阅读说明：本技术 处理光子计数型x射线检测数据的方法及装置、以及x射线装置 (Method and device for processing photon counting type X-ray detection data, and X-ray device ) 是由 山河勉 山本修一郎 冈田雅宏 于 2018-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明对具有更宽范围的有效原子序数(Z<Sub>eff</Sub>)的元素的对象也以低计算负荷进行更高精度的射束硬化校正,有助于更加定量的X射线图像的提示。对两个以上的X射线能量BIN中所选择的两个X射线能量BIN的X射线衰减量(μt)进行标准化,按照每个像素区域求出至少一个标准化X射线衰减量,根据表示标准化X射线衰减量与元素的有效原子序数之间的理论上的对应关系的参照信息,按照每个像素区域推定至少一个有效原子序数,判断被推定的至少一个有效原子序数(Z<Sub>High</Sub>、Z<Sub>Low</Sub>)以及进行射束硬化校正时预先指定的有效原子序数(Zm)中至少两个原子序数的一致状态。(The invention has a wider range of effective atomic numbers (Z) eff ) The object of the element (2) also contributes to a more quantitative presentation of an X-ray image by performing a more accurate beam hardening correction with a low calculation load. Normalizing the X-ray attenuation (μ t) of two selected X-ray energies BIN out of two or more X-ray energies BIN, obtaining at least one normalized X-ray attenuation for each pixel region, and expressing the normalized X-ray attenuationStandardizing reference information of theoretical correspondence between X-ray attenuation and effective atomic number of element, estimating at least one effective atomic number for each pixel region, and determining at least one estimated effective atomic number (Z) High 、Z Low ) And a state in which at least two atomic numbers among the effective atomic numbers (Zm) specified in advance coincide with each other when the beam hardening correction is performed.)

处理光子计数型X射线检测数据的方法及装置、以及X射线 装置

技术领域

本发明涉及处理透过对象物的X射线检测数据的方法及装置、以及X射线装置，特别是涉及向对象物照射具有连续光谱的X射线，对进行光子计数型X射线检测所收集的数据进行处理的方法及装置、以及光子计数型X射线装置。

背景技术

近年来，使用X射线调查对象物的内部的状态的检验以食品的异物检验、行李检验等为首，到医疗用的X射线***摄影，遍及各处。

例如，对于异物检验，专利文献1(日本特开2010-091483：发明名称是“异物检测方法及装置”)中记载的方法被提出。该专利文献1以所谓的被称为双能量法(或者减法)的检验法为基础。该检验法利用在两种能量的X射线(即、波长彼此不同的两种X射线)透过物质时该X射线透过信息中存在差异。具体而言，以下面的处理为基础。首先，同时创建低能量和高能量两种X射线图像，取得这些图像的相互的差分。进一步，从该差分图像中提取混入异物的成分图像，对该成分图像进行阈值处理从而检测异物。

然而，被照射的X射线透过对象物时产生射束硬化现象(线质硬化现象)。该现象是指如下现象：在将多色X射线照射到物质时，与高能量成分相比，低能量成分更容易被吸收，物质透过后的成分比例向高能量侧转移，有效能量向高能量侧转移。

对于在该X射线装置中不可避免的射束硬化现象，例如被记载在专利文献1以及专利文献2中。其中，在专利文献1中记载了一种X射线装置，具备：X射线发生器，朝向被检测物照射具有连续光谱(多色)的脉冲状的X射线；以及光子计数型检测器，将透过被检测物的X射线视作光子并输出与该粒子的能量相对应的电信号。在该X射线装置中，进行用于重新构成抑制了由于射束硬化现象引起的伪影的发生的图像的处理。

另外，对于射束硬化现象，在专利文献2中示例了在具备X射线源和X射线检测器的X射线装置中对检测器的检测信号校正由于射束硬化现象产生的影响的处理。作为该处理，改变模擬被照射物的厚度并创建多个投影数据，在图中绘制按照每个透过距离的投影数据，将该绘制的投影数据与其理论值建立对应关系并创建射束硬化校正函数。因此，例如，可以考虑，在专利文献1所记载的放射线检测装置中，为了减少射束硬化现象，创建用于专利文献2所记载的射束硬化校正的校正函数，利用该校正函数，校正被检测物的透过X射线的测量值。

进一步，还已知在被称为Monochromatic CT的CT装置中，使用碘和水这两种物质作为基准物质进行射束硬化校正。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-101926号公报

专利文献2：国际公开第2010/061810号

专利文献3：国际公开第2016/171186号

专利文献4：国际公开第2017/069286号

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，在该专利文献2所记载的基于校正函数的射束硬化校正技术中，能够适用一个校正函数的对象物的有效原子序数的范围非常窄。此处所述的有效原子序数Z_eff是指，在X射线射束透过的路径中存在的多种元素(物质)分别具有的原子序数的平均的原子序数。因此，在专利文献2的校正技术的情况下，如果以成为基准的物质(例如原子序数Z＝7的氮N)为基准确定校正函数，则作为实际问题，其适用范围(也就是说，保障固定的精度的范围)最多是进入Z＝±2的范围的有效原子序数的情况。即，用以这种方式确定的校正函数能够将射束硬化现象的影响有效地抑制在允许值内为止的范围是以这种方式进入Z＝±2的范围的程度的狭窄的范围。

实际上，在进行X射线***摄影的情况下，脂肪、乳腺等各种物质存在于X射线射束路径中，其原子序数Z的范围为6～7。进一步，在牙科领域进行X射线断层摄影的情况下，在X射线射束路径中存在软组织和硬组织双方，因此在进行准确的射束硬化校正上面要考虑的原子序数Z的范围更宽。

这样，在X射线摄影中，在以往的射束硬化校正法的情况下，一个校正函数能够应对的物质的种类少。另外，如上述那样，在称为Monochromatic CT的CT装置中，例如，在对如碘和水那样的两种物质的原子序数Z1、Z2进行了射束硬化校正的情况下，在除此以外的Z1+/-2，Z2+/-2以外的范围的能量中也无法保证精度。

进一步，射束硬化现象的程度根据X射线透过的物质的厚度t，并且，根据X射线能量的大小也发生变化。因此，即使利用仅以某种物质为基准进行试验或者推定得到的校正函数能够进行方便的射束硬化校正，也无法得到精密的信息。

近年来，本申请发明者等开发出如下的技术：使用光子计数型的X射线检测器，并且按照连续X射线的光谱中设定的多个BIN(能量范围)中的每个BIN收集X射线的光子计数值，根据该收集数据而不依赖于对象物的厚度t(X射线路径的长度)确定(确定、推定、评价)存在于该路径中的物质的种类和性质的变化。本发明者等将该技术统称为物质确定。为了进行这种物质确定，必须考虑在现场(医疗、异物检测等)要以何种程度的范围的原子序数的物质为对象进行X射线检测(例如，参照专利文献3)。

如果是进行这种高精度的物质确定的情况，则更加要求更高精度的射束硬化校正技术。因此，在本发明者等提出的专利文献4所记载的校正中，基于光子计数型检测器的计数值，按照X射线的每个能量BIN，取得由物质的X射线透过方向中的多个相互不同的已知的厚度t以及该线衰减系数μ定义的校正前的X射线衰减量μt的特性。该物质是基准物质，构成摄像等的对象物，并且，该物质是与要测定的对象物相同的物质(同种物质)，或者由关于有效原子序数可以视作与对象物类似的原材料构成。计算用于将该校正前的X射线衰减量μt的特性置换成横轴设为厚度t且纵轴设为其校正前的X射线衰减量μt的二维坐标中通过其原点的直线状的目标特性的校正用数据。按照X射线的每个能量BIN计算该校正用数据。使用该校正用数据，按照每个能量BIN以及根据需要按照每个像素，校正实际的测量值、即校正前的X射线衰减量μt。

作为对成为所关注的摄影区域的多个像素中的各像素的处理，按照每个能量BIN进行该校正，因此能够改善射束硬化现象根据X射线能量的量而变化这样的不良情况。然而，虽然上述直线状的目标特性是基于基准物质(例如，氮：原子序数N＝7)设定的，但是能够使用其进行适当的射束硬化校正的物质的范围对于有效原子序数Z_eff而言实际上是Z_eff＝±2左右。

因此，如拍摄人体的身体部位的X射线装置和X射线牙科摄影那样，在拍摄具有更宽的有效原子序数Z_eff的对象的应用中，进行更高精度的射束硬化校正需要一些设置，而存在改善的余地。

作为这种改善中的一种，具有预先准备多种对象物各自的目标特性并选择目标特性进行使用的方法。然而，不知道当前诊断的物质是否被预先准备的多个目标特性覆盖，每次选择目标特性不管对于医生还是对于计算装置而言在解读影像上的负荷都很大。

