JPH04141155A - X線ct - Google Patents

X線ct

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JPH04141155A
JPH04141155A JP2264766A JP26476690A JPH04141155A JP H04141155 A JPH04141155 A JP H04141155A JP 2264766 A JP2264766 A JP 2264766A JP 26476690 A JP26476690 A JP 26476690A JP H04141155 A JPH04141155 A JP H04141155A
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JP
Japan
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ray
rays
matrix
electron beam
detector
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JP2264766A
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English (en)
Inventor
Hideo Nagai
秀夫 長井
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GE Healthcare Japan Corp
Original Assignee
Yokogawa Medical Systems Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はX線CT (X線断層撮影装置)に関し、特に
X線の透過データ(射影データ)を単方向もしくは少数
の方向において収集し、それに基づいて画像再構成を行
うX線CTに関する。
(従来の技術) 物質の内部構造又は人体の内部における病変等を知るた
めにX線を照射して検査することが行われており、この
ような物質や人体の内部構造を知ることのできる装置と
して従来からXICTが用いられている。この種の従来
のX1lICTでは第3世代と称せられるローテート・
ローテート方式を例にとると、ある位置でX線を照射し
て検出器でデータを採ってそのX線射影分布を計測し、
次にX線と検出器とを一定角度回転移動させてその方向
のX線射影分布を計測し、これを360°に亘って行い
、これら多数の方向に関するX線射影分布から得られた
データをフィルタ補正逆投影法やフーリエ変換法や重畳
積分法等を用いて演算処理し、被検査体の断層像を再構
成することが行われている。
しかしながらこのような従来のX線CTでは、被検査体
の断層像を再構成するために、多数のX線射影分布を必
要とし、次のような問題点を有している。
(1)データ採取に多大な時間を必要とするため動く被
検体に対しては断層像を再構成することは非常にむずか
しい。
(2)X線被曝量が多いため、生体に対する場合には悪
影響を与える恐れがある。
(3)処理すべきデータが非常に多いためデータ処理が
複雑になり、又、これを処理する装置も大型で高価なも
のとなる。
以上のことからこれらの問題を解決するための装置とし
て特公昭61−47535号、特公昭61−47536
号、特公昭61−47537号に開示されているX線射
影式断層像再構成装置がある。特公昭61−47535
号、及び特公昭61−47536号に開示されている装
置の概要を簡単に説明する。
第13図はX線射影分布計測手段を示す模式図、第14
図は上記の装置の計測系のみを抽出した図、第15図は
その作用を説明するための模式図である。この装置は第
14図に示すようにX線発生装置AとX線検出器Cとの
間にX線被検査体Bが位置するようになっていて、これ
により第13図に示すようにこのX線被検査体Bへ所定
の1方向からX線を照射することができ、その結果X線
被検査体Bを透過してきたX線によって、第15図に示
すように単一のX線射影分布りを得ることができるよう
になっている。このX線発生装置Aは、第15図に示す
ように、縦にm個、横にn個の画素を備えて成る仮想断
層平面P(この平面PはX線被検査体Bの断層面を含む
)について、単位X線ビームが各画素1〜mnの左下コ
ーナ一部を少なくとも1箇所は通過するようにX線被検
査体Bに向けて所定方向から複数の単位X線ビームを照
射するものである。
この装置によるデータ処理は次のように行われる。即ち
、仮想断層平面P’f−m個の画素から成るn個の画素
群Q3.Q2.・・・、Q、に区分し、各画素群を構成
する各画素の2次元データとしてのX線吸収係数をm個
ずつ順次算出するために、基本画素1だけを通過する単
位X線ビームによってX線濃度計測装置Eて得られるX
線濃度d1を基本画素1のX線吸収係数としmn番目ま
での画素についてはX緑濃度d、からX緑濃度d k−
、を減算することにより各画素のX線吸収係数を求める
又、特公昭61−47537号に開示されている発明は
特公昭61−47535号、特公昭61−47536号
における第13図に示すX線射影分布の計測手段と異な
り、第16図に示すように複数の方向からX線を照射す
るものであり、その計測原理は前記の場合と同様である
以上説明した方式には次のような優れた特長がある。
(1)高速スキャンが可能である。
(2)被検査体に対する被曝線量が少ない。
(3)高速画像再構成が可能であり、又、低置な画像再
構成装置が実現できる。
(発明が解決しようとする課題) ところで上記の方式のX1CTては、実際面への適用に
対して次に示す問題点がある。
(1)超小開口幅の検出器が必要であり(サンプル間隔
