JP3895807B2 - マルチスライスｃｔ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線源を対象物に対して相対的に周回させながら周回軸に平行に直線的に移動させ、Ｘ線源から円錐状に放射されたＸ線を対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線を、Ｘ線検出素子を２次元的に配列したＸ線検出器により検出し、このＸ線検出器から得られた検出データに基づいて対象物の断層画像を再構成するマルチスライスＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シングルスライスＣＴ(computed tomography) 装置は、図１３( ａ )に示すように、Ｘ線源１０１から扇状にＸ線ビームを被写体へ照射し、Ｘ線源１０１に対向配置され、Ｘ線検出素子を扇状にＮチャンネル( Ｎ個 )、例えば１０００チャンネル、を１列に並べて構成された１次元Ｘ線検出器１０２により、被写体を透過したＸ線を検出する。
そして、Ｘ線源１０１及び１次元Ｘ線検出器１０２は、被写体を介する対向した位置関係を維持しながら、被写体の周囲を回転しながら１回転でＫビュー、例えば１０００ビュー( １０００回 )、のデータ収集を行い、１次元Ｘ線検出器１０２から得られたＸ線データに基づいて画像( Ｘ線投影画像 )を再構成するものである。
【０００３】
マルチスライスＣＴ装置装置は、図１３( ｂ )又は図１４に示すように、Ｘ線源１０３から円錐状にＸ線ビームを被写体へ照射し、シングルスライスＣＴ装置用の１次元Ｘ線検出器１０２をスライス面に垂直な方向( Ｚ軸方向 )にＭ列積層した( Ｎチャンネル×Ｍセグメント )ように、Ｘ線検出素子を円筒内面上に配置した２次元Ｘ線検出器１０４，１０５により、被写体を透過したＸ線を検出する。なお、図１３( ｂ )に示す２次元Ｘ線検出器１０４は４セグメントの例である。
【０００４】
そして、シングルスライスＣＴ装置と同様に、Ｘ線源１０３及び２次元Ｘ線検出器１０４は、被写体を介した対向した位置関係を維持しながら、被写体の周囲を回転しながら１回転でＫビューのデータ収集を行い、２次元Ｘ線検出器１０４から得られたＸ線データに基づいて画像( Ｘ線投影画像 )を再構成するものである。
【０００５】
図１５( ａ )に示すように、シングルスライスＣＴ装置及びマルチスライスＣＴ装置装置では、Ｘ線源１０１( １０３ )と１次元( ２次元 )Ｘ線検出器１０２( １０４ )とが被写体の周囲の同一の円軌道を周回するスタティックスキャン( シングルスキャン又はコンベンショナルスキャン )方式と、図１５( ｂ )に示すように、シングルスライスＣＴ装置では、Ｘ線源１０１と１次元Ｘ線検出器１０２とが被写体の周囲をらせん状に連続的に周回する。すなわち、Ｘ線源１０１と１次元Ｘ線検出器１０２とが被写体の周囲の同一の円軌道を周回すると共にその回転と同期して被写体を載置した天板( 寝台 )が体軸( スライス面に垂直な軸 )に沿って移動するヘリカルスキャン方式とが行われる。
【０００６】
ファンビーム再構成法及びコーンビーム再構成法の例は、特願平８−１０１５号、特願平８−１２１３号及び特願平８−１０２１８号の従来の技術及び実施の形態において記載されている。
また、Feldkamp-Helical再構成法は、２次元Ｘ線検出器を使用して被写体周囲をらせん状にヘリカルスキャンし、Feldkamp再構成法を応用した３次元再構成法でＸ線ビームパス上にデータを逆投影して再構成する方法であり、下記参考文献に記載されている。
【０００７】
記
１、”円すいビームを投影を用いた３次元ヘリカルスキャンＣＴ”( 東北大学工藤博幸、筑波大学齊藤恒夫 )電子情報通信学会論文誌ＤIIVol.J74-D-II，pp.1108-1114，1991年 8月
２、特願平７−１６９９６３号”コーンビームＣＴ”
図１６は、ヘリカルスキャンを示した模式図である。縦軸が回転位相を示し、横軸がＺ軸( 体軸 )位置を示す。従って、上横線が回転位相０°であり下横線が３６０°であるので、この上横線と下横線とは同じ位相を表しており、ヘリカルスキャンを示すビーム( ファンビーム )の移動線( 斜めの線 )は下横線から上横線へと繋がっている。このビームの移動線は平行に通っており、同位相における１回転差の間隔( １回転当たりの寝台( 天板 )の送り量 )であるヘリカルピッチＰ0 は、通常ビームの回転中心( ＦＯＶ＝有効視野の中心 )におけるスライス厚と同様としている。
【０００８】
画像再構成を行うためにはスライス位置における３６０°の投影データ( Ｘ線検出データ )が必要となるが、上述した図１６に示すようなシングルスライスＣＴでのヘリカルスキャンにおいては、再構成する画像のスライス位置における投影データは、１ビュー( １つの位相 )だけとなる。従って、他の位相については、前後の回転における同位相のビューのデータを( スライス方向に )補間して、再構成する画像のスライス位置における投影データを算出するのである。これを必要なビューについて行い、このようにして画像再構成を行うためのスライス位置における３６０°の投影データとする。この補間方法には、３６０°補間法と対向ビーム補間法とがある。
【０００９】
図１７は、３６０°補間法で使用されるスライス位置の前後の回転における同位相の１組のビーム( ビュー )Ｂ1 ，Ｂ2 を示したものである。Ｓは、再構成する画像のスライス位置を示す。図１８にも示すように、３６０°補間法では、補間する前後の回転における１組のビームＢ1 ，Ｂ2 の位置の距離は、ヘリカルピッチＰ0 ＝スライス厚と等しくなっている。補間は、この同位相のビームＢ1 ，Ｂ2 のスライス位置から距離の逆比で線形補間してスライス位置のその位相のビームとするものである。
【００１０】
図１９は、対向ビーム補間法で使用される基準となるビーム( ビュー )Ｂ3 とその対向ビーム( ビュー )Ｂ4 〜Ｂ5 とを示す図である。この対向ビーム補間法では、図２０に示すように、基準となるビームＢ3 のファン角度の範囲に対向する位置( 位相 )のビームのそれぞれの所定のチャンネルのデータを集めて対向ビームＢ6 が構成される、基準となるビームＢ3 とその対向ビームの中央チャンネルのビームＢ4-5 との間の距離は、図２１に示すように、ヘリカルピッチＰ0 の１／２である。しかし、図１９及び図２０に示すように、対向ビームＢ6 は、各ビームＢ4 〜Ｂ5 における所定チャンネルのデータの寄せ集めであるため、各ビューに対応するビーム毎に基準となるビームＢ3 との間の距離は一定ではなく、ファン角度の範囲だけ広がりを持つ。
