JP4282111B2

JP4282111B2 - 放射線診断装置

Info

Publication number: JP4282111B2
Application number: JP16220398A
Authority: JP
Inventors: 昌夫神保; 真広遠藤
Original assignee: National Institute of Radiological Sciences; Sony Corp
Current assignee: National Institute of Radiological Sciences; Sony Corp
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: JPH11347023A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線診断装置に関し、特に患者のような被検体の３次元画像を得ることができる放射線診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放射線診断装置としては、例えば所謂Ｘ線テレビジョン装置やＸ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等が知られている。
従来のＸ線テレビジョン装置は、被検体にＸ線を照射して得られるＸ線透過像を所謂Ｘ線イメージインテンシファイアで明るい光学的像に変換し、この光学的像をビデオカメラで撮像するようになっている。したがって、このＸ線テレビジョン装置では、２次元画像を得ることができるが、３次元画像（多断層面の像）を得ることができなかった。また、Ｘ線イメージインテンシファイアは、最大でも１４インチ（直径が約３５ｃｍ）であり、大視野を得ることができず、例えば胸部全体をカバーすることができなかった。また、画像歪みが大きく、振動や地磁気の影響を受けやすいという問題もあった。
【０００３】
一方、従来のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管球と１次元アレイセンサを一体として被検体の周りを周回させ、１次元アレイセンサから得られる複数方向の１次元の透過像から例えば所謂コンボリューション・バックプロジェクション法（参考文献：Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｌｍｐ，Ｌ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ，ａｎｄＪ．Ｗ．Ｋｒｅｓｓ“Ｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｅ−ｂｅａｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ”Ｊ．Ｏｐｔ．ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ／Ｖｏｌ．１Ｎｏ．６６１２−６１９／Ｊｕｎｅ１９８４）や、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法により断層面の像を形成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＸ線ＣＴ装置では、例えば、１回転する毎に高々２−３枚の断層面の像しか得ることができず、多断層面の像、例えば１０２４断層面の像を得るためには、１断層当たり１秒として、１０２４（＝１０２４／６０）：１７分の時間を要してしまう。したがって、患者を対象とする臨床装置としては不十分であり、また、Ｘ線被曝量が膨大になるという問題があった。
更に、近年になって、Ｘ線源と２次元蛍光板エリアセンサ（蛍光体を用いた面センサ）を一体として被検体の周りを周回させ、２次元センサから得られる複数方向の２次元の透過像から例えば所謂コンボリューション・バックプロジェクション法や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法により断層面の像を形成するような３次元ＣＴ装置の提案がある。
【０００５】
また、近年、提案されている３次元Ｘ線ＣＴ装置では、２次元蛍光板により得られた、可視光像をレンズ等を含む光学系で縮小してＣＣＤカメラ撮像するため、大きな空間が必要で小型化が図れず、検出感度が悪い。
換言すると、被曝量を考慮すると、実用上、適用範囲に限界があり、再構成３次元画像を精密な診断に供することができなかった。
以上のように、従来のＸ線テレビジョン装置では、３次元画像を得ることができない等の問題があり、一方、従来のＸ線ＣＴ装置では、３次元画像（疑似）を得ることはできるが、体軸方向の分解能の悪るさは改善できるが真に近い３次元画像を得るためには時間がかかり過ぎるし、それに伴いＸ線被曝量も大きくなる問題があった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、広範囲な領域にわたって、歪みが少なく、分解能の高い３次元画像を短時間で得ることができる放射線診断装置の提供を目的とするものである。
【００１３】
上記目的は、本発明にあっては、被検体に対して放射線を出力する放射線出力手段と、
放射線出力手段に対して被検体を介して対向する位置に設けられ、被検体を透過した放射線の強度分布を検出する放射線検出手段と、
放射線出力手段と放射線検出手段とを一体的に被検体の周りに周回させる回転駆動手段と、
