JP7662452B2 - Ｘ線診断装置およびトモシンセシス画像生成方法 - Google Patents

Description

本明細書および図面に開示の実施形態は、Ｘ線診断装置およびトモシンセシス画像生成方法に関する。

近年、Ｘ線診断装置には、所定の入射角範囲内において離散的な複数の入射方向から被検体にＸ線を照射することにより得られた複数の画像データを再構成することにより、種々の断層像や３次元画像（以下、トモシンセシス画像という）を得るトモシンセシス技術を利用可能なものがある。

トモシンセシス撮影の一例としては、たとえば、Ｘ線照射軸を中心に±１５度の入射角範囲内において、１度ごとに、－１５度、－１４度、・・・、＋１５度の順に、それぞれの入射方向から被検体に対するＸ線照射が行われて複数の画像データを得る例などが挙げられる。

しかし、トモシンセシス撮影では、Ｘ線撮影が複数回必要なために、収集時間が長くなってしまう。このため、再構成により得られるトモシンセシス画像がモーションアーチファクトの強い画像となってしまう場合がある。この場合、ユーザは正しい読影をすることが難しい。

また、トモシンセシス撮影では、離散的な角度のそれぞれでＸ線撮影が行われる。角度の刻みを粗くすれば収集時間を短縮することができるものの、再構成により得られるトモシンセシス画像はアーチファクトの強い画像となってしまう。

特開２０１５－０２４０９７号公報 国際公開第２０１７／２０９０５９号

本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、トモシンセシス画像のアーチファクトを低減することである。ただし、本明細書および図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係るＸ線診断装置は、Ｘ線照射部と、散乱部と、検出部と、画像生成部とを備える。Ｘ線照射部は、Ｘ線を照射する。散乱部は、照射されたＸ線を散乱させる。検出部は、散乱部で散乱されてから被検体を透過して入射する入射Ｘ線の入射方向を検出する。画像生成部は、検出部により検出された前記入射Ｘ線の前記入射方向にもとづいて前記被検体のトモシンセシス画像を生成する。

一実施形態に係るＸ線診断装置の一構成例を示すブロック図。 Ｘ線検出器の一構成例を示す断面図。 Ｘ線照射器から見た散乱体およびグリッドと被検体との位置関係の一例を示す説明図。 （ａ）はグリッドの複数の孔のそれぞれの開口形状が正方形である場合のグリッドの一構成例を示すｘｚ断面図であり、（ｂ）はｘｙ断面図であり、（ｃ）はｙｚ断面図。 （ａ）はグリッドの複数の孔のそれぞれの開口形状が長方形である場合のグリッドの一構成例を示すｘｚ断面図、（ｂ）はｘｙ断面図、（ｃ）はｙｚ断面図。 グリッドの複数の孔のそれぞれの開口形状が円形である場合のグリッドの一構成例を示すｘｚ断面図。 図１に示すＸ線診断装置により、トモシンセシス画像のアーチファクトを低減する際の手順の一例を示すフローチャート。 Ｘ線照射器の変形例を示す説明図。

以下、図面を参照しながら、Ｘ線診断装置およびトモシンセシス画像生成方法の実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るＸ線診断装置は、Ｘ線撮影可能であればよく、たとえば乳房Ｘ線撮影装置（マンモグラフィ装置）、Ｘ線ＴＶ装置、一般撮影装置やＸ線アンギオ装置などを含む。

図１は、一実施形態に係るＸ線診断装置１０の一構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態では、Ｘ線照射軸に平行であって散乱体、グリッド、およびＸ線検出器の法線方向をｙ軸方向とする。図１に示す例では、ｙ軸方向は被検体の前後方向に平行である。また、ｙ軸方向に直交し、被検体の左右方向に平行な方向をｘ軸方向、ｘ軸方向に直交し、被検体の耐軸方向に平行な方向をｚ軸方向とする（図１参照）。

Ｘ線診断装置１０は、撮影装置１１とコンソール１２を有する。なお、撮影装置１１とコンソール１２とは一体に構成されてもよいし、コンソール１２のうちの一部構成を別体の装置として設けても良い。

