JP3583567B2

JP3583567B2 - Ｘ線断層撮像装置

Info

Publication number: JP3583567B2
Application number: JP30302796A
Authority: JP
Inventors: 浩之河合; 健植田; 理香馬場; 広則植木; 文男川口
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: JPH10137234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線断層撮像装置に関し、特に、二次元Ｘ線撮像手段を２個以上接合したＸ線撮像手段の配列に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線断層撮像装置は、たとえば、図９に示すように、計測を行なう計測部１と、計測により得たデータを処理するデータ処理部２とから構成されていた。
【０００３】
計測部１は、走査駆動部３、Ｘ線源４、二次元検出器５および被検体７を搭載する図示しない天板を有する寝台を有していた。一方、データ処理部２は、前処理部１１、再構成演算手段１２および画像化手段１３から有していた。
【０００４】
計測部１の走査駆動部３上には、Ｘ線源４および２次元検出器５が被検体７をはさんで互いに対向する位置に配置されていた。
【０００５】
Ｘ線源４は、Ｘ線焦点６から被検体に対して、コーンビーム状のＸ線８を放射するように設定されていた。
【０００６】
被検体７を透過したＸ線は、二次元検出器５によってその強度が計測される。
【０００７】
走査駆動部３は、回転中心軸９を回転中心として、被検体７のまわりを回転する。
【０００８】
本願明細書中においては、特に、Ｘ線焦点６の回転軌道が描く平面をミッドプレーン１０と記す。
【０００９】
このとき、走査駆動部３が微小角度回転するごとに、Ｘ線の投影と透過Ｘ線強度の計測とを行なう構成となっていた。
【００１０】
前述する微小角度の回転ごとのＸ線投影と透過Ｘ線強度の計測とを全周分繰り返し、百から数百組の透過Ｘ線強度データを収集していた。ただし、予め設定した位置から所定の投影における走査駆動部３の位置までの回転角を投影角と記す。
【００１１】
次に、被検体７の全周分の透過Ｘ線強度データをディジタル化し、データ処理部２に送っていた。
【００１２】
データ処理部２では、まず、前処理部１１において、ガンマ補正、画像歪み補正、対数変換および感度むら補正等のいわゆる前処理を行っていた。
【００１３】
次に、前述の前処理によって得られた全投影データをもとに、再構成演算手段１２において、被検体７の視野領域内の３次元的なＸ線吸収係数分布を再構成していた。この再構成画像を画像化手段１３は、ボリュームレンダリング処理あるいは最大値投影処理等の画像化処理を施した後、被検体７の断層像を図示しない表示手段に表示していた。
【００１４】
前述の再構成演算手段１２による画像の再構成演算方法としては、たとえば、Ｆｅｌｄｋａｍｐによるコーンビーム再構成演算法等が知られている（Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐｅｔａｌ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｅｂｅａｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６，ｐｐ６１２−６１９，１９８４）。
【００１５】
しかしながら、図９に示す従来のＸ線断層撮像装置では、二次元検出器５が技術的な困難さから、被検体７の身体全体を納められるだけの十分な視野サイズを確保できなかった。
【００１６】
たとえば、高さおよび幅がそれぞれ３０センチ程度の正方形の二次元検出器を用いた場合、全方向の投影の視野に含まれる領域は、計測系全体の幾何的な構成にもよるが、直径および高さが２０センチメートル程度の円柱状の領域であった。
【００１７】
すなわち、従来のＸ線断層撮像装置では、前述の視野からはみ出した部分が欠落した投影データしか得られなかった。
【００１８】
このため、Ｆｅｌｄｋａｍｐの方法による再構成演算に伴い、３次元再構成データには、シェーディングアーチファクトが生じていた。したがって、欠落した投影データから再構成した再構成データは、被検体７のＸ線吸収系数分布を正しく再現していないため、これをもとに正確な診断はできなかった。
【００１９】
この問題の回避方法としては、限られた大きさのパネル状の二次元検出器を複数枚組み合わせて、二次元検出器の全体的な検出視野を拡大する方法があった。
【００２０】
図１０は、二次元検出器を３枚組み合わせて構成した二次元検出器を用いたＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
このＸ線断層撮像装置では、３枚の二次元検出器５をミッドプレーンと平行となる方向に組み合わせた二次元検出器配列１４によって、被検体７を透過したＸ線強度を計測する構成となっていた。
【００２２】
このとき、二次元検出器配列１４を駆動する際のバランス保持の容易さ、計測データ読み出し手段の単純さ等の理由から、Ｘ線源４のＸ線焦点６と走査駆動部３すなわち二次元検出器配列１４の回転中心軸９とを含む平面に対して、二次元検出器配列１４が対称となるように構成されていた。
