JP2509031B2 - 被作像体の断層撮影投影デ―タを取得する装置 - Google Patents

被作像体の断層撮影投影デ―タを取得する装置

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JP2509031B2 JP3323973A JP32397391A JP2509031B2 JP 2509031 B2 JP2509031 B2 JP 2509031B2 JP 3323973 A JP3323973 A JP 3323973A JP 32397391 A JP32397391 A JP 32397391A JP 2509031 B2 JP2509031 B2 JP 2509031B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ断層撮影
（ＣＴ−computed tomography)システムに関するもので
あり、更に詳しくは断層撮影投影の取得の間にイメージ
ング対象が同時に並進されるヘリカル走査ＣＴシステム
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ断層撮影システムでは、規
定された扇状ビーム角度で扇状ビームを形成するように
Ｘ線源がコリメーションされる。扇状ビームは「ガント
リ平面」と呼ばれるデカルト座標系のｘ−ｙ平面内にあ
るように、またガントリ平面の中に方向づけられたＸ線
検出器アレーに向かってイメージング対象を透過するよ
うに方向付けられる。検出器アレーは複数の検出素子を
配列したものである。各検出素子はＸ線源からその特定
の検出素子に投影された射線に沿って、透過された放射
線の強度を測定する。透過される放射線の強度はイメー
ジング対象によるその射線に沿ったＸ線ビームの減衰に
よって左右される。
【０００３】扇状ビームの中心および扇状ビームのその
方向は扇状ビーム軸によって明らかにされる。
【０００４】Ｘ線源および検出器アレーはガントリ平面
内をガントリ上で、イメージング対象の中の回転中心の
まわりに回転することができるので、扇状ビーム軸がイ
メージング対象と交差する角度が変化する。各ガントリ
角度で、各検出素子からの強度信号で構成される投影が
取得される。次に、ガントリが新しい角度に回転され、
このプロセスが繰り返されて多数のガントリ角度に沿っ
て多数の投影が集められることにより断層撮影投影セッ
ト（すなわち一組の投影）が形成される。
【０００５】取得された断層撮影投影セットは通常、数
値形式で記憶され、後でコンピュータ処理により、当業
者には知られている再構成アルゴリズムに従ってスライ
ス画像が「再構成」される。扇状ビーム投影の投影セッ
トを扇状ビーム再構成手法によって直接再構成して画像
とすることもできるし、あるいは投影の強度データを平
行ビームに分けて平行ビーム再構成手法に従って再構成
することもできる。再構成された断層撮影画像は通常の
ＣＲＴ管にディスプレイしてもよいし、あるいはコンピ
ュータ制御のカメラによりフィルム録画に変換してもよ
い。
【０００６】代表的なコンピュータ断層撮影検査にはイ
メージング対象の一連の「スライス」の取得が含まれ
る。各スライスはガントリ平面に平行であり、スライス
の厚さは検出器アレーの幅、焦点サイズ、コリメーショ
ン、およびシステムの幾何学的形状によって規定され
る。情報の第三空間次元を与えるように、ｘ軸およびｙ
軸に垂直なｚ軸に沿って相次ぐ各スライスは増分変位さ
れる。ｚ軸に沿った位置の順序でスライス画像を見るこ
とにより放射線医はこの第三の次元を思い浮かべてもよ
い。あるいは、再構成されたスライスの組を構成する数
値データをコンピュータプログラムで編集することによ
り、イメージング対象の三次元での陰影をつけた透視表
現を作成してもよい。
【０００７】コンピュータ断層撮影法の分解能が増大す
るにつれて、z 次元では付加的なスライスが必要とされ
る。断層撮影検査の時間と費用は必要なスライス数がふ
えるにつれて増大する。また、より多くのスライスを取
得するために長いスキャン時間が必要になると、断層撮
影再構成の忠実度を維持するためにほぼじっとしていな
ければならない患者の不快感が増す。したがって、スラ
イス列を得るために必要な時間を短縮することにかなり
の関心が集まっている。
【０００８】一連のスライスに対するデータを収集する
ために必要な時間は部分的に次の四つの構成要素で決ま
る。すなわち、（ａ）スキャン速度までガントリを加速
するために必要な時間、（ｂ）完全な断層撮影セットを
得るために必要な時間、（ｃ）ガントリを減速するため
に必要な時間、および（ｄ）次のスライスのためにｚ軸
で患者を再位置決めするために必要な時間である。スラ
イス列全体を得るために必要な時間の短縮は、これらの
４ステップのいずれかを完了するために必要とされる時
間を短縮することによって達成することができる。
【０００９】ガントリの加速および減速に必要な時間
（ａおよびｃ）はガントリとの通信にケーブルでなくス
リップリングを使用する断層撮影システムでは避けるこ
とができる。スリップリングを用いれば、ガントリは連
続的に回転することができ、加速および減速の必要はな
くなる。以後、開示されるＣＴシステムには連続的な回
転が行えるようにスリップリングまたは同等物を設ける
ものとする。
【００１０】断層撮影データセット（ｂ）を取得するた
めに必要な時間は短縮することがもっと難しい。現在の
ＣＴスキャナでは一つのスライスに対する投影セットを