放射線検出手段からの複数の方向に関する放射線の強度分布に基づいて被検体についての３次元画像を形成する情報処理手段と
を有し、
放射線出力手段が、放射線を放出する放射線発生手段と、該放射線発生手段が放出した放射線を被検体に対して出力する範囲を限定する放射線出力限定手段とを備え、
放射線検出手段が、
情報読み出し用の複数のゲートラインを有し、複数のゲートラインが、被検体の周りを周回させる回転軸に直交し、
アモルファス・セレンと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とからなる湾曲形状を有する２次元半導体センサであり、
情報処理手段が、
ｎ個（ｎは整数）のプロセッサからなるパラレル・プロセッサを有し、
複数のゲートラインがｎ本おきに同一ゲートライン群とされてｎ個のゲートライン群に分割され、分割された第１のゲートライン群ないし第ｎのゲートライン群がｎ個（ｎは整数）のプロセッサの第１のプロセッサないし第ｎのプロセッサに順次接続され、
パラレル・プロセッサが、放射線検出手段からの情報信号を分散して処理し、
コンボリューション・バックプロジェクション法（逆投影法）もしくは高速フーリエ変換法により、３次元画像を形成する
放射線診断装置により、達成される。
【００１４】
本発明では、放射線出力手段は、被検体に対して放射線を出力する。放射線検出手段は、放射線出力手段と被検体を介して対向する位置に設けられ、被検体を透過した放射線の強度分布を検出する。回転駆動手段は、放射線出力手段と放射線検出手段を一体的に被検体の周りに周回させる。情報処理手段は、放射線検出手段からの複数の方向に関する放射線の強度分布に基づいて被検体についての３次元画像を形成する。
放射線出力手段のＸ線発生手段は、Ｘ線を放出し、Ｘ線出力限定手段は、Ｘ線発生手段が放出したＸ線が被検体に対して出力する範囲を限定する。放射線検出手段のアモルファス・セレンがＸ線を受けて直接電気信号に変換し、アモルファス・シリコンで読み出しを行う。このような２次元半導体センサは湾曲形状とされている。
本発明では、上述の３次元画像は、コンボリューション・バックプロジェクション法（逆投影法）もしくは高速フーリエ変換法により形成される。
また、本発明では、情報処理手段がｎ個（ｎは整数）のプロセッサからなるパラレル・プロセッサを有し、ゲートラインがｎ本おきに同一ゲートライン群とされてｎ個のゲートライン群に分割され、分割された第１のゲートライン群ないし第ｎのゲートライン群がｎ個（ｎは整数）のプロセッサのそれぞれに接続され、パラレル・プロセッサが、放射線検出手段からの情報信号を分散して処理する。これにより、情報処理手段における情報信号の処理時間を短縮することができる。
【００１５】
これにより、従来のようなレンズ等を含む光学系が不要であり、広範囲な領域に亘って歪みが少なく分解能の高い３次元画像を得ることができる。しかもＸ線出力限定手段により、Ｘ線発生手段が放出したＸ線を被検体に対して出力する範囲を限定できるので、被検体の必要な箇所に限定的にＸ線を照射して、この結果短時間で必要な領域の分解能の高い３次元画像を得ることができる。
本発明において、好ましくは薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が、アモルファス・シリコンまたはポリ・シリコンあるいはＣｄＳｅである。
本発明において、好ましくは放射線検出手段に設けられた情報読み出し用の複数のゲートラインが、被検体の周りを周回させる回転軸に直交する。
【００１６】
本発明において、好ましくは情報処理手段が、放射線出力限定手段によって放射線の被検体に対する出力範囲を限定する操作と、放射線検出手段の複数のゲートラインからそれぞれ出力された情報信号の選択操作との少なくとも一方により、情報を読み出すゲートラインの本数を限定する。このようにすることで、被検体の検査に必要な領域のみの情報信号のみを用いることができるので、情報処理手段における情報処理をより早く行うことができる。
本発明において、好ましくは放射線出力限定手段が、放射線の出力範囲を限定する放射線照射範囲を調節可能な調節手段を有する。このようにすれば、患者の検査に必要な領域を自由に設定することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは放射線検出手段からの情報信号により、調節手段が被検体である患者の体軸方向に対して放射線照射範囲を調整する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の放射線診断装置の好ましい実施の形態を示している。この放射線診断装置１００は、概略的には、放射線出力手段１０、放射線検出手段２０、回転駆動手段１０Ｂ、情報処理手段４０等を有している。
放射線出力手段１０は、放射線源としてのＸ線源１０ＡとＸ線出力限定手段１４を有している。放射線検出手段２０は、放射線／光変換素子としての放射線／光変換素子２１と２次元半導体センサ２２を有している。
放射線出力手段１０のＸ線源１０Ａは、Ｘ線管球１３、高電圧発生器１２及び制御装置１１を有している。Ｘ線管球１３は少なくとも２つのいわゆる焦点サイズを有し、少なくとも２つの焦点サイズの１つを選択できるようになっている。高電圧発生器１２は、制御装置１１の制御の基に高電圧を発生して、Ｘ線管球１３はこの高電圧により放射線、例えばＸ線を出力するＸ線管球１３に供給する。
【００２１】
