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Title:
TOMOGRAPH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/069215
Kind Code:
A1
Abstract:
There are provided an attenuation calculating/adjusting section, a filter length calculating section, an attenuation correction function calculating section and a transmission length calculating section in an operation processing section, so that a tomograph can acquire a tomographic image subjected to beam hardening correction, and beam hardening correction can be performed without using a repetition method. The attenuation correction function calculating section calculates an attenuation correction function by representing it while approximating the same by a linear function using a linear expression interconnecting the ratio of an attenuation measured by an X-ray detector at two transmission lengths and an attenuation calculated and adjusted at these transmission lengths between the same transmission lengths. .

Inventors:
OOHARA HIROSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/073090
Publication Date:
June 04, 2009
Filing Date:
November 29, 2007
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Assignee:
SHIMADZU CORP (JP)
OOHARA HIROSHI (JP)
International Classes:
A61B6/03
Foreign References:
JP2006068397A2006-03-16
Attorney, Agent or Firm:
SUGITANI, Tsutomu (10-8 Nishitenma 1-chome, Kita-ku, Osaka-sh, Osaka 47, JP)
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Claims:
 断層撮影による断層画像を取得する断層撮影装置であって、(a)X線が透過することによる減弱に関する物理量である減弱物理量を測定する減弱物理量測定手段と、(b)所定の値のフィルタ長さを想定することで、算出された前記減弱物理量である算出減弱物理量を算出調整する減弱物理量算出調整手段と、(c)前記減弱物理量測定手段で測定された減弱物理量である透過長での測定減弱物理量と、前記減弱物理量算出調整手段で算出調整されたその透過長での算出減弱物理量とが一致する前記フィルタ長さを算出して決定することで、前記算出減弱物理量を最終的に算出調整するフィルタ長算出手段と、 (d)前記減弱物理量測定手段で測定された少なくとも2つの透過長での測定減弱物理量と、これら透過長での前記最終的に算出調整された算出減弱物理量との比に基づいて、減弱物理量を補正するための補正関数を算出する補正関数算出手段と、(e)その補正関数算出手段で算出された補正関数によって補正された減弱物理量に基づいて、断層撮影で必要とする透過物質の透過長を、前記減弱物理量に変換する透過長・減弱物理量変換関数の逆関数によって算出する透過長算出手段とを備え、その透過長算出手段によって算出された透過長に基づいて断層画像を取得することを特徴とする断層撮影装置。
 請求項1に記載の断層撮影装置において、前記減弱物理量測定手段で測定された2つの透過長での測定減弱物理量と、これら透過長での前記減弱物理量算出調整手段で算出調整された算出減弱物理量との比を2つの透過長間で互いに結ぶ一次式で、前記補正関数を一次関数で近似して表すことで、前記補正関数算出手段は補正関数を算出することを特徴とする断層撮影装置。
 請求項1に記載の断層撮影装置において、前記減弱物理量測定手段で測定された少なくとも2つの透過長での測定減弱物理量と、これら透過長での前記減弱物理量算出調整手段で算出調整された算出減弱物理量との比を用いて最小自乗法によって前記補正関数を求めることで、前記補正関数算出手段は補正関数を算出することを特徴とする断層撮影装置。
 請求項1から請求項3のいずれかに記載の断層撮影装置において、前記減弱物理量測定手段で測定された少なくとも2つの透過長での測定減弱物理量のうち、1つの透過長での測定減弱物理量を、前記フィルタ長算出手段および補正関数算出手段で兼用することを特徴とする断層撮影装置。
Description:
断層撮影装置

 この発明は、CT装置やC型アーム装置など 用いられる断層撮影装置に関する。

 CT装置などで使用されるX線は、エネルギ が単一でなく、多色X線で、様々なエネルギ ーのX線が混在している。一般に、低エネル ーのX線は、高エネルギーのX線に比べ、透過 物質の相互作用にて減弱しやすい。そのため 、物質中を透過するにつれ、X線のエネルギ 分布は高エネルギー側が残存する傾向が見 れ、減弱しにくくなってくる。その結果、 色X線としての減弱係数は一定でなく、徐々 小さくなる。このような現象を「ビームハ ドニング現象」という。

 図7は、透過物質の長さ(以下、「透過長 と略記する)と、透過前および透過後のX線の 検出信号比(以下、「減弱量」と定義する)と 相関関係を概略的に示したグラフである。 7では、透過長Kを横軸にとるとともに、減 量を対数目盛りの縦軸にとる。単色X線の場 には、透過長Kを変数とした指数関数で検出 信号値は表されるので、図7中の点線に示す うに直線となる。しかし、多色X線の場合に 、図7中の実線に示すように透過長Kが長い ど減弱しにくくなる方向にカーブを描いて るのがわかる。

