JP3704192B2 - レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法および装置 - Google Patents
レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3037471号公報から公知のこの種のレントゲン診断装置は、被検体のための支持装置と、被検体を横断面において放射線照射するために記録ユニットと支持装置との間に相対的変位を生じさせる手段を有している。この場合、放射線受信器の出力信号から横断面の横方向断層画像がコンピュータにより算出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、画像品質が高められるよう冒頭で述べた形式のレントゲン診断装置を改善することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、レントゲン診断装置は記録ユニットを有しており、該記録ユニットは、C字形アーチ状ホルダの一方の端部に支持され扇状の放射線束を投射する放射線投射器と、該放射線投射器と向き合うようにC字形アーチ状ホルダの他方の端部に配置され放射線束を受け取り電気信号を発生させる放射線受信器として平面検出器を有しており、被検体のための支持装置と、前記被検体を断面において放射線走査するために前記の記録ユニットと支持装置との間で相対的変位を生じさせる手段と、該相対的変位に依存する放射線方向信号を発生させる信号発生器と、計算ユニットとを設け、前記平面検出器の少なくとも1つのラインの電気信号を前記計算ユニットへ供給し、前記計算ユニットは、放射線走査に基づき得られた平面検出器の電気信号から、前記放射線方向信号と組み合わせて少なくとも1つの断層面の画像信号を算出し、該画像信号を断層面の画像として表示装置に表示し、第1のステップにおいてメモリに記憶されており放射線走査の中心旋回点に関する信号を画像信号算出時に目標信号として用いることにより解決される。
【0005】
さらに本発明によれば上記の課題は、請求項12および21に記載の構成により解決される。
【0006】
有利なことにこのようにすることで、表示装置において断層画像を生成するときに生じる装置に依存する画像の不鮮明さを低減させることができる。この場合、計算ユニットによって、テスト物体の放射線走査により得られる信号がそれら相互間の最大間隔に関して評価され平均間隔信号が算出されて、算出された平均間隔信号がメモリへ供給されるように構成すると有利である。これにより、被検体および/または支持装置が記録装置に対し規定された対応づけをもっていなくても、中心旋回点を求めることができる。
【0007】
テスト物体の放射線走査により得られた信号が実際にそれら相互間で最大間隔を有しているか否かを検査するのに有利であるのは、放射線方向が180゜ずらされたときに最大間隔信号が発生したか否かを、放射線方向信号に基づき計算ユニットが検査するように構成することである。
【0008】
断層画像品質をいっそう改善するために、口径触現象を補正する信号および/または幾何学的歪みを補正する信号をメモリに格納し、画像信号の算出に際してそれらの信号を利用すると有利である。
【0009】
以下のようなレントゲン診断装置を作動するためのプロセスが、殊に有利である。すなわち、第1のステップにおいて、メモリに記憶されている中心旋回点に関する信号および/または口径触現象を補正する信号および/または幾何学的歪みを補正する信号が画像信号を算出する際に利用すると有利である。
【0010】
次に、図面を参照して実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1には、本発明によるレントゲン診断装置の実施例が示されている。この場合、被検体のための支持装置1、記録ユニット2、制御および調整装置3、ならびに信号処理装置4が設けられている。記録ユニット2は、放射線束を投射するための放射線投射器5およびこれと向き合うように配置されており放射線束を受け取るための放射線受信器6を有している。この実施例の場合、放射線投射器5と放射線受信器6は、C字形アーチ状ホルダ7の端部に支持されている。したがって調節手段を介して、記録ユニット2を少なくとも180゜、支持装置1の長手軸を中心に変位させることができる。
【0012】
