具体实施方式

以下，按照附图，对本发明的数据处理装置及数据处理方法的实施方式、以及、搭载或者实施该装置以及方法的X射线系统的一例进行说明。

<实施方式>

参照图1至图14，对一个实施方式的数据处理装置、数据处理方法及X射线系统进行说明。

该数据处理装置及数据处理方法是能够适用于X射线系统的装置及方法，所述X射线系统向对象物照射具有连续的能谱的连续X射线(也称为多色X射线)，并通过X射线检测器来检测该透过X射线的强度。

特别是，该数据处理装置及数据处理方法优选地能够适用于将X射线光子各自辨别为预先设定的多个能量的同时进行X射线检测的X射线系统(例如，医用X射线诊断装置、非破坏X射线检查装置)，所述X射线检测是将照射的X射线的光子(Photon)的数量计数为X射线强度信息的光子计数型(Photon counting型)的X射线检测。

此外，作为能量辨别方法，存在以下方法：即，在接收侧根据在X射线检测器中设置的针对接收信号的阈值来辨别的方法、以及在X射线产生器中仅照射具有属于预先确定的两个或者两个以上的特定能量区域的能量的X射线的等价能量的方法。对于后者，已知预先将阻挡或者透过特定波长的一个或多个X射线过滤器组合，或者使用使X射线管的目标素材不同的多个X射线管。已知后者的典型的例子为DEXA方法。

这样，只要是进行能量辨别型的X射线检测的系统，本实施方式的数据处理方法及数据处理装置就能够适用。特别是在搭载有光子计数型X射线检测的情况下，精度变得最大。作为这样的系统的具体的例子，可以列举出X射线乳房摄影装置、牙科用X射线拍摄装置等的医疗用X射线装置、异物检查用的X射线装置等。特别是在搭载有光子计数型X射线检测的情况下，精度变得最大。

在将本实施方式的数据处理装置及数据处理方法应用于这样的X射线系统的情况下，可以与系统一体地安装或者搭载，也可以安装或者搭载于通过通信线路与这些系统远程地进行网络连接的终端。进一步，如果是通过进行能量辨别型的光子计数型X射线检测的系统检测到的X射线透过数据，则也可以通过安装或者搭载于独立的处理装置来实施。

通过国际公开号WO2015/111728 A1等而获知进行这种能量辨别型的光子计数型X射线检测的系统。

在图1中示出该X射线系统的基本结构。如该图所示，该X射线系统(X射线装置)10具备X射线产生器21，所述X射线产生器21产生连续光谱的X射线，并将该X射线准直成光束状向对象空间OS照射。该X射线产生器21具备：X射线管22，所述X射线管22接收高电压的供给并进行驱动；以及准直器23，所述准直器23被配置在该X射线管22的输出侧，并将通过X射线管22产生的X射线准直成光束状的X射线。X射线管22的管焦点F的焦点直径例如为该管焦点F可视作几乎点状的X射线源。从该管焦点F辐射的X射线包括由具有各种能量(X射线能量)的光子(Photon)组成的线束，并具有与管电压相对应的连续的能谱。

该X射线系统10进一步具备检测器24，所述检测器24检测被照射的X射线透过了位于对象空间OS的对象物OB的光束状的X射线。检测器24具有在其入射窗的正下方具有将X射线直接转换为电信号的半导体(CdTe和CZT等)的检测层25，在该检测层25例如形成有将具有200μm×200μm的尺寸的像素以二维排列的像素群。

当然，如果如在后面进行说明的那样具备光子计数型的检测结构，也可以取代上述直接转换型的半导体检测器，采用通过闪烁器将X射线转换为光信号并通过半导体元件将该光信号转换为电信号的所谓的间接转换型的检测器。

检测器24进一步在检测层25的下侧具有针对每个像素处理各像素的检测信号的例如用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，能够针对每个像素对入射到检测层25的像素群中的X射线的光子(Photon)的数量进行计数的光子计数型的电路。除此之外，该电路根据辨别X射线能量的阈值的设定，将X射线频谱分割成多个X射线能量的区域(称为BIN)，并且能够在该各能量BIN中针对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，输出针对各能量BIN中的每个像素，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，帧率在300fps至6,600fps的范围内为各种值。如果去除入射到一个像素的光子的重叠现象，例如，当入射一个光子时，一个电脉冲被激发，因此各个像素的计数数据是反映了该电脉冲的数量的计数数据。

如上述那样，从检测处理法的观点出发，该检测器24分类为光子计数型(photoncounting type)的检测器。也就是说，该检测器24被构成为将具有连续能谱的X射线(多色X射线：Polychromatic X-rays)视作具有各种能量的光子的集合，按照X射线的能量BIN(区域)并且针对每个像素(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，设定三个能量BIN：Bin₁～Bin₃。该能量BIN：Bin的数量可以是三个以上，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(相当于管电压)以上的区域是无法测量或者不使用的区域。因此，该阈值TH1至TH4之间的区域被分割成一个(在这种情况下，阈值仅为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WO2015/111728 A1等被提出。