取得するために１秒から２秒のオーダを必要とする。こ
のスキャン時間はガントリをより早い速度で回転させる
ことにより短縮することができる。しかし、一般にガン
トリ速度が早くなると、取得されるデータの信号対雑音
比が回転速度上昇率の平方根だけ小さくなる。これはあ
る程度はＸ線管の放射出力を増大させることによって克
服できるが、このような装置の電力限界に支配される。
【００１１】最後に、患者再位置決め時間（ｄ）の短縮
はガントリの回転と同時にｚ軸に沿って患者を並進させ
ることによって達成することができる。ガントリの回転
の間のｚ軸に沿った連続的な患者の並進と投影データの
取得との組み合わせは「ヘリカル走査」と呼ばれ、イメ
ージング対象の上の基準点に対するガントリ上の一点の
見かけの径路を指す。ここで使用するように、「ヘリカ
ル走査」は一般に断層撮影イメージングデータの取得の
間に患者またはイメージング対象の連続的な並進の使用
を指す。また、「一定ｚ軸走査」とは取得期間の間に、
患者またはイメージング対象を並進させずに断層撮影デ
ータセットを取得することを指す。
【００１２】走査の間のイメージング対象の連続的な並
進はスキャンとスキャンとの間で患者を再位置決めする
ために通常必要とされる時間の長さをなくすことによっ
て与えられた数のスライスの取得に必要な総走査時間を
短縮する。しかし、ヘリカル走査は取得される断層撮影
投影セットにある誤差を導入する。断層撮影再構成の演
算では、一定ｚ軸スライス平面に沿って断層撮影投影セ
ットが取得されるものと仮定する。ヘリカルスキャン径
路は明らかにこの条件からずれる。ｚ軸方向に対象に著
しい変化があれば、このずれによって、再構成されたス
ライス画像に画像アーチファクトが生じる。画像アーチ
ファクトの厳しさは一般に、イメージング対象の走査さ
れた体積要素と所望のスライス平面のｚ軸値との間のｚ
軸差として測定された、投影データの「らせんオフセッ
ト」で決まる。ヘリカル走査から生じる誤差はまとめて
「スキュー」（ｓｋｅｗ）誤差と呼ばれる。
【００１３】ヘリカル走査のスキュー誤差を減らすため
いくつかの方法が使用されてきた。米国特許第４，６３
０，２０２号に開示された第一のアプローチはヘリカル
スキャンのピッチを小さくした後、引き続く３６０°の
断層撮影投影セットの投影データを平均する。その効果
はｚ軸に沿った幅が一層大きい検出器アレーを使用する
ことと同等である。ガントリの回転の間の検出器アレー
のｚ方向の動きはより少なくなる、すなわち走査ピッチ
がより小さくなる。この方法を使うことによりスキュー
誤差が小さくなるが、走査ピッチがより小さいため付加
的な走査時間が必要になるという犠牲が伴う。したがっ
てこの方法では、ヘリカル走査で得られる利点がある程
度、失われる。
【００１４】「平均」プロセスの中の引き続く３６０°
の断層撮影投影セットの最後および最初の重みを変えて
スライス平面に最も近い投影に大きな重みを与えること
により上記アプローチと協力して、断層撮影投影セット
の端のスキュー誤差を小さくすることができる。
【００１５】米国特許第４，７８９，９２９号に開示さ
れた第二のアプローチも組合わされた引き続く３６０°
の断層撮影投影セットの投影に重みを適用するが、重み
は与えられたガントリ角度での各投影のらせんオフセッ
トの関数である。７２０°にわたって内挿するこのアプ
ローチによって一般に、部分的体積アーチファクトが増
大する。部分的体積アーチファクトはイメージング対象
のある体積要素が投影セットのいくつかの投影にだけ寄
与するときに生じる画像アーチファクトである。
【００１６】米国特許出願第４３５，９８０号に説明さ
れている第三のアプローチは半走査手法を使って各スラ
イスの取得の間の患者台の動きを小さくする。投影デー
タは３６０°のガントリ回転にわたって取得され、スラ
イス平面に内挿される。ガントリの動きが小さくなるこ
とは台の動きが小さくなることに対応するので、あるヘ
リカル走査アーチファクトが少なくなる。
【００１７】
【発明の概要】本発明はイメージング対象の並進ととも
にＸ線ビームを並進させることによりスキュー誤差を低
減する。詳しく述べると、イメージング対象体のまわり
に対向して配置されたＸ線発生器およびＸ線検出器が並
進軸にほぼ垂直なガントリ平面内でイメージング対象の
まわりを回転しているとき、イメージング対象が並進軸
に沿って同時に並進する。Ｘ線発生器はイメージング対
象を通してＸ線ビームを投影し、そして第一の期間の
間、イメージング対象の並進に続いて、並進軸に沿って
ビームを掃引する。第二の期間の間、Ｘ線発生器はその
最初の位置に戻り、イメージング対象の並進とは逆の第
二の方向に並進軸に沿って動く。Ｘ線ビームの掃引はイ
メージング対象の中の所定の体積要素にＸ線ビームの中
心を合わせ、第一の期間の間、その体積要素を追従する
ようなものでよい。Ｘ線ビームの移動はコリメータおよ
びＸ線源の一方または両方を動かして行えばよい。
【００１８】本発明の一つの目的はイメージング対象お
よびガントリの連続的運動を中断することなくヘリカル
走査で取得される投影データのらせんオフセットを小さ
くすることである。Ｘ線ビームの掃引は各投影セットの
取得の間、イメージング対象の事実上の動きを消す役目
を果たす。
【００１９】一実施例では、Ｘ線発生器に固定Ｘ線源お
よび可動コリメータが含まれ、可動コリメータはイメー
ジング対象の動きに応じて迅速に再配置することができ
る。