Ｘ線出力限定手段１４は、Ｘ線管球１３と放射線検出手段２０の間に配置されており、Ｘ線管球１３が発生するコーン状（円錐状）の放射線１３Ａの被検体５０に対する出力範囲を限定する放射線照射範囲を調整できるようになっている。
このＸ線出力限定手段１４は、図２に示すように例えば放射線を遮断できる調整手段１４Ｆを有する。この調整手段１４Ｆは、第１部材１４Ａと第２部材１４Ｂを有し、それぞれモータ１４ｃによりＸ方向に沿ってお互いに近づけたりあるいは遠ざけたりすることができる。これにより、Ｘ線出力限定手段１４は放射線１３Ａを被検体５０に通す領域を所定の大きさに限定することができる。このＸ線出力限定手段１４により限定できる放射線照射範囲は、少なくとも被検体（例えば患者）５０の頭部と足を結ぶ体軸方向５０Ａ方向だけは限定できるようになっている。体軸方向５０Ａの方向とＸ方向は平行である。
【００２２】
図１と図２のように、被検体５０は、寝台３５の上に載置することができ、この寝台３５は、Ｘ線管球１３と放射線検出手段２０の間に位置されており、しかもＸ線出力限定手段１４と放射線検出手段２０の間に位置されている。Ｘ線出力限定手段１４のモータ１４ｃは、照射野制御装置１５によりその動作を制御できる。
放射線検出手段２０は、上述したようにＸ線／光変換素子２１と２次元半導体センサ２２を有している。Ｘ線／光変換素子２１と２次元半導体センサ２２は接しており、レンズ等を有する光学系はなく好ましくは密着している。Ｘ線／光変換素子２１は、２次元半導体センサ２２に比べてＸ線管球１３側に位置しており、Ｘ線管球１３とＸ線出力限定手段１４と放射線検出手段２０は、図１と図３の回転駆動手段３１により、一体的に被検体５０と寝台３５の周りを周回させることができる。
【００２３】
図２と図３に示すように、回転駆動手段３１は、Ｘ線管球１３とＸ線出力限定手段１４と放射線検出手段２０を支持しながら、矢印Ｒ方向に所定角度毎回転したりあるいは連続回転することも可能である。Ｘ線管球１３と放射線検出手段２０は、被検体５０をほぼ中心として対向する位置に配置されている。
図１のＸ線管球１３が放出した放射線１３Ａは、必要によりＸ線出力限定手段１４を通ることでその照射範囲が限定された後に、被検体５０を透過して放射線検出手段２０のＸ線／光変換素子２１に入射する。Ｘ線／光変換素子２１は、このように受けたＸ線を可視光に変換する。そしてＸ線／光変換素子２１からの可視光は、２次元半導体センサ２２において電気信号に変換される。２次元半導体センサ２２からの情報信号ＩＳは、データ読み出し制御部２３からの制御信号ＣＳに基づいて、情報処理手段のＡ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）４１に供給できる。
【００２４】
Ｘ線／光変換素子２１は、例えば希土類元素を含む蛍光体あるいは柱状Ｃｓｌ蛍光体から構成されたもので、ピクセルがマトリックス状に配置されている。２次元半導体センサ２２は、好ましくはアモルファスセレンとアモルファスシリコンから構成されたもので、ピクセルがマトリックス状に配置され、Ｘ線／光変換素子２１のピクセルに対応している。
図１の例では、２次元半導体センサ２２とＸ線／光変換素子２１は、平板状であり互いに密着している。従って、Ｘ線／光変換素子２１からの可視光は、２次元半導体センサ２２に対して直接入力して電気信号に変換される。従って従来のようなレンズ等を含む光学系によりＸ線／光変換素子２１と２次元半導体センサ２２の間が大きく開いているようなことがない。図４は、このような平板状の積層型の放射線検出手段２０の例を示している。
【００２５】
図１の駆動装置３０は、上述した回転駆動手段３１とコントローラ３７、焦点サイズ切換器３４、管球駆動装置３３、寝台駆動部３６等を有している。
コントローラ３７は、回転駆動手段３１、寝台駆動部３６、焦点サイズ切換器３４、管球駆動装置３３の動作を制御する。回転駆動手段３１が、Ｘ線管球１３と放射線検出手段２０を一体的に図３のようにＲ方向に回転した場合には、回転角度検出器３２がその回転角度を検出できるようになっており、回転角度検出器３２はその検出信号をＣＰＵ（中央処理装置）４３に供給する。
管球駆動装置３３は、Ｘ線管球１３と放射線検出手段２０の距離を変えることができる。すなわちＸ線管球１３をＹ方向（Ｘ方向と直交する垂直方向）に移動して位置決めすることができる。焦点サイズ切換器３４は、Ｘ線管球１３の焦点サイズをたとえば２段階に切り換えて選択することができる。
【００２６】
寝台駆動装置３６は、寝台３５を、体軸方向５０Ａ方向に沿って移動して位置決めすることができる。
この放射線診断装置では、Ｘ線管球１３からのＸ線を被検体５０に照射して得られるＸ線透過像をＸ線／光変換素子２１で可視光の像（光学的像）に変換し、この光学的像を２次元半導体センサ２２と、データ読み出し制御部２３とで効率良く電気信号に変換すると共に、以上の動作を、回転駆動装置３１によりＸ線管球１３と２次元センサ２０を一体として被検体５０を周回させる間に、所定の回転角度毎、すなわち所定の周期で繰り返し、得られる複数方向の２次元画像に基づいて、３次元画像を形成するようになっている。
【００２７】
具体的には、制御装置１１は、所定の管電圧及び管電流を短い時間であって所定の周期（以下パルス的という）でＸ線管球１３に印加するように高電圧発生器１２を制御する。例えば、制御装置１１は、被検体５０である患者の頭と足を結ぶ体軸方向５０Ａに直交する面においてＸ線管球１３と２次元センサ２０が図３のＲ方向に沿って一体となって（１８０＋α）度回転（αは所謂ファン（ｆａｎ）角度であり、以下単にＸ線管球１３が半回転という）する間に、Ｘ線照射回数が１２０回以上となるように高電圧発生器１２を制御する。そして、Ｘ線管球１３からのＸ線は寝台３５に載置された被検体５０を透過し、この結果、Ｘ線／光変換素子２１には、被検体５０内部のＸ線吸収係数μの差異による強度分布を有するＸ線が入射される。
