JP5317479B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子の分布に関連したＸ線吸収係数におけるＸ線管電圧依存情報の二次元分布断層像、いわゆるデュアルエネルギー撮影（Dual Energy Scan)の断層像の空間分解能、画像ノイズを最適化するＸ線ＣＴ装置の技術に関する。

２つのＸ線管電圧の断層像を用いて、物質の分布、いわゆるデュアルエネルギー撮影(Dual Energy Scan)の断層像を撮影したい場合、位置ずれによるアーチファクトがＸ線管電圧依存情報を表わす断層像デュアルエネルギー撮影の断層像に表われてしまうという問題があった。例えば肺野を撮影する際に、低いＸ線管電圧では排気で、高いＸ線管電圧では呼気であった場合、低いＸ線管電圧の断層像と高いＸ線管電圧の断層像とが位置ずれする。この状態で、低いＸ線管電圧の断層像と高いＸ線管電圧の断層像を加重加算処理を行うと、位置ずれ（ミス・レジストレーション:mis-registration）アーチファクトが生じていた。

尚、特許文献１には、フラットパネル技術を用いるＸ線撮影におけるデュアルエネルギー撮影において、低エネルギー画像と高エネルギー画像とを合致又は位置合わせする技術が開示されている。
特開２００３−２４４５４２号公報

Ｘ線ＣＴ装置におけるデュアルエネルギー撮影においては断層像を得るため、被検体の臓器の動きに対する位置ずれの影響が大きくなり、高精度な位置ずれ補正の技術が望まれていた。

そこで、本発明の目的は、Ｘ線ＣＴ装置により、原子の分布に関連したＸ線吸収係数におけるＸ線管電圧依存情報を示す二次元分布断層像、いわゆるデュアルエネルギー撮影の断層像の位置ずれによる空間分解能の低下を低減するＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

第１の観点のＸ線ＣＴ装置は、第一エネルギースペクトルを有するＸ線と、前記第一エネルギースペクトルとは異なる第二エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体に照射するＸ線管と、前記被検体に照射された前記第一エネルギースペクトルのＸ線投影データと前記第二エネルギースペクトルのＸ線投影データとを収集するＸ線データ収集部と、 前記第一エネルギースペクトルのＸ線投影データ及び前記第二エネルギースペクトルのＸ線投影データに基づいて、第一断層像及び第二断層像を画像再構成する画像再構成部と、 前記第１断層像及び前記第２断層像に共通する重心を求め、前記重心から放射状に延びる方向に設定された比較対象との比較により、前記第一断層像と前記第二断層像との位置ずれ量を求め、前記第一断層像及び前記第二断層像の少なくとも一方に前記位置ずれ量に基づく位置ずれ補正を行う断層像位置ずれ補正部と、前記位置合わせした前記第一断層像及び前記第二断層像に基づいて、原子の分布に関連したＸ線管電圧依存情報の断層像を画像再構成するデュアルエネルギー像再構成手段と、を備えるというものである。 第２の観点では、第２の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１の観点のＸ線ＣＴ装置において、前記断層像位置ずれ補正部は、前記１点を前記被検体のＣＴ値の高い領域から選択するというものである。
第３の観点のＸ線ＣＴ装置は、第２の観点のＸ線ＣＴ装置において、前記被検体のＣＴ値の高い領域は、骨部領域であるというものである。
第４の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１から第３の何れかの観点において、前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像及び前記第二断層像のそれぞれに、該断層像を前記重心から放射状に延びる複数の扇形に分割した領域を特定し、前記第一断層像の扇形の領域と前記第二断層像の扇形の領域との比較により、前記第一断層像と前記第二断層像との位置ずれ量を測定するというものである。
第５の観点のＸ線ＣＴ装置は、第４の観点において、前記位置ずれ量を、前記第一断層像の扇形の領域と前記第二断層像の扇形の領域との相似形比により求めるというものである。
第６の観点のＸ線ＣＴ装置は、第４の観点において、前記位置ずれ量を、前記第一断層像の扇形の領域と前記第二断層像の扇形の領域との相関演算により求めるというものである。
第７の観点のＸ線ＣＴ装置は、第４又は第５の観点において、前記断層像位置ずれ補正部は、各扇形領域が隣り合う扇形領域と接する部分について、前記扇形領域をオーバーラップさせ、このオーバーラップした部分においては連続的に扇形領域が接合されるように加重加算処理を行うというものである。
第８の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１から第３の何れかの観点において、前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像及び前記第二断層像のそれぞれにおける前記重心から放射状に延びる線分上の画素を特定し、前記第一断層像の前記線分上の画素値と前記第二断層像の前記線分上の画素値との比較により、前記第一断層像と前記第二断層像との位置ずれ量を求めるというものである。
第９の観点のＸ線ＣＴ装置は、第８の観点において、前記位置ずれ量は、前記第一断層像の前記線分上の画素値と前記第二断層像の前記線分上の画素値との相関演算により求めるというものである。
第１０の観点のＸ線ＣＴ装置は、第６又は第９の観点において、前記位置ずれ量は、前記相関演算の結果得られたプロファイルの半値幅を用いて算出された拡大縮小倍率であるというものである。
第１１の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１から第１０の観点において、前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像と第二断層像とを重ねて表示させて比較するというものである。
第１２の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１から第１０の観点において、前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像及び前記第二断層像の少なくとも一方に前記位置ずれ量に基づく座標変換を行うというものである。
第１３の観点のＸ線ＣＴ装置は、第１２の観点において、前記座標変換は、アフィン変換又は多次座標変換であるというものである。

本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、被検体が呼吸や拍動により体動が生じてしまう場合であっても、デュアルエネルギー撮影において、断層像の位置ずれによる空間分解能の低下を低減するＸ線ＣＴ装置を実現できる効果がある。

＜Ｘ線ＣＴ装置の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置１００の構成ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール１と、撮影テーブル１０と、走査ガントリ２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付けるキーボード又はマウスなどの入力装置２と、前処理、画像再構成処理、後処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で収集したＸ線検出器データを収集するデータ収集バッファ５とを具備している。さらに、操作コンソール１は、Ｘ線検出器データを前処理して求められた投影データから画像再構成した断層像を表示するモニタ６と、プログラムやＸ線検出器データや投影データやＸ線断層像を記憶する記憶装置７とを具備している。撮影条件の入力はこの入力装置２から入力され、記憶装置７に記憶される。撮影テーブル１０は、被検体を乗せて走査ガントリ２０の開口部に出し入れするクレードル１２を具備している。クレードル１２は撮影テーブル１０に内蔵するモータで昇降及びテーブル直線移動される。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線コントローラ２２と、コリメータ２３と、ビーム形成Ｘ線フィルタ２８と、多列Ｘ線検出器２４と、データ収集装置（ＤＡＳ：Data Acquisition System）２５とを具備している。さらに、走査ガントリ２０は、被検体の体軸の回りに回転しているＸ線管２１などを制御する回転部コントローラ２６と、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０とやり取りする制御コントローラ２９とを具備している。ビーム形成Ｘ線フィルタ２８は撮影中心である回転中心に向かうＸ線の方向にはフィルタの厚さが最も薄く、周辺部に行くに従いフィルタの厚さが増し、Ｘ線をより吸収できるようになっているＸ線フィルタである。このため、円形又は楕円形に近い断面形状の被検体の体表面の被曝を少なくできるようになっている。

中央処理装置３は、前処理部３１、ビームハードニング処理部３３、画像再構成部３４、デュアルエネルギー像再構成部３５、及び断層像位置ずれ補正部３７を有している。
前処理部３１は、データ収集装置２５で収集された生データに対して、チャネル間の感度不均一を補正し、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正するＸ線量補正等の前処理を実行する。

ビームハードニング処理部３３は、投影データのビームハードニングを補正処理する。ビームハードニングとは、同一材質でも透過厚さによりＸ線吸収が変化し、ＣＴ画像上のＣＴ値（輝度）が変わってしまう現象で、特に被検体を透過した放射線のエネルギー分布が高エネルギー側に偏ることをいう。このため、投影データのスライス方向、チェネル方向に対して、ビームハードニングを補正する。

画像再構成部３４は、前処理部３１で前処理された投影データを受け、その投影データに基づいて画像を再構成する。投影データは、周波数領域に変換する高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)がなされて、それに再構成関数Kernel（j）を重畳し、逆フーリエ変換する。そして、画像再構成部３４は、再構成関数Kernel（j）を重畳処理した投影データに対して、三次元逆投影処理を行い、被検体ＨＢの体軸方向（Ｚ方向）ごとに断層像（ｘｙ平面）を求める。画像再構成部３４は、この断層像を記憶装置７に記憶させる。

