JP2011505185A - 歯科放射線医学装置とそれに付随する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線ビームを物体に向けて発生させることができるとともにコリメーション手段が取り付けられていて、発生するビームをそのコリメーション手段によってコリメートできるＸ線発生装置（１８）と、このＸ線発生装置と向かい合って配置された活性面（２０ａ）を有するＸ線センサーとを備えるコーン・ビーム断層撮影タイプの歯科放射線医学装置に関するものであり、Ｘ線発生装置とセンサーは回転軸（３０）のまわりを同時に回転移動することができ、センサー（２０）の方向は、Ｘ線発生装置からこのセンサーまで延びていて回転軸（３０）を通る長軸（３４）がこのセンサーの活性面に垂直になるようにされていて、このセンサーの中心は、このセンサーの活性面への長軸（３４）の射影に対して横方向にずれていて、コリメーション手段とこのようにずらされたセンサーの配置は、コリメートされたビームがセンサーの活性面を照射するとき、その活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べてコリメートされたビームをわずかしか照射されないようにされている。

Description

本発明は、歯科放射線医学装置とそれに付随する方法に関する。

歯科放射線医学の分野では、アーチ形をした構造体のアームにＸ線発生装置とＸ線センサーがそれぞれ取り付けられた放射線医学装置が知られている。

患者の顎のＸ線撮影を行ないたいときには、患者はアーチの下に座った状態になり、頭を、Ｘ線発生装置と頭の近くにあるセンサーの間に位置させる。Ｘ線は、線源から頭に向かって円錐の形状で放射される。センサーは、患者の頭に照射されたＸ線を受け取って電気信号に変換し、照射された頭の画像信号を出力する。

アーチは鉛直回転軸のまわりを３６０°回転し、異なる角度で見た患者の頭に関する複数の画像信号を取得することができる。

例えば、アーチがある角度回転するごとに１つの画像信号またはネガを取得することができる。

現在までのところ、ある物体（例えば半歯列弓）を三次元的に調べたいときには、センサーとＸ線発生装置を搭載したアーチがその物体のまわりを３６０°回転する。

Ｘ線撮影によって再構成される立体の幅を大きくしたいのであれば、センサーの幅をそれに合わせて大きくせねばならない。

ところでセンサーのサイズを大きくするとコストが増大する。

例えばサイズが５ｃｍ×６ｃｍの平坦なセンサーをもとにして再構成できる立体は、物体の平面に投影すると約３．２ｃｍ×４ｃｍである。再構成される立体のサイズには、Ｘ線ビームが円錐形であることと、Ｘ線が出る点（電子ビームが焦点を結ぶ発生装置の線源またはアノードの点）と物体とセンサーそれぞれの間の距離が考慮されている。

再構成されるこのような立体は、半歯列弓に対応するサイズの画像を再構成するには不十分である。

したがって所定のサイズのセンサーをもとにして再構成される画像のサイズを大きくできると興味深かろう。

そこで本発明は、
− Ｘ線ビームを物体に向けて発生させることができるとともにコリメーション手段が取り付けられていて、発生するビームをそのコリメーション手段によってコリメートできるＸ線発生装置と、
− このＸ線発生装置と向かい合って配置された活性面を有するＸ線センサーとを備えていて、Ｘ線発生装置とセンサーが回転軸のまわりを同時に回転移動することができるコーン・ビーム断層撮影タイプの歯科放射線医学装置において、
センサーの方向が、Ｘ線発生装置からこのセンサーまで延びていて回転軸を通る長軸がこのセンサーの活性面に垂直になるようにされていて、このセンサーの中心が、このセンサーの活性面への長軸の射影に対して横方向にずれていて、コリメーション手段とこのようにずらされたセンサーの配置が、コリメートされたビームがセンサーの活性面を照射するとき、その活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べてコリメートされたビームをわずかしか照射されないようにされていることを特徴とする装置を目的とする。

センサーのずれは、再構成される物体の体積を大きくできるようにする上で重要な意味を持つはずだが、（興味の対象である物体とは無関係な）画像の無駄な部分が得られたり、物体のうちで興味の対象である諸領域が隠れたりするほど大きくずれてはならない。

そこでセンサーとＸ線発生装置のそれぞれの角度位置においてこれらの要素は協働し、物体の横方向にずれた１つの部分の１つの画像を取得する。それに対して従来技術では、捕獲される画像は物体の中心である。

この配置のおかげで、物体のまわりを移動しながら最終的に物体の（センサーをＸ線発生装置にこれら要素の回転軸を通って結ぶ長軸に垂直であると考えられる）横方向の非常に広い範囲が、Ｘ線発生装置とセンサーのセットによって捕獲される。

したがってこうすることにより、同じセンサーのままで、物体に関して以前よりもより大きな立体を再構成することができる。

さらに、Ｘ線発生装置は、所定の角度位置において、物体のうちでずれたセンサーと揃った位置にある部分しか照射しないことに注意されたい。

ところでＸ線発生装置とセンサーのセットは回転するため、Ｘ線発生装置から発生する円錐形状のＸ線は、順番に回転していく間に、物体の中央領域を常に掃引するのではなく、異なる領域または部分を掃引する。

したがって物体の同一領域は、従来技術において円錐形状のＸ線によって掃引される中央領域が受け取る線量よりも少ない線量を受け取る。

しかしＸ線発生装置の絞りまたはコリメータも対応してずれているため、発生したＸ線ビームは、ずれたセンサーの表面の少なくとも一部の上で物体の興味の対象となる領域を照射することに注意されたい。したがってコリメートされたビームもずれていて、例えばセンサー上に中心がある。

