JP2000237177A

JP2000237177A - Ｘ線立体像撮影方法及び装置

Info

Publication number: JP2000237177A
Application number: JP11364238A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Takuno; 哲生宅野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2000-09-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】Ｘ線被爆量が少なく、かつ、姿勢固定のため
の負担も小さいＸ線立体像撮影方法及び装置。【解決手段】以下の1)〜4)の操作を含む。 1)被写体を透過したＸ線の放射能面密度を微小な画素を
面状に配したＸ線検出器で検出してこれをＸ線源画像と
して得る操作。 2)特定の位置におけるＸ線照射位置から照射されるＸ線
の放射能面密度を被写体が存在しないと仮定したときの
放射能面密度で除したＸ線透過率を得る操作。 3)他の全てのＸ線照射位置からＸ線透過率を求め、これ
に平均化処理を施してその値を当該観測点におけるＸ線
透過係数として得る操作。 4)被写体中の全ての観測点に対してＸ線透過係数を求
め、これらＸ線透過係数の被写体中における分布をＸ線
立体像として得る操作。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の属する技術分野は主
として医療分野である。現代医療においてＸ線写真によ
る診断は不可欠である。中でもＸ線断層撮影法（以下、
Ｘ線ＣＴ）は、脳頭蓋内や腹部に発生する病変などの診
断に極めて有益な情報を提供する。他にも文化的資料の
内部構造を分解することなく調査する、所謂、非破壊検
査の一手法等、様々な利用法がある。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線ＣＴ装置は、環状（一次元
的）に配列したＸ線検出器に対して、その環に沿うよう
にＸ線管が回転して撮影するものであった。従って、Ｘ
線検出器は被写体である人体において特定の断面（断層
面）に関する情報しか得ることができなかった。このた
め、得られる像は単なる平面像であり、被写体の構造を
立体的に把握するには不向きであった。

【０００３】例えば、ある臓器の全体像を知ろうとした
場合、その臓器に対して何カ所かの断層面を設定してそ
れぞれの断層像を撮影し、これを読影者（医師）が観察
してその臓器の構造を頭の中で推察していた。従って、
画像を読み取って臓器の全体像を把握するには相当な熟
練と経験を要していた。これに対し、近年開発されたス
パイラルＸ線ＣＴ装置を用いると、Ｘ線管が螺旋状に移
動することで、異なる断層面を同一条件下で連続的に複
数枚撮影することができる。これらの断層像はコンピュ
ータ内部に画像情報として蓄積されているので、撮影後
に任意方向からの断層像を作成したり、特定の組織や臓
器だけ抽出して表示したり、任意方向から透写した透写
図を作成する等の画像処理を施すことができるようにな
った。

【０００４】しかし、このスパイラルＸ線ＣＴ装置を用
いた場合、撮影に相当な時間がかかるため、患者に対す
る被爆量が増えたり、姿勢固定のための負担を強いると
いった欠点があった。また、心臓等のように、患者の意
思ではその動きを止めることのできない臓器に対して
は、鮮明な像が撮られなかった。

【０００５】そこで、最近では、複数枚の断層像をスパ
イラルＣＴよりも効率よく撮影する方法が提唱されてい
る。特願平５−５１７２８４号公報には、Ｘ線を二次元
的に効率よく検出する手段について述べ、Ｘ線管が被写
体周囲を一巡しただけで複数枚の断層像を同時に得る手
段が示されている。又、特開平６−２３３７５７号公報
においては、照射するＸ線を平行ビームとすることで、
より鮮明な画像を得る工夫がなされている。

【０００６】しかしながら、前者の装置では、Ｘ線管の
周回軌道から上下的に離れた断層面を撮影するほど、そ
の断層面とＸ線とのなす角が数学的には補完し難くなる
ので、断層像にボケが生じるという欠点がある。又、後
者の装置では、このような問題は生じないものの、平行
Ｘ線ビームを生成する装置に関しては技術的な問題点が
多く、未だ実用化に至っていない。いずれにしても、こ
れらの手法は、被写体の断層面を効率よく複数枚撮影す
る手段にすぎない。その証拠に、いずれの発明も、Ｘ線
管は必ず被写体の周囲を周回するように運動していると
いう共通な点がある。Ｘ線管がこのような運動様式を取
ると、装置全体が大がかりになる上、製作費も高くなる
し、装置の設置や運営、保守等も煩雑になるという欠点
がある。

【０００７】即ち、Ｘ線管とＸ線検出器とは、人体の周
囲を高速で回転するのであるから、その遠心力は回転半
径に比例し、角速度の二乗に比例して増大する。従っ
て、もしも、０．１秒でこれらの装置が人体を一周する
とすれば、重力の２００倍近い遠心力が発生することに
なる。そうなると、装置を固定する部品には強靱な力学
的強度が要求されたり、強力な駆動装置が必要であった
り、或いは装置の回転にぶれが全く生じないようにしな
ければならない、といった技術的な問題点が多々発生す
ることになる。

【０００８】本発明は、このような課題を解決するもの
である。即ち、被写体のＸ線透過係数を調査する上で、
断層面を設定する必要が全くなく、三次元的な広がりを
持つ被写体中の任意の点において、他の点とは独立にそ
の点におけるＸ線透過係数だけを測定する手段を可能と
するものである。しかも、従来のＸ線ＣＴを一枚撮影す
るのと同等の一連のスキャンで、被写体中のあらゆる点
のＸ線透過係数、即ち、Ｘ線立体像を撮影することがで
きるのである。