デュアルエネルギー像再構成部３５は、投影データ又は断層像から、原子の分布に関連したＸ線管電圧依存情報の二次元分布断層像いわゆるデュアルエネルギー撮影の断層像を再構成する。
断層像位置ずれ補正部３７は、デュアルエネルギー撮影の断層像の最適化するために、低い管電圧及び高い管電圧による各断層像の位置ずれを補正する。尚、断層像位置ずれ補正部３７の詳細については、後述する。

＜Ｘ線ＣＴ装置の動作フローチャート＞
図２は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置についての動作の概要を示すフローチャートである。
ステップＰ１では、被検体をクレードル１２に乗せ、位置合わせを行う。ここでは、クレードル１２の上に乗せられた被検体は各部位の基準点に走査ガントリ２０のスライスライト中心位置を合わせる。そして、スカウト像（スキャノ像、Ｘ線透視像ともいう。）収集を行う。スカウト像撮影では、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを固定させ、クレードル１２を直線移動させながらＸ線検出器データのデータ収集動作を行う。ここでは、スカウト像は通常０度、９０度のビュー角度位置で撮影される。なお、部位によっては例えば頭部のように、９０度スカウト像のみの場合であってもよい。図２中の右側は、０度で胸部付近のを撮影したスカウト像４１の例である。このスカウト像４１上から断層像の撮影位置を計画できる。

ステップＰ２では、スカウト像４１上に撮影する断層像の位置、大きさを表示させながら撮影条件設定を行う。スカウト像４１中に示した点線は、断層像画像の位置である。本実施形態では、コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンなどの複数のスキャンパターンを有している。コンベンショナルスキャンとは、クレードル１２をｚ軸方向に所定の間隔で移動するごとにＸ線管２１及び多列Ｘ線検出器２４を回転させてＸ線投影データを取得するスキャン方法である。ヘリカルスキャンとは、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４からなるＸ線データ収集系が回転しながらクレードル１２を一定速度で移動させ、Ｘ線投影データを収集する撮影方法である。可変ピッチヘリカルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管２１及び多列Ｘ線検出器２４からなるＸ線データ収集系を回転させながらクレードル１２の速度を可変させてＸ線投影データを収集する撮影方法である。ヘリカルシャトルスキャンとは、ヘリカルスキャンと同様にＸ線管２１及び多列Ｘ線検出器２４からなるＸ線データ収集系を回転させながらクレードル１２を加速・減速させて、ｚ軸の正方向又はｚ軸の負方向に往復移動させてＸ線投影データを収集するスキャン方法である。これらの複数の撮影を設定すると、１回分の全体としてのＸ線線量情報の表示を行う。

断層像の撮影条件設定においては、Ｘ線ＣＴ装置１００の自動露出機構を用いることにより、被検体の被曝を最適化することもできる。また、この断層像撮影条件設定において、いわゆるデュアルエネルギー撮影の断層像撮影のために、Ｘ線管２１の低いＸ線管電圧、たとえば８０ｋＶの撮影条件と、高いＸ線管電圧、たとえば１４０ｋＶの撮影条件とを設定できる。また、デュアルエネルギー撮影における自動露出機構においては、デュアルエネルギー断層像の最終的な画像のノイズ指標値が設定されたノイズ指標値にほぼ等しくなるように、低いＸ線管電圧の撮影条件と高いＸ線管電圧の撮影条件を定めることができる。また、この時に低いＸ線管電圧の断層像の画像ノイズと高いＸ線管電圧の断層像の画像ノイズがほぼ等しくなるように、各々のＸ線管電圧の撮影条件を定めるのがＸ線被曝最適化の観点からは好ましい。

ステップＰ３ないしステップＰ９では、断層像撮影を行う。ステップＰ３において、Ｘ線データ収集を行う。ここでヘリカルスキャンによってデータ収集を行う場合には、Ｘ線管２１と多列Ｘ線検出器２４とを被検体の回りに回転させ、かつ、撮影テーブル１０上のクレードル１２を直線移動させながら、Ｘ線検出器データのデータ収集動作を行う。そして、ビュー角度viewと、検出器列番号jと、チャネル番号iとで表わされるＸ線検出器データＤ０（view、j、i）（j＝１〜ＲＯＷ、i＝１〜ＣH）にｚ方向座標位置Ztable（view）を付加させる。このようにヘリカルスキャンにおいては、一定速度の範囲のＸ線検出器データ収集を行う。このｚ方向座標位置はＸ線投影データ（Ｘ線検出器データ）に付加させても良いし、また別ファイルとしてＸ線投影データと関連付けて用いても良い。ヘリカルシャトルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン時にＸ線投影データを三次元画像再構成する場合に、このｚ方向座標位置の情報は用いられる。また、ヘリカルスキャン又はコンベンショナルスキャン又はシネスキャン時に用いることにより、画像再構成された断層像の精度改善、画質改善を実現することもできる。

ステップＰ４では、前処理部３１が前処理を行う。ここでは、Ｘ線検出器データＤ０(view、j、i)に対して前処理を行い、投影データに変換する。具体的には、オフセット補正を行い、対数変換を行い、Ｘ線線量補正を行い、そして感度補正を行う。
ステップＰ５では、ビームハードニング処理部３３がビームハードニング補正を行う。ここでは、前処理された投影データＤ１ (view、j、i)に対して、ビームハードニング補正を行う。この時、検出器の各j列ごとに独立したビームハードニング補正を行なえるため、撮影条件で各Ｘ線データ収集系の管電圧が異なっていれば、列ごとの検出器のＸ線エネルギー特性の違いを補正できる。

ステップＰ６では、画像再構成部３４がｚフィルタ重畳処理を行う。ここでは、ビームハードニング補正された投影データＤ１１(view、j、i)に対して、ｚ方向(列方向)のフィルタをかけるｚフィルタ重畳処理を行う。すなわち、各ビュー角度、各Ｘ線データ収集系における前処理後、ビームハードニング補正された多列Ｘ線検出器Ｄ１１(view、j、i) (i＝１〜ＣH、 j＝１〜ＲＯＷ)の投影データに対し、列方向に例えば列方向フィルタサイズが５列のフィルタをかける。

多列Ｘ線検出器２４の中心部チャネルと周辺部チャネルとのそれぞれにおいて列方向フィルタ係数を制御することにより、スライス厚を中心部と周辺部とのそれぞれにおいて制御できる。列方向フィルタでスライス厚を弱干厚くすると、アーチファクト、ノイズともに大幅に改善される。これによりアーチファクト改善具合、ノイズ改善具合も制御できる。つまり、三次元画像再構成された断層像つまり、ｘｙ平面内の画質が制御できる。また、その他の実施形態として、列方向（ｚ方向）フィルタ係数を逆重畳（デコンボリューション）フィルタにすることにより、薄いスライス厚の断層像を実現することもできる。また、必要に応じてファンビームのＸ線投影データを平行ビームのＸ線投影データに変換する。

ステップＰ７では、画像再構成部３４が再構成関数重畳処理を行う。すなわち、Ｘ線投影データを周波数領域に変換するフーリエ変換（Fourier Transform）を行い、再構成関数を掛け、逆フーリエ変換する。

ステップＰ８では、画像再構成部３４が三次元逆投影処理を行う。ここでは、再構成関数重畳処理した投影データＤ１３(view、j、i)に対して、三次元逆投影処理を行い、逆投影データＤ３(ｘ、ｙ、ｚ)を求める。画像再構成される画像はｚ軸に垂直な面である。ｘｙ平面に三次元画像再構成される。以下の再構成領域Pはｘｙ平面に平行なものとする。この三次元逆投影処理については、図３を参照して後述する。

ステップＰ９では、画像再構成部３４が後処理を行う。逆投影データＤ３（ｘ、ｙ、ｚ）に対して画像フィルタ重畳、ＣＴ値変換などの後処理を行い、断層像Ｄ３１（ｘ、ｙ、ｚ）を得る。
ステップＰ１０では、画像再構成された断層像を表示する。断層像の例として、図２の右側に断層像４２を示す。
ステップＰ１１では、三次元画像表示又はＭＰＲ（Multi Plain Reformat）画像表示を行う。ここでは、ｚ方向に連続に撮影された断層像を、三次元ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）画像表示方法で表示した三次元画像４３とＭＰＲ画像４４を示す。その他各種の画像表示方法があるが、操作者は、診断用途より、適宜画像表示方法を使い分けて利用する。

