JP2676576B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents
Ｘ線ｃｔ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はら旋スキャンを行うＸ線
ＣＴ装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ら旋スキャンを行ったＸ線ＣＴ装置の従
来例には、「ディジタル画像処理の医用機器への応用と
問題点」（技研センタ主催のセミナー「医用画像のディ
ジタル信号処理技術とその臨床応用への問題点」での発
表論文。昭和５６年１０月２６日。堀場勇夫著。II４２
〜II４４ページ）（従来例Ａと称す）、及び特開昭５９
−１１１７３８号（従来例Ｂと称す）がある。従来例Ａ
は、ら旋スキャンＣＴ装置の原理を示す文献であり、Ｘ
線源を被検体の囲りに回転させること、この回転と共に
被検体を体軸方向に移動させることの２つの特徴を持つ
ら旋スキャンの原理を開示する。更に、従来例Ａは、こ
のら旋スキャンで収集したデータを再構成する旨を開示
する。かくして、ら旋スキャンによるＸ線ＣＴ装置の原
理が記載されたことになる。 【０００３】従来例Ｂは、従来例Ａと同様にら旋スキャ
ンＸ線ＣＴ装置を開示する。更に従来例Ｂは、ら旋スキ
ャンで収集したデータからの再構成法及びアーチファク
ト低減法を各種開示する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記各従来例は、片方
向のみのベッドの移動である。片方向のみの移動の結
果、再構成のために必要な投影データは、被検体の体軸
方向の幅でみるに、大きくならざるを得ない。更に、体
軸方向の幅が大きくなると、再構成画像そのものの信頼
性に問題がでてくる。 【０００５】本発明の目的は、ら旋スキャンにおいて再
構成に必要な体軸方向の幅を減少させ、再構成画像の信
頼性を高めることを可能にするＸ線ＣＴ装置を提供する
ものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、Ｘ線
を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対向して設けられた被検
体を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器と、被検体
を乗せて往路と復路との両者それぞれに連続移動可能な
患者ベッドと、検出したデータを収集するデータ収集手
段と、該データから画像再構成する画像再構成手段と
を、少なくとも有し、該Ｘ線源を被検体の囲りに連続的
に回転移動させ、該回転移動中に前記患者ベッドを被検
体の体軸方向に連続的に移動させ、該被検体の移動中に
被検体にＸ線を曝射し、往復の両方向でら旋状走査を行
わせ任意スライス位置の断層像を画像再構成することと
した。本発明は、Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対
向して設けられた被検体を透過してきたＸ線を検出する
Ｘ線検出器と、被検体を乗せて往路と復路との両者それ
ぞれに連続移動可能な患者ベッドと、検出したデータを
収集するデータ収集手段と、該データから画像再構成す
る画像再構成手段とを、少なくとも有し、該Ｘ線源を被
検体の囲りに連続的に回転移動させ、該回転移動中に前
記患者ベッドを被検体の体軸方向に連続的に移動させ、
該被検体の移動中に被検体にＸ線を曝射し、往復の両方
向でら旋状走査を行わせ、前記往路と復路とでそれぞれ
収集したデータ相互を用いて任意のスライス位置での投
影データを求め、該投影データより任意スライス位置の
断層像を画像再構成することとした。更に、本発明は、
Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対向して設けられた
被検体を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器と、被
検体を乗せて往路と復路との両者それぞれに連続移動可
能な患者ベッドと、検出したデータを収集するデータ収
集手段と、該データから画像再構成する画像再構成手段
とを、少なくとも有し、該Ｘ線源を被検体の囲りに連続
的に回転移動させ、該回転移動中に前記患者ベッドを被
検体の体軸方向に連続的に移動させ、該被検体の移動中
に被検体にＸ線を曝射し、往復の両方向でら旋状走査を
行わせることとしたＸ線ＣＴ装置において、前記往路と
復路とでそれぞれ収集したデータ相互間で補間処理を行
って任意のスライス位置での投影データを求め、該投影
角データより任意スライス位置の断層像を画像再構成す
ることとした。これにより、往路と復路との２方向のら
旋スキャンが実現でき、そこから得た投影データから往
路のみでは得られない高分解能の再構成画像を得ること
ができる。 【０００７】 【実施例】図２はＲ−Ｒ方式ＣＴ装置の外観図である。
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ 線管装置（Ｘ線発生装置）１と、
Ｘ線検出器２、Ｘ線管用高電圧発生器（図示せず）、患
者ベッド３より成る。Ｘ線管装置１とＸ線検出器２とは
互いにベッド３上の被検体を挟んで対向した位置関係に
ある。この対向した位置関係のもとで、Ｘ線管装置１と
Ｘ線検出器２とは、連続回転させる。連続回転のため
に、Ｘ線管装置１への高電圧装置からの高電圧は、スリ
ップリングを介して給電させた。この回転速度は後述の
図５の正弦波軌跡からわかるように一定速度である。 【０００８】Ｘ線管装置１とＸ線検出器２とはフレーム
