(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線管に対して対向配置され前記Ｘ線を検出しＸ線検出信号を出力するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出信号に基づいてＣＴ像を再構成する再構成手段と、
第１の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第１のＣＴ像と、第２の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第２のＣＴ像との差分に基づいて、前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、
前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記Ｘ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成する
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
少なくとも３つ以上の重み付け関数を記憶する記憶部とを更に備え、
前記重み付け手段は、前記差分に基づいて前記記憶部から前記重み付け関数を読み出して、前記重み付け関数の設定を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記重み付け手段は、
前記第１のＣＴ像と前記第２のＣＴ像に基づいて、前記ＣＴ像における座標情報と前記差分とを関連付けた重みマップを生成し、前記重みマップに基づいて前記重み付け関数の設定を行う
請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
Ｘ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線管に対して対向配置され前記Ｘ線を検出しＸ線検出信号を出力するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出信号に基づいてＣＴ像を再構成する再構成手段と、
第１の時刻に検出された第１のＸ線検出信号と、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを透過する、第２の時刻に検出された第２のＸ線検出信号との差分に基づいて、前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、
前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記Ｘ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成する
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
Ｘ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線管に対して対向配置され前記Ｘ線を検出しＸ線検出信号を出力するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出信号に基づいてＣＴ像を再構成する再構成手段を備えるＸ線ＣＴ装置において、
第１の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第１のＣＴ像と、第２の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第２のＣＴ像との差分に基づいて、前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させる時間分解能関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられる時間分解能変更手段とを有し、
前記再構成手段は、前記時間分解能関数の設定された前記Ｘ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成する
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
第１の時間領域に検出されたＸ線検出信号に基づいて第１のＣＴ像を再構成するステップと、
第２の時間領域に検出されたＸ線検出信号に基づいて第２のＣＴ像を再構成するステップと、
前記第１のＣＴ像と前記第２のＣＴ像との差分を算出し、前記差分に基づき前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させるよう重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられるステップと、
前記設定された重み付け関数に従ってＸ線検出信号に重み付けを施すステップと、
前記重み付けの施されたＸ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成するステップと
を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置の信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被検体のＣＴ像を撮影するＸ線ＣＴ装置、及びＸ線ＣＴ装置の信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置は、被検体に対して種々の角度からＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線を検出して被検体のＣＴ像を生成するものである。このＸ線ＣＴ装置による断層画像あるいは３次元ボリュームデータの生成（以下、単にスキャンと記載する。）は、ガントリと呼ばれる装置の内側に取り付けたＸ線管とＸ線検出器とを回転させながら、ガントリの開口部に載置した被検体へＸ線を照射することで行われる。
【０００３】
こうしたスキャンによって生成されたＣＴ像には、被検体の体や内臓の動きによって生じたアーチファクトが写り込む。このアーチファクトを低減するため、Ｘ線検出信号（Ｘ線投影データ）の収集時刻に応じてＸ線検出信号の重み付けを行い、重み付けのなされたＸ線検出信号を用いてＣＴ像を再構成する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９９７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先述した従来のＸ線ＣＴ装置においては、被検体の体や内蔵の動きが生じていたか否かに関わりなく、単に収集時刻に応じて重み付けを行うことで時間分解能の向上を図っている。時間分解能を向上させることにより、被検体の動きの影響を小さくすることができるものの、時間分解能は画質とトレードオフの関係にあるため、時間分解能を向上させるほどＣＴ像はノイズの影響を受け画質が悪化することとなる。
【０００６】
ところでスキャン中の被検体について見ると、その動きの大きさや動きの生じる位置は被検体ごとに個人差があり、またＣＴ像の撮影位置によって様々に変化する。例えば被検体の腹部を撮影する場合、蠕動による動きを生じる腸管に比べ、背骨の動きは小さなものとなる。この動きの小さな領域内には、動きに起因したアーチファクトは現れにくい。しかし先述した従来のＸ線ＣＴ装置における重み付けは、このようなアーチファクト低減の必要の少ない動きの小さな領域に対しても適用されてしまうため、ＣＴ像の画質を不要に悪化させてしまうという課題があった。
【０００７】