＜三次元逆投影処理のフローチャート＞
図３は、三次元逆投影処理（図２のステップＳ８）の詳細を示すフローチャートである。本実施形態では、画像再構成される画像はｚ軸に垂直な面、ｘｙ平面に三次元画像再構成される。つまり、以下の再構成領域は、ｘｙ平面に平行なものとする。

ステップＰ８１では、断層像の画像再構成に必要な全ビュー、すなわち、３６０度分のビュー又は１８０度分＋ファン角度分のＸ線ファンビーム投影データの全ビュー、又はファンパラ変換されたＸ線平行ビーム投影データの場合は３６０度分の全ビュー、又は１８０度分の全ビュー中の１ビューに着目し、再構成領域の各画素に対応する投影データＤｒを抽出する。

Ｘ線透過方向は、Ｘ線管２１のＸ線焦点と各画素と多列Ｘ線検出器２４との幾何学的位置によって決まる。Ｘ線検出器データＤ０(view、ｊ、ｉ）のｚ座標ｚ（view）がテーブル直線移動ｚ方向位置Ztable（view）としてＸ線検出器データに添付されて判っている。このため、加速・減速中のＸ線検出器データＤ０(view、ｊ、ｉ）でもＸ線管２１の焦点及び多列Ｘ線検出器２４のデータ収集系の中において、Ｘ線透過方向を正確に求めることができる。

なお、ラインの一部が多列Ｘ線検出器２４のチャネル方向の外に出た場合は、対応する投影データＤｒ(view、ｘ、ｙ)を「０」にする。また、ｚ方向の外に出た場合は投影データＤｒ(view、ｘ、ｙ)を補外して求める。

ステップＰ８２では、投影データＤｒ（view、ｘ、ｙ）にコーンビーム再構成加重加算係数ωａ、ωbを乗算し、投影データＤ２（view、ｘ、ｙ）を作成する。コーンビーム再構成加重加算係数ωａ、ωｂを掛けて加算することにより、コーン角アーチファクトを低減することができる。又はンビーム画像再構成の場合は、更に、距離係数を再構成領域上の各画素に乗算する。距離係数は、Ｘ線管２１の焦点から投影データＤｒに対応する多列Ｘ線検出器２４の検出器列ｊ、チャネルｉまでの距離をｒ０とし、Ｘ線管２１の焦点から投影データＤｒに対応する再構成領域P上の画素までの距離をｒ１とするとき、（ｒ１／ｒ０）２である。また、平行ビーム画像再構成の場合は、再構成領域P上の各画素にコーンビーム再構成加重加算係数w（ｉ、ｊ）のみを乗算すればよい。なお、ωａ＋ωb＝１である。

ステップＰ８３では、逆投影データＤ３（ｘ、ｙ）に投影データＤ２（view、ｘ、ｙ）を画素対応に加算する。具体的には、予めクリアしておいた逆投影データＤ３(ｘ、ｙ)に、投影データＤ２（view、ｘ、ｙ）を画素対応に加算する。図３の右側に示した図が投影データＤ２（view、ｘ、ｙ）を画素ごとに加算する概念を示している。
ステップＰ８４では、画像再構成に必要な全ビューの逆投影データＤ２を加算したか否かについて判断する。ここでは、全てについて加算していない場合には、断層像の画像再構成に必要な全ビュー（すなわち、３６０度分のビュー又は「１８０度分＋ファン角度分」のビュー）について、ステップＳ８１〜Ｓ８３を繰り返し、画像再構成に必要な全ビューを加算する。全てについて加算した場合には、本処理を終了する。

＜＜体動防止撮影法＞＞
本実施形態の撮影方法は、以下に示すような体動を防ぐ撮影を行う。
図４は、Ｘ線管電圧を切り換える複数例を示した図である。
図４Ａ（ａ）では、１回目の撮影時間ｔ１と、２回目の撮影時間ｔ２とを続けて撮影する。この場合、Ｘ線コントローラ２２は、時間ｔ１と時間ｔ２の間にＸ線管電圧を変化させる。このとき、多列Ｘ線検出器２４のＸ線ファンビームのファン角が６０度であれば、ハーフスキャンＨ−Ｓcanに必要なＸ線データ収集角度ファン角＋１８０度は２４０度となり、２／３回転分となる。今、Ｘ線データ収集系の回転速度が０．３５秒／回転であれば、撮影時間は撮影時間０．４６秒となり、被検体の体動はかなり押さえられる。なお、撮影方法は、１スキャン目と２スキャン目との順序が逆でもよい。

図４Ａ（ｂ）は、Ｘ線管電圧を上げるためにＸ線をオフにしている時間を１回目の撮影時間ｔ１と２回目の撮影時間ｔ２との間に入れた例である。
図４Ａ（ｂ）に示す撮影方法は、１回目の低いＸ線管電圧の撮影時間ｔ１の後、ΔｔのＩＳＤ(Inter Scan
Delay)の間、Ｘ線オフして高いＸ線管電圧を変更する準備する。その後、２回目の高いＸ線管電圧の撮影時間ｔ２を１回目の撮影と同じＸ線データ収集開始角度から撮影する。このように、Ｘ線データ収集開始角度を一致させることで、Ｘ線投影データ上の処理を精度よく行える。
Ｘ線データ収集系の回転速度が０．３５秒／回転で、ハーフスキャンＨ−Ｓcanを行えば、撮影時間が０．５８秒となる。撮影時間が短いため、被検体の体動はかなり押さえられる。

図４Ｂ（ｃ）に示す撮影方法は、奇数ビューをＸ線管電圧１４０ｋＶのＸ線データ収集、偶数ビューをＸ線管電圧８０ｋＶのＸ線データ収集としてビューごとにＸ線管電圧を変化させて被検体の体動をより少なくする。
その変形例として、図４Ｂ（ｄ）に示す撮影方法は、複数のまとまったビューの単位ごとに、Ｘ線管電圧１４０ｋＶのＸ線データ収集、Ｘ線管電圧８０ｋＶのＸ線データ収集を交互に行う。

図５は、図４Ｂ（ｃ）又は図４Ｂ（ｄ）で示した、１ビュー毎又は複数ビュー毎にＸ線管電圧を切り換える場合の画像再構成処理の概要である。図６は、その画像再構成処理のフローチャートである。
ステップＣ１では、奇数ビューを低いＸ線管電圧で偶数ビューを高いＸ線管電圧で撮影し、Ｘ線データ収集を行う。
ステップＣ２では、低いＸ線管電圧投影データＲ−Ｌｏｗと高いＸ線管電圧投影データＲ−Ｈｉｇｈとを分離する。
ステップＣ３では、低いＸ線管電圧投影データＲ−Ｌｏｗを画像再構成して、低いＸ線管電圧の断層像ＴＧ−Ｌを得る。
ステップＣ４では、高いＸ線管電圧投影データＲ−Ｈｉｇｈを画像再構成して、高いＸ線管電圧の断層像ＴＧ−Ｈを得る。

ステップＣ５では、低いＸ線管電圧の断層像ＴＧ−Ｌに加重加算係数ｗ１を乗算し、高いＸ線管電圧の断層像ＴＧ−Ｈに加重加算係数−ｗ２を乗算する。それらの加算して、デュアルエネルギー撮影の断層像Ｍ−ＴＧを画像再構成する。
ステップＣ６では、デュアルエネルギー撮影の断層像Ｍ−ＴＧを表示する。
なお、複数ビュー単位で各電圧のＸ線データ収集を行った場合でも、Ｒ−Ｌｏｗ、Ｒ−Ｈｉｇｈに分離して、画像再構成してやれば良い。

以上のように、Ｘ線管電圧を早いタイミングで切り替える撮影方法は、体動の少ないデュアルエネルギー断層像を得ることができる。

＜断層像位置ずれ補正部３７の動作＞
以下、実施例を用いて、断層像位置ずれ補正部３７の動作について詳述する。
（実施例１）＜扇形領域ＦＡを用いた位置ずれ補正＞
次に、低いＸ線管電圧で撮影された断層像ＴＧ−Ｌと高いＸ線管電圧で撮影された断層像ＴＧ−Ｈとの位置合わせを、３点で定まる扇形領域ＦＡを用いて行う例について説明する。
一般的に人体は骨のように固い物と、軟部組織や内臓のように軟らかい物で構成されている。その骨格は呼吸や体動では余り動かないため、軟部組織や内臓などの軟らかい領域が、この固い領域を中心にして動くと予想される。また、骨部領域はＸ線吸収係数が大きく、ＣＴ値が高いために抽出しやすい。このため、位置合わせは、ＣＴ値のＸ線吸収係数の大きな骨部領域を抽出し、その中心又は重心を中心とした領域で行う。
二次元の平面で位置合わせを行うには、少なくとも３点が必要である。このため３点で定まる三角形や扇形の領域に分割し、位置合わせを行う。この時に、３点の１つを動かない基準点である骨部領域の中心にしておく。この３点の扇形領域ＦＡで位置合わせを行う。