に一体的に搭載させた。フレーム（スキャナ）にスリッ
プリング機構をつけて高電圧を供電させる。 【０００９】患者ベッド３は、スキャナの回転面に垂直
な方向（矢印）に一定速度で移動できる。患者ベッド３
の移動とＸ線管装置１によるＸ線の曝射とＸ線管装置１
の回転とは互いに同期させる。 【００１０】患者ベッド及びＸ線管装置１がそれぞれで
定まる一定速度で移動及び回転することにより、ら旋ス
キャンでの収集データの管理が容易となる利点を持つ。
もし、患者ベッドの移動及びＸ線管装置１の回転がそれ
ぞれ一定でないと、後述する補間処理での係数ａ、ｂの
設定も容易でなく、同一投影角の２つのデータの抽出も
容易でない。 【００１１】今、スキャナは、ある固定された回転面で
連続して、且つ高速で回転させる。このとき、患者ベッ
ド３を一定速度でガントリ開口部４に挿入し、所望の断
層面を含む範囲で走査する。この走査に先だって走査位
置決めを行う。 【００１２】位置決めは、図３より、撮影開始の基準と
なる最初の断層面６をスキャナ回転面Ａからある距離ａ
だけ手前に位置決めされる。距離ａは、患者ベッドの移
動速度が一定になるまでの余裕を持ち、スキャナ及び患
者ベッドが回転及び移動開始後、その速度が定常状態に
なるＢ面（距離ｂ）に同期してＸ線パルスの曝射を開始
する。この場合の距離ｂは、患者ベッドが移動する方向
での補間を用いて投影データを求めるため、計測し始め
及び終了後に余分にデータを計測しなければならない距
離である。患者ベッドが最終断層面７を距離ｂだけ過ぎ
たＢ′面まで達するとＸ線の曝射は停止され、患者ベッ
ドは減速しＡ′面で停止する。この様に、患者ベッドを
走査中に移動することによって、静止した被検体から見
て、図４（イ）に示すようにら旋状に走査される。この
際のＸ線管装置の被検体に対する片方向スキャンによる
軌跡を図５に示す。 【００１３】ら旋状走査によって得た投影データ（以
後、ら旋データと呼ぶ）は、図４に示すように、スキャ
ナを被検体の囲りにら旋状に回転させ走査した場合に得
られる投影データと等価である。 【００１４】ら旋データＳＲは投影角β、及び被検体の
体軸方向の位置Ｘとで決定される。ここで走査開始時の
位置Ｘ0、スキャナが１回転する間にベッド（及び被検
体）が移動する距離をＤとする。被検体位置Ｘnでのス
ライス面（断層面）Ｓ（Ｘn）の断層像を再構成するに
は、投影データＲ（β、Ｘn）（但し、β＝０゜〜３６
０゜）が必要である。そしてら旋データＳＲから所望断
層面Ｓ（Ｘn）の投影データＲ（β、Ｘn）を補間によっ
て求め、その投影データから画像再構成する。 【００１５】断層像を求めるには、その断層面における
投影データＲ（β、Ｘn）（但し、β＝０゜〜３６０
゜）を求めればよい。ら旋データを一般式で示すと以下
となる。 【数１】ＳＲ＝（βi、Ｘj） 但し、投影角βiは０゜≦βi≦３６０゜の範囲の値であ
り、位置Ｘjは、Ｘ0≦Ｘj≦Ｘeを満足する任意の一転で
ある。Ｘ0は走査開始位置、Ｘeは走査終了位置である。
投影角βiは図５の縦軸のＸ線管高さに相当する。 【００１６】そこで、片方向スキャンにあっては、Ｘj
＝Ｘnの位置Ｘnのスライス面Ｓ（Ｘn）における、投影
角βiでの投影データ 【数２】Ｒ（βi、Ｘn） は、Ｘnの前後１回転分（±Ｄ）の区間（即ち、Ｘn−Ｄ
＜Ｘn＜Ｘn＋Ｄの区間）のデータを利用すること、及び
同じ投影角βiのら旋データから投影角Ｒ（βi、Ｘn）
を補間によって求めること、によって算出する。この補
間は、２点線形補間であり、例えば図５に示す投影角β
1でみるに、投影角β1と一致する、Ｘnの前後位置は
Ｘe、Ｘmであり、その時の投影データはＳＲ（β1、
Ｘe）、ＳＲ（β1、Ｘm）であり、且つＸeとＸnとの距
離ｂはｂ＝Ｘn−Ｘe、ＸmとＸnとの距離ａはａ＝Ｘm−
Ｘnである故に、補間式は〔数３〕となる。 【数３】 Ｒ（β1、Ｘn）＝ ｛ＳＲ（β1、Ｘe）×ａ＋ＳＲ（β1、Ｘm）×ｂ｝ ／（ａ＋ｂ） この処理をＸnを固定したままで、０゜≦βi≦３６０゜
の３６０゜全方向（全投影角）について行えば、位置Ｘ
nの投影データが得られる。 【００１７】片方向スキャンでのＸ線ＣＴ装置の実施例
を図１に示す。Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線発生装置１、Ｘ線
検出器２、データ収集回路２Ａ、バッファメモリ１２、
補間回路１３、フィルタ補正回路１４、逆投影演算回路
１５、ＣＲＴ１６より成る。 Ｘ線発生装置１…ファン状Ｘ線ビームを発生する。 Ｘ線検出器２…透過ファン状Ｘ線ビームの検出を行う多
チャンネル検出素子より成る。 データ収集回路２Ａ…多チャンネルの検出器２の検出値
を取り込みプリアンプ、ＡＤ変換等の処理を行い、ら旋
投影データＳＲを得る。 【００１８】２次元バッファ…ｉ×ｊのアドレスを持つ
バッファである。ら旋投影データＳＲを格納する。即
ち、このバッファ１２は投影番号ｉ、スキャナ回転数番
号（何回転目か）ｊで決定づけられる。更にスキャナ１
回転における投影数をｐｐ，スキャナの回転総数（何ス
キャンしたか）をＪＣとすると、ら旋データＳＲのパラ
メータは、この２次元配列の引数ｉ，ｊによって次のよ
うに求められる。 【数４】投影角βi＝β0＋（ｉ−１）×Δθ 位置Ｘij＝Ｘ0＋（ｊ−１）×Ｄ＋（ｉ−１）×ΔＤ ただし、 【数５】ΔＤ＝３６０゜／ｐｐ ΔＤ＝Ｄ／ｐｐ となる。 【００１９】補間回路１３…位置Ｘnが指定されると、
Ｘnにおける投影データＲ（βi、Ｘn）を補間によって
作成する。即ち、ら旋投影データＳＲを投影データＲに