【００１１】
このようにして求められた対向ビームＢ6 と基準となるビームＢ3 とで線形補間を行う。
ところで、スライス方向( 体軸、Ｚ軸方向 )におけるシステムのレスポンス( スライスプロファイル )は、正確に矩形ではなく、図２２に示すように、やや崩れた台形あるいは単峰形になる。このようなスライスプロファイルにおいて半値幅が実効スライス厚となる。この実効スライス厚は画質を決定する一つの要因であり、薄いほど良い。
【００１２】
ヘリカルスキャンでの補間における実効スライス厚は、補間する２つのビームの距離が近いほど薄くなる。２つのビームの距離がヘリカルピッチＰ0 である３６０°補間法において、実効スライス厚は約１．４Ｐ0 であり、２つのビームの距離が約Ｐ0 ／２である対向ビーム補間法において、実効スライス厚は約１．１Ｐ0 である。
【００１３】
マルチスライスＣＴ装置におけるヘリカルスキャンのヘリカルピッチＰは、前述のシングルスライスＣＴにおけるヘリカルピッチＰ0 の概念を拡張して以下の式で定義する。
Ｐ＝Σ( Ｐ0 ) ＝トータルのスライス厚
図２３は、２列のマルチスライスＣＴ装置( Ｎseg ＝２ )で３６０°補間法を発展させた隣接補間法で補間した場合を示すものである。 Seg１は第１列目の検出器列( Ｘ線検出素子列 )への第１のビーム( ファンビーム )の移動線を示し、 Seg２は第２列目の検出器列への第２のビーム( ファンビーム )の移動線を示している。従って、 Seg１と Seg２との間の距離をＰ0 とすると、ヘリカルピッチＰは２Ｐ0 となる。Ｓが求めるスライス位置である。
【００１４】
スライス位置Ｓの位相Ｅ１のデータを求めるためには、 Seg１のビームＢ７と Seg２のビームＢ８とを補間し、位相Ｅ２のデータを求めるためには、 Seg１のビームＢ９と Seg２のビームＢ１０とを補間する。この補間はスライス位置を挟む同位相の２つのビームのスライス位置からの距離の逆比で線形補間してスライス位置のその位相のビームとするものである。
【００１５】
この隣接補間法では、図２４( ａ )及び図２４( ｂ )に示すように、補間に使用する２つのビームの距離がスライス厚Ｐ0 となるので、実効スライス厚は３６０°補間法と同程度の１．４Ｐ0 となる。
実効スライス厚を薄くする方法として、マルチスライスＣＴ装置において対向ビームを使用した補間方法を考える。
【００１６】
図２５は、Ｎseg ＝２のマルチスライスＣＴ装置で使用される Seg２の基準となるビームＢ１１とその対向ビームＢ１２〜Ｂ１３を示したものである。この Seg１上の対向ビームＢ１２〜Ｂ１３により構成される、基準となるビームＢ１１と同位相の対向ビームはほとんど基準となるビームＢ１１と重なる。すなわち、シングルスライスと同様に考えれば、基準となるビームＢ１１の対向ビームは、対向ビームＢ１２〜Ｂ１３と同位相にある Seg２にあり、それらのビームＢ１２〜Ｂ１３から構成される、基準となるビームＢ１１と同位相の対向ビームは Seg２にある。しかし、スライス位置Ｓに対してその対向ビームより近い同位相の対向ビームを構成するビームが Seg１上に存在する。すなわち対向ビームＢ１２〜Ｂ１３である。そして、この対向ビームＢ１２〜Ｂ１３により構成される、基準となるビームＢ１１と同位相の対向ビームは、ほとんどこの基準となるビームＢ１１と重なっている。すなわち、図２６に示すように、その対向ビームＢ１２〜Ｂ１３の中央のチャンネルに該当するビームＢ１４のスライス位置と基準となるビームＢ１１のスライス位置とがほとんど一致する。
【００１７】
また、図２７は、Ｎseg ＝４のマルチスライスＣＴ装置の各ビームの移動線を示す図である。なお、Ｓはスライス位置を示す。
この場合においても、 Seg１の基準となるビームＢ１５に対して対向ビームＢ１６〜Ｂ１７は１回転前の Seg３にあり、これらのビームＢ１６〜Ｂ１７により構成される、基準となるビームＢ１５と同位相の対向ビームは、その基準となるビームＢ１５に重なっている。
【００１８】
上述したようにＮseg ＝偶数でヘリカルピッチがＮ・Ｐ0 ( Ｐ0 は１列の厚さ )の場合には、基準となるビームの位置とその対向ビームの位置がほとんど同一となり、実質的にサンプリング密度を上げる効果が得られない。
さらに、基準となるビームとその対向ビームとの線形補間( 外挿補間 )を行うと、下に示す補間式から、分母がほとんど０となって発散する可能性があり、補間による誤差が極端に大きくなる。
【００１９】
データ＝［−ｂ・Ｄ１＋ａ・Ｄ２］／( ａ＋ｂ )
ここで、ａはスライス位置から基準となるビームの位置までのベクトル量、ｂは対向ビームからスライス位置までのベクトル量、Ｄ１は基準となるビームのデータ、Ｄ２は対向ビームのデータである。
【００２０】
そのような極端に大きい誤差は、図２８に示すように中央チャンネル付近で強いストリーク状のノイズを発生させるので、必要なビュー数で画像を形成すると、図２９に示すように画像全体にストリーク状のノイズが発生してしまう。
このようなノイズの発生を防止するには、従来、特願平６−２１１０４６号に記載されているように、ヘリカルスピッチＰを
Ｐ＝［( Ｎseg ／２ )−０．５］・Ｐ0
として、１回転で移動する距離を１／２にすると共にさらに０．５Ｐ0 分だけずらして、前後の回転でビーム位置が重ならないようにしたものである。
【００２１】
従って、この方法によれば、補間に使用するデータの間隔を狭くすることにより、実効スライス厚を薄くすることができる。
別な方法としては、図３０に示すように、ヘリカルピッチＰを
Ｐ＝［( Ｎseg ／２ )＋０．５］・Ｐ0
として、さらにフィルタ補間法を使用することにより、目的のスライス範囲に多くのデータが存在し、その全データを使用してデータを補間するので、より高画質な画像を得ることができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマルチスライスＣＴ装置では、ヘリカルピッチＰを小さくしているので、ヘリカルスキャンの時間が長くなり、撮影対象が患者の場合に患者にかかる負担が大きいという問題があった。
【００２３】