本发明的目的在于提供一种装置及方法、以及应用了这些装置及方法的X射线装置，所述装置及方法能够应用于以具有更宽范围的有效原子序数Z_eff的元素的物质为测量对象的X射线光子测量，并且对该测量值能够以更少的计算负荷且更高精度地进行射束硬化校正，能够基于进行了该射束硬化校正的X射线衰减量，提示各种定量的图像信息和/或更高精度的物质确定的信息。

用于解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的第一方式，提供一种方法，其向对象物照射具有连续X射线光谱的能量的射束状的X射线，检测透过该对象物的所述X射线，在预先设定的三个以上的X射线能量BIN各自中，按照由至少一个像素构成的像素区域中的每一个图像区域对该X射线的光子数进行计数，并处理表示该计数值的数据。该方法的特征在于，具有：计算步骤，按照每个所述X射线能量BIN并且按照每个所述像素区域，计算由所述对象物不存在的状态以及所述对象物存在的状态这两个状态中的所述计数值之比表示的计数数据；校正步骤，对所述计数数据，基于校正信息，按照每个所述像素区域且按照每个所述X射线能量BIN实施对所述X射线透过所述对象物时受到的射束硬化现象进行校正的射束硬化校正，并求出X射线衰减量(μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight)(μ是线衰减系数、t是所述对象物沿着所述X射线的投影方向的厚度)；标准化步骤，对所述三个以上的X射线能量BIN内的、低能量侧的两个能量BIN的X射线衰减量(μ_Lowt、μ_Middlet)进行标准化，从而按照每个所述像素区域求出低能量侧标准化X射线衰减量(μ_Low/(μ_Low ²+μ_Middle ²)^1/2)，并且对高能量侧的两个能量BIN的X射线衰减量(μ_Middlet、μ_Hight)进行标准化，从而按照每个所述像素区域求出高能量侧标准化X射线衰减量(μ_High/(μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2)；推定步骤，根据表示所述标准化X射线衰减量与元素的有效原子序数之间的理论上的对应关系的参照信息，按照每个所述像素区域推定与所述低能量侧标准化X射线衰减量(μ_Low/(μ_Low ²+μ_Middle ²)^1/2)以及所述高能量侧标准化X射线衰减量(μ_High/(μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2)各自相对应的低能量侧有效原子序数(Z_Low)以及高能量侧有效原子序数(Z_High)；以及一致判断步骤，判断所述低能量侧有效原子序数(Z_Low)与所述高能量侧有效原子序数(Z_High)是否彼此一致或者是可视作一致的状态。另外，还提供进行与其同等的处理的处理装置。

特别是，所述事先处理步骤具有以下步骤：对构成所述对象物的组成的元素的有效原子序数的期望范围(Zmin～Zmax)进行设定；从所述期望范围有效原子序数(Zm)中离散地选择包含其下限值及上限值的多个有效原子序数，并且针对具有该多个有效原子序数(例如Z＝5～14)的物质，在横轴设为质量厚度(mass thickness：ρt)并且纵轴设为该各X射线能量BIN的有效能量中的线衰减量(μt：μ是线衰减系数、t是物质的X射线路径方向的厚度)的二维坐标上，在理论上推定该各有效原子序数(例如，Z＝5～14)的图；根据所述期望范围(Zmin～Zmax)的有效原子序数指定期望的有效原子序数(例如，Zm＝7)；将假设为单色X射线照射到由所述所指定的有效原子序数(例如，Zm＝7)的元素构成的物质时的、所述二维坐标上的直线设定为目标函数；在所述二维坐标上，所述横轴方向乘以所述目标函数的斜率(μ/ρ)，以所述多个有效原子序数(例如Z＝5～14)各自的多个曲线为该有效原子序数的变量进行广义化；以及从所述广义化得到的多个曲线中对所指定的所述有效原子序数(例如，Zm＝7)的元素的曲线进行指定，将基于该指定曲线与其他曲线之间的残差的、用于校正所述射束硬化的射束硬化校正函数作为所述校正信息并事先存储在存储部中。

另外，为了实现上述目的，根据本发明的第二方式，提供一种方法，其向对象物照射具有连续X射线光谱的能量的射束状的X射线，检测透过该对象物的所述X射线，在预先设定的三个以上的X射线能量BIN各自中，按照由至少一个像素构成的图像区域中的每一个图像区域对该X射线的光子数进行计数，并处理表示该计数值的数据。该方法的特征在于，具有：事先处理步骤，基于原子序数已知的多个物质的质量厚度(mass thickness：ρt)以及各所述X射线能量BIN的有效能量中的X射线衰减量(μt：μ是线衰减系数、t是物质的X射线路径方向的厚度)的特性，按照每个所述X射线能量BIN事先准备用于对所述X射线透过所述对象物时该X射线受到射束硬化现象后的X射线计数值进行校正的校正信息；以及衰减量处理步骤，使用通过所述事先处理步骤准备的所述校正信息，按照每个所述像素区域进行所述校正，最终确定所述X射线衰减量，并且处理该确定出的所述X射线衰减量。

进一步，根据本发明的第三方式，提供一种X射线装置，其向对象物照射具有连续X射线光谱的能量的射束状的X射线，检测透过该对象物的所述X射线，在预先设定的三个以上的X射线能量BIN各自中，按照由至少一个像素构成的图像区域中的每一个图像区域对该X射线的光子数进行计数，并处理该计数值。该X射线装置的特征在于，具备：事先准备单元，基于原子序数已知的多个物质的质量厚度(mass thickness：ρt)以及各所述X射线能量BIN的有效能量中的X射线衰减量(μt：μ是线衰减系数、t是物质的X射线路径方向的厚度)的特性，按照每个所述X射线能量BIN事先准备用于对所述X射线透过所述对象物时该X射线受到射束硬化现象后的X射线计数值进行校正的校正信息；以及衰减量处理单元，使用通过所述事先准备单元准备的所述校正信息，按照每个所述像素区域进行所述校正，最终确定所述X射线衰减量，并且处理该确定出的所述X射线衰减量。

例如，所述衰减量处理单元也可以具有：X射线图像创建单元，基于通过所述校正单元校正且最终所确定的所述X射线衰减量，创建基于所述光子测量的X射线图像；以及X射线图像提示单元，提示该X射线图像。

作为优选的一例，所述X射线装置是具有用光子计数法检测所述X射线的结构的X射线医疗诊断设备或者X射线非破坏检验装置。

发明效果

根据本发明的一个方式，根据期望范围(Zmin～Zmax)的有效原子序数指定期望的有效原子序数(例如Zm＝7)，将假设单色X射线照射到由该所指定的有效原子序数(例如Zm＝7)的元素构成的物质时的所述二维坐标上的直线设定为目标函数。进一步，在二维坐标上，横轴方向乘以目标函数的斜率(μ/ρ)，将多个有效原子序数(例如Z＝5～14)各自的多个曲线设为是该有效原子序数的变量进行广义化。进一步，从该广义化的多个曲线中对所指定的有效原子序数(例如Zm＝7)的元素的曲线进行指定，将基于该指定曲线与其他曲线残差的、用于校正所述射束硬化的射束硬化校正函数作为所述校正信息事先存储在存储部中。

因此，如果保有与广义化的目标函数、以及在规定的有效原子序数的范围内指定的有效原子序数的残差相关的信息，则能够按照上述的步骤计算射束硬化校正函数。因此，即使较宽地具有预先设定的有效原子序数的范围，在计算射束硬化校正函数上面，不进行与其宽广成比例的程度的计算量也可以完成。也就是说，对于具有较宽范围的有效原子序数Z_eff的元素的对象物，能够以较少的计算负荷进行射束硬化校正。

另外，根据本发明的其他方式，对三个以上的X射线能量BIN内的、低能量侧的两个能量BIN的X射线衰减量(μ_Lowt、μ_Middlet)进行标准化，从而按照每个像素区域(由一个或者多个像素构成的区域)求出低能量侧标准化X射线衰减量(μ_Low/(μ_Low ²+μ_Middle ²)^1/2)，并且对高能量侧的两个能量BIN的X射线衰减量(μ_Middlet、μ_Hight)进行标准化，从而按照每个像素区域(由一个或者多个像素构成的区域)求出高能量侧标准化X射线衰减量(μ_High/(μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2)。根据表示该标准化的X射线衰减量与元素的有效原子序数之间的理论上的对应关系的参照信息，按照每个像素区域推定与低能量侧标准化X射线衰减量(μ_Low/(μ_Low ²+μ_Middle ²)^1/2)以及所述高能量侧标准化X射线衰减量(μ_High/(μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2)各自相对应的低能量侧有效原子序数(Z_Low)以及高能量侧有效原子序数(Z_High)。进一步，低能量侧有效原子序数(Z_Low)和高能量侧有效原子序数(Z_High)彼此被比较，从而判断该有效原子序数(Z_Low、Z_High)的一致度。根据该一致度判断，当是一致的值或者可视作一致的值时，确定有效原子序数。