【００２３】
また、他のＸ線断層撮像装置として、図１１に示すＸ線断層撮像装置のように、被検体７の体軸方向に複数枚の二次元Ｘ線検出器５を接合することによって、被検体７の体軸方向の撮影範囲を拡大していた。ただし、図１１は、二次元Ｘ線検出器５が２枚の場合を示した。
【００２４】
この場合の二次元検出器配列は、図１２に示すように、互いに接合された二次元検出器５間の間隙がミッドプレーンと平行になるように配置されていた。
【００２５】
また、他の方法としては、同一出願人に係わる特願平７−１０３２２号公報に記載の「Ｘ線断層撮影装置」がある。
【００２６】
このＸ線断層撮像装置では、二次元検出器の視野外のために欠落してしまった部分の投影データを円弧状の曲線を用いて外挿することにより、二次元検出器の視野外の投影データの連続性を確保し、再構成演算によるシェーディングアーチファクトの発生を回避するというものである。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【００２８】
図１０に示すＸ線断層撮像装置では、各二次元検出器５を接合した接合部分には、所定の間隙ができ、透過Ｘ線を検出することができなかった。このため、この間隙の部分の投影データは損なわれることになり、再構成演算時に再構成データ上でリング状のアーチファクト（以下、リングアーチファクトと記す）が生じるという問題があった。
【００２９】
以下、図１３に基づいて、再構成データに発生するリング状アーチファクトの発生原理を説明する。
【００３０】
図１３において、ｄ０，ｄ１，ｄ２は二次元検出器５、Ｇ１，Ｇ２はそれぞれ二次元検出器ｄ０とｄ１，ｄ０とｄ２間の間隙、ＳはＸ線焦点６の位置、Ｏは回転中心９、ｂ１，ｂ２はＳとＧ１，ＳとＧ２とを結ぶＸ線光路を示す。
【００３１】
なお、図１３では、簡単のためにミッドプレーン１０上でのデータ欠落のみを説明する。
【００３２】
ただし、二次元検出器ｄ０，ｄ１，ｄ２は、Ｘ線焦点６−回転中心軸９を含む平面とミッドプレーン１０との交線（以下、直線ＳＯと記す）に対して対称に配置されている。
【００３３】
このとき、Ｇ１，Ｇ２は二次元検出器間の間隙なので、Ｘ線光路ｂ１，ｂ２を通る投影データを計測することができない。しかも、二次元検出器ｄ０，ｄ１，ｄ２の配置の対称性により、走査駆動部３が回転し、どの投影角をとろうと、Ｘ線光路ｂ１，ｂ２に相当する投影データを計測することができない。Ｏを中心としｂ１，ｂ２に接する円をｃとすれば、円ｃの全ての接線上の投影データは、全投影角分収集することはできないことになる。
【００３４】
したがって、前述の再構成演算法を用いた場合、関心領域中の各点に関して、全投影角度分の投影データがなくては正しい再構成が行なえない。すなわち、再構成データ上でリングアーチファクトが生じることとなる。
【００３５】
また、図１２に示すＸ線断層撮影装置における二検出器配列１４の配列では、Ｆｅｌｄｋａｍｐによる再構成アルゴリズムの処理において、投影データ上のミッドプレーンに平行に並ぶ部分のデータをひと組として、順次、フィルタ補正を行なう。このため、たとえば、直線ｐ１上の投影データをひと組とした場合、フィルタ補正すべきひと組のデータ全てが揃っているので問題なくフィルタ補正を行なうことができる。一方、直線ｐ２上のひと組の投影データを利用する場合、直線ｐ２は、二次元検出器５間の間隙に重なるのでデータが存在しない。したがって、近傍の間隙上でない投影データより内挿することでこの直線ｐ２上の投影データとすることは可能であるが、内挿範囲が大きくなるので、投影データの精度が低下してしまうという問題があった。
【００３６】
一方、特願平７−１０３２２号公報に記載の「Ｘ線断層撮影装置」で外挿するデータは近似的なものである。このため、場合によっては（同様な場合か？（補充をする））外挿したデータによって再構成画像の濃度値を不正確なものにしてしまい、正確な再構成データおよび再構成画像を得ることができないと言う問題があった。
【００３７】
本発明の目的は、２以上の二次元検出器を接合したＸ線検出器で撮像したＸ線像からアーチファクトのない再構成画像を得ることが可能なＸ線断層撮像装置を提供することにある。
【００３８】
本発明の他の目的は、広い視野角の高画質な３次元再構成画像を得ることが可能なＸ線断層撮像装置を提供することにある。
【００３９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００４１】
（１）円錐状もしくは角錐状にＸ線を照射するＸ線源と、２以上の二次元Ｘ線撮像手段を接合した広視野角Ｘ線撮像手段とを有し、前記Ｘ線源と前記広視野角Ｘ線撮像手段Ｘ線像とを被検体の周りに回転しながら撮像した２次元Ｘ線像から前記被検体の断層像を再構成し、該断層像を表示手段に表示するＸ線断層撮像装置であって、前記広視野角Ｘ線撮像手段における二次元Ｘ線撮像手段のそれぞれの接合線は、前記Ｘ線源と前記広視野角Ｘ線撮像手段の回転中心軸とを含む平面のそれぞれ反対側にあって、前記平面に対する所定の垂線上に存在しないかあるいは該垂線上におけるそれぞれの接合線と前記平面との距離が異なる。