 一般にCT再構成では、検出信号値の減弱( なわち減弱量)から、透過長に変換し、逆問 題を解いて透過物質の分布を求める。もし、 ビームハードニング現象を考慮せずに一定の 減弱と考えて、透過長を算出してしまうと、 透過長を正確に算出することができない。そ して、CT再構成画像には再構成画像の中央部 のCT値が低下するカッピング現象などのア ティファクトが発生してしまう。このため 検出信号値の減弱から透過長に変換する際 ビームハードニング現象を考慮に入れなけ ばならない。

 そこで、透過物質でのX線透過長をいろいろ と変化させて、それぞれの検出信号値の減弱 を測定し、それらに基づいて、透過信号値の 減弱から透過物質での透過長に変換できる関 数を予め作成する手法がある。具体的には、 透過物質での透過長がゼロの減弱前の検出信 号値(すなわち透過前の検出信号値)をP 0 とし、透過後の検出信号値をPとしたとき、 述した定義により減弱量はP/P 0 となり、減弱値Lnを、Ln=-ln(P/P 0 )と定義して求める。なお、lnは自然対数関数 である。透過長をいろいろと変えたときに測 定された減弱値を用いて、その逆関数を近似 関数として予め求めている。

 また、2つのファントムにおけるデータを測 定し、2つのフィルタの透過長を調整するこ でシステムの検出信号エネルギー分布を調 して、ビームハードニングを補正する手法 ある(例えば、特許文献1参照)。

米国特許出願公開第2005/0013414号明細書

 しかしながら、近似関数を用いて透過長 求める手法では、未知の係数が数個あり、 弱値測定データとして係数個以上のデータ 実測が必要であり、データ収集の手間がか り負担が大きいという問題点がある。また 上述した特許文献1では、2つのフィルタの 過長を求めるのに繰り返し法が必要である

 この発明は、このような事情に鑑みてな れたものであって、繰り返し法を用いずに ームハードニング補正を行うことができる 層撮影装置を提供することを目的とする。

 この発明は、このような目的を達成するた に、次のような構成をとる。
 すなわち、この発明の断層撮影装置は、断 撮影による断層画像を取得する断層撮影装 であって、(a)X線が透過することによる減弱 に関する物理量である減弱物理量を測定する 減弱物理量測定手段と、(b)所定の値のフィル タ長さを想定することで、算出された前記減 弱物理量である算出減弱物理量を算出調整す る減弱物理量算出調整手段と、(c)前記減弱物 理量測定手段で測定された減弱物理量である 透過長での測定減弱物理量と、前記減弱物理 量算出調整手段で算出調整されたその透過長 での算出減弱物理量とが一致する前記フィル タ長さを算出して決定することで、前記算出 減弱物理量を最終的に算出調整するフィルタ 長算出手段と、 (d)前記減弱物理量測定手段 測定された少なくとも2つの透過長での測定 減弱物理量と、これら透過長での前記最終的 に算出調整された算出減弱物理量との比に基 づいて、減弱物理量を補正するための補正関 数を算出する補正関数算出手段と、(e)その補 正関数算出手段で算出された補正関数によっ て補正された減弱物理量に基づいて、断層撮 影で必要とする透過物質の透過長を、前記減 弱物理量に変換する透過長・減弱物理量変換 関数の逆関数によって算出する透過長算出手 段とを備え、その透過長算出手段によって算 出された透過長に基づいて断層画像を取得す ることを特徴とするものである。

 この発明の断層撮影装置によれば、X線が 透過することによる減弱に関する物理量であ る減弱物理量を(a)減弱物理量測定手段が測定 する。一方、減弱物理量は所定の式によって 算出可能である。算出された減弱物理量(算 減弱物理量)と、実際に測定によって得られ 測定減弱物理量とは一致しない。

 そこで、考慮されていない材質を想定し その材質のフィルタにおいて所定の値のフ ルタ長さを想定することで、算出された減 物理量である算出減弱物理量を(b)減弱物理 算出調整手段が算出調整する。減弱物理量 定手段で測定された減弱物理量である透過 での測定減弱物理量と、減弱物理量算出調 手段で算出調整されたその透過長での算出 弱物理量とが一致するフィルタ長さを(c)フ ルタ長算出手段が算出して決定する。この うに、フィルタ長算出手段で決定されたフ ルタ長さによって、算出減弱物理量を最終 に算出調整する。このように算出減弱物理 を最終的に算出調整することで、上述した ィルタ長算出手段で用いられていた透過長 は測定値および算出値での減弱物理量間で ズレが発生しないが、他の透過長では測定 および算出値での減弱物理量間ではズレが 生する場合がある。