撮影装置１１は、Ｘ線照射器２１、Ｘ線検出器２２、散乱体２３、およびグリッド２４を有する。

Ｘ線照射器２１は、被検体を挟んでＸ線検出器２２と対向配置され、被検体にＸ線を照射する。Ｘ線照射器２１とＸ線検出器２２は、たとえばアームなどの支持部材の両端にそれぞれ支持されてもよい。Ｘ線診断装置１０がマンモグラフィ装置である場合は、たとえばＸ線検出器２２を内部に保持する撮影台に下端が支持されたアームの上端にＸ線照射器２１が設けられる。

Ｘ線照射器２１は、Ｘ線管およびＸ線絞りを有する。Ｘ線管は、高電圧電源からの高電圧の印加により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射する真空管である。Ｘ線絞りは、たとえば複数枚の鉛羽で構成されるＸ線可動絞りである。Ｘ線照射器２１は、Ｘ線照射部の一例である。

Ｘ線検出器２２は、散乱体２３で散乱されてから被検体を透過して入射する入射Ｘ線の入射方向を検出する。

Ｘ線の入射方向を検出可能なＸ線検出器２２としては、たとえばコンプトン散乱を利用した電子飛跡検出型の検出装置などを用いることができる。Ｘ線検出器２２の構成および作用の詳細については、図２を用いて後述する。

散乱体２３は、Ｘ線照射器２１と被検体の間に設けられ、Ｘ線照射器２１から照射されたＸ線を散乱させる。散乱体２３は、Ｘ線を散乱させる機能のある物質で構成され、たとえばＰＭＭＡや水などで構成される。散乱体２３は、散乱部の一例である。

グリッド２４は、散乱体２３と被検体の間に設けられ、Ｘ線を透過させる複数の孔を有し、当該孔により、散乱体２３で散乱されたＸ線の被検体に対する入射角を所定の入射角以内に限定する。グリッド２４は、透過部の一例である。

具体的には、グリッド２４は、鉛やタングステンなどの、Ｘ線の線源弱係数が高くＸ線の遮蔽能力が高い金属にＸ線を透過する孔が多数設けられた平行多孔型のコリメータである。Ｘ線照射器２１から照射されたＸ線がグリッド２４を構成する金属に衝突すると、光電効果を生じＸ線は消滅する。グリッド２４の小さな孔を通過することができたＸ線のみが被検体を介してＸ線検出器２２に到達し光子の検出に至る。グリッド２４で限定される所定の入射角（たとえば±１５度など）やグリッド２４の空間分解能は、グリッド２４の種類に応じて変化する。グリッド２４の種類は、孔の開口形状、開口の配置、隔壁厚などに応じて異なる。グリッド２４の孔は、散乱体２３およびＸ線検出器２２に垂直に並ぶ（図１参照）。

グリッド２４は、散乱体２３の被検体側に着脱自在に設けられるとよい。この場合、グリッド２４の交換が容易となり、検査の目的に応じた種類のグリッド２４を素早く適切に利用することができる。グリッド２４の構成および作用の詳細については、図３－６を用いて後述する。Ｘ線診断装置１０はグリッド２４を備えずともよい。

一方、コンソール１２は、入力インターフェース３１、ディスプレイ３２、記憶回路３３、および処理回路３４を有する。

入力インターフェース３１は、たとえばジョイスティックやトラックボール、トラックボールマウス、キーボード、タッチパネル、テンキー、などの一般的なポインティングデバイスや、Ｘ線ばく射タイミングを指示するためのハンドスイッチなどにより構成され、ユーザの操作に対応した操作信号を処理回路３４に与える。たとえば、入力インターフェース３１は、Ｘ線撮影のＯＮ／ＯＦＦのほか、本実施形態に係るトモシンセシス画像生成におけるＸ線検出データの分類幅（入射角幅、たとえば０．５度ごとなど）の設定を含むＸ線撮影条件の設定を受け付ける。なお、入力インターフェース３１のうちの一部または全部の機能は、撮影装置１１に設けられてもよい。

ディスプレイ３２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、処理回路３４の制御に従って各種情報を表示する。

