JP2005265618A - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定視野に収まらない大きな被検体の３次元画像を、コーン状Ｘ線ビームを用いた簡単なスキャン方法により得ることを目的とする。
【解決手段】 放射線源により発生されて被検体を透過したコーン状放射線ビームを検出する２次元分解能の放射線検出器と、被検体と放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、この回転を行うＲＲ方式でスキャンされる間に、複数位置で放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＲＲ再構成手段と、被検体と放射線ビームとに相対平行移動を与える平行移動手段と、平行移動とステップ状の回転を繰り返すＴＲ方式でスキャンされる間に、複数位置で放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＴＲ再構成手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用あるいは医療用のコンピュータ断層撮影装置に関する。

近年、小型電子部品等を高分解能で検査するために、高分解能型の産業用のコンピュータ断層撮影装置（以下、ＣＴ）が作られるようになってきている。

例えば、特許文献１で記載される従来公知の高分解能ＣＴでは、Ｘ線管から発生されて被検体を透過したコーン状Ｘ線ビームを、２次元のＸ線検出器で検出し、検出されたＸ線強度に基づいて被検体の透過画像を生成している。

このような従来の高分解能ＣＴで断面像を撮影する場合には、固定されたＸ線管とＸ線検出器との間で、被検体を１回転させながら多数の透過画像を検出するスキャン方式が用いられている。この場合、被検体の多数の断面像である３次元画像を得るためには、このようにして得られた多数の透過画像を再構成処理していた。

上述したスキャンは、回転動作（ｒｏｔａｔｅ／ｒｏｔａｔｅ動作）のみでスキャンする、ＲＲ方式（ｒｏｔａｔｅ／ｒｏｔａｔｅ方式）と呼ばれるスキャン方式である。

このようなコーンビームの画像再構成には通常、非特許文献１に記載される方法が用いられる。この方法は、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法）の一種で、立体的に逆投影するものである。このフィルター補正逆投影法による再構成の一例が、特許文献１に記載の発明で利用されている。

図８に示しているのは、一般的な高分解能型ＣＴ１００を説明する簡単な構成図である。図８において（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。この高分解能型ＣＴ１００は、Ｘ線管１０１、Ｘ線検出器１０２及び回転テーブル１０３を備えている。Ｘ線管１０１から発生されるＸ線ビーム１０４は、回転自在な回転テーブル１０３に載置される被検体１０５を透過して、Ｘ線管１０１に対向するＸ線検出器１０２で検出される。

この高分解能型ＣＴ１００は、Ｘ線幾何が自由に設定でき、様々な被検体１０５の測定に対応可能である点を特徴とする。被検体１０５を配置して回転テーブル１０３及びＸ線検出器１０２は、ｘ方向について移動させることで、焦点Ｆを有するＸ線管１０１との距離を変更することが可能である。このように、撮影距離ＦＣＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ ｒｏｔｅｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）と検出距離ＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）とを、連続的に変更することができ、被検体１０５に応じて撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を自由に変更することが可能になる。

また、高分解能型ＣＴ１００は、回転テーブル１０３をｚ方向（上下方向）に移動させることができる。このように、上下方向に被検体１０５を移動することで、被検体１０５の撮影部位を自由に変更することができる。

図８において、スキャン領域Ａ（断面像視野）は回転面上でＸ線ビーム１０４に包含される回転中心Ｃを中心とする円であり、撮影倍率が大きい程小さな円となる。なお、Ｘ線ビーム１０４は測定されるＸ線であり、Ｘ線ビーム１０４の外には測定されないＸ線が放出されている。このスキャン領域Ａは無理なく再構成ができる十分なデータが収集される領域のことで、回転軸方向（ｚ軸方向）に厚みを持った体積である。この厚みは、回転軸方向で、Ｘ線ビーム１０４に包含される厚みである。

このような高分解能型ＣＴ１００においては、被検体１０５の大きさに応じて、スキャン領域Ａからはみ出さず、できるだけ拡大率を大きくして撮影すると、高分解能断面像が得られるので好ましい。

