つまり、本発明によれば、実効原子番号Ｚをパラメータとして種々の原子番号の元素の理論的な多色Ｘ線に対する減衰特性を一般化し、そのうちの指定する減衰特性に対する他の減衰特性を残差情報として保持する、という事前処理をベースにする。さらに、さらに、その事前処理で得た補正情報を使って、実際の収集データを画素領域毎かつエネルギーＢＩＮ毎にビームハードニング補正し、その補正値を得る。このビームハードニング補正された補正値から低エネルギー側及び高エネルギー側の実効原子番号を推定し、その推定値を事実上、真の値又はそのように見做せる値まで演算上で追い込む。【００３０】
これにより、実効原子番号Ｚeffの広い範囲（実施形態ではＺmin〜Ｚmax:例えばＺ＝５〜１４まで）で、医療の臨床応用上必要な実効原子番号の殆どを網羅したビームハードニング補正用の補正情報を比較的簡単に取得し保存できる。この補正情報は一度、取得しておければ、その適用範囲に含まれる限り、臨床で使用できる。つまり、補正情報の適用範囲から外れることは少なく、汎用性に富むので、従来のように、補正情報を臨床に合わせて頻繁に取得し直すこともない。また、補正情報は実際には、前述した残差を埋める残差関数のフィッティング係数を実効原子番号Ｚeffに合わせて持っていればよい。このため、ビームハードニング補正関数をその特性毎に多数用意していなければならない補正スキームに比べて、メモリ容量も少なくて済む。このように、より広い実効原子番号Ｚeffの物質をカバーしながら、より簡単にビームハードニング補正関数を演算し、低エネルギー側及び高エネルギー側から実効原子番号Ｚeffの一致を判定することで、従来に比べて遥かに高精度なビームハードニング補正を実行することができる。【００３１】
つまり、実効原子番号Ｚeffを高精度に推定できるということは、適切なビームハードニング補正も探査できるということである。このため、より精度の高い画像の画素値を決定できるということにもなる。これにより、画像の定量性が増すとともに、画素の固有のバラツキによって生じる画素間の不均一性が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
添付図面において、
【図１】図１は、本発明に係る、画像処理装置（画像処理方法を実施する）を搭載したＸ線装置の一実施形態の概要構成を説明するブロック図、
【図２】図２は、多色Ｘ線の連続スペクトルと、このスペクトルに設定した３つのエネルギーＢＩＮを例示するグラフ、
【図３】図３は、実施例に係るＸ線装置において画像処理の一部として実行される事前処理を説明するフローチャート、
【図４】図４は、そのＸ線装置において実行されるデータ収集処理と画像処理の他の一部を成す後処理とを説明するフローチャート、
【図５】図５は、検出器の応答関数を考慮してシミュレーションした、実効原子番号Ｚeffの推定に用いる多色Ｘ線の連続スペクトルを示すグラフ、
【図６】図６は、Ｘ線エネルギースペクトルに設定した３つのエネルギーＢＩＮそれぞれにおける原子番号Ｚ＝５〜１４それぞれの物質に、単色Ｘ線照射時の理論的な減弱特性（同図（Ａ）〜（Ｃ）：実線：直線特性）及び多色Ｘ線を照射したときの理論的な減弱特性（同図（Ａ）〜（Ｃ）：点線：曲線特性）を示すグラフ、
【図７】図７は、低エネルギーＢＩＮを例にとり、単色Ｘ線照射時の理論的な減弱特性（同図（Ａ）：実線：直線特性）及び多色Ｘ線照射時の理論的な減弱特性（同図（Ａ）：点線：曲線特性）を横軸方向において一般化して、目標関数（同図（Ｂ）：実線：Ｘ＝Ｙの直線特性）及びビームハードニング補正曲線（同図（Ｂ）：点線：曲線特性）を作成する工程を説明するグラフ、
【図８】図８は、複数の原子番号の物質に対する、一般化されたビームハードニング補正曲線のうち、特定の原子番号Ｚに対するビームハードニング補正曲線とその他のビームハードニング補正曲線の縦軸方向の残差を例示するグラフ、
【図９】図９は、低エネルギーＢＩＮおける、縦軸方向において上記残差を補正するためのフィッティング関数のフィッティング係数を例示するグラフ、
【図１０】図１０は、中位エネルギーＢＩＮおける、縦軸方向において上記残差を補正するためのフィッティング関数のフィッティング係数を例示するグラフ、
【図１１】図１１は、高エネルギーＢＩＮおける、縦軸方向において上記残差を補正するためのフィッティング関数のフィッティング係数を例示するグラフ、
【図１２】図１２は、ビームハードニング補正情報の一部として記憶するフィッティング係数を例示する表図、
【図１３】図１３は、各エネルギーＢＩＮにおける、一般化後のビームハードニング補正曲線とその目標関数（Ｘ＝Ｙの直線）を示すグラフ、
【図１４】図１４は、ビームハードニング補正を行うための範囲を設定するＲＯＩを重畳したＸ線画像の模式図、
【図１５】図１５は、エネルギーＢＩＮ毎の、入射Ｘ線カウントと出力Ｘ線カウントの比（吸収と透過の比）を示す図、
【図１６】図１６は、一つの原子番号に対する、一般化されたビームハードニング補正曲線と目標関数（Ｘ＝Ｙの直線）とを使ったビームハードニング補正を説明する図、
【図１７】図１７は、画素毎に且つエネルギーＢＩＮ毎に、メモリに記憶されるビームハードニング補正情報及び実効原子番号Ｚeffの推定値の模式図、
【図１８】図１８は、画素毎に規格化したＸ線減衰量から低エネルギー側及び高エネルギー側の実効原子番号ＺHigh、ＺLowを推定する手法及びその相互の比較を説明する図、
【図１９】図１９は、ビームハードニング補正した画素毎のＸ線減弱量に基づく実効原子番号画像とそれを表示する例を模式的に説明する図、
【図２０】図２０は、本発明の第２の実施形態において実行される画像表示の処理の概要を、第１の実施形態の処理の流れに連動して示す概略フローチャート、
【図２１】図２１は、画像メモリに形成される画像表示のための記憶内容を模式的に説明する図、
【図２２】図２２は、第２の実施形態において表示される光子計数独特の画像の一例を示す図、
【図２３】図２３は、第２の実施形態において表示される光子計数独特の画像の他の例を示す図、及び、
【図２４】図２４は、第２の実施形態において表示される光子計数独特の画像の他の例を示す図、である。
【図２５】図２５は、低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とビームハードニング補正を行う際に予め設定される実効原子番号Ｚｍとの関係を例示する図、である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る、光子計数型のＸ線検出における計数データを処理する方法及び装置、並びに、光子計数型のＸ線装置の実施形態を、添付図面を使って説明する。
［第１の実施形態］
【００３４】
図１〜図１９を参照して、本発明に係る、光子計数型のＸ線検出における計数データを処理する方法及び装置（以下、データ処理方法及びデータ処理装置と呼ぶ）を説明する。このデータ処理方法及びデータ処理装置は、例えばＸ線マンモグラフィ装置、歯科用Ｘ線撮影装置などの医療用Ｘ線装置、異物検査用のＸ線装置などに実装又は搭載される方法及び装置である。
【００３５】
図１に、Ｘ線装置１０の主要部を成す構成の一例を示す。なお、この第１の実施形態に係るデータ処理方法及びデータ処理装置を実装又は搭載したＸ線装置のハード構成それ自体は公知のもので良いので、その要部のみを説明する。
【００３６】
Ｘ線装置１０は、図１に示すように、連続スペクトルのＸ線を発生させ、このＸ線をビーム状にコリメートしてオブジェクト空間ОＳに照射するＸ線発生器２１を備える。このＸ線発生器２１は、高電圧の供給を受けて駆動するＸ線管２２と、このＸ線管２２の出力側に配置され、Ｘ線管２２で発生したＸ線をビーム状のＸ線にコリメートするコリメータ２３を備える。Ｘ線管２２の管焦点Ｆの焦点径は例えば０．５ｍｍφであり、この管焦点Ｆは殆ど点状のＸ線源と見做すことができる。この管焦点Ｆから曝射されたＸ線は、様々なエネルギー（Ｘ線エネルギー）を有する光子（フォトン）の線束から成り、管電圧に応じた連続的なエネルギースペクトルを有する。
【００３７】
このＸ線装置１０はさらに、照射されたＸ線がオブジェクト空間ＯＳに位置する撮影対象ＯＢを透過してきたビーム状のＸ線を検出する検出器２４を備える。検出器２４は、その入射窓の直下に、Ｘ線を直接、電気信号に変換する半導体（ＣｄＴｅやＣＺＴなど）を有する検出層２５を有し、この検出層２５に例えば２００μｍ×２００μｍのサイズを有する画素を２次元に配列した画素群が形成されている。