【０００９】加えて、撮影に際してＸ線管が必ずしも人
体の周囲を回転する必要がないこととともに、Ｘ線検出
器を固定できるので、可動部分の重量を飛躍的に軽減で
きる。又、後述のように、Ｘ線の発生位置を電磁的に制
御することによって、一連のスキャンを極めて短時間で
終了することができるようになる。これにより、心臓等
の不随意に運動する臓器であっても、ぶれの生じない立
体像を得ることができる上、立体像の撮影を経時的に多
数回行うことで、臓器自体の運動を動画として撮影する
こともできるようになる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の趣意に沿い、本発
明は以下の1)〜4)の操作によるＸ線立体像撮影方法を提
供する。 1)Ｘ線管からＸ線を被写体に照射し、被写体を透過した
Ｘ線の放射能面密度を微小な画素を面状に配したＸ線検
出器で検出してこれをＸ線源画像として得る操作を少な
くともＸ線照射位置を種々変えて行い、各Ｘ線照射位置
におけるＸ線源画像を得る操作。 2)被写体中のある観測点に関し、特定の位置におけるＸ
線照射位置から照射されてこの観測点を通るＸ線の放射
能面密度を被写体が存在しないと仮定したときの放射能
面密度で除したＸ線透過率を、当該照射位置に対応する
Ｘ線源画像のうちの当該照射位置と観測点との位置から
求まる画素より得る操作。 3)他の全てのＸ線照射位置から上記2)の操作を行って当
該観測点を通るＸ線透過率を求め、これに平均化処理を
施してその値を当該観測点におけるＸ線透過係数として
得る操作。 4)被写体中の全ての観測点に対して上記2)及び3)の操作
を行ってそれぞれの観測点におけるＸ線透過係数を求
め、これらＸ線透過係数の被写体中における分布をＸ線
立体像として得る操作。

【００１１】又、本発明は、以上の方法を具現する装置
として、この装置が、Ｘ線の照射位置又は方向を迅速に
変えて被写体にＸ線を照射できるＸ線管と、被写体を透
過したＸ線を検出してその放射能面密度に応じた物理量
を出力できる微小な画素を面状に配したＸ線検出器と、
Ｘ線管やＸ線検出器の作動を制御するとともに、Ｘ線検
出器の検出データを処理してＸ線立体像を求める中央演
算装置と、中央演算装置で求められた立体像を出力する
出力装置とを、少なくとも備えていることを特徴とする
Ｘ線立体像撮影装置を提供する。

【００１２】即ち、本発明は、Ｘ線検出器を従来のよう
な線状ではなく面状に配列し、単位時間当たりに得られ
る情報量を飛躍的に増加させることで対応している。従
来のＸ線ＣＴ装置においては、Ｘ線検出器が線状（一次
元的）に配置してあるので、Ｘ線管の回転角の情報（一
次元的情報）と併せて、数学的に言うところの二次元空
間における情報（Ｘ線量）を収集していたが故に、得ら
れる像も二次元像としての断層像に限られていたのであ
る。本発明は、Ｘ線検出器を二次元的（平面的）に配列
し、測定空間を三次元に拡張することで被写体の三次元
像、即ち、Ｘ線立体像を構築することを特徴としてい
る。

【００１３】尚、従来のＸ線ＣＴ装置における応用例と
して、Ｘ線検出器に本発明と同様の二次元的なものを用
い、複数の断層面を同時に画像化できるようにしたもの
があるが、これらは前述のように、本発明の範疇に当て
はまらないものである。本発明がこれらのものと異なる
のは、被写体中のあらゆる点におけるＸ線透過係数を独
立に、しかも、同時に確定できることである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て述べるが、これにおいて、しばしば使用される用語に
ついて説明しておく。

【００１５】〔Ｘ線源画像〕被写体全体を透過したＸ線
のある投影平面における放射能面密度の分布のことをＸ
線源画像といい、これを何らかの形で記録したものも含
む。例えば、単純Ｘ線写真のように、フィルム上に放射
能面密度の違いが濃淡として表れるものもＸ線源画像と
いうことになる。

【００１６】〔Ｘ線透過率・Ｘ線透過係数〕人体のよう
に必ずしも均質でない被写体に対し、放射能面密度がＩ
₀ である十分に細かい線状の平行Ｘ線を照射したと仮定
する。そして、被写体を透過した後のＸ線が持つ放射能
面密度がＩであった場合、Ｉ／Ｉ₀ をＸ線透過率とい
う。又、被写体が均質であった場合には、Ｘ線は被写体
中を透過する距離Ｌに応じて指数関数的に減弱するの
で、Ｉ＝Ｇ^L ・Ｉ₀ と表すことができる。ここで、Ｇは
被写体の材質に固有の値であり、これをＸ線透過係数と
するのである。即ち、Ｘ線透過係数とは、Ｘ線が均質な
素材中を単位距離透過するうちに放射能がどれだけ減弱
したかの割合をいう。更に、人体のよう均質でない被写
体であっても、ある点を含む十分に微小な領域に限って
言えば、ほぼ均質なものと近似できるから、その点にお
けるＸ線透過係数を上記のように定義できる。

