JP2000175895A - コンピュ―タ断層撮影及び画像診断法 - Google Patents

コンピュ―タ断層撮影及び画像診断法

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JP2000175895A
JP2000175895A JP11335047A JP33504799A JP2000175895A JP 2000175895 A JP2000175895 A JP 2000175895A JP 11335047 A JP11335047 A JP 11335047A JP 33504799 A JP33504799 A JP 33504799A JP 2000175895 A JP2000175895 A JP 2000175895A
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fan
radiation
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Hugh T Morgan
ティ モーガン，ヒュー
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】回転架台には多ファンビーム発生装置Ｂが
取付けられ、放射線ビームは、多数の平行で薄いファン
状ビームにコリメートされ（４２）、これらのビームは
検査領域を通して照射される。Ｘ線は、Ｘ線検出器の少
なくともアーク又は検出器の多数の平行リング（１
４１，１４２，……１４ｎ）で検出される。これらの検
出器は、受けた放射線を表す信号を発生し、これらの信
号は再構成プロセッサー１８で体積像表示に処理され、
モニター２０に表示される。一実施の形態において、こ
れらの信号は一連の離間した平行な断層に再構成され
る。対象物は指示され、付加的な断層が集められ、そし
て前に再構成した断層の間で再構成される。 【効果】単一ファンビームＣＴシステムと比較して像形
成時間が相当に改善され、実質的に実時間で体積像を形
成できる。像を形成するのに既存の再構成アルゴリズム
を用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に診断像形成用
のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）に関するものである。
本発明の特殊な応用は、医療目的用の体積ＣＴ像形成に
あり、特にそれについて説明する。しかしながら、本発
明はまた工業、安全、及び他の形式の体積像形成装置及
び技術に応用される。
【０００２】
【従来の技術】ＣＴスキャナーによる診断像形成におい
ては、Ｘ線源から関心対象の領域を通して放射線の薄い
ファン状ビームが照射される。放射線源は関心対象の領
域の回りで回転され、３６０°に渡る多数の方向から関
係する領域の同じ薄い断層を照射するようにしている。
第三世代のスキャナーでは、放射線源と同じ架台に放射
線検出器のアークが装着され、両方が互いに回転するよ
うにしている。第四世代のスキャナーでは、対象物の回
り３６０°にリング状にＸ線検出器が固定して装着され
ている。
【０００３】関心対象の体積の像を形成するため、代表
的には単一の断層像が発生される。最初の断層像が発生
された後、対象物支持体は一般には数ｍｍ台の断層幅づ
づ指示され、他の断層像が発生される。この断層像及び
指示技法は、関心対象の体積に及ぶ断層が発生されるま
で繰返される。この形式の像形成の一つの欠点は、非常
に多くの断層を発生するのに相対的に長い時間が必要と
なる点である。最初と最後の断層は相当に異なった時間
に取られるため、関心対象の領域の時間展開により体積
像がゆがむことになる。
【０００４】螺旋状走査法においては、Ｘ線源が関心対
象の領域の回りを回転するので、患者は一般にＸ線ビー
ムを通して連続して動かされる。このようにして、放射
線のファン状ビーム及び関心対象の領域は互いに螺旋パ
ターンで動く。連続した運動は断層間の指示操作より早
いが、相対的には遅い。
【０００５】像形成時間を低減するために、複数のスキ
ャナーで放射線のビームを二つの断層にコリメートす
る。放射線のビームが二つの断層にコリメートされる場
合には、普通、端と端とをくっつけて配置した二組の放
射線検出器が設けられる。一般的には、被照射断層の厚
さ及び断層間の間隔は調整できる。このような調整は放
射線の二本のビームに対して相対的に真っ直ぐである。
しかしながら、放射線の各ビームがただ一組の放射線検
出器に衝突する必要性は、二本以上のビームへのコリメ
ーシッヨンを機械的に厄介にさせることになる。さら
に、二本のビームは共通の焦点から出てくるので、それ