たとえば画像増幅器として構成されている放射線受信器6にテレビジョンカメラ8が後置接続されており、これにより被検体の走査時に発生する放射線陰影を電気信号へ変換することができる。次に、テレビジョンカメラ8から発生する電気信号はビデオ信号として、後続処理のためおよびたとえば1つの画像を生成させるために信号処理装置4へ供給され、この装置には画像表示用のモニタ9が後置接続されている。必要に応じて被検体の走査に関して透射放射線を制御し記録パラメータを入力するために入力装置10が設けられており、これは信号処理装置4に対して作用を及ぼすものであり、さらにこの信号処理装置4を介して制御および調整装置3に作用を及ぼすものである。
【0013】
次に、本発明を説明するために図2〜図10を参照する。これらの図面では、図1中ですでに参照符号の付されている部材については同じ参照符号が付されている。この場合、放射線投射器5から有利には扇状に送出される放射線束11はテスト物体12に当射し、このテスト物体は種々異なる放射線吸収特性の領域13,14を有している。さらにこの場合、テスト物体12はプラスチックにより製造することができ、これには高い放射線吸収特性を有する領域13として鉛線が埋め込まれている。この鉛線13は平行な線として配置できるし、あるいは格子として配置することができる。しかし、テスト物体12を、ほとんど放射線を吸収してしまう材料により製造することも可能であって、この場合、そこには僅かな放射線吸収特性の領域14として線状または格子状の溝が設けられている。
【0014】
テスト物体12の放射線陰影は放射線受信器6に当射し、ここでは説明を簡単にするため、そのうち電気信号を発生させる1本のライン6aだけを観察することにする。図3には、放射線受信器6のライン6aの出力信号が略示されている。図示されているように、互いに間隔を有する信号振幅15が鉛線により発生している。テスト物体12が障害なく結像しているとき、鉛線も互いに等しい間隔を有していれば、間隔は等しくなるはずである。しかし図3には、鉛線の間隔が等しいときに信号振幅15が種々異なる間隔を有している様子が示されており、これは本発明にしたがって補正しなければならない。この目的で、図2に示されている信号処理装置4は計算ユニット16と少なくとも1つのメモリ17,18を有している。本発明の1つの変形実施例によれば、第1のメモリ17には目標間隔信号が記憶されており、それらの信号は理想の結像状態の場合つまり障害なく結像したときにテスト物体12の投影によって放射線受信器6上に生じるであろうものである。この場合、適切な目標間隔信号が記憶されているならば、鉛線が等間隔に設けられいるかそれぞれ異なる間隔で設けられているかは問題にならない。そして計算ユニット16は放射線受信器6,6aから送出された実際間隔信号15との比較を行い、それぞれ対応づけられた実際間隔信号と目標間隔信号との差を解消するために補正信号を発生する。これらの補正信号を第2のメモリ18に格納することができ、モニタ9で画像生成されたときに非線形性を解消すべくそれらの補正信号を考慮できる。
【0015】
しかし、テスト物体12の鉛線が少なくともほぼ等間隔を有するように構成するのが有利である。この場合に計算ユニット16は、放射線受信器6,6aにより送出された実際間隔信号から平均間隔信号を算出し、個々の実際間隔信号と平均間隔信号との差から補正信号を形成し、それらの補正信号が第2のメモリ18に記憶される。したがってこの場合には第1のメモリ17を省略できる。
【0016】
たとえば画像増幅器のような扇状検出器および半導体平面検出器として検出器セルを備えた放射線受信器6は、画素信号を生成するために画素に応じてラインごとに読み出される。有利にはこの場合、計算ユニット16は各信号振幅15の間に到来する画素信号の個数を実際間隔信号として計数し、そこから画素信号の平均個数を目標間隔信号として算出する。次に、2つの信号振幅15の間でそのつど計数された画素信号が、画素信号の平均個数と比較される。2つの信号振幅15の間における画素信号の個数が算出された画素信号の平均個数よりも大きければ、それに応じて画素信号の個数が低減され、2つの信号振幅15の間における画素信号の個数が算出された画素信号の平均個数よりも小さければ、それに応じて画素信号の個数が増やされる。消去された挿入された個数の値は補正信号として第2のメモリ18に記憶され、画像生成に際して利用される。
【0017】
