JP4715533B2

JP4715533B2 - 断層撮影装置

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Publication number: JP4715533B2
Application number: JP2006026118A
Authority: JP
Inventors: 明徳藤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007202845A

Description

この発明は、医療分野や、非破壊検査，ＲＩ（Radio isotope）検査などの工業分野などに用いられる断層撮影装置に関する。

従来、この種の装置として、被検体の体軸周りにＸ線管およびＸ線検出器を回転させるＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置がある。現在のＸ線ＣＴ装置では、図１６（ａ）のような一例あるいは図１６（ｂ）のような複数列の検出器Ｄを被検体Ｍの周りに回転させて、１枚あるいは複数枚の３次元の断層画像を取得する。これに対して、図１６（ｃ）に示すようなフラットパネル型検出器（以下、『ＦＰＤ』と適宜略記する）を用いて、断層画像を取得すれば、例えば１回転のデータで、あるボリュームの断層画像を取得することができる。

図１６（ａ）あるいは図１６（ｂ）のような列型検出器Ｄを用いる場合を例に採って説明すると、Ｘ線管ＴからＸ線が照射されると、図１７（ａ）に示すように散乱Ｘ線が他の断層面から発生する。そこで、図１７（ｂ）に示すようにスリットＳを配設して、散乱Ｘ線の混入を防いでいる。ところが、図１６（ｃ）のようなＦＰＤを用いる場合には、１画素の大きさが小さいので、図１７（ｂ）のようなスリットＳを使用することができない。一方で、Ｘ線透視撮影装置などで用いられているグリッドを使用して、散乱Ｘ線の削減は可能であるが、数十％程度の散乱Ｘ線が残る。また、グリッドを使用する場合には、信号として検出すべき直接Ｘ線の量をも減衰させる。

これに対して、ビームストップ・アレイ（以下、『ＢＳＡ』と適宜略記する）を用いて散乱Ｘ線を除去する手法がある（例えば、非特許文献１参照）。図１８にビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）の概略図を示す。図１８（ａ）に示すように、Ｘ線管ＴのＸ線照射側に、より具体的にはＸ線ビームＢの絞り角を制御するコリメータＣのＸ線照射側にビームストップ・アレイＢＳＡを配設する。ビームストップ・アレイＢＳＡは、図１８（ｂ）の側面図に示すように、例えば直径３ｍｍの鉛円板Ｐを８ｍｍのギャップをおいて並べたものである。

先ず、図１８（ａ）に示すようにビームストップ・アレイＢＳＡをセットして、被検体Ｍとしてファントムを撮影する。Ｘ線管Ｔから照射されたＸ線はコリメータＣおよびビームストップ・アレイＢＳＡを通って、フォントムである被検体Ｍを透過してＦＰＤなどに代表されるＸ線検出器Ｄで検出される。ビームストップ・アレイＢＳＡの鉛円板Ｐに対応するＦＰＤの位置では、直接Ｘ線は鉛円板Ｐで遮られるので、散乱Ｘ線のみがＦＰＤで検出される。

散乱Ｘ線による画像は低周波成分からなる画像であるので、鉛円板Ｐに対応する点の値から補間した画像を作成すれば、散乱Ｘ線の画像Ａ（ｐ）を取得することができる。次に、図１８（ａ）に示すビームストップ・アレイＢＳＡを除去して、再度、フォントムを撮影すれば、直接Ｘ線と散乱Ｘ線との和の画像Ｂ（ｐ）を取得する。この画像Ｂ（ｐ）から上述した画像Ａ（ｐ）を減算すれば、直接Ｘ線だけの画像を取得することができる。

かかる非特許文献１の手法をコーンビームＸ線ＣＴ装置に適用したものも報告されている（例えば、非特許文献２、３参照）。非特許文献１と同様に、ＢＳＡをセットして、一連のコーンビームＸ線ＣＴの投影データＣ（ｐ）を取得し、次にＢＳＡを除去して一連の投影データＤ（ｐ）を取得する。さらに一連の投影データＣ（ｐ）を用いて、鉛円板Ｐに対応する点の値から補間した一連の投影データＥ（ｐ）を取得する。そして、一連の投影データＤ（ｐ）からＥ（ｐ）を減算することで、散乱Ｘ線が除去された直接Ｘ線のみの断層画像を再構成することができる。

このようにＢＳＡを用いて散乱Ｘ線を除去した断層画像を取得することができるが、ＢＳＡをセットした場合と除去した場合との合計２回のデータを取得するために、各々の２回の撮像を行わなければならない。これは実臨床に使用するには大きな障害となる。

そこで、ＢＳＡに駆動機構を設けて、コーンビームＸ線ＣＴの一連の画像を取得する間に、Ｘ線検出器に対してＢＳＡの位置を相対的に動かすことにより、ＢＳＡを除去することで取得されるデータを使用することなく、ＢＳＡをセットした一連のデータＦ（ｐ）のみで直接Ｘ線の断層画像を再構成する手法が提案されている（例えば、非特許文献４参照）。

