(57)【要約】【課題】キャリブレーションを正確かつ簡便に実施すること。【解決手段】実施形態のＸ線ＣＴ装置は、光子計数型の検出器と、補正部と、再構成部とを備える。光子計数型の検出器は、Ｘ線管から照射されたＸ線光子を検出するＸ線検出素子を複数有する。補正部は、前記光子計数型の検出器により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、前記光子計数型の検出器により検出された検出信号を前記Ｘ線検出素子ごとに補正する。再構成部は、補正された前記検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する。【選択図】図１
2016067947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管から照射されたＸ線光子を検出するＸ線検出素子を複数有する光子計数型の検出器と、
前記光子計数型の検出器により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、前記光子計数型の検出器により検出された検出信号を前記Ｘ線検出素子ごとに補正する補正部と、
補正された前記検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する再構成部と
を備える、Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項２】
基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心と、前記光子計数型の検出器により検出されたＸ線スペクトルの重心とを一致させる補正値を前記Ｘ線検出素子ごとに算出する算出部を更に備え、
前記補正部は、前記Ｘ線検出素子ごとに算出された補正値に基づいて、前記光子計数型の検出器により検出された前記検出信号を前記Ｘ線検出素子ごとに補正する、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記算出部は、スペクトルメータを用いて検出された検出信号から前記基準となるＸ線スペクトルを求め、前記基準となるＸ線スペクトルから前記基準重心を求めて、前記補正値を前記Ｘ線検出素子ごとに算出する、請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記Ｘ線管の管電圧に応じた前記補正値を前記Ｘ線検出素子ごとに算出し、
前記補正部は、前記Ｘ線管の管電圧に応じた前記補正値に基づいて、前記光子計数型の検出器により検出された前記検出信号を前記Ｘ線検出素子ごとに補正する、請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記光子計数型の検出器が有するＸ線検出素子よりエネルギー分解能が高いリファレンス検出素子を更に備え、
前記算出部は、前記リファレンス検出素子を用いて検出された検出信号から前記基準となるＸ線スペクトルを求め、前記基準となるＸ線スペクトルの特性Ｘ線に基づいて前記基準重心を求めて、前記補正値を前記Ｘ線検出素子ごとに算出する、請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
前記光子計数型の検出器のチャンネル方向の移動を前記Ｘ線管とは独立して制御し、前記基準重心を求める際の前記リファレンス検出素子のチャンネル方向における位置と、補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際の当該Ｘ線検出素子のチャンネル方向における位置とが一致するように制御する移動制御部を更に備える、請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記移動制御部は、前記基準重心を求める際に、前記リファレンス検出素子を前記Ｘ線管に対して対向する位置に位置付け、前記補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際に、当該補正対象のＸ線検出素子を前記Ｘ線管に対して対向する位置に位置付ける、請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記移動制御部は、前記基準重心を求める際に、前記光子計数型の検出器の中心が前記Ｘ線管と対向する状態において、前記補正対象のＸ線検出素子と前記Ｘ線管との相対的な位置と一致する位置に、前記リファレンス検出素子を位置付け、前記補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際に、前記光子計数型の検出器の中心が前記Ｘ線管と対向する位置に位置付ける、請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記光子計数型の検出器は、前記Ｘ線検出素子の少なくとも一部に前記リファレンス検出素子を含む、請求項５〜８のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記光子計数型の検出器は、面検出器である、請求項１〜９のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記基準となるＸ線スペクトルを前処理するスペクトル処理部を更に備え、
前記算出部は、前処理後の前記基準となるＸ線スペクトルから前記基準重心を算出し、前記補正値を前記Ｘ線検出素子ごとに算出する、請求項２〜１０のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線スペクトルの重心は、前記重心より高いエネルギー帯でのＸ線スペクトルの面積と、前記重心より低いエネルギー帯でのＸ線スペクトルの面積とが等しくなるエネルギー位置である、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１３】
Ｘ線管から照射されたＸ線光子を検出するＸ線検出素子を複数有する光子計数型の検出器により検出された検出信号を、前記光子計数型の検出器により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、前記Ｘ線検出素子ごとに補正する補正部と、
補正された前記検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する再構成部と
を備える、画像処理装置。
【請求項１４】
Ｘ線管から照射されたＸ線光子を検出するＸ線検出素子を複数有する光子計数型の検出器により検出された検出信号を、前記光子計数型の検出器により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、前記Ｘ線検出素子ごとに補正し、
補正された前記検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する
各処理をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置、画像処理装置及び画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線ＣＴ装置において使用されるＸ線検出器として光子計数型のＸ線検出器が知られている。光子計数型のＸ線検出器が有する各Ｘ線検出素子は、入射したＸ線光子を計数でき、かつ、当該Ｘ線光子のエネルギー値（ｋｅＶ）を計測できる検出信号を出力する。また、光子計数型の検出器を利用する際には、各Ｘ線検出素子のＸ線エネルギー感度のばらつきを補正するキャリブレーションが必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０９０４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１０１９２６号公報
【特許文献３】特開２０１１−８５４７９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】加藤秀起、外２名、「ＣｄＺｎＴｅ半導体放射線検出器のＸ線光子エネルギー吸収レスポンス特性」、Ｔ．ＩＥＥ  Japan、Ｖｏｌ．１２０−Ｃ、Ｎｏ．１２、２０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、キャリブレーションを正確かつ簡便に実施することができるＸ線ＣＴ装置、画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のＸ線ＣＴ装置は、光子計数型の検出器と、補正部と、再構成部とを備える。光子計数型の検出器は、Ｘ線管から照射されたＸ線光子を検出するＸ線検出素子を複数有する。補正部は、前記光子計数型の検出器により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、前記光子計数型の検出器により検出された検出信号を前記Ｘ線検出素子ごとに補正する。再構成部は、補正された前記検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る架台装置の正面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る検出器の一例を説明するための図である。
【図４】図４は、従来技術に係るキャリブレーション処理を説明するための図である。
【図５】図５は、従来技術に係るキャリブレーション処理を説明するための図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る収集部の構成例を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る算出部の処理動作を説明するための図である。