らビームは互いに平行ではなく発散する。発散するビー
ムは複雑であり、データを平行断層に再構成する再構成
技術にエラーを導入する。さらに、単一源からの放射線
は比較的多くのビームにコリメートされ、そのようなビ
ームはより広く発散することになる。
【０００６】放射線の円錐状ビームで関心対象の領域を
検査する複数のシステムが提案されてきた。しかしなが
ら、円錐状ビーム像再構成はコンピューターを使用する
上で強烈で遅い。さらに、円錐状ビーム像形成は検出器
サイズに基く固定した解決法である。さらに、円錐状ビ
ーム像再構成は、データ問題の不十分さ、像構造及びそ
の他の再構成エラーに煩わされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
伴う問題点を解決できるＣＴ及び画像診断法を提供する
ことを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＣＴス
キャナーは、検査領域を画定する固定架台部分を有して
いる。回転架台部分は検査領域のまわりで選択的に回転
する。電子流で選択的にボンバートするため回転架台部
分と組合された多数のアノード要素は、多数の平行なＸ
線ビームを発生する。多数のＸ線検出器は、検査領域を
通過してきたＸ線ビームを受ける。これらの検出器は受
けたＸ線ビームを表す信号を発生し、また再構成プロセ
ッサはこれらの発生した信号を処理して像表示する。
【０００９】本発明によれば、画像診断法は、透過放射
線の多数の薄いファンビームを同時に発生することを含
んでいる。多数の薄いファンビームは検査領域に通さ
れ、同時にファンビームは検査領域のまわりで回転す
る。各ファンビームは、検査領域を通過してきた後検出
され、そして検査領域を通過してきた放射線量を表す電
子信号を発生するのに用いられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下例として添付図面を参照し
て、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】図１を参照すると、ＣＴスキャナーは床に
取付けた固定架台Ａを備え、この固定架台Ａの位置はデ
ータ収集中、固定されたままである。多ファンビーム発
生装置Ｂは回転架台Ｃに回転可能に装着されている。固
定架台Ａは円筒体１０を備え、この円筒体１０は患者を
受け入れる領域１２を画定している。多数のリングの放
射線検出器１４１，１４２，……１４ｎは患者を受け入
れる領域１２の回りに同心状に配置されている。図示実
施の形態では、放射線検出器は、固定架台部分に設けら
れ、放射線検出器の相応したアークセグメントが、検査
領域１２を通る相応した平行通路を横切ってきた放射線
源Ｂからの放射線の各ファンビームを受けるようにされ
ている。代わりに、図２に示すように、多数の放射線検
出器のアークセグメントは、各々Ｘ線源と共に回転する
ようにファンビームの一つと整列して回転架台Ｃに装着
され得る。
【００１２】制御コンソール１６は像再構成プロセッサ
ー１８を備え、この像再構成プロセッサー１８は検出器
アレイ１４１，１４２，……１４ｎからの信号を用いて
体積像表示を再構成し、モニター２０に表示するように
している。
【００１３】像再構成プロセッサー１８は、多数の再構
成プロセッサー１８１，１８２，……１８ｎを備え、各
再構成プロセッサーは従来の断層像再構成アルゴリズム
を用いて予めプログラミングされている。図２は、検出
器が一組の軸方向に離間したアークの検出器要素（１
５）として構成されている場合を示しているが、これは
固定検出器リング１４１，１４２などに等しく適用す
る。検出器リング１４１，１４２，……１４ｎの各々か
らの出力は相応したプロセッサー１８１，１８２，……
１８ｎに供給され、これらのプロセッサーは同時に収集
したデータを一連の断層に再構成する。こうして得られ
た一連の断層は体積像メモリー２２に記憶される。Ｘ線
ビームがすごく近接している場合には、体積像の全ての
断層は同時に再構成される。しかしながら、好ましい実
施の形態では、断層の数は体積における断層の総数より
少なく、そして断層は、断層のある部分例えば六つごと
の断層が同時に生じられるように並べられる。その後、
患者寝台２４は一つの断層距離進められ、次の組の断層
が同時に発生される。この例では、各度に六番目の断層
が取り出され、この処理は六回繰返される。
【００１４】別の好ましい実施の形態においては、断層
は、ある短い距離で離間される。患者台２４は、Ｘ線ビ
ームが連続して回転している際に、像形成領域を通って
いずれかの方向すなわち前後に連続して動かす。患者台
の動きは、各放射線検出器で集めたデータが多数の隣接
