JP4383560B2

JP4383560B2 - Ｘ線ｃｔスキャナ

Info

Publication number: JP4383560B2
Application number: JP27606498A
Authority: JP
Inventors: 一生森; 克行田口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2000102532A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内の画像データを再構成処理によって得るＸ線ＣＴスキャナに係り、とくに、Ｘ線源から曝射された連続Ｘ線をコーンビームにして被検体に照射し、この照射による透過Ｘ線の強度、すなわち投影データを再構成して画像化するＸ線ＣＴスキャナに関する。
【０００２】
なお、ここで用いる用語「コーンビーム」は、ビームの照射面が検出器のチャンネル方向のみならず、これと直交するスライス方向にも拡がりを持つビームを総称して表し、必ずしも直接的意味の「コーン（円錐形）」のみを指すものではない。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、Ｘ線ＣＴスキャナは、そのガントリ内に、被検体を挟むようにＸ線管およびＸ線検出器を配置し、Ｘ線から曝射されたＸ線ビームを被検体を透過してＸ線検出器に入射させるジオメトリを採る。スキャン時には、例えば、Ｘ線管およびＸ線検出器を同期して被検体周りに回転させる。Ｘ線検出器にはＤＡＳ（データ収集装置）が接続されており、１スキャン毎に所定ビュー数分の透過Ｘ線の強度データ（すなわち投影データ）をＤＡＳから得る。この投影データを再構成処理することにより、被検体内の画像データ（スライスデータまたはボリュームデータ）が得られる。
【０００４】
このＸ線ＣＴスキャナの分野において、高分解能の３次元画像を高速に生成したいとする要望が臨床現場や研究機関から出されている。この要望に応える１つの試みとして、コーンビームを用いてスキャンを行う、いわゆるコーンビームＣＴが研究されている。
【０００５】
このコーンビームに拠るスキャン法の第１の従来例は、コーンビームＸ線源と２次元検出器とを被検体の周りに同期して１回転させ、Feldkampらの提案した３次元重畳積分法により近似的に３次元の画像再構成を行うものである（
「Feldkamp L.A. et al.,: "Practical cone-beam algorithm", J.Opt.Sac.Am.A,1.pp.612-619(1984) 」参照）。
【０００６】
また、第２の従来例は、上述の３次元重畳積分法を更に改善して、工藤らによって提案された手法である（「工藤博幸、斉藤恒雄：“円すいビーム投影を用いた３次元ヘリカルスキャンＣＴ”、信学論（Ｄ−１１）、Ｖｏｌ．Ｊ７４−Ｄ−II、Ｎｏ．８、ｐｐ−１１０８−１１１４、１１９１年８月」参照）。上述した第１の従来例では、体軸に斜めに入射するＸ線を平行なものと見做すという近似を行って３次元画像再構成を行っているが、Ｘ線源が動く円周を含む平面から遠い平面では、かかる近似の精度が低下し、再構成誤差が大きくなる。第２の従来例では、従来のファンビーム投影を用いたヘリカルスキャンを、円すいビーム投影を用いた測定系に適合させて、かかる誤差増大を防止し、高速にデータ収集できるようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｘ線管のＸ線曝射モードには、パルスＸ線を曝射するモード、および連続Ｘ線を曝射するモードがある。従来知られているコーンビームＣＴはパルスＸ線を前提として構成されているものが殆どであり、連続Ｘ線を用いた場合にどのように投影データを読み出すかについて、今まで、具体的な提案はなされていないのが現状であった。上述した第１および第２の従来例の提案も、いずれも、パルスＸ線を前提としたもので、連続Ｘ線に着目したものではない。
【０００８】
スキャンの更なる高速化の観点から、Ｘ線管にも、より短い時間内に所定の線量のＸ線を曝射することが求められている。パルスＸ線の場合、この要求に応えるための管球自体の技術的制約が伴い、連続Ｘ線の方が有利である。このため、今後は、連続Ｘ線が大いに使用される傾向にある。
【０００９】
コーンビームＣＴにおいて、連続Ｘ線を用いて高速にスキャンし、高分解能の画像を得ようとすると、投影データの読み出しに関する問題がネックとなる。解像力を確保するには、検出器のチャンネル数と列数が増やす必要があるから、そのようにすると、検出器からの透過Ｘ線の強度、すなわち投影データの読み出しに時間が掛かる。読み出しの間もＸ線管および検出器は移動（回転）しており、しかも、連続的にＸ線を曝射し続けている。
【００１０】
従来の問題の具体例（その１）
この辺の事情に関わる不都合の一例を図１８〜２０に示す。図１８に示す如く、Ｘ線検出器として、チャンネル方向にＮ個×列方向（スライス方向）にＭ個の複数のＸ線検出素子をマトリクス状に配して２次元検出器１０１を形成してあるとする。この２次元検出器１０１に対して、列方向に配置された１行分のＭ個のＸ線検出素子を順に読み出し、その後、次の列方向に配置された１行分のＭ個のＸ線検出素子を順に読み出す、という読み出し順を採用する。この場合、あるビューにおいて、第０チャンネルの１行分の読み出した投影データは、図１９（ａ）の矢印で描かれる期間にわたって検出器出力を積分した値になる。１チャンネル、２チャンネルと同様の読み出しが進んでいって、最後のＮ−１チャンネルの１行分を読み出した投影データは、図１９（ｂ）の矢印で描かれる期間にわたって検出器出力を積分した値になる。