【図８】図８は、第１の実施形態に係る算出部の処理動作を説明するための図である。
【図９】図９は、第１の実施形態に係る収集部の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置による補正値を算出する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によるＣＴ画像を再構成する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第１の実施形態の変形例に係るＸ線ＣＴ装置の処理動作を説明するための図である。
【図１３】図１３は、第２の実施形態に係る検出器の一例を説明するための図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態に係る収集部の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態に係るスキャン制御部の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態に係る移動制御部の処理動作を説明するための図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態に係る算出部の処理動作を説明するための図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置による補正値を算出する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、第３の実施形態に係るスキャン制御部の構成例を示す図である。
【図２０】図２０は、第３の実施形態に係るスペクトル処理部の処理動作を説明するための図である。
【図２１】図２１は、第３の実施形態に係るスペクトル処理部の処理動作を説明するための図である。
【図２２】図２２は、第２の実施形態に係る検出器の他の一例を説明するための図（１）である。
【図２３】図２３は、第２の実施形態に係る検出器の他の一例を説明するための図（２）である。
【図２４】図２４は、第２の実施形態の変形例に係る移動制御部の処理動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置、画像処理装置及び画像処理プログラムを説明する。
【０００９】
以下の実施形態で説明するＸ線ＣＴ装置は、フォトンカウンティングＣＴを実行可能な装置である。すなわち、以下の実施形態で説明するＸ線ＣＴ装置は、従来の積分型（電流モード計測方式）の検出器ではなく、フォトンカウンティング方式の検出器を用いて被検体を透過したＸ線を計数することで、ＳＮ比の高いＸ線ＣＴ画像データを再構成可能な装置である。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、架台装置１０と、寝台装置２０と、コンソール装置３０とを有する。
【００１１】
架台装置１０は、被検体ＰにＸ線を照射し、被検体Ｐを透過したＸ線に関するデータを収集する装置であり、高電圧発生部１１と、Ｘ線管１２と、検出器１３と、収集部１４と、回転フレーム１５と、架台駆動部１６とを有する。図２は、第１の実施形態に係る架台装置１０の正面図である。
【００１２】
図２に示すように、回転フレーム１５は、Ｘ線管１２と検出器１３とを被検体Ｐを挟んで対向するように支持し、後述する架台駆動部１６によって被検体Ｐを中心した円軌道にて高速に回転する円環状のフレームである。
【００１３】
Ｘ線管１２は、後述する高電圧発生部１１により供給される高電圧により被検体ＰにＸ線ビームを照射する真空管であり、回転フレーム１５の回転にともなって、Ｘ線ビームを被検体Ｐに対して照射する。
【００１４】
高電圧発生部１１は、Ｘ線管１２に高電圧を供給する装置であり、Ｘ線管１２は、高電圧発生部１１から供給される高電圧を用いてＸ線を発生する。すなわち、高電圧発生部１１は、Ｘ線管１２に供給する管電圧や管電流を調整することで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線量を調整する。
【００１５】
架台駆動部１６は、回転フレーム１５を回転駆動させることによって、被検体Ｐを中心とした円軌道上でＸ線管１２と検出器１３とを旋回させる。
【００１６】
検出器１３は、光子計数型の検出器であり、被検体Ｐを透過したＸ線に由来する光を計数するための複数のＸ線検出素子（「センサ」とも言う）を有する。一例を挙げれば、第１の実施形態に係る検出器１３が有するＸ線検出素子は、シンチレータと光センサとにより構成される間接変換型の面検出器である。ここで、光センサは、例えばＳｉＰＭ（Silicon  photomultiplier）である。検出器１３の各Ｘ線検出素子は、入射したＸ線光子に応じた電気信号（パルス）を出力する。この電気信号（パルス）の波高値は、Ｘ線光子のエネルギー値と相関性を有する。図３は、第１の実施形態に係る検出器１３の一例を説明するための図である。
【００１７】
図３では、図２に示す検出器１３を拡大して示す。図３では、検出器１３をＹ軸側から見た場合を示す。図３に示すように、検出器１３には、Ｘ線検出素子が、面上に２次元配置されている。例えば、チャンネル方向（図３中のＸ軸方向）に配列されたＸ線検出素子列が被検体Ｐの体軸方向（図３に示すＺ軸方向）に沿って複数列配列されている。
【００１８】
図２に戻って、収集部１４は、検出器１３の検出信号を用いた計数処理の結果である計数結果を収集する。収集部１４は、Ｘ線管１２から照射されて被検体Ｐを透過したＸ線に由来する光子（Ｘ線光子）を計数し、当該計数した光子のエネルギーを弁別した結果を計数結果として収集する。そして、収集部１４は、計数結果を、コンソール装置３０に送信する。
【００１９】
寝台装置２０は、被検体Ｐを載せる装置であり、天板２２と、寝台駆動装置２１とを有する。天板２２は、被検体Ｐが載置される板であり、寝台駆動装置２１は、天板２２をＺ軸方向へ移動して、被検体Ｐを回転フレーム１５内に移動させる。
【００２０】
なお、架台装置１０は、例えば、天板２２を移動させながら回転フレーム１５を回転させて被検体Ｐをらせん状にスキャンするヘリカルスキャンを実行する。または、架台装置１０は、天板２２を移動させた後に被検体Ｐの位置を固定したままで回転フレーム１５を回転させて被検体Ｐを円軌道にてスキャンするコンベンショナルスキャンを実行する。
【００２１】
コンソール装置３０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置の操作を受け付けるとともに、架台装置１０によって収集された計数情報を用いてＸ線ＣＴ画像データを再構成する装置である。コンソール装置３０は、図２に示すように、入力装置３１と、表示装置３２と、スキャン制御部３３と、前処理部３４と、投影データ記憶部３５と、画像再構成部３６と、画像記憶部３７と、システム制御部３８とを有する。
【００２２】
入力装置３１は、Ｘ線ＣＴ装置の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボード等を有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、システム制御部３８に転送する。例えば、入力装置３１は、操作者からＸ線ＣＴ画像データを再構成する際の再構成条件や、Ｘ線ＣＴ画像データに対する画像処理条件等を受け付ける。また、例えば、入力装置３１は、操作者からＸ線検出素子のキャリブレーションを実施する指示を受付ける。そして、入力装置３１は、システム制御部３８を介して、スキャン制御部３３にＸ線ＣＴ画像データの再構成やキャリブレーションの実施を指示する。
【００２３】
表示装置３２は、操作者によって参照されるモニタであり、システム制御部３８による制御のもと、Ｘ線ＣＴ画像データを操作者に表示したり、入力装置３１を介して操作者から各種指示や各種設定等を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical  User  Interface）を表示したりする。
【００２４】
スキャン制御部３３は、後述するシステム制御部３８の制御のもと、高電圧発生部１１、検出器１３、架台駆動部１６、収集部１４及び寝台駆動装置２１の動作を制御することで、架台装置１０における計数情報の収集処理を制御する。また、第１の実施形態に係るスキャン制御部３３は、算出部３３ａを有する。なお、算出部３３ａの詳細については、図７から図９を用いて詳述する。
【００２５】
前処理部３４は、収集部１４から送信された計数結果に対して、対数変換処理、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正等の補正処理を行なうことで、エネルギー弁別域ごとの投影データを生成する。
【００２６】
投影データ記憶部３５は、前処理部３４により生成された投影データを記憶する。すなわち、投影データ記憶部３５は、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成するための投影データを記憶する。
【００２７】
画像再構成部３６は、検出器１３の検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する。すなわち、画像再構成部３６は、投影データ記憶部３５が記憶する投影データを、例えば、逆投影処理することで、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成する。逆投影処理としては、例えば、ＦＢＰ（Filtered  Back  Projection）法による逆投影処理が挙げられる。なお、画像再構成部３６は、例えば、逐次近似法により、再構成処理を行なっても良い。また、画像再構成部３６は、Ｘ線ＣＴ画像データに対して各種画像処理を行なうことで、画像データを生成する。画像再構成部３６は、再構成したＸ線ＣＴ画像データや、各種画像処理により生成した画像データを画像記憶部３７に格納する。
