JPH0810251A - Ｘ線断層撮影方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ｘ線検出素子の実装上の配列密度を高くせず
に、分解能の高い再構成画像を得ることである。また回
転中心から離れた周辺部でも理想的なサンプリングピッ
チを持つ投影データを得ることができるようにする。 【構成】撮影機構としてＸ線源、Ｘ線焦点の位置偏位の
制御手段、各Ｘ線検出素子に対する積分器，切替器およ
びその制御手段、得られた投影データの処理機構として
補間演算を行う手段、補間演算に必要なパラメータを保
管する手段を有する。Ｘ線焦点の位置を、第１の位置と
第２の位置の間で一回の投影ごとに交互に切替え、切替
器によって各Ｘ線検出素子と積分器の接続の切替を行
う。得られた投影データをもとに補間演算を行なう手段
において、仮想的にＸ線検出素子の配列密度を倍にした
装置による投影データに相当する投影データを生成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線を利用して走査機
構部を被検体の周りに回転させて必要な投影データを計
測するＸ線断層撮影装置において、特にＸ線源の位置を
走査機構部に対して偏位させることを利用して高分解能
な再構成画像を得ることが可能なＸ線断層撮影方法およ
びＸ線断層撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線断層撮影装置としては、一投影毎に
Ｘ線のペンシルビームを平行移動させて断層撮影する第
一世代から、Ｘ線のファンビーム放射機構を回転させ
て、まばらな位置で断層撮影する第二世代に続いて、Ｘ
線のファンビーム放射機構を回転させて、連続的に断層
撮影する第三世代に進んできた。 図２は、従来の第
三世代Ｘ線断層撮影装置の一般的な構成を示す図であ
る。走査機構部１上には、Ｘ線源２およびNb個のＸ線検
出素子d0〜d(Nb-1) が被検体４をはさんで互いに対向す
る位置に配置されている。Ｘ線源２はファンビーム状に
Ｘ線５を放射し、被検体４を透過したＸ線強度がＸ線検
出素子d0〜d(Nb-1) によって検出され、計測される。こ
のようにして計測されたデータを、投影データと呼ぶ。
投影データは、マルチプレクサ６を介して再構成演算部
７に送られる。走査機構部１は回転中心３を中心に被検
体４の周囲を回転して、被検体４に対してファンビーム
５を放射し、Ｘ線検出素子d0〜d(Nb-1)はあらゆる方向
からの投影データを計測する。このようにして収集され
た全投影データをもとに、再構成演算部７において被検
体４の計測断面上のＸ線級数係数分布を画像として再構
成する。この再構成画像は、画像表示手段８の画面に表
示される。この再構成演算部７の演算方法としては、
「フィルタ補正逆投影法」等が知られている。

【０００３】図３は、図２における計測系の幾何学的構
成図である。Ｘ線焦点９は、Ｘ線源２上にあって、実際
にＸ線を放射している部位である。ここでは、Ｘ線焦点
９を点とみなす。計測中の任意の時点におけるＸ線焦点
９の空間的な位置は、Ｘ線焦点９と回転中心３の間の距
離Ｓｏｄが与えられていれば、回転中心３からみた角度
ａによって特定される。また、各々のＸ線検出素d0,d1,
・・・・・・・・,d（Nb-1）の、走査機構部１上の空間的な位置
は、Ｘ線焦点９からみた角度ｂによって特定される。角
度a の位置にあるＸ線源２のＸ線焦点９からファンビー
ム状Ｘ線５を放射する。このとき角度bによって示され
るＸ線検出素子djに入射するＸ線ビーム１０を考える
と、このＸ線ビーム１０はＸ線焦点の位置を表わす角度
a およびＸ線検出素子の位置を表わす角度b の二つのパ
ラメータによって表すことができる。この(a,b) を座標
平面上にプロットし、この点を以降「計測点」１１と呼
ぶことにする。この計測点（a,b)は、計測系の幾何学的
な条件が同一であれば、Ｘ線ビーム１０を一意に特定す
ることができる。ところで、現実的な計測においては、
計測点であるa およびb は離散的な値を取る。そこで、
全投影データを有限個の計測点の集合に対応させること
ができる。計測点の配置は、計測の幾何学的な条件に関
する情報を簡便に表現することができる。たとえば、も
し投影データが全周に渡って均等に計測されていれば、
計測点はa およびb に沿ってそれぞれ等間隔な格子点上
に並ぶことになる。なお、実際の撮影装置においては、
個々の計測値の計測処理のためにある一定の微小時間が
必要であり、その間も操作機構部は回転を続ける。その
ため、a の値はそれに対応した点ではなく、時間的な広
がりを持つ。また、各Ｘ線検出素子の開口幅分だけb の
値も一点ではなく時間的な広がりを持っている。そのた
め、上記計測点はある広がりを持った微小領域になる
が、ここではこの領域を代表する一点をもって議論する
ことにする。

【０００４】ところで、従来のＸ線断層撮影装置では、
再構成画像の空間分解能は主としてＸ線検出素子の実装
上の配列密度に依存している。従って、再構成画像の分
解能を上げるには、Ｘ線検出素子の実装上の配列密度を
上げればよいことになる。しかしながら、Ｘ線検出素子
配列の高密度化は次のような理由から実際的ではない。
その第一の理由は、実装技術上の限界である。現在、Ｘ
線検出素子は約１ミリピッチで配列されており、これ以
上の高密度化は著しく厳しい工作精度を要求することに
なる。第二の理由は、エネルギー効率の面で不利になる
ことである。例えば、電離箱型Ｘ線検出素子を考える。
複数のＸ線検出素子が電極で仕切られた箱型の構造であ
る場合には、電極がある厚みを持っているが、Ｘ線検出
素子の配列ピッチを狭くしても、電極の厚さをそれに比
例させて薄くすることはできない。そのため，Ｘ線検出
素子の有効な開口幅の、配列ピッチに対する比は減少し
てしまう。すなわち、Ｘ線源の放射するＸ線量に対し、
計測に有効なＸ線量の比率が下ってしまう。また、従来
の計測系は最適なサンプリングが行なわれておらず、エ
イリアシングを生じている。すなわち、透過したＸ線強
度の計測は離散的に行われるので、サンプリングピッチ
が適当に設定されていないときには、偽像が生じる状態
になる。いま、Ｘ線検出素子の開口幅をDb とすると、
この検出系によって計測される投影データは、1/Db の
空間周波数で帯域制限される。Nyquistの標本化定理よ
りエイリアシングの影響を受けないためには、Db/2 の
ピッチでサンプリングを行なえばよいことがわかる。し
かし、実装上、Ｘ線検出素子の配列ピッチはその開口幅
にほぼ等しく、約Dbであるため、このNyquist の条件を
満たすことはできない。

