JPH067345A - 扇形ビームｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短かい撮影時間のもとで高い画像品質が走査
スキャンアーチファクトなしで達成されるように冒頭に
述べた形式の扇形ビームＣＴ装置を提供することが本発
明の目的である。 【構成】 第３世代の扇形ビームＣＴ装置において、上
記デテクタアレイ（４）のデテクタ素子（７）がデータ
収集のため各群に分けられており、データアクイジショ
ンシステムは上記デテクタ素子（７）の出力信号の収集
のため制御されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はデテクタアレイ及びＸ線
ビーム源から成るシステム軸線を中心として回転する測
定ユニットを有する第３世代の扇形ビームＣＴ装置に関
する。

【０００２】連続的ビームによる第３世代の扇形ビーム
（ｆａｎ−ｂｅａｍ）ＣＴ装置の場合、デテクタ素子の
配置構成及び走査検出（スキャニング）は次のように行
なわれるべきである、即ち走査（スキャン）上のアーチ
ファクト（偽画像）が回避され、測定データの所定の総
数のもとでできるだけ大きな画像品質（局所−及びコン
トラスト分解能）が、又は所定の画像品質が、患者への
わずかなビーム負荷を以て達成され、又は所定の撮影時
間にてできるだけ大きな容積（体積）の断層撮影（トモ
グラフィー走査、スキャン）が達成されるように行なわ
れるべきである。

【０００３】従来技術によれば走査スキャンアーチファ
クト（偽画像）低減のための手段はデテクタ装置のスタ
チックな１／４オフセット（ずれ）である。走査スキャ
ンアーチファクトの回避、及び局所分解能の同時の増大
が、ジャンプフォーカス（焦点）技術により達成され、
この技術では勿論、測定データの数が増倍（逓倍）され
る。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的ないし課題とするところは
短かい撮影時間のもとで高い画像品質が走査スキャンア
ーチファクトなしで達成されるように冒頭に述べた形式
の扇形ビームＣＴ装置を提供することであり、ここにお
いて、１つの測定から２つの画像を再構成し、即ち、異
なる有効のエネルギで、つまり２つの異なるスペクトル
による撮影に相応する両画像を再構成するものである。

【０００５】

【発明の構成】上記の課題の解決のため本発明によれ
ば、デテクタアレイ及びＸ線ビーム源から成るシステム
軸線を中心として回転する測定ユニットを有する第３世
代の扇形ビームＣＴ装置において、上記デテクタアレイ
のデテクタ素子がデータ収集のため各群に分けられてお
り、データアクイジションシステムは上記デテクタ素子
の出力信号の収集のため制御されるように構成されてお
り、ここにおいて、当該積分及び読出は１つの群内部で
は同時に、但し順次連続する各群で時間的ずれを以って
行なわれるように制御構成され、ここにおいて当該の時
間ずれは順次連続する投影方向間の測定ユニットの回転
に対する時間に精確に相応するものであり、更に、各２
番目毎（１つおき）のデテクタ素子にフィルタが前置接
続されるように構成されているのである。

【０００６】上述のようなデータ収集によっては画像構
成のための変形修整されたコンボリューション−逆投影
−アルゴリズムの適用のための前提条件が充足され、上
記アルゴリズムは数学の技術水準に相応する。（Ｆ．Ｎ
ａｔｔｅｒｅｒ：“Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｉｎ ｆａｎ
ｂｅａｍ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”，Ｗｅｓｔｆａｅｌ
ｉｓｃｈｅ Ｗｉｌｈｅｌｍｓ−Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａ
ｅｔ Ｍｕｅｎｓｔｅｒ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｅｒ
ｎｕｍｅｒｉｓｃｈｅ ｕｎｄ ｉｎｓｔｒｕ−ｍｅ
ｎｔｅｌｌｅ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｋ，１９．１２．１
９９１，刊行ｉｎ ＳＩＡＭ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍａｔ
ｈ．１９９２）。

