JPS582695B2 - 透過性放射線による検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として医学上の診断に用いられる、透過性放
射線による検査装置に係り、特に放射線発生源とそれに
対向する放射線検出器とを一緒に被検査体に対する相対
運動をさせて被検査体の各・方向からの放射線吸収デー
タを得これらのデータを基にコンピュータにより画像再
構成処理を行ない被検査体の断層像を得てその診断検査
を行う透過性放射線による検査装置に関するものである
。

このような透過性放射線（Ｘ線やガンマ線）に１よる検
査装置を代表するＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒ
ａｐｈｙ ）スキャナにより被検査体の断層撮影を行な
うには被検査体の断層面内の各部に関して多方向からの
投影データを必要とされており、撮影に当っては何らか
の形で放射線源と検出器とを被検査体に対して少なくと
も１８００回転させる必要があった為、従来ＯＣＴスキ
ャナの撮影領域は円形を呈しており、被検査体を円形の
中空穴に挿入した状態で撮影が行なわれていた。

これは断層撮影可能な断面を中空穴の内部に含まれる程
度の小さいものに制限しなげればならない結果となり、
また、この結果をまねく原因としてはしいて太きいもの
を撮影できるようにしようとすると非常に大きい装置と
なり実現困難となることがあげられる。

実現されている中空穴寸法としては直径で最大８０ｃｒ
ｒＬ通常２５〜４５ｃｒｒＬ程度であり、人体の体軸（
頭から足先に到る方向）に沿った断面等大形断面の直接
撮影は不可能であった。

本発明は以上に鑑みてなされたもので、被検査体の任意
の大形断面をも自由に断層撮影可能な、透過放射線によ
る検査装置を提供することを目的とするものである。

本発明に於ては多方向からの投影像を得るための被検査
体に対する曝射角を従来は少《とも１８０°多いときは
３６０°としたのに対し１８０°以下、画質にもよるが
２０〜３０°とし、その角度に拡がった実質的に扇状の
放射線ビームを回転運動を伴なわない直線運動のみをさ
せることによって所望の断層像を得ることができるよう
にするものである。

以下実施例によりその詳細を説明する。

第１図は本発明１実施例を一部にブロック図を併用して
示した断面図である。

同図の実施例は放射線発生源１、発生した放射線から扇
状ビーム２を形成する線源コリメータ３、被検査体４を
中に挾んで放射線発生源１に対設された検出器５、放射
線発生源１及び検出器５を一体とし且つ被検査体との相
対的各種直線運動に支障なきよう支持するフレーム６、
検出器５の各素子に対応した検出器コリメータ７、フレ
ーム６の走査駆動装置８、被検査体の載置台９を有して
成っている。

ブロック図の部分は放射線発生源１を例えばＸ線管とし
た場合の例であって、Ｘ線管を駆動する高圧発生部１０
及びその発生を制御する高圧電源制御装置１１から成る
放射線発生源制御部１２が設けられている。

フレーム６の駆動装置８はフレーム，駆動制御装置１３
によってその移動を制御されフレームを紙面に沿って直
線移動させる。

データ収集部１４はフレーム６の直線移動に応動して検
出器５の各素子の出力するデータを収集しこれをデータ
処理装置１５に送る。

放射線発生源制例部１２、フレーム駆動制御装置１３及
びデータ処理装置１５はそれぞれタイミング制御部１６
によつて制御されたタイミングで動作する。

データ処理装置１５はそれぞれのタイミングで得られた
データ収集部１４からのデータを処理して扇状ビーム角
内で得られる方向の被検査体に関する投影データから基
本データを得、さらにこの基本データをもとに前記扇伏
ビーム角外の方向からのデータを算出して実質的に全方
向からのデータを得て画像を再構成しこれを表示装置１
７によって表示するものである。

第２図はフレーム６に検出器５と共）に支持された放射
線発生源１によって放射されたファンビーム２をその面
に沿って、フレーム駆動装置８により直線移動させる様
子を示したものである。

尚このようなファンビームとしては扇状にコリメー１・
されたもののほか特殊Ｘ線管を用いて細；いビームを振
らせることにより形成された実質的に扇状を呈するもの
でもよいことは勿論である。