通过光束状的X射线来扫描位于对象空间OS的拍摄对象OB。因此，只要是X射线产生器21以及检测器24的对以及拍摄对象OB中的一者相对于另一者相对地移动的结构即可。作为一例，在食品等的X射线异物检查的情况下，带式输送机被配置成通过对象空间OS。由此，通过在该带式输送机上载置拍摄对象OB，拍摄对象OB被进行X射线扫描。另外，作为医疗用系统，存在牙科用全景图X射线拍摄装置，但是在这种情况下，使作为拍摄对象OB的患者颌部位于X射线产生器21以及检测器24之间的对象空间OS。在该状态下，通过使X射线产生器21以及检测器24的对彼此相对的同时旋转，颌部被进行X射线扫描。即使是作为医疗用系统的X射线乳房摄影装置也是同样的。总之，伴随着在X射线产生器21以及检测器24的对与拍摄对象OB之间的相对移动，拍摄对象OB被扫描。

通过搭载于X射线系统10的处理装置或者置于X射线系统10的外部的处理装置，对从检测器24输出的数字量的测量数据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建、基于该重建图像的吸收矢量长度图像(二维图像)的创建、以及基于该重建图像的三维分布图的创建等。这些处理通过国际公开号WO2016/171186 A1等而提出。

本实施方式的X射线系统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由微型计算机CP构成。该计算机CP本身可以被构成为具有公知的运算功能的计算机，并且具备通过通信线路LN与检测器24连接的接口(I/O)31。通过内部总线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以相互可通过总线B通信的方式连接到该接口31。此外，处理器35的称呼也可以被称为运算单元、运算器等。另外，也可以取代CPU，使用MPU(Micro-Procesing Unit：微处理单元)。当然，作为存储器的ROM以及RAM也可以使用公知的多种方式。

在ROM33中预先保存有计算机能够读取的用于测量值校正以及物质鉴定等的各种程序。因此，ROM33具备预先存储这些程序的存储区域(作为非暂时性计算机记录介质(non-transitory computer recording medium)发挥功能)33A。进一步，该ROM33还具备存储测量值的光束硬化校正用的光束硬化校正用数据(也可以称为校准数据)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己的工作区域来执行。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发送的帧数据。RAM34用于在处理器35的运算时临时存储运算所需的数据。

图像存储器36用于保管通过处理器35处理后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接口而发挥功能，其中，输入器37受理来自用户的输入信息。显示器38能够在处理器35的控制下显示图像等。

数据处理装置30也可以如上述那样设置为与X射线系统10一体的诊断装置或者检查装置。另外，数据处理装置30如本实施方式那样，在通过通信线路LN与X射线系统10以可通信的方式连接的情况下，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也可以以独立形式设置。当然，数据处理装置30也可以由进行管线处理等的硬件电路来构成。

<数据收集以及数据取得>

因此，根据上述的X射线系统10，如图3中示意性地所示，在检测器24的像素P1、P2、P3、…、Pn的每一个中，计算基于与上述的三个能量BIN：Bin₁、Bin₂、Bin₃相对应的射线衰减系数μ₁、μ₂、μ₃的衰减量μ₁t、μ₂t、μ₃t。在此，t是通过对象物的X射线束的、对象物内的路径的长度(厚度)。也就是说，通过将作为这三个物理量的衰减量μ₁t、μ₂t、μ₃t分别视作一个物理上的维度，能够在各像素P1(P2，P3，…、Pn)中计算射线衰减系数的三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)并在此基础上创建射线衰减系数的三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)。图3的一部分中示意性地示出了该三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)。在本实施方式中，该三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)也可以称为像素矢量。

而且，可知该三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)的三维倾斜(θ，参照图3)是在各检测器像素中，由沿着在该像素上投影的X射线路径存在的、对象物内的一个或者多个元素构成的物质(以下，简称为物质)固有的。也就是说，根据构成物质的元素的种类，去除由统计的噪声引起的偏差，该三维倾斜(θ，)取相同值。这些内容通过国际公开号WO2016/171186 A1(三维分布图)等被示出。

进一步，三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)的长度L示出了反映入射到各检测器像素的X射线的衰减量的信息的物理量。也就是说，射线衰减系数μ越大，并且物质的厚度t越大，X射线衰减量μt就越大。同样地，这些内容通过国际公开号WO2016/171186 A1(三维分布图)等示出。

因此，在本实施方式中，数据处理装置30被输入从检测器针对每个该像素输出的光子计数、即、射出光子数Co₁、Co₂、Co₃，作为进行被提供的特有的物质鉴定处理所需的原始数据(图4，步骤S11)。进一步，根据向该各检测器像素的入射光子数Cl₁、Cl₂、Cl₃与射出光子数Co₁、Co₂、Co₃的关系(在此，e表示指数函数)，

Co₁＝Cl₁×e(-μ₁t)

Co₂＝Cl₂×e(-μ₂t)