【００３８】
検出器２４はさらに、例えば検出層２５の管焦点Ｆとは反対側に、各画素の検出信号を画素毎に処理する、例えばＡＳＩＣで作り込んだ層状のデータ収集回路２６を有する。このデータ収集回路２６は、検出層２５の画素群に入射したＸ線の光子（フォトン）の数を画素毎に計数可能な光子計数型の回路として構成されている。加えて、この回路は、Ｘ線エネルギーを弁別する閾値の設定により、Ｘ線スペクトルが複数のＸ線エネルギーの範囲（ＢＩＮと呼ぶ）に分割され、その各エネルギーＢＩＮにおいて画素毎に光子を計数可能になっている。
【００３９】
このため、層状のデータ収集回路２６から、各エネルギーＢＩＮにおける画素毎に、Ｘ線光子の入射に応答した電気パルス信号を処理して作成された計数データがフレームデータ（各画素の計数データの集合）として出力される。フレームレートは、一例として、３００ｆｐｓ〜６，６００ｆｐｓまで様々である。１つの画素に入射する光子の重畳現象を除けば、例えば光子が１個入射すると、１つの電気パルスが励起されるので、画素それぞれの計数データはその電気パルスの数を反映したものである。
【００４０】
前述したように、この検出器２４は、検出処理法の観点から、光子計数型（ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｔｙｐｅ）の検出器に分類される。つまり、この検出器１２は、連続エネルギースペクトルを有するＸ線（多色Ｘ線：Polychromatic X-rays）を様々なエネルギーを有するフォトンの集合であると見做して、それらフォトンの個数をＸ線のエネルギーＢＩＮ（領域）別に且つ画素毎（なお、画素は１個でも複数でもよい）に計数するように構成されている。このエネルギーＢＩＮとしては、後述するように、例えば図２に示すように、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighが設定されている。このエネルギーＢＩＮ：Ｂｉｎの数は３つ以上であれば、４つでも５つでもよい。エネルギー［ｋｅＶ］の下限閾値ＴＨ１以下の領域及び上限閾値ＴＨ４（図２の例では管電圧に対応）以上の領域は計測不可又は使用しない領域である。このため、この閾値ＴＨ１〜ＴＨ４の間の領域が１つ（この場合、閾値はＴＨ１及びＴＨ４のみ）又は複数のエネルギーＢＩＮに分割される。例えば閾値ＴＨ２，ＴＨ３を図２のように設定し、３つのエネルギーＢＩＮが形成される。
【００４１】
以上のＸ線照射・検出の構成は、国際公開番号ＷＯ２０１５／１１１７２８  Ａ１等によって提案されている。
【００４２】
オブジェクト空間ОＳに位置する撮影対象ＯＢは、ビーム状のＸ線によってスキャンされる。このためには、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の対と撮影対象ＯＢとの一方が他方に対して相対的に移動する構成であればよい。一例として、食品等のＸ線異物検査の場合には、ベルトコンベアがオブジェクト空間ОＳを通過するように配置される。これにより、このベルトコンベアの上に撮影対象ＯＢを載置することで撮影対象ＯＢがＸ線スキャンされる。また、医療用システムとして、歯科用パノラマＸ線撮影装置があるが、この場合には、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の間のオブジェクト空間ＯＳに撮影対象ＯＢである患者顎部を位置させる。この状態で、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の対を互いに対向させながら回転させることで顎部がＸ線スキャンされる。医療用システムとしてのＸ線マンモグラフィ装置であっても同様である。要は、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の対と撮影対象ＯＢとの間に相対的な移動を伴って撮影対象ＯＢがスキャンされればよい。
【００４３】
検出器２４から出力されるデジタル量の計測データは、Ｘ線装置１０に搭載した処理装置又はＸ線装置１０の外部に置いた処理装置により、エネルギー弁別の優位性を活かした処理がなされる。この処理には、トモシンセシス法による画像再構成、その再構成画像に基づく吸収ベクトル長画像（２次元画像）の作成、及び、その再構成画像に基づく３次元散布図の作成などがある。これらの処理は、国際公開番号ＷＯ２０１６／１７１１８６  Ａ１等により提案されている。
【００４４】
一方で、本実施形態では、検出器２４から出力されるデジタル量の計測データは本発明独自の処理にも処せられる。その処理として、仮定したビームハードニング補正曲線により推定した補正結果を遡及的に真値に漸近させるとともに、物質のより広い実効原子番号Ｚeffに対して、より少ない演算量で対処するビームハードニング補正が含まれる。なお、ビームハードニング補正曲線は、ビームハードニングを受けている物質の減衰特性を目標関数（単色Ｘ線を照射したときの質量厚さに対する直線状の減衰特性）に合わせるために使用する曲線という意味で使われており、このビームハードニング補正曲線と目標関数との差に応じて計測値が補正される。
【００４５】
ここで、前述したことであるが、ビームハードニング現象（線質硬化現象）とは、照射された多色Ｘ線が物質を透過するときに生じるもので、低エネルギー成分が高エネルギー成分より物質内部で吸収・散乱されやすく，物質透過後の成分割合は高エネルギー側が多くなり，実効エネルギーが高エネルギー側にシフトする現象を言う。このビームハードニング現象は、物理的にはＸ線光子のエネルギーの違いにより対象物の分子（原子）とＸ線光子との相互干渉が異なることの結果、生じるものと総括できる。また、実効原子番号Ｚeffとは、ビーム状のＸ線が透過する経路に存在する複数種の元素（物質）それぞれが持つ原子番号のＸ線との相互作用量を考慮した上での平均の原子番号である。
【００４６】
本実施形態に係るＸ線装置１０は、データ処理装置３０を備えている。このデータ処理装置３０は、図１に示すように、一例として、コンピュータＣＰにより構成される。このコンピュータＣＰ自体は公知の演算機能を持つコンピュータであってよく、検出器２４に通信ラインＬＮを介して接続されたインターフェース（Ｉ／Ｏ）３１を備える。このインターフェース３１には、内部バスＢを介して、バッファメモリ３２、ＲＯＭ（read-only memory）３３、ＲＡＭ（random access memory）３４、ＣＰＵ（central processing unit）３５Ａを備えたプロセッサ３５、画像メモリ３６、入力器３７、及び表示器３８が互いにバスＢを介して通信可能に接続されている。
【００４７】
ＲＯＭ３３には、コンピュータ読出し可能な計測値補正及び物質同定などのための各種のプログラムが予め格納されている。このため、ＲＯＭ３３は、それらのプログラムを予め記憶する記憶領域（non-transitory computer recording mediumとして機能する）３３Ａを備える。さらに、このＲＯＭ３３は、後述する、計測値のビームハードニング補正のためのビームハードニング補正用データ（キャリブレションデータとも呼ばれる）を記憶する第１、第２の記憶領域３３Ｂ，３３Ｃも備える。
【００４８】
プロセッサ３５（即ち、ＣＰＵ３５Ａ）は、ＲＯＭ３３の記憶領域３３Ａから、必要なプログラムを自分のワークエリアに読み出して実行する。プロセッサ３５は画像処理用のＣＰＵである。バッファメモリ３２は、検出器２４から送られてきたフレームデータを一時的に保管するために使用される。ＲＡＭ３４は、プロセッサ３５の演算時に、演算に必要なデータを一時的に記憶するために使用される。
【００４９】
画像メモリ３６は、プロセッサ３５により処理された各種の画像データや情報を保管するために使用される。入力器３７及び表示器３８は、ユーザとの間のマン・マシンインターフェースとして機能し、このうち、入力器３７はユーザからの入力情報を受け付ける。表示器３８は、データプロセッサ３５の制御下において画像等を表示することができる。
【００５０】
データ処理装置３０は、Ｘ線装置１０と一体の装置又は検査システムとして設けられてもよい。また、データ処理装置３０は、本実施形態のように、Ｘ線装置１０に対して通信ラインＬＮを介して通信可能に接続されている場合、常時、オンラインで接続されていてもよいし、必要なときにだけ通信可能になっていてもよい。さらに、データ処理装置３０はスタンドアロン形式で設けられていてもよい。勿論、データ処理装置３０は、パイプライン処理などを行うハードウェア回路で構成されていてもよい。
