(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体にＸ線を照射し、前記被写体を透過した前記Ｘ線を検知して前記被写体の断層画像を構成するＸ線ＣＴにおける散乱線強度分布の推定方法であって、
散乱線が前記被写体を透過するパス長と、
前記被写体のＸ線吸収係数と、
前記被写体のＸ線の散乱確率と、
に基づいて前記散乱線の強度を計算することを特徴とするＸ線ＣＴにおける散乱線強度分布の推定方法。
【請求項２】
前記散乱線の強度の計算において、前記パス長を計算することを特徴とする請求項１記載の散乱線強度分布の推定方法。
【請求項３】
前記被写体の断面構造が均一であるとして、前記散乱線のうち１回散乱した成分の強度を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の散乱線強度分布の推定方法。
【請求項４】
前記被写体を水に近似して前記散乱線の強度を計算することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の散乱線強度分布の推定方法。
【請求項５】
前記被写体の形状を、散乱線を含む投影データから再構成し、前記形状から前記被写体のパス長を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の散乱線強度分布の推定方法。
【請求項６】
前記散乱線は、複数のＸ線発生源のいずれかから発生されたＸ線が前記被写体に照射されて生じたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の散乱線強度分布の推定方法。
【請求項７】
Ｘ線を発生する第１のＸ線発生部と、
被写体を透過した前記Ｘ線を検知するＸ線検知部と、
前記Ｘ線検知部で検知された結果に基づいて前記被写体の断層画像を構成する画像再構成部と、
前記被写体内における前記Ｘ線の散乱線強度分布を推定する散乱線計算部と、
を備え、
前記散乱線計算部は、
散乱線が前記被写体を透過するパス長と、
前記被写体のＸ線吸収係数と、
前記被写体のＸ線の散乱確率と、
に基づいて前記散乱線の強度を計算することにより、前記散乱線強度分布を推定し、
前記画像再構成部は、前記散乱線計算部により推定された前記散乱線強度分布を用いて、前記Ｘ線検知部で検知された前記結果を補正することにより前記断層画像を再構成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記散乱線計算部は、前記被写体の断面構造が均一であるとして、前記散乱線のうち１回散乱した成分の強度を計算することを特徴とする請求項７記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記散乱線計算部は、前記パス長を計算することを特徴とする請求項７記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
Ｘ線を発生する第２のＸ線発生部をさらに備え、
前記散乱線は、前記第２のＸ線発生部から発生されたＸ線が前記被写体に照射されて生じたものであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴにおける散乱線強度分布の推定方法およびＸ線ＣＴ装置に関し、特に、被写体の形状から、Ｘ線ＣＴにおける散乱線強度分布を推定する推定方法およびＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管球から放射され、被写体を直進したＸ線（以下、主線という）の強度を検出し、被写体の断面像を生成する。このとき、主線とともに被写体で散乱したＸ線（以下、散乱線という）を検出すると、断面像に偽像が発生するなど画質劣化の原因となる。従来は、検出器の脇にコリメータを設置して、検出器に対し斜め方向から入射する散乱線を遮蔽していたが、検出器正面から入射する散乱線を分離することはできなかった。散乱線による画質劣化を抑制するため、モンテカルロ法により散乱線をシミュレーションし、検出器で検出された画像構成の元となる信号から、散乱線成分を除去する技術（例えば、特許文献１）や、散乱成分除去を含む補正データをシミュレーションにより作成し、高精度に画像を構成する技術（例えば、特許文献２）などが提案されている。
【０００３】
しかし、Ｘ線の飛跡をモンテカルロ法によりシミュレーションし、装置の構造と被写体の形状から散乱線の強度分布を推定することができるが、モンテカルロ法は全ての散乱飛跡を追跡するため、散乱Ｘ線のうち検出器に入って誤差を生む成分のみを追跡するという目的に対し、時間がかかりすぎるという問題があった。そのため、あらゆる形状の被写体に適用することは困難であった。