このようにビームの中心軸はＸ線発生装置をセンサーの中心と結び付けているため、Ｘ線発生装置をセンサーに垂直に結び付けていて回転軸を通る長軸に対してもずれている。

それに加え、物体に向かうＸ線は、従来よりも効率的に利用される。

さらに、ビームは、ずれたセンサーの活性面の周辺領域が、活性面の大部分を構成する中心部と比べてこのビームをほとんど照射されないようにコリメートされる。

ほとんど照射されないこの領域または周辺部があることで、最大強度のＸ線ビームがセンサーの活性面の大部分を照射することを保証できる。この部分を外れると、すなわち周辺領域では、ビームの強度は著しく低下する。したがって照射されない周辺領域は、Ｘ線に対する安全機能（Ｘ線保護）を保証する。

実際には、Ｘ線保護機能が確実に実行されるようにするため、周辺領域が受け取るＸ線の平均強度は、センサーの残部が受け取るＸ線の平均強度の２５〜３５％である。

このようにコリメートされたビームは、コリメーション手段の調節によって得られることに注意されたい。コリメーション手段は、例えば１つまたは複数のコリメーション用スリットの外観にすることができる。

周辺領域の最小幅は、センサーの縁部において、活性面の中央部で受け取る最大強度と比べて十分に小さな強度を受け取ることのできる幅である。

１つの特徴によれば、センサーとＸ線発生装置は、回転軸が貫通する回転面内を回転移動できる。

１つの特徴によれば、センサーの中心は、そのセンサーの活性面への長軸の射影に対し、回転面内で測定して、最大で、そのセンサーの幅の半分と、活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べてコリメートされたビームをわずかしか照射されないようにするのに十分な幅との差に等しい距離だけ横方向にずれた位置にある。センサーの幅は、長軸に垂直な回転面内で測定したサイズである。

この最大のずれにより、ずれに関して、その中でも特に再構成される立体と照射される領域に関して最大効率が得られる。

１つの特徴によれば、ほとんど照射されない周辺領域を考慮し、センサーの中心は、そのセンサーの幅の１／４と、そのセンサーの幅の半分よりもわずかに小さい上記最大距離との間の距離だけずれている。

周辺領域の幅は、さまざまな要素（センサー、コリメーション手段、Ｘ線発生装置、ビームの精度）の正確な設置と位置を考慮した上でこの安全機能を保証するのに適している。

この幅は、例えばセンサーの活性面の照射部とセンサーの縁部の間の複数個の画素に相当する。

１つの特徴によれば、コリメーション手段とセンサーの配置は、そのセンサーの活性面を照射するコリメートされたビームが、活性面への長軸の射影に最も近い位置にある縁部によって規定されるようにされていて、その縁部は、Ｘ線発生装置とそのセンサーが回転するときにカバー領域を最小にできる最小距離の位置にある。

このようにすると、Ｘ線発生装置とセンサーが回転するとき、照射される物体においてカバーされる体積を最小にして、物体に関するアーチファクトのない立体表示を再構成することができる。

実際には、対象となる最小距離は２画素程度である。これらの画素は、画素マトリックスのうちでセンサーの活性面を形成する画素である。

この距離は、一般に、センサーのうちで照射されない周辺領域の幅よりも小さい。

１つの特徴によれば、Ｘ線発生装置のアノードの傾きをセンサーのずれた位置の関数で変化させることにより、このようにずらされたセンサーの活性面を照射するＸ線のプロファイルがより一様になるようにされている。

１つの特徴によれば、Ｘ線発生装置のアノードの傾きと長軸がなす角度は、センサーをずらす方向に向かって開いている。

このようにするとＸ線発生装置から発生してずれたセンサーを照射するＸ線の強度は増大し、センサーに到達するこのＸ線のプロファイルはより一様になる。

実際には、上記の角度の値は大きくなる。

１つの特徴によれば、回転面は水平である。

１つの特徴によれば、回転軸は鉛直方向を向いている。

本発明は、回転軸のまわりを同時に回転移動できるＸ線発生装置とＸ線センサーを用い、Ｘ線を照射された物体の立体表示を平坦な歯科Ｘ線撮影画像から再構成するため、以下のステップ：
− Ｘ線発生装置から物体に向けてＸ線ビームを発生させ、そのビームをコリメーション手段によってコリメートするステップと、
− 物体を照射したコリメートされたＸ線ビームをセンサーが受け取るステップを含む方法において、
Ｘ線ビームをコリメートし、Ｘ線発生装置からセンサーまで延びていて回転軸を通る長軸をこのセンサーの活性面に投影した射影に対して中心を横方向にずらしたセンサーの活性面に照射することにより、このようにずらされたセンサーの活性面の周辺領域が、その活性面の残部と比べてコリメートされたビームをわずかしか照射されないようにすることを特徴とする方法も目的とする。

平坦なＸ線撮影画像とは、三次元の物体を平面に投影したＸ線撮影画像を意味する。

この方法は、上に簡単に説明した装置と同じ利点を持つため、その利点をここで繰り返すことはしない。

１つの特徴によれば、センサーとＸ線発生装置は、回転軸が貫通する回転面内を回転移動できる。

１つの特徴によれば、センサーの中心は、そのセンサーの活性面への長軸の射影に対し、回転面内で測定して、最大で、そのセンサーの幅の半分と、活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べてコリメートされたビームをわずかしか照射されないようにするのに十分な幅との差に等しい距離だけ横方向にずれた位置にある。センサーの幅は、長軸に垂直な回転面内で測定したサイズである。

