JPS582696B2 - 放射線断層診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射線断層診断装置に関するものである。

放射線断層撮影装置の一つにコンピュータ・トモグラフ
イ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ
；以下、ＣＴスキャナと略称する）と呼ばれるＸ線断
層診断装置がある。

このＣＴスキャナは、例えばＸ線管とＸ線検出装置を対
峙させながら、例えばペンシルビームなＸ線管から曝射
し、被検体の断層面に沿って互いに同方向に同一速度で
移動させ、１回移動させる毎に断層面に対して角度を１
度変えて、これを再び行ない、以後順次角度を変えなが
ら被検体の断層面の種々の角度に対するＸ線吸収のデー
タを収集する。

そして、通常１８０°の角度範囲のデータを収集した後
、このデータを電子計算機で解析し、断層面の個々の位
置のＸ線吸収率を算出してその吸収率に応じた階調度で
断層面の像を再構成するようにしたもので、断層面各部
分の組成をＸ線吸収率に関して２０００段階にも及ぶ階
調度で分析することができるので、軟質組識から硬質組
識に至るまで、明確な断層像が得られる。

ＣＴスキャナにおける断層像の再構成は２次元或いは、
３次元の物体はその投影像の有限集合から一意的に再生
できることをラドン（Ｊ −Ｒａｄｏｎ）が証明したこ
とに基づいている。

従って、撮影にあたっては被検体の全面についてあらゆ
る方向からの放射線による投影データを原則的に得る必
要がある。

そのために、従来において、第１図、第２図に示す如き
方式のものがある。

第１図はその従来方式に用いられるＸ線ペンシルビーム
発生装置の構成例を示す断面図であり、図中１１は電子
ビームＥＢを発生する電子銃で、この電子銃１１より発
射された電子ビームＥＢは陽極１２に印如された高電圧
によって生じた電界により加速され、アライメントコイ
ル１３、集束コイル１４等によリ定形ビームに形成され
、偏向レンズ１５に入射される。

偏向レンズ１５には外部より予め電子計算機等により意
図した偏向量に対応した信号が与えられ、この信号によ
りＸ線変換用の重金属からなるターゲット１６への電子
ビームの入射位置が決定される。

ターゲット１６は一般に図示の如《電子ビームＥＢの軸
線に対して傾斜をもって配されている。

そして、電子ビームＥＢはターゲット１６に衝突した後
、ここでＸ線ビームＸＢに変換されタ後、Ｘ線ビーム放
出方向に設けたビンホールコリメータ１１のピンホール
ＰＨを介して放出され、細く絞られたペンシルビームＸ
線ＰＢとシテ取出される。

第２図はこのペンシルビームＸ線ＰＢを用いたＣＴスキ
ャナの構成図である。

図中２１は第１図の如き構成のＸ線ペンシルビーム発生
装置であり、電子ビームＥＢ’はターゲットＴＧの所定
の位置に衝突し、Ｘ線に変換された後にビンホールコリ
メータＰＫによりペンシルビームＸ線ＰＢ’となり、被
検体Ｐに照射される。

もちろん、ペンシルビームＸ線ＰＢ’は被倹体Ｐの一部
を通過するにすぎないから、被検体Ｐをトラバースする
方向で例えば矢印Ａ方向）にスキャンする必要がある。

このスキャンは電子計算機２２、制御パネル２３等で発
生させた信号を高電圧電源２４を通してＸ線ペンシルビ
ーム発生装置２１の偏向コイルＣに与えることによって
行なわれる。

ＣＴスキャナの原埋に従ってＸ線ペンシルビーム発生装
置２１とＸ線検出部２５は被検体Ｐを介して対峙され、
この被検体Ｐを中心として両者一体に図示矢印Ｄ方向に
回転する。