【００１１】
同図（ａ），（ｂ）を比較すれば一目瞭然であるように、同一ビューでありながら、ビューアングルが異なってしまう。つまり、図２０に示す如く、本来のハードウエア幾何学とは異なり、実効焦点Ｆの位置が実焦点の位置よりも遠ざかり、検出器ピッチが細かくなったのと等価な状況になる。これとは反対に、同一ビューにおいて、最初に最終Ｎ−１チャンネルの１行分の素子列を順に読み込み、最後に初めの第０チャンネルの１行分の素子列を順に読み込みようにする場合、実効焦点Ｆの位置は実焦点位置よりも近くなり、コーンビームのチャンネル方向の角度（ファン角度）は実際の値よりも大きくなったのと等価な状況になる。
【００１２】
このように同一ビューでありながら実効焦点位置が異なるので、このまま従来の画像再構成法を実施したのでは、画質が劣化してしまう。
【００１３】
従来の問題の具体例（その２）
別の例を図２１〜２４に示す。この例は、図２１に示す如く、上述のように構成した２次元検出器１０１に対して、チャンネル方向に配列された列のＮ個のＸ線検出素子から列毎に順に投影データを読み出す。ＤＡＳには、例えば、特開平８−１４０９６２号公報記載の図７に示す如く、チャンネル毎にデータ読み出しのスイッチング手段を設ける。このため、図２１のチャンネル方向に沿った列毎の読み出しの場合、各列の素子間の読み出しに掛かる時間差は無視できる。したがって、各列毎の実効的ファン角度や実効的焦点軌道半径は、実際のハードウエア幾何学と殆ど同等と見做すことができる。
【００１４】
しかしながら、各列毎に投影角度位置が異なってしまう。この投影角度位置は、一例として、検出出力の積分期間における中心時刻の線源位置と決めることができる。また、Ｘ線管および検出器の１回転当たりの所定のビュー数Ｋを得るようにスキャンがコントロールされるとする。つまり、全ての列の読み出しは「１回転の時間／Ｋ」の間に多少の余裕をもって（しかし、きっかりに）終了するとする。この状況下での、全ビューＫ＝０〜７に対する、第０列の投影データ読み出し時の実効焦点位置を図２２（ａ）に、第１列のそれを同図（ｂ）に、さらに最終の第Ｍ−１列のそれを同図（ｃ）にそれぞれ示す。
【００１５】
この場合も、図から明らかなように、同一ビュー内でありながら、実効焦点位置が列毎に変化してしまう。これは、独立したスライスの面再構成ならばさほど気になる問題ではないが、コーンビームＣＴの場合にはコーン角再構成であって、各面が独立していない。線源位置がずれているのを無視してFeldkamp再構成を行うと、画像が単に回転する程度のことでは収まらない。
【００１６】
例えば、図２３に示す画像再構成領域Ｒｒｅｃ中の黒丸で示すボクセルに対しては、実効焦点Ｆが図面上の上側にあるビュー（Ｕ）の状態での投影のときには、最後に読み出す列のデータが寄与し、下側にあるビュー（Ｌ）の状態での投影のときには、比較的最初に読み出す列のデータが寄与する。読み出すタイミングがnominal 時刻からずれる程度が列毎に異なるから、注目するボクセルに対する投影角ピッチがビュー毎に少しずつ変化してしまう。図２３の黒丸のボクセルに寄与する投影データは、例えば、図２４で示すビュー毎の線源位置で収集されたものである。投影角ピッチが不均等になっている。
【００１７】
この不均等ピッチ自体が好ましいことではない。ビュー数自体が不足気味なのに、疎な投影方向（粗い投影角ピッチ）があると、ビュー不足に由来するアーチファクトが出現し易い。このアーチファクトを処理しようとすると、それだけ補正対策も増える。
【００１８】
一方、２次元検出器を成す全てのＸ線検出素子に対してＤＳＡの収集回路を接続する全素子同時読出しの構成を採用することも考えられる。しかし、上述したように、コーンビームＣＴの場合、２次元検出器であり、しかもＸ線検出素子数が多くなる。例えばチャンネル方向の素子数は１０００個程度装備するのが普通であるから、スライス方向の素子数ｎと合わせて、１０００×ｎ個になる。この全素子を並列にＤＡＳに接続し、並列の収集回路を設置することは、ＤＡＳの回路規模が大きく成り過ぎて、部品コストが極めて高くなるとともに、ＤＡＳ自体に高速処理が要求されるので、実際上は、殆ど実用に供し得ないという状況にある。
【００１９】
本発明は、上述したコーンビームＣＴが直面する問題に鑑みてなされたもので、連続Ｘ線を用いてコーンビームでスキャンを行うときに、ＤＡＳの実用的な回路規模を維持しつつ、スキャン時間を格別に長期化させないで、投影データの収集タイミングのずれに起因した実効パスのずれの影響を排除して、歪みの少ない、高分解能な投影データを確実に収集することを、その目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項記載の発明に係るＸ線ＣＴスキャナは、Ｘ線を連続的に曝射するＸ線源を有し、このＸ線をコーンビーム状のＸ線に整形して被検体に向けて照射するＸ線照射手段と、前記被検体を透過してきたＸ線を検出する複数のＸ線検出素子を２次元的に配列した２次元検出器と、前記Ｘ線照射手段および前記２次元検出器の少なくとも一方と前記被検体との間を相対的に移動させて前記Ｘ線をスキャンさせるスキャン手段と、前記２次元検出器が検出した前記透過Ｘ線の強度を投影データとして収集する収集手段と、前記複数のＸ線検出素子の収集に関わるＸ線実効パスに拠る前記Ｘ線源の仮想的な実効焦点位置を求めて前記投影データと前記仮想的な実効焦点位置とに基づき画像データを再構成する再構成手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