１つの特徴によれば、センサーの中心は、そのセンサーの幅の１／４と最大距離の間の距離だけずれている。

１つの特徴によれば、コリメーション手段とセンサーの配置は、そのセンサーの活性面を照射するコリメートされたビームが、活性面への長軸の射影に最も近い位置にある縁部によって規定されるようにされていて、その縁部は、Ｘ線発生装置とそのセンサーが回転するときにカバー領域を最小にできる最小距離の位置にある。

１つの特徴によれば、Ｘ線発生装置のアノードの傾きをセンサーのずれた位置の関数で変化させることにより、このようにずらされたセンサーの活性面を照射するＸ線のプロファイルがより一様になるようにされている。

１つの特徴によれば、Ｘ線発生装置のアノードの傾きと長軸がなす角度は、センサーをずらす方向に向かって開いている。

１つの特徴によれば、この方法は、センサーとＸ線発生装置を同時に回転軸のまわりに回転移動させて一連の角度位置に順番に位置させるステップを含むとともに、その一連の角度位置のそれぞれについて、その角度位置で照射された物体の平坦なＸ線撮影画像を表わす信号がセンサーから供給されるステップを含んでいて、一連の角度位置の全体についてそのセンサーから供給されるその信号の全体が、物体の立体表示を再構成するのに必要なデータをすべて含んでいる。

１つの特徴によれば、センサーとＸ線発生装置の移動では１回転させる。このようにすると、三次元である物体、またはその物体の興味の対象である領域の全体を再構成するのに十分なデータを得ることができる。

１つの特徴によれば、この方法は、一連の角度位置の全体に関してセンサーから供給される信号を処理し、物体の立体表示を再構成するステップを含んでいる。

１つの特徴によれば、上記処理は、信号に付随する雑音をその信号の中に存在する有用な情報から識別できるフィルタリング・ステップを含んでいる。

１つの特徴によれば、フィルタリングは、信号の中に存在する異なる周波数帯を独立に分解するステップを含んでいる。

１つの特徴によれば、上記処理は、ピラミッド型の分解を行なうマルチチャネルのフィルタリング・ステップを含んでいる。

１つの特徴によれば、上記処理は、異なる信号に由来していて回転中にＸ線ビームを順番に照射された物体の各部から来るデータに重みを付けるステップを含んでいて、その重み付けの調節は、順番に回転していくときにビームが常に照射されているカバー領域と呼ぶ物体の領域の中にその物体の照射された部分が存在するかしないかに応じて行なわれる。

したがってコーン・ビームＸ線が順番に掃引する領域に対するデータの位置に応じ、そのデータに異なる重み付け係数が与えられる。

この重み付けには、上に説明したセンサーの横方向のずれが考慮されている。

他の特徴と利点は、添付の図面を参照して行なう単なる例示として与えた以下の説明を通じて明らかになろう。

本発明による歯科放射線医学装置を斜めから見た全体概略図である。 従来技術によるセンサーとＸ線発生装置の配置を上から見た概略図である。 本発明によるセンサーとＸ線発生装置の配置を２つの角度位置について上から見た概略図である。 本発明によるセンサーとＸ線発生装置の配置を２つの角度位置について上から見た概略図である。 中心からずらして配置したセンサーのアノードの傾きの変更を示す。 Ｘ線ビームの強度を長軸３４に対する傾きの関数として示した概略図である。 図３ａの一部を拡大した概略図であり、カバー領域を示している。 カバー領域を最小にするためセンサーがずれた位置にある概略図である。 センサーから供給されるデータを処理する操作の概略図である。

図１に図示し、全体を参照番号１０で示してあるように、本発明による歯科放射線医学装置は、（ＣＢＣＴという略号で知られる）コーン・ビーム断層撮影タイプの装置である。この装置により、物体の立体画像を取得することができる。この装置は、固定されたフレーム１２として例えば鉛直な支柱を備えており、その支柱に回転するＸ線撮影ユニットが取り付けられる。そのＸ線撮影ユニットについてこれから説明する。

このユニットは、横倒しにされたＣ字形の可動構造体１６（アーチ）を備えていて、このアーチは、Ｃ字の本体を構成する中央の水平な支柱１６ａと、この水平な支柱から下に向かってそれぞれがＣ字の２つの枝を構成する鉛直な２本のアーム１６ｂ、１６ｃとを有する。

Ｘ線源またはＸ線発生装置１８がアーム１６ｂに固定されている一方で、Ｘ線センサー２０がアーム１６ｃに取り付けられている。

したがってＸ線発生装置１８とセンサー２０は互いに向かい合って配置されていて、互いに固定された幾何学的関係にある。

Ｘ線発生装置１８とセンサー２０の支持体として機能していて回転するＸ線撮影ユニット１４の心臓部を構成する構造体１６は、その構造体１６の上方に配置されていてＸ方向とＹ方向に移動できる台２２に接続されている。

より詳細には、この台は、鉛直なフレーム１２に固定された水平な支柱２４に取り付けられている。

この台は、水平面内をＸ方向とＹ方向に移動できるため、鉛直な回転軸（この図には示さず）のまわりを完全に１回転（３６０°）することが可能である。

この台により、構造体の回転の中心（と回転軸）を、Ｘ線撮影する物体上に、その中でも特に患者の興味の対象となる領域上に、患者が移動する必要なしに位置させることができる。