【０００５】このような問題を解決し、Ｘ線断層撮影装
置の再構成画像の空間分解能を向上する方法として、従
来、投影毎にＸ線焦点位置を切替えながら撮影を行なう
方法が提案されている（特開平4-231940号公報参照）。
以降では、この方法をインターレース方式と呼ぶことに
する。図４は、従来におけるインターレース方式を実現
するＸ線断層撮影装置の構成図である。このインターレ
ース方式が従来一般のＸ線断層撮影装置と異なるのは、
Ｘ線焦点９を偏位させることのできるＸ線源２を用いる
とともに、このＸ線焦点９の偏位を制御する制御手段１
２を設けている点である。このような装置構成を用いた
インターレース方式では、次のような撮影方法を取る。
第１の投影データ計測時には、Ｘ線焦点を第１の位置に
おいて投影データの計測を行う。続いて第２の投影デー
タ計測時には、Ｘ線焦点を第２の位置において投影デー
タの計測を行う。それ以降の投影データ計測において
も、同様にＸ線焦点を交互に第１の位置と第２の位置の
間で切替えて、全周にわたり投影データの計測を行う。
ここで、図３に示すように、Ｘ線源-Ｘ線検出素子間距
離をSid、Ｘ線源-回転中心間距離をSod 、各投影ごとの
走査駆動部の回転角をDa、Ｘ線検出素子の配列間隔をＸ
線焦点から見込む角度で表してDb 、焦点の偏位距離をd
とする。第１の投影と第２の投影がインターレースす
るために、角度Daおよび距離d を式（６）に示されるよ
うに設定する。なお、d は、回転接線方向と逆向きの方
向を正とし、s は1/2 あるいは3/2 の定数とする。

【数６】

【０００６】図５は、図４におけるインターレース方式
による計測点配置を示す図である。式（６）のように角
度Ｄａを設定すると、Ｘ線検出素子の位置が第１の投影
時と、第２の投影時でDb の1/2 あるいは3/2 の距離だ
けずれることになる。また、距離dを上式（６）のよう
に設定すると、第１の投影時と第２の投影時におけるＸ
線焦点の位置が重なることになる。この結果、第１の投
影と第２の投影がインターレースすることになり、Nyqu
ist の条件を満たす、高分解能化を達成できる。これを
計測点によって表現するとわかりやすい。図５では、s=
3/2 とおいてインターレース方式で計測を行なった時の
計測点の配置が示されている。図５において、Ｘ線焦点
９を第１の位置において計測した１回の投影による計測
点は、ｂ方向の直線上に並ぶ黒丸で表わされ、同様にＸ
線焦点９を第２の位置において計測した１回の投影によ
る計互点はｂ方向の直線上に並ぶ白丸で表わされる。第
１の投影と第２の投影は、Ｘ線焦点９の位置が同一であ
るので、それらの計測点は、同一のｂ方向に二投影ずつ
２Ｄａの間隔をおいて配置されることになる。前述のよ
うに、Ｘ線焦点９を第１の位置においたときの投影によ
る計測点を黒丸で、Ｘ線焦点９を第２の位置においたと
きの投影による計測点を白丸で表しているので、第１の
投影による計測点と第２の投影による計測点を組み合わ
せて考えると、仮想的に配列密度が２倍あるＸ線検出素
子によって計測を行った場合に相当する計測点配置にな
る。さらに、Ｘ線検出素子の開口幅Db に対してサンプ
リングピッチがDb/2 であるから、Nyquist の条件も満
たしている。 このように組み合わせて得られた投影デ
ータを元に再構成演算を行なえば、分解能の高い再構成
画像が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のインターレース
方式には、設計コスト上の問題、Ｘ線ビームのインター
レースに関する問題、および計測タイミングに関する問
題が存在する。以下、これらについて、順次説明する。
第１の問題である設計コスト上の問題について説明す
る。インターレース方式を実現するためには、計測系が
前式（６）の条件を満たすような幾何学的構成をとるこ
とが必要である。これは、装置設計上に強い制限を課
す。そのため、インターレース方式を実現するために
は、装置の大幅な再設計が必要になる。できることなら
ば、従来の装置構成を活かした高分解能化手法を用いる
ことが望まれる。第２の問題は、装置が前式（６）に示
した幾何学的な条件を満たしたとしても、第１の投影と
第２の投影が理想的にインターレースする状態にならな
い点である。すなわち、回転中心付近を通過するＸ線ビ
ームに関して考えれば、前式（６）の条件によって第１
の投影と第２の投影がインターレースする関係になる。
つまり、図５に示すように、計測点は第１の投影による
計測点と第２の投影による計測点で、Db/2 ピッチの等
間隔で配置される。しかし、周辺部になるに従って、こ
の関係は崩れてくる。つまり、第１の投影による計測点
と第２の投影による計測点が、等間隔で並ばなくなる。
このため、再構成画像上には偽像が生じることになる。
第３の問題は、より原理的なものである。Ｘ線断層撮影
装置の有するＸ線検出素子が数にして数百あるのに対
し、再構成演算部のインタフェースは一般に数個しか用
意されていない。そのため、数百個の計測データを同時
に再構成演算部に転送することはできず、マルチプレク
サを用いて両者間の接続を切替え、Ｘ線検出素子毎に計
測データを順次転送する。