なお、Ｘ線管球１３の回転角度は、例えば１回転（３６０＋α度）としてもよい。
更には、制御装置１１は、所定の管電圧及び管電流を所定の長い時間に亘って（以下連続的という）Ｘ線管球１３に印加するように高電圧発生器１２を制御し、所定のタイミングでデータを収集してもよい。連続的にＸ線を照射した方がスキャンの高速化には適している。
【００２８】
以降は、パルス的にＸ線を照射した場合を例にして説明する。
図１のＸ線／光変換素子２１は、Ｘ線阻止能力に優れた希土類元素を含む蛍光体、例えばＧｄ２０２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２０２Ｓ：Ｅｕ、柱状Ｃｓｌ等からなると共に、その形状が例えば胸部全体をカバーできる平面状のものであり、Ｘ線を可視光に変換する。Ｘ線／光変換素子２１からの可視光は、２次元半導体センサ２２と、データ読み出し制御部２３とで効率良く電気信号に変換され、該電気信号は、情報処理手段４０に供給される。
【００２９】
情報処理手段（装置）４０は、例えば上述の図１に示すように、Ａ／Ｄ変換器４１と、外部記憶装置４２と、中央演算装置（以下ＣＰＵという）４３と、画像再構成ユニット４４と、画像処理装置４５と、ディスプレイモニタ４６とから構成される。
Ａ／Ｄ変換器４１は、上記半導体センサ２２からの電気信号をディジタル信号に変換する。外部記憶装置４２は、Ａ／Ｄ変換器４１からのディジタル電気信号を記憶する。ＣＰＵ４３は、回転角度検出器３２からの回転角度情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換器４１からのディジタル信号の取り込み等を制御する。画像再構成ユニット４４は、上記外部記憶装置４２から読み出されたディジタル信号に前処理を施すと共に、前処理されたディジタル信号、すなわち複数方向の２次元画像に基づいて３次元画像を形成する。画像処理装置４５は、画像再構成ユニット４４からの３次元画像に必要に応じて輪郭抽出等の画像処理を施す。ディスプレイモニタ４６は、画像処理装置４５からの３次元画像データに基づいた画像を表示すると共に、画面上の位置等が指定可能である。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器４１は、上記半導体センサ２２からの電気信号をディジタル信号に変換し、得られるディジタル信号はＣＰＵ４３の制御のもとに外部記憶装置４２に記憶される。具体的には、回転角度検出器３２は、Ｘ線管球１３と２次元センサ２０が一体となってＲ方向に沿って被検体５０を周回するときの回転角度を検出し、ＣＰＵ４３は、この回転角度情報に基づき、上述したＸ線管球１３のパルス的な照射に同期してディジタル信号を収集し、収集したディジタル信号を外部記憶装置４２に記憶するように制御を行う。すなわち、被検体５０に照射するＸ線をパルス的にすることにより、連続的に照射する場合と比較して、被検体５０の無駄な被曝を防ぐことができると共に、例えば、照射時間が短いので、Ｘ線の照射強度を高めることができ、所謂Ｓ／Ｎ（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅｒａｔｉｏ）を改善することができる。なお、ディジタル信号を外部記憶装置４２に記憶する代わりに、たとえば情報処理手段４０の画像再構成ユニット４４の内部メモリに記憶するようにしてもよい。
【００３１】
このようにして、外部記憶装置４２に記憶された複数方向（例えば１２０以上の方向）のディジタル信号は、再びＣＰＵ４３の制御のもとに読み出されて、画像再構成ユニット４４に供給される。
画像再構成ユニット４４は、読み出されたディジタル信号に幾何的な歪みを補正する幾何歪補正、感度補正、ディジタル信号をＸ線吸収データに変換する等の前処理を施し、得られる複数方向のＸ線吸収データを用いて、例えば所謂コンボリューション・バックプロジェクション法や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法により、複数の断層面の像（３次元画像データ）を形成し、この３次元画像データを画像処理装置４５に供給する。
【００３２】
具体的には、例えば図８は画像再構成ユニット４４の具体的な動作をフローチャートとして示している。
図８のステップＳＴ１において、画像再構成ユニット４４は、操作者が３次元画像データを投影した領域の全領域にわたって画像形成するように操作を行ったかを判断し、これに該当するときはステップＳＴ３に進み、該当しないときはステップＳＴ２に進む。
ステップＳＴ２において、図１の画像再構成ユニット４４は、ステップＳＴ１において指定された領域における図１の被検体５０の断層面が被検体５０の体軸方向５０Ａの断層面か、体軸方向５０Ａに直交する方向５０Ｂの断層面かを判断し、体軸方向５０Ａの断層面のときはステップＳＴ５に進み、体軸に直交する方向５０ＢのときはステップＳＴ４に進む。
【００３３】
図８のステップＳＴ３において、画像再構成ユニット４４は、３次元画像データを形成する領域を全領域（体軸方向５０Ａと直交する方向５０Ｂの両方の断層面）としてステップＳＴ１１に進む。