しかし信号処理装置4により、各信号振幅15相互間の間隔だけでなく信号レベルも評価して補正できる。図4には、放射線受信器6の走査されたライン6aの信号が示されている。そこに示されているように、各信号振幅は種々異なるレベルを有しており、このことは口径触現象あるいは放射線を変動させるシステムにより引き起こされる可能性がある。このような口径触現象を補正するためには、鉛線(領域13)ないし領域14の放射線吸収特性が少なくともほぼ等しくなるようにすべきである。透射に際して放射線受信器6ないし6aから送出された信号は計算ユニット16へ供給され、その実際信号レベルに関して評価される。実際信号レベルから平均目標信号レベルが算出され、個々の実際信号レベルと目標信号レベルの差から補正信号が形成されて別のメモリ19に記憶される。しかしながら少なくとも1つの所定の目標信号レベルをたとえばメモリ17に記憶しておき、補正信号を発生させる際にその信号を利用することも可能である。
【0018】
そして間隔補正信号および信号レベル補正信号を考慮することで、テスト物体12の透射に際して信号処理装置4の出力側で取り出し可能な信号が生じ、それらの信号は図5に示されている。
【0019】
口径触を補正するための上述の手順の場合、幾何学的z歪みを補正するためのものと同じテスト物体を利用できる。しかし本発明の変形実施例によれば、口径触現象を次のようにして補正することもできる。すなわち、放射線束11が放射線受信器6へ妨げられることなく当射するように、放射線に対し均一なテスト物体12を放射線経路中に挿入するかまたは、それどころかテスト物体12を省略するようにして補正することもできる。
【0020】
一例として図6には、上記のようなテスト物体12を用いた場合に、ないしはテスト物体12を省略した場合に、放射線受信器6において走査されたライン6aの信号が示されている。口径触現象を補正するため、放射線受信器6のライン6aまたは走査されたラインのうち選択されたラインあるいはすべてのラインにおける信号から、平均目標信号レベルが算出され、1つまたは複数あるいはすべてのラインにおける1つの画素信号または複数の画素信号うち所定の選択された信号の個々の実際信号レベルと信号レベルとの差から補正信号が形成され、メモリ19に記憶される。
【0021】
図7には、放射線受信器6におけるライン6aの相応に補正された信号が示されており、これは信号処理装置4の出力側で取り出すことができる。
【0022】
本発明の枠内で、被検体20を走査するために記録ユニット2を図8に示されているように水平面内に配置することもできる。支持装置21つまりは被検体20と記録ユニット2との間の相対的変位を生じさせるために、既述のように記録ユニット2および/または支持装置21を少なくとも180゜、垂直軸22を中心に旋回させることができる。また、支持装置21と記録ユニット2を互いに逆方向に相対的にずらすこともでき、このようにすれば走査を達成するのに半分の変位しか必要なくなる。図8に示されているレントゲン診断装置は、殊に歯の診断のために適している。
【0023】
表示装置での表示のために上述の画像信号を発生させるには、計算ユニット16へ放射線受信器6の画素信号ほかに放射線方向信号も供給する必要がある。この信号は記録ユニット2と支持装置1,21との相対的変位ないしはたとえば被検体20に対する相互間の相対的変位を表すものである。この目的で、簡単かつ有利な実施形態によれば、支持位置24に対するC字形アーチ状ホルダ7の変位を検出するために、変位センサ23たとえばポテンショメータを設けることができる。
【0024】
図9に示されているように、放射線束11による被検体20の走査時に、被検体20の走査された横断面25からの放射線陰影が放射線受信器6の検出器エレメントに当射する。検出器エレメントは既述のようにラインごとに読み出され、その際、1つのラインのライン信号は被検体20において走査された1つの横断面26.1〜n(図10)の放射線陰影を表している。これらのライン信号は、変位センサ23の信号とともに信号処理装置4のライン信号メモリ27に記憶される。この目的でたとえば記録ユニット2を1゜の角度だけ変位させるごとに放射線が検出され、放射線受信器6の信号がラインごとに読み出され、ライン信号メモリ27に記憶される。このプロセスは、横断面25が放射線束11の扇状角度に加えて少なくとも180゜だけ走査されるまで繰り返される。計算ユニット16は、画像信号の算出のためにライン信号メモリ27に記憶されている信号をアクセスし、それらの信号を第2および第3のメモリ18,19に記憶されている信号に基づき補正し、たとえば所定の断面28.1〜n(図10)の画像信号を算出する。横断面25のただ1回の放射線走査により、ライン信号メモリ26に記憶されている信号に基づき任意の横断面28に対する画像信号を算出して、信号処理装置4の画像信号メモリ29に記憶させることができる。ライン信号メモリ27に記憶されている信号から、横断面28.1〜nの画像信号だけでなく少なくとも球欠平面30.1〜n(図10)の画像信号も、計算ユニット16により算出できる。さらに入力装置10によって、走査された横断面25の範囲内で任意に選択可能な面26,28,30の画像信号を算出させることができる。