変換する。 【００２０】フィルタ補正回路１４…ぼけ補正を行う。
フィルタ関数は、ぼけ補正の内容によって決まる。 逆投影演算回路１５…フィルタ補正回路１４のフィルタ
リング後の出力を逆投影する。これによって断層像を得
る。ＣＲＴ１６…断層像の表示を行う。 【００２１】動作を説明する。Ｘ線発生装置１とＸ線検
出器２とは予め定められた平面上を連続的に回転してい
る。この状態で被検体を乗せたベッド３が一定速度で前
進する。前進の過程で被検体にＸ線発生装置１からのＸ
線が曝射される。この曝射は、ら旋状走査によってなさ
れたものとなる。ら旋状走査によって得る透過Ｘ線は、
Ｘ線検出器２で検出され、データ収集回路２Ａで各種の
前処理及びＡＤ変換される。かくして、ら旋データＳＲ
を得る。このら旋データＳＲは引数ｉ，ｊをアドレスと
する２次元バッファ１２に格納される。被検体の測定範
囲全域にわたって、同様にら旋データＳＲを得、２次元
バッファ１２に格納する。 【００２２】２次元バッファ１２にら旋データが埋まっ
た後に、補間回路１３はら旋データＳＲから所望断層面
の投影データＲを得る。即ち、位置Ｘnを指定して所望
断層面を特定化し、位置Ｘnにおける投影データＲ
（ｉ，Ｘn）を作成する。具体的には、〔数４〕，〔数
５〕から明らかなように、ら旋データＳＲの被検体の体
軸方向のサンプル位置を横軸に、投影番号ｉを縦軸にと
ると、図６の関係となる。従って、投影データＲ（ｉ，
Ｘn）は、次の式で求めることができる。 【数６】 Ｒ（ｉ，Ｘn）＝｛ＳＲ（ｉ，Ｊ１）×ａ＋ＳＲ（ｉ，Ｊ１＋１）×ｂ｝ ／（ａ＋ｂ） 【００２３】次に、得られた投影データＲ（ｉ，Ｘn）
は、フィルタ補正回路１４でぼけ補正処理を受ける。ぼ
け補正処理後の投影データは逆投影演算回路１５で逆投
影処理され、位置Ｘnにおける断層像を得る。ＣＲＴ１
６が断層像を表示する。 【００２４】本発明は、以上の片方向スキャンに代わっ
て往復両方向スキャンを行って、そこから補間処理で再
構成像を得ようとするものである。本発明の実施例を述
べる。患者ベッドを一方向だけでなく逆方向にも移動
し、図３のＢ面からＢ′面まで走査させる。この際、往
路方向（順方向）移動の軌跡９と復路方向（逆方向）移
動の軌跡８が交差する様に走査を行うと、被検体は図４
（ロ）に示す様に走査される。断層像を１枚だけ得る場
合を図７（イ）、（ロ）により説明する。 【００２５】図７（イ）はスキャナ回転速度１６、患者
ベッド移動速度１７及びＸ線パルス１８の関係をタイム
・チャートで示したものである。図７（ロ）より、１枚
の断層像を得るために必要な１８０゜（あるいはそれ以
上）の走査９を順方向について行い、スキャナがさらに
１８０゜回転するまで患者ベッドの移動・Ｘ線の曝射を
休止させ、１８０゜位相をずらした後（こうすることに
よって、順方向の軌跡と逆方向の軌跡が交差する）、逆
方向に１８０゜（あるいはそれ以上）の走査８を行う
と、被検体に対するＸ線管装置の軌跡９は図７（ロ）に
示す様になる。ただし、破線部は、患者ベッドの移動・
曝射を休止してスキャナのみ回転していることを表わ
す。 【００２６】このように走査した場合、投影データは患
者ベッドが順方向に移動している時の投影データと、逆
方向に移動している時の投影データとの補間によって求
める。また、片方向スキャンでは、どの断層面でも補間
による誤差は同じ条件であったが、両方向スキャンでは
交点を含み、ベッド移動方向に対し垂直な面が最も補間
による誤差が少ない。そこで、図７（ロ）に示した走査
をした場合、断層面１９を求める。 【００２７】図８において、（イ）は上からの、（ロ）
は横からの軌跡の投影である。図７（ロ）における断層
面１９は図８の面Ｓに対応する。面Ｓの断層像を求める
には、面Ｓ上での投影データを求めればよい。そこで、
同じ投影角βをもつ投影データＰ１，Ｐ２を考える。Ｐ
１は順方向、Ｐ２は逆方向移動時の投影データである。
Ｐ１，Ｐ２からは面Ｓ上の投影データＰが求められる。
投影データＰ（ｉ，ｊ）は線形補間を用いれば、 【数７】 Ｐ（ｉ，ｊ）＝（Ｐ１（ｉ，ｊ）＋Ｐ２（ｉ，ｊ））／２ ｉ＝１，２，…ＣＮ ＣＮ：全チャンネル数 ｊ＝１，２，…ＮＰ ＮＰ：全ビュー数 と求まる。この処理を０≦β≦１８０゜について行う
と、前半の半走査の投影データが得られる。得られた１
８０゜分の投影データから１枚の断層像を求め、このデ
ータをぼけ補正し逆投影すれば、所望の断層像が得られ
る。 【００２８】尚、図９にはこの両方向スキャンでの図６
対応図を示す。ら旋データの被検体の体軸方向のサンプ
ル位置を横軸に、投影番号を縦軸にとってある。図６と
対比する。図６ではスライス位置Ｘnに対し、その両側
の２つの軌跡Ｌ1とＬ2とから再構成像を得る。図９で
は、その両側の軌跡Ｌ3とＬ4とから再構成像を得る。Ｌ
1とＬ2とは位置Ｘnの両側に完全に分離されており、そ
の体軸方向幅も大きい。即ち、再構成像を得るのにその
幅の大きい体軸方向の位置から補間で求める必要があ
る。一方、図９では、軌跡Ｌ3とＬ４とはＸnでクロス
し、Ｌ3とＬ4との体軸方向の幅も小さい。即ち、スライ
ス位置Ｘnにより近い位置のデータで再構成が可能にな
る。この結果、再構成画像の信頼性が高まる。 【００２９】以上の実施例では得られた１８０゜分の投
影データから１枚の断層像を求めたが、他の実施例とし
て３６０゜分の投影データを求め断層像を求める方法を
述べる。図１０において、３６０゜分の投影データを求
めるには、順・逆方向共３６０゜の走査が必要となる。
実施例２の範囲を０゜〜１８０゜とすると、本実施例で
は−９０゜〜２８０゜の範囲で走査が必要となる。前半
