JPH0445689Y2

JPH0445689Y2 -

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Publication number: JPH0445689Y2
Application number: JP1984178108U
Authority: JP
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1992-10-27
Also published as: DE3342353A1; DE3342353C2; JPS60119404U; US4707786A

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案はコンピユータ・トモグラフの運転装置
に関する。

〔従来の技術〕

Ｘ線源およびＸ線検出器から成る測定ユニツト
を有しており、Ｘ線源が扇状のＸ線束を送出し、
このＸ線束が個別検出器の列から成るＸ線検出器
に入射し、個別検出器の各々が入射Ｘ線強度に相
応する電気的信号を形成し、撮像対象の扇状平面
内に位置する断層を種々の方向から透視するため
撮像対象のまわりにＸ線束を回転させるための手
段が設けられており、種々の透視方向において得
られる個別検出器の出力信号から撮像対象の透視
される平面内の予め定められた点の減衰値を計算
する測定値処理ユニツトが設けられており、計算
された減衰値から像を再生するための像再生装置
が設けられており、前記測定値処理ユニツトが検
出器信号から導出それた測定データに対するたた
み込み演算器とその後に接続されている逆投影器
とを有している。コンピユータ・トモグラフはヨ
ーロツパ特許第0004258号明細書に記載されてい
る。このようなコンピユータ・トモグラフにおい
て、たたみ込みされた信号は有限の量子数（量子
雑音）に基づく測定値のノイズ状の変動とならん
で測定エレクトロニクスにより惹起されるノイズ
成分（エレクトロニクスノイズ）を含んでいる。
これらの両ノイズ成分は信号振幅に関係して相異
なる挙動をする。これらは像アーテイフアクトに
通じ得る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案が解決しようとする問題点は、冒頭にあ
げた装置において、量子雑音およびエレクトロニ
クスノイズに基づく像アーテイフアクトを最小に
減じ得るものを得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題点は本考案によれば、上述のコンピユ
ータ・トモグラフにおいて、適応デイジタルフイ
ルタがたたみ込み演算器の前に設けられており、
このフイルタに制御装置が付設され、前記制御装
置が前記適応フイルタの伝達特性をフイルタ入力
信号により制御する。本考案において適応デイジ
タルフイルタとは、デイジタルフイルタのフイル
タ特性、すなわちフイルタの伝達特性がフイルタ
の入力信号に関係するようなものをいう。すなわ
ちそのフイルタ特性は固定したものでなく、フイ
ルタ入力信号に関係して制御され、入力信号に適
応する。それにより、ノイズ、すなわち量子ノイ
ズ及びエレクトロニクスノイズの作用は最小に減
ぜられ、ノイズの像質に対する有害な作用を大幅
に減ずることができる。

〔実施例〕

以下、図面により本考案を詳細に説明する。

Ｘ線源１０または他の線源は１つの扇状のＸ線
束１２を送出し、このＸ線束は検出器アレイ１４
に入射する。検出器アレイ１４は一列に配置され
た多数の検出器から成つている。検出器はＸ線源
１０を中心とする１つの円上に配置されている。
好ましい実施例では、最終的な像の形成に用いら
れるデータを発生する512個の検出器と、検出器
アレイ１４の端に２個づつ配置されておりＸ線源
１０の減弱されていないＸ線を後で一層詳細に説
明する仕方で受ける４個のモニタ検出器１７とが
設けられている。以上のことは第１図および第２
図に示されている。第１図はＸ線撮像機構の構成
図、第２図はこの機構の斜視図である。

Ｘ線源１０および検出器アレイ１４は１つの枠
構造の内環１６上に配置されており、従つてＸ線
源１０および検出器アレイ１４は互いに固定的に
対応づけられて保持されている。内環１６は外環
１８内で回転可能であり、従つて内環１６はＸ線
源１０および検出器アレイ１４と共に、扇状Ｘ線
束１２の平面に対して垂直な軸線２０のまわりに
回転することができる。枠の内環１６が360°回転
するとき、円２２により郭定されている１つの円
形範囲が扇状Ｘ線束１２により透視され、その際
に透視の角度はＸ線源１０および検出器アレイ１
４の回転中に変化する。走査される身体２１は円
２２内に配置されており、円２２を透視したＸ線
は検出器アレイ１４の512個のデータ検出器に入
射する。モニタ検出器１７は円２２の外側を進ん
だＸ線を受けるように配置されている。こうし
て、モニタ検出器１７に入射するＸ線は投影のつ
どのＸ線源１０のＸ線強度についての指示を与え
る。