ステップＳＴ４において、画像再構成ユニット４４は、３次元画像データを形成する領域を指定領域（直交する方向５０Ｂの断層面）としてステップＳＴ１１に進む。
また、ステップＳＴ５において、画像再構成ユニット４４は、３次元画像データを形成する領域を指定領域（体軸方向５０Ａの断層面）としてステップＳＴ２１に進む。
ステップＳＴ１１において、画像再構成ユニット４４は、内蔵するメモリの３次元画像データを記憶するための再構成領域を初期化、例えば値を０とし、ステップＳＴ１２に進む。
【００３４】
ステップＳＴ１２において、Ｘ線の強度は被検体５０の中心部が強く、周辺部が弱くなることから、画像再構成ユニット４４は、予め測定したＸ線強度分布に基づいて、位置によるバラツキを補正する。すなわち、例えば、予め測定した最大強度分布、最小強度分布をそれぞれＭ（ｘ，ｙ）、Ｂ（ｘ，ｙ）とし、収集された回転角度ｄにおけるディジタル信号をｉｄ（ｘ，ｙ）とすると、画像再構成ユニット４４は、下記式（１）により補正後のディジタル信号Ｉｄ（ｘ，ｙ）を求め、ステップＳＴ１３に進む。
Ｉｄ（ｘ，ｙ）＝（ｉｄ（ｘ，ｙ）−Ｂ（ｘ，ｙ))／（Ｍ（ｘ，ｙ）−Ｂ（ｘ，ｙ)) ・・・式（１）
【００３５】
ステップＳＴ１３において、Ｘ線は吸収体内を通過すると指数関数で強度が低下することから、画像再構成ユニット４４は、補正後のディジタル信号Ｉｄ（ｘ，ｙ）から吸収係数（Ｘ線吸収データ）Ｐｄ（ｘ，ｙ）を例えば下記式（２）により求め、ステップＳＴ１４に進む。なお、Ｈは任意の係数であり、その値は例えば１０００である。
Ｐｄ（ｘ，ｙ）＝Ｈ−（Ｈ／ＬｏｇＨ）×Ｌｏｇ（Ｈ×Ｉｄ（ｘ，ｙ))・・・式（２）
ステップＳＴ１４において、画像再構成ユニット４４は、Ｘ線吸収データＰｄ（ｘ，ｙ）と補正関数（例えばＳｈｅｐｐとＬｏｇａｎの補正関数）のコンボリューション（重畳積分）を行い、投影データを生成した後、ステップＳＴ１５に進む。
【００３６】
ステップＳＴ１５において、画像再構成ユニット４４は、ステップＳＴ１１において初期化した再構成領域に投影データを累積的に記憶し、ステップＳＴ１６に進む。
ステップＳＴ１６において、画像再構成ユニット４４は、全方向の投影データを累積的に記憶したかを判断し、該当するときはステップＳＴ１７に進み、該当しないときはステップＳＴ１２に戻る。
【００３７】
すなわち、ステップＳＴ１２〜ステップＳＴ１６のループにおいて、例えば３次元構成となっている再構成領域の各画素位置に、各方向からの投影データを逆投影（バックプロジェクション）して順次累積する。この結果、再構成領域には３次元の吸収係数画像が形成される。
ところで、画像再構成ユニット４４は、ステップＳＴ３を介してこのループを実行したときは、全領域にわたって吸収係数画像を形成するが、ステップＳＴ４を介してこのループを実行すると、指定された領域、例えば体軸方向５０Ａに直交する方向５０Ｂの１枚あるいは複数枚の断層面の吸収係数画像を形成する。
【００３８】
ステップＳＴ１７において、画像再構成ユニット４４は、再構成領域に形成ささた吸収係数画像の各画素の値を、予め測定されている空気及び水の吸収係数値で校正して、所謂ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ナンバ値に変換する。
これにより、画像再構成ユニット４４は、ＣＴナンバ値からなる３次元画像データ（複数の断層面の像）を形成する。
ところで、バックプロジェクション法により３次元画像データを形成するには、多くの演算が必要であり（時間がかかり）、この放射線診断装置では、バックプロジェクション法により、全領域における３次元画像データを形成する前に、上述したように所望の領域を指定し、この領域における１枚あるいは複数枚の断層面の像であって、ＣＴナンバからなる２次元画像データ（体軸に直交する断層面の像）を形成し、後述するようにこの２次元画像データに基づいた画像をディスプレイモニタ４６に表示することができ、操作者は表示された画像を観察して、収集した画像データの良否、例えばノイズ等の影響の有無を短時間で確認することができる。換言すると、例えば雑音が多く、再度ディジタル信号の収集が必要か否かを、患者を待たせることなく判断することができる。
【００３９】
一方、図８のステップＳＴ２１において、画像再構成ユニット４４は、再構成領域を初期化して、ステップＳＴ２２に進む。
ステップＳＴ２２において、画像再構成ユニット４４は、上記式（１）により補正後のディジタル信号Ｉｄ（ｘ，ｙ）を求め、ステップＳＴ２３に進む。
ステップＳＴ２３において、画像再構成ユニット４４は、補正後のディジタル信号Ｉｄ（ｘ，ｙ）からＸ線吸収データＰｄ（ｘ，ｙ）を上記式（２）により求め、ステップＳＴ２４に進む。
ステップＳＴ２４において、画像再構成ユニット４４は、Ｘ線吸収データＰｄ（ｘ，ｙ）と補正関数のコンボリューションを行い、投影データを生成した後、ステップＳＴ２５に進む。
【００４０】
ステップＳＴ２５において、画像再構成ユニット４４は、全周にわたって投影データを生成したかを判断し、該当するときはステップＳＴ２６に進み、該当しないときはステップＳＴ２２に戻る。
ステップＳＴ２６において、画像再構成ユニット４４は、再構成領域におけるステップＳＴ５で指定した指定領域の各画素位置に、各方向からの投影データをバックプロジェクションして順次累積し、ステップＳＴ２７に進む。
この結果、再構成領域には、体軸方向における１枚あるいは複数枚の２次元の吸収係数画像が形成される。すなわち、全領域に対してはバックプロジェクションを行っていないので、短時間に２次元の吸収係数画像を得ることができる。