ここで、Ｘ線検出器１０２の測定領域１０６が測定する空間を測定視野と定義すると、測定視野はＸ線ビーム１０４の広がりと一致する。このため、スキャン中に測定視野からはみ出る被検体１０５は、また、スキャン領域Ａからはみ出る被検体１０５といえる。このような被検体１０５は通常のＲＲ方式では全体の３次元画像を得ることができない。そこで、この場合の手法として、特許文献２や特許文献３などに、回転中心を連続的にずらしながら複数回転させて測定視野に収まらない大きな範囲の３次元画像を得る手法が記載されている。しかしながら、この方法は、画像再構成処理が複雑である。また、回転中心を回転とを同期させて精度良く移動させることが難しく、実施が困難であるという課題もある。

他方、上述したＲＲ方式の高分解能ＣＴの他には、トランスレートと回転を組み合わせた動作（ｔｒａｎｓｌａｔｅ／ｒｏｔａｔｅ動作）により行われる、ＴＲ方式（ｔｒａｎｓｌａｔｅ／ｒｏｔａｔｅ方式）でのスキャンが利用されるＣＴが知られている。このＴＲ方式によるスキャン方法を採用すると、測定視野からはみ出る被検体の断面像を得ることができる。

しかしながら、このＴＲ方式を高分解能型ＣＴに適用した場合、大きな被検体がスキャンできる反面、小さな被検体の場合、画質の面で機構精度を上げやすいＲＲ方式に及ばず、スキャン時間も長くなるといった問題がある。また、コーンビームを用いて３次元画像を１スキャンで得るＴＲ方式の画像再構成方法が知られていないという課題がある。
特開２００１−３３０５６８号公報 特開２００２−２１９１２７号公報 特開平９−１６４１３３号公報 Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐ（フェルドカンプ）,Ｌ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ（デイヴィス）,Ｊ．Ｗ．Ｋｒｅｓｓ（クレス）著，「プラクティカルコーンビームアルゴリズム（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）」，オプティカルソサエティオブアメリカ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）（米国），Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６ １９８４年６月，ｐ．６１２−６１９

上記の課題を解決するため、本発明では、測定視野に収まらない大きな被検体の３次元画像をコーン状Ｘ線ビームを用いた簡単なスキャン方法で得ることを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、放射線源により発生されて被検体を透過したコーン状放射線ビームを検出する２次元分解能の放射線検出器と、前記被検体と前記放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、この回転を行うＲＲ方式でスキャンされる間に、複数位置で前記放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＲＲ再構成手段と、前記被検体と前記放射線ビームとに相対平行移動を与える平行移動手段と、前記平行移動とステップ状の前記回転を繰り返すＴＲ方式でスキャンされる間に、複数位置で前記放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＴＲ再構成手段とを有し、前記被検体の大きさに応じて、前記ＲＲ方式によるスキャンまたは前記ＴＲ方式によるスキャンを自由に選択して操作することが可能なことを要旨としている。

上記構成の請求項１にかかる本発明によれば、被検体の大きさに応じて、スキャンをＲＲ方式またはＴＲ方式のいずれか適当な方式を選択することができ、小さな被検体から大きな被検体まで、幅広い計測を行うことが可能である。

また、請求項２記載の発明は、放射線源により発生されて被検体を透過したコーン状放射線ビームを検出する２次元分解能の放射線検出器と、前記被検体と前記放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、前記被検体と前記放射線ビームとに相対平行移動を与える平行移動手段と、前記平行移動とステップ状の前記回転とを繰り返すＴＲスキャンの間に、複数位置で前記放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＴＲ再構成手段とを有することを要旨としている。

さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記コーンビームＴＲ再構成手段は、前記２次元分解能の前記回転の軸方向位置ｍ、直行方向位置ｎ及び平行移動位置ｔで構成される前記透過データを、平行移動位置ｔ方向に高周波強調フィルタ掛けするフィルタ機能と、高周波強調フィルタ掛けされた後に、軸方向位置ｍ及び平行移動位置ｔで一組の面データである透過データを構成して、前記放射線ビームの焦点に向けて被検体を表す仮想３次元格子に対して３次元逆投影する逆投影機能とを有することを要旨としている。

