JP2825471B2 - Ｃｔ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に対し、多
方向から扇状の放射線を曝射し、被写体を透過した放射
線の放射線強度データを測定し、これから投影データを
得、これら多方向からの投影データから再構成アリゴリ
ズムによって被検体の断層面における放射線吸収係数の
分布を画像化するＣＴ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＴ装置は、投影データの収集に
よりいくつかのスキャン方式がある。例えば、一つのス
キャン方式としてローテート／ローテート方式又は第３
世代と呼ばれている方式のＸ線ＣＴ装置では、被写体に
対して扇状Ｘ線を照射するＸ線源と、この被写体を透過
したＸ線のＸ線強度を測定するＸ線検出器素子を円弧状
に一次元的に配列してなるＸ線検出器素子配列とを、平
面上に配置し、これらを互いに相対位置を変えずに、こ
の平面上で被写体の回りを回転させる。この平面を走査
平面と呼ぶ。Ｘ線源からＸ線を扇状に放射し、Ｘ線検出
器素子配列の各素子毎にＸ線強度データを収集すること
により、被検体の一つのスライス面についての断層像を
得るための一群の投影データが得られる。

【０００３】一方、ステーショナリ／ローテート方式又
は第４世代と呼ばれている方式のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ
線源のみが単独で被写体の回りを回転し、被写体を囲む
ように配置されたＸ線検出器素子配列は回転しない。

【０００４】従来の第３世代又は第４世代Ｘ線ＣＴ装置
では、Ｘ線検出器素子を一次元配列したＸ線検出手段を
用いている。平面上でＸ線源を被検体の回りに少なくと
も１回転させなければならない。従って、被検体の一つ
のスライス面についての断層像を得るための一群の投影
データを得るためには、被検体の相異なる複数のスライ
ス面についての断層像を得るには、走査平面をスライス
面に一致するように移動させた後、この平面上でＸ線源
を１回転させなければならない。

【０００５】そこで、このようなＸ線ＣＴ装置を用い
て、被検体の複数の相異なるスライス面における断層像
を作成するのに必要なＸ線の強度データを短時間のうち
に収集するためのスキャン方式として、螺旋スキャン
（Ｘ線ＣＴ装置製造者によってはヘリカルスキャン、ス
パイラルスキャンなどと称されている。）がある。

【０００６】螺旋スキャンとは、例えば上述した第３世
代又は第４世代Ｘ線ＣＴ装置の場合、Ｘ線源を連続回転
させながら、被写体を移動させるものである。この螺旋
スキャンでは、Ｘ線を曝射する動作中に、Ｘ線源の回転
角度に応じて被検体の位置が連続的に変わる。すなわ
ち、被検体に対する走査平面の位置が連続的に変化して
いく。螺旋スキャンによって収集されたＸ線の強度デー
タは所定の方法によって処理され、複数のスライス面に
おける断層像が再構成される。螺旋スキャンは、前述の
スキャン方式と比べ、短時間に複数のスライス面の断層
像を再構成するに必要な投影データを収集することがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した第３
世代又は第４世代Ｘ線ＣＴ装置で螺旋スキャンを行なう
場合は、Ｘ線検出手段は１次元配列のものを用いてい
て、Ｘ線源が１回転する間に、スライス面の厚みにほぼ
相当する程度しか被写体を移動させられないので、複数
の断層像を得るためには断層像の数と同程度の回数だけ
Ｘ線源を回転しなければならなかった。

【０００８】このため螺旋スキャンにおいても多大な時
間を要していた。しかもスキャンに時間がかかるので、
その時間に患者（被検体）或るいは患者の臓器が姿勢を
変えてしまい、正しい断層像が得られなくなるおそれが
あった。

