(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の管電圧に基づいて照射された放射線の検出結果に基づく測定情報を取得する検出手段と、
前記放射線を複数回検出した測定情報の積率に基づいて、前記放射線の第二の測定情報を取得する積率利用手段と、
被検体を複数の構成物質に分類する分類手段と、
前記被検体における前記構成物質の情報を前記第二の測定情報に基づいて再構成する再構成手段と、
を備えることを特徴とするＣＴ装置。
【請求項２】
前記積率利用手段は、前記測定情報の積率に基づいて、前記検出手段に入射した前記放射線の光子数を前記第二の測定情報として取得することを特徴とする請求項１に記載のＣＴ装置。
【請求項３】
前記再構成手段は、前記被検体における前記構成物質の分布を前記第二の測定情報に基づいて再構成することを特徴とする請求項１または２に記載のＣＴ装置。
【請求項４】
前記再構成手段は、前記測定情報と、前記放射線のスペクトル分布と前記構成物質とに基づいて予測される測定情報と、前記第二の測定情報と、前記放射線のスペクトル分布と前記構成物質とに基づいて予測される第二の測定情報と、を有する関数の解析に基づいて、前記構成物質の分布を再構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＣＴ装置。
【請求項５】
前記関数は、前記測定情報と前記予測される測定情報との差分と、前記第二の測定情報と前記予測される第二の測定情報との差分と、を含み、前記再構成手段は、前記解析に基づいて、それぞれの差分が小さくなるような前記構成物質の情報を取得することを特徴とする請求項４に記載のＣＴ装置。
【請求項６】
前記再構成手段は、前記構成物質の情報として、被検体内の位置に対応した前記構成物質の密度または体積比率を取得することを特徴とする請求項５に記載のＣＴ装置。
【請求項７】
前記再構成手段の解析結果を表示手段に表示させる表示制御手段を更に備え、
前記表示制御手段は、前記構成物質の情報と被検体の断面画像とを組み合せて前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＣＴ装置。
【請求項８】
前記表示制御手段は、前記構成物質の情報として、前記構成物質の密度の分布または前記構成物質の体積比率の分布を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項７に記載のＣＴ装置。
【請求項９】
放射線を照射する放射線発生手段および前記検出手段を対向させた状態で回転駆動する回転曝射手段と、
前記放射線発生手段および前記検出手段および前記回転曝射手段の動作を制御する撮影制御手段と、を更に備え、
前記撮影制御手段は、
前記回転曝射手段を制御して、前記放射線発生手段および前記検出手段を所定の角度回転させた状態で、
一定の管電圧に基づいて前記放射線発生手段から前記放射線を照射させ、
前記検出手段を制御して、前記検出手段に入射した前記放射線の検出結果を一定時間毎に出力させる
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＣＴ装置。
【請求項１０】
被検体と前記被検体の周囲の空間とを分離する分離手段を更に備え、
前記分離手段は、再構成処理に基づいて取得したパラメータと閾値との比較に基づいて前記被検体と前記被検体の周囲の空間とを分離することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＣＴ装置。
【請求項１１】
前記分類手段は、設定された撮影条件または撮影部位に基づいて前記被検体を複数の構成物質に分類することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＣＴ装置。
【請求項１２】
一定の管電圧に基づいて照射された放射線の検出結果に基づく測定情報を取得する工程と、
前記放射線を複数回検出した測定情報の積率に基づいて、前記放射線の第二の測定情報を取得する工程と、
被検体を複数の構成物質に分類する工程と、
前記被検体における前記構成物質の情報を前記第二の測定情報に基づいて再構成する工程と、
を有することを特徴とするＣＴ撮影方法。
【請求項１３】