【００２８】
ここで、フォトンカウンティングＣＴで得られる計数結果から生成された投影データには、被検体Ｐを透過することで減弱されたＸ線のエネルギーの情報が含まれている。このため、画像再構成部３６は、例えば、特定のエネルギー成分のＸ線ＣＴ画像データを再構成することができる。また、画像再構成部３６は、例えば、複数のエネルギー成分それぞれのＸ線ＣＴ画像データを再構成することができる。
【００２９】
また、画像再構成部３６は、例えば、各エネルギー成分のＸ線ＣＴ画像データの各画素にエネルギー成分に応じた色調を割り当て、エネルギー成分に応じて色分けされた複数のＸ線ＣＴ画像データを重畳した画像データを生成することができる。また、画像再構成部３６は、例えば、物質固有のＫ吸収端を利用して、当該物質の同定が可能となる画像データを生成することができる。画像再構成部３６が生成する他の画像データとしては、単色Ｘ線画像データや密度画像データ、実効原子番号画像データ等が挙げられる。
【００３０】
システム制御部３８は、架台装置１０、寝台装置２０及びコンソール装置３０の動作を制御することによって、Ｘ線ＣＴ装置の全体制御を行う。具体的には、システム制御部３８は、スキャン制御部３３を制御することで、架台装置１０で行なわれるＣＴスキャンを制御する。また、システム制御部３８は、前処理部３４や、画像再構成部３６を制御することで、コンソール装置３０における画像再構成処理や画像生成処理を制御する。また、システム制御部３８は、画像記憶部３７が記憶する各種画像データを、表示装置３２に表示するように制御する。
【００３１】
以上、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、フォトンカウンティング方式の検出器を用いてＸ線ＣＴ画像データを再構成する。
【００３２】
フォトンカウンティングＣＴでは、光子の数を計数することで、Ｘ線の量を測定する。単位時間当たりの光子数が多いほど、強いＸ線となる。また、個々の光子は、異なるエネルギーを有するが、フォトンカウンティングＣＴでは、光子のエネルギー計測を行なうことで、Ｘ線のエネルギー成分の情報を得ることができる。すなわち、フォトンカウンティングＣＴでは、１種類の管電圧でＸ線を照射することで収集されたデータを複数のエネルギー成分に分けて画像化することができる。例えば、フォトンカウンティングＣＴでは、Ｋ吸収端の違いを利用した物質の同定が可能となる画像データを得ることができる。
【００３３】
ところで、上述のような構成を有する光子計数型の検出器１３を用いて光子をエネルギー別に正確に計数するためには、検出器１３において測定される光子のエネルギー値のキャリブレーション処理が必要である。図４及び図５は、従来技術に係るキャリブレーション処理を説明するための図である。
【００３４】
図４では、既知の特定のエネルギーを有する単色のＸ線を照射可能なＸ線管を用いた従来技術に係るキャリブレーション方法を説明する。図４上図は、Ｘ線管のＸ線スペクトルを示し、図４下図は、Ｘ線検出素子が検出したＸ線のスペクトルを示す。ここで、例えば、図４上図に示すようにＸ線ＣＴ装置に備えられるＸ線管１２が、既知の特定のエネルギーを有する単色のＸ線を照射可能であれば、図４下図に示すようにＸ線検出素子に入射するＸ線光子の検出信号のピークを検出することによって、光子の検出信号とエネルギー値との対応関係を求めることが可能である。
【００３５】
しかしながら、Ｘ線ＣＴ装置に備えられるＸ線管１２は、通常エネルギー分布を有する連続Ｘ線を発生する。このため、既知の特定のエネルギーを有する単色のＸ線を照射可能なＸ線管を用いたキャリブレーション方法を適用できない。図５では、エネルギー分布を有する連続Ｘ線を照射するＸ線管を用いた従来技術に係るキャリブレーション方法を説明する。図５上図は、Ｘ線管のＸ線スペクトルを示し、図５下図は、Ｘ線検出素子ＡからＸ線検出素子Ｃそれぞれが検出したＸ線のスペクトルを左から順に示す。図５上図に示すように、Ｘ線管１２は、エネルギー分布を有する連続Ｘ線を照射する。そして、図５下図に示すように各Ｘ線検出素子に入射するＸ線光子の検出信号のスペクトルは、広いエネルギー分布を有することになる。このように、連続Ｘ線を光子計数型のＸ線検出器に照射しても、検出器１３のエネルギー分解能が不十分であれば、十分な精度で光子の検出信号のピークを検出することが困難となる。
【００３６】
なお、核医学イメージング装置において、エネルギー値が既知である標準線源を各検出素子の上に配置するキャリブレーション方法が知られているが、この方法をＸ線ＣＴ装置の面検出器のキャリブレーションに適用する場合、長時間の作業になる。このようなことから、各Ｘ線検出素子のＸ線エネルギー感度のばらつきを補正するキャリブレーションを正確かつ簡便に実施することができないという課題があった。
【００３７】
そこで、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、キャリブレーションを正確かつ簡便に実施するため、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、光子計数型の検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。例えば、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出素子ごとに算出された補正値に基づいて、光子計数型の検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。そして、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、補正された検出信号に基づいてＣＴ画像を再構成する。このようなＸ線ＣＴ装置の機能は、収集部１４及び算出部３３ａにより実現される。以下では、図６から図９を用いて、第１の実施形態に係る収集部１４及び算出部３３ａについて詳細に説明する。図６から図８は、第１の実施形態に係る算出部３３ａの処理動作を説明するための図であり、図９は、第１の実施形態に係る収集部１４の構成例を示す図である。
【００３８】
まず、算出部３３ａによる補正値の算出処理について説明する。算出部３３ａは、基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心と、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心とを一致させる補正値をＸ線検出素子ごとに算出する。なお、第１の実施形態では、基準となるＸ線スペクトルとして、キャリブレーションされたスペクトルメータの値を利用するものとする。
【００３９】
ここではまず、Ｘ線スペクトルの重心を算出する処理について説明する。図６に示すＸ線スペクトルにおいて、横軸はエネルギー位置（Ｘ）（単位：ｋｅＶ）を示し、縦軸はエネルギー位置におけるスペクトル強度（Ｓ（Ｘ））を示す。ここで言う「Ｘ線スペクトルの重心」とは、Ｘ線スペクトルの面積を等分割する位置を示す。言い換えると、Ｘ線スペクトルの重心は、重心より高いエネルギー帯でのＸ線スペクトルの面積と、重心より低いエネルギー帯でのＸ線スペクトルの面積とが等しくなるエネルギー位置である。例えば、スペクトル強度（Ｓ（Ｘ））をＸ線光子のカウント数とした場合、Ｘ線スペクトルの重心は、重心より高いエネルギー帯でのＸ線光子のカウント数と、重心より低いエネルギー帯でのＸ線光子のカウント数とが同量となるエネルギー位置である。そして、算出部３３ａは、エネルギー位置をＸ、エネルギー位置Ｘのスペクトル強度をＳ（Ｘ）とした場合、Ｘ線スペクトルの重心（Ｃ）を以下の式「Ｃ＝∫Ｘ＊Ｓ（Ｘ）ｄｘ／∫Ｓ（Ｘ）ｄｘ」で算出する。例えば、図６に示す例では、算出部３３ａは、Ｘ線スペクトルの重心を４０ｋｅＶであるエネルギー位置と算出する。
【００４０】
図７では、基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心と、検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心とを一致させる処理について説明する。図７左図はキャリブレーションされたスペクトルメータにより検出されたＸ線スペクトルを示し、図７右図はＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルを示す。
【００４１】
算出部３３ａは、スペクトルメータを用いて検出された検出信号から基準となるＸ線スペクトルを求め、基準となるＸ線スペクトルから基準重心を求めて、補正値をＸ線検出素子ごとに算出する。例えば、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線管１２のスペクトルをキャリブレーションされたスペクトルメータで測定することで基準となるＸ線スペクトルを求め、この基準となるＸ線スペクトルの重心を求めることで基準重心が求められる。かかる場合、検出器１３上にキャリブレーションされたスペクトルメータが配置される。そして、キャリブレーションされたスペクトルメータは、所定の照射条件でＸ線管１２により照射されたＸ線スペクトルを測定する。算出部３３ａは、例えば入力装置３１を介して測定結果を取得し、基準重心を算出する。図７左図に示す例では、算出部３３ａは、４６ｋｅＶを基準重心として算出する。