【０００９】さらに、Ｘ線源で発生する熱が膨大になる
から、熱容量の大きなＸ線源を用いなければならなかっ
た。本発明の目的は、螺旋スキャンのための時間の短縮
を図ることのできるＣＴ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（概要）本発明によるＣＴ装置は、被検体の体軸方向に
も所定の広がり角を有するファンビームＸ線を被検体に
対して放射するＸ線源と、前記Ｘ線源が被検体の周囲を
螺旋状の軌跡を描くよう前記Ｘ線源もしくは被検体を駆
動させる駆動手段と、Ｘ線検出素子を２次元的に配列し
てなり、前記被検体を透過した多方向からのＸ線を検出
するＸ線検出手段と、このＸ線検出手段にて検出される
透過Ｘ線に基づく投影データを収集するデータ収集手段
と、このデータ収集手段で得られた投影データに基づき
前記所定の広がり角の情報を利用して断層像を再構成す
る画像再構成手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】本発明のＣＴ装置は、前記所定の広がり角
を有するファンビームＸ線における、前記体軸方向の位
置に応じて異なるビーム経路長を補正する補正手段をさ
らに有することを特徴とする。 （作用）ここで、上述した３次元的螺旋について図１及
び図２を参照して説明する。すなわち、図１に示すよう
に、平面Ｐが該平面Ｐと平行でない直線Ｚに沿って並進
移動し、且つ平面Ｐ上に円運動する点ｑがあるとき、点
ｑが空間に描く軌跡が、３次元的螺旋である。本発明の
駆動手段の場合、点ｑの円運動は、例えば、Ｘ線ＣＴ装
置のガントリ内に設けられた回転機構によって実現さ
れ、平面Ｐの並進運動は、ガントリ自身の移動、又は被
検体の保持手段である寝台の天板の移動のうち少なくと
も一方により実現される。

【００１２】このような構成において、放射線源の回転
角に応じて、保持手段によって保持された被検体の位置
を連続的に変えるように放射線照射手段及び被検体の保
持手段のうち少なくとも一方を運動しつつ、２次元の放
射線検出器素子配列である放射線検出手段から放射線強
度データが収集される。

【００１３】このとき放射線源が被検体の周囲を回転す
る間に、被検体はスライス面の厚み程度の距離ではな
く、２次元の検出器配列によって同時に走査される厚み
程度の距離が移動される。

【００１４】ここで言う２次元の検出器配列によって同
時に走査される厚みとは以下のような概念である。すな
わち、ある瞬間に、放射線源を中心として放射線を受け
ている２次元の検出器配列との間に張られる錐の中に、
被検体の一部が入っている。この被検体の錐の中にある
部分の、被検体が移動する方向に沿った長さのことであ
る。

【００１５】このようにして得られた一群の放射線の強
度データからは、従来の画像再構成法によっては断層像
を作ることはできない。しかしながら、本発明が備える
画像再構成手段は、適切な近似を行うことによって、こ
れらの一群の強度データから断層像を作ることができ
る。従って、放射線源の１回転あたりの被検体の移動量
が大きくできるので、被写体の所望の範囲の投影データ
を収集するための時間が大幅に短縮される。

【００１６】また、放射線源の要素としてＸ線管を用い
た場合、従来は１次元の放射線検出器素子配列に入射す
る以外のＸ線はすべて遮蔽して利用していなかったが、
本発明では２次元の放射線検出器素子配列でＸ線を受け
るので、利用するＸ線円錐がはるかに大きくなり、Ｘ線
管の発生するＸ線を有効に利用できる。従って、Ｘ線管
の発生すべきＸ線量は大幅に減り、Ｘ線管で生じる熱量
がそれだけ少なくて済む。だから、より長時間曝射を続
けることができる。従って、繰り返し撮影を行うとき便
利である。または熱容量の小さいＸ線管でもよいから、
Ｘ線管が小型で良く軽いのでガントリ全体の強度も小さ
くて良く、装置全体が軽量となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら実施形
態を説明する。図３は本発明を第４世代Ｘ線ＣＴ装置に
適用した一実施形態である。 〈放射線検出手段の説明〉図３に示すように、Ｘ線の強
度を測定するＸ線検出器素子（以下「検出器素子」とい
う。）を２次元的に配列してなる検出器配列は、図示の
如く円柱座標において、軸ｈから一定の距離ｒ_D にある
円柱面の一部をなしている。

【００１８】検出器素子は、次の式で定められる。 ｒ＝ｒ_D ｈ＝ｎΔｈ＋ｈ₀ （ｎ＝０，１，…，Ｎ−１） φ＝ｍΔφ（ｍ＝０，１，…，Ｍ−１） 但し、ｈ₀ は所定の定数であり、ＭΔφ＝２πである。

【００１９】すなわち、検出器素子は、Ｎ×Ｍ個の格子
点上に円柱の内側に向かって配置される、例えば、シン
チレ−タ・フォトダイオ−ド検出器である。従って、個
々の検出器素子は（ｎ，ｍ）のようにして標識される。

【００２０】さて、標識（ｎ，ｍ）のｎがある特定の値
ｎ₀ であるような検出器素子ばかりを全部集めると、こ
れらはｈ軸を中心軸とする円環をなしている。これを検
出器列ｎ₀ と称することにする。すなわち、放射線検出
手段たる検出器配列は、Ｎ個の検出器列ｎ₀ から構成さ
れているとみなすことができる。 〈放射線照射手段の説明〉放射線照射手段としてＸ線源
は、Ｘ線管，コリメータ，絞り装置等から構成されてい
る。Ｘ線源は、前記検出器配列の内側に置かれていて、
ｈ軸を中心軸として回転運動する。すなわち、Ｘ線源の
位置Ｓは、図３の円柱座標系を用いると、次のように表
される。