したがって台２２に接続された構造体１６は、患者に対して鉛直な位置にある回転軸のまわりを回転運動できることに注意されたい。

この回転運動をしているときにＸ線発生装置１８とセンサー２０は互いに対して動かない。

この放射線医学装置をパノラマ画像の用途で用いるときには、台２２により、プログラム可能なパノラマ撮影の軌跡をたどらせうることにも注意されたい。

放射線医学装置１０は、端部２６ａによってフレーム１２に固定された下方アーム２６も備えている。このアームの自由端２６ｂには、この装置が動作してＸ線画像を取得しているときに患者の頭を動かなくすることのできる位置決め装置２５が取り付けられている。したがって頭は、Ｘ線発生装置１８とセンサー２０の間に入る。

Ｘ線発生装置１８は、より詳細には、例えば固定されたアノードを有するＸ線管を備えている。このＸ線発生装置の線源のサイズは例えば０．５ｍｍである。

さらに、このＸ線発生装置は、このＸ線発生装置１８から発生したＸ線ビームをコリメートするコリメーション手段を備えている。このコリメーション手段は、例えば患者の頭の一部（例えば顎）とその背後に位置するセンサーを照射するコーン・ビームＸ線を発生させるサイズにされた鉛付きのコリメーション用のウインドウまたはスリット（絞り）を備えている。

スリットの幅を調節してビームの幅に合わせうることと、ビームをさまざまな方向にも向けられるため所定の１つの方向に向けられることに注意されたい。スリットは、例えば横方向にずらすことができる。

図示していない１つのバリエーションによれば、コリメーション手段は、さまざまな形状および／またはサイズの複数のスリットを備えることができる。これらのスリットはＸ線発生装置の前で切り換え可能であり、これらのスリットにより、センサーのずれた位置において、ビームの幅、および／またはビームの形状、および／またはビームの方向を調節することができる。

センサー２０は動力式アーム１６ｃに固定されていて、このアームが、このアームによって支持されている装備を鉛直軸のまわりに回転させることで、選択した用途に応じ、照射する物体を三次元的に調べるセンサー２０を、またはパノラマ検査のための棒状カセット（図示せず）をＸ線発生装置の正面に位置させることができる。

三次元物体（例えば患者の頭）の再構成に用いるセンサー２０は平坦なセンサーであることに注意されたい。

このセンサーは、Ｘ線発生装置１８から出た後にセンサーとそのＸ線発生装置の間に位置する物体を照射したＸ線を受け取る一方で、そのＸ線を、その物体のＸ線画像を表わす電気信号に変換することができる。

より詳細には、センサーが備えているのは、例えば、
− センサーが受け取ったＸ線を可視光に変換できる変換器（例えば、ヨウ化セシウムで実現したシンチレータ）と、
− 変換器からの変換された可視光を検出して物体のＸ線画像を表わす電気信号をセンサーの出力に供給する検出器である。

変換されないＸ線を吸収するため、金属粒子をドープした光ファイバーからなるプレートが、例えばシンチレータと検出器の間に配置される。

このプレートは、例えば浜松ホトニクス社からＸＲ５という商品番号で市販されているプレート、またはショット社の４７Ａという番号のプレートである。

検出器は、例えばＣＭＯＳ検出器であることに注意されたい。ＣＭＯＳ検出器は、コーン・ビーム断層撮影を実施するためＣＣＤタイプの検出器であることが好ましい。確かに出願人は、センサーとＸ線発生装置のセットを３６０°回転させるときに得られる射影の数が多数にのぼることを考慮し、線量を減らしたい場合にはこのような素子がより適切であることに気づいた。アクティブ・マトリックス式のＣＭＯＳ検出器を用いることが望ましい。

より詳細には、ｂｉＣＭＯＳ技術で実現されていて画素の充填率が大きいアクティブ・マトリックス式画素を利用することが望ましかろう。マトリックス式画素は、例えば画素のサイズが１２０ミクロンの程度であり、捕獲した画素を例えば１５ミリ秒で素早く読むことができる。

利用可能なウエハのサイズを考慮すると、再構成する物体のサイズに対する検出器のサイズを小さくすることで、ＣＭＯＳ技術を利用して検出器を確実に製造できる。このようなＣＭＯＳ検出器はＳ／Ｎ比が大きい。

平坦なセンサーのサイズは例えば５ｃｍ×６ｃｍである。

バリエーションとして、体積の大きな物体を再構成したいときには、例えばＴＦＴタイプのセンサーを用いると望ましい可能性がある。

Ｘ線を可視光に変換するため、例えばオキシ硫化ガドリニウムまたはヨウ化セシウムからなるシンチレーション層が検出器の上に配置される。

図１には、センサー２０の光学的活性面２０ａが示されている。

図２は、Ｘ線源と、それに付随するＸ線センサーが、両者の間に配置された照射する物体の位置に対してどのように配置されているかを示している。

センサー２０とＸ線発生装置１８の回転軸が図２に参照番号３０の点で示してあり、照射する物体３２に対する位置が決められている。この回転軸は、Ｘ線発生装置１８をセンサー２０と垂直に結ぶアラインメント軸３４（長軸）の上に位置することがわかる。

アラインメント軸３４は、この図に概略を示してあるように、Ｘ線発生装置１８から出て鉛直軸３０に遭遇した後にセンサー２０の中心にぶつかるコリメートされたＸ線ビームの軸線を構成する。

Ｘ線ビームは、このビームの中心軸に中心を持つスリット３３によってコリメートされる。

従来技術を示したこの構成では、照射する物体３２のまわりにＸ線発生装置とセンサーを回転運動させているとき、Ｘ線発生装置から出るＸ線は常に物体３２の同じ中央領域３６を掃引する。