以这种方式，基于预先准备的上述参照信息，能够从根据低能量侧以及高能量侧推定的有效原子序数(Z_Low、Z_High)逼近具有接近真实值的值或者可视作真实值的值的有效原子序数，因此能够更高精度地推定物质的有效原子序数图像。这样，将能够以更高的可靠性确定在X射线束的透过路径上存在的物质的种类和性质。

也就是说，根据本发明，以如下事先处理为基础：以有效原子序数Z为参数将针对各种原子序数的元素的理论上的多色X射线的衰减特性广义化，将针对其中的所指定的衰减特性的其他衰减特性保持为残差信息。进一步，使用在该事先处理中获得的校正信息，按照每个像素区域且按照每个能量BIN对实际的收集数据进行射束硬化校正，并取得其校正值。根据该射束硬化校正后的校正值推定低能量侧以及高能量侧的有效原子序数，将该推定值在计算中逼近至实际上是真实值或者可视作是真实值的值。

由此，能够在有效原子序数Z_eff的宽范围(在实施方式中Zmin～Zmax：例如Z＝5～14为止)内，比较简单地取得并保存涵盖医疗的临床应用上所需的几乎所有的有效原子序数的射束硬化校正用的校正信息。该校正信息一旦预先取得，只要被包含在该适用范围内，就能够在临床上使用。也就是说，偏离校正信息的适用范围的情况少，通用性强，因此，如以往那样，也无需与临床相符地频繁地重新取得校正信息。另外，校正信息实际上与有效原子序数Z_eff相符地具有填补所述残差的残差函数的拟合系数即可。因此，与必须按照其特性中的每个特性准备多射束硬化校正函数的校正方案相比，存储器容量小也可以达成。这样，通过覆盖较宽的有效原子序数Z_eff的物质的同时更简单地计算射束硬化校正函数，并且根据低能量侧以及高能量侧判断有效原子序数Z_eff的一致，能够执行与以往相比大幅的高精度的射束硬化校正。

也就是说，能够高精度地推定有效原子序数Z_eff是指，还能够探索适当的射束硬化校正。因此，将还能够确定精度更高的图像的像素值。由此，图像的定量性增加，并且由于像素的固有的波动而产生的像素之间的不均匀性被缓和。

附图说明

图1是说明本发明的搭载了图像处理装置(实施图像处理方法)的X射线装置的一实施方式的概要结构的框图。

图2是例示多色X射线的连续光谱以及在该光谱中设定的三个能量BIN的图。

图3是说明在实施例的X射线装置中作为图像处理的一部分执行的事先处理的流程图。

图4是说明在该X射线装置中执行的数据收集处理以及构成图像处理的其他部分的后处理的流程图。

图5是表示考虑检测器的响应函数而模拟的、用于有效原子序数Z_eff的推定的多色X射线的连续光谱的图。

图6是示出向在X射线能量光谱中设定的三个能量BIN各自中的原子序数Z＝5～14各自的物质照射单色X射线时的理论上的衰减特性(图6中的(A)～(C)：实线：直线特性)以及照射多色X射线时的理论上的衰减特性(图6中的(A)～(C)：虚线：曲线特性)的图。

图7是说明以低能量BIN为例，在横轴方向上广义化单色X射线照射时的理论上的衰减特性(图7中的(A)：实线：直线特性)以及多色X射线照射时的理论上的衰减特性(图7中的(A)：虚线：曲线特性)，创建目标函数(图7中的(B)：实线：X＝Y的直线特性)以及射束硬化校正曲线(图7中的(B)：虚线：曲线特性)的工序的图。

图8是例示针对多个原子序数的物质的、广义化的射束硬化校正曲线中的针对特定的原子序数Z的射束硬化校正曲线与其他的射束硬化校正曲线在纵轴方向上的残差的图。

图9是例示低能量BIN中的、用于在纵轴方向上校正上述残差的拟合函数的拟合系数的图。

图10是例示中等能量BIN中的、用于在纵轴方向上校正上述残差的拟合函数的拟合系数的图。

图11是例示高能量BIN中的、用于在纵轴方向上校正上述残差的拟合函数的拟合系数的图。

图12是例示存储作为射束硬化校正信息的一部分的拟合系数的表格。

图13是示出各能量BIN中的、广义化后的射束硬化校正曲线以及其目标函数(X＝Y的直线)的图。

图14是重叠了对用于进行射束硬化校正的范围进行设定的ROI的X射线图像的示意图。

图15是示出每个能量BIN的、入射X射线计数与输出X射线计数之比(吸收与透过之比)的图。

图16是说明针对一个原子序数的、使用了广义化的射束硬化校正曲线和目标函数(X＝Y的直线)的射束硬化校正的图。

图17是按照每个像素且按照每个能量BIN存储在存储器中的射束硬化校正信息以及有效原子序数Z_eff的推定值的示意图。

图18是说明根据按照每个像素标准化的X射线衰减量推定低能量侧以及高能量侧的有效原子序数Z_High、Z_Low的方法以及其彼此的比较的图。

图19是示意性说明基于射束硬化校正后的按照每个像素的X射线衰减量的有效原子序数图像以及表示该有效原子序数图像的例子的图。

图20是与第一实施方式的处理的流程联动地示出在本发明的第二实施方式中执行的图像显示的处理的概要的概略流程图。

图21是示意性说明用于在图像存储器中形成的图像显示的存储内容的图。

图22是示出在第二实施方式中显示的光子计数独特的图像的一例的图。

图23是示出在第二实施方式中显示的光子计数独特的图像的其他例子的图。

图24是示出在第二实施方式中显示的光子计数独特的图像的其他例子的图。

图25是例示低能量侧有效原子序数(Z_Low)、高能量侧有效原子序数(Z_High)、以及进行射束硬化校正时预先设定的有效原子序数Zm之间的关系的图。

具体实施方式

以下，使用附图，对本发明的、处理光子计数型的X射线检测中的计数数据的方法及装置、以及光子计数型的X射线装置的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

参照图1～图19，对本发明的、处理光子计数型的X射线检测中的计数数据的方法及装置(以下，称为数据处理方法及数据处理装置)进行说明。该数据处理方法及数据处理装置例如是安装或者搭载于X射线***摄影装置、牙科用X射线摄影装置等医疗用X射线装置、异物检验用的X射线装置等中的方法及装置。

在图1中示出了构成X射线装置10的主要部分的结构的一例。此外，安装或者搭载了该第一实施方式的数据处理方法及数据处理装置的X射线装置的硬件结构其本身可以是公知的结构，因此仅对其主要部分进行说明。

如图1所示，X射线装置10具备X射线发生器21，所述X射线发生器21产生连续光谱的X射线，将该X射线准直成射束状并照射到对象空间OS。该X射线发生器21具备：X射线管22，接收高电压的供给并进行驱动；以及准直仪23，配置在该X射线管22的输出侧，将在X射线管22中产生的X射线准直成射束状的X射线。X射线管22的管焦点F的焦点直径例如是

该管焦点F大体可以视作点状的X射线源。从该管焦点F射出的X射线由具有各种能量(X射线能量)的光子(photon)的线束构成，并且具有与管电压相对应的连续的能量光谱。

该X射线装置10进一步具备检测器24，所述检测器24检测所照射的X射线透过位于对象空间OS的摄影对象OB后的射束状的X射线。检测器24在其入射窗的正下方具有检测层25，所述检测层25具有将X射线直接转换成电信号的半导体(CdTe或CZT等)，在该检测层25例如形成有将具有200μm×200μm尺寸的像素以二维排列的像素组。

检测器24进一步例如在检测层25的相对于管焦点F的相反侧具有按照每个像素处理各像素的检测信号的、例如由ASIC制作的层状的数据收集电路26。该数据收集电路26被构成为能够按照每个像素对入射到检测层25的像素组的X射线的光子(photon)的数量进行计数的光子计数型电路。此外，该电路通过辨别X射线能量的阈值的设定，将X射线光谱分割成多个X射线能量的范围(称为BIN)，能够在该各能量BIN中按照每个像素对光子进行计数。

因此，从层状的数据收集电路26中，按照各能量BIN中的每个像素，输出对响应于X射线光子的入射的电脉冲信号进行处理而创建的计数数据作为帧数据(各像素的计数数据的集合)。作为一例，帧率为300fps～6,600fps为止各种各样的帧率。除了入射到一个像素的光子的重叠现象以外，例如，当入射一个光子时，一个电脉冲被激发，因此像素各自的计数数据是反映了该电脉冲的数量的计数数据。

