JP2009118950A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影領域のアイソセンタから離れている領域の空間分解能の良い画像が得られるＸ線ＣＴ装置を実現する。
【解決手段】焦点から発生するＸ線を撮影領域の周囲から照射して、前記撮影領域を通過したＸ線をＸ線検出器により検出することにより、前記撮影領域内の被検体の投影データを収集するスキャン手段と、この投影データの逆投影により断層像を再構成する画像再構成手段を備えたＸ線ＣＴ装置であって、前記画像再構成手段は、前記投影データに対し、前記撮影領域を通過する通過位置に因る前記Ｘ線の幅の相違に起因した補正を施す補正手段と、前記補正後の投影データを逆投影する逆投影処理手段とを含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関し、特に、焦点から発生するＸ線を利用したスキャン(scan)によって被検体の投影データ(data)を収集し、この投影データの逆投影により画像を再構成するＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、焦点から発生するＸ線を利用したスキャンによって被検体の投影データを収集し、この投影データの逆投影により画像を再構成する。Ｘ線としては、例えば、ファンビーム(fan beam)Ｘ線やコーンビーム(cone beam)Ｘ線等が用いられる。また、スキャンとしては、例えば、アキシャルスキャン(axial scan)やヘリカルスキャン(helical scan)等が行われる（例えば、特許文献１参照）。

アキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンにより、投影データは複数ビュー(view)にわたって収集される。ビューごとの投影データは、ビューデータと呼ばれる。ビューデータは、離散的な複数のデータの集まりである。

ビューデータを構成する個々の離散的データは、多チャンネル(channel)Ｘ線検出器の個々の検出チャンネルごとに得られる。検出チャンネルごとのデータは、チャンネルデータと呼ばれる。
特開２００５−０６５８３７号公報（段落番号０１１４−０１２４、図２−４）

ところで、上述のようなＸ線ＣＴ装置を用いた断層像撮影においては、例えば肺野領域の撮影など、空間分解能の向上が要求される場合がある。つまり、胸部の撮影をした場合、肺野領域など、撮影領域のアイソセンタ(isocenter)（回転中心）から離れている領域は、アイソセンタから近い領域に比べ、空間分解能が低い傾向があるという問題点があった。

そこで本発明の課題は、特に、撮影領域のアイソセンタから離れている領域の空間分解能の良い画像が得られるＸ線ＣＴ装置を実現することである。

課題を解決するための発明は、第１の観点では、焦点から発生するＸ線を撮影領域の周囲から照射して、前記撮影領域を通過したＸ線をＸ線検出器により検出することにより、前記撮影領域内の被検体の投影データを収集するスキャン手段と、この投影データの逆投影により断層像を再構成する画像再構成手段を備えたＸ線ＣＴ装置であって、前記画像再構成手段は、前記投影データに対し、前記撮影領域を通過する通過位置に因る前記Ｘ線の幅の相違に起因した補正を施す補正手段と、前記補正後の投影データを逆投影する逆投影処理手段とを含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

課題を解決するための発明は、第２の観点では、前記補正手段は、前記撮影領域に設定された再構成平面上の画素のうち、より中心から離れた画素に対し、前記画素の生成に寄与する投影データに対してより程度の大きい補正を施すことを特徴とする第１の観点に記載のＸ線ＣＴ装置である。

課題を解決するための発明は、第３の観点では、前記補正手段における補正は、投影データを逆投影する逆投影点と、前記逆投影点の逆投影に用いる投影データを収集した際の焦点の位置との直線距離に応じ、前記距離が大きい方がその程度が大きくなるような重みを用いた前記投影データへの重み付け処理であることを特徴とする第２の観点に記載のＸ線ＣＴ装置である。

課題を解決するための発明は、第４の観点では、前記重み付け処理は、前記逆投影点に用いる対向データ同士の関係にある２つの投影データに付与する重みの合計が１となるような重みを付与することを特徴とする第３の観点に記載のＸ線ＣＴ装置である。

課題を解決するための発明は、第５の観点では、前記重み付け処理手段は、前記距離が大きい方がその程度が大きくなるような重みの前記投影データへの付与を、前記距離を実質的な変数とした関数により算出することにより行うことを特徴とする第４の観点に記載のＸ線ＣＴ装置である。