【００２０】したがって、本発明のもう一つの目的はイ
メージング対象の動きとともにＸ線ビームを掃引する簡
単な手段を提供することである。
【００２１】本発明の上記および他の目的および利点は
以下の説明から明らかとなる。説明では付図を参照する
が、付図は本発明の一実施例を図で示したものである。
しかし、このような実施例は必ずしも本発明の全範囲を
表すものではなく、したがって、本発明の範囲の解釈に
当たっては特許請求の範囲を参照しなければならない。
【００２２】
【実施例の説明】図１に示すように、「第三世代」のコ
ンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナで使用され得るよ
うなガントリ２０にはＸ線源１０が含まれている。Ｘ線
源１０はコリメータ３８によってコリメーションされ
て、イメージング対象１２を通して検出器アレー１４に
Ｘ線の扇状ビーム２２を投影する。Ｘ線源１０および検
出器アレー１４は回転中心１３を中心としてガントリ２
０上で回転する。矢印２８で示すようなガントリ２０の
回転はデカルト座標系のｘ−ｙ平面と揃ったガントリ平
面６０の中にある。
【００２３】イメージング対象１２は台１７の上にのっ
ており、この台１７はイメージングプロセスを妨げない
ように放射線に対して半透明である。台１７はその上表
面がｘ−ｙイメージング平面に垂直なｚ軸に沿って並進
するように制御することができる。これにより、イメー
ジング対象１２がガントリ平面６０を横切って動く。
【００２４】検出器アレー１４はガントリ平面６０の中
にまとめられた多数の検出素子１６で構成される。検出
素子１６は一緒になって、イメージング対象１２を通る
Ｘ線の減衰透過で生じる投影画像を検出する。
【００２５】扇状ビーム２２はＸ線源１０の中の焦点２
６から発して、扇状ビーム２２の中心にある扇状ビーム
軸２３に沿った方向を向いている。扇状ビームの広い面
に沿って測った扇状ビーム角度はイメージング対象１２
が張る角度より大きい。したがって、扇状ビーム２２の
周辺部にある二つのビーム２４はあまり減衰されないで
イメージング対象体外を通過する。これらの周辺ビーム
２４は検出器アレー１４の中の周辺検出素子１８が受け
る。
【００２６】図６に示すようにＸ線源１０には、真空ガ
ラスエンベロープの中にあって、熱分散のため陽極シャ
フト２５を中心として回転する陽極２９の位置が含まれ
ている。陰極（図示しない）からの電子流が陽極２９の
面に対して加速されることにより、Ｘ線ビーム１９が作
成される。陽極２９の面は扇状ビーム軸２３に対して傾
斜している。したがって、当業者に知られている（図示
しない）集束板による電子ビームの半径方向の変位によ
って、焦点２６のｚ軸変位が生じる。この変位量はＸ線
制御器６２によって制御することができる。
【００２７】図２に示すように、イメージング対象１２
に対するｚ軸に沿ったガントリ２０の角度位置θが矢印
１１によって示されている。イメージング平面６０に対
するイメージング対象１２のｚ軸位置は各断層撮影投影
セットの取得の間に絶えず変わる。したがって、矢印１
１はｚ軸に沿ったイメージング対象１２の中のらせんに
沿って移される。らせんのピッチは走査ピッチと呼ばれ
る。取得しているスライスの中心９から扇状ビーム２２
を遮断する体積要素７までのｚ軸距離はその体積要素の
「らせんオフセット」と呼ばれる。本発明では、後述す
るようにヘリカルスキャンの間、ｚ軸に沿って扇状ビー
ム軸２３をシフトすることによりらせんオフセットを小
さくすることができる。
【００２８】図３に示すように、Ｘ線源１０（図３には
示されていない）の中の焦点２６から射出するコリメー
ションされていないＸ線１９から、一次開口４０によっ
て粗扇状ビーム２１が形成される。当業者には理解され
るように、電子の高エネルギーを受けてＸ線放射線を再
送出する回転陽極（図示しない）を通常含む高電圧Ｘ線
管によって、コリメーションされないＸ線１９が作成さ
れる。粗扇状ビーム２１はコリメータ手段３８によって
コリメーションされて扇状ビーム２２となる。
【００２９】一般的に図３、４（ａ）および４（ｂ）を
参照して説明すると、コリメータ３８はマンドレル（ｍ
ａｎｄｒｅｌ）３９がその軸に沿って回転できるように
粗扇状ビーム２１の中でベアリング４２の上に保持され
た円筒形のＸ線吸収性モリブデンのマンドレル３９で構
成される。マンドレルの直径を通って複数の先細りにな
ったスロットが切削され、マンドレル３９の長さ方向に
沿って伸びる。スロット４１はマンドレルの軸を中心と
した様々の角度で切削されることにより、マンドレル３
９が回転してこのような一つのスロット４１が粗扇状ビ
ーム２１とそろい、粗扇状ビーム２１のいくつかの射線
がスロット４１を通過して扇状ビーム２２を形成する。
【００３０】図４（ａ）および４（ｂ）に示すように、
先細りになったスロット４１は様々の幅になっているの
で、マンドレル３９の回転によって扇状ビーム２２の幅
は図４（ｂ）に示すような狭い幅（１ｍｍ）と図４
（ａ）に示すような広い幅（１０ｍｍ）との間で変える
ことができる。スロット４１により、扇状ビーム２２の
寸法的な正確さと繰返し性が保証される。
【００３１】粗扇状ビーム２１に対して方向付けされた
とき各スロット４１の入口開口４３が出口開口４５より
広くなるようにスロット４１は先細りになっている。出
口開口４５は扇状ビーム２２の幅を決定する。出口開口
の余計な幅により、マンドレル３９の小さな角度回転の
間、出口開口４３のどちらのへりも粗扇状ビーム２１の