の半走査は最初の実施例と同様に求められ、後半の半走
査は図１０（イ）に示すＱ１（n），Ｑ２（n）から同様
にＱ（n）が求められ、得られた全投影データから１枚
の断層像が再構成できる。ただし、この第２の実施例で
は後半の半走査を求める場合、補間に用いる投影データ
が距離的に遠く離れてしまい、前半の半走査を求める場
合と比べ、補間による誤差が大きくなる点を考えなけれ
ばならない。しかし、片方向スキャンに比しては誤差は
少ない。 【００３０】図１１は本発明の制御系統図を示す。Ｘ線
制御部１０１は、高圧発生器１１０を制御して高圧電圧
の発生を行わせる。いわゆるＸ線の曝射制御である。回
転フレーム制御部１０２は、Ｘ線管装置（Ｘ線発生器）
とＸ線検出器とを対向して連続回転させる制御だけでは
なく、投影角も加味した制御が可能で、任意に投影角を
制御できる。ベッド移動制御部１０３は、ベッド移動方
向、速度を制御する。ただし、走査最中は一定速度であ
る。 【００３１】システム制御部内の同期化装置１００は、
ベッド位置検出器１１３からの位置情報と、投影角検出
器１１４からの投影角情報を用いて、Ｘ線制御部１０
１、回転フレーム制御器１０２、ベッド移動制御部１０
３の同期をとる。 【００３２】具体的には、各実施例において、予め指定
されたスライス位置が 【数８】 Ｘ（n）＝Ｘs＋３（Ｄ／４）＋（Ｄ／２）n になるように、走査開始位置Ｘsを決定する。ただし、
Ｄはベッド移動スピード及び回転フレームの回転スピー
ドによって決定される。また、順方向走査終了時の位置
Ｘe、及び投影角θeを記憶しておき、逆方向走査の開始
位置がＸe、開始投影角がθe＋１８０゜になるように、
システムを制御する。 【００３３】第３世代（Ｒ−Ｒ方式）ＣＴ装置におい
て、投影データから断層像を再構成するアルゴリズムと
しては、検出された扇状ビームデータをそのまま逆投影
するダイレクト法と、扇状ビームデータを並行ビームデ
ータに変換してから逆投影するアレンジ法などが知られ
ているが、本発明はそれらのアルゴリズムや世代によら
ず、例えばコーンビームを利用したら旋スキャンや電子
走査形等種々の適用ができ、効果を発揮する。 【００３４】更に、補間法としては、線形補間の他に２
次、３次等の高次補間（数スライス分）も可能である。 【００３５】 【発明の効果】本発明によれば、往復の両方向でのら旋
走査でき、高速な連続スキャンが可能となる。更に、両
方向のら旋スキャンで収集したデータに対して、任意の
スライス位置で、その前後の比較的近い連続するデータ
を用いて補間処理により正確な投影データを得ることが
できるようになり、ひいては再構成画像の信頼性を高め
ることができるようになった。更に、スライス位置は、
任意のどこでも可能であり、断層像をその任意の位置で
自在に生成可能になった。
ＣＴ装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ら旋スキャンを行ったＸ線ＣＴ装置の従
来例には、「ディジタル画像処理の医用機器への応用と
問題点」（技研センタ主催のセミナー「医用画像のディ
ジタル信号処理技術とその臨床応用への問題点」での発
表論文。昭和５６年１０月２６日。堀場勇夫著。II４２
〜II４４ページ）（従来例Ａと称す）、及び特開昭５９
−１１１７３８号（従来例Ｂと称す）がある。従来例Ａ
は、ら旋スキャンＣＴ装置の原理を示す文献であり、Ｘ
線源を被検体の囲りに回転させること、この回転と共に
被検体を体軸方向に移動させることの２つの特徴を持つ
ら旋スキャンの原理を開示する。更に、従来例Ａは、こ
のら旋スキャンで収集したデータを再構成する旨を開示
する。かくして、ら旋スキャンによるＸ線ＣＴ装置の原
理が記載されたことになる。 【０００３】従来例Ｂは、従来例Ａと同様にら旋スキャ
ンＸ線ＣＴ装置を開示する。更に従来例Ｂは、ら旋スキ
ャンで収集したデータからの再構成法及びアーチファク
ト低減法を各種開示する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記各従来例は、片方
向のみのベッドの移動である。片方向のみの移動の結
果、再構成のために必要な投影データは、被検体の体軸
方向の幅でみるに、大きくならざるを得ない。更に、体
軸方向の幅が大きくなると、再構成画像そのものの信頼
性に問題がでてくる。 【０００５】本発明の目的は、ら旋スキャンにおいて再
構成に必要な体軸方向の幅を減少させ、再構成画像の信
頼性を高めることを可能にするＸ線ＣＴ装置を提供する
ものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、Ｘ線
を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対向して設けられた被検
体を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器と、被検体
を乗せて往路と復路との両者それぞれに連続移動可能な
患者ベッドと、検出したデータを収集するデータ収集手
段と、該データから画像再構成する画像再構成手段と
を、少なくとも有し、該Ｘ線源を被検体の囲りに連続的
に回転移動させ、該回転移動中に前記患者ベッドを被検
体の体軸方向に連続的に移動させ、該被検体の移動中に
被検体にＸ線を曝射し、往復の両方向でら旋状走査を行
わせ任意スライス位置の断層像を画像再構成することと
した。本発明は、Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対
向して設けられた被検体を透過してきたＸ線を検出する