【００４２】
（２）前述する（１）に記載のＸ線断層撮像装置において、前記広視野角Ｘ線撮像手段は、同じ大きさの二次元Ｘ線撮像手段で構成される。
【００４３】
（３）前述する（１）に記載のＸ線断層撮像装置において、前記広視野角Ｘ線撮像手段は、異なる大きさの二次元Ｘ線撮像手段から構成される。
【００４４】
（４）前述する（１）ないし（３）の内のいずれかに記載のＸ線断層撮像装置において、第１の投影角度で撮像したときに前記二次元Ｘ線撮像手段の接合線部分で欠落したＸ線像を、前記第１の投影角度に所定の角度を加算した第２の投影角度で撮像したＸ線像で補う画像情報補充手段を具備する。
【００４５】
（５）前述する（１）ないし（４）の内のいずれかに記載のＸ線断層撮像装置において、前記二次元Ｘ線撮像手段の画素ピッチをｄｐとしたときに、前記平面と該平面に垂直に交わる画素とが、ｄｐ×（ｎ＋１／４）の位置で交差するように前記広視野角Ｘ線撮像手段を配置する。
【００４６】
（６）前述する（１）ないし（５）の内のいずれかに記載のＸ線断層撮像装置において、前記Ｘ線源のＸ線の放射角は、前記平面に対して対称に設定する。
【００４７】
（７）前述する（１）ないし（５）の内のいずれかに記載のＸ線断層撮像装置において、前記Ｘ線源と前記被検体との間にコリメータを設け、前記平面に対して対称となるように、Ｘ線の放射角を制限する。
【００４８】
前述した（１）から（４）の手段によれば、２以上の二次元Ｘ線撮像手段を接合した時の間隙が描く接合線が、Ｘ線源と広視野角Ｘ線撮像手段の回転中心軸とを含む平面のそれぞれ反対側にあって、該平面に対する所定の垂線上に存在しないあるいは該垂線上におけるそれぞれの接合線と平面との距離が異なるように、広視野角Ｘ線撮像手段を配置する。すなわち、平面に対して広視野各Ｘ線撮像手段の接合線が対称とならないように、広視野角Ｘ線撮像手段を設置することによって、所定の投影角すなわち第１の投影角で収集できなかった接合線部分の投影データが、他の投影角すなわちＸ線源および広視野角Ｘ線撮像手段がほぼ１８０°回転したときの投影角（第２の投影角）で収集する時には収集できる。
【００４９】
したがって、画像情報補充手段が第２の投影角での投影データで、第１の投影角の投影データの接合線部分の投影データを補充することによって、被検体の全周分の投影データを収集することができるので、２以上の二次元検出器を接合したＸ線検出器で撮像したＸ線像からアーチファクトのない再構成画像を得ることができる。
【００５０】
したがって、広い視野角の高画質な３次元再構成画像を得ることができる。
【００５１】
また、３次元再構成像を高画質化できるので、医師の診断効率を上げることが可能となる。
【００５２】
前述した（５）の手段によれば、二次元Ｘ線撮像手段の画素ピッチをｄｐとしたときに、平面と該平面に垂直に交わる画素とが、ｄｐ×（ｎ＋１／４）の位置で交差するように前記広視野角Ｘ線撮像手段を配置しているので、Ｘ線源と二次元Ｘ線撮像手段とを周知のファンビームＸ線断層撮像装置における高画質化の方法であるオフセット検出器方式と同様に駆動することによって、二次元Ｘ線撮像手段で撮像した投影像の解像度を二次元Ｘ線撮像手段の解像度よりも大きくできる。
【００５３】
したがって、高画質な３次元再構成画像を得ることができる。
【００５４】
また、３次元再構成像を高画質化できるので、医師の診断効率を上げることが可能となる。
【００５５】
前述した（６）および（７）の手段によれば、Ｘ線源から照射するＸ線の照射角を、Ｘ線源と二次元Ｘ線撮像手段の回転中心軸とを含む平面に対して対称に設定するので、二次元Ｘ線撮像手段で撮像した投影像の投影データを無駄なく使用できる。
【００５６】
したがって、高画質な３次元再構成画像を得ることができる。
【００５７】
また、３次元再構成像を高画質化できるので、医師の診断効率を上げることが可能となる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００６０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のコーンビームＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、１は計測部、２は画像処理部、３は走査駆動部、４はＸ線源、５は二次元検出器（二次元Ｘ線撮像手段）、６はＸ線焦点、７は被検体、８はＸ線、９は走査駆動部の回転中心軸、１０はミッドプレーン、１１は前処理部（画像情報補充手段）、１２は再構成演算手段、１３は画像化手段、１４は二次元検出器配列（広視野角Ｘ線撮像手段）を示す。
【００６１】
本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、被検体７を透過したＸ線を撮像する二次元検出器配列１４は、３枚の二次元検出器５を走査駆動部３の回転円周に沿うように配置している。このとき、二次元検出器５を接合した際の間隙すなわち接合線は、Ｘ線源４のＸ線焦点６と回転中心軸９を含む平面のそれぞれ反対側にあって、この平面に対する所定の垂線上における各接合線と平面との距離が異なるように配置されている。すなわち、二次元検出器５を接合したときの２本の間隙が、Ｘ線焦点６と回転中心軸９を含む平面の左右にそれぞれ１本づつ位置すると共に、該間隙が平面に対して対称とならないように（非対称となるように）、二次元検出器配列１４が配置されている。