【００４２】
続いて、検出器１３は、キャリブレーションされたスペクトルメータによるＸ線スペクトルの測定と同じ所定の照射条件でＸ線管１２から照射されたＸ線を検出する。ここで、検出器１３の各Ｘ線検出素子が出力した検出信号から得られるＸ線スペクトルの横軸は、検出信号である電気信号（パルス）の波高値によって表される。また、検出器１３の各Ｘ線検出素子が出力した検出信号から得られるＸ線スペクトルの縦軸は、検出信号である電気信号（パルス）の計数値（Count）である。言い換えると電気信号（パルス）の計数値は、波高値ごとの強度を示す。そして、波高値ごとの強度をプロットすることによって、図７右図に示すように、各Ｘ線検出素子が出力した検出信号から得られるＸ線スペクトルが得られる。
【００４３】
そして、算出部３３ａは、図７右図に示すＸ線スペクトルの重心を求める。例えば、図７右図に示す例では、算出部３３ａは、波高値Ａ１をＸ線スペクトルの重心として算出する。なお、図７右図に示すように、検出器１３を構成するＸ線検出素子のエネルギー分解能が低い場合、キャリブレーションされたスペクトルメータによって測定されたＸ線スペクトルよりも鈍ったデータとなる。なお、波高値ごとの強度を示す値として、検出信号である電気信号（パルス）の計数率（ＣＰＳ：Count  Per  Second）を用いてもよい。
【００４４】
また、算出部３３ａは、キャリブレーションされたスペクトルメータによって測定されたＸ線スペクトルの重心と、検出器１３から求めたＸ線スペクトルの重心とが対応することを利用して、重心位置での検出器１３の波高値でのエネルギー値を求める。図７に示す例では、算出部３３ａは、波高値Ａ１を４６ｋｅＶに対応付ける。
【００４５】
算出部３３ａは、各Ｘ線検出素子で同様の処理を行い、各素子で同じエネルギーに対する感度補正値を求める。図８上図は、Ｘ線検出素子ＡからＸ線検出素子Ｃそれぞれが検出したＸ線のスペクトルを左から順に示す。ここで、Ｘ線検出素子Ａにより検出されたＸ線スペクトルの重心は波高値Ａ１であり、Ｘ線検出素子Ｂにより検出されたＸ線スペクトルの重心は波高値Ａ２であり、Ｘ線検出素子Ｃにより検出されたＸ線スペクトルの重心は波高値Ａ３である。
【００４６】
図８上図に示すように、各Ｘ線検出素子の出力波形にはばらつきがある。算出部３３ａは、図８下図に示すように、Ｘ線スペクトルの重心を一致させることで出力値の補正値を求めることが出来る。例えば、算出部３３ａは、Ｘ線検出素子Ｂを基準とした場合、Ｘ線検出素子Ａの波高値に対する補正値を「Ａ１−Ａ２」或いは「Ａ１／Ａ２」と算出する。また、算出部３３ａは、Ｘ線検出素子Ｂを基準とした場合、Ｘ線検出素子Ｃの波高値に対する補正値を「Ａ３−Ａ２」或いは「Ａ３／Ａ２」と算出する。
【００４７】
次に、収集部１４について説明する。図９は、第１の実施形態に係る収集部１４の構成例を示す図である。図９に示すように、収集部１４は、複数の収集ユニット１４０を有する。この収集ユニット１４０は、各Ｘ線検出素子に対応している。したがって、Ｘ線検出素子の数だけ収集ユニット１４０が設けられる。また、各収集ユニット１４０は、チャージアンプ１４１、補正値記憶部１４２、波形成形回路１４３、波形弁別回路１４４及びカウンタ１４５を有する。
【００４８】
補正値記憶部１４２は、各Ｘ線検出素子の検出信号をキャリブレーションするための補正値を記憶する。この補正値は、スキャン制御部３３が有する算出部３３ａによって算出される。
【００４９】
チャージアンプ１４１は、Ｘ線検出素子に入射した光子に応答して集電される電荷を積分・増幅して電気量のパルス信号として出力する。このパルス信号は、光子のエネルギー量に対応する波高及び面積を有する。
【００５０】
また、チャージアンプ１４１の出力側には、波形成形回路１４３及びスキャン制御部３３が接続される。そして、チャージアンプ１４１は、スキャン制御部３３の指示に従って、スキャン制御部３３及び波形成形回路１４３のいずれか一方にパルス信号の出力を切り替える。例えば、チャージアンプ１４１は、キャリブレーションのための補正値を算出する処理を実施する場合には、パルス信号をスキャン制御部３３の算出部３３ａに出力する。これにより、算出部３３ａは、補正値を算出する（図７、図８を参照）。一方、チャージアンプ１４１は、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成する場合には、パルス信号を波形成形回路１４３に出力する。
【００５１】
波形成形回路１４３は、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、光子計数型の検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。例えば、波形成形回路１４３は、Ｘ線検出素子ごとに算出された補正値に基づいて、光子計数型の検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。より具体的には、波形成形回路１４３は、チャージアンプ１４１から出力されるパルス信号の周波数特性を調整し、かつゲイン及びオフセットを与えることによってパルス信号の波形を整形する。波形成形回路１４３の出力側には、波形弁別回路１４４が接続される。なお、波形成形回路１４３のことを「補正部」とも言う。
【００５２】
波形弁別回路１４４は、入射した光子への応答パルス信号の波高或いは面積を、弁別すべき複数のエネルギー帯域に対応して予め設定された閾値と比較し、閾値との比較結果を後段のカウンタ１４５に出力する回路である。
【００５３】
カウンタ１４５は、対応するエネルギー帯域毎に応答パルス信号の波形の弁別結果をカウントし、光子の計数結果をデジタルデータとしてコンソール装置３０の前処理部３４に出力する。
【００５４】
具体的には、カウンタ１４５は、Ｘ線検出素子が出力した各パルスを弁別して計数したＸ線光子の入射位置（検出位置）と、当該Ｘ線光子のエネルギー値とを計数結果として、Ｘ線管１２の位相（管球位相）ごとに収集する。カウンタ１４５は、例えば、計数に用いたパルスを出力したＸ線検出素子の位置を、入射位置とする。
【００５５】
例えば、カウンタ１４５が収集する計数結果は、『管球位相「α１」では、入射位置「Ｐ１１」のＸ線検出素子において、エネルギー弁別域「Ｅ１＜Ｅ≦Ｅ２」の光子の計数値が「Ｎ１」であり、エネルギー弁別域「Ｅ２＜Ｅ≦Ｅ３」の光子の計数値が「Ｎ２」である』といった情報となる。或いは、カウンタ１４５が収集する計数結果は、『管球位相「α１」では、入射位置「Ｐ１１」のＸ線検出素子において、エネルギー弁別域「Ｅ１＜Ｅ≦Ｅ２」の光子の単位時間当たりの計数値が「ｎ１」であり、エネルギー弁別域「Ｅ２＜Ｅ≦Ｅ３」の光子の単位時間当たりの計数値が「ｎ２」である』といった情報となる。
【００５６】
このように、検出器１３の１つの画素に対応するＸ線検出素子からは、複数のエネルギー帯域に対応する計数結果がＸ線検出データとして前処理部３４に出力されることとなる。
【００５７】
図１０は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置による補正値を算出する処理の手順を示すフローチャートである。この補正値を算出する処理は、例えば、工場出荷時や定期的な保守点検時等に実施される。ここで、検出器１３上には、キャリブレーションされたスペクトルメータが配置されている。図１０に示すように、スキャン制御部３３は、Ｘ線管１２を制御してＸ線を曝射させる（ステップＳ１０１）。そして、算出部３３ａは、基準となるＸ線スペクトルを算出する（ステップＳ１０２）。例えば、算出部３３ａは、キャリブレーションされたスペクトルメータを用いて検出された検出信号から基準となるＸ線スペクトルを算出する。
【００５８】
続いて、算出部３３ａは、基準重心を算出する（ステップＳ１０３）。例えば、算出部３３ａは、キャリブレーションされたスペクトルメータによる測定結果を取得し、基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心を算出する。
【００５９】
キャリブレーションされたスペクトルメータが検出器１３上から除かれた後、スキャン制御部３３は、Ｘ線管１２を制御してＸ線を曝射させる（ステップＳ１０４）。これにより検出器１３の各Ｘ線検出素子により光子が検出される（ステップＳ１０５）。
【００６０】
続いて、算出部３３ａは、検出器１３からの出力からＸ線スペクトルの重心を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、算出部３３ａは、チャージアンプ１４１から出力されたパルス信号を用いて、Ｘ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルの重心を算出する。そして、算出部３３ａは、Ｘ線検出素子ごとに補正値を算出する（ステップＳ１０７）。算出部３３ａは、Ｘ線検出素子ごとに算出した補正値をＸ線検出素子に対応する収集ユニット１４０の補正値記憶部１４２に格納させる。
【００６１】
図１１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によるＸ線ＣＴ画像を再構成する処理の手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、スキャン制御部３３は、Ｘ線管１２を制御してＸ線を曝射させる（ステップＳ２０１）。これにより検出器１３の各Ｘ線検出素子により光子が検出される（ステップＳ２０２）。そして、収集部１４の波形成形回路１４３は、補正値に基づいて、光子計数型の検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する（ステップＳ２０３）。