ペンシルピームＸ線ＰＢ’は天板２６上の被検体Ｐの断
層面Ｂの通過により減衰し、シンチレーションデイテク
タ等によるＸ線検出部２５に入射して電気信号に変換さ
れ制御パネル２３、電子計算機により一般にＡ／Ｄ変換
後解析され画像再構成に供され最終的に断層像として表
示装置２７上に表示される。

上記方式ＯＣＴスキャナは以上のようにペンシルビーム
Ｘ線を用いてこれを被検体の目的とする断層面に合わせ
てトラバース・スキャンさせ、１回トラバース・スキャ
ンする毎にＸ線ペンシルビーム発生装置とＸ線検出部を
所定角度回転させ、再ヒトラバース・スキャンする。

これを繰返し行なって断層面に関してあらゆる方向から
のＸ線吸収データを得、これを解析することによってそ
の断層面の個々の位置のＸ線吸収率を求めて、それを元
に画像再構成を行なうのである。

第３図は上紀方式におけるトラバース・スキャンの様子
を説明するための図であり、ＴＧはター冫ゲット、ＰＫ
はビンホールコリメータ、ＤＴはＸ線検出器、Ｐは被検
体で、Ｏは前記のビンホールコリメータＰＫ及びＸ線検
出器ＤＴの回転中心、Ｅはデータ収集可能な領域即ち撮
影領域である。

今、電子ビームがターゲットＴＧのＦ点に入射ツされる
とこのＦ点で発生したＸ線Ｘｆはビンホールコリメータ
ＰＫのピンホールＱを通り、Ｘｉ検出器ＤＴ上の点Ｆ′
に入射され検出される。

即ち、直線ＦＱＦ／に沿って撮影領域Ｅを投影するＸ線
通路が得られる。

同様に電子ビームがターゲットＩＴＧのＧ点に入射され
ると直線Ｇ Ｑ Ｇ’に沿って撮影領域Ｅを投影するＸ
線の通路が得られる。

今，電子ビームが直線ＦＧＨに沿って順次移動しながら
ターゲットＴＧに入射すると投影されたＸ線ビームのＸ
線検出器ＤＴに於ける入射点はＦ′１点からＨ′点へ順
次移動してゆく（トラバース・スキャンしてゆく）から
ビンホールコリメータＰＫのピンホールＱを中心として
撮影領域Ｅを覆う実質的に扇状に拡がったＸ線による投
影データ即ち被検体Ｐに関する透過Ｘ線強度を示すデー
タがＸ；線検出器ＤＴの対応した各点に経時的に与えら
れる。

撮しにあたっては前記した如クトラバース・スキャンす
る毎にＱを点Ｏを中心として一般的に所定角度ずつ回転
移動させるから（例えば、Ｑを含：むＸ線源を点Ｏを中
心に回転移動させるから）、点０を中心として形成され
る円Ｅが撮影領域となり、トラバース・スキャン及び回
転移動の組み合わせにより撮影領域Ｅ内に配置された被
検体Ｐの断層面全面にわたって実質的にあらゆる方向か
ら｝Ｘ線により投影されたデータが得られることになる
。

ところで、ＣＴスキャンに於では、最終的な画質は主と
して撮影時間、総被曝線量、投影データの数により左右
される。

被検体は一般に生体であるから、呼吸、心臓の拍動等に
より絶えず動いていると考える必要がある。

従って、なるべく短時間に撮影を終了し、被検体の撮影
中の動きを最小限に抑えることが良い画質を得るに重要
なポイントである。

ＣＴスキャナと云えどもＸ線撮影装置であるから被検体
に対する被曝線量を増大させれば、それだけ投影データ
中に含まれる量子ノイズの占める割合は減少し、良い画
質が得られる。