課題を解決するための発明は、第６の観点では、前記補正手段は、前記補正を、全ビューの全投影データに対して行うことを特徴とする第１の観点から第５の観点のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置である。

課題を解決するための発明は、第７の観点では、前記スキャン手段は、３６０度分の投影データを収集するフルスキャンを行うことを特徴とする第１の観点から第８の観点のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置である。

本発明のＸ線ＣＴ装置によれば、投影データに対し、前記撮影領域を通過する通過位置に因る前記Ｘ線の幅の相違に起因した補正を施すことを可能とするため、特に、撮影領域のアイソセンタから離れている領域の、空間分解能の良い画像を得ることができる。

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装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

本装置は、ガントリ(gantry)１００、テーブル(table)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によって支持された被検体１０を、Ｘ線照射・検出装置１１０でスキャンして複数ビュー(view)の投影データを収集し、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から入力された投影データに基づいて画像再構成を行い、再構成画像をディスプレイ(display)３０２に表示する。画像の再構成は、オペレータ３００内のコンピュータ(computer)によって行われる。

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。それらの制御はオペレータ３００内の専用のコンピュータによって行われる。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、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の高さおよび天板上のクレードル(cradle)２０４の水平移動距離を調節することによって行われる。

クレードル２０４を停止させた状態でスキャンすることにより、アキシャルスキャン(axial scan)を行うことができる。アキシャルスキャンを所定時間にわたって継続的に行うことにより、シネスキャン(cine scan)を行うことができる。クレードル２０４を連続的に移動させながら複数回のスキャンを連続的に行うことにより、ヘリカルスキャン(helical scan)を行うことができる。

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は垂直方向および水平方向に変位する。クレードル２０４は天板２０２上で水平方向に移動して天板２０２の水平方向の変位を相殺する。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。

なお、テーブル２００は、図２に示すように、天板２０２がベース２０８に対して垂直に昇降する方式のものであってよい。天板２０２の昇降は内蔵の昇降機構によって行われる。このテーブル２００においては、昇降に伴う天板２０２の水平移動は生じない。

図３に、Ｘ線照射・検出装置１１０の構成を模式的に示す。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。以下、Ｘ線管１３０の焦点１３２を単に焦点１３２ともいう。

Ｘ線１３４は、図示しないアパーチャ(aperture)機構で成形されてコーンビーム(cone beam)またはファンビーム(fan beam)のＸ線となる。コーンビームおよびファンビームは、それぞれ、本発明における放射状ビームの一例である。

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、アイソセンタ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４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。Ｘ線入射面１５２は検出セル(cell)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(array)となっている。なお、ファンビームＸ線を用いる場合は、Ｘ線入射面１５２は検出セル１５４の１次元アレイとしてよい。

個々の検出セル１５４は、Ｘ線検出器１５０の検出チャンネル(channel)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(scintillator)とフォトダイオード(photo diode)の組合せによって構成される。以下、検出セルを検出チャンネルともいう。

図５に、本装置の動作のフロー(flow)図を示す。本装置の動作はオペレータコンソール３００による制御の下で遂行される。図５に示すように、ステップ(step)５０１でスキャン位置を設定する。スキャン位置の設定は、オペレータにより、オペレータコンソール３００を通じて行われる。これによって、被検体１０の胸部等についてスキャン位置が設定される。

ステップ５０２で、スキャンプロトコル(scan protocol)を設定する。スキャンプロトコルの設定は、オペレータにより、オペレータコンソール３００を通じて行われる。これによって、Ｘ線管の管電圧と管電流、スキャン時間、画像再構成条件等所要の撮影条件が設定される。

ステップ５０３で、スキャンを行う。スキャンは、オペレータコンソール３００による制御の下で、ガントリ１００およびテーブル２００によって行われ、所定のビュー数の投影データが、所定のスキャン位置について収集される。

ステップ５０４で、画像再構成を行う。画像再構成は、オペレータコンソール３００において行われ、所定のスキャン位置における断層像が得られる。画像再構成は、逆投影法によって行われる。逆投影法としては、例えば、フィルタード・バックプロジェクション(filtered back projection)法等が用いられる。オペレータコンソール３００は、本発明における逆投影手段の一例である。