この手法では、取得されたＦ（ｐ）を用いて、鉛円板Ｐに対応する点の値から補間した一連の投影データＧ（ｐ）を取得する。次に、ＦＰＤ上の鉛円板Ｐに対応する位置の値を、周囲の値を用いて補間したデータＨ（ｐ）を取得する。このデータＨ（ｐ）は、ＢＳＡを除去することで取得される直接Ｘ線と散乱Ｘ線との和のデータに相当する。したがって、一連の投影データＨ（ｐ）からＧ（ｐ）を減算することで、散乱Ｘ線が除去された直接Ｘ線のみの断層画像に再構成することができる。

この手法によれば、ＦＰＤなどに代表されるＸ線検出器に対してＢＳＡを相対的に固定して一連のデータを取得して、同様の計算手法で断層画像を取得した場合には、アーティファクトが発生し、一連のデータの取得中にＢＳＡを相対的に駆動させて動かすことで、このアーティファクトを実害のない程度にまで抑制できるとしている。

このように、Ｘ線ＣＴ装置にＢＳＡをセットして、Ｘ線検出器に対してＢＳＡの位置を相対的に動かす駆動機構を設けることにより、ＢＳＡを除去したデータを取得することなく、ＢＳＡをセットした１回のデータ採取で断層画像を再構成することができる。なお、Ｘ線管に代表される照射源に対してＢＳＡに代表される放射線除去手段の位置を相対的に動かす構成が、かかる文献４で示されている。
S. Molloi: Scatter-Glare Estimation for Digital Radiographic Systems: Comparison of Digital Filtration and Sampling Techniques, IEEE Trans on Med Imaging, 17(6), 881-888, 1998 R. Ning: X-ray Scatter Suppression Algorithm For Cone Beam Volume CT, Proc. Of SPIE, 4682, 774-781, 2002 R. Ning: X-ray scatter correction algorithm for cone beam CT imaging, Med. Phys., 31(5), 1195-1202, 2004 Lei Zhu: X-ray scatter correction for cone-beam CT using moving blocker array, SPIE, 251-258, 2005

しかしながら、上述した非特許文献４をＸ線ＣＴのような断層撮影装置に適用した場合には、実際の装置に、かかるＸ線検出器などに代表される検出手段に対してＢＳＡに代表される放射線除去手段の位置を相対的に動かす駆動機構を設けるのは容易でない。また、非特許文献４でもシミュレーションによる報告のみであり、実測データによる結果は発表されていない。そこで、実際の断層撮影装置においても、検出手段に対して放射線除去手段の位置を相対的に動かす具体的な構造が望まれる。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出手段に対して放射線除去手段の位置を相対的に容易に動かすことができる構造を有した断層撮影装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、放射線を被検体に照射する照射源と、前記被検体に照射されて透過された前記放射線を検出する検出手段とを備え、検出手段で検出される投影データの一群より３次元の断層画像を取得する断層撮影装置であって、照射源から照射された放射線のうちから散乱放射線のみを残して他の放射線を除去する放射線除去手段と、前記照射源を囲む照射源用筐体を備え、検出手段と前記放射線除去手段とが互いに独立して駆動するとともに、照射源と前記照射源用筐体とを互いに独立して駆動させ、前記放射線除去手段は照射源用筐体に対して固定されるようにそれぞれを配設することで、照射源と放射線除去手段とが互いに独立して駆動するように構成することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、照射源から照射された放射線のうちから散乱放射線のみを残して他の放射線を除去する放射線除去手段と、検出手段とが互いに独立して駆動するように構成されている。その結果、検出手段に対して放射線除去手段の位置を相対的に容易に動かすことができる。なお、照射源と放射線除去手段とも互いに独立して駆動するように構成されているので、照射源に対しても放射線除去手段の位置を相対的に容易に動かすことができる。

また、請求項２に記載の発明は、放射線を被検体に照射する照射源と、前記被検体に照射されて透過された前記放射線を検出する検出手段とを備え、検出手段で検出される投影データの一群より３次元の断層画像を取得する断層撮影装置であって、照射源から照射された放射線のうちから散乱放射線のみを残して他の放射線を除去する放射線除去手段と、前記照射源を囲む照射源用筐体を備え、検出手段と前記放射線除去手段とが互いに独立して駆動して、前記照射源筐体の放射線照射側に前記放射線除去手段を配設することで、照射源と放射線除去手段とが互いに同一の駆動源で駆動するように構成することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、照射源から照射された放射線のうちから散乱放射線のみを残して他の放射線を除去する放射線除去手段と、検出手段とが互いに独立して駆動するように構成されている。その結果、検出手段に対して放射線除去手段の位置を相対的に容易に動かすことができる。なお、請求項２に記載の発明の場合には、上述した請求項１と相違して、照射源と放射線除去手段とが互いに同一の駆動源で駆動するように構成されているので、照射源とともに放射線除去手段が動く。

上述したこれらの発明の一例は、放射線除去手段は、放射線照射側に放射線を遮る複数の部材を所定位置に並べて構成されたものである（請求項３に記載の発明）。

また、上述したこれらの発明の他の一例は、この発明に係る断層撮影装置は、検出手段で検出された投影データに基づいて、放射線除去手段で除去された散乱線画像データおよび除去されていない放射線画像データを抽出して、放射線画像データから散乱線画像データを減算して、散乱放射線が除去された断層画像を取得するデータ処理手段を備えることである（請求項４に記載の発明）。このようなデータ処理手段を備えることで、散乱放射線によるアーティファクトが低減した断層画像を得ることができる。