記憶回路３３は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。

処理回路３４は、Ｘ線診断装置１０を統括制御する機能を実現する。また、処理回路３４は、記憶回路３３に記憶されたトモシンセシス画像生成プログラムを読み出して実行することにより、トモシンセシス画像のアーチファクトを低減するための処理を実行するプロセッサである。

図１に示すように、処理回路３４のプロセッサは、撮影制御機能３４１、入射方向算出機能３４２、分類機能３４３、および画像生成機能３４４を実現する。これらの各機能はそれぞれプログラムの形態で記憶回路３３に記憶されている。

撮影制御機能３４１は、たとえば入力インターフェース３１を介してユーザにより選択された撮影プロトコルに従って撮影装置１１を制御することにより、被検体のＸ線撮影を制御する。撮影プロトコルは、所望の画像データの収集に係る一連の手順が定義されたものであり、撮影部位の情報や、Ｘ線照射器２１に対して印加される管電流、管電圧、本実施形態に係るトモシンセシス画像生成における入射角幅の設定を含むＸ線撮影条件などが含まれる。

入射方向算出機能３４２は、Ｘ線検出器２２の出力するＸ線検出データにもとづいてＸ線の入射方向を求める。入射方向算出機能３４２とＸ線検出器２２は、検出部の一例である。また、入射方向算出機能３４２は、算出部の一例である。入射方向算出機能３４２は、Ｘ線検出器２２が備えてもよい。この場合、Ｘ線検出器２２は、入射方向算出機能３４２を実現するプロセッサを有するとよい。

分類機能３４３は、グリッド２４の複数の孔により限定された入射角で入射したＸ線光子ごとのＸ線検出データを、所定の入射角幅ごとに分類する。分類機能３４３は分類部の一例である。

画像生成機能３４４は、所定の入射角幅ごとに分類されたＸ線検出データにもとづいて被検体のトモシンセシス画像を生成する。画像生成機能３４４は、たとえばフィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ、Filtered Back Projection）や逐次近似画像再構成法（ＩＲ、Iterative Reconstruction）などにより、分類されたＸ線検出データからトモシンセシス画像を再構成する。分類されたＸ線検出データの入射角情報は、再構成処理における逆投影や逆投影に利用される。

ここで、本実施形態に係るＸ線診断装置１０によるトモシンセシス画像生成方法について説明する。

一般に、トモシンセシス画像を生成するためのＸ線撮影では、所定の入射角範囲内（たとえば±１５度など）において、Ｘ線源とＸ線検出ユニットの位置を変更しながら、離散的な角度（たとえば１度など）ごとに、それぞれの入射方向から被検体に対するＸ線照射が行われる。

しかし、この種のトモシンセシス撮影では、Ｘ線撮影が複数回必要なために、収集時間が長くなってしまう。このため、１回目のＸ線撮影時（上記例では－１５度からのＸ線撮影時）と最後のＸ線撮影時（上記例では＋１５度からのＸ線撮影時）との間で、被検体の体動が生じてしまう、あるいは観察対象部位における造影剤の濃度が変化してしまうなど、被検体の状態が変化してしまう場合がある。この場合、再構成により得られるトモシンセシス画像がモーションアーチファクトの強い画像となってしまい、ユーザは正しい読影をすることが難しい。

また、この種のトモシンセシス撮影では、離散的な角度のそれぞれでＸ線撮影が行われる。角度の刻みを粗くすれば（上記例では１度ごとを３度ごとにするなど）収集時間を短縮することができるものの、再構成により得られるトモシンセシス画像はアーチファクトの強い画像となってしまう。一方、角度の刻みを細かくすれば（上記例では１度ごとを０．５度ごと、０．２５度ごとにするなど）収集時間が長くなってしまう。収集時間を短縮する方法として、Ｘ線撮影のフレームレートを上げる（たとえば１５ｆｐｓから３０ｆｐｓにするなど）方法が考えられるが、Ｘ線検出器２２など各コンポーネントの性能限界があり、フレームレートを上げることは現実的ではない。このため、角度の刻みを細かくすると収集時間が長くなることは避けられず、やはり再構成により得られるトモシンセシス画像がモーションアーチファクトの強い画像となってしまう。

