JPH0710255B2 - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はＸ線断層撮影装置（以下、Ｘ線CT装置と称す
る。）の技術分野に属する。

（従来の技術と解決しようとする課題） 従来、Ｘ線CT装置は、被検体たとえば患者の所望スライ
ス面につきＸ線断層像（以下、断層像と称する。）を得
る場合、患者の位置を固定したまま、前記スライス面を
有する垂直面内においてＸ線管を患者の周囲で回転させ
つつＸ線管よりＸ線を曝射することにより、前記スライ
ス面上のあらゆる方向からの全プロジェクションデータ
を収集し、この全プロジェクションデータを基に画像再
構成を行ない、表示装置に所望スライス面の断層像を表
示するように構成されていた。

そうすると、前記Ｘ線CT装置により患者の複数の異なる
スライス面につき複数の断層像を得ようとする場合、第
１のスライス面につきＸ線管を180゜あるいは360゜回転
させて第１のスライス面についての全プロジェクション
データを収集した後、Ｘ線管の作動を停止し、第２のス
ライス面を有する垂直面内にＸ線管が位置するように、
時間を費して患者を水平移動し、次いで第２のスライス
面につきＸ線管の回転及びＸ線曝射を行なわねばならな
い。

したがって、従来のＸ線CT装置には、異なるスライス面
につき複数の断層像を得る場合、患者の拘束時間が長期
にわたり、それ故にＸ線CT装置の稼動効率が悪くなると
の問題点がある。更に、従来のＸ線CT装置には、造影剤
を注入した患者の異なるスライス面につき複数の断層像
を得る場合、最初のスライス面につきプロジェクション
データを収集する時と最後のスライス面につきプロジェ
クションデータを収集する時とで患者の生理状態が変化
してしまうので、同一生理状態下での複数の断層像を得
ることができないとの問題点もある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、データ
収集時の被検体送りに要する時間を短縮して被検体を束
縛する時間を減少させると共に、複数スライス面の収集
時間の短縮化を図ることのできるＸ線CT装置を提供する
ことを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために、被検体の周囲を回
転移動しながらＸ線を曝射するＸ線源と、被検体を透過
したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源の回転移
動中に前記Ｘ線源と前記被検体とを被検体の体軸方向に
相対的に移動させることにより被検体に対して螺旋状の
走査を行なう走査手段と、この走査手段での走査により
得られる螺旋状データを収集するデータ収集手段と、こ
のデータ収集手段から複数画像分の螺旋状データを取り
込んで互いに対応するデータを加算する処理を行い、こ
の処理後のデータを用いて画像を再構成する画像再構成
手段とを有することを特徴とするものである。

（作 用） 上記構成の本発明によれば、走査手段が、Ｘ線源の回転
移動中にＸ線源と被検体とを被検体の体軸方向に相対的
に移動させる螺旋状の走査を行うと、データ収集手段
は、螺旋状データを収集する。画像再構成手段は、収集
された螺旋状データから任意に複数画像分の螺旋状デー
タを取り込む。続いて画像再構成手段は、その取り込ん
だ複数画像分の螺旋状データを互いに対応するデータを
加算する処理を行い、この処理後のデータを用いて画像
を再構成する。

これにより、任意の厚さのスライスの断層像を得ること
ができる。

（実施例） 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すＸ線CT装置のシステム
ブロック図である。１は架台であり、寝台天板２上に載
置された被検体Ｍを挿入する挿入孔６を備えていると共
に、挿入された被検体Ｍを挾んでＸ線源としてのＸ線管
３とＸ線検出器４とが対向配置されている。ここで、Ｘ
線管３は高圧発生装置７によってＸ線発生の制御が行わ
れると共に、Ｘ線管駆動制御装置５によって挿入孔６の
周囲を回転移動するように構成されており、また、Ｘ線
検出器４は斜めに配置された円筒状の保持部材の円周面
に沿って単体検出器が複数個アレイ状に配列されて構成
されており、Ｘ線管３からの被検体透過Ｘ線を常に検出
器４の一部で受けるようになっている。また、寝台天板
２は寝台駆動制御装置８によって被検体Ｍの体軸方向に
沿って寝台天板２を連続的に移動できるようになってい
る（被検体移動手段と称することもある）。９はＸ線検
出器４によって得られたデータを収集するデータ収集装
置であり、10はデータ収集装置内のデータを適正な再構
成データとするための補正演算装置であり、11は補正演
算装置10から送られてくるデータを基にして画像再構成
を行う画像再構成装置であり、12は画像再構成装置11か
らの画像データに基づく表示を行う表示装置である。13
は前述の各装置の制御を行うシステム制御装置である。