【００４１】
ステップＳＴ２７において、画像再構成ユニット４４は、再構成領域に形成された吸収係数画像の各画素の値を、ＣＴナンバ値に変換する。かくして、画像再構成ユニット４４は、ＣＴナンバ値からなる１枚あるいは複数枚の２次元画像データ（体軸方向における断層面の像）を形成する。そして、この２次元画像データはディスプレイモニタ４６に表示され、操作者は表示された画像を観察して、収集した画像データの良否を判断する。すなわち、上述した体軸に直交する方向５０Ｂについての断層面の像を得る場合と同様に、体軸方向５０Ａに関する断層像の画像データの良否判断を、バックプロジェクションを全領域において実行することなく、短時間で行うことができる。なお、例えば、画像再構成ユニット４４を用いる代わりに、ＣＰＵ４３で上述の処理を行うようにしてもよい。
【００４２】
図１の画像処理装置４５は、３次元画像データに必要に応じて輪郭抽出等の画像処理を施して、ディスプレイモニタ４６に供給する。ディスプレイモニタ４６は、３次元画像データあるいは輪郭抽出等の画像処理が施された３次元画像データに基づいた３次元画像を表示する。
また、ディスプレイモニタ４６は、必要に応じて画像処理装置４５から供給される体軸方向５０Ａあるいは体軸に直交する方向５０Ｂの２次元画像データに基づいた２次元画像を表示する。すなわち、従来の装置が上述したように１２８枚の断層面の像を得るのに６４０秒を要していたのに、この放射線診断装置では、Ｘ線管球１３を半回転あるいは１回転する間に、図１の半導体センサ２２の水平あるいは垂直方向の分解能に対応する多断層面の像を得ることができる。換言すると、この放射線診断装置では、分解能が高い３次元画像を短時間に得ることができる。
したがって、この放射線診断装置は、患者を対象とする臨床装置として実用に適し、また、Ｘ線被曝量を従来の装置に比して大幅に削減することができる。また、２次元センサ２０を上述したように大きな平面状のものとすることにより、広範囲であって歪みが少ない３次元画像を得ることができる。さらに、この放射線診断装置では、上述のようにＸ線イメージインテンシファイアを用いていないので、振動や地磁気の影響を受けない。
【００４３】
図５は、２次元半導体センサ２２の構成例を示しており、２次元半導体センサ２２は多数のマトリックス状に配置されたピクセル２２Ｐを有している。これらのピクセル２２Ｐに対応して図５においては複数のゲートラインＧＬと、複数のデータラインＤＬが、交差して形成されている。ゲートラインＧＬは体軸方向５０Ａと直交しており（かつ体軸と直交する方向５０Ｂと平行）、データラインＤＬは体軸方向５０Ａと平行である。このようなゲートラインＧＬの駆動範囲が、図１のＸ線管球１３から照射される放射線１３Ａの照射野の大きさにより調整することにより、その照射野に対応するピクセル２２Ｐから情報信号を取り出すことができる。
【００４４】
図６は、図５の半導体センサ２２における多数のゲートラインＧＬに対応して複数のパラレル・プロセッサＰＣ（たとえば図示例ではＰＣ１〜ＰＣ４）が接続された例を示している。各プロセッサＰＣは、図１のデータ読み出し制御部２３を構成しており、複数のプロセッサは、ｎ（ｎ：整数）本おきに各ゲートラインＧＬの処理を行うことができる。
例えばゲートラインＧＬ１は、プロセッサＰＣ１に接続され、次のゲートラインＧＬ２はプロセッサＰＣ２に接続され、ゲートラインＧＬ３はさらに次のプロセッサＰＣ３に接続され、ゲートラインＧＬ４はプロセッサＰＣ４に接続されている。このようにして順次ゲートラインがプロセッサに接続されている。
各プロセッサＰＣ１〜ＰＣ４は、Ａ／Ｄ変換器４１に接続されて、データ読み出し制御部２３からの指令に基づいて、Ａ／Ｄ変換器４１側に情報信号を送ることができる。
図６においては、一例として４つのパラレル・プロセッサＰＣ１〜ＰＣ４を用いているが、これに限らずより多くのプロセッサを用意すればさらにゲートラインＧＬにおける情報信号の処理速度を上げることができる。
【００４５】
図７は、例えば図６に示すプロセッサＰＣ１〜ＰＣ４から得られる情報信号ＩＳ１〜ＩＳ４等に基づいて、図１の画像再構成ユニット４４が処理する３次元画像の再構成ボリュームの例を示している。この画像の再構成範囲は、図１のＸ線出力限定手段１４と、２次元半導体センサ２２から選択された情報信号のいずれか一方により限定することができる。
【００４６】
つぎに、上述した図１の駆動装置３０の動作について説明する。
図１の放射線診断装置では、半導体センサ２２からの電気信号を直接ディスプレイモニタ４６に供給し、すなわち従来の技術で述べたＸ線テレビジョン装置と同様な使用状態においてディスプレイモニタ４６に表示された画像を観察し、関心がある領域又は病巣が画面の略中央に位置するように被検体５０を移動したり、被検体５０の大きさに応じて所謂拡大率を変えることができるようになっている。
【００４７】
具体的には、ディスプレイモニタ４６は、画面上の位置や領域を指定することができる例えば図１の所謂ポインティングデバイスの一例としてライトペン４６Ｌを具備したものである。例えば、操作者がライトペン４６Ｌを用いてディスプレイモニタ４６の画面上で関心がある箇所を指示（マーク）すると、コントローラ３７は、ディスプレイモニタ４６からのマークされた位置を示す位置情報に基づいて、マークされた位置が画面の略中央に位置するための移動量を求め、この移動量を示す制御信号を寝台駆動装置３６に供給する。寝台駆動装置３６は、この制御信号に基づいて寝台３５を被検体５０の体軸方向５０Ａに駆動する。その後、上述したように複数方向の２次元画像に基づいて３次元画像を形成することにより、ディスプレイモニタ４６には、関心がある領域又は病巣の３次元画像が画面の略中央に位置するように描出できる。なお、画面上の位置等を指示するポインティングデバイスとしては、上述のライトペン以外に、所謂マウス、ジョイスッティック、タブレット等を採用できる。