この発明に係る断層撮影装置によれば、放射線除去手段と検出手段とが互いに独立して駆動するように構成されているので、その結果、検出手段に対して放射線除去手段の位置を相対的に容易に動かすことができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、各実施例１，２に係る断層撮影装置の概略構成を示した斜視図およびブロック図であり、図２は、各実施例１，２に係る断層撮影装置の断層軸を通る断面図であり、図３は、実施例１に係る走査フレームの断層軸を通る断面図であり、図４は、各実施例１，２に係る走査フレーム内の分解斜視図である。

後述する実施例２も含めて、本実施例１に係る断層撮影装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１０と、回転陽極型のＸ線管２０（図３および図４を参照）とフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、『ＦＰＤ』と適宜略記する）４０（図３〜図５を参照）とを収容する走査フレーム５０と、その走査フレーム５０を保持する略半円形状のフレーム保持部材６０と、そのフレーム保持部材６０をスライド移動可能に保持する基台７０とを備えている。基台７０は床面に固定して設置されている。

この他に、各実施例１，２に係る断層撮影装置は、ＦＰＤ４０で検出された一群の投影データに基づいてデータ処理を行うデータ処理部１と、ＦＰＤ４０で検出された一群の投影データやデータ処理部１で処理されたデータなどを記憶するメモリ部２と、オペレータが入力設定を行う入力部３と、投影データや断層画像を表示するモニタ４と、これらを統括制御するコントローラ５とを備えている。

データ処理部１は、後述するビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）２６で除去された投影データＧ（ｐ）（散乱線画像データ）および除去されていないデータＨ（ｐ）（放射線画像データ）を抽出して、投影データＨ（ｐ）からＧ（ｐ）を減算して、散乱Ｘ線が除去された断層画像を取得する。データ処理部１の具体的な機能については後述する。データ処理部１は、この発明におけるデータ処理手段に相当する。

メモリ部２は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体で構成されている。各実施例１，２では、ＦＰＤ４０で検出された一群の投影データやデータ処理部１で処理されたデータについてはＲＡＭに書き込んで記憶し、必要に応じてＲＡＭから読み出す。ＲＯＭには、各種の断層撮影を行うためのプログラム等を予め記憶しており、そのプログラムをコントローラ５が実行することでそのプログラムに応じたデータ処理や断層撮影を行う。

入力部３は、オペレータが入力したデータや命令をコントローラ５に送り込む。入力部３は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。コントローラ５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。

上述したデータ処理部１は、例えば上述したメモリ部２などに代表される記憶媒体のＲＯＭに記憶されたプログラムあるいは入力部３などに代表されるポインティングデバイスで入力された命令をコントローラ５が実行することで実現される。

断層軸Ｂは、被検体Ｍの関心部位Ｐ（図２〜図４を参照）を通る軸であり、後述する主走査の中心軸である。また、体軸Ａは、断層軸Ｂに直交して被検体Ｍの関心部位Ｐを通る軸の一つであり、後述する従走査の中心軸である。

図２に示すように、走査フレーム５０の背面側には、この走査フレーム５０を保持する略半円形状のフレーム保持部材６０を配設し、このフレーム保持部材６０の外周部には従走査用ベルト６１を付設している。基台７０の中央部には、溝が湾曲して形成されており、この溝には図示省略の駆動機構により回転駆動されるローラー６２を配設している。フレーム保持部材６０は、その従走査用ベルト６１がローラー６２に掛けられた状態で、基台７０の溝の内周面にスライド移動可能に保持されている。

図３、図４に示すように、走査フレーム５０内には、Ｘ線管２０やＦＰＤ４０のほかに、第１Ｘ線管用筐体２１と第２Ｘ線管用筐体２７と回転駆動モータ３１と回転駆動軸３２とＸ線管用ギア３３とＦＰＤ用ギア３４と回転テーブル４１と保持枠４２とＦＰＤ支持部材４３とを有している。なお、Ｘ線管用ギア３３とＦＰＤ用ギア３４の径は互いに等しいことが望ましい。

回転駆動モータ３１は、ギアを介して回転駆動軸３２に連結されている。この回転駆動軸３２は、Ｘ線管用ギア３３を介して、断層軸Ｂを中心として回転可能に設けられる第１Ｘ線管用筐体２１に連結されている。また、回転駆動軸３２は、ＦＰＤ用ギア３４を介して、断層軸Ｂを中心として回転可能に設けられる回転テーブル４１に連結されている。

第１Ｘ線管用筐体２１内には、その中心である断層軸Ｂから偏心した位置にＸ線管２０を有している。その第１Ｘ線管用筐体２１とともにビームストップ・アレイ（以下、『ＢＳＡ』と適宜略記する）２６を第２Ｘ線管用筐体２７がさらに囲っている。第２Ｘ線管用筐体２７は、この発明における照射源用筐体に相当する。なお、図４では、図面の便宜上、ＢＳＡ２６および第２Ｘ線管用筐体２７の図示を省略する。