【００２１】ｒ＝ｒ_S （０＜ｒ_S ＜ｒ_D ） ｈ＝０ θ＝ωｔ 但し、ｔは時刻であり、ωは角速度である。 〈データ収集手段の説明〉データ収集手段は、前述した
例えばシンチレ−タ・フォトダイオ−ド検出器の如き検
出器素子からなる検出器配列の全素子の出力を例えばデ
ィジタル信号にて得ることができるものである。

【００２２】データ収集に際しては、Ｘ線源から曝射さ
れるＸ線は、中心軸を挟んで反対側にある一群の検出器
素子がその強度を測定する。すなわち、 （ωｔ＋π＋α）／Δφ≧ｊ≧（ωｔ＋π−α）／Δφ となるすべての整数ｊについて標識（ｎ，ｍ）を持つ全
ての検出器素子から出力が得られる（図４参照）。

【００２３】但し、 ｍ＝ｊ（mod Ｎ） ０≦ｎ≦Ｎ−１ 図５は、前述した各手段を持つ本発明の一実施形態に係
る第４世代Ｘ線ＣＴ装置の模式的に示した概略斜視図で
ある。本装置は、例えば図示のように検出器素子を円環
状に配列した検出器列を４つ並設した検出器配列１を有
する。この検出器配列１の検出器素子に対して被検体の
体軸方向にも所定の広がり角を有するいわゆるファンビ
ームＸ線を照射すべく検出器配列１の内側に円運動可能
にして設けたＸ線源２を備える。このＸ線源２は、高電
圧発生器６より高電圧の供給を受ける。検出器配列１と
Ｘ線源２とに挟まれた領域中に被検体３を保持する保持
手段として天板４Ａを装備した寝台装置４を備える。Ｘ
線源２の運動が被検体３を基準に見たとき被検体３に対
し該被検体３を囲む３次元的螺旋に沿った軌跡を描くよ
うにＸ線源３及び天板４Ａのうち少なくとも一方を運動
させるべく駆動する駆動手段としてＸ線源回転制御器５
及び寝台制御器７を備える。これらＸ線源回転制御器
５、高電圧発生器６、寝台制御器７はコントローラ８に
より統括制御を受ける。

【００２４】また、スキャン動作に係る前述した３次元
的螺旋運動中に検出器配列１が検出する被検体３を透過
した放射線の強度データを素子毎に収集するＤＡＳ（Da
ta Acquisition System ：データ収集システム）９を備
える。

【００２５】さらに、ＤＡＳ９で得られた一群の放射線
強度データから被検体３の所定のスライス面における放
射線吸収係数の分布からなる断層像を算出する再構成装
置１０、及び該断層像を表示するディスプレイ１１を備
える。 〈スキャン動作の説明〉以上の装置において、例えば以
下のようなスキャン動作が行なわれる。コントローラ８
からの指令によって、Ｘ線管は下記式に従う回転運動を
する（図６参照）。

【００２６】θ＝ωｔ また、保持手段である天板４Ａも下記式に従う並進運動
をする。 ｌ＝ｖｔ ここで、ｖは並進運動の速度である。

【００２７】Ｘ線源２の回転と、天板４Ａの並進とが同
時進行することによって、被検体３に固定した座標系統
においては、Ｘ線源２の位置は、下記式に示す３次元螺
旋運動で記述される。

【００２８】ｘ＝ｒ_S sin ωｔ ｙ＝−ｒ_S cos ωｔ ｚ＝−ｖｔ ここで、図７に示すように、被検体３に固定した座標系
（ｘ，ｙ，ｚ）を考えると、被検体３とはＸ線の吸収系
統の３次元的分布μ（ｘ，ｙ，ｚ）に他ならないとみな
すことができる。

【００２９】座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は直交座標系であっ
て、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）はそれぞれｘ軸、ｙ軸、
ｚ軸と平行であり、原点Ｏはガントリの中心（図２、図
３、図４のＯ）と全く一致している。ｏ（（ｘ，ｙ，
ｚ）の原点）はＺ軸上を移動する。

