JPH05228135A - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速にＸ線を発生する装置を用いて複数部位
の断層像を連続撮影する場合の画質向上を図る。 【構成】Ｘ線発生用の熱電子を放出するフィラメント９
を回転体６に取り付け、これを磁気浮上支持する。ステ
ータ14で回転体６を高速回転させてターゲット７からＸ
線を発生させる。Ｘ線の照射野を調整して被検体Ｍに導
くＸ線コリメータ15のＸ線透過孔16を螺旋状に形成し、
被検体Ｍの水平移動に追随させる。Ｘ線透過孔16を通過
した１回転分のＸ線は常に被検体Ｍの横断面の中心部位
を透過し、その周囲部分において若干左右にずれる程度
となる。よって、補間演算により生成される横断面の投
影データの精度は増し、画質の向上につながる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検体の周囲からＸ
線を曝射することで被検体の断層像を撮影するＸ線ＣＴ
装置に係り、特には、高速で複数部位の断層像を撮影す
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般のＸ線ＣＴ装置は、被検体に向けて
Ｘ線を曝射するＸ線管と被検体を透過したＸ線を検出す
るＸ線検出器とを対向させた状態で機械的に回転させ
て、スライス面の全周方向からの投影データを収集し、
逆投影法などの画像再構成演算を行って断層像を得てい
る。

【０００３】複数部位の断層像を得る場合には、第１の
スライス面の延長面内においてＸ線管とＸ線検出器とを
回転させて全周方向からの投影データを収集したのち、
Ｘ線管，Ｘ線検出器の回転およびＸ線曝射を一旦停止さ
せ、第２のスライス面の延長面内にＸ線管が位置するよ
うに被検体を水平移動させてから前記の回転およびＸ線
曝射を行う。したがって、被検体の拘束時間が長くな
り、故にＸ線ＣＴ装置の稼動効率が悪くなるという問題
が生じている。

【０００４】そこで、螺旋状スキャンあるいはヘリカル
スキャンと呼ばれる撮影方式が提案され、一部の医療機
関で実施されている。被検体を水平移動させながら、Ｘ
線管およびＸ線検出器を連続的に回転させて投影データ
を収集する方式である。Ｘ線管とＸ線検出器は固定され
た平面内を回転し続け、その平面内を横切るように被検
体が移動するのであるから、図７に示すように、被検体
Ｍを静止させた状態として見た場合、１スキャン（１回
転走査）におけるＸ線管（図示せず）の位置は、Ｐ₁ か
らＰ₂ を通ってＰ₃ へと被検体Ｍの周りを螺旋状に移動
する。

【０００５】したがって、この１スキャンで収集された
投影データは、被検体Ｍの垂直な横断層面Ａを中心とし
た左右対称の斜め方向からの投影データである。この左
右対称の投影データのうち、互いに対応する位置にある
データの平均データを算出する、いわゆる補間法と呼ば
れる算術演算によって横断層面Ａの投影データを生成
し、画像再構成を行う。これを各スキャン毎に行えば、
複数の横断層面の断層像が得られる。

【０００６】１スキャン中における被検体Ｍの移動距離
（図７のΔｍ）がかなり短い場合や、そのΔｍでの被検
体内のＸ線吸収係数が殆ど変化しない場合では、補間法
によって生成された投影データと、真の投影データ（通
常のＣＴスキャンで得られる横断層面Ａの投影データ）
との差異はあまり生じず、生成された投影データの信頼
性もそれなりに高くなるが、その逆の場合、すなわち、
Δｍが長い場合や、そのΔｍでの被検体内のＸ線吸収係
数に著しい変化がある場合では、生成された投影データ
と真の投影データとの差が顕著に現れ、生成された投影
データの精度は大幅に低くなり、再構成された断層像の
画質低下をもたらす。