図７は、Ｘ線吸収係数におけるＸ線管電圧依存情報の二次元分布断層像を画像再構成する際に、扇形（放射状）領域で位置合わせを行うフローチャートである。図８は、骨部領域の抽出を示す図である。図９（ａ）は、扇形領域ＦＡの一部をオーバーラップさせた図であり、図９（ｂ）は、オーバーラップ各扇形領域ＦＡにおける加算係数を示す図である。

図７に示す８ステップＤ１では、Ｘ線データ収集部は、Ｘ線管電圧８０ｋＶでの撮影を行う。
ステップＤ２では、Ｘ線データ収集部は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶでの撮影を行う。
ステップＤ３では、８０ｋＶ及び１４０ｋＶの各断層像において、断層像位置ずれ補正部３７は、濃淡画像である各断層像を、骨を抽出する閾値で２値化処理を行う。図８に示すように、濃淡画像の各断層像を、例えば骨のＣＴ値として予想される１５０ＨＵ(Hounsfield
Unit)以上の領域を閾値として２値化処理を行う。

ステップＤ４では、断層像位置ずれ補正部３７は、連続領域番号付処理（ラベリング処理）を行う。図８に示すように、この２値化された画像に対してラベリング処理を行い、連続した画素から構成される二次元領域ごとに番号付けを行う。図８の拡大図に示すように、各連続した二次元領域の画素値が連続領域番号値、ここでは各画素が“２”となっている様子を示している。
ステップＤ５では、断層像位置ずれ補正部３７は、連続領域ごとの画像特徴量を求める。つまり、ステップＤ４にて番号付けされた連続二次元領域ごとに、平均ＣＴ値、ＣＴ値の標準偏差、面積値、円形度、フェレ径、面積率、長径、短径、又は偏平度などの画像特徴量を求める。これらの画像特徴量については図１０を使って後述する。

ステップＤ６では、断層像位置ずれ補正部３７は、各連続領域より骨部の領域を抽出する。ここではステップＤ５にて連続二次元領域ごとに求められた画像特徴量より判断して、図８に示すように、骨部領域でない領域、例えば造影剤領域などを除去する。
ステップＤ７では、断層像位置ずれ補正部３７は、各骨部領域の特徴パラメータに基づいて中心とする骨部領域ｔｎを定める。通常、頸部、胸部、腹部、腰部においては、椎体を中心とする骨部領域に選び、下肢（足）では大腿骨、脛骨を、上肢（手）では上腕骨、橈骨を、頭部では頭蓋骨を中心とする骨部領域に選ぶと良い。さらに、この骨部領域ｔｎの重心ｏを求める。

ステップＤ８では、断層像位置ずれ補正部３７は、両断層像の被検体体表面の輪郭を抽出できる閾値で２値化処理を行う。Ｘ線管電圧８０ｋＶと１４０ｋＶとの断層像から体表面の輪郭を抽出できる閾値、例えば−１００ＨＵ〜−２００ＨＵ程度の閾値で２値化処理を行う。

ステップＤ９では、断層像位置ずれ補正部３７は、体表面の輪郭を抽出し、重心ｏを中心とした４５度おきの放射線で体表面の輪郭を８分割し、８分割点ａ〜ｈの点を定める。体表面の輪郭線を、例えば輪郭抽出論理フィルタにより求める。また、図８に示すように、骨部領域ｔｎの重心ｏ（ｇｘ、ｇｙ）を中心とし、ｙ軸に対し０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度の４５度おきの分割線と体表面の輪郭線との交点を求め、これを点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとする。
ここで、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌの点ａ〜点ｈを点ａ８０〜点ｈ８０とし、 Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの点ａ〜点ｈを点ａ１４０〜点ｈ１４０とする。なお、この実施形態では、分割線を４５度おきにしているが、Ｘ線管電圧８０ｋＶと１４０ｋＶとの断層像間での位置ずれが大きい場合には、４５度おきの分割線を３０度、２２．５度、１０度のように、さらに細かく分割して設定しても良い。

ステップＤ１０では、Δｇ８０ｈ８０ｏとΔｇ１４０ｈ１４０ｏの相似形比を求める。管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌ上には、Δａ８０ｂ８０ｏ〜Δｈ８０ａ８０ｏ、管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈ上には、Δａ１４０ｂ１４０ｏ〜Δｈ１４０ａ１４０ｏ、各８つずつの扇形領域ＦＡが定められる。この場合に両管電圧の各扇形領域ＦＡを構成する線分は必ず同じ方向になるので、この場合は拡大縮小の倍率だけを考えれば良い。そして、図８で示すように、各々の扇形領域ＦＡにおいて、辺の比を求める。つまり、線分ｇ８０−ｏと線分ｇ１４０−ｏの比ｒｇ、線分ｈ８０−ｏと線分ｈ１４０−ｏの比ｒｈを各々求める。
ステップＤ１１では、断層像位置ずれ補正部３７は、Δｇ８０ｈ８０ｏを相似形比で拡大縮小座標変換して、Δｇ１４０ｈ１４０ｏに合わせる。各４５度おきの扇形の直線部分を軸とした場合、この４５度おきの扇形の直線部分を軸方向にｒｇ、ｒｈだけ拡大縮小倍率処理を行えば、各々の扇形の位置合わせが行える。

なお、ステップＤ１１で求められた各４５度方向の拡大縮小倍率に対して、アフィン変換で座標変換を行うことを考えると以下のようになる。例えばｏａの方向とｏｂの方向を考える。
線分ａ８０−ｏと線分ａ１４０−ｏの比ｒａ、線分ｂ８０−ｏと線分ｂ１４０−ｏの比ｒｂが求められた場合に、以下の（数式１）のアフィン変換により変換は行われる。
ただし、変換前の座標を（ｘ、ｙ）、変換後の座標を（Ｘ、Ｙ）とする。
… （数式１）
また、アフィン変換でなく多次座標変換でも、この処理は実現できる。多次座標変換を行った場合は、１次の座標変換であるアフィン変換よりも精度の良い座標変換が行える。
なお、ステップＤ１１で行う座標変換は、Ｘ線管電圧８０ｋＶの扇形領域ＦＡをＸ線管電圧１４０ｋＶの扇形領域ＦＡに合わせるように座標変換してもよいし、その逆でも良い。

ステップＤ１２では、断層像位置ずれ補正部３７は、Δａｈｏ、Δａｂｏ、Δｂｃｏ、Δｃｄｏ、Δｄｅｏ、Δｅｆｏ、Δｆｇｏ、Δｇｈｏについてすべて座標変換位置合わせを行ったかを判断し、ＹＥＳであればステップＤ１２へ行き、ＮＯであればステップＤ９へ戻る。
ステップＤ１３では、断層像位置ずれ補正部３７は、８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌと１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈとの各扇形領域ＦＡを合体する。Ｘ線管電圧８０ｋＶと１４０ｋＶとの扇形領域ＦＡを合体する。この時に各扇形領域ＦＡを合体する接合部分の断層像が連続的に接合されない場合がある。これを避けるために、各扇形領域ＦＡより大きめの領域で処理を行っておく。例えば図９（ａ）に示すように、扇形領域ＦＡＡと扇形領域ＦＡＢとをオーバーラップさせて処理を行う。各扇形領域ＦＡＡ、Ｂの境界部分では、両Ｘ線管電圧の位置合わせさせた断層像同士を、図９（ｂ）に示すような加算係数ｗａ（ｘ、ｙ）、ｗｂ（ｘ、ｙ）をかけて処理を行う。この係数ｗａ（ｘ、ｙ）、ｗｂ（ｘ、ｙ）の和は、常に“１”で一定とする。
この加重加算係数を位置合わせされた扇形領域ＦＡＡから扇形領域ＦＡＨまでの断層像に加重加算処理を行うことで、連続的に滑らかに接合される。このとき、線型の加重加算係数を用いているが、これは多次多項式の加重加算係数でも良い。