【００３０】ここで、ｚ軸はＺ軸と一致するように置か
れ、保持手段たる天板４ＡによってＯに対するθの位置
ｌが変化させられる（図８参照）。 〈被検体とその保持手段の説明〉さて、図９に示すよう
に、被検体３は天板４Ａに支持されて、ガントリ開口部
１Ａ内へ挿入される。天板４Ａは軸Ｚに沿って被検体３
を並進移動させることができる。軸ＺはＯを通り、軸ｈ
とチルト角τの角度で交差している。チルト角τは、被
検体３を検出器配列１の穴の中に入れるのに邪魔になら
ない限り、任意の値をとってよい。しかし、以下では説
明を簡単にするために、τ＝０である場合について述べ
る。

【００３１】このような構成において、Ｘ線源２は、連
続回転移動しながらＸ線を曝射する。また、天板４Ａは
一定速度でＺ軸に沿って連続並進移動する。したがっ
て、図１０に示すようにＸ線源２は、１回転目で相対的
に位置Ｓ₀ から位置Ｓ₁ に移動し、２回転目で相対的に
位置Ｓ₁ から位置Ｓ₃ に連続的に移動する。これによ
り、被検体３に対する螺旋スキャンが行なわれる。

【００３２】図１１は天板４Ａを並進移動した際に被検
体３，検出器配列１の断面図であって、ｈ軸とＸ線源の
位置Ｓとを含む平面に沿ってたち割った断面図である。
この例の場合、ｈ軸とＺ軸とｚ軸とはすべて互いに重な
っているので、ｚ軸だけを示した。すなわち、以下で
は、説明をわかりやすくするために、Ｘ線源Ｓの曝射す
るＸ線のうち、ｚ軸と交差するビームだけを取り上げて
説明する。Ｘ線源２からＸ線ビ−ムが被検体３を透過
し、透過Ｘ線がＺ軸方向に沿って配置された検出器列１
（検出器列ｋ₁ 〜ｋ_n ）に検出されるようになってい
る。なお検出器配列１は、検出器素子の２次元配列であ
るから、Ｘ線ビ−ムのビーム広がり方向の検出器列はｋ
列目としている。

【００３３】ここでＸ線源２の焦点Ｓと各々の検出器素
子ｋ₁ 〜ｋ_n のそれぞれの後端Ｂ₁〜Ｂ_n ，前端Ｆ₁ 〜
Ｆ_n とを結ぶ線により形成される三角形（例えば三角形
ＳＢ_n Ｆ_n ）のうち、被検体３に含まれる部分、例えば
三角形ＳＢ_n Ｆ_n に対応する斜線部分をスライス面ＳＬ
_n とする。Ｚ_i は、ｉ列目のスライス面ＳＬ_i の後端Ｂ
_i 及びＢ_i-1 列目のスライス面ＳＬ_i-1 の前端Ｆ_i-1 が
Ｚ軸に交差する点である。１つのスライス面のスライス
厚△Ｚは、点Ｚ_i と、その隣りの点Ｚ_i-1 との距離、す
なわち、 ΔＺ＝｜Ｚ_i −Ｚ_i-1 ｜ と表され、本実施形態では一定値である。

【００３４】そして天板４Ａを常に、 ｖ（２π／ω）＝｜Ｚ_n −Ｚ₀ ｜（＝ｎΔＺ） が成立するように、言いかえれば、 ｖ（ω／２πω）｜Ｚ_n −Ｚ₀ ｜ の速さで移動させ、螺旋スキャンを行なう。以下の説明
では、理解が容易なように、単位時間当りの回転角をω
＝２πとする。この場合、単位時間当り丁度１回転する
から、この間に天板４Ａは ｌ＝ｖ ＝ｎΔＺ だけ動くことになる。

【００３５】図１２は図１１に示した点Ｚ₀ ，…，Ｚ
_n 、すなわち、Ｘ線源Ｓと第ｉ列の検出器列のなす面が
Ｚ軸と交差する点（前端点）が螺旋スキャンと共に被検
体上の座標ｚの上でどのように動いていくかを示した図
である。

【００３６】縦軸はＸ線源の回転角を−π〜πに入るよ
うに計ったもので、曝射角と呼ぶ。すなわち、回転角を
θ、曝射角をβとすれば、 β＝（θ＋π）mod ２π−π ＝（ωｔ＋π）mod ２π−π ここで、演算子ｘmod ｙは、ｘのｙによる剰余をあらわ
す。

【００３７】横軸は、被検体に固定された座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）のｚ軸をあらわす。図に示された曲線Ｚ_i
（ｍ，θ）はＸ線源が第ｍ回転目にあって、しかも曝射
角θをなす位置にあるとき、第ｉ列目の検出器列に対応
する前端点Ｚ_i のｚ軸上での位置である。