そこで、本実施形態に係るＸ線診断装置１０は、Ｘ線照射器２１が、被検体およびＸ線検出器２２に対する位置を変更することなく、Ｘ線検出器２２に正対する１つの位置から移動することなく被検体に向けてＸ線を照射する。Ｘ線照射器２１から照射されたＸ線は、散乱体２３で散乱されて様々な入射角で被検体に向かい、被検体を透過してＸ線検出器２２に向かう。そして、Ｘ線検出器２２および入射方向算出機能３４２によって、Ｘ線検出器２２に入射したＸ線光子ごとに入射角が関連付けられる。また、グリッド２４を用いる場合は、散乱体２３で散乱されたＸ線は、グリッド２４によって所定の入射角内（たとえば±１５度以内など）のＸ線に限定される。

したがって、Ｘ線源を移動させてＸ線の入射方向を変更せずとも、Ｘ線照射器２１が１つの位置からＸ線を照射するだけで、所定の入射角内の光子を被検体に照射することができるとともに所望の入射角幅のごとのＸ線検出データを得ることができる。よって、非常に短時間に細かい角度刻みのトモシンセシス画像を生成することができる。

このため、本実施形態に係るＸ線診断装置１０は、Ｘ線の入射方向（入射角）を検出可能なＸ線検出器２２と、所定の入射角内の光子を被検体に照射するようＸ線の入射方向を限定するグリッド２４とを有する。

まず、Ｘ線検出器２２の構成および作用について図２を参照して説明する。

図２は、Ｘ線検出器２２の一構成例を示す断面図である。図２には、Ｘ線検出器２２のｙｚ断面を示した。

本実施形態に係るＸ線検出器２２は、Ｘ線の入射方向（入射角）を検出可能な構成を有する。図２には、Ｘ線検出器２２と入射方向算出機能３４２がコンプトン散乱を利用した電子飛跡検出型の検出器を構成する場合のＸ線検出器２２の一例を示した。この種の電子秘跡検出型の検出器としては、特許文献２に記載された電子秘跡検出型コンプトンカメラ（ＥＴＣＣ、Electron-Tracking Compton Camera）などが知られている。

Ｘ線検出器２２は、直方体形状を有し内部にガスが充填されたチャンバ４１を中央に有する。チャンバ４１内のガスは、たとえば１～数気圧のアルゴンなどのガスである。

散乱体２３で散乱されてグリッド２４を透過した所体の入射角以内のＸ線は、ｙ軸方向上方からチャンバ４１に入射する。入射Ｘ線の一部は、チャンバ４１内のガス原子の電子との相互作用により、コンプトン散乱を生じる。コンプトン散乱により、入射Ｘ線の進行方向は変化し、入射Ｘ線は散乱Ｘ線となる。１つのコンプトン散乱に対応するＸ線は、１つの光子である。また、入射Ｘ線からエネルギーを受け取った電子は、反跳電子としてガス原子から飛び出す。

チャンバ４１の底面には、二次元ガス増幅位置検出器４２が設置される。二次元ガス増幅位置検出器４２としては、たとえばμＰＩＣ（Micro Pixel Chamber）を用いることができる。本実施形態に係る二次元ガス増幅位置検出器４２は、マイクロパターンガス検出器（ＭＰＧＤ）の一種であり、荷電粒子の入射位置を取得する。チャンバ４１の上方には、ドリフトプレーン４３が配置される。

また、チャンバ４１内には、二次元ガス増幅位置検出器４２からドリフトプレーン４３に向かう電場が形成される。反跳電子はチャンバ４１内のガスから電子を電離し、電子雲を形成する。電子雲は、電場により二次元ガス増幅位置検出器４２へと導かれて二次元ガス増幅位置検出器４２で検出される。

チャンバ４１の４つの側面の外側および二次元ガス増幅位置検出器４２の下側のそれぞれには、散乱Ｘ線検出器４４が配置される。散乱Ｘ線検出器４４は、シンチレータが二次元に配列されたシンチレータアレイ４４１と、各シンチレータからの蛍光を検出する光電子増倍管などを用いた検出回路４４２とを含む。シンチレータアレイ４４１は、チャンバ４１と検出回路４４２との間に位置する。チャンバ４１からの散乱Ｘ線がいずれかのシンチレータに吸収されると、検出回路４４２がシンチレータから放射される光を検出することにより、散乱Ｘ線の検出位置が取得される。