＜データ処理装置及びデータ処理方法＞
【００５１】
本発明に係るデータ処理方法を説明する。このデータ処理方法は、上述したデータ処理装置３０のプロセッサ３５（ＣＰＵ３５Ａ）が記憶領域３３Ａから所定のプログラムを呼び出して、その手順を順次実行することで行われる。
＜その１：事前処理＞
【００５２】
このデータ処理方法の一部を成す、ビームハードニング補正のための事前処理を説明する。
【００５３】
本発明に係るビームハードニング補正は、従来のビームハードニング補正に比べて、Ｘ線照射パスに存在する複数の物質（素材）が呈する実効原子番号Ｚeffの、より広い範囲（Ｚmin〜Ｚmax）に、一回の事前準備で作成した補正用データで対応可能なこと、且つ、より精度の高いビームハードニング補正ができるという優位な点がある。
【００５４】
そのための事前の準備として、かかる事前処理がプロセッサ３５により、ユーザとの間で図３に示すような手順でインターラクティブに実行される。
【００５５】
まず、Ｘ線管２２に照射させる連続Ｘ線（多色Ｘ線）のエネルギースペクトルの理論値を用意する（図３，ステップＳ１）。この理論スペクトルを図５（Ａ）に示す。この理論スペクトルから、モンテカルロシミュレーションにより、検出器１２の半導体材料、その厚さ、画素サイズ等に基づく応答関数を考慮したエネルギースペクトルを作成する（フォールディングする）（ステップＳ２）。図５（Ｂ）に、理論スペクトルを応答関数でフォールディングしたエネルギースペクトルを例示する。このエネルギースペクトルには、３つのエネルギーＢＩＮ（エネルギー範囲）が設定される（ステップＳ３）。その低い方から順に、低エネルギー側ＢＩＮ：ＢｉｎLow（１５〜２３ｋeV(20.2keV)、中位エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎMiddle（２３〜３２ｋeV(27.6keV)、及び高エネルギー側ＢＩＮ：ＢｉｎHigh（３２〜５０ｋeV(38.1keV)）である。括弧内の20.2keV、27.6keV、38.1keVの数値は、各ＢＩＮ内の実効エネルギーであり、この実効エネルギーに対応する質量減弱係数μ／ρ（μ：線減弱係数、ρ：質量密度）が各ＢＩＮの目標関数の傾きに相当する。
【００５６】
次いで、実際の臨床で出現すると予想される対象物の組織（物質）の実効原子番号Ｚeffの範囲Ｚｍｉｎ〜Ｚｍａｘ（例えばＺｍｉｎ＝５、Ｚｍａｘ＝１４として整数値で決める）をインターラクティブに設定する（ステップＳ４）。さらに、この実効原子番号Ｚeffの範囲：Ｚｍｉｎ〜Ｚｍａｘから所望の基準とすべき実効原子番号Ｚｍ（例えばＺｍ＝７）をインターラクティブに決定する（ステップＳ５）。
【００５７】
次いで、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighそれぞれの実効エネルギーを算出する（ステップＳ５）。さらに、この各エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow（〜ＢｉｎHigh）の実効エネルギーに対応し、かつ、基準とする実効原子番号Ｚｍに暫定的にあてがわれる、上述した質量減弱係数μ／ρが目標関数の傾きとして演算される（ステップＳ６）。
【００５８】
次いで、エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighそれぞれに対して、ビームハードニング補正曲線を２次元座標上にプロットする演算を行う（ステップＳ７）。このプロットは、既に物理的に知られているデータを使ってなされる（理論的演算値）。具体的には、このプロットは、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、横軸に質量厚さ（ρｔ）を採り、縦軸に各エネルギーＢＩＮにおける実効エネルギーに対するＸ線減弱量（μｔ）を採ってなされる。各エネルギーＢＩＮのグラフにおいて、実線は、原子番号Ｚ＝７，８，９、…１３、１４の物質に、Ｘ線スペクトル上で一本の直線状のピークを示す単色Ｘ線（Monochromatic X-ray）を照射したときに得られる直線状の理論的な減弱特性（目標関数に相当）を示す。これに対して点線は、連続スペクトル分布を持つ多色Ｘ線(Polychromatic X-rays)を原子番号Ｚ＝７，８，９、…１３、１４の物質に照射したときの計数値の理論的な減弱特性を示す。この多色Ｘ線の場合には、前述したように物質中でビームハードニング現象を引き起こすので、質量厚さ（ρｔ）が大きくなるほど、Ｘ線減弱量μｔの増加割合が低下するという減弱特性を示す。
【００５９】
次いで、エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighそれぞれにおいて、横軸（ρｔ）の値に前述した目標関数の傾き：質量減弱係数μ／ρを掛けて横軸の値を一般化する（ステップＳ８）。質量減弱係数μ／ρは原子番号ＺとＸ線エネルギーによって決まる既知の値である。
【００６０】
具体的には、図７は低エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLowについて説明したものであるが、この一般化演算によって、その図７（Ａ）の[Before]のグラフから（Ｂ）の［After］のグラフが演算上、生成される。［After］のグラフでは、横軸がＸ＝ρｔ×μ／ρ（Ｚ）＝μｔとなるので、縦軸（Ｙ軸）のμと同じ次元となる（Ｘ＝Ｙ）。
【００６１】
物質の原子番号Ｚ（実効原子番号Ｚeff）が異なるとビームハードニング現象の発生程度も異なる。このため、各曲線（直線）は原子番号Ｚが変数となる。
【００６２】
この図７（Ｂ）の［After］のグラフから判るように、この横軸の一般化演算によって、原子番号Ｚ＝７，８，９、…１３、１４のそれぞれに対する目標関数（単色Ｘ線照射時のビームハードニング現象が生じないときの減弱特性）は、Ｘ＝Ｙの関数に揃う。したがって、原子番号Ｚ＝７，８，９、…１３、１４に対する多色Ｘ線照射時の曲線、即ち、ビームハードニング現象を受けている減衰特性を補正するためのビームハードニング補正曲線は、このＸ＝Ｙの直線から縦軸方向（Ｙ軸）にどの程度ずれているのかという情報を推定できる。このため、本実施形態において、原子番号Ｚ＝７，８，９、…１３、１４に対するビームハードニング補正曲線は、そのずれを原子番号Ｚのみを変数として設定できるので、これを一般化と呼んでいる。即ち、Ｘ＝Ｙの直線からのずれ量を原子番号Ｚ（＝７，８，９、…１３、１４）それぞれに記憶（保有）しておけばよく、原子番号Ｚを例えばＺ＝８に指定したときには、Ｘ＝Ｙの直線からのＺ＝８の分のずれ量を読み出して、目標とする関数を容易に演算することができる。
【００６３】
なお、中位エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎMiddle及び高エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎHighにおいても同様である。
【００６４】
次いで、プロセッサ３５は、残差計算及びフィッティング処理を行う（ステップＳ９）。具体的には、上述のように一般化したビームハードニング補正曲線における、原子番号Ｚ＝Ｚｍ（指定されていたＺ＝７）に対する多色Ｘ線に対する補正曲線を基準に採る。この基準曲線から他の原子番号Ｚ（＝５，６，８，９、…１３、１４）との残差を演算し、この残差をそれぞれ４次関数でフィッティングする。図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれのＢＩＮ：ＢｉｎLow，ＢｉｎMiddle及びＢｉｎHighの残差（比）曲線を示す。縦軸のResidual Error (μｔZ／μｔZ=7)がその残差比Δを表している。μｔZ／μｔZ=7＝１の直線が、Ｚ＝７のときの残差比（比１で一定）を表している。残差は、低エネルギーＢＩＮの方がそれよりも高い側のエネルギー側ＢＩＮよりも大きい。これはＸ線エネルギーが低い光子ほど、より大きなビームハードニングを受けるからである。
【００６５】
なお、フィッティング関数として４次関数を例示したが、必ずしも４次関数でなくてもよく、より高次の関数を使うほど残差をより精度高くフィッティングできる。どの次数の関数を用いるかということは、演算量とのバランスで決めればよい。