【０００８】この結果として、Ｘ線検出素子毎に計測タ
イミングがずれることになる。ここで、一回の投影の計
測に要する時間をTp 、Ｘ線検出素子が入射Ｘ線強度の
計測に要する時間をTd とする（0 < Td < Tp）。図６
は、このときの従来における計測のタイミングチャート
である。このタイミングチャートに示すように、各Ｘ線
検出素子にとって必要な計測時間は、互いに重なり合
う。そのため、全計測時間中、どのＸ線検出素子も計測
を行っていない瞬間は存在しない。インターレース方式
では、一回の投影毎に、すなわち計測に要する時間Tpの
間隔でＸ線焦点位置の切替を行う必要がある。しかし、
このタイミングをどのように調節しても、ほとんどのＸ
線検出素子にとって計測時間中にＸ線焦点位置の切替が
起こることになる。このような投影データの不整合の結
果として、再構成画像上には偽像が発生する。このよう
な問題は、計測のタイミングが密であるがゆえに生じる
ので、より疎なタイミングで計測を行なえば、回避する
ことができる。例えば、Ｘ線検出素子が計測に要する時
間Td に対し、十分に計測に要する時間Tpの値 を大きく
とれば、一回の投影ごとに、どのＸ線検出素子も計測を
行なっていない瞬間ができる。この瞬間に、Ｘ線焦点位
置の切替を行なえばよい。

【０００９】しかし、この解決策は、エネルギー効率の
面で問題がある。計測時間を不必要に伸ばすことなく、
Ｘ線源から照射するＸ線量のうちで計測に有効に使われ
るＸ線量を増やし、S/N 比を上げるためには、Ｘ線検出
素子の計測時間Td をできるだけ一回の計測に要する時
間Tp に近い値にとるべきである。このように、従来の
計測データの転送機構を前提にすると、エネルギー効率
を落さずにインターレース方式を実現することができな
い。本発明の目的は、これら従来の課題を全て解決し、
設計上の自由度を制限せずに再構成画像の高分解能化を
実現でき、回転中心から離れた周辺部でも理想的なサン
プリングピッチで投影データを得ることができ、かつ従
来の計測データ転送機構を前提として計測を行え、しか
もエネルギー効率を低下させずにＮｙｑｕｉｓｔの条件
を満たす計測を行えるＸ線断層撮影方法および装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の第１の問題を解決
するため、本発明においては、実際の計測で得られた投
影データに対応する計測点配置を計算によって求め、そ
の情報を元にb 方向に倍の密度を持つ計測点上にある投
影データを補間演算によって求める。本発明のＸ線断層
撮影装置は、この補間演算に必要なパラメータを保管す
るためのメモリおよび補間演算手段を備える。このパラ
メータは、実際の計測による計測点の配置、およびb 方
向に倍の密度を持つ計測点の配置の位置関係に基づいて
計算される。求められた計測点の配置の情報、またはこ
れに基づいて計算される補間に用いられるパラメータ
は、メモリ上に保管される。計測によって得られた投影
データは、このメモリ上の情報を用いて補間演算が行わ
れることにより、補正された投影データが得られる。ま
た、このような補間演算によって理想的な計測点配置を
とる投影データが生成されるので、同時に上記の第２の
問題も解決される。一方、上記の第３の問題を解決する
ために、本発明においては、各Ｘ線検出素子に計測値を
一時的に保持しておくための手段を複数用意し、Ｘ線焦
点位置の切替えに同期させて、Ｘ線検出素子と計測値を
一時的に保持しておくための手段、あるいは計測値を一
時的に保持しておくための手段と、計測値を一時的に保
持しておくための手段との間の接続を切替えるようにし
て、投影データの計測を行う。本発明のＸ線断層撮影装
置は、この切替を行うための切替え手段、並びに切替の
制御手段を具備している。

【００１１】

【作用】本発明においては、実際の計測で得られたまま
の投影データをもとに再構成演算を行なうのでなく、い
ったん再構成演算において厳密に要求される計測点配置
上の投影データを補間によって生成するため、計測系の
幾何的な構成に融通性が出る。また、補間演算によって
周辺部においても理想的な計測点配置をとる投影データ
を生成するため、計測点配置のずれによる偽像発生を回
避できる。また、各Ｘ線検出素子に設けられた計測値を
一時的に保持する手段の複数化によってＸ線検出素子に
よる計測と、再構成演算部へのデータ転送とを切り離す
ことができるため、計測タイミングの同期と、計測デー
タの順次転送とを両立できる。その結果、S/N を下げる
ことなく偽像のない高分解能画像を得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示すＸ線断層撮
影装置の構成図である。図１においては、走査機構部１
上にＸ線源２およびＮｂ個のＸ線検出素子d0〜d(Nb-1)
が被検体４をはさんで互いに対向する位置に配置されて
いる。このＸ線源２は、従来のＸ線断層撮影装置と異な
り、Ｘ線焦点９を偏位させることのできるものであり、
また装置は、このＸ線焦点９の偏位を制御する手段１２
を具備している。Ｘ線焦点９は、ファンビーム状にＸ線
５を放射し、被検体４を透過したＸ線強度をＸ線検出素
子d0〜d(Nb-1)が計測する。この場合に、計測されたデ
ータを投影データと呼ぶ。Ｘ線検出素子d0〜d(Nb-1)
は、それぞれデータを一時的に保持する手段１３に接続
されており、これらの保持手段１３で一旦保持された投
影データは特定のタイミングでマルチプレクサ６を介し
メモリ１５，１６および補間演算手段１７を経て再構成
演算部７に転送される。このとき、Ｘ線検出素子d0〜d
(Nb-1) からデータを一時的に保持する手段１３へ、あ
るいは一時的に保持する手段１３からマルチプレクサ６
へのデータの転送タイミングは、データフロー切替え制
御手段１４により制御される。走査機構部１は、回転中
心３を中心に被検体４の周囲を回転し、連続的にあらゆ
る方向から投影データを計測する。

【００１３】このようにして収集され、キャリブレーシ
ョン等の基本的な処理が施された全投影データは、計測
投影データ保管用メモリ１５に一時的に保管される。保
管用メモリ１５に保管された投影データは、読み出され
た後に補間演算手段１７に転送される。補間演算手段１
７では、この全投影データに対し補間演算を行い、仮想
的にＸ線検出素子数が倍のＸ線断層撮影装置によって得
た投影データに相当する投影データを生成する。生成さ
れた投影データは、補正済み投影データ保管用メモリ１
６に保管される。この補間の際に必要なパラメータは、
計測時のＸ線焦点９の位置およびＸ線検出素子d0〜d(Nb
-1)の位置に関する情報を元に計算され、テーブル１
８、１９、２０に形成された後、読み出し専用メモリや
磁気ディスクなどのデータ記憶媒体にそれぞれ保管され
る。次に、保管用メモリ１６から読み出された投影デー
タは、再構成演算部７に転送される。再構成演算部７で
は、この補正済み投影データをもとに、被検体４の計測
断面上のＸ線級数係数分布を画像として再構成する。こ
の再構成画像は、画像表示手段８の画面に表示される。
この再構成演算としては、「フィルタ補正逆投影法」等
が知られている。