【００１７】〔Ｘ線立体像〕人体のような構造物は、そ
の部位によってＸ線透過係数が異なっている。例えば、
骨組織のＸ線透過係数は低いが、脂肪組織のそれは水よ
りも幾分低い程度である。これを利用して、医師はＸ線
写真の濃淡から骨やその他の組織の位置関係を基に病変
の有無を判断しているのである。今、被写体中の任意の
点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）において、そのＸ線透過係数が一意
的に求め得るとすると、その点におけるＸ線透過係数
は、ｘ，ｙ，ｚの関数であって、Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）とお
ける。ここで、被写体中の同一平面上に局在しない十分
多数の点Ｐ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）からＰ_n （ｘ_n ，ｙ
_n ，ｚ_n ）に関してこれらの点におけるＸ線透過係数、
即ち、Ｇ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）からＧ_n （ｘ_n ，ｙ
_n ，ｚ_n ）が判明した場合、これらＸ線透過係数の三次
元空間における分布の様子をＸ線立体像と称する。

【００１８】Ｘ線立体像は、具体的には、コンピュータ
内に蓄積された三次元の情報であるから、これを人間が
理解できる画像に変換しなければならない。この変換に
は、透写図を作成すると便利である。透写図とは、コン
ピュータ内部に仮想のＸ線管を設置し、それから発せら
れたＸ線が仮想の被写体（Ｘ線立体像）を透過して減弱
された後、Ｘ線管と対極に位置した仮想のスクリーンに
投影されるべき平面像として計算したものである。この
際の仮想Ｘ線管からは、放射状のＸ線が発せられると仮
定してもよいのであるが、平行Ｘ線と仮定すると、三者
の位置関係によって透写図が拡大や縮小したりしないの
で、より観察し易い。

【００１９】又、コンピュータ内部には、被写体各点の
Ｘ線透過係数が記録されているのであるから、従来のＸ
線ＣＴのように、特定の断層面における断層像を構築す
ることも可能である。更に、断層面は任意の方向にとれ
るので、任意の方向の断層面も構築可能である。従っ
て、従来のＸ線ＣＴ装置では撮影が極めて困難であった
縦断層面の画像を得ることも可能である。この他、血管
内に造影剤を注入して撮影することで、その血管の走行
を立体的に把握したり、骨組織や特定の臓器のみを抽出
して立体表示する等の更なる応用も考えられる。

【００２０】〔撮影に用いる器具の名称と機能〕１．Ｘ線管金属板などを加熱すると、その表面に熱電子雲を発生さ
せることができる。これを高電圧で一定速度まで加速
し、ターゲットと呼ばれる金属に照射することで、目的
とする波長付近のＸ線を発生することができ、このよう
にしてＸ線を発生する装置のことをＸ線管と称する。こ
の際の電子線はフィルター等で太さを容易に調整できる
ので、点光源に近いＸ線を得ることができる。加えて、
近年では、偏向コイルで電子線の向きを変え、平面的な
広がりを持つターゲットに対して任意の位置に電子線を
照射することによってＸ線の照射位置を極めて高速で制
御することも可能になっている。

【００２１】２．Ｘ線検出器半導体の中には、受けた電磁波をそのエネルギーの強弱
に応じた物理量として感受するセンサがある。具体的に
は、光電効果やコンプトン効果によって電気抵抗を変化
させたり、あるいは電位差を発生したりするものであ
る。そこで、これらセンサを碁盤の目状（面状）に配列
して微小センサ（画素）とし、それらの微小センサにお
ける受光量をそれぞれ検出することで、二次元像を撮影
する装置が実用化されており、これを個体撮像素子（Ｃ
ＣＤ）と称する。

【００２２】近年、可視光線を遮断し、Ｘ線を増感する
フィルムをＣＣＤの表面に配置することで、Ｘ線に感受
するＣＣＤ、即ち、Ｘ線ＣＣＤが開発され、既に歯科に
おける口腔内撮影などに臨床応用されている。このＸ線
ＣＣＤは、Ｘ線蛍光フィルムで撮影する場合に比較して
感度が良い上、コントラストも良好で、しかも、現像を
行わなくてもよいという利点がある。今後の技術開発に
よっては、寸法的に大きなものが比較的安価に製作でき
るようになるであろう。本発明でいうＸ線検出器とは、
このＸ線ＣＣＤのように、Ｘ線を高感度で感受するセン
サを平面状に緊密に配列したもののことを言う。

【００２３】３．コンピュータＸ線を照射する位置や照射量、照射時間を制御したり、
Ｘ線照射位置と被写体中の各点との関連でそれぞれの点
を通るＸ線を受光する画素を特定したり、又、被写体中
の各点におけるＸ線透過係数を計算したりすることで、
被写体のＸ線立体像を構築する。更に、Ｘ線立体像を各
種断層像や透写図等の観察し易い平面像に加工する機能
も有する。

【００２４】４．被写体Ｘ線立体像を得ようとする対象物であり、通常は、三次
元的な広がりを有している。

【００２５】〔空間座標におけるＸ線透過係数の計算
法〕Ｘ線ＣＴで断層像を構成する方法は、逐次近似法と
解析的手法に大別されるが、現在では解析的手法が主流
になっている。更に、解析的手法に分類されるものの中
には、逆投射法、フーリエ変換法、コンボリューション
法、フィルター補正逆投射法等がある。いずれにして
も、解析的手法で被写体の断層像を撮影するには、ラド
ンの定理を応用している。ラドンの定理とは、ある点に
向けて一定の線量のＸ線をあらゆる方向から照射し、且
つ、その透過Ｘ線量をすべて調べることができたら、透
過Ｘ線量の相乗平均を照射線量で除した値がその点にお
けるＸ線透過係数に等しいというものである。