如上所述那样，从检测处理法的观点而言，该检测器24被分类成光子计数型(photon counting type)检测器。也就是说，该检测器12被构成为，将具有连续能量光谱的X射线(多色X射线：Polychromatic X-rays)视作是具有各种能量的光子的集合，按照X射线的能量BIN(区域)且按照每个像素(此外，像素可以是一个也可以是多个)对这些光子的个数进行计数。作为该能量BIN，如将在后面进行说明的那样，例如，如图2所示，设定有三个能量BIN：Bin_Low～Bin_High。该能量BIN：Bin的数量如果为三个以上，则可以是四个也可以是五个。能量[keV]的下限阈值TH1以下的区域以及上限阈值TH4(在图2的例子中与管电压相对应)以上的区域是无法测量或者不使用的区域。因此，该阈值TH1～TH4之间的区域被分割成一个(在这种情况下，阈值仅是TH1以及TH4)或者多个能量BIN。例如，如图2所示设定阈值TH2、TH3，形成三个能量BIN。

以上的X射线照射/检测的结构通过国际公开号WO2015/111728A1等提出。

通过射束状的X射线扫描位于对象空间OS的摄影对象OB。因此，可以是X射线发生器21和检测器24的对以及摄影对象OB中的一者相对于另一者相对移动的结构。作为一例，在食品等的X射线异物检验的情况下，被配置成带式输送机通过对象空间OS。由此，通过在该带式输送机上载置摄影对象OB，摄影对象OB被进行X射线扫描。另外，作为医疗用系统，具有牙科用全景X射线摄影装置，但是在该情况下，使作为摄影对象OB的患者颚部位于X射线发生器21以及检测器24之间的对象空间OS。在该状态下，使X射线发生器21和检测器24的对彼此相对置的同时旋转，由此颚部被X射线扫描。作为医疗用系统的X射线***摄影装置也是同样的。总之，摄影对象OB伴随着X射线发生器21以及检测器24的对与摄影对象OB之间的相对移动而被扫描即可。

从检测器24输出的数字量的测量数据通过搭载于X射线装置10的处理装置或者置于X射线装置10的外部的处理装置，进行利用了能量辨别的优越性的处理。在该处理中具有基于断层合成法的图像重新构成、基于该重新构成图像的吸收矢量长度图像(二维图像)的创建、以及、基于该重新构成图像的三维散布图的创建等。这些处理通过国际公开号WO2016/171186A1等提出。

另一方面，在本实施方式中，从检测器24输出的数字量的测量数据也在本发明独特的处理中被处理。作为该处理，包括射束硬化校正，所述射束硬化校正使通过假设的射束硬化校正曲线推定的校正结果逆向逐渐接近真实值，并且针对物质的较宽的有效原子序数Z_eff用较少的计算量处理。此外，射束硬化校正曲线是指用于使接收射束硬化的物质的衰减特性与目标函数(针对照射单色X射线时的质量厚度的直线状的衰减特性)相符的曲线，根据该射束硬化校正曲线与目标函数之差来校正测量值。

在此，已在上面陈述，但是射束硬化现象(线质硬化现象)是指如下现象：所照射的多色X射线透过物质时产生，与高能量成分相比低能量成分容易在物质内部被吸收/散布，物质透过后的成分比例是高能量侧变多，有效能量向高能量侧转移。该射束硬化现象在物理上可以总结为，由于X射线光子的能量的差异，导致对象物的分子(原子)与X射线光子之间的彼此干涉不同，其结果产生该射束硬化现象。另外，有效原子序数Z_eff是指，考虑了与在射束状的X射线透过的路径上存在的多种元素(物质)分别具有的原子序数的X射线之间的相互作用量的平均原子序数。

本实施方式的X射线装置10具备数据处理装置30。如图1所示，作为一例，该数据处理装置30由计算机CP构成。该计算机CP本身可以是具有公知的运算功能的计算机，并且具备通过通信线路LN连接到检测器24的界面(I/O)31。通过内部路径B，缓冲存储器32、ROM(read-only memory：只读存储器)33、RAM(random access memory：随机存取存储器)34、具备CPU(central processing unit：中央处理器)35A的处理器35、图像存储器36、输入器37、以及显示器38彼此通过总线B可通信地连接到该界面31。

在ROM33中预先存储有用于计算机能够读取的测量值的校正以及物质确定等的各种程序。因此，ROM33具备预先存储这些程序的存储区域(作为non-transitory computerrecording medium(非暂时性计算机记录介质)发挥功能)33A。进一步，该ROM33还具备将在后面进行说明的、存储用于测量值的射束硬化校正的射束硬化校正用数据(也称为校准数据)的第一存储区域33B和第二存储区域33C。

处理器35(即、CPU35A)从ROM33的存储区域33A中将需要的程序读取到自身的工作区域中进行执行。处理器35是图像处理用的CPU。缓冲存储器32用于临时保管从检测器24发送来的帧数据。RAM34用于在处理器35的计算时临时存储计算所需的数据。

图像存储器36用于保管由处理器35处理的各种图像数据和信息。输入器37以及显示器38作为与用户之间的人机界面而发挥功能，其中，输入器37受理来自用户的输入信息。显示器38能够在数据处理器35的控制下显示图像等。

数据处理装置30也可以设置为与X射线装置10一体的装置或者检验系统。另外，数据处理装置30在如本实施方式那样通过通信线路LN可通信地连接到X射线装置10的情况下，可以始终在线连接，也可以仅在需要时能够通信。进一步，数据处理装置30也可以以单机形式设置。当然，数据处理装置30也可以由进行流水线(pipeline)处理等的硬件电路构成。

＜数据处理装置及数据处理方法＞

对本发明的数据处理方法进行说明。该数据处理方法通过由上述数据处理装置30的处理器35(CPU35A)从存储区域33A调出规定的程序并按顺序执行其步骤来进行。

＜其1：事先处理＞

对构成该数据处理方法的一部分的、用于射束硬化校正的事先处理进行说明。

本发明的射束硬化校正与以往的射束硬化校正相比，具有如下优点：对于X射线照射路径中存在的多个物质(原材料)呈现的有效原子序数Z_eff的较宽范围(Zmin～Zmax)，用在一次事先准备中创建的校正用数据能够应对，并且能够进行更高精度的射束硬化校正。

作为为此的事先准备，通过处理器35与用户之间按照图3所示的步骤以互动的方式执行这种事先处理。

首先，准备向X射线管22照射的连续X射线(多色X射线)的能量光谱的理论值(图3，步骤S1)。在图5中的(A)中示出了该理论光谱。通过蒙特卡洛模拟，从该理论光谱创建考虑了基于检测器12的半导体材料、其厚度、像素尺寸等的响应函数的能量光谱(进行折叠)(folding)(步骤S2)。在图5的(B)中示例了通过响应函数折叠理论光谱得到的能量光谱。在该能量光谱中设定三个能量BIN(能量范围)(步骤S3)。从其低侧依次为低能量侧BIN：Bin_Low(15～23keV(20.2keV)、中等能量BIN：Bin_Middle(23～32keV(27.6keV)、以及高能量侧BIN：Bin_High(32～50keV(38.1keV))。括号内的20.2keV、27.6keV、38.1keV的数值是各BIN内的有效能量，与该有效能量相对应的质量衰减系数μ/ρ(μ：线衰减系数、ρ：质量密度)相当于各BIN的目标函数的斜率。

接下来，以互动的方式设定预测为在实际的临床上出现的对象物的组织(物质)的有效原子序数Z_eff的范围Zmin～Zmax(例如，以Zmin＝5、Zmax＝14确定为整数值)(步骤S4)。进一步，从该有效原子序数Z_eff的范围：Zmin～Zmax以互动的方式确定应设为期望的基准的有效原子序数Zm(例如Zm＝7)(步骤S5)。

接下来，计算三个能量BIN：Bin_Low～Bin_High各自的有效能量(步骤S5)。进一步，与该各能量BIN：Bin_Low(～Bin_High)的有效能量相对应并且暂时分配给设为基准的有效原子序数Zm的上述质量衰减系数μ/ρ被计算作为目标函数的斜率(步骤S6)。

接下来，针对能量BIN：Bin_Low～Bin_High中的每一个，进行在二维坐标上绘制射束硬化校正曲线的运算(步骤S7)。这种绘制使用在物理上已知的数据进行(理论上的运算值)。具体而言，如图6的(A)～(C)所示那样，横轴设为质量厚度(ρt)，纵轴设为针对各能量BIN中的有效能量的X射线衰减量(μt)来进行这种绘制。在各能量BIN的图中，实线表示向原子序数Z＝7、8、9、…13、14的物质照射在X射线光谱上表示一根直线状峰的单色X射线(Monochromatic X-ray)时获得的直线状的理论上的衰减特性(相当于目标函数)。相对于此，虚线表示向原子序数Z＝7、8、9、…13、14的物质照射具有连续光谱分布的多色X射线(Polychromatic X-rays)时的计数值的理论上的衰减特性。在该多色X射线的情况下，如上所述在物质中引起射束硬化现象，因此，示出质量厚度(ρt)越大则X射线衰减量μt的增加比例越下降这样的衰减特性。