【０００７】本出願人は、このような実情を鑑み、特願
平２−167319号の「Ｘ線ＣＴ装置」を提案した。このＸ
線ＣＴ装置は、Ｘ線照射野を調整するＸ線用絞り（Ｘ線
コリメータ）を被検体の体軸方向に移動可能に取り付
け、ヘリカルスキャンにおける被検体の水平移動に同期
してＸ線コリメータを同方向に移動させるものである。
以下、図８を参照して説明する。図８中、符号40はＸ線
管、Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ は１スキャンにおけるＸ線コリメータ
の位置を示し、この符号に対応して描いている四角形が
Ｘ線コリメータのＸ線透過孔を示している。また、Δｘ
はＸ線コリメータの移動距離，Δｍは１スキャンにおけ
る被検体Ｍの移動距離，Ｐは被検体Ｍの横断面の中心を
示す。

【０００８】被検体Ｍが図面の左側から右側に向かって
Δｍだけ移動する間に、Ｘ線コリメータがＣ₁ からＣ₂
を経てＣ₃ の位置に移動すると、Ｘ線コリメータのＸ線
照射孔を通って被検体Ｍに向かうＸ線ビームＢは被検体
Ｍの横断面の中心Ｐを追随するように走査される。した
がって、図９からも明らかなように、１スキャンで収集
される投影データは、被検体Ｍの横断面の中心Ｐにおい
て完全に一致し、体表面に向かって徐々に左右にずれた
部位からのデータとなる。特に、臓器が存在している中
心付近のずれ量は僅かであり、補間演算による横断面の
投影データ算出精度の低下が抑えられ、再構成された断
層像の画質は向上する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
被検体の複数部位の断層撮影を高速に行うものとしてヘ
リカルスキャンを取り上げた。この一方において、現在
では断層撮影を高速化するＸ線ＣＴ装置の開発が進めら
れている。例えば、特公昭59−23206 号公報に記載され
ているように、中心に被検体挿入用の凹部を備えた中空
の真空容器の内部にリング状のターゲットを配備し、真
空容器の内奥中心部に備えた電子銃からの電子線を偏向
コイル、偏向板でターゲットの全周に照射し、ターゲッ
トの全周方向から発生したＸ線で被検体の断層撮影を行
うものがある。

【００１０】また、円筒状の真空容器内において、電子
線放出用のフィラメントを取り付けたリング状の回転体
を磁気浮上支持してステータ等により高速回転させ、回
転体の対向位置に配備したリング状のターゲットの全周
からＸ線を発生させる回転陰極Ｘ線管もある。いずれに
せよ、従来のようにＸ線管を機械的に振り回すのではな
く、Ｘ線発生用の電子線を回転走査させることで断層撮
影の高速化を図る。

【００１１】これらのようなＸ線装置を用いて上述のヘ
リカルスキャンを行えば、さらに、高速に複数部位の断
層撮影が行える。しかし、その前に解決しなければなら
ない課題としてヘリカルスキャンによる画質低下の抑制
がある。従来のＸ線ＣＴ装置ならば、図示説明したよう
にＸ線コリメータを移動してＸ線ビームを走査すること
により画質低下を抑制できるが、上記のように高速にＸ
線を発生する装置に、その方式を採用するのは無理があ
る。

【００１２】例えば、回転陰極Ｘ線管において、１スキ
ャンに要する時間（回転体が１回転する時間）はおよそ
0.1 秒程度であり、その間に機械的にＸ線コリメータを
移動制御できるとは考え難いからである。

【００１３】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、高速にＸ線を曝射する装置を用いて
複数部位の断層撮影を行う場合の画質向上を図るＸ線Ｃ
Ｔ装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために次のような構成をとる。すなわち、この
発明は、被検体を体軸方向に連続的に移動させる手段
と、Ｘ線発生用の電子線を被検体の周囲で回転走査させ
る手段と、前記回転走査された電子線を受け止めてＸ線
を発生する手段と、前記発生したＸ線の照射野を調整し
て被検体に導くＸ線透過孔を有するＸ線コリメータとを
備えたＸ線ＣＴ装置において、前記発生したＸ線が被検
体の体軸方向への移動に追随するように前記Ｘ線透過孔
を螺旋状に形成してあることを特徴とする。

