JP2006305300A - 信号処理方法および装置並びにｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線検出信号の空間分解能を高める信号処理方法および装置、並びに、そのような信号処理装置を備えたＸ線受光面Ｘ線ＣＴ装置を実現する。
【解決手段】 Ｘ線検出信号のフーリエ変換を求め（３１２）、Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求め（３１４）、Ｘ線検出信号のフーリエ変換と感度分布のフーリエ変換の商を求め（３１６）、商の逆フーリエ変換を求める（３１８）。検出セルは多チャンネルＸ線検出器の個々のチャンネルである。多チャンネルＸ線検出器は検出セルの２次元アレイを有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、信号処理方法および装置並びにＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、特に、Ｘ線検出信号を処理する方法および装置、並びに、そのような信号処理装置を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置では、多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）Ｘ線検出器を通じて収集したＸ線検出信号に基づいて被検体の断層像が再構成される。多チャンネルＸ線検出器としては検出セル（ｃｅｌｌ）の２次元アレイ（ａｒｒａｙ）を持つものが使用される。個々の検出セルはシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３４９９４９号公報（第４−５頁、図１−３）

再構成画像の空間分解能を良くするためには、多チャンネルＸ線検出器の検出セルを微素子化し、Ｘ線検出信号の空間分解能を高めることが求められるが、微素子化に伴う検出セルのＸ線受光面積の減少により、検出感度が低下するので微素子化にも限度がある。このため、空間分解能の高い再構成画像を得ることは容易でない。

そこで、本発明の課題は、Ｘ線検出信号の空間分解能を高める信号処理方法および装置、並びに、そのような信号処理装置を備えたＸ線受光面Ｘ線ＣＴ装置を実現することである。

上記の課題を解決するためのひとつの観点での本発明は、Ｘ線受光面を有する検出セルのＸ線検出信号を処理する方法であって、Ｘ線検出信号のフーリエ変換を求め、Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求め、前記Ｘ線検出信号のフーリエ変換と前記感度分布のフーリエ変換の商を求め、前記商の逆フーリエ変換を求める、ことを特徴とする信号処理方法である。

上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、Ｘ線受光面を有する検出セルのＸ線検出信号を処理する信号処理装置であって、Ｘ線検出信号のフーリエ変換を求める第１のフーリエ変換手段と、Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求める第２のフーリエ変換手段と、前記Ｘ線検出信号のフーリエ変換と前記感度分布のフーリエ変換の商を求める商計算手段と、前記商の逆フーリエ変換を求める逆フーリエ変換手段と、を具備することを特徴とする信号処理装置である。

前記検出セルが多チャンネルＸ線検出器の個々のチャンネルであることが、多チャンネルＸ線検出器のＸ線検出信号の空間分解能を良くする点で好ましい。
上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、被検体を挟んで互いに対向する状態でＸ線源と多チャンネルＸ線検出器を回転させてＸ線検出信号を収集する信号収集手段と、収集されたＸ線検出信号を前処理する処理手段と、前処理された信号に基づいて被検体の断層像を再構成する再構成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、前記処理手段は、前記多チャンネルＸ線検出器における個々のチャンネルを構成する検出セルのＸ線検出信号のフーリエ変換を求める第１のフーリエ変換手段と、Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求める第２のフーリエ変換手段と、前記Ｘ線検出信号のフーリエ変換と前記感度分布のフーリエ変換の商を求める商計算手段と、前記商の逆フーリエ変換を求める逆フーリエ変換手段と、を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

前記多チャンネルＸ線検出器が前記検出セルの２次元アレイを有することが、空間分解能の良いＸ線検出信号の２次元分布を得る点で好ましい。

本発明によれば、検出セルのＸ線検出信号のフーリエ変換を求め、Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求め、Ｘ線検出信号のフーリエ変換と感度分布のフーリエ変換の商を求め、商の逆フーリエ変換を求めるので、空間分解能の良いＸ線検出信号を得る信号処理方法および装置、並びに、そのような信号処理装置を備えたＸ線受光面Ｘ線ＣＴ装置を実現するこができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置の模式的構成を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例、および、信号処理装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。また、本装置の動作によって、信号処理方法に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