【００６２】
画像再構成部３６は、補正された検出信号に基づいて、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成する（ステップＳ２０４）。そして、システム制御部３８は、再構成されたＸ線ＣＴ画像を表示装置３２に表示させる（ステップＳ２０５）。
【００６３】
上述したように、第１の実施形態によれば、Ｘ線スペクトルの重心を用いてキャリブレーションすることで計算量が少なくかつ統計的な誤差が少ない。すなわち、第１の実施形態に係るキャリブレーション方法は、簡便さと正確さを併せ持ったキャリブレーション方法である。
【００６４】
このため、検出器１３の面積が広くＸ線検出素子の数が多い場合でも、容易にキャリブレーションを実現できるので、従来技術に係るキャリブレーション方法と比較して、キャリブレーション作業の工数を大幅に低減することが可能となる。
【００６５】
また、基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心と、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心とを一致させる補正値に基づいて、検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。これにより、直接変換型の検出素子よりも分解能が低いＳｉＰＭとシンチレータとで形成されたＸ線検出素子でも容易にキャリブレーションを実現できる。
【００６６】
また、第１の実施形態によれば、既存のＸ線ＣＴ装置の標準的な構成において、キャリブレーションされたスペクトルメータを用いることでキャリブレーション可能である。このため、定期的なキャリブレーションを容易に実施できるので、常に安定した精度の良いＸ線ＣＴ画像データを生成することができる。
【００６７】
なお、補正値を算出する処理は、工場出荷時や定期的な保守点検時等に実施されるものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する度に補正値を算出する処理を実施してもよい。かかる場合、Ｘ線ＣＴ装置は、図１０に示す補正値を算出する処理を実施した後に、図１１に示すＸ線ＣＴ画像を再構成する処理を実施する。
【００６８】
また、算出部３３ａは、検出器１３のＸ線検出素子によるＸ線信号の検出を複数回実施して、Ｘ線スペクトルの重心の測定誤差を最小化するようにしてもよい。これにより、算出部３３ａは、Ｘ線検出素子ごとに算出する補正値の精度をより高めることができる。
【００６９】
（第１の実施形態の変形例）
上述した第１の実施形態では、所定の照射条件でＸ線管１２により照射されたＸ線スペクトルをキャリブレーションされたスペクトルメータで測定することで、検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心をキャリブレーションする場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、各Ｘ線検出素子は、Ｘ線管１２に供給される管電圧に応じて発生する最大エネルギーによって感度にばらつきがある。このため、より正確な測定を行なうには、撮影時に使用する管電圧ごとにキャリブレーションを行なうことが好ましい。
【００７０】
このようなことから第１の実施形態の変形例では、Ｘ線管１２の管電圧に応じたキャリブレーションを実施し、Ｘ線検出素子それぞれについてＸ線管１２の各管電圧に応じたキャリブレーションデータを算出する場合について説明する。図１２は、第１の実施形態の変形例に係るＸ線ＣＴ装置の処理動作を説明するための図である。
【００７１】
図１２では、Ｘ線管１２の管電圧が６０ｋＶ、８０ｋＶ及び１００ｋＶである場合を示す。図１２の上段左図は管電圧が６０ｋＶである場合に、キャリブレーションされたスペクトルメータで測定されたＸ線のスペクトルを示し、図１２の上段右図は管電圧が６０ｋＶである場合に、検出器１３のＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルを示す。また、図１２の上段左図に示すように、管電圧が６０ｋＶである場合、キャリブレーションされたスペクトルメータで測定されるＸ線のスペクトルの最大エネルギーは、６０ｋｅＶとなる。かかる場合、算出部３３ａは、基準重心を３２ｋｅＶであるエネルギー位置と算出する。そして、算出部３３ａは、検出器１３のＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルの重心の波高値を基準重心に対応付ける。
【００７２】
図１２の中段左図は管電圧が８０ｋＶである場合に、キャリブレーションされたスペクトルメータで測定されたＸ線のスペクトルを示し、図１２の中段右図は管電圧が８０ｋＶである場合に、検出器１３のＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルを示す。また、図１２の中段左図に示すように、管電圧が８０ｋＶである場合、キャリブレーションされたスペクトルメータで測定されるＸ線のスペクトルの最大エネルギーは、８０ｋｅＶとなる。かかる場合、算出部３３ａは、基準重心を４０ｋｅＶであるエネルギー位置と算出する。そして、算出部３３ａは、検出器１３のＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルの重心の波高値を基準重心に対応付ける。
【００７３】
また、図１２の下段左図は管電圧が１００ｋＶである場合に、キャリブレーションされたスペクトルメータで測定されたＸ線のスペクトルを示し、図１２の下段右図は管電圧が１００ｋＶである場合に、検出器１３のＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルを示す。また、図１２の下段左図に示すように、管電圧が１００ｋＶである場合、キャリブレーションされたスペクトルメータで測定されるＸ線のスペクトルの最大エネルギーは、１００ｋｅＶとなる。かかる場合、算出部３３ａは、基準重心を４３ｋｅＶであるエネルギー位置と算出する。そして、算出部３３ａは、検出器１３のＸ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルの重心の波高値を基準重心に対応付ける。
【００７４】
なお、算出部３３ａは、各管電圧において検出器１３のＸ線検出素子によるＸ線信号の検出を複数回実施して、Ｘ線スペクトルの重心の測定誤差を最小化するようにしてもよい。これにより、算出部３３ａは、Ｘ線検出素子ごとに算出する補正値の精度をより高めることができる。
【００７５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、キャリブレーションされたスペクトルメータを用いて基準となるＸ線スペクトルを測定するものとして説明した。ところで、キャリブレーションされたスペクトルメータ等の個別の計測器を使うのではなく、検出器１３が有するＸ線検出素子よりエネルギー分解能が高いリファレンス検出素子を用いて基準となるＸ線スペクトルを検出し、各Ｘ線検出素子をキャリブレーションしてもよいものである。このようなことから、第２の実施形態では、検出器１３内にエネルギー分解能の高いリファレンス検出素子を組み合わせて利用する場合について説明する。
【００７６】
第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成は、検出器１３が有するＸ線検出素子の構成と収集部１４の構成が異なる点、及びスキャン制御部３３の構成が異なる点を除いて、図１に示すＸ線ＣＴ装置の構成と同様である。このため、以下では、第２の実施形態に係る検出器１３の構成、第２の実施形態に係る収集部１４の構成、及び第２の実施形態に係るスキャン制御部３３の構成についてのみ説明する。なお、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置では、検出器１３だけを回転フレーム１５上で移動可能であるものとする。
【００７７】
図１３は、第２の実施形態に係る検出器１３の一例を説明するための図である。図１３では、検出器１３をＹ軸側から見た場合を示す。検出器１３には、Ｘ線検出素子が、面上に２次元配置されている。例えば、チャンネル方向（図１３中のＸ軸方向）に配列されたＸ線検出素子列が被検体Ｐの体軸方向（図１３に示すＺ軸方向）に沿って複数列配列されている。なお、図１３の例では、体軸方向に沿って複数配列されているＸ線検出素子を１つのＸ線検出素子群として示している。
【００７８】
図１３に示すように、第２の実施形態に係る検出器１３は、１つのＸ線検出素子群１３ａと、複数のＸ線検出素子群１３ｂとを有する。図１３に示す例では、Ｘ線検出素子群１３ａは、検出器１３においてチャンネル方向の一方の端部に配置される。このＸ線検出素子群１３ｂの各Ｘ線検出素子は、シンチレータと光センサとにより構成される間接変換型の検出器である。ここで、光センサは、例えばＳｉＰＭである。また、Ｘ線検出素子群１３ａの各Ｘ線検出素子は、Ｘ線検出素子群１３ｂの各Ｘ線検出素子よりエネルギー分解能が高いリファレンス検出素子である。Ｘ線検出素子群１３ａの各Ｘ線検出素子は、例えば、テルル化カドミウム(ＣｄＴｅ：cadmium  telluride)半導体やテルル化カドミウム亜鉛(ＣｄＺｎＴｅ：cadmium  zinc  telluride)半導体等によって構成することが可能な直接変換型の検出器である。
【００７９】
図１４は、第２の実施形態に係る収集部１４の構成例を示す図である。図１４に示すように、収集部１４は、収集ユニット１４０と収集ユニット１５０とを有する。