(ビクセルサイズ)をmm程度とするとこの場合の開口
幅はμm程度以下)、更に美大な数の(mn個程度)の
検出器が必要となる(mmn−512とすると26万2
千個もの検出器が必要となる)。この実現は困難である
(2)超高感度の検出器か、又は、超高密度高強度のX
線発生装置が必要であり、実現が困難である。
(3)第17図は特公昭61−47535号と特公昭6
1−47536号に開示されているファンビームを用い
たXaCTの作用説明のための模式図であるが、このよ
うにファンビ−ムを使用する場合には特殊の形状の撮影
1トリクスとなって、直観的でなく、扱いにくい欠点が
ある他、特殊形状の画像表示装置を必要とする問題かあ
り、更に空間分解能が堵所により異なったり、直交画像
への変換時に画質か劣化する等の問題が発生する。
(4)直交画像に対応する撮影マトリクスを得るには平
行ビームが必要になる。従ってX線発生装置の構成が困
難であり、高速スキャンを行うことが困難である。
(5)方式によっては極微小のμm程度の変位運動か、
極微小角度の変位運動を精密に高精度に且つ安定に行う
機構が必要となり、実現が困難である。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、単方向又は少数の方向のX線等の透過データ(射影デ
ータ)を収集し、これらがら画像再構成を行う従来の装
置の問題点を解決し、ファン状のビームを用いて撮影デ
ータを直交マトリクスのデータとして再生像を得る方式
のX線CTで、超高速画像再構成、低置な画像再構成装
置、シンプルで低置なガントリ一部等の特長を有し、高
速スキャンや低被曝線量の可能性を有するX線CTを実
現することにある。
(課題を解決するための手段) 前記の課題を解決する本発明は、熱電子放射。
電界電子放射等により発生させた電子線を電子レンズ等
により集束させターゲット上に集束された電子線を得る
電子線発生手段と、前記電子線を偏向しターゲット上の
所定の位置に照射させる電子線偏向手段と、前記偏向さ
れた電子線の照射によりX線を発生するターゲットとを
有するX線発生源と、該X線発生源から放射されたX線
を所定の方向の所定の条件を満たすX線ビームとするコ
リメータ手段と、電子線の偏向を制御することによりタ
ーゲットへの照射位置を走査し、X線ビームの発生位置
を走査するX線発生制御装置とを具備し、以下の(イ)
〜(ハ)の条件を満たすようにX線発生源から被検体に
X線ビームを照射し透過したX線ビーム又はこれと透過
しないX線ビームを検出器で検出測定し、X線ビームと
被検体との相対的位置関係を変化させて各位置において
測定ビームを得、これ等を使用して画像再構成を行い被
検体の断層面に関する画像を得ることを特徴とするもの
である。
(イ)任意の断層平面内の被検体を含む直交座標の画像
再構成領域に対応する表示画像マトリクスとは必ずしも
一致しないサンプル間隔であるマトリクス間隔の要素を
持ち、 該要素の形状が正方形及び長方形を含 む直角四辺形であるデータ撮影マトリクスを使用し、該
マトリクスのX軸に平行な行とy軸に平行な列に対しX
線をy軸方向に一方向から即ちこの方向を上方として表
すy軸の正の方向から入射させる条件。
(ロ)前記画像再構成領域にファン状に入射させる複数
のX線ビームの入射角度を、各X線ビーム毎にそれに対
応する前記撮影マトリクスの列のすべてのマトリクス要
素を通過するように定め、前記各X線ビームが入射方向
から最も遠い前記マトリクス要素の前記直角四辺形の左
辺または右辺のみを通過して出射するように、前記各X
線ビームと前記撮影マトリクスとの幾何学的位置が定め
られる条件。
(ハ)X方向にn個、X方向にm個のマトリクス要素を
持つ前記撮影マトリクスと、前記各X線ビームとの幾何
学的位置関係において、被検体を透過した前記各X線ビ
ーム又は前記被検体を透過した前記各X線ビームに透過
しないX線ビームを加えたX線ビームを検出器で検出測
定する。
前記検出測定を撮影マトリクスと前記各X線ビームとの
幾何学的位置関係がX方向に離散的にX方向のサンプル
間隔であるマトリクス間隔ずつ変化したすべての幾何学
的位置関係において行う条件。前記検出測定は前記撮影
マトリクスのすべての要素に対し、前記X線ビームが前
記撮影マトリクス要素の前記直角四辺形の左辺又は右辺
のみを通過して出射する状態で行う。
又、第2の発明は、X線の発生を制御するためにターゲ
ット上に集束された電子線を得る電子線発生手段と、前
記電子線を偏向しターゲット上の所定の位置に照射させ
る電子線偏向手段と、前記偏向された電子線の照射によ
りX線を発生するターゲットとを有するX線発生源と、
前記発生したX線を整形抽出してX線ビームとするコリ
メータ手段と、前記電子線の偏向を制御することにより
X線ビームの発生位置を走査するX線発生制御装置とは
、第1の発明に記載のX方向又はX方向とX方向へX線
ビームを照射走査するためのX線発生の制御手段である
ことを特徴とするものである。
第3の発明は、X線の測定を行う1個又はデータ撮影マ
トリクスのX方向の要素数n個より少ない数の検出器素
子からなる検出器と、X線発生源のX線発生の時間制御
を行うX線発生制御装置とを具備し、該X線発生制御装
置の制御によりn個又はn個以上の検出器素子数に相当
するX線データの測定を可能とするものでる。
又、第4の発明は、第2のコリメータ手段は検出器の各
検出器素子の前方に配置され、被検体を透過したX線を
正しく検出器素子に導き散乱線等の測定に有害なX線ビ
ームを除去する手段であることを特徴とするものである
(作用) X線発生源では発生させた電子線を集束レンズ(電子レ
ンズ)により集束しターゲット上に電子線を集束させ、
偏向コイル等から成る電子線偏向手段により電子線を偏