同図に示すように、本装置は、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）１００、テーブル２００およびオペレータコンソール（ｏｐｅｒａｔｏｒ ｃｏｎｓｏｌｅ）３００を有する。ガントリ１００は、テーブル２００によって搬入される被検体１０を、Ｘ線照射・検出装置１１０でスキャン（ｓｃａｎ）してＸ線検出信号を収集し、オペレータコンソール３００に入力する。オペレータコンソール３００は、ガントリ１００から入力されたＸ線検出信号に基づいて画像再構成を行い、再構成した画像をディスプレイ（ｄｉｓｐｌａｙ）３０２に表示する。

ガントリ１００は、本発明における信号収集手段の一例である。オペレータコンソール３００は、本発明における再構成手段の一例である。オペレータコンソール３００は、画像再構成に先立って、Ｘ線検出信号について空間分解能を高めるための前処理を行う。Ｘ線検出信号の前処理については後にあらためて説明する。

オペレータコンソール３００は、また、ガントリ１００とテーブル２００の動作を制御する。オペレータコンソール３００による制御の下で、ガントリ１００は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル２００は所定の部位がスキャンされるように、撮影空間における被検体１０の位置決めを行う。位置決めは、内蔵する位置調節機構により、天板２０２の高さおよびその上のクレードル（ｃｒａｄｌｅ）２０４の水平移動距離を調節することによって行われる。

天板２０２の高さ調節は、支柱２０６をベース（ｂａｓｅ）２０８への取付部を中心としてスイング（ｓｗｉｎｇ）させることによって行われる。支柱２０６のスイングによって、天板２０２は上下方向および水平方向に変位する。クレードル２０４は天板２０２上で水平方向に変位する。スキャン条件によっては、ガントリ１００をチルト（ｔｉｌｔ）させた状態でスキャンが行われる。ガントリ１００のチルトは、内蔵のチルト機構によって行われる。

図２に、Ｘ線照射・検出装置１１０の構成を模式的に示す。同図に示すように、Ｘ線照射・検出装置１１０は、Ｘ線管１３０の焦点１３２から放射されたＸ線１３４をＸ線検出器１５０で検出するようになっている。Ｘ線管１３０は、本発明におけるＸ線源の一例である。Ｘ線検出器１５０は、本発明における多チャンネルＸ線検出器の一例である。

Ｘ線１３４は、図示しないコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）で成形されてコーンビーム（ｃｏｎｅ ｂｅａｍ）Ｘ線となっている。Ｘ線検出器１５０は、コーンビームＸ線の広がりに対応して２次元的に広がるＸ線入射面１５２を有する。Ｘ線入射面１５２は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点１３２を通る。

Ｘ線照射・検出装置１１０は、撮影中心すなわちアイソセンタ（ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）Ｏを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、Ｘ線検出器１５０が形成する部分円筒の中心軸に平行である。

回転の中心軸の方向をｚ方向とし、アイソセンタＯと焦点１３２を結ぶ方向をｙ方向とし、ｚ方向およびｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。これらｘ，ｙ，ｚ軸はｚ軸を中心軸とする回転座標系の３軸となる。

図３に、Ｘ線検出器１５０のＸ線入射面１５２の平面図を模式的に示す。同図に示すように、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４がｘ方向とｚ方向に２次元的に配置されたものとなっている。すなわち、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の２次元アレイとなっている。

個々の検出セル１５４はＸ線検出器１５０の検出チャンネルを構成する。これによって、Ｘ線検出器１５０は多チャンネルＸ線検出器となる。検出セル１５４は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成される。

このようなＸ線検出器１５０のＸ線検出信号は、Ｘ線入射面１５２における検出セル１５４の配列に対応したサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）信号となる。これらサンプリング信号をｐ₁，ｐ₂，…，ｐ_nとすると、各検出信号は次式で与えられる。