Ｘ線管２０は回転陽極型を採用している。すなわち、熱電子を放出する陰極（フィラメント）２２と、その陰極２２から放出された熱電子の加速衝突でＸ線を発生させる陽極（ターゲット）２３と、その陽極２３をその中心周りに高速に回転させる高速回転軸２４と、高速回転軸２４を回動自在に支持するベアリング部２５とを備えている。高速回転軸２４を断層軸Ｂと平行に配設している。Ｘ線管２０は、この発明における照射源に相当する。

このＸ線管２０から、所定角度分開いた、いわゆる「コーンビーム」形状であるＸ線が照射される。このＸ線の中心軌道、言い換えれば、Ｘ線管２０の照射源位置（Ｘ線管球の焦点の位置ともいう）ＱとＦＰＤ４０とを結ぶ軌道を、照射軸Ｃと呼ぶ。そして、照射軸Ｃが被検体Ｍの関心部位Ｐを通過するように、Ｘ線管２０は位置決めされている。

回転テーブル４１は、その中心から偏心した位置に保持棒４１ａを有している。保持枠４２は４つの側面を有する枠体であり、保持枠４２の開口に保持棒４１ａを挿通している。この保持枠４２は、互いに対向する２つの側面を貫き、体軸Ａに平行な２本の保持枠保持棒４２ａを備えている。これら保持枠保持棒４２ａを走査フレーム５０に固定的に設置している。また、保持枠４２は、保持枠保持棒４２ａが貫通する部位にそれぞれ軸受けを備えており、体軸Ａ方向にのみスライド移動可能に構成される。

ＦＰＤ支持部材４３は、その内周面が回転自在な孔を有する軸受け４３ａを有し、この軸受け４３ａが保持棒４１ａに接合することで、回転テーブル４１に保持されている。また、ＦＰＤ支持部材４３の背面側には、保持枠４２の枠内に当接する背板４３ｂを備え、ＦＰＤ支持部材４３の方向が常に一定方向に向くように構成されている。さらに、ＦＰＤ支持部材４３は、その前面側においてＦＰＤ４０を支持する。このとき、ＦＰＤ４０が被検体Ｍを挟んで、Ｘ線管２０と対向するように、ＦＰＤ４０を支持している。

また、ＦＰＤ４０の一辺の長さをＦＳとすると、一辺の長さＦＳは、Ｘ線管２０の照射源位置Ｑの回転半径ＸＲと、Ｘ線管２０の回転中心から被検体Ｍの関心部位Ｐまでの距離ＳＯと、Ｘ線管２０の回転中心からＦＰＤ４０の検出面までの距離ＳＤとを用いて、下記（１）式で与えられる長さであることが望ましい。

ＦＳ＝２ＸＲ×ＳＤ／ＳＯ …… （１）
なお、ＦＰＤ４０の一辺の長さＦＳとしては、これに限らない。例えば、上記式（１）で与えられる以上の長さとしてもよい。

次に、ＦＰＤ４０について、図５を参照して説明する。図５は、ＦＰＤ４０の検出面の模式図である。ＦＰＤ４０は、平らな検出面を有する。各実施例１，２では、検出面は平面視、正方形である。ＦＰＤ４０は、図５に示すように、その検出面にはＸ線に有感な複数の検出素子ｄが行列状に配列されている。たとえば、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ程の広さの検出面に、縦１５３６個×横１５３６個の検出素子ｄが配列されている。ＦＰＤ４０は、この発明における検出手段に相当する。

次に、ＢＳＡ２６について、図６を参照して説明する。図６は、ＢＳＡ２６の概略構成を示した斜視図である。図６に示すように、第２Ｘ線管用筐体２７内のＸ線照射側の面に、例えば直径３ｍｍの鉛円板２６ａを８ｍｍのギャップをおいて格子状に並べてＢＳＡ２６を構成している。このように構成することで、ＢＳＡ２６の鉛円板２６ａに対応するＦＰＤ４０の位置では、直接Ｘ線は鉛円板２６ａで遮られる。なお、図６では、図面の便宜上、鉛円板２６ａを格子状に配列して構成されたＢＳＡ２６を第２Ｘ線管用筐体２７外のＸ線照射側の面に図示したが、実際には、図３に示すように第２Ｘ線管用筐体２７内のＸ線照射側の面にＢＳＡ２６を配設する。また、第２Ｘ線管用筐体２７外のＸ線照射側の面にＢＳＡ２６を配設してもよい。なお、各実施例１，２では、鉛円板２６ａは、ＦＰＤ４０を構成する検出素子ｄの行列方向に平行に格子状に配列されている。ＢＳＡ２６は、この発明における放射線除去手段に相当する。

次に、Ｘ線管２０、ＢＳＡ２６およびＦＰＤ４０の従走査について説明する。図２に示すように、基台７０の溝に配設されたローラー６２が、図示省略の駆動機構により回転駆動されて、従走査用ベルト６１を送る。これにより、フレーム保持部材６０および走査フレーム５０が、一体に体軸Ａ周りに往復回転移動する。これにより、断層軸Ｂを体軸Ａ周りに回転させるように、走査フレーム５０内のＸ線管２０とＦＰＤ４０とを移動させることができる。このようなＸ線管２０およびＦＰＤ４０の移動を従走査という。このとき、ＢＳＡ２６も、それを配設した第２Ｘ線管用筐体２７とともに体軸Ａ周りに往復回転移動して従走査を行う。なお、各実施例１，２では、断層軸Ｂが体軸Ａ周りに約１８０°回転可能に構成されている。