進行を妨げることはない。マンドレル３９のこのような
小さな回転を使って、後で詳細に説明するように扇状ビ
ーム２２のｚ軸位置の調整が行われる。
【００３２】再び図３を参照して説明すると、位置調整
電動機４８がたわみ軸継手５０によりマンドレル３９の
一端に接続されている。マンドレル３９の他端は位置符
号器４６に取り付けられ、この位置符号器４６により電
動機４８でマンドレルの正確な位置決めを行うことがで
きる。マンドレル３９の両端の扇状ビーム角度シャッタ
４４は扇状ビーム角度を制御する。
【００３３】次に図５に示すように、本発明と一緒に使
用するのに適したＣＴスキャナの制御システムはガント
リに結合された制御モジュール６０をそなえている。制
御モジュール６０には、電力およびタイミング信号をＸ
線源１０に供給し、本発明のある実施例では焦点２６の
位置を制御するＸ線制御器６２、コリメータ３８の回転
を制御するコリメータ制御器６４、ガントリ２０の回転
速度および位置を制御するガントリ電動機制御器６６、
ならびに検出器アレー１４から投影データを受け、デー
タを後のコンピュータ処理のためディジタルワードに変
換するデータ取得装置６８が含まれている。
【００３４】ガントリに結合された制御モジュール６０
はスリップリング６１を介してＸ線管１０、コリメータ
３８および検出器１４と通信する。限定されたガントリ
回転システムのスリップリングの代わりに、巻取りリー
ルを用いる直接ケーブル布線を使用してもよいことがわ
かる。
【００３５】Ｘ線制御器６２、コリメータ制御器６４お
よびガントリ電動機制御器６６はコンピュータ７０に接
続されている。コンピュータ７０はデータジェネラル
（DataGeneral) 社のエクリプス(Eclipse) ＭＶ／７８
００Ｃのような汎用ミニコンピュータであり、また後で
詳細に説明するように本発明によりガントリ２０の回転
を扇状ビーム２２の位置と同期させるようにプログラミ
ングすることができる。
【００３６】データ取得装置６８は画像再構成器７２に
接続されている。画像再構成器７２はサンプリングされ
ディジタル化された信号をデータ取得装置６８を介して
検出器アレー１４から受けることにより、当業者に知ら
れている方法に従って高速画像再構成を遂行する。画像
再構成器７２はバージニア(Virginia)州のスターテクノ
ロジーズ(Star Technologies) 社で製造されているよう
なアレープロセッサであってもよい。
【００３７】ｚ軸に沿った台１７の速度および位置は台
駆動電動機制御器７４を介してコンピュータ７０に伝え
られ、台駆動電動機制御器７４を介してコンピュータ７
０によって制御される。コンピュータ７０は操作卓７６
を介して指令および走査パラメータを受ける。操作卓７
６はほぼＣＲＴディスプレイおよびキーボードであり、
これらにより操作者はスキャンのためのパラメータを入
力することができ、またコンピュータ７０からの再構成
された画像および他の情報をディスプレイすることがで
きる。大容量記憶装置７８によって、ＣＴイメージング
システムのためのオペレーティングプログラムを記憶す
るとともに、画像データを記憶して操作者が後で参照で
きるようにする手段が得られる。
【００３８】次に図６に示すように、扇状ビーム軸２３
によって示されるような扇状ビーム２２が投影セットの
第一の投影の取得の間にｚ軸次元でガントリ平面６０か
らそれるようにコリメータ３８の出口開口４５のｚ軸位
置を調整することができる。ガントリ平面６０からの扇
状ビーム軸２３のそれの量はスライスの中の位置８０に
あって台１７の運動でガントリ軸６０に向かって動く体
積要素７に扇状ビーム軸２３が交差するような量になっ
ている。
【００３９】投影セットの取得の間の台１７の位置は台
駆動電動機制御器７４によって決定される。コリメータ
制御器６４によって制御されるコリメータ３８はコンピ
ュータ７０により台１７の位置と整合される。これによ
り、台１７とイメージング対象１２の運動の間、扇状ビ
ーム軸２３は絶えず体積要素７を捕らえるように掃引さ
れる。
【００４０】期間Ｔ1 の間に各投影セットの投影が取得
されるにつれて、イメージング対象１２はイメージング
平面６０に対してｚ軸に沿って並進する。これにより、
体積要素は最終的に投影セットの最後の投影で位置８２
に動く。一般に、並進の量はスライスの厚さｗに等し
い。
【００４１】投影セットの取得完了時に、コリメータ３
８の出口開口４５は投影セットの開始時にあった位置に
戻され、期間Ｔ2 の間に逆方向に動く。これにより、扇
状ビーム軸２３は新しいスライスの新しい体積要素を捕
らえる。ガントリ平面６０に対する新しい体積要素の相
対位置８０は前の投影セットの取得の開始時の体積要素
７のそれと同じである。どの取得の間でもガントリ平面
６０からの扇状ビーム軸２３の最大偏差を小さくするよ
うに、ガントリ平面６０に対して位置８０および８２を
対称に配置することが好ましい。
【００４２】投影セットの取得の中間点で、焦点２６、
コリメータ３８の出口開口４５の中心線、扇状ビーム軸
２３、および検出器アレー１４の照射の中心はガントリ
平面６０と完全に一直線に揃えられる。他のすべての
時、これらの種々の点はガントリ平面からそれ得る。コ
リメータ３８の出口開口４５の中心線の偏差の測定値、
扇状ビーム軸２３によって捕らえられる体積要素、およ
びガントリ平面からの検出器アレー１４の照射の中心は
それぞれＣz 、Ｖz 、およびＤz と呼ばれる。