【００１４】図７は、本発明の第１の実施例を示すＸ線
断層撮影装置の要部構成図である。図７では、Ｘ線検出
素子d0〜d(Nb-1)、データを一時的に保持する手段１
３、マルチプレクサ６およびデータフロー切替え制御手
段１４を設けることにより、Ｘ線検出素子による計測
と、再構成演算部へのデータ転送とを切り離すことがで
きる。繁雑になるのを避けるため、Ｘ線検出素子djに関
して説明する。従って、以下に説明する構成は、勿論、
全Ｘ線検出素子d0〜d(Nb-1)に適用することができる。
Ｘ線検出素子dj に対して、二つの積分器Iaj、Ibj が用
意されている。積分器Iaj(j=0,1,2,...,Nb-1) を第１グ
ループとし、積分器Ibj(j=0,1,2,...,Nb-1) を第２グル
ープと呼ぶことにする。Ｘ線検出素子dj と積分器Iaj、
Ibj の間は切替器Sjが介在しており、Ｘ線検出素子dj
と積分器Iaj、Ibj との接続は切替の制御手段１４によ
って制御される。積分器Iaj、Ibj の出力はマルチプレ
クサ６を介して再構成演算部７に転送される。

【００１５】図８は、図７の第１の実施例による計測動
作のタイミングチャートである。図８における1a0〜1a
(Nb-1),Ib0〜1b(Nb-1)は、それぞれ第１および第２グル
ープの積分器である。Ｘ線焦点９を偏位させて第１の位
置でＸ線を照射し、i 番目の投影データの計測を行う。
この計測に要する時間Td の間、Ｘ線検出素子dj からの
出力は切替器Sj によって第１グループの積分器である
積分器Iaj に送られる。すなわち、第１グループの積分
器は、Ｘ線焦点９ が第１の位置にある時の投影データ
を計測する。一方、第２グループの積分器にはi-1 番目
の、すなわちＸ線焦点９が第２の位置にあったときの投
影データが蓄えられている。そこで、第１グループの積
分器による入力Ｘ線強度の積分が行われている間に、第
２グループの積分器から、マルチプレクサ６を介して再
構成演算部７へのデータ転送が順次行われる。i+1 番目
の投影データの計測時には、第１グループと第２グルー
プの積分器が役割を入れ換えて同様の働きをする。

【００１６】先ず、Ｘ線源２におけるＸ線焦点位置の切
替を行う。Ｘ線焦点９を偏位させ、第２の位置において
Ｘ線を照射し、i+1 番目の投影データの計測を行う。こ
の計測に要する時間Td の間、Ｘ線検出素子dj からの出
力は切替器Sj によって第２グループの積分器である積
分器Ibj に送られる。すなわち第２グループの積分器
は、Ｘ線焦点９が第２の位置にある時の投影データを計
測する。一方、第１グループの積分器にはi 番目の、す
なわちＸ線焦点９が第１の位置にあったときの投影デー
タが蓄えられている。そこで、第２グループの積分器に
よる入力Ｘ線強度の積分が行われている間に、第１グル
ープの積分器からマルチプレクサ６を介して再構成演算
部７へのデータ転送が順次行われる。以上のような計測
を全周にわたって繰り返す。上記のような装置構成およ
び計測方法を取る主眼は、エネルギー効率を落すことな
く、Ｘ線焦点位置の切替を行うタイミングを設定する点
にある。積分器を２重に設けることによって、投影デー
タの計測と、計測されたデータの再構成演算部への転送
を別々に独立して行うことができる。そのため、全Ｘ線
検出素子における投影データの計測の同期と、再構成演
算部への計測データの順次転送とをエネルギー効率を落
さずに実現することができ、上記課題を解決することが
できる。

【００１７】図９は、本発明の第２の実施例を示すＸ線
断層撮影装置の要部構成図である。図９では、図７と同
様なことを別の構成によっても実現している。すなわ
ち、図９には、Ｘ線検出素子d0〜d(Nb-1)、データを一
時的に保持する手段１３として積分器Ijと第２のデータ
保持手段Bj、マルチプレクサ６およびデータフロー切替
え制御手段１４とスイッチWjの概略構成が示されてい
る。Ｘ線検出素子dj に対して積分器Ij および第２のデ
ータ保持回路Bj が用意されている。第２のデータ保持
回路Bj は、一時的に計測データを保管しておく手段で
ある。Ｘ線検出素子dj の出力は、積分器Ij において計
測時間Td の間積分される。積分器Ij と第２のデータ保
持回路Bj の間は、スイッチWj によって接続あるいは切
断される。第２のデータ保持回路Bj に保持されている
データは、マルチプレクサ６を介して再構成演算部７に
転送される。

【００１８】図１０は、図９に示す第２の実施例におけ
る計測動作のタイミングチャートである。図１０では、
I0〜Ijが積分器であり、B0〜Bjが第２のデータ保持回路
である。Ｘ線焦点９を偏位させ第１の位置においてＸ線
を照射し、i 番目の投影データの計測を行う。この計測
に要する時間Td の間、Ｘ線検出素子dj からの出力は積
分器Ij において積分される。この間、積分器Ij と第２
のデータ保持回路Bj の間はスイッチWj によって切断さ
れている。第２のデータ保持回路Bj にはi-1 番目の、
すなわちＸ線焦点９が第２の位置にあったときの投影デ
ータが蓄えられている。そこで、積分器Ij による入力
Ｘ線強度の積分が行われている間に、第２のデータ保持
回路Bjから、マルチプレクサ６を介して再構成演算部７
へのデータ転送が順次行なわれる。データ転送が終った
第２のデータ保持回路Bjのデータは消去される。次に、
スイッチWj が閉じられ、i 番目の投影データの積分値
が積分器Ij から第２のデータ保持回路Bj に転送され
る。このデータの移動が行われた時点で、スイッチWjは
再び開かれ、積分器Ij と第２のデータ保持回路Bj の接
続は切断される。また、この間にＸ線焦点位置の切替が
行われる。