【００６６】
次いで、プロセッサ３５は、残差曲線を「質量厚さ（ρｔ）×Δ」と原子番号Ｚとの２変数関数で表す（ステップＳ１０）。前述したフィッティングに関する４次関数の係数（ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４）を原子番号Ｚの関数で表し、所望範囲の原子番号Ｚｍｉｎ〜Ｚｍａｘの中のあらゆる原子番号Ｚに対するビームハードニング補正曲線を推定可能にする。この２変数関数をエネルギーＢＩＮ別に図９〜１１に例示する。
【００６７】
この結果、上述した２変数関数（つまり残差）を包括的に表すフィッティング関数ｆ（ρｔ）が次のように作成される（ステップＳ１１）。
【００６８】
ｆ（ρｔ）=a0+a1×(ρt)+a2×(ρt)2+a3×(ρt)3+a4×(ρt)4  …(1)
【００６９】
ここで、Ｚを実効原子番号とし、係数Ｍj（ｊ＝０〜４）としたとき、係数ａj（ｊ＝０〜４）は、
a0=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a1=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a2=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a3=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
a4=M0+M1×Z+M2×Z2+M3×Z3+M4×Z4
…(2)
で表される。つまり、係数ａj（ｊ＝０〜４）は原子番号Ｚの関数であり、係数Ｍj（ｊ＝０〜４）は、係数ａjに依存する量である。このフィッティング係数Ｍj，ａjの一例を図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にエネルギーＢＩＮ毎に示す。
【００７０】
このため、補正情報としての最終的なビームハードニング補正関数は、エネルギーＢＩＮ毎に一般化した推定減弱特性の中で指定した原子番号Ｚ＝Ｚｍ＝７の物質の推定減弱特性の曲線に上記フィッティング関数f(ρt)を掛ける（ステップＳ１２）。これにより、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に例示するように、最終的なビームハードニング補正情報としてのビームハードニング補正関数が、エネルギーＢＩＮ毎に所定の原子番号の範囲内で得られる。
【００７１】
そこで、プロセッサ３５は、上述のように求めたビームハードニング補正関数をビームハードニング補正用の情報として例えばＲＯＭ３３の第1の記憶領域３３Ｂ(又は、第２の記憶領域３３Ｃ)に保存する（ステップＳ１３）。原子番号Ｚが指定されたときには、それに対応するビームハードニング補正関数がプロセッサ３５によりワークエリアに読み出される。この読み出された補正関数を従来と同様に用いて、ビームハードニング補正が実行される。この実行例は後述する。
【００７２】
なお、この補正用の情報としては、一般化した推定減弱特性の中で指定した原子番号Ｚ＝Ｚｍ＝７の物質の推定減弱特性の曲線と、上述のフィッティング関数f(ρt)のエネルギーＢＩＮ毎のフィッティング係数Ｍj，ａjを予め例えばＲＯＭ３３の第１の記憶領域３３Ｂ（又は第２の記憶領域３３Ｃ）に保存しておいてもよい。その場合には、必要に応じて、それらを読み出して、必要な原子番号Ｚに応じたビームハードニング補正関数を演算し、それを使ってビームハードニング補正を行うことになる。
【００７３】
＜その２：収集処理及びその後の処理（ビームハードニング補正及び実効原子番号画像の作成を含む）＞
上述のように事前処理が済むと、プロセッサ３５はユーザとの間でいつでもインターラクティブに図４に示すように、Ｘ線透過データの収集及びその後の処理を行うことができる。
【００７４】
プロセッサ３５は、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の対と対象物ＯＢとを互いに相対的に移動させながら、図示しない高電圧発生器を制御してＸ線管２２を駆動させると共に、検出器２４を駆動させてビーム状のＸ線に対象物ＯＢをスキャンさせる。例えば、Ｘ線異物検査の場合、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の対を固定し、対象物ＯＢを移動させてオブジェクト空間ＯＳを通過させる。また、デンタルパノラマ撮影の場合には、Ｘ線発生器２１及び検出器２４の対を対象物ＯＢとしての患者の顎部の周りを互いに対向させて回転させる。これにより、Ｘ線スキャンが行われ、対象物を減弱しながら通過してきてＸ線の光子数に基づく計測値（デジタル量のフレームデータとして）が３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow，ＢｉｎMiddle，ＢｉｎHighのそれぞれについて収集される（図４，ステップＳ２１）。
【００７５】
このデータ収集の後又はデータ収集と併行して、収集されたフレームデータに例えばトモシンセシス法を適用して対象物ＯＢをＸ線照射パスに沿って見た最適焦点画像が作成される（ステップＳ２２）。この最適焦点画像は対象物ＯＢのある特定の高さ（深さ）の断面に沿った画像でもよいし、画素毎のＸ線照射パスにおいて最適焦点を呈する高さ（深さ）画素を集めた画像であってもよい。勿論、本発明者が提案している公知のベクトル長画像であってもよい。また、単純にスキャノグラムによる透過画像であってもよい。これらの画像作成に用いる収集データは、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow，ＢｉｎMiddle，ＢｉｎHighの何れか１つ若しくは複数を選択的に、又は全部を平均するなどして用いてもよい。
【００７６】
プロセッサ３５は、ステップＳ２２で作成した画像を表示器３８に表示させ（ステップＳ２３）、その画像上でＲＯＩ（region of interest）をインターラクティブに又は自動的に設定させる（ステップＳ２４）。この一例を図１４に模式的に示す。同図に拠れば、表示器３８に表示された対象物ＯＢの画像ＩＭOB上にユーザが指定したＲＯＩが示されている。このＲＯＩの範囲が後述するビームハードニング補正及び実効原子番号画像の対象となる。このため、この範囲指定は必ずしも必要ではなく、表示された対象物ＯＢの画像全域を対象範囲にデフォルトで設定してもよい。また、ＲＯＩの数は複数でもよい。
【００７７】
次いでプロセッサ３５は、対象物ＯＢをオブジェクト空間ＯＳに置いて収集されたフレームデータに基づき、実際の出射フォトン数からμｔ（減弱量）をエネルギーＢＩＮ毎に演算する（ステップＳ２５）。これは事前にキャリブレーション用データとして、対象物をオブジェクト空間ＯＳに置かないで、空気だけの状態で収集されたフレームデータを用いて演算される。
【００７８】
これを、図１５を用いて説明する。同図に示すように、図２に示すＸ線のエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighを図１５の横軸に模式的に示し、縦軸に各エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighで計数されるＸ線光子の計数値を頻度として示す。連続スペクトルを有するＸ線の照射を行うと、エネルギーＢＩＮ毎に対象物内で光子の吸収・透過があり、その透過分の光子が検出される。各エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighへの入射光子数をＣILow，ＣIMiddle，ＣIHighとすると、出射フォトン数ＣｏLow，ＣｏMiddle，ＣｏHighは、
ＣｏLow＝ＣILow(ｅ（−μLowｔ）
ＣｏMiddle＝ＣIMiddle(ｅ（−μMiddleｔ）
ＣｏHigh＝ＣIHigh(ｅ（−μHighｔ）
…(3)
で表される。
【００７９】