【００８０】
この収集ユニット１４０は、Ｘ線検出素子群１３ｂの各Ｘ線検出素子に対応している。したがって、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子の数だけ収集ユニット１４０が設けられる。また、各収集ユニット１４０は、チャージアンプ１４１、補正値記憶部１４２、波形成形回路１４３、波形弁別回路１４４及びカウンタ１４５を有する。なお、第２の実施形態に係る収集ユニット１４０が有する各部の機能は、第１の実施形態に係る収集ユニット１４０が有する各部の機能と同様である。
【００８１】
また、収集ユニット１５０は、Ｘ線検出素子群１３ａの各Ｘ線検出素子に対応している。したがって、Ｘ線検出素子群１３ａのＸ線検出素子の数だけ収集ユニット１５０が設けられる。また、各収集ユニット１５０は、チャージアンプ１５１、波形成形回路１５３、波形弁別回路１５４及びカウンタ１５５を有する。
【００８２】
チャージアンプ１５１は、Ｘ線検出素子群１３ａの各Ｘ線検出素子に入射した光子に応答して集電される電荷を積分・増幅して電気量のパルス信号として出力する。チャージアンプ１５１の出力側には、波形成形回路１５３及びスキャン制御部３３が接続される。チャージアンプ１５１は、補正値を算出する処理を実施する場合には、パルス信号をスキャン制御部３３の算出部３３ａに出力する。これにより、算出部３３ａは、補正値を算出する。一方、チャージアンプ１５１は、チャンネル方向の一方の端部に配置されたリファレンス検出素子に対応する画素をＸ線ＣＴ画像の再構成に用いる場合には、パルス信号を波形成形回路１５３に出力する。
【００８３】
波形成形回路１５３は、チャージアンプ１５１から出力されるパルス信号の周波数特性を調整し、かつゲイン及びオフセットを与えることによってパルス信号の波形を整形する。
【００８４】
波形弁別回路１５４は、入射した光子への応答パルス信号の波高或いは面積を、弁別すべき複数のエネルギー帯域に対応して予め設定された閾値と比較し、閾値との比較結果を後段のカウンタ１５５に出力する回路である。
【００８５】
カウンタ１５５は、対応するエネルギー帯域毎に応答パルス信号の波形の弁別結果をカウントし、光子の計数結果をデジタルデータとしてコンソール装置３０の前処理部３４に出力する。
【００８６】
図１５は、第２の実施形態に係るスキャン制御部３３の構成例を示す図である。図１５に示すように、第２の実施形態に係るスキャン制御部３３は、算出部３３ａと、移動制御部３３ｂとを有する。
【００８７】
移動制御部３３ｂは、検出器１３のチャンネル方向の移動をＸ線管１２とは独立して制御する。言い換えると、移動制御部３３ｂは、検出器１３だけを回転フレーム１５上でチャンネル方向に移動させる。図１６は、第２の実施形態に係る移動制御部３３ｂの処理動作を説明するための図である。図１６左図では、Ｘ線管１２に対して対向する位置にリファレンス検出素子が位置付けられている場合を示す。この状態でＸ線管１２によりＸ線を照射し、リファレンス検出素子がＸ線スペクトルを検出する。すなわち、移動制御部３３ｂは、基準重心を求める際に、リファレンス検出素子をＸ線管１２に対して対向する位置に位置付ける。
【００８８】
続いて、移動制御部３３ｂは、検出器１３をチャンネル方向に移動させる。これにより、リファレンス検出素子の１つ隣に配置されたＸ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子が、図１６中図に示すように、Ｘ線管１２に対して対向する位置に位置付けられる。この状態でＸ線管１２によりＸ線を照射し、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子がＸ線スペクトルを検出する。すなわち、移動制御部３３ｂは、補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際に、当該補正対象のＸ線検出素子をＸ線管１２に対して対向する位置に位置付ける。
【００８９】
同様に、移動制御部３３ｂは、検出器１３をチャンネル方向に移動させる。これにより、リファレンス検出素子の２つ隣に配置されたＸ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子が、図１６右図に示すように、Ｘ線管１２に対して対向する位置に位置付けられる。この状態でＸ線管１２によりＸ線を照射し、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子がＸ線スペクトルを検出する。すなわち、移動制御部３３ｂは、図１６中図に示す場合と同様に、補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際に、当該補正対象のＸ線検出素子をＸ線管１２に対して対向する位置に位置付ける。このように移動制御部３３ｂは、Ｘ線管１２の位置を移動させずに、検出器１３の位置をチャンネル方向に移動させる。そして、移動制御部３３ｂは、基準重心を求める際のリファレンス検出素子のチャンネル方向における位置と、補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際の当該Ｘ線検出素子のチャンネル方向における位置とが一致するように制御する。
【００９０】
第２の実施形態に係る算出部３３ａは、リファレンス検出素子を用いて検出された検出信号から基準となるＸ線スペクトルを求め、基準となるＸ線スペクトルの特性Ｘ線に基づいて基準重心を求めて、補正値をＸ線検出素子ごとに算出する。図１７は、第２の実施形態に係る算出部３３ａの処理動作を説明するための図である。
【００９１】
図１７左図では、リファレンス検出素子により測定されたＸ線スペクトルを示し、図１７右図では、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子が検出したＸ線スペクトルを示す。なお、リファレンス検出素子により測定されたＸ線スペクトルは、波高値とＣｏｕｎｔとにより示される。言い換えると、リファレンス検出素子で測定されたＸ線スペクトルはエネルギー値として測定されるものではない。このため、第２の実施形態に係る算出部３３ａは、リファレンス検出素子により測定されたＸ線スペクトルの波高値をエネルギー値に対応付ける。
【００９２】
ここでは、Ｘ線管１２の特性Ｘ線のエネルギー値が既知であるものとする。例えば、算出部３３ａは、リファレンス検出素子で測定された基準となるＸ線スペクトルの特性Ｘ線を特定し、特定した特性Ｘ線の波高値とエネルギー値とを対応付ける。ここでは、Ｘ線スペクトルの特性Ｘ線が６０ｋｅＶである場合を示す。また、算出部３３ａは、基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心を求める。そして、算出部３３ａは、特定した特性Ｘ線のエネルギー値に基づいて、基準重心の波高値と対応するエネルギー値を算出する。図１７左図に示す例では、算出部３３ａは、４６ｋｅＶを基準重心として算出する。
【００９３】
続いて、算出部３３ａは、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子により検出したＸ線スペクトルの重心を算出する。図１７右図に示す例では、算出部３３ａは、波高値Ａ１をＸ線スペクトルの重心として算出する。そして、算出部３３ａは、波高値Ａ１を４６ｋｅＶに対応付ける。
【００９４】
第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によるＸ線ＣＴ画像を再構成する処理の手順は、ステップＳ１０２の補正値を算出する処理の詳細が異なる点を除いて、図１０に示す処理手順と同様である。このため、以下では図１８を用いて、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置による補正値を算出する処理の手順についてのみ説明する。
【００９５】
図１８は、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置による補正値を算出する処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、図１０に示すステップＳ１０２の処理に対応する。なお、図１８の例では、補正値を算出する処理の開始時点において、エネルギー分解能の高いＸ線検出素子がＸ線管１２に対して対向する位置に位置付けられている場合を説明する。
【００９６】
図１８に示すように、スキャン制御部３３は、Ｘ線管１２を制御してＸ線を曝射させる（ステップＳ３０１）。そして、算出部３３ａは、基準となるＸ線スペクトルを算出する（ステップＳ３０２）。例えば、算出部３３ａは、エネルギー分解能の高いＸ線検出素子を用いて検出された検出信号から基準となるＸ線スペクトルを算出する。
【００９７】
続いて、算出部３３ａは、基準となるＸ線スペクトルの特性Ｘ線を特定する（ステップＳ３０３）。例えば、算出部３３ａは、エネルギー分解能の高いＸ線検出素子による測定結果を取得し、特性Ｘ線の波高値と既知である特性Ｘ線のエネルギー値とを対応付ける。また、算出部３３ａは、基準重心を算出する（ステップＳ３０４）。例えば、算出部３３ａは、エネルギー分解能の高いＸ線検出素子による測定結果を取得し、基準重心を算出する。そして、算出部３３ａは、特定した特性Ｘ線のエネルギー値に基づいて、基準重心のエネルギー値を算出する（ステップＳ３０５）。
【００９８】
続いて、移動制御部３３ｂは、検出器１３を１検出素子群だけ移動させる（ステップＳ３０６）。そして、スキャン制御部３３は、Ｘ線管１２を制御してＸ線を曝射させる（ステップＳ３０７）。これにより検出器１３のＸ線検出素子のうちＸ線管１２に対して対向する位置に位置付けられているＸ線検出素子により光子が検出される（ステップＳ３０８）。