物体３２の中央領域３６の両側に位置する側部領域は照射されないため、その側部領域に含まれる情報はＸ線ビームによって捕獲されない。

Ｘ線発生装置１８とセンサー２０は両方とも、鉛直回転軸３０に垂直で図２の面に対応する回転面の中を移動することに注意されたい。

図３ａと図３ｂは、本発明による放射線医学装置のセンサーとＸ線発生装置のセットの位置を互いに１８０°離れた２つの異なる角度位置について示している。

図２と同様の水平面内の図である図３ａでは、センサー２０は、この面内で図２において占めている位置に対して横方向にずれている（このずれは、センサーの並進によって得られる）。Ｘ線発生装置１８のコリメーション用スリット３５もそれに対応して横方向にずれていて、コリメートされたビームがずれたセンサーの活性面の大半を照射するとともに、その活性面の中心に来るようにされている。スリット３５のずれを図３ａの拡大部に示してある。そこには、図２のスリット３３の位置も点線で見ることができる。

センサーとＸ線発生装置がこのように横方向にずれていると、Ｘ線発生装置１８のスリットによってコリメートされてセンサー２０の中心にぶつかるコーン・ビームＸ線の中心軸３８（この軸は、センサーとＸ線発生装置のアラインメント軸と考えることができる）は、図２のように鉛直回転軸３０と一致することはもはやなく、この軸の横を通る（図３ａ）。

センサー２０は、Ｘ線発生装置１８をセンサー２０の活性面２０ａに垂直に結ぶ長軸３４が回転軸３０を通るような方向に向けられていることに注意されたい。センサーの幅は、図３ａの回転面内で軸３４に垂直に測定したセンサーのサイズである。

したがってセンサーのずれは、活性面２０ａへの長軸３４の射影に対するセンサーの中心２０ｂの横方向のずれｄとして定義できる。

図３ａと図３ｂに示してあるように、センサーの活性面の小さな部分２０ｃは、境界を点線で示したビームにより、センサーの中心２０ｂが位置していて最大強度のビームを受け取る中央部から分離される。中央部を取り囲む周辺領域を形成する部分２０ｃ（センサーの残部よりもサイズが小さい）は、中央部が受け取るビームと比べて平均強度が小さなビームを受け取る。その値は、この中央部のビームの平均強度の例えば２５〜３５％である。

例えば幅は画素１０個分に等しい。

この領域の幾何学的形状は、スリット３５の開口部の幅を調節することによって、または１つのバリエーションでは、可能な複数のスリットの中で適切な幅のコリメーション用スリットを選ぶことによって決まる。

ずれたセンサーと、コリメートされたビームが発生するように調節されたコリメーション手段とが取り付けられていて、センサーの活性面にコリメーション手段の画像（例えばスリット３５の縁部の画像）を投射する歯科放射線医学装置により、Ｘ線に対する保護機能を保証しつつ、物体（顎、または顎の一部）を立体的に再構成することができる。

３Ｄ検査を実施する場合、出るビームの強度を大きくするとともにそのビームによって生じる明るさの一様性を向上させるため、Ｘ線発生装置の向きを変えられることが望ましい。

向きのこの変更は、アノード１９の傾きと軸３４がなす角度αを大きくすることによってなされる（図３ｃ）。

センサーが最もずれた位置にある構成では、角度αは５°（傾きに変更がないアノード）から７°になる。

一般に、角度αの新しい値はセンサーのずれに依存することに注意されたい。より詳細には、この新しい値は、Ｘ線発生装置の線源とセンサーの表面の間の距離に対するずれの大きさの比のアークタンジェントに対応する。

図３ｃに示してあるように、角度αを大きくすると、照射される面積を広げることと、ずれたセンサーの活性面で得られるＸ線のプロファイルを一様にすることができる。最適なプロファイルは曲線ａによって表わされるのに対し、曲線ｂは、アノードの傾きを変更せずに得られた一様でないＸ線のプロファイルを表わす。センサーの周辺領域を照射するＸ線の強度は、センサーのそれ以外の領域における強度よりもはるかに小さいことに注意されたい。

図３ｄは、Ｘ線発生装置１８から発生するＸ線ビームの強度がセンサー２０の活性面がなす平面内においてどのようになっているかを、長軸３４に対するこのビームの傾き（軸Ｘ）の関数として示している。この強度はセンサー（この図には示していない）のなす面内で測定され、軸３４の左側で最大になる。すなわち軸３４とゼロでない角度をなすビームの角度方向において最大になる。したがってＸ線発生装置のアノードの傾きを、上に説明し、かつ図３ｃに示したようにすると、ビームの最大強度はセンサーの移動に従って変化することがわかる。

センサーのずれｄの値は、センサーとＸ線発生装置が次々と回転していく間にＸ線ビームによって掃引される物体３２のあらゆる領域または部分に共通するカバー領域が必要とされることによって制限される。このカバー領域は図３ｅ（図３ａの部分拡大図）に参照番号３９で示してあり、この図の回転面内で参照番号３０を中心とする円に対応する。しかしカバー領域は三次元であり、回転軸３０を持つ円筒体であることに注意する必要がある。

これまでの説明を明確にするため、図３ｆに、ずれた位置にあるセンサーを照射するＸ線ビームを示してある。

簡単にするため、Ｘ線撮影する物体も、Ｘ線に対する保護のための周辺領域も示していない。

このずれた構成では、可能な最大のずれは、センサーの幅の半分から幅Ｉを差し引いた値に対応する。幅Ｉは、カバー領域をできるだけ小さくできるが、物体を立体的に再構成する際にアーチファクトをなくすのに十分な最小距離を表わす。