次に動作を説明する。

次に動作を説明する。

なお、上記装置において、Ｘ線管３からはファンビーム
状Ｘ線（以下単にファンビームともいう）が発生される
ものとし、Ｘ線検出器４はこのファンビームを一単位と
して検出するようになっており、更にこのファンビーム
は360゜回転に止まることなく、この実施例では10回転
連続若しくは無限回連続回転可能となっているものとす
る。このような連続回転は公知のスリップリングを用い
たり、あるいは、USP第4158142号に開示されているよう
な電子ビームスキャンを採用することによって実現可能
である。そして、このようなファンビームが連続回転し
てデータを収集している間中寝台駆動制御装置８により
被検体Ｍは連続的に移動するようになっている。この移
動量は例えばファンビーム１回転につきPmmの進みが行
われるものとする。このように構成すれば、例えば静止
した被検体Ｍに対してファンビームが回転しつつ体軸方
向に並進運動をしたのと等価となり、ファンビームが被
検体Ｍの回りを螺旋状に運動してデータを収集する（螺
旋状スキャン）ことになる。すなわち、Ｘ線源と被検体
との移動の組合せにより螺旋状スキャンを行なう。この
ようにして得られたデータを螺旋状データと定義するこ
とができる。従ってこの実施例のようにＸ線検出器４を
固定した状態でＸ線管３のみを回転するCT装置（第４世
代のCT装置）のみならず、対向配置されたＸ線管とＸ線
検出器を相対的に回転駆動するCT装置（第３世代のCT装
置）によっても前述のような螺旋状データを得ることが
できる。螺旋状スキャンのＸ線源及びファンビームの位
置を体軸方向と垂直方向から観察すれば第２図のような
周期pmmの正弦波形XLを描くことになる。

次に、以上のようにして得られたデータから画像を再構
成する方法について説明する。先ず一般的には、スキ
ャン範囲の全体積を小要素に分けて一度に再構成する方
法、例えば第２図のスライス点S₁からS₂に至るＸ線管
の１回転で得られたデータを考える場合、ファンビーム
位置が第２図のＸ方向の位置X₁とX₂の中央に固定されて
いるものと近似することにより平面毎に画像再構成を行
う公知の手法（USP第4149247）が考えられる。また、上
記点S₁からS₃に至る２回転で得られたデータを次式
（１）によって束ねて（重ね合せて）１回転分のデータ
としてしまえばスライス位置X₂を代表するスキャンデー
タとして再構成することもできる。

ここでθは第３図に示す如く、Ｘ線管３及びＸ線ファン
ビームFBの回動角であり０乃至360゜の値をとる。P
₁₂（θ，ψ）は被検体Ｍに対するＸ線管３の相対位置が
第２図のS₁からS₂に至る間に得られたプロジェクション
データ、 P₂₃（θ，ψ）は同じくＸ線管相対位置がS₂からS₃に至
る間に得られたプロジェクションデータである。

そして、上記方法は３回転あるいはそれ以上で１スライ
ス分の画像を得る場合に迄演繹できる。

束ねるデータの数が少なければ薄いスライスの断層像
を、また、多ければ厚いスライスの断層像を得ることが
できる。このように束ねるデータの数を任意に選択する
ことにより任意の厚さのスライスの断層像を得ることが
できる。