そこで本開示においては、撮影対象の動きを検出し、動きの大きさに応じて再構成を行うことで画質の向上を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を照射するＸ線管と、前記Ｘ線管に対して対向配置され前記Ｘ線を検出しＸ線検出信号を出力するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出信号に基づいてＣＴ像を再構成する再構成手段と、第１の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第１のＣＴ像と、第２の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第２のＣＴ像との差分に基づいて、前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記Ｘ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成することを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するため実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を照射するＸ線管と、前記Ｘ線管に対して対向配置され前記Ｘ線を検出しＸ線検出信号を出力するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出信号に基づいてＣＴ像を再構成する再構成手段と、第１の時刻に検出された第１のＸ線検出信号と、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを透過する、第２の時刻に検出された第２のＸ線検出信号との差分に基づいて、前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させる重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられる重み付け手段とを有し、前記再構成手段は、前記重み付け関数に従って重み付けを施した前記Ｘ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成することを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するため実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を照射するＸ線管と、前記Ｘ線管に対して対向配置され前記Ｘ線を検出しＸ線検出信号を出力するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出信号に基づいてＣＴ像を再構成する再構成手段を備えるＸ線ＣＴ装置において、第１の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第１のＣＴ像と、第２の時間領域に検出された前記Ｘ線検出信号に基づいて再構成された第２のＣＴ像との差分に基づいて、前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させる時間分解能関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられる時間分解能変更手段とを有し、前記再構成手段は、前記時間分解能関数の設定された前記Ｘ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成することを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するため実施形態のＸ線ＣＴ装置の信号処理プログラムは、第１の時間領域に検出されたＸ線検出信号に基づいて第１のＣＴ像を再構成するステップと、第２の時間領域に検出されたＸ線検出信号に基づいて第２のＣＴ像を再構成するステップと、前記第１のＣＴ像と前記第２のＣＴ像との差分を算出し、前記差分に基づき前記ＣＴ像の再構成に用いる前記Ｘ線検出信号のうち所定の時刻に検出された第１のＸ線検出信号に対する重みを増加させ、前記第１のＸ線検出信号におけるＸ線のパスを通過する第２のＸ線検出信号に対する重みを減少させるよう重み付け関数を設定し、当該重み付け関数は前記ＣＴ像における座標情報と関連付けられるステップと、前記設定された重み付け関数に従ってＸ線検出信号に重み付けを施すステップと、前記重み付けの施されたＸ線検出信号に基づいて前記ＣＴ像を再構成するステップとを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施態様に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施態様に係る回転体の構成を示す断面図。
【図３】実施態様に係る重み付け関数を示す図。
【図４】実施態様に係るスキャン工程を示す別の図。
【図５】実施態様に係るスキャンを完了した状態を示す図。
【図６】実施態様に係るリファレンス画像を再構成する様子を示す図。
【図７】実施態様に係る別のリファレンス画像を再構成する様子を示す図。
【図８】実施態様に係る動き量マップを生成する様子を示す図。
【図９】実施態様に係る重み付け関数を生成する様子を示す図。
【図１０】実施態様に係る別の重み付け関数を生成する様子を示す図。
【図１１】実施態様に係る別の重み付け関数を生成する様子を示す図。
【図１２】実施態様に係る重み付け関数の別の例を示す図。
【図１３】実施態様に係るＣＴ像の生成処理を示したフローチャート。
【図１４】実施態様に係るヘリカルスキャンの工程を示す図。
【図１５】実施態様に係るリファレンス画像を再構成する別の方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（Ｘ線ＣＴ装置１の構成）
以下、各実施態様について、図面を参照して説明する。図１は、各実施態様に係るＸ線ＣＴ装置１の内部構成を示したブロック図である。
【００１４】
制御部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）から構成される。制御部１００は、スキャン制御部１０２、再構成処理部１０３、画像処理部１０４、表示部１０６、記憶部１０７、及び入力部１０８から構成される。制御部１００は、各部から供給される信号を処理し、また種々の制御信号を生成して各部に供給することで、Ｘ線ＣＴ装置１を統括的に制御する。
【００１５】
スキャン制御部１０２は、Ｘ線ＣＴ装置１がスキャンを行う際に入力部１０８などから入力されたスキャンパラメータに基づいて、Ｘ線をＸ線管３０１に照射させるためのＸ線ビーム照射信号をＸ線管制御部２０１へ出力する。また、スキャン制御部１０２は入力部１０８などから入力されたスライス厚、回転速度、及びスキャン領域の大きさなどのスキャンパラメータに基づいて、回転体３００を回転させると共に、第１コリメータ４０１及び第２コリメータ４３０を移動させる架台駆動信号を架台駆動制御部２０２へ出力する。また、スキャン制御部１０２は入力部１０８などから入力されたスキャン位置などのスキャンパラメータや寝台移動指示に基づいて、天板５００を移動させる寝台駆動信号を寝台駆動制御部２０３へ出力する。
【００１６】
再構成処理部１０３は、Ｘ線検出器３０２がＸ線を検出した際に出力するＸ線検出信号に逆投影処理を施して、ＣＴ像を生成する。再構成処理部１０３はＣＴ像を生成すると、これを画像処理部１０４へと出力する。
【００１７】
再構成処理部１０３が生成するＣＴ像は、診断のために用いる医用ＣＴ像と、医用ＣＴ像生成のため補助的に用いるリファレンス画像との２つに分けられる。以降の実施態様では、ＣＴ像である医用ＣＴ像とリファレンス画像の２つを区別して説明する。後述する医用ＣＴ像の生成処理は、概略的には以下のように行われる。まず再構成処理部１０３はスキャン時のＸ線検出器３０２が検出したＸ線検出信号に基づいて、まずリファレンス画像８１０、８１１を再構成し、このリファレンス画像同士を組み合わせて動きマップ８２０を生成する。そして、再構成処理部１０３は動きマップ８２０に基づいて重み付け関数８３０を算出し、重み付け関数８３０に沿って重み付けがなされたＸ線検出信号を用いて医用ＣＴ像を再構成する。これらのリファレンス画像８１０、８１１の再構成処理や、動きマップ８２０の生成処理、重み付け関数８３０の設定処理、及び重み付けを用いた医用ＣＴ像の再構成処理については詳しく後述する。
【００１８】
画像処理部１０４は、入力部１０８から入力された指示に基づいて、再構成処理部１０３から出力された複数の医用ＣＴ像から任意断面の医用ＣＴ像を抽出する処理や、複数の医用ＣＴ像を組み合わせてレンダリング処理の施された３次元画像データなどの画像データに変換する処理を行う。画像処理部１０４は抽出した医用ＣＴ像や変換した３次元画像データを表示部１０６あるいは記憶部１０７へと出力する。
【００１９】
表示部１０６は例えば液晶ディスプレイなどによって構成され、画像処理部１０４から出力された画像データを表示する。また、Ｘ線ＣＴ装置１を操作するための操作画面や、入力部１０８によって入力されたスキャンパラメータなどを表示する。