【0025】
レントゲン診断装置の操作、および任意に選択可能な平面26,28,30に関して表示装置に表示可能な画像信号の生成を簡単にするために有利であるのは、レントゲン診断装置を以下のプロセスにしたがって作動させることである。すなわち、たとえば第1のステップにおいて、放射線走査の中心旋回点31に関してメモリ17に記憶されている信号が画像信号の算出に際して利用される。この実施例の場合、中心旋回点31は被検体20の長手方向軸上に位置しており、かつC字形アーチ状ホルダ7のアイソセンタに位置している(図9参照)。このプロセスの変形実施例によれば、中心旋回点31に関する信号は第1のステップでメモリ17へ供給されるが、入力装置10を介しても供給することができる。さらに別の変形実施例によれば、計算ユニット16は、テスト物体12の放射線走査により得られた信号を第1のステップにおいてその相互間の最大間隔に関して評価し、平均間隔信号を計算して、算出された平均間隔信号を中心旋回点31の信号としてメモリ17へ供給する。この場合、第1のステップにおいて、放射線方向が180゜ずらされたときに最大間隔信号が発生したか否かについて、変位センサ23の放射線方向信号に基づき計算ユニット16が検査すると有利である。その際、特徴的な放射線吸収特性を有する被検体20の対象領域を、テスト物体12として利用できる。
【0026】
さらにたとえば第2、第3または第4のステップにおいて、第2のメモリ18に記憶されており口径触現象を補正する信号および/または幾何学的歪みを補正する信号、および/またはフィルム−フォーカス間隔を表す信号が、画像信号算出に際して利用される。既述のようにこれらの信号は信号処理装置4により計算することもできるし、あるいは第2、第3および/または第4のステップにおいて入力装置10を介してメモリ17へ供給することもできる。しかし本発明の枠内では、このようなステップの数字に関する特定によって必ずしも実際の順序が規定されてしまうわけではない。
【0027】
また本発明の枠内で、たとえば漂遊放射線作用ないしは散乱放射線作用のような障害作用を回避するために、1つのステップにおいて平面検出器における少なくとも2つのライン6a,6bの信号を計算ユニット16へ供給することができる。計算ユニットは、平面検出器のそれぞれ1つの列に対応づけられたライン6a、6bの画素信号から平均画素信号を算出し、後続のステップにおいて横断面28,30の画像信号算出に際してこの平均画素信号を利用できる。なお、2つのライン6a、6bの信号だけでなく複数のラインのうち任意に選択されたものも、平均画素信号の算出に利用できることは自明である。このようにすれば殊に統計的に分散して発生する障害作用を低減できるし、またはほとんど解消することができる。
【0028】
本発明によるレントゲン診断装置により、対象物体の1つの横断面における断層平面だけでなく、ライン信号メモリ27に記憶されている信号に基づき任意に選択可能な断層面26,28,30を算出することができ、このことはそれらの断層面26,28,30のパラメータを入力装置10を介して信号処理装置へ供給することで可能になる。
【0029】
信号生成に際して不利な散乱放射線作用を回避するために、調節可能な散乱放射線除去用グリッドまたはマルチライン散乱放射線グリッド32を平面検出器として構成された放射線受信器6に前置接続すると有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるレントゲン診断装置の基本構成図である。
【図2】 図1によるレントゲン診断装置のテスト物体と信号処理装置を示す図である。
【図3】 テスト物体により形成され放射線受信器の1つのラインから導出可能な実際間隔信号の一例を示す図である。