更に、各回転で得られたプロジェクションデータを独立
に再構成し、得られた複数画像を加算平均することによ
っても上記の場合と同等の効果を得ることができる。

前述の如く、連続した複数回転分のデータを束ねて１枚
の画像を作ることはアーチファクトを減少させる点で有
用である。すなわち、一般にＸ線CT装置においては、Ｘ
線ファンビームを側面から見た厚みは、平行Ｘ線とはな
らないのでＸ線管からほぼ比例した厚みとなる。このよ
うにＸ線ビームで被検体を検査するとスライス厚方向に
変化の大きな被検体であれば、プロジェクションデータ
をとる角度θ毎に若干矛盾する部分を含むことになり、
しばしばクリッピング効果と呼ばれるアーチファクトを
生むことになる。これと類似の現像が本発明場合にも生
じるのであるが、これを第４図を参照して説明する。第
４図においてＡはＸ線管が第２図のS₁位置（すなわちＸ
＝X₁）にあるときに得られるＸ線ファンビームのスライ
ス厚方向の強度プロフィールである。このときのスライ
ス厚をtmmとする。Ｘ線管が回転するにつれ、スライス
面は被検体の体軸方向に動いてゆき、例えばθ＝180゜
においてはＸ線管位置は最初の位置X₁にはなく、そこか
らP/2だけ進んだ位置（Ｘ＝X₁＋P/2）に位置することに
なる。ここでＰ＝ｔとすればθ＝180゜におけるＸ線フ
ァンビームのスライス厚方向の強度プロフィール及び位
置は第４図のＢの如くになる。ここで、Ａ及びＢの波形
においてハッチング部分は各々共通しない被検体を計測
していることを意味する。画像再構成計算は全プロジェ
クションデータが全く同一の被検体を計測した結果であ
るという前提でなされるものであるから、Ａ及びＢの波
形中のハッチング部分は画像に何らかの歪みをもたらす
ものと思われる。このことはθ＝０゜と180゜との関係
だけでなく全てのθの範囲について言えることである。
特にこの実施例のようなデータ収集方式では前記クリッ
ピング効果と同様な現像が多く発生し易いことになる。

このような問題を本発明は次のような原理を用いて解決
している。例えばtmmの実効スライス幅を得たいとき、
Ｘ線ファンビーム１回転につきt/2mmの割合で被検体Ｍ
を送って行くこととし、Ｘ線ファンビームFBをコリメー
タ等によってt/2mmに絞るようにしている。この結果第
５図のような強度プロフィール及び位置が得られる。同
図においてA,BはそれぞれＸ線管相対位置がＸ＝X₁及び
Ｘ＝X₂にて得られるＸ線ファンビームのスライス厚方向
の強度プロフィール及び位置であり、C,Dは同様に 得られたものである。この結果、前式（１）の如くプロ
ジェクションデータを束ねれば、第６図のようなプロフ
ィール及び位置が得られる。即ち、θ＝０゜及び180゜
にて得られるプロジェクションデータのスライス厚方向
ではそれぞれＥ及びＦの波形が得られることになる。ハ
ッチング部分は前述の第４図の場合に比べて相対的に小
さなものとなる。即ち、画像の歪みが軽減されるわけで
ある。

更に、前述のような螺旋状スキャンを行なう場合、次の
ような問題がある。θ＝０゜にてプロジェクションデー
タの収集を開始し、θ＝360゜にほぼ近い位置θmaxで１
画像分のプロジェクションデータの収集を完了すれば、
Ｐ（0,ψ）とＰ（θmax,ψ）とでは測定するスキャン面
がズレているので、データの内容はかなり異なることに
なる。このように隣接するデータに不連続的な違いがあ
ると、連続的なズレに比べてアーチファクトが発生し易
いことは良く知られている。このような問題を解決する
ために本実施例では次のような処理を行う補正演算装置
10を備えている。この補正演算装置の原理は、１断層面
（スライス面）の画像構成に供するデータのうちの初期
に得られた１部分若しくは終期に得られた１部分を、そ
の前又は後に得られた１断層面のデータにおける同一の
回転角にて得られたデータによって補正するものであ
る。

θ＝０乃至θＸで得られたプロジェクションデータは次
式（２）のような演算処理が施されたデータＰ′（θ，
ψ）によって代用される（θＸは必要な画像再構成領域
の広さ及びアーチファクトの軽減度合に応じて任意に設
定されるものである）。

Ｐ′（θ，ψ）＝Ｗ（θ）・P₁₂（θ，ψ）＋（１−Ｗ
（θ））・ P₂₃（360゜＋θ，ψ） ……（２） ここで、Ｗ（θ）は第７図に示す如くθ＝０゜にて、0,
θ＝θＸにて１とし、その間を急崚な変化なしに例えば
直線で結ぶ関数である。

このような補正に変えて逆にθ＝θＹ乃至θmaxにて得
られたデータを前回の回転によって得られたデータで修
正する次式（３）の演算処理が施されたデータＰ′
（θ，ψ）で代用される（θＹはθＸと同様な意味合を
持つ）。