向させてターゲット上の焦点に衝突させてX線を発生さ
せ、発生したXw、をコリメータ手段により所定の方向
の所定の条件を満たすX線ビームに整形抽出する。X線
発生制御装置の制御により電子線をターゲット上の異な
る焦点位置に逐次衝突させることによりX線ビームの発
生位置を逐次変化させ、これにより撮影マトリクスの所
定の方向の所定の条件を満たすすべてのX線の発生を走
査し被検体のデータ撮影を行う。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
第1図は本発明の方法を実施する装置のブロック図であ
る。図において、Gは鉛直面内での撮影面の傾きの制御
ができるようになっていると共に、撮影データ(スキャ
ンデータ)の収集においては被検体BDYの収容される
固定の再構成領域PAと相対的にX線発生源XG、検出
器DET等を一体として面内の上下方向に動かすことが
できるガントリである。X線発生源XGは高圧発生部も
含んでおり、ファン状のX線ビームを発生する。このX
線発生源XGの構造とX線発生源XGを含むX線による
データ撮影系の構成を第2図に示す。
図において、X線管の真空容器、真空発生部、高圧発生
部等は省略しである。EGは電子銃で、例えばフィラメ
ント陰極、ウェネルト電極、陽極AN等よりなる。フィ
ラメントで熱電子を発生し、ウェネルト電極でビーム電
流を制御し、ビームを細く収束させ、陽極AN−陰極間
に加えられた高電圧によって高速に加速した(高エネル
ギーをもつ)電子ビーム(電子線)を放射させる。この
電子ビームを集束レンズ(磁界形と静電形がある)CL
、、CL2によって収束させ、尖鋭な高密度の電子ビー
ムをターゲットTGTに照射する。DCは偏向コイル(
磁気的手段、電気的手段によるものがある)で、前記の
電子ビームを偏向してターゲットTGTの多くの点へ照
射し、ターゲットTGT上のこれらの照射点を焦点P、
(h−1゜2、・・・、n)として各焦点からX線を放
射発生させる。(本明細書では、電子銃EG(陽極AN
を含む)によって得られる高速(高エネルギー)の電子
線を、集束レンズ(CL+ 、CL2等)で収束させ、
ターゲット上に収束された電子線を得るまでの手段を電
子線発生手段と呼ぶことがある。
又前記の電子線を偏向コイル(DC等)で偏向し、ター
ゲット上の所定の位置に照射させる手段を電子線偏向手
段と呼ぶことがある。) CM、はX線発生源XGと再構成領域PAとの間に配置
され、ターゲットTGTの各焦点P、で発生した各方向
のX線ビームの中からビーム「5のみを整形抽出し、不
要なX線を遮断するコリメータである。又、0M2は再
構成領域PAと検出器DETとの間に配置され、被検体
BDYを透過したX線を正しく該当する検出器素子D 
E hに導き、散乱線等のX線測定に有害なX線を遮断
するコリメータである。コリメータCM (CMI 、
0M2)の構造の一例を第3図に示す。図において、(
イ)図は平面図、(ロ)図は正面図である。コリメータ
CMは鉛等のX線の高吸収物質から成り、円柱状の中空
の開口Hが多数設けられている。開口Hは角柱状であっ
てもよい。
検出器DETは複数個の検出器素子D E hの集合で
構成されている。これらの検出器素子DEhは、Xe等
の電離箱型検出器、半導体検出器、シンチレータとフォ
トダイオード・アレイ、1個又は複数個のシンチレータ
と1個又は複数個の光電子増倍管等の各種のものを用い
ることができる。
TAは生体物質等の被検体BDYを搭載し、上下方向や
ガントリへの出入方向の位置を適宜選択し、撮影される
べき断層面を設定するためのテーブルである。
DASは検出器DETで検出されたX線データを収集し
て増幅し、積分した後AD変換を行いデータ処理装置D
Pにデータを送るデータ収集装置である。TGCはテー
ブルTAの位置の制御を行い、ガントリの姿勢制御、運
動の制御等を行うテーブル・ガントリ制御装置、XGC
はX線発生源XGによるX線の発生の制御を行うX線発
生制御装置、SCCはオペレータとのコミュニケーショ
ンを行い、データ処理装置DPの動作を制御し、テーブ
ル・ガントリ制御装置TGC及びX線発生制御装置XG
Cの動作を制御する等断層像撮影に関する統一的な制御
を行う撮影制御装置である。
データ処理装置DPはデータ収集装置DASからの入力
データにX線強度補正、対数変換、X線線質硬化補正等
の各種補正処理を行い、補正されたデータに画像再構成
処理を施し、X線吸収係数の空間分布を計算する等のデ
ータ処理を行う。再構成されたイメージデータ等の大量
のデータは大容量記憶装置AMに格納される。大容量記
憶装RAMはイメージデータやデータ処理の中間に発生
するデータ等の大量のデータを記憶する。GDCは画像
再構成されたイメージデータを画像として表示する画像
表示装置である。
次に上記のように構成された実施例の装置の動作を説明
する。先ず、X線の発生とデータ収集について第2図に
より説明する。電子銃EGで発生した電子ビームを集束
レンズCLI、CL2で集束させて尖鋭で高密度の電子
ビームとし、これを偏向コイルDCで所望の方向へ曲げ
、ターゲットTGTの所望の焦点P、に衝突させてX線
を発生させる。焦点P、で発生したX線のうち、図の「
、のX線ビームのみをコリメータCM、の空隙H1によ
り抽出し、これを被検体BDYに照射し、コリメータC
M2で散乱X線等を除去し、被検体を透過したX線を対
応する検出器素子DE、で検出する。X線発生制御袋a
tXGcは、偏向コイルDCを制御し、電子ビームの軌
道の曲りを制御して、ターゲットTGTにおける衝突位
置を変化させ、X線発生位置である焦点Pゎを次々と変
化させる。即ち、電子ビームの走査によりX線の発生を
走査する。
次に、本実施例の装置の動作を本方式による断層像撮影
の原理、幾何学的条件等の説明を行いながら説明する。