コンピュータに、請求項１２に記載のＣＴ撮影方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＴ装置、ＣＴ撮影方法及びプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ装置は、Ｘ線源と検出部とを、被検体を中心として回転させながら被検体を透過したＸ線をさまざまな角度で測定し、得られた情報を再構成することで、被検体の線減弱係数等の空間分布を得ることができる装置である。ＣＴ装置では、線減弱係数は、例えば、水を0、空気を-1000とするHounsfield unit単位の画素値、即ちＣＴ値として取得される。
【０００３】
しかしＣＴ値だけでは、被検体を構成する物質が骨なのか、軟部組織なのかなど、物質の分離ができない場合が生じ得る。このような背景の下で、近年Dual Energy CT装置が開発されている。Dual Energy CT装置では、X線のスペクトル分布を変えて２回の測定を行い、物質によって質量減弱係数のエネルギー依存性が異なることを利用して物質の分離が行われる。
【０００４】
例えば、非特許文献１には被検体を構成する物質として水とヨウ素を想定し、低い管電圧と高い管電圧との測定を行い、再構成処理を行うことで、水とヨウ素の密度を求めることができる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ruoqiao Zhang, Jean-Baptiste Thibault, Charles A. Bouman, et al."Model-Based Iterative Reconstruction for Dual-Energy X-Ray CT Using a Joint Quadratic Likelihood Model",IEEE Trans. on Medical Imaging 33 (2014) 117-134.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら非特許文献１に示されるように管電圧をいくつか変化させて測定する場合には、管電圧を切り替えている間に被検体が動くことによるモーションアーティファクトが発生し、測定精度が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑み、管電圧を変化させる測定を行わなくても、被検体の構成物質の情報を、測定精度の低下の影響を受けることなく高精度に再構成することが可能なＣＴ撮影技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様に係るＣＴ装置は、一定の管電圧に基づいて照射された放射線の検出結果に基づく測定情報を取得する検出手段と、
前記放射線を複数回検出した測定情報の積率に基づいて、前記放射線の第二の測定情報を取得する積率利用手段と、
被検体を複数の構成物質に分類する分類手段と、
前記被検体における前記複数の構成物質の情報を前記第二の測定情報に基づいて再構成する再構成手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、管電圧を変化させる測定を行わなくても、被検体の構成物質の情報を、測定精度の低下の影響を受けることなく高精度に再構成することが可能になる。例えば、本発明に係るＣＴ装置によれば、管電圧を変化させる測定を行わなくても、被検体を構成する物質の密度や体積比率を、測定精度の低下の影響を受けることなく高精度に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るＣＴ装置の構成例を示す図。
【図２】実施形態に係るＣＴ装置における処理フローを説明する図。
【図３】撮影結果を例示する図。
【図４】第２実施形態に係るＣＴ装置の構成例を示す図。
【図５】第２実施形態に係るＣＴ装置における処理フローを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１２】