Co₃＝Cl₃×e(-μ₃t)

计算与三个能量BIN：Bin₁、Bin₂、Bin₃各自相对应的X射线衰减量μ₁t、μ₂t、μ₃t(图4，步骤S12)。

在此，μ₁、μ₂、μ₃是各能量BIN：Bin₁～Bin₃中的虚拟的平均射线衰减系数(即，对于各能量BIN的有效能量的射线衰减系数)，不依赖于厚度t这样的条件成为前提。此外，入射光子数是在未放置对象物的状态下收集Cl₁、Cl₂、Cl₃得到的数据，通常，事先进行收集。

因此，数据处理装置30基于上述的X射线衰减量μ₁t、μ₂t、μ₃t针对每个检测器像素计算并存储三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)(图4，步骤S13、S14)。到此为止的处理例如在国际公开号WO2016/171186 A1中也被示出。因此，数据处理装置30在功能上具有计算所述的三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)、即、像素矢量的像素矢量运算单元。

<本实施方式的独特的物质鉴定>

数据处理装置30能够在如上述那样三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)准备好时，例如根据来自用户的交互的指令，进行以下所示的物质鉴定。

在此，物质鉴定表示提示能够识别构成物质的元素(一个或者多个元素)(提示表示其种类的信息(例如有效原子序数Zeff)、以及、表示物质的性质的变化的信息，除此之外，还提示表示该物质的量的信息。在本实施方式中，能够提示表示该物质的量的信息是以往没有的突破性的。以往，接收到X射线的照射的对象物内的物质(由一个或者多个元素的组合构成的混合物))的种类(例如软组织或硬组织、或者脂肪或钙或铁分、等)的信息、以及提示表示性质的变化(物质从原本的状态的元素比例变化多大程度、等。例如，通过氧化/还原等的化学作用，物质的腐败有进展等)的信息。然而，仅这些是不够的，除了与物质的种类和性质相关的信息的取得，还迫切希望与其量相关的信息的取得。

在本实施方式中，除了表示物质的种类和性质的信息的取得，还高精度地推定表示在X射线路径方向上存在的物质的量的信息。也就是说，还能够获得在对象物内固定或分散的物质的量的信息。由此，能够实现以往不存在的突破性的基于X射线的物质鉴定的取得信息的丰富化。

作为用于此的处理，数据处理装置30大量进行代表矢量运算(图5、步骤S31)、以及、物质信息取得(步骤S32)。其中，步骤S31提供在功能上构成代表矢量运算单元的代表矢量运算单元，步骤S32提供在功能上构成物质信息取得单元的物质信息取得单元。

其中，代表矢量运算是指，针对基于多个检测器像素中的一个或者多个检测器像素虚拟地设定的多个探索区域(捆绑的检测器像素或者未捆绑的一个检测器像素)的每一个，将属于该多个探索像素各自的检测器像素的n维(例如三维)的矢量在n维空间上相互进行矢量累加，针对每个该探索区域计算代表该多个探索区域各自的该n维的代表矢量。

另外，经过该代表矢量运算，作为物质信息取得处理，是“基于每个探索区域的代表矢量、以及在具有X射线透过所述物质时的该X射线的衰减程度作为坐标信息的物质空间中虚拟地设定的期望尺寸的单位区域(也称为网格区域)，取得表示成为对象的物质的量、种类以及性质中的至少一者的信息”。

以下，按照顺序对该代表矢量运算(步骤S31)、以及、物质信息取得(步骤S32)进行详细说明。

<代表矢量运算(步骤S31)>

当前，如图7的(A)所示，将作为在检测器24中物理上设定的像素(检测器像素)彼此相邻的四个像素P₁₁、P₁₂、P₂₁，P₂₂在信号上进行捆绑并设定为一个探索区域EX_n，m(n＝1、2、…p，m＝1，2、…q：p、q是2以上的正整数)(步骤S311)。当然，也可以将各像素P₁₁(～P₂₂)假定为一个探索区域EX1。

如图3所示，在这四个检测器像素P₁₁、P₁₂、P₂₁，P₂₂的每一个中，通过上述的准备处理设定三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)，因此数据处理装置30将这些三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)的数据读取到工作区域(步骤S312)。

接下来，数据处理装置30进行针对该三轴的每个分量将读取出的四个检测器像素P₁₁、P₁₂、P₂₁，P₂₂各自的三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)相互累加的矢量累加(步骤S313)，由此，作为代表矢量获得探索区域EX_n，m的合成矢量Vs(参照图7)。由此，获得计算出各像素P_i，j(i，j＝1，2)具有的三维矢量(μ₁t、μ₂t、μ₃t)的方向分量的矢量。