したスラブの各々において螺旋状となるように選択され
る。各スラブにおけるデータは、従来の螺旋体積像形成
アルゴリズムを用いて多数のパラレルプロセッサーによ
って好ましくは同時に再構成される。
【００１５】さらに別の代わりの実施の形態において
は、患者台は、螺旋が重なる十分な距離前後方向に動
く。普通の螺旋像形成アルゴリズムは、一連の好ましい
パラレルプロセッサーの各々が体積像メモリー２２の相
応した領域を同時に更新するように変更される。
【００１６】ビデオモニター２０は再構成体積像表示の
選択可能な部分を二次元の人間が読取ることのできる表
示に変換する。コンソール１６はまた、像エンハンスメ
ント、ビューイング面の選択、３−Ｄ描画、又はカラー
エンハンスメントなどを行うため適当なテープ又はディ
スク記憶装置を備えている。走査の開始、種々の走査形
式からの選択、システムの校正などのような種々のスキ
ャナー制御機能も制御コンソールで実行される。
【００１７】図１及び図２を参照すると、Ｘ線発生装置
Ｂは検査領域１２に平行な軸線に沿ってのびている。多
数の平行ファン状ビーム３０１，３０２，……３０ｎは
同時に発生される。図２に示す実施例において、Ｘ線発
生装置Ｂ及び検出器アーク１５１，１５２，……１５ｎ
の両方は回転架台Ｃに装着される。好ましくは、回転架
台Ｃは、検査領域１２の回りでビーム３０１，３０２，
……３０ｎの頂点を回転し、そして放射線データは検出
器１５で集められる。体積走査は、検査領域１２及び多
数のＸ線ビーム３０１，３０２，……３０ｎを通して寝
台２４又は関心対象の領域を軸方向に動かすことによっ
て達成される。任意の数のＸ線ビームが発生され得、そ
して体積走査に必要な時間すなわちカバレージ時間は、
使用するＸ線ビームの数に比例したファクタで低減され
る。
【００１８】図３にはｎ個の平行ファン状Ｘ線ビーム３
０１，３０２，……３０ｎを発生できる単一の細長いＸ
線管４０を示している。ビーム３０１，３０２，……３
０ｎは発生され、そしてコリメーター４２によってコリ
メートされる。コリメーター４２はＸ線ビーム源に隣接
して配置され、そしてビーム３０１，３０２，……３０
ｎを一連の平行な軸方向に離間したファン状放射線にす
る。ビームは対象物４４を通過する際に減衰され、そし
て多数の軸線方向に離間した検出器アレイ１４ １，１４
２，……１４ｎで受けられる。検出器アレイ１４１，１
４２，……１４ ｎは、各ファンの相応した線に沿って受
けた放射線に各々比例した電気信号を発生する。代わり
に、検出器アレイは、Ｘ線ビームアークを受けるのに十
分な半円形アーク（１５）として構成され、そしてさら
に第三世代のスキャナーにおける回転架台部分に回転可
能に装着され得る（図２に示すように）。
【００１９】図３及び図４を相互に参照すると、軸方向
に細長いＸ線管４０は多数の回転アノード要素６０１，
６０２，……６０ｎを収容している。各回転アノード要
素６０１，６０２，……６０ｎは、フィラメント電源８
０によって選択的に励起できるカソード組立体７０１，
７０２，……７０ｎと組合される。選択的に励起された
時に、各カソード組立体は電子流を発生し、電子流は相
応したアノード要素に衝突し、Ｘ線ビームを発生する。
Ｘ線ビームはコリメーター４２によって多数の平行で軸
線方向に離間したＸ線ビーム３０１，３０２，……３０
ｎにコリメートされる。
【００２０】代わりに、図５に示すように、放射線源
は、軸線方向に離間した平行なＸ線ビーム８２１，８２
２，……８２ｎを発生し、これらのＸ線ビームは検査領
域１２に対して互いに角度を成して離間される。図６の
実施の形態において、多数のＸ線管９０１，９０２，…
…９０ｎは回転架台Ｃに装着される。ｎ＝３である好ま
しい実施の形態では、Ｘ線源は検査領域１２の回りに１
２０°間隔で等角度をなして離間されているが、任意の
オフセット角度で離間され得る。ファンビーム８２１，
８２２，８２３は特定の分離領域８４１，８４２，８４
３における検出器アレイ１４によって受けられる。
【００２１】図７には、図６のＣＴスキャナーの断面を
示し、Ｘ線管９０１，９０２，９０ ３が軸方向に分離し
ていることがよく分かる。図６及び図７の実施の形態に
おいて、単一の実質的に連続した検出器アレイ１４は、
Ｘ線管９０１，９０２，９０ ３で発生したＸ線ビームを
受けるため、固定架台部分Ａに装着される。Ｘ線ビーム
８２１，８２２，８２３は、互いに角度を成してずれた
位置において単一検出器アレイ１４に衝突するように密
にコリメートされる。さらに、Ｘ線管は検査領域１２の
回りで角度を成して離間されいるので、各Ｘ線ビーム８
２１，８２２，８２３は、アーク８４１，８４２，８４
３にわたって検出器アレイ１４によって受けられる。言
い換えれば、Ｘ線ビーム８２１，８２２，８２３は重な