次に、Ｘ線管２０およびＦＰＤ４０の主走査について、図７を参照して説明する。図７は、Ｘ線管２０およびフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の主走査の動作を模式的に表した説明図である。なお、図７では、図面の便宜上、Ｘ線管２０の替わりにＸ線管２０の照射源位置Ｑを図示する。

図３、図４に示すように、走査フレーム５０内においては、回転駆動モータ３１が回転駆動軸３２を回転駆動する。回転駆動軸３２は、Ｘ線管用ギア３３を介して第１Ｘ線管用筐体２１を回転させるとともに、ＦＰＤ用ギア３４を介して回転テーブル４１を回転させる。

第１Ｘ線管用筐体２１の回転により、その内部に収容されるＸ線管２０は、断層軸Ｂを中心として回転する。このとき、第２Ｘ線管用筐体２７、およびそれのＸ線照射側に配設されたＢＳＡ２６を構成する鉛円板２６ａは、断層軸Ｂの回転を行わず固定された状態である。さらに、高速回転軸２４自体の回転により、Ｘ線管２０の陽極２３は、その高速回転軸２４を中心として回転する。したがって、Ｘ線管２０の照射源位置Ｑは、図７に示すように、円軌道に沿って移動する。

一方、図３、図４に示すように、回転テーブル４１の回転により、ＦＰＤ支持部材４３は、保持棒４１ａが断層軸Ｂに対して偏心している距離を半径とする円軌道上を移動する。このとき、ＦＰＤ支持部材４３の背板４３ａが保持枠４２に当接することにより、ＦＰＤ支持部材４３の向きが常に一定方向に向くように規制される。よって、ＦＰＤ支持部材４３は、円軌道に沿って平行に移動する。

ＦＰＤ４０は、このＦＰＤ支持部材４３と一体となって断層軸Ｂ周りを移動する。したがって、ＦＰＤ４０は、その検出素子ｄが並ぶ方向が体軸Ａと平行な状態を保ちつつ、図７に示すように、円軌道上を平行に移動する。このようなＸ線管２０およびＦＰＤ４０の移動を主走査という。

以上の説明から明らかなように、従走査に関しては、走査フレーム５０の体軸Ａ周りの回転移動により走査フレーム５０内のＸ線管２０、ＢＳＡ２６およびＦＰＤ４０は一体に駆動する。一方、主走査に関しては、Ｘ線管２０およびＦＰＤ４０はともに回転駆動モータ３１によって回転駆動軸３２を介して駆動する。具体的には、Ｘ線管２０は、Ｘ線管用ギア３３を介してその回転駆動軸３２に連結された第１Ｘ線管用筐体２１の断層軸Ｂ周りの回転移動によって駆動し、ＦＰＤ４０は、ＦＰＤ用ギア３４を介してその回転駆動軸３２に連結された回転テーブル４１の断層軸Ｂ周りの回転移動によって駆動する。その一方で、主走査に関しては、第２Ｘ線管用筐体２７は回転駆動モータ３１によって駆動せずに、主走査を行わずに固定された状態である。すなわち、主走査に関しては、第２Ｘ線管用筐体２７に配設されたＢＳＡ２６とＦＰＤ４０とは互いに独立して駆動するとともに、第２Ｘ線管用筐体２７に配設されたＢＳＡ２６とＸ線管２０とも互いに独立して駆動する。したがって、ＦＰＤ４０に対してＢＳＡ２６の位置を相対的に動かし、Ｘ線管２０に対してもＢＳＡ２６の位置を相対的に動かすことができる。

このような主走査および従走査を行いながら、Ｘ線管２０から照射されて透過されたＸ線をＦＰＤ４０が逐次に検出する。そして、Ｘ線管２０およびＦＰＤ４０が駆動しながらＦＰＤ４０でそれぞれ検出されたデータが投影データとなる。このような投影データの一群について再構成処理を行うことによって、３次元の断層画像を取得することができる。以下の処理を、上述したデータ処理部１が行う。

ＢＳＡ２６の鉛円板２６ａに対応するＦＰＤ４０の位置では、直接Ｘ線は鉛円板２６ａで遮られるので、散乱Ｘ線のみがＦＰＤ４０で検出される。したがって、ＦＰＤ４０に対してＢＳＡ２６の位置を相対的に動かして、ＦＰＤ４０で逐次に検出されて取得された一連の投影データは、『背景技術』の欄でも述べたようにＦ（ｐ）となる。

このＦ（ｐ）を用いて、鉛円板２６ａに対応する点の値から補間した一連の投影データＧ（ｐ）を取得するとともに、ＦＰＤ４０上に鉛円板２６ａに対応する位置の値を周囲の値を用いて補間したデータＨ（ｐ）を取得する。一連の投影データＨ（ｐ）からＧ（ｐ）を減算することで、散乱Ｘ線が除去された直接Ｘ線のみの断層画像に再構成することができる。データＧ（ｐ）は、この発明における散乱線画像データに相当し、データＨ（ｐ）は、この発明における放射線画像データに相当する。