好適には、前記２次元検出器は、前記複数のＸ線検出素子をマトリクス状に配置するとともに、そのマトリクス配置の一方向を列方向に設定し且つこの方向に直交する方向をチャンネル方向に設定した構造の検出器であり、前記収集手段は、前記列方向に沿った１行の前記素子並びに属するＸ線検出素子の検出信号を順次、読み出し、この読出しを行毎に繰り返す列方向優先読出しを行う手段である。
【００２２】
この場合、例えば、前記収集手段は、前記マトリクス状に配置した複数のＸ線検出素子の内、前記チャンネル方向において分けた複数領域のそれぞれにて並行して前記列方向優先読出しを行う手段である。前記収集手段は、前記複数領域それぞれの前記列方向優先読出しを同一の前記列方向に沿って領域間で対称に行う手段であってもよい。また、前記再構成手段は、複数ビューにわたって前記複数領域から収集された投影データ群の中から前記実効焦点位置がほぼ位置する組み合わせとなる、異なるビュー間の投影データを組み合わせてフルチャンネルの投影データを作成する手段を有していてもよい。例えば、前記スキャン手段は、前記スキャンを一定範囲を越えた所定範囲まで余分にスキャンするオーバースキャンを実施する手段である。
【００２３】
また、好適な別の一例としては、前記２次元検出器は、前記複数のＸ線検出素子をマトリクス状に配置するとともに、そのマトリクス配置の一方向を列方向に設定し且つこの方向に直交する方向をチャンネル方向に設定した構造の検出器であり、前記収集手段は、前記チャンネル方向に沿った１列の前記素子並びに属するＸ線検出素子の検出信号を順次、読み出し、この読出しを列毎に繰り返すチャンネル方向優先読出しを行う手段である。例えば、前記収集手段は、前記マトリクス状に配置した複数のＸ線検出素子の内、前記列方向において分けた複数領域のそれぞれにて並行して前記チャンネル方向優先読出しを行う手段である。
【００２４】
さらに別の好適な一例としては、前記スキャン手段は、前記Ｘ線をほぼパラレルビームの状態で照射させる手段であり、前記再構成手段は、そのＸ線に応答して前記収集手段により収集された投影データからパラレルビューの画像データを作成する手段である。
【００２５】
さらにまた、別の好適な一例としては、前記再構成手段は、前記複数のＸ線検出素子のそれぞれに投影したＸ線パスがスキャン回転軸に垂直な面に投影したときにパラレルになるように前記再構成を行う手段である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００２７】
第１の実施形態
第１の実施形態に係るＸ線ＣＴスキャナを図１〜図７を参照して説明する。
【００２８】
図１〜３に示すＸ線ＣＴスキャナは、ガントリ１、寝台２、制御キャビネット３、電源４、および各種のコントローラ３１〜３３を備え、例えばＲ−Ｒ方式で駆動するようになっている。このコントローラとしては、図３に示す如く、高電圧コントローラ３１、架台コントローラ３３、および寝台コントローラ３２が備えられる。
【００２９】
ここで、図１、２に示す如く、寝台２の長手方向を列方向（または回転軸方向、またはスライス方向）Ｚとして、これに直交する２方向をチャンネル方向Ｘおよびビーム曝射方向Ｙとしてそれぞれ定義する。
【００３０】
寝台２の上面には、その長手方向（列方向Ｚ）にスライド可能に支持された状態で天板２ａが配設されており、その天板２ａの上面に被検体Ｐが載せられる。天板２ａは、サーボモータにより代表される寝台駆動装置２ｂの駆動によって、ガントリ１の診断用開口部（図示せず）に進退可能に挿入される。寝台駆動装置２ｂには、寝台コントローラ３２から駆動信号が供給される。寝台２はまた、天板２ａの寝台長手方向の位置を電気信号で検出するエンコーダなどの位置検出器（図示せず）を備え、この検出信号を寝台制御用の信号として寝台コントローラ３２に送るようになっている。
【００３１】
ガントリ１は、図１および３に示す如く、その内部に略円筒状の回転フレーム９を有する。回転フレーム９の内側には上述の診断用開口部が位置する。また回転フレーム９には、上記診断用開口部に挿入された被検体Ｐを挟んで互いに対向するようにＸ線管１０及びＸ線検出器としての２次元検出器１１が設けられている。さらに、回転フレーム９の所定位置には、図３に模式的に示す如く、高電圧発生器２１、プリコリメータ２２、ポストコリメータとしての散乱線除去コリメータ２３、データ収集装置（ＤＡＳ）２４、および架台駆動装置２５が備えられる。
【００３２】
この内、Ｘ線源として機能するＸ線管１０は例えば回転陽極Ｘ線管の構造を成し、高電圧発生器２１からフィラメントに電流を連続的に流すことによりフィラメントが加熱され、熱電子がターゲットに向かって放出される。この熱電子はターゲット面に衝突して実効焦点が形成され、ターゲット面の実効焦点の部位からＸ線ビームが拡がりを持って連続的に曝射される。
【００３３】