Ｘ線検出器と、被検体を乗せて往路と復路との両者それ
ぞれに連続移動可能な患者ベッドと、検出したデータを
収集するデータ収集手段と、該データから画像再構成す
る画像再構成手段とを、少なくとも有し、該Ｘ線源を被
検体の囲りに連続的に回転移動させ、該回転移動中に前
記患者ベッドを被検体の体軸方向に連続的に移動させ、
該被検体の移動中に被検体にＸ線を曝射し、往復の両方
向でら旋状走査を行わせ、前記往路と復路とでそれぞれ
収集したデータ相互を用いて任意のスライス位置での投
影データを求め、該投影データより任意スライス位置の
断層像を画像再構成することとした。更に、本発明は、
Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対向して設けられた
被検体を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器と、被
検体を乗せて往路と復路との両者それぞれに連続移動可
能な患者ベッドと、検出したデータを収集するデータ収
集手段と、該データから画像再構成する画像再構成手段
とを、少なくとも有し、該Ｘ線源を被検体の囲りに連続
的に回転移動させ、該回転移動中に前記患者ベッドを被
検体の体軸方向に連続的に移動させ、該被検体の移動中
に被検体にＸ線を曝射し、往復の両方向でら旋状走査を
行わせることとしたＸ線ＣＴ装置において、前記往路と
復路とでそれぞれ収集したデータ相互間で補間処理を行
って任意のスライス位置での投影データを求め、該投影
角データより任意スライス位置の断層像を画像再構成す
ることとした。これにより、往路と復路との２方向のら
旋スキャンが実現でき、そこから得た投影データから往
路のみでは得られない高分解能の再構成画像を得ること
ができる。 【０００７】 【実施例】図２はＲ−Ｒ方式ＣＴ装置の外観図である。
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ 線管装置（Ｘ線発生装置）１と、
Ｘ線検出器２、Ｘ線管用高電圧発生器（図示せず）、患
者ベッド３より成る。Ｘ線管装置１とＸ線検出器２とは
互いにベッド３上の被検体を挟んで対向した位置関係に
ある。この対向した位置関係のもとで、Ｘ線管装置１と
Ｘ線検出器２とは、連続回転させる。連続回転のため
に、Ｘ線管装置１への高電圧装置からの高電圧は、スリ
ップリングを介して給電させた。この回転速度は後述の
図５の正弦波軌跡からわかるように一定速度である。 【０００８】Ｘ線管装置１とＸ線検出器２とはフレーム
に一体的に搭載させた。フレーム（スキャナ）にスリッ
プリング機構をつけて高電圧を供電させる。 【０００９】患者ベッド３は、スキャナの回転面に垂直
な方向（矢印）に一定速度で移動できる。患者ベッド３
の移動とＸ線管装置１によるＸ線の曝射とＸ線管装置１
の回転とは互いに同期させる。 【００１０】患者ベッド及びＸ線管装置１がそれぞれで
定まる一定速度で移動及び回転することにより、ら旋ス
キャンでの収集データの管理が容易となる利点を持つ。
もし、患者ベッドの移動及びＸ線管装置１の回転がそれ
ぞれ一定でないと、後述する補間処理での係数ａ、ｂの
設定も容易でなく、同一投影角の２つのデータの抽出も
容易でない。 【００１１】今、スキャナは、ある固定された回転面で
連続して、且つ高速で回転させる。このとき、患者ベッ
ド３を一定速度でガントリ開口部４に挿入し、所望の断
層面を含む範囲で走査する。この走査に先だって走査位
置決めを行う。 【００１２】位置決めは、図３より、撮影開始の基準と
なる最初の断層面６をスキャナ回転面Ａからある距離ａ
だけ手前に位置決めされる。距離ａは、患者ベッドの移
動速度が一定になるまでの余裕を持ち、スキャナ及び患
者ベッドが回転及び移動開始後、その速度が定常状態に
なるＢ面（距離ｂ）に同期してＸ線パルスの曝射を開始
する。この場合の距離ｂは、患者ベッドが移動する方向
での補間を用いて投影データを求めるため、計測し始め
及び終了後に余分にデータを計測しなければならない距
離である。患者ベッドが最終断層面７を距離ｂだけ過ぎ
たＢ′面まで達するとＸ線の曝射は停止され、患者ベッ
ドは減速しＡ′面で停止する。この様に、患者ベッドを
走査中に移動することによって、静止した被検体から見
て、図４（イ）に示すようにら旋状に走査される。この
際のＸ線管装置の被検体に対する片方向スキャンによる
軌跡を図５に示す。 【００１３】ら旋状走査によって得た投影データ（以
後、ら旋データと呼ぶ）は、図４に示すように、スキャ
ナを被検体の囲りにら旋状に回転させ走査した場合に得
られる投影データと等価である。 【００１４】ら旋データＳＲは投影角β、及び被検体の
体軸方向の位置Ｘとで決定される。ここで走査開始時の
位置Ｘ0、スキャナが１回転する間にベッド（及び被検
体）が移動する距離をＤとする。被検体位置Ｘnでのス
ライス面（断層面）Ｓ（Ｘn）の断層像を再構成するに
は、投影データＲ（β、Ｘn）（但し、β＝０゜〜３６
０゜）が必要である。そしてら旋データＳＲから所望断
層面Ｓ（Ｘn）の投影データＲ（β、Ｘn）を補間によっ
て求め、その投影データから画像再構成する。 【００１５】断層像を求めるには、その断層面における
投影データＲ（β、Ｘn）（但し、β＝０゜〜３６０
゜）を求めればよい。ら旋データを一般式で示すと以下
となる。 【数１】ＳＲ＝（βi、Ｘj） 但し、投影角βiは０゜≦βi≦３６０゜の範囲の値であ
り、位置Ｘjは、Ｘ0≦Ｘj≦Ｘeを満足する任意の一転で
ある。Ｘ0は走査開始位置、Ｘeは走査終了位置である。
投影角βiは図５の縦軸のＸ線管高さに相当する。 【００１６】そこで、片方向スキャンにあっては、Ｘj