【００１５】

【作用】この発明の構成による作用は次のとおりであ
る。被検体を体軸方向に連続的に移動させながら、電子
線を被検体の周囲で回転走査させてＸ線を発生させる。
発生したＸ線はＸ線コリメータのＸ線透過孔を通って被
検体に導かれる。このとき、被検体の移動に追随するよ
うにＸ線透過孔を螺旋状に形成してあるから、発生した
Ｘ線は被検体の同一部位を透過する。従来のようにメカ
ニカルな要素を用いてＸ線を走査し被検体の移動に追随
させるのではないので、高速にＸ線を曝射する装置を用
いて複数部位の断層像を高精度に得られる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１に、高速にＸ線を発生する装置として回
転陰極Ｘ線管を用いたＸ線ＣＴ装置の縦断面図を示す。
図中、符号１は被検体挿通孔２が前後に形成されたガン
トリである。ガントリ１の内部にはリング状の回転陰極
Ｘ線管３とリング状のＸ線検出器４とが被検体Ｍの体軸
Ｘの方向に並列して収納されている。

【００１７】回転陰極Ｘ線管３は、ステンレス製の真空
容器５の内部にリング状の回転体６とリング状のターゲ
ット７とを配備して構成されている。回転体６は真空容
器５の外周部に取り付けられた複数個の電磁石８で磁気
浮上支持され、ステータ14で形成された回転磁界により
約10Ｈz で回転するようになっている。

【００１８】ターゲット７は回転体６の対向位置におい
て真空容器５の内壁部に設置固定され、ターゲット７と
対向する回転体６の面上には熱電子放出用のフィラメン
ト９が取り付けられている。フィラメント９のリード線
は回転体６の内周面に配されたリング状のスリップリン
グ10に接続されており、このスリップリング10に摺動し
て接触する給電ブラシ11が真空容器５の内周面に取り付
けられている。給電ブラシ11は真空容器５外に設置され
た交流電源12と直流電源13とに接続されている。

【００１９】交流電源12でフィラメント９を加熱してお
き、直流電源13によりターゲット７と回転体６との間に
直流高電圧を印加すると、フィラメント９からターゲッ
ト７に向けて熱電子線が放出される。回転体６を高速回
転させつつ、熱電子線を放出させると、熱電子線はリン
グ状のターゲット７の上を走査する。その結果、ターゲ
ット７の熱電子衝突点（これをＸ線発生源と呼ぶ）から
発生したＸ線ビームは、ガントリ１の内周壁面に設置さ
れている円筒形のＸ線コリメータ15の円周面上を回転走
査する。

【００２０】Ｘ線コリメータ15自体はＸ線遮蔽材料であ
る鉛等で形成されており、その周面にはＸ線ビームを通
過させる螺旋状のＸ線透過孔16が設けられている。Ｘ線
透過孔16の幅は体軸Ｘの方向のＸ線照射野を規定するも
のであり、スライス厚さの調整に用いられる。その一方
において、体軸Ｘと直交する水平方向のＸ線照射野を規
定してＸ線ビームの広がり角を調整するＸ線コリメータ
も設置されている。本発明では特に重要ではないため図
示を省略しているが、このＸ線コリメータは回転体６に
同期して回転させる必要があり、例えばターゲットのＸ
線発生源の近傍において回転体６に一体的に付設され
る。

【００２１】したがって、ターゲット７から発生したＸ
線は、まず、広がり角の調整を受けて被検体Ｍの周囲を
回転しながらＸ線透過孔16を通過し、ここでスライス厚
さ方向の調整を受け、螺旋状のＸ線ビームとなって被検
体Ｍを斜めに横切りＸ線検出器４に入射する。このよう
なＸ線ビームの照射中に、電動モータ17を駆動してベッ
ド18とともに被検体Ｍを体軸Ｘの方向に連続的に移動さ
せ、複数部位の断層像を構成するための投影データを収
集する。

【００２２】投影データの収集について、図２および、
円筒形のＸ線コリメータ15を平面図に展開した図３を参
照して説明する。図２中、符号Ｐ₁,Ｐ₂,Ｐ₃ はそれぞれ
回転体６の回転角度が０度（θ₀ ）、180 度
（θ₁₈₀ ）、360 度（θ₃₆₀ ）においてターゲット７上
に形成されるＸ線発生源の位置を示す。Ｘ線発生源が、
Ｐ₁ からＰ₂ を経てＰ₃ に至る時間、つまり回転体６が
１回転する間に、所要の出力で電動モータ17を駆動して
ベッド18を体軸Ｘの方向に移動させた結果、被検体Ｍが
距離Ｌだけ進むとする。