上述した補間について、図８を参照して詳しく説明する。一連の投影データＦ（ｐ）は、正確にはＦ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）と記述される。ｎは１〜Ｎまでの整数を表し、一連の投影データが図８に示すようにＮ枚の画像で構成されるとする。また、ｉおよびｊはそれぞれ１〜Ｍの値を表し、図８に示すように一枚の画像がＭ²個の画素より構成されるとする。

Ｆ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）の画像には被検体Ｍの像と一緒にビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）２６上に並んだ鉛円板２６ａの像が投影されている。鉛円板２６ａの中心に対応した画素は、例えばｉ＝１０，２０，３０，…、ｊ＝１０，２０，３０，…と離散的な位置をとる。

この離散的な画素の値より補間して、すべてのｉ，ｊに対応する一連のデータＧ（ｐ）＝Ｇ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）を求める。これは散乱Ｘ線の推定画像（散乱線画像データ）であり、ｎは１〜Ｎまでの整数を表し、ｉおよびｊはそれぞれ１〜Ｍの値を表す。

次に、Ｆ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）の画像の鉛円板２６ａに対応する画素（１点または数点）に対して、これを取り囲む周囲の画素の値より補間してＨ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）を作成する。これらの補間計算の具体的な実施法は、例えば下記（２）式のような３次多項式により実施される。

ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）
＝ａ₀₀＋ａ₁₀ｘ＋ａ₀₁ｙ＋ａ₂₀ｘ²＋ａ₁₁ｘｙ＋ａ₀₂ｙ²
＋ａ₃₀ｘ³＋ａ₂₁ｘ²ｙ＋ａ₁₂ｘｙ²＋ａ₀₃ｙ³ …… （２）
上記（２）式を使用し、与えられた画素から最小自乗近似法にて係数ａ_rsを求める（高木幹雄、下田陽久監修：新編画像解析ハンドブック、東京大学出版会、2004年、ｐ．１３８５）。

そして、一連の直接Ｘ線のみの投影データＷ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）は、下記（３）式のように表される。

Ｗ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）＝Ｈ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）
−Ｇ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ） …… （３）
この一連の投影データＷ（ｐ：ｎ，ｉ，ｊ）に基づく断層画像の再構成法について、図９、図１０を参照して説明する。

まず、一連の投影（画像）データを単純逆投影（単純バックプロジェクション：単純ＢＰ）して単純ＢＰ中間像を作成する。次に、この単純ＢＰ中間像を３次元フーリエ変換（図９、図１０の「３ＤＦ」を参照）して、実空間データからフーリエ空間データに変換した３次元フーリエ分布像を作成する。図９、図１０には、３次元フーリエ空間座標で表示しているものに対応する。

次に、この３次元フーリエ分布像に対してフィルタリング処理を施す（｜ω｜フィルタリング（絶対値オメガフィルタリング）やロ−パスフィルタリング）。次にフィルタリング処理を施した３次元フーリエ分布像を３次元逆フーリエ変換して、フーリエ空間データから実空間データに戻し、３次元ボリュームデータが生成される。図９、図１０には、右端側に表示され、周方向に幾本かの破線が図示されている円柱状のものに対応する。

このようにして、関心部位の３次元ボリュームデータを生成する断層再構成が行われる。なお、この３次元ボリュームデータから任意の断層面の画像を選択することで、選択した断層画像が見られる。図９、図１０には、最右端に表示された厚みの薄い円柱状のものを見ているものに対応する。

上述したように、一旦、単純ＢＰ中間像を生成し、この単純ＢＰ中間像をフーリエ空間で所定のフィルタリング処理を施すという手法を、「Ｆ（フーリエ）空間フィルタ法」と呼ぶ。なお、主走査および従走査に基づいて再構成処理を行うと（図１０に示す手順に相当する）、断層軸Ｂ方向についての解像度も高くすることができ、被検体Ｍの等方空間分解能の断層画像を得ることができる。

上述した本実施例１に係る断層撮影装置によれば、Ｘ線管２０から照射されたＸ線のうちから散乱Ｘ線のみを残して他のＸ線（直接Ｘ線）を除去するビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）２６と、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）４０とが互いに独立して駆動するように構成されている。その結果、ＦＰＤ４０に対してＢＳＡ２６の位置を相対的に容易に動かすことができる。なお、本実施例１では、Ｘ線管２０とＢＳＡ２６とも互いに独立して駆動するように構成されているので、Ｘ線管２０に対してもＢＳＡ２６の位置を相対的に容易に動かすことができる。

本実施例１では、Ｘ線管２０を囲んだ第１Ｘ線管用筐体２１をさらに囲む第２Ｘ線管用筐体２７を備え、その第２Ｘ線管用筐体２７のＸ線照射側にＢＳＡ２６を配設している。さらに、主走査に関しては、Ｘ線管２０は、回転駆動モータ３１によって回転駆動軸３２を介して第１Ｘ線管用筐体２１の断層軸Ｂ周りの回転移動によって駆動し、一方、第２Ｘ線管用筐体２７は回転駆動モータ３１によって駆動せずに、主走査を行わずに固定された状態である。これによって、Ｘ線管２０と第２Ｘ線管用筐体２７とを互いに独立して断層軸Ｂ周りに回転移動させ、ＢＳＡ２６は第２Ｘ線管用筐体２７に対して固定されるようにそれぞれを配設することで、Ｘ線管２０およびＢＳＡ２６とが互いに独立して駆動するように構成している。