【００３８】図１３は４つの列のＸ線検出器ｋ₁ 〜ｋ₄
を用いて螺旋スキャンを行なった際のＸ線源２の曝射角
θ，Ｚ軸上の位置の関係を示す図である。同図に示すよ
うにＸ線源２の１回転目中に、天板４Ａが位置Ｚ₀
（１，θ）から位置Ｚ₃ （１，θ）に移動する。よっ
て、天板４Ａの位置Ｚ₀ （１，θ）〜位置Ｚ₃ （１，
θ）に対応する４つのスライス面について、曝射角θ−
πから＋πまでの全ての投影データが収集される。

【００３９】同様にＸ線源２の２回転目中においては、
天板４Ａが位置Ｚ₀ （２，θ）乃至位置Ｚ₃ （２，θ）
に移動するから、天板４Ａの位置Ｚ₀ （２，θ）乃至位
置Ｚ₃ （２，θ）に対応する４つのスライス面につい
て、曝射角−πから＋πまでの全ての投影データが収集
される。

【００４０】したがって、Ｘ線源２の１回転により４つ
の投影データが得られるから、螺旋スキャンのための時
間を短縮することができる。ＤＡＳ９は、Ｘ線源２の回
転ごとに、４つのスライス面上の投影データＰ_i （ｍ，
φ，θ）を収集する。ここでφは、Ｘ線源２と中心Ｏ₁
とを結ぶ線と、Ｘ線源２と前記所定の角度αの範囲内に
おける任意の例えばＸ線検出器ｋ₁ とを結ぶ線とのなす
角度である。例えばＸ線源２の１回転目であれば、４つ
の投影データＰ₁ （１，φ，θ），Ｐ₂ （１，φ，
θ），Ｐ₃ （１，φ，θ），Ｐ₄ （１，φ，θ）がＤＡ
Ｓ９により収集される。

【００４１】再構成装置１０はＤＡＳ９から投影データ
を取り込み、この投影データに基づき所望のスライス像
を再構成する。ここで、位置ｚ_a から位置ｚ_b までを厚
みとするひとつのスライスにおいて、位置（ｚ_a ＋ｚ
_b ）／２における１枚のスライス像の再構成を説明す
る。

【００４２】図１４は位置ｚ_a から位置ｚ_b までを厚み
とするひとつのスライスを説明するための図である。ま
ず、再構成しようとするスライス面に対応する投影デー
タを合成するためには、図１５に示すスライス位置ｚ_a
からスライス位置ｚ_b までの範囲に対応する投影デー
タ、すなわち第１列２回転目の投影データＰ₁ （２，
φ，θ），第２列２回転目データＰ₂ （２，φ，θ），
第３列２回転目データＰ₃（２，φ，θ），第４列２回
転目データＰ₄ （２，φ，θ），第１列３回転目データ
Ｐ₁ （３，φ，θ）を用いる。

【００４３】図１５は被検体のｚ軸上でのｚ_c の位置を
中心とする厚み（ａ＋ｂ＋２Δｚ）のスライスに関する
投影データのうち曝射角がθ₁ であるものｐ（φ，θ
₁ ）（φ＝ｍΔφ，ｍ＝０，…，Ｍ−１）を合成するの
に用いられる一組のデータを特定し、且つそれらの寄与
度を計算する方法を示す図である。寄与度は位置ｚ_a か
ら位置ｚ_b において、Ｘ線源２の各々の回転角θの位置
に対応する線Ｌと、Ｘ線源２の回転毎のｚ軸上の位置と
が交差するとき、位置ｚ_a 側よりａ，ΔＺ，ΔＺ，ｂで
あり、これらが新たな投影データを得るためのデータ合
成に寄与するものとなっている。寄与度をＸ線源２の各
回転，各角度，各列について決定しておく。

【００４４】そして前記寄与度を用い、新たな投影デー
タを合成する。この場合には、曝射角θ₁ における投影
データＰ（φ，θ₁ ）は、 Ｐ（φ，θ₁ ） ＝｛ａＰ₃ （１，φ，θ₁ ）＋ΔＺＰ₄ （１，φ，θ
₁ ）＋ΔＺＰ₁ （２，φ，θ₁ ）＋ｂＰ₂ （２，φ，θ
₁ ）×１｝／（ｚ_b −ｚ_a） となる。他の角度θについても同様にして、θ＝−π〜
＋πに亙る投影データＰ（φ，θ）を構成する。

【００４５】合成された投影データＰ（φ，θ）は、天
板を移動させずに位置ｚ_a から位置ｚ_b までを厚みとす
るひとつのスライスをスキャンした投影データを良く近
似している。合成された投影データＰ（φ，θ）を再構
成することにより所定の位置（ｚ_a ＋ｚ_b ）／２のスラ
イス像が得られる。