図１は、実施形態におけるＣＴ装置１００の構成例を示す図である。図１に示すように、ＣＴ装置１００は、放射線発生装置１０１、放射線検出装置１０４、放射線発生装置１０１および放射線検出装置１０４を対向させた状態で回転駆動する回転曝射部１０５、および情報処理装置１１６を有する。尚、この構成をＣＴ撮影システムともいう。情報処理装置１１６は、放射線を照射する放射線発生装置１０１および放射線検出装置１０４および回転曝射部１０５の動作を制御する制御部１０６と、放射線検出装置１０４で検出されたデータを処理するデータ処理部１０７とを有する。また、情報処理装置１１６には、例えば、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴなどで構成される表示装置１１１が接続されており、表示装置１１１は、データ処理部１０７の処理結果を表示する。制御部１０６は、表示装置１１１の表示を制御する表示制御部としても機能する。
【００１３】
回転曝射部１０５は、制御部１０６の制御に基づいて、放射線発生装置１０１と放射線検出装置１０４とを同調させた上で、被検体１０２を中心として回転駆動させる駆動部である。矢印１１２は回転方向を示している。尚、回転中心は必ずしも被検体１０２を中心としなくてもよいが、放射線発生装置１０１と放射線検出装置１０４とで被検体１０２を挟むように対向した状態で回転する必要がある。図１では、回転方向を示す矢印１１２は、被検体１０２に対してスライス断面の周りの回転方向となっているが、この例に限定されず、例えば、図１の紙面に対して垂直な方向に放射線発生装置１０１と放射線検出装置１０４とが回転して被検体１０２をスキャンしてもよい。
【００１４】
制御部１０６は、照射制御部として機能して、一定の管電圧に基づいて放射線発生装置１０１から放射線を照射させる。すなわち、制御部１０６は、放射線発生装置１０１に対し、設定された所定の管電圧を印加するように制御を行い、放射線発生装置１０１による放射線の照射を制御する。放射線発生装置１０１は、制御部１０６の制御に基づき放射線を出力する。参照番号１０３は放射線発生装置１０１から発せられる放射線を模式的に示している。放射線には、例えば、Ｘ線やα線、β線またはγ線が含まれる。
【００１５】
制御部１０６は、撮影制御部として機能して、回転曝射部１０５を制御して、放射線発生装置１０１および放射線検出装置１０４を所定の角度回転させた状態で、一定の管電圧に基づいて放射線発生装置１０１から放射線を照射させ、放射線検出装置１０４を制御して、放射線検出装置１０４に入射した放射線の検出結果を一定時間毎に出力させる。例えば、制御部１０６は、一定の管電圧の下に放射線を照射するよう放射線発生装置１０１を制御し、放射線検出装置１０４の検出部に入射した放射線の検出結果を検出データ（測定情報）として一定時間毎に出力させることが可能である。
【００１６】
放射線検出装置１０４の検出部は、ある時間の間（例えば、一定時間（１フレーム））に入射した放射線のエネルギーを足し合わせたものに比例する測定情報を出力する。放射線検出装置１０４は、一定の管電圧に基づいて照射された放射線の検出結果に基づく測定情報を取得することが可能である。具体的には、放射線検出装置１０４は、一定の管電圧に基づいて照射された放射線を検出する検出部（検出素子）を有しており、検出部は、ある一定時間（１フレーム）毎に検出部に入射した放射線の総エネルギー（積算値）を検出データ（測定情報）として出力する。例えば、放射線検出装置１０４は、二次元状に配置された複数の検出部（検出素子）を有している。放射線検出装置１０４の構成としては、半導体材料によって形成され、複数の検出素子が格子状に並んだ平面検出器（Flat Panel Detector(FPD)）の他、ラインセンサなどの構成を用いることも可能である。また、検出部（検出素子）は一つでも構わない。
【００１７】
放射線検出装置１０４は、放射線発生装置１０１から出力され、被検体１０２を透過した放射線の強度（エネルギー）を、検出部（検出素子）により検出する。本実施形態では、被検体１０２を生体とするが、工業製品など生体以外を被検体としても構わない。放射線検出装置１０４が平面検出器の構成を有する場合、検出部（検出素子）は、例えば、複数の行および複数の列を形成するように二次元に配列されている。放射線検出装置１０４は、複数の検出部を行単位または列単位で駆動する駆動部を有しており、制御部１０６は駆動部を制御することにより、複数の検出部（検出素子）から入射した放射線の総エネルギー（積算値）に対応する検出データ（測定情報）を順次出力させる。
【００１８】