ここで、μLow、μMiddle、μHighは各エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow〜ＢｉｎHighにおける仮想平均線減弱係数（即ち、各エネルギーＢＩＮの実効エネルギーに対する線減弱係数）であり、ｔは対象物におけるＸ線束の透過方向の長さ（厚さ）である。ここで、各エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow(〜ＢｉｎHigh)の仮想平均線減弱係数μLow（μMiddle、μHigh）は厚さｔには依存しないという条件が前提になっている。また、入射光子数をＣILow，ＣIMiddle，ＣIHighは対象物を置かない状態で収集されたデータに相当する。そこで、ステップＳ２５では、上記の（３）式から、エネルギーＢＩＮそれぞれのＸ線減弱量μLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔも画素領域毎に演算される。
【００８０】
次いで、プロセッサ３５はビームハードニング補正を実行するに際して、対象物ＯＢを成す又は含まれると推定される１種または複数種の元素の実効原子番号Ｚeffを初期値として指定する。例えばＺeff=７が指定される（ステップＳ２６）。より具体的には、いまデータ収集の対象となっている対象物ＯＢ、例えば乳房の、特に、ＲＯＩを指定した部分（例えば３次元の部分領域）に存在するであろう１つ又は複数種の元素、例えば、人体組織において、脂肪：乳腺＝５０％：５０％の複合組織に近いと推定される値Ｚeff=６が指定される。
【００８１】
次いで、プロセッサ３５はＲＯＩを構成する１つ又は複数の画素の位置を特定し（ステップＳ２７）、その初期画素位置Ｐを指定する（ステップＳ２８）。
【００８２】
次いで、プロセッサ３５は、ＲＯＭ３３の第１の記憶領域３３Ｂ（又は第２の記憶領域３３Ｃ）から、前述した事前処理において（ステップＳ１３参照）演算し、記憶した指定された初期実効原子番号Ｚeff=６に相当するビームハードニング補正曲線を演算するための情報を３つのエネルギーＢＩＮそれぞれについて呼び出す（ステップＳ２９）。この情報は、３つのエネルギーＢＩＮそれぞれにおける、例えば図１３に例示した、i)事前処理における指定実効原子番号Ｚeff=７のビームハードニング補正関数と、ii)４次のフィッティング関数ｆ（ρｔ）と、iii)今回指定した初期実効原子番号Ｚeff=６に相当するフィッティング係数Ｍｊ(原子番号Ｚに依存)である。
【００８３】
次いで、読み出したビームハードニング補正のための情報を用いて、今回指定した初期実効原子番号Ｚeff=６に相当するビームハードニング補正曲線を前述した式（１）を使って演算する（ステップＳ３０）。これにより生成された、実効原子番号Ｚeff=６に相当するビームハードニング補正曲線は図１３の例で言えば、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHighそれぞれの補正曲線中の符号ＣＶZeff=6で示す曲線である。因みに、符号ＣＶZeff=7は実効原子番号Ｚeff=7のビームハードニング補正曲線を示し、符号ＣＶZeff=8は実効原子番号Ｚeff=８のビームハードニング補正曲線を示す。
【００８４】
このエネルギーＢＩＮ毎のビームハードニング補正曲線ＣＶZeff=6の読出しが終わると、いま処理対象の１番目の画素における計数値（カウント）がエネルギーＢＩＮ毎にビームハードニング補正される（ステップＳ３１）。具体的には、その補正曲線ＣＶZeff=6と、所望の原子番号Ｚ＝５〜１４の範囲で一般化された全ての実効原子番号Ｚeffの元素に関する目標曲線ＣＶtarget(原子番号Ｚ＝５〜１４の元素に対する単色Ｘ線に共通の減弱特性)とに基づいて、１番目の画素における計数値（カウント）がビームハードニング補正される。この補正された減弱量は、画像メモリ３６に保存される。
【００８５】
このビームハードニング補正を図１６に示す。同図において、横軸及び縦軸の次元は図１３と同じであり、両者ともＸ線減弱量μｔの次元である。これにより、いま、低側エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLowにおける、１番目の画素の計測値（減弱量の次元）μｔnを縦軸に採ると、その計測値μｔnはビームハードニングの影響を受けている。つまり、その計測値μｔnがビームハードニング補正曲線ＣＶZeff=6と交わる点Ｐactualは、それが目標曲線ＣＶtargetと交わる点Ｐtargetと異なり、Δμｔの分だけ低下している。このΔμｔは補正されるべき減弱量であり、理想的にはΔμｔ＝０に補正されるべきである。この差分Δμｔは、一般に、低エネルギー側になるほど大きくなる。
【００８６】
このため、プロセッサ３５は、各エネルギーＢｉｎに対して、図１６に示す２次元グラフをメモリに仮想的に描き、２つの曲線ＣＶZeff=6、ＣＶtargetのデータを使って計測値μｔnに対応する補正された値μｔLow（μｔMiddle、μｔHigh)を演算する。この演算は、図１６のように曲線の交点を推定して行ってもよいし、計測値μｔnとその差分Δμｔnとの比から推定してもよい。
【００８７】
何れにしても、このビームハードニング補正により、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHighそれぞれにおける、ＲＯＩ内の一番目の画素においてビームハードニング補正された計数値μLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔが演算される。この演算値は一旦、例えば画像メモリ３６に保存される。このメモリ３６内の保存データを図１７（Ａ）に模式的に示す。
【００８８】
次いで、プロセッサ３５は、補正された計数値μLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔを用いて規格化を行う（ステップＳ３２）。この規格化処理は、下記の演算式を用いて、画素毎に行う。
【００８９】
【数１】
2019083014.tif 000003
【００９０】
【数２】
2019083014.tif 000004
…(4)
【００９１】
つまり、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHighのうち、高エネルギー側の２つのＢＩＮ：ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHigh の減弱量μMiddleｔ、μHighｔを用いて規格化する。これにより、（４）式の上段の式のように、対象物ＯＢを通るＸ線パスの長さ（対象物の厚さｔ）のファクタが消去され、厚さｔに依存しない減弱量μHigh-norが求められる。同様に、低エネルギー側の２つのＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddleの減弱量μLowｔ、μMiddleｔを用いて規格化する。これにより、（４）式の下段の式のように、厚さｔに依存しない減弱量μLow-norが求められる。
【００９２】
このように規格化された減弱量μHigh-nor,μLow-norもまた画像メモリ３６に、ＲＯＩを形成する画素毎に保存される(図１７（Ｂ)参照）。
【００９３】
プロセッサ３５は、この後、ＲＯＩ内の全ての画素に対してその画素値（即ち減弱量）のビームハードニング補正が完了したか否かを判断する（ステップＳ３３）。この判断でＮＯとなるときは、ビームハードニング補正すべき画素が未だ残っていると認識し、画素フラグを更新し（図示せず）、ステップＳ３１、Ｓ３２の処理を繰り返す。この繰り返しにより、ＲＯＩ内の全画素について上述したビームハードニング補正及び規格化が行われる。この結果、その全画素それぞれに対して、エネルギーＢＩＮ別に補正された３つの計数値μLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔ及びエネルギーの高低に応じて規格された２つの減弱量μHigh-nor,μLow-norが得られて、これらの値が画像メモリ３６に保存される。
【００９４】
プロセッサ３５は、ステップＳ３３でＹＥＳと判断されると、ＲＯＩ内の全ての画素に対してビームハードニング補正及び規格化が完了したと認識し、次いで、実効原子番号Ｚeffの推定に移行する。
【００９５】
プロセッサ３５は、ＲＯＭに予め理論計算により用意されていた「減弱量：原子番号」の関係を規定する参照曲線をワークエリアに読み出す（ステップＳ３４）。この参照曲線は、図１８に示すように、既知の原子番号を有する材料にＸ線を照射して収集したＸ線透過データから理論的に求めた減弱量の関係を示す。３つのエネルギーＢＩＮを設定する場合には、２つの線減弱量μHigh-nor,μLow-norのそれぞれについて、図１８上下に示すように、係数比が大きくなるにしたがって原子番号も大きくなる非線形曲線（同図上）と、その反対に、係数比が大きくなるにしたがって原子番号は小さくなる非線形曲線（同図下）が用意される。この線減弱量の参照曲線の求め方は、論文「Kimoto, N. et al., 2017, Appl. Radiat. Isot.124」により提案されている。