 そこで、減弱物理量測定手段で測定され 少なくとも2つの透過長での測定減弱物理量 と、これら透過長での最終的に算出調整され た算出減弱物理量との比に基づいて、減弱物 理量を補正するための補正関数を(d)補正関数 算出手段は算出する。補正関数算出手段で算 出された補正関数によって減弱物理量を補正 することにより、他の透過長で測定値および 算出値での減弱物理量間でズレが発生するこ となく、減弱物理量を正確に算出することが できる。この減弱物理量に基づいて、断層撮 影で必要とする透過物質の透過長を、減弱物 理量に変換する透過長・減弱物理量変換関数 の逆関数によって(e)透過長算出手段が算出す ることで、透過長を正確に算出することがで きる。

 そして、この透過長に基づいて断層画像 取得することで、ビームハードニング補正 なされ、カッピングの影響を受けることな 断層画像の均一性を保つことができる。ま 、上述した特許文献1のように繰り返し法を 用いずにビームハードニング補正を行うこと ができる。

 また、この発明の断層撮影装置の一例は 減弱物理量測定手段で測定された2つの透過 長での測定減弱物理量と、これら透過長での 減弱物理量算出調整手段で算出調整された算 出減弱物理量との比を2つの透過長間で互い 結ぶ一次式で、上述した補正関数を一次関 で近似して表すことで、補正関数算出手段 補正関数を算出することである。この一例 場合、一次式に代入するだけで補正関数を 易に算出することができる。もちろん、減 物理量測定手段で測定された少なくとも2つ 透過長での測定減弱物理量と、これら透過 での減弱物理量関数調整手段で算出調整さ た算出減弱物理量との比を用いて最小自乗 によって補正関数を求めることで、補正関 算出手段は補正関数を算出してもよい。こ 場合、補正関数をより正確に求めることが きる。

 また、この発明の断層撮影の他の一例は 減弱物理量測定手段で測定された少なくと 2つの透過長での測定減弱物理量のうち、1 の透過長での測定減弱物理量を、上述した ィルタ長算出手段および補正関数算出手段 兼用することである。この一例の場合、1つ 透過長での測定減弱物理量を兼用した分だ 、減弱物理量測定手段での測定を一回減ら ことができる。もちろん、兼用しなくても いが、最終的に取得される断層画像では、 正関数算出手段で用いられる透過長での測 減弱物理量の影響は大きいが、フィルタ長 出手段で用いられる透過長での測定減弱物 量の影響がほとんどなくなるので、兼用す のがより好ましい。

 この発明に係る断層撮影装置によれば、( a)~(e)の各手段を備えることで、ビームハード ニング補正がなされた断層画像を取得するこ とができ、繰り返し法を用いずにビームハー ドニング補正を行うことができる。

X線CT装置の概略図およびブロック図で る。 測定減弱量も併せて図示した算出減弱 と透過長との相関関係を概略的に示したグ フである。 フィルタ長を想定して算出減弱量を算 調整した上でフィルタ長を算出して決定す ときの説明に供するグラフである。 減弱値と算出減弱量/測定減弱量の比と の相関関係を概略的に示したグラフである。 実施例に係る断層撮影(CTデータ収集)の 処理を示すフローチャートである。 実施例に係る断層撮影を含む一連の処 のうち、校正データ収集の処理を示すフロ チャートである。 算出減弱量と透過長との相関関係を概 的に示したグラフである。

符号の説明

 2 … X線検出器
 32 … フィルタ長算出部
 33 … 減弱量算出調整部
 34 … 減弱補正関数算出部
 35 … 透過長算出部

 以下、図面を参照してこの発明の実施例 説明する。図1は、X線CT装置の概略図および ブロック図であり、図2は、測定減弱量も併 て図示した算出減弱量と透過長との相関関 を概略的に示したグラフであり、図3は、フ ルタ長を想定して算出減弱量を算出調整し 上でフィルタ長を算出して決定するときの 明に供するグラフであり、図4は、減弱値と 算出減弱量/測定減弱量の比との相関関係を 略的に示したグラフである。

 本実施例に係るX線CT装置は、X線を照射す るX線管1と、X線管1から照射されて被検体Mな を透過したX線を検出するX線検出器2と、X線 検出器2で検出されたX線の検出信号に基づい 各種の演算処理を行う演算処理部3とを備え ている。X線管1とX線検出器2とは図示を省略 るガントリによって被検体Mの周りを回転す ように構成されている。通常のCTデータ収 での被検体Mは、人体であるが、校正データ 集時には、アクリル板などのファントムが いられる。

 X線検出器2は、X線管1から照射されてコリ メータ4や被検体Mや検出器緩衝材5などを透過 して検出面に入射されたX線を電荷信号に変 し、さらに電荷信号を電気信号(検出信号)に 変換してその値を測定することでX線を検出 る。X線管1に照射されたX線管1の直下の検出 号値(透過前の検出信号値)と、X線検出器2に よって測定された検出信号値(透過後の検出 号値)とに基づいて、透過前および透過後のX 線の検出信号比である減弱量を測定すること が可能である。X線検出器2は、この発明にお る減弱物理量測定手段に相当する。

