JPH09168535A - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 Ｘ線管３が被検体Ｍの周囲を複数回回転
移動中に、システム制御装置（走査手段）１３がＸ線管
３を被検体Ｍの体軸方向に移動させる螺旋状の走査を行
うことにより、データ収集装置９は、複数画像分の螺旋
状データを収集する。画像再構成装置１１は、収集され
た複数画像分の螺旋状データから複数の断層画像データ
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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線源を前記
被検体の体軸方向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設定された任意の
位置の画像を再構成するのに必要な任意の範囲のデータ
を用いて複数の断層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。

【０００７】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線源を被検体の体軸方向に移動
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
旋状データから複数の断層画像データを再構成する。

【０００８】これにより、データ収集時の被検体束縛時
間を減少させ、データ収集時間の短縮化が図れると共
に、任意の厚さのスライスの断層像を得ることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を具体的
に説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施の形態を示すＸ線Ｃ
Ｔ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。

【００１１】次に動作を説明する。

【００１２】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
施の形態では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４１５
８１４２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。従ってこの実施の形態のように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Ｐmmの正弦波形ＸＬを描くことになる。

【００１３】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。

【００１４】 Ｐ（θ，ψ）＝｛（Ｐ₁₂（θ，ψ）＋Ｐ₂₃（θ，ψ））／２｝ … (1)

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【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図示しな
い画像加算手段により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】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。特にこの実施の形態のよ
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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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）。

【００２３】 Ｐ′（θ，ψ）＝Ｗ（θ）・Ｐ₁₂（θ，ψ）＋（１−Ｗ（θ））・ Ｐ₂₃（３６０°＋θ，ψ） …(2)

【００２４】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。

【００２５】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）。

【００２６】 Ｐ′（θ，ψ）＝Ｗ（θ）・Ｐ₁₂（θ，ψ）＋（１−Ｗ（θ））・ Ｐ₂₃（θ−３６０°，ψ） …(3)

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】本発明は前記実施の形態に限定されず、種
々の変形実施が可能である。例えば上記実施の形態では
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図８のよう
なＸ線ＣＴ装置にも適用できる。即ち、Ｘ線源は軌道Ｘ
Ｌ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。

【００３０】

【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】

【図１】本発明の一実施形態を示すシステムブロック
図。

【図２】前記実施の形態によるＸ線源の相対軌道を示す
概略説明図。

【図３】前記実施の形態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】本発明の他の実施の形態を示す概略説明図。

【図９】前記他の実施の形態による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 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（走査手段）

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線源を前記被検体の体
   軸方向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設定された任意の位置の画
   像を再構成するのに必要な任意の範囲のデータを用いて
   複数の断層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。