＝Ｘnの位置Ｘnのスライス面Ｓ（Ｘn）における、投影
角βiでの投影データ 【数２】Ｒ（βi、Ｘn） は、Ｘnの前後１回転分（±Ｄ）の区間（即ち、Ｘn−Ｄ
＜Ｘn＜Ｘn＋Ｄの区間）のデータを利用すること、及び
同じ投影角βiのら旋データから投影角Ｒ（βi、Ｘn）
を補間によって求めること、によって算出する。この補
間は、２点線形補間であり、例えば図５に示す投影角β
1でみるに、投影角β1と一致する、Ｘnの前後位置は
Ｘe、Ｘmであり、その時の投影データはＳＲ（β1、
Ｘe）、ＳＲ（β1、Ｘm）であり、且つＸeとＸnとの距
離ｂはｂ＝Ｘn−Ｘe、ＸmとＸnとの距離ａはａ＝Ｘm−
Ｘnである故に、補間式は〔数３〕となる。 【数３】 Ｒ（β1、Ｘn）＝ ｛ＳＲ（β1、Ｘe）×ａ＋ＳＲ（β1、Ｘm）×ｂ｝ ／（ａ＋ｂ） この処理をＸnを固定したままで、０゜≦βi≦３６０゜
の３６０゜全方向（全投影角）について行えば、位置Ｘ
nの投影データが得られる。 【００１７】片方向スキャンでのＸ線ＣＴ装置の実施例
を図１に示す。Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線発生装置１、Ｘ線
検出器２、データ収集回路２Ａ、バッファメモリ１２、
補間回路１３、フィルタ補正回路１４、逆投影演算回路
１５、ＣＲＴ１６より成る。 Ｘ線発生装置１…ファン状Ｘ線ビームを発生する。 Ｘ線検出器２…透過ファン状Ｘ線ビームの検出を行う多
チャンネル検出素子より成る。 データ収集回路２Ａ…多チャンネルの検出器２の検出値
を取り込みプリアンプ、ＡＤ変換等の処理を行い、ら旋
投影データＳＲを得る。 【００１８】２次元バッファ…ｉ×ｊのアドレスを持つ
バッファである。ら旋投影データＳＲを格納する。即
ち、このバッファ１２は投影番号ｉ、スキャナ回転数番
号（何回転目か）ｊで決定づけられる。更にスキャナ１
回転における投影数をｐｐ，スキャナの回転総数（何ス
キャンしたか）をＪＣとすると、ら旋データＳＲのパラ
メータは、この２次元配列の引数ｉ，ｊによって次のよ
うに求められる。 【数４】投影角βi＝β0＋（ｉ−１）×Δθ 位置Ｘij＝Ｘ0＋（ｊ−１）×Ｄ＋（ｉ−１）×ΔＤ ただし、 【数５】ΔＤ＝３６０゜／ｐｐ ΔＤ＝Ｄ／ｐｐ となる。 【００１９】補間回路１３…位置Ｘnが指定されると、
Ｘnにおける投影データＲ（βi、Ｘn）を補間によって
作成する。即ち、ら旋投影データＳＲを投影データＲに
変換する。 【００２０】フィルタ補正回路１４…ぼけ補正を行う。
フィルタ関数は、ぼけ補正の内容によって決まる。 逆投影演算回路１５…フィルタ補正回路１４のフィルタ
リング後の出力を逆投影する。これによって断層像を得
る。ＣＲＴ１６…断層像の表示を行う。 【００２１】動作を説明する。Ｘ線発生装置１とＸ線検
出器２とは予め定められた平面上を連続的に回転してい
る。この状態で被検体を乗せたベッド３が一定速度で前
進する。前進の過程で被検体にＸ線発生装置１からのＸ
線が曝射される。この曝射は、ら旋状走査によってなさ
れたものとなる。ら旋状走査によって得る透過Ｘ線は、
Ｘ線検出器２で検出され、データ収集回路２Ａで各種の
前処理及びＡＤ変換される。かくして、ら旋データＳＲ
を得る。このら旋データＳＲは引数ｉ，ｊをアドレスと
する２次元バッファ１２に格納される。被検体の測定範
囲全域にわたって、同様にら旋データＳＲを得、２次元
バッファ１２に格納する。 【００２２】２次元バッファ１２にら旋データが埋まっ
た後に、補間回路１３はら旋データＳＲから所望断層面
の投影データＲを得る。即ち、位置Ｘnを指定して所望
断層面を特定化し、位置Ｘnにおける投影データＲ
（ｉ，Ｘn）を作成する。具体的には、〔数４〕，〔数
５〕から明らかなように、ら旋データＳＲの被検体の体
軸方向のサンプル位置を横軸に、投影番号ｉを縦軸にと
ると、図６の関係となる。従って、投影データＲ（ｉ，
Ｘn）は、次の式で求めることができる。 【数６】 Ｒ（ｉ，Ｘn）＝｛ＳＲ（ｉ，Ｊ１）×ａ＋ＳＲ（ｉ，Ｊ１＋１）×ｂ｝ ／（ａ＋ｂ） 【００２３】次に、得られた投影データＲ（ｉ，Ｘn）
は、フィルタ補正回路１４でぼけ補正処理を受ける。ぼ
け補正処理後の投影データは逆投影演算回路１５で逆投
影処理され、位置Ｘnにおける断層像を得る。ＣＲＴ１
６が断層像を表示する。 【００２４】本発明は、以上の片方向スキャンに代わっ
て往復両方向スキャンを行って、そこから補間処理で再
構成像を得ようとするものである。本発明の実施例を述
べる。患者ベッドを一方向だけでなく逆方向にも移動
し、図３のＢ面からＢ′面まで走査させる。この際、往
路方向（順方向）移動の軌跡９と復路方向（逆方向）移
動の軌跡８が交差する様に走査を行うと、被検体は図４
（ロ）に示す様に走査される。断層像を１枚だけ得る場
合を図７（イ）、（ロ）により説明する。 【００２５】図７（イ）はスキャナ回転速度１６、患者
ベッド移動速度１７及びＸ線パルス１８の関係をタイム
・チャートで示したものである。図７（ロ）より、１枚
の断層像を得るために必要な１８０゜（あるいはそれ以
上）の走査９を順方向について行い、スキャナがさらに
１８０゜回転するまで患者ベッドの移動・Ｘ線の曝射を
休止させ、１８０゜位相をずらした後（こうすることに
よって、順方向の軌跡と逆方向の軌跡が交差する）、逆
方向に１８０゜（あるいはそれ以上）の走査８を行う
と、被検体に対するＸ線管装置の軌跡９は図７（ロ）に
示す様になる。ただし、破線部は、患者ベッドの移動・
曝射を休止してスキャナのみ回転していることを表わ
す。 【００２６】このように走査した場合、投影データは患