【００１９】i+1 番目の投影データの計測時にも、上述
したと同様のことが行われる。Ｘ線焦点９を偏位させて
第２の位置においてＸ線を照射し、i+1 番目の投影デー
タの計測を行う。この計測に要する時間Td の間、Ｘ線
検出素子dj からの出力は積分器Ij において積分され
る。この間、積分器Ij と第２のデータ保持回路Bj の間
はスイッチWj によって切断されている。第２のデータ
保持回路Bj にはi-1 番目の、すなわちＸ線焦点９が第
１の位置にあったときの投影データが蓄えられている。
そこで積分器Ij による入力Ｘ線強度の積分が行われて
いる間に、第２のデータ保持回路Bjから、マルチプレク
サ６を介して再構成演算部７へデータの転送が順次行わ
れる。データ転送が終った第２のデータ保持回路Bjのデ
ータは消去される。次に、スイッチWj が閉じられ、i
番目の投影データの積分値が積分器Ij から第２のデー
タ保持回路Bj に送られる。このデータの移動が行われ
た時点でスイッチWjは再び開かれ、積分器Ij と第２の
データ保持回路Bj の接続は切断される。以上のような
計測処理を、全周にわたって繰り返す。

【００２０】この第２の実施例においても、上記のよう
な装置構成および計測方法を取る主眼は、エネルギー効
率を落すことなく、Ｘ線焦点位置の切替を行うタイミン
グを設定する点にある。積分器とマルチプレクサの間に
第２のデータ保持回路を設けることによって、投影デー
タの計測と、計測されたデータの再構成演算部への転送
を別々に行うことができる。そのため、全Ｘ線検出素子
における投影データの計測の同期と、再構成演算部への
計測データの順次転送とをエネルギー効率を落さずに実
現でき、上記課題を解決することができる。第１の実施
例では、マルチプレクサの入力側のチャンネル数を従来
の倍にするか、あるいはマルチプレクサ自体を倍の系統
数用意する必要がある。これに対して第２の実施例で
は、入力チャンネル数、あるいは系統数の点では従来と
同じマルチプレクサを用いることができる。第１および
第２の実施例では、データを一時的に保持する手段を２
重に、すなわち２つの積分器あるいは積分器と第２のデ
ータ保持回路を、用意することによって本発明の目的を
達成している。このように、データを一時的に保持する
手段を２重化するだけでなく、複数化した実施例も考え
られる。複数化した場合、データ計測のタイミングおよ
びデータ転送のタイミング設定に関して、より自由度が
高まるという利点がある。当然この場合、データを一時
的に保持する手段の複数化に対応したデータフロー制御
手段を有する必要がある。

【００２１】次にデータ処理手段及び方法について説明
する。図１１は、本発明における計測点の配置を示す図
である。上記のように焦点を切替えながら計測を行った
場合、図１１の黒丸および白丸で示すように計測点は一
投影データ毎に「ジグザグ」に配置される。これは、従
来のインターレース方式のように、計測系が前式（１）
の幾何学的な条件を満たす必要がないため、結果として
ジグザグの配置となってしまうのである。従って、従来
の設計コストの問題も解消されることになる。本発明に
よるデータ処理方法は、このように配置された計測点上
のデータから、分解能の高い再構成画像を得るために、
図１１の×印で示すようにb 方向に倍の密度で配置する
計測点上のデータを補間処理によって求めるという点に
ある。このデータ処理の詳細を、図１を参照して述べ
る。計測によって得られたデータはキャリブレーション
等必要な信号処理が行われた後、投影データとしてメモ
リ１５に保管される。投影数をNa、Ｘ線検出素子数をNb
とすれば、このメモリ１５は、少なくとも（Na ×Nb）
のマトリックスサイズが必要である。補間演算手段１７
において補間演算を行い、投影数Na/2、Ｘ線検出素子数
2Nbの投影データを生成する。この投影データは、メモ
リ１６に書き込まれる。メモリ１６は、この補正後の全
投影データを保管しておくために、（Na/2 ×2Nb）のマ
トリックスサイズを必要とする。しかし、たとえばフィ
ルタ補正逆投影法等の再構成演算方法では、一度に全投
影データが揃っている必要はないので、これより小さな
サイズのメモリに対して、必要十分な量の補正後の投影
データを順次転送するようにしてもよい。

【００２２】ここでは、メモリ１５上の実計測による投
影データを、インデックスi、j を用いてP(i,j)で表す
ことにする。この投影データP(i,j) は、i 番目の投影
時にj番目のＸ線検出素子によって計測された値を意味
する（i=0,1,...,Na-1, j=0,1,...,Nb-1）。一方、メモ
リ１６に保管されている補正後の投影データも、同様に
P'(i,j) で表すことにする。前述のように、メモリ１６
は必ずしも（Na/2 ×2Nb）のサイズがあるわけではない
が、再構成演算時には各計測値はi、j をインデックス
として参照されるので、 P'(i,j)(i=0,1,...,Na/2-1,j=
0,1,...,2Nb-1)として表すことができる。補間演算とし
て、例えば近傍3 点からの線形補間を用いるとすると、
補正データP'(i,j) は下式（２）のように表される。こ
のとき、重みG、インデックスi0およびj0 はi、j およ
びk の関数であり、あらかじめ計算しておく。計算され
たそれらのパラメータをi、j、k をインデックスとして
テーブル１８、１９、２０とし、読み出し専用メモリや
磁気ディスクなどのデータ記憶媒体にそれぞれ保管す
る。補間演算部（倍密度データ生成部）１７は、インデ
ックスi、j を変えながらデータP'(i,j) を式（７）に
従って計算する。

【数７】

【００２３】この重みG、インデックスi0 およびj0
は、計測点の配置に関する情報を元に計算して求めるこ
とができ、i、j およびk の関数として与えられる。以
降において、焦点位置の切替えに伴なう計測点の位置の
偏位について説明する。倍密度投影データの計測点を
(a"(i,j),b"(i,j)) とする(i=0,1,...,Na/2-1, j=0,
1,...,2Nb-1)。このa"、b"は下式（５）によって与えら
れる。

