JPS5832746A - 放射線断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンピュータを用いて画像再構成を行なう放
射線断層撮影装置に関するものである。

この種の装置としては被検体を透過したＸ線に関するデ
ータ（放射線透過データともいう）を収集して、これを
コンビ二一タで計算処理し、画像再構成によって断層像
を得るコンピユーテッド・トモグラフィ装置（以下ＣＴ
装竹ともいう）が知られている。このＣＴ装置には走査
方式の異なる２種類のものがある。一つは、Ｔ　（Ｔｒ
ａ％８ムｔ−）／Ｒ（Ｒｏｔａｔｅ）方式と呼ばれるも
ので、このＴ／Ｒ方式のものは被検体が介在するＸ線走
査領域を挾んで対向配置状態にＸ線管及びＸ線検出器が
設けられた架台を有し、この架台の駆動操作にてＸ線管
及びＸ線検出器がＸ線走査領域を直線的に横切る直線走
査（Ｔｒａｎｓｌａｔｅ）を行ない、次いで被検体を中
心に微小の所定角だけ回転（Ｒｏｔａｔｅ）　　した後
再び前記直線走査を行なう、という動作を必要回数繰り
返す方式であり、この方式によれば第１図に示すように
平行な透過放射線データを得ることができる。もう一つ
の方式は、回転方式と呼ばれるもので、所定角を保って
広がるファンビームを発生させ、このファンビームを所
定角毎に被検体の周囲に回転させてデータを収集するも
のであシ、この方式によれば第２図に示すようなファン
状の透過放射線データが得られる。

ところで、ＣＴ装置において画像再構成処理を行なう場
合には断層面における個々の点について１８０度分の放
射線透過データが必要になる。換言すれば１８０度の角
度からの放射線透過データが有れば断層像の再構成を行
なうことができる。しかしながら、前記２釉類の方式の
うち、回転方式を用いた場合は１８０度の回転によって
得られたデータだけでは足υず、ファンビームの角度を
加えた量の回転を行なう必要がある。

即ち、Ｔ／Ｒ方式にあっては平行ビームとなる几め第１
図に示すように、１８０度の回転走査を行なうだけで断
層面１０の全ての点について１８０度の・′：。

データが得られるが、回転方式の場合はファンビームと
なるため、例えば断層面１０内の一点ＡについてはＸ線
管の回転開始点１から１８０度回転した点２の位置では
１８０度分のデータを得ることかで’ｅｆ　、Ｘ線管が
１８０度士ファンビームの角度に相自する位ｔ３に来た
ときに始めて１８０度の方向からのデータを得る仁とが
できる。

以上のことから前記回転方式を用いたＣＴ装置にあって
は１８０度十ファン角度だりＸｍ９を回転させてデータ
を収集した後に画像再構成を行なうことが得策であると
考えられるが、このようにすると第２図の断層面１０内
の一点ＢについてはＸ線管が１の位置から６の位置迄回
転した場合に１８０度以上の方向からのデータが収集さ
れることになシ、前記Ａ点のデータ畦と比較した場合に
不均衡が生じ、画像再構成に不都合が生じ良好な断層像
が得られないという問題が生ずる。

かかる問題を解消して均衡の保たれたデータを得るため
に従来は、全回転、即ちＸ線管を３６０度回転させてあ
らゆる方向からのブータラ得て良、： 好な断層像を得るようにしていた。

しかしながら、最近ＯＣＴ分野においては被検体内に造
影剤を注入してその時間的変化を撮影する方式（ダイナ
ミックスキャン方式）のものが開発されておシ、このた
めに使用されるＣＴ装置には走査の高速化が要求され、
又、被検体の動きによる画像のボケを防ぐためにも上記
高速化の要求は重要であるが、ＣＴ装置の回転速度を高
めることは機械的にも電気的にも困難が伴ない、結果と
して走査の高速化の実現は無理であった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであシ、最小限
の回転角度のデータな基にして良好な断層像を得ること
によって実効的に走査の高速化が図れる放射線断層撮影
装置を提供することを目的とするものである。