この幅は、センサーの表面への軸３４の射影と、ビームに最も近い縁部（センサーをずらした方向とは反対側の縁部）との間の最小距離である。

実際には、この幅は、画素少なくとも２個分である。

したがってセンサーの中心２０ｂは、カバー領域をできるだけ小さくするという上に示した理由により、最大で、センサーの活性面２０ａへの長軸３４の射影から、センサーの幅の半分（Ｌ／２）よりも小さなＬ／２−Ｉに等しい距離だけ横方向にずれている。

センサーの活性面に周辺領域２０ｃが存在することを考慮すると、所定のサイズのセンサーで照射面をできるだけ広くしたい場合、センサーは、最大で距離Ｌ／２−Ｉからこの領域２０ｃの幅を差し引いた値だけずらすことができる。このようにするとカバー領域は確実に最小になる。

実際的な観点からすると、センサーは、例えば、センサーの幅の１／４と、この幅の半分よりも小さな上記の最大距離との間の値だけずらす。

例えば幅が５ｃｍの上記のセンサーでは、横方向のずれｄは例えば２ｃｍである。

しかしセンサーの幅の１／４よりも小さな（例えば１／８の）ずれも同様に考えられる。

図３ｂは、照射する物体３２を半回転させた後のセンサーとＸ線発生装置の配置を示しており、Ｘ線発生装置から出るコーン・ビームＸ線によって掃引される領域は図３ａにおいて掃引される領域と同じでないことがわかる。

これら２つの領域は軸３０のまわりで互いに重なっており、合わさって、図２に示した従来の領域３６よりも大きなサイズの体積を掃引することに注意されたい。

図３ａ〜図３ｅの構成を用いて再構成できる立体は、これら図面の平面に参照領域３７として示してある。この領域３７はもちろん三次元であり、回転軸３０を持つ円筒体の形状である。

したがって本発明により、照射する物体のより広い範囲を同じサイズのセンサーでカバーできるため、Ｘ線撮影によって立体的に再構成できるデータの量を増やすことができる。

例えば本発明を歯の分野に応用するときには、本発明により、従来よりも小さなサイズのセンサーを用いて患者の顎の１つの領域（半歯列弓など）を立体的に再構成することができる。

例えばサイズが５ｃｍ×６ｃｍのセンサーを横方向に２ｃｍずらすと、射影面内で５．８ｃｍ×４ｃｍのサイズの物体を立体的に再構成することができる。ずれがないと、再構成できる立体の（平面に投影した）サイズは３．２ｃｍ×４ｃｍにすぎないであろう。

再構成される立体のサイズに関し、Ｘ線ビームの幾何学的形状に加え、ビームが出る点と物体とセンサーそれぞれの間の距離が考慮されることに注意されたい。

上に説明するとともに図３ａ〜図３ｆ（特に図３ｃ）に示した新しい構成のＸ線発生装置１８とセンサー２０のセットを１回転させるとき、図１、図３ａ、図３ｂの回転するＸ線撮影ユニットによってデータがどのように取得されて処理されるかについてこれから説明する。

例えばＸ線撮影する物体（患者の頭など）を図１のＸ線発生装置１８とセンサー２０の間に置くと、Ｘ線発生装置とセンサーからなるセットは、このセットを鉛直回転軸３０のまわりに順番に回転させることによって順番に得られる複数の角度位置を取る。Ｘ線発生装置から出るコリメートされたＸ線ビームは、それぞれの位置において、照射する物体の異なる領域を照射する。このＸ線ビームは物体にぶつかることによって変化し、Ｘ線発生装置と揃った位置にあるセンサーがこの変化したＸ線ビームを受け取る。

したがってＸ線発生装置とセンサーからなるセットの（回転面内における）それぞれの角度位置において、センサーは、物体のうちでこのＸ線を照射された領域に特徴的な情報を含むＸ線を受け取り、その受け取ったＸ線を、対象とする角度位置で照射された物体の平坦なＸ線撮影画像（物体の三次元Ｘ線撮影画像を平面に投射したもの）を表わす信号に変換する。

センサーからこのようにして供給される信号を射影と呼ぶ。

ここに説明した例では、Ｘ線発生装置とセンサーによって形成されるセットが、例えば支持回転構造の１回の運動（ピッチ）ごとにある角度だけ回転し、この例のそれぞれの回転角度について１つの射影が得られる。

物体を立体的に再構成するために十分な量のデータを得るには、本発明に従ってずらしたセンサーを用いて完全に１回転させる必要があることに注意されたい。

これらの射影または信号は、取得されるごとに（または一度に）データ処理ユニットに送られる。

このデータ処理ユニットは、放射線医学装置１０から数メートル程度またはそれ以上の距離離すことができる。

データ処理ユニットは例えばコンピュータ（ＰＣコンピュータなど）であり、その内部には、物体またはその物体の興味の対象となる領域を立体的に再構成するアルゴリズムを含む１つまたは複数の情報ファイルが記憶されている。

センサーからのデータに適用されるこの再構成アルゴリズムでは、予定する処理操作においてセンサーのずれが考慮される。

図４は、センサーによって供給されるそれぞれの射影に適用するＦＤＫアルゴリズム（すなわちフェルドカンプのアルゴリズム）のタイプの再構成アルゴリズムで予定される処理操作の概略図である。

上記のずれに合わせるため、公知のこのアルゴリズムを変更した。

物体（例えば半歯列弓または歯）を立体的に再構成できるようにするには、幅が２倍でずらされていないセンサーだと１８０°で十分な場所において、本発明に従ってずらしたセンサーを３６０°回転せねばならない。この事実から、ピッチが所定の角度だと、ずれたセンサーではより少数のビューを取り扱うことになるため、再構成の雑音がより多くなる。