Ｐ′（θ，ψ）＝Ｗ（θ）・P₁₂（θ，ψ）＋（１−Ｗ
（θ））・ P₂₃（θ−360゜，ψ） ……（３） ここで、Ｗ（θ）はθ＝θＹで１、θmaxで０とし、そ
の間を急崚な変化なしに、例えば直線で結ぶ関数であ
る。

このような補正演算装置10を設けることによって隣接す
るデータは連続的なズレとして評価できるのでアーチフ
ァクトの発生を軽減することができる。なお、上記補正
はS₁からS₂に至る１回転分とそれから若干延長したもの
で画像を作成する場合についてであったが、これを２回
転あるいは３回転とそれからの若干の延長により１画像
を作成することも可能であることは言う迄もない。

本発明は前記実施例に限定されず、種々の変形実施が可
能である。例えば上記実施例では０乃至360゜に亘って
得たプロジェクションデータから１画像を作るＸ線CTに
ついて述べたが、360゜未満のスキャンデータから画像
再構成を行なう第８図のようなＸ線CT装置にも適用でき
る。即ち、Ｘ線源は軌道XL上を高速で往復移動又は片道
移動し、検出器群４′は円周の2/3程度の範囲に沿って
配置されたものであり、繰り返しスキャン中被検体Ｍを
連続的に送ればよい。この場合にもＸ線源３′がａから
ｂに至るまでで１画像分のプロジェクションデータを得
ることが可能である。このような装置によれば、第９図
に示すようにＵ字状のスキャンが連続したような軌跡が
得られる。これによって得られるデータを変形螺旋状デ
ータと定義することができる。この場合、第８図におい
て、Ｘ線源３′の移動は位置ａからｂへの移動速度（デ
ータ収集時）に比してｂからａへの移動（戻り時）の速
度を無視し得る程の高速で行わなければならないが、こ
れは公知の電子ビームスキャンを採用することにより充
分に可能である。このような実施例装置によればＸ線源
３′の移動時間を短縮することができるのでスライス間
隔Pmmも極小にでき、従って前式（１）の拡張により多
数回のプロジェクションデータを重ね合せて１スライス
分の画像を作成すればアーチファクトの軽減を図ること
が容易になる。

以上の如く、任意の厚さのスライスの断層像を得ること
ができるから、被検部位の連続性等、立体的形状の把握
も容易になるという利点もある。例えば被検体の肺につ
いて厚いスライスの断層像を得た場合、肺内の血管の走
行等の観察が容易になる。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、データ収集時に被検体を
束縛する時間を減少させることができると共に、複数ス
ライス面の収集時間の短縮化を図ることができ、更に被
検体の任意の厚さのスライスの断層像を得ることができ
るＸ線CT装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステムブロック図、
第２図は前記実施例によるＸ線源の相対軌道を示す概略
説明図、第３図は前記実施例によるファンビームの状態
を示す概略説明図、第４図は画像中に歪みが発生する理
由の説明図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の実施
例装置の採用により画像中に生ずる歪みを軽減すること
ができる理由の説明図、第７図は補正演算に使用される
関数の説明図、第８図は本発明の他の実施例を示す概略
説明図、第９図は前記他の実施例によるＸ線源の相対軌
道説明図である。 １……架台、２……寝台天板、 3,3′……Ｘ線源、４……Ｘ線検出器、 ５……Ｘ線駆動制御装置、６……検出器駆動装置、 ７……高圧発生装置、８……寝台駆動制御装置、 ９……データ収集装置、10……補正演算装置、 11……画像再構成装置、12……表示装置、 13……システム制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体の周囲を回転移動しながらＸ線を曝
   射するＸ線源と、 被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、 前記Ｘ線源の回転移動中に前記Ｘ線源と前記被検体とを
   被検体の体軸方向に相対的に移動させることにより被検
   体に対して螺旋状の走査を行なう走査手段と、 この走査手段での走査により得られる螺旋状データを収
   集するデータ収集手段と、 このデータ収集手段から複数画像分の螺旋状データを取
   り込んで互いに対応するデータを加算する処理を行い、
   この処理後のデータを用いて画像を再構成する画像再構
   成手段と、 を有することを特徴とするＸ線断層撮影装置。