らず、従って単一検出器アレイ１４は三つの別個のビー
ムを表す信号を発生できる。
【００２２】別の実施例においては、図４に符号４０で
示すような多数の多アノード要素管は、図３に示すよう
に多数のリング放射線検出器１４１，１４２，……１４
ｎの回りに間隔をおいて装着される。また、Ｘ線源は、
各ファンビームがリングの一つのアークセグメントを照
射するように適当な距離離間される。例えば、三つのＸ
線源は、検査領域の回りに１２０°間隔で配置され得
る。なお別の自由選択事項として、一本以上のビームが
リングの一つの共通の検出器要素を照射するのを阻止す
るために、ゲートオン、オフされる種々のアノード及び
対象物のまわりに非常に多数の多アノードＸ線管を配置
することができる。
【００２３】次に図８を参照すると、Ｘ線管組立体はカ
ソード組立体７０を選択的に付勢する制御回路１００を
備えている。カソード制御装置１０２は、フィラメント
電流源８０と個々のカソード組立体７０との間に電気的
に接続される。カソード制御装置１０２は、グリッド制
御管、電気的スイッチ回路などとして構成され得る。比
較器１０４は、選択された入力に基いてカソード制御装
置１０２を制御する。好ましくは、選択された入力に
は、プロファイル入力１０６、熱プロファイルメモリー
又はルックアップテーブル１０８及びタイマー１１０が
含まれる。プロファイル入力１０６は好ましくは、専門
家が診断の必要性に基いて所望の像形成パターンを選択
できる入力源である。例えば、所望のプロファイル入力
は、最短時間に最大数の像断層を同時に作るのに用いら
れる全ての多ファンビームに対して設けられ得る。他
方、所望のプロファイル入力は、恐らく大きな体積をカ
バーするように選択した副組の多ファンビームを交換す
る又は循環するようにされ得る。
【００２４】別の例として、専門家はＸ線管組立体の温
度包囲体内の最大数の断層を要求し得る。この場合、熱
的プロファイルメモリー１０８は、休止期間前に電子で
アノード要素をボンバートできる時間を見積もるために
アクセスされ、過剰の熱エネルギーの除去を促進するた
めに不使用状態を作らなければならない。メモリー１０
８は、管のアノード要素に特定の熱曲線で予め負荷され
る。こうして管か付勢されると、タイマー１１０は、個
々のカソードがオン状態となる時間量を計算する。この
時間により比較器は時間を熱的プロファイルメモリーに
プロットすることにより使用中のアノード要素の熱的負
荷状態を見積もることができる。
【００２５】所望のプロファイルに関係なく、比較器１
０４は入力を受け、シーケンス動作を決め、そしてカソ
ード制御装置１０２を制御して特定のカソード組立体７
０を個々に選択する。
【００２６】
【発明の効果】例示してきた多ファンビームコンピュー
タ断層撮影システムは多数の利点をもたらす。一つの利
点は、従来の単一ファンビームＣＴシステムと比較して
像形成時間が相当に改善されることにある。別の利点
は、実質的に実時間で体積像を形成できることにある。
さらに別の利点は、像を形成するのに既存の再構成アル
ゴリズムを用いることのできる能力にある。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による連続したＣＴスキャナーシステ
ムの斜視図。
【図２】 本発明によって作られた一組のＸ線ビームを
示す概略線図。
【図３】 本発明に従う第四世代のＣＴスキャナーの細
部を示す図。
【図４】 本発明に適合する多アノードＸ線ビームを示
す概略線図。
【図５】 本発明によって作られた別の組のＸ線ビー
ムを示す概略線図。
【図６】 本発明による第四世代のスキャナーの別の実
施の形態の細部を示す図。
【図７】 図６のスキャナーの断面図。
【図８】 本発明を実施するのに適した代表的制御回
路のブロック線図。
【符号の説明】
Ａ ：固定架台部分 Ｃ ：回転可能な架台部分 １２：検査領域 １４：Ｘ線検出器 １８：再構成プロセッサ ３０：Ｘ線ビーム ６０：アノード要素

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】検査領域（１２）を画定する固定架台部分
    （Ａ）と；検査領域（１２）のまわりで選択的に回転す
    る回転可能な架台部分（Ｃ）と；回転可能な架台部分
    （Ｃ）と組合され、多数の平行なＸ線ビーム（３０）を
    発生する電子流で選択的にボンバートする多数のアノー
    ド要素（６０）と；検査領域（１２）を通過してきたＸ
    線ビーム（３０）を受けそして受けたＸ線ビームを表す
    信号を発生する多数のＸ線検出器（１４）と；発生した
    信号を処理して像表示する再構成プロセッサ（１８）と