高電圧発生器２１には、低圧スリップリング２６を介して電源装置４から低電圧電源が供給されるとともに、光信号伝送システム２７を介して高電圧コントローラ３１からＸ線曝射の制御信号が与えられる。このため、高電圧発生器２１は、供給される低圧電源から高電圧を生成するとともに、この高電圧から制御信号に応じた連続的な管電圧を生成し、これをＸ線管１０に供給する。
【００３４】
プリコリメータ２２はＸ線管１０と被検体Ｐとの間に、またポストコリメータとしての散乱線除去コリメータ２は被検体Ｐと２次元検出器１１との間にそれぞれ位置する。プリコリメータ２２は、例えば列方向Ｚに一定幅の例えばスリット形状の開口を形成する。これにより、Ｘ線管１０から曝射されたＸ線ビームの列方向Ｚの幅を制限して、例えば２次元検出器１１の複数の検出素子列に対応した所望スライス幅のコーンビームを形成する。
【００３５】
Ｘ線管１０と２次元検出器１１は回転フレーム９の回転によってガントリ１内で、診断用開口部における軸方向の回転中心軸の周りに対向状態で回転可能になっている。
【００３６】
また２次元検出器１１は、複数の検出チャンネルを有する検出素子１１ａの列を「列」方向（「スライス」方向）に複数列配した検出器で成る（図１参照）。各検出素子１１ａの検出部は、一例として、入射Ｘ線を一度、光信号に変換し、この光信号を電気信号に変換するシンチレータおよびフォトダイオードの固体検出器で成る。また、この各検出素子１１ａには、電荷蓄積部（サンプルホールド）が設けられている。このため、この２次元検出器１１は、この電荷蓄積部をＤＡＳ２４のスイッチ群で順に選択して電荷読出しを行い、これにより透過Ｘ線の強度を表す信号（投影データ）を検出する構造になっている。
【００３７】
なお、各検出素子１１ａとしては、入射Ｘ線を直接に電気信号に変換する方式のセンサ（Ｉ．Ｉ．など）を用いてもよい。
【００３８】
ＤＡＳ２４は、スイッチ群の切換により、各検出素子１１ａから検出信号を順次読み出し、Ａ／Ｄ変換（電圧に変換してサンプリング）する、いわゆるフィルタＤＡＳの構造になっている。
【００３９】
これを行うため、ＤＡＳ２４は、検出器１１が２次元（平面）検出器であることを考慮して、Ｎチャンネル数分の列選択部２４Ａ1 …２４ＡN と、１個のチャンネル選択部２４Ｂと、１個のＡ／Ｄ変換器２４Ｃと、制御回路２４Ｄとを備える。
【００４０】
制御回路２４Ｄは、後述するように各種の切換制御信号を列選択部２４Ａ1 …２４ＡN 、チャンネル選択部２４Ｂ、およびＡ／Ｄ変換器２４Ｃに供給する一方で、２次元検出器１１の各検出素子１１ａの電荷蓄積部にも、蓄積制御信号Ｓcontを供給するようになっている。これにより、各検出素子１１ａは、図５に示す如く、その素子が選択されていない場合にはリセット期間以外で電荷蓄積（つまりデータ計測）を行う第１の動作モードと、その素子が選択された場合には電荷送出（つまりデータ読出し）行う第２の動作モードとを択一的に実行できる。
【００４１】
列選択部２４Ａ1 …２４ＡN は、「Ｎチャンネル×Ｍ素子」の検出信号（Ｎ，Ｍは「１」より大きい正の整数）から行選択信号Ｓselcに応じて、割り当てられたチャンネルの各列の検出信号を択一的に選択する。列選択信号Ｓselcは制御回路２４Ｄから供給される。検出された各チャンネルの投影データは、チャンネル選択部２４Ｂに送られる。チャンネル選択部２４Ｂには制御回路２４Ｄからチャンネル選択信号Ｓchanが供給されているので、この選択信号で指定されたチャンネルの投影データのみが次段のＡ／Ｄ変換器２４Ｃに送られる。
【００４２】
このＡ／Ｄ変換器２４Ｃには制御回路２４Ｄから読出し信号Ｓreadを含む各種の制御信号が供給される。このため、Ａ／Ｄ変換器２４Ｃは、読出し信号Ｓreadの到来時に、選択された行および列の検出信号をＡ／Ｄ変換し、投影データとしてＤＡＳ２４から順次出力する。この出力された投影データはデータ伝送部２８に送られる。
【００４３】
制御回路２４Ｄは例えばＣＰＵを備えて構成され、メインコントローラ３０の制御の元にデータ収集に必要な制御信号を生成し、出力する。
【００４４】
図３に戻って、データ伝送部２８はガントリ１内の回転側と固定側の信号経路を接続するもので、ここでは一例として、非接触で信号伝送する光伝送システムが使用される。なお、このデータ伝送部２８としてスリップリングの構造を用いてもよい。このデータ伝送部２８を介して取り出されたデジタル量の投影データは制御キャビネット３の後述する補正ユニットに送られる。
【００４５】
さらに、架台駆動装置２５はガントリ１内の回転側要素全体を回転フレーム９を、その中心軸周りに回転させるモータおよびギア機構などを備える。この架台駆動装置２５には、架台コントローラ３３から駆動信号が与えられる。
【００４６】
高電圧コントローラ３１、寝台コントローラ３２、および架台コントローラ３３は、信号的にはガントリ１および寝台２と制御キャビネット３との間に介在し、後述するメインコントローラからの制御信号に応答して、それぞれが担当する負荷要素を駆動する。
【００４７】
制御キャビネット３は、システム全体を統括するメインコントローラ３０のほか、メインコントローラ３０にバスを介して接続された補正ユニット３４、データ保存ユニット３５、再構成ユニット３６、表示プロセッサ３７、ディスプレイ３８、および入力器３９を備える。
【００４８】