【００２３】まず、Ｘ線コリメータ15のＸ線透過孔16の
形状を以下のようにして設定しておく。例えば、Ｐ₁ の
位置から発生したＸ線ビームＢ₁ が、被検体Ｍ内のＱ₁
の位置（横断面の中心位置）で体軸Ｘと交わってＸ線検
出器４に入射するように、Ｘ線透過孔16の位置Ｒ₁ を定
める。また、Ｑ₁ の位置から体軸Ｘの方向に距離Ｌ／２
だけ進めた位置Ｑ₂ でＰ₂ の位置から発生したＸ線ビー
ムＢ₂ が体軸Ｘと交わるようにＸ線透過孔16の位置Ｒ₂
を定め、Ｑ₁ の位置から体軸Ｘの方向に距離Ｌだけ進め
た位置Ｑ₃ でＰ₃ の位置から発生したＸ線ビームＢ₃ が
体軸Ｘと交わるようにＸ線透過孔16の位置Ｒ₃ を定め
る。そして、定めた位置Ｒ_1,Ｒ_2,Ｒ₃ をつないでＸ線透
過孔16の形状を設定する。説明を簡略するため、０度，
180 度,360度での位置設定を行うようにしたが、微小角
度毎に上記のような位置設定を行えば形状の正確さが増
す。

【００２４】次に、設定したＸ線コリメータ15をガント
リ１に装着し、上記のようにＸ線を発生させながら電動
モータ17を駆動して被検体Ｍを体軸Ｘの方向に水平移動
させ、投影データの収集を行う。回転体６の回転角度θ
₀ においてターゲット７のＰ₁ の位置から発生したＸ線
ビームＢ₁ は広がり角を調整されてＸ線コリメータ15の
面上に照射される。この様子を図３に示す。図中、ハッ
チングの部分がＸ線コリメータ15上のＸ線照射範囲を示
している。符号ＹはＸ線ビームの広がり方向である。広
がり角の調整によってΔＹの範囲に絞り込まれたことを
示している。

【００２５】Ｘ線ビームＢ₁ はＸ線透過孔16のＲ₁ の位
置を通過するときに、体軸Ｘの方向に沿ったΔＸの範囲
に絞り込まれて被検体Ｍに向かい、θ₀ の方向からＱ₁
の位置を透過した投影データが得られる。回転体６が半
回転して回転角度θ₁₈₀ の位置に到達すると、被検体Ｍ
はＬ／２だけ体軸Ｘの方向に移動し、位置Ｑ₁ とＱ₂ と
が重なる。回転角度θ₁₈₀ においてターゲット７のＰ₂
の位置から発生したＸ線ビームＢ₂ はＸ線透過孔16のＲ
₂を通過する時にΔＸの範囲に絞り込まれて被検体Ｍに
向かい、θ₁₈₀ の方向からＱ₁ の位置を透過した投影デ
ータが得られる。

【００２６】さらに、回転体６が半回転して回転角度θ
₃₆₀ の位置に到達すると、被検体ＭはＬ／２だけ体軸Ｘ
の方向に移動して、合計の移動距離はＬとなり、位置Ｑ
₁ とＱ₃ とが重なる。回転角度θ₃₆₀ においてターゲッ
ト７のＰ₃ の位置から発生したＸ線ビームＢ₃ はＸ線透
過孔16のＲ₃ を通過する時にΔＸの範囲に絞り込まれて
被検体Ｍに向かい、θ₃₆₀ の方向からＱ₁ の位置を透過
した投影データが得られる。この間、Ｘ線コリメータ15
は回転体６が１回転する間に同方向にΔＹ°回転し図３
において、θ₀ とθ₃₆₀ のデータが過不足なく収集でき
るようになっている。

【００２７】すなわち、図４に示すように、被検体Ｍの
仮想断層面Ａの中心部位Ｏを透過し、その周囲部分にお
いて中心部位Ｏから若干ずれた部位を透過した全周方向
の投影データが１スキャンで得られる。これを連続的に
繰り返せば、図４のような形態で得られる投影データが
複数の部位について収集される。