【００９９】
続いて、算出部３３ａは、検出器１３のＸ線検出素子のうち照射位置に位置付けられているＸ線検出素子からの出力からＸ線スペクトルの重心を算出する（ステップＳ３０９）。例えば、算出部３３ａは、照射位置に位置付けられているＸ線検出素子に対応するチャージアンプ１４１から出力されたパルス信号を用いて、Ｘ線検出素子により検出されたＸ線スペクトルの重心を算出する。そして、算出部３３ａは、照射位置に位置付けられているＸ線検出素子の補正値を算出する（ステップＳ３１０）。算出部３３ａは、照射位置に位置付けられているＸ線検出素子について算出した補正値を、このＸ線検出素子に対応する収集ユニット１４０の補正値記憶部１４２に格納させる。
【０１００】
続いて、スキャン制御部３３は、補正値を未算出であるＸ線検出素子が存在するか否かを判定する（ステップＳ３１１）。ここで、スキャン制御部３３は、補正値を未算出であるＸ線検出素子が存在すると判定した場合（ステップＳ３１１、Ｙｅｓ）、ステップＳ３０６に移行する。これにより、移動制御部３３ｂは、検出器１３を１検出素子群だけ移動させ、照射位置に位置付けられているＸ線検出素子の補正値を算出する。一方、スキャン制御部３３は、補正値を未算出であるＸ線検出素子が存在すると判定しなかった場合（ステップＳ３１１、Ｎｏ）、補正値を算出する処理を終了する。
【０１０１】
上述したように、第２の実施形態によれば、基準となるＸ線スペクトルの重心である基準重心と、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心とを一致させる補正値に基づいて、検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。また、Ｘ線スペクトルの重心を用いてキャリブレーションすることで計算量が少なくかつ統計的な誤差が少ない。すなわち、第２の実施形態に係るキャリブレーション方法は、簡便さと正確さを併せ持ったキャリブレーション方法である。
【０１０２】
ここで、ＣｄＴｅのようなエネルギー分解能が高いＸ線検出素子はあるが、高価であるとともに量産化が困難である。このため、ＣｄＴｅは、大規模な面検出器に使用するまでは普及していない。一方で、実際のＸ線ＣＴ画像の再構成には、ＣｄＴｅほどのエネルギー分解能を必要としない場合もある。しかしながら、ＣｄＴｅよりもエネルギー分解能の劣るＸ線検出素子でもきちんとキャリブレーションを実施する必要があった。第２の実施形態では、検出器１３内にエネルギー分解能の高いリファレンス検出素子を組み合わせ、エネルギー分解能の高いリファレンス検出素子により測定されたＸ線スペクトルの重心に基づいて、検出器１３により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正する。そして、第２の実施形態では、安価なＳｉＰＭとシンチレータとで形成されたＸ線検出素子により検出された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正して、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する。これにより、第２の実施形態によれば、コストの低減と精度の良い画像データを収集することとを両立することが可能となる。
【０１０３】
なお、第２の実施形態では、検出器１３内にリファレンス検出素子を備える場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、リファレンス検出素子は、Ｘ線管１２により照射されたＸ線スペクトルを測定可能な位置であれば、検出器１３以外の場所に配置されてもよい。かかる場合、算出部３３ａは、リファレンス検出素子の検出信号を、リファレンス検出素子がＸ線管１２に対して対向する位置に位置付けられている場合としたときの検出信号にキャリブレーションして、Ｘ線スペクトルの重心を算出する。
【０１０４】
また、第２の実施形態では、リファレンス検出素子は、検出器１３においてチャンネル方向の一方の端部に配置されるものとして説明したが実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、リファレンス検出素子は、検出器１３においてチャンネル方向の中央部等任意の位置に配置されてもよい。なお、リファレンス検出素子を検出器１３においてチャンネル方向の一方の端部に配置した場合は、リファレンス検出素子からの検出信号をＸ線ＣＴ画像の再構成に使用しなくてもよい。
【０１０５】
図２２は、第２の実施形態に係る検出器の他の一例を説明するための図（１）であり、図２３は、第２の実施形態に係る検出器の他の一例を説明するための図（２）である。図２２に示す例では、Ｘ線検出素子群１３ａは、検出器１３においてチャンネル方向の両方の端部に配置される。また、図２２に示す例では、Ｘ線検出素子群１３ａは、検出器１３においてチャンネル方向の両方の端部と、検出器１３においてチャンネル方向の中央部とに配置される。
【０１０６】
（第２の実施形態の変形例）
また、上述した実施形態では、リファレンス検出素子をＸ線管１２に対して対向する位置に位置付けてキャリブレーションする場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線検出器１３において、Ｘ線管１２に対して対向する位置を中央部と定義し、この中央部周辺の位置を周辺部と定義すると、中央部で検出されるＸ線の線質と周辺部で検出されるＸ線の線質とが異なる。また、周辺部の各位置においても検出されるＸ線の線質はそれぞれ異なる。言い換えると、Ｘ線管１２と、各Ｘ線検出素子との相対的な位置関係に応じて、検出されるＸ線の線質が異なる。
【０１０７】
このようなことから、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子それぞれとＸ線管１２との相対的な位置を保持して、キャリブレーションすることが望ましい。そこで、第２の実施形態の変形例として、Ｘ線検出素子それぞれとＸ線管１２との相対的な位置を保持して、キャリブレーションする場合について説明する。なお、第２の実施形態の変形例に係るＸ線ＣＴ装置の構成は、移動制御部３３ｂの一部の機能が異なる点を除いて、第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成と同様である。図２４は、第２の実施形態の変形例に係る移動制御部３３ｂの処理動作を説明するための図である。
【０１０８】
図２４では、図１３に示す検出器１３と同様に、チャンネル方向の一方の端部として左端にリファレンス検出素子が配置される場合について説明する。また、図２４では、リファレンス検出素子ＤＲのチャンネル方向の右隣に配置されるＸ線検出素子ＤＴをキャリブレーションする場合について説明する。なお、図２４左図では、検出器１３の中央に配置されるＸ線検出素子ＤＣが、Ｘ線管１２と対向する位置に位置付けられている。また、図２４左図の状態を初期状態とする。
【０１０９】
移動制御部３３ｂは、検出器１３のチャンネル方向の移動をＸ線管１２とは独立して制御する。そして、移動制御部３３ｂは、基準重心を求める際のリファレンス検出素子のチャンネル方向における位置と、補正対象のＸ線検出素子が検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際の当該Ｘ線検出素子のチャンネル方向における位置とが一致するように制御する。
【０１１０】
例えば、移動制御部３３ｂは、検出器１３をチャンネル方向の右側に１Ｘ線検出素子に相当する距離だけ移動させる。ここで、移動制御部３３ｂは、第２の実施形態と同様に、Ｘ線管１２の位置を移動させずに、検出器１３の位置をチャンネル方向に移動させる。これにより、リファレンス検出素子ＤＲは、Ｘ線検出素子ＤＴが移動前に位置付けられた位置に移動する。この状態でＸ線管１２によりＸ線を照射し、リファレンス検出素子ＤＲがＸ線スペクトルを検出する。すなわち、移動制御部３３ｂは、基準重心を求める際に、光子計数型の検出器１３の中心がＸ線管１２と対向する状態において、補正対象のＸ線検出素子ＤＴとＸ線管１２との相対的な位置と一致する位置に、リファレンス検出素子ＤＲを位置付ける。
【０１１１】
続いて、移動制御部３３ｂは、検出器１３をチャンネル方向の左側に１Ｘ線検出素子に相当する距離だけ移動させる。かかる場合も移動制御部３３ｂは、第２の実施形態と同様に、Ｘ線管１２の位置を移動させずに、検出器１３の位置をチャンネル方向に移動させる。これにより、Ｘ線検出素子ＤＴが、初期状態と同じ位置に位置付けられる。この状態でＸ線管１２によりＸ線を照射し、Ｘ線検出素子ＤＴがＸ線スペクトルを検出する。すなわち、移動制御部３３ｂは、補正対象のＸ線検出素子ＤＴが検出する検出信号からＸ線スペクトルの重心を求める際に、光子計数型の検出器１３の中心がＸ線管１２と対向する位置に位置付ける。
【０１１２】
そして、第２の実施形態に係る算出部３３ａは、リファレンス検出素子ＤＲを用いて検出された検出信号から基準となるＸ線スペクトルを求め、基準となるＸ線スペクトルの特性Ｘ線に基づいて基準重心を求めて、Ｘ線検出素子ＤＴの補正値を算出する。これにより、第２の実施形態の変形例では、Ｘ線検出素子群１３ｂのＸ線検出素子それぞれとＸ線管１２との相対的な位置を保持して、キャリブレーションすることが可能になる。
【０１１３】