放射線検出装置１０４の検出部で検出された情報は、情報処理装置１１６のデータ処理部１０７（画像処理部）に送られ、処理される。データ処理部１０７（画像処理部）は、積率利用部１０８、分類部１０９、および再構成部１１０を有している。制御部１０６およびデータ処理部１０７の各部は、例えば、不図示のＣＰＵ、ＧＰＵ、メモリから読み込んだプログラムを用いて、各部の機能が構成される。制御部１０６およびデータ処理部１０７の各部の構成は、同様の機能を果たすのであれば、それらは集積回路などで構成してもよい。
【００１９】
図２はＣＴ装置１００による処理の流れを説明する図である。図２を用いて、図１の制御部１０６およびデータ処理部１０７の各部がどのような動作を行い、被検体を構成する物質（構成物質）の密度や体積比率を算出するかを説明する。
【００２０】
（回転測定処理：Ｓ２０１）
まず、ステップＳ２０１において、制御部１０６は、回転測定処理を実行する。回転測定処理は四つのステップを有している（Ｓ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０６、Ｓ２０７）。
【００２１】
（回転曝射処理：Ｓ２０２）
ステップＳ２０２において、制御部１０６は、回転曝射部１０５を制御して、被検体１０２を中心として、所定の回転角まで放射線発生装置１０１と放射線検出装置１０４とを回転させ、放射線発生装置１０１から放射線を曝射させる。
【００２２】
（複数回測定処理：Ｓ２０３）
次にステップＳ２０３において、制御部１０６は、複数回測定処理を実行する。制御部１０６は、放射線発生装置１０１と放射線検出装置１０４とを連動して動作させることにより、複数回測定処理を実行する。複数回測定処理は二つのステップを有している（Ｓ２０４、Ｓ２０５）。まず、ステップＳ２０４で測定が行われる。制御部１０６は、一定の管電圧の下に放射線を照射するよう放射線発生装置１０１を制御し、放射線検出装置１０４の検出部（検出素子）に入射した放射線の検出結果を一定時間毎に出力させる。放射線検出装置１０４の検出部（検出素子）で測定した測定情報をｄｐi（ξ）と記述する。添え字ｐは、回転測定処理の中でｐ番目の回転角で測定された情報を示し、添え字iはi番目に実行された測定情報であることを示す。ξは、検出部（検出素子）の番号を示す。次に、ステップＳ２０５で、制御部１０６は、所定回数（ｍ：２以上の自然数）の測定が終了したか否かを判定する。所定回数（ｍ回）の測定が終了していない場合（Ｓ２０５−Ｎｏ）、処理はステップＳ２０４に戻され、測定が再度行われる。一方、ステップＳ２０５の判定で、所定回数（ｍ回）の測定が終了している場合（Ｓ２０５−Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０６に進められる。所定回数（ｍ回）の測定の実行により、ｍ回分の測定情報が積率利用部１０８に入力される。
【００２３】
（積率利用処理：Ｓ２０６）
ステップＳ２０６において、積率利用部１０８は、放射線を複数回検出した測定情報の積率に基づいて、放射線の第二の測定情報を取得する。すなわち、積率利用部１０８は、複数回測定処理で測定された測定情報ｄｐi（ξ）の積率に基づいて、放射線の第二の測定情報を取得する。第二の測定情報には、例えば、以下の数１式、数２式で取得される情報が含まれる。例えば、積率利用部１０８は、放射線を複数回検出した測定情報ｄｐｉ（ξ）の積率に基づいて、検出部に入射した放射線の光子数（＜ｎ＞:平均光子数）を第二の測定情報として取得する。積率利用部１０８は、第二の測定情報として平均光子数＜ｎｐ（ξ）＞を、数１式を用いて取得する。
【００２４】
【数１】
0006595910.tif 000002
【００２５】
ここでαは測定情報と平均エネルギーとの変換係数であり、Ｅmean p（ξ）は平均エネルギーである。変換係数αの決定方法としては、例えば、次のように行う。制御部１０６の制御に基づいて、まず、既知のスペクトル分布を持つ放射線源（放射線発生装置）から発せられた放射線を、被検体なしの状態で、放射線の強度を弱くすることで、１個の光子のみが検出部（検出素子）に入射するように測定する。この測定を複数回数実施し、測定情報の平均をスペクトル分布の平均エネルギーで除することによって、変換係数αを取得することができる。
【００２６】