者ベッドが順方向に移動している時の投影データと、逆
方向に移動している時の投影データとの補間によって求
める。また、片方向スキャンでは、どの断層面でも補間
による誤差は同じ条件であったが、両方向スキャンでは
交点を含み、ベッド移動方向に対し垂直な面が最も補間
による誤差が少ない。そこで、図７（ロ）に示した走査
をした場合、断層面１９を求める。 【００２７】図８において、（イ）は上からの、（ロ）
は横からの軌跡の投影である。図７（ロ）における断層
面１９は図８の面Ｓに対応する。面Ｓの断層像を求める
には、面Ｓ上での投影データを求めればよい。そこで、
同じ投影角βをもつ投影データＰ１，Ｐ２を考える。Ｐ
１は順方向、Ｐ２は逆方向移動時の投影データである。
Ｐ１，Ｐ２からは面Ｓ上の投影データＰが求められる。
投影データＰ（ｉ，ｊ）は線形補間を用いれば、 【数７】 Ｐ（ｉ，ｊ）＝（Ｐ１（ｉ，ｊ）＋Ｐ２（ｉ，ｊ））／２ ｉ＝１，２，…ＣＮ ＣＮ：全チャンネル数 ｊ＝１，２，…ＮＰ ＮＰ：全ビュー数 と求まる。この処理を０≦β≦１８０゜について行う
と、前半の半走査の投影データが得られる。得られた１
８０゜分の投影データから１枚の断層像を求め、このデ
ータをぼけ補正し逆投影すれば、所望の断層像が得られ
る。 【００２８】尚、図９にはこの両方向スキャンでの図６
対応図を示す。ら旋データの被検体の体軸方向のサンプ
ル位置を横軸に、投影番号を縦軸にとってある。図６と
対比する。図６ではスライス位置Ｘnに対し、その両側
の２つの軌跡Ｌ1とＬ2とから再構成像を得る。図９で
は、その両側の軌跡Ｌ3とＬ4とから再構成像を得る。Ｌ
1とＬ2とは位置Ｘnの両側に完全に分離されており、そ
の体軸方向幅も大きい。即ち、再構成像を得るのにその
幅の大きい体軸方向の位置から補間で求める必要があ
る。一方、図９では、軌跡Ｌ3とＬ４とはＸnでクロス
し、Ｌ3とＬ4との体軸方向の幅も小さい。即ち、スライ
ス位置Ｘnにより近い位置のデータで再構成が可能にな
る。この結果、再構成画像の信頼性が高まる。 【００２９】以上の実施例では得られた１８０゜分の投
影データから１枚の断層像を求めたが、他の実施例とし
て３６０゜分の投影データを求め断層像を求める方法を
述べる。図１０において、３６０゜分の投影データを求
めるには、順・逆方向共３６０゜の走査が必要となる。
実施例２の範囲を０゜〜１８０゜とすると、本実施例で
は−９０゜〜２８０゜の範囲で走査が必要となる。前半
の半走査は最初の実施例と同様に求められ、後半の半走
査は図１０（イ）に示すＱ１（n），Ｑ２（n）から同様
にＱ（n）が求められ、得られた全投影データから１枚
の断層像が再構成できる。ただし、この第２の実施例で
は後半の半走査を求める場合、補間に用いる投影データ
が距離的に遠く離れてしまい、前半の半走査を求める場
合と比べ、補間による誤差が大きくなる点を考えなけれ
ばならない。しかし、片方向スキャンに比しては誤差は
少ない。 【００３０】図１１は本発明の制御系統図を示す。Ｘ線
制御部１０１は、高圧発生器１１０を制御して高圧電圧
の発生を行わせる。いわゆるＸ線の曝射制御である。回
転フレーム制御部１０２は、Ｘ線管装置（Ｘ線発生器）
とＸ線検出器とを対向して連続回転させる制御だけでは
なく、投影角も加味した制御が可能で、任意に投影角を
制御できる。ベッド移動制御部１０３は、ベッド移動方
向、速度を制御する。ただし、走査最中は一定速度であ
る。 【００３１】システム制御部内の同期化装置１００は、
ベッド位置検出器１１３からの位置情報と、投影角検出
器１１４からの投影角情報を用いて、Ｘ線制御部１０
１、回転フレーム制御器１０２、ベッド移動制御部１０
３の同期をとる。 【００３２】具体的には、各実施例において、予め指定
されたスライス位置が 【数８】 Ｘ（n）＝Ｘs＋３（Ｄ／４）＋（Ｄ／２）n になるように、走査開始位置Ｘsを決定する。ただし、
Ｄはベッド移動スピード及び回転フレームの回転スピー
ドによって決定される。また、順方向走査終了時の位置
Ｘe、及び投影角θeを記憶しておき、逆方向走査の開始
位置がＸe、開始投影角がθe＋１８０゜になるように、
システムを制御する。 【００３３】第３世代（Ｒ−Ｒ方式）ＣＴ装置におい
て、投影データから断層像を再構成するアルゴリズムと
しては、検出された扇状ビームデータをそのまま逆投影
するダイレクト法と、扇状ビームデータを並行ビームデ
ータに変換してから逆投影するアレンジ法などが知られ
ているが、本発明はそれらのアルゴリズムや世代によら
ず、例えばコーンビームを利用したら旋スキャンや電子
走査形等種々の適用ができ、効果を発揮する。 【００３４】更に、補間法としては、線形補間の他に２
次、３次等の高次補間（数スライス分）も可能である。 【００３５】 【発明の効果】本発明によれば、往復の両方向でのら旋
走査でき、高速な連続スキャンが可能となる。更に、両
方向のら旋スキャンで収集したデータに対して、任意の
スライス位置で、その前後の比較的近い連続するデータ
を用いて補間処理により正確な投影データを得ることが
できるようになり、ひいては再構成画像の信頼性を高め
ることができるようになった。更に、スライス位置は、
任意のどこでも可能であり、断層像をその任意の位置で
自在に生成可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＴ装置の実施例図である。
【図２】Ｒ−Ｒ方式ＣＴ装置の外観図である。
【図３】片方向スキャンの説明図である。
【図４】片方向スキャンと両方向スキャンの説明図であ