静止している身体２１に対する円２２内のＸ線
源１０の透視角度を投影角と呼ぶ。相異なる多数
の投影角のもとでの検出器アレイ１４内の検出器
のデータの収集により、円２２内に配置されてい
る患者または他の対象のトモグラフ走査が行なわ
れ、またデータ検出器のデータの処理により、扇
状Ｘ線束１２の平面内に位置する断面範囲内の患
者または他の対象の密度を表わす１つの像が形成
され得る。

上記の方法が静止患者２１のまわりのＸ線源１
０および検出器アレイ１４の回転中に複数回行な
われる。ここに説明する実施例では内環１６は約
５秒間に１回転をする。測定すべき断層の投影は
1°の回転ごとに行なわれるので、１回の走査の際
に各512のデータを有する360のデータ・セツトが
得られる。これらのデータは下記の仕方で最終的
な像の形成のために処理される。

第３図では処理電子回路は２つのセクシヨンに
分割されている。第１のセクシヨンはデータ収集
電子回路を含んでおり、また内環１６上に配置さ
れており、従つて検出器アレイ１４およびＸ線源
１０と共に回転する。他のセクシヨンは処理電子
回路を含んでおり、また内環１６上に取付けられ
ておらず、静止している。第３図中の破線で示す
範囲１００内に示されているデータ収集電子回路
は、擾乱信号および他の擾乱源をできるかぎりわ
ずかに保つため、できるかぎり検出器アレイ１４
の近くに配置されているべきであろう。

検出器アレイ１４内の各検出器の出力は１つの
対応づけられている積分器１０２に与えられる。
512個のデータ検出器用積分器と４個のモニタ検
出器用積分器とが設けられている。積分器の出力
は１つのマルチチヤネル−アナログマルチプレク
サ１０４に導かれている。マルチプレクサ１０４
は選択的に積分器出力端を１つの対数アナログ−
デイジタル変換器１０６と接続する。

積分器１０２、マルチプレクサ１０４およびア
ナログ−デイジタル変換器１０６は１つのデータ
収集論理回路１０８からの信号により制御され
る。検出器出力信号を表わす変換器１０６のデイ
ジタルデータは論理回路１０８に与えられ、論理
回路１０８がこれらのデータを、枠に取付けられ
ている電子回路（破線で示す範囲１００内）をト
モグラフ処理装置の残りの部分と接続する１つの
ケーブルを介して伝送する。

各検出器のデータがデイジタル形式に変換され
かつ伝送された後に、最終的な像を形成するため
これらのデータを用いて行なわれなければならな
い種々の演算が１つの高速パイプラインプロセツ
サ内で行なわれる。このパイプラインプロセツサ
は４つの機能ユニツト、すなわち補正器１１２、
たたみ込み演算器／補間器１１４、像再構成演算
器１１６および像メモリ１１８から成つている。
種々のこれらのステツプはそれ自体１つの内部パ
イプライン処理構成を有する。パイプライン・ス
テツプの各々のなかでの必要な計算のステツプ状
実行により、プロセツサはその機能をデータ受入
れの時点で実行し得る。

図示されている実施例では、データは破線で示
される範囲１００から枠／計算機インタフエース
１１０に与えられる。このインタフエース１１０
は破線で示される範囲１００からのデータをその
フオーマツトに関して検査し、それらをダイレク
トアクセスメモリ（DMA）を介して制御計算機
１３０のメモリ内に記憶する。補正器１１２が新
しいデータを受入れる準備ができているとき、こ
れらのデータが計算機／プロセツサ・インタフエ
ース１３２を介して計算機１３０から補正器１１
２に与えられ、処理のために補正器１１２内に記
憶される。範囲１００から補正器１１２へのデー
タ転送は、所望であれば生データの記憶を容易に
するため、また下記のように計算機１３０により
補正データに相応して行なわれる補正計算を可能
にするため、計算機１３０を介して行なわれる。
範囲１００からのデータが計算機１３０のメモリ
を経由することが望ましくない他の装置では、範
囲１００からのデータは、破線１３４により示さ
れているように、直接に補正器１１２に与えられ
得る。