ステップＤ１４では、デュアルエネルギー像再構成手段は、両Ｘ線管電圧の各扇形領域ＦＡを合体し、８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌと１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈとを加重加算処理する。
ステップＤ１５では、ステップＤ１４で求められたデュアルエネルギー撮影の断層像Ｍ−ＴＧを表示する。
ステップＤ３からステップＤ７までの処理においては、各断層像の骨部領域の重心ｏを求めることにより、ステップＤ８以後で定まる各扇形領域ＦＡの「扇の要」を定め、扇形に分割できるように準備を行っている。

＜画像特徴量の例＞
図１０は、ステップＤ５で用いた画像特徴量の例を示したものである。
まず連続した二次元の領域をＲｎとすると、領域Ｒｎの画素単位の面積ｓ、及び実際の面積ｓｐ（単位ｍｍ^２）は以下の（数式２）、（数式３）のようになる。
… （数式２）
… （数式３）
また、平均ＣＴ値ｍとその標準偏差ｓｄは以下の（数式４）、（数式５）のようになる。ただし、ｇ（ｘ、ｙ）は座標（ｘ、ｙ）の画素値とする。

… （数式４）
… （数式５）

また、円形度ｃは以下の（数式６）のようになる。ただし、ｌは領域Ｒｎの周囲長とする。
… （数式６）
また、フェレ径は、領域Ｒｎの外接よりｘ方向フィレ径がｌｘ、ｙ方向フィレ径がｌｙとなり、面積率ｓｒは（数式７）のようになる。
… （数式７）
また、領域Ｒｎの、楕円近似した長径Ｒｘと短径Ｒｙより偏平率Ｒが、（数式８）のように求められる。
… （数式８）

（実施例２）＜重心から放射状に延びる線分のプロファイルデータを用いた位置ずれ補正１＞
実施例１では、両管電圧に関する断層像の扇形領域ＦＡの位置合わせは、被検体体表面の輪郭線と分割線との交点で定められる３つの頂点で位置合わせを行った。それに対し、本実施例は、重心から放射状に延びる線分上の画素を画素値で合わせる方法、つまりプロファイルカーブを使った方法である。
図１１（ａ）は、各扇形領域ＦＡの２辺におけるプロファイルデータで示す図である。各プロファイルｐｒｆ８０、ｐｒｆ１４０をプロファイルの形で位置合わせすることが、より精度のよい加重加算処理を実現できる。

まず断層像位置ずれ補正部３７は、各プロファイルｐｒｆ８０、ｐｒｆ１４０の対応する各画素を合わせながら、次のような方法で、そのずれ量ｓ１、拡大縮小倍率ｒ１を求める。
一般的にＸ線ＣＴ断層像での空気の部分は−１０００のＣＴ値を取り、Ｘ線吸収係数がほぼ水と等価である被検体部分は、０又は０前後のＣＴ値を取る。
ＣＴ値の変化を表すプロファイルｐｒｆ８０、ｐｒｆ１４０は、空気部分の−１０００をマイナスにならないように各画素のＣＴ値に１０００を加算し、負（マイナス）の部分をなくしたプロファイルとして計算する。又は、ＣＴ値の負の部分はＣＴ値を０に圧縮して計算してもよい。こうすることで、負の部分による計算誤差を含まないで済む。この相関演算は以下の（数式９）のようになる。
… （数式９）

断層像位置ずれ補正部３７は、この線分ａ８０ｏ、ａ１４０ｏ上のプロファイルｐｒｆ８０とプロファイルｐｒｆ１４０との相関演算の結果Ｃａ（ｓ）を求める。
図１１（ｂ）は、プロファイルデータの相関を示す図である。図１１（ｂ）における距離ｓ１は、Ｃａ（ｓ）のピークにおけるずれ量を示す。また、以下の式（数式１０）でプロファイルｐｒｆ１４０のプロファイルｐｒｆ８０に対する拡大縮小倍率ｒ１が定まる。ｓ１はプロファイルｐｒｆ８０とプロファイルｐｒｆ１４０のずれ量を示す。
… （数式１０）
ここで、ｓ２は、相関演算Ｃａ（ｓ）のピーク値ｐ０の半分ｐ０／２の幅、つまり半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width Half Maximum）であり、ｌ８０＝ａ８０ｏである。この位置ずれ量ｓ１、又は拡大縮小倍率ｒ１を用いて、実施例１と同様の座標変換を行うことができる。

図１２は、相関演算を用いて、各管電圧の各扇形領域ＦＡを合体の処理を示したフローチャートである。
図７のステップＤ９を終えた後、ステップＤ２５に進む。
ステップＤ２５では、各扇形領域ＦＡにおける２辺の線分上のプロファイル相関Ｃａ（ｓ）を求める。
ステップＤ２６では、ステップＤ２５の相関演算結果よりピークの位置ずれ量ｓ１、又は拡大縮小倍率ｒ１を求める。
ステップＤ２７では、８０ｋＶの各扇形領域ＦＡと１４０ｋＶの各扇形領域ＦＡとを座標変換により位置合わせを行う。
ステップＤ２８では、全部の扇形領域ＦＡで位置合わせ完了かを判断し、ＹＥＳであれば図７のステップＤ１３へ進み、ＮＯであればステップＤ２５へ戻る。
また、上記の実施形態では各扇形領域ＦＡの２辺について相関演算を行ったが、より多の相関演算を行いたい場合は、図１１（ｂ）のように線分を角度方向に増やせばよい。そして、その増えた線分の相関演算結果に基づき、ピークのずれ量ｓ１、又は拡大縮小倍率ｒ１をその線分上で求めることで、より精度のよい座標変換を行うことができる。

（実施例３）＜重心から放射状に延びる線分のプロファイルデータを用いた位置ずれ補正２＞
実施例２では、異なる管電圧の扇形領域ＦＡの２辺におけるプロファイルデータ相関Ｃａ（ｓ）を求めることで、ピークの位置ずれ量ｓ１又は拡大縮小倍率ｒ１を求めた。しかし、被検体の体内の一部だけが拡大縮小することもある。ここで説明する直線方向のずれ補正は、プロファイル上のある一部分が延びた状態を解消する方法である。
図１３（ａ）は、各扇形領域ＦＡのプロファイルｐｒｆ８０とプロファイルｐｒｆ１４０を示し、図１３（ｂ）は、８０ｋＶのプロファイルデータ及び１４０ｋＶのプロファイルデータを示す図である。（ｄ）実施形態２の位置合わせを示す図である。（図の説明Ｐ５７）
図１４（ａ）は、各扇形領域ＦＡのプロファイルの直径方向におけるのピークの位置ずれ量を示す図である。（ｂ）は、ピークの位置ずれ量の積分値と直径方向座標の関係を示す図である。

プロファイルｐｒｆ８０のｙ方向における領域ｒ１は、プロファイルｐｒｆ１４０のｙ方向における領域ｒ１に強く相関を持つ。また、プロファイルｐｒｆ８０のｙ方向における領域ｒ２は、プロファイルｐｒｆ１４０のｙ方向における領域ｒ２に強く相関を持つ。しかし、線分ｈ８０ｏ、線分ｈ１４０ｏの全体同士で相関演算処理を行ってしまうと、上記の領域ｒ１、ｒ２同士の部分の強い相関は、部分的に延びたｒ３領域のプロファイルデータのために相関がずれる。これは、各扇形領域ＦＡの位置合わせにおいて、重心から放射状に延びる方向である直径方向に位置合わせのズレとなって表れてくる。
このように、各扇形領域ＦＡの直径方向のプロファイルで部分的に強い相関を表す部分を抽出するには、各扇形領域ＦＡをさらに直径方向に分割すれば良い。

図１３（ａ）に示す扇形領域ｈ８０ａ８０ｏ及び扇形領域ｈ１４０ａ１４０ｏの直径方向の領域ごとに、断層像位置ずれ補正部３７は、直径方向にプロファイルの相関を取り、ピークの位置ずれ量ｓ１、又は拡大縮小倍率ｒ１を求める。
まず、直径方向ｒ方向において放射方向の外側へのＣＴ値の変化を表すプロファイルデータで、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌのプロファイルをｐｒｆ８０（ｒ）、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈのプロファイルをｐｒｆ１４０（ｒ）とすると、部分的な相関関数Ｃｏ（ｘ）は以下の（数式１１）で求められる。
… （数式１１）