上記構成の請求項２または３にかかる発明によれば、放射線ビームに収まらない被検体に対しても、ＴＲ方式でスキャンをすることで、平行移動で被検体をカバーする透過データを得て、コーンビームＴＲ再構成手段により３次元画像を得ることができる。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記放射線ビームの焦点と前記回転軸間の距離であるＦＣＤを変更するＦＣＤ変更手段を有することを要旨としている。

上記構成の請求項４にかかる発明によれば、被検体の大きさに合わせてＦＣＤを変更することで、最適な幾何条件を設定することができ、高品質な３次元画像を得ることができる。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記放射線ビームの焦点と前記放射線検出器間の距離であるＦＤＤを変更するＦＤＤ変更手段と、このＦＤＤに応じて前記ステップ回転と平行移動の繰り返し回数を自動的に変更するＴＲスキャン制御手段とを有することを要旨としている。

上記構成の請求項５にかかる発明によれば、被検体の大きさに合わせて最適な幾何条件を設定することができ、高品質な３次元画像を得ることができる。さらに、ＦＤＤを変えたときファン角θ₀ の変化が自動設定され、自動的に繰り返し回数を決めるので、繰り返し回数の設定をする煩わしさを伴わずにＦＣＤ設定をすることができる。

以上、説明したように本発明によれば、測定視野に収まらない大きな被検体の３次元画像をコーン状Ｘ線ビームを用いた簡単なスキャン方法で得ることのできるコンピュータ断層撮影装置を提供することができる。

以下に、図面を用いて本発明について説明する。

図１に示しているのは、本発明の実施例１にかかる高分解能型ＣＴ１を説明する構成図である。図１において（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。

本発明にかかる高分解能ＣＴ１は、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３、支持フレーム４，５、支持台６、ＸＹ移動機構７、回転・昇降機構８、ｙ方向移動機構９、ｘ方向シフト機構１０、機構制御部１１、データ処理部１２、入出力部１３、Ｘ線制御部１４及び高電圧発生器１５を備えている。

Ｘ線管２は、Ｘ線ビーム２０を発生する機能を有し、発生するＸ線ビーム２０の焦点Ｆが数μｍのマイクロフォーカスＸ線管を用いている。Ｘ線検出器３には、２次元半導体光センサにシンチレータを接着したＸ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いて、Ｘ線管２から発生されたＸ線ビーム２０のＸ線強度を検出する機能を有している。Ｘ線管２及びＸ線検出器３は、対向してそれぞれ支持フレーム４，５により支持されている。

支持台６は、被検体２１を載置するものであり、Ｘ線管２から発生されるＸ線ビーム２０が支持台６上に載置される被検体２１を透過して、Ｘ線検出器３により検出される。支持台６はＸＹ移動機構７によりｘｙ方向に移動（水平面内移動）可能である。

被検体２１は回転・昇降機構８でＸ線ビーム２０内で、断面像の撮影面２２に沿って回転されるとともに、撮影面２２に直角にｚ方向に移動（昇降）される。ＸＹ移動機構７及び回転・昇降機構８によりＸＹｚ方向に移動させることで、回転中心Ｃと被検体２１との位置関係が調整される。

支持台６は、回転軸２３とともに、ｙ方向移動機構９の操作により、Ｘ線ビーム２０を横切るように、図１中のｙ方向に移動される。また、ｘ方向シフト機構１０によりＸ線管２とＸ線検出器３の間をｘ方向に移動され、これにより、撮影距離ＦＣＤが変更される。

機構制御部１１は、これらのＸＹ移動機構７、回転・昇降機構８、ｙ方向移動機構９及びｘ方向シフト機構１０に対する操作を制御している。回転中心Ｃは、ｙ方向の移動により、Ｘ線ビーム２０の中央になるように調整される。

ここで、スキャン領域Ａは、回転軸２３を中心とし、回転中に測定されるＸ線ビーム２０に包含される円筒領域であり、ＲＲ方式によるスキャンにおいて、無理なく再構成ができる十分なデータが収集される領域である。また、スキャン領域Ｂは、回転軸２３を中心として直径は任意に設定でき、回転軸方向がＸ線ビーム２０に包含される円筒領域であり、ＴＲ方式によるスキャンにおいて、無理なく再構成ができる十分なデータが収集される領域である。