【００２０】
記憶部１０７は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭや電気的に書き換えや消去が可能な不揮発性メモリであるフラッシュメモリ、およびＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）などの記憶媒体を組み合わせて構成される。記憶部１０７は画像処理部１０４から出力された画像データや、再構成処理部１０３の再構成処理に用いる重み付け関数８３０を記憶し、また制御部１００のＣＰＵにより実行される種々のアプリケーションを記憶する。
【００２１】
入力部１０８は例えばタッチパネルディスプレイや機械的なボタンなどから構成され、Ｘ線ＣＴ装置１の使用者が入力部１０８へ行った入力を受け付ける。入力部１０８は使用者が行ったスキャンパラメータやスキャン開始／停止指示、寝台移動指示などの入力を受け付けると、使用者が行った指示に応じて入力信号を出力する。制御部１００は入力部１０８が出力した入力信号に応じて種々の処理を実行する。
【００２２】
Ｘ線管制御部２０１は、スキャン制御部１０２から出力されたＸ線ビーム照射信号を受けて、Ｘ線管３０１にＸ線を照射させるための高電圧を印加する。この高電圧の印加はＸ線ビーム照射信号が指定するＸ線パラメータに沿って行われ、Ｘ線パラメータは管電圧、管電流、及びＸ線パルス幅などのパラメータを指定する。
【００２３】
Ｘ線管３０１は、Ｘ線管制御部２０１から印加された高電圧を受けて、Ｘ線検出器３０２に向けてＸ線を照射する。このとき、複数列を持つように構成されたＸ線検出器３０２の各列へＸ線が入射するように、Ｘ線管３０１は列方向に向かって扇状に広がる形状のＸ線を照射する。
【００２４】
Ｘ線検出器３０２は、Ｘ線管３０１から照射されたＸ線を検出して、これをＸ線検出信号として再構成処理部１０３へと出力する。このＸ線検出器３０２は、入射したＸ線を検出し、検出量に応じた電気信号を出力するＸ線検出素子をチャネル方向（図２中の矢印方向、あるいは回転体３００の回転方向）に沿って複数列並べて構成される。より詳しくは、Ｘ線検出器３０２は被検体Ｐのチャネル方向に沿って、あるいは体軸方向（図１中のｚ方向）に対し垂直な方向（図２中の矢印方向）に沿ってＸ線検出素子を並べることでチャネルを構成し、更にこのＸ線検出素子のチャネルを列方向（図１中のｚ方向）に沿って複数列並べることで、Ｘ線検出素子を２次元状に並べて構成される。なお、以降図２中の矢印方向を単にチャネル方向、図１中のｚ方向を単に列方向と記載する。
【００２５】
架台駆動制御部２０２は、スキャン制御部１０２から出力された架台駆動信号を受けて、第１コリメータ４０１及び第２コリメータ４３０を移動させ、また回転体３００を回転させる。これらの移動及び回転は入力部１０８が指定する回転速度やスキャン範囲などのスキャンパラメータに基づいて制御される。
【００２６】
第１コリメータ４０１は、鉛やタングステンなどのＸ線を遮蔽する物質によって構成された板である。第１コリメータ４０１はＸ線管３０１の照射方向を塞ぐ様に複数枚設けられ、Ｘ線管３０１から照射されたＸ線の一部を遮る。第１コリメータ４０１の開口部から照射されるＸ線は、図１中の点線に示すように、列方向に向かって扇状に広がってＸ線検出器３０２へと入射する。第１コリメータ４０１には図示せぬ駆動モータが取り付けられ、第１コリメータ４０１は図１中の±ｚ方向に移動してＸ線を遮る領域を変化させる。第１コリメータ４０１と同様に、チャネル方向に対する広がり角度を制御するため、Ｘ線管３０１の照射方向を塞ぐように第２コリメータ４３０が設けられる。図２に、回転体３００をｘｙ平面から見た断面図を示す。第１コリメータ４０１によって遮られたＸ線は、図２の点線に示すように、チャネル方向に対し扇状に広がってＸ線検出器３０２へと入射する。第２コリメータ４３０には図示せぬ駆動モータが取り付けられ、第２コリメータ４３０は図２中の±ｙ方向へ移動してＸ線を遮る領域を変化させる。
【００２７】
回転体３００は、ガントリ３内に内蔵される円筒形の装置である。回転体３００はＸ線管３０１、第１コリメータ４０１、第２コリメータ４３０、及びＸ線検出器３０２などの部材が取り付けられる。回転体３００には回転モータが取り付けられ、Ｘ線ＣＴ装置１がスキャンを行う際に回転体３００は架台駆動制御部２０２から出力される架台駆動指示信号を受けてこの回転モータを駆動し、被検体Ｐの体軸を中心とする回転運動を行う。回転体３００が回転することによって、回転体３００に取り付けられた各部材も被検体Ｐの体軸を中心とする回転運動を行う。
【００２８】
天板５００は、被検体Ｐを横たえて載置することが可能な板状の部材である。天板５００は天板駆動部５０１に支持されており、後述する天板駆動部５０１が天板５００の長手方向（図１中のz軸方向）に沿って天板５００を移動させる。
【００２９】
天板駆動部５０１は、図示せぬモータなどによって構成された、天板５００を移動させるための装置である。天板駆動部５０１は、例えばモータと連結したベルトを天板５００に取り付けることで構成される。天板駆動部５０１のモータが回転することによって、連動して天板５００の位置が移動することとなる。天板駆動部５０１は、スキャン制御部１０２から出力された天板駆動信号を受けて、天板５００を天板５００の長手方向（図１中のｚ軸方向）に沿って移動させる。
【００３０】
（スキャン処理の流れ）
Ｘ線ＣＴ装置１がスキャンを行う際には、まず回転体３００が１回転する間にＸ線管３０１がＸ線検出器３０２へ向けてＸ線を様々な角度から照射する。Ｘ線検出器３０２は照射角度に合わせてＸ線検出信号を再構成処理部１０３へと出力し、再構成処理部１０３はＸ線検出器３０２が出力したＸ線検出信号に基づいて医用ＣＴ像を再構成することができる。
【００３１】
ここで、回転体３００が１回転する間に収集されたＸ線検出信号を用いて１枚の医用ＣＴ像を生成する場合、データの収集には回転体３００が１回転するだけの時間を要することとなる。回転体３００が１回転するには例えば０．５秒間といった一定の時間が掛かるため、回転体が１回転を終えるまでの間に被検体Ｐの組織の一部が動いてしまう事態が考えられる（以下、組織の移動が生じる領域を単に移動領域と記載する）。被検体Ｐの組織の動きは、例えば内臓の蠕動や、被検体Ｐの呼吸、あるいは被検体Ｐの筋肉の動きなどが原因となって引き起こされる。
【００３２】
ここで、再構成処理部１０３が移動領域に対応する画素の画素値を再構成処理によって算出する処理について考える。先述したように、スキャンの際にはＸ線管３０１は回転体３００の回転によって照射角度を変えながらＸ線を照射する。そして、再構成処理部１０３は照射されたＸ線のうち、移動領域を透過したＸ線の検出信号を用いて移動領域の再構成を行う。このとき、移動領域におけるＸ線吸収量は、組織の移動によって時々刻々と変化するため、移動領域を透過したＸ線の検出信号の値もＸ線の検出時刻によって変化してしまう。このため、値の変化した検出信号を用いて再構成を行うと、生成された医用ＣＴ像の移動領域は移動が無かった場合に比べて画素の値が変化することとなる。画素の値が変化することにより、見かけ上、本来被検体Ｐに存在しないものが写り込んでいる様に見える。この医用ＣＴ像中に写りこんだ、本来被検体Ｐに存在しないものはアーチファクトと呼ばれ、アーチファクトは医用ＣＴ像を用いた診断の妨げとなる。
【００３３】
被検体Ｐの組織の動きにより生じるアーチファクトは、医用ＣＴ像生成時の時間分解能を高めることにより抑制することができる。本開示のＸ線ＣＴ装置１においては、医用ＣＴ像の再構成に用いるＸ線検出信号に重み付けを施すことで、医用ＣＴ像生成時の時間分解能を変化させる。
【００３４】
図３に、Ｘ線検出信号への重み付けのプロファイルを表す、重み付け関数８３０を示す。重み付け関数８３０の横軸には撮影時刻、及びＸ線管３０１の位置に相当するビュー（Ｘ線管３０１の位置）がプロットされ、一方縦軸には重みの値がプロットされている。図３に示す重み付け関数８３０は例として、Ｘ線管３０１が被検体Ｐの周りを１回転する間に９００ビュー分のＸ線検出信号を出力する際に、９００ビュー分のＸ線検出信号それぞれに重み付けを設定するものとして示す。また、図３（ａ）には重み付けを施した場合の重み付け関数８３０の例を示し、図３（ｂ）には重み付けを施さない場合の重み付け関数８３０の例を示している。
【００３５】