また、投影データ数が増加し被検体に対する空間的なサ
ンプル間隔が小さくなればなるほど、被検体により忠実
な断層像が得られる。

然るに、従来１個のピンホールを有するビンホールコリ
メータを用いているため、１度に１本のＸ線通路しか得
られない。

例えば第３図で示したようにターゲットＴＧで発生した
Ｘ線のうち、ピンホールＱを通る１本のＸ線通路に沿っ
たＸ線しか使用していない。

即ち、Ｘ線はある範囲の拡がりをもって放射されるがそ
のうちの極く一部のみを実際の撮影に利用しているに過
ぎない。

その結果、短かい撮影時間中に量子ノイズの観点から良
質の画像を得るに充分な被曝を与えることが不可能であ
り、臨床上、画質は極めて不満足なものであった。

例えば、より大容量のＸ線管を用意し、またピ．ンホー
ルコリメータの穴径をより大きくして被曝量を増大させ
ることを考えるのは容易であるが、Ｘ線管のターゲット
の融点、熱容量による制限という問題があるし、ビンホ
ールコリメータの穴径を太き《することについても実質
的に半影が増大．する他、Ｘ線通路の幅が広がって空間
分解能が劣化する等により画質がかえって劣化すると云
う問題を引起こすため、いずれも自ずと制限があり、実
現不町能である。

また、撮影時間の短縮と云う点のみであるなら，ば扇状
ビームを用いこれを被検体に照射して一方向からの投影
を１回で行なう方式が有効であるが、扇状ビームを使用
する場合、その投影データ数はその構造上、検出素子数
により決定されるため、多数の投影データを必要とする
場合、極めて多数の検出素子を設けなければならず、装
置の構造上の困難さ並びに複雑化を招く欠点が生ずる。

更に扇状ビームではコリメートされていないために散乱
Ｘ線の影響を受けＳ／Ｎ比に問題を生ずる欠点がある。

従って、ペンシル状ビーム群により仮想的な扇状ビーム
を用いればかかる問題は発生しないのでビンホールコリ
メータを用いてペンシル状のビームを作ると共にこれを
扇状に振らせて仮想的な扇状ビームとし、これを被検体
に照射して投影データを得るようにする方式は実用上、
価値のあるものであるから、この方式の上述した問題点
を解決できれば装置が簡単であり、撮影時間も短縮でき
、］しかも良質の画像が得られることになる。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、ビンホール
コリメータのピンホールを複数個とし、その各ピンホー
ルを通過した複数本のＸ線ビームを同時にトラバース・
スキャンさせ、短時間に良・い画質を得るに必要な被曝
線量を与えることができるようにすると共に一方空間分
解能を保持して良質の画像を得ることを可能とする断層
診断装置を提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施例について第４図〜第５・図を参
照しながら説明する。

第４図は本発明の原理を説明するための図であり、図中
ＴＧはＸ線管のターゲット、ＭＰはこのターゲットＴＧ
より出力されるＸ線をコリメートする複数個のピンホー
ルＱ． ，Ｑ２ ，Ｑ３を所定；間隔を置いて穿設
して成る鉛やタングステン等のＸ線遮蔽材により形成さ
れたマルチ・ピンホール・コリメータ、ＤＴはこのマル
チ・ピンホール・コリメータＭＰを介して放射されるＸ
線を検出するための放射線検出器であり、この放射線検
出器に１於てはターゲットＴＧＯＡＣ間を電子ビームが
走行した場合にこのターゲツ｝ＴＧから放射されマルチ
・ピンホール・コリメータＭＰの各ピンホールＱ１ ，
Ｑ２ ，Ｑ３を通して各ピンホール毎に与えられる複数
本の実質的にペンシル状の細いＸ線；ビームが検出面に
於て夫々移動する範囲が互いに重複しないものとして各
ペンシルビームＸｉの移動範囲相当分の検出面を持つ検
出素子Ｄ１ｔＤ２９Ｄ３を１次元に並設して構成したも
のである。

従って、これら検出素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は各々対冫応
するピンホールＱ，，Ｑ２ ，Ｑ３を通過したＸ線のみ
を検出できるようペンシルビームＸ線の各各の移動範囲
に対応して配置してある。

