JPS61220629A - ２次元断層像撮影装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、放射線等を線源とするコンピユーテッドトモ
グラフィ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　
；　ＣＴ　）法で収集されたデータを逆投影する際に、
２次元投影像としての再構成画像に現われるノイズを減
少せしめることによって、鮮明な画像を得るようにした
２次元断層像撮影方法とその装置に関するものである。

〔発明の背景〕

これまでのＣＴ装置は例えば、飯沼他；新しい医用Ｘ線
診断装置（［計測と制御Ｊ　Ｖｏｌ　１．５　、　Ｎａ
２（昭和５１年２月）に記載されているごとく、被検体
の断層像を計算する方法として重畳積分法をはじめとし
て種々の演算方式が考えられている。

何れの演算方式でも投影した原データまたは補正データ
は撮影領域に対応する空間的な計算メツシュに再配分す
ることにより像再構成をしてし入るのが実状である。し
かしながら、この方法によれば、ＣＴ像を再構成する際
に必ず必要な空気層の透過点に対応する計算メツシュ（
通常、被検体周辺に最低２サンプル点）にも被検体と同
じ比率でデータを投影するために、特に透過データが少
ない場合や被検体と空気層の線吸収係数の差が大きい場
合には、計測ノイズの影響がそのまま被検体上に現われ
画像が不鮮明なものとなる。したがって、Ｃ，Ｔ再構成
画像で得られる線吸収係数の分布を明確に判定し得ない
という不具合がある。

ＣＴ再構成演算法としては前述の様に種々の方法がある
が、ここで、１つの投影データを収集する度に計算が実
行可能といった特徴があり、しかも医療用ＣＴ法でも広
く採用されている重畳積分法について簡単ながら説明す
れば以下のようである。

即ち、第１３図に（ａ）、（ｂ）に透過データの収集方
法と像再構成の方法を示すが、これによると線源１２１
と検出器１２２との間に被検体１２３を介在配置した状
態であらゆる方向から被検体１２３の透過データが撮像
されるようになっている。像再構成はこれらのデータを
空間的なメツシュに再配分し重畳させることによって行
なわれるものとなっている。これにより被検体１２３内
部の線吸収係数の分布を得ることができるものである。

これを数式的に示せば、同図（ａ）においである回転角
Ｏをもって撮像した透過データをＰ　（Ｘ、　Ｆ））と
すれば、これは以下の式で与えられる。

但し、μは被検体の座標（ｘ、ｙ）における線吸収係数
であり、座１ｓ（Ｘ、Ｙ）は角度Ｏ回転した時の座標（
ｘ、ｙ）の新しい座標である。

また、第１３図（ａ）に対応するＣＴ像再構成は次式で
示される線吸収係数より得られる。

しかしながら、式（２）から得られる画像は距離に反比
例してぼけが生じることから、フィルタ関数ｈ　（ｘ）
を原データに作用させる処理が採られるようになってい
る。数式的には次式で示されるものとなっている。

・・・・・・（３） 式（３）はＸ、θに関して連続的な演算を示しているが
、通常は演算はディジタル計算機で実行されることから
、式（３）は次式のように変形されたものとなっている
。

・・・・・・　（４） 但し、ｋはに＝０．±１・・・・・・、±（Ｍ−１，）
であり、またＭ、Ｎはそれぞれ撮影領域内における並進
数、回転数を示し、更にθ４はＬ＋＝ｊπ／Ｎとなって
いる。

式（４）により構成されるメツシュを第１４図に示す。

計算メツシュはＭＸＭの行列となる。ある一定のＮ（あ
る一定の回転角）における列Ｘの透過データの補正値は
式（４）より れるが、ＭＸＭのメツシュにデータを再配置する場合に
は、上記の透過データを１．／Ｍ倍して割りあてている
。即ち、Ｘに対応するメツシュの列方向に如何なる線吸
収係数の分布があろうとも列方向には均一にデータを割
りあてているものである。

このことは透過データＰが少ない場合や被検体の線吸収
係数が大きくなった場合には、画像に表われるノイズが
増大することを示唆しているわけである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、透過データが少ない場合や被検体の線
吸収係数が大きい場合であっても再構成像に現われるノ
イズを減少せしめることによって、鮮明な画像が得られ
る２次元断層像撮像方法とその装置を供するにある。

〔発明の概要〕

この目的のため本発明は、透過データの補正値を逆投影
する場合にメツユ数Ｍにデータを均等に割りあてるので
はなく、予め空気層と知られているメツシュには投影デ
ータを割り当てないようにし、そのようになしたもので
ある。撮影領域に被検体が如何なる位置に、また、り■
何なる形状を以て存在するかはテレビカメラなどによっ
て予め、あるいは投影データ収集時での撮影によって知
れるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図から第１２図により説明する。