接下来，数据处理装置30计算并存储合成矢量Vs的长度VL、及其两个偏角θ、(步骤S314)。由此，获得能够在三维空间上唯一定义合成矢量Vs的长度以及偏角的信息。

这些处理通过检测器像素上的全部的探索EX_n，m来执行(步骤S315，S316)。

<物质信息取得(步骤S32)>

接下来，数据处理装置30进行获得对象的物质的信息的处理(步骤S32(图8：步骤S321～S327))。

首先，通过数据处理装置30设定二维偏角坐标，该二维偏角坐标分别分配了在所述三维坐标上所述代表矢量相对于两个轴所呈的两个偏角θ、(步骤S321：功能上相当于二维偏角坐标设定单元)。图9中示意性地示出该二维偏角坐标。

接下来，在该二维偏角坐标上，虚拟地设定与对物质的种类进行鉴定时的鉴定分辨率相对应的二维的多个单位区域UR(θ_l：p、k是正整数且p＝1、…、m、…、l＝1、…、n、…)，作为上述的多个单位区域中的每一个(步骤S322：功能上相当于单位区域设定单元)。此外，在该单位区域的设定时，数据处理装置30可以将设定途中的二维偏角坐标显示在显示器38上，与用户之间交互地调整单位区域UR(θ_l)的大小的同时进行设定，也可以显示预先默认设定的大小的单位区域UR(θ_l)(步骤S322A：功能上相当于单位区域显示单元)。

基于该单位区域UR(θ_l)的图10的(A)、(B)来例示设定法。该单位区域UR(θ_l)可以通过数据处理装置30，在存储空间上与用户之间交互地进行设定，也可以通过预先设定在存储器上并将其读取到工作区域来设定。

图10的(A)例示的单位区域UR(θ_l)在横轴采用纵轴采用θ的二维偏角坐标上在存储器上(在运算上)预先设定、或者当场设定。纵轴以等间隔的间距被分割，横轴以与此相同或者不同的间距P_θ被分割。由此，在二维偏角坐标上，纵横为等间隔的间距且正方形形状或者长方形形状的单位区域UR(θ_l)被二维地设定。在多个代表矢量Vs属于该单位区域UR(θ_l)各自的情况下，入射到呈现这些代表矢量Vs的原先的检测器像素的X射线路径上的物质能够视作由同一元素(从有效原子序数Zeff的观点出发)构成的物质彼此。因此，该单位区域UR(θ_l)作为针对将检测器像素捆绑得到的探索区域EX_n，m中的每一个判断物质能否视作同一种类的判断器而发挥功能。而且，通过在二维偏角坐标上的单位区域UR(θ_l)表示物质具有的固有的矢量的方向性，与针对检测器像素中的每一个表示该矢量的情况相比，能够大幅地减少使用的存储器区域以及运算负载，能够实现运算的加速。

另外，图10的(B)中例示的单位区域UR(θ_l)是随着横轴：上的值变大，分割间距逐渐变大，并且，随着纵轴：θ变大，分割间距P_θ逐渐变大的例子。这是，例如在该偏角坐标上表示原子序数Z＝7至13的物质时，这些物质的偏角θ的分布位置不一定必须是直线，如图10的(A)，(B)作为参考所示出那样，原子序数小时可以认为是直线状，但是成为各分布点的间隔随着原子序数变大而变窄并且发生弯曲的曲线状。因此，在图10的(B)中的单位区域的设定方法的情况下，考虑到随着该原子序数变大，分布点的间隔变窄，使分割间距P_θ逐渐变窄。由此，在原子序数变窄的情况下，也不会使是否为同一种类的物质(包含实质上可视为相同种类的物质的情况)的判断精度降低。此外，作为一例，原子序数Z＝7至13的物质是在口腔内存在的多种物质。

此外，该单位区域UR(θ_l)不限于通过在二维偏角坐标上必须纵横分割来设定，也可以在该坐标上通过相对于各轴的倾斜的直线来分割，还可以使用波状的曲线来分割。该单位区域将表示同种物质的一个或者多个三维代表矢量Vs尽量聚集在相同的单位区域，并且竭力高精度地计算将在后面进行说明的物质空间上的权重值，因此可以通过与该精度的关系来设定适当的分割区域。

接下来，通过数据处理装置30，计算每个上述的探索区域EX_n，m的三维代表矢量(合成矢量)Vs的两个偏角(θ)(步骤S323：功能上相当于偏角运算单元)。

当上述操作结束时，对于在二维偏角坐标中三维代表矢量Vs各自的两个偏角(θ)被分类到单位区域UR(θ_l)的哪个(属于哪个)，根据该偏角的值来判断(步骤S324：功能上相当于偏角判断单元)。例如，当存在具有相同或者类似值的偏角(θ)的多个三维代表矢量Vs时，判断为属于同一单位区域UR(θ_n)(参照图9)，并记录该判断结果。

接下来，数据处理装置30针对每个单位区域UR(θ_l)，将属于该单位区域的多个探索区域EX_n，m的各自的三维代表矢量Vs读取到工作区域，并且将这些三维代表矢量Vs的矢量长度相互累加作为权重值(步骤S325：功能上相当于权重值累加单元)。该权重值是用权重值＝μ_mρt表示的标量，μ_m是呈现在各单位区域UR(θ_l)中汇总的三维代表矢量Vs的物质的质量衰减系数，ρ是该物质的密度，t是该物质的X射线路径上的厚度(量)。该权重值＝μ_m’ρt表示每个单位区域UR(θ_l)的X射线衰减的程度，并且，反映了物质的量的信息t。