なお、散乱Ｘ線検出器４４は、チャンバ４１の底面のみに設けられてもよい。側面の４つの散乱Ｘ線検出器４４は、検出効率を向上したい場合に有効である。

散乱Ｘ線は、５つの散乱Ｘ線検出器４４（図２参照）のいずれかに入射すると、散乱Ｘ線検出器４４にてその検出位置および検出時刻が取得される。散乱Ｘ線検出器４４は、散乱Ｘ線検出部の一例である。

一方、反跳電子は、チャンバ４１内のガス原子から電子を電離するとともにエネルギーを失いつつ進む。電離電子の電子雲は、チャンバ４１内に形成されている電場により二次元ガス増幅位置検出器４２に向かって移動する。二次元ガス増幅位置検出器４２は、二次元に配列された微細検出器を有する。各微細検出器は進入してくる電離電子を検出する。これにより、電離電子の検出位置および検出時刻が取得される。二次元ガス増幅位置検出器４２は、電子検出部の一例である。

散乱Ｘ線および電離電子の検出情報は、処理回路３４の入射方向算出機能３４２に与えられる。

入射方向算出機能３４２は、Ｘ線検出器２２の検出結果であるこれらのＸ線検出データ（散乱Ｘ線および電離電子の検出情報）にもとづいて、コンプトン散乱式を用いて、入射Ｘ線のＸ線検出器２２への入射角（入射方向）を求める。

また、入射方向算出機能３４２は、エネルギー保存の法則から、散乱Ｘ線のエネルギーおよび反跳電子のエネルギーの和と、入射Ｘ線のエネルギーおよび静止とみなせる電子のエネルギーの和とが等しいことにもとづいて、入射Ｘ線のエネルギーを求め、Ｘ線検出器２２のチャンバ４１に入射したＸ線のうちエネルギーが所定値よりも小さいＸ線を画像化対象から除外してもよい。

続いて、本実施形態に係るグリッド２４の構成および作用について図３－６を用いて説明する。

図３は、Ｘ線照射器２１から見た散乱体２３およびグリッド２４と被検体との位置関係の一例を示す説明図である。図３には、観察対象部位が肺野である場合の例を示した。

また、図４（ａ）はグリッド２４の複数の孔２４１のそれぞれの開口形状が正方形である場合のグリッド２４の一構成例を示すｘｚ断面図であり、（ｂ）はｘｙ断面図であり、（ｃ）はｙｚ断面図である。

図４（ａ）－（ｃ）には、グリッド２４のそれぞれの孔２４１の開口が、ｘ方向に長さｄｘの辺を有し、ｚ方向に長さｄｚの辺を有し、ｄｘとｄｚの長さが同一である場合の例を示した。

この場合、グリッド２４が限定するｘ方向における入射角±θｘ（たとえば±１５度など）とその角度幅θＸ（たとえば３０度など）は（図４（ｂ）参照）、ｚ方向における入射角±θｚとその角度幅θＺ（図４（ｃ）参照）に等しくなる。

分類機能３４３は、グリッド２４の複数の孔２４１により限定された入射角で入射されたＸ線光子にもとづくＸ線検出データを、所定の入射角幅ごとに分類する。

このとき、Ｘ線源を所定の入射角刻みで（たとえば１度ごとに）位置を変更しながらＸ線撮影を繰り返す一般的なトモシンセシス撮影と異なり、本実施形態に係るＸ線検出データは、自由な角度刻みで分類することができる。

そして、画像生成機能３４４は、分類機能３４３により所定の入射角幅ごと（たとえば０．２５度ごと）に分類されたＸ線検出データにもとづいて被検体のトモシンセシス画像を生成し、ディスプレイ３２に表示することができる。

本実施形態に係るＸ線診断装置１０は、Ｘ線照射器２１が、被検体およびＸ線検出器２２に対する位置を変更することなく、１つの位置から移動することなく被検体に向けてＸ線を照射するだけで、グリッド２４に制限された入射角内のＸ線によるＸ線照射をほぼ同時に行うことができる。このため、非常に短時間にＸ線検出データを収集することができる。したがって、Ｘ線診断装置１０によれば、モーションアーチファクトの極めて少ない高品質なトモシンセシス画像を生成することができる。