接下来，在能量BIN：Bin_Low～Bin_High中的每一个中，横轴(ρt)的值乘以上述的目标函数的斜率：质量衰减系数μ/ρ来广义化横轴的值(步骤S8)。质量衰减系数μ/ρ是根据原子序数Z和X射线能量确定的已知的值。

具体而言，图7对低能量BIN：Bin_Low进行了说明，但是通过该广义化计算，从该图7的(A)的[Before]([之前])的图计算并生成图7的(B)的[After]([之后])的图。在[After]([之后])的图中，横轴成为X＝ρt×μ/ρ(Z)＝μt，因此成为与纵轴(Y轴)的μ相同的维度(X＝Y)。

当物质的原子序数Z(有效原子序数Z_eff)不同时，射束硬化现象的发生程度也不同。因此，在各曲线(直线)中，原子序数Z成为变量。

如从该图7中的(B)的[After]([之后])的图可知，根据该横轴的广义化运算，针对原子序数Z＝7、8、9、…13、14各自的目标函数(不产生单色X射线照射时的射束硬化现象时的衰减特性)对齐成X＝Y的函数。因此，针对原子序数Z＝7、8、9、…13、14的多色X射线照射时的曲线、即、用于校正受到射束硬化现象的衰减特性的射束硬化校正曲线能够推定从该X＝Y的直线与纵轴方向(Y轴)偏移多大程度的信息。因此，在本实施方式中，针对原子序数Z＝7、8、9、…13、14的射束硬化校正曲线针对其偏移仅将原子序数Z设定为变量，因此将其称为广义化。即，可以将与X＝Y的直线的偏移量在原子序数Z(＝7、8、9、…13、14)各自中预先存储(保有)，在将原子序数Z例如指定为Z＝8时，读取Z＝8的量与X＝Y的直线的偏移量，而能够容易地计算作为目标的函数。

此外，在中等能量BIN：Bin_Middle以及高能量BIN：Bin_High中也是同样的。

接下来，处理器35进行残差计算以及拟合处理(步骤S9)。具体而言，将如上所述广义化的射束硬化校正曲线中的对于针对原子序数Z＝Zm(所指定的Z＝7)的多色X射线的校正曲线作为基准。根据该基准曲线计算与其他的原子序数Z(＝5、6、8、9、…13、14)的残差，分别以四次函数对该残差进行拟合。图8的(A)、(B)、(C)示出各BIN：Bin_Low、Bin_Middle以及Bin_High的残差(比例)曲线。纵轴的Residual Error(残留误差)(μt_Z/μt_Z＝7)表示该残差比Δ。μt_Z/μt_Z＝7＝1的直线表示Z＝7时的残差比(固定为比1)。关于残差，低能量BIN侧比与其相比高侧的能量侧BIN大。这是因为，越是X射线能量低的光子，越接收更大的射束硬化。

此外，作为拟合函数例示了四次函数，但是也可以不一定是四次函数，越使用更高次的函数越能够更高精度地对残差进行拟合。对于使用几次的函数，通过与计算量之间的平衡来确定即可。

接下来，处理器35用“质量厚度(ρt)×Δ”和原子序数Z这样的双变量函数表示残差曲线(步骤S10)。用原子序数Z的函数表示与上述的拟合相关的四次函数的系数(a0、a1、a2、a3、a4)，能够推定针对期望范围的原子序数Zmin～Zmax中的所有的原子序数Z的射束硬化校正曲线。将该双变量函数按照每个能量BIN例示于图9～图11中。

其结果是，总括地表示上述的双变量函数(也就是残差)的拟合函数f(ρt)如下所述创建(步骤S11)。

f(ρt)＝a₀+a₁×(ρt)+a₂×(ρt)²+a₃×(ρt)³+a₄×(ρt)⁴…(1)

其中，当以Z为有效原子序数，以系数为M_j(j＝0～4)时，系数a_j(j＝0～4)表示为如下。

a₀＝M₀+M₁×Z+M₂×Z²+M₃×Z³+M₄×Z⁴

a₁＝M₀+M₁×Z+M₂×Z²+M₃×Z³+M₄×Z⁴

a₂＝M₀+M₁×Z+M₂×Z²+M₃×Z³+M₄×Z⁴

a₃＝M₀+M₁×Z+M₂×Z²+M₃×Z³+M₄×Z⁴

a₄＝M₀+M₁×Z+M₂×Z²+M₃×Z³+M₄×Z⁴

…(2)

也就是说，系数a_j(j＝0～4)是原子序数Z的函数，系数M_j(j＝0～4)是依赖于系数a_j的量。在图12的(A)、(B)、(C)中按照每个能量BIN示出该拟合系数M_j、a_j的一例。

因此，作为校正信息的最终的射束硬化校正函数将在按照每个能量BIN广义化的推定衰减特性中指定的原子序数Z＝Zm＝7的物质的推定衰减特性的曲线乘以上述拟合函数f(ρt)(步骤S12)。由此，如在图13的(A)、(B)、(C)中示例的，能够按照每个能量BIN在规定的原子序数的范围内获得作为最终的射束硬化校正信息的射束硬化校正函数。

因此，处理器35将如上所述求出的射束硬化校正函数作为射束硬化校正用的信息保存在例如ROM33的第一存储区域33B(或者、第二存储区域33C)中(步骤S13)。在原子序数Z已被指定时，与其相对应的射束硬化校正函数通过处理器35被读取到工作区域。与以往同样地使用该读取出的校正函数，执行射束硬化校正。将在后面说明该执行例。

此外，作为该校正用的信息，也可以将在广义化的推定衰减特性中指定的原子序数Z＝Zm＝7的物质的推定衰减特性的曲线、以及上述的拟合函数f(ρt)的按照每个能量BIN的拟合系数M_j、a_j预先保存在例如ROM33的第一存储区域33B(或者第二存储区域33C)中。在这种情况下，根据需要，将它们读取出来，计算与需要的原子序数Z相对应的射束硬化校正函数，并使用其进行射束硬化校正。

＜其2：收集处理及其后的处理(包括射束硬化校正以及有效原子序数图像的创建)＞

当如上所述事先处理完成时，处理器35能够与用户之间在任何时间以互动的方式如图4所示进行X射线透过数据的收集及其后的处理。

处理器35使X射线发生器21和检测器24的对以及对象物OB彼此相对地移动的同时，控制未图示的高电压发生器来驱动X射线管22，并且驱动检测器24使射束状的X射线扫描对象物OB。例如，在X射线异物检验的情况下，将X射线发生器21和检测器24的对固定，使对象物OB移动并通过对象空间OS。另外，在牙科全景摄影的情况下，使X射线发生器21和检测器24的对围绕作为对象物OB的患者的颚部彼此对置地旋转。由此，进行X射线扫描，衰减的同时通过对象物，针对三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High中的每一个收集基于X射线的光子数的测量值(作为数字量的帧数据)(图4、步骤S21)。

该数据收集之后或者与数据收集并行地对所收集的帧数据例如应用断层合成法创建沿着X射线照射路径观察对象物OB的最佳焦点图像(步骤S22)。该最佳焦点图像可以是沿着对象物OB的某个特定的高度(深度)的剖面的图像，也可以是对在每个像素的X射线照射路径中呈现最佳焦点的高度(深度)像素进行收集得到的图像。当然，也可以是本发明人提出的公知的矢量长度图像。另外，也可以单纯地是基于扫描图的透过图像。用于这些图像创建的收集数据可以选择性地使用三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High中的任意一个或者多个、或者对三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High全体取平均等来使用。

处理器35将在步骤S22中创建的图像显示在显示器38(步骤S23)，在该图像上以互动的方式或者以自动的方式设定ROI(region of interest：关心区域)(步骤S24)。其一例示意性地示出在图14中。根据图14，用户指定的ROI示出在显示在显示器38上的对象物OB的图像IM_OB上。该ROI的范围成为将在后面进行说明的射束硬化校正以及有效原子序数图像的对象。因此，该范围指定不是必须的，也可以将所显示的对象物OB的图像整个区域默认设定为对象范围。另外，ROI的数量也可以是多个。

接下来，处理器35基于将对象物OB放置在对象空间OS中收集的帧数据，根据实际的射出光子数按照每个能量BIN计算μt(衰减量)(步骤S25)。其使用事先作为校准用数据不将对象物放置在对象空间OS而在仅空气的状态下收集到的帧数据来计算。