＜ｄｐ（ξ）＞は一次の原点積率であり、＜(ｄｐ（ξ）-＜ｄｐ（ξ）＞)2＞は二次の中心積率である。積率利用部１０８は、以下の数２式を用いた演算により、一次の原点積率（ｄｐ（ξ））および二次の中心積率＜(ｄｐ（ξ）-＜ｄｐ（ξ）＞)2＞を取得することができる。
【００２７】
【数２】
0006595910.tif 000003
【００２８】
何故、これらの式により平均光子数＜ｎｐ（ξ）＞が得られるかを以下に詳述する。一般に検出部に入射する光子はスペクトル分布を有する。スペクトル分布を平均エネルギーＥmean p（ξ）によって近似できるものとすると各測定情報ｄｐi（ξ）は数３式のように書くことができる。
【００２９】
【数３】
0006595910.tif 000004
【００３０】
数３式において、ｎｐi（ξ）は光子数である。光子数ｎｐi（ξ）は、一般にポアソン分布に従う揺らぎを持ち、ポアソン分布において、一次の原点積率と二次の中心積率とが等しいことが知られている。即ち、光子数ｎｐi（ξ）を用いて、一次の原点積率と二次の中心積率との関係を示すと、以下の数４式のようになる。
【００３１】
【数４】
0006595910.tif 000005
【００３２】
数４式の両辺にαＥmean p(ξ)の二乗を乗じ、数３式を利用して整理すれば、数１式と数２式が得られ、数１式と数２式によって平均光子数＜ｎｐ（ξ）＞が得られることが理解できる。尚、積率利用部１０８は、二次の中心積率を求める際には、ｍ（測定回数）ではなく、ｍ−１で割る、即ち不偏分散を求めても良い。
【００３３】
次に、ステップＳ２０７において、制御部１０６は、所定の角度ごとの測定が終了したか否かを判定する。所定の角度ごとの測定が終了していない場合（Ｓ２０７−Ｎｏ）、処理はステップＳ２０２に戻され、回転曝射処理が実行される。制御部１０６は、回転曝射部１０５を制御して、現在の回転角度から更に所定の回転角まで放射線発生装置１０１と放射線検出装置１０４とを回転させ、放射線発生装置１０１から放射線を曝射させる。
【００３４】
一方、ステップＳ２０７の判定で、所定の角度ごとの測定が終了している場合（Ｓ２０７−Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０８に進められる。尚、撮影を実行する回転角度は任意に設定可能である。例えば、一周３６０°を等分割した角度を、所定の角度として設定することが可能である。また本実施形態では、ある回転角まで回転させた状態で、放射線発生装置１０１および放射線検出装置１０４の回転角度を保持した後に、複数回測定処理を実行しているが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではない。例えば、放射線発生装置１０１および放射線検出装置１０４を回転させつつ、放射線検出装置１０４で複数回の測定を行い、その後、近接する回転角で測定された測定情報をまとめて出力して、積率利用処理を実行するという方法を用いてもよい。
【００３５】
（分類処理：Ｓ２０８）
ステップＳ２０８において、分類部１０９は、被検体を複数の構成物質に分類する。分類部１０９は分類処理を実行して、被検体を構成する物質を少なくとも２種類の構成物質に分類する。分類部１０９は、被検体内の、どの構成物質の基礎分布を得たいのかに応じて分類する構成物質の設定を行う。分類部１０９は、例えば、造影剤であるヨウ素や軟部組織であったり、軟部組織と骨であったりなど、複数種類の構成物質に分類する。それぞれの構成物質で線減弱係数もしくは質量減弱係数のエネルギー依存性が異なることを利用するため、放射線のエネルギーに対して、エネルギー依存性が異なる構成物質を選択する。本実施形態では、被検体を構成する構成物質として、ヨウ素と軟部組織とに分類する例を説明する。分類部１０９による構成物質の分類は、入力部を介した操作入力や、予めメモリに記憶されている複数の構成物質の中から設定された撮影条件または撮影部位に基づいて被検体を複数の構成物質に分類することが可能である。
【００３６】
（再構成処理：Ｓ２０９）
ステップＳ２０９において、再構成部１１０は再構成処理を実行する。再構成処理の実行により、被検体の基礎分布（各構成物質の分布）が再構成される。再構成部１１０は、被検体における複数の構成物質の情報を第二の測定情報に基づいて再構成する。また、再構成部１１０は、被検体における構成物質の分布を第二の測定情報に基づいて再構成する。ここで、第二の測定情報は、本実施形態の場合には数１式、数２式で取得される情報である。