また、Ｘ線診断装置１０は、自由な角度刻みで分類されたＸ線検出データを容易に取得することができるため、トモシンセシス画像におる角度刻みの粗さに伴うアーチファクトを大幅に低減することができる。

また、本実施形態に係るＸ線診断装置１０は、Ｘ線照射器２１が１つの位置からＸ線を照射するだけで、ｘ方向における入射角±θｘのＸ線検出データと、ｚ方向における入射角±θｚのＸ線検出データとを、ほぼ同時に極めて短時間で取得することができる。また、ｘ方向、ｚ方向のそれぞれについて、Ｘ線検出データを分類する角度刻みを自由に設定することができる。

図５（ａ）はグリッド２４の複数の孔２４１のそれぞれの開口形状が長方形である場合のグリッド２４の一構成例を示すｘｚ断面図であり、（ｂ）はｘｙ断面図であり、（ｃ）はｙｚ断面図である。

図５（ａ）－（ｃ）には、グリッド２４のそれぞれの孔２４１の開口がｘ方向に長さｄｘの辺を有し、ｚ方向に長さｄｚの辺を有し、ｄｚがｄｘよりも長い場合の例を示した。

肺野の病変を観察するとき、肋骨が病変の視認性を妨げる場合がある。肋骨は、被検体の左右方向に延在する。

この場合、グリッド２４は、図５（ａ）－（ｃ）に示すような体軸方向（ｚ方向）に長い開口を有するグリッド２４を用いるとよい。

左右方向（ｘ方向）よりも体軸方向（ｚ方向）に長い開口を有するグリッド２４を用いることにより、体軸方向における入射角±θｚ（たとえば±３０度など）のＸ線検出データから生成したトモシンセシス画像において、被検体の体軸方向をぼかすことができる。このため、トモシンセシス画像において、肋骨の視認性を低下させることができ、病変の観察が容易となる。

図６は、グリッド２４の複数の孔２４１のそれぞれの開口形状が円形である場合のグリッド２４の一構成例を示すｘｚ断面図である。

副鼻腔や眼窩を観察する場合は、骨は視野内の特定の方向ではなく多方向に存在する。この場合は、円形や楕円形の開口形状を有するグリッド２４を用いてＸ線撮影するとよい。この場合、一般的なトモシンセシス撮影において円軌道に沿ってＸ線源を移動させながらＸ線撮影する場合と同等のＸ線検出データを収集することができる。

このように、グリッド２４の孔２４１の開口形状を変更することによって、Ｘ線照射器２１が１つの位置からＸ線を照射するだけで、一般的なトモシンセシス撮影におけるＸ線源の直線軌道、円軌道、楕円軌道などを容易に模すことができる。

次に、本実施形態に係るＸ線診断装置１０およびトモシンセシス画像生成方法の動作の一例について説明する。

図７は、図１に示すＸ線診断装置１０により、トモシンセシス画像のアーチファクトを低減する際の手順の一例を示すフローチャートである。図７において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

この手順は、Ｘ線照射器２１が被検体とＸ線検出器２２に正対した位置でＸ線照射器２１とＸ線検出器２２が被検体を挟んで対向配置された時点でスタートとなる。

まず、ステップＳ１において、被検体のＸ線照射器２１側に、Ｘ線照射器２１側から散乱体２３、グリッド２４の順に散乱体２３とグリッド２４が設置される。このとき、散乱体２３とグリッド２４は隣接しているとよい。また、グリッド２４と被検体とは近接しているとよく、より好ましくは、グリッド２４と被検体とを密着させる（図１参照）。

次に、ステップＳ２において、Ｘ線照射器２１が１つの位置から被検体に向けてＸ線を照射する。

Ｘ線照射器２１から被検体に向けて照射されたＸ線は、散乱体２３で散乱され（ステップＳ３）、グリッド２４の孔２４１の開口形状に応じて制限された入射角内のＸ線だけがグリッド２４を透過し（ステップＳ４）、被検体を透過してＸ線検出器２２に向かう（ステップＳ５）。