【００４８】
また、例えば、ディスプレイモニタ４６における再構成画像の拡大率は、Ｘ線管球１３と被検体５０の距離と、Ｘ線管球１３とＸ線／光変換素子２１の距離との比に基づくことから、コントローラ３７は、ディスプレイモニタ４６からの画面に表示されている被検体５０の像のプロファイル（輪郭）情報に基づいて、表示されている被検体５０の像が所望の大きさ、例えば画面の７５％以上を占めるＸ線管球１３とＸ線／光変換素子２１間の距離を求め、この距離を示す制御信号を管球駆動装置３３に供給する。
管球駆動装置３３は、この制御信号に基づいてＸ線管球１３を駆動する。このとき、コントローラ３７は、Ｘ線管球１３とＸ線／光変換素子２１間の距離に応じて最適な焦点サイズを求め、焦点サイズを選択するための制御信号を焦点サイズ切換器３４に供給する。焦点サイズ切換器３４は、この制御信号に基づいてＸ線管球１３の焦点サイズを切り換える。その後、上述したように複数方向からの２次元画像に基づいて３次元画像を形成することにより、ディスプレイモニタ４６には、被検体５０の３次元画像が、所望の大きさ、例えば画面の７５％以上となるように表示される。換言すると、Ｘ線を有効利用できると共に、分解能を高めることができる。
【００４９】
以上の説明でも明らかなように、本発明に係る放射線診断装置では、放射線、例えばＸ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線の強度分布を検出すると共に、放射線出力手段と２次元放射線検出手段を一体として被検体を周回させ、複数方向の放射線の強度分布に基づいて、３次元画像を形成することにより、分解能が高い３次元画像を短時間に得ることができる。換言すると、この放射線診断装置は、患者を対象とする臨床装置として実用に適し、また、Ｘ線被曝量を従来の装置に比して大幅に削減することができる。さらに、Ｘ線／光変換素子の形状は大きな平面状のものとすることができ、広範囲であって歪みの少ない３次元画像を得ることができる。
【００５０】
Ｘ線／光変換素子を希土類元素を含む蛍光体とか柱状Ｃｓｌ蛍光体にすることにより、この蛍光体を透過するＸ線を阻止することができ、半導体センサの故障を未然に防ぐことができる。
放射線出力手段と２次元放射線検出手段間の距離を変化させ、またこのとき、放射線出力手段と２次元放射線検出手段間の距離に応じて焦点サイズを切り換えることにより、所望の大きさの３次元画像を得ることができる。換言すると、Ｘ線を有効利用できると共に、分解能を高めることができる。
【００５１】
被検体である患者を載置する寝台と、寝台を患者の体軸方向に移動する寝台駆動手段と、放射線出力手段からの放射線の強度分布に基づいた画像を表示する表示手段と、寝台駆動手段を制御する制御手段とを備え、表示手段に表示される被検体の像のプロファイルに基づいて、制御手段によって関心領域が表示手段の画面の略中央に位置するように寝台駆動手段を制御することにより、関心領域又は病巣の３次元画像を画面の略中央に位置するように表示することができる。
被検体である患者の体軸方向又は体軸方向に直交する方向の２次元画像を、コンボリューション・バックプロジェクション法によって３次元画像を形成する前に形成することにより、２次元放射線検出手段で検出した複数方向の放射線の強度分布が有効か否かを予め判断することができる。
【００５２】
本発明では、好ましくは情報処理手段では、放射線出力限定手段による放射線線が被検体に対して出力する範囲を限定する操作と、放射線検出手段からの情報信号の選択と、の少くとも一方により、ｎ個置きの放射線検出手段のゲートラインに対応するパラレル・プロセッサに情報処理させることができる。これにより短時間で情報を並列処理できる。
本発明では、好ましくは情報処理手段では、３次元画像の再構成領域を体軸方向と平行にｎ個に分割して、それぞれの領域を１個のプロセッサが再構成することができる。これにより、各パラレル・プロセッサを均等に使用して短時間で情報を処理できる。
【００５３】
ところで本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
図１の実施の形態では、放射線検出手段２０は、平板状に構成されているが、これに限らず図９に示すように放射線検出手段２０のＸ線／光変換素子２１と半導体センサ２２は湾曲して形成することもできる。この湾曲方向は体軸方向５０Ａに対して直交する方向５０Ｂに関して湾曲させることができる。このようにすれば、より精度の高い放射線診断を行うことができる。
【００５４】
また、図１に示す放射線検出手段２０は、Ｘ線／光変換手段２１と２次元半導体センサ２２を有しているが、これに限らない。放射線検出手段２０としては、Ｘ線／光変換手段２１は用いずに、たとえば図１０に示すようにアモルファス・セレンと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる２次元半導体センサを用いることもできる。
これにより、放射線検出手段２０のアモルファス・セレンがＸ線を受けて直接電気信号に変換し、薄膜トランジスタで読み出しを行う。すなわち図１１に示すようにアモルファス・セレンがＸ線の強度に応じた電荷量に変換し、薄膜トランジスタがその電荷量に応じて情報信号ＩＳとする。