ただし、Δｒはプロファイルの変化の周波数、周期から定まる値で被検体の場合、Δｒは２〜５ｍｍ程度でよい。
この時に、相関関数は直径方向座標ｒの位置をどれだけずらした時に最大値（ピーク）が来るか、つまりプロファイルｐｒｆ８０（ｒ）、プロファイルｐｒｆ１４０（ｒ）の一致具合が高いかを考える。
図１４（ａ）にある直径方向座標位置ｒ１において、位置ずれ量ｓ１で以下の（数式１２）の相関関数Ｃ１（ｒ、ｓ）は最大値を取る。
… （数式１２）
各直径方向座標ｒにおける相関関数のピークを取る位置ずれ量ｓ、つまりｐｒｆ８０（ｒ）、ｐｒｆ１４０（ｒ）がよく一致する位置ずれ量ｓが求められる。これを図１４（ｂ）に示すように、ピークを取るずれ量ｓが直径方向座標ｒの関数となる。

図１５は、このずれ量ｓをｓｈｉｆｔ（ｒ）として示した図である。図１５（ａ）はプロファイルｐｒｆ８０（ｒ）、図１５（ｂ）はプロファイルｐｒｆ１４０（ｒ）を示している。また、図１５（ｃ）は位置ずれ量ｓの積分値を示し、図１５（ｄ）は局所的なずれ量Δｓを示し、図１５（ｅ）は直径方向に分割された扇形領域ＦＡを示す図である。
図１５（ｃ）に示すｓｈｉｆｔ（ｒ）は、線分ａ８０ｏ、線分ａ１４０ｏ、線分ｈ８０ｏ、又は線分ｈ１４０ｏから直径方向座標ｒまでのずれ量ｓの積分値となっている。また図１５（ｄ）に示す、［ｒ、ｒ＋Δｒ］における局所的なずれ量Δｓは、このずれの積分値ｓｈｉｆｔ（ｒ）の微分となる。以下の（数式１３）が局所的なずれ量Δｓとなる。
… （数式１３）
断層像位置ずれ補正部３７は、このずれ量Δｓがある程度同一の範囲ごとにｒ方向に領域を分割する。図１５（ｄ）の例では、ｒ方向領域ｒ１からｒ６までに分割されている。これを扇形領域ＦＡに展開すると図１５（ｅ）のようになる。この各領域Ｆ１から領域Ｆ６までの領域ごとに、直径方向のずれ量Δｓ分を座標変換によりずらして位置合わせを行うことで、扇形領域ＦＡｈａｏの位置合わせが行われる。また、各領域の各境界線上の不連続なアーチファクトは、実施例１のように領域をオーバーラップさせることで防げる。

図１６は、以上のプロファイルカーブでの直径方向位置ずれ補正のフローチャートである。
図７のステップＤ９を終えた後、ステップＤ４５に進む。
ステップＤ４５では、断層像位置ずれ補正部３７は、各扇形領域ＦＡにおける２辺の線分上又は複数の直径方向の線分上プロファイルを用い、直径方向の各位置のずれ量を求める。
ステップＤ４６では、ずれ量に応じて各扇形領域ＦＡを直径方向に分割する。
ステップＤ４７では、各Ｘ線管電圧の各扇形領域ＦＡにおいて直径方向に分割された領域を座標変換により位置合わせを行う。
ステップＤ４８では、全扇形領域ＦＡで位置合わせ完了かを判断し、ＹＥＳであれば図７のステップＤ１３へ進み、ＮＯであればステップＤ４５へ戻る。

以上の処理により、断層像位置ずれ補正部３７は、両Ｘ線管電圧の各扇形領域ＦＡ内の直径方向プロファイルデータで、部分的に相関の強い所の位置を抽出する。そして、そのずれ量Δｓの違いにより、扇形領域ＦＡを直径方向に分割して位置合わせを行うことで、より精度のよい位置合わせが行える。具体的には被検体の呼吸、心拍、拍動などにより、体軸の放射方向、つまり扇形領域ＦＡの直径方向に一様でない位置ずれの位置合わせが精度良く実現できる。

（実施例４）＜二次元相関演算を用いた位置ずれ補正＞
実施例２では、扇形領域ＦＡの３つの頂点のみで位置ずれ量、拡大縮小倍率を定めていた。また、扇形領域ＦＡ内の中心から外に向かう放射状の線分のプロファイルデータを相関演算するのも１次元の相関演算であった。
本実施例においては、断層像位置ずれ補正部３７は、片方のＸ線管電圧の断層像を扇形領域ＦＡに分割し、もう片方のＸ線管電圧の断層像に二次元相関演算を行う。そして、断層像位置ずれ補正部３７は、その二次元相関演算の最大値又は局所最大値の位置より、ｘ方向ずれ量Δｘ、ｙ方向ずれ量Δｙを求め、また二次元相関演算の最大値、又は局所最大値のピークの半値幅より拡大縮小倍率を求める。

図１７（ａ）は、二次元相関演算による位置合わせの処理の概要を示す図である。
Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈにおいて、断層像位置ずれ補正部３７は、動かないと思われる骨部領域を検出し、その重心ｏを中心として、ある一定角度ごとの扇形領域ＦＡを定める。その各画素をｇ１４０（ｘ、ｙ）、Ｘ線管電圧８０ｋＶの各画素をｇ８０（ｘ、ｙ）とする。Ｘ線管電圧１４０ｋＶの扇形領域ＦＡをＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌ上で二次元の相関演算を行うと、扇形領域ＦＡｈ１４０ａ１４０ｏにおける相関量は以下の（数式１４）のようになる。ただし、扇形領域ＦＡｈ１４０ａ１４０ｏをＦａ１４０、扇形領域ＦＡｈ８０ａ８０ｏをＦａ８０とする。
… （数式１４）
図１７（ｂ）は、この相関量の変化の一例を示したものである。相関量はｘｙ平面の原点から（Δｘ、Δｙ）だけずれた所においてピークを取り、その半値幅はｘ方向にｄ３ｘ、ｙ方向にｄ３ｙとなっている。

Δｘ、Δｙは扇形領域ＦＡｈ１４０ａ１４０ｏと扇形領域ＦＡｈ８０ａ８０ｏのずれを示している。また半値幅より、以下の（数式１５）、（数式１６）からｘ方向、ｙ方向の拡大縮小倍率ｒ３ｘ、ｒ３ｙが定まる。なお、以下の数式のｌ１４０ｘ、ｌ１４０ｙは扇形領域ＦＡｈ１４０ａ１４０ｏの外接のｘ方向、ｙ方向の辺の長さである。
… （数式１５）
… （数式１６）
これらの拡大縮小倍率ｒ３ｘ、ｒ３ｙとずれ量Δｘ、Δｙより、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの扇形領域ＦＡをＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌに位置合わせする。
以上の処理を扇形領域ＦＡａ１４０ｂ１４０ｏから扇形領域ＦＡｇ１４０ｈ１４０ｏまで行うことにより、断層像位置ずれ補正部３７は、すべての扇形領域ＦＡをＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌに位置合わせすることができる。

図１８は、二次元相関演算による位置ずれ補正のフローチャートである。
図７のステップＤ９を終えた後、ステップＤ６５に進む。
ステップＤ６５では、断層像位置ずれ補正部３７は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの扇形領域ＦＡを、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌ上で二次元相関演算を行う。
ステップＤ６６では、断層像位置ずれ補正部３７は、二次元相関演算の局所最大値の位置より位置ずれ量、拡大縮小倍率を求める。
ステップＤ６７では、断層像位置ずれ補正部３７は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの扇形領域ＦＡ全部が位置合わせ完了かを判断する。ＹＥＳであれば図７のステップＤ１３へ進み、ＮＯであればステップＤ６５へ戻る。
このようにして、断層像位置ずれ補正部３７は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈを扇形領域ＦＡに分割し、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌ上において二次元相関演算を行う。そして、その最大値の位置より、方向ずれ量Δｘ、Δｙを求め、半値幅より拡大縮小倍率を求める。そして、座標変換を行い、位置合わせされたＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−ＨとＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌを加重加算処理することで、デュアルエネルギー撮影の断層像Ｍ−ＴＧが得られる。
なお、本実施形態では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈを扇形領域ＦＡに分割し、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌと二次元相関演算を行ったが、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌを扇形領域ＦＡに分割し、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈと二次元相関演算を行っても良い。尚、このように、一方のＸ線管電圧の断層像のおける扇形領域を他方のＸ線管電圧の断層像と二次元相関演算を行う場合においても、本願発明の「前記第１断層像及び前記第２断層像に共通する重心を求め、前記重心から放射状に延びる方向に設定された比較対象との比較」を行っていること該当する。