また、ＦＰＤ４０で検出された投影データに基づいて、ＢＳＡ２６で除去された投影データＧ（ｐ）（散乱線画像データ）および除去されていないデータＨ（ｐ）（放射線画像データ）を抽出して、投影データＨ（ｐ）からＧ（ｐ）を減算して、散乱Ｘ線が除去された断層画像を取得するデータ処理部１を備えている。このようなデータ処理部１を備えることで、散乱Ｘ線によるアーティファクトが低減した断層画像を得ることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図１１は、実施例２に係る走査フレームの断層軸を通る断面図である。

上述した実施例１では、図３に示すように、Ｘ線管２０とＦＰＤ４０とが同一の駆動源（ここでは回転駆動モータ３１）を有していたが、図１１に示すように、回転駆動軸３２ａを介してＸ線管２０を駆動させる回転駆動モータ３１ａと、回転駆動軸３２ｂを介してＦＰＤ４０を駆動させる回転駆動モータ３１ｂとに分けて、主走査に関して、Ｘ線管２０とＦＰＤ４０とが互いに独立して駆動している。

本実施例２では、上述した実施例１のような第２Ｘ線管用筐体２７を備えておらず、図１１に示すように、Ｘ線管２０を囲む第１Ｘ線管用筐体２１のＸ線照射側にＢＳＡ２６を収容して配設している。このように配設することで、実施例２では、Ｘ線管２０とＢＳＡ２６（ここでは回転駆動モータ３１ａ）とが互いに同一の駆動源で駆動するように構成し、Ｘ線管２０に対して同一の駆動源で構成されたＢＳＡ２６とＦＰＤ４０とが互いに独立して駆動している。本実施例２では、第１Ｘ線管用筐体２１のＸ線照射側にＢＳＡ２６を配設しているので、本実施例２では第１Ｘ線管用筐体２１が、この発明における照射源用筐体に相当する。

上述した本実施例２に係る断層撮影装置によれば、上述した実施例１と同様に、Ｘ線管２０から照射されたＸ線のうちから散乱Ｘ線のみを残して他のＸ線（直接Ｘ線）を除去するビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）２６と、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）４０とが互いに独立して駆動するように構成されている。その結果、ＦＰＤ４０に対してＢＳＡ２６の位置を相対的に容易に動かすことができる。なお、本実施例２では、Ｘ線管２０とＢＳＡ２６とが互いに同一の駆動源で駆動するように構成されているので、Ｘ線管２０とともにＢＳＡ２６が動く。

本実施例２では、Ｘ線管２０を囲む第１Ｘ線管用筐体２１を備え、その第１Ｘ線管用筐体２１のＸ線照射側にＢＳＡ２６を配設することで、Ｘ線管２０とＢＳＡ２６とが互いに同一の駆動源で駆動するように構成している。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、Ｘ線などに代表される放射線を検出して、その放射線から断層画像を取得するものであったが、Ｘ線以外にも、放射線であれば特に限定されない。例えばガンマ線を検出して、そのガンマ線から断層画像を取得するものであってもよい。

（２）上述した各実施例では、この発明における検出手段は、フラットパネル型検出器（ＦＰＤ）であったが、放射線を検出する手段であれば、特に限定されない。例えば検出手段は、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）や、図１６（ａ）あるいは図１６（ｂ）のような列型検出器でもよい。

（３）上述した各実施例では、この発明における照射源は、Ｘ線を照射するＸ線管であったが、放射線を照射する手段であれば、特に限定されない。例えば照射源は、ガンマ線を照射する手段であってもよい。

（４）上述した各実施例では、Ｘ線管は回転陽極型であったが、Ｘ線管のタイプは特に限定されない。

（５）上述した各実施例では、図３、図４に示すようにＦＰＤ支持部材４３の背面側に、保持枠４２の枠内に当接する背板４３ｂを備えることで、ＦＰＤ支持部材４３の方向が常に一定方向に向き、それによって図７に示すようにＦＰＤ４０も円軌道上を平行に移動するように構成されていたが、背板４３ｂを備えずに、図１２に示すようにＦＰＤ４０が円軌道の中心に向かって移動するように構成してもよい。

（６）上述した各実施例では、ＢＳＡ２６を構成する鉛円板２６ａは、図５に示すように、ＦＰＤ４０を構成する検出素子ｄの行列方向に平行に格子状に配列されていたが、このような配列の形態に限定されない。例えば、図１３に示すように、ＦＰＤ４０を構成する検出素子の行列方向に傾かせて鉛円板２６ａを格子状に並べてもよいし、図１４に示すように、鉛円板２６ａを放射状に並べてもよい。このように、鉛円板２６ａに代表される放射線を遮る複数の部材を放射線照射側に所定位置に並べて構成されたものであれば、この発明における放射線除去手段の構成については、特に限定されない。