【図4】 テスト物体により形成され放射線受信器の1つのラインから導出可能であり口径触補正のない実際間隔信号を示す図である。
【図5】 信号間隔および信号レベルに関して補正されている信号処理装置の出力信号を示す図である。
【図6】 別のテスト物体により形成され放射線受信器のラインから取り出し可能であり口径触補正のない実際信号を示す図である。
【図7】 口径触補正後の信号処理装置の出力信号を示す図である。
【図8】 本発明によるレントゲン診断装置の別の実施例を示す基本構成図である。
【図9】 被検体の走査を示す基本構成図である。
【図10】 走査された横断面の算出可能な断層面を示す図である。
【符号の説明】
1 支持装置
2 記録ユニット
3 制御および調整装置
4 信号処理装置
5 放射線投射器
6 放射線受信器
7 C字形アーチ状ホルダ
8 テレビジョンカメラ
9 モニタ
10 入力装置
12 テスト物体
16 計算ユニット
17,18,19 メモリ
20 被検体
Claims (22)
- レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法において、
前記レントゲン診断装置は記録ユニット(2)を有しており、該記録ユニット(2)は、C字形アーチ状ホルダ(7)の一方の端部に支持され扇状の放射線束(11)を投射する放射線投射器(5)と、該放射線投射器(5)と向き合うようにC字形アーチ状ホルダ(7)の他方の端部に配置され放射線束(11)を受け取り電気信号を発生させる放射線受信器(6)として平面検出器を有しており、
被検体(20)のための支持装置(1)と、前記被検体(20)を断面(25)において放射線走査するために前記の記録ユニット(2)と支持装置(1)との間で相対的変位を生じさせる手段と、該相対的変位に依存する放射線方向信号を発生させる信号発生器(23)と、計算ユニット(16)とを設け、
前記平面検出器の少なくとも1つのライン(6a)の電気信号を前記計算ユニット(16)へ供給し、
前記計算ユニット(16)は、放射線走査に基づき得られた平面検出器の電気信号から、前記放射線方向信号と組み合わせて少なくとも1つの断層面(28,30)の画像信号を算出し、該画像信号を断層面(28,30)の画像として表示装置(9)に表示し、
第1のステップにおいてメモリ(17)に記憶されており放射線走査の中心旋回点(31)に関する信号を画像信号算出時に目標信号として用いることを特徴とする、
レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法。 - 第1のステップにおいて中心旋回点(31)に関する信号を入力装置(10)によりメモリ(17)へ供給する、請求項1記載の方法。
- 前記計算ユニット(16)は、第1のステップにおいてテスト物体(12)の放射線走査により得られた信号をそれら相互間の最大間隔に関して評価し、平均間隔信号を算出し、算出された平均間隔信号を中心旋回点(31)の信号として第1のメモリ(17)へ供給する、請求項1記載の方法。
- 前記計算ユニット(16)は第1のステップにおいて放射線方向信号に基づき、放射線方向が180゜ずれたときに最大間隔の信号が発生したか否かについて検査する、請求項3記載の方法。
- 被検体(20)の対象領域をテスト物体(12)として用いる、請求項3または4記載の方法。
- 第2のステップにおいてメモリ(19)に記憶されている口径触現象補正信号を画像信号算出時に用いる、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
- 第2のステップにおいて前記補正信号を入力装置(10)によりメモリ(19)へ供給する、請求項6記載の方法。
- 第3のステップにおいてメモリ(18)に記憶されている幾何学的歪み補正信号を画像信号算出時に用いる、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。
- 第3のステップにおいて前記補正信号を入力装置(10)によりメモリ(18)へ供給する、請求項8記載の方法。
- 第4のステップにおいてメモリ(17)に記憶されておりフィルム−フォーカス間隔を表す信号を画像信号算出時用いる、請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