【００４３】図６に示す最初に述べた実施例では、ガン
トリ平面６０に対する焦点２６の位置Ｆz は一定であ
り、零である。
【００４４】図１０に示すように、投影セットの取得の
第一の期間Ｔ1 の間、扇状ビーム軸２３が体積要素７の
動きに追従するようにコリメータの変位Ｃz が増大す
る。ｌ2 およびｌ3 の大きな値およびスライス厚さｗの
小さな値に対して、コリメータ変位Ｃz と体積要素７の
並進軸８４に於ける扇状ビーム軸２３の変位Ｖz との間
の関係は次式で与えられる。
【００４５】 Ｃz ＝Ｖz ［ｌ1 ／（ｌ1 ＋ｌ2 ）］ （１） 但し、ｌ1 は焦点２６とコリメータ３８の出口開口４５
との間の距離であり、ｌ2 は出口開口４５と体積要素７
の並進軸８４との間の距離である。したがって、第一の
期間Ｔ1 の間、台駆動電動機制御器７４を介して決定さ
れる台１７の位置は上記の式（１）で与えられるような
適当なスケーリング（scaling ）の後、出口開口４５の
位置を決定する。
【００４６】第一の期間Ｔ1 の直後の第二の期間Ｔ2 の
間、出口開口４５は投影のその取得の開始時の位置に戻
され、第二の投影セットの取得に備える。この期間Ｔ2
はその最大速度でコリメータ３８を動かすことによって
できるだけ小さくすることが好ましい。この帰還期間Ｔ
2 の間、投影データは取得されず、Ｘ線管への電流を減
らすかまたはＸ線ビーム１９を遮断するような当業者に
知られているいくつかの方法のいずれかに従ってＸ線扇
状ビーム２２の強度を低減してよい。
【００４７】検出器アレー１４の表面に対して扇状ビー
ム軸２３の変位Ｄz は次式の比に従って変位Ｖz より大
きくなることがわかる。
【００４８】 Ｄz ＝Ｖz ［（ｌ1 ＋ｌ2 ＋ｌ3 ）／（ｌ1 ＋ｌ2 ）］ （２） 但し、ｌ3 は体積要素７の並進軸８４と検出器アレー１
４の露出表面との間の距離である。一般に、検出器アレ
ー１４の検出素子１６はそれらの照射のｚ軸位置の関数
として感度の変化を表す。したがって、Ｄz の変化は投
影の測定値にある変動を導入する。周辺ビーム２４およ
び周辺検出素子１８を使ってこの変動を補正することに
より、当業者には理解される補償方法に従って感度変動
を補正するための基準が得られる。このような方法の一
つが米国特許第４，５５９，６３９号に述べられてい
る。
【００４９】図７および１１に示されている第二の実施
例では、Ｘ線焦点２６とコリメータ３８の出口開口４５
の両方が動かされる。Ｘ線焦点２６の運動は前に述べた
ように陽極２９に電子ビームを再集束することにより、
またはサーボ電動機の制御下でＸ線源１０の物理的並進
によって遂行される。ガントリ平面６０からの焦点２６
の偏差の測定値はＦz と名付ける。図１１に示すように
この第二の実施例では、次式のように体積要素の変位Ｖ
z に対して焦点の変位Ｆz および出口開口４５の変位Ｃ
z を制御することにより、検出器アレー１４上の扇状ビ
ーム軸２３の交差点は一定（零変位）に維持される。
【００５０】 Ｆz ＝Ｖz ［（ｌ1 ＋ｌ2 ＋ｌ3 ）／ｌ3 ］ （３） および Ｃz ＝Ｖz ［（ｌ2 ＋ｌ3 ）／ｌ3 ］ （４） 図１４に示すように、走査ピッチと１投影セットに対
する回転との積がほぼスライス厚さｗに等しいものとし
て、非ヘリカルスキャンで投影データが取得されるイメ
ージング対象１２の中の取得体積８６はヘリカルスキャ
ンの取得体積のほぼ半分となる。上記二つの実施例で説
明したような本発明は外側に円錐状にくぼんだ、側面に
位置する体積８８により、非ヘリカル取得体積８６の上
の取得体積を拡大する。体積８８によって表される取得
体積のこの増加によって、投影データのらせんオフセッ
トは少し大きくなるが、領域９０が追加されて取得体積
が事実上２倍になるヘリカル走査で生じるらせんオフセ
ットよりはずっと小さい。一般に、並進軸を中心とする
イメージング対象１２に比べて距離ｌ1 ＋ｌ2 が大きけ
れば大きいほど、側面に位置する体積８８は小さくな
り、したがってデータのらせんオフセットが小さくな
る。
【００５１】図１４および図８を参照して説明すると、
本発明の第三の実施例では側面に位置する体積８８がな
くなり、非ヘリカル走査と同じ取得体積８６が生じる。
図１２に示すように、コリメータ３８の変位Ｄz および
焦点２６のＦz は体積要素７の変位Ｖz に等しく設定さ
れる。したがって、扇状ビーム軸２３は常にガントリ平
面６０と平行に維持される。
【００５２】図９および図１３に示す第四の実施例で
は、コリメータ３８の出口開口４５の変位Ｃz が（零に
等しく）固定され、焦点２６の変位Ｆz は次式に従って
調整される。
【００５３】 Ｆz ＝−Ｖz （ｌ1 ／ｌ2 ） （５） コリメータ３８を動かさないで与えられた体積要素７
を追従するのに必要なガントリ平面６０からの扇状ビー
ム軸２３のそれる角度が大きいため、同じ寸法のＣＴシ
ステムの場合には、上記の方法に対する取得体積（図示
しない）および検出器アレー上の扇状ビーム軸２３の変
位Ｄz の量は前に述べた方法に対する同等の量より大き
くなる。
【００５４】上記各実施例では、並進軸８４の上の体積
要素７の近くの体積要素の投影データにはらせんオフセ
ットが殆どない。それと反対に、ガントリ平面６０に対
して扇状ビーム軸２３の角度で規定されるようなｘおよ
びｙのより大きな値に対して、体積要素７から除かれた
体積要素と並進軸８４のらせんオフセット量は増大す
る。このため、イメージング対象１２の中の関心のある
内部構造の近くに体積要素７と並進軸８４を配置するこ