【０００７】要するに従来技術による通常のデータアク
イジション（収集）と異なって、各投射（投影）方向で
のデータの数が低減されるが、投影方向の数が高めら
れ、その際当該測定フィールドを測定ビームでできるだ
け有効に被うことを狙いとするものである。ビームによ
る測定フィールドの有効な被い（カバリング）は所謂良
好な格子の数学的理論（＝多次元関数の数値積分のため
の良好な格子点）として解釈され得る。（Ｓ．Ｋ．Ｚａ
ｒｅｍｂａ（ｅｄ．）：“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ｏｆ Ｎｕｍｂｅｒ Ｔｈｅｏｒｙ ｔｏ Ｎｕｍｅｒ
ｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ”，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａ
ｎｄ Ｌｏｎｄｏｎ，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，１
９７２）。

【０００８】本発明においては第３世代のＣＴ装置にお
いて通有のデテクタ素子数を基礎とする。データの収集
のためにデテクタ素子は各群に細分化され、各投影ごと
に使用されるデータの、係数Ｍだけの圧縮の際Ｍの群に
分けられる。その場合上記Ｍのグループ（群）は例えば
次のように合成され得る： Ｏ．群：素子Ｎｏ．Ｋ′，Ｋ′＋Ｍ，Ｋ′＋２＊Ｍ，．．．等々 Ｋ．群：素子Ｎｏ．Ｏ′，Ｏ′＋Ｍ，Ｏ′＋２＊Ｍ，．．．等々 （その場合（Ｏ′，ｌ′，．．．，（Ｍ−ｌ）′は順序
（Ｏ，ｌ，．．．，Ｍ−ｌ）のパーミュテーションであ
り得る、） 第３世代のＣＴ装置では測定データの数の増大のため、
もって画像品質の改善のため扇形ビームをダイナミック
にシフトすることが公知である（ジャンプ焦点−技
術）。本発明では扇形ビームのダイナミックなシフト
が、各群へのデテクタアレイの分割、及びデータアクイ
ジションの際の時間的ずれにより等価的に行なわれる。
その際ジャンプ焦点−技術との組合せが不可能ではない
（行なわれてもよい）。

【０００９】再構成のためには本発明のＣＴ装置におい
てデテクタ素子の各半部で事足りることとなる、換言す
れば、偶数又は奇数のデテクタ素子で事足りることとな
る。従って、デテクタ素子の半部の前に、デテクタ側前
置フィルタリングにより、１つの測定から、２つの画像
（これは異なる有効エネルギを以ての撮影に相応する）
を再構成することが可能である。

【００１０】当該フィルタは選択的に所属のデテクタ素
子のビーム路中に動かして入れることが可能又は当該ビ
ーム路外に動かして出すことが可能である。そのように
して選択的に、通常モード、又は２スペクトルモードが
可能である。

【００１１】次に図示の実施例を用いて本発明を詳述す
る。

【００１２】

【実施例】図１には焦点円１が示してあり、この焦点円
ではＸ線ビーム源の焦点２が回転する。焦点２から発し
ている扇形ビーム３はデテクタアレイ４に当たり、この
デテクタアレイは一連のデテクタ素子から成り、焦点２
と共に回転する。デテクタアレイ４のデテクタ素子の出
力信号は計算機に供給され、この計算機はそれから、測
定フィールド５内に位置するめ測定対象物の被検層の画
像又は当該測定対象物の容積（体積）の画像を計算し、
可視装置上にそれの再生を行なわせる。

【００１３】図１には例えば扇形ビーム３の測定ビーム
３が示してあり、この測定ビームはデテクタ素子７に照
射する。測定ビーム６と、焦点２からシステム軸線８へ
延びるビームとの間の角度をｐｓｉ（ψ）で示し、上記
の焦点２からシステム軸線８へ延びるビームと、座標系
ｘ，ｙの横座標との間の角度はファイｐｈｉ（φ）で示
す。上記角度φは焦点円１上の焦点２及びデテクタアレ
イ４の回転の際連続的に変化し、それぞれの投影（この
投影ではデテクタアレイ４のデテクタ素子の信号、より
精確にはデテクタアレイ４のサブ群のデテクタ素子の信
号が検出される）を設定する。

【００１４】Ｘ線ビーム源の連続的ビーム、及び一定角
速度Ｗでの測定ユニットの連続的回転（共通システム軸
線８を中心としてのＸ線ビーム源及びデテクタアレイ４
の回転）が前提とされる。その場合システム回転中の各
時点ｔには一義的に１つの所定の投影角度φ＝ｗ＊ｔが
対応づけられており、また、その逆も成立つ。