【００３７】
本実施形態では、再構成部１１０は、測定情報と、放射線のスペクトル分布と構成物質とに基づいて予測される測定情報と、第二の測定情報と、放射線のスペクトル分布と構成物質とに基づいて予測される第二の測定情報と、を有する関数の解析に基づいて、構成物質の分布を再構成する。この関数（目的関数ｆ）は、以下の数５式で示される。数５式において、測定情報は＜ｄｐ＞に対応する情報であり、放射線のスペクトル分布と構成物質とに基づいて予測される測定情報は＜ｄｐ'＞に対応する情報であり、第二の測定情報は＜ｎｐ＞に対応する情報であり、放射線のスペクトル分布と構成物質とに基づいて予測される第二の測定情報は＜ｎｐ'＞に対応する情報である。
【００３８】
また本実施形態では、数５式の関数は、測定情報と予測される測定情報との差分（第１の差分）と、第二の測定情報と予測される第二の測定情報との差分（第２の差分）と、を含む。再構成部１１０は、関数の解析により、第１の差分及び第２の差分をなるべく小さくするような構成物質の情報を取得する。ここで、第１の差分は、数５式において、（＜ｄｐ＞−＜ｄｐ'＞）を含む項に対応し、第２の差分は、数５式において、（＜ｎｐ＞−＜ｎｐ'＞）を含む項に対応する。
【００３９】
数５式を解析することにより、再構成部１１０は、構成物質の情報として、被検体内の位置に対応した構成物質の密度または体積比率を取得することができる。本実施形態では、まず、構成物質の基礎分布として構成物質の密度を用い、密度を変数とした最適化問題を解くことによって構成物質の基礎分布を再構成する。数５式で示される関数ｆを目的関数として、再構成部１１０は、密度を変数として、目的関数fを最小とするような密度を取得する。再構成部１１０による再構成処理の結果により、被検体を構成する各構成物質の密度の分布を推定することができる。
【００４０】
【数５】
0006595910.tif 000006
【００４１】
再構成部１１０は、数５式で示される関数の解析に基づいて、構成物質の分布を再構成する。数５式において、放射線のスペクトル分布と構成物質とに基づいて予測される第二の測定情報＜ｎ'p(ξ)＞は数６式で定義され、放射線のスペクトル分布と構成物質とに基とに基づいて予測される測定情報＜ｄ'p(ξ)＞は数７式で定義される。
【００４２】
【数６】
0006595910.tif 000007
【００４３】
【数７】
0006595910.tif 000008
【００４４】
数６式および数７式において、＜ｓp(ξ,Ｅ)＞は放射線源のスペクトル分布である。即ち、ｐ番目の回転角の時にξ番目の検出素子に向けて照射され、エネルギーＥを持つ光子数の時間に関する平均値である。再構成部１１０は、数６式および数７式の指数関数の中の積分演算を、放射線発生装置１０１からｐ番目の回転角の時にξ番目の検出部（検出素子）に向けた直線の経路上で実行する。また、数６式および数７式において、μ(r,Ｅ)はエネルギーＥに対応する、被検体内の位置ｒにおける線減弱係数であり、以下の数８式で定義される。ここで、被検体内の位置ｒは３次元の位置情報（３次元座標）により示される。
【００４５】
【数８】
0006595910.tif 000009
【００４６】
数８式において、ｋは被検体を構成するｋ番目の構成物質であることを示し、φkはｋ番目の構成物質の質量減弱係数であり、ρk(r)はｋ番目の構成物質の位置rの密度である。本実施形態では、先のステップＳ２０８において、分類部１０９は被検体をヨウ素と軟部組織とに分類することとしたため、数８式は、以下の数９式により書きかえられる。
【００４７】
【数９】
0006595910.tif 000010
【００４８】
よって本実施形態の場合に、再構成部１１０は、数５式の最適化問題を数６式、数７式及び数９式の関係を用いて解析する。再構成部１１０は、最適化問題の解法として、例えば、Gauss-Newton法を用いて数値解析を行うことが可能である。数５式の関数は、測定情報と予測される測定情報との差分と、第二の測定情報と予測される第二の測定情報との差分と、を含み、再構成部１１０は、解析に基づいて、それぞれの差分が小さくなるような構成物質の情報を取得する。