【数５】 図１２は、本発明によるＸ線断層撮影装置の計測系の幾
何学的な関係を示す図である。図１２に示すように、Ｘ
線源が角度aで示される位置（Ｓ）にある投影におい
て、角度bで示される位置にあるＸ線検出素子dj に入射
するＸ線ビームについて考えることにする。Ｘ線焦点を
本来の位置Ｓ からd だけ離れたＳ' の位置に移動させ
ると、Ｘ線検出素子dj に入射するＸ線ビームは、実際
には直線S'P で示される光路をとることになる。このと
きのa'、b'、Sod' をa,b,d の関数として、それぞれ下
式（３）、（４），（８）によって計算する。

【数３】

【数４】

【数８】

【００２４】ここで、撮影を開始してからi 番目（i =
0, 1, ..., Na-1）の投影において、j 番目（j = 0, 1,
..., Nb-1）のＸ線検出素子dj に入射するＸ線ビーム
について考える。この時のＸ線源の本来の位置をa(i,
j)、Ｘ線検出素子dj の位置をb(i,j) とするとこれらは
下式（９）のように表される。

【数９】 このa0 は、計測開始時のＸ線源位置であり、b0 はＸ線
検出素子d0 の位置である。また、Ｘ線焦点の位置を一
投影データの計測ごとに切替えるので、Ｘ線焦点の偏位
d(i,j) は下式（１０）によって表される。

【数１０】

【００２５】以上の式（９），式（１０）を前式
（３）、前式（４）に代入すれば、全ての(a',b') がi,
j の関数として求まる。すなわち、全ての計測点の配
置を得ることになる。また、Ｘ線焦点の偏位を制御する
ことによって、計測点の配置を制御できることもわか
る。次に、高分解能画像を得るために必要なＸ線焦点の
偏位量の計算法について述べることにする。まず、投影
i による計測点配置と投影i+1 による計測点配置を、計
測点配列間隔の２分の１ずらすには、下式（１１）の条
件を満たせばよい（ただしn は正の整数）。

【数１１】 b=0 として、上式（１１）に前式（４）を代入すれば下
式（１２）となる。式（１２）をd について解き、これ
をd1 とすれば下式（１）を得る。

【数１２】

【数１】

【００２６】また、隣接する二つの投影の計測点を一直
線上に配置させるには、下式（１３）を満たす必要があ
る。式（１３）に前式（３）を代入すると下式（１４）
を得ることができる。式（１４）をd について解き、こ
れをd2 とすれば下式（１５）を得ることができる。

【数１３】

【数１４】

【数１５】 インターレース方式のように隣接する二つの投影の計測
点が一直線上に配置され、かつ計測点配置のずれが２分
の１であるためには、前式（１１）および前式（１３）
の両方の条件を満たす必要がある。このようなＸ線焦点
の偏位距離をd3とすると下式（２）を得ることができ
る。Ｘ線焦点の偏位距離d3 および、計測系の幾何学的
なパラメータSid、Sod、Da、Db がこの式（２）を満た
すのであれば、インターレース方式と同様に隣接する二
つの投影データ同士を組み合わせることにより、b 方向
に倍の配列密度を持つ投影データを得ることになる。こ
のように組み合わせた投影データを再構成することによ
って、高分解能画像を得ることができる。

【数２】

【００２７】しかし、この式（２）は計測系の幾何学的
な関係に強い制約を課す。このような制約は、すでに述
べたようなインターレース方式の欠点と同等なものであ
り、装置設計上の制限となる。ここで、隣接する二つの
投影の計測点が一直線上に配置しなければならないとい
う条件を外せば、式（１）の条件だけを満たせば良いこ
とになる。ところで、式（１）の示す内容によれば、既
存の計測系の幾何学的な設定の上にＸ線焦点の偏位距離
だけを適切に設定することによって、隣接する二つの投
影の計測点が２分の１ピッチでずれる。本発明における
データ処理の主眼は、この条件を元にして得られた計測
点配置から、高分解能化に必要な投影データを得ること
にある。すなわち、計測点配置に基づいて隣接する二つ
の投影データから、b 方向に倍の配列密度を持つ投影デ
ータを補間によって求める。こうして求めた投影データ
は、中心部のみならず周辺部においても理想的な配列ピ
ッチを保っている。この倍密度化した投影データを再構
成することにより、高分解能画像を得ることができる。
また、隣接する２つの投影データを用いるだけでなく、
より多くの計測データを用いて、より高次の補間によっ
て倍密度化された投影データを求めてもよい。

【００２８】本発明の効果は、大きく３つに分けて述べ
ることができる。第１の効果は、設計上の自由度を制限
せずに再構成画像の高分解能化を達成できる点にある。
すなわち、従来のインターレース方式では、Ｘ線源-回
転中心間距離、Ｘ線源-Ｘ線検出素子間距離、走査機構
部の回転ピッチ、Ｘ線検出素子の配列間隔、Ｘ線焦点の
偏位距離の間に、前式（６）に示したような関係が成立
していなければならない。この制限のため、インターレ
ース方式の実現のためには装置全体の大幅な再設計が必
要になる。これに対し、本発明では、任意のＸ線源-回
転中心間距離、Ｘ線源-Ｘ線検出素子間距離、走査機構
部の回転ピッチ、Ｘ線検出素子の配列間隔に対して、前
式（１）に基づいてＸ線焦点の偏位距離を求めることが
できる。そのため、本発明を実現するためには装置の幾
何学的な構成を変える必要はなく、従来の装置の部分的
な再設計を行えば十分である。装置構成の大幅な変更が
ない分、インターレース方式に比べ、データ処理が複雑
であるが、実際には２次元平面上の補間に過ぎず、実現
は容易である。