０はマルチ・ピンホール・コリメータＭＰ及び放射検出
器ＤＴの実質的な回転中心であり、これらはこの回転中
心Ｏを中心として同期的に回転するものである。

Ｅは撮影領域、Ｐはこの撮影領域Ｅ内に配置された被検
体である。

上記構成において、今、電子ビームがターゲットＴＧＯ
Ａ点に入射されると、このＡ点で発生したＸ線はマルチ
・ピンホール・コリメータＭＰの各ピンホールＱｌ
，Ｑ２ ，Ｑ３を通ってそれぞれ対応する放射線検出
器ＤＴの検出素子Ｄ，，Ｄ２，Ｄ３に入射する。

即ち、ピンホールＱ１ を通ったペンシルビームＸ線Ｐ
Ｂ，は検出素子Ｄ１ のＡ′１点、ピンホールＱ２を通
ったペンシルビームＸ線ＰＢ２は検出素子Ｄ２のＡ′２
点、ピンホールＱ３を通ったペンシルビームＸ線ＰＢ３
は検出素子Ｄ３のＡ′３点に入射されそれぞれの検出素
子で検出される。

即ち、直線ＡＱ，Ａ’ｌ ｐ ＡＱ２ Ａ’２ ｔ
ＡＱｓ Ａ／３に沿った被検体Ｐを投影したピンホー
ル数に対応した３本のＸ線通路が同時に得られる。

同様に電子ビームがターゲツ｝ＴＧのＣ点に入射される
と直線ＣＱ１ｃ／， ， ＣＱ２ Ｃ’２ ， Ｃ
ＱｓＣ’３に沿って被検体Ｐを投影したＸ線通路が同時
に得られる。

今、電子ビームがＡＣに沿ってターゲツ｝ＴＧ上で移動
すると撮影領域内に設定された被検体Ｐを実質的にＱ１
，Ｑ２ ，Ｑｓを中心として夫夫扇状に広がったＸ
線により投影した透過Ｘ線強度を示すデータが検出素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３にて経時的に与えられる。

即ち、ターゲツ｝ＴＧＯＡＣ間にわたり電子ビームを移
動させることにより例えば検出素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の
Ａ／． ｃ′１間、Ａ′２Ｃ′２間、Ａ′３Ｃ′３間を
３本のペンシルビームＸ線が連続的にスキャンすること
になる。

従って、Ａ′１ とｃ′２及びＡ′２ とσ３の各点
が重複せず且つ接近しているとすればＱＩ Ａ’ｌ
７Ｃ’２ Ｑ２及びＱ２ Ａ’２ ｃ／３Ｑ３で囲まれ
る部分に関してはデータが得られないことになるが、撮
影にあたってはマルチ・ビンホール・コリメータＭＰは
一般にＯを中心とした円の円周上を移動する。

即ち、マルチ・ピンホール・コリメータＭＰを含むＸ線
管球（但しＭＰとＸ線管球は必ずしも一体構造でなくと
も良い）がＯ点を中心に回転し、また放射線検出器ＤＴ
も連動して回転する。

この回転中にトラバース・スキャンが何回も繰返し行な
われ、第５図に示す如《撮影領域Ｅ内に設定された被検
体Ｐの全面を実質的に多方向から投影したデータが得ら
れ、前述のＲａｄｎｎの証明に基づき、具体的にはコン
ポリューション法フーリエ変換法等に代表される画像構
成アルゴリズムにより、被検体Ｐの詳細な断層像が求め
られる。

尚、マルチ・ピンホール・コリメータＭＰはＸ線遮蔽能
力のある鉛、タングステン等の材質によｉり形成される
ものとし、また放射線検出器はＮａＩ（ヨウ化ナトリウ
ム）シンチレータと光電子増倍管を組み合わせたもの、
高圧ゼノンガスチェンバー等を用いるものとし、夫々の
検出素子の出力は同時に且つ互いに影響を与えることな
く夫；夫完全に分離されたものとして取出せるものとす
る。