ここでは簡単化のため、撮影データ収集用のマトリクス
が画像マトリクスに一致する場合について考察する。第
4図は測定のためのX線ビームと画素との関係を示す図
である。図においてOは再構成領域PAの中心、ABC
Dは再構成領域PAのマトリクスを示す領域、e、1は
画素を示している。ここで、i、jは以後特にことわり
のない限り本明細書において次のように定義する。即ち
、i−1,2,・・・*  ms  J ”” 1.+
  2+・・・ nとする。従って、マトリクスはX方
向にn個、X方向にm個の画素から成っている(m行n
列のマトリクス)。X線の各ビームrlは、ビーム幅0
の直線として表され、矢印の方向に、即ちSからS′の
方向(y軸の正方形から負の方向。
上方から下方)に向かって入射される。図に示されるX
線ビーム「jとマトリクスABCDとの関係は、撮影の
終了時点もしくは開始時点における幾何学的関係を示し
ている。この幾何学的関係は次に示す通りである。
(イ)マトリクスの各列e16(αは一定の値(n以下
の正の整数)を表す。i−1,2,・・・m)には、1
つのX線ビームが対応している。
又は1つのX線ビームは1つの列内を通る。
(ロ)各X線ビームはそれが通過する最後の画素eい、
と左下または右下の頂点で交わる。
この第4図に示す条件は、すべての画素el、に対して
成立する条件である。
各X線ビームに線幅を考慮した実際の場合には、X線ビ
ームとの関係は第5図及び第6図に示すような関係にな
る。第5図は線幅が狭い場合であり、第6図は線幅の広
い場合である。このように線幅を考慮した場合には前記
の(イ)、(ロ)の条件は次のようになる。
(イ)′広がりを持つ1つのX線ビームの左下がりのビ
ームのS′側から見て右端の直線又は右下がりのビーム
のS′側から見て左端の直線の軌跡は、対応する列のマ
トリクス要素egg(αは一定の値(n以下の正の整数
)i−1,2,・・・、m)に対応している。
(ロ)′第j列と第j−1列(又は第j+1列)にまた
がるX線ビームに交わる第5列の画素のうちで、最大の
行番号を持つ画素に対して、X線ビームは正方形又は長
方形(本明細書において直角四辺形と総称する)の左辺
(又は右辺)に交わるように通過する(この場合、下辺
には交わらないように通過する)。
実際のX線の発生と被検体透過データの収集等の撮影行
為は、被検体BDYを静止させたままで、X線発生源X
Gや検出器DETやコリメータCM、、CM2等を一体
としてy軸方向に移動させながら各位置において撮影を
行う。或いはX線発生源XGや検出器DETやコリメー
タCM、、CM2等を静止させたままで、被検体BDY
を載せたテーブルTAをy軸の方向に移動させながら各
位置において撮影を行うようにしても良い。
第7図は撮影系を静止させて、被検体BDYをy軸に沿
って移動させて撮影を行う後者の場合について、測定ビ
ームと画素の関係を示したものである。撮影系を移動さ
せる前者の場合も同様であるが、前者の場合にはビーム
が複雑に入りまじって理解しにくいので、後者の場合で
説明する。図において、ABCDにおける撮影は第4図
と同一の幾何学的関係にある。簡単のために撮影をA1
B+ C+ D+ 、A2 B2 C2D2 、・・・
、A、、B、。
C,D、の各点で行うものとする。先ずA、B。
C,D、の位置で各ビームrl +  r2 + ”’
r  rnに対するX線データを収集する。次にA2B
2C2D2の位置で各ビームに対するX線データを収集
する。このようにして最後にA、B、C。
D、の位置で各ビームに対するX線データを収集する。
即ち、Ah Bm C* D*  (k−1,2,・・
m−1)をy方向にdだけ移動するとA * A IB
*+I Ck+、Dk、に一致する。ここで、dはy方
向のビクセル間隔であり、同時にビクセルのy方向の大
きさ(長さ)でもある。従来のX線CTに関係づけて見
ると、A、B、C,DI位置での各ビームに対する収集
データが1つのビューに対するデータと考えられる。前
記のようにA+BC+D+の各位置で各ビーム’l+’
2+ ・・・rnに対してX線データの測定収集を行う
が、これ等のX線データは被検体を透過したX線データ
又は被検体を透過したX線データと被検体を透過しない
X線データとから成る。被検体を透過したX線データの
みを測定収集する場合には、X線管の電流強度に比例す
る値に予め測定しである各X線ビームの強度の間の相対
的関係に対応する定数を乗算する等の方法により、被検
体を透過しないX線データを測定する場合には、各X線
ビームの入射X線強度を直接測定収集するか、代表とし
て測定収集した入射X線ビームの強度に比例する値に予
め測定しである各X線ビームの強度の相対的関係に対応
する定数を乗算する等の方法により各X線ビームに対応
する入射X線ビーム強度を求める。上記の説明において
、画像再構成マトリクスABCDの外部には物質は存在
しない。即ちABCDの外部は空気又は真空であると仮
定している。
次に本撮影方法における画像再構成演算の例について説
明する。
第7図のような幾何学的関係(各ビームと画像マトリク
スとの関係)において撮影が行われ、データが収集され
るものとする。画像マトリクスとビームとの関係か第7
図のAt B+ CID+ とビームとの関係にある状
態で測定される射影データ(プロジェクションデータ)
をこの状態での各ビームr1に対応させてI)lI=I
)1.1とする。この時、第4図に示すイメージマトリ
クスの各画素e1の直角四辺形の内部においてはX線吸
収係数等のデータの値は等しいと仮定しかつビーム幅が
0(無視できる値)の場合には、画素e、のX線吸収係
数μm=μ3.1は次に示すものとなる。
μ+、1−C1” pl、1      ・・・(]−
1−0)μ5.. −μg−+  +  1 + c 