医用ＣＴ像は、再構成処理部１０３が、被検体Ｐの周りでＸ線照射位置を回転させながら収集したＸ線検出信号の集合（以下、単に生データ８００と記載する）を用いて、バックプロジェクション法に基づく再構成処理を行うことで得られる。本開示の医用ＣＴ装置１においては、再構成処理部１０３が再構成処理を行う際に、この生データ８００に対して重み付け関数８３０で設定した重み付けを施すことにより時間分解能を変化させる。
【００３６】
例えば、医用ＣＴ像中のある画素についてのＸ線投影データ（以下、単にＣＴ値と記載する）は、対応したパスを通る９００ビュー分のＸ線検出信号を線積分した値により得られる。再構成処理部１０３は、重み付け関数８３０に基づいて、９００ビュー分のＸ線検出信号に対して重み付けを施す。図３（ａ）に示す重み付け関数８３０を用いる場合には、４４９ビュー周辺のＸ線検出信号に対する重みの値が増加される。一方重みの値が増加したビューに対応し、重みの値が増加したビューにおけるＸ線のパスと同じパスを通るビューである、０ビューあるいは９００ビュー周辺のＸ線検出信号に対する重みは、４４９ビュー周辺で増加した重みの値を補償するように、重みの値が減少される。
【００３７】
従って、ＣＴ値を算出するうえで支配的に働くのは、重みの値を増加させた４４９ビュー周辺におけるＸ線検出信号となる。一方、０ビューあるいは９００ビュー周辺のＸ線検出信号がＣＴ値に与える影響は相対的に小さなものとなる。回転体３００が１回転するには一定の時間を要するため、０ビューにおけるＸ線検出信号を取得した時刻と９００ビューにおけるＸ線検出信号を取得した時刻とでは、回転体３００の回転時間に起因する時間間隔が空いてしまう。そのため、被検体Ｐに体動を生じる状態で一連のＸ線検出信号の収集を行うと、時間間隔の開いた０ビュー周辺と９００ビュー周辺のＸ線検出信号とでは、例え同じパスを通過したＸ線検出信号であってもその値は異なって検出されてしまう。０ビュー及び９００ビュー周辺のＸ線検出信号の重みの値を低下させることで、体動によるＸ線検出信号の変動がＣＴ値に与える影響を低減することができる。Ｘ線検出信号に対して重み付けを行うことにより、短い時間領域に収集されたＸ線検出信号を主に用いてＣＴ値を算出することができる。つまり、Ｘ線検出信号に対する重み付けは、医用ＣＴ像の生成時における時間分解能を向上させることと実質的に同じものとみなせる。
【００３８】
ところで、先述した図３（ａ）に示すような重み付けにより再構成を行った場合と、Ｘ線検出信号に対して重み付けを行わない場合、つまり図３（ｂ）に示すような一様な重み付けにより再構成を行った場合とを比較する。図３（ａ）の重み付けを行った場合は、一部のＸ線検出信号における重みの値が大きいため、該Ｘ線検出信号に混入するランダムノイズがＣＴ値に与える影響は大きくなる。その一方で、図３（ｂ）の重み付けを行った場合は、Ｘ線検出信号における重みの値が一様であるため、各Ｘ線検出信号に混入するランダムノイズはＸ線検出信号の足し合わせによって平坦化されるため、ノイズがＣＴ値に与える影響は小さくなる。つまり、重み付けによる時間分解能の向上はノイズによる医用ＣＴ像への画質低下の影響が大きくなる。従って、診断上有用な医用ＣＴ像を得るためには、移動量の大きな領域に対しては時間分解能を向上させてアーチファクトを低減し、一方移動量の小さな領域に対しては時間分解能を低下させて画質の向上を図ることが必要となる。
【００３９】
そこで本実施態様においては、被検体Ｐ上の移動領域の分布を検出し、その移動量に応じて領域ごとに時間分解能を変化させて再構成を行う。具体的には、再構成処理部１０３がスキャンによって収集したＸ線検出信号の集合、即ち生データ８００から撮影時刻の異なるリファレンス画像８１０、８１１を再構成し、このリファレンス画像８１０、８１１同士の差分を取ることによって、被検体Ｐ中のどの領域に移動領域が分布と移動量を示す重みマップ８２０を生成する。更に重みマップ８２０から読み取った移動領域中の動き量に応じて重み付け関数８３０を設定する。重み付け関数８３０は動き量と時間分解能とを関連付けるための関数であり、動き量の大きな領域に対しては時間分解能を向上させ、動き量の小さな領域に対しては時間分解能を低下させるような重み付け関数８３０が医用ＣＴ像の画素毎に割り当てられる。この重み付け関数の画素毎の割り当ては、重み付け関数を医用ＣＴ像の座標情報と関連付ける処理と換言してもよい。重み付け関数８３０の設定が行われると、再構成処理部１０３は領域ごとに設定した重み付け関数８３０に従って医用ＣＴ像の再構成を行う。これにより、動き量の大きな領域に対しては時間分解能を高めて再構成を行うことによりアーチファクトを低減することができ、一方動き量が小さくアーチファクトの少ない領域に対しては時間分解能を下げることにより画質を向上させて医用ＣＴ像の生成を行うことができる。
【００４０】
より詳しくは、本実施態様に述べるＸ線ＣＴ装置１は実質的に下記の順で処理を行うことで、アーチファクトを抑制した医用ＣＴ像を生成する。
【００４１】
（１）生データ８００の収集
（２）リファレンス８１０、８１１画像の再構成
（３）重みマップ８２０の生成
（４）重み付け関数８３０の設定
（５）医用ＣＴ像の再構成
以下、被検体Ｐの医用ＣＴ像を生成する際の、Ｘ線ＣＴ装置１の処理の流れについて述べる。
【００４２】
（１）生データ８００の収集
Ｘ線ＣＴ装置１がスキャンを開始すると、まず回転体３００を回転させた状態でＸ線管３０１が被検体Ｐへ向けてＸ線を照射し、Ｘ線検出器３０２が生データ８００を収集する。ここで生データ８００とは、照射角度毎にＸ線検出器３０２が収集したＸ線検出信号の集合を指す（以降、Ｘ線管３０１の照射角度を単にビューと記載する。）。Ｘ線管３０１が１回転する間にＸ線検出素子の１列が収集したＸ線検出信号の集合に１つの生データ８００が対応し、生データ８００は後述するチャネルとビューという２つの引数によって定義された２次元配列データとして記憶部１０７に記憶される。なお、以降の実施態様においては説明の簡単のため、Ｘ線検出器３０２のうちの単一のＸ線検出素子の列に注目して述べる。
【００４３】
図４及び図５は、回転体３００の回転と共にＸ線検出器３０２が収集する生データ８００を示した図である。図４及び図５においては、２次元配列データである生データ８００をＸ線検出信号の強度に応じて明るさの異なる２次元画像として示す。生データ８００の画像の横軸はチャネルに対応し、縦軸はビューに対応する。また、本実施態様においては例として、Ｘ線検出器３０２の各列がＸ線検出素子を５１２個並べて構成されるものとして述べる（図４中の０ｃｈ−５１１ｃｈの記載に対応する。）（以降、Ｘ線検出素子がチャネル方向に並べられた順番を、単にチャネルと記載する。）。また、第１コリメータ４０１及び第２コリメータ４３０はＸ線照射範囲の制御を行わず、Ｘ線管３０１から照射されたＸ線は全てのＸ線検出素子へと入射するものとする。各列におけるＸ線検出素子の数は当然加減されて構わないし、Ｘ線の照射範囲は第１コリメータ４０１及び第２コリメータ４３０を制御することにより適宣狭められても構わない。
【００４４】
以下、Ｘ線検出器３０２による生データ８００の収集について述べる。まずＸ線管３０１がＸ線を照射すると、Ｘ線は被検体Ｐを透過してＸ線検出器３０２へと入射する。Ｘ線検出器３０２へ入射するときのＸ線の強度は被検体Ｐを透過することで変化し、並べられたＸ線検出素子にはチャネルごとに異なる強度のＸ線が入射する。Ｘ線検出器３０２を構成するＸ線検出素子の特定の列に注目すると、この列からは一度の検出毎に５１２個のＸ線検出信号が出力されることとなる。Ｘ線管３０１及びＸ線検出器３０２は、回転体３００の回転によってＸ線の照射角度を変化させながらＸ線の照射と検出を続ける。Ｘ線検出器３０２が図４の状態に至るまでに１２５ビュー分の検出を行ったとすると、この時点のある列における生データ８００は、１ビューあたり５１２個のＸ線検出信号を１２５ビュー分有することとなる。更に回転体３００の回転とＸ線検出器３０２のＸ線の検出を続け、図５に示すように回転体３００が１回転したところで、Ｘ線ＣＴ装置１は１スキャン分の生データ８００の収集を終了する。回転体３００が１回転するまでにＸ線検出器３０２が９００ビュー分の検出を行ったとすると、この時点のある列における生データ８００は１ビューあたり５１２個のＸ線検出信号を９００ビュー分有することとなる。以上の動作により収集された生データ８００は再構成処理部１０３へと出力され、再構成処理部１０３は生データ８００を用いて後述するリファレンス画像８１０、８１１の生成を行う。