（実施例５）＜手動での位置ずれ補正１＞
以下のような場合を考慮して、本実施形態では、目視により手動で位置合わせを行う。
（１） 断層像にストリークノイズなどの周期的なアーチファクトが存在し、相関演算処理による位置合わせの誤差が発生しそうな場合
（２） 断層像の画質が悪く、ノイズなどにより相関演算処理による位置合わせの誤差が発生しそうな場合

図１９は、手動による位置合わせ操作の概要を示す。
まず、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈにおいて、操作者は、中心となる骨部領域の中心（重心）を手動で設定し、また、その中心から放射状の方向に広がる分割線の方向も手動で設定する。
その後に、操作者は、各扇形領域ＦＡを外側の２点により手動で定める。手動で定められた扇形領域ＦＡはモニタ６においてＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌにオーバーラップ表示される。操作者はドラッグ・アンド・ドロップなどの操作で移動させることにより、扇形領域ＦＡの外側の２点を、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの扇形領域ＦＡをＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌに重なるように位置合わせをすることができる。
この操作を全部の扇形領域ＦＡに対して行い、各扇形領域ＦＡを合体させることで、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈが再現される。これにより、重ねて位置合わせすることができる。

図２０は、手動でのずれ補正のフローチャートを示す。
ステップＤ７１では、Ｘ線管電圧８０ｋＶでの撮影を行う。
ステップＤ７２では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶでの撮影を行う。
ステップＤ７３では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈにおいて、動かないと思われる骨部領域の中心位置（重心）を手動で決める。骨部領域に各扇形領域ＦＡの“扇の要”を置いている。これは例えば腹部では被検体の体重を支えているのが椎体であるため、呼吸や拍動によっても動かない部分であると考えられる。このため、椎体の中心部を動かない点として、“扇の要”に選ぶことは可能である。しかし、必ずしも椎体や骨部領域に中心を設定する必要はなく、他の場所でも動かない点と思われる所があれば、そこを“扇の要”として選択することは可能である。

ステップＤ７４では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈにおいて、骨部領域の中心位置から放射方向に延びる線の方向を手動で設定し、各扇形領域ＦＡも手動で設定する。
また、ステップＤ７４において、図１９では扇形領域ＦＡ円弧の端点の２点を被検体体表面の輪郭線上に置いているが、必ずしも被検体体表面の輪郭線上にある必要はない。さらに、被検体体表面の外側の空気中に扇形円弧の端点２点を置いても良い。

ステップＤ７５では、断層像位置ずれ補正部３７は、モニタ６に表示されたＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌ上に、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの扇形領域ＦＡをオーバーラップ表示する。そこで操作者は、手動で扇形領域ＦＡを位置合わせする。モニタ６上でオーバーラップ表示されたＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの扇形領域ＦＡを、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌに位置合わせをする際においては、扇形領域ＦＡの頂点の３点をモニタ６上でドラッグ・アンド・ドロップ操作などにより移動させ、移動後の重なり具合を視覚的に判断する。さらに操作者は、扇形領域ＦＡを移動させ、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの扇形領域ＦＡと、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌがうまく重なる点を求める。断層像位置ずれ補正部３７は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの扇形領域ＦＡ頂点３点が各々どの位置（ｘｓｉ、ｙｓｉ）（ただし、ｉ＝１、２、３とする）からどの位置（ｘｅｉ、ｙｅｉ）に動かされたかを記憶しておく。

ステップＤ７６では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの扇形領域ＦＡ全部が位置合わせ完了かを判断し、ＹＥＳであればステップＤ７７へ行き、ＮＯであればステップＤ７５へ戻る。
ステップＤ７７では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈの各扇形領域ＦＡを合体する。図９（ａ）のように各扇形領域ＦＡをオーバーラップしておき、そのオーバーラップした領域で図９（ｂ）のように加重加算係数を連続的に変化させる。そうすることで、ステップＤ７７における合体された各扇形領域ＦＡによる断層像が不連続なアーチファクトもない連続な断層像にすることができる。
ステップＤ７８では、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−ＬとＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈとを加重加算処理を行う。
ステップＤ７９では、デュアルエネルギー撮影の断層像Ｍ−ＴＧを表示する。

（実施例６）＜手動でのずれ補正２＞
図２１は、放射方向に広がる分割線を用いずにさらに操作を簡単にした位置合わせの操作の概要を示す。
Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈにおいて、骨部領域の中心ｏ（重心）を手動で設定しておく。次に被検体の体表面輪郭線上に各点を複数点手動で設定しておく。
断層像位置ずれ補正部３７は、モニタ６にＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−ＬにＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈをオーバーラップ表示する。そして操作者は、Ｘ線管電圧１４０ｋＶ断層像の体表面輪郭点、又は体表面輪郭線に近い複数の点をＸ線管電圧８０ｋＶ断層像の体表面輪郭線上に位置合わせを行う。これにより、両Ｘ線管電圧の断層像の位置合わせができる。以上では、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−ＬにＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈを合わせる実施形態を示すが、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−ＨにＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌに合わせても良い。

図２２は、手動による分割線を用いない位置合わせのデュアルエネルギー撮影処理のフローチャートである。
図２０のステップＤ７３を終えた後、ステップＤ８４に進む。
ステップＤ８４では、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈにおいて、被検体の体表面の輪郭線又はその近辺に複数の点を手動で設定する。図１９の場合、被検体体表面の輪郭線上に複数の点を置いているが、必ずしも被検体体表面の輪郭線上に複数の点を置く必要はなく、外側の空気中に複数の点を置いても良い。

ステップＤ８５では、断層像位置ずれ補正部３７は、モニタ６に表示されたＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌ上に、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈと被検体の体表面の輪郭線又はその近辺に設定された複数の点を表示する。そして、操作者が手動でその複数の点を調整する。被検体体表面の輪郭線又はその近辺に設定された複数の点をモニタ６上でドラッグ・アンド・ドロップ操作などにより移動させ、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−ＨとＸ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｌがうまく重なるようにする点を求める。なお、この際には図２２（ｂ）に示すように、骨部領域の中心点ｏと被検体の体表面輪郭線上に置かれた点ｈ、ａ、ｂがあり、今、操作者が点ａを点ａ′に移動させた場合、Ｘ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈ上のΔｈａｏ、ΔａｂｏがΔｈａｏ、Δａｂｏに変化する。この時に断層像上のΔｈａｏ、Δａｂｏに含まれる画素も座標変換されて、Δｈａｏ、Δａｂｏに移る。
ステップＤ８６では、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＴＧ−ＬにＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＴＧ−Ｈは位置合わせ完了かを判断し、ＹＥＳであれば図２０のステップＤ７８へ行き、ＮＯであればステップＤ８５へ戻る。

＜デュアルエネルギー撮影の断層像Ｍ−ＴＧのＳ／Ｎ比＞
本実施形態において、複数のＸ線管電圧の断層像によりデュアルエネルギー撮影の断層像を求める際には、加重加算処理の加重加算係数のうちの１つが負数（マイナス）になる。このため、元の複数のＸ線管電圧の断層像に比べ、デュアルエネルギー撮影の断層像のＳＮが悪くなる、画像ノイズが悪化するまたは画質が落ちるという特徴がある。このため、元の複数のＸ線管電圧の断層像の撮影条件は被検体の被曝を考慮しつつ、デュアルエネルギー撮影の断層像の画像ノイズも考慮して決めなければならない。

図２３は、差画像の画像ノイズを示す図である。一般的に図２３に示すように、画像ノイズがｎ１、信号レベルがｓ１、Ｓ／Ｎ比がｎ１／ｓ１である低いＸ線管電圧断層像ＴＧ−Ｌと、画像ノイズがｎ２、信号レベルがｓ２、Ｓ／Ｎ比がｎ２／ｓ２である高いＸ線管電圧断層像ＴＧ−Ｈの差画像を求めると、差画像のＳ／Ｎ比Ｎｓｕｂは以下の（数式１７）のようになる。
… （数式１７）
なお、相加相乗平均の定理より、以下の（数式１８）が成り立つ。
… （数式１８）
つまり、低いＸ線管電圧ｋＶ１の断層像ＴＧ−Ｌの画像ノイズＮ１と、高いＸ線管電圧ｋＶ２の断層像ＴＧ−Ｈの画像ノイズＮ２が等しい時、差画像の画像ノイズＮSubは最小となる。
本実施形態の場合は、加重加算処理に加重加算係数w１，w２が入っているので、上記にこれを考慮して以下の（数式２０）の式のようになる。
… （数式２０）