【特許文献１】特開平１１−２９９７６８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置の検出器で検出された信号から、散乱線成分の強度分布を推定する方法およびＸ線ＣＴ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、被写体にＸ線を照射し、前記被写体を透過した前記Ｘ線を検知して前記被写体の断層画像を構成するＸ線ＣＴにおける散乱線強度分布の推定方法であって、散乱線が前記被写体を透過するパス長と、前記被写体のＸ線吸収係数と、前記被写体のＸ線の散乱確率と、に基づいて前記散乱線の強度を計算することを特徴とするＸ線ＣＴにおける散乱線強度分布の推定方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の一態様によれば、Ｘ線を発生する第１のＸ線発生部と、被写体を透過した前記Ｘ線を検知するＸ線検知部と、前記Ｘ線検知部で検知された結果に基づいて前記被写体の断層画像を構成する画像再構成部と、前記被写体内における前記Ｘ線の散乱線強度分布を推定する散乱線計算部と、を備え、前記散乱線計算部は、散乱線が前記被写体を透過するパス長と、前記被写体のＸ線吸収係数と、前記被写体のＸ線の散乱確率と、に基づいて前記散乱線の強度を計算することにより、前記散乱線強度分布を推定し、前記画像再構成部は、前記散乱線計算部により推定された前記散乱線強度分布を用いて、前記Ｘ線検知部で検知された前記結果を補正することにより前記断層画像を再構成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｘ線ＣＴ装置の検出器で検出された信号から、散乱線成分の強度分布を推定する方法および装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係る一次散乱線強度分布を推定する方法を説明する概略図である。
点Ｍにある第１の管球１０から被写体３０の中心に対し角度βｍの方向に発せられたＸ線は、点Ｎにおいて被写体３０に入射する。透過線２０は、点Ｑを経て点ＲまでのパスＮＱＲに沿って被写体３０を透過して、検出器１４上の点Ｄにて検出器１４に到達する。被写体３０内での透過線２０のパス長ｘ’は、次式により与えられる。
0005052281.tif 000002
ここで、Ｘ線ＣＴにおいては、第１の管球１０とは別に、Ｘ線を発生する第２の管球１２を設けることができる。検出器１４には第１の管球１０からの透過線２０の他に、被写体３０から見て第１の管球１０に対し角度φの方向の点Ｓにある第２の管球１２から発せられたＸ線も、被写体３０内で散乱して散乱線となり検出器１４に到達する。つまり、散乱線の発生源としては、例えば、第１の管球１０とは別に設けられた第２の管球１２から発せられたＸ線の散乱線を挙げることができる。以下、第２の管球１２を設けた具体例について説明する。
【０００９】
第２の管球１２から被写体３０の中心に対し角度βｓの方向に発せられたＸ線は、点Ｐで被写体３０に入射する。被写体３０内の点Ｑにおいて散乱角θで１回散乱した一次散乱線２４は、パスＰＱＲに沿って被写体３０内を透過し、点Ｄにて検出器１４に到達する。一次散乱線２４のパス長ｘは、次式により与えられる。
0005052281.tif 000003
第２の管球１２から発せられたＸ線は、被写体３０内で散乱し、散乱線を発生させるため、βｓを振って放射状にＸ線を発し、点Ｄにおける一次散乱線２４の強度を積算する。第２の管球１２は、散乱線計算のため仮想的に設置し、計算を行うが、実際に設置し実験データを得て、推定値と測定値の比較を行うことが可能である。
【００１０】
透過線２０の強度をＩｐ、一次散乱線２４の強度をＩｓとすると、検出器１４上の点ＤにおけるＸ線強度Ｉは、次式により与えられる。
0005052281.tif 000004
ここで、上式の右辺の第１項は検出器１４上での透過線２０の強度であり、右辺の第２項は検出器１４上での一次散乱線の強度である。さらに、第１の管球１０から発生するＸ線の角度βｍを振ることにより、検出器１４上の検出点Ｄの位置を走査しながら、検出器１４上の一次散乱線強度ΣＩｓの分布と透過線２０の強度Ｉｐの分布を求めることができ、さらにそれらの和としてＸ線強度Ｉの分布を求めることができる。
【００１１】
図２は、被写体３０内でのＸ線の散乱について説明する概略図である。  
第２の管球１２から放射状に発せられたＸ線は被写体３０内のあらゆる場所で散乱し、第１の管球１０からの透過線２０と同様に検出器１４に到達する。複数回散乱した多重散乱線２６も検出器１４に到達する。多重散乱線２６は無視し、被写体３０内で１回だけ散乱した一次散乱線２４についてのみ、検出器１４への入射強度分布を計算する。第２の管球１２と対向する位置に検出器１５を配置することにより、第２の管球１２からの透過線２２を検出することも可能である。なお、ここでは、被写体３０は人体を模して楕円形としてある。
【００１２】