使用图15对其进行说明。如图15所示，在图15的横轴上示意性地示出图2所示的X射线的能量BIN：Bin_Low～Bin_High，在纵轴上将在各能量BIN：Bin_Low～Bin_High中被计数的X射线光子的计数值示出为频率。当进行具有连续光谱的X射线的照射时，按照每个能量BIN在对象物内存在光子的吸收/透过，检测该透过量的光子。如果将向各能量BIN：Bin_Low～Bin_High入射的入射光子数设为C_ILow、C_IMiddle、C_IHigh，则射出光子数Co_Low、Co_Middle、Co_High由如下表示。

Co_Low＝C_ILow(e(-μ_Lowt)

Co_Middle＝C_IMiddle(e(-μ_Middlet)

Co_High＝C_IHigh(e(-μ_Hight)

…(3)

其中，μ_Low、μ_Middle、μ_High是各能量BIN：Bin_Low～Bin_High中的虚拟平均线衰减系数(即，针对各能量BIN的有效能量的线衰减系数)，t是对象物中的X射线束的透过方向的长度(厚度)。在此，各能量BIN：Bin_Low(～Bin_High)的虚拟平均线衰减系数μ_Low(μ_Middle、μ_High)不依赖于厚度t这样的条件成为前提。另外，入射光子数C_ILow、C_IMiddle、C_IHigh相当于在不放置对象物的状态下收集到的数据。因此，在步骤S25中，根据上述式(3)，也按照每个像素区域计算能量BIN各自的X射线衰减量μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight。

接下来，处理器35在执行射束硬化校正时，将被推定为构成对象物OB或者包含于对象物OB的一种或者多种元素的有效原子序数Z_eff指定为初始值。例如指定Z_eff＝7(步骤S26)。更具体而言，指定当前成为数据收集对象的对象物OB、例如***的、特别是指定了ROI的部分(例如三维的部分区域)中可能存在的一种或者多种元素、例如在人体组织中被推定为与脂肪：乳腺＝50％：50％的复合组织接近的值Z_eff＝6。

接下来，处理器35确定构成ROI的一个或者多个像素的位置(步骤S27)，指定其初始像素位置P(步骤S28)。

接下来，处理器35从ROM33的第一存储区域33B(或者第二存储区域33C)中，针对三个能量BIN中的每一个调出用于计算在上述的事先处理中(参照步骤S13)计算并存储的与所指定的初始有效原子序数Z_eff＝6相当的射束硬化校正曲线的信息(步骤S29)。该信息是三个能量BIN中的每一个中的、例如在图13中示例出的、i)事先处理中的指定有效原子序数Z_eff＝7的射束硬化校正函数、ii)四次拟合函数f(ρt)、以及iii)与本次指定的初始有效原子序数Z_eff＝6相当的拟合系数Mj(依赖于原子序数Z)。

接下来，使用用于所读取的射束硬化校正的信息，利用上述式(1)计算与本次指定的初始有效原子序数Z_eff＝6相当的射束硬化校正曲线(步骤S30)。由此生成的、与有效原子序数Z_eff＝6相当的射束硬化校正曲线在图13的例子中而言是用三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High各自的校正曲线中的由附图标记CV_Zeff＝6表示的曲线。顺便说一下，附图标记CV_Zeff＝7表示有效原子序数Z_eff＝7的射束硬化校正曲线，附图标记CV_Zeff＝8表示有效原子序数Z_eff＝8的射束硬化校正曲线。

当每个该能量BIN的射束硬化校正曲线CV_Zeff＝6的读取结束时，按照每个能量BIN对当前处理对象的第一个像素中的计数值(count)进行射束硬化校正(步骤S31)。具体而言，基于该校正曲线CV_Zeff＝6、以及关于在期望的原子序数Z＝5～14的范围内被广义化的所有的有效原子序数Z_eff的元素的目标曲线CV_target(对针对原子序数Z＝5～14的元素的单色X射线共同的衰减特性)，对第一个像素中的计数值(count)进行射束硬化校正。该校正后的衰减量被保存到图像存储器36中。

在图16中示出该射束硬化校正。在图16中，横轴以及纵轴的维度与图13相同，两者均为X射线衰减量μt的维度。由此，当前，如果纵轴设为低侧能量BIN：Bin_Low中的、第一个像素的测量值(衰减量的维度)μt_n，则该测量值μt_n受到射束硬化的影响。也就是说，该测量值μt_n与射束硬化校正曲线CV_Zeff＝6相交的点P_actual不同于其与目标曲线CV_target相交的点P_target，降低了Δμt的量。该Δμt是应被校正的衰减量，理想的是应被校正为Δμt＝0。该差分Δμt通常而言越是在低能量侧就越大。

因此，处理器35针对各能量BIN，在存储器中虚拟地描绘图16所示的二维图，使用两个曲线CV_Zeff＝6、CV_target的数据来计算与测量值μt_n相对应的被校正的值μt_Low(μt_Middle、μt_High)。这种计算可以如图16所示推定曲线的交点来进行，也可以根据测量值μt_n以及其差分Δμt_n之比来推定。

无论如何，通过该射束硬化校正，计算三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High中的每一个中的、在ROI内的第一个像素中进行射束硬化校正后的计数值μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight。该计算值暂时被保存到例如图像存储器36中。在图17的(A)中示意性地示出该存储器36内的保存数据。

接下来，处理器35使用校正后的计数值μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight进行标准化(步骤S32)。使用下述计算式按照每个像素进行该标准化处理。

【式1】

【式2】

也就是说，使用三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High中的、高能量侧的两个BIN：Bin_Middle、Bin_High的衰减量μ_Middlet、μ_Hight进行标准化。由此，如式(4)的上部的式所示，通过对象物OB的X射线路径的长度(对象物的厚度t)的因数被删除，求出不依赖于厚度t的衰减量μ_High-nor。同样地，使用低能量侧的两个BIN：Bin_Low、Bin_Middle的衰减量μ_Lowt、μ_Middlet进行标准化。由此，如式(4)的下部的式所示，求出不依赖于厚度t的衰减量μ_Low-nor。

以这种方式标准化的衰减量μ_High-nor、μ_Low-nor也是按照形成ROI的像素中的每一个被保存在图像存储器36中(参照图17的(B))。

之后，处理器35针对ROI内的全部的像素判断其像素值(即衰减量)的射束硬化校正是否完成(步骤S33)。在该判断为“否”时，识别为还残留有应该射束硬化校正的像素，更新像素标志(未图示)，重复步骤S31、S32的处理。通过这种重复，对ROI内的全部像素进行上述的射束硬化校正以及标准化。其结果是，对于该全部像素中的每一个，得到按照每个能量BIN校正后的三个计数值μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight以及根据能量的高低标准化后的两个衰减量μ_High-nor、μ_Low-nor，这些值被保存在图像存储器36中。

处理器35当在步骤S33中判断为“是”时，识别为对于ROI内的全部的像素射束硬化校正以及标准化完成，接下来，转移到有效原子序数Z_eff的推定。

处理器35将预先通过理论计算在ROM中准备的、规定“衰减量：原子序数”的关系的参照曲线读取到工作区域(步骤S34)。如图18所示，该参照曲线表示根据向具有已知的原子序数的材料照射X射线而收集的X射线透过数据在理论上求出的衰减量的关系。在设定三个能量BIN的情况下，对于两个线衰减量μ_High-nor、μ_Low-nor中的每一个，如图18的上部和下部所示，准备随着系数比变大则原子序数也变大的非线性曲线(图18中的上部)、以及与之相反随着系数比变大则原子序数变小的非线性曲线(图18中的下部)。该线衰减量的参照曲线的求出方法通过论文“Kimoto,N.等,2017,Appl.Radiat.Isot.124”提出。

在此，处理器35使用上述两个线衰减量μ_High-nor、μ_Low-nor的参照曲线推定原子序数Z_High和Z_Low(步骤S35)。具体而言，求出将线衰减量μ_High-nor应用于两个线衰减量μ_High-nor、μ_Low-nor中的高能量侧的参照曲线(图18中的上部)并根据高能量侧推定的原子序数Z_High。同样地，求出将线衰减量μ_Low-nor应用于低能量侧的参照曲线(图18中的下部)并根据低能量侧推定的原子序数Z_Low。求出的原子序数Z_High和Z_Low被保存在图像存储器36中(参照图17的(C))。

此外，对于构成ROI的像素中的每一个执行该步骤S35的处理。

之后，处理器35将按照每个像素推定的原子序数Z_High与Z_Low彼此进行比较，判断它们的一致度(步骤S36)。其结果是，在原子序数Z_High与Z_Low彼此一致、或者它们的差异落在规定的阈值内并且可视作一致的情况下(步骤S36，是)，判断为原子序数Z_High＝Z_Low，且其值是有效原子序数Z_eff并进行保存(步骤S37：参照图17的(D))。