（７）上述した実施例２のように、Ｘ線管２０とＦＰＤ４０とが互いに独立して駆動するタイプの場合には、上述した実施例１の図３のように、Ｘ線管２０と第２Ｘ線管用筐体２７とを互いに独立して断層軸Ｂ周りに回転移動させ、ＢＳＡ２６は第２Ｘ線管用筐体２７に対して固定されているタイプに適用してもよい。

（８）上述した各実施例では、図１〜図４のように、主走査および従走査を組み合わせて断層撮影を行う形態であったが、ＢＳＡ２６に代表される放射線除去手段とＦＰＤ４０に代表される検出手段とが互いに独立して駆動する断層撮影装置であれば、断層撮影装置のタイプについては特に限定されない。例えば、図１５のように透視撮影も兼用する断層撮影装置のタイプに適用することができる。図１５では、ＦＰＤ４０が右から左、あるいは左から右へ水平移動すると、ＦＰＤ４０の移動とは逆方向にＸ線管２０が移動するように装置は構成されている。例えば支持棒８１によってＸ線管２０およびＦＰＤ４０を支持し、Ｘ線管２０については支持棒８１に固定されて支持し、ＦＰＤ４０については支持棒８１に対して上下方向にスライド移動可能に構成する。この支持形態で、ＦＰＤ用の駆動源（図示省略）がＦＰＤ４０を水平移動させて、Ｘ線管用の駆動源（図示省略）がＸ線管２０を移動させると支持棒８１が揺動して、Ｘ線管２０とＦＰＤ４０とが互いに独立して駆動しつつ支持棒８１による支持で駆動が、図１５のような移動で制限される。これによって、ＢＳＡ２６とＦＰＤ４０とが互いに独立して駆動する。このように、透視撮影も兼用する断層撮影装置のタイプに適用することができる。

実施例に係る断層撮影装置の概略構成を示した斜視図およびブロック図である。断層撮影装置の断層軸を通る断面図である。走査フレームの断層軸を通る断面図である。走査フレーム内の分解斜視図である。フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の検出面の模式図である。ビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）の概略構成を示した斜視図である。Ｘ線管およびフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の主走査の動作を模式的に表した説明図である。補間処理における一連の投影データを複数枚の画像として模式的に表した説明図である。主走査に基づく再構成処理の手順を模式的に表した説明図である。主走査および従走査に基づく再構成処理の手順を模式的に表した説明図である。実施例２に係る走査フレームの断層軸を通る断面図である。変形例に係るＸ線管およびフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の主走査の動作を模式的に表した説明図である。変形例に係るビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）の概略構成を示した斜視図である。さらなる変形例に係るビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）の概略構成を示した斜視図である。透視撮影も兼用する断層撮影装置の概略構成を示した側面図である。（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ線ＣＴ装置の概略構成を示した図である。（ａ）は散乱Ｘ線の発生を模式的に表した説明図であって、（ｂ）はスリットを配設したときのＸ線を模式的に表した説明図である。ビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）の概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

２０ … Ｘ線管
２６ … ビームストップ・アレイ（ＢＳＡ）
２６ａ … 鉛円板
２７ … 第２Ｘ線管用筐体
３１ … 回転駆動モータ
４０ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
Ｍ … 被検体

Claims

放射線を被検体に照射する照射源と、前記被検体に照射されて透過された前記放射線を検出する検出手段とを備え、検出手段で検出される投影データの一群より３次元の断層画像を取得する断層撮影装置であって、照射源から照射された放射線のうちから散乱放射線のみを残して他の放射線を除去する放射線除去手段と、前記照射源を囲む照射源用筐体を備え、検出手段と前記放射線除去手段とが互いに独立して駆動するとともに、照射源と前記照射源用筐体とを互いに独立して駆動させ、前記放射線除去手段は照射源用筐体に対して固定されるようにそれぞれを配設することで、照射源と放射線除去手段とが互いに独立して駆動するように構成することを特徴とする断層撮影装置。
放射線を被検体に照射する照射源と、前記被検体に照射されて透過された前記放射線を検出する検出手段とを備え、検出手段で検出される投影データの一群より３次元の断層画像を取得する断層撮影装置であって、照射源から照射された放射線のうちから散乱放射線のみを残して他の放射線を除去する放射線除去手段と、前記照射源を囲む照射源用筐体を備え、検出手段と前記放射線除去手段とが互いに独立して駆動して、前記照射源筐体の放射線照射側に前記放射線除去手段を配設することで、照射源と放射線除去手段とが互いに同一の駆動源で駆動するように構成することを特徴とする断層撮影装置。
請求項１または請求項２に記載の断層撮影装置において、前記放射線除去手段は、前記放射線照射側に放射線を遮る複数の部材を所定位置に並べて構成されたものであることを特徴とする断層撮影装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の断層撮影装置において、前記装置は、前記検出手段で検出された投影データに基づいて、前記放射線除去手段で除去された散乱線画像データおよび除去されていない放射線画像データを抽出して、放射線画像データから散乱線画像データを減算して、散乱放射線が除去された断層画像を取得するデータ処理手段を備えることを特徴とする断層撮影装置。