補正ユニット３４は、メインコントローラ３０からの処理指令に応じて、ＤＡＳ２４から送られてくるデジタル量の投影データに、オフセット補正やキャリブレーション補正などの各種の補正処理を施す。この補正処理された収集データは、メインコントローラ３０の書き込み指令によって、データ保存ユニット３５に一旦格納・保存される。この保存データは、メインコントローラ３０の所望タイミングでの読み出し指令に応じてデータ保存ユニット３５から読み出され、再構成ユニット３６に転送される。再構成ユニット３６は、メインコントローラ３０の管理下において、再構成用の収集データが転送されてきた段階で、例えばコンボルーションバックプロジェクション法に基づきコーンビームに対する再構成処理を行い、３次元領域の画像データを生成する。
【００４９】
この画像データは、メインコントローラ３０の制御の元、必要に応じてデータ保存ユニット３５に保存される一方、表示プロセッサ３７に送られる。表示プロセッサ３７は、画像データにカラー化処理、アノテーションデータやスキャン情報の重畳処理などの必要な処理を行い、ディスプレイ３８に供給する。ディスプレイ３８により画像データがＤ／Ａ変換され、断層像として表示される。入力器３９は、スキャン条件（スキャン部位及び位置，スライス厚，Ｘ線管電圧及び電流、被検体に対するスキャン方向などを含む）、画像表示条件などの指令をメインコントローラ３０に与えるために使用される。
【００５０】
このＸ線ＣＴスキャナにおいて、Ｘ線管１０および２次元検出器１１はＲ−Ｒ方式で回転駆動され、マルチスキャンまたはヘリカルスキャンなどのスキャン法でＸ線投影される。この回転駆動の間、Ｘ線管１０からはＸ線が連続的に被検体に向けて曝射される。この連続Ｘ線はプリコリメータ２２によりコーン状に整形され、コーンビームとして被検体に照射される。被検体を透過したＸ線は２次元検出器１１で検出され、以下のように読み出される。
【００５１】
いま、図６に示す如く、２次元検出器１１は、チャンネル方向にＮ個×列方向（スライス方向）にＭ個の複数のＸ線検出素子をマトリクス状に配して形成してあるとする。この２次元検出器１１に対して、列方向に沿って配置された１行分のＭ個のＸ線検出素子を順に読み出し、その後、次の列方向に沿って配置された１行分のＭ個のＸ線検出素子を順に読み出すという「列方向優先読出し方式」を採用するとする。この列方向優先読出し方式は、ＤＡＳ２４において、制御回路２４Ｄが各部に供給する制御信号Ｓcont、Ｓselc、Ｓchan、Ｓreadのタイミングを、列方向の読出しがチャンネル方向のそれよりも優先するように制御することで達成される。
【００５２】
具体的には、第６図に示す如く、第１チャンネルの列選択部２４Ａ1 に第１行を選択させ、同時に、チャンネル選択部２４Ｂに第１列を選択させる。次いで、第１チャンネルの列選択部２４Ａ1 に第１行を選択させ、同時に、チャンネル選択部２４Ｂに第２列を選択させる。以下、同様にして順次、列方向の読出しを行う。そして、第１チャンネルの列選択部２４Ａ1 に第１行を選択させ、同時に、チャンネル選択部２４Ｂに第Ｍ列を選択させて、第１行第Ｍ列の読出しが終わると、今度は、第２チャンネルの列選択部２４Ａ2 に第２行を選択させ、同時に、チャンネル選択部２４Ｂに第１列を選択させる。以下同様にして第２行目の列方向の読出しを行う。これをチャンネル方向に繰り返す。
【００５３】
これにより、図６の矢印で示す如く、２次元検出器１１の同一チャンネル毎に行方向に沿って検出信号（投影データ）が順次読み出される。この列方向優先読出し方式のときの時間とレイ角との関係を図７に示す。レイ角は図８に示すように、実効焦点Ｆから各Ｘ線検出素子へのＸ線パスの角度であり、レイ角＝β＋γで表される。図８における座標原点Ｏはガントリ回転中心に合わせ、同図は列方向に沿って見た座標軸を表す。
【００５４】
読み出された投影データは、データ伝送部２８を通って補正ユニット３４に送られる。補正ユニット３４で各種の補正を受けた後、データ保存ユニット３５にビュー毎に保存される。再構成ユニット３６は、この保存データに対して３次元の再構成処理を例えば３次元のＣＢＰ法またはこのＣＢＰ法に準じた各種の再構成法に基づき行う。この再構成処理の際、ハードウエア幾何学的で決まっている実際の実効焦点位置ではなく、仮想的な実効焦点位置（実効的なレイ位置）から逆投影する。この理由は、以下に拠る。
【００５５】
図７に示す如く、この列方向優先読出し方式では、あるビューの第１列〜第Ｍ行の読出し時間のそれぞれは、全チャンネルにまたがり、長い時間を要する。このため、前述した１９、２０で説明したように、実効焦点位置が遠ざかるか（ファン角度は実際より小さくなり）又は近くなり（ファン角度は実際よりも大きくなる）、本来のハードウエア幾何学とは異なる。このため、このまま再構成したのでは、従来と同様の問題を生じる。
【００５６】
そこで、再構成ユニット３６は、以下の手順で再構成処理を行う。
【００５７】
（１）列毎の仮想実効焦点位置を、各列の検出素子Ａ〜Ｎ（図６参照）の読み出し時刻に合わせて計算する。チャンネル方向の１列目の素子はＡ1 ，Ｂ1 ，…Ｎ1 、２列目の素子はＡ2 ，Ｂ2 ，…Ｎ2 、…、第Ｍ列目の素子はＡm ，Ｂm ，…Ｎm であるから、各素子に読み出し時刻に合わせて、各列毎の仮想実効焦点位置を計算する。
（２）列毎に、仮想実効焦点位置、仮想ファン角を使って各素子の収集位置を補正して定義する。