そこでこの発明は、ヘリカルピッチを小さくすることなく、実効スライス厚を薄くして画像の品質の向上を図ることができるマルチスライスＣＴ装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１対応の発明は、Ｘ線源を対象物に対して相対的に周回させながら周回軸に平行に直線的に移動させ、前記Ｘ線源から円錐状に放射されたＸ線を前記対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線を、Ｘ線検出素子を２次元的に配列したＸ線検出器により検出し、このＸ線検出器から得られた検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するマルチスライスＣＴ装置において、前記周回軸の方向に関する前記Ｘ線検出器のＸ線検出素子の配列ピッチは、前記周回軸の方向に関する前記各Ｘ線検出素子列に前記Ｘ線源の前記周回及び前記移動に伴って入射するＸ線の移動線が、隣り合うＸ線検出素子列に入射するＸ線の移動線と重なり合わないように、不均等であること、を特徴とするマルチスライスＣＴ装置である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は、この発明を適用したマルチスライスＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図である。
投影データ測定系としてのガントリ( 架台 )１は、扇形状のファンビームのＸ線束を発生するＸ線源３と、２次元アレイ型の２次元Ｘ線検出器５とを収容する。前記Ｘ線源３と前記２次元Ｘ線検出器５とは、寝台６のスライド天板に載置された被検体を挟んで対向した状態で回転リング２に装備される。
【００２９】
前記２次元Ｘ線検出器５としては、複数個( １０００チャンネル )の検出素子を１次元的に１列に配列して構成したものを６列( ６セグメント )に積層したもので、前記回転リング２に実装される。ここで、１つの検出素子は１チャンネルに相当するものと定義する。
前記Ｘ線源３からのＸ線はＸ線フィルタ４を介して被検体に曝射される。被検体を通過したＸ線は前記２次元Ｘ線検出器５で電気信号として検出される。
【００３０】
Ｘ線制御器８は高圧発生器７にトリガ信号を供給する。この高圧発生器７はトリガ信号を受けたタイミングで前記Ｘ線源３に高電圧を印加する。これによりＸ線源３からはＸ線が曝射される。
架台寝台制御器９は、前記ガントリ１の前記回転リング２の回転と、前記寝台６のスライド天板のスライドとを同期して制御する。システム全体の制御中枢としてのシステム制御器１０は、被検体から見て前記Ｘ線源３が螺旋軌道を移動するいわゆる連続回転( 例えばヘリカルスキャン )を実行するように、前記Ｘ線制御器８と前記架台寝台制御器９を制御する。
【００３１】
具体的には、前記回転リング２が一定の角速度で連続回転し、前記寝台６のスライド天板が一定の速度で移動し、前記Ｘ線源３から連続的又は一定角度毎に間欠的にＸ線が曝射される。
前記２次元Ｘ線検出器５からの出力信号は、チャンネル毎にデータ収集部１１で増幅され、ディジタル信号に変換される。このデータ収集部１１から出力される投影データは、再構成処理部１２に取り込まれる。
【００３２】
この再構成処理部１２は、投影データに基づいてボクセル毎にＸ線吸収率を反映した逆投影データを求める。
ファンビームを使用した連続回転方式のＸ線ＣＴ装置において、有効視野( ＦＯＶ、撮影領域 )は、連続回転の回転中心軸を中心として円筒形状となり、再構成処理部１２は、この有効視野に複数個のボクセル( ３次元的に配置された画素 )を規定し、２次元Ｘ線検出器５からの投影データから各ボクセルの逆投影データを求める。この逆投影データに基づいて作成された３次元画像データ又は断層像データは表示装置１４に送られ３次元画像又は断層像としてビジュアルに表示される。
【００３３】
図２に示すように、このＸ線ＣＴ装置のジオメトリは、
検出器列数 Ｍ＝６セグメント、
( Ｘ線検出素子列 )
チャンネル数 Ｎ＝１０００チャンネル、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝２，１，１，１，１，２ｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
トータルの厚み ８ｍｍ、
焦点−回転中心間距離 ＦＣＤ(Focus-center-Distance )＝６００ｍｍ、
焦点−検出器間距離 ＦＤＤ(Focus-Detector-Distance )＝１２００ｍｍ、
有効視野直径 ＦＯＶ(Field of View )＝５００ｍｍ、
有効視野角（ファン角）θ＝５０°
となっている。
すなわち、このＸ線ＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器５は、図３に示すように、コーンビームのアキシャル面に近い上下２列は１ｍｍの狭い厚さの検出素子が配列されており、最も遠い上下両端の２列は２ｍｍである。
【００３４】
このような構成のこの第１の実施の形態においては、図４に示すように、各検出器列( 各Ｘ線検出素子列 )のビームの移動線が形成され、例えば、基準となるビームＢ２１に対してスライス位置Ｓの近傍に対向ビームＢ２２〜Ｂ２３を求めることができる。これらの対向ビームＢ２２〜Ｂ２３により基準となるビームＢ２１と同位相のビームＢ２４が構成される。この同位相のビームＢ２４を通る斜めの点線は、基準となるビームＢ２１を通るビームの移動線に対する同位相のビームの移動線である。
【００３５】
このように対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線は、隣接するセグメント( 検出器列 )のビームの移動線( 前の回転のセグメント６( ６列目 )のビームの移動線と次の回転のセグメント１( １列目 )のビームの移動線とは隣接している )の間に重ならずに位置する。
なお、図示しないが、他の基準となるビームについても、同様に、セグメントのビームの移動線に重ならない、対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線が存在し、さらに他のスライス位置においても、同様に、セグメントのビームの移動線に重ならない、対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線が存在する。