【００９６】
そこでプロセッサ３５は、上記２つの線減弱量μHigh-nor,μLow-norに係る参照曲線を使って原子番号ＺHighとＺLowとを推定する（ステップＳ３５）。具体的には、２つの線減弱量μHigh-nor,μLow-norのうち、高エネルギー側の参照曲線（図１８上）に線減弱量μHigh-norを適用して高エネルギー側から推定した原子番号ＺHighを求める。同様に、低エネルギー側の参照曲線（図１８下）に線減弱量μLow-norを適用して低エネルギー側から推定した原子番号ＺLowを求める。求められた原子番号ＺHighとＺLowは画像メモリ３６に保存される（図１７（Ｃ）参照）。
【００９７】
なお、このステップＳ３５の処理は、ＲＯＩを構成する画素それぞれについて実行される。
【００９８】
この後、プロセッサ３５は、画素毎に推定した原子番号ＺHighとＺLowとを相互に比較して、それらの一致度を判定する（ステップＳ３６）。この結果、原子番号ＺHighとＺLowが互いに一致している、または、それらの差異が所定の閾値内に収まっており一致していると見做せる場合（ステップＳ３６，ＹＥＳ）、原子番号ＺHigh＝ＺLowであり、その値が実効原子番号Ｚeffである判断されて保存される（ステップＳ３７：図１７（Ｄ）参照）。
【００９９】
これに対して、ステップＳ３６でＮＯの判断になるときは、原子番号ＺHighとＺLowが互いに一致しておらず又は一致していると見做すことができず、つまり、前述したビームハードニング補正に用いたフィッティング係数Ｍｊが的確でないことを意味する。さらに言えば、現在、処理対象となっている画素に存在する元素の実効原子番号は、現在、初期値として指定している実効原子番号Ｚeff=６と見做すことができないほどずれていることになる。
【０１００】
このように不一致であると判断される場合、プロセッサ３５は、再び、例えば次の実効原子番号Ｚeff=７を指定して、これに対応するフィッティング係数Ｍｊを読み出す（ステップＳ３８）。
【０１０１】
なお、このとき、実効原子番号Ｚeff=6.5のように所定刻みの小数点以下の数値を伴う原子番号を指定してもよい。この場合には、プロセッサ３５は、実効原子番号Ｚeff=７に対応するフィッティング係数Ｍｊを読み出し、既に保有している実効原子番号Ｚeff=６に対応するフィッティング係数Ｍｊとの間で、例えば比例配分により実効原子番号Ｚeff=6.5に対応するフィッティング係数Ｍｊを推定し、同様に使用する。
【０１０２】
いま、実効原子番号Ｚeff=７又は６．５の新たなフィッティング係数Ｍｊが求められたとすると、前述したと同様に（ステップＳ３０，Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３５）、エネルギーＢＩＮ毎且つ画素毎に、ビームハードニング補正曲線の演算、ビームハードニング補正（エネルギーＢＩＮ毎且つ画素毎）、規格化処理、及び実効原子番号の推定処理を実行する（ステップＳ３９、Ｓ４０、Ｓ４１，４２）。
【０１０３】
この結果、ステップＳ４０において、各エネルギーＢＩＮに対して画素毎にビームハードニング補正された最新の減弱量が更新しながら保存される。
【０１０４】
そして、ステップＳ３６に戻り、再度、上述した一致度の判定がなされ、この判定がＮＯ（不一致）の場合、原子番号ＺHighとＺLowが相互に一致する又は一致すると見做せるまで上述したステップＳ３８〜Ｓ４２が繰り返し実行される。この結果、最終的には、指定した原子番号Ｚmin〜Ｚmax（例えばＺ＝５〜１４）の範囲内において、各処理対象画素に対する実効原子番号Ｚeffが確定する。
【０１０５】
プロセッサ３５は、ステップＳ３７の後、再び、ＲＯＩ内の全ての画素（又は複数の画素を束ねた１つ又は複数の画素領域）について実効原子番号Ｚeffの確定作業が済んだか否かを判定する（ステップＳ４３、）。この判断でＮＯの場合には、ステップＳ４４の指令を経て、次の画素に対するステップＳ３４以降の処理が繰り返される。これにより、全ての画素について、その画素に入射したＸ線束のパスに存在する１つ又は複数の元素の原子番号の平均値として捉えることが可能な実効原子番号Ｚeffが求められ、必要に応じて更新しながら、保存される（図１７（Ｄ）参照）。
【０１０６】
このように、原子番号自体は物質固有であるが、その原子番号を持った物質が受けるビームハードニングの程度はＸ線光子のエネルギーの大小に依存する。このため、特定のエネルギーＢＩＮの線減弱係数からその物質の原子番号を特定することは誤差が大きくなる可能性があり、従って、ビームハードニング補正も精度良く掛からない。そこで、上述のようにエネルギーの高い側及び低い側においてそれぞれ規格化された線減弱量を求め、その２つの減弱量の差異から原子番号を真値又は真値と見なせる値に追いこんで、より精度の高い実効原子番号Ｚeffを推定している。
【０１０７】
次いで、プロセッサ３５は、ＲＯＩ内の画素の、求めた実効原子番号Ｚeffを画像メモリ３６から呼び出して、それらの値（例えば、画素ごとにＺeff＝６、６．５、６．５、７、７．２、７．１、６…）をグレースケール又はカラーでエンコードした実効原子番号画像ＩＭZeffを作成する（ステップＳ４５）。更に、この画像ＩＭZeffを前述した画像（図１４参照）に重畳して表示器３８に表示させる共に、メモリ３６にその画像データを保管させる（ステップＳ４６）。
【０１０８】
この画像表示の例を図１９に模式的に示す。勿論、この背景となる画像はトモシンセシス法に依る焦点化画像以外の画像であってもよいし、実効原子番号画像ＩＭZeffを単独で表示してもよい。
【０１０９】
以上のことから、本実施形態によれば、一般化された目標関数と、所定の実効原子番号の範囲において指定した実効原子番号の残差に関する情報を保有していれば、上述の手順で、ビームハードニング補正関数を演算できる。したがって、予め設定する実効原子番号の範囲をより広く持っていても、ビームハードニング補正関数を演算する上で、その広さに比例したほどの演算量にならなくて済む。つまり、より広範囲な実効原子番号Zeffの元素を持つ対象物について、より少ない演算負荷でビームハードニング補正できる。
【０１１０】
また、予め用意される参照情報に基づき、低エネルギー側及び高エネルギー側から推定した実効原子番号（ＺLow、ＺHigh）から真に近い値の又は真の値と見做すことができる値を持つ実効原子番号を追い込むことができるので、物質の実効原子番号画像をより高精度に推定できる。これは、Ｘ線パス上に存在する物質の種類や性状をより高い信頼性で同定できることになる。
【０１１１】
さらに、本実施形態では、上述した画素毎のビームハードニング補正により、実際には、狭義の意味でのビームハードニング現象のみならず、ヒール効果等のＸ線減弱の要因、チャージシェアリングなどの回路要因に因る誤差が含まれている計測値からその誤差などを含めた広義の意味での補正がなされる。これにより、計測値が最初からキャリブレーションされていたかの如く補正され、その信頼性が高くなる。これは即ち、その計測値に基づいて画像再構成や対象物の分析を行うときに、それら処理がより安定し、かつより信頼性が高くなる。計測値に基づいて物質の種類や性状を同定する場合には、その同定精度が高くなることになる。
［第２の実施形態］
【０１１２】
次いで、図２０〜図２４を参照して、本発明に係るＸ線装置の第２の実施形態を説明する。
【０１１３】
このＸ線装置は、前述した第１の実施形態においてビームハードニング補正された計数値の別の応用に関する。このため、第１の実施形態において説明した構成要素と同一又は同等の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【０１１４】
この実施形態では、前述したようにビームハードニング補正された最終的に確定されたエネルギーＢＩＮ毎の計数値に基づく様々な形態のＸ線画像を提供する。つまり、前述した図４に示すフローの処理が完了したときには、そのステップＳ４０の処理により、画像メモリ３６には、対象とする全画素（又は全画素領域）それぞれにおけるエネルギーＢＩＮ毎のビームハードニング補正された計数値が保存されている。