補正器１１２に与えられるデータは、検出器出
力信号の対数を表わすデイジタル値から成つてい
る。補正器はこれらのデータを用いて複数の種々
の演算を実行する。検出器感度およびチヤネル増
幅率の変動、電子回路内のオフセツトおよび投影
ごとのＸ線強度の変動を補正するため、Ｘ線源１
０と検出器アレイ１４との間に撮像対象が存在し
ない状態でデータがとられる。これらのデータか
ら計算機１３０が補正値を計算し、これらの補正
値は記憶され、後で補正器１１２に中間回路１３
２を介して与えられる。検出器出力データはＸ線
硬化効果のために、Ｘ線が通過する身体の密度の
線形関数ではない。従つて、硬化補正が同じく補
正器１１２により行なわれる。最後に、補正され
た信号は特有検出器と中央検出器との間の角度の
コサインで乗算される。これは、測定されたデー
タを最終的な像に対応づける数学関数のために必
要である。

補正されたデータはＣ／Ｃメモリ１２０内に記
憶される。１回の投影のデータは、補正されかつ
Ｃ／Ｃメモリ１２０内に記憶された後に、たたみ
込み演算器１１４内での処理のために取出され得
る。たたみ込み演算器１１４は、逆投影のための
データを準備するため、一連の補正された入力デ
ータを、ぼけを除去する関数によりたたみ込む。
たたみ込み関数は取扱者により、最終的な像が有
すべき特性に関係して変更することができる。こ
の目的で計算機１３０内に多数のたたみ込み関数
が記憶されている。取扱者によるこれらの関数の
１つの選択に関係して計算機１３０はこの関数を
表わすデータをたたみ込み演算器１１４に中間回
路１３２を介して伝達する。これはトモグラフ走
査の開始前に行なわれる。ぼけを除去する関数
（たたみ込み関数）として計算機１３０からたた
み込み演算器１１４へ伝達される関数は各24ビツ
トの512語から成つている。

たたみ込み演算器１１４の出力信号は512のデ
ータ点から成つている。内挿器がこの情報を受け
て、512のデータ点の各々から内挿されたデータ
の８つの点を与える。これは原データ点の各々に
対して７つの追加的データ点により行なわれる。
これらの追加的データ点は原データ点の各々の間
の直線内挿により計算される。たたみ込まれかつ
内挿されたデータはＣ／Ｉメモリ１２２内に記憶
され、そこから像再生回路１１６に与えられる。
像再生回路１１６は、最終的な像を形成するた
め、撮像のつど得られたデータを像メモリ１１８
内へ逆投影する。本考案では、逆投影を実行する
ための新しい方法として、高速パイプライン・プ
ロセツサにより非常に短い時間内に逆投影計算が
実行されるので、最終的な像が１回の走査過程の
直後に得られる。像再生回路は、各走査に対する
像再生計算の実行前に特定の定数が記憶または計
算されることを必要とする。典型的には、これら
の投影定数はたいてい計算機１３０内に記憶さ
れ、またこれにより計算され、次いで像再生回路
１１６に伝達される。

この投影の間に像再生回路は512×512像マトリ
クス内の点の各々に対して相応のデータを決定
し、またそれらを１つの重み関数により乗算す
る。各投影に対する像再生回路１１６の出力信号
は像点の数と同数の語数を有する。これらの値
は、予め像メモリ１１８内に記憶されている部分
像データに加算される。像メモリ１１８は各16ビ
ツトの512×512語で満たされる。１回の走査が終
了した後に、像メモリ１１８内に記憶されている
データは、走査されている断層範囲の密度を表わ
している。