相对于此，当在步骤S36中判断为“否”时，原子序数Z_High和Z_Low彼此不一致或者不可视作一致，也就是说，意味着用于上述的射束硬化校正的拟合系数Mj是不准确的。进一步而言，在成为处理对象的像素中存在的元素的有效原子序数现在偏离无法视作指定为初始值的有效原子序数Z_eff＝6的程度。

在以这种方式判断为不一致的情况下，处理器35再次例如指定下一个有效原子序数Z_eff＝7，并读取与其相对应的拟合系数Mj(步骤S38)。

此外，此时，也可以如有效原子序数Z_eff＝6.5那样指定伴随规定刻度的小数点以下的数值的原子序数。在这种情况下，处理器35读取与有效原子序数Z_eff＝7相对应的拟合系数Mj，并且在与已保有的有效原子序数Z_eff＝6所对应的拟合系数Mj之间，例如根据比例分配来推定与有效原子序数Z_eff＝6.5相对应的拟合系数Mj并同样地使用。

现在，如果求出有效原子序数Z_eff＝7或6.5的新的拟合系数Mj时，与上述同样地(步骤S30、S31、S32、S35)，按照每个能量BIN并且按照每个像素，执行射束硬化校正曲线的计算、射束硬化校正(按照每个能量BIN并且按照每个像素)、标准化处理、以及有效原子序数的推定处理(步骤S39，S40，S41、S42)。

其结果是，在步骤S40中，针对各能量BIN按照每个像素进行射束硬化校正后的最新的衰减量被更新的同时被保存。

之后，返回到步骤S36，再次进行上述一致度的判断，在该判断为“否”(不一致)的情况下，反复执行上述的步骤S38～S42直至原子序数Z_High与Z_Low彼此一致或者可视作一致为止。其结果是，最终在指定的原子序数Zmin～Zmax(例如Z＝5～14)的范围内确定针对各处理对象像素的有效原子序数Z_eff。

在步骤S37之后，处理器35再次对于ROI内的全部的像素(或者捆绑多个像素的一个或者多个像素区域)判断有效原子序数Z_eff的确定工作是否完成(步骤S43)。在该判断为“否”的情况下，经过步骤S44的指示，重复针对下一个像素的、步骤S34以后的处理。由此，对于全部的像素，求出有效原子序数Z_eff，该有效原子序数Z_eff可以看作在入射到该像素的X射线束的路径中存在的一个或者多个元素的原子序数的平均值，并且根据需要更新的同时保存(参照图17的(D))。

这样，原子序数本身是物质固有的，但是具有该原子序数的物质受到的射束硬化的程度依赖于X射线光子的能量的大小。因此，关于根据特定的能量BIN的线衰减系数确定该物质的原子序数，误差有可能变大，因此，也无法高精度地进行射束硬化校正。因此，如上所述，求出在能量的高侧以及低侧分别被标准化的线衰减量，根据这两个衰减量的差异将原子序数逼近到真实值或者可视作真实值的值，推定精度更高的有效原子序数Z_eff。

接下来，处理器35从图像存储器36中调出ROI内的像素的、所求出的有效原子序数Z_eff，创建将这些值(例如，按照每个像素Z_eff＝6、6.5、6.5、7、7.2、7.1、6…)用灰度或者彩色编码得到的有效原子序数图像IM_Zeff(步骤S45)。进一步，将该图像IM_Zeff重叠于上述的图像(参照图14)并显示在显示器38，并且将该图像数据保管在存储器36中(步骤S46)。

在图19中示意性地示出该图像显示的例子。当然，成为其背景的图像可以是依赖于断层合成法的聚焦化图像以外的图像，也可以单独地显示有效原子序数图像IM_Zeff。

由以上可知，根据本实施方式，如果保有与广义化的目标函数、以及在规定的有效原子序数的范围内指定的有效原子序数的残差相关的信息，则按照上述的步骤能够计算射束硬化校正函数。因此，即使较宽地具有预先设定的有效原子序数的范围，在计算射束硬化校正函数上面，不进行与其宽度成比例的程度的计算量也可以完成。也就是说，对于具有较宽范围的有效原子序数Z_eff的元素的对象物，能够以较少的计算负荷进行射束硬化校正。

另外，由于基于预先准备的参照信息，能够从根据低能量侧以及高能量侧推定的有效原子序数(Z_Low、Z_High)逼近具有接近真实值的值或者能够可视作真实值的值的有效原子序数，因此能够更高精度地推定物质的有效原子序数图像。这样，将能够以更高的可靠性确定在X射线路径上存在的物质的种类和性质。

进一步，在本实施方式中，通过上述的按照每个像素的射束硬化校正，实际上，不仅是狭义上的射束硬化现象，而且是根据包含有由于足跟效应等的X射线衰减的原因、电荷共享等的电路原因引起的误差的测量值，进行包含有这种误差等的广义上的校正。由此，测量值如同从最初开始被校准那样被校正，其可靠性提高。这也就是说，在基于该测量值进行图像重新构成和对象物的分析时，这些处理更稳定，且可靠性更高。在基于测量值确定物质的种类和性质的情况下，其确定精度将变高。

[第二实施方式]

接下来，参照图20～图24，对本发明的X射线装置的第二实施方式进行说明。

该X射线装置与在上述的第一实施方式中进行射束硬化校正后的计数值的其他的应用相关。因此，对与在第一实施方式中说明的构成要素相同或者同等的构成要素赋予相同的附图标记，并省略或者简化其说明。

在该实施方式中，提供基于如上所述进行射束硬化校正后的最终确定的按照每个能量BIN的计数值的各种方式的X射线图像。也就是说，在上述的图4所示的流程的处理完成时，通过该步骤S40的处理，作为对象的全部像素(或者整个像素区域)各自中的按照每个能量BIN的进行射束硬化校正后的计数值被保存在图像存储器36中。

因此，处理器35从图像存储器36中将这些射束硬化后的按照每个能量BIN的计数值读取到工作区域，并将它们确定为用于X射线图像创建的最终的计数值(图20、步骤S61)。该所确定的计数值的存储内容例如能够如图21那样被示意。该最终确定的计数值针对低能量BIN：Bin_Low、中等能量BIN：Bin_Middle、以及高能量BIN：Bin_High分别表示为μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight。

接下来，处理器35在与用户之间以互动的方式确定显示(提示)何种X射线图像(步骤S62)。作为该X射线图像，除了基于计数值、即X射线衰减量μt通过断层合成法按照每个像素进行最佳焦点化得到的焦点化图像(包括全景图像)之外，作为基于光子测量追求像素信息的定量性的独特的图像，提供三维散布图、吸收矢量长度(absorption vector length)图像、平均吸收值(average absorption value)图像。也就是说，用户以默认方式或者以互动的方式选择性地指定焦点化图像、三维散布图、吸收矢量长度图像、以及平均吸收值图像。当然，也可以将简单地例如用灰度对X射线衰减量μt进行编码得到的X射线透过像包含在选择项中。

在此，简单地说明三维散布图、吸收矢量长度图像、以及平均吸收值图像的概要。

＜关于三维散布图＞

在本实施方式中，由于使用了三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High，因此线衰减值μt具有三个自由度。因此，设定三维线衰减值矢量(μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight)，

对于以其长度、即、线衰减值矢量长度((μ_Lowt)²+(μ_Middlet)²+(μ_Hight)²)^1/2为分母的标准化的三维源弱值矢量(以下，称为线衰减矢量)，物质中的X射线束的通过路径的长度(厚度t)的分量从线衰减矢量中消失，从而被计算为

(μ_Low，μ_Middle，μ_High)/(μ_Low ²+μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2…(5)。

当设定彼此正交的三个轴分别表示μ_Lowt、μ_Middlet、μ_Hight的三维坐标时，该三维线衰减矢量的起点位于该三维坐标的原点，终点位于半径1的例如球体表面。当对于各个像素计算该三维线衰减矢量并映射到上述三维坐标时，它们的终点被散布为以该球体表面的规定的一点为中心，分布在其周边的固定范围的、包含统计误差的点的集合。本发明人等将描绘了这种散布点的三维映射图称为三维散布图。在图22示出了该三维散布图的例子。在该图中，附图标记Vr表示三维线衰减矢量，附图标记DP表示散布点。

该球体表面、也就是、三维散布图中的线衰减矢量的终点的分布状况是构成对象物的物质的种类其自身固有的。也就是说，如果物质的种类不同，则分布位置在理论上不同，由此，能够确定物质的种类。

＜关于吸收矢量长度图像＞

进一步，能够通过

t(μ_Low ²+μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2…(6)

计算各像素中的线衰减值矢量长度，因此本发明人等将该标量称为吸收矢量长度(absorption vector length)(或者模拟吸收值)。能够以该吸收矢量长度为像素值创建二维图像，本发明人等将该二维图像称为吸收矢量长度图像(或者模拟吸收图像)。在图23中示意性地示出该吸收矢量长度图像的例子。