データ処理部１２は、Ｘ線検出器３で検出されたＸ線強度から、透過画像を構成するための処理を行う機能や、透過画像から３次元画像を再構成する機能を有し、また、スキャンのシーケンスや３次元画像（断面像）を再構成するソフトウェア等が記憶されている。このデータ処理部１２からの操作指令により、機構制御部１１で操作が行われる。データ処理部１２はＲＲ方式及びＴＲ方式のスキャンを行うために、ソフトウェアの機能ブロックとして、スキャンを制御するＲＲスキャン部１２ａ、ＴＲスキャン部１２ｃ、３次元画像（断面像）を作成するＲＲ再構成部１２ｂ、ＴＲ再構成部１２ｄを有している。

また、入出力部１３は、高分解能ＣＴ１を操作するための様々な操作指示を入力する機能や、データ処理部１２で処理された処理結果を出力する機能を有している。たとえば、マウスやキーボードにより入力が行われ、ディスプレイ等に対して出力される。

データ処理部１２と入出力部１３は通常のコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボード、インターフェース等で構成される。操作者は入出力部１３を用いて、メニュー選択や条件設定、機構部手動操作、スキャンの開始、装置のステータス読み取りなどを行う。また、入出力部１３では、操作により得られた３次元画像（断面像）の表示などを行う。

Ｘ線制御部１４は、高電圧を発生する高電圧発生器１５と接続され、Ｘ線管２の管電圧、管電流を制御する機能を有している。また、図示は省略しているが、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３及び被検体２１を含む部分を収納するＸ線の遮蔽箱がある。

管電圧及び管電流は被検体２１に合わせて自在に変えることができる。ｘ方向シフト機構１０、ｙ方向移動機構９等には、図示していないエンコーダが取付けられており、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値等が読み取られ、それぞれ機構制御部１１を介してデータ処理部１２に入力される。

この、発明にかかる実施例１の高分解能ＣＴの処理の流れを説明する。まず、操作者によりマウスやキーボードなどの入出力部１３からスキャンの方式が選択入力されると、データ処理部１２では、選択された操作指示の入力に従いＲＲ方式によるスキャン、あるいは、ＴＲ方式によるスキャンが開始される。

なお、以下の実施例でいう「透過画像」、「検出強度」及び「投影データ」は、処理段階での名称付けであり、特許請求の範囲で記載した「透過データ」に含まれる。

＜ＲＲ方式によるスキャンを行った際の処理＞
まず、スキャンの方法として、ＲＲ方式が選択された場合の処理の流れについて説明する。一般的に、このＲＲ方式は比較的小さい被検体２１を測定する場合に用いられる方法である。操作者はまず、被検体２１を支持台６上に載置して、ｘ方向シフト機構１０を操作することで、ＦＣＤ及びＦＤＤを設定する。その後、ＸＹ移動機構７を操作して、被検体２１がスキャン領域Ａ内に入るように設定する。

図１に示す例では、説明の都合上、被検体２１はスキャン領域Ａからはみ出るように描かれている。しかし、通常は画質が低下しないように、スキャン領域Ａから被検体２１がはみ出さないように載置する。

スキャンが開始されると、データ処理部１２はＲＲスキャン部１２ａがスキャンを制御し、ＲＲ再構成部１２ｂが、Ｘ線検出器３で得られた透過画像からスキャン領域Ａの３次元画像を再構成する。

ＲＲ方式によるスキャンは、回転軸２３に対する回転動作のみで行われ、スキャン領域Ａの３次元画像が得られる。この場合の画像の再構成は非特許文献１に記載のＦｅｌｄｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．の方法で行われる。この画像再構成の方法について、図２及び図３を参照して概略を説明する。

図２に示すフローチャートは、コーンビームを利用したＲＲ方式の画像再構成処理の流れを説明する図である。また、図３に示すのは、この場合の逆投影について説明する図である。ここでは、ｘ´，ｙ´，ｚ´は被検体２１に固定した座標で回転軸２３をｚ´軸としている。ここで、Ｘ線検出器３によって得られたＸ線強度から生成される透過データは測定領域３０の回転軸方向位置ｍ、直交方向位置ｎ及び回転位置φにより、透過データＩ（ｍ，ｎ，φ）として記述される。