以下実施例によシ本発明を具体的に説明する。

第３図は本発明の基本原理を説明するための概略図であ
る。尚、以下の説明では１８０度、６６０度等は１８０
°、３６０’等と略記する。同図に示すようにＸ線管の
最初の位置を１とし、次の位置を２とし、回転終了位置
を３とし、ファンビームＢＭＩ〜ＢＭＩＯ左右のファン
角度をψ（−ψ）とし、Ｘ線管の最初の位置１から第２
の位置２の成す角度をθとし、最終位置３との成す角度
を１８０°＋２ψとし、Ｘ線管の１回当シの移動角度を
△０とするとそれぞれの関係は次式（１）によって表わ
される。

０≦θ≦１８０’＋２ψ−△０　・川・・（１）ここで
各ビームをＱ（θ、ψ）と定義し、０が一定のときのビ
ームの集シをプロジェクションと称する。

このようにＸ線管を初期位置１から１８０Ｑ−１−２ψ
の位置３迄回転させたときに得られる収集データを用い
て再構成を行なう場合には、実際に収集されるデータは
０＝０から１８０°＋２ψ−△０迄のプロジェクション
であるから、θ−１８０°＋２ψからθ＝３６０°−Δ
θ迄のプロジェクションを補間によシ作シ出すことが必
要である。

ここで、前記０とψとが連続していれば次式（２）の関
係から１８０°＋２ｒ以上のプロジェクションを前記収
集データよシ作シ出すことが可能であるＯＱ（θ、ψ）
＝Ｑ（θ−１８０Ｑ−２ψ、−ψ）・・・・・・（２）
しかし、実際の収集データは不連続であるから補間によ
って新らしいプロジェクションのビームを求めなければ
ならない。との場合の補間に使用するビーム数は２本で
もそれ以上でもより、マた、補間式も１次でも数次でも
よい。

ここでは説明の便宜上２本のビームを使用し、１火桶間
式を用いた補間の一例について説明する。

例えばビーム数を５１２本、ファン角度を３０’、Δθ
；１．２°、収集データのグロジェクション数ヲ１７５
（１８０°＋６０°／１．２°）とする。この場合再構
成に必要なプロジェクション数は３００（３６０°／１
．２’）となる。

そして、収集されたビームを次式（３）のように定義す
る。

Ｘ　（ｍ　、％）＝Ｑ（θ、ψ）　・・・・・・（３）
ここで爲＝１〜１７５、弊＝１〜５１２である。

ビームは左右に均等に分布して訊る。従って中心はｎ　
＝　２５６．５となシ実際には存在しない。

次に補間によって作勺出されるビームをＹ（ｍ。

〜５１２である。

ここで、補間によって求めるビームをプロジェクション
の数に直すと次式（４）のように定義できる。

１８０°＋２ψ＝　（１８０°＋２・−５磨’　Ｃ２５
６，５−界）／１．２０１２ ＥＰＰＬＬ　　・・・・−ｔ４） ここでＰは整数であり、実際には存在しない対向ビーム
の中心であるから、小数点以下のＬを加えて補間するこ
とを表わしている。

以上の前提のもとに、１７６番目から３００番目迄のプ
ロジェクションデータを次式（５）Ｋよって求める。

Ｙ　　（ｍ　、ｓ）　　＝Ｘ　　（Ｂ−Ｐ−１，５１６
−ｓ）Ｌ−１−Ｘ　（ｔａ−Ｐ　、　５１３−＊）（１
−Ｌ）＝Ｘ（ｍ−Ｐ、５１５−ｓ）＋Ｌ　・（Ｘ（ｍ−
Ｐ−１−５１３−％）：、　　　　　　　　　　　　−
Ｘ（９ルーＰ、５１３−％）　）・・・・＝　（ｒｉ） 以上の結果収集データに基づくプロジェクションデータ
Ｘ　（ｍ　、　ｓ）と補間されたプロジェクションデー
タＹ　（ｍ　、　ｓ）とによって３６０°分のデータの
再構成を行なうことができる。

次に、前記原理を実現化するための装置の一実施例を第
４図及び第５図を参照して説明する。同図において１１
はＸ腺検出器であ勺、１２は検出器１１によって検出さ
れたデータを順次ディジタル処理してプロジェクション
データとして出力するデータ収集回路であシ、１６はプ
ロジェクションデータを記憶する磁気ディスクであり、
１７１は中央処理装置（ＣＰＵ）であシ、１５は高速演
算装置であってバッファメモリ１６．補間ユニット１７
゜再構成ユニット１８とによって構成されている。