【００６２】
次に、図１に基づいて、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置による計測時の動作を説明する（ただし、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置において、被検体のＸ線像の計測は、従来法と同様、以下のように行なわれる）。
【００６３】
なお、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置におけるＸ線源４、二次元検出器５、走査駆動部３は周知の機構および装置を用いる。
【００６４】
Ｘ線源４は、Ｘ線焦点６を頂点とするコーンビーム状のＸ線８を被検体７に向けて放射する。被検体７を透過したＸ線は、二次元Ｘ線検出器配列１４に入射し、該Ｘ線強度がそれぞれの二次元検出器５によって計測される。走査駆動部３は、回転中心軸９を回転中心として被検体７のまわりを回転することによって、該走査駆動部３に取り付けられるＸ線源４および二次元Ｘ線配列１４を被検体７の周りに回転させる。このとき、走査駆動部３が微小角度回転するごとに、Ｘ線の投影と透過Ｘ線強度の計測とを行なう。この投影と計測とを被検体７の全周分繰り返し行い、百から数百組の透過Ｘ線強度データすなわち投影データを収集する。
【００６５】
次に、計測した透過Ｘ線強度信号を、従来のＸ線断層撮像装置と同様の方法で、ディジタル化した後、該ディジタル化した透過Ｘ線強度信号（以下、透過Ｘ線強度データと記す）をデータ処理部２に出力する。なお、本願明細書中においては、前処理部１１による処理の結果として得られたデータを、全投影角分の投影データと記す。
【００６６】
データ処理部２では、前処理部１１が、まず、得られた全投影角分の投影データ（全投影像）をもとに、所定の投影角における二次元Ｘ線配列１４の接合線の欠像データ部分を、他の投影角の投影データで補充する。次に、前処理部１１は、補充後の投影データに対して、周知のガンマ補正、画像歪み補正、対数変換および感度むら補正等の前処理を行い、処理後のデータ（前処理後の投影データ）を再構成演算手段１２に出力する。なお、前処理部１１による欠像データの補充についての詳細は、後述する。
【００６７】
次に、再構成演算手段１２は、補充後の全投影角分の投影データから被検体７の視野領域内の３次元的なＸ線吸収係数分布（３次元再構成画像）を再構成する。
【００６８】
次に、画像化手段１３が、３次元再構成画像に対して、ボリュームレンダリング処理あるいは最大値投影処理等の画像化処理を施した後、該画像化処理後のデータをビデオ信号に変換し図示しないモニタに表示することにより、被検体７の断層像を操作者に対して表示する。
【００６９】
ただし、前述する再構成演算方法としては、Ｆｅｌｄｋａｍｐによるコーンビーム再構成演算法等が知られている（Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐｅｔａｌ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｅｂｅａｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６，ｐｐ６１２−６１９，１９８４）。
【００７０】
次に、図２にミッドプレーンでの本実施の形態の二次元Ｘ線検出器配列とＸ線源および回転中心軸を含む平面との位置関係を説明するための図を、図３に欠落データの補充原理を説明するための図を示し、以下、図２および図３に基づいて、二次元Ｘ線検出器の接合部での欠落データの補充の方法を説明する。
【００７１】
図２および図３において、ｄ０，ｄ１，ｄ２はＸ線焦点６が位置Ｓに位置するときの二次元Ｘ線検出器の位置、Ｇ１はＸ線焦点６が位置Ｓに位置するときの二次元検出器ｄ０とｄ１とを接合した際の間隙の位置、Ｇ２はＸ線焦点６が位置Ｓに位置するときの二次元検出器ｄ０とｄ２とを接合した際の間隙の位置、ｂ１は間隙Ｇ１に入射するＸ線路、ｂ２は間隙Ｇ２に入射するＸ線路、ｃ１は間隙Ｇ１による投影データの欠落部分が描く軌跡、ｃ２は間隙Ｇ２による投影データの欠落部分が描く軌跡、Ｈ１はＸ線焦点６が位置Ｓに位置するときのＸ線焦点６および回転中心軸９を含む平面とミッドプレーン１０との交線、Ｈ２は二次元Ｘ線検出器ｄ０の中心位置、ｔ１は交線Ｈ１とＸ線路ｂ１とがなす角度、Ｏは二次元Ｘ線検出器ｄ０，ｄ１，ｄ２およびＸ線焦点６の回転中心（回転中心軸９の位置）、ｄ０’，ｄ１’，ｄ２’はＸ線焦点６が位置Ｓ’に位置するときの二次元Ｘ線検出器の位置、Ｇ１’はＸ線焦点６が位置Ｓ’に位置するときの二次元検出器ｄ０とｄ１とを接合した際の間隙の位置、Ｇ２’はＸ線焦点６が位置Ｓ’に位置するときの二次元検出器ｄ０とｄ２とを接合した際の間隙の位置、Ｈ１’はＸ線焦点６が位置Ｓ’に位置するときのＸ線焦点６および回転中心軸９を含む平面とミッドプレーン１０との交線、ｕ１は交線Ｈ１と交線Ｈ１’とがなす角度、ＰはＸ線焦点６が位置Ｓ’に位置するときのＸ線路ｂ１と二次元Ｘ線検出器との交点を示す。
【００７２】