、        ・・・(J−11ン(Dg、t  
Dヨー1.1) μ 1 露 Ch  p 1 Σμ。
・・・(1 μg、h 露μm +C。
(pg p「 ・・(1 μm 厘 C11 ’  p+ ・・・(1 pg 獣μg +C。
(pm I)g ・・・(I μm 躍C線−h+1 pI pg 1μm +C。
(pヨ pt ・・・(1−4 又、射影データp1..とX線ビーム強度(入射ビーム
強度、被検体の透過ビーム強度を各々11,1゜J51
.とする)との間には次の関係がある。
p +、 +  −CF  (q b r  )   
     ・・・(2−2)但し、CF(q+、+)は
ql、、にX線線質硬化等の各種補正を施す関数を意味
する。
次に、上記のような撮影方法を実施する実施例の装置の
動作を最も単純なケースであるX線によるスキャンデー
タの収集、収集後に画像再構成を行う例について説明す
る。
(イ)被検体BDYをテーブルTAに載せ、撮影断面が
所定の再構成領域PAに入るようにテーブルTAの高さ
、ガントリGへの挿入位置。
ガントリGの傾き等を合わせる(撮影が多数スライスに
及ぶ場合には、最初のスライスについてこれを行う)。
撮影制御装置SCCの指令により、テーブル・ガントリ
制御装置TGCが作動し、テーブルTAの上下の移動や
ガントリGへのテーブルTAの出入等の移動。
ガントリGの傾きの移動等が行われる。
(ロ)撮影制御装置SCCの制御によって撮影が始まり
、まず画像マトリクスABCDが第7図のAt B+ 
C+ D+とX線ビームの状態において、X線発生制御
装置XGCを動作させてX線発生源XGからX線を被検
体BDYに照射し、被検体BDYを透過したX線を検出
器DETで検出した後、データ収集装置DASで収集し
く収集したX線透過データはJ3.)、これらをデータ
処理装置DPを経由して大容量記憶装置AMへ格納する
。次いで、チー・プル・ガントリ制御装置TGCを制御
してガントリG(従ってX線発生源XGと検出器DET
とコリメータCM+ 、CM2等)を動かす。第2回目
には、同様にしてA2B2C2D2とビームの関係の状
態において、X線の発生、透過X線の検出、データ収集
、大容量記憶装置AMへのデータ格納を行う。次いで、
テーブル・ガントリ制御装置TGCを制御してガントリ
G (X線発生源XGと検出器DETとコリメータCN
L 、CM2等)を動かす。
・・・・・・。こうして第m回目には同様にしてAイB
、C,Dffiとビームの状態においてX線の発生、透
過X線の収集、大容量記憶装置AMへのデータ格納を行
うみこのようにしてすべてのマトリクスの撮影、データ
の収集、格納を終了する。
(ハ)収集した1スライス分のデータを大容量記憶装置
AMから読み出して、(2−1)式。
(2−2)式の各種補正処理や(1−1,−0)式〜(
1−4−1)式の画像再構成処理等の処理をデータ処理
装置DPで行う。画像再構成されたイメージデータは、
大容量記憶装置AMに格納すると共に画像表示装置GD
Cに表示され、又、必要に応じて写真撮影装置(図示せ
ず)で撮影を行う。複数スライスについてスキャンデー
タの収集1画像再構成処理を行う場合には、テーブル−
ガントリ制御装置TGCの制御によりテーブルTAを移
動した後(テーブルTAはそのままのこともある)、(
ロ)(ハ)の動作を繰り返す例が多い。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、以
下に示すようにすることもてきる。
(1)X線発生源の他の実施例 (イ)X線発生源XGと撮影系との関係を第2図では電
子ビームを左方からターゲットTGTに照射するように
描いたが、これに限定されるものではない。例えば、第
8図、第9図に示す方向から照射するようにしても良い
。第8図は再構成領域PAの断面を手前から見た図、第
9図は再構成領域PAの左側から見た図である。
図において、第2図と同等の部分には同一の符号を用い
である。更に電子ビームEBを左斜め下方や、右斜め下
方から照射するようにしても良い。
(ロ)X線発生源XGの構成も第2図、第8図及び第9
図に示した構成に限定されず、第10図に示す構成のも
のでも良い。図において、第2図と同等の部分には同一
の符号を付しである。図中、DC,、DC2は2個設け
た偏向コイルで、集束レンズCL、とCL2との中間に
置き、集束レンズCL2をターゲットTGTに近い位置
に設置した例である。この場合、電子ビームEBの移動
は一点鎖線の矢印で示した順序で行われ、X線も同様に
して照射される。
(ハ)電子の発生は熱電子放射によるものの他に、電界
電子放射によるものも使用でき、熱電子放射の場合と同
様な電子レンズ系(陽極ANを含む電子銃EG、集束レ
ンズCL、、CL2.偏向コイルDC等)により極めて
高密度の強力な電子ビームを発生することができて、タ
ーゲットTGTへの衝突により極めて高密度の強力なX
線を得ることができる。
(ニ)X線発生源XGを高電圧発生装置、X線管制御装
置、X線管部1冷却装置、真空発生部(真空ポンプ等を
含む)等の一部又は全部で構成したもの。
(ホ)電子銃の構成も前記実施例に限定されない。例え
ば、フラッシングフィラメント、針状陰極、陽極等から
構成される場合もある。又、陽極も1個に限定されず複
数の陽極で構成しても良い。
(2)コリメータの他の実施例及びフィルタの追加。
(イ)X線発生源XGのターゲットTGTの焦点の後に
、即ち、コリメータCM  の前又は後にボータイフィ
ルタ(Bow tiePi 1ter)等のフィルタを
挿入した構成にしても良い。
(ロ)コリメータCM、、CM2の構成も第3図に示し
たものに限定されない。第11図、第12図に示したも
のはコリメータCM、もしくはコリメータCM2それぞ
れの他の実施例の図である。図において、CM 11.