まず、透過データＩ（ｍ，ｎ，φ）は対数変換により、投影データＰ（ｍ，ｎ，φ）に変換される（Ｓ１１）。この対数変換については、通常ＣＴで用いられている方法であるため、説明は省略する。次に、求められた投影データＰ（ｍ，ｎ，φ）に対して、直交方向（ｎ方向）に高周波強調フィルタ掛けをする（Ｓ１２）。このフィルタは、一般的にＣＴで用いられているフィルタと同様の｜ω｜フィルタである。

高周波強調フィルタが掛けられた後、図３に示しているように、投影データを、回転軸方向位置ｍ及び直交方向位置ｎで記述される一組の面データである投影データＰ（ｍ，ｎ）として、焦点Ｆに向けて被検体２１を表す仮想３次元格子に対し３次元逆投影する（Ｓ１３）。すなわち、全ての格子点Ｇに対し、対応する測定領域３０上の点Ｇ_Pのデータを足し込む。この逆投影をφの１回転分行うと、被検体２１のスキャン領域Ａの３次元画像が得られる。

このようにしてＲＲ再構成部１２ｂにおいて再構成された被検体２１の３次元画像が、ディスプレイ等の入出力部１３において表示される。

＜ＴＲスキャン方式＞
次に、スキャンの方法として、ＴＲ方式が選択された場合の処理の流れについて説明する。操作者はまず、ＲＲスキャンのときと同様に、被検体２１を支持台６上に載置する。続いて、ｘ方向シフト機構１０を操作することで、ＦＣＤ及びＦＤＤを設定する。ＦＣＤ及びＦＤＤが設定されると、ＸＹ移動機構７の操作により、被検体２１の中央を回転軸２３に合わせる。その後、スキャン領域Ｂを設定する。スキャン領域Ｂの設定は、例えばスキャン領域Ｂの直径をｍｍ値で入力することで行われる。

スキャン領域Ｂの設定後にスキャン操作の指示がされると、ＴＲスキャン部１２ｃの操作によりスキャンが開始される。このとき、ＦＤＤによりＸ線ビーム２０の広がり角であるファン角θ₀ が変化する。この変化に対応するために、スキャンが開始される前にはＴＲスキャン部１２ｃによりファン角θ₀ に合わせてトランスレート回数Ｋが自動的に設定される。具体的にトランスレート回数Ｋは、
Ｋ・θ₀＞πとなる最小の整数Ｋ
として求められる。

その後、ＴＲスキャン部１２ｃがスキャンを制御し、スキャンが開始される。スキャンはよく知られているＴＲ方式と同様に、ｙ方向移動（トランスレート動作）と回転軸２３に対するファン角θ₀ のステップ回転とを繰り返してここですべてのｙ方向移動は任意設定したスキャン領域Ｂの直径をＸ線ビーム２０が完全に横切るように行われ、Ｋ回のｙ移動でスキャンが終了する。

次に、スキャン操作によりＸ線検出器３で得られた透過データに基づき、ＴＲ再構成部１２ｄにおいてスキャン領域Ｂの被検体２１の３次元画像が再構成される。

この画像再構成の方法について、図４及び図５を参照して概略を説明する。図４に示すフローチャートは、コーンビームを利用したＴＲ方式の画像再構成処理の流れを説明する図である。また、図５に示すのは、この場合の逆投影について説明する図である。ここでは、ｘ´，ｙ´，ｚ´は被検体に固定した座標で回転軸２３をｚ´軸としている。

Ｘ線検出器３で検出されるＸ線強度から生成される透過データはＸ線検出器３の測定領域３０の回転軸方向位置ｍ、直交方向位置ｎ、ｙ方向移動位置ｔ、ｙ方向移動回数であるトランスレート回数ｋにより、透過データＩ（ｍ，ｎ，ｔ，ｋ）として記述される。

まず、Ｘ線強度に比例した検出強度である透過データＩ（ｍ，ｎ，ｔ，ｋ）を対数変換して投影データＰ（ｍ，ｎ，ｔ，ｋ）に変換する（Ｓ２１）。その後、この投影データＰ（ｍ，ｎ，ｔ，ｋ）に対してｔ方向に高周波強調フィルタをかける（Ｓ２２）。このフィルタは一般的にＣＴで使用されている｜ω｜フィルタである。対数変換と高周波強調フィルタに関しては従来と同様の技術であるため、説明を省略する。