【００２９】次に、第２の効果は、回転中心から離れた
周辺部においても理想的なサンプリングピッチをもった
投影データを得ることができる点である。すなわち、従
来のインターレース方式では、単に計測された投影デー
タを組み合わせているため、周辺部では第１の投影と第
２の投影が理想的なインターレースの状態にならずに、
再構成画像上で偽像を生じる。本発明は、補間処理を行
うことによって、これを解決することができる。次に、
第３の効果は、従来の計測データ転送機構を前提にしな
がら、エネルギー効率を落さずにNyquist の条件を満た
す計測を行うことができるので、高分解能の再構成画像
を得ることができる点にある。そして、本発明における
データ計測系を用いると、エネルギー効率を落すことな
く、Ｘ線焦点位置の切替えを行うタイミングを設定する
ことができる。また、投影データの計測と、計測された
データの再構成演算部への転送を、別々に行うことがで
きる。そのため、全Ｘ線検出素子における投影データの
計測の同期と、再構成演算部への計測データの順次転送
とをエネルギー効率を落さずに実現できる。その結果、
S/N を下げることなく偽像のない高分解能画像を得るこ
とができる。

【００３０】図１３は、比較のための従来における再構
成画像を示す図であり、図１４は本発明における再構成
画像を示す図である。図１３および図１４は、いずれも
背景に対しコントラスト１２パーセントをもち、直径が
０.５ミリメートルから１．２ミリメートルのＸ線吸収
体が配置されている模擬被検体を想定して計算機シミュ
レーションを行ったものである。本発明による焦点移動
方式を適用して得られた投影データに対しては、後処理
によってb 方向に倍の配列密度を持つ投影データを補間
によって求めた。図１３と図１４とを比べると、従来法
では直径０．５ミリのＸ線吸収体を分解できなかった
が、本発明による方法ではこれを分解できたことがわか
る。なお、図１３、図１４の複数配列のうちの最も左の
列が０．５ミリのＸ線吸収体である。図１５は、この計
算機シミュレーションから求めた従来の方法および本発
明方法の変調度伝達関数を示す特性図である。変調度伝
達関数とは、各空間周波数に対する変調の度合いを示す
もので、分解能を評価する方法の１つである。この値が
１であれば、本来のＸ線吸収係数が正しく再現されてい
ることになる。シミュレーションの条件は前に述べたも
のと同様である。図１５から明らかなように、従来方法
に比べて本発明の方法の方が高い空間周波数においても
再現性の良いことが示されており、本発明の方法は分解
能の面で優れていることがわかる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
設計上の自由度を制限せずに再構成画像の高分解能化を
達成できるとともに、回転中心から離れた周辺部におい
ても理想的なサンプリングピッチをもった投影データを
得ることができ、またサンプリングピッチのずれに起因
する偽像発生を回避できる。さらに、従来の計測データ
転送機構を前提としながら、エネルギー効率を落さずに
Nyquistの条件を満たす計測を行うことができ、分解能
の高い再構成画像を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すＸ線断層撮影装置の構
成図である。

【図２】従来のＸ線断層撮影装置の構成図である。

【図３】従来のＸ線断層撮影装置の計測系の幾何学的な
関係を示す図である。

【図４】従来のインターレース方式を実現するＸ線断層
撮影装置を示す図である。

【図５】従来におけるインターレース方式の計測点配置
を示す図である。

【図６】従来における入射Ｘ線強度の積分期間とマルチ
プレクサによるデータ転送タイミングを示す計測のタイ
ミングチャートである。

【図７】本発明の第１の実施例を示すＸ線断層撮影装置
の計測系要部構成図である。

【図８】第１の実施例における計測系のタイミングチャ
ートである。

【図９】本発明の第２の実施例を示すＸ線断層撮影装置
の計測系要部構成図である。

【図１０】第２の実施例における計測系のタイミングチ
ャートである。

【図１１】本発明における計測点の配置を示す図であ
る。

【図１２】本発明によるＸ線断層撮影装置の計測系の幾
何学的な関係を示す図である。

【図１３】計算機シミュレーションによって求めた従来
方法における再構成画像の図である。

【図１４】計算機シミュレーションによって求めた本発
明方法における再構成画像の図である。

【図１５】本発明と従来の方法の変調度伝達関数を比較
して示した特性図である。

【符号の説明】

１…走査駆動部、２…Ｘ線源、３…回転中心、４…被検
体、５…Ｘ線ファンビーム、６…マルチプレクサ、７…
再構成演算部、８…画像表示手段、９…Ｘ線焦点、１０
…Ｘ線ビーム、１１…計測点、１２…Ｘ線焦点位置制御
手段、１３…データを一時的に保持する保持手段、１４
…データフロー切替え制御手段、１５…メモリ（計測投
影データ保管用）、 １６…メモリ（補正済み投影デー
タ保管用）、１７…補間演算手段、１８…重み係数G の
テーブル、１９…インデックスi0 のテーブル、２０…
インデックスj0 のテーブル、d0, d1, d2, ...., d(Nb-
1)…Ｘ線検出素子、S0, S1, S2, ...., S(Nb-1)…切替
器（第１の実施例）、Ia0, Ia1, Ia2, ...., Ia(Nb-1)
…Aグループ積分器、Ib0, Ib1, Ib2, ...., Ib(Nb-1)…
Bグループ積分器、W0, W1, W2, ...., W(Nb-1)…切替器
（第２の実施例）、I0, I1, I2, ...., I(Nb-1)…積分
器、B0, B1, B2, ...., B(Nb-1)…第２のデータ保持回
路、