薄膜トランジスタとしては、アモルファス・シリコンまたはポリ・シリコンあるいはＣｄＳｅを採用できる。
【００５５】
したがって従来のようなレンズ等を含む光学系が不要であり、広範囲な領域に亘って歪みが少なく分解能の高い３次元画像を得ることができる。しかもＸ線出力限定手段により、Ｘ線発生手段が放出したＸ線を被検体の少くとも体軸方向に対して出力する範囲を限定できるので、被検体の必要な箇所に限定的にＸ線を照射して、この結果短時間で必要な領域の分解能の高い３次元画像を得ることができる。図１０の２次元半導体センサ１２２は平面状であっても湾曲していてもよい。図１０の放射線診断装置１００のその他の要素は図１のものと同様であり、その説明を援用する。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広範囲な領域にわたって、歪みが少なく、分解能の高い３次元画像を短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線診断装置の好ましい実施の形態を示すシステム構成図。
【図２】図１の放射線診断装置におけるＸ線管球、放射線出力限定手段、寝台及び放射線検出手段を示す斜視図。
【図３】Ｘ線管球と放射線検出手段及びその回転駆動手段の一例を示す図。
【図４】放射線検出手段の一例を示す斜視図。
【図５】放射線検出手段の２次元半導体センサの動作範囲の最適化を示す図。
【図６】重畳積分範囲の最適化を示す図。
【図７】逆投影範囲の最適化を示す図。
【図８】本発明の放射線診断装置の画像再構成ユニットの具体的な動作を説明するフローチャート。
【図９】放射線検出手段の別の実施の形態を示す図。
【図１０】本発明の放射線診断装置の他の例を示す図。
【図１１】図１４における２次元半導体センサの働きを示す図。
【符号の説明】
１０・・・放射線出力手段、１０Ａ・・・Ｘ線源（Ｘ線発生手段）、１３・・・Ｘ線管球、１４・・・放射線出力限定手段、２０・・・放射線検出手段、２１・・・Ｘ線／光変換素子、２２・・・２次元半導体センサ、３０・・・駆動装置、３１・・・回転駆動手段、４０・・・情報処理手段、５０・・・被検体、５０Ａ・・・体軸方向、１００・・・放射線診断装置

Claims

被検体に対して放射線を出力する放射線出力手段と、
上記放射線出力手段に対して上記被検体を介して対向する位置に設けられ、上記被検体を透過した上記放射線の強度分布を検出する放射線検出手段と、
上記放射線出力手段と上記放射線検出手段とを一体的に上記被検体の周りに周回させる回転駆動手段と、
上記放射線検出手段からの複数の方向に関する上記放射線の強度分布に基づいて上記被検体についての３次元画像を形成する情報処理手段と
を有し、
上記放射線出力手段が、上記放射線を放出する放射線発生手段と、該放射線発生手段が放出した上記放射線を上記被検体に対して出力する範囲を限定する放射線出力限定手段とを備え、
上記放射線検出手段が、
情報読み出し用の複数のゲートラインを有し、複数の上記ゲートラインが、上記被検体の周りを周回させる回転軸に直交し、
アモルファス・セレンと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とからなる湾曲形状を有する２次元半導体センサであり、
上記情報処理手段が、
ｎ個（ｎは整数）のプロセッサからなるパラレル・プロセッサを有し、
複数の上記ゲートラインがｎ本おきに同一ゲートライン群とされてｎ個のゲートライン群に分割され、分割された第１のゲートライン群ないし第ｎのゲートライン群が上記ｎ個（ｎは整数）のプロセッサの第１のプロセッサないし第ｎのプロセッサに順次接続され、
上記パラレル・プロセッサが、上記放射線検出手段からの上記情報信号を分散して処理し、
コンボリューション・バックプロジェクション法（逆投影法）もしくは高速フーリエ変換法により、３次元画像を形成する
放射線診断装置。
上記情報処理手段が、
上記放射線出力限定手段によって上記放射線の上記被検体に対する出力範囲を限定する操作と、
上記放射線検出手段の複数の上記ゲートラインからそれぞれ出力された情報信号の選択操作と
の少なくとも一方により、情報を読み出す上記ゲートラインの本数を限定する
請求項１に記載の放射線診断装置。
放射線出力限定手段が、放射線の上記出力範囲を限定する放射線照射範囲を調節可能な調節手段を有する
請求項２に記載の放射線診断装置。
上記放射線検出手段からの上記情報信号により、上記調節手段が上記被検体である患者の体軸方向に対して放射線照射範囲を調整する
請求項３に記載の放射線診断装置。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がアモルファス・シリコンである
請求項１に記載の放射線診断装置。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がポリ・シリコンである
請求項１に記載の放射線診断装置。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がＣｄＳｅである
請求項１に記載の放射線診断装置。
コンボリューション・バックプロジェクション法（逆投影法）を用いる場合には、上記情報処理手段が、上記３次元画像の形成前に上記被検体である患者の体軸方向又は上記体軸方向に直交する方向に関する２次元画像を形成する
請求項１に記載の放射線診断装置。