ここで、ｐ（η）は入射したＸ線の強度であり、η方向に連続する信号である。すなわちｐ（η）はη方向における連続的なＸ線強度分布である。ａ（η）はη方向における検出セル１５４の感度分布である。なお、η方向は、ｘ方向またはｚ方向である。Ｘ線強度分布ｐ（η）および感度分布ａ（η）の概念を図４に示す。

すべての検出セルが同一の感度分布を持つ場合、感度分布ａ₁（η），…，ａ_n（η）は次式で表すことができる。ここで、ＴηはＸ線強度分布のサンプリングピッチ（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｉｔｃｈ）である。

（２）式の関係を（１）式に代入すると、検出信号ｐ_nは次式で与えられる。

一方、Ｘ線強度分布ｐ（η）と感度分布ａ（η）のコンボリューション（ｃｏｎｖｏｌｕｕｔｉｏｎ）は次式で与えられる。

したがって、η＝ｎＴηでは、

となる。
ａ（η）が偶数関数であることにより、

と表すことができる。（３）式と（６）式は右辺同士が同一であるから、

となる。
（７）式から、個々の検出セル１５４の検出信号ｐ_nは、Ｘ線入射面１５２におけるＸ線強度分布ｐ（η）と検出セル１５４の感度分布ａ（η）のコンボリューションで与えられることがわかる。したがって、感度分布ａ（η）がわかれば、デコンボリューション（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）によってＸ線強度分布ｐ（η）を求めることができる。

感度分布ａ（η）は、測定によって求めることができる。測定の要領を図５に示す。同図に示すように、Ｘ線１３４を、鉛板１６０に設けた孔１６４を通して検出セル１５４に入射させる。

鉛板１６０の厚みはＸ線を完全に吸収できる程度とする。孔６２４の大きさΔηは、検出セル１５４のＸ線入射面のη方向の大きさに比べて十分小さくする。このような鉛板１６０を、η方向に沿って検出セル１５４Ｘ線入射面の端から端まで移動させながら、各位置でＸ線検出信号を測定することにより、感度分布ａ（η）を得ることができる。

感度分布ａ（η）を用いて、Ｘ線強度分布ｐ（η）は次のようにして求められる。先ず、検出信号ｐ₁，ｐ₂，…，ｐ_nについて、それぞれのフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換を求める。これによって、次式のようなフーリエ変換結果が、個々の検出セル１５４ごとに得られる。

次に、感度分布ａ（η）のフーリエ変換が求められる。これによって、次式のような感度分布ａ（η）のフーリエ変換結果が得られる。

次に、Ｐ（Ｋ）をＡ（Ｋ）で除算し、その商の逆フーリエ変換を求める。これによって、次式のように、Ｘ線強度分布ｐ（η）が得られる。

Ｘ線強度分布ｐ（η）は、η方向において連続する信号であり、η方向における空間分解能が高いものである。すなわち、上記の演算により空間分解能の高いＸ線検出信号を得ることができる。ｘ方向をη方向としたときは、ｘ方向において空間分解能の高いＸ線検出信号を得ることができる。ｚ方向をη方向としたときは、ｚ方向において空間分解能の高いＸ線検出信号を得ることができる。ｘ，ｚ両方向をη方向としたときは、ｘ，ｚ両方向において空間分解能の高いＸ線検出信号を得ることができる。

このような処理が、オペレータコンソール３００により、前処理として行われる。前処理を行う観点でのオペレータコンソール３００の機能ブロック図を図６に示す。同図に示すオペレータコンソール３００は、本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、信号処理装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。同図に示すオペレータコンソール３００は、また、本発明における処理手段の一例である。

