JPH09266904A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は指定したスライス厚と実効スライス厚
とがほぼ等しくなるように、好適なスキャン条件を自動
的に設定するＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】本装置はいわゆるヘリカルスキャン方式を
採用しており、撮影時における架台回転部の連続回転中
に、天板６を被検体Ｐの体軸方向（矢印Ａ方向）に移動
させることができるように構成されている。そして、算
出部３２、スリット制御部３４、ビームトリマ３６、及
びスキャンピッチ制御部３８を含む制御部３０により、
スリット１２及びビームトリマ１４を含むＸ線光学的機
構によって規定されるスライス厚、及びヘリカルスキャ
ン動作する際のスキャンピッチを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるヘリカル
スキャン方式のＸ線コンピュータ断層撮影装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、
Ｘ線ＣＴ装置と略称することがある）は、図６に示すよ
うにＸ線を曝射するＸ線管と、Ｘ線管に対し被検体をは
さんで対向する位置に設けられ被検体を透過したＸ線を
検出する検出器とを有し、これらを一体で回転させるこ
とにより被検体をスキャンし、特定スライス位置におけ
る多方向からの投影データを収集し、該投影データを再
構成することにより断層像を得るものである。

【０００３】このようなＸ線ＣＴ装置により得られた断
層像は、被検体の体軸方向に対し所定の厚さを有するＸ
線ビームが被検体の内部を透過した後、同じく体軸方向
に所定の検出幅を有する検出器に入射した範囲の情報を
含んでいる。この範囲をスライス厚と称する。スライス
厚は一般に、回転中心におけるＸ線ビームの幅で与えら
れる。またスライス厚は、Ｘ線管と被検体との間に介在
するスリット４０と、被検体と検出器との間に介在する
ビームトリマ４２とを含むＸ線光学系機構の設定により
決定される。いいかえれば操作者は、Ｘ線光学的機構の
設定を変えることによりスライス厚を所望の値にするこ
とができる。医療分野で用いられるＸ線ＣＴ装置では、
診断目的あるいはスキャン所要時間を考慮し複数の値の
中から適当なスライス厚の値を選択し（例えば1,2,5,10
[mm]の中から2[mm] を選択する）、スライス厚が選択し
た値になるようにＸ線光学的機構を設定している。

【０００４】ところで、いわゆるヘリカルスキャン方式
の従来のＸ線ＣＴ装置は、図７に示すように、Ｘ線管及
び検出器が配置される架台回転部を、架台固定部に対し
スリップリング装置を介して接続することにより連続的
に回転させ且つ被検体を載置した天板を被検体の体軸方
向に移動させることにより被検体を、ら旋状にスキャン
し、被検体の広範囲の投影データを高速に得るものであ
る。このようなヘリカルスキャン方式の従来のＸ線ＣＴ
装置では、あるスライス位置の断層像を再構成するため
に必要な生データを補間処理により求めている。このた
め、再構成によって得られた断層像の実効スライス厚
（実効スライス厚は既知の手法により求めることができ
る）が、Ｘ線光学的機構により設定したスライス厚より
も大きくなってしまうという問題点がある。実効スライ
ス厚の増加は空間分解能の低下をまねく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に対処すべくなされたもので、その目的は、指定したス
ライス厚と実効スライス厚とがほぼ等しくなるように好
適なスキャン条件を自動的に設定するＸ線コンピュータ
断層撮影装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるＸ線コンピ
ュータ断層撮影装置は、ヘリカルスキャン動作により被
検体の多方向からのＸ線透過情報を収集する収集手段
と、収集手段により収集されたＸ線透過情報に基づき被
検体の特定スライス位置のＸ線透過情報を補間処理によ
り求め、該被検体の特定スライス位置の断層像を再構成
する手段とを有するＸ線コンピュータ断層撮影装置にお
いて、所望のスライス厚を指定する指定手段と、指定手
段により指定したスライス厚と再構成によって得られる
断層像の実効スライス厚とがほぼ等しくなるように、少
なくともＸ線ビームスリット及びＸ線ビームトリマのい
ずれか一方を含むＸ線光学的機構により規定されるスラ
イス厚、及びヘリカルスキャン動作する際のヘリカルス
キャンピッチを制御する制御手段とを具備することを特
徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
るＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明す
る。図１は本実施形態の概略構成を示すブロック図であ
る。本実施形態は、Ｘ線管２と検出部４（及びデータ収
集装置１０）とを含む架台回転部（図示しない）が、被
検体Ｐ（及び天板６）の周囲を回転するいわゆる第三世
代のＸ線ＣＴ装置に本発明を適用したものである。さら
に本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、いわゆるヘリカルスキ
ャン方式を採用している。すなわち架台回転部は架台固
定部（図示しない）に対しスリップリング装置を介して
接続され、これにより架台回転部の連続回転が可能であ
り、かつ、撮影時における架台回転部の連続回転中に天
板６を被検体Ｐの体軸方向（矢印Ａ方向）に移動させる
ことが可能なように構成されている。なお、ヘリカルス
キャンを実施するために、静止する被検体Ｐに対し架台
回転部および架台固定部を矢印Ａ方向に移動させるよう
に構成しても良い。