【００４５】
（２）リファレンス画像８１０、８１１の再構成
再構成処理部１０３は先述した生データ８００を基に、リファレンス画像８１０、８１１の再構成を行う。リファレンス画像８１０、８１１は、生データ８００の一部のデータ領域から再構成されたＣＴ像、あるいは再構成されたデータの集合である。リファレンス画像８１０、８１１は、生データ８００を逆投影して得られたＣＴ値に基づいて断層像を生成することで得られる。リファレンス画像８１０、８１１は、１回のスキャンから得られる生データ８００から例えば２枚が生成される。リファレンス画像８１０の再構成する生データ８００のデータ領域とリファレンス画像８１１を再構成する生データ８００のデータ領域とは、Ｘ線検出信号の収集時刻が互いに異なるデータ領域を含むように、再構成処理部１０３は再構成するデータ領域の設定を行う。
【００４６】
図６に、リファレンス画像８１０を再構成する様子を示す。以下、具体的に再構成の処理について述べる。まず再構成処理部１０３は再構成の前処理として、再構成されたＣＴ像の強調のため生データ８００にフィルタ処理を施す。このフィルタ処理は例えば生データ８００に含まれる高周波成分を濾過することにより行われる。なお、ここでは簡単のため説明を省略するが、画質向上のために、Ｘ線強度補正やビームハードニング補正といった種々の補正処理を生データ８００に施しても構わない。再構成処理部１０３はフィルタ処理の適用を終えると、生データ８００のあるデータ領域内に含まれるＸ線検出信号の集合を抽出する。図６では例として、生データ８００におけるデータ領域の前半部分である、１ビューから５７３ビューまでのデータ領域に含まれるＸ線検出信号を抽出した場合を示す。再構成処理部１０３は抽出したＸ線検出信号に対してバックプロジェクション法に基づく再構成処理を施し、２次元空間上にＣＴ値をマッピングしたリファレンス画像８１０を生成する。
【００４７】
また図７に、リファレンス画像８１１を再構成する様子を示す。リファレンス画像８１１の再構成処理の内容は、先述したリファレンス画像８１０の再構成処理と同じである。リファレンス画像８１１は、例えば生データ８００における後半領域である、３２６ビューから９００ビューまでのデータ領域に含まれるＸ線検出信号を用いて再構成される。
【００４８】
ここで、図６及び図７に示したようなデータ領域を基にリファレンス画像８１０、８１１を再構成すると、各画像の基となったＸ線検出信号の収集時刻にはずれが生じることとなる。具体的には、例えば回転体３００が０．５０秒間を掛けて１回転すると考えると、リファレンス画像８１０を構成する１ビューから５７３ビューまでのＸ線検出信号は、スキャンを開始した瞬間から０．３２秒が経過するまでの時間領域に収集されたものである。一方、リファレンス画像８１１を構成する３２６ビューから９００ビューまでのＸ線検出信号は、スキャンを開始して０．１８秒が経過した時点から０．５０秒が経過する時点までの時間領域に収集されたものである。
【００４９】
先述したように、被検体Ｐ内に組織の移動が生じる移動領域が存在する場合には、この移動領域のＸ線吸収量は組織の移動によって時々刻々と変化する。リファレンス画像８１０とリファレンス画像８１１とはＸ線検出信号の収集時刻が異なるため、移動領域におけるＣＴ値は各リファレンス画像上で異なる値として現れることとなる。従って、各リファレンス画像上でＣＴ値が変化している領域を検出することで、被検体Ｐ上の移動領域がどの部分に分布しているかを検出することができる。再構成処理部１０３は再構成したリファレンス画像８１０、８１１を用いて重みマップ８２０を生成することで、被検体Ｐ上の移動領域の検出を行う。
【００５０】
なお、本実施態様においては２枚のリファレンス画像を再構成する場合について述べたが、３枚以上のリファレンス画像を生成する処理を行っても構わない。また、２枚のリファレンス画像は生データ８００のデータ領域における前半領域と後半領域を用いて再構成されると述べたが、異なるデータ領域を使用して再構成を行っても構わない。例えば、生データ８００のデータ領域における１００ビューから６７３ビューまでのデータ領域に基づいてリファレンス画像８１０を生成し、２００ビューから７７３ビューまでのデータ領域に基づいてリファレンス画像８１１を生成するなど、データ領域のうち中間領域にある２組のデータを用いて再構成を行っても構わない。また、異なる時間に収集された２つの生データ８００から、それぞれ２枚のリファレンス画像を再構成しても構わない。また、時間的に連続して収集された２つの生データ８００にまたがるデータ領域からリファレンス画像を生成しても構わない。例えば、ある生データ８００の７００ビューから９００ビューまでのデータと、この生データ８００の直後に収集された生データ８００の１ビューから４７３ビューまでのデータとに基づいて１枚のリファレンス画像を生成しても構わない。
【００５１】
（３）重みマップ８２０の生成
再構成処理部１０３はリファレンス画像８１０、８１１の再構成を行うと、２つのリファレンス画像８１０、８１１の差異を検出して重みマップ８２０を生成する。図８に重みマップ８２０を生成する様子を示す。差異の検出は具体的には、２つのリファレンス画像８１０、８１１の各画素にマッピングされたＣＴ値の差分を絶対値化し、この絶対値を画素値としてリファレンス画像８１０、８１１と同様のｘ軸とｙ軸の２軸からなる２次元空間にマッピングすることで行われる。
【００５２】
先述したように、リファレンス画像８１０とリファレンス画像８１１とのＣＴ値の違いは、移動領域内のＸ線吸収量の変化によって引き起こされる。このＣＴ値の差分量は、移動領域内のＸ線吸収量の変化が大きいほど、つまり移動領域内における動き量が大きいほど、大きな画素値となって重みマップ８２０上に現れる。従って実質的には、重みマップ８２０上には被検体Ｐ内の移動領域の分布と動き量がマッピングされることとなる。
【００５３】
なお、リファレンス画像８１０、８１１にはノイズ成分が混入するため、重みマップ８２０には移動領域の移動を反映していない画素が含まれてしまう。こうした画素を取り除くため、再構成処理部１０３は重みマップ８２０の平滑化処理を行う。平滑化処理は、ある座標の画素にマッピングされた画素値を補正し、周辺画素との画素値の変化を滑らかにするよう変化させる処理である。平滑化処理にはローパスフィルタや移動平均フィルタ、あるいはメディアンフィルタといった種々の画像フィルタを重みマップ８２０に適用することにより行われる。平滑化処理を行うことにより重みマップ８２０からノイズを取り除くことができる。
【００５４】
また、再構成処理部１０３は平滑化処理の行われた重みマップ８２０の各画素に正規化処理を施す。正規化処理は、重みマップ８２０内の各画素値を後述する重み付け関数８３０の設定などの演算に適した範囲の値へと変換する処理である。正規化処理は、例えば重みマップ８２０内で最大値をとる画素値を抽出し、この最大値で各画素の画素値を除算することにより行われる。この計算により、重みマップ８２０内の各画素値は０から１の範囲の値に正規化されることとなる。
【００５５】
再構成処理部１０３は以上の処理により平滑化処理が行われ、且つ正規化処理が行われた重みマップ８２０を生成する。再構成処理部１０３はこの重みマップ８２０の各画素値に基づいて重み付け関数８３０を設定する。
【００５６】
（４）重み付け関数８３０の設定
再構成処理部１０３は重みマップ８２０の生成を行うと、重みマップ８２０の各画素にマッピングされた動き量の値に基づいて、画素毎に重み付け関数８３０を設定する。後述する医用ＣＴ像の再構成処理において、再構成処理部１０３は１ビューから９００ビューまでの全てのＸ線検出信号を用いて再構成処理を行う。この再構成処理は、Ｘ線検出信号に対して重み付け関数８３０に基づく重み付けを加えた上で、バックプロジェクション法によって医用ＣＴ像を再構成することにより行われる。ここで重み付け関数８３０は、生データ８００から抽出された９００個のＸ線検出信号に対して重み付けを与えるための関数である。再構成処理部１０３は、後述する重み付け関数８３０による重み付け加算によってＣＴ値を算出し、医用ＣＴ像の再構成処理を行う。
【００５７】