とが望ましいことがある。
【００５５】並進軸８４は普通、ガントリ２０の回転中
心１３と交差する。台１７の高さを調整するだけで、回
転中心１３と並進軸８４をともにイメージング対象の中
で動かすことができる。代案として、扇状ビーム角度２
３をガントリ回転２８の関数として扇状ビーム角度２３
を調整することにより、回転中心１３とは独立に並進軸
８４を動かすことができる。これは上記の各実施例でコ
ンピュータ７０が使用するｌ2 およびｌ3 の見かけの値
を次式のようにガントリ角度θの関数として修正するこ
とにより容易に遂行される。
【００５６】 ｌ2 ′＝ｌ2 − cos（θ＋α）（Δ） （６） ｌ3 ′＝ｌ3 ＋ cos（θ＋α）（Δ） （７） 但し、αは関心のある体積とガントリ角度θ＝０との間
の回転中心１３に対する角度であり、△は関心のある体
積とガントリ回転中心１３との間の距離であり、ｌ2 ′
およびｌ3 ′は上記の式のｌ2 およびｌ3 としてそれぞ
れ代入される。
【００５７】図６、７および９の実施例の場合、そのま
ま小さくされたらせんオフセット量も投影セット内の投
影の順番の関数として変化する。例えば、関心のある体
積７の開始位置８０および終了位置８２がガントリ平面
６０を中心として対称に変位しているとき、真中の投影
にはらせんオフセットがなく、開始投影と終了投影のら
せんオフセットは最も大きい。このため、開始投影およ
び終了投影がデエンファシスされ、投影セットの真中の
投影がエンファシスされるように投影の重み付けをする
ことが好ましい。このような重み方式は１９８９年１１
月２２日に出願された米国特許出願第４４０，５３１号
に開示されている。最後に、投影の取得の間に検出器１
４の照明の中心が変化する第一、第二、および第四の実
施例の場合、常に扇状ビーム２２全体を受けるように検
出器１４が充分に広いことが重要である。
【００５８】なお本発明の趣旨と範囲の中にある実施例
の多数の修正および変形は通常程度の当業者には明らか
である。例えば、コリメータは従来のブレード型の設計
のものとすることができる。更に、この方法は検出器ア
レー１４が動かず、イメージング対象１２を取り囲み得
る、いわゆる「第四世代」のＣＴ機器に適用できること
は明らかである。Ｘ線管とコリメータも単一の装置とし
て機械的に並進し、傾け得ることも明らかである。最後
に、相次ぐ投影セットの取得の間、台の動きが一定であ
る必要はなく、例えば、扇状ビーム２２が開始位置で自
身を再位置決めする期間Ｔ2 の間、遅らせてもよい。本
発明の範囲に入る種々の実施例を公知にするために、特
許請求の範囲を記載してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用し得るＸ線源およびＸ線検出器を
含むＣＴシステムのガントリの概略図である。
【図２】らせん走査についてイメージング対象に対する
ガントリおよびガントリ軸の相対的な配置を示す図１の
イメージング対象の概略図である。分かりやすくするた
め、らせん走査のピッチは誇張して大きく描いてある。
【図３】本発明のコリメータアセンブリの斜視図であ
る。
【図４】厚い扇状ビームおよび薄い扇状ビームのそれぞ
れの場合についてマンドレルの配置方向を示す、図３の
コリメータのマンドレルの横断面図である。
【図５】本発明による図３のコリメータおよびＸ線焦点
に対する制御システムを示すブロック図である。
【図６】わかりやすくするためＸ線管陽極、コリメータ
および検出器アレーを誇張して大きく描いた、図１のＸ
軸方向に見たＸ線扇状ビームの径路の簡略化された横断
面図であり、コリメータの運動だけを必要とするらせん
オフセットを小さくする第一の方法を示す横断面図であ
る。
【図７】コリメータおよびＸ線焦点の運動を必要とする
らせんオフセットを小さくする第二の方法であって、検
出器の照射される領域の運動を小さくする第二の方法
の、図６と類似した横断面図である。
【図８】コリメータおよびＸ線焦点の運動を必要とする
らせんオフセットを小さくする第三の方法であって、ス
キュー誤差を更に小さくする第三の方法の、図６と類似
した横断面図である。
【図９】Ｘ線の運動だけを必要とするらせんオフセット
を小さくする第四の方法の、図６と類似した横断面図で
ある。
【図１０】図６の方法の場合のコリメータ、検出器の照
射領域およびイメージング対象の要素体積のｚ軸変位を
時間につれて示すグラフである。
【図１１】図７の方法の場合のコリメータ、検出器の照
射領域およびイメージング対象の要素体積のｚ軸変位を
時間につれて示すグラフである。
【図１２】図８の方法の場合のコリメータ、検出器の照
射領域およびイメージング対象の要素体積のｚ軸変位を
時間につれて示すグラフである。
【図１３】図９の方法の場合のコリメータ、検出器の照
射領域およびイメージング対象の要素体積のｚ軸変位を
時間につれて示すグラフである。
【図１４】単一スライス厚さ、らせん走査に対する実効
厚さ、および図６−８の方法によりらせんオフセットを
小さくしたらせん走査に対する実効厚さを示す、図１の
Ｘ軸方向に見たイメージング対象の誇張された横断面図
である。
【図１５】オフセット並進軸に対するｌ1 ′および
ｌ2 ′の決定を示す、図１に類似した概略図である。
【符号の説明】
