JPH07114772B2 - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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。

【０００４】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Ｃ
Ｔ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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に鑑
みてなされたものであり、データ収集時に被検体を束縛
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。

【０００６】

【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、被検体の周囲を取り囲んで配置されたター
ゲット上を順次スキャンするよう電子ビームを照射して
Ｘ線を発生させ被検体を順次スキャンする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
源のスキャン中に前記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が収集した螺旋状データを
取り込んで、その螺旋状データのうち任意の範囲のデー
タを用いて画像再構成を行なう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。

【０００７】

【作用】上記構成の本発明によれば、走査手段が、Ｘ線
源のスキャン中に、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ことによ
り、データ収集手段は複数画像分の螺旋状データを収集
できる。画像再構成手段は、データ収集手段が収集した
螺旋状データのうち任意の範囲のデータを用いて画像再
構成を行なう。電子ビームを照射してスキャンしている
ので、高速スキャンが可能であるため、データ収集時に
被検体を束縛する時間を大幅に減少させることができ、
被検体の体軸方向に任意の断層像を得ることができる。

【０００８】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【０００９】図１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
行う走査手段としてのシステム制御装置である。

【００１０】次に動作を説明する。

【００１１】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４１５８１
４２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。すなわち、この電
子ビームスキャンは、被検体Ｍの周囲を取り囲んで配置
されたターゲット上を順次スキャンするよう電子ビーム
を照射してＸ線を発生させることにより、被検体Ｍを順
次スキャンするものである。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線源と被検体とを相対的に移動することにより
螺旋状スキャン（走査）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図２のような周期Ｐ
mmの正弦波形ＸＬを描くことになる。

【００１２】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、（イ）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、（ロ）例えば図２のスライス点Ｓ
₁ 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図２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４１
４９２４７）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。

【００１３】 Ｐ＝（θ，ψ）｛（Ｐ₁₂（θ，ψ）＋Ｐ₂₃（θ，ψ））／２｝ … (1)

【００１４】ここでθは図３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。Ｐ₁₂（θ，ψ）は被検体Ｍに対するＸ線管３
の相対位置が図２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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】なお、本発明では、被検体の体軸方向のあ
る範囲内において連続的にデータを収集することから、
再構成に用いるデータ範囲の起点は図２のＳ₀ ，Ｓ₁ …
のような被検体の真上に位置する点だけでなく、螺旋状
の任意の位置を取ることができる。ここで、再構成に用
いるデータ範囲として、少なくとも半周分以上のデータ
が必要であることは言う迄もない。このように本発明は
螺旋状で任意に再構成に用いるデータ範囲の位置を定め
ることにより、被検体の体軸方向に任意の断層像を得る
ことができる。

【００２０】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。これと類似の現象が本
発明の場合にも生じるのであるが、これを図４を参照し
て説明する。図４においてＡはＸ線管が図２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Ｘ
₁ 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図４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。

【００２１】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。この結果図５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、Ｘ＝（Ｘ₁ ＋Ｘ₂ ）／２＝Ｘ₁
＋ｔ／４，Ｘ＝Ｘ＝（Ｘ₂ ＋Ｘ₃ ）／２＝Ｘ₁ ＋３／４
ｔにて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、図６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１８
０°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図５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。

【００２２】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max 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発明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）の画像再構成に供す
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。

【００２３】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）。

【００２４】 Ｐ′（θ，ψ）＝Ｗ（θ）・Ｐ₁₂（θ，ψ）＋（１−Ｗ（θ））・ Ｐ₂₃（３６０°＋θ，ψ） …(2)

【００２５】ここで、Ｗ（θ）は図７に示す如くθ＝０
°にて、０，θ＝θX にて１とし、その間を急峻な変化
なしに例えば直線で結ぶ関数である。

【００２６】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）。

【００２７】 Ｐ′（θ，ψ）＝Ｗ（θ）・Ｐ₁₂（θ，ψ）＋（１−Ｗ（θ））・ Ｐ₂₃（θ−３６０°，ψ） …(3)

【００２８】ここで、Ｗ（θ）はθ＝θY で１、θmax
で０とし、その間を急峻な変化なしに、例えば直線で結
ぶ関数である。

【００２９】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。

【００３０】以上の通り、１回転分以上の同一プロジェ
クション角度にあるデータによる補間処理を行ない、補
間データから画像を再構成することができるので、アー
チファクトの少ない断層像が得られる。

【００３１】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３
６０°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図８のようなＸ線Ｃ
Ｔ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、図９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、図８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。

【００３２】

【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大幅に減少させることが
できると共に、複数スライス面の収集時間の短縮化を図
ることができると共に、螺旋状データのうち任意の範囲
のデータを用いて画像再構成を行っているので被検体の
体軸方向に任意の断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシステムブロック図。

【図２】前記実施例によるＸ線源の相対軌道を示す概略
説明図。

【図３】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。

【図４】画像中に歪みが発生する理由の説明図。

【図５】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。

【図６】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。

【図７】補正演算に使用される関数の説明図。

【図８】本発明の他の実施例を示す概略説明図。

【図９】前記他の実施例によるＸ線源の相対軌道説明
図。

【符号の説明】

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 挿入孔 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（走査手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の周囲を取り囲んで配置されたタ
   ーゲット上を順次スキャンするよう電子ビームを照射し
   てＸ線を発生させ被検体を順次スキャンする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線源のスキャン中に前記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が収集した螺旋状データを取り込ん
   で、その螺旋状データのうち任意の範囲のデータを用い
   て画像再構成を行なう画像再構成手段と、 を有することを特徴とするＸ線断層撮影装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線源は、被検体の周囲を１回転未
   満でかつ再構成可能な角度だけスキャンするものである
   請求項１記載のＸ線断層撮影装置。