この雑音の効果を制限するため、図４に示したアルゴリズムは第１の処理ブロック４０を備えていることが望ましい。このブロック４０では、センサーとＸ線発生装置が順番に回転していくときに順番に得られるそれぞれの射影１〜ｎから、センサーの周辺領域２０ｃによって回収されたが物体を単に取り囲んでいるだけであるためその物体には関係しないデータを除去することが想定されている。この領域の位置は、装置を新しい配置にするとただちにわかるため、計算によって対応するデータを除去することは容易である。あとに続くブロックにおいてこのアルゴリズムで処理するデータの量を減らすことにより、計算量が減り、したがって計算時間が短くなることに注意されたい。

このアルゴリズムは、次に、第２の処理ブロック４１を備えている。このブロック４１では、それぞれの射影１〜ｎについて、センサーから供給されるデータの特に高周波数フィルタリングが領域２０ｃのデータを除去した後に実行される。

一般に、ブロック４１が実行するフィルタリングによってセンサーが受け取る信号の中にある異なる周波数帯を独立に分解することにより、この信号に付随する雑音を、この信号の中に存在する有用な情報と識別することができる。

したがってそれぞれの信号または射影はブロック４１によってフィルタリングされる。このブロック４１では、信号はピラミッド・タイプの分解がなされるマルチチャネル・フィルタリングを受け、複数の周波数帯になる。より詳細には、ガウス型の差のタイプの分解によるフィルタリングがなされる。ブロック４１で実行されるアルゴリズムは反復式であり、対象とする信号のそれぞれの周波数帯について傾斜タイプのピラミッド式高周波数フィルタリングを提供する。

より詳細には、このブロックで実行される操作は、連続した複数のステップからなり、その間に以下のことが実行される。
− 画像（射影）が、水平方向には２の冪に従って、鉛直方向には因子１に従ってサブサンプリングされ、
− 一次元ガウス型の差が、以前に得られたそれぞれのサンプルに適用され、
− 直前のステップの結果に２倍の重みを付け、あらかじめサブサンプリングされた下位ステップの高周波数画像と組み合わされる。重み付けの法則は、有用な情報と雑音が識別されるように調節する。

これらのステップは、画像（射影）のサイズに２の冪を含められるようになるまで何回でも繰り返される。

その結果、信号に対して最も低い周波数から最も高い周波数まで実行したあらゆるフィルタリングの結果がブロック４１の出力に得られる。

このステップにより、それぞれの信号についてデータ中の雑音成分と興味の対象である周波数を容易に識別することができる。

さらに、雑音と有用な信号のこのような識別は、反復プロセスであるために短い計算時間で実施される。

図４のアルゴリズムは、ブロック４１から出るデータに適用されてＸ線撮影された物体の非カバー領域をカバー領域と一様化する第３の処理ブロック４２を備えていることが望ましい。

一般に、ブロック４１においてフィルタリングされたそれぞれの信号または射影は、ブロック４２において、カバー領域３９（Ｘ線ビームが回転するときに物体のうちでＸ線ビームを常時照射される部分または領域）を考慮し、異なる信号または射影からのデータ同士の間に存在する冗長性を考慮した重み関数を掛けられる。

一般に、重みは、センサーとＸ線発生装置が順番に回転していくときにＸ線ビームを照射されてセンサーが異なる信号を供給する物体の領域が、カバー領域３９（図３ｅ）に対してどのような位置にあるかの関数として調節する。

ブロック４２において適用される重み関数は連続かつ正則である。より詳細には、この関数は、センサー２０の画素のうちで長軸３４から最も遠い画素に対応する画像縁部から、センサーの画素のうちで長軸３４から最も近い画素に対応する画像縁部まで、１００％と０％の間で変化する。

特に、重み関数は、回転軸３０上では例えば１／２になる。

フィルタリングされた射影は、このように重みを付けられた後、次のブロック４４によって処理され、これら射影の逆投影が実行される。

従来からＦＤＫアルゴリズムとして知られているこの逆投影ステップでは、フィルタリングされて重みを付けられた各射影が逆投影され、Ｘ線撮影された物体またはその物体の興味の対象となる領域の各体積素（画素を物体または興味の対象となる領域の平面に投影したサイズに直接関係する体積の基本単位）が再構成される。

より詳細には、このステップにおいて、対象とするＸ線の経路上に位置するすべての体積素に、対象とする射影内でそのＸ線によって得られた画素の値に依存する値を割り当てる。

射影ごとにそれぞれのブロック４０、４１、４２、４４の４つの操作を繰り返すことにより、以前の逆射影をもとにしてすでに再構成された立体に、所定の射影について得られた逆投影操作の結果を付加していく。

このようにして、物体を、またはその物体の興味の対象となる領域を、複数の断片によって再構成することができる。したがって物体またはその物体の興味の対象となる領域の立体表示を、ずれていなければ必要であったはずのサイズと比べて小さなサイズのＸ線センサーをもとにして再構成することができる。

Claims (22)