【００４９】
再構成部１１０の解析対象となる目標関数ｆの設定は、数５式によるものに限定されるものではない。例えば、目標関数ｆの設定において、必要に応じて正則化項や密度分布に関する先見的な知識を加えて解く。例えば、Tikhonov正則化やTV正則化などの正則化項を目的関数ｆに加えて解く。また他の例としては被検体内の密度分布が局所で大きく変動するとは考えにくいので、近傍位置の密度との差が小さい時には目的関数の値を小さくするような関数を目的関数ｆに加えることにより、目標関数ｆを設定することも可能である。
【００５０】
また、数５式の目的関数ｆでは、被検体を構成している基礎分布として密度を変数としているが、基礎分布として体積比率を用いる場合に、再構成部１１０は、数５式で示される目的関数fを最小とする最適化問題を、体積比率を変数として解析することが可能である。この時、線減弱係数の定義は、数８式ではなく、以下の数１０式を用いる。
【００５１】
【数１０】
0006595910.tif 000011
【００５２】
数１０式において、μk(Ｅ)はｋ番目の構成物質のエネルギーＥにおける線減弱係数であり、ｃk(r)はｋ番目の構成物質の位置rにおける体積比率である。μk(Ｅ)の決定には構成物質の質量減弱係数と一般的な密度を用いて設定することができる。この場合、再構成部１１０は、数５式の最適化問題を数６式、数７式および数１０式の関係を用いて解析する。再構成部１１０は、体積比率を変数として、目的関数fを最小とするような体積比率を取得する。再構成部１１０による再構成処理の結果により、被検体を構成する各構成物質の体積比率の分布を推定することができる。
【００５３】
制御部１０６は、表示制御部として機能して、再構成部１１０の解析結果を表示装置１１１に表示させる。制御部１０６は、構成物質の情報と被検体の断面画像とを組み合せて表示装置１１１に表示させることができる。制御部１０６は、構成物質の情報として、構成物質の密度の分布または構成物質の体積比率の分布を表示装置１１１に表示させることが可能である。すなわち、制御部１０６は、再構成部１１０の再構成処理により取得された被検体を構成する各物質の基礎分布（例えば、密度や体積比率の分布）を診断用画像として表示装置１１１に表示させる。
【００５４】
図３は、ＣＴ装置１００による撮影結果を例示する図であり、図３（ａ）は再構成された被検体３０１の任意の断面画像を示し、濃淡の差は線減弱係数の違いを示している。領域３０２は、再構成された被検体のうち線減弱係数の大きい領域を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の直線３０３で示される直線上の領域における密度分布を示す。本発明の実施形態によれば、被検体を構成する構成物質の密度が求まるため、図３（ｂ）の実線３０５で示されるような軟部組織の密度の分布や、破線３０４で示されるようなヨウ素の密度の分布が求まり、画像において密度や体積比率の分布を表示することができる。
【００５５】
本実施形態によれば、被検体を構成する構成物質の情報を、測定精度の低下の影響を受けることなく高精度に取得することが可能になる。すなわち、管電圧を変化させた測定を行わず、所定の管電圧の下に照射された放射線のエネルギーを用いて、被検体を構成する複数の構成物質の密度や体積比率を算出できる。これは放射線のエネルギーの測定情報＜dp(ξ)＞に加えて、積率利用部によって第二の測定情報が得られるため、推定に利用できる情報量が増えるためである。
【００５６】
また本実施形態では、説明のため＜np(ξ)＞及び＜dp(ξ)＞はｍで割って定義したが、ｍで割らない値、即ち、平均ではなく和を用いることにしてもよい。また本実施形態の積率利用処理では、検出部（検出素子）ごとに処理する例を示したが、同程度の平均エネルギー及び平均光子数が期待されうる複数の検出部（検出素子）の測定情報を、まとめて処理することも可能である。つまり数２式で和を取る対象として、同程度の平均エネルギー及び平均光子数が期待されうる複数の検出素子の測定情報もまとめて和を取る処理を行うことも可能である。同程度の平均エネルギー及び平均光子数が期待されうる検出部（検出素子）は、例えば、二次元状に配置された、複数の検出部（検出素子）のうち、近傍に配置されている検出部である。