（３）列毎に、コンボリューションを実行する。
（４）逆投影データの算出に用いる複数の検出素子列に対応する複数の仮想実効焦点位置から所定のルール（例えば、その算出に使った重み付けに従うルール）でボクセル毎に計算した仮想実効焦点位置と仮想検出器位置で逆投影を行う。
【００５８】
これにより、列毎に異なる仮想実効焦点位置が補正され、逆投影処理が行われる。したがって、スキャン時間を格別に長期化させないで、投影データの収集タイミングのずれに起因した実効パスのずれの影響を排除して、歪みの少ない、高分解能な投影データを確実に収集することができる。また、ＤＡＳにおいては、全ての素子に対して収集回路を独立して設ける訳ではないので、実用的な回路規模に抑制でき、回路部品コストを押さえることができる。また、連続Ｘ線を用いているため、パルスＸ線に比べ、短い時間に所定の線量を曝射できる。
【００５９】
この実施形態の変形例を図９に示す。上述の実施形態において、投影角ピッチが大きいと、並行ビームに近くなり、極端に大きい場合には並行ビームになる。現実的な投影角ピッチであっても、次のビュー、あるいは更に次のビューと、離れたビューのデータまで利用すると、補間無しのパラレルビームに近い幾何学的配置が可能になる。このパラレルビューと見做せる状態のときには、例えば特開平１０−４３１７５号公報で提案されているように、ビームとスライスとの間の間隔に依存する重みに基づき、重み付け関数を簡潔なフーリエ級数で近似し、パラレル再構成するようにしてもよい。
【００６０】
第２の実施形態
第２の実施形態に係るＸ線ＣＴスキャナを図１０〜１１に基づき説明する。
【００６１】
この実施形態のＸ線ＣＴスキャナの構成は、第１の実施形態のものと同一である。ただし、２次元検出器１１からの検出データの読み出しを、「列方向優先読出し法」から「チャンネル方向優先読出し法」に代える構成を採る。
【００６２】
このチャンネル方向優先読出し法は、前述した図２１と同様に、２次元検出器１１に対して、図１０の矢印で示す如く、チャンネル方向に配列された列のＮ個のＸ線検出素子をその列毎に順に投影データを読み出す方法である。
【００６３】
この「チャンネル方向優先読出し法」は、ＤＡＳ２４において、以下の手順で実行される。第１チャンネルの列選択部２４Ａ1 において第１列が選択され、同時に、チャンネル選択部２４Ｂにおいて第１行が選択される。次に、第２チャンネルの列選択部２４Ａ2 においても第１列が選択され、同時に、チャンネル選択部２４Ｂにおいて第２行が選択される。以下、順に、第１列の第Ｎ行まで収集される。このため、第１列の投影データがチャンネル毎にＡ／Ｄ変換器２４Ｃから順次出力される。第２列、第３列、…第Ｍ列についても同様に順次、繰り返される。
【００６４】
「チャンネル方向優先読出し法」の場合、チャンネル方向に沿った１列の素子列はほぼ同時に読み出され、「列」方向に沿った１行の素子並びがその素子毎に僅かずつタイミングを異にするだけであるから、各列の素子全体としては時間差無しと考えることができる。したがって、各列毎の実効的ファン角度や実効的焦点軌道半径は、実際のハードウエア幾何学と殆ど同等を見做すことができる。
【００６５】
図１１に、チャンネル方向優先読出しの場合の、時間Ｔとレイ角（＝β＋γ：図８参照）との関係を各列の読出しをパラメータとして示す。
【００６６】
しかし、各列毎に投影角度位置が異なってしまう。このため、このまま投影データを再構成処理すると、前述した図２２〜２４で説明したように、投影角ピッチが不均等になって、ビュー不足に由来するアーチファクトが出現し易い。
【００６７】
そこで、本実施形態では、Feldkamp再構成法などのようにＣＢＰ法に準じる再構成法を以下のように変形して再構成処理を行う。つまり、コンボリューションなど逆投影以外の列毎に独立した演算は列毎に処理し、逆投影など複数の列が関連する処理（通常は２チャンネル、２列で合計４点のデータ補間を行う。３列以上で６点以上のデータを用いて補間することもある。）は各々の列のデータ収集時のＸ線源位置を加味して行う。
【００６８】
すなわち、従来の再構成法とは異なり、列毎に少しずつ異なる線源位置から逆投影を行う。具体的には、列毎に仮想実効焦点を求め、実効パスに沿った方向に重み付けして逆投影する。または、逆投影する複数のデータに対応する複数の仮想実効焦点から実効焦点位置を計算して逆投影してもよい。その実効焦点位置の計算には、例えばデータの重みに応じて仮想実効焦点を角度方向に重み付け補間した位置として求める方法がある。
【００６９】
また、これに代えて、第１の実施形態のときと同様に、
（１）列毎に、仮想実効焦点位置、仮想ファン角を使って各素子の収集位置を補正して定義する、
（２）列毎に、コンボリューションを実行する、
（３）逆投影データの算出に用いる複数の検出素子列に対応する複数の仮想実効焦点位置から所定のルール（例えば、その算出に使った重み付けに従うルール）でボクセル毎に計算した仮想実効焦点位置と仮想検出器位置で逆投影を行う、という手順で再構成を行ってもよい。
【００７０】
これにより、列毎に異なる仮想実効焦点位置が補正され、逆投影処理が行われる。したがって、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００７１】
第３の実施形態
第３の実施形態を図１２〜１５に基づき説明する。