従って、セグメントのビームの移動線に加えて同数の対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線が存在して、サンプリング密度が確実に高くなっている。
【００３６】
このようにこの第１の実施の形態によれば、アキシャル面近傍のセグメント( 列 )の厚さを小さく( １ｍｍ )し、アキシャル面から遠ざかるほどセグメントの厚さを大きく( ２ｍｍ )して、セグメントの厚さを不均等にしたことにより、対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線を、セグメントのビームの移動線と重ならせずにすることができ、サンプリング密度を確実に高くし、実効スライス厚を薄くすることができる。さらに、フィルタ補間法を使用するとさらに高画質な画像が得られる。
【００３７】
この発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態とは２次元Ｘ線検出器( １０００チャンネル×６セグメント )の厚さの異なるセグメントの配列が異なる点に特徴があり、その他の構成については第１の実施の形態と同一なので、その説明は省略する。
【００３８】
すなわち、ジオメトリとして、
検出器列数 Ｍ＝６セグメント、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝１，１，２，２，１，１ｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
トータルの厚み ８ｍｍ、
となっており、図５に示すように、アキシャル面を挟む上下の各セグメントは２ｍｍで、アキシャル面から離れた上下各２個ずつのセグメントはそれぞれ１ｍｍである。
【００３９】
このような構成のこの第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、セグメントのビームの移動線に間に、対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線が重なることなく存在するので、サンプリング密度が確実に高くなっている。
【００４０】
このようにこの第２の実施の形態によれば、アキシャル面近傍のセグメント( 列 )の厚さを大きく( ２ｍｍ )し、アキシャル面から遠ざかるほどセグメントの厚さを小さく( １ｍｍ )して、セグメントの厚さを不均等にしたことにより、前述の第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
なお、この発明は上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態に限定されるものではなく、セグメントの厚さを、すなわち、セグメント間のピッチを不均等にして、対向ビームが基準となるビームとＺ軸上の位置と重ならないようにすることが要旨であるため、上述した不均等６列の２次元Ｘ線検出器以外に各種列数や各種配置状態を有する各種不均等配列の２次元Ｘ線検出器が考えられる。
【００４１】
この発明の第３の実施の形態を図６及び図７を参照して説明する。なお、この第３の実施の形態は、任意のスライス厚を得ることができるマルチスライスＣＴ装置を実現するために、２次元Ｘ線検出器５( １０００チャンネル×１２セグメント )の検出器列( セグメント )の配列に特徴があり、その他の構成は第１の実施の形態と同様なので、ここではその説明は省略する。
【００４２】
ジオメトリとして、
検出器列数 Ｍ＝１２セグメント、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝８，４，２，１，0.5 ，0.5 ，0.5 ，0.5 ，１，( 回転中心でのスライス厚 ) ２，４，８ｍｍ、
トータルの厚み ３２ｍｍ、
となっており、図６に示すように、アキシャル面を挟む上下２個ずつの各セグメントの厚さはそれぞれ0.5 ｍｍであり、その上下１個ずつの各セグメントの厚さはそれぞれ１ｍｍ、その上下１個ずつの各セグメントの厚さはそれぞれ２ｍｍ、その上下１個ずつの各セグメントの厚さはそれぞれ４ｍｍ、さらに上下端の１個ずつの各セグメントの厚さはそれぞれ８ｍｍである。
【００４３】
このような構成のこの第３の実施の形態においては、図７( ａ )に示すように、２次元Ｘ線検出器５の各検出器列( 各セグメント )に対して、 Seg１〜 Seg１２と番号を付す。
まず、スライス厚１ｍｍの断面画像のデータ収集を考察する。
Ｘ線源３からのＸ線ビームをスライス方向にコリメートし、 Seg４から Seg９までの６列にＸ線ビームを照射する。このとき、２次元Ｘ線検出器５から得られる６列分のデータを収集しながら、ヘリカルピッチ＝４ｍｍでヘリカルスキャンを行う。
図７( ｂ )は、データ収集に使用する Seg４から Seg９を示す図であり、 Seg４から Seg９の配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じである。これらの Seg４から Seg９までの６列から得られたデータにより対向ビーム補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚１ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
【００４４】
次に、スライス厚２ｍｍの断面画像のデータ収集を考察する。
Ｘ線源３からのＸ線ビームをスライス方向にコリメートし、 Seg３から Seg１０までの８列にＸ線ビームを照射する。このとき、２次元Ｘ線検出器５から得れる８列分のデータを収集しながら、ヘリカルピッチＰ＝８ｍｍでヘリカルスキャンを行う。
図７( ｃ )は、データ収集に使用する Seg３から Seg１０を示す図である。これらの Seg３から Seg１０までの８列から得られたデータについて、 Seg５と Seg６とを束ね処理し、 Seg７と Seg８とを束ね処理して合計６列分のデータを作成する。この束ね処理により、 Seg３から Seg１０までの配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じとなる。この６列分のデータにより対向ビーム補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚２ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