図２に示すように、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置においては、交線ＳＯに対して、二次元検出器ｄ０，ｄ１，ｄ２が非対称に配置される。なお、Ｘ線焦点６が位置Ｓに位置する時は、従来のＸ線断層撮像装置と同様に、Ｓと間隙Ｇ１，Ｇ２を結ぶＸ線光路ｂ１，ｂ２を通る投影データを計測することはできない。
【００７３】
次に、図３に基づいて、図２に示す間隙Ｇ１の欠落データの補充原理を説明する。
【００７４】
まず、全投影方向分の投影データの計測を行う過程において、Ｘ線焦点６が位置Ｓ’に達した時（このとき、二次元検出器は各々ｄ０’，ｄ１’，ｄ２’の位置に来る）、Ｘ線路ｂ１は、位置Ｓ’と点Ｐを結ぶＸ線路と重なる。このとき、交点Ｐは二次元検出器ｄ２’上の点であるので、Ｘ線路Ｓ’Ｐを撮影することによって、Ｘ線路ｂ１を撮影したことになる。すなわち、Ｘ線路Ｓ’Ｐの投影データによって、間隙Ｇ１に伴い投影データが欠落したＸ線路ｂ１における投影データを計測できる。このようにして、本発明においては、Ｏを中心として、ｂ１に接する円ｃ１上の投影データは、全投影角度分収集することが可能である。
【００７５】
次に、間隙Ｇ１に伴う欠落データを補充する時に使用する投影データの回転角ｕ１の計算方法について、図３に基づいて説明する。
【００７６】
前述するように、間隙Ｇ１に対するＸ線路ｂ１と交線Ｈ１とがなす角度すなわちＸ線焦点６の位置Ｓを頂点とする角Ｇ１ＳＯをｔ１、Ｘ線焦点６の位置Ｓの時の投影角をｗ、Ｘ線焦点６が位置Ｓ’の時の投影角をｗ’とした場合、投影角ｗ，ｗ’の間には、下記の数１の関係が成立する（なお、図３は投影角ｗ＝０の時を示している）。
【００７７】
【数１】
ｗ’＝ｗ＋ｕ１＝ｗ＋（π−２×ｔ１）
したがって、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、前述する数１を満たす投影角ｗ’の投影データによって、投影角ｗにおける間隙Ｇ１の欠落データを補充するので、投影データの欠落に伴う再構成画像中のアーチファクトの発生を防止できる。
【００７８】
また、Ｘ線光路ｂ２および円ｃ２に関する欠落データを補充する場合の同様も、前述する手順と同様によって、補正に使用する投影角を計算できる。
【００７９】
ただし、前述する手順での欠落データの補充は、厳密にはミッドプレーン１０上でのみ成り立つものである。しかしながら、ミッドプレーン１０からの仰角が小さな範囲内に収まっていれば、近似的に上記の関係が成立するので、前述の手順によって、欠落した投影データを補うことができる。
【００８０】
本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、前述するＸ線検出器配列１４に加え、二次元検出器５の画素が、Ｘ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面の垂直方向に１／４画素分ずれた位置に配列されている。
【００８１】
図４にこの画素のずれ位置を説明するための図を示し、以下、図４に基づいて、画素のずれ量およびその効果を説明する。
【００８２】
図４は二次元検出器５を拡大したときの図であり、各マスはそれぞれ二次元検出器の画素を示している。
【００８３】
図４から明らかなように、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、二次元検出器５の画素ピッチをｄｐとしたとき、二次元検出器５の画素が、Ｘ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面の垂直方向に、ｄｐ×（ｎ＋１／４）（ただし、ｎは整数である）の位置に配列するように設定されている。
【００８４】
したがって、従来のファンビームＸ線断層撮影装置において、検出素子の配列ピッチの１／４分シフトした検出器を用いて高画質化を実現する方法（オフセット検出器方式）と同様によって、二次元検出器の見かけ上の解像度を上げることができるので、二次元検出器５で撮影した投影データを高画質化できる。ただし、高画質化の詳細については、たとえば、Ｔ．Ｍ．ＰｅｔｅｒｓａｎｄＲ．Ｍ．Ｌｅｗｉｔｔ，”Ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｗｉｔｈｆａｎｂｅａｍｇｅｏｍｅｔｒｙ”，Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｓｓｉｓｔ．Ｔｏｍｏｇｒ．，ｖｏｌ．１，ｎｏ．４，ｐｐ．４２９−４３６，１９７７．を参照されたい。
【００８５】
以上説明したように、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、３枚の二次元検出器５を接合して１枚の大きなＸ線検出器配列１４として、該Ｘ線検出器配列１４をＸ線源４と共に被検体７の周囲に回転して被検体７の全周分の投影データを収集する際に、Ｘ線源４とＸ線検出器配列１４との回転中心軸すなわち走査駆動部３の回転中心軸９と、Ｘ線源４のＸ線焦点６とを含む平面に対して、二次元Ｘ線検出器５を接合した際の接合線（間隙）が対称にならないように二次元Ｘ線検出器５をそれぞれ配列した二次元検出器配列１４を使用することによって、所定の投影角ｗで撮影した投影データに含まれる接合線部分の欠落データが、他の投影角ｗ’で撮影した投影データで補充できる。