【０００８】Ｘ線管２は、高圧発生部８から供給された
高電圧電力によりＸ線を発生し、天板６上に載置された
被検体Ｐに対し扇状のＸ線ビームを曝射するものであ
る。この扇状のＸ線ビームは、被検体Ｐの体軸方向に所
定の厚さを有している。この厚さは、Ｘ線管２と被検体
Ｐとの間に介在し開口部を有するスリット１２により規
定される。

【０００９】検出部４は、Ｘ線管２の焦点を中心として
複数の検出器が円弧状に配列されて成る。これらの検出
器は、装置で実現し得る最大のスライス厚のＸ線ビーム
を検出するのに十分な被検体Ｐの体軸方向の検出幅を有
し、被検体Ｐを透過した透過Ｘ線を検出する。これによ
り検出部４は、架台回転部が所定角度回転する間に検出
したＸ線の強度を電気信号（電流）に変換、出力する。
検出部４の出力端はデータ収集装置１０に接続されてい
る。

【００１０】データ収集装置１０は検出部４から出力さ
れた電流信号を電圧信号に変換し、さらにそれをＡ／Ｄ
変換し、得られたディジタル信号を後段の前処理部２１
に転送する。前処理部２１では、前記のディジタル信号
に対して、照射されたＸ線の強度を補正するリファレン
ス補正や対数変換、さらに検出素子の感度のばらつきを
補正する等の前処理がなされる（この前処理後のデータ
を生データと呼ぶ）。前処理部２１の出力端は、再構成
部２０に接続されている。

【００１１】画像再構成部２０は、データ収集部（ＤＡ
Ｓ）９から出力された生データに対し、画像再構成に必
要なフィルタ関数とのコンボリューション演算、バック
プロジェクション演算を含む再構成演算を行って被検体
Ｐの断層像を再構成する。また、ヘリカルスキャンで収
集された生データに対しては、被検体Ｐの断層像を再構
成したい特定スライス位置における生データを補間処理
によって疑似的に生成（以後、疑似生データ）する必要
がある。

【００１２】補間処理による疑似生データの生成は、例
えば３６０゜補間法、１８０゜補間法といった公知の補
間方法によるものであり、本実施形態ではこれら２種の
補間方法のうちいずれかの補間方法を選択して実行する
ことが可能となっている。

【００１３】例えば３６０゜補間法について説明する。
ヘリカルスキャン方式によれば、図２の（ａ）に示すよ
うに、あるスライス位置においては、そのときのＸ線源
位置に応じた一つの投影角度の生データしか存在しな
い。そこで、あるスライス位置の断層像の再構成に必要
な他の投影角度の生データを、図２の（ｂ）に示すよう
に同一投影角度の前後の生データＰ1 、Ｐ2 に基づく疑
似生データＰとして次式[1] に従って求め、これを複数
投影角度について繰り返すことにより、３６０゜分の全
疑似生データを生成する。なおＰ1 およびＰ2 は収集さ
れた生データ、Ｌ1 およびＬ2 は生データＰ1 およびＰ
2 が収集された位置と再構成位置との間の体軸方向の距
離である。

【００１４】 Ｐ＝（Ｌ2 ・Ｐ1 ＋Ｌ1 ・Ｐ2 ）／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）…[1] 再構成部２０の出力端は表示部２２に接続されており、
表示部２２は再構成部２０から出力された被検体Ｐの断
層像を表示する。