【００２６】このラドンの定理は、単に二次元平面内に
限定して用いるだけでなく、三次元空間にも適用できる
ものである。本発明は、ラドンの定理を三次元的に拡張
することを特徴としている。ここでは、その計算が最も
単純な逆投射法による計算法について説明するが、その
他の方法を用いても、同様に撮影できることはいうまで
もない。

【００２７】図１は本発明を説明するものである。ま
ず、被写体１２中に十分な数の観測点Ｐ ₁ 〜Ｐ_m を配置
する。Ｘ線管１０は点Ｒ₁ 〜Ｒ_n の位置から、それぞれ
独立にＸ線を円錐状に発射して被写体１２に照射するこ
とができる。又、被写体１２に突入する直前での単位面
積当たりの放射能面密度はＩ₀ と定める。このようにし
て照射されたＸ線は被写体１２で減弱され、Ｘ線検出器
面１４に到達し、電気信号として検出される。例えば、
点Ｒ_j から照射されたＸ線のうち、被写体１２中の点Ｐ
_i を経由したものは、被写体１２中の他の部分でも減弱
されて、その単位面積当たりの線量がＩ_ijとなってＸ線
検出器面１４に到達する。但し、ここでは簡単のため、
Ｘ線検出面１４において、検出画素の面積が十分に小さ
く、このＸ線経路については近似的に平行Ｘ線が照射さ
れているものとして考えればよい。

【００２８】今、被写体１２中のある任意の点Ｐ_i （１
≦ｉ≦ｍ）に注目し、この点付近の十分に微小な空間に
おけるＸ線透過係数Ｇ_i を計算する手段について述べ
る。前述のラドンの定理は三次元的にも適用することが
でき、これによると、Ｇ_i は、Ｇ_i ≒（Ｉ_i1・Ｉ_i2・Ｉ_i3・・・Ｉ_in）^1/n ／Ｉ₀ と近似できる。更に、Ｓ_ij＝Ｉ_ij／Ｉ₀ （１≦ｊ≦ｎ）
とおくと、Ｇ_i ≒（Ｓ_i1・Ｓ_i1・Ｓ_i1・・・Ｓ_in）^1/n となり、両辺の対数を取って、として求めることができる。

【００２９】以上の手段により、被写体１２における特
定の点Ｐ_i におけるＸ線透過係数Ｇ_iを求めることがで
きるから、これと同じ作業を被写体１２中の観測しよう
とする全ての点において行い、それぞれ対応する記憶セ
ルＭ_i ｕ保存することで、被写体１２におけるＸ線透
過係数の三次元的分布、即ち、Ｘ線立体像を得ることが
できる。ここで特記すべきことは、Ｘ線立体像を得るた
めに必要なＸ線の照射回数はｎ回だけで十分であるとい
う点である。例えば、Ｘ線管１０がＲ_j の位置にあった
とき、この位置からのＸ線照射によって、Ｘ線検出器１
４には全ての観測点（Ｐ₁ 〜Ｐ_m ）の像がＩ_1j〜Ｉ_mjと
して投影されるので、即座に前述のＳ_1j〜Ｓ_mjが決定で
きるのである。

【００３０】以上の作業により、被写体１２のＸ線立体
像が構成できたのであるが、このような逆投射法で像を
構成した場合、通常コントラストの強い部分、例えば、
骨組織と軟組織の境界等においては、コントラストが低
下することが知られている。通常のＸ線ＣＴ装置におい
ては、この問題を解決するために、Ｘ線検出器１４から
得られるデータに補正を施して使用したり（フィルタ補
正逆投射法）、一旦逆投射法で構成した断層面について
更に数学的な補正を加えたりすることが多い（コンボリ
ューション法やフーリエ変換法等）。本発明において
も、このような補正を施した方が良好な画像を得るのに
有利であることはいうまでもないが、その際に行う補正
法に関しては、通常の断層面に施す場合とは異なり、数
学的な次元を一つ増やして三次元空間に対して処理を施
す必要がある。以下にその手法の一例を示す。

【００３１】上記のようにして得られたＸ線立体像は、
被写体そのものにおけるＸ線透過係数の分布とは若干違
って誤差を含むものであり、それは次式で与えられるこ
とが知られている。ｇ（ｘ，ｙ、ｚ）＝ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）＊ｈ（ｘ，ｙ、
ｚ）＋ｎ（ｘ，ｙ、ｚ）ここで、ｇ（ｘ，ｙ、ｚ）は得られたＸ線立体像であ
り、ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）は被写体におけるＸ線透過係数の
分布（真の値）、ｈ（ｘ，ｙ、ｚ）は点像分布関数、ｎ
（ｘ，ｙ、ｚ）はノイズを示している。尚、＊は畳み込
み積分（コンボリューション積分）を示すものとする。

【００３２】点像分布関数とは、次のような被写体を観
測したときの像のことである。但し、ここではノイズの
影響は考えない。ｆ（０，０，０）＝１、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０、但し、
原点を除く。通常の観測系には何らかのボケ像が発生す
るから、このような被写体を観測すると、図２のような
像になることが予想され、これを点像分布関数という。