    を有することを特徴とするＣＴスキャナー。
  2. 【請求項２】さらに、真空ハウジング内に配置した少な
    くとも一つのカソード組立体（７０）と組合された少な
    くとも一つのターゲット面をもつ多数のアノード要素
    （６０）の少なくとも一つを各々含む多数のＸ線管（４
    ０）を有し、カソード組立体（７０）が電子ビームを選
    択的に発生する制御信号に応じて制御装置（１０２）で
    制御され、各Ｘ線管が回転可能な架台部分（Ｃ）に装着
    され、そして検査領域（１２）に対して共通の角度で軸
    線に沿って離間され、またＸ線管（４０）の一つに外部
    から隣接して設けられ、平行ファン状Ｘ線ビーム（３
    ０）を形成するファン状側部をもつ開口を画定する少な
    くとも一つのコリメーター（４２）を有することを特徴
    とする請求項１に記載のＣＴスキャナー。
  3. 【請求項３】さらに、真空ハウジング内に配置した少な
    くとも一つのカソード組立体と組合された少なくとも一
    つのターゲット面をもつ多数のアノード要素の一つを各
    々含む多数のＸ線管（９０）を有し、カソード組立体が
    電子ビームを選択的に発生する制御信号に応じて制御装
    置（１０２）で制御され、各Ｘ線管が回転可能な架台部
    分（Ｃ）に装着され、Ｘ線管（９０）が検査領域（１
    ２）に対して予め画定した多数の角度で軸線に沿って離
    間され、またＸ線管（９０）の各々に外部から隣接して
    設けられ、平行ファン状Ｘ線ビーム（８２）を形成する
    ファン状側部をもつ開口を画定するコリメーターを有す
    ることを特徴とする請求項１に記載のＣＴスキャナー。
  4. 【請求項４】多数のＸ線検出器が、固定架台部分（Ａ）
    に装着された一組の軸方向に離間して連続したリングの
    検出器要素（１４）を備えていることを特徴とする請求
    項１〜３のいずれか一項に記載のＣＴスキャナー。
  5. 【請求項５】多数のＸ線検出器が、回転架台部分（Ｃ）
    に装着された軸方向に離間したアークの検出器要素（１
    ５）を備え、各アークがＸ線ビーム（３０）の頂点に対
    向していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一
    項にに記載のＣＴスキャナー。
  6. 【請求項６】透過放射線の多数の薄いファンビーム（３
    ０）を同時に発生し；検査領域（１２）に透過放射線の
    多数の薄いファンビーム（３０）を通ししかも同時に検
    査領域（１２）のまわりでファンビーム（３０）を回転
    し；検査領域（１２）を通過してきた後の透過放射線の
    各ファンビーム（３０）を検出しそして検査領域（１
    ２）を通過してきた放射線量を表す電子信号を発生し；
    そして電子信号を体積像表示に再構成することから成る
    ことを有することを特徴とする画像診断法。
  7. 【請求項７】放射線のファンビーム（３０）が回転軸線
    の回りで回転され、そしてさらに検査領域（１２）と放
    射線の平行なファンビーム（３０）との間の回転軸線
    （２）に沿って相対軸方向運動を生じさせることを含む
    ことを有することを特徴とする請求項６に記載の画像診
    断法。
  8. 【請求項８】放射線の薄いファンビーム（３０）が薄い
    ファンビーム（３０）の他のものと平行であり、かつ回
    転軸線の回りで回転し、さらに、検査領域（１２）及び
    放射線の平行な薄いファンビーム（３０）を回転軸線
    （２）に沿って連続して動かして放射線の平行なビーム
    （３０）の各々が検査領域（１２）を通って螺旋を横切
    るようにすることを含むことを有することを特徴とする
    請求項６又は７に記載の画像診断法。
  9. 【請求項９】放射線のファン状ビーム（３０）が回転軸
    線（２）の回りで回転し、ファン状ビーム（３０）の各
    頂点が回転軸線（２）に平行な共通線に沿って位置する
    ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の
    画像診断法。
  10. 【請求項１０】少なくとも幾つかのファンビーム（８
    ２）の頂点が他のファンビーム（８２）の頂点に対して
    回転軸線（２）の回りで角度的にオフセットされている
    ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の
    画像診断法。
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