以下に、散乱線強度分布の計算手順を説明する。  
図３は、本発明の実施形態に係るＸ線散乱線強度分布の推定方法を例示するフローチャートである。
本実施形態の推定方法は、被写体の外形形状を推定する工程（ステップＳ１００）、散乱線強度を推定する検出チャンネルを決定する工程（ステップＳ１０２）、管球と検出チャンネル間の透過線パスを決定する工程（ステップＳ１０４）、一次散乱線の被写体透過パスを決定する工程（ステップＳ１０６）、一次散乱線の強度を計算する工程（ステップＳ１０８）、全ての一次散乱線の強度を積算する工程（ステップＳ１１０）、全ての検出チャンネルについて一次散乱線の積算を実施したかを判定する工程（ステップＳ１１２）、新たな検出チャンネルを決定する工程（ステップＳ１１４）及び検出器上の一次散乱線強度分布を計算する工程（ステップＳ１１６）と、を備える。
【００１３】
図４は、被写体３０の外形形状推定手順（ステップＳ１００）を説明するためのデータ図である。
図４（ａ）に示すように、散乱線を含む被写体３０の投影データ４０を得る。次に、図４（ｂ）に示すように、投影像４０から、検出器１４のチャンネルに沿うプロファイルを得る。楕円体に模した被写体３０の長径５２と短径５４に関して得られる長径プロファイル４２と短径プロファイル４４は、投影像４０の濃淡に沿う強度を示している。プロファイルの幅から、それぞれ長径５２と短径５４を求めることができる。
【００１４】
図５は、散乱線強度の推定手順を説明する概略図である。  
図５（ａ）は、図３における検出器１４上で散乱線強度を推定する検出チャンネル１６を決定する工程（ステップＳ１０２）を表す。検出器１４上に配列されている全ての検出チャンネル１６それぞれにおいて散乱線強度の推定を行い、それらを集積して検出器１４上のＸ線強度分布を求める。
【００１５】
図５（ｂ）は、透過線パスを決定する工程（ステップＳ１０４）を表す。第１の管球１０と検出チャンネル１６を結び、検出されるＸ線の透過パス２０を決める。第１の管球１０から発生するＸ線強度をＩｏとすると、検出チャンネル１６で検出される透過線強度Ｉｐは、被写体３０のＸ線吸収係数をμ、透過パス長を図１に示したようにｘ’として、次式で求められる。
0005052281.tif 000005
【００１６】
図５（ｃ）は、一次散乱線２４の被写体透過パスを決める工程（ステップＳ１０６）及び一次散乱線２４の強度を計算する工程（ステップＳ１０８）を表す。仮想的にまたは実験的に設定した第２の管球１２からのＸ線のうち、被写体３０内で１回のみ散乱する一次散乱線２４の透過パスを求め、検出チャンネル１６で検出される散乱線強度Ｉｓを計算する。第２の管球１２から発生するＸ線強度をＩｏ、被写体３０のＸ線吸収係数をμ、透過パス長を図１で示したようにｘ、Ｘ線の散乱確率をＰ（θ）として、散乱線強度Ｉｓは、次式で求められる。
0005052281.tif 000006
ここで、θは、図１で示した一次散乱線２４の散乱角である。
【００１７】
図５（ｄ）は、全ての一次散乱線２４の強度を積算する工程（ステップＳ１１０）を表す。図１に関して前述したように、第２の管球１２から発生するＸ線の照射角βｓを、例えば０．１度ずつ振り、発生したすべての一次散乱線２４のパスを決定し、検出チャンネル１６で検出されるそれぞれの一次散乱線２４の散乱線強度Ｉｓを積算する。このとき、検出チャンネル１６で検出される検出強度Ｉは、Ｉ＝Ｉｐ＋ΣＩｓである。
【００１８】
ステップＳ１０４からステップＳ１１０に至る工程を、図１に関して前述したように、第１の管球１０から発生するＸ線の角度βｍを振りながら、検出器１４上の全ての検出チャンネル１６について実行することにより、検出器１４上のＸ線強度分布及びその一次散乱線強度分布を求めることができる。  
さらに、第１の管球１０を被写体３０の周りを回転させて得られる投影データを再構成して断面像を求めることができる。
【００１９】
本実施形態では、被写体３０を水と近似して、水に対するＸ線散乱確率を使用して散乱線強度分布の推定を行うことができる。  
図６は、水に対するＸ線の散乱確率Ｐ（θ）を例示するグラフ図である。散乱確率Ｐ（θ）は、Ｘ線スペクトルと散乱角度、被写体の材質から計算により求めることができる。θは、図１に関して前述したように、入射するＸ線に対する散乱Ｘ線の散乱角度である。
【００２０】
図７は、散乱線実測値と推定値の比較を示すグラフ図である。  
被写体３０を水とし、（２）式においてμとして水のＸ線吸収係数を用い、図６に示した散乱確率Ｐ（θ）を用いて、（２）式より散乱線強度Ｉｓを求めた。すべての散乱線について積算した推定値ΣＩｓを実線で示し、実測値を点線で示した。実測値については、第２の管球１２を設け、その一次散乱線２４を検出器１４上で求めたものである。横軸は、検出器１４上に配列した検出チャンネル１６の番号を表す。縦軸強度はピーク値で一致させた。実測値と推定値の検出器１４上での分布の一致は極めて良い。