再構成処理部１０３は、重みマップ８２０の各画素にマッピングされた動き量の値に基づいて形状の異なる重み付け関数８３０を画素に対して設定する。重み付け関数８３０の形状は少なくとも３種類以上が存在し、記憶部１０７には形状の異なる重み付け関数８３０がそれぞれ動き量と関連付けられて記憶される。この場合、再構成処理部１０３は動き量に関連付けられた重み付け関数８３０を記憶部１０７から読み出すことで重み付け関数８３０の設定を行う。重み付け関数８３０の形状は後述する時間分解能に影響するが、形状の異なる重み付け関数８３０を複数用意しておくことにより、時間分解能の大きく異なる不自然な画素の発生を抑えることができる。なお、記憶部１０７に重み付け関数８３０そのものを記憶する替わりに、重み付け関数８３０の形状を設定するための係数などを動き量に関連付けて記憶部１０７に記憶しても構わない。この場合、再構成処理部１０３は動き量に関連付けられた係数を記憶部１０７から読み出し、この係数を基に重み付け関数８３０を算出することで重み付け関数８３０の設定を行う。
【００５８】
図９に、医用ＣＴ画像中のある座標［ｘ１，ｙ１］の画素を再構成する際に用いる、重み付け関数８３０の例を示す。重み付け関数８３０は、０から２までの範囲の多段階の値を持ち、連続的に重みの値が切り替わるように設定され、０、１、及び２の３段階以上の重みを持つように設定される。また重み付け関数８３０は、生データ８００のデータ領域の中心である４４９番目のビューに近づくほど重みの値が増加して２に近づき、４４９番目のビューにおいて最大値となる。一方データ領域の端である１番目や９００番目のビューに近づくほど重みの値が減少して０に近づき、１番目及び９００番目のビューにおいて最小値をとるように設定される。例えば図９に示すような重み付け関数８３０が設定されると、４４９番目のビューに属するＸ線検出信号は重み付け加算の際に２倍近い検出量を持つものとして扱われ、一方１番目や９００番目のビューに属するＸ線検出信号は重み付け加算の際に０に近い検出量を持つように重み付けがなされる。即ち、重み付け関数８３０の形状は、例えばデータ領域中心のビューに対する重みの値を増加させる一方で、この増加を補償するようにデータ領域端のビューに対する重みの値を減少させた形状となる。より具体的には、あるビューの重みの値と、このビューと同じパスを通るビューの重みの値との合計値が１となり、各ビューに対する重みの値が補償しあうように重み付け関数８３０が設定される。
【００５９】
再構成処理部１０３がこうした重み付けをＸ線検出信号に施した上で再構成処理を行うことにより、ある座標［ｘ１，ｙ１］の画素のＣＴ値は、生データ８００の収集時刻のうち中心時刻（４４９番目のビューの収集時刻に対応する。）に近いＸ線検出信号が支配的に決定するようになり、一方中心時刻から離れた時刻（１番目や９００番目に近いビューの収集時刻に対応する。）に近いＸ線検出信号がＣＴ値の算出に寄与する度合いは小さくなる。この重み付け処理は実質的には、時間分解能を向上させる処理と見なすことができる。
【００６０】
本実施態様においては重みマップ８２０から検出された動き量に応じて重み付け関数８３０の形状を変化させることで、時間分解能の調節を行う。具体的には、重みマップ８２０上で動き量が大きな画素に対しては、時間分解能を向上させるために中心時刻から離れた時刻の重みの値を大きく減じ、中心時刻周辺の重みの値を大きく増加させた重み付け関数８３０を設定する。一方、重みマップ８２０上で動き量が小さな画素に対しては時間分解能を低下させるため、中心時刻から離れた時刻に収集されたＸ線検出信号の重みの値の減少量を低下させ、中心時刻周辺のＸ線検出信号の重みの値を減少させた重み付け関数８３０を設定する。
【００６１】
以下に、重みマップ８２０にマッピングされた動き量に基づいて重み付け関数８３０を設定する様子を示す。再構成処理部１０３が行う重み付け関数８３０の設定は、例えば重みマップ８２０が検出した動き量（図９、図１０、及び図１１中の「ｓｔｒｅｎｇｔｈ」に対応。）に比例して、重みの値を増加させる領域の幅及び減少させる領域の幅の変化した重み付け関数８３０を記憶部１０７から読みだすことにより行われる。
【００６２】
図１０に、ある座標［ｘ２，ｙ２］の画素を再構成する際の重み付け関数８３０を示す。座標［ｘ２，ｙ２］の動き量は座標［ｘ１，ｙ１］の動き量よりも大きいために、重み付け関数８３０は座標［ｘ１，ｙ１］に比べ時間分解能を向上させる形状に設定される。具体的には、中心時刻周辺で重みが１から２へと増加する領域の幅が、座標［ｘ１，ｙ１］の重み付け関数８３０よりも広くなるように、更に中心時刻から離れた領域で重みの値が１から０へと減少する領域の幅が、座標［ｘ１，ｙ１］の重み付け関数８３０よりも広くなった重み付け関数８３０が記憶部１０７から読み出される。中心時刻から離れた時刻の重みの値を減らすほど、実質的には時間分解能が向上することとなる。
【００６３】
図１１に、ある座標［ｘ３，ｙ３］の画素を再構成する際の重み付け関数８３０を示す。座標［ｘ３，ｙ３］の動き量は座標［ｘ１，ｙ１］の動き量よりも小さいために、重み付け関数８３０は座標［ｘ１，ｙ１］に比べ時間分解能を低下させるような形状のものが記憶部１０７から読み出され設定される。具体的には、中心時刻周辺で重みの値が１から２へと増加する領域の幅が、座標［ｘ１、ｙ１］の重み付け関数８３０よりも狭くなるように、更に中心時刻から離れた領域で重みの値が１から０へと減少する領域の幅が、座標［ｘ１、ｙ１］の重み付け関数８３０よりも狭くなる重み付け関数８３０が設定される。中心時刻から離れた時刻の重みの値の減少量が減るほど、実質的には時間分解能が低下することとなる。
【００６４】
なお、本実施態様では、重み付け関数８３０は記憶部１０７に予め記憶され、再構成処理部１０３がこれを記憶部１０７から読みだして設定する動作について述べた。しかし、重み付け関数８３０は予め記憶される代わりに、動き量に合わせて再構成処理部１０３が算出するものであっても構わない。また、本実施態様では例として、データ領域の中心のビューに対する重みの値が増加し、一方データ領域の端に対する重みの値が減少する重み付け関数８３０を述べた。しかし、重み付け関数８３０の重みの値が増加する領域はデータ領域の中心に限らず、例えばデータ領域の端のビューに対する重みの値を増加させ、対応するデータ領域の中心にあるビューに対する重みの値を減少させた重み付け関数８３０を用いても構わない。また、重みの値を増加させ、あるいは減少させる領域はデータ領域の中心や端に限らず、中心と端との中間領域などの任意の領域を増加あるいは減少させた重み付け関数８３０を用いても構わない。
【００６５】
なお、本実施態様では重み付け関数８３０の例として、重みの値が０から１へ、また１から２へ遷移する例を述べた。しかし本実施形態の重み付け関数８３０はこれに限られるものではなく、図１２（ａ）に示すように重みの値を０．５から１へ、また１から１．５へ遷移させるなど、重みの値が変化する幅を適宣変更しても構わない。またあるいは、重みマップ８２０から検出された動き量の大きさに応じて重みの値が変化する幅が異なる重み付け関数８３０を用いても構わない。図１２（ａ）に示す形状の重み付け関数８３０において、動き量が大きい場合には重みの値が例えば０から２の範囲で変化する重み付け関数８３０を用いることで実質的に時間分解能を向上させ、一方動き量が小さい場合には重みの値が例えば０．５から１．５の範囲で変化する重み付け関数８３０を用いることで時間分解能を低下させることができる。
【００６６】
また、図１２（ｂ）に示すように、１回転を超えて収集されたＸ線検出信号に対して重み付け関数８３０を設定しても構わない。図１２（ｂ）では、例として１１００ビュー分のＸ線検出信号に対して重み付けを行う例を示す。図１２（ｂ）では０から２００ビューにおける重みの値が０から１へなだらかに増加するように設定される。一方、０から２００ビューと同じパスを通る９００から１１００ビューにおける重みの値は、０から２００ビューの重みの値を補償し合計値が１となるように、１から０へとなだらかに減少するように設定される。動き量が小さい場合には超過するビュー数が増加した重み付け関数８３０を用いて、０ビューから１３００ビュー分のＸ線検出信号に対して重み付けを行う。０から４００ビューの範囲で重みの値が増加し、一方９００から１３００ビューの範囲で重みの値が減少する重み付け関数８３０を用いる。一方動き量が大きい場合には超過するビュー数が減少した重み付け関数８３０を用いて、０ビューから１０００ビュー分のＸ線検出信号に対して重み付けを行う。０から１００ビューの範囲で重みの値が増加し、一方９００から１０００ビューの範囲で重みの値が減少する重み付け関数８３０を用いる。このように、動き量の大きさに合わせて超過するビュー数及び値の変化するビューの範囲が異なる重み付け関数８３０を用いることで、時間分解能を変化させることができる。