尚前記で述べた扇形ビーム角内の基本データから実質的
に全方向からのデータを得て断層像を再構成する手段に
ついて以下にあらためて詳述する。

冫 このＣＴスキャナにおいて処理の基本となるのは、
被検査体の断層部分の吸収係数の分布によって決定され
る放射線の投影データから、原像である断層部分の吸収
係数の分布を再構成することにある。

この再構成法に関しては種々の手法が提案１されている
が、実用的に有効なものはほとんどの場合重畳積分法（
あるいはコンポリューション法と呼ばれる），フィルタ
ー逆投影法，フーリエ変換法のいずれかである。

これらの方法は表現七あるいは実際のデータの処理上は
全く異なるもので冫あるが、数学的な基本定式は同一の
内容であり、数学的意味は異ならない。

以下これについて簡単に説明する。

第３図は投影データから原像の再構成を行なう方法を説
明するための図である。

まず被検査体１１に対して固定した座標系（ｘ，ｙ）に
おいて、被検査体１の吸収係数の分布をｆ（ｘｔｙ’）
で表わす。

ｆ（ｘ，ｙ）は求める再構成画像である。次に、座標系
（ｘ，ｙ）に対して原点０を中心とした座標系（Ｘ，Ｙ
）を考える。

この座標系（Ｘ，）Ｙ）のＹ軸方向に平行な１組の放射
線ビーム２を照射し、被検査体１０投影データｇ（Ｘｔ
θ）を得る。

第３図において投影データｙ（Ｘｔθ）は符号３で示さ
れている。

このとき投影データｇ（Ｘ，θ）の一次元フーリエ変換
Ｇ（ω，θ）は次のように定義される。

同様に、再構成画像ｆ（ｘ，ｙ）の二次元フーリエ変換
Ｆ（ξ，η）は次のように定義される。

座標系（ξ，η）を極座標表現（ω，θ）に置換えれば
、 の関係がある。

ここで、ある画像特定の角度方向への投影データの一次
元フーリエ変換はその画像の二次元フーリエ変換の同一
方向の成分を与えるという定理により（３）式を用いる
と、（１） ， （２）式に関して、 Ｆ（ωｃｏｓθ，ωｓｉｎθ）一Ｇ（ω，θ）・・・・
・・・・・・・・（４）の関係が成立することが示され
る。

（４）式が画像再構成法の基本である。

すなわち、投影データ上の角度は、そのまま再構成画像
のフーリエ変換の極座標表現における角度に対応する。

したがって、投影データｇ（Ｘ，θ）からフーリエ変換
Ｇ（ω，θ）を求め、（３）式の関係を用いて座標変換
を行なってＦ（ξ，η）を求める。

Ｆ（ξ，η）を次式に従って逆フーリエ変換することに
より再構成画像ｆｃｘ，ｙ’）が得られる。

これがフーリエ変換法と呼ばれる再構成法である。

一方重畳積分法及びフィルター逆投影法は（５）式を用
いずにフーリエ逆変換を極座標表現で行なうものである
。

いずれの方法にしても、一般にはフーリエ変換の原点を
中心とする大きな領域全体の情報を対象とするため、角
度θに対しては０≦θ≦２πに関する情報が必要である
。

換言すれば、０くθく２πなるＧ（ω，θ）が得られな
ければ再構成画像を得ることはできない。

しかして、従来ＯＣＴスキャナにおいては、平行な１組
の放射線ビームを照射する放射線源又はファン・ビーム
と呼ばれる所定角度の広がりを持つ放射，線ビームを照
射する放射線源を、被検査体の外周で回転走査させる機
構を有する。

またこの機構とともに相対的に回転走査される１つ又は
複数の放射線検出器が設けられ、被検査体による放射線
ビームの透過量が検出される。

放射線源が例えば１度の角度変位毎に全回転にわたり放
射線ビームを照射することによって、検出器から多数の
被検査体による放射線ビームの透過量データが得られる
。

次にこれらの透過量データから、ほぼ平行な１組のビー
ムによる特定方向への投影データｇ（Ｘ，θ）・（０≦
θ≦２π）が取り出される。

得られた投影データは上述のいずれかの再構成法を用い
て通常被検査体の吸収係数の分布が求められるが、本発
明中の画像再構成に於では特にフーリエ変換に関する解
析性の性質を利用することを特徴としている。