逆投影は、後述のように、チャンネルデータのブラーの影響を小さくする手法を用いて行われる。このため、ＦＯＶ全体にわたって空間分解能の均一性が良い断層像が得られる。逆投影の詳細については、後にあらためて説明する。

ステップ５０５で、画像を表示する。画像表示はディスプレイ３０２によって行われる。表示される画像はチャンネルデータのブラーの影響が少ない画像である。このため、ディスプレイ３０２には、空間分解能の均一性が良い断層像が表示される。

図６に、チャンネルデータのブラーを模式的に示す。図６に示すように、焦点１３２と検出チャンネル１５４は、撮影領域ＦＯＶ(field of view)４００を挟んで互いに対向し、アイソセンタＯを中心として１ビュー当たり角度Δθで回転する。

これによって、Ｘ線がＦＯＶ４００を通過する領域は、斜線で示すように、アイソセンタＯの付近がくびれた鼓状の領域となり、このような領域の投影が、検出チャンネル１５４のチャンネルデータとなる。

Ｘ線通過領域の幅は、アイソセンタＯ付近においてＸ線ビームの１チャンネル当たりの幅に一致するが、アイソセンタＯから離れた部分ではそれよりも大きくなる。このようなＸ線透過領域の幅が大きくなると、空間分解能を低下させるボケ（ブラー:blur）が増加すると考えられる。

ＦＯＶ４００の直径をｘとしたとき、焦点１３２と検出チャンネル１５４が回転したときの、その両端におけるＸ線通過領域の幅は次式で与えられる。なお、式中の±の符号は、アイソセンタＯを境にして、検出チャンネル１５４側が正、焦点１３２側が負である。

ここで、

上式が示すように、Ｘ線通過領域の幅は、焦点１３２側の端のほうが、検出チャンネル１５４側の端よりも小さくなる。すなわち、ＦＯＶの周辺部において、焦点１３２により近いＸ線通過領域の投影データのほうがボケ（ブラー）が小さく、空間分解能の観点から逆投影に用いる投影データとして好ましいということができる。

図７に、逆投影の要領を模式的に示す。図７は、焦点１３２₁からのＸ線によって得られたチャンネルデータと、焦点１３２₂からのＸ線によって得られたチャンネルデータを、逆投影領域５００における逆投影点Ａに逆投影する様子を示す。逆投影点Ａは、焦点１３２₁と焦点１３２₂を結ぶ逆投影線上にある。以下、チャンネルデータを単にデータともいう。

逆投影に用いられる２つのデータは、対向データ同士の関係にある２つのデータである。対向データとは、同一のＸ線経路を互いに互いに逆方向に通過する２つのＸ線によってそれぞれ得られるデータである。

そのようなデータは、１スキャン分の投影データが配列されたビュー・チャンネル平面において、座標（β，γ）と（β＋π＋２γ，−γ）に存在する。なお、βはビュー角度であり、γは焦点とアイソセンタを結ぶ直線を基準とするチャンネル角度である。

焦点１３２₁はビュー角度βの位置にあり、そこから発生するＸ線がチャンネル角度γのチャンネルに入射する。これによって、データＤ（β，γ）が得られる。焦点１３２₂はビュー角度β＋π＋２γの位置にあり、そこから発生するＸ線がチャンネル角度−γのチャンネルに入射する。これによって、データＤ（β＋π＋２γ，−γ）が得られる。

データＤ（β，γ）とデータＤ（β＋π＋２γ，−γ）は、対向データ対となる。データＤ（β，γ）は、逆投影点Ａがより焦点１３２₁側でよりブラーが小さくなる。データＤ（β＋π＋２γ，−γ）は、逆投影点Ａがより焦点１３２₂側でブラーが小さくなる。

逆投影点Ａには、データＤ（β，γ）とデータＤ（β＋π＋２γ，−γ）が、それぞれ重み付けされて逆投影される。重み付けは、焦点１３２₁から逆投影点Ａまでの距離Ｓ１と、焦点１３２₂から逆投影点Ａまでの距離Ｓ２に基づいて行われる。