【００６７】
（５）医用ＣＴ像の再構成
再構成処理部１０３は重み付け関数８３０を設定すると、設定した重み付け関数８３０に従って医用ＣＴ像の再構成を行う。医用ＣＴ像は、生データ８００における全てのデータ領域に含まれるＸ線検出信号を用いて再構成される。
【００６８】
以下、より具体的に医用ＣＴ像の再構成処理について述べる。再構成処理部１０３は再構成を開始するに当たって、生データ８００に含まれるＸ線検出信号の集合を抽出する。
【００６９】
次に、再構成処理部１０３は医用ＣＴ像上の各画素と披検体Ｐ上のＸ線が透過した断面とを関連付ける。再構成処理部１０３は、医用ＣＴ像上の座標［ｘ，ｙ］を透過したＸ線のＸ線検出信号が、生データ８００上のどのＸ線検出信号に対応するかを算出し、対応するＸ線検出信号を抽出する。医用ＣＴ像の再構成においては、生データ８００に含まれる９００個のＸ線検出信号が抽出されることとなる。次に、再構成処理部１０３は重みマップ８２０からある画素［ｘ，ｙ］に対応する動き量を読み出し、これに対応した重み付け関数８３０を決定する。再構成処理部１０３はある画素［ｘ，ｙ］に対応するＸ線検出信号の集合に対して、重み付け関数８３０に基づく重み付けを施し、検出量の値を変化させる。再構成処理部１０３は値の変化した９００個のＸ線検出信号が持つ検出量の値を重み付け加算し、得られた値をＣＴ値として、医用ＣＴ像中の画素［ｘ，ｙ］にマッピングする。同様の処理を全ての画素について行い、再構成処理部１０３は医用ＣＴ像の再構成を行う。
【００７０】
「（４）重み付け関数８３０の設定」の項で述べたように、重み付け関数８３０は被検体Ｐ上で動き量が大きな領域において時間分解能が高くなるように設定される。時間分解能を向上させることにより、組織の移動による影響を低減し、医用ＣＴ像上に現れるアーチファクトを抑制することができる。一方重み付け関数８３０は、被検体Ｐ上で移動量が小さな領域において時間分解能が低くなるように設定される。時間分解能を低下させることにより、実質的にはより多くのＸ線検出信号に基づいてＣＴ値を決定するため、ノイズの影響を減じ画質を向上させることができる。
【００７１】
このように、本実施態様における医用ＣＴ像の再構成は画素毎に組織の移動を検出し、動き量に応じて時間分解能を加減することで行われる。組織の移動が大きくアーチファクトの大きな領域に対してのみ時間分解能を向上させて再構成を行うことで、移動領域に生じるアーチファクトを低減しつつ、移動領域以外の領域の画質を向上させることができる。
【００７２】
（医用ＣＴ像の再構成処理の流れ）
図１３は、本実施態様における医用ＣＴ像の再構成処理の流れを示したフローチャートである。以下、図１３に沿って再構成処理の流れについて述べる。なお、図１３の再構成処理を行うにあたって、Ｘ線検出器３０２による生データ８００の収集及び重みマップ８２０の生成は既に行われているものとする。
【００７３】
まず再構成処理部１０３が再構成処理を開始すると（ステップ１０００）、再構成処理部１０３はＸ線検出器３０２により収集された生データ８００から、医用ＣＴ像のある画素［Ｘ，Ｙ］を透過したＸ線のＸ線検出信号が、生データ８００上のどのチャネルに属するかを算出し、該当するビューとチャネルのＸ線検出信号を抽出する（ステップ１００１）。なお図１３中のｃｈ=ＣａｌｃＣＨ（Ｘ，Ｙ，ＶＩＥＷ）なる関数は、医用ＣＴ像上の画素の座標［Ｘ，Ｙ］とビュー番号［ＶＩＥＷ］が与えられたとき、これに対応する生データ８００上のチャネル番号［ｃｈ］を算出する関数である。
【００７４】
次に再構成処理部１０３は重みマップ８２０上に基づいて、座標［Ｘ，Ｙ］にある画素の動き量（図１３中の「ｓｔｒｅｎｇｔｈ」）を読み出す（ステップ１００２）。なお図１３中のｓｔｒｅｎｇｔｈ＝ＳｔｒｅｎｇｔｈＭＡＰ［Ｘ，Ｙ］なる関数は、重みマップ８２０上の座標［Ｘ，Ｙ］にマッピングされた値を動き量［ｓｔｒｅｎｇｔｈ］として読み出す関数である。
【００７５】
次に再構成処理部１０３は読み出した動き量［ｓｔｒｅｎｇｔｈ］の値に基づいて重み付け関数８３０を設定し、設定した重み付け関数８３０に基づいて、あるビューにおける重み（図１３中の「ｗｅｉｇｈｔ」）の値を算出する（ステップ１００３）。なお図１３中のｗｅｉｇｈｔ＝ＣａｌｃＷｅｉｇｈｔ（ｓｔｒａｎｇｔｈ，ＶＩＥＷ）なる関数は、ステップ１００２で読み出された動き量［ｓｔｒａｎｇｔｈ］とビュー番号［ＶＩＥＷ］が与えられたとき、重み付け関数８３０から重みの値［ｗｅｉｇｈｔ］を算出する関数である。
【００７６】
次に再構成処理部１０３は、重み付けられたＸ線検出信号の値を医用ＣＴ画像の座標［Ｘ，Ｙ］にある画素のＣＴ値（図１３中のＰｉｘｅｌ［Ｘ，Ｙ］）と重み付け加算する（ステップ１００４）。なお図１３中のＰｉｘｅｌ［Ｘ，Ｙ］＝Ｒａｙ［ｃｈ，ＶＩＥＷ］＊ｗｅｉｇｈｔ＋Ｐｉｘｅｌ［Ｘ，Ｙ］なる関数は、ステップ１００１で算出したチャネル番号［ｃｈ］と与えられたビュー番号［ＶＩＥＷ］に属するＸ線検出信号の値（図１３中の「Ｒａｙ［ｃｈ，ＶＩＥＷ］」）を生データ８００から読み出し、読み出したＸ線検出信号の値にステップ１００３で算出した重みの値を乗算する。そして乗算によって得られた値を、医用ＣＴ像の座標［Ｘ，Ｙ］へマッピングされた値Ｐｉｘｅｌ［Ｘ，Ｙ］へ加算する関数である。
【００７７】
再構成処理部１０３はＣＴ値の重み付け加算が終了すると、ステップ１００１からステップ１００４に係る処理が全てのビューについて行われたか否かを判定する（ステップ１００５）。なお、図１３中の「Ｎｖｉｅｗ」は、一度のスキャンで得られるビュー数を示す。再構成処理部１０３が、処理の行われていないビューが存在すると判断すると（ステップ１００５のＹｅｓ）、再構成処理部１０３はビュー番号［ＶＩＥＷ］を更新して（ステップ１００６）、再びステップ１００１の処理に戻る。
【００７８】
再構成処理部１０３が全てのビューについて処理が行われたと判断すると（ステップ１００５のＮｏ）、再構成処理部１０３はステップ１００１からステップ１００５に係る処理が全てのｘ座標について行われたか否かを判定する（ステップ１００７）。なお、図１３中の「ＭａｔｒｉｘＸ」は、医用ＣＴ像中で最大のｘ座標の値を示す。再構成処理部１０３が、処理の行われていないｘ座標が存在すると判断すると（ステップ１００７のＹｅｓ）、再構成処理部１０３はビュー番号［ＶＩＥＷ］及びｘ座標の値［Ｘ］を更新して（ステップ１００８）、再びステップ１００１の処理に戻る。
【００７９】
再構成処理部１０３が全てのｘ座標について処理が行われたと判断すると（ステップ１００７のＮｏ）、再構成処理部１０３はステップ１００１からステップ１００７に係る処理が全てのｙ座標について行われたか否かを判定する（ステップ１００９）。なお、図１３中の「ＭａｔｒｉｘＹ」は、医用ＣＴ像中で最大のｙ座標の値を示す。再構成処理部１０３が、処理の行われていないｙ座標が存在すると判断すると（ステップ１００９のＹｅｓ）、再構成処理部１０３はビュー番号［ＶＩＥＷ］、ｘ座標の値［Ｘ］、及びｙ座標の値［Ｙ］を更新して（ステップ１０１０）、再びステップ１００１の処理に戻る。再構成処理部１０３が全てのｙ座標について処理が行われたと判断すると（ステップ１００９のＮｏ）、再構成処理部１０３は医用ＣＴ像の再構成を終了する（ステップ１０１１）。
【００８０】
以上の処理により、再構成処理部１０３は医用ＣＴ像の再構成を行う。なお本実施態様に述べる再構成の処理はこれに限られるものではなく、例えばステップ１００１からステップ１００４に述べた処理の順番を適宣入れ替えても構わないし、ステップ１００５、ステップ１００７、及びステップ１００９に述べた判定の順を適宣入れ替えても構わない。
【００８１】
なお、以上の処理はＸ線検出器３０２の特定の一列に注目し、一列のＸ線検出素子から１断面分の医用ＣＴ像を生成する場合について述べたが、Ｘ線検出器３０２が複数列並べられたＸ線検出素子から構成される場合の処理も同様である。各列から出力された生データ８００に対して先述した再構成処理を施すことにより、複数断面の医用ＣＴ像を生成することができる。
【００８２】
（ヘリカルスキャンにおける重みマップ８２０の生成）