  CM l 2 、CM + 3はコリメータCM、
に置き換えられるコリメータである。第11図のものは
X線のパス方向に厚みの薄いコリメータ、即ちX線に対
してバス長の短いコリメータCM++、CM1□、CM
13を重ねたものである。又、第12図のものは第11
図と同様な厚みの薄いコリメータCM + r 、  
CM +□、  CMl、を適当な間隔をおいて配置し
たものである。ここで用いる薄いコリメータは3個に限
らず何個用いても良い。このようなコリメータは加工性
がよくて製造し易いとか、廉価であるとかの特徴を持っ
ている。
(3)検出器の他の実施例 検出器DETを構成する検出器素子DE、は既述のよう
にXe等の電離箱型検出器、各種半導体検出器(接合型
検出器、リチウムドリフト型検出器、超高純度St、G
e検出器、GaAS +  Cd T e等の化合物半
導体検出器等)、シンチレータとフォト・ダイオードの
ような半導体光検出素子とを組み合わせた検出器、シン
チレータと光電子増倍管とを組み合わせた検出器等のシ
ンチレーション検出器、X線用撮像管等が用いられる。
又、比例計数型検出器を用いてもよいのは勿論である。
上記のような検出器素子DE、を多数配列して用いる検
出器DETの使用例を第2図に示したが、シンチレーシ
ョン検出器では、1又は少数のシンチレータとフォト・
ダイオードのような半導体光検出素子を複数個アレイと
したものとを組み合わせた検出器がある(シンチレータ
と検出器素子をオプティカルファイバで結合したものも
ある)。更に1又は少数のシンチレータと1又は少数の
光電子増倍管とを組み合わせた検出器を用いることもで
きる。この場合には、1又は少数の検出器を用い、X線
ビームの空間的時間的制御により、非常に多数のX線デ
ータを検出することになり、超高感度、超低被曝線量の
測定が期待される。
(4)装置の付加 (イ)データ処理装置DP、データ収集装置DAS等に
記憶装置、バッファメモリ等を適宜付加した構成を採る
もの。
(ロ)外部記憶装置として磁気テープ装置MTUやフロ
ッピー・ディスク装置FDD等を付加したもの。
(ハ)高速なデータ処理用にアレイプロセッサAP等を
付加した構成を採るもの。
(ニ)処理の高速化、高スループツト化1分散処理化等
の目的から複数の装置、複数のマイクロプロセッサやミ
ニ・コンピュータ、コンピュータ等の装置を付加した構
成を採るもの。
(ホ)写真撮影装置MFC等を付加したもの。
(へ)装置の機能分化や複数の装置の合体結合を計った
もの。
(5)画像再構成法と撮影データ収集 測定ビームのビーム幅が無視できる場合には、画像再構
成の式は(1−1)式、  (1−2)式、  (1−
3)式、  (1−4)式のように極めてシンプルなも
のとなる。一般に本′方法における画像再構成の問題は
、X線吸収係数μを未知数とする多元連立−次方程式を
解く問題に帰着する。
A−tt−P            ・・・(3)即
ち、上記の方程式を解く問題となる。一般にM=mn 
(m、nは第4図に示されている数)であるが、演算結
果(測定結果)の信頼性を高める目的でM>mnの条件
で測定を行い、即ち未知数の数より多い透過データを測
定し、これから最少2乗法等の手法によりμ、(τ−1
,2.・・・、M)を求めることも行われる。ここで、
p、は射影データ、alJ(1−1,2,・・・、M;
J−1,2,・・・、M)は定数である。第4図のマト
リクスellのX線吸収係数μ、=μm、1とμ、との
間には、τ−i+(j−1)  ・mの関係を一例とし
て与えることできる。
本撮影方法による画像再構成では、行列Aはその対角要
素又は対角要素とその近辺の要素のみが非0で他の要素
かすべて0であるような行列であり、一般的に多元連立
−次方程式の解を求める過程における天文学的な多量の
演算量に比べ、圧倒的に少ない計算量となる。
(6)撮影系の変形例 (イ)ビームと画素との相対関係をy方向に変化させる
には、被検体を静止させたままビーム発生源(又は高電
圧発生部、冷却装置等を除き、X線焦点等を含む狭義の
ビーム発生源。以下同様)と検出器とコリメータ等を一
体としてy軸方向に移動させても良く、又、ビーム発生
源と検出器とコリメータ等は静止させたままで、被検体
をy軸方向に移動させても良い。
これらの移動は、単方向への機械的変位(移動)機構と
して容易に実現できる。
(ロ)第4図におけるy軸方向のサンプル間隔dは被検
体とビームとの相対運動で実現され、X軸方向のサンプ
ル間隔Wは測定ビームと検出器とによるサンプル動作に
より実現される。d≧Wやd≦Wの任意の関係を実現で
きる。
(ハ)第4図には簡単のため、画像マトリクスと撮影(
データ測定)のマトリクスとを同一のものとして説明し
たが、両者を別々に選ぶことは勿論可能である。その場
合、撮影系のマトリクスでイメージを再構成した後、イ
メージのレベルで補間演算等の計算により画像マトリク
スに対応するイメージのデータを求めるか、もしくは射
影データのレベルで補間演算等の計算により撮影系で得
た射影データを画像マトリクスの射影データに変換し、
これを画像再構成してイメージ・データを得る。
(ニ)第4図のX線ビームと撮影マトリクスとの関係に
おいて、X線ビームはy軸の左方で左下り、y軸の右方
で右下りとしたが、これに限定されない。即ち、X−X
o  (xoは正、負の任意の値)の左方で左下り、そ
の右方で右下りであっても良い。更に全ビームが左下り
(XOがこの領域の右外側にある時)であっても良く、
全ビームが右下り(Xoがこの領域の左外側にある時)
であっても良い。
(ホ)X線ビームと撮影マトリクスとの関係を第7図の
A+ BIC+ D+のように変化させるには、被検体
BDYを静止したままX線発生源XG(又は高電圧発生
部・。
冷却装置等を除き、X線焦点等を含む狭義のX線発生源
。以下同様)と検出器DETとコリメータCM+ 、C
M2等を一体としてy方向へ移動(変位)させても良い
し、X線発生源XGと検出器DETとコリメータCM、
、CM2等を静止させたまま被検体BDYをy方向に移
動させても良いのは言うまでもない。更に、X線発生源
XGの位置、即ちX線焦点の位置を電子線を制御するこ
と(電子ビ ムを集束レンズ、偏向レンズ等で変位させることにより