【００１５】或１つのデータ点又は測定値は１つの測定
ビームの２つの角度座標ψ及びφにより表示される。１
つの測定ビームはデテクタ素子の重心と、固定した時点
ｔ＝φ／ｗでのフオーカス（焦点）２とを結ぶ線により
規定される。個々のデテクタ素子測定信号は夫々積分時
間間隔ｄｔに亘り収集され、読出される。それから当該
データ点には積分間隔の中央ないし相応の投影角度φが
対応付けられる。１つの共通の投影角度にてまとめられ
るデータは（扇形ビーム）投影とも称される。

【００１６】座標φ，ψによるダイヤグラムは扇形ビー
ム−シノグラム（Ｓｉｎｏｇｒａｍｍ）と称される。こ
のシノグラムにおけるデータ点の表示により、走査スキ
ャンラスタ（＝走査パターン）が可視化される。（スタ
チックに示されている）走査パターンにさらにデータア
クイジション（収集）の時間経過についての情報が付加
される場合は走査シエーマ（走査図式パターン）と表現
が使用される。

【００１７】図２中次の手法が示されている。左に向っ
てはＫ×Ｍ，Ｋ・Ｍ＋１等でデテクタ番号が示され、上
に向っては０，１，２，０で、デテクタ群が示されてい
る。

【００１８】１．デテクタ素子の従来通例の数は減少さ
れない（又は大して低減されない）。データを収集する
にはデテクタ素子が各群に分けられ、例えば各投影ごと
に使用されるデータの、係数Ｍだけの圧縮の場合Ｍ−群
に分けられ、これらＭ−群は例えば次のように合成され
る、 Ｏ．群：素子Ｎｏ．Ｏ′，Ｏ′＋Ｍ，Ｏ′＋２＊Ｍ，．．．等々 Ｋ．群：素子Ｎｏ．Ｋ′，Ｋ′＋Ｍ，Ｋ′＋２＊Ｍ，．．．等々 但し（Ｏ，ｌ′，．．．，（Ｍ−ｌ）′は順序（Ｏ，
ｌ，．．．，Ｍ−ｌ）のパーミュテーションないし置換
であり得る。図２中Ｍ＝３であり、当該順序はパーミュ
テーション化ないし置換されていない。

【００１９】２．データアクイジションシステムは次の
ように制御さるべきである、即ち各信号の積分ないし読
出しが１つの群内部では同時に行なわれるが、但し、順
次連続する各群では時間的にずらして行なわれるように
制御さるべきである、その際当該の時間的ずれは順次連
続する投影方向間でのシステムの回転に丁度に相応する
ものである。個々の群に対するＤＡＳ−スタートポイン
トのずれは図２中矢印で示してあり、その矢印はデテク
タ群に対する積分間隔を表わす。患者を貫通するビーム
を損失なしに利用するため、Ｍデテクタ群において信号
積分時間はＭの順次連続する投影に亘っている。当該積
分時間は図２の例では従来の走査図式パターンに相応す
る。

【００２０】要するに、従来技術における扇形ビーム３
のダイナミックなシフトがデテクタアレイ内部でのデテ
クタ群の自然な空間的ずれ、及びデータアクイジション
の際の時間的ずれにより等価的に行なわれ得るから、そ
れと組合せて用いられてもよい。

【００２１】図２中、 −従来技術に比して−デテクタ実装（パッキング）密度
は係数２だけわずかにされている（１／２に低減されて
いる）。ビームを完全に利用し、しかも、２倍の幅のデ
テクタ素子によって空間的分解能を失なわないために図
３に示す手段が提案される。

【００２２】完全なる実装（パッキング）密度即ち図２
におけると２倍の多さのデテクタ素子及びデータ点が使
用される。図３の走査パターンは同じ（等価的）走査パ
ターン（これはφ軸における鏡対称化及び１／２の投影
インクリメントだけの時間的ずれにより得られる）の重
畳により行なわれる。その際その重畳されたパターンは
図３中クロス（十字マーク）により示されている。上記
の新たな走査パターンは同じく上記項目１で記載した型
式（ここではＭ＝６のデテクタ群付）である。２つの重
畳されたサブ走査パターンは夫々実際の数学的関係性と
して有意である。当該両サブ走査パターンのうちの１つ
の測定値が前置ろ波されると、２つの完全なデータセッ
ト（これらは異なった有効エネルギによる撮影入力に相
応する）が生じる。画像再生には各サブ走査パターンの
データを並列処理すると有利である。