以下これを簡単に説明する。

まず（２）式は次のように表わすことができる。

（６）式から明らかなように関数Ｆ（ξ，η）は実数部
ＲｅＦ（ξ，η）及び虚数部ＩｍＦ（ξ，η）よりなる
。

ここで、 である。

従って、である。

同様に、である。

一方、（３）式により−ξ＝ − （ｚＪｃｆ）Ｓθ＝
ωＣＯＳ （θ十π）一η一（ｃ）ｓｉｎθ一ωＳＩ
ｎ（θ＋π）であるから、（８） ， （９）式をω，
θを用いて表わすと、Ｒ６ Ｆ （ ωＣＣＩＳ （θ
＋７Ｃ ） ５ （ｔ）”ｌｎ（θ十π））一Ｒ ｅ
Ｆ （ （１）ｃｃｙｓθ１ ωｓ’ｎθ）ＩｍＦ（ω
ｃｏｓ（θ＋７ｒ ） ７ （ｔ）Ｓｉｎ（θ十π））
一−ＩｍＦ（ωｃｏｓθ５ （／ＪＳ’ｎθ）となる。

また、同様に関数Ｇ（ω，θ）も実数部Ｒ ｅ Ｇ （
ｃｏ ＋θ）及び虚数部Ｉ ｍ Ｇ （ ω，θ）で
表わすことができ、（４）式の関係から、ＲｅＧ（ω，
θ＋π）一ＲｅＦ（ωＣＯＳ（θ＋π），ωｓｉｎ （
θ＋π）） 一ＲｅＦ（ωｃｏｓθ５ （ｔ）”１ｎθ）一ＲｅＧ（
ω，θ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（１０）同様に、 Ｉ ｍＧ （ ω，θ十π） 一ＩｍＦ （ （，）ｃ
ｏｓ（θ十π），ωｓｉｎ （θ＋π）） 一Ｉ ｍＦ （ ωＣＯＳθ，（ｔ）ｓ１ｎθ）＝Ｉｍ
Ｇ（ω，θ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（１１）である。

したがって関数Ｇ（ω，θ）に対しては同一半径ω上の
角度依存性を考えることができる。

すなわち、００）式から明らかなように実数部ＲｅＧ（
ω，θ）は同一半径ω上で角度θに関してπの周期関数
である。

また（１１）式から明らかなように虚数部ＩｍＧ（ω，
θ）は同一半径ω上で角度θに関してπで符号が反転す
る周期関数である。

第４図ａ，ｂはこの様子を図示したものである。

第４図ａは実数部ＲｅＧ（ω，θ）のθの依存性を示し
、第４図ｂは虚数部ＩｍＧ（ω，θ）の依存性を示して
いる。

このような関数Ｇ（ω，θ）の周期性と解析性により、
その実数部Ｒ ｅ Ｇ （ω，θ）及び虚数部ＩｍＧ（
ω，θ）は夫々次のように級数展開できることが保証さ
れる。

ここで、（１２） ， （１．３）式における展開の係
数Ａｎ（θ，Ｂ ｎ（Ｊ ， Ｃ ｎ（一及びＤｎ’：
Ｊの項数ｎの増大に対して零に漸近すること及び（１２
） ， （１３）式がθの値にかかわらず厳密に成立す
ることも同様に保証される。

よって、実際の処理においては、要求される精度に合わ
せて適当に選ばれた整数値Ｎに至るまでｎを変化させれ
ば、実用上充分な精度で近似することができる。

すなわち、となる。

実用上必要ならこれらの係数Ａ ｎ （ｃＪ ，Ｂ ｎ
（ｃｃｊ ， Ｃ ｎ（Ｊ及びＤ ｎ （（Ｊ （但し
、ｎ＝ｏ ， １ ，２，・・・・・・，Ｎ）を決定す
ることができれば、関数Ｇ（ω，θ）したがって関数Ｆ
（ξ，η）上の再構成に必要な関数データはすべて与え
られたことになる。