なお、上述した第２の実施形態の変形例では、初期状態においてキャリブレーション対象のＸ線検出素子ＤＴが配置される位置にリファレンス検出素子ＤＲを移動させてＸ線を照射し、その後、初期状態に戻した後にキャリブレーション対象のＸ線検出素子ＤＴにＸ線を照射するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、キャリブレーション対象のＸ線検出素子とＸ線管１２との相対的な位置を保持して、リファレンス検出素子ＤＲを移動させれば、検出器１３を任意の順序で移動させてもよい。例えば、初期状態でＸ線管１２によりＸ線を照射し、キャリブレーション対象の各Ｘ線検出素子がＸ線スペクトルをそれぞれ検出する。そして、初期状態においてキャリブレーション対象のＸ線検出素子が配置された位置までリファレンス検出素子ＤＲを移動させてからＸ線管１２によりＸ線を照射し、リファレンス検出素子ＤＲがＸ線スペクトルを検出する。移動制御部３３ｂは、初期状態においてキャリブレーション対象のＸ線検出素子が配置されたすべての位置で、リファレンス検出素子ＤＲがＸ線スペクトルを検出するまで処理を所定の順序で繰り返す。
【０１１４】
また、第２の実施形態の変形例では、図１３と同様の検出器１３を用いる場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図２２及び図２３に示したような検出器１３を用いてもよい。かかる場合、複数のリファレンス検出素子を用いてキャリブレーション可能であるので、検出器１３の移動回数やＸ線の照射回数を減らすことができる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
また、上述した実施形態においては、算出部３３ａは、キャリブレーションされたスペクトルメータやリファレンス検出素子によって検出されたＸ線スペクトルをそのまま用いて重心を算出するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、算出部３３ａは、ノイズ除去等の前処理を施した後のＸ線スペクトルについて重心を算出するようにしてもよい。図１９は、その他の実施形態に係るスキャン制御部の構成例を示す図である。
【０１１６】
図１９に示すように、第３の実施形態に係るスキャン制御部３３は、算出部３３ａと、スペクトル処理部３３ｃとを有する。スペクトル処理部３３ｃは、基準となるＸ線スペクトルを前処理する。図２０及び図２１は、第３の実施形態に係るスペクトル処理部３３ｃの処理動作を説明するための図である。なお、図２０及び図２１では、リファレンス検出素子によって検出されたＸ線スペクトルを前処理する場合について説明するが、キャリブレーションされたスペクトルメータによって検出されたＸ線スペクトルを前処理する場合も同様である。
【０１１７】
図２０では、オフセットを除去する処理について説明する。図２０左図では、リファレンス検出素子であるＸ線検出素子Ａによって検出された前処理を施す前の基準となるＸ線スペクトルを示す。スペクトル処理部３３ｃは、オフセットを除去することにより、図２０右図に示すＸ線スペクトルを生成する。なお、スペクトル処理部３３ｃは、Ｘ線スペクトルの帯域の上限値を以下のようにして決定する。例えば、スペクトル処理部３３ｃは、Ｘ線管１２の管電圧に基づいて、エネルギー値の上限を推定し、推定した上限値以上となるエネルギー値を有するＸ線スペクトルを除去する。また、スペクトル処理部３３ｃは、Ｘ線スペクトルの帯域の下限値を以下のようにして決定する。例えば、スペクトル処理部３３ｃは、図示しないボウタイフィルタによって除去されるエネルギー値以下のエネルギー値を有するＸ線スペクトルを除去する。
【０１１８】
続いて、図２１では、スムージング処理について説明する。図２１左図では、リファレンス検出素子であるＸ線検出素子Ａによって検出された前処理を施す前の基準となるＸ線スペクトルを示す。スペクトル処理部３３ｃは、図２１左図に示すＸ線スペクトルのノイズを除去することにより、図２１右図に示すように平均値の安定したＸ線スペクトルを生成する。
【０１１９】
そして、第３の実施形態に算出部３３ａは、前処理後の基準となるＸ線スペクトルの重心を算出し、補正値をＸ線検出素子ごとに算出する。このように、Ｘ線スペクトルに前処理を行うことで、統計的な誤差をより低減することが可能となる。
【０１２０】
なお、第３の実施形態では、基準となるＸ線スペクトルを前処理する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、スペクトル処理部３３ｃは、基準となるＸ線スペクトルと、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルとを前処理してもよい。かかる場合、算出部３３ａは、前処理後の基準となるＸ線スペクトルの重心と、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルの重心とを算出し、補正値をＸ線検出素子ごとに算出する。なお、スペクトル処理部３３ｃは、基準となるＸ線スペクトルを前処理せずに、光子計数型の検出器１３により検出されたＸ線スペクトルだけを前処理してもよい。
【０１２１】
（その他の実施形態）
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。
【０１２２】
上述した第１の実施形態及から第３の実施形態では、補正値を算出する処理を実施する場合には、チャージアンプ１４１が、パルス信号をスキャン制御部３３の算出部３３ａに出力するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、波形成形回路１４３がパルス信号をスキャン制御部３３の算出部３３ａに出力してもよい。かかる場合、波形成形回路１４３は、スキャン制御部３３の指示に従って、スキャン制御部３３及び波形弁別回路１４４のいずれか一方にパルス信号の出力を切り替える。
【０１２３】
また、第１の実施形態から第３の実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置が補正値を算出するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第１の実施形態から第３の実施形態で説明した画像処理方法は、算出部３３ａと同様の機能を有する算出部を備えた画像処理装置が、補正値を算出するようにしてもよい。かかる場合、画像処理装置の算出部は、キャリブレーションされたスペクトルメータやリファレンス検出素子によって検出された検出信号をＸ線ＣＴ装置から取得する。そして、画像処理装置の算出部は、キャリブレーションされたスペクトルメータやリファレンス検出素子によって検出された基準となるＸ線スペクトルの重心に、各Ｘ線検出素子によって検出されたＸ線スペクトルの重心を一致させる補正値を算出する。
【０１２４】
また、画像処理装置は、第３の実施形態に係るスペクトル処理部３３ｃと同様の機能を有するスペクトル処理部を更に有するようにしてもよい。かかる場合、画像処理装置の算出部は、前処理後の基準となるＸ線スペクトルの重心を算出し、補正値をＸ線検出素子ごとに算出する。
【０１２５】
また、第１の実施形態から第３の実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置がＸ線ＣＴ画像を再構成する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線ＣＴ画像の再構成は、Ｘ線ＣＴ装置によって収集された生データを取得できるのであれば、Ｘ線ＣＴ装置以外の装置で実行されてもよい。例えば、画像処理装置が、Ｘ線ＣＴ装置によって収集された検出信号をＸ線検出素子ごとに補正値に基づいて補正し、補正した検出信号を用いてＸ線ＣＴ画像を再構成する。
【０１２６】
また、第１の実施形態から第３の実施形態において説明した波形成形回路１４３及び画像再構成部３６の機能は、ソフトウェアによって実現することもできる。例えば、波形成形回路１４３及び画像再構成部３６の機能は、上記の実施形態において波形成形回路１４３及び画像再構成部３６が行うものとして説明した処理の手順を規定した画像処理プログラムをコンピュータに実行させることで、実現される。この画像処理プログラムは、例えば、ハードディスクや半導体メモリ素子等に記憶され、ＣＰＵやＭＰＵ等のプロセッサによって読み出されて実行される。また、この画像処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disc  −  Read  Only  Memory）やＭＯ（Magnetic  Optical  disk）、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記録されて、配布され得る。なお、画像処理プログラムは、第１の実施形態から第３の実施形態に係る算出部３３ａが行うものとして説明した処理の手順を更にコンピュータに実行させてもよい。同様に、第２の実施形態において説明した移動制御部３３ｂや第３の実施形態において説明したスペクトル処理部３３ｃの機能は、ソフトウェアによって実現することもできる。
【０１２７】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、キャリブレーションを正確かつ簡便に実施することができる。
【０１２８】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【０１２９】
１３  検出器
１４  収集部
１４３  波形成形回路
３６  画像再構成部
【図１】
2016067947.tif 000003
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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