次に、ステップＳ５において、Ｘ線検出器２２は、チャンバ４１に入射したＸ線の光子ごとに、コンプトン散乱による散乱Ｘ線の検出位置および検出時間を検出して出力するとともに、コンプトン散乱による反跳電子にもとづく電離電子の検出位置および検出時間を検出して出力する。入射方向算出機能３４２は、これらのＸ線検出データにもとづいて、光子ごとにチャンバ４１に入射したＸ線の入射方向を求める。

次に、ステップＳ６において、分類機能３４３は、グリッド２４の複数の孔により限定された入射角で入射されたＸ線光子にもとづくＸ線検出データを、所定の入射角幅ごとに分類する。

そして、ステップＳ７において、画像生成機能３４４は、所定の入射角幅ごとに分類されたＸ線検出データを再構成して被検体のトモシンセシス画像を生成する。

なお、あらかじめ、被検体を置かず、雰囲気気体のＸ線検出データにもとづいて再構成したキャリブレーション画像データを記憶回路３３に記憶させておいてもよい。この場合、画像生成機能３４４は、被検体のトモシンセシス画像を当該キャリブレーション画像データで校正する、いわゆるエアーキャリブレーションを行ってもよい。

以上の手順により、Ｘ線照射器２１が１つの位置からＸ線を照射するだけで細かい角度刻みのＸ線検出データにもとづくトモシンセシス画像を生成することができるため、トモシンセシス画像のアーチファクトを大幅に低減することができる。

本実施形態に係るＸ線診断装置１０は、Ｘ線照射器２１が１つの位置から移動することなく被検体に向けてＸ線を照射するだけで、細かい角度刻みのＸ線検出データにもとづくトモシンセシス画像を生成することができる。このため、非常に短時間に所要のＸ線検出データを収集することができ、モーションアーチファクトの極めて少ない高品質なトモシンセシス画像を生成することができる。また、トモシンセシス画像におる角度刻みの粗さに伴うアーチファクトを大幅に低減することができる。

また、本実施形態に係るＸ線診断装置１０は、トモシンセシス撮影においてＸ線照射器２１とＸ線検出器２２を移動させる必要がない。このため、Ｘ線照射器２１とＸ線検出器２２が、被検体やＸ線診断装置１０の周囲に設置されたインジェクタなどの機器と干渉してしまう危険を未然に防ぐことができる。したがって、Ｘ線診断装置１０によれば、非常に安全にトモシンセシス撮影を行うことができる。

図８は、Ｘ線照射器２１の変形例を示す説明図である。図８に示すように、Ｘ線診断装置１０は、Ｘ線の照射軸に直交する面内に配置された小型の複数のＸ線照射器５１からなるＸ線照射器群５０を備えてもよい。この場合、被検体の観察対象部位の全域にＸ線照射することができるＸ線照射器５１とＸ線検出器２２との距離（Ｘ線管焦点とＸ線受像面との距離（ＳＩＤ：Source Image receptor Distance））を大幅に短縮することができる。このため、Ｘ線診断装置１０を小型化することができ、狭い部屋や回診車などにＸ線診断装置１０を設置することができる。また、各Ｘ線照射器５１の絞りを狭めて視野角を小さくすることができるため、Ｘ線視野周囲の画像歪みを低減することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、トモシンセシス画像のアーチファクトを低減することができる。

なお、上記実施形態において、「プロセッサ」という文言は、たとえば、専用または汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（たとえば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサがたとえばＣＰＵである場合、プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。また、プロセッサがたとえばＡＳＩＣである場合、記憶回路にプログラムを保存するかわりに、当該プログラムに相当する機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行するハードウェア処理により各種機能を実現する。あるいはまた、プロセッサは、ソフトウェア処理とハードウェア処理とを組み合わせて各種機能を実現することもできる。

また、上記実施形態では処理回路の単一のプロセッサが各機能を実現する場合の例について示したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサが各機能を実現してもよい。また、プロセッサが複数設けられる場合、プログラムを記憶する記憶回路は、プロセッサごとに個別に設けられてもよいし、１つの記憶回路が全てのプロセッサの機能に対応するプログラムを一括して記憶してもよい。

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、実施形態同士の組み合わせ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。