これらの係数の決定は、比較的小さな角度θの範囲内で
得られる情報から容易に推定することができる。

例えば、０くθくψの範囲で投影データｇ （ Ｘ ＋
θ）が２（Ｎ＋１）個以上の数の角度θ１ ，θ２ ，
・・・・・・，θ２（Ｎ＋１），・・・・・・に対して
与えられるならば、これらの投影データｇ（Ｘ＋θ１）
，ｇ （ Ｘ ＋θ２），・・・・・・ｔ ！Ｉ（Ｘ？
θ２ （Ｎ＋１ ） ） ｔ・・・・・・に対するフー
リエ変換Ｇ（Ｘ，θ１ ），Ｇ（Ｘ，θ２），・・・・
・・，Ｇ（Ｘ，θ２ （Ｎ＋１ ） ） ，・・・・・
・を（１）式に従って求めることができる。

したがって、０４）式に応じた上述の係数に関する連立
一次方程式が得られ、これを解くことによって各係数の
値を決定することができる。

このように、全回転に対するよりも狭い角度範囲ψ内の
・情報からであっても、関数Ｇ（ω，θ）の値が得られ
るならば再構成画像のフーリエ変換Ｆ（ξ，η）が求め
られ、更に再構成画像ｆ（ｘ，ｙ）も前述の各再構成法
を用いて得ることができる。

本発明は以−トの説明から明らかなように、撮影領域を
円形に限る必要が無くなった結果、例えば人体の体軸に
沿った断面の撮影も可能となり、従来得られなかった臨
床情報を得ることが可能となる。

即ち、単に体軸方向に延びた形で位置する臓器、例えば
背椎や食道に関する貴重な情報が得られるのみならず、
体軸に直行した断面の断層像と本発明により可能となっ
た体軸に沿った断面の断層像とを組合せることによって
断層像から病巣の３次元の拡がりや、解剖学−Ｈの対応
づけを確実に行なうことが可能となる。

また撮影にあたり放射線源、検出器を被検体に対して回
転させる必要がないので装置の構造を従来に比べて単純
なものにすることができ、信頼性、価格の両面で良い結
果が得られるほか撮影時間そのものを従宋に比べ犬幅に
短縮することも可能となり、撮影中の被検査体（患者）
の動きに伴う画質の劣化を防止することができる等の多
犬の効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明１実施例の構成図、第２図は第１図に於
ける走査の説明図、第３図は投影データから原像の再構
成を行なう方法の説明図、第４図は本発明で用いる周期
関数の波形図である。 ４・・・・・・被検査体、２・・・・・・実質的に扇状
に拡がった放射線、１・・・・・・放射線発生源、５・
・・・・・検出器、・８・・・・・・走査駆動装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｘ線またはガンマ線のような透過性放射線により被
   検査体を検査するための装置であって、実質的に扇状に
   拡がった放射線を被検査体に照射する放射線発生手段と
   、扇状に拡がり実質的に複数でなる放射線ビームの通路
   毎に被険査体通過後の放射線を検知する複数の検出器を
   有する検知手段と、前記放射線発生手段および前記検知
   手段を一体として前記扇状放射線ビームがその拡がり方
   向にほぼ直線移動させられるように、ほぼ直線移動する
   走査手段と、前記検知手段により得られた電気信号から
   前記被検査体の断層平面におげる各放？線ビームの透過
   量又は吸収量を表わすデータ信号を得る手段と、これら
   のデータ信号から前記断層平面内の１８０度未満の角度
   範囲の特定方向に対してほぼ平行な１組のビームによる
   前記被検査体の投影データを取り出す手段と、この手段
   により得られた投影データをフーリエ変換することによ
   って前記被検査体の断層平面における放射線ビーム吸収
   係数の分布に関連した関数の標本値を得る手段と、前記
   関数を角度方向に対して級数展開し、前記標本値により
   これら展開の係数の値を決定する手段と、この手段によ
   り決定された係数の値を用いて前記１８０度未満の角度
   範囲の特定方向以外の各方向の関数の値を求める手段と
   、この手段により求められた前記関数の標本値を用いて
   前記被検査体の前記断層平面による断層部分における放
   射線ビームの吸収係数の分布を表わす画像を再構成する
   手段と、この手段により得られた画像を表示する手段と
   を備えたことを特徴とする透過性放射線による検査装置
   。