接下来，计算每个单位区域UR(θ_l)的、将累加的权重值设为像素值的三维或者二维的权重值图像，并记录其图像数据(步骤S326：功能上相当于权重值图像运算单元)。

也就是说，数据处理装置30作为记录单元，能够将物质空间中的虚拟地捆绑的各探索区域的位置信息与由权重值构成的像素值相互建立对应关系地进行记录，作为物质信息取得的一个处理。由此，能够容易地生成权重值图像，能够容易应对其显示。

在图11的(A)中示意性地示出三维的权重值图像的例子。对二维的偏角(θ)分配权重值“μ_m’ρt”作为高度方向的维度。该质量衰减系数μ_m能够定义为代表各单位区域UR(θ_l)的代表质量衰减系数，该代表质量衰减系数μ_m’能够表示为μ_m’＝{(W₁μ_1m)²+…+W₃μ_3m)²}^1/2，与能量区域BIN：Bin₁～Bin₃相对应的W₁～W₃为加权系数，采用适当的值。此外，用于参考，图11的(A)使用具有原子序数Z＝7至13的模型或者虚拟的模型作为对象物，因此原子序数Z＝7，8，9，…，13的物质的权重值“μ_m’ρt”表示为高度信息、即反映了物质的量的信息。

因此，例如使用具有原子序数Z＝7至13的模型或者虚拟的模型，如图11的(B)所示获得横轴采用原子序数并且纵轴采用代表质量衰减系数μm’的参照曲线的情况下，使用该参照曲线进行图11的(A)所示的三维的权重值图像的分布位置的校准，并且，通过将权重值“μ_m’ρt”除以代表质量衰减系数μm’，来获得不依赖于图11的(C)所示的衰减系数的、表示物质量“ρt”的信息的三维物质图像。根据该图11的(C)的三维物质图像，随着原子序数变大并且偏角θ变大，物质量“ρt”的大小也变大，但是其上升方式被抑制，因此成为容易观察的三维物质图像。

进一步，通过该图11的(C)的三维物质图像投影在偏角θ的二维平面上，并且将其高度信息例如用亮度和颜色表现，来获得图11的(D)所示的二维物质图像。

图11的(A)、(C)、(D)分别是物质的种类包含表示量的信息，并且，表示该物质固有的分布的坐标空间，因此，也将这些坐标称为三维或者二维的物质空间。

在上述图11的(A)～(D)的情况下，假定了对拍摄具有原子序数Z＝7至13的模型得到的X射线数据进行了处理的情况，但是实际上，不存在这样连续的对象物。因此，将获得与对象物中包含的物质所具有的一个元素或者多个元素构成的原子序数、有效原子序数相对应的分布。

另外，在各种检查中，如果使用能够事先测量并掌握成为对象的检查对象物的物质构成的单元，也能够表现为与检查目的相对应的想获知的物质信息。

进一步，通过数据处理装置30，基于权重值图像以及权重值μ_mρt的累加值，解析表示物质的种类、性质以及量中的至少一者的信息(步骤S327：解析单元)。在该解析中，特别是，取得表示对象物的物质的量、种类以及性质中的至少量以及种类的信息。作为该解析的一种方式，还包含例如通过显示器38来显示该取得信息。

该解析也能够以各种各样的方式提供。

<比较方式>

其例如是这样的方式：将在上述的图11的(D)中获得的对象的二维物质空间的物质图像与表示随时间变化的物质图像或者预先确定的参照物质图像进行比较，其结果，更加鲜明地描绘观察到的要素。在这种情况下，检查对象物需要在相同的拍摄条件下拍摄，即检查对象物在同一X射线管电压、与X射线管之间的位置关系、放大率等的拍摄条件下拍摄。

该一例在图12中示意性地示出。在该图中，准备在患者的口腔内拍摄到的参照图像A_原始，并且准备要与其进行比较而拍摄到的物质图像B_原始。

例如，这些图像A_原始，B_原始通过高斯过滤器和模糊(Blur)(虚化)滤波器被平滑化，获得滤波后的图像A_滤波器、B_滤波器。接下来，对于该图像A_滤波器、B_滤波器，针对每个像素，执行A_滤波器/B_滤波器并获得比较图像A_滤波器/B_滤波器。

根据该比较图像A_滤波器/B_滤波器，物质的量不依赖于密度和质量衰减系数，能够将拍摄到的物质图像从具有各种视点的数据库中与参照图像和标准的(平均的)的物质分布进行比较。由此，差异能够更加显著地描绘随时间的变化。进一步，通过预先准备软组织+骨组织的标准模型和仅骨组织的标准模型的参照图像，能够取得与这些参照图像的比较差异。由此，能够从软组织+骨组织的拍摄图像中尽可能多地去除软组织，能够更加高精度地描绘想要观察的骨组织。