1. コーン・ビーム断層撮影タイプの歯科放射線医学装置であって、
   − Ｘ線ビームを物体に向けて発生させることができるとともにコリメーション手段が取り付けられていて、発生するビームをそのコリメーション手段によってコリメートできるＸ線発生装置（１８）と、
   − このＸ線発生装置と向かい合って配置された活性面（２０ａ）を有するＸ線センサーとを具備し、
   前記Ｘ線発生装置と前記センサーが回転軸（３０）のまわりを同時に回転移動することができるものにおいて、
   前記センサー（２０）の方向が、前記Ｘ線発生装置からこのセンサーまで延びていて前記回転軸（３０）を通る長軸（３４）がこのセンサーの活性面に垂直になるようにされていて、
   このセンサーの中心が、このセンサーの活性面への前記長軸（３４）の射影に対して横方向にずれていて、
   前記コリメーション手段とこのようにずらされたセンサーの配置が、コリメートされたビームが前記センサーの活性面を照射するとき、その活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べて前記コリメートされたビームをわずかしか照射されないように、されている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記センサーと前記Ｘ線発生装置が、前記回転軸（３０）が貫通する回転面内を回転移動できる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記センサーの中心（２０ｂ）が、そのセンサーの活性面への前記長軸（３４）の射影に対し、前記回転面内で測定して、最大で、そのセンサーの幅の半分と、前記活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べて前記コリメートされたビームをわずかしか照射されないようにするのに十分な幅との差に等しい距離だけ横方向にずれた位置にあり、前記センサーの幅は、前記長軸（３４）に垂直な回転面内で測定したサイズである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記センサーの中心が、そのセンサーの幅の１／４と前記最大距離の間の距離だけ離れた位置にある、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記コリメーション手段と前記センサーの配置が、そのセンサーの活性面を照射するコリメートされたビームが、活性面への前記長軸（３４）の射影に最も近い位置にある縁部によって規定されるようにされていて、
   その縁部が、前記Ｘ線発生装置とそのセンサーが回転するときにカバー領域を最小にできる最小距離の位置にある、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記Ｘ線発生装置（１８）のアノード（１９）の傾きを前記センサーのずれた位置の関数で変化させることにより、このようにずらされたセンサーの活性面を照射するＸ線のプロファイルがより一様になるようにされている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記Ｘ線発生装置のアノード（１９）の傾きと前記長軸（３４）がなす角度（α）が、前記センサーをずらす方向に向かって開いている、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記回転面が水平である、ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記回転軸が鉛直方向を向いている、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 回転軸（３０）のまわりを同時に回転移動できるＸ線発生装置（１８）とＸ線センサー（２０）を用い、Ｘ線を照射された物体の立体表示を平坦な歯科Ｘ線撮影画像から再構成するための方法であって、
    − 前記Ｘ線発生装置から物体に向けてＸ線ビームを発生させ、そのビームをコリメーション手段によってコリメートするステップと、
    − 前記物体を照射したコリメートされたＸ線ビームを前記センサーが受け取るステップと、を含み、
    前記Ｘ線ビームをコリメートし、前記Ｘ線発生装置から前記センサーまで延びていて前記回転軸（３０）を通る長軸（３４）をこのセンサーの活性面に投影した射影に対して中心を横方向にずらした前記センサーの活性面に照射することにより、このようにずらされたセンサーの活性面の周辺領域が、その活性面の残部と比べて前記コリメートされたビームをわずかしか照射されないようにする、
    ことを特徴とする方法。
11. 前記センサーと前記Ｘ線発生装置が、前記回転軸（３０）が貫通する回転面内を回転移動できる、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記センサーの中心（２０ｂ）が、そのセンサーの活性面への前記長軸（３４）の射影に対し、前記回転面内で測定して、最大で、そのセンサーの幅の半分と、前記活性面の周辺領域がその活性面の残部と比べて前記コリメートされたビームをわずかしか照射されないようにするのに十分な幅との差に等しい距離だけ横方向にずれた位置にあり、前記センサーの幅は、前記長軸（３４）に垂直な回転面内で測定したサイズである、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記センサーの中心が、そのセンサーの幅の１／４と前記最大距離の間の距離だけ離れた位置にある、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記コリメーション手段と前記センサーの配置が、そのセンサーの活性面を照射するコリメートされたビームが、活性面への前記長軸（３４）の射影に最も近い位置にある縁部によって規定されるようにされていて、
    その縁部が、前記Ｘ線発生装置とそのセンサーが回転するときにカバー領域を最小にできる最小距離の位置にある、
    ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記Ｘ線発生装置（１８）のアノード（１９）の傾きを前記センサーのずれた位置の関数で変化させることにより、このようにずらされたセンサーの活性面を照射するＸ線のプロファイルがより一様になるようにされている、
    ことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記Ｘ線発生装置のアノード（１９）の傾きと前記長軸（３４）がなす角度（α）が、前記センサーをずらす方向に向かって開いている、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記センサー（２０）と前記Ｘ線発生装置（１８）を同時に回転軸（３０）のまわりに回転移動させて一連の角度位置に順番に位置させるステップを含むとともに、
    その一連の角度位置のそれぞれについて、その角度位置で照射された物体の平坦なＸ線撮影画像を表わす信号が前記センサーから供給されるステップを含んでいて、
    一連の角度位置の全体についてそのセンサーから供給されるその信号の全体が、前記物体の立体表示を再構成するのに必要なデータをすべて含む、
    ことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記一連の角度位置の全体に関して前記センサーから供給される信号を処理し、前記物体の立体表示を再構成するステップを含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記処理が、前記信号に付随する雑音をその信号の中に存在する有用な情報から識別できるフィルタリング・ステップを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記フィルタリングが、前記信号の中に存在する異なる周波数帯を独立に分解するステップを含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記処理が、ピラミッド型の分解を行なうマルチチャネルのフィルタリング・ステップを含む、ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
22. 前記処理が、異なる信号に由来していて回転中にＸ線ビームを順番に照射された物体の各部から来るデータに重みを付けるステップを含んでいて、その重み付けの調節を、順番に回転していくときにビームが常に照射されているカバー領域と呼ぶ物体の領域の中にその物体の照射された部分が存在するかしないかに応じて行なう、
    ことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。

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