【００８６】
したがって、再構成演算手段１２で再構成演算を行う前に、この欠落データを他の投影角ｗ’の投影データで補充することによって、被検体７の全周分の投影データを作成することができるので、該補充後の投影データに基づいて再構成演算手段１２が再構成演算を行うことによって、３枚の二次元Ｘ線検出器５を接合した際の接合線による欠落データに伴うアーチファクトの発生を除去できる。
【００８７】
さらには、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、二次元Ｘ線検出器５の画素がＸ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面の垂直方向に対して、ｄｐ×（ｎ＋１／４）（ただし、ｎは整数である）の位置となるように配列する。
【００８８】
被検体７の全周分の投影データを計測する時には、周知のファンビームＸ線断層撮像装置における、検出器素子の配列ピッチの１／４分シフトした検出器を用いて高画質化する方法であるオフセット検出器方式と同様に、走査駆動部３を駆動することによって、二次元検出器５の見かけ上の解像度を上げることができる。
【００８９】
したがって、二次元検出器５で撮影した投影データを高画質化でき、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置で、二次元Ｘ線検出器５の解像度よりも高い解像度の再構成画像を得ることができる。
【００９０】
これにより、医師の診断効率を上げることができるという効果もある。
【００９１】
さらには、本実施の形態１のＸ線断層撮像装置では、全て同じ大きさの二次元検出器５を３枚組み合わせてＸ線検出器配列１４とする構成とすることにより、二次元検出器５を量産できるので、二次元Ｘ線検出器５の製造コストを低くできる。したがって、Ｘ線断層撮像装置のさらに安価にできるという効果もある。
【００９２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２のＸ線断層撮像装置の二次元検出器配列および該二次元検出器配列とＸ線源との関係を説明するための図であり、ｑ１は走査駆動部３の回転中心軸９を示す中心ＯとＸ線焦点６とを含む平面とミッドプレーンとが交差したときの交線Ｈ１と二次元Ｘ線検出器ｄ１の接合側でない一端（二次元検出器配列１４の一端）とがなす角度、ｑ２は交線Ｈ１と二次元Ｘ線検出器ｄ２の接合側でない一端（二次元検出器配列１４の他端）とがなす角度を示す。
【００９３】
また、本実施の形態２のＸ線断層撮像装置は、二次元Ｘ線検出器５の大きさおよびＸ線源４の照射野が異なるのみで、他の構成は実施の形態１のＸ線断層撮像装置と同じである。
【００９４】
したがって、本実施の形態２の説明においては、異なる部分の説明のみを行う。
【００９５】
本実施の形態２のＸ線断層撮像装置では、大きさの異なる二次元検出器５を３枚組み合わせて二次元検出器配列１４を構成している。しかしながら、実施の形態１の二次元検出器配列１４と同様に、本実施の形態においても、二次元Ｘ線検出器５を接合したときの接合線（間隙）Ｇ１，Ｇ２は、Ｘ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面と平行である。
【００９６】
また、Ｘ線焦点６から見た時の全体のコーンビーム状Ｘ線８の放射角ｑ１，ｑ２は、Ｘ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面に対して対称（ｑ１＝ｑ２）になるように設定されている。ただし、このときのＸ線８の照射角は、Ｘ線源４と被検体７との間においた図示しないコリメータによって、決定している。
【００９７】
さらには、二次元Ｘ線検出器ｄ０の中心すなわち接合線Ｇ１，Ｇ２の中心は、Ｘ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面と一致しない、すなわち、該平面に対して接合線Ｇ１，Ｇ２が対称とならないように、二次元Ｘ線検出器５が接合され配置されている。
【００９８】
本実施の形態２のＸ線断層撮像装置で撮影した被検体７の全周分の投影データから被検体７の断層像を再構成する手順については、実施の形態１と同様となるので、その説明は省略する。
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態２のＸ線断層撮像装置では、Ｘ線源４と被検体７との間においたコリメータによって、Ｘ線源４からのＸ線８の全体の放射角ｑ１，ｑ２が、Ｘ線焦点６と回転中心軸９とを含む平面に対して対称（ｑ１＝ｑ２）になるように設定することにより、収集した全投影データを過不足なく再構成演算に利用できる、すなわち、二次元検出器配列１４を撮影領域を無駄なく使用できるので、再構成演算手段１２によって再構成した再構成画像の解像度をさらに高くできるという効果がある。
【０１００】
ただし、他の構成は実施の形態１のＸ線断層撮像装置と同じ構成となるので、実施の形態１のＸ線断層撮像装置と同じ効果があることは言うまでもない。