【００３３】今、ｇ（ｘ，ｙ、ｚ）、ｆ（ｘ，ｙ、
ｚ）、ｈ（ｘ，ｙ、ｚ）、ｎ（ｘ，ｙ、ｚ）に対し、三
次元フーリエ変換を施した結果をそれぞれ、Ｇ（ｘ，
ｙ、ｚ）、Ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）、Ｈ（ｘ，ｙ、ｚ）、Ｎ
（ｘ，ｙ、ｚ）とすると、実空間における畳み込み積分
は、フーリエ変換により単なる積算となるので、Ｇ（ｘ，ｙ、ｚ）＝Ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）・Ｈ（ｘ，ｙ、
ｚ）＋Ｎ（ｘ，ｙ、ｚ）と変形される。

【００３４】更に、Ｎ（ｘ，ｙ、ｚ）が十分小さいと仮
定するなら、この式は更に、Ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）≒Ｇ（ｘ，ｙ、ｚ）／Ｈ（ｘ，ｙ、
ｚ）と近似できる。更に、Ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）にフーリエ逆変
換を施すことで、ｆ（ｘ，ｙ、ｚ）、即ち、被写体のＸ
線立体像について、ボケ像を除去し、より鮮明に再現す
ることができるのである。この手法は、一般に、インバ
ースフィルタと呼ばれる画像解析手段である。その他に
もこれを改良したウィナーインバースフィルタ等が知ら
れているが、このような手段を用いても同様であること
はいうまでもない。

【００３５】又、ここでは、一旦Ｘ線立体像を計算した
後に数学的補正を施したのであるが、場合によっては、
源画像に対して直接施してもかまわない。即ち、源画像
の場合、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）に補正を施した後に、改めて
Ｘ線立体像を計算してもよいのである。これは、数学的
な補正を、ラドンの定理の適用前に行うか、後で行うか
の相違である。

【００３６】〔Ｘ線管の移動様式とＸ線検出器面の配置
に関して〕上述の手段によって、被写体１２のＸ線立体
像を求めることができるのであるが、ここでＸ線管１０
の移動様式やＸ線検出器１４の配置について言及してお
く。図３はＸ線管１０が被写体（人体）１２の周囲を周
回するタイプのものである。只、通常のＸ線ＣＴ装置と
は違い、Ｘ線検出器１４が面状であるため、Ｘ線管１０
が人体の周囲を移動することで、Ｘ線立体像を撮影する
ことができるのであるが、従来のＸ線ＣＴ装置とは異な
り、Ｘ線管１０が人体の半周以下の角度で周回するだけ
でも、Ｘ線立体像を構築できるのである。

【００３７】本例におけるＸ線検出器１４は、その形態
が平面状であって、常に被写体１２に対してＸ線管１０
と対極に位置するようにこれと連動して周回するもので
ある。この運動機構を簡略化するためには、Ｘ線検出器
１４を筒状のものにし、その内周をＸ線管１０が移動す
るような構造のものも考えられる。図３において、より
鮮明な立体像を得るには、被写体１２に対して極力様々
な方向からＸ線を照射することが望ましい。従って、Ｘ
線管１０の経路に関しては、単に被写体１２の周囲を円
運動するだけでなく、それに加えて上下方向にも移動で
きるようにするのが望ましい。これは、従来のＸ線ＣＴ
装置では実現不可能であった移動経路であり、このよう
な工夫によってＸ線立体像の画質を向上できるのである
が、本発明が被写体の各部分におけるＸ線透過係数をそ
れぞれ独立に計測し得ることから可能になったのであ
る。このことも又、本発明の特徴の一つである。

【００３８】このようにＸ線管１０が被写体１２の周囲
を周回する移動様式に対して、図４ではＸ線検出器１４
が固定してあって、Ｘ線管１０のみが移動している。こ
の移動様式の場合、Ｘ線管１０が被写体１２の周囲を周
回する必要がないので、患者はあたかも胸部単純Ｘ線撮
影を受けるときのように、立位のままでＸ線立体像を撮
影できるようになる。それ故、従来のＸ線ＣＴ装置のよ
うにＸ線管１０が移動する空間を確保する必要や患者を
寝かせて装置内部に搬送する機構等の必要がなくなるた
め、装置の設置面積を飛躍的に減少させることができ
る。更に、Ｘ線管１０として図７のような電磁制御式の
ものを用いると、Ｘ線管１０を物理的に運動させるエネ
ルギーを必要としないため、消費電力も又、飛躍的に軽
減することができる。ひいては、撮影装置を車両に搭載
し、医療施設が充実していない地域にも巡回すること
で、高度な医療を施すことができるようになる。

【００３９】ここでＸ線管１０は、Ｘ線検出器１４と平
行な面内において、大局的には円運動をするのである
が、その半径を伸長短縮できるようにしておくと、より
高精度な撮影ができる。この動作は具体的には図５、図
６に示すような装置で実現可能である。即ち、固定部材
１６に取り付けられた支持台１８にはモータ２０が内蔵
されており、一端が溝２２で案内されて往復運動が可能
なＸ線管１０を支持したクランク２４が取り付けられて
いる。一方、クランク２４の他端にはモータ２６で回転
させられる円盤（カム）２８が取り付けられており、カ
ム２８の偏心位置とＸ線管１０とはカムシャフト３０で
連結されている。これにより、モータ２０を回転させる
と、クランク２４はその回転半径を伸縮するように往復
運動するから、図４に示すような花弁形の経路を取るこ
とになる。