先ず本発明による２次元断層像撮像装置の一例での構成
について説明する。第１図はその構成を被検体とともに
示したものである。これによると回転台］７上に載置さ
れる線源ボックス１１および検出器ボックス１２は被検
体］３をその間に挾むようにして配置され、モータ制御
装置１４によって制御される走査用モータ（図示せず）
を介し並進走査可とされるとともに、回転台１７の回転
によって回転走査可となっている。制御演算手段として
の１ｔ−１算機１８はモータ制御装置１４を介し線源ボ
ックス］１および検出器ボックス１２の位置を制御する
が、この位置に関する信号はアドレス信号としてＲＡ、
Ｍ　（］、）２０に入力されるようになっている。一方
、検出器ボックス１２の中の検出器により受信された放
射線の透過量は増幅器やアナログ−ディジタル変換器等
からなるデータ収集回路１０によりディジタル信号に変
換されたうえ、位置に関する信号と同様にして計算機１
８内のＲＡＭ　（１）２０に入力される。計算機１８は
ＲＡＭ（１）２０の線源ボックス１１と検出器ボックス
１２位置に対応したアドレスに透過データを収納するも
のであるが、ここまでの操作はこれまでのＣＴ法のデー
タ収納法と同様である。

しかしながら、本発明によれば、回転台］７を見込む位
置には例えばテレビカメラ１６が設けられ、被検体１３
の位置と形状が測定されるようになっている。本例では
テレビカメラ１６の出力信号の処理が容易になるべくテ
レビカメラ１６には２次元に配列されたＭＯ８型フォト
ダイオードが内蔵されたものとなっている。

ヌ２−に定歪開始前でのテレビカメラより見た線源ボッ
クス、検出器ボックスおよび被検体の位置関係を示した
ものである。この場合撮像されるのは線源ボックス１１
および検出器ボックス１２であるが、このままではそれ
らの正確な位置は容易には求められない。そこで本例に
おいては、それらをボックス上面に線源、検出器それぞ
れの位置に対応して発光ダイオード３０．３１が設置さ
れるようになっている。第１−図においてテレビカメラ
］６内のＭＯ８型フォトダイオードに結像した映像は読
出クロック発生回路１５からのフォトダイオード読出ク
ロックにより電気信号に変換されるが、第３図はＭＯ８
型フォトダイオードからの信号読出の様子を示したもの
である。図示の如くフォトダイオードは読出クロック発
生回路１５からの読出クロックにより順次フォトダイオ
ード中のセルがアクセスされることによって、ライン単
位に映像情報に対応した電圧が出力されるようになって
いる。例えば、線源位置および検出器位置に対応するフ
ォトダイオードのライン番号を第２図に示すようにαと
すれば、ラインαのフ第１へダイオードの出力電圧は第
３図に示す如くになる。

線源位置および検出器位置にはそれぞれ発光ダイオード
３０．３１が設置されているために輝度が他の部分に比
して特に高くなることから、これを第４図に示すように
コンパレータ４１においてしきい値ＴＨ□で２値化すれ
ば、ラインＱ対応２値化信号は第３図に示す如くになる
ものである。同様に被検体１３に対応するフォトダイオ
ードのライン番号をｍとすると、ライン番号ｍに対応す
るフォトダイオードの映像出力は第３図に示す如くにな
る。この例では被検体１３での反射率が他の部分（空気
層の部分）に比して低いために被検体１３からの映像出
力は低くなっているが、逆に反射率が高い場合において
も明らかに空気層の映像出力値と異なれば、両者を容易
に識別することが可能である。ラインｍ対応の読出信号
はしきい値ＴＨ２と比較されることによって、ラインｍ
対応２値化信号に変換されるが、この処理は第４図に示
すコンパレータ４２になっている。コンパレータ４１，
４．２の出力パルス列はＯＲ回路４３にてそれら出力パ
ルス列が合成処理されたうえＲ１算機８内のＲＡＭ　（
１，）２０に格納されるようになっているものである。

この場合ＲＡＭ　（１）２０のアドレスは読出クロック
発生回路１５からの読出クロックをカウンタ４４，４５
でカウントすることによって発生され、カウンタ４４，
４５それぞれからは列信号、行信号が得られるものとな
っている。