【００１５】ここで実効スライス厚について説明する。
上述したように、疑似生データは実測された生データか
ら補間処理によって求められる。実測された生データ
は、Ｘ線光学的機構によって設定されたＸ線ビーム幅に
含まれる被検体内のＸ線透過率情報が含まれている。し
たがって、補間処理の影響により疑似生データには上記
Ｘ線ビーム幅よりも広い幅の被検体内のＸ線透過率情報
が含まれることになる。このことは再構成画像の体軸方
向の分解能を低下させことにつながる。本実施形態では
下記のような実験により実効スライス厚の増加率を事前
に求めておく。 (1) 図３の（ａ）に示すように、例えばコインファント
ムをヘリカルスキャンし、補間処理を行って断層像を再
構成する。 (2) 再構成によって得られた断層像のＣＴ値分布を示す
スライスプロフィールを作成する。図３の（ｂ）は作成
されたスライスプロフィールの一例を表すグラフであ
る。このグラフの横軸は被検体Ｐの体軸方向（矢印Ａ方
向）の位置、縦軸はその位置のＣＴ値である。 (3) 作成したスライスプロフィールの半値幅を同グラフ
に示すように実効スライス厚とし、実効スライス厚／Ｘ
線光学的機構によって設定されたスライス厚×１００
（％）を実効スライス厚の増加率として算出する。

【００１６】ちなみに、例えば補間方法を３６０゜補間
方法とした場合、実効スライス厚はＸ線光学的機構（ス
リット１２、ビームトリマ１４）によって設定されたス
ライス厚と比べて、約30％〜40％増加することがわかっ
ている。例えば指定スライス厚を2[mm] とした場合、実
効スライス厚は、2.6 〜2.8[mm] になる。また、指定補
間方法を１８０゜補間方法とした場合、実効スライス厚
は、同様に約10〜20％増加する。なお、ヘリカルスキャ
ンのピッチは、上記Ｘ線光学的機構により規定されるス
ライス厚と同じ値に設定した場合である。

【００１７】以上のようにして実効スライス厚の増加率
が事前に求められる。この実効スライス厚の増加率の値
は図示しないデータベースに記憶される。制御部３０
は、操作者により指定されたスライス厚及び補間方法に
基づき、Ｘ線光学的機構により規定されるスライス厚及
びヘリカルスキャン動作する際のヘリカルスキャンピッ
チの制御を行うものである。制御部３０は、算出部３
２、スリット制御部３４、ビームトリマ制御部３６、及
びスキャンピッチ制御部３８を有している。スリット制
御部３４、ビームトリマ制御部３６、スキャンピッチ制
御部３８は、それぞれ算出部３２の出力端に接続されて
いる。またスリット制御部３４の出力端はスリット１２
に接続され、ビームトリマ制御部３６の出力端はビーム
トリマ１４に接続され、スキャンピッチ制御部３８の出
力端は駆動部１８に接続されている。駆動部１８は寝台
１６内に設けられており、これにより天板６を矢印Ａ方
向にスライドさせることができる。

【００１８】以上のように構成された本実施形態の動作
を説明する。図４は、本実施形態の動作を説明するため
のフローチャートである。先ずステップＳ１において、
操作者によるスライス厚及び補間方法の指定を行う。指
定は、図示しないキーボード等を用いて行う。その入力
内容は制御部３０内の算出部３２に送られる。補間方法
については、前述したように３６０゜補間法、１８０゜
補間法のいずれかを選択できる。なお、これらの補間方
法は例えば指定スライス厚等のスキャン条件に応じて自
動的に本装置が選択するように構成しても良い。以下、
当該ステップにて指定したスライス厚及び補間方法を、
それぞれ“指定スライス厚”，“指定補間方法”と称す
る。

【００１９】次にステップＳ２において、算出部３２は
上記したコインファントムの実験により得られた実効ス
ライス厚の増加率を検索する。検索された実効スライス
厚の増加率の値は、算出部３２からスリット制御部３
４、ビームトリマ制御部３６、及びスキャンピッチ制御
部３８にそれぞれ出力される。