【００２８】図５に示すように、Ｘ線検出器４からの検
出信号はデータ収集部20に送られてＡ／Ｄ変換され、各
スキャン毎の投影データとして画像処理装置21内の第１
のメモリ22に格納される。補間処理部23は、第１のメモ
リ22から投影データを１スキャン毎に読み出して補間演
算を行い、図４に示したような仮想断層面Ａの投影デー
タを生成して、その結果を第２のメモリ24に格納する。

【００２９】補間演算に用いる投影データは仮想断層面
Ａの中心部位Ｏで完全に一致し、体表面に向かって徐々
に左右にずれた部位からのデータであるから、補間演算
によって生成される仮想断層面Ａの投影データの精度
は、一般のヘリカルスキャンのそれと比較して高い。特
に、読影対象の臓器が存在している被検体Ｍの体軸中心
付近においては投影データのずれ量は極めて僅かであ
り、高精度な投影データの生成が期待できる。画像再構
成部25は第２のメモリ24に格納されている投影データを
各スキャン毎に読み出し、逆投影法などの再構成演算を
用いて断層像を構成して、外部の磁気ディスク26にスト
アするとともにＤ／Ａ変換器27を介してモニタディスプ
レイ28に表示する。

【００３０】以上のように、機械的な要素を用いてＸ線
ビームを被検体の移動に追随させるのではなく、Ｘ線ビ
ームが被検体Ｍの移動に追随するようにＸ線透過孔16の
形状を設定してあるから、回転陰極Ｘ線管３のように高
速でＸ線を発生する装置を用いての連続撮影が精度よく
行われる。

【００３１】また、被検体Ｍの移動速度に応じて、Ｘ線
透過孔16の体軸Ｘの方向の変位量を変えた複数個のＸ線
コリメータ15を用意しておけば、複数の撮影条件に対応
できるし、Ｘ線透過孔16の幅の異なる複数個のＸ線コリ
メータ15を用意することでスライス厚さの切り換えも行
える。

【００３２】なお、上記の実施例では、高速にＸ線を発
生する装置として回転陰極Ｘ線管を例に挙げたが、例え
ば図６に示すように、電磁偏向装置30,31 を用いて電子
銃32から発生した電子線を回転走査させる装置にも本案
のＸ線コリメータ15を適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明のＸ線ＣＴ装置は、被検体の周囲で回転走査されたＸ
線の照射野を設定して被検体に導くＸ線透過孔を、被検
体の移動に追随するように螺旋状に形成してあるから、
発生したＸ線は被検体の同一部位を透過する。したがっ
て、高速にＸ線を曝射する装置を用いて複数部位の断層
像を連続的に撮影する場合の画質向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るＸ線ＣＴ装置の縦断
面図である。

【図２】実施例のＸ線ＣＴ装置による投影データの収集
を説明する図である。

【図３】同様に、Ｘ線ＣＴ装置による投影データの収集
を説明する図である。

【図４】Ｘ線ＣＴ装置の作用効果を説明する図である。

【図５】収集された投影データから画像を構成する画像
処理装置のブロック図である。

【図６】その他のＸ線ＣＴ装置の縦断面図である。

【図７】一般的なヘリカルスキャンを説明する図であ
る。

【図８】従来のＸ線ＣＴ装置を説明する図である。

【図９】従来のＸ線ＣＴ装置による投影データの収集を
説明する図である。

【符号の説明】

３・・・回転陰極Ｘ線管 ６・・・回転体 ７・・・ターゲット 15・・・Ｘ線コリメータ 16・・・Ｘ線透過孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体を体軸方向に連続的に移動させる
   手段と、Ｘ線発生用の電子線を被検体の周囲で回転走査
   させる手段と、前記回転走査された電子線を受け止めて
   Ｘ線を発生する手段と、前記発生したＸ線の照射野を調
   整して被検体に導くＸ線透過孔を有するＸ線コリメータ
   とを備えたＸ線ＣＴ装置において、前記発生したＸ線が
   被検体の体軸方向への移動に追随するように前記Ｘ線透
   過孔を螺旋状に形成してあることを特徴とするＸ線ＣＴ
   装置。