【００７２】
この実施形態は、第１の実施形態で説明した「列方向優先読出し法」を更に発展させたもので、より高速化を図るため、「分割・列方向優先読出し法」を採用する。
【００７３】
一例として、図１２に示す如く、２次元検出器１１のマトリクス状の複数の検出素子に対して、その半分ずつの前半、後半の領域を２系統同時の並列読み出しを行うものである。列方向に沿った第１行の素子列と第Ｇ行の素子列から同時に出発して、行毎に投影データを読み出す。この読出しは、ＤＡＳ２４において半分のチャンネル毎に、第１の実施形態のときと同様のスイッチ回路群を形成し、この２系統のスイッチ回路群を同様にコントロールすることで達成される。
【００７４】
この場合、前半のチャンネルの実効線源位置と後半のチャンネルの線源位置はそれぞれ別の位置になる（図１３参照）。逆投影はそれぞれの線源位置から行うとしても、全チャンネルのデータが不連続であるので、コンボリューションに不具合が生じる。
【００７５】
そこで、本実施形態では、ある投影データの読出しが終わって、次の投影データの読出しに移行するまでの時間マージン（読出しタイミングマージン）が読出し期間よりも十分に短く設定してある。この場合、あるビューの前半のチャンネルの実効焦点位置と、次のビューの後半のチャンネルの実効焦点位置とは、同一ビューのそれらよりも、時間的に相当に近くなる（図１４の点線および図１５参照）。
【００７６】
そこで、再構成ユニット３６は、あるビューの前半のチャンネルと次のビューの後半のチャンネルの投影データを１組にして（図１４の点線で結ばれる投影データ同士を１組として）、前述したFeldkamp再構成法やこれに準じた再構成法に基づくコンボリューションと逆投影に使用する。これによって、第１の実施形態のときと同等の作用効果を得るほか、２分割・列方向優先読出しであるので、その分、データ読出しが高速化されるとともに、時間的に異なるデータ群を複数群、組み合わせて実効線源位置の相違が少ないフルチャンネル分の投影データを用意することができ、これにより、好適な画像再構成が可能になる。
【００７７】
なお、この第３の実施形態に対しても種々の変形が可能である。例えば、上述した２分割の列方向優先読出し（並列読出し）でなく、３分割または４分割であってもよい。これにより、近傍のビューデータと組み合わせて、実効焦点位置のほぼ近いフルチャンネル分の投影データの組が得られる。
【００７８】
また、読出しタイミングマージンと読出し期間とがほぼ匹敵する場合でも、適宜な組み合わせが有利である。
【００７９】
さらに別の変形はビュー数に関する。上述の実施形態は１回転に特定ビュー数の投影データを得ることを前提として構成したので、読出しタイミングマージンの存在を考慮するとした。しかし、ビュー数が不足気味の場合、一定のビュー数のスキャンに拘束されずに、回路が間に合う限り、時間一杯、読出しを繰り返し続けるという構成も可能である。ガントリの回転速度のふらつきなどに因り、１回転当たりのビュー数は不定になるが、その不定ビュー数はシステム側で認識させる。これにより、組み合わせる投影データの実効線源位置をうまく重ねることができる。
【００８０】
さらに別の変形例は、オーバースキャンに関する。上述した実施形態のように、投影データを組み合わせてフルチャンネル分、作成する場合、通常、最初のビューで読み出した投影データの後半部分は、その次のビューで読み出した投影データの前半部分と組み合わせることが時間的差の面から有利である。しかし、１回転の間に被検体の体動が生じた場合、コンボリューションに供する投影データの真ん中に不連続が生じることになる。この不連続を回避するには、僅かずつオーバースキャンを実施すればよい。ここで「オーバースキャン」とは、必要な回転範囲より僅かに越えて、例えば１回転よりも僅かに越えてスキャンし、重複した投影データの収集を行うことである。このオーバースキャンによって得られた投影データは重み付け補間に利用するか、あるいはいずれか適切な方のデータを選択すればよい。このオーバースキャンは、マルチスキャンのみに適用され、メインコントローラ３０および架台コントローラ３３が共働して行う。
【００８１】
第４の実施形態
第４の実施形態を図１６〜１７に基づき説明する。
【００８２】
この実施形態は、第２の実施形態で説明した「チャンネル方向優先読出し法」を更に発展させたもので、より高速化を図るため、「分割・チャンネル方向優先読出し法」を採用する。
【００８３】
一例として、図１６に示す如く、２次元検出器１１のマトリクス状の複数の検出素子に対して、その半分ずつの前半、後半の領域を２系統同時の並列読み出しを行うものである。チャンネル方向に沿った第１列の素子列と第Ｇ列の素子列から同時に出発して、列毎に投影データを読み出す。この読出しは、ＤＡＳ２４において、半分のチャンネル毎に第２の実施形態のときと同様のスイッチ回路群および制御法を採る２系統の回路構成で達成される。
【００８４】
この場合、例えば、前述した図２３の黒丸で示すボクセルに寄与する列の収集タイミングは図１７に示すように、投影角ピッチの不均等さが大きくなるもののの（この図１７は、不均等であること自体を模式的に示すもので、計算して求めたビュー位置を示すものではない）、第２の実施形態と同様の再構成処理で対処できる。これにより、高速のスキャンを行える。
【００８５】