同図に示すように、オペレータコンソール３００は、フーリエ変換部３１２で検出信号ｐ₁，…，ｐ_nをそれぞれフーリエ変換してＰ（Ｋ）をもとめ、フーリエ変換部３１４で感度分布ａ（η）をフーリエ変換してＡ（Ｋ）をもとめ、除算部３１６でＰ（Ｋ）をＡ（Ｋ）で除算し、その商を逆フーリエ変換部３１８で逆フーリエ変換する。

フーリエ変換部３１２は、本発明における第１のフーリエ変換手段の一例である。フーリエ変換部３１４は、本発明における第２のフーリエ変換手段の一例である。除算部３１６は、本発明における商計算手段の一例である。逆フーリエ変換部３１８は、本発明における逆フーリエ変換手段の一例である。

オペレータコンソール３００は、このようにして得られた空間分解能の高いＸ線検出信号に基づいて画像再構成を行う。これによって、空間分解能の高い断層像を得ることができる。

また、このようなＸ線検出信号に基づいて被検体の透視像すなわちスカウト（ｓｃｏｕｔ）像を形成するときは、空間分解能の高いスカウト像を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。 Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。 Ｘ線検出器のＸ線入射面の構成を示す図である。 Ｘ線強度分布ｐ（η）および感度分布ａ（η）の概念を示す図である。 感度分布測定の要領を示す図である。 オペレータコンソールの機能を示すブロック図である。

符号の説明

１００ ガントリ
２００ テーブル
３００ オペレータコンソール
１１０ Ｘ線照射・検出装置
１３０ Ｘ線管
１３２ 焦点
１３４ Ｘ線
１５０ Ｘ線検出器
１５２ Ｘ線入射面
１５４ 検出セル
３１２，３１４ フーリエ変換部
３１６ 除算部
３１８ 逆フーリエ変換部

Claims (8)

1. Ｘ線受光面を有する検出セルのＸ線検出信号を処理する方法であって、
   Ｘ線検出信号のフーリエ変換を求め、
   Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求め、
   前記Ｘ線検出信号のフーリエ変換と前記感度分布のフーリエ変換の商を求め、
   前記商の逆フーリエ変換を求める、
   ことを特徴とする信号処理方法。
2. 前記検出セルが多チャンネルＸ線検出器の個々のチャンネルである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
3. 前記多チャンネルＸ線検出器が前記検出セルの２次元アレイを有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理方法。
4. Ｘ線受光面を有する検出セルのＸ線検出信号を処理する信号処理装置であって、
   Ｘ線検出信号のフーリエ変換を求める第１のフーリエ変換手段と、
   Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求める第２のフーリエ変換手段と、
   前記Ｘ線検出信号のフーリエ変換と前記感度分布のフーリエ変換の商を求める商計算手段と、
   前記商の逆フーリエ変換を求める逆フーリエ変換手段と、
   を具備することを特徴とする信号処理装置。
5. 前記検出セルが多チャンネルＸ線検出器の個々のチャンネルである、
   ことを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
6. 前記多チャンネルＸ線検出器が前記検出セルの２次元アレイを有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
7. 被検体を挟んで互いに対向する状態でＸ線源と多チャンネルＸ線検出器を回転させてＸ線検出信号を収集する信号収集手段と、収集されたＸ線検出信号を前処理する処理手段と、前処理された信号に基づいて被検体の断層像を再構成する再構成手段とを有するＸ線ＣＴ装置であって、
   前記処理手段は、
   前記多チャンネルＸ線検出器における個々のチャンネルを構成する検出セルのＸ線検出信号のフーリエ変換を求める第１のフーリエ変換手段と、
   Ｘ線受光面における検出セルの感度分布のフーリエ変換を求める第２のフーリエ変換手段と、
   前記Ｘ線検出信号のフーリエ変換と前記感度分布のフーリエ変換の商を求める商計算手段と、
   前記商の逆フーリエ変換を求める逆フーリエ変換手段と、
   を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
8. 前記多チャンネルＸ線検出器が前記検出セルの２次元アレイを有する、
   ことを特徴とする請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置。

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