先の実施態様に述べた医用ＣＴ像の再構成処理は、天板５００を一定の位置に固定した状態でスキャンを行う所謂コンベンショナルスキャンに注目して述べた。しかし、本実施態様に述べる医用ＣＴ像の再構成処理はコンベンショナルスキャンに限られるものではなく、ガントリ３に対して天板５００を長手方向（図１４中のｚ軸方向）に沿って移動させながらスキャンを行い、らせん状にデータを収集するヘリカルスキャンに対しても適用することが可能である。
【００８３】
図１４にヘリカルスキャンにおけるスキャンの様子を示す。実際のヘリカルスキャンにおいては天板５００がガントリ３に対して移動するが、図１４では説明の簡単のため、図中でガントリ３を相対的に移動させたものを示す。
【００８４】
Ｘ線ＣＴ装置１がヘリカルスキャンを開始すると、回転体３００が回転した状態でＸ線管３０１はＸ線検出器３０２の各列へＸ線が入射するようにＸ線を照射し、Ｘ線検出器３０２は様々な角度から照射されたＸ線を検出する。このヘリカルスキャンの最中に天板５００は長手方向に対して一定速度で移動するため、Ｘ線検出信号を収集するＸ線検出素子のｚ座標は撮影時刻と共に変化することとなる。Ｘ線検出器３０２は天板５００を所定の距離だけ移動させてヘリカルスキャンを終えると、各列から収集された生データ８００を再構成処理部１０３へと出力する。
【００８５】
再構成処理部１０３がある断面の医用ＣＴ像の再構成を行う際には、再構成処理部１０３は、医用ＣＴ像の座標［ｘ，ｙ］に対応する領域を透過したＸ線検出信号を各生データ８００から抽出する。そして、抽出されたＸ線検出信号を重み付け加算することでＣＴ値を算出し、このＣＴ値を医用ＣＴ像上の座標［ｘ，ｙ］へとマッピングする。このマッピングを医用ＣＴ像上の各座標について行うことで、再構成処理部１０３は再構成を行う。
【００８６】
ここで図１４の例において、医用ＣＴ像の座標［ｘ，ｙ］に対応する領域に注目すると、座標［ｘ，ｙ］に対応する領域を透過したＸ線検出信号は、Ｘ線９１０が透過してからＸ線９１１が透過するまでの間で１回転分存在することとなる。医用ＣＴ像についても同じことが言え、ある断面の医用ＣＴ像を再構成するためのＸ線検出信号は１回転分存在することとなる。この１回転分のＸ線検出信号は、ヘリカル補間により補間されたＸ線検出信号を含むものであっても構わない。例えば、２つの隣り合う位置のＸ線検出信号を補間して求められた、２つの位置の中間位置におけるＸ線検出信号などが含まれるものであっても構わない。
【００８７】
従って、図６などに示したリファレンス画像８１０、８１１及び重みマップ８２０の生成によって、ヘリカルスキャンにおいても移動領域を考慮した再構成処理を行うことが可能となる。具体的には、再構成処理部１０３はある断面の医用ＣＴ像を再構成する際に、再構成する断面に対応するＸ線検出信号を各生データ８００から抽出する。更に、抽出された生データ８００を撮影時刻の順に並べ、撮影時刻の前半領域に属するＸ線検出信号と、後半領域に属するＸ線検出信号とに分類する。なおこの分類は、図６及び図７を用いて示したように一部のＸ線検出信号が重複するように分類されても構わない。
【００８８】
再構成処理部１０３は前半領域に属するＸ線検出信号と後半領域に属するＸ線検出信号からリファレンス画像８１０、８１１を再構成し、各リファレンス画像のＣＴ値の差分の絶対値を取ることによって重みマップ８２０を生成する。再構成処理部１０３は重みマップ８２０を生成すると、図１３を用いて先述した処理に基づいて医用ＣＴ像を再構成する。以上の処理によって、天板５００を移動させながらスキャンを行うヘリカルスキャンにおいても移動領域を考慮した再構成を行うことが可能となる。
【００８９】
（対向するＸ線検出信号を用いた重みマップ８２０の生成）
先述した実施態様においては、図６、図７、及び図８を用いて述べたように、生データ８００のあるデータ領域に属するＸ線検出信号を用いて一旦リファレンス画像８１０、８１１を再構成し、再構成されたリファレンス画像８１０、８１１の差分を取ることにより重みマップ８２０を生成していた。しかし、重みマップ８２０の生成はこの方法に限られない。
【００９０】
図１４に重みマップ８２０を生成する別の例を示す。Ｘ線管３０１とＸ線検出器３０２は回転しながらＸ線の照射及びＸ線検出信号の収集を行い、２回転したところでスキャンを終了する。このため、各Ｘ線検出信号について、被検体Ｐを透過した軌跡と逆の軌跡を辿ってＸ線検出器へと入射する、対となるＸ線検出信号（以下、単に対向データと記載する。）が存在することとなる。図１４に対となるＸ線検出信号の例を示す。例えば５７３番目のビューにおいてＸ線検出器の中央へと入射したＸ線９００は、Ｘ線管３０１が対向する位置にある１２３番目のビューにおいてＸ線検出器の中央へと入射するＸ線９０１と、逆の軌跡を辿ることとなる（図１４については作図の都合のため、Ｘ線９００とＸ線９０１とは位置をずらして示す。）。即ち、Ｘ線９００とＸ線９０１とは、照射時刻が異なるものの被検体Ｐ上の同じ領域を透過することとなる。
【００９１】
ところで、Ｘ線９００及びＸ線９０１が透過した軌跡上に移動領域が存在する場合には、Ｘ線９００とＸ線９０１の照射時刻が異なるため、対向データのの値が異なることとなる。また、移動領域における動き量が大きい場合には透過量の変化が大きいため、対向データの値の差も大きくなる。再構成処理部１０３は重みマップ８２０を生成するため、対向データの差分の絶対値を算出する。２回転分のスキャンを行った場合、１８００ビュー分のＸ線検出信号に対して、対向データの差分の絶対値は、９００個が得られることとなる。再構成処理部１０３は算出された９００個の絶対値を基に再構成を行う。この再構成は、投影される値がＸ線透過量ではなく対向するＸ線検出信号の差分の絶対値であることを除けば、リファレンス画像８１０、８１１の再構成を行う処理と同様である。差分の絶対値は移動領域の動き量を反映する値であるため、再構成処理部位１０３が再構成を行って差分の絶対値を重みマップ８２０の各座標へとマッピングすることで、移動領域の分布を重みマップ８２０上に反映させることができる。なお、ここでは例として２回転分のスキャンを行う場合について説明を行ったが、例えば１１４６ビュー分のスキャンを行ない、５７３個の絶対値を基に再構成を行っても構わないし、２回転以上のスキャンを行うものであっても構わない。
【００９２】
以上の処理によれば、リファレンス画像８１０、８１１を逐一再構成して重みマップ８２０を生成する手法に比べ、再構成の処理回数を１回分減じることができる。従って再構成処理部１０３の処理負荷を軽減し、より高速な処理を行うことが可能となる。
【００９３】
なお、各実施態様の構成は、ここに挙げたものに限定されない。例えば各実施形態では、再構成処理部１０３がリファレンス画像８１０、８１１を再構成し、また重みマップ８２０を生成すると述べた。リファレンス画像８１０、８１１や重みマップ８２０は説明の簡単のため図６、図７、及び図８などで画像として示したが、これらは画像データとして再構成される必要はない。再構成処理部１０３は例えば数値の並べられたデータとしてリファレンス画像８１０、８１１の再構成や重みマップ８２０を生成するものであっても構わない。
【００９４】
また各実施形態ではＸ線検出器３０２が複数列のＸ線検出素子から構成されると述べたが、Ｘ線ＣＴ装置１の構成はこれに限られない。例えばＸ線検出器３０２が単一列のＸ線検出素子から構成されていたとしても、各実施形態に述べた手法により移動領域を考慮した再構成を行うことができる。
【００９５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９６】
１      Ｘ線ＣＴ装置
３      ガントリ
１００  制御部
１０２  スキャン制御部
１０３  再構成処理部
１０４  画像処理部
１０６  表示部
１０７  記憶部
１０８  入力部
２０１  Ｘ線管制御部
２０２  架台駆動制御部
２０３  寝台駆動制御部
３００  回転体
３０１  Ｘ線管
３０２  Ｘ線検出器
４０１  第１コリメータ
４３０  第２コリメータ
５００  天板
５０１  天板駆動部
８００  生データ
８１０  リファレンス画像
８１１  リファレンス画像
８２０  重みマップ
８３０  重み付け関数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005912237.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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