【０１１５】
そこで、プロセッサ３５は、画像メモリ３６からそれらのビームハードニングされたエネルギーＢＩＮ毎の計数値をワークエリアに読み出し，それらをＸ線画像作成のための最終的な計数値であると確定させる（図２０、ステップＳ６１）。この確定された計数値の記憶内容は例えば図２１のように模式化できる。この最終的に確定された計数値は、低エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、中位エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎMiddle、及び高エネルギーＢＩＮ：ＢｉｎHighに対して、それぞれ、μLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔと表われるものとする。
【０１１６】
次いで、プロセッサ３５は、ユーザとの間でインターラクティブに、どのようなＸ線画像を表示（提示）させるのかを決める（ステップＳ６２）。このＸ線画像としては、計数値、即ちＸ線減弱量μｔに基づきトモシンセシス法によって画素毎に最適焦点化した焦点化画像（パノラマ画像を含む）のほか、光子計測に基づいて画素情報の定量性を追求した独特な画像として、３次元散布図、吸収ベクトル長（absorption vector length）画像、平均吸収値（average absorption value)画像が提供される。つまり、ユーザは、デフォルトで又はインターラクティブに、焦点化画像、３次元散布図、吸収ベクトル長画像、及び平均吸収値画像を選択的に指定する。勿論、Ｘ線減弱量μｔを単純に例えばグレースケールでコード化したＸ線透過像を選択枝に含めてもよい。
【０１１７】
ここで、３次元散布図、吸収ベクトル長画像、及び平均吸収値画像の概要を簡単に説明する。
＜３次元散布図について＞
【０１１８】
本実施形態では、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHighを用いているので、線減弱値μｔに３つの自由度がある。このため３次元線減弱値ベクトル
（μLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔ）
を設定し、その長さ、即ち、線減弱値ベクトル長
（（μLowｔ）2＋（μMiddleｔ）2＋（μHighｔ）2）1/2
を分母とする正規化された３次元線源弱値ベクトル（以下、線減弱ベクトルと呼ぶ）は、線減弱ベクトルそのものから物質中のＸ線束の通過パスの長さ（厚みｔ）の成分が消えて
（μLow，μMiddle，μHigh）／（μLow2＋μMiddle2＋μHigh2）1/2  …(5)
として演算される。互いに直交する３つの軸がμLowｔ、μMiddleｔ、μHighｔをそれぞれ表す３次元座標を設定すると、この３次元線減弱ベクトルの始点はその３次元座標の原点に位置し、終点が半径１の例えば球体表面に位置する。この３次元線減弱ベクトルを各画素について演算し、上記３次元座標にマッピングすると、それらの終点はかかる球体表面の所定の一点を中心に、その周辺の一定範囲に分布する、統計誤差を含む点の集合として散布点される。このような散布点を描いた３次元マッピング図を、本発明者等は３次元散布図と呼んでいる。この３次元散布図の例を図２２に示す。同図において、参照符号Ｖｒが３次元線減弱ベクトルを示し、参照符号ＤＰが散布点を示す。
【０１１９】
この球体表面、つまり、３次元散布図における線減弱ベクトルの終点の分布状況は、対象物を成す物質の種類それ自体に固有のものである。つまり、物質の種類が異なれば、分布位置は理論上、異なるので、これにより、物質の種類を同定することができる。
＜吸収ベクトル長画像について＞
【０１２０】
さらに、各画素における線減弱値ベクトル長を
ｔ（μLow2＋μMiddle2＋μHigh2）1/2             …（6）
で演算できるので、本発明者等は、このスカラー量を吸収ベクトル長（absorption vector length）(又は擬似的吸収値）と呼んでいる。この吸収ベクトル長を画素値として２次元画像を作成でき、本発明者等は、この２次元画像を吸収ベクトル長画像（又は擬似的な吸収画像）と呼んでいる。この吸収ベクトル長画像の例を図２３に模式的に示す。
＜平均吸収値画像について＞
【０１２１】
さらに、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHighにおける仮想の平均線減弱係数（即ち、各エネルギーＢＩＮの実効エネルギーに対する線減弱係数）をそれぞれμLow、μMiddle、μHighとし、対象物中のＸ線束通過パスの長さ（厚さ）をｔとしたときに、各画素の画素値を、
画素値＝ｔ（μLow＋μMiddle＋μHigh）／３    ‥‥（７）
又は
画素値＝ｔ（ａ1μLow＋ａ2μMiddle＋ａ3μHigh）／３    ‥‥（８）
ここで、
ａ1，ａ2，ａ3： ０以上の正の実数からなる重み付け係数であり、
ａ1＋ａ2＋ａ3＝３とする
の式に基づいて演算できる。即ち、厚さｔに依存したスカラー量としての画素値を得ることができる。ここで、分母に３を充てているのは、３つのエネルギーＢＩＮ：ＢｉｎLow、ＢｉｎMiddle、ＢｉｎHigh、即ち全エネルギーＢＩＮに渡る平均値を演算するためである。
【０１２２】
なお、係数ａ1，ａ2，ａ3はデフォルトで予め固定された値であってもよいし、ユーザ等が読影をしながら可変できるようにしてもよい。係数の条件：ａ1＋ａ2＋ａ3＝３は加重平均を採る場合のものであり、加重平均値の実数倍の画素値として扱う場合には、この係数の条件を外してもよい。
【０１２３】
このようにして演算した画素値を各画素に持つ画像を、本発明者等は平均吸収値（average absorption value)画像と定義した。この平均吸収値画像を図２４に模式的に示す。各画素は上述した（７）式又は（８）式で演算した画素値を持っている。なお、画素値は、ある画素の周辺の画素を一定数ずつ束ねて演算した値であってもよい。
【０１２４】
なお、本発明に係る平均吸収値画像は、必ずしも、連続Ｘ線スペクトルから３つのＸ線エネルギーＢＩＮを切り出した場合に作成されるものに限定されない。例えば、複数のＸ線エネルギーＢＩＮの数は、連続Ｘ線スペクトルを当該Ｘ線エネルギーの大小によって分割した低エネルギー範囲及び高エネルギー範囲からなる２つ又は４つ以上であってもよい。
【０１２５】
プロセッサ３５は、以上の如く挙げられた様々な種類のＸ線画像の中から指定を受けたＸ線画像の画像データを所定又は所望の表示フォーマットに変換し（ステップＳ６３）、それを表示器３８に表示（提示）させる（ステップＳ６４）。
【０１２６】
その後、プロセッサ３５は、別の態様の表示を行うか否かインターラクティブに判断し（ステップＳ６５）、必要に応じてステップＳ６３の処理を繰り返す。
【０１２７】
以上のことから、従来よく知られたＸ線画像の他に、光子計数の優位性を活かし、かつ、その計数値を精度良くビームハードニング補正した値から独特のＸ線画像、即ち、３次元散布図、吸収ベクトル長画像、及び平均吸収値画像を適宜、選択的に表示させることができる。
【０１２８】
したがって、本実施形態においても前述した第1の実施形態に享受したと同等の作用効果を享受できる。加えて、より高精度にビームハードニング補正したＸ線減弱値を臨床上の応用面に関して価値が高いＸ線画像に展開できる。すなわち、「前述した第１の実施形態において、高精度に実効原子番号Ｚeffを推定できるということは、適切なビームハードニング補正のための補正情報を探査でき、より精度の高い画像の画素値を決定できる」ということを、本第２実施形態に係るＸ線装置において有効に応用されている。つまり、前述した実効原子番号Ｚeffの画像の提供に加え、臨床で有効な各種の斬新な３次元散布図、吸収ベクトル長画像、及び平均吸収値画像を提供できる。このため、画像の画素値が持つ情報の定量性が増すとともに、画素が持つ固有の検出上のバラツキによって生じる画素間の不均一性も緩和される。なお、このビームハードニング補正によって、Ｘ線管側のヒール効果に因る変動分も吸収されるという効果もある。したがって、これらの画像を用いて対象物を成す物質（元素）の種類や性状を高精度に且つ安定して同定（特定、推定）する上で、非常に有用な画像情報を提供できる。これは臨床上、非常に有効である。