７ 体積要素 １０ Ｘ線源 １２ イメージング対象 １３ 回転中心 １４ 検出器アレー ２２ 扇状ビーム ２６ 焦点 ３８ コリメータ ４３ 入口開口 ４５ 出口開口 ６０ ガントリ平面 ８４ 並進軸 Ｔ1 第一の期間 Ｔ2 第二の期間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール・ロス・クロフォード アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ミ ルウォーキー、ノース・レーク・ドライ ブ、2557番 (56)参考文献 特開 平４−54941（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被作像体の断層撮影投影データを取得す
    る装置であって、 並進軸に沿って同時に前記被作像体を支持する共に並進
    させる手段と、 Ｘ線発生器から前記被作像体を通してＸ線ビームを投射
    し、第１の期間の間に前記被作像体の並進につれて第１
    の方向に前記並進軸に沿って前記ビームを掃引すること
    と、第２の期間の間に前記並進軸に沿うが前記被作像体
    の並進とは反対の第２の方向に前記並進軸に沿って前記
    ビームを掃引することとを交互に行う手段と、 前記被作像体を通過した前記Ｘ線発生器からのビームを
    Ｘ線検出器アレーで受け取る手段と、 前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を前記被作像体の両側に
    対向して保持し、同時に前記並進軸に対して実質的に垂
    直なガントリ平面内で回転中心及び前記被作像体の周り
    に前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を回転させる手段とを
    備えており、 前記Ｘ線発生器は、 固定されたＸ線源と、 前記並進軸に沿って移動可能な開口を有しているコリメ
    ータとを含んでおり、該コリメータの開口は、次式に従
    って制御されており、 Ｃz ＝Ｖz ｛ｌ1 ／（ｌ1 ＋ｌ2 ）｝ ここで、Ｖz は所定の体積要素と前記ガントリ平面との
    間の前記並進軸に沿った距離であり、 Ｃz は前記コリメータの中心と前記ガントリ平面との間
    の前記並進軸に沿った距離であり、 ｌ1 は前記Ｘ線源と前記コリメータとの間の距離であ
    り、 ｌ2 は前記コリメータと前記並進軸との間の距離である
    被作像体の断層撮影投影データを取得する装置。
  2. 【請求項２】 前記コリメータの開口は、次式のガント
    リ角度θに従って制御されており、 Ｃz ＝Ｖz ｛ｌ1 ／（ｌ1 ＋ｌ2 ′）｝ ここで、 ｌ2 ′＝ｌ2 −ｓｉｎ（θ＋α）（Δ） であり、 θはガントリ角度であり、 Ｖz は前記所定の体積要素と前記ガントリ平面との間の
    前記並進軸に沿った距離であり、 Ｃz は前記コリメータの中心と前記ガントリ平面との間
    の前記並進軸に沿った距離であり、 αは関心のある体積とガントリ角度θ＝０との間の前記
    回転中心に関する角度であり、 △は関心のある体積と前記ガントリ回転中心との間の距
    離であり、 ｌ1 は前記Ｘ線源と前記コリメータとの間の距離であ
    り、 ｌ2 は前記コリメータと前記並進軸との間の距離である
    請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 被作像体の断層撮影投影データを取得す
    る装置であって、 並進軸に沿って同時に前記被作像体を支持する共に並進
    させる手段と、 Ｘ線発生器から前記被作像体を通してＸ線ビームを投射
    し、第１の期間の間に前記被作像体の並進につれて第１
    の方向に前記並進軸に沿って前記ビームを掃引すること
    と、第２の期間の間に前記並進軸に沿うが前記被作像体
    の並進とは反対の第２の方向に前記並進軸に沿って前記
    ビームを掃引することとを交互に行う手段と、 前記被作像体を通過した前記Ｘ線発生器からのビームを
    Ｘ線検出器アレーで受け取る手段と、 前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を前記被作像体の両側に
    対向して保持し、同時に前記並進軸に対して実質的に垂
    直なガントリ平面内で回転中心及び前記被作像体の周り
    に前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を回転させる手段とを
    備えており、 前記Ｘ線発生器は、 前記並進軸に沿って移動可能な焦点を有しているＸ線源
    と、 前記並進軸に沿って移動可能な開口を有しているコリメ
    ータとを含んでいる被作像体の断層撮影投影データを取
    得する装置。
  4. 【請求項４】 前記焦点及び前記コリメータの開口は、
    次式に従って制御されており、 Ｆz ＝Ｖz ｛（ｌ1 ＋ｌ2 ＋ｌ3 ）／ｌ3 ｝、及び Ｃz ＝Ｖz ｛（ｌ1 ＋ｌ2 ）／ｌ3 ｝ ここで、Ｖz は所定の体積要素と前記ガントリ平面との
    間の前記並進軸に沿った距離であり、 Ｆz は前記Ｘ線源と前記ガントリ平面との間の前記並進
    軸に沿った距離であり、 Ｃz は前記コリメータの中心と前記ガントリ平面との間
    の前記並進軸に沿った距離であり、 ｌ1 は前記Ｘ線源と前記コリメータとの間の距離であ
    り、 ｌ2 は前記コリメータと前記並進軸との間の距離であ
    り、 ｌ3 は前記並進軸と前記Ｘ線検出器との間の距離である