【００２０】次にステップＳ３において、これらスリッ
ト制御部３４、ビームトリマ制御部及びスキャンピッチ
制御部３８による制御が行われる。スリット制御部３４
は、指定スライス厚と、実効スライス厚の増加率とに基
づき、スリット１２の開口幅を制御する。例えばステッ
プＳ１において、操作者がスライス厚を2[mm] 、補間方
法を３６０゜補間法と指定し、ステップＳ２において算
出部３２により実効スライス厚の増加率が30% と算出さ
れた場合は、スリット制御部３４は、スライス厚が1.3x
=2,x=1.5[mm]となるように、スリット１２の開口幅を制
御する。また、ビームトリマ制御部３６は、スリット制
御部３４と同様にスライス厚が1.5[mm]となるように、
ビームトリマ１４の開口幅を制御する。これら制御によ
り、Ｘ線光学的機構の幾何学的位置関係が適宜調節さ
れ、スライス厚が規定される。なおＸ線光学的機構のう
ち、スリット１２又はビームトリマ１４のいずれか一方
のみを制御することによりスライス厚を規定するように
構成しても良い。

【００２１】スキャンピッチ制御部３８は、ヘリカルス
キャン動作の際のヘリカルスキャンピッチを制御する。
ヘリカルスキャン方式に固有のスキャン条件として、例
えば単位時間当たりの被検体（天板）の移動速度[mm/se
c]等があるが、本実施形態においては、このようなヘリ
カルスキャン方式に固有のスキャン条件の一つとして、
ヘリカルスキャンピッチ、すなわち架台回転部が一回転
する間に、被検体Ｐ（天板６）がその体軸方向に移動す
る移動量（単位は、[mm/回転] ）を用いる。このヘリカ
ルスキャンピッチは、被検体Ｐ（天板６）と、架台回転
部との、体軸方向への相対的移動量として定義される。
例えば、静止する被検体Ｐ（天板６）に対して架台回転
部が回転しながら被検体Ｐの体軸方向に移動する場合
は、架台回転部の一回転当たりの体軸方向への移動量を
ヘリカルスキャンピッチとする。

【００２２】本実施形態では、当該スキャンピッチを、
Ｘ線光学的機構により規定するスライス厚に応じ、これ
と同じ値にする。例えばステップＳ１において、操作者
がスライス厚を2[mm] 、補間方法を３６０゜補間法と指
定し、ステップＳ２において算出部３２により実効スラ
イス厚の増加率が30% と算出され、Ｘ線光学的機構によ
って規定するスライス厚が1.5[mm] である場合はヘリカ
ルスキャンピッチを1.5[mm]/回転とする。そして、スキ
ャンピッチ制御部３８は、後のステップＳ４（ヘリカル
スキャン動作）において、ここで決められたヘリカルス
キャンピッチに応じて駆動部１８を制御する。

【００２３】次にステップＳ４において、ヘリカルスキ
ャン動作を実施する。ここでは、架台回転部を連続的に
回転させながら被検体ＰにＸ線を曝射し、且つ（被検体
Ｐ）天板６を連続的に移動させながら被検体Ｐの多方向
からの生データを収集する。そして、撮影開始位置から
撮影終了位置までスキャンを終えた時点でスキャン動作
を終了し、ステップＳ５に移行する。

【００２４】ステップＳ５において、先ず操作者による
再構成位置の指定を行う。再構成位置が指定されると、
再構成部２０は、ステップＳ４にて収集された生データ
に基づき、前述の補間処理により再構成位置における疑
似生データを生成し、再構成演算を行って被検体Ｐの断
層像を再構成する。

【００２５】前述したステップＳ２及びステップＳ３に
よれば、実効スライス厚の増加分を予め勘定しこれを打
ち消すようにスキャン条件（Ｘ線光学的機構により規定
されるスライス厚及びヘリカルスキャン動作する際のヘ
リカルスキャンピッチ）が設定される。したがって、こ
こで再構成された断層像は、その実効スライス厚が先に
指定したスライス厚（指定スライス厚）とほぼ等しくな
る。

【００２６】再構成して得られた断層像は、ステップＳ
６において、表示部２２によって表示される。かくして
観察者は先に指定した所望のスライス厚（指定スライス
厚）と実効スライス厚とがほぼ等しい断層像を観察する
ことができる。