 演算処理部3は、中央演算処理装置(CPU)な で構成されている。演算処理部3は、校正デ ータ収集時において断層撮影(CTデータ収集) 必要とする透過物質の透過長を減弱物理量( 実施例では減弱量)に変換する透過長・減弱 物理量変換関数31を備えているとともに、こ 透過長・減弱物理量変換関数31は、フィル 長算出部32と減弱量算出調整部33と減弱補正 数算出部34とを備えている。この他に、演 処理部3は、CTデータ収集時において透過長 出部35と再構成処理部36とを備えている。

 減弱量算出調整部33は、所定の値のフィル 長さ(本実施例では後述するフィルタ長K imaginary )を想定することで、算出された減弱物理量( 実施例では減弱量)である算出減弱物理量( 実施例では算出減弱量)を算出調整する。フ ルタ長算出部32は、上述したX線検出器2で測 定された減弱物理量(本実施例では減弱量)で る透過長での測定物理減弱量(本実施例では 測定減弱量)と、上述した減弱量算出調整部33 で算出調整されたその透過長での算出減弱量 とが一致するフィルタ長K imaginary を算出して決定することで、算出減弱物理量 (本実施例では算出減弱量)を最終的に算出調 する。減弱補正関数算出部34は、X線検出器2 で測定された少なくとも2つの透過長での測 減弱量と、これら透過長での最終的に算出 整された算出減弱量との比(本実施例では算 減弱量/測定減弱量の比rate)に基づいて、減 量を補正するための補正関数(本実施例では 後述する減弱補正関数f(Ln))を算出する。

 透過長算出部35は、上述した減弱補正関数 出部34で算出された減弱補正関数f(Ln)によっ 補正された減弱量に基づいて、X線CT装置に る断層撮影(CTデータ収集)で必要とする透過 物質の透過長を、透過長・減弱物理量変換関 数31(本実施例では後述する減弱算出関数Att(K phantom ))の逆関数によって算出する。再構成処理部3 6は、その透過長算出部35によって算出された 透過長に基づいて再構成処理を行って断層画 像(図1では再構成画像)を取得する。

 フィルタ長算出部32は、この発明におけ フィルタ長算出手段に相当し、減弱量算出 整部33は、この発明における減弱物理量算出 調整手段に相当し、減弱補正関数算出部34は この発明における補正関数算出手段に相当 、透過長算出部35は、この発明における透 長算出手段に相当する。演算処理部3内の各 成の具体的な機能については後述する。

 X線管1で発生したX線は、上述したように多 X線で、その検出信号エネルギー分布は、エ ネルギーeの関数として、X(e)で表される。X線 管1でX線が発生してから、被検体Mまでに届く までの間(例えばコリメータ4内部のフィルタ ど)のX線の減弱は、X線が透過する複数の材 (線減弱係数μ prei (e)、ただしi=1,2,3,…)およびその透過長K prei (ただしi=1,2,3,…)を用いて、下記(1)式で表さ る。なお、線減弱係数μ prei (e)は材質に応じた既知の値であり、透過長K prei もコリメータ4内部のフィルタの長さによっ 既知である。

 同様に、被検体Mを透過してからX線検出器2 届くまでの間(例えば検出器緩衝材5)のX線の 減弱は、X線が透過する複数の材質(線減弱係 μ posti (e)、ただしi=1,2,3,…)およびその透過長K posti (ただしi=1,2,3,…)を用いて、下記(2)式で表さ る。なお、線減弱係数μ posti (e)は材質に応じた既知の値であり、透過長K posti も検出器緩衝材5の長さによって既知である

 そして、X線検出器2におけるX線から検出信 への変換は、検出器の材質(線エネルギー吸 収係数μ det (e))およびその厚みK det を用いて、e・[1-exp{-μ det (e)・K det }]で表される。この線エネルギー吸収係数μ det (e)も材質に応じた既知の値であり、厚みK det もX線検出器2の厚みによって既知である。

 以上より、被検体Mがない場合には、上記 (1)式および(2)式を用いて、検出信号エネルギ ー分布Signal(e)は、下記(3)式で表される。

 上記(3)式において、X線検出器2におけるX線 ら検出信号への変換として、e・[1-exp{-μ det (e)・K det }]の代わりに、検出器の材質の線減弱係数μ det (e)を用いて、e・[1-exp{-μ’ det (e)・K det }]・μ det (e) / μ’ det (e)で算出してもよい。この線減弱係数μ’ det (e)も材質に応じた既知の値である。