    請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記焦点及び前記コリメータの開口は、
    次式に従って制御されており、 Ｆz ＝Ｖz ｛（ｌ1 ＋ｌ2 ′＋ｌ3 ′）／ｌ3 ′｝、及び Ｃz ＝Ｖz ｛（ｌ1 ＋ｌ2 ′）／ｌ3 ′｝ ここで、 ｌ2 ′＝ｌ2 −ｃｏｓ（θ＋α）（Δ） ｌ3 ′＝ｌ3 ＋ｃｏｓ（θ＋α）（Δ） であり、 θはガントリ角度であり、 αは関心のある体積とガントリ角度θ＝０との間の前記
    回転中心に関する角度であり、 △は関心のある体積と前記ガントリ回転中心との間の距
    離であり、 Ｖz は所定の体積要素と前記ガントリ平面との間の前記
    並進軸に沿った距離であり、 Ｆz は前記Ｘ線源と前記ガントリ平面との間の前記並進
    軸に沿った距離であり、 Ｃz は前記コリメータの中心と前記ガントリ平面との間
    の前記並進軸に沿った距離であり、 ｌ1 は前記Ｘ線源と前記コリメータとの間の距離であ
    り、 ｌ2 は前記コリメータと前記並進軸との間の距離であ
    り、 ｌ3 は前記並進軸と前記Ｘ線検出器との間の距離である
    請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記焦点及び前記コリメータの開口は、
    次式に従って制御されており、 Ｆz ＝Ｃz ＝Ｖz ここで、Ｖz は所定の体積要素と前記ガントリ平面との
    間の前記並進軸に沿った距離であり、 Ｆz は前記Ｘ線源と前記ガントリ平面との間の前記並進
    軸に沿った距離であり、 Ｃz は前記コリメータの中心と前記ガントリ平面との間
    の前記並進軸に沿った距離である請求項３に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記焦点は、次式に従って制御されてお
    り、 Ｆz ＝−Ｖz （ｌ1 ／ｌ2 ′） ここで、 ｌ2 ′＝ｌ2 −ｓｉｎ（θ＋α）（Δ） であり、 θはガントリ角度であり、 αは関心のある体積とガントリ角度θ＝０との間の前記
    回転中心に関する角度であり、 △は関心のある体積と前記ガントリ回転中心との間の距
    離であり、 Ｆz は前記Ｘ線源と前記ガントリ平面との間の前記並進
    軸に沿った距離であり、 Ｖz は所定の体積要素と前記ガントリ平面との間の前記
    並進軸に沿った距離であり、 ｌ1 は前記Ｘ線源と前記コリメータとの間の距離であ
    り、 ｌ2 は前記コリメータと前記並進軸との間の距離である
    請求項３に記載の装置。
  8. 【請求項８】 被作像体の断層撮影投影データを取得す
    る装置であって、 並進軸に沿って同時に前記被作像体を支持する共に並進
    させる手段と、 Ｘ線発生器から前記被作像体を通してＸ線ビームを投射
    し、第１の期間の間に前記被作像体の並進につれて第１
    の方向に前記並進軸に沿って前記ビームを掃引すること
    と、第２の期間の間に前記並進軸に沿うが前記被作像体
    の並進とは反対の第２の方向に前記並進軸に沿って前記
    ビームを掃引することとを交互に行う手段と、 前記被作像体を通過した前記Ｘ線発生器からのビームを
    Ｘ線検出器アレーで受け取る手段と、 前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を前記被作像体の両側に
    対向して保持し、同時に前記並進軸に対して実質的に垂
    直なガントリ平面内で回転中心及び前記被作像体の周り
    に前記Ｘ線発生器及びＸ線検出器を回転させる手段とを
    備えており、 前記Ｘ線発生器は、 前記並進軸に沿って移動可能な焦点を有しているＸ線源
    と、 固定されたコリメータの開口とを含んでいる被作像体の
    断層撮影投影データを取得する装置。
  9. 【請求項９】 前記焦点は、次式に従って制御されてお
    り、 Ｆz ＝−Ｖz （ｌ1 ／ｌ2 ） ここで、Ｆz は前記Ｘ線源と前記ガントリ平面との間の
    前記並進軸に沿った距離であり、 Ｖz は所定の体積要素と前記ガントリ平面との間の前記
    並進軸に沿った距離であり、 ｌ1 は前記Ｘ線源と前記コリメータとの間の距離であ
    り、 ｌ2 は前記コリメータと前記並進軸との間の距離である
    請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１の期間の間の前記Ｘ線ビーム
    による前記被作像体のＸ線照射は、前記第２の期間の間
    の前記Ｘ線ビームによる前記被作像体のＸ線照射よりも
    大きい請求項１、３又は８のうちのいずれか一項に記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】 前記Ｘ線ビームの強度は、前記第２の
    期間の間に低減されている請求項１、３又は８のうちの
    いずれか一項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１の期間の間の前記Ｘ線ビーム
    の掃引は、前記並進軸上の所定の体積要素に前記ビーム
    を中心合わせして維持するように行われている請求項
    １、３又は８のうちのいずれか一項に記載の装置。
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