【００４５】
次に、スライス厚４ｍｍの断面画像のデータ収集を考察する。
Ｘ線源３からのＸ線ビームをスライス方向にコリメートし、 Seg２から Seg１１までの１０列にＸ線ビームを照射する。このとき、２次元Ｘ線検出器５から得られる１０列分のデータを収集しながら、ヘリカルピッチＰ＝１６ｍｍでヘリカルスキャンを行う。
図７( ｄ )は、データ収集に使用する Seg２から Seg１１を示す図である。これらの Seg２から Seg１１までの１０列から得られたデータについて、 Seg４から Seg６までを束ね処理( 加算又は平均処理等 )し、 Seg７から Seg９までを束ね処理して合計６列分のデータを作成する。この束ね処理により、 Seg２から Seg１１までの配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じになる。この６列分のデータにより対向ビーム補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚４ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
【００４６】
次に、スライス厚８ｍｍの断面画像のデータ収集を考察する。
Ｘ線源３からのＸ線ビームをスライス方向にコリメートし、 Seg１から Seg１２までの１２列にＸ線ビームを照射する。このとき、２次元Ｘ線検出器５から得れる１２列分のデータを収集しながら、ヘリカルピッチＰ＝３２ｍｍでヘリカルスキャンを行う。
図７( ｅ )は、データ収集に使用する Seg１から Seg１２を示す図である。これらの Seg１から Seg１２までの１２列から得られたデータについて、 Seg３から Seg６までを束ね処理し、 Seg７から Seg１０までを束ね処理して合計６列分のデータを作成する。この束ね処理により、 Seg１から Seg１２までの配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じになる。この６列分のデータにより対向ビーム補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚８ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
【００４７】
なお、スライス厚０．５ｍｍの断面画像のデータ収集も可能であるが、第１の実施の形態の配列パターンを実現することはできない。すなわち、Ｘ線源３からのＸ線ビームをスライス方向にコリメートし、 Seg５から Seg８までの４列にＸ線ビームを照射する。このとき、２次元Ｘ線検出器５から得れる４列分のデータを収集しながら、ヘリカルピッチＰ＝２ｍｍでヘリカルスキャンを行う。各種補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚０．５ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
また、スライス厚１ｍｍのときの Seg１〜 Seg３及び Seg１０〜 Seg１２のように、データ収集を行わないセグメント( 列 )を散乱線量の測定に使用しても良い。
【００４８】
このようにこの第３の実施の形態によれば、均等４列の検出器列において順次アキシャル面側の列を１／２にしていくように配列したことにより、使用する列を選択し束ね処理を行うことにより、第１の実施の形態で示した不均等６列の各種サイズの配列パターンを実現することができ、第１の実施の形態の効果を得ることができると共に、所望のスライス厚の投影データを得ることができる。
【００４９】
この発明の第４の実施の形態を図８及び図９を参照して説明する。この第４の実施の形態は、前述の第３の実施の形態においてソフトウエア処理で行っていた束ね処理をハードウエアで処理するものである。
図８に示すように、２次元Ｘ線検出器５とデータ収集部１１との間に、データの収集場所を切換える複数のスイッチから構成されたスイッチ部２１が設けられている。
【００５０】
図９は、このスイッチ部２１の半分の構成を示す回路図である。ここでは、 Seg７〜 Seg１２までの構成のみを示し、 Seg６〜 Seg１の構成は Seg７〜 Seg１２までの構成と対称的に同一構成となっているので省略する。
前記データ収集部１１は第１ＤＡＳ〜第６ＤＡＳを備え、それぞれ各ＤＡＳは、一定期間内に入力された全てのデータの累積加算又は平均算出を行うようになっている。
Seg７のデータ出力は、直接第４ＤＡＳへ接続している。
Seg８のデータ出力は、第１スイッチ２２を介して第４ＤＡＳへ接続し、第２スイッチ２３を介して第５ＤＡＳへ接続している。第１スイッチ２２と第２スイッチ２３とは択一的にＯＮする。
【００５１】
Seg９のデータ出力は、第３スイッチ２４を介して第４ＤＡＳへ接続し、第４スイッチ２５を介して第５ＤＡＳへ接続し、第５スイッチ２６を介して第６ＤＡＳへ接続している。第３スイッチ２４と第４スイッチ２５と第５スイッチ２６とは択一的にＯＮする。
Seg１０のデータ出力は、第６スイッチ２７を介して第４ＤＡＳへ接続し、第７スイッチ２８を介して第５ＤＡＳへ接続し、第８スイッチ２９を介して第６ＤＡＳへ接続し、第９スイッチ３０を介してグラウンド(Ground)に接続している。第６スイッチ２７と第７スイッチ２８と第８スイッチ２９と第９スイッチ３０とは択一的にＯＮする。
【００５２】
Seg１１のデータ出力は、第１０スイッチ３１を介して第５ＤＡＳへ接続し、第１１スイッチ３２を介して第６ＤＡＳへ接続し、第１２のスイッチ３３を介してグラウンドに接続している。第１０スイッチ３１と第１１スイッチ３２と第１２スイッチ３３とは択一的にＯＮする。
Seg１２のデータ出力は、第１３スイッチ３４を介して第６ＤＡＳへ接続し、第１４スイッチ３５を介してグラウンドに接続している。第１３スイッチ３４と第１４スイッチ３５とは択一的にＯＮする。
【００５３】
このような構成のこの第４の実施の形態においては、スライス厚１ｍｍの場合には、第２スイッチ２３、第５スイッチ２６、第９スイッチ３０、第１２スイッチ３３、第１４スイッチ３５をＯＮにする。図示しない Seg１〜 Seg６側についても同様にスイッチ制御する。