なお、上述した実施形態およびその変形例以外にも、本願発明の特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種の変形および変更が可能であることは勿論である。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＸ線ＣＴスキャナにあっては、２次元検出器の列方向またはチャンネル方向を優先してその検出信号を読み出し、複数のＸ線検出素子の収集に関わるＸ線実効パスに拠るＸ線源の仮想的な実効焦点位置を求めて投影データと仮想的な実効焦点位置とに基づき画像データを再構成するようにしたため、Ｘ線減から連続Ｘ線をさせ、かつ、コーンビームでスキャンを行うときに、ＤＡＳの実用的な回路規模を維持でき、スキャン時間を格別に長期化させず、投影データの収集タイミングのずれに起因した実効パスのずれの影響を排除して、歪みの少ない、高分解能な投影データを収集することができ、再構成画像の品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴスキャナのガントリ内のＸ線管と２次元検出器の位置関係を説明する図。
【図２】Ｘ線ＣＴスキャナの概略構成図。
【図３】実施形態に係るＸ線ＣＴスキャナの電気系の概略ブロック図。
【図４】ＤＡＳの概略構成を示すブロック図。
【図５】ＤＡＳの素子毎の電荷蓄積および電荷送出を示すタイミングチャート。
【図６】第１の実施形態における２次元検出器の列方向優先読出しを説明する図。
【図７】列方向優先読出しの場合の時間とレイ角の変化を示す図。
【図８】レイ角を説明する図。
【図９】第１の実施形態の変形例に係るパラレルビューを説明する投影状態の図。
【図１０】第２の実施形態における２次元検出器のチャンネル方向優先読出しを説明する図。
【図１１】チャンネル方向優先読出しの場合の時間とレイ角の変化を示す図。
【図１２】第３の実施形態の２次元検出器の分割・列方向優先読出しを説明する図。
【図１３】分割・列方向優先読出しを説明する投影状態の図。
【図１４】分割・列方向優先読出しを説明する投影状態の図。
【図１５】分割・列方向優先読出し方式に基づくビュー毎の時間差を説明する図。
【図１６】第４の実施形態の２次元検出器の分割・チャンネル方向優先読出しを説明する図。
【図１７】分割・チャンネル方向優先読出しを説明するビュー投影角の図。
【図１８】従来例に係る列方向優先読出しを説明する図。
【図１９】列方向優先読出しの問題を説明する図。
【図２０】列方向優先読出しの問題を説明する図。
【図２１】従来例に係るチャンネル方向優先読出しを説明する図。
【図２２】チャンネル方向優先読出しの問題を説明する図。
【図２３】チャンネル方向優先読出しの問題を説明する図。
【図２４】チャンネル方向優先読出しの問題を説明する図。
【符号の説明】
１ガントリ
３制御キャビネット
１０Ｘ線管
１１２次元検出器（Ｘ線検出器）
１１ａＸ線検出素子
２４ＤＡＳ
２４Ａ列選択部
２４Ｂチャンネル選択部
２４ＣＡ／Ｄ変換器
２４Ｄ制御回路
３０メインコントローラ
３１〜３３コントローラ

Claims

Ｘ線を連続的に曝射するＸ線源を有し、このＸ線をコーンビーム状のＸ線に整形して被検体に向けて照射するＸ線照射手段と、
前記Ｘ線を検出する複数のＸ線検出素子群をマトリクス状に配置するとともに、そのマトリクス配置の一方向を列方向に設定し且つこの方向に直交する方向をチャンネル方向に設定した構造の２次元検出器と、
前記Ｘ線照射手段および前記２次元検出器を前記被検体の周りに回転させてスキャンさせるスキャン手段と、
前記素子群のうちの前記列方向に沿った１行の素子列に基づくデータを素子毎に順次読み出し、この読出しを行毎に繰り返すことで、前記スキャンによる複数のビュー群における、前記素子群に基づく投影データの収集を行う際、前記素子群を前記チャンネル方向で複数の領域群に分割し、前記領域群としての第１領域に含まれる前記素子列に基づくデータと、前記領域群としての第２領域に含まれる前記素子列に基づくデータとを前記スキャンによる同一ビューで略同時に並列読み出しする多分割・列方向優先読出しを行う収集手段と、
前記投影データの収集に関わるＸ線実効パスに拠る前記Ｘ線源の仮想的な実効焦点位置を求めて前記投影データと前記仮想的な実効焦点位置とに基づき画像データを再構成する際、前記投影データのうち、前記ビュー群としての第１ビューにおける前記第１領域のデータと、前記第１ビューの次にデータが読み出される前記ビュー群としての第２ビューにおける前記第２領域のデータとを組み合わせてフルチャンネル分の前記投影データを生成する再構成手段と、を備えることを特徴とするＸ線ＣＴスキャナ。
請求項１記載の発明において、
前記収集手段は、前記多分割・列方向優先読出しを同一の前記列方向に沿って領域間で対称に行う手段であるＸ線ＣＴスキャナ。
請求項１記載の発明において、
前記スキャン手段は、前記スキャンを一定範囲を越えた所定範囲まで余分にスキャンするオーバースキャンを実施する手段であるＸ線ＣＴスキャナ。
請求項１記載の発明において、
前記スキャン手段は、前記Ｘ線を、比較的離れたビューのデータを利用することで得られる略パラレルのパラレルビームの状態で照射させる手段であり、前記再構成手段は、前記Ｘ線に応答して前記収集手段により収集された前記投影データからパラレルビューの画像データを生成する手段であるＸ線ＣＴスキャナ。