高周波強調フィルタがかかられると、その後、図５に示しているように、投影データを回転軸方向位置ｍ及びｙ方向移動位置ｔで記述される一組の面データである投影データＰ（ｍ，ｔ）として、焦点Ｆに向けて被検体２１を表す仮想３次元格子に対し３次元逆投影する（Ｓ２３）。このときの焦点Ｆはｙ方向移動位置ｔによって移動する（Ｆ奇跡３３）ので、回転軸２３方向から見ると逆投影方向は平行でｙ´軸に対し角ψをなす。ここで、ψは直交方向位置ｎ及びトランスレート回数ｋにより決定される角度である。また、逆投影とは、全ての格子点Ｇに対し、対応するｍｔ面３４上の点Ｇ_P のデータを足し込むことである。なお、Ｇ_P は一般にデータ点に一致しないので（近傍の４点による）補間計算を行う。この逆投影を全ての直交方向位置ｎ、トランスレート回数ｋ（ψの１８０°分）で行うと、被検体２１のスキャン領域Ｂの３次元画像が得られる。

このようにしてＴＲ再構成部１２ｄにおいて画像再構成がされた被検体２１の３次元画像は、ディスプレイ等の入出力部１３に表示される。

なお、ＦＣＤ及びＦＤＤの選び方としては、上述したＲＲ方式、ＴＲ方式ともに拡大率を上げるようにすると分解能が上がって好ましいが、スキャン領域の厚さは小さくなる。また、同一拡大率のときには、ＦＣＤをなるべく小さくしたほうがノイズの少ない画像ができるが、被検体と機構との干渉が生じる。そのため、実際は、このようなことを考慮して、被検体や検査目的に合わせて幾何設定を行う。

このような実施例１に係る本発明によれば、一台のＣＴでＴＲスキャン方式とＲＲスキャン方式を切り換えて使用することができるので、小大問わず、様々な被検体の測定が可能である。

例えばＴＲスキャン方式を選択することで、測定視野に収まらない大きな被検体の場合でも、簡易に３次元画像を得ることが可能となる。また、ＲＲスキャン方式を選択することで、測定視野に収まる小さな被検体の場合には、回転のみをすることによりスキャンを行うことができ、スキャン時間を短縮することができると共に、機構精度をあげることができ、高品質な３次元画像を得ること可能となる。

また、ＦＣＤやＦＤＤ等が可変なので、被検体に合わせて拡大率などの最適な幾何条件を設定でき、高品質な３次元画像を得ることが可能である。

さらに、２次元検出器を用いているので、透過画像も容易に得ることができる。

また、ＴＲスキャンにおいて、ＦＤＤの変化に伴うファン角θ₀ の変化を自動設定することで、自動的にトランスレート回数Ｋが決定されるので、トランスレート回数Ｋの変更を必要とせず、煩わしさ無くＦＤＤ設定をすることができる。

上述した本発明のＴＲ方式でスキャンを行った場合の画像再構成について、ψについてπを超える重複するデータを用いて再構成することも可能である。この場合には、収集データ範囲Ｋ・θ₀ の端部の重複部を用いるが、重複部が少ない場合はトランスレートを１回分追加してもよい。そして、得られた投影データＰ（ｍ，ｔ，ψ）に対して、図６に示すようなウエイトＷ（ψ）をかけて逆投影するようにする。

Ｗ（ψ）は、図６（ａ）に示すように、前端と後端の重複区間２・αで０から１に直線的に変化する傾斜部を持つウエイトである。このウエイトは、ψの前端で０から１に、後端で１から０に滑らかに移行し、かつＷ（ψ）＋Ｗ（ψ＋π）＝１となればよく、図６（ｂ）のウエイトＷ´（ψ）のように、曲線にしてもよい。このウエイト掛けにより、データ範囲の両端部のデータ継ぎ目によるアーティファクトを軽減することができ、コーンビームによるＴＲ方式でスキャンを行った場合における画像再構成を完全なものとすることができる。なお、このウエイト掛けはフィルタ掛けの前でも後でもよい。