それには、例えば、制御部１０６は、注目する注目検出部と、注目検出部の周辺に位置する複数の周辺検出部との測定情報を比較して、比較の結果が所定の閾値以内となる測定情報を出力する複数の周辺検出部の処理を注目検出部の処理とを数２式においてまとめて和を取ることで可能である。尚、本実施形態の構成は、エネルギーが異なる２種類の放射線を用いて、被写体をデュアルエネルギー撮影(Dual Energy Imaging)する構成と併用することも可能であり、デュアルエネルギー撮影する構成と併用することによりさらに放射線のエネルギー数（平均エネルギー数）を増やすことが可能である。
【００５７】
（第２実施形態）
第２実施形態では、再構成処理の対象となる空間を、被検体と被検体の周囲の空間とに分離する被検体分離部の処理について説明する。再構成処理の対象となる空間は被検体１０２の他に、被検体１０２の周囲に空気が存在する場合がある。本発明の第１実施形態では、分類部１０９の処理において（Ｓ２０８）、被検体を少なくとも２種類の構成物質に分類することを説明したが、このような場合には、分類処理の前に被検体と被検体の周囲の空間とを分離（区別）する必要がある。
【００５８】
図４は、第２実施形態におけるＣＴ装置２００の構成例を示す図である。図４に示すように、ＣＴ装置２００は、放射線発生装置１０１、放射線検出装置１０４、放射線発生装置１０１および放射線検出装置１０４を対向させた状態で回転駆動する回転曝射部１０５、および情報処理装置１１６を有する。基本的な構成は図１のＣＴ装置１００と同様であるが、本実施形態では、情報処理装置１１６のデータ処理部１０７の構成において、被検体分離部２１０（分離部）を有する点で、図１で説明したＣＴ装置１００の機能構成と相違する。図５は、ＣＴ装置２００による処理の流れを説明する図である。ステップＳ２０１〜Ｓ２０７、ステップＳ２０９およびＳ２１０の処理は図２の処理と同様である。図５では、ステップＳ２０７とステップＳ２０９との間の処理として、被検体分離部２１０による被検体分離処理（Ｓ２０８）が追加されている点で相違する。被検体分離部２１０（分離部）は、例えば、不図示のＣＰＵ、ＧＰＵ、メモリから読み込んだプログラムを用いて機能が実現される。被検体分離部２１０の構成は、同様の機能を果たすのであれば、集積回路などで構成してもよい。
【００５９】
被検体分離部２１０（分離部）は、被検体と被検体の周囲の空間とを分離する。被検体分離部２１０は、再構成処理に基づいて取得したパラメータと閾値との比較に基づいて被検体と被検体の周囲の空間とを分離することが可能である。再構成処理に基づいて取得したパラメータとしては、例えば、線減弱係数が含まれる。具体的には、被検体分離部２１０は、検出部（検出素子）により測定された測定情報＜ｄp(ξ)＞に基づいて、例えば、逐次近似再構成法やフィルタードバックプロジェクション（ＦＢＰ）法などを用いて再構成対象となる空間の減弱係数を再構成する。被検体である生体と、被検体の周囲の空気（空間）とでは減弱係数が異なる。このため、被検体分離部２１０は、再構成処理により取得された減弱係数と閾値との比較に基づいて、被検体１０２と被検体の周囲の空間とを分離する。この処理により、再構成処理の対象となる空間から被検体１０２を分離することができる。本実施形態においては、ステップＳ２０８において、被検体分離部２１０により、再構成処理の対象となる空間から分離された被検体１０２に対して、ステップＳ２０９の分類処理が実行されることになる。
【００６０】
本実施形態によれば、再構成処理の対象となる空間に被検体以外のものが含まれている場合、再構成処理の対象となる空間から被検体を分離したのち、分類処理を実行することが可能になる。
【００６１】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１００：ＣＴ装置、１０１：放射線発生装置、１０４：放射線検出装置、１０５：回転曝射部、１０６：制御部、１０７：データ処理部、１０８：積率利用部、１０９：分類部、１１０：再構成部、１１１：表示装置
【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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