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線源によってＸ線を連続的に照射し、
   被検体を透過した該Ｘ線を、該被検体をはさんで該Ｘ線
   源に対向する位置に配列ピッチ角（Ｄｂ）で配列された
   多数のＸ線検出素子によって投影データとして計測し、
   該Ｘ線源およびＸ線検出素子の位置を微小角度（Ｄａ）
   ずつ回転させながら、多方向からの投影データの計測を
   繰り返して得られる全投影データをもとに、該被検体内
   部の放射線吸収係数の分布を再構成するＸ線断層撮影方
   法において、 特にＸ線焦点の位置を偏位させることが可能な上記Ｘ線
   源、および各Ｘ線検出素子毎に複数用意されている計測
   値を一時的に保持する手段を用いて、Ｘ線焦点を第１の
   位置においてＸ線を照射して第１の投影データを得、 次に、Ｘ線焦点を第２の位置においてＸ線を照射して第
   ２の投影データを得、それ以降も同様に、Ｘ線焦点位置
   を第１の位置と第２の位置の間で交互に切替えながら全
   周に渡る投影データを得るが、該Ｘ線焦点位置あるいは
   該位置の切替タイミングに応じて各Ｘ線検出素子と計測
   値を一時的に保持する手段との接続、あるいは計測値を
   一時的に保持する手段と計測値を一時的に保持する手段
   との接続を切替えることを特徴とするＸ線断層撮影方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＸ線断層撮影方法にお
   いて、前記補間演算を行う場合、実際の計測による各投
   影のＸ線焦点の位置と、各Ｘ線検出素子の位置に関する
   情報を元に計算した量、およびより配列密度の高いＸ線
   検出素子を有する撮影装置によって撮影したと仮定した
   時の各投影におけるＸ線焦点の位置と、各Ｘ線検出素子
   の位置に関する情報を元に計算した量を、それぞれメモ
   リに保管しておき、これらを参照することにより実際に
   計測した全投影データを補正して、より配列密度の高い
   Ｘ線検出素子を有する撮影装置によって得た投影データ
   に相当する投影データを求めることを特徴とするＸ線断
   層撮影方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のＸ線断層撮影方法にお
   いて、前記Ｘ線焦点の第１の位置は、Ｘ線源-回転中心
   間距離をSod、Ｘ線源-Ｘ線検出素子間距離をSid、Ｘ線
   検出素子の配列ピッチ角をDb 、nを正の整数とすると下
   式（１）に示す距離d1 だけ回転接線方向に本来の位置
   より移動した位置であり、同じく第２の位置とは回転接
   線方向と逆方向に同じ距離だけ本来の位置より移動した
   位置であることを特徴とするＸ線断層撮影方法。 【数１】
4. 【請求項４】 請求項１に記載のＸ線断層撮影方法にお
   いて、前記Ｘ線焦点の第１の位置を距離d2 だけ回転接
   線方向に本来の位置より移動した位置とし、同じく第２
   の位置を回転接線方向と逆方向に同一距離だけ本来の位
   置より移動した位置とした時、nを正の整数とすると、
   Ｘ線源-回転中心間距離Sod、 Ｘ線源-Ｘ線検出素子間距
   離Sid、 Ｘ線検出素子の配列ピッチ角Db の間に下式
   （２）に示す関係が成立していることを特徴とするＸ線
   断層撮影方法。 【数２】
5. 【請求項５】 請求項２に記載のＸ線断層撮影方法にお
   いて、前記補正演算の際に参照する情報として、ある投
   影においてＸ線源の位置をa とし、Ｘ線検出素子列中の
   Ｘ線検出素子の位置をb とし、Ｘ線焦点の位置が本来の
   位置より回転接線方向にd だけ移動しているとすると、
   下式（３），（４）および（５）により計算されるa'、
   b'、a"、b" 自身、あるいはこれらのa'、b'、a"、b" か
   ら計算によって求まる量を、それぞれメモリに保管する
   ことを特徴とするＸ線断層撮影方法。 【数３】 【数４】 【数５】
6. 【請求項６】 Ｘ線源によってＸ線を連続的に照射し、
   被検体を透過したＸ線を、被検体をはさんでＸ線源に対
   向する位置にある配列ピッチ角で配列された多数のＸ線
   検出素子によって投影データとして計測し、上記Ｘ線源
   およびＸ線検出素子の位置を微小角度ずつ回転させなが
   ら、多方向からの投影データの計測を繰り返して得られ
   る全投影データを元に、被検体内部の放射線吸収系数の
   分布を再構成するＸ線断層像撮影装置において、 Ｘ線照射系として、Ｘ線焦点を走査駆動部に対して偏位
   させるＸ線源、偏位位置を適切に制御する手段を有し、 Ｘ線計測系として、各Ｘ線検出素子に対し、計測値を一
   時的に保持する複数の一時保持手段、上記Ｘ線検出素子
   と該一時保持手段との間、もしくは該Ｘ線検出素子に直
   結された一時保持手段と他の一時保持手段との間の接続
   を切替えるスイッチ手段、該スイッチ手段の切替を制御
   する制御手段、および該一時保持手段から再構成演算手
   段に計測値を順番に転送する転送手段を有し、 投影データの処理系として、得られた投影データに対
   し、仮想的に倍のＸ線検出素子数を持つ計測系を用いて
   計測した場合と同等の投影データを生成するための補間
   演算を行なう補間演算手段、および該補間演算手段の演
   算に用いるパラメータを保管しておくメモリを有するこ
   とを特徴とするＸ線断層撮影装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のＸ線断層撮影装置にお
   いて、前記計測値を一時的に保持する一時保持手段は、
   Ｘ線検出素子で計測された入射Ｘ線強度を入力とし、そ
   の値を一定時間積分するため、各Ｘ線検出素子毎に設け
   られた第１と第２の積分回路であり、さらにＸ線焦点の
   位置に応じてＸ線検出素子の出力を第１の積分器あるい
   は第２の積分器に入力するように、各Ｘ線検出素子と対
   応する積分回路の間の接続を切替えるスイッチ手段およ
   び該スイッチ手段の切替えを制御する制御手段と、Ｘ線
   焦点の位置に応じて第１の積分器あるいは第２の積分器
   から各出力を対応する各Ｘ線検出素子毎に順番に再構成
   演算手段に転送する手段を有することを特徴とするＸ線
   断層撮影装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載のＸ線断層撮影装置にお
   いて、前記計測値を一時的に保持する一時保持手段は、
   Ｘ線検出素子で計測された入射Ｘ線強度を入力とし、そ
   の値を一定時間積分する積分回路、および該積分回路の
   出力を入力としその値を一時的に保持する第２のデータ
   保持回路であり、該積分回路および第２のデータ保持回
   路を各Ｘ線検出素子毎に１組ずつ有し、さらにＸ線焦点
   の位置の切替えタイミングに応じてＸ線検出素子-積分
   回路間を接続ないし切断するためのスイッチ手段及びそ
   の制御手段と、Ｘ線焦点の位置の切替えタイミングに応
   じて該積分回路において積分された値を第２のデータ保
   持回路に転送するための転送手段及びその制御手段と、
   Ｘ線焦点の位置の切替えタイミングに応じて第２のデー
   タ保持回路に保持されているデータを第２のデータ保持
   回路から対応するＸ線検出素子毎に順番に再構成演算手
   段に転送する転送手段とを有することを特徴とするＸ線
   断層撮影装置。