、ターゲットへの電子ビームの衝突位置を制御し、結果
的にX線の焦点位置を変化させること等)によりy方向
へ相対的に変化させることも可能である。
(へ)放射線ビームr、と撮影マトリクスABCDとの
関係については、本文の実施例において詳細を述べたが
、X線のビーム幅が0の場合には(イ)1 (ロ)の他
に次の条件でも良い。
(イ)#マトリクスの各列e1.(αは一定の値(n以
下の正の整数)、i−1゜ 2・・・・・・、m)には一つのX線ビームが対応して
いる。又は一つのX線ビーム は一つの列又は一つの列とビームが線 源から最も遠いマトリクスの位置 (e□)において左下がりのビームは その左の列(effi、−、)、右下がりのビームはそ
の右の列(6mg4.)とを通る。
(ロ)“各X線ビームはそれが通過する最後の画素と左
下がりのビームは左辺で、右下がりのビームは右辺で交
わる。
ト)撮影断面、xy座標の取り方、X線の照射方向等は
例えば鉛直面内、右方向をX軸の正の方向、上方向をy
軸の正方向。
X線をy軸の正方向より負方向へ照射等に限定されたも
のではなく、再構成領域PA(撮影マトリクス)の外部
に物体が無ければ(外部は真空又は空気)如何なる方向
の如何なる断面でも良く、xy力方向任意で良く(右方
向をy軸の正方向とし下方をX軸の正方向にしても良い
)、従ってX線の照射方向も(xy軸が任意方向で良い
ことに対応して)任意の方向で良い。これに対応して各
X線ビームと撮影マトリクスABCDとの相対的位置の
変化を与えるための相対運動も任意の方向(y軸方向)
で良い。
(7)データ収集装置DASでのデータ収集以後のデー
タをすべてディジタルとしたが、この一部又は全部をア
ナログデータとして処理する装置の構成が可能である。
(8)ガントリGの移動は離散的(ステップ状)に行わ
ないで、連続的に移動させながらデータ収集を行うこと
もできる。この時、収集データは正規の直交座標から若
干ずれたものとなるが、計算により正規のデータに変換
できる。
(9)第1図の実施例の装置の構成において、X線検出
器DETとしてX線用撮像管等を使用し、二次元の広が
りを持つX線を発生するX線発生源XGを使用し、被検
体BDYを透過したX線を検出器DETで二次元データ
として収集し、物体の三次元画像の再構成を可能とする
X線CTを構成することができる。
(発明の効果) (1)画像再構成に要する計算量を従来方式のそれに比
べて圧倒的に少なくすることができる。
従来方式のCTでの画像再構成計算は、各種前処理1重
畳積分処理(コンボリューション(Convoluti
on )処理)、逆投影処理等の処理を含み1画素当り
平均数千〜数万回の計算が必要であるが、本方式の(1
)式においては1画素当り平均3回(加算乗算を含む)
の計算のみて(2)式の計算を加えても、従来方式の計
算量の数百分の1から数万分の1になる。
(2)(1)項により超高速な画像再構成処理装置(又
はデータ処理装置)および又はシンプルな構造を持つき
わめて低置な画像再構成処理装置(又はデータ処理装置
)を持つX線CTが実現できる。
(3)単方向のるの透過データ、射影データのみを使用
し、且つ、X線ビームに平行に近い一方向への前進、後
退動作のみで撮影(スキャンとデータ収集)が可能であ
る等の特徴によリ、高圧ケーブルのテークアツプか全く
不要か非常に簡単な構造ですみ、全体としてシンプルで
コンパクトな構造で、高速動作か可能で、低置なガント
リを持つX線CTが実現できる。
(4)先に紹介した従来例では、起生開口で超高感度の
検出素子又は起生開口の検出素子と強力なX線源が必要
となる。かつこの検出器素子の数は、x、  y方向の
各画素数をn、mとするとmn個程度(以上)必要とな
る。m −n−512とすると、この数は26万2千個
という美大な数になる。これに対し本方式では、検出器
素子の数はn個程度(以上)必要で、これは従来例に比
し1/mと極めて少数の検出器素子で良いことになり、
経済性、実現性において極めて有効である。更に先に紹
介した従来例に比して、起生開口の検出器や超微小ステ
ップで精密運動を行う撮影系は本方法では不要であり(
本方式ではy方向(−方向)にそのサンプリング間隔d
に相当する量だけステップ運動するシンプルな機構を持
つ撮影系が必要とされるに過ぎない)、かつファン状の
ビームを使用しながら直交画像マトリクスに直接対応す
る撮影データが得られる(本方式では特殊形状の画像表
示は不要であり、場所による空間分解能の低下は発生せ
ず、座標変換に伴う画質劣化も発生しない)等、現実の
装置を実現する上で、又使用する上で極めて有効な手法
である。
(5)高感度検出器(シンチレーション検出器と光電子
増倍管等)によりX線被曝線量の非常に少ないCTや、
超高速CT等の経済的な実現が期待される。
(6)(1)項に示す特性によりパーシャルボリューム
効果(Partial  Volume  Errec
t) 。
線質硬化(Beam Hardening)現象等の高
速除去低減の可能なCTが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の装置のブロック因、第2図
はX線発生源の構造とX線によるデータ撮影系の構成を
示す図、 第3図はコリメータの構造を示す図、 第4図は測定ビームと画素との関係を示す図、第5図は
線幅の狭い測定ビームと画素との関係を示す詳細図、 第6図は線幅の広い測定ビームと画素との関係を示す詳
細図、 第7図は測定時における測定ビームと画素との幾何学的
関係位置を示す図、 第8図はX線発生源の電子ビーム照射方向の異なる他の
実施例の再構成領域の断面を手前から見た図、 第9図は第8図の実施例の再構成領域の左側方から見た
図、 第10図はX線発生源の他の実施例の図、第11図はコ
リメータの他の実施例の図、第12図はコリメータの更
に他の実施例の図、第13図は従来の装置によるX線射
影分布の計測手段を示す模式図、 第14図は第13図の装置の計測系のみを抽出した図、 第15図は第14図の計測系の作用を説明するための模
式図、 第16図は複数の方向からX線を照射する従来の装置に
よるX線射影分布の計測手段を示す模式第17図は前記