- 第4のステップにおいて前記フィルム−フォーカス間隔を表す信号を入力装置(10)によりメモリ(17)へ供給する、請求項10記載の方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項記載のレントゲン診断装置により断層画像を生成する方法を実施する装置において、
記録ユニット(2)が設けられており、該記録ユニット(2)は、C字形アーチ状ホルダ(7)の一方の端部に支持され扇状の放射線束(11)を投射する放射線投射器(5)と、該放射線投射器(5)と向き合うようにC字形アーチ状ホルダ(7)の他方の端部に配置され放射線束を受け取り電気信号を発生させる放射線受信器(6)として平面検出器とを有しており、
被検体(20)のための支持装置(1)と、前記被検体(20)を断面(25)において放射線走査するために前記の記録ユニット(2)と支持装置(1)との間で相対的変位を生じさせる手段と、該相対的変位に依存する放射線方向信号を発生させる信号発生器(23)と、計算ユニット(16)と、信号を記憶する少なくとも1つのメモリ(17,18,19,27)とが設けられており、
前記平面検出器の少なくとも1つのライン(6a)の電気信号が前記計算ユニット(16)へ供給され、
前記計算ユニット(16)は、放射線走査に基づき得られた電気信号から断層面(28,30)の画像信号を算出し、該画像信号は断層面(28,30)の画像として表示装置(9)において表示され、
前記メモリ(17,18,19,27)に記憶されている信号が画像信号算出時に目標信号として用いられることを特徴とする、
レントゲン診断装置により断層画像を生成する装置。 - 平面検出器のライン信号がメモリ(27)に記憶される、請求項12記載の装置。
- 中心旋回点(31)に関する信号がメモリ(17)に記憶される、請求項12または13記載の装置。
- 口径触現象を補正する信号がメモリ(19)に記憶される、請求項12〜14のいずれか1項記載の装置。
- 幾何学的歪みを補正する信号がメモリ(18)に記憶される、請求項12〜15のいずれか1項記載の装置。
- フィルム−フォーカス間隔を表す信号がメモリ(17)に記憶される、請求項12〜16のいずれか1項記載の装置。
- 入力ユニット(10)を介して前記メモリ(17,18,19)へ信号が供給される、請求項12〜17のいずれか1項記載の装置。
- 調節可能な散乱放射線除去用グリッド(32)が前記平面検出器に前置接続されている、請求項12〜18のいずれか1項記載の装置。
- マルチライン散乱放射線除去用グリッド(32)が前記平面検出器に前置接続されている、請求項12〜18のいずれか1項記載の装置。
- レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法において、
前記レントゲン診断装置は記録ユニット(2)を有しており、該記録ユニット(2)は、C字形アーチ状ホルダ(7)の一方の端部に支持され扇状の放射線束(11)を投射する放射線投射器(5)と、該放射線投射器(5)と向き合うようにC字形アーチ状ホルダ(7)の他方の端部に配置され放射線束(11)を受け取り電気信号を発生させる放射線受信器(6)として平面検出器を有しており、
被検体(20)のための支持装置(1)と、前記被検体(20)を断面(25)において放射線走査するために前記の記録ユニット(2)と支持装置(1)との間で相対的変位を生じさせる手段と、該相対的変位に依存する放射線方向信号を発生させる信号発生器(23)と、計算ユニット(16)とを設け、
前記平面検出器の少なくとも2つのライン(6a,6b)の電気信号を画素信号として前記計算ユニット(16)へ供給し、
前記計算ユニット(16)は第1のステップにおいて、前記平面検出器のそれぞれ1つの列に対応づけられたライン(6a,6b)の画素信号から平均画素信号を発生し、
前記計算ユニット(16)は後続のステップにおいて、平均画素信号から少なくとも1つの断層面(28,30)の画像信号を算出し、該画像信号を断層面(28,30)の画像として表示装置(9)に表示することを特徴とする、
レントゲン診断装置により断層画像を生成する方法。 - 別の後続のステップにおいて入力装置(10)により前記計算ユニット(16)へ、放射線により走査される断面(25)における任意に選定可能なパラメータを入力し、前記計算ユニット(16)は選択可能な前記のパラメータに基づき該パラメータにより規定された断層面(28,30)の画像信号を算出する、請求項1または21記載の方法。
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