１９は再構成された画像を表示する表示装置である。

前記補間ユニット１７は例えば第５図に示すように前記
（４）、（５）式に示した補間係数ｐｌ記憶するメモリ
　（以下Ｐメモリ）２１と、メモリ２１の出力に基づい
てバッファメモリ１６のアドレス選択値−号Ａ、＋１−
ｉ出力するアドレスユニット２２と、バックアメモリ１
６から読み出される２本のビームのプロジェクションデ
ータ間の差分を求める差分器２３と、差分器２３の出力
と前記（４）、（５）式の補間係数りを記憶するメモリ
　（以下Ｌメモリ）２５の記憶内容とを乗算する乗算器
２４と、乗初器２４の出力と前記バッファメモリ１６か
ら読み出されるビームのプロジェクションデータとを加
算して補間プロジェクションデータＹ　（ｍ　、　ｎ）
を出力する加算器２６と、補間プロジェクションデータ
を一時ラッチして再構成ユニット１８に送出するバッフ
ァ回路２７とによって構成されている。

次に前記装置の動作について説明する。尚ことでは説明
の便宜上第１〜第１７５番目迄のプロジェクションデー
タによシ再構成像を得る場合について説明する。

ＣＰＵ１４は磁気ディスク１３に記憶されているプロジ
ェクションデータを読み出し、１プロジ工クシヨン単位
で高速演算装置１５に転送する。この動作は第１プロジ
エクシヨンから第１７５プロジェクショ−４順次実行さ
れる。グロジェクションデータはラインｔ１を介してバ
ッファメモリ１６に順次記憶される。バッファメモリ１
６は１７５プロジ工クシヨン分のデータを全て収容でき
る容９（例えば８７．５　Ｋワード）を持っている。こ
れと同時にラインムを介して同じデータが再構成ユニッ
ト１８に送出され順次再構成処理に供される。こうして
１７５プロジ工クシヨン分のデータ処理が終了するとバ
ッファメモリ１６のデータはラインｔ３を介して補間ユ
ニット１７へ読み出され補間処理に供される。補間され
た第１７６〜６００番目のプロジェクションデータはラ
インｔ４を介して再構成ユニット１８に転送され再構成
処理に供される。

このようにして６００番目のプロジェクションの再構成
が終了すると最終画像データが完成し、表示装置１９に
よって表示に供される。

次に前記補間ユニット１７の動作の詳細を第５図を参照
して説明するＯＬメモリ２５には前記（４）、・１ 式に従い、ｎ−１〜５１２についそ予め計算された補間
係数りが記憶されており、ｐメモリ２１には前記（４）
式によって求められたＰｅ基にして次式（６）によって
求められる補間係数ＮＰが舅＝１〜５１２について予め
計算されて記憶されている。

ＮＰ＝　（１７４−Ｐ）　Ｘ５１２＋５１３−ｓ　　・
・・・・・（６）この補間ユニットはインデックスナル
２％の変化に基づいて繰シ返し動作を行なうようになっ
てお〕、外側のインデックス情は１７６〜３００迄１つ
づつ増加し、内側のインデックス界は前記ｍの増加に応
じて１〜５１２迄１つづつ増加を繰り返す。

アドレスユニット２２からのアドレスコードＡ。

Ｂの初期値をＣ，ＤとするとＣＤｔまそれぞれ「Ｏ」。

ｒ５１２Ｊであシ、ｍ＝１７６、ｎ＝１から動作が開始
されるＯＰメモリ２１のｔｉ　＝　１番地の内容ＮＰ（
１）がアドレスユニット２２に転送され、次式（７）　
、　（８）の計算が行なわれる。

Ａ　＝　Ｃ十ＮＰ　（１）　　　・・・・・・（７）Ｂ
　＝　Ｄ　＋　ＮＰ　（２）　　’　　・・・・・・（
８）この結果、バッファメモリ１６内のＡ、Ｂ番地のデ
ータＸ　（ｍ−Ｐ　−１＃　５１３−　ｎ）　ｚ　Ｘ　
（ｍ−ＩＩ’　ｔ５１３−ｓ）がライン１■、ｔｌ、を
介して読み出される０この読み出しデータが差分器２３
によって引算され、その結果が乗算器２４に転送される
。このとき同時にＬメモリ２５からｎ＝１のときの補間
係数Ｌ（１）が読み出され、乗算器２４によって乗算さ
れ前記（５）式によって求められたプロジェクションデ
ータＹ　（ｍ　、　Ｒ）が出力される。同じことがｎ　
＝　２〜５１２迄についても繰返され、５１２個の補間
データによって１プロジエクシヨンが作シ出され、再構
成ユニット１８にプロジェクションデータとして転送さ
れる。