【００４０】上記のようなＸ線管は製作が容易である代
わりに、高速で回転移動させるためには技術的に限界が
ある。そこで、これと等価な装置の例を示す。図７はＸ
線の発生位置を極めて高速で移動することのできる装置
の模式図である。真空管３２には電子銃３４が設置され
ていて、ここから適当に加速された電子ビームが照射さ
れる。電子ビームの照射方向には円盤状のターゲット３
６がある。電子銃３４とターゲット３６との間には、偏
向コイル３８が設置されており、これが発する磁界によ
って電子ビームはローレンツカを受け、ターゲット３６
上の任意の位置に到達することができるようになってい
る。ターゲット３６において、電子ビームが到達した個
所ではＸ線が発生し、あらゆる方向に照射される。カバ
ー４０は、撮影に必要のない方向へ照射されたＸ線を遮
蔽するものである。

【００４１】このような機構のＸ線管を用いれば、Ｘ線
の照射位置をいくらでも速く移動できるので、従来のＸ
線ＣＴでは達成できなかったような高速でのスキャンが
可能になる。従って、心臓のような不随意運動を伴う臓
器でも、経時的に複数回スキャンすることで、複数のＸ
線立体像を動画として撮影することも可能になるのであ
る。

【００４２】〔Ｘ線検出器の工夫〕Ｘ線検出器１４の検
出面においては、その面積が大きければ大きいほど、被
写体１２の広範な部分の撮影が可能なのであるが、巨大
な検出器面を一枚の検出器で構成するには技術的に困難
を伴う場合も考えられる。そこで、図８のように比較的
小さなＸ線検出器１４ａを多数集合させて、一つの大き
な複合Ｘ線検出面を構成する方法が考えられる。ここで
必要とする情報が、ちょうど小検出器１４ａ同士の継ぎ
目に位置する場合、その両隣の小検出器１４ａの情報か
ら数学的に推定することで対応する。

【００４３】次いで、以上の方法によってＸ線立体像の
撮影を実際に行う場合について説明する。ここでは、図
４に示すようにＸ線検出器１４が固定され、これと平行
な面内でＸ線管１０が移動するものについて説明する
が、図３に示すようなものに関してもこれと同様に実現
できるので説明を省略する。図９は本実施例のブロック
図であり、図１０はそのフローチャートである。又、図
１１はＸ線検出器１４と被写体１２とＸ線管１０の位置
関係を三次元座標上に示したものである。

【００４４】まず、撮影装置の機器構成について概説し
ておく。装置全体を制御するコンピュータ４２には、Ｘ
線管１０の挙動を制御したり、Ｘ線検出器１４からのデ
ータを処理する中央演算装置４４と、撮影プログラムを
記憶させておく主記憶装置４６と、後述する源画像記憶
装置４８及び立体像を記憶させる立体像記憶装置５０等
が設けられている。この他、中央演算装置４４へ指令を
与え、その結果を受け取る入出力装置として、ＣＲＴ等
のモニタ５２、キーボード５４、コントローラ５６、３
Ｄゴーグル５８、プリンタ６０等も備えている。

【００４５】次に、被写体１２に関してＸ線立体像の撮
影を行う過程について、これらの装置等を参照しつつ述
べる。装置の電源を投入すると、中央演算装置４４は自
動的に各装置の異常の有無を点検し、モニタ５２を通じ
て撮影者に報告する。又、主記憶装置３６や源画像記憶
装置４８、及び立体像記憶装置５０等の初期化作業もこ
の時点で行う。万一、異常があった場合には、撮影者は
これを解決し、コントローラ５６を通じて作業の続行を
指示する。以上の作業は各装置が正常に機能するように
なるまで繰り返される。

【００４６】一方、撮影者は、キーボード５４やコント
ローラ５６を用い、目的とする撮影条件を中央演算装置
４４に指示する。指示した内容は、モニタ５２を通じて
リアルタイムで確認できるようになっている。この場合
の主な指示内容は、Ｘ線管１０の軌道や照射する箇所及
び線量等についてである。その後撮影者は、コントロー
ラ５６を経由して中央演算装置４４に撮影開始を指示す
る。すると、中央演算装置４４は、撮影開始と同時に測
定条件の情報を基に、Ｘ線管１０の軌道、照射する位置
や回数、照射するＸ線の線量、画像を記録すべきタンミ
ング等を瞬時に計算して、撮影プログラムとして主記憶
装置４６に記録する。

【００４７】その後、中央演算装置４４は、撮影プログ
ラムに従ってＸ線管１０を所定の位置（Ｒ_j ）へ移動さ
せた後、Ｘ線の照射を開始する。Ｘ線管１０から放射状
に照射されたＸ線は、空気中を直進し、その間に位置す
る被写体１２で減弱された後、Ｘ線検出器１４に到達し
て、その強度、即ち、放射能面密度が計測される。この
場合、Ｘ線検出器１４は、単位面積あたりの画素数が多
いものほど解像度が高くて好ましいことは言うまでもな
い。Ｘ線検出器１４で得られたデータは、平面画像とし
て源画像記憶装置４８に一旦蓄積される。

【００４８】次いで、中央演算装置４４は、立体像記憶
装置５０の調整に取りかかる。立体像記憶装置５０の各
記憶セルＭ（ｘ，ｙ，ｚ）は被写体１２が存在する三次
元空間の座標に対応している。今、ある記憶セルＭ
（ｐ，ｑ，ｒ）の調整について説明する。この場合、記
憶セルＭ（ｐ，ｑ，ｒ）に対応する被写体中の点をＰ
（ｐ，ｑ，ｒ）とおき、この源画像が撮影された時点で
のＸ線管１０の位置をＲ_j （Ｘ，Ｙ，Ｚ）とおく（最初
に撮影した平面像についてはｊ＝１）。このとき、Ｘ線
検出器１４と点Ｐ（ｐ，ｑ，ｒ）及び点Ｒ_j （Ｘ，Ｙ，
Ｚ）との位置関係は図１１のようになっている。従っ
て、Ｘ線検出器１４における点Ｐ（ｐ，ｑ，ｒ）の投影
像であるところの点Ｑはその座標をと計算できるので、この点Ｑに対応する源画像中の画素
を参照して、その点における放射能面密度Ｉを得る。