すると、 Seg１〜 Seg３及び Seg１０〜 Seg１２のデータ出力はグラウンドに接続し、 Seg４のデータ出力は第１ＤＡＳへ接続し、 Seg５のデータ出力は第２ＤＡＳへ接続し、 Seg６のデータ出力は第３ＤＡＳへ接続し、 Seg７のデータ出力は第４ＤＡＳへ接続し、 Seg８のデータ出力は第５ＤＡＳへ接続し、 Seg９のデータ出力は第６ＤＡＳへ接続する。
これは、前述の第３の実施の形態のスライス厚１ｍｍの断面画像のデータ収集の場合と同じとなる。
【００５４】
スライス厚２ｍｍの場合には、第１スイッチ２２、第４スイッチ２５、第８スイッチ２９、第１２スイッチ３３、第１４スイッチ３５をＯＮにする。図示しない Seg１〜 Seg６側についても同様にスイッチ制御する。
すると、 Seg１、 Seg２、 Seg１１、 Seg１２のデータ出力はグラウンドに接続し、 Seg３のデータ出力は第１ＤＡＳへ接続し、 Seg４のデータ出力は第２ＤＡＳへ接続し、 Seg５及び Seg６のデータ出力は第３ＤＡＳへ接続し、 Seg７及び Seg８のデータ出力は第４ＤＡＳへ接続し、 Seg９のデータ出力は第５ＤＡＳへ接続し、 Seg１０のデータ出力は第６ＤＡＳへ接続する。
これは、前述の第３の実施の形態のスライス厚２ｍｍの断面画像のデータ収集の場合と同じになる。
【００５５】
スライス厚４ｍｍ、８ｍｍにおいてもスイッチ制御により、前述の第３の実施の形態を実現することができる。
このようにこの第４の実施の形態によれば、ハードウエアにより前述の第３の実施の形態を実現することができ、第３の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
この発明の第５の実施の形態を図１０を参照して説明する。この第５の実施の形態では、２次元Ｘ線検出器５( １０００チャンネル×８セグメントと１０００チャンネル×１６セグメント )の各セグメント( 列 )が均等に配列されたものにおいて対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線が重ならないようにしたもので、その他の構成については第１の実施の形態と同一なので、その説明は省略する。
【００５７】
第１の例のジオメトリとして、
検出器列数 Ｍ＝８セグメント、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝全て１ｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
トータルの厚み ８ｍｍ、
となっており、図１０( ａ )に示すように均等配列になって、 Seg１〜 Seg８と番号を付す。
【００５８】
第２の例のジオメトリとして、
検出器列数 Ｍ＝１６セグメント、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝全て１ｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
トータルの厚み １６ｍｍ、
となっており、図１０( ｃ )に示すように均等配列になっており、 Seg１〜 Seg１６と番号を付す。
【００５９】
このような構成のこの第５の実施の形態においては、第１のジオメトリでは、データ収集された Seg１〜 Seg８の８列分のデータについて、図１０( ｂ )に示すように、 Seg１と Seg２とを束ね処理し、 Seg７と Seg８とを束ね処理して合計６列分のデータを作成する。この束ね処理により Seg１から Seg８までの配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じとなる。この６列分のデータにより対向ビーム補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚２ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
【００６０】
第２のジオメトリでは、データ収集された Seg１〜 Seg１６の１６列分のデータのうち、図１０( ｄ )に示すように、 Seg６〜 Seg１２の６列分のデータを使用し、 Seg６と Seg７とを束ね処理し、 Seg１１と Seg１２とを束ね処理して合計６列分のデータを作成する。この束ね処理により、 Seg６〜 Seg１２までの配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じとなる。この６列分のデータにより対向ビームを使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚２ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
【００６１】
また、データ収集された Seg１〜 Seg１６の１６列分のデータについて、図１０( ｅ )に示すように、 Seg１〜 Seg４を束ね処理し、 Seg５と Seg６とを束ね処理し、 Seg７と Seg８とを束ね処理し、 Seg９と Seg１０とを束ね処理し、 Seg１１〜 Seg１６を束ね処理して合計６列分のデータを作成する。この束ね処理により Seg１から Seg１６までの配列パターンは第１の実施の形態の配列パターンと同じとなる。この６列分のデータにより対向ビーム補間法を使用すれば、所望のスライス位置のスライス厚４ｍｍの断面画像の投影データが得られる。
このようにこの第５の実施の形態によれば、均等に配列された２次元Ｘ線検出器においても束ね処理を使用することにより、データ上、不均等に配列された２次元Ｘ線検出器とすることができ、前述の第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００６２】
この発明の第６の実施の形態を図１１及び図１２を参照して説明する。この第６の実施の形態では、２次元Ｘ線検出器５( １０００チャンネル×４セグメントと、１０００チャンネル×６セグメント )の各セグメント( 列 )が均等に配列されたものにおいて対向ビームにより構成される同位相のビームの移動線が重ならないようにしたもので、その他の構成については第１の実施の形態と同一なので、その説明は省略する。
【００６３】
第１の例のジオメトリとして、