次にＣ＝５１２．ｎ＝１０２４となシ餌＝１７７゜へ＝
１となったときの演算処理が行なわれ、ｎ＝５１２迄の
処理が終了すると、ｍ＝１７８．・・・・・・四相・。

ｍ　−３００迄の処理が順次繰り返されて再構成処理が
完成する。

以上の結果、１８０°＋ファン角度のみの収集データだ
けで再構成処理を行なうことができるので１断層面に対
する走査時間を節約できるので実効的に走査の高速化を
図ることができる。このように走査の高速化を図ること
によシ被検体の動きに基づく画像のボケを極力抑えるこ
とができ、良好な断層像が得られることになる。

本発明は前記実施例に限定されず、種々の変形実施が可
能である。例えば前記実施例では１断層面の走査を１８
０６＋ファン角度だけとして目的を達成する場合であっ
たが、これとは別に第６図に示すように、３６０°全部
について走査を行なってデータを収集した後、再構成処
理の段階で任意のスタート点１．１’、１“からの１８
０８十ファン角度のプロジェクションデータを得るＪ：
共に、残シの角度のデータを前記原理に基づいて補間す
るようにしてもよい。第６図では第１の領域ＩはｏＯ〜
２１０°、領域■は７５°〜２８５°、領域■は１５０
゜〜６６０°を示している。この変形例の場合にも再構
成に使用するデータは１８００＋ファン角度分だけであ
るからやは〕実効的に走査の高速化を図ることができる
と共に１８０°十ファン角度分のデータだけを取扱うも
のであるため画像のボケを抑えることができる。

尚、本発明はＸ線管と検出器とが対向して同時に回転す
る、いわゆる第３計代と呼ばれる方式ＯＣＴ装置に限ら
ず、Ｘ線管のみが回転する、いわゆる第４世代と呼ばれ
る方式ＯＣＴ装置にも適用することができるものである
ことは言う迄もない。

以上詳述した本発明によれば、最小限の回転角度のデー
タ金基にして良好な断層像が得られ、この結果実効的に
走査の冒速化が図れる放射綜断層撮影装置ａ、を提供す
ることができる。従って、被検体の１〔ｂきに影響され
ず、址だ、ダイナミックスキャン方式の装置に好適〕ケ
放射線断眉撮影装置が得られる。

４、　図面の簡Ｊ４ｊな説明 第１図は従来のＴ／Ｉｔ方式のＣＴ装置を説明するため
の概略図、第２図は従来の回転方式ＯＣＴ装置を説明す
るための概略図、第６図は本発明の基本原理の概略ｔ）
Ｌ四回、第４図は本発明装置の一実施例を示すシステム
ブロック図、第５図は本発明の一実施例中の補間ユニッ
トの一実施例回路図、第６図は本発明の他の実施例の原
理的説明図であ１０・・・被検体（断層面）、　　１１
・・・検出器、１２・・・データ収集回路、　　１６・
・・磁気ディスク、１４・・・中央処理装置、　１５・
・・高速演算装置、１６・・・バッファメモリ、　　１
７川補間ユニット、１８・・・再構成ｗ＝ニット　　１
９・・・表示装置。

′ｔ：、、、：゛ ′：。

第４図 １．１開ｎＨ５８−３２７４［；　（６）第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体の断層面に沿ってファン状の放射線ビーム
   を所定角度づつ回転走査し、放射線透過データな計算機
   を用いて再構成処理して断層像を得る放射線断層撮影装
   置において、前記ファン状の放射線ビームの半回転に放
   射線ビームのファン角度分を加えた角度の回転走査に基
   づく放射線透過データと、この放射線透過データに補間
   処理を施すことによって得られた仮想放射線透過データ
   とを基にして再構成処理を行なうことを特徴とする放射
   線断層撮影装置。
2. （２）　　前記放射線透過データは、ファン状の放射線
   ビームを３６０度回転走査した後の任意の初期位置から
   の半回転及びそれにファン角度分を加えた角度における
   データであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の放射線断層撮影装置。