上述したＴＲ方式の画像再構成の説明では省略されているが、通常、投影データＰ（ｍ，ｎ，ｔ，ｋ）は、逆投影前にｎ方向に束ねることで平均化しそのデータ数を減している。このように束ねることで、ψに対する逆投影数を減らすことができ、再構成を高速にすることが可能となる。

また、束ねなしで使用した場合には、ＴＲ方式のスキャンの場合には、ψの方向数が過剰ぎみになることも束ねる理由である。再構成の３次元格子ピッチの設定を粗くする場合、それに応じて回転軸方向位置ｍ、直交方向位置ｎ及びＹ方向移動位置ｔの各方向を束ねることもある。なお、束ねは対数変換の前に行ってもよい。

さらに、ＲＲ方式のスキャン及びＴＲ方式のスキャンともに、昇降位置を変えて複数回スキャンしてそれぞれ得られた３次元画像をｚ方向に繋げて広い３次元画像を得ることが可能である。この時、３次元画像を重複させて位置誤差をフィティングにより調整することもでき、また、重複部をウエイト付平均して滑らかに繋がる３次元画像を作ることもできる。

上述したＴＲ方式のスキャンは、１８０°方向の透過データから３次元画像を得るハーフスキャンであったが、３６０°のフルスキャンや、７２０°のダブルフルスキャンなどを用いてもよいことは容易に理解できる。これらのスキャンについては、特開平１１−１０８８５７号公報で公知である。この場合は、逆投影をψについて、それぞれ３６０°、７２０°行えばよい。ダブルフルスキャンの場合は、３６０°離れた面データＰ（ｍ，ｔ）同士を平均して３６０°分の面データＰ（ｍ，ｔ）とした後、逆投影しても同じことである。

また、ＲＲ方式のスキャンは、通常スキャン（３６０°回転）でなく、公知であるハーフスキャン（１８０°＋ファン角回転）、オーバースキャン（３６０°＋α回転）、ヘリカルスキャン（螺旋回転）やオフセットスキャン（中央ずらし）でもよいことは容易に理解できる。

ＴＲ方式のスキャンのみに制限して（ＴＲ専用として）使用した場合でも、測定視野に収まらない大きな範囲の３次元画像を得ることが可能である。

また、マイクロフォーカスＸ線管を用いていることを上述したが、マイクロフォーカスＸ線に限られるものではない。

さらに、上記の説明では、放射線としてＸ線を用いているが、これに限られることはなく、他の透過性放射線でもよいことは明らかである。

また、２次元のＸ線検出器としてＦＰＤを用いて上述したが、当然、ＦＰＤに限られるものではない。

変形例

ＣＴの各機構の動作は、実施例１で説明される動作と相対的に等価であれば、他の機構方式に対しても本発明を適用することができる。例えば、実施例１に記載される方法では、回転は被検体２１側を回転させることにより、行っている。しかし、被検体２１側を回転させるのではなく、Ｘ線管２とＸ線検出器３を一体として回転させても同じことである。また、ｙ方向移動も同様にＸ線管２とＸ線検出器３を一体として移動させても同様である。

図７に示すのは、本発明にかかる一変形例である高分解能ＣＴ５０の一部を説明する構成図である。この図７に示す高分解能ＣＴ５０は、Ｘ線管５１、Ｘ線検出器５２、ｘ方向シフト機構５３、ｙ方向移動機構５４、回転機構５５、フロア５６及びＸＹＺ機構５７を備えている。

Ｘ線管５１及びＸ線検出器５２は、ｘ方向シフト機構５３に対向して備えられている。また、ｘ方向シフト機構５３はｙ方向移動機構５４のｙ方向移動上に備えられている。さらに、ｙ方向移動機構５４は回転機構５５の回転上に備えられている。また、回転機構５５は図示しない支持部で、フロア５６より支持されている。なお、ｙ方向は紙面に垂直の方向である。また、フロア５６上の回転軸６０下には、ＸＹＺ機構５７が備えられている。

被検体６１は、ＸＹＺ機構５７によりフロア５６上で支持されており、Ｘ線ビーム６２に対しＸＹＺ方向の３方向に移動させることができる。その動作に関して詳細は説明しないが、図７で示す高分解能ＣＴ５０についても実施例１で説明した場合と同様にＲＲ方式またはＴＲ方式のスキャンがされて画像再構成を行い、３次元画像を得ることが可能である。