【００４６】あたかも、従来のＣＴ装置で螺旋スキャン
をせずに撮影した単一スライスの投影データであるかの
ように扱った通常の画像再構成法（例えばコンボリュー
ション−バックプロジェクション法）によりスライス厚
Ｔの断層像を得ることができる。

【００４７】また、一度このようなデータを収集してし
まえば、任意の位置、任意の厚みのスライスに対応する
合成された投影データを作ることができる。次に、図１
６及び図１７を参照し、図１４及び図１５にて示した断
層像よりも薄いスライス厚を持つ断層像を再構成する方
法を説明する。図１６は図１４に対応し、図１７は図１
５に対応する。使用するデータは、１回転目の４列目
と、２回転目の１列目と、２回転目の２列目と、２回転
目の３列目である。

【００４８】そして、各列のデータに付す重みは、角度
θ₁ にあって２回転目の２列目と、２回転目の３列目は
全く寄与がないので重みは零である。１回転目の４列目
はａ／（ａ＋ｂ）、２回転目の１列目はｂ／（ａ＋ｂ）
で、重みが与えられる。

【００４９】以上詳述したように、４つのＸ線検出器ｋ
₁ 〜ｋ₄ を設け、螺旋スキャンを行なうので、短時間に
被検体３をｚ軸方向に沿って３次元的にスキャンでき
る。本実施形態のスキャン時間は、従来のような１列の
Ｘ線検出器を用いた場合のスキャン時間に比較しておよ
そ１／４倍に短縮できる。また複数の列のＸ線検出器に
よりＸ線源２から曝射されるＸ線を検出するので、Ｘ線
を有効に利用することができる。

【００５０】なお、上述した実施形態では、第４世代Ｘ
線ＣＴ装置について説明したが、例えば図１８、図１９
に示すように、円弧状の検出器配列１b がＸ線源２b に
対し図示しない被検体を挟んで対峙してなり、しかも、
Ｘ線源２b と検出器配列１bとを相互の位置関係を保ち
ながら、Ｘ線ビ−ムの広がり領域中に定められる回転中
心として、連続的に回転走査する第３世代Ｘ線ＣＴ装置
にも、本発明は適用できるものである。なお、第３世代
Ｘ線ＣＴ装置においては、図５におけるＸ線源回転制御
器５に代えて、Ｘ線源２b と検出器配列１b とを取り付
けた例えば回転体を回転する回転体回転制御器１２を備
える。

【００５１】さらに本実施形態によれば、４つのスライ
ス厚に対応する４つのＸ線検出器を用いるから、４つの
スライス厚に相当する１つの厚いスライス厚に対応した
Ｘ線検出器を用いた場合よりもパーシャルボリューム効
果を改善することができる。以下、パーシャルボリュー
ム効果が改善する理由を説明する。前記４つのスライス
厚に相当する１つの厚いスライス厚に対応したＸ線検出
器を用いた場合には、図２０に示すようにＸ線Ｉが被検
体３を透過し、Ｘ線検出器ｋ_a に強度Ｉ₁ 〜Ｉ₄ のＸ線
が入射すると、検出データは、Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ＋Ｉ₃ ＋Ｉ₄
であり、投影データＰ₁ は、 Ｐ₁ ＝（−ｌn （Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ＋Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）／４Ｉ となる。

【００５２】得られた投影データＰ₁ は、 Ｐ₁ ≦−（ｌn Ｉ₁ ／４Ｉ＋ｌn Ｉ₂ ／４Ｉ＋ｌn Ｉ₃
／４Ｉ＋ｌn Ｉ₄ ／４Ｉ） である。つまり１つの厚いスライス厚に対応したＸ線検
出器１_a により得られた投影データＰ₁ は、例えば４つ
のスライス厚に対応した４つのＸ線検出器でＸ線を検出
した場合に投影される投影データと同じ、または小さく
なる。このような誤差があるために本来ならば図２２に
示すようにスライス面内に物体Ｑ₁ ，Ｑ₂のみが存在す
るにもかかわらず、画像再構成により得られた画像上に
は図２１に示すように前記物体Ｑ₁ ，Ｑ₂ の像Ｓ₁ ，Ｓ
₂ 以外にア−チファクト（偽像ＡＦ）が生じるが、本実
施形態によれば、４つのスライス厚の投影データを４つ
のスライス面について各々測定するから、投影データＰ
₂ は、 Ｐ₂ ＝−（ｌn Ｉ₁ ／４Ｉ＋ｌn Ｉ₂ ／４Ｉ＋ｌn Ｉ₃
／４Ｉ＋ｌn Ｉ₄ ／４Ｉ） となる。