１０ Ｘ線診断装置
２１ Ｘ線照射器
２２ Ｘ線検出器
２３ 散乱体
２４ グリッド
２４１ 孔
３４ 処理回路
３４２ 入射方向算出機能
３４３ 分類機能
３４４ 画像生成機能
４１ チャンバ
４２ 二次元ガス増幅位置検出器
４３ ドリフトプレーン
４４ 散乱Ｘ線検出器
５０ Ｘ線照射器群
５１ Ｘ線照射器

Claims (11)

1. Ｘ線を照射するＸ線照射部と、
   照射されたＸ線を散乱させる散乱部と、
   前記散乱部で散乱されてから被検体を透過して入射する入射Ｘ線の入射方向を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記入射Ｘ線の前記入射方向にもとづいて前記被検体のトモシンセシス画像を生成する画像生成部と、
   を備えたＸ線診断装置。
2. 前記散乱部で散乱されたＸ線のうち、所定の入射角以内のＸ線を透過させる透過部、
   をさらに備え、
   前記検出部は、
   前記透過部を透過して前記被検体を透過したＸ線の前記入射方向を検出する、
   請求項１記載のＸ線診断装置。
3. 前記透過部は、
   前記散乱部と前記被検体の間に設けられ、Ｘ線を透過させる複数の孔を有し、当該孔により前記散乱部で散乱されたＸ線の前記被検体に対する入射角を前記所定の入射角以内に限定する、
   請求項２記載のＸ線診断装置。
4. 前記透過部の前記複数の孔のそれぞれの開口形状は正方形である、
   請求項３記載のＸ線診断装置。
5. 前記透過部の前記複数の孔のそれぞれの開口形状は、前記被検体の体軸方向に沿った辺の長さと前記体軸方向に直交する辺の長さが異なる長方形である、
   請求項３記載のＸ線診断装置。
6. 前記透過部の前記複数の孔のそれぞれの開口形状は、円形である、または楕円形である、
   請求項３記載のＸ線診断装置。
7. 前記Ｘ線照射部は、
   １つの位置から移動することなく前記被検体に向けてＸ線を照射し、
   前記透過部の前記複数の孔により前記所定の入射角内に限定されて入射したＸ線光子ごとのＸ線検出データを、前記所定の入射角内で所定の入射角幅ごとに分類する分類部、
   をさらに備え、
   前記画像生成部は、
   前記所定の入射角幅ごとに分類されたＸ線検出データにもとづいて前記被検体のトモシンセシス画像を生成する、
   請求項３ないし６のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
8. 前記検出部は、コンプトン散乱を利用する検出器であって、
   チャンバと、
   前記散乱部で散乱されてから被検体を透過して前記チャンバ内に入射する前記入射Ｘ線のコンプトン散乱による散乱Ｘ線の検出位置および検出時間を検出する散乱Ｘ線検出部と、
   前記コンプトン散乱による反跳電子にもとづく電離電子の検出位置および検出時間を検出する電子検出部と、
   前記散乱Ｘ線検出部および前記電子検出部の検出結果にもとづいて前記入射Ｘ線の前記入射方向を求める算出部と、
   を含む、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
9. 前記被検体に替えて雰囲気気体を透過して前記検出部で検出されたＸ線検出データにもとづくキャリブレーション画像が記憶された記憶部、
   をさらに備え、
   前記画像生成部は、
   前記被検体の前記トモシンセシス画像を前記キャリブレーション画像で校正し、当該校正後のトモシンセシス画像を取得する、
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
10. 前記Ｘ線照射部は、
    Ｘ線を照射する複数のＸ線照射器を含み、
    前記複数のＸ線照射器は、
    Ｘ線の照射軸に直交する面内に配置された、
    請求項１ないし９のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
11. Ｘ線照射部がＸ線を照射するステップと、
    散乱部が照射されたＸ線を散乱させるステップと、
    前記散乱部で散乱されてから被検体を透過して入射する入射Ｘ線の入射方向を検出するステップと、
    検出された前記入射Ｘ線の前記入射方向にもとづいて前記被検体のトモシンセシス画像を生成するステップと、
    を有するトモシンセシス画像生成方法。

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