データＤ（β，γ）には、
重み係数

が乗じられる。
データＤ（β＋π＋２γ，−γ）には、
重み係数

が乗じられる。
ここで、

である。
ただし、Ｘ，Ｙは逆投影点Ａの２次元座標であり、Ｘ１，Ｙ１およびＸ２，Ｙ２は、それぞれ、焦点１３２₁および焦点１３２₂の２次元座標である。

このように重み付けすることにより、逆投影される２つのデータの重みは、逆投影線上での逆投影点Ａの位置に応じて変化する。両データの重みは逆投影線の中点において均等であるが、焦点１３２₁に近づくほどデータＤ（β，γ）の重みが増してデータＤ（β＋π＋２γ，−γ）の重みが減じ、焦点１３２₂に近づくほどデータＤ（β＋π＋２γ，−γ）の重みが増してデータＤ（β，γ）の重みが減じる。

焦点１３２₁側で重みが増すデータＤ（β，γ）は、焦点１３２₁側でブラーが小さいデータである。また、焦点１３２₂側で重みが増すデータＤ（β＋π＋２γ，−γ）は、焦点１３２₂側でブラーが小さいデータである。

これによって、逆投影線上の全ての逆投影点Ａにおいて、ブラーが小さいデータの重みを大きくした逆投影が行われる。このため、逆投影線上の全ての逆投影点Ａにおいてブラーの小さい画素値が得られる。

そして、３６０°フルスキャン分の全てのビューデータについて、この要領で対向データの重み付け逆投影が行われることにより、再構成平面５００の全ての逆投影点について、ブラーの小さい画素値が得られる。このため、再構成画像は、周辺部の空間分解能が改善し、全体として空間分解能の均一性の良いものとなる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
上記では、対向データ同士で重み付けを行ったが、再構成平面上でより周辺側の画素に寄与する投影データの、焦点に近い投影データの使用される比率が多くなり、かつ最終的な画像が整合するような他のデータ同士の重み付けを行ってもよい。

また、スキャンは、３６０°のフルスキャンに限らず、１８０°＋ファン角度分のハーフスキャンでもよい。
さらに、重み係数は、上述のような線形関数に限らず、非線形関数等他の関数であってもよい。また、関数を用いるのではなく、再構成平面の内側から外側に段階的又は連続的に変化する所定の数値を重み係数としてもよい。

また、再構成平面全てについて投影データの重み付けを行うのではなく、例えば空間分解能の向上が要求される周辺部領域のみを選択的に重み付け逆投影してもよい。

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。 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。 発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフロー図である。 チャンネルデータのブラーを模式的に示す図である。 逆投影の要領を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ ： 被検体
１００ ： ガントリ
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
２００ ： テーブル
２０２ ： 天板
２０４ ： クレードル
２０６ ： 支柱
２０８ ： ベース
３００ ： オペレータコンソール
３０２ ： ディスプレイ

Claims (7)

1. 焦点から発生するＸ線を撮影領域の周囲から照射して、前記撮影領域を通過したＸ線をＸ線検出器により検出することにより、前記撮影領域内の被検体の投影データを収集するスキャン手段と、この投影データの逆投影により断層像を再構成する画像再構成手段を備えたＸ線ＣＴ装置であって、
   前記画像再構成手段は、
   前記投影データに対し、前記撮影領域を通過する通過位置に因る前記Ｘ線の幅の相違に起因した補正を施す補正手段と、
   前記補正後の投影データを逆投影する逆投影処理手段と
   を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 前記補正手段は、前記撮影領域に設定された再構成平面上の画素のうち、より中心から離れた画素に対し、前記画素の生成に寄与する投影データに対してより程度の大きい補正を施すことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記補正手段における補正は、投影データを逆投影する逆投影点と、前記逆投影点の逆投影に用いる投影データを収集した際の焦点の位置との直線距離に応じ、前記距離が大きい方がその程度が大きくなるような重みを用いた前記投影データへの重み付け処理であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記重み付け処理は、前記逆投影点に用いる対向データ同士の関係にある２つの投影データに付与する重みの合計が１となるような重みを付与することを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記重み付け処理手段は、前記距離が大きい方がその程度が大きくなるような重みの前記投影データへの付与を、前記距離を実質的な変数とした関数により算出することにより行うことを特徴とする請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記補正手段は、前記補正を、全ビューの全投影データに対して行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記スキャン手段は、３６０度分の投影データを収集するフルスキャンを行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

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