 もし、検出信号エネルギー分布Signal(e)を正 に求めることができたならば、被検体Mの材 質(線減弱係数μ phantom (e))およびその透過長K phantom におけるX線の減弱は、exp[-{μ phantom (e)・K phantom }]で表される。なお、線減弱係数μ phantom (e)は材質に応じた既知の値である。そのとき の検出信号の減弱量P/P 0 は、下記(4)式中のAtt(K phantom )関数(以下、「減弱算出関数」と呼ぶ)によっ て、正確に算出可能である。

 ところが、X線検出器2によって減弱量P/P 0 を測定すると、X線が透過する材質で考慮さ ていない材質も存在するので、図2に示すよ に、測定減弱量(図2中の黒丸を参照)と上記( 4)式で求められた算出減弱量P/P 0 (=減弱算出関数Att(K phantom ))(図2中の実線)とは一致しない。

 そこで、考慮されていない材質(線減弱係数 μ imaginary (e))を一種類新たに想定し、その長さK imaginary を透過したものとして、検出信号エネルギー 分布Signal(e)を変更する。具体的には、例えば アルミニウム(Al)や銅(Cu)などの材質から、い れか一種類の材質を任意に適宜に想定する とにより、その想定された材質の線減弱係 μ imaginary (e)を想定する。あるいは、現実には存在しな い仮想の材質の線減弱係数μ imaginary (e)を定義することで想定してもよい。線減弱 係数μ imaginary (e)は想定された材質に応じた既知の値である 。下記(5)式で、右辺のSignal(e)は上記(3)式で算 出されたエネルギー分布、左辺のSignal(e)は新 しく変更されたエネルギー分布を示す。すな わち、上記(3)式で算出されたエネルギー分布 Signal(e)を下記(5)式の右辺に代入するとともに 、想定された線減弱係数μ imaginary (e)およびフィルタ長K imaginary を下記(5)式の右辺に代入して、左辺のSignal(e) を求めることで、検出信号エネルギー分布Sig nal(e)を変更する。

 演算処理部3の減弱量算出調整部33は、上記( 5)式にしたがって任意の値のフィルタ長K imaginary を想定することで、検出信号エネルギー分布 Signal(e)を上記(5)式中の左辺に変更する。そし て、変更された検出信号エネルギー分布Signal (e)を用いて上記(4)式から被検体Mの透過長K phantom に対する減弱算出関数Att(K phantom )を算出することで、減弱量算出調整部33は算 出減弱量を算出調整する。具体的には、図3 示すように、X線検出器2で測定されたある透 過長K 1 での減弱量(測定減弱量)(図3中の白の三角を 照)と、その透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )(図3中の実線上の黒丸を参照)とが一致する うに、フィルタ長K imaginary を設定変更する。フィルタ長K imaginary を設定変更することで、上記(5)式により検出 信号エネルギー分布Signal(e)も変更され、それ に伴って上記(5)式および(4)式により算出減弱 量Att(K 1 )も算出調整され、算出調整された算出減弱 Att(K 1 )が図3中の矢印に示す方向に測定減弱量に近 いて一致する(図3中の二点鎖線上の黒丸を 照)。この一致したときのフィルタ長K imaginary を演算処理部3のフィルタ長算出部32が算出し て決定する。

 このように、上述した透過長での測定減弱 とその透過長での算出減弱量とが一致する ィルタ長K imaginary を算出することで、減弱量算出調整部33は、 過長K phantom に対する減弱算出関数Att(K phantom )を図3中の実線のグラフから図3中の二点鎖線 のグラフに最終的に算出調整する。この最終 的な算出調整によって、上述した透過長K 1 では測定減弱量と(算出調整された)算出減弱 Att(K 1 )とが一致していることから測定値および算 値での減弱量間ではズレが発生しない。

 このようにフィルタ長K imaginary を算出することで、透過長K phantom に対する減弱算出関数Att(K phantom )を減弱量算出調整部33が最終的に算出調整す れば、上述した透過長K 1 では測定値および算出値での減弱量間ではズ レが発生しない。しかし、減弱算出関数Att(K phantom )を最終的に算出調整しても、実際に測定値 比較してみると、透過長K 1 以外の他の透過長では測定値および算出値で の減弱量間ではズレが条件によっては発生す る。図4に示すように、減弱値を変えたとき 違いを算出減弱量/測定減弱量の比で表すと 上述した透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )は測定減弱量に一致するように最終的に算 調整されているので、透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )の自然対数値[-ln{ Att(K 1 )}](すなわち透過長K 1 での算出減弱値)では、算出減弱量/測定減弱 の比は“1”で違いはない。しかし、減弱値 が透過長K 1 での算出減弱値から離れる量に比例してズレ が発生し、全体として一次関数で変化するの が図4のグラフからわかる。