る。 【図５】回転位置とら旋データとの関係図である。 【図６】位置と投影番号との関係図である。 【図７】本発明の実施例でのタイムチャート及び軌跡を
示す図である。 【図８】本発明の実施例での軌跡を示す図である。 【図９】本発明の両方向スキャンでの位置と投影番号と
の関係図である。 【図１０】本発明の他の実施例の説明図である。 【図１１】本発明のシステム構成図である。 【符号の説明】 １ Ｘ線管装置 ２ Ｘ線検出器
る。 【図５】回転位置とら旋データとの関係図である。 【図６】位置と投影番号との関係図である。 【図７】本発明の実施例でのタイムチャート及び軌跡を
示す図である。 【図８】本発明の実施例での軌跡を示す図である。 【図９】本発明の両方向スキャンでの位置と投影番号と
の関係図である。 【図１０】本発明の他の実施例の説明図である。 【図１１】本発明のシステム構成図である。 【符号の説明】 １ Ｘ線管装置 ２ Ｘ線検出器
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【１】 Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対向して設
けられた被検体を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出
器と、被検体を乗せて往路と復路との両者それぞれに連
続移動可能な患者ベッドと、検出したデータを収集する
データ収集手段と、該データから画像再構成する画像再
構成手段とを、少なくとも有し、該Ｘ線源を被検体の囲
りに連続的に回転移動させ、該回転移動中に前記患者ベ
ッドを被検体の体軸方向に連続的に移動させ、該被検体
の移動中に被検体にＸ線を曝射し、往復の両方向でら旋
状走査を行わせ、前記往路と復路とでそれぞれ収集した
データ相互を用いて任意のスライス位置での投影データ
を求め、該投影データより任意スライス位置の断層像を
画像再構成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。 【２】 Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源と対向して設
けられた被検体を透過してきたＸ線を検出するＸ線検出
器と、被検体を乗せて往路と復路との両者それぞれに連
続移動可能な患者ベッドと、検出したデータを収集する
データ収集手段と、該データから画像再構成する画像再
構成手段とを、少なくとも有し、該Ｘ線源を被検体の囲
りに連続的に回転移動させ、該回転移動中に前記患者ベ
ッドを被検体の体軸方向に連続的に移動させ、該被検体
の移動中に被検体にＸ線を曝射し、往復の両方向でら旋
状走査を行わせることとしたＸ線ＣＴ装置において、前
記往路と復路とでそれぞれ収集したデータ相互間で補間
処理を行って任意のスライス位置での投影データを求
め、該投影データより任意スライス位置の断層像を画像
再構成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310025A JP2676576B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | Ｘ線ｃｔ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4310025A JP2676576B2 (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | Ｘ線ｃｔ装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9054670A Division JP2748346B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | Ｘ線ｃｔ装置 |
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| JPH05309089A JPH05309089A (ja) | 1993-11-22 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2004033778A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-02-05 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | Ｘ線データを取得するためのシステム及び方法 |
Families Citing this family (3)
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-
1992
- 1992-11-19 JP JP4310025A patent/JP2676576B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004033778A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-02-05 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | Ｘ線データを取得するためのシステム及び方法 |
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| JPH05309089A (ja) | 1993-11-22 |
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