【００２７】ここで、上記説明したステップＳ３におけ
るスキャン条件設定のまとめ及びその変形例を述べる。 （１）上記説明したステップＳ３におけるスキャン条件
の設定は、最も好ましい実施態様であって、Ｘ線光学的
機構によって規定されるスライス厚を制御し、且つ、ヘ
リカルスキャン動作する際のヘリカルスキャンピッチを
制御することによるものである。 （２）その第１の変形例は、Ｘ線光学的機構によって規
定されるスライス厚の制御のみを行い、ヘリカルスキャ
ン動作する際のヘリカルスキャンピッチについては、単
に操作者により指定されたスライス厚に応じ、これと同
じ値にするものである。 （３）その第２の変形例は、Ｘ線光学的機構によって規
定されるスライス厚については単に操作者により指定さ
れたスライス厚とし、ヘリカルスキャン動作する際のヘ
リカルスキャンピッチのみを制御するものである。例え
ば、実効スライス厚が30％増加する場合は、この増加分
を打ち消すように、ヘリカルスキャンピッチを小とす
る。

【００２８】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、所望のスライス厚を指定すると、指定したスライス
厚と実効スライス厚とがほぼ等しくなるように、スキャ
ンの諸条件（Ｘ線光学的機構、スキャンピッチ）が自動
的に設定される。したがって操作者は、実効スライス厚
の増加分を勘定してスライス厚を指定する手間がかから
ず、その負担を軽減することができる。あるいは、指定
したスライス厚に対し実効スライス厚が増加することに
よる空間分解能の低下を防ぐことができ、画像診断の精
度向上に寄与する。なお本発明は、上述した実施形態に
限定されず種々変形して実施可能である。例えば上記実
施形態では、ヘリカルスキャン方式を採用したいわゆる
第三世代のＸ線ＣＴ装置について説明したが、同スキャ
ン方式を採用した他の世代のＸ線ＣＴ装置についても本
発明は適用可能である。また図５に示すように、複数チ
ャンネルの検出素子からなる検出器列を２列配置したダ
ブルスライス検出器を具備し、Ｘ線光学的機構によりス
ライス厚を可変とする構成のヘリカルスキャン方式のＸ
線コンピュータ断層撮影装置にも本発明は適用可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、指
定したスライス厚と実効スライス厚とがほぼ等しくなる
ように好適なスキャン条件を自動的に設定するＸ線コン
ピュータ断層撮影装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の
実施形態の概略構成を示すブロック図。

【図２】上記実施形態に係る補間処理を説明するための
図。

【図３】上記実施形態に係るスライスプロフィールを示
すグラフ。

【図４】上記実施形態の動作を説明するためのフローチ
ャート。

【図５】上記実施形態の変形例に係るダブルスライス検
出器を示す図。

【図６】従来のＸ線ＣＴ装置によるスキャン動作を説明
するための図。

【図７】従来のＸ線ＣＴ装置によるヘリカルスキャン動
作を説明するための図。

【符号の説明】

２…Ｘ線管 ４…検出部 ６…天板 ８…高圧発生部 １０…データ収集装置 １２…スリット １４…ビームトリマ １６…寝台 １８…駆動部 ２０…再構成部 ２１…前処理部 ２２…表示部 ３０…制御部 ３２…算出部 ３４…スリット制御部 ３６…ビームトリマ制御部 ３８…スキャンピッチ制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘリカルスキャン動作により被検体の多
   方向からのＸ線透過情報を収集する収集手段と、 前記収集手段により収集されたＸ線透過情報に基づき前
   記被検体の特定スライス位置のＸ線透過情報を補間処理
   により求め、該被検体の特定スライス位置の断層像を再
   構成する手段とを有するＸ線コンピュータ断層撮影装置
   において、 所望のスライス厚を指定する指定手段と、 前記指定手段により指定したスライス厚と、前記再構成
   によって得られる断層像の実効スライス厚とがほぼ等し
   くなるように、少なくともＸ線ビームスリット及びＸ線
   ビームトリマのいずれか一方を含むＸ線光学的機構によ
   り規定されるスライス厚、及び前記ヘリカルスキャン動
   作する際のヘリカルスキャンピッチを制御する制御手段
   とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮
   影装置。
2. 【請求項２】 前記収集手段は、複数チャンネルの検出
   素子からなる検出器列を２列配置したダブルスライス検
   出器を含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線コン
   ピュータ断層撮影装置。