検出器列数 Ｍ＝４セグメント、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝全て２ｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
トータルの厚み ８ｍｍ、
となっており、図１１( ａ )に示すように、均等配列になっており、 Seg１〜 Seg４と番号を付す。
【００６４】
第２の例のジオメトリとして、
検出器例数 Ｍ＝６、
各列のＺ軸方向の高さ Ｄ＝全て1.33ｍｍ、
( 回転中心でのスライス厚 )
トータルの厚み ８ｍｍ、
となっており、図１２( ａ )に示すように、均等配列になっており、 Seg１〜 Seg６と番号を付す。
【００６５】
このような構成のこの第６の実施の形態においては、第１の例のジオメトリでは、以下に示すようにデータ補間することにより、データ上で不均等６列を作成する。なお( 第１列データ )は Seg１のデータであり、( 第２列データ )は Seg２のデー タ、( 第３列データ )は Seg３のデータ、( 第４列データ )は Seg４のデータである。
【００６６】
( 第１列データ )を第１のデータＤ１とし、
( 第２列データ )×( ３／４ )＋( 第１列データ )×( １／４ )を第２のデータＤ２とし、
( 第２列データ )×( ３／４ )＋( 第３列データ )×( １／４ )を第３のデータＤ３とし、
( 第３列データ )×( ３／４ )＋( 第２列データ )×( １／４ )を第４のデータＤ４とし、
( 第３列データ )×( ３／４ )＋( 第４列データ )×( ３／４ )を第５のデータＤ５とし、
( 第４列データ )を第６のデータＤ６とする。
このようにデータＤ２〜Ｄ５を補間処理により作成すると、図１１( ｂ )に示すように、データＤ１〜Ｄ６は、データ上、第１の実施の形態と同じ不均等６列の２次元Ｘ線検出器のデータとなる。
【００６７】
第２のジオメトリでは、以下に示すようにデータ補間することにより、データ上で不均等６列を作成する。なお、( 第１列データ )は Seg１のデータであり、( 第２列データ )は Seg２のデータ、( 第３列データ )は Seg３のデータ、( 第４列データ )は Seg４のデータ、( 第５列データ )は Seg５のデータ、( 第６列データ )は Seg６のデータである。
【００６８】
( 第１列データ )×( ３／４ )＋( 第２列データ )×( １／４ )を第１のデータＤ１とし、
( 第２列データ )×( ５／８ )＋( 第３列データ )×( ３／８ )を第２のデータＤ２とし、
( 第３列データ )×( ７／８ )＋( 第４列データ )×( １／８ )を第３のデータＤ３とし、
( 第４列データ )×( ７／８ )＋( 第３列データ )×( １／８ )を第４のデータＤ４とし、
( 第５列データ )×( ５／８ )＋( 第４列データ )×( ３／８ )を第５のデータＤ５とし、
( 第６列データ )×( ３／４ )＋( 第５列データ )×( １／４ )を第６のデータＤ６とする。
このようにデータＤ１〜Ｄ６を補間処理により作成すると、図１２( ｂ )に示すように、データＤ１〜Ｄ６は、データ上、第１の実施の形態と同じ不均等６列の２次元Ｘ線検出器のデータとなる。
【００６９】
このようにこの第６の実施の形態によれば、均等に配列された２次元Ｘ線検出器においても、データ補間処理を使用することにより、データ上、不均等に配列された２次元Ｘ線検出器とすることができ、前述の第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
なお、この第６の実施の形態においては、補間処理として２データの線形補間で説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、３以上のデータを補間しても良いものであり、他の線形の補間及び非線形の補間でも良いものである。 また、複数回転により得られたデータを使用して補間により不均等配列のデータを作成しても良いし、また、対向ビームデータを使用して補間により不均等配列のデータを作成しても良いものである。
【００７０】
なお、上述した第５の実施の形態及び第６の実施の形態においては、説明が簡単であるため、第５の実施の形態においてはセグメント数１６、第６の実施の形態においてはセグメント数４で説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、任意のセグメント数について適用できるものである。
ただし、第５の実施の形態においては、８以上の２の累乗の数のセグメント数について最も効果が高く、第６の実施の形態においては、６以下のセグメント数についても同様な効果を得ることができる。
また、第５の実施の形態と第６の実施の形態とを組合わせて、不均等配列のデータを作成しても良いものである。
【００７１】
なお、上述した各実施の形態において、ヘリカルスキャンの画像再構成処理においてはフィルタ補間法等で説明したが、この発明はこの画像再構成処理については限定されるものではなく、例えば、フィルタ補間法ではなく、スライス位置を挟む２つ( １組 )のビームにより得られた２データを線形補間して逆投影するためのデータを求めても良いものであり、その他にも各種補間方法がある。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、ヘリカルピッチを小さくすることなく、実効スライス厚を薄くして画像の品質の向上を図ることができるマルチスライスＣＴ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態のマルチスライスＣＴ装置のジオメトリを示す図。
【図３】同実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器を示す図。
【図４】同実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の各セグメントに照射されるビームの回転位相及びＺ軸上の位置を示す模式図。
【図５】この発明の第２の実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器を示す図。
【図６】この発明の第３の実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器を示す図。