 そこで、この算出減弱量/測定減弱量の比 rateを示す減弱補正関数を算出減弱値Lnの関数 f(Ln)で表すこととする。X線検出器2で測定さ た少なくとも2つの透過長での測定減弱量と これら透過長での最終的に算出調整された 出減弱量との比、すなわち算出減弱量/測定 減弱量の比を、算出減弱値Lnごとにそれぞれ 応させて、(Ln1,rate1),(Ln2,rate2),…とする。

 本実施例では、X線検出器2で2つの透過長K 1 ,K 2 で減弱量を測定しており、そのうちの透過長 K 1 での測定減弱量は、上述したフィルタ長算出 部32によってフィルタ長K imaginary を算出して決定する際に用いられているもの として説明する。すなわち、本実施例では、 2つの透過長K 1 ,K 2 での測定減弱量は、後述する演算処理部3の 弱補正関数算出部34によって減弱補正関数f(L n)を算出する際に用いられるとともに、その ちの透過長K 1 での測定減弱量は、フィルタ長算出部32がフ ルタ長K imaginary を算出して決定する際に用いられている。

 演算処理部3の減弱補正関数算出部34は、X線 検出器2で測定された2つの透過長K 1 ,K 2 での測定減弱量と、これら透過長K 1 ,K 2 での最終的に算出調整された算出減弱量Att(K 1 ),Att(K 2 )との比(すなわち算出減弱量/測定減弱量の比 )を、算出減弱値Lnごとにそれぞれ対応させて 、(Ln1,rate1),(Ln2,rate2)とする。つまり、本実施 では、透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )/測定減弱量の比はrate1であり、上述したよ に透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )は測定減弱量に一致するように算出調整さ ているので、透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )/測定減弱量の比rate1は“1”となる。なお、 過長K 1 での算出減弱値はLn1であり、透過長K 1 での算出減弱値Ln1は上述したように“-ln{ Att (K 1 )}”で表される。また、透過長K 2 での算出減弱量Att(K 2 )/測定減弱量の比はrate2であり、透過長K 2 での算出減弱値Ln2は“-ln{ Att(K 2 )}”で表される。

 上述したように、透過長K 1 での算出減弱値Ln1(=-ln{ Att(K 1 )})から離れると減弱補正関数f(Ln)は一次関数 表される。すなわち、透過長K 1 ,K 2 での(Ln1,rate1),(Ln2,rate2)を互いに結ぶ一次式で 弱補正関数f(Ln)を表す。そして、算出減弱 が“0”では、算出減弱量/測定減弱量の比を “1”に戻すために、減弱補正関数f(Ln)を下記 (6)式で表すことができる。なお、τは算出減 値が“0”では、算出減弱量/測定減弱量の を“1”に戻すための適切な時定数である。 0”付近の減弱値に対応する減弱量を測定し て、その測定された減弱量を用いて、この時 定数τを決定してもよい。

 上記(6)式中の指数関数の項は、算出減弱値 “0”では、算出減弱量/測定減弱量の比を 1”に戻すために、算出減弱値が“0”から透 過長K 1 での算出減弱値Ln1までは、図4に示すように ーブを描けるように設けられている。すな ち、算出減弱値が“0”から透過長K 1 での算出減弱値Ln1までは、減弱値が小さいの で指数関数の項が効いて図4に示すようにカ ブを描く。その結果、算出減弱値が“0”で 、Ln=0を上記(6)式に代入することで減弱補正 関数f(Ln)=1となって、算出減弱量/測定減弱量 比を“1”に戻すことができる。一方、透過 長K 1 での算出減弱値Ln1を超えると減弱値が大きく なる結果、指数関数の項をほぼ無視すること ができて、減弱補正関数f(Ln)は一次関数で表 れる。

 減弱補正関数算出部34が上記(6)式によって 弱補正関数f(Ln)を算出すると、この減弱補正 関数f(Ln)を用いて減弱量を補正する。すなわ 、減弱量算出調整部33で最終的に算出調整 れた減弱算出関数Att(K phantom )を、上記(6)式で求められた減弱補正関数f(Ln) (=f[-ln{Att(K phantom )}])で除算することで、透過長K phantom に対する減弱算出関数Att(K phantom )、すなわち各々の透過長K phantom ごとの減弱量を補正して、他の透過長でもズ レが発生することなく、減弱量を正確に算出 することができる。図4中の実線は減弱補正 数f(Ln)であり、図4中の実線上の白の菱形は レであり、図4中の黒の方形は補正後のズレ ある。図4からも明らかなように、補正後の ズレは、減弱値が変化しても算出減弱量/測 減弱量の比として“1”上にほぼ乗っており ズレが解消されたとわかる。