【００５３】したがって、本実施形態では、投影データ
が真の値に近く測定され、これによりパーシャルボリウ
ム効果によるアーチファクトが低減されるから、画質を
向上することができる。

【００５４】次に、図１３〜図１５又は図１６及び図１
５にて説明した方法とは異なる、螺旋スキャンによる一
群のデータから断層像を再構成する方法について図２３
〜図２５を参照して説明する。例えば図１８に示す構成
で説明する。すなわち、Ｘ線源２b と検出器配列１b と
は互いに相対的位置関係を変えずに一体となって軸Ｚの
回りを回転する。さらにこの回転に連れてＺ軸に平行に
並進運動を行う。このようにＸ線源２b は螺旋を描く
（図２３参照）。

【００５５】Ｘ線源２b が１回転する間にＸ線源２b と
検出器配列１b とがＺ軸と平行に等速度でＬだけ移動す
る場合を考える。特に、Ｚ＝Ｌβ／（２π）が成立つと
する。

【００５６】ここに、ＺはＸ線源２b の位置のＺ軸成
分、βはＸ線源２b の回転角である。図２４を参照する
に、Ｆ（ｔ）は時刻ｔにおけるＸ線源２b の位置、ｘは
平面Ｐ上の点、Ｆ´はＦ（ｔ）から平面Ｐに下ろした垂
線の足、ＥはＦ（ｔ）ｘの延長上にある検出器素子、Ｅ
´はＥから平面Ｐに下ろした垂線の足、Ｏは平面ＰとＺ
軸との交点である。

【００５７】次に、バックプロジェクションする。すな
わち、平面Ｐを再構成するのに用いられるＰ（α，Ｚ）
は、図２５に示すように、平面ＰとＸ線源２b との交点
をＣとし、線分ＣＯを延長して、Ｃとは反対側で円筒面
Ｓと交わる点Ｃ´を求め、Ｃ´を通ってＺ軸に平行な線
が平面Ｐの上下で初めてＸ線源２b の軌道と交差する点
をＱ₁ ，Ｑ₂ とするとき、Ｘ線源２b がＱ₁ 〜Ｃ〜Ｑ₂
ｋ範囲に在るデータである。つまり、平面ＰのＺ座標を
Ｚとし、β₀ ＝２πＺ／Ｌとすると、 β₀ −π≦β≦β₀ ＋π の範囲にあるβに対応するデータが用いられる。

【００５８】バックプロジェクションの操作は以下のよ
うに表される。すなわち、平面Ｐ上のＣＴ値の分布ｆ
（ｘ，ｙ，ｚ）は（ｘ，ｙ）を（ｒsinφ，ｒcos φ）
とあらわすと、次のようになる。

【００５９】

【数１】

【００６０】このビームＦ（ｔ）Ｅにおける投影データ
をＰβ（α，Ｚ）と書く。ただし、α，βは図示した。
また、ＺはＦ（ｔ）Ｆ´＋Ｅ´Ｅであり、ＥがＸ線源２
´に相対的にどれだけ離れた検出器列にあるかを示す。

【００６１】画像再構成は以下の手順で行われる。初め
に、ビームが平面Ｐに対して斜めに入っていることによ
って、ビームが被検体の中を通る長さが長くなることを
補正する。

【００６２】

【数２】 次に、コンボリューションをする。

【００６３】

【数３】 ただし、ｈ（α）はコンボリューション関数であり、

【００６４】

【数４】 あるいは、これを平滑化したものである。

【００６５】前述の方法もこの方法も被検体がｚ軸に沿
って変化しない金太郎飴のようなものである場合は、全
く正しい再構成画像を与える。もし、被検体のＣＴ値の
分布がｚ軸に沿って変化していると、どちらの方法も実
用上差支えない程度の若干の誤差を与える。しかし、こ
の方法の方が前述の方法に比べて計算の時間が長いとい
う欠点はあるものの、検出器列のＺ方向の幅がかなり大
きい場合でも、生じる誤差が小さいという利点がある。

【００６６】なお本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。前記実施形態では、天板４Ａをｚ軸方
向に移動したが、天板４Ａを前記領域に所定の角度をな
す方向に沿って移動するようにしても良い。検出器列の
数は４としたが、２列以上であれば、数はいくつでもよ
い。このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
実施可能であるのは勿論である。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、１回の回
転移動で複数のスライス面に対応する複数の投影データ
が得られ、螺旋スキャンのための時間を短縮できる。ま
た放射線を２次元配列である複数列の検出器列で検出す
るから、放射線を有効に利用でき、したがって放射線照
射手段が発生すべき放射線量は少なくて済み、放射線照
射手段で発生する熱量も押さえることができる、また検
出器配列のＺ方向の幅がかなり大きい場合でも、 生じる
誤差が小さい等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において定義される３次元的螺旋を説明
する図。