従来の装置においてX線ビームがファンビームの場合を
示す図である。 AM・・・大容量記憶装置  BDY・・・被検体CL
、、CL2・・・集束レンズ CM+ 、CM2 、CM線、CMI2.CMI3゜・
・・コリメータ DAS・・・データ収集装置ll  DC・・・偏向コ
イルDET・・・検出器   DP・・・データ処理装
置G・・・ガントリ    GDC・・・画像表示装置
PA・・・再構成領域  SCC・・・撮影制御装置T
GC・・・テーブル・ガントリ制御装置TGT・・・タ
ーゲット TA・・・テーブル   XG・・・X線発生源XGC
・・・X線発生制御装置 第 図 (イ) 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 6−−ヘーツPET槓出器 第13 図 第14 図 r)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)熱電子放射、電界電子放射等により発生させた電
    子線を電子レンズ等により集束させターゲット上に集束
    された電子線を得る電子線発生手段と、前記電子線を偏
    向しターゲット上の所定の位置に照射させる電子線偏向
    手段と、前記偏向された電子線の照射によりX線を発生
    するターゲット(TGT)とを有するX線発生源(XG
    )と、 該X線発生源(XG)から放射されたX線を所定の方向
    の所定の条件を満たすX線ビームとするコリメータ手段
    (CM)と、 電子線の偏向を制御することによりターゲット(TGT
    )への照射位置を走査し、X線ビームの発生位置を走査
    するX線発生制御装置(XGC)とを具備し、 以下の(イ)〜(ハ)の条件を満たすようにX線発生源
    (XG)から被検体(BDY)にX線ビームを照射し透
    過したX線ビーム又はこれと透過しないX線ビームを検
    出器(DET)で検出測定し、X線ビームと被検体との
    相対的位置関係を変化させて各位置において測定ビーム
    を得、これ等を使用して画像再構成を行い被検体の断層
    面に関する画像を得ることを特徴とするX線CT。 (イ)任意の断層平面内の被検体を含む直交座標の画像
    再構成領域(PA)に対応す る表示画像マトリクスとは必ずしも一致しないサンプル
    間隔であるマトリクス間隔の要素を持ち、 該要素の形状が正方形及び長方形を含む直角四辺形であ
    るデータ撮影マトリクスを使用し、該マトリクスのx軸
    に平行な行とy軸に平行な列に対しX線をy軸方向に一
    方向から即ちこの方向を上方として表すy軸の正の方向
    から入射させる条件。 (ロ)前記画像再構成領域(PA)にファン状に入射さ
    せる複数のX線ビームの入射角度を、各X線ビーム毎に
    それに対応する前記撮影マトリクスの列のすべてのマト
    リクス要素を通過するように定め、前記各X線ビームが
    入射方向から最も遠い前記マトリクス要素の前記直角四
    辺形の左辺または右辺のみを通過して出射するように、
    前記各X線ビームと前記撮影マトリクスとの幾何学的位
    置が定められる条件。 (ハ)x方向にn個、y方向にm個のマトリクス要素を
    持つ前記撮影マトリクスと、 前記各X線ビームとの幾何学的位置関係において、被検
    体(BDY)を透過した前記各X線ビーム又は前記被検
    体(BDY)を透過した前記各X線ビームに透過しない
    X線ビームを加えたX線ビームを検出器(DET)で検
    出測定する。前記検出測定を撮影マトリクスと前記各X
    線ビームとの幾何学的位置関係がy方向に離散的にy方
    向のサンプル間隔であるマトリクス間隔ずつ変化したす
    べての幾何学的位置関係において行う条件。前記検出測
    定は前記撮影マトリクスのすべての要素に対し、前記X
    線ビームが前記撮影マトリクス要素の前記直角四辺形の
    左辺又は右辺のみを通過して出射する状態で行う。
  2. (2)X線の発生を制御するためにターゲット上に集束
    された電子線を得る電子線発生手段と、前記電子線を偏
    向しターゲット上の所定の位置に照射させる電子線偏向
    手段と、前記偏向された電子線の照射によりX線を発生
    するターゲット(TGT)とを有するX線発生源(XG
    )と、 前記発生したX線を整形抽出してX線ビームとするコリ
    メータ手段(CM)と、 前記電子線の偏向を制御することによりX線ビームの発
    生位置を走査するX線発生制御装置(XGC)とは、請
    求項1記載のx方向又はx方向とy方向へX線ビームを
    照射走査するためのX線発生の制御手段であることを特
    徴とするX線CT。
  3. (3)X線の測定を行う1個又はデータ撮影マトリクス
    のx方向の要素数n個より少ない数の検出器素子(DE
    )からなる検出器(DET)と、 X線発生源(XG)のX線発生の時間制御を行うX線発
    生制御装置(XGC)とを具備し、 該X線発生制御装置(XGC)の制御によりn個又はn
    個以上の検出器素子数に相当するX線データの測定を可
    能とする請求項1記載又は2記載のX線CT。
  4. (4)第2のコリメータ手段(CM_2)は検出器(D
    ET)の各検出器素子(DE)の前方に配置され、被検
    体(BDY)を透過したX線を正しく検出器素子(DE
    )に導き散乱線等の測定に有害なX線ビームを除去する
    手段であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の
    X線CT。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4798934B2 (ja) * 2000-09-29 2011-10-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト X線コンピュータトモグラフィ装置

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