 この補正された減弱量は、校正データ収集 に被検体Mとして用いられているファントム (例えばアクリル板)の材質(線減弱係数μ phantom (e))およびその透過長K phantom による値である。そこで、X線CT装置による断 層撮影(すなわちCTデータ収集時)で必要とす 透過物質である水の透過長を求めるために フィルタ長K imaginary として同じ値を用いた上記(4)式で、ファント ム材質のμ phantom の代わりに、水の線減弱係数を用い、かつ、 上記(6)式で除算した結果により、水の透過長 K phantom に対する補正された減弱物理量を算出するこ とができる(図1では透過長・減弱物理量変換 数31に相当)。なお、線減弱係数は上述した うに透過物質に応じた既知の値である。

 断層撮影(CTデータ収集)で必要とする水の 他の透過長においても、透過長・減弱物理量 変換関数31により減弱物理量に変換すること できる。そこで、逆に、透過長・減弱物理 変換関数31の逆関数によって、減弱物理量 ら水の透過長を算出する。

 各々の透過長に対応づけられた減弱物理量 ら、減弱物理量を入力として、透過長を出 とする、透過長・減弱物理量変換関数31の 関数を求めるための、ルックアップテーブ を作成する。正確に算出された減弱量を用 て透過長K phantom を求めているので、透過長K phantom を正確に算出することができる。

 演算処理部9の透過長算出部35が物理減弱量 らルックアップテーブルを用いて、水の透 長K phantom を求める。

 以上の説明から明らかなように、減弱量や 弱値は、この発明における減弱物理量に相 し、フィルタ長K imaginary は、この発明におけるフィルタ長さに相当し 、減弱補正関数f(Ln)は、この発明における補 関数に相当し、減弱算出関数Att(K phantom )を減弱補正関数f(Ln)により除算した結果は、 この発明における透過長・減弱物理量変換関 数に相当する。

 次に、本実施例に係る断層撮影を含む一 の処理について、図5、図6を参照して説明 る。図5は、実施例に係る断層撮影(CTデータ 集)の処理を示すフローチャートであり、図 6は、実施例に係る断層撮影を含む一連の処 のうち、校正データ収集の処理を示すフロ チャートである。

 (ステップT1)透過長の算出
 断層撮影(CTデータ収集)で必要とする透過物 質の透過長を透過長算出部35は算出する。そ ために、下記のステップS1~S6の校正データ 収集する。

 (ステップS1)検出信号エネルギー分布の算出
 X線検出器2の感度特性、X線スペクトルなど ら、上記(3)式を用いて検出信号エネルギー 布Signal(e)を算出する。この検出信号エネル ー分布Signal(e)は、予め求められるパラメー であるので、検出信号エネルギー分布Signal( e)を予め求めておけば、ステップS1をその都 行わなくてもよい。

 (ステップS2)減弱量の測定
 被検体Mとしてファントム(アクリル板など) 用いて、校正データ収集のためのファント 撮影を行う。具体的には、透過長をそれぞ 変えてX線検出器2によって減弱量を測定す 。その測定された減弱量を測定減弱量とし 、X線検出器2で測定された少なくとも2つの 過長での測定減弱量を取得する。本実施例 は、上述したように2つの透過長K 1 ,K 2 での測定減弱量を取得する。

 (ステップS3)フィルタ長の算出
 考慮されていない材質を想定し、その材質 フィルタを適切なフィルタ長K imaginary で透過させたと考えることで、減弱量算出調 整部33は上記(5)式を用いてステップS1での検 信号エネルギー分布Signal(e)を変更する。変 された検出信号エネルギー分布Signal(e)を用 て上記(4)式から減弱算出関数Att(K phantom )を算出することで、減弱量算出調整部33は算 出減弱量を算出調整する。そして、ステップ S2でX線検出器2で測定された透過長K 1 での測定減弱量と、その透過長K 1 での算出減弱量Att(K 1 )とが一致するフィルタ長K imaginary をフィルタ長算出部32が算出する。

 (ステップS4)減弱算出関数の算出調整
 このように、ステップS3でフィルタ長K imaginary を算出することで、減弱算出関数Att(K phantom )を減弱量算出調整部33が最終的に算出調整す る。

 (ステップS5)減弱補正関数の算出
 減弱補正関数算出部34は、ステップS2でX線 出器2で測定された2つの透過長K 1 ,K 2 での測定減弱量と、これら透過長K 1 ,K 2 での最終的に算出調整(ステップS4)後の算出 弱量Att(K 1 ),Att(K 2 )との比に基づいて、上記(6)式を用いて減弱 正関数f(Ln)を算出する。

 (ステップS6)逆関数情報の算出
断層撮影で必要とする透過物質である水の線 減弱係数を上記(4)式に代入して、水の透過長 に対する減弱量を算出調整し、ステップS6で 出された減弱補正関数f(Ln)を用いてその減 量を補正して、補正された減弱量を算出す 。その透過物質の他の透過長でも同様の手 で、補正された減弱量を算出する。補正さ た減弱量と各々の透過長K phantom とを対応づけて、逆関数を求めるためのルッ クアップテーブル(すなわち逆関数情報)をCT 像(すなわちX線CT装置による断層撮影)に先駆 けて作成しておく。一度作成しておけば、毎 回、CT撮像の前に行う必要はない。