本発明にかかる一実施例のＣＴの構成図。 コーンビームを利用したＲＲ方式の画像再構成処理の流れを説明する図。 コーンビームを利用したＲＲ方式の画像再構成処理における逆投影について説明する図。 コーンビームを利用したＴＲ方式の画像再構成処理の流れを説明する図。 コーンビームを利用したＴＲ方式の画像再構成処理における逆投影について説明する図。 コーンビームを利用したＴＲ方式の画像再構成におけるウエイトを説明する図。 本発明にかかる他の実施例のＣＴの構成図。 一般的な高分解能ＣＴの簡単な構成図。

符号の説明

１…ＣＴ、２…Ｘ線管、３…Ｘ線検出器、４，５…支持フレーム、６…支持台、７…ＸＹ移動機構、８…回転・昇降機構、９…ｙ方向移動機構、１０…ｘ方向シフト機構、１１…機構制御部、１２…データ処理部、１２ａ…ＲＲスキャン部、１２ｂ…ＲＲ再構成部、１２ｃ…ＴＲスキャン部、１２ｄ…ＴＲ再構成部、１３…入出力部、１４…Ｘ線制御部、１５…高電圧発生器、２０…Ｘ線ビーム、２１…被検体、２２…撮影面、２３…回転軸、３０…測定領域、３３…Ｆ奇跡、３４…ｍｔ面、５０…ＣＴ、５１…Ｘ線管、５２…Ｘ線検出器、５３…ｘ方向シフト機構、５４…ｙ方向移動機構、５５…回転機構、５６…フロア、５７…ＸＹＺ機構、６０…回転軸、６１…被検体、６２…Ｘ線ビーム、１００…ＣＴ、１０１…Ｘ線管、１０２…Ｘ線検出器、１０３…回転テーブル、１０４…Ｘ線ビーム、１０５…被検体、１０６…測定領域

Claims (5)

1. 放射線源により発生されて被検体を透過したコーン状放射線ビームを検出する２次元分解能の放射線検出器と、
   前記被検体と前記放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、
   この回転を行うＲＲ方式でスキャンされる間に、複数位置で前記放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＲＲ再構成手段と、
   前記被検体と前記放射線ビームとに相対平行移動を与える平行移動手段と、
   前記平行移動とステップ状の前記回転を繰り返すＴＲ方式でスキャンされる間に、複数位置で前記放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＴＲ再構成手段とを有し、
   前記被検体の大きさに応じて、前記ＲＲ方式によるスキャンまたは前記ＴＲ方式によるスキャンを自由に選択して操作することが可能なことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
2. 放射線源により発生されて被検体を透過したコーン状放射線ビームを検出する２次元分解能の放射線検出器と、
   前記被検体と前記放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、
   前記被検体と前記放射線ビームとに相対平行移動を与える平行移動手段と、
   前記平行移動とステップ状の前記回転とを繰り返すＴＲスキャンの間に、複数位置で前記放射線検出器に検出されて得られた複数の透過データから、前記被検体の３次元画像を再構成するコーンビームＴＲ再構成手段と、
   を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
3. 請求項１または２に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記コーンビームＴＲ再構成手段は、
   前記２次元分解能の前記回転の軸方向位置ｍ、直行方向位置ｎ及び平行移動位置ｔで構成される前記透過データを、平行移動位置ｔ方向に高周波強調フィルタ掛けするフィルタ機能と、
   高周波強調フィルタ掛けされた後に、軸方向位置ｍ及び平行移動位置ｔで一組の面データである透過データを構成して、前記放射線ビームの焦点に向けて被検体を表す仮想３次元格子に対して３次元逆投影する逆投影機能と、
   を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記放射線ビームの焦点と前記回転軸間の距離であるＦＣＤを変更するＦＣＤ変更手段を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記放射線ビームの焦点と前記放射線検出器間の距離であるＦＤＤを変更するＦＤＤ変更手段と、
   このＦＤＤに応じて前記ステップ回転と平行移動の繰り返し回数を自動的に変更するＴＲスキャン制御手段と、
   を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
   
   
   

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