<分离方式>

以通过口腔内X射线拍摄获得的齿列的部分图像为例，参照图13以及图14说明使用该探索区域EX_n，m的每个探索区域的代表矢量Vs，通过分离方式来分离软组织与硬组织的方法。在这种情况下，数据处理装置30也作为进行所述分离的处理的物质分离单元而发挥功能。

如图13所示，齿列的部分X射线图像大致分为B1：搪瓷质的部分(分类为骨组织)、B2：齿牙部(骨组织)+齿槽骨(骨组织)+软组织的部分、以及、B3：齿槽骨(骨组织)+软组织的部分。而且，部分B1、B2、B3的骨组织的有效原子序数Zeff的值各不相同。另一方面，即使假定为部分B2、B3的软组织均具有相同或者相同程度的有效原子序数Zeff，对解析也几乎不产生误差。这是因为，软组织的代表矢量Vs的长度大幅小于硬组织的代表矢量的长度。

因此，从通过该口腔内X射线拍摄获得的齿列的部分图像中分离硬组织采用如下的方法。

首先，仅对于口腔内构造物的软组织，将探索区域EX_n，m的代表矢量Vss的方向事先数据库化作为参照用。在创建该参照用数据库时，使用作为接近该软组织的人工素材的模型，针对每个检测器像素，通过公知的方法来校正X射线收集信号的射束硬化现象，并基于该校正后的信号计算代表矢量Vs。

也就是说，作为一例，能够通过数据处理装置30，基于具有与特定的对象物质类似的有效原子序数的模型，取得进行X射线的射束硬化校正的校正数据(也就是说，该装置30作为校正数据取得单元而发挥功能)，并基于该校正数据，对减除后的数据实施射束硬化校正(也就是说，该装置30作为校正单元而发挥功能)。由此，所述像素矢量基于校正后的数据，针对每个检测器像素计算n维矢量。

接下来，拍摄口腔内的部位，如上述那样，通过数据处理装置30计算每个探索区域EX_n，m的代表矢量Vs，并将它们临时保管。

该计算出的代表矢量Vs在图14所示的衰减量的三维坐标中通过针对骨组织和软组织的合成矢量、即作为实际拍摄并计算出的矢量信息的从原点延伸的长度方向的矢量表示。在该图中，从原点延伸的较短的代表矢量Vss是仅针对上述的事先收集的参照用的软组织的代表矢量。

因此，通过数据处理装置30，从数据库中读取该参照用的代表矢量Vss。接下来，例如，如上述那样，使用表示原子序数Z＝7，8，9，…13的模型在三维衰减量坐标上映射事先收集的分布点。接下来，计算并映射将该分布点平滑地连结的曲线CV。

之后，通过数据处理装置30，计算将上述曲线CV、实际的拍摄所涉及的合成矢量Vs的长度方向、以及原点连结的面PL(参照斜线部)。

接下来，从上述曲线CV与实际的拍摄涉及的合成矢量Vs的顶端沿着上述面PL，并且沿着所述软组织的代表矢量Vss的方向划线，计算与曲线CV的交点KT。也就是说，在三维衰减量空间(也是物质空间一种)中从与骨组织和软组织相对应的实际测量出的代表矢量Vs中对作为参照用预先保有的软组织用的代表矢量Vss进行矢量减除，从而计算仅针对求出的骨组织的实际的代表矢量Vsb。此时，该代表矢量Vsb的顶端在上述曲线CV上，因此该位置表示呈现代表矢量Vsb的物质的有效原子序数Zeff。

因此，数据处理装置30在整个探索区域EX_n，m反复进行上述运算。由此，在全部的探索区域EX_n，m的每一个中，能够收集表示存在于口腔内的部分拍摄到的范围内的骨组织的有效原子序数Zeff以及代表矢量Vsb。能够与上述同样地对该代表矢量Vsb的信息进行三维或者二维的物质图像的处理。另外，通过将有效原子序数Zeff叠加在部分图像上等、以各种方式显示，或者解读该有效原子序数Zeff的变化，从而能够高精度地捕捉骨密度的变化等。

这是因为，单重地在进行“骨组织+软组织”-“软组织”的三维矢量减除时，不是进行空间上的单纯的矢量减除，而是进行按照具有成为基准的原子序数的模型所呈现的、进行了射束硬化校正的面(也就是说，上述曲线CV所呈的面PL)的矢量减除。由此，能够更加高精度地推定针对求出的骨组织的代表矢量Vsb的方向以及长度。也就是说，考虑到多个物质上的射束硬化现象的程度根据原子序数的不同而不同，能够更加高精度地推定骨组织的状态(骨密度等)的变化、以及反映了其量的信息。