【０１０１】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３のＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、本実施の形態３においては、２枚の二次元Ｘ線検出器５を被検体の体軸方向すなわち回転中心軸９の方向に配列したＸ線断層撮像装置である。
【０１０２】
図６の本実施の形態３の二次元検出器配列では、回転中心軸９の方向に互いに接合した二次元検出器５間の間隙（接合線）と、ミッドプレーンに平行な平面との交差する部分が一点になるように配置する。ただし、実際は回転中心軸９の方向に互いに接合した二次元検出器５間の間隙と、ミッドプレーンに平行な平面との交差する部分が、幾何学的な意味での一点になることはないので、本願明細書中において、一点になるとは実装上可能な限り微小な領域にするということを意味するものである。
【０１０３】
典型的には、図６から明らかなように、回転中心軸９の方向に互いに隣接する二次元検出器５間の間隙がミッドプレーンに対し、所定の角度の傾きを持つように配列する（ただし、同図では説明を簡単にするため、回転中心軸方向に並べたパネル状二次元検出器５を２枚分しか示していない。実際には、複数枚の二次元検出器５を回転中心軸方向、円周方向に並べる）。
【０１０４】
図７に本発明の実施の形態３のＸ線断層撮影装置の二検出器配列１４を説明するための図を示し、以下、図７に基づいて、実施の形態３のＸ線断層撮像装置の動作を説明する。
【０１０５】
ただし、図７では、円周方向に配列した二次元検出器５間の間隙は省略し、回転中心軸方向に互いに接合した二次元検出器５間の間隙のみを示す。
【０１０６】
実施の形態１のＸ線断層撮像装置のように、Ｆｅｌｄｋａｍｐによる再構成アルゴリズムによれば、その処理において、投影データ上のミッドプレーンに平行に並ぶ部分のデータをひと組として、順次、フィルタ補正を行なう。たとえば、直線ｐ３上の投影データをひと組とした場合、フィルタ補正すべきひと組のデータ全てが揃っているので問題なくフィルタ補正を行なうことができる。
【０１０７】
一方、直線ｐ４上のひと組の投影データの場合では、この一組のデータにおいて、二次元検出器５間の間隙によって欠落するのは、点Ａで示す最小限の部分にとどめることができるので、たとえば、直線ｐ４上の前後のデータから周知の線形補間等によって、この部分を内挿する。この内挿は、前述の第３の従来型コーンビーム断層撮影装置における投影データの内挿に比べ高い精度で行なうことができる。
【０１０８】
したがって、再構成演算手段１２によって得られる被検体７の断層画像にアーチファクトが発生することを防止できるので、被検体７の正確な断層画像を得ることができる。この結果として、医師による診断効率を向上することができる。
【０１０９】
他の実施の形態として、回転中心軸方向に互いに隣接する二次元検出器５間の間隙が、直線状にならず、その他の曲線状になっていてもよいことは言うまでもない。
【０１１０】
以上の説明では、Ｘ線断層撮像装置の二次元検出器配列１４として、２枚あるいは３枚の二次元Ｘ線検出器から構成する場合についてその作用および効果を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、２以上の二次元Ｘ線検出器５を用いて二次元検出器配列１４を構成してもよいことは言うまでもない。
【０１１１】
また、本発明を適用したＸ線断層撮像装置では、二次元検出器配列１４の間隙の幅が大きい場合であっても、該間隙を補充する第２の投影角ｗ’で前記欠落像部分が撮像可能であるならば、間隙による欠落像によるアーチファクトの発生を防止できる。
【０１１２】
前述する二次元Ｘ線検出器５の典型的な例としては、たとえば、図８に示す周知のＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）マトリックスを利用した検出器（以下、ＴＦＴ検出器と記す）が挙げられる。
【０１１３】
図８において、８０１は受光部、８０２はＴＦＴ、８０３は切り替え手段、８０４は増幅器、８０５はマルチプレクサ、８０６はＡ／Ｄ変換器を示す。
【０１１４】
このＴＦＴ検出器において、各画素は、フォトダイオード等の受光部とスイッチングの役割を持つＴＦＴとからなり、切り換え手段８０３およびマルチプレクサ８０５が、それぞれ縦および横方向に走査することによって、各画素の検出データが順次読み出されていく。
【０１１５】
なお、ＴＦＴ検出器の詳細について、たとえば、Ｌ．Ｅ．Ａｎｔｏｎｕｋｅｔａｌ，ＬＡＲＧＥＡＲＥＡ，ＦＬＡＴ−ＰＡＮＥＬ，ＡＭＯＲＰＨＯＵＳＳＩＬＩＣＯＮＩＭＡＧＥＲＳ，ＳＰＩＥＶｏｌ．２４３２，ＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ：ＰｈｙｓｉｃｓｏｆＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ，ｐｐ．２１６−２２７，１９９６を参照されたい。
【０１１６】