また、放射線検出器の各検出素子Ｄ， ，Ｄ２ｊＤ３
はトラバース・スキャン中の電子ビームの移動範囲内に
於いて、各検出素子毎に定められたピ［ンホールを通過
したＸ線のみを検出するものとし、１つの検出素子に複
数個のピンホールを通過したＸ線が決して同時に入射し
ないように設定されるものとする。

また、本実施例においては実質的なＸ線焦点を１機械的
に移動する場合も同様に実施できる。

本発明に於てはこのようにＣＴ装置において複数のピン
ホールを穿設して成るマルチ・ピンホール・コリメータ
を用い、Ｘ線源からのＸ線をこのマルチ・ピンホール・
コリメータの各ピンホール１を通してペンシルビーム状
にして放射させると共にこれら各ピンホールを通して放
射されるＸ線をそれぞれ検出する放射線検出器を前記マ
ルチ・ピンホール・コリメータに対峙させて設け、且つ
マルチ・ピンホール・コリメータに対してＸ線源の１Ｘ
線放射点を所定範囲相対的に移動させることにより各ピ
ンホールを通して与えられる放射Ｘ線を実質的に扇状と
し、またこれら各扇状のＸ線は互いに重複しないように
ピンホールの各位置及びＸ線源のＸ線放射点の移動範囲
を定めておくように；して、撮影領域を個々の扇状のＸ
線の集合で投影するようにした結果、個々の扇状Ｘ線の
拡がりを従来に比べ狭《設定することも可能になり、従
来と同条件でＸ線を発生させた場合、従来に比べ単位時
間当りピンホールの数に比例して増倍された有効な被曝
と投影データを得ることができ、既に前記した理由によ
り被検体の撮影中の動きを考慮してより短時間の撮影を
行ない、且つ量子ノイズの影響を減少せしめるとともに
、充分空間分解能の高い投影データを得ることができる
他．結果として従来に比べより画質の向上した臨床上有
効な断層像を簡易な構成で与える優れた特徴を有する放
射線断層診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線ペンシルビーム発生装置の断面図、第２図
はＸ線ペンシルビームを用いたＣＴスキャナの構成図、
第３図は第２図方式のトラバース・スキャンの様子を示
す図、第４図は本発明方式のトラバース・スキャンの様
子を説明するための図、第５図は本発明方式における投
影データ収集の様子を示す図である。 ＴＧ・・・・・・ターゲツ１・、ＭＰ・・・・・・マル
チ・ピンホール・コリメータ、Ｑ１ ，Ｑ２ ，Ｑ３・
・・・・・ピンホール、ＤＴ・・・・・・放射線検出器
、Ｄ，，Ｄ２，Ｄ３；・・・・・・検出素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 実質的に放射線放射点が被検体断面に沿う方向に所
   定範囲移動される放射線源と、この放射線．源と被検体
   との間に位置され且つこの放射線源に対し定位置に設け
   られると共にピンホールを前記放射線放射点の移動方向
   に沿つて複数涸穿設して成り、前記放射線源の各放射点
   からの放射線をこのピンホールによりペンシル状ビーム
   にコリメートして各ピンホールを仮想中心とした複数の
   ペンシル状ビーム群から成る扇状ビームを形成するビン
   ホールコリメータと、前記被検体及び前記ビンホールコ
   リメータを介して前記放射線源に対峙して設けられ、前
   記ビンホールコリメータによりコリメートされて放射さ
   れるペンシル状ビーム放射線を検出する複数の検出素子
   からなる放射線検出器と、被検体配置位置を中心軸とし
   、前記扇状ビームの通る平面上に沿って前記放射線源、
   ビンホールコリメータ及び放射線検出器を一体的に被検
   体に対し相対的回転運動させる駆動機構とを備え、前記
   放射線検出器により得られた多数の放射線検出データを
   もとに前記被検体の放射線透過面の断層像を再構成する
   ことを特徴とする放射線断層診断装置。