つまり、加重加算係数分を考慮して、Ｘ線管電圧８０ｋＶの断層像ＣＳＩ−Ｌｏｗの画像ノイズとＸ線管電圧１４０ｋＶの断層像ＣＳＩ−Ｈｉｇｈの画像ノイズとがほぼ等しくなれば良い。
また、いわゆるデュアルエネルギー撮影の断層像撮影において、なるべく少ないＸ線被曝線量で、より良いＳ／Ｎ比を得るためのＸ線管電圧の決定方法としては、抽出したい物質、強調したい物質により決める必要がある。

なお、本実施形態では、Ｘ線管電圧８０ｋＶとＸ線管電圧１４０ｋＶとを使用しているが、他のＸ線管電圧を用いても、デュアルエネルギー撮影を行うことはできる。また、本実施形態における画像再構成法は、従来公知のフェルドカンプ法による三次元画像再構成法、他の三次元画像再構成方法、二次元画像再構成でもよい。

本実施形態では、特にスキャン方法について特定していない。コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、可変ピッチヘリカルスキャン、ヘリカルシャトルスキャンの場合についても同様に効果を出すことができる。また、本実施形態は、走査ガントリ２０が傾斜していない場合について記載しているが、走査ガントリ２０が傾斜した、いわゆるチルト・スキャンの場合でも同様な効果を出すことができる。また、特に、心拍信号に同期させても同様な効果を出すことができる。
また、本実施形態では、医用Ｘ線ＣＴ装置を元について記載されているが、産業用Ｘ線ＣＴ装置、又は、他の装置と組み合わせたＸ線ＣＴ−ＰＥＴ装置、Ｘ線ＣＴ−ＳＰＥＣＴ装置などにおいても利用できる。

本発明の実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置１００を示すブロック図である。 本実施形態のＸ線ＣＴ装置についての動作の概要を示すフローチャートである。 三次元逆投影処理の詳細を示すフローチャートである。 （ａ）は、連続したスキャンでＸ線管電圧を切り換える図であり、（ｂ）は、インターバルを有する連続したスキャンでＸ線管電圧を切り換える図である。 （ｃ）は、ビューごとにＸ線管電圧を切り換える図であり、（ｄ）データ収集セグメントごとにＸ線管電圧を切り換える図である。 奇数・偶数ビューでＸ線管電圧を変えた場合の画像再構成の概要を示す図である。 奇数・偶数ビューでＸ線管電圧を変えた場合の画像再構成のフローチャートである。 Ｘ線吸収係数におけるＸ線管電圧依存情報の二次元分布断層像を画像再構成する際に、扇形（放射状）領域で位置合わせを行うフローチャートである。 骨部領域の抽出、分割された各々の扇形領域ＦＡの位置合わせを示す図である。 （ａ）は、扇形領域ＦＡの一部をオーバーラップさせた図であり、（ｂ）は、オーバーラップ各扇形領域ＦＡにおける加算係数を示す図である。 画像特徴量を示す図である。 （ａ）は、扇形領域ＦＡの一部を示した図で、（ｂ）はプロファイルデータの相関を示す図であり、（ｃ）は、角度方向に相関を取る線分を増やした場合を示す図である。 相関演算を用いて、各扇形領域ＦＡを合体の処理を示したフローチャートである。 （ａ）は、扇形領域ＦＡの一部を示した図で、（ｂ）はｙ方向のプロファイルデータを示す図である。 （ａ）は、各扇形領域ＦＡのプロファイルの直径方向におけるずれ量ｓのピークを示す図であり、（ｂ）は、ずれ量ｓの積分値と直径方向座標の関係を示す図である。 （ａ）はプロファイルｐｒｆ８０（ｒ）、（ｂ）はプロファイルｐｒｆ１４０（ｒ）を示している。また、（ｃ）はずれ量ｓの積分値を示し、（ｄ）は局所的なずれ量Δｓを示し、（ｅ）は直径方向に分割された扇形領域ＦＡを示す図である。 各扇形領域ＦＡの直径方向のずれ量を求めるフローチャートである。 （ａ）は、二次元相関演算による位置合わせの処理の概要を示す図であり、（ｂ）は、二次元相関演算の結果である。 各扇形領域ＦＡの二次元相関演算により位置ずれ量、拡大縮小倍率を求めたデュアルエネルギー撮影処理のフローチャートである。 手動による位置合わせ操作の概要を示す図である。 各扇形領域ＦＡを手動で設定し、手動で位置合わせしたデュアルエネルギー撮影処理のフローチャートである。 手動による分割線を用いない位置あわせ操作の概要を示す図である。 （ａ）は、手動による分割線を用いない位置合わせのデュアルエネルギー撮影処理のフローチャートである。（ｂ）は、分割線を用いない場合の点の移動を示す図である。 差画像の画像ノイズを示す図である。

符号の説明

１ … 操作コンソール
２ … 入力装置
３ … 中央処理装置
５ … データ収集バッファ
６ … モニタ
７ … 記憶装置
１２ … クレードル
１５ … 回転部
２０ … 走査ガントリ
２１ … Ｘ線管
２２ … Ｘ線コントローラ
２３ … コリメータ
２４ … 多列Ｘ線検出器又は二次元Ｘ線エリア検出器
２５ … データ収集装置（ＤＡＳ）
２６ … 回転部コントローラ
２８ … ビーム形成Ｘ線フィルタ
２９ … 制御コントローラ
３０ … スリップリング
３３ … ビームハードニング処理部
３４ … 画像再構成部
３５ … デュアルエネルギー像再構成部
３７ … 断層像位置ずれ補正部
Ｄ … 投影データ
ＴＧ … 断層像
Ｍ−ＴＧ … デュアルエネルギー像
ＦＡ … 扇形領域

Claims (13)

1. 第一エネルギースペクトルを有するＸ線と、前記第一エネルギースペクトルとは異なる第二エネルギースペクトルを有するＸ線とを被検体に照射するＸ線管と、
   前記被検体に照射された前記第一エネルギースペクトルのＸ線投影データと前記第二エネルギースペクトルのＸ線投影データとを収集するＸ線データ収集部と、
   前記第一エネルギースペクトルのＸ線投影データ及び前記第二エネルギースペクトルのＸ線投影データに基づいて、第一断層像及び第二断層像を画像再構成する画像再構成部と、
   前記第１断層像及び前記第２断層像に共通する重心を求め、前記重心から放射状に延びる方向に設定された比較対象との比較により、前記第一断層像と前記第二断層像との位置ずれ量を求め、前記第一断層像及び前記第二断層像の少なくとも一方に前記位置ずれ量に基づく位置ずれ補正を行う断層像位置ずれ補正部と、
   前記位置合わせした前記第一断層像及び前記第二断層像に基づいて、原子の分布に関連したＸ線管電圧依存情報の断層像を画像再構成するデュアルエネルギー像再構成手段と、を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記断層像位置ずれ補正部は、前記重心を前記被検体のＣＴ値の高い領域から選択することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記被検体のＣＴ値の高い領域は、骨部領域であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像及び前記第二断層像のそれぞれに、該断層像を前記重心から放射状に延びる複数の扇形に分割した領域を特定し、前記第一断層像の扇形の領域と前記第二断層像の扇形の領域との比較により、前記第一断層像と前記第二断層像との位置ずれ量を測定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記位置ずれ量は、前記第一断層像の扇形の領域と前記第二断層像の扇形の領域との相似形比により求めることを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記位置ずれ量は、前記第一断層像の扇形の領域と前記第二断層像の扇形の領域との相関演算により求めることを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記断層像位置ずれ補正部は、各扇形領域が隣り合う扇形領域と接する部分について、前記扇形領域をオーバーラップさせ、このオーバーラップした部分においては連続的に扇形領域が接合されるように加重加算処理を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像及び前記第二断層像のそれぞれにおける前記重心から放射状に延びる線分上の画素を特定し、前記第一断層像の前記線分上の画素値と前記第二断層像の前記線分上の画素値との比較により、前記第一断層像と前記第二断層像との位置ずれ量を求めることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記位置ずれ量は、前記第一断層像の前記線分上の画素値と前記第二断層像の前記線分上の画素値との相関演算により求めることを特徴とする請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記位置ずれ量は、前記相関演算の結果得られたプロファイルの半値幅を用いて算出された拡大縮小倍率であることを特徴とする請求項６又は請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像と第二断層像とを重ねて表示させて比較することを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. 前記断層像位置ずれ補正部は、前記第一断層像及び前記第二断層像の少なくとも一方に前記位置ずれ量に基づく座標変換を行うことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
13. 前記座標変換は、アフィン変換又は多次座標変換であることを特徴とする請求項１２に記載のＸ線ＣＴ装置。