像メモリ１１８からの像データは種々の仕方で
表示され得る。１つの好ましい実施例では、これ
らのデータは、破線１３７により示されているよ
うに、計算機１３０により読出され、これらのデ
ータを用いて計算機１３０により特定の機能、た
とえば像内のグレースケールのダイナミツクレン
ジの縮小または拡大のための機能が実行され得
る。計算機１３０は処理されたデータをデイスプ
レイ装置１３８に与える。データは補正器１１
２、たたみ込み演算器／内挿器１１４およびパイ
プライン・プロセツサの像再生回路の間で２つの
２バンク・メモリを介して伝達される。補正器１
１２とたたみ込み演算器／内挿器１１４との間に
は１つの補正器・たたみ込み演算器−メモリまた
はＣ／Ｃメモリ１２０が位置している。補正器１
１２が１回の投影の補正されたデータをＣ／Ｃメ
モリ１２０の１つのバンク内に書込む間に、たた
み込み演算器１１４は前回投影のデータをＣ／Ｃ
メモリ１２０の他方のバンクから読出す。各走査
の間に各15ビツトの512語がＣ／Ｃメモリ１２０
の１つのバンク内に書込まれ、または１つのバン
クから読出される。たたみ込み演算器／内挿器１
１４と像再生回路１１６との間には１つのたたみ
込み演算器・像再生回路−メモリまたはＣ／Ｉメ
モリ１２２が位置している。Ｃ／Ｉメモリ１２２
はＣ／Ｃメモリ１２０と類似の２バンク・メモリ
である。内挿器はたたみ込まれた各データ点に対
して８つの中間値を発生し、また各たたみ込みの
結果の18の最有意ビツトと内挿値とはそれぞれ保
持される。このようにして各投影の間に各16ビツ
トの4096語がＣ／Ｉメモリ１２２の２つのメモリ
バンクの各々に書込まれ、またはそこから読出さ
れる。

ノイズの影響を消去するため、たたみ込み演算
器１１４内でのたたみ込みの前に適応フイルタリ
ングが行なわれる。そのためにＣ／Ｃメモリ１２
０とたたみ込み演算器１１４との間に１つの適応
デイジタルフイルタ３０が設けられている。この
適応フイルタ３０には１つの制御装置３１が対応
づけられており、この制御装置は適応フイルタ３
０の伝達特性、すなわちフイルタ特性をフイルタ
入力信号に関係して制御する。

エレクトロニクスノイズと量子雑音との比対象前の強度と減衰した測定値との比としての
減衰率Ａ（ｋ）＝Io／Ｉ（ｋ）から出発して、ノイズなしにＣ／Ｃメモリ１２０から供給される投影値ｐ
（ｋ）がｐ（ｋ）＝ClnIo／Ｉ（ｋ） (1) として計算される。ノイズ源を定めるため下記の
モデルが仮定される。強度Ｉ（ｋ）の量子雑音σ_Q
r_Q（ｋ）およびエレクトロニクスノイズσ_Er_E（ｋ）
が重畳している。

（ｋ）＝Ｉ（ｋ）＋σ_Qr_Q（ｋ）＋σ_Er_E（ｋ） (2) ノイズプロセスr_Q（ｋ）およびr_E（ｋ）の分散に
ついて下記の仮定をする。

VAR｛r_Q（ｋ）｝＝VAR｛r_E（ｋ）｝＝１ (3) それにより、互いに無関係な両ノイズ源の分散
がフアクタσ_Qおよびσ_Eにより定められる。

量子雑音については下式が成り立つ。

エレクトロニクスノイズは減衰率Ａに無関係で
ある。限界減衰率A_QEではエレクトロニクスノイ
ズは量子雑音に等しい。従つて、分散σ_Eについて
下式が得られる。

エレクトロニクスノイズと量子雑音との比をＦ
とすると、式(4)および(5)から下式が得られる。

Ｆ（ｐ（ｋ））＝σ_E／σ_Q＝A_QE ^-1/2ｅｐ（ｋ）／2C(
6) 限界減衰率の決定は使用される撮像システムに
関係する。相応にＦ＝１に対して、エレクトロニ
クスノイズが量子雑音に等しいとみなされる限界
値P_QEが得られる。式(6)から下式が得られる。

P_QE＝C1_oA_QE (7) 適応フイルタの設計投影値に関係するエレクトロニクスノイズと量
子雑音との比Ｆ（ｐ（ｋ））が第５図に曲線で示さ
れている。エレクトロニクスノイズを抑制するた
めには、投影値ｐ（ｋ）のフイルタリングは、Ｆ
（ｋ）＝Ｆ（ｐ（ｋ））＞１に対してはできるかぎり強
く、他方Ｆ（ｋ）＜１の範囲ではできるかぎり弱く
行なわれなければならない。フイルタ作用の適応
は第４図のデイジタルフイルタにより達成され
る。その際、式(6)による比Ｆ（ｋ）内のフイルタ
された信号およびフイルタされない信号は互いに
加え合わされる。低域通過フイルタのインパルス
応答h_TP（〓）によりフイルタ出力値として下式が
得られる。