此外，针对参照用的软组织的代表矢量Vsb的方向信息也可以在进行上述运算时使用实际的患者的收集数据来获得。

另外，此外，在实施上述实施方式的数据处理时，期望的是，执行从检测到的X射线透过数据中减除基于空气层的衰减量的处理作为前处理，并使用尽力排除了基于该空气层的噪声量的每个能量区域的收集数据来进行上述物质鉴定。该前处理被提供作为基于数据处理装置30的在功能上提供的空气层减除单元。

进一步，虽然没有特别详细说明，但是需要由上述收集数据，使用具有与特定的一个以上的拍摄对象物类似的组成结构的人工物质进行射束硬化校正。

进一步，期望的是，将以检测器像素单位、能量区域单位求出的X射线衰减值μ₁t～μ₃t乘以各W₁～W₃的加权系数进行处理。

综上所述，根据本实施方式的数据处理装置、数据处理方法、以及X射线系统的结构，针对每个探索区域计算代表矢量。在该运算中，对属于该探索区域的检测器像素的n维矢量进行矢量累加，即，在n维的各轴方向上进行分量累加并求出代表整体的代表矢量。因此，能够反映与各检测器像素相对应求出的n维矢量的方向，并且能够原样反映各n维矢量的长度分量并基于代表矢量进行用于物质信息取得的处理。

而且，在物质信息的取得中，使用在具有X射线透过所述对象物时的该X射线的衰减程度作为坐标信息的物质空间中虚拟地设定的期望尺寸的单位区域。也就是说，将n维坐标空间上的代表矢量替换为具有X射线的衰减程度作为坐标信息的物质空间，取得物质信息作为该物质空间上的每个单位区域的信息。因此，通过将该单位区域的尺寸设定为适当的任意尺寸，能够将n维坐标空间上的多个代表矢量的所具有的物质信息在物质空间上分类(也就是说，向多值进行数字化)并进行处理。

这样能够不使每个探索区域的代表矢量的长度信息消失，并且，通过向物质空间上的单位区域的分类，来利用原先具有的对象物内的物质的量(厚度)的信息。由此，能够获得至少反映了物质的量的物质信息。这些以往被认为是困难的，因此是突破性的特征。如果在探索区域不同的位置上，与其他探索区域相同的物质空间上的单位区域相同的情况下，能够使各个物质的量相关联。由此，还能够掌握在全部的探索区域全体上的、各物质区域的物质的量。

另外，能够定义物质空间，针对该物质空间上的每个单位区域保持具有代表矢量的长度信息的状态下解析/显示物质信息。

因此，能够以更少的运算量且更高的精度提供表示对象物内的物质的量的信息。

此外，在上述实施方式中，如以下那样，能够进一步进行各种变形。

检查对象的物质能够被视作实质上由两种特征性物质构成时，能够设定并校正与特定的两个对象物质类似的有效原子序数的模型。

另外，也可以被构成为针对作为多个能量区域的三个能量区域的每一个，并且，针对每个检测器像素，按照加权系数对被射束硬化校正后的数据进行加权。该加权系数可以以使S/N比成为最大的方式设定，S/N比是相对于从所述三个能量区域中确定的代表矢量的信号的噪声量。

另外，作为解析/显示的其他方式，也可以具备从权重值图像中生成/显示将仅相当于物质的密度ρ与X射线的物质中的透过路径方向的厚度t的量设为像素值的图像的单元。

进一步，作为解析/显示的其他方式，也可以从代表矢量中生成将该代表矢量的长度设为每个探索区域的像素值的代表矢量长度图像。在这种情况下，具备基于来自检测器的数据重建检测器像素的像素值并重建原始图像的单元，作为解析/显示的其他方式，在原始图像代表矢量长度图像以及权重值图像中的、至少两个图像中的一个图像中设定关注区域，并且将表示设定的关注区域的位置的信息在其他图像上与该关注区域的位置协作地进行显示。

进一步，作为解析/显示的其他方式，也可以在代表矢量长度图像以及权重值图像中的一个图像中设定关注区域，并且将表示该一个图像上设定的关注区域的位置的信息在另一个图像上与该关注区域的位置协作地进行显示，并保存构成关注区域的一部分的代表矢量长度图像以及权重值图像的局部图像数据。

进一步，也可以设置进一步处理所述局部图像数据的图像处理单元。

在本实施方式的X射线系统中，作为一例，特定的两个对象物质是骨等价物质以及软组织。

进一步，在本实施方式的X射线系统中，所述n个是2以上的整数个，属于所述整数个能量区域各自的连续X射线从一个X射线产生装置按时间顺序地向所述对象物照射，或者从所述整数个X射线产生装置分别地且按时间顺序地向所述对象物照射，表示所述X射线的衰减程度的数据可以是表示入射到所述检测器像素各自中的每单位时间的X射线光子的能量的每固定时间的积分值或者该X射线光子的每固定时间的计数值的数据，也可以是从积分型或者光子计数型的X射线检测装置中输出的数据。