【００２３】扇形ビームずれの可変はダイナミックな機
械的シフトなしに、そして、ジャンプ焦点なしに実現さ
れる。ビームは完全に利用され、再構成のためのデータ
の並列処理が補強される。ジャンプ焦点は省略し得る
が、省略しなくてもよい。選択的に一方では従来のデー
タ収集を、他方では有効モードへの切換を行なわせるこ
とも可能である。更に、ジャンプ焦点−技術との組合せ
の場合、比較的大きな融通性が、選択的な種々異なる有
効モードで実現可能である。

【００２４】図１ではデテクタアレイ４の各２番目毎の
デテクタ素子にスペクトルフィルタ９、例えば銅又はア
ルミニウムから成る金属小板が前置され得る。それによ
り図３による走査図式パターンの場合１つの測定により
２つの画像が得られこれら２つの画像は異なる有効ビー
ムエネルギ（即ちスペクトル）による撮影に相応する。
当該両画像間の差は相応のＤＶ−後処理によりさらに明
瞭化され、付加的情報を与える。例えば異なった基準材
料に関して２つの画像の事後の計算が可能である（Ａ．
Ｍａｃｏｖｓｋｉ ｅｔ ａｌ．，Ｅｎｅｒｇｙ ｄｅ
ｐｅｎｄｅｎｔｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ
Ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄｔｏｍｏｇｒａ
ｐｈｙ，Ｃｏｍｐｕｔ．Ｂｉｏｌ．Ｍｅｄ．，Ｖｏｌ．
６，１９７６，第３２５〜３３６頁）。

【００２５】フィルタ９は装置１０により機械的に移動
可能又は旋回可能に構成され得、それにより上記フィル
タは選択的に所属のデテクタ素子のビーム路中に移動さ
れ得るか又は当該ビーム路外に移動され得る。そのよう
にして、ＣＴ装置は２つのモード、即ち通常モード及び
２スペクトル−モードに切換可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、短かい撮影時間のもと
で高い画像品質が走査スキャンアーチファクトなしで達
成されるように冒頭に述べた形式の扇形ビームＣＴ装置
であって、ここにおいて、１つの測定から２つの画像を
再構成し、即ち、異なる有効のエネルギで、つまり２つ
の異なるスペクトルによる撮影に相応する両画像を再構
成できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明のための第３世代の扇形ビームＣ
Ｔ装置の概念図である。

【図２】図１のＣＴ装置のデテクタ素子の特性パターン
図である。

【図３】図２におけるとは異なる特性パターンの特性図
である。

【符号の説明】

１ 焦点円 ２ 焦点 ３ 扇形ビーム ４ データアレイ ５ 測定フィールド ６ 測定ビーム ７ デテクタ素子 ８ システム軸線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デテクタアレイ(４)及びＸ線ビーム源か
   ら成るシステム軸線（８）を中心として回転する測定ユ
   ニットを有する第３世代の扇形ビームＣＴ装置におい
   て、上記デテクタアレイ(４)のデテクタ素子(７)がデー
   タ収集のため各群に分けられており、データアクイジシ
   ョンシステムは上記デテクタ素子（７）の出力信号の収
   集のため制御されるように構成されており、ここにおい
   て、当該積分及び読出は１つの群内部では同時に、但し
   順次連続する各群で時間的ずれを以って行なわれるよう
   に制御構成され、ここにおいて当該の時間ずれは順次連
   続する投影方向間の測定ユニットの回転に対する時間に
   精確に相応するものであり、更に、各２番目毎（１つお
   き）のデテクタ素子（７）にフィルタ（９）が前置接続
   されるように構成されていることを特徴とする扇形ビー
   ムＣＴ装置。
2. 【請求項２】 上記フィルタ（９）は選択的に所属のデ
   テクタ素子（７）のビーム路（６）中に移動されるか、
   又は当該ビーム（６）外に移動されるように構成された
   請求項１記載の扇形ビームＣＴ装置。