P_a（ｋ）＝１／１＋Ｆ（ｋ）ｐ（ｋ）＋Ｆ（ｋ）／１
＋Ｆ（ｋ）｛ｐ（ｋ）^*h_TP（〓）｝ (8) 実現のためには適応係数ａ（ｋ）が導入される。

ａ（ｋ）＝Ｆ（ｋ）／１＋Ｆ（ｋ） (9) 第５図中に曲線ｂで、ｐ（ｋ）に関係するａ（ｐ
（ｋ））が示されている。式(9)により、式(8)に対し
て下式が得られる。

p_a（ｋ）＝ｐ（ｋ）＋ａ（ｋ）（p_TP（ｋ）−ｐ（ｋ
）），
(10) ここで、p_TP（ｋ）は低域通過フイルタによりフイ
ルタされた信号である。式(10)に相応して、ａに関
係して信号依存性の伝達関数H_a（Ω）が得られ
る。

H_a（Ω）＝（１−ａ）＋aH_TP（Ω）， (11) Ω＝2πｆ／fa 低域通過フイルタ高い周波数において測定値ｐ（ｋ）の増大、従
つてまたａ（ｋ）の増大と共に連続的に減少する
フイルタの伝達関数すなわち Ha（Ω）｜a₂＜Ha（Ω）｜a₁ ここで、０Ωπ a2＞a1 （12）を得るため、Ω＝πにおいてｎ重の零位を有する
低域通過フイルタを選択することは目的にかなつ
ている。ひずみを避けるため、さらに１つの直線
位相フイルタが用いられる。すなわち、 h_TP（−〓）＝h_TP（〓） (13) さらに、試験の結果、十分な平滑のためには少
なくとも５つの係数が必要であることが示されて
いる。従つて、 H_TP（Ω）＝cos⁴Ω／２ (14) に選択される。相応にインパルス応答については
下式があてはまる。

h_TP（〓）＝｛１／16，１／４，３／８，１／４，１
／16｝(15) 適応フイルタの信号依存性の伝達関数は式（11）
により H_a（Ω）＝１−ａ＋acos⁴Ω／２ (16) となる。第６図には種々の適応係数に対するH_a
（Ω）が示されている。式(15)により信号依存性
インパルス応答h_a（〓）として下式が得られる。

h_a（〓）＝｛ａ／16，ａ／４，１−５／８ａ，ａ／４
，ａ／16｝ (17) 適応デイジタルフイルタの実現適応の実現のためには、投影値ｐに関係して係
数ｓの値がアドレスとして式(6)および(9)に相応し
て１つのテーブル内に格納される。デイジタル低
域通過フイルタリングは第７図のブロツク接続図
のように並列形態で実施され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案を説明するためコ
ンピユータトモグラフの機械的構成を示す図、第
３図は第１図および第２図によるコンピユータト
モグラフ用のプロセツサのブロツク接続図、第４
図は第３図によるプロセツサの詳細図、第５図お
よび第６図は第２図および第３図を説明するため
の曲線、第７図は適応フイルタの実施例の接続図
である。１０……Ｘ線源、１２……扇状Ｘ線束、１４…
…検出器アレイ、１６……内環、１７……モニタ
検出器、１８……外環、２１……患者、３０……
適応フイルタ、３１……制御装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

Ｘ線源１０およびＸ線検出器１４から成る測定
ユニツトを有しており、Ｘ線源１０が扇状のＸ線
束１２を送出し、このＸ線束が個別検出器の列か
ら成るＸ線検出器１４に入射し、個別検出器の
各々が入射Ｘ線強度に相応する電気的信号を形成
し、撮像対象２１の扇状平面内に位置する断層を
種々の方向から透視するため撮像対象２１のまわ
りにＸ線束１２を回転させるための手段１６，１
８が設けられており、種々の透視方向において得
られる個別検出器の出力信号から撮像対象２１の
透視される平面内の予め定められた点の減衰値を
計算する測定値処理ユニツトが設けられており、
計算された減衰値から像を再生するための像再生
装置１３８が設けられており、前記測定値処理ユ
ニツトが検出器信号から導出それた測定データに
対するたたみ込み演算器１１４とその後に接続さ
れている逆投影器１１６，１１８とを有し、適応
デイジタルフイルタ３０がたたみ込み演算器１１
４の前に設けられており、このフイルタには制御
装置３１が付設され、前記制御装置３１が前記適
応フイルタ３０の伝達特性をフイルタ入力信号に
より制御することを特徴とするコンピユータ・ト
モグラフの運転装置。