【００２１】
以上の説明では、被写体３０内での散乱は、第１の管球１０とは別の第２の管球１２からの散乱に注目していた。それは、コリメータでは除去できない検出器１４正面から入射する散乱線として、第１の管球１０とは別の第２の管球１２からの散乱線を想定したためである。  しかし、第１の管球１０からのＸ線の被写体３０内における散乱を除去することも、Ｘ線ＣＴ装置の課題である。特に、分解能向上の観点から検出チャンネルが小さくなった場合、コリメータを設けることは困難となり、コリメータ無しのＸ線ＣＴ装置の必要性が生じてくる。その場合には、第１の管球１０からの散乱線を装置に設けられる機器によらず、計算により除去する方法が必須となる。
【００２２】
本実施形態によれば、Ｘ線ＣＴ装置において、被写体の断面像に偽像を発生させ、画質劣化の原因となる散乱線成分を高速に計算し推定することが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。  
図８は、散乱線強度分布の推定を可能とするＸ線ＣＴ装置を例示する概略図である。
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、第１の管球（Ｘ線発生部）１０、第２の管球１２、被写体３０、検出器（Ｘ線検知部）１４と検出器１４に接続される散乱線計算部６０及び画像再構成部７０とから構成される。  
検出器１４には、第１の管球１０からの透過線２０、第２の管球１２からの多重散乱線２６及び一次散乱線２４が入射する。検出器１４で検出されるＸ線強度分布に対し、散乱線計算部６０は図１〜図７に関して前述した方法により散乱線強度分布を計算する。すなわち、散乱線計算部６０は、第１の計算部６２と、第２の計算部６４と、を有する。第１の計算部６２は、散乱線が被写体を透過するパス長を計算する。第２の計算部６４は、パス長と、被写体のＸ線吸収係数と、被写体の散乱確率と、に基づいて散乱線の強度を計算する。
このようにして計算された散乱線強度分布に基づいて、Ｘ線強度分布に対する散乱線成分の補正を行い、画像再構成部７０はその補正データを用いて断面像を作成する。
【００２４】
第２の管球１２として想定されるすべての発生源に応じて、その発生源からの一次散乱線２４を散乱線計算部６０において計算することにより、いかなる散乱線の発生源からの散乱をも計算により補正することが可能である。また、特定の散乱線の発生源を設け、その発生源からの散乱を含むＸ線強度分布を検出器１４で得た上で、散乱線計算部６０により散乱線成分を計算し、Ｘ線強度分布を補正し、画質劣化のない断面像を再構成することも可能である。
【００２５】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した具体例に限定されるものではない。  
すなわち、本発明は、具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変型して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る一次散乱線強度分布を推定する方法を説明する概略図である。
【図２】被写体におけるＸ線の散乱を説明する概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＸ線散乱線強度分布の推定方法を例示するフローチャートである。
【図４】被写体３０の外形形状推定手順を説明するためのデータ図である。
【図５】散乱線強度の推定手順を説明する概略図である。
【図６】水に対するＸ線の散乱確率Ｐ（θ）を例示するグラフ図である。
【図７】散乱線実測値と推定値の比較を示すグラフ図である。
【図８】散乱線強度分布の推定を可能とするＸ線ＣＴ装置を例示する概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  第１の管球、  １２  第２の管球、  １４、１５  検出器、  １６  検出チャンネル、    ２０、２２  透過線、  ２４  一次散乱線、  ２６  多重散乱線、  ３０  被写体、    ４０  投影データ、  ４２  長径プロファイル、  ４４  短径プロファイル、  ５２    長径、  ５４  短径、  ６０  散乱線計算部、  ６２  第１の計算部、  ６４  第２の計算部、７０  画像再構成部
【図３】
0005052281.tif 000007
【図６】
0005052281.tif 000008
【図７】
0005052281.tif 000009
【図１】
0005052281.tif 000010
【図２】
0005052281.tif 000011
【図４】
0005052281.tif 000012
【図５】
0005052281.tif 000013
【図８】
0005052281.tif 000014