さらには、本実施の形態では、コーンビーム状すなわち円錐状のＸ線を照射するＸ線源を用いた場合について、動作およびその効果を説明したが、Ｘ線源はこれに限定されることはなく、たとえば、角錐状のＸ線を照射するＸ線源を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１１７】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【０１１８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【０１１９】
（１）２以上の二次元検出器を接合したＸ線検出器で撮像したＸ線像からアーチファクトのない再構成画像を得ることができる。
【０１２０】
（２）広い視野角の高画質な３次元再構成画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ミッドプレーンでの本実施の形態１の二次元Ｘ線検出器配列とＸ線源および回転中心軸を含む平面との位置関係を説明するための図である。
【図３】欠落データの補充原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の二次元Ｘ線検出配列の画素のずれ位置を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２のＸ線断層撮像装置の二次元検出器配列および該二次元検出器配列とＸ線源との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３のＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３のＸ線断層撮影装置の二検出器配列を説明するための図である。
【図８】ＴＦＴマトリックスを利用した二次元Ｘ線検出器の概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来のＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】二次元検出器を３枚組み合わせて構成した二次元検出器を用いたＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】被検体の体軸方向に２枚の二次元Ｘ線検出器を接合した従来のＸ線断層撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】二次元Ｘ線検出器を被検体の体軸方向に接合した二次元検出器配列による投影データの欠落原理を説明するための図である。
【図１３】再構成データに発生するリング状アーチファクトの発生原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１…計測部、２…画像処理部、３…走査駆動部、４…Ｘ線源、５…二次元検出器、６…Ｘ線焦点、７…被検体、８…Ｘ線、９…走査駆動部の回転中心軸、１０…ミッドプレーン、１１…前処理部、１２…再構成演算手段、１３…画像化手段、１４…二次元検出器配列。

Claims

被検体に照射する円錐状又は角錐状のＸ線を発生するＸ線源と、複数の二次元Ｘ線検出器を接合した二次元Ｘ線検出器配列と、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器配列とを前記被検体の周りに回転しながら複数の投影角度で撮像した２次元Ｘ線像から前記被検体の断層像を再構成し、前記断層像を表示手段に表示するＸ線断層撮像装置であって、前記二次元Ｘ線検出器を接合した時の間隙は、前記Ｘ線源と前記二次元Ｘ線検出器配列の回転中心軸に平行であり、前記Ｘ線源のＸ線焦点と前記回転中心軸とを含む平面に対して非対称の位置に配置され、第１の前記投影角度で撮像した前記２次元Ｘ線像に欠落する前記間隙の部分のデータが、前記第１の投影角度において前記Ｘ線焦点と前記間隙とを結ぶ線分と前記Ｘ線焦点と回転中心とを結ぶ線分とがなす角度をｔとする時、前記第１の投影角度に（π−２×ｔ）の角度を加算した値をもつ第２の前記投影角度で撮像した前記２次元Ｘ線像のデータにより補充されることを特徴とするＸ線断層撮像装置。
請求項１に記載のＸ線断層撮像装置に於いて、前記二次元Ｘ線検出器配列は、同じ大きさの前記二次元Ｘ線検出器から構成されることを特徴とするＸ線断層撮像装置。
請求項１に記載のＸ線断層撮像装置に於いて、前記二次元Ｘ線検出器配列は、異なる大きさの前記二次元Ｘ線検出器から構成されることを特徴とするＸ線断層撮像装置。
請求項１に記載のＸ線断層撮像装置に於いて、前記二次元Ｘ線検出器の画素ピッチをｄｐ、ｎを整数とするとき、前記二次元Ｘ線検出器の前記平面と垂直に交わる画素と前記平面とが、ｄｐ×（ｎ＋１／４）の位置で交差することを特徴とするＸ線断層撮像装置。
請求項１に記載のＸ線断層撮像装置に於いて、前記被検体に照射するＸ線の照射角度を前記平面に対して対称に設定することを特徴とするＸ線断層撮像装置。
請求項１に記載のＸ線断層撮像装置に於いて、前記平面に対し対称となるように前記Ｘ線の放射角を制限するコリメータを前記Ｘ線源と前記被検体の間に配置することを特徴とするＸ線断層撮像装置。
請求項１に記載のＸ線断層撮像装置に於いて、第１の前記投影角度で撮像した前記２次元Ｘ線像における間隙の部分の欠落したデータを、第２の前記投影角度で撮像した前記２次元Ｘ線像のデータにより補充することを特徴とするＸ線断層撮像装置。