另外，根据技术方案1至30中的任一项所述的数据处理装置，其特征在于，在该X射线系统中，所述n个是2以上的整数个，对于从一个X射线产生装置向所述对象物照射并透过了该对象物的X射线，向从靠近该X射线产生装置的一侧向远离该X射线产生装置的一侧依次排列的所述整数个量的X射线积分型或者X射线光子计数型的X射线检测装置，分别按照设定的所述整数个的能量区域的检测特性从该整数个X射线检测装置中输出与属于该整数个能量区域中的每个能量区域的连续X射线所对应的数据。

<关于应用>

本发明具有以下特征：图像的对比度分辨率高；清晰度优异；能够同时推定表示以往不存在的物质与物质量的信息；其精度非常高；能够直观地通过图像掌握这两者；即使X射线量为与在当前的各领域中进行的通过图像进行诊断的诊断设备相同程度的X射线量，也能够进行图像化；而且，根据本发明的原理，X射线量能够减少至1/3至1/4左右等。因此，能够广泛地用于医疗设备领域、非破坏检查领域、国土安全领域等，将应用的可能性的一部分在下面与简单的作用效果一起描述。

<医疗应用>

1)乳房摄影…基于患者暴露剂量减少与乳腺含有率的鉴定的X射线线量的最佳化、高乳腺患者中的恶性肿块检测灵敏度提高等。

2)胸部拍摄装置…基于患者暴露剂量减少、清晰度与对比度分辨率的提高的肺癌检测率提高、作为附加信息，基于碘检测的甲状腺异常检测、骨质疏松症检测、钙化检测等。

3)整形用诊断装置…初期骨折的检测、风湿病的检测、骨质疏松症检测、植入计划等。

4)口腔内拍摄装置…患者暴露剂量减少、骨质疏松症的检测、牙周疾病检查、炎症反应的检测、植入优劣判断、预后诊断等。

5)牙科用全景图装置…减少患者暴露剂量、骨质疏松症诊断、牙周疾病检查、颈动脉钙化、上颌窦炎检查等。

6)造影剂适用检查…患者暴露剂量减少、造影剂的大幅减少、心脏、肝脏、肾脏等等的功能诊断、目标的鉴定、治愈度的诊断辅助等、与医疗装置并用、与重金属纳米颗粒造影剂的组合的治疗计划、癌诊断等。

7)巡诊用X射线装置…患者暴露剂量减少、小型化、诊断精度的大幅提高、拍摄的自由度提高等。

8)医疗用、牙科用CT…患者暴露剂量减少、当前的光谱(Spectroscopic)CT的大幅度精度提高。

9)身体组成分析装置…患者暴露剂量减少、小型化、骨盐定量、脂肪量分析等的精度的大幅度提高、向运动医学的应用等。

10)家用X射线装置…患者暴露剂量减少、小型化、与向远程的影像解读医生发送图像信息并进行诊断的远程医疗的组合，精度高的诊断、针对发展中国家的医疗、发达国家的基地医院的诊断负荷减少等。

<非破坏检查应用>

1)食品异物检查…装置的小型化、检测灵敏度提高、异物种类的确定、检查对象的飞跃性的扩展等。

2)咬合检查…高灵敏度、小型化、与食品异物同时检查。

3)能够在超市等销售侧使用的检查装置…能够在X射线管理区域外使用的X射线装置，能够在零售店附近的地方(便利店、超市等)采用的食品异物检查装置或者腐败检测装置等。

4)鲜鱼、肉食的组成分析…脂肪质量的分析、鱼类和家畜的存活状态下的检查、肌肉量掌握、寄生虫检查等。

5)赛马的骨折检查…检查装置的小型化、便携性提高、初期骨折的检查、基于检查部的扩大的效率化等。

6)珍珠养殖检查…小型化、高速化、珍珠的成长度、形状等的检查。

7)食品的性质变化检查…观察发酵/腐败过程等的氧化/还原反应等。

8)绘画、古董、古坟壁画等的分析装置…画具、混入物的成分分析等。

9)锂电池检查装置…内部构造检查、蓄电异常的检查等。

10)工业制品检查装置…缺货检查、组装的错误检查、次品检查、厚度测定、油的恶化等。

11)金属制品检查…内部缺陷、裂缝、巢穴、腐蚀的检查等。

12)配管管道检查…裂缝、壁厚、腐蚀(氧化)检查等。

13)乳化液体物的检查…两种液体混合度和液体成分的管理等。

14)多种金属的严加区别…多种金属混合存在的情况下的严加区别/分类、特定金属的含有检查、金属纯度的检查等。

<国土安全应用>

1)行李检查…装置的小型化、检测精度提高、能够在机场、博物馆、大厅、海关、体育场、公共会场等中使用。

2)麻药/药物检查…高速、高精度的检查。

3)纸币伪造检查…高精度、高速的检查。

4)放射性物质检查…通常的危险物检查或者农作物、鱼类的上述检查与放射性物质混入的同时检查、土壤检查等。

本发明的数据处理装置、数据处理方法、以及X射线系统不限于上述的实施方式以及变形例所涉及的结构，在不改变权利要求所记载的主旨的范围内，能够与以往公知的结构组合等，进一步变更为各种方式。