 (ステップT1)透過長の算出
 ステップS6で作成されたルックアップテー ルを用いて、減弱量あるいは減弱値から透 長を求める。

 (ステップT2)再構成処理
 そして、この透過長に基づいて再構成処理 36は逆問題を解いて再構成処理を行い透過 質の分布を求めることで、断層画像(再構成 像)を取得する。

 ステップT1で正確に算出された透過長に づいて断層画像を取得することで、ビーム ードニング補正がなされ、カッピングの影 を受けることなく断層画像の均一性を保つ とができる。また、上述した特許文献1のよ に繰り返し法を用いずにビームハードニン 補正を行うことができる。また、近似関数 用いて透過長を求める従来の手法と比べ、X 線検出器2による測定回数で済み、データの 集の手間が減り、負担が軽くなるという効 をも奏する。

 本実施例では、上述したように、X線検出器 2で測定された2つの透過長K 1 ,K 2 での測定減弱量と、これら透過長でK 1 ,K 2 での算出調整された算出減弱量Att(K 1 ),Att(K 2 )との比を2つの透過長K 1 ,K 2 間で(Ln1,rate1),(Ln2,rate2)として互いに結ぶ一次 で、減弱補正関数f(Ln)を一次関数で近似し 表すことで、減弱補正関数算出部34は減弱補 正関数f(Ln)を算出している。この場合、一次 に代入するだけで減弱補正関数f(Ln)を簡易 算出することができる。

 本実施例では、上述したように、X線検出器 2で測定された少なくとも2つの透過長K 1 ,K 2 ,…での測定減弱量のうち、1つの透過長K 1 での測定減弱量を、フィルタ長算出部32およ 減弱補正関数算出部34で兼用している。こ 場合、1つの透過長K 1 での測定減弱量を兼用した分だけ、X線検出 2での測定を一回減らすことができる。

 この発明は、上記実施形態に限られるこ はなく、下記のように変形実施することが きる。

 (1)上述した実施例では、減弱物理量測定 段(実施例ではX線検出器2)や減弱物理量算出 調整手段(実施例では減弱量算出調整部33)に る処理の対象である減弱物理量は、透過前 よび透過後のX線の検出信号比で表された減 量であったが、減弱量の自然対数値である 弱値に例示されるように、減弱に関するパ メータであれば、減弱物理量については特 限定されないし、減弱物理量測定手段や減 物理量算出調整手段による処理の対象であ 減弱物理量についても特に限定されない。

 (2)上述した実施例では、X線検出器2で測定 れた2つの透過長K 1 ,K 2 での測定減弱物理量(実施例では測定減弱量) 用いて補正関数(実施例では減弱補正関数) 算出したが、少なくとも2つの透過長での測 減弱物理量を用いれば、例えば3つ以上の透 過長での測定減弱物理量を用いて補正関数を 算出してもよく、用いられる測定減弱物理量 の数は複数であれば特に限定されない。

 (3)上述した実施例では、X線検出器2で測定 れた2つの透過長K 1 ,K 2 での(Ln1,rate1),(Ln2,rate2)を互いに結ぶ一次式で 補正関数(実施例では減弱補正関数)を一次 数で近似して表すことで、補正関数を算出 たが、これに限定されない。例えば、X線検 器2で測定された少なくとも2つの透過長(例 ば3つの透過長K 1 ,K 2 ,K 3 )での(Ln1,rate1),(Ln2,rate2),(Ln2,rate3)を用いて最小 自乗法によって補正関数を求めることで、補 正関数を算出してもよい。この場合、補正関 数をより正確に求めることができる。

 (4)上述した実施例では、X線検出器2で測定 れた少なくとも2つの透過長K 1 ,K 2 ,…での測定減弱量のうち、1つの透過長K 1 での測定減弱量を、フィルタ長算出部32およ 減弱補正関数算出部34で兼用したが、必ず も兼用しなくてもよい。ただ、例えば、透 長K 1 での測定減弱量をフィルタ長算出部32が用い 、2つの透過長K 2 ,K 3 での測定減弱量を減弱補正関数算出部34が用 て、透過長での測定減弱量を兼用しない場 、最終的に取得される断層画像では、減弱 正関数算出部34で用いられる透過長K 2 ,K 3 での測定減弱量の影響は大きいが、フィルタ 長算出部32で用いられる透過長K 1 での測定減弱量の影響がほとんどなくなるの で、実施例のように兼用するのがより好まし い。

 (5)上述した実施例では、断層撮影装置はX 線CT装置であったが、この発明は、C型アーム によって断層撮影を行う装置に適用してもよ い。このように、この発明が適用される断層 撮影装置については特に限定されない。




 
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