【図７】同実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器の各検出器列の各種スライス厚に対する駆動方法を説明するための図。
【図８】この発明の第４の実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の概略の構成を示すブロック図。
【図９】同実施の形態のマルチスライスＣＴ装置のスイッチ部の半分の構成を示す回路図。
【図１０】この発明の第５の実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器の２つの例の概略の構成及び束ね処理を示す図。
【図１１】この発明の第６の実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器の４セグメントの第１の例の概略の構成及び補間処理を示す図。
【図１２】同実施の形態のマルチスライスＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器の６セグメントの第２の例の概略の概略の構成及び補間処理を示す図。
【図１３】Ｘ線ＣＴ装置の１次元Ｘ線検出器及び２次元Ｘ線検出器を示す図。
【図１４】Ｘ線ＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器の列方向及びチャンネル方向を示す図。
【図１５】Ｘ線ＣＴ装置のスタティックスキャン方式及びヘリカルスキャン方式を説明するための図。
【図１６】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおけるビームの回転位相及びＺ軸上の位置を示す模式図。
【図１７】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける３６０°補間法で使用されるスライス位置の前後の回転における同位相の１組のビームを示す図。
【図１８】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける３６０°補間法で使用されるスライス位置の前後の回転における同位相の１組のビームのＺ軸方向の位置関係を示す図。
【図１９】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法で使用される基準となるビームとその対向ビームとを示す図。
【図２０】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法で使用される基準となるビームとその対向ビームとのスライス面における位置関係を示す図。
【図２１】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法で使用される基準となるビームとその対向ビームの中央ビームとのＺ軸方向の位置関係を示す図。
【図２２】Ｘ線ＣＴ装置のヘリカルスキャンにおけるスライスプロファイルを示す図。
【図２３】２列のマルチスライスＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける３６０°補間法で使用されるスライス位置の前後の回転における同位相の２組のビームを示す図。
【図２４】図２３で図示された２組のビームのＺ軸方向の各位置関係を示す図。
【図２５】従来例の２列のマルチスライスＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法で使用される基準となるビームとその対向ビームとを示す図。
【図２６】同従来例の２列のマルチスライスＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法で使用される基準となるビームとその対向ビームとのＺ軸方向の位置関係を示す図。
【図２７】従来例の４列のマルチスライスＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法で使用される基準となるビームとその対向ビームとを示す図。
【図２８】同従来例のマルチスライスＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法のときに１ビューで発生するストリーク状のノイズを示す図。
【図２９】同従来例のマルチスライスＣＴ装置のヘリカルスキャンにおける対向ビーム補間法のときに必要なビューで発生するストリーク状のノイズを示す図。
【図３０】同従来例の４列のマルチスライスＣＴ装置の対向ビーム補間法のときに発生するストリーク状のノイズを防ぐため変更したヘリカルピッチによるヘリカルスキャンを示す図。
【符号の説明】
３…Ｘ線源、
５…２次元Ｘ線検出器、
１１…データ収集部、
１２…再構成処理部、
２１…スイッチ部、
２２〜３５…スイッチ。

Claims (4)

1. Ｘ線源を対象物に対して相対的に周回させながら周回軸に平行に直線的に移動させ、前記Ｘ線源から円錐状に放射されたＸ線を前記対象物に照射し、この対象物を透過したＸ線を、Ｘ線検出素子を２次元的に配列したＸ線検出器により検出し、このＸ線検出器から得られた検出データに基づいて前記対象物の断層画像を再構成するマルチスライスＣＴ装置において、
   前記周回軸の方向に関する前記Ｘ線検出器のＸ線検出素子の配列ピッチは、不均等であり、かつ、前の回転の検出器列のＸ線ビームの移動線と、隣接する次の回転の検出器列のＸ線ビームの移動線と、その間に位置する対向ビームの移動線が、重なり合わないように構成されたことを特徴とするマルチスライスＣＴ装置。
2. 前記Ｘ線検出素子列の前記周回軸の方向のピッチの比が１対１．５を含むことを特徴とする請求項１記載のマルチスライスＣＴ装置。
3. 中央の４列のＸ線検出素子列間のピッチを基本ピッチとして、この中央４列のＸ線検出素子の外側に配列された各Ｘ線検出素子列の内側と外側に配列されたＸ線検出素子列との前記周回軸の方向のピッチの比を１対１．５とすることを特徴とする請求項２記載のマルチスライスＣＴ装置。
4. 前記Ｘ線検出素子列の前記周回軸の方向のピッチの比が１．５、１、１、１、１．５となるように不均等６列を形成することを特徴とする請求項３記載のマルチスライスＣＴ装置。

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