【００４９】放射状に照射されたＸ線に関して、その放
射能面密度は、線源からの距離の二乗に反比例して減弱
するので、このＩに関しても若干の補正が必要である。
即ち、この時点で点Ｒ_j と点Ｑとの間の距離Ｌはと計算できるので、Ｉ´を、Ｉ´＝Ｌ² ・Ｉと補正する。更に、Ｘ線管１０とＸ線検出器１４との距
離が単位距離であるときの放射能面密度をＩ₀ 、記憶セ
ルの調整量をｍとおいて、ｍ＝ｌn Ｉ´ を計算し、これをＭ（ｐ，ｑ，ｒ）に加える。一枚の源
画像が得られる度に、この作業をすべての記憶セルにつ
いて行う。

【００５０】こうして源画像を採得する度に立体像記憶
装置５０の内容を調整する作業を、所定枚数分（ｎ回）
繰り返す。この繰り返し回数ｎは多ければ多いほど、解
像度の高いＸ線立体像が得られるのであるが、同時に被
写体の被爆量も増加するので、適切な回数にとどめる必
要がある。そして、ｎ枚の源画像を処理した後、各記憶
セルの内容からＸ線透過係数ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を、ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｅｘｐ〔１／ｎ・Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）
−ｌn Ｉ₀ 〕と定め、この三次元空間におけるＸ線透過率の分布ｇ
（ｘ，ｙ，ｚ）をすべて求める。ここで、ｇ（ｘ，ｙ，
ｚ）はＸ線立体像を示しているのであるが、次のように
画質補正を施し、更に鮮明な画像を得る。即ち、前述の
ように、ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を三次元フーリエ変換してＧ
（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、この観測系における点像分布関
数ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）の三次元フーリエ変換であるＨ
（ｘ，ｙ，ｚ）で除すことによってＦ（ｘ，ｙ，ｚ）を
計算し、これにフーリエ逆変換を施すことで、ボケ像が
排除された、より鮮明な画像ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）、即ち、
被写体のＸ線立体像を得るのである。尚、この操作は、
インバースフィルタによるものであるが、前述のよう
に、ウィナーインバースフィルタ等の数学的処理も同等
に有効であることはいうまでもない。

【００５１】被写体１２の立体像はこのようにして撮影
するのであるが、この場合、図７のようなＸ線管１０を
用いることで、撮影速度を更に向上できるとすれば、心
臓のように患者の意志によらず運動している臓器であっ
ても、瞬間的に撮影を行うことで、あたかも静止してい
るかのような画像を得ることができる。更に、この撮影
を一秒間あたり数十回行えば、任意の方向から観察した
透写図を順次モニタに出力することで、患者の心臓の拍
動をリアルタイムで三次元的に観察することができるよ
うになる。

【００５２】こうして得られた立体像を観察するには、
以下のような手段を用いる。即ち、観察者はコントロー
ラ５６で立体像を各座標軸に対して任意の角度だけ回転
するように指示することができ、中央演算装置４４は、
立体像について指示された角度から観察したときの様子
をその都度計算して、その結果を透写図としてリアルタ
イムでモニタ５２に映し出す。

【００５３】コントローラ５６は、図１２のようにトラ
ックボール６２を備えているが、このトラックボール６
２は通常のものとは異なり、ひねり動作を指令すること
ができるようになっているもので、撮影した立体像をあ
たかも手に持って回転しているかのような操作性を提供
するものである。他にも画像の上下左右方向へのトリミ
ングを行うジョイスティック６４や画像の拡大、縮小を
行う拡大縮小ダイヤル６８、データエントリーダイヤル
７０、決定ボタン７２やキャンセルボタン７４等が装備
されている。

【００５４】更に、前述のトラックボール６２は、特定
の断層面を設定する断層モードの機能も有している。具
体的には、トラックボール６２の上下左右方向への回転
で断層面の法線ベクトルの制御を行い、ひねり回転によ
って断層面の平行移動を行うのである。従って、断層モ
ードでは、常にリアルタイムで断層面が観察できるよう
になっている。尚、透写図を作成して観察する場合に
は、右目用と左目用の画像を別々にモニタ５２に表示
し、視差を利用して立体感を表現できる眼鏡型のモニタ
（３Ｄゴーグル）５８を使用すると、より臨場感が増
す。更に、近年ではこのような装置を頭部に装着しなく
とも、裸眼で立体視ができるモニタが開発されつつある
ので、その応用が期待される。

【００５５】又、印刷を行う場合には、撮影者はコント
ローラ５６を介してその旨を中央演算装置４４に指示す
る。中央演算装置４４は、所定の条件でＸ線の透写図を
作成したり、特定の断層面の断層像を作成したりして、
これらをプリンタ６０に出力する。この際に通常の出力
も可能であるが、特に指定すれば、右目用の像と左目用
の像とを並べて印刷することもでき、この印刷物は図１
３のような装置７６を用いると手軽に立体視が可能にな
る。これは右目用像を右目で、左目用像を左目で見るた
めに中央に仕切板７８があり、更に焦点を合わせ易いよ
うに接眼レンズ８０を具備した器具でる。この他、ホロ
グラムシートに印刷し、裸眼で立体視ができるような応
用も考えられる。