＜关于平均吸收值图像＞

进一步，在将三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High中的虚拟的平均线衰减系数(即，针对各能量BIN的有效能量的线衰减系数)分别设为μ_Low、μ_Middle、μ_High，将对象物中的X射线束通过路径的长度(厚度)设为t时，能够基于下式计算各像素的像素值，

像素值＝t(μ_Low+μ_Middle+μ_High)/3‥‥(7)

或者

像素值＝t(a₁μ_Low+a₂μ_Middle+a₃μ_High)/3‥‥(8)

其中，a₁、a₂、a₃：由大于等于0的正实数构成的加权系数，a₁+a₂+a₃＝3。

即，能够得到依赖于厚度t的作为标量的像素值。在此，对分母分配3是为了计算跨越三个能量BIN：Bin_Low、Bin_Middle、Bin_High、即全部能量BIN的平均值。

此外，系数a₁、a₂、a₃可以是以默认方式预先设定的值，也可以由用户等解读影像的同时能够可变。系数的条件：a₁+a₂+a₃＝3是采用加权平均的情况下的条件，在作为加权平均值的实数倍数的像素值处理的情况下，该系数的条件也可以去除。

本发明人等将在各像素中具有以这种方式计算出的像素值的图像定义为平均吸收值(average absorption value)图像。该平均吸收值图像示意性地示于图24中。各像素具有通过上述的式(7)或者式(8)计算出的像素值。此外，像素值也可以是将某个像素的周边的像素逐次捆绑固定数量而计算出的值。

此外，本发明的平均吸收值图像不一定限于从连续X射线光谱中取出三个X射线能量BIN的情况下创建的平均吸收值图像。例如，多个X射线能量BIN的数量也可以是根据该X射线能量的大小对连续X射线光谱进行分割得到的、由低能量范围以及高能量范围构成的两个或者四个以上。

处理器35将从如上列举的各种种类的X射线图像中接收到指定的、X射线图像的图像数据转换成规定或者期望的显示格式(步骤S63)，并将其显示(提示)在显示器38上(步骤S64)。

之后，处理器35以互动的方式判断是否进行其他方式的显示(步骤S65)，并根据需要重复步骤S63的处理。

通过以上内容，除了以往公知的X射线图像之外，能够根据利用光子计数的优势并且高精度地对该计数值进行射束硬化校正后的值，适当地选择性地显示独特的X射线图像、即、三维散布图、吸收矢量长度图像以及平均吸收值图像。

因此，在本实施方式中也能够获得与在上述第一实施方式中获得的作用效果同等的作用效果。除此之外，能够将更高精度地进行了射束硬化校正的X射线衰减值展现在关于临床上的应用方面价值高的X射线图像中。即，在本第二实施方式的X射线装置中有效地应用“在所述第一实施方式中，能够高精度地推定有效原子序数Z_eff是指，能够探索用于适当的射束硬化校正的校正信息，能够确定精度更高的图像的像素值”。也就是说，除了上述有效原子序数Z_eff的图像的提供之外，还能够提供在临床上有效的各种崭新的三维散布图、吸收矢量长度图像、以及平均吸收值图像。因此，图像的像素值所具有的信息的定量性增加，并且由于像素所具有的固有的检测上的波动产生的像素之间的不均匀性也被缓和。此外，还具有如下效果：通过该射束硬化校正，由于X射线管侧的足跟效应引起的变动量也被吸收。因此，使用这些图像高精度地且稳定地确定(决定、推定)构成对象物的物质(元素)的种类和特性，而且能够提供非常有用的图像信息。这在临床上非常有效。

此外，在上述的多个实施方式中，通过数据处理装置30的全部要素，在功能上构成计算步骤、校正步骤、标准化步骤、推定步骤、及一致判断步骤、以及计算单元、校正单元、标准化单元、推定单元、以及一致判断单元。另外，通过数据处理装置30的全部要素，在功能上构成X射线装置中的处理所需的事先步骤、第一、第二校正步骤、衰减量处理步骤、及X射线图像提示步骤、以及事先准备单元、校正单元、衰减量处理单元、以及X射线图像提示单元。

＜变型例＞

当然，上述的实施方式可以进行各种变形。

首先，X射线的能量BIN不是必须限于三个，也可以增加能量辨别的阈值并设定四个以上的能量BIN。例如，在设定四个能量BIN的情况下，使用两个低能量侧BIN与上述同样地计算低能量侧的标准化的有效原子序数Z_Low，并且使用两个高能量侧BIN与上述同样地计算高能量侧的标准化的有效原子序数Z_High。

另外，如上述的实施方式那样，在能量BIN数量为3的情况下，在上述的事先处理中的标准化步骤中也可以进行如下变形：将低能量侧以及高能量侧的标准化X射线衰减量计算为μ_Middle/(μ_Middle ²+μ_High ²)^1/2以及μ_High/(μ_Low ²+μ_Middle ²)^1/2。

另外，计算有效原子序数Z_eff的单位不一定限于以在检测器的检测层上限定的物理的像素为单位的结构，也可以被构成为，捆绑该多个像素的像素信号，例如，如图14所示虚拟地将像素区域PA作为计算单位。当然，也可以是像素数为1的检测器。

这样，本发明不限于上述的结构，只要不脱离本发明的主旨，则与以往公知的各种方式组合来实施。

求出有效原子序数Z_eff的方法不限于上述的方法。也可以被构成为，通过对在步骤S35中推定的原子序数Z_High和Z_Low中的一者与进行射束硬化校正时预先指定的效原子序数Zm进行比较，求出原子序数Z_eff。

如图25所例示，当在步骤S35中推定的原子序数Z_High与Z_Low一致时，可知该值也与进行射束硬化校正时预先指定的有效原子序数Zm一致。

如在图25中所例示的，对多个样品进行了物质确定的数值模拟。将在该数值模拟中进行射束硬化校正时预先设定的有效原子序数Zm改变为5～15的同时，计算低能量侧有效原子序数(Z_Low)和高能量侧有效原子序数(Z_High)并绘制在图上。如在图25中所例示的，在测定对象物是铝(有效原子序数13.0)的情况下，Z_High的图与Z_Low的图在Z＝13.0的地点相交。也就是说，低能量侧有效原子序数(Z_Low)与高能量侧有效原子序数(Z_High)在Z＝13.0处彼此一致。基于此，在之前的实施方式中，作为有效原子序数Z_eff，保存13.0(步骤S37)。

由图25明确可知，在Z_High的图与Z_Low的图相交的地点，进行射束硬化校正时预先设定的有效原子序数Zm成为13.0。也就是说，Z_High＝Z_Low＝Zm＝13.0，三个值一致。

同样地，如图25所例示的，在测定对象为丙烯酸树脂(有效原子序数6.5)的情况下，三个值也在Z_High＝Z_Low＝Zm＝6.5的地点一致。在丙烯酸树脂与铝的二层结构物质的情况下也存在三个值大体一致的地点。

根据数值模拟的结果，计算低能量侧有效原子序数(Z_Low)和高能量侧有效原子序数(Z_High)中的至少一者，并与预先设定的有效原子序数Zm比较，则能够确定有效原子序数Z_eff。由于仅进行低能量侧有效原子序数(Z_Low)或者高能量侧有效原子序数(Z_High)中的一者的计算即可，因此有利于提高处理速度。

也就是说，如果至少两个X射线能量BIN被设定，则能够在推定步骤中将这些X射线衰减量标准化从而推定至少一个有效原子序数。如果能够推定至少一个有效原子序数，则能够通过与在校正步骤中预先指定的有效原子序数的比较来确定作为真实的有效原子序数的有效原子序数Z_eff。

另一方面，例如，也可以被构成为，在低能量侧有效原子序数(Z_Low)、高能量侧有效原子序数(Z_High)以及预先设定的有效原子序数Zm这三个值一致时，确定有效原子序数Z_eff。有利于提高物质确定的精度。

在推定步骤中所推定的有效原子序数的数量也可以为3个以上，被推定的有效原子序数的数量越多处理速度越降低，但是能够提高物质确定的精度。为了增加被推定的有效原子序数的数量，例如，能够通过增加预先设定的X射线能量BIN的数量能够应对。另外，例如，选择低能量BIN：BIN_Low与高能量BIN：BIN_High来推定有效原子序数等，从多个X射线能量BIN中改变组合进行选择，由此能够增加被推定的有效原子序数的数量。

附图标记的说明

10：X射线装置

21：X射线发生器

22：X射线管

24：检测器

25：检测层

26：数据收集电路

30：数据处理装置(计算机)

33：ROM

33A、33B、33C：存储区域

35：处理器(搭载CPU)

37：输入器

38：显示器

P：像素

PA：像素区域

OB：对象物