【図２】本発明において定義される３次元的螺旋を説明
する図。

【図３】本発明を第４世代Ｘ線ＣＴ装置に適用する模式
図。

【図４】Ｘ線源の運動と該運動中における検出動作する
素子群との関係を示す図。

【図５】本発明が適用された第４世代Ｘ線ＣＴ装置の概
略斜視図。

【図６】Ｘ線源の軌跡を示す図。

【図７】被検体と円筒座標系との関係を示す図。

【図８】被検体の保持手段の並進運動を示す図。

【図９】チルト角を説明する図。

【図１０】Ｘ線源の運動の被検体上における位置関係を
示す図。

【図１１】Ｘ線曝射におけるＸ線源，被検体，検出器配
列の関係を示す図。

【図１２】Ｘ線源の回転運動と天板移動量との関係を示
す図。

【図１３】Ｘ線源の回転運動に対応する検出器配列の各
列の投影データと天板移動量との関係を示す図。

【図１４】図１３にて示された投影データからあるスラ
イス面の断層像を再構成する方法を説明する図。

【図１５】図１３にて示された投影データからあるスラ
イス面の断層像を再構成する方法を説明する図。

【図１６】図１４に対応するものであって、図１４にて
示した断層像よりも薄いスライス厚を持つ断層像を再構
成する方法を説明する図。

【図１７】図１５に対応するものであって、図１５にて
示した断層像よりも薄いスライス厚を持つ断層像を再構
成する方法を説明する図。

【図１８】本発明を第３世代Ｘ線ＣＴ装置に適用した場
合を説明するものであって、本発明が適用された第３世
代Ｘ線ＣＴ装置における検出器素子を円弧状に配列した
列を例えば４つ並設した放射線検出手段とＸ線源との関
係を示す図。

【図１９】本発明を第３世代Ｘ線ＣＴ装置に適用した場
合を説明するものであって、本発明が適用された第３世
代Ｘ線ＣＴ装置の概略斜視図。

【図２０】パーシャルボリューム効果によるア−チファ
クトの発生を説明する図。

【図２１】パーシャルボリューム効果によるア−チファ
クトの発生を説明する図。

【図２２】パーシャルボリューム効果によるア−チファ
クトの発生を説明する図。

【図２３】図１３〜図１５又は図１６及び図１６にて説
明した方法とは異なる、螺旋スキャンによる一群のデー
タから断層像を再構成する方法を示すものであって、図
１８に示した第３世代Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線源と円
弧状検出器配列とをｚ軸軸方向から見た図。

【図２４】図１３〜図１５又は図１６及び図１５にて説
明した方法とは異なる、螺旋スキャンによる一群のデー
タから断層像を再構成する方法を示すものであって、同
俯瞰図。

【図２５】図１３〜図１５又は図１６及び図１５にて説
明した方法とは異なる、螺旋スキャンによる一群のデー
タから断層像を再構成する方法を示すものであって、再
構成に用いるデータを算出方法を示す図。

【符号の説明】

１…検出器配列 ２…Ｘ線源 ３…被検体 ４…寝台装置 ４Ａ…天板 ５…Ｘ線源回転制御装置 ６…高電圧発生器 ７…寝台制御器 ８…コントローラ ９…ＤＡＳ １０…再構成装置 １１…ディスプレイ １２…回転体回転制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 6/03 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の体軸方向にも所定の広がり角を
   有するファンビームＸ線を被検体に対して放射するＸ線
   源と、 前記Ｘ線源が被検体の周囲を螺旋状の軌跡を描くよう前
   記Ｘ線源もしくは被検体を駆動させる駆動手段と、 Ｘ線検出素子を２次元的に配列してなり、前記被検体を
   透過した多方向からのＸ線を検出するＸ線検出手段と、 このＸ線検出手段にて検出される透過Ｘ線に基づく投影
   データを収集するデータ収集手段と、 このデータ収集手段で得られた投影データに基づき前記
   所定の広がり角の情報を利用して断層像を再構成する画
   像再構成手段と、を具備したことを特徴とするＣＴ装
   置。
2. 【請求項２】 前記所定の広がり角を有するファンビー
   ムＸ線における、前記体軸方向の位置に応じて異なるビ
   ーム経路長を補正する補正手段をさらに有する請求項１
   に記載のＣＴ装置。