【０１２９】
なお、前述した複数の実施形態において、データ処理装置３０の全体要素によって、演算ステップ、補正ステップ、規格化ステップ、推定ステップ、及び、一致判定ステップ、並びに、演算手段、補正手段、規格化手段、推定手段、及び、一致判定手段が機能的に構成される。また、データ処理装置３０の全体要素によって、Ｘ線装置での処理に必要な事前ステップ、第１、第２の補正ステップ、減弱量処理ステップ、及びＸ線画像提示ステップ、並びに、事前準備手段、補正手段、減弱量処理手段、及びＸ線画像提示手段が機能的に構成される。
＜変形例＞
【０１３０】
勿論、上述した実施形態は様々に変形可能である。
【０１３１】
まず、Ｘ線のエネルギーＢＩＮは必ずしも３個に限定されるものではなく、エネルギー弁別の閾値を増やして４個以上のエネルギーＢＩＮを設定してもよい。例えば、４個のエネルギーＢＩＮを設定する場合、低エネルギー側のＢＩＮ２個を使って前述したと同様に低エネルギー側の規格化された実効原子番号ＺLowを演算し、高エネルギー側のＢＩＮ２個を使って前述したと同様に高エネルギー側の規格化された実効原子番号ＺHighを演算するようにしてもよい。
【０１３２】
また、前述した実施形態のように、エネルギーＢＩＮ数が３の場合であっても、前述した事前処理における規格化ステップにおいて、低エネルギー側及び高エネルギー側の規格化Ｘ線減弱量を、μMiddle/(μMiddle2+μHigh2)1/2、及び、μHigh/(μLow2+μMiddle2)1/2として演算するという変形も可能である。
【０１３３】
また、実効原子番号Ｚeffを演算する単位は、必ずしも検出器の検出層に画成した物理的な画素を単位とする構成に限られず、かかる複数の画素の画素信号を束ねて、例えば図１４に示す如く仮想的に画素領域ＰＡを演算単位とする構成も可能である。勿論、画素数が１の検出器であってもよい。
【０１３４】
このように、本発明は上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、従来公知の様々な形態と組み合わせて実施することができる。
【０１３５】
実効原子番号Ｚeffを求める方法は前述の方法に限定されない。ステップＳ３５で推定される原子番号ＺHighとＺLowのうちの一方と、ビームハードニング補正を行う際に予め指定される実効原子番号Ｚｍとの比較により、実効原子番号Ｚeffを求める構成にしてもよい。
【０１３６】
図２５に例示するように、ステップＳ３５で推定される原子番号ＺHighとＺLowとが一致するときは、ビームハードニング補正を行う際に予め指定される実効原子番号Ｚｍともその値が一致することがわかった。
【０１３７】
図２５に例示するように複数のサンプルに対して物質同定の数値シミュレーションを行った。この数値シミュレーションではビームハードニング補正を行う際に予め設定される実効原子番号Ｚｍを５〜１５に変化させながら、低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とを算出してグラフにプロットしていった。図２５に例示するように測定対象物がアルミニウム（実効原子番号１３．０）の場合は、ＺHighのグラフとＺLowのグラフとがＺ＝１３．０の地点で交わる。つまり低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）とが、Ｚ＝１３．０で互いに一致する。これに基づき、先の実施形態では実効原子番号Ｚeffとして１３．０を保存する（ステップＳ３７）。
【０１３８】
図２５からも明らかなようにＺHighのグラフとＺLowのグラフとが交わる地点では、ビームハードニング補正を行う際に予め設定される実効原子番号Ｚｍが１３．０となっている。つまり、ＺHigh＝ＺLow＝Ｚｍ＝１３．０となり、三つの値が一致している。
【０１３９】
同様に図２５に例示するように測定対象がアクリル樹脂（実効原子番号６．５）の場合も、ＺHigh＝ＺLow＝Ｚｍ＝６．５の地点で三つの値が一致する。アクリル樹脂とアルミニウムとの二層構造物質の場合も三つの値がほぼ一致する地点がある。
【０１４０】
数値シミュレーションの結果より、低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）との少なくとも一方を算出して、予め設定される実効原子番号Ｚｍと比較すれば、実効原子番号Ｚeffを確定することができる。低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）または高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）のうち一方の演算のみを行えばよいため、処理速度を向上するには有利である。
【０１４１】
つまり少なくとも２つのＸ線エネルギーＢＩＮが設定されていれば、推定ステップにおいてこれらのＸ線減弱量を規格化して少なくとも１つの実効原子番号を推定することができる。少なくとも１つの実効原子番号が推定できれば補正ステップにて予め指定される実効原子番号との比較で真の実効原子番号である実効原子番号Ｚeffを確定することができる。
【０１４２】
一方で例えば低エネルギー側実効原子番号（ＺLow）と高エネルギー側実効原子番号（ＺHigh）と予め設定される実効原子番号Ｚｍとの三つの値が一致したときに、実効原子番号Ｚeffを確定する構成にしてもよい。物質同定の精度を向上するには有利である。
【０１４３】
推定ステップで推定される実効原子番号の数が３つ以上であってよく、推定される実効原子番号の数が多いほど処理速度は低下するものの物質同定の精度を向上することができる。推定される実効原子番号の数を増やすためには、例えば予め設定されるＸ線エネルギーＢＩＮの数を増やすことで対応できる。また例えば低エネルギーＢＩＮ：ＢＩＮLowと高エネルギーＢＩＮ：ＢＩＮHighとを選択して実効原子番号を推定するなど、複数のＸ線エネルギーＢＩＮのなかから組み合わせを変えて選択することで、推定される実効原子番号の数を増やすことができる。
【符号の説明】
【０１４４】
１０  Ｘ線装置
２１  Ｘ線発生器
２２  Ｘ線管
２４  検出器
２５  検出層
２６  データ収集回路
３０  データ処理装置（コンピュータ）
３３  ＲＯＭ
３３Ａ、３３Ｂ，３３Ｃ  記憶領域
３５  プロセッサ（ＣＰＵを搭載）
３７  入力器
３８  表示器
Ｐ  画素
ＰＡ  画素領域
ＯＢ  対象物
【図１】
2019083014.tif 000005
【図２】
2019083014.tif 000006
【図３】
2019083014.tif 000007
【図４】
2019083014.tif 000008
【図５】
2019083014.tif 000009
【図６】
2019083014.tif 000010
【図７】
2019083014.tif 000011
【図８】
2019083014.tif 000012
【図９】
2019083014.tif 000013
【図１０】
2019083014.tif 000014
【図１１】
2019083014.tif 000015
【図１２】
2019083014.tif 000016
【図１３】
2019083014.tif 000017
【図１４】
2019083014.tif 000018
【図１５】
2019083014.tif 000019
【図１６】
2019083014.tif 000020
【図１７】
2019083014.tif 000021
【図１８】
2019083014.tif 000022
【図１９】
2019083014.tif 000023
【図２０】
2019083014.tif 000024
【図２１】
2019083014.tif 000025
【図２２】
2019083014.tif 000026
【図２３】
2019083014.tif 000027
【図２４】
2019083014.tif 000028
【図２５】
2019083014.tif 000029
【国際調査報告】
2019083014.tif 000030
2019083014.tif 000031
2019083014.tif 000032
2019083014.tif 000033
2019083014.tif 000034
2019083014.tif 000035
2019083014.tif 000036
2019083014.tif 000037