【００５６】

【発明の効果】以上、本発明によれば、三次元的広がり
を持つ被写体において、あらゆる点のＸ線透過率を調べ
ること、即ち、Ｘ線立体像をえることができる。従っ
て、被写体の状況をより詳細に把握でき、医療面に応用
すれば、疾病の診断や治療等に著しい効果を上げること
ができる。しかも、この場合において、通常のＸ線ＣＴ
と同程度の撮影時間でＸ線立体像を得ることができるの
であるから、患者のＸ線被爆量を低減し、身体固定等の
負担も軽減できる。更に、撮影速度を高速化すれば、常
に不随意に運動する臓器等の様子も観察することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体像撮影装置の原理を示す説明図で
ある。

【図２】本発明の一例を示す点像分布関数の説明図であ
る。

【図３】本発明の一例を示す立体像撮影の説明図であ
る。

【図４】本発明の一例を示す立体像撮影の説明図であ
る。

【図５】本発明の一例を示すＸ線管の移動様式を示す説
明図である。

【図６】本発明の一例を示すＸ線管の移動様式を示す説
明図である。

【図７】本発明の一例を示すＸ線管の説明図である。

【図８】本発明の一例を示すＸ線検出器の集合状態を示
す説明図である。

【図９】本発明の一例を示す立体像撮影装置を構成する
機器のブロック図である。

【図１０】本発明の一例を示す操作手順のフローチャー
トである。

【図１１】本発明の一例を示す立体像撮影の説明図であ
る。

【図１２】本発明の原理を示すコントローラ（操作盤）
の説明図である。

【図１３】本発明の原理を示す撮影像の立体視用器具の
説明図である。

【符号の説明】

１０Ｘ線管１２被写体１４Ｘ線検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の1)〜4)の操作を有するＸ線立体像
撮影方法。 1)Ｘ線管からＸ線を被写体に照射し、被写体を透過した
Ｘ線の放射能面密度を微小な画素を面状に配したＸ線検
出器で検出してこれをＸ線源画像として得る操作を少な
くともＸ線照射位置を種々変えて行い、各Ｘ線照射位置
におけるＸ線源画像を得る操作。 2)被写体中のある観測点に関し、特定の位置におけるＸ
線照射位置から照射されてこの観測点を通るＸ線の放射
能面密度を被写体が存在しないと仮定したときの放射能
面密度で除したＸ線透過率を、当該照射位置に対応する
Ｘ線源画像のうちの当該照射位置と観測点との位置から
求まる画素より得る操作。 3)他の全てのＸ線照射位置から上記2)の操作を行って当
該観測点を通るＸ線透過率を求め、これに平均化処理を
施してその値を当該観測点におけるＸ線透過係数として
得る操作。 4)被写体中の全ての観測点に対して上記2)及び3)の操作
を行ってそれぞれの観測点におけるＸ線透過係数を求
め、これらＸ線透過係数の被写体中における分布をＸ線
立体像として得る操作。
【請求項２】Ｘ線照射位置の変更がＸ線管の移動によ
り又はＸ線管はそのままで照射方向を変えたり或いはＸ
線管を複数個集積してそのいずれかから照射するもので
ある請求項１に記載のＸ線立体像撮影方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載のＸ線立体像撮影
方法を経時的に複数回行うことでＸ線立体像の経時的変
化を動画像として得るＸ線立体像撮影方法。
【請求項４】請求項１〜３いずれかに記載のＸ線立体
像撮影方法におけるＸ線立体像及びＸ線源画像に所定の
数学的補完処理を施すＸ線立体像撮影方法。
【請求項５】請求項１〜４いずれかに記載のＸ線立体
像撮影方法を具現するＸ線立体像撮影装置であって、こ
の装置が、Ｘ線の照射位置又は方向を迅速に変えて被写
体にＸ線を照射できるＸ線管と、被写体を透過したＸ線
を検出してその放射能面密度に応じた物理量を出力でき
る微小な画素を面状に配したＸ線検出器と、Ｘ線管やＸ
線検出器の作動を制御するとともに、Ｘ線検出器の検出
データを処理してＸ線立体像を求める中央演算装置と、
中央演算装置で求められた立体像を出力する出力装置と
を、少なくとも備えていることを特徴とするＸ線立体像
撮影装置。
【請求項６】Ｘ線管の移動経路領域内部に被写体が位
置する請求項５に記載のＸ線立体像撮影装置。
【請求項７】Ｘ線管の移動経路領域内部に被写体が位
置しない請求項５に記載のＸ線立体像撮影装置。
【請求項８】Ｘ線検出器がＸ線管の移動に伴ってその
位置、向き及び形状が変化する請求項５〜７いずれかに
記載のＸ線立体像撮影装置。
【請求項９】Ｘ線検出器がＸ線管の移動に伴ってその
位置、向き及び形状が変化しない請求項５〜７いずれか
に記載のＸ線立体像撮影装置。
【請求項１０】Ｘ線管が平面的な広がりを持つターゲ
ットを備えていて、電子銃から発せられる電子ビームの
向きを偏向コイルで変えてターゲットへの衝突個所を変
えることで、Ｘ線の照射位置を制御するものである請求
項５〜９いずれかに記載のＸ線立体像撮影装置。