第５図はＲＡＭ　（１）２０に格納されたメモリ内容を
示したものである。第３図からも判るように発光ダイオ
ード３０．３１および被検体１３に対応する部分３０’
　、３１’　、１３’には“１”がその他の部分には“
０″が書き込まれることになる。計算機１８はＲＡＭ　
（１）２０にＭＯ８型フォトダイオードの円像信号を書
き込んだ後、再びこれを読み出し線源および検出器の位
置とそれら間の距離を計算（フォトダイオードのセルの
個数で計算）するが、第５図に示すものでは計算さく１
１） れたそれらの間の距離の値はｎとなる。この後計算機１
８はＲＡＭ　（１，）２０に格納したデータを、線源位
置がＲＡＭ（２）２］のアドレス（０，Ｏ）に、また、
検出器位置がＲＡＭ　（２）２１のアドレス（０，Ｍ−
１）に対応すべくした状態でＲＡＭ（２）２１に格納す
るようになっている。これによりＲＡＭ　（２）２１は
その後の処理が容易とされたＭＸＭの大きさのメモリマ
ツプとなりＣＴ像再構成の計算に必要なメツシュ数ＭＸ
Ｍと一致すべくされるものである。一般にＭＯ８型フォ
トダイオードのセル数は１０２４　Ｘ　１０２４程度で
あるのに対し、再構成のメツシュ数ＭＸＭであり、１１
０２４）の条件が成立していることから、ＲＡＭ　（２
）２１の１つのメツシュには１０２４／Ｍ分のアドレス
のＭＯ８型フォトダイオードの情報が書き込まれること
になる。第５図に示すのでは、ｎは１０２４以下となる
がその値は１０２４に近いことから、ＲＡＭ（１）２０
内のデータは行方向、列方向にともにｎ／Ｍ倍圧縮され
た状態でＲＡＭ　（２）２１に格納されることになる。

第６図は第５図に示すデー夕のＲＡＭ　（２）２１への
格納状態を値Ｉｔ　１７１を黒として、値“０”を白と
して示したものである。

これについては特に説明は要しないが、この転送格納が
終了した時点よりＣＴ定走査開始されるものである。

第７図はＣＴ像再構成用の計算メツシュを示すが、この
計算メツシュは周知のように一般には計算機のコアメモ
リ上に作成されるものとなっている。ところでＣＴの像
再構成には式（４）に示すように回転項Ｎが関係するが
、これは並進項Ｍとは独立な変数であるため、以下では
、ある回転位置での（Ｎ＝一定）再構成法についてのべ
る。重畳積分法では、単にＮの変化は回転方向の透過デ
ータの積み重ねを行なっているだけであるからである。

但し、式（４）の演算では一並進分のデータ（ｊ＝０〜
Ｍ−１）の個数Ｍがそろわなければならないことは明ら
かである。

さて、本発明に係る演算を第７図を参照しつつ第８図、
第９図により説明する。先ず第８図について説明すれば
、これはＲＡＭ　（２）２１の読出を行なうフローを示
したものであるが、この読出により被検体１３がＲＡＭ
　（２）２１の如何なる部分に存在するかが認識される
ものとなっている。

読出開始に際しては列ｉ、行、ｊが初期化されるが、こ
の後は列ｉを固定し行ｊを更新しつつ続出を行なうよう
になっている。この読出においてメツシュ内容がＬｔＯ
ｎ　　（空気層）である場合には直ちに次のメツシュ内
容が読み出されるが、メツシュ内容が“１″の場合には
メツシュ内容が１１１”となるｊの個数が計算され、そ
のときのｉがコアメモリに記憶される。ｊの個数に引き
続いてはＭ−ａ（＝被検体のメツシュ数）が計算され、
この後は元のループに戻るようになっている。ｊがＭ回
更新される度にｉを更新するようにした続出を行なうも
のである。この第８図に示す処理は走査前でも１並進走
査が終了した時点のどちらで行なってもよい。

第９図は第８図に示す処理が行なわれた後に像再構成を
行なうための処理のフローを示したものである。この処
理は必ず１並進走査が終了した後に行なわれるものとな
っている。この処理では先す１並進分のデータが読み込
まれたうえ式（４）％式％） 演算され、その結果（補正データ）はコアメモリ上に格
納されれるようになっている。この後はｋ。

ｎ（回転数）の初期化が行なわれてから、既に記憶され
ているｉとｋが一致するか否かが判定され、もし一致し
なかった場合（ｋｆ−ｉ）には、空気層のデータである
ためメツシュ（ｋ、Ｑ）には１１０”のデータを書き込
むものである。もしもに＝ｉの場合には、被検体が在る
わけであるから、この部分には以下に示すデータＱが書
込まれるものである。

この処理はｋの値を更新しつつＭ回に亘って行なわれる
が、この処理がＭ回行なわれる度にｎの値が更新される
ようになっている。ｎに関するループはｎの値がＮ−１
となるまで、即ち、回転数Ｎ回まわり、結局ｋに関する
処理全体がＮ回繰り返される。したがって最終的に本発
明の再構成に係る演算式は次式で示される。

・・・・・・　（６） 以上の演算の結果、空気層にはＲＯ”というデータが、
また、被検体の部分には式（６）で演算されたデータが
格納されるものである。

なお、第１図において符号１９，２１．２３〜２５はそ
れぞれマイクロプロセッサ、プログラム格納用ＲＯＭ、
ＣＲＴ（像表用）、外部記憶装置（磁気ディスク装置）
、アドレス発生・２値化回路を示す。

第１０図は本発明の第２の実施態様を示したものである
。第１の実施態様では被検体を自然光の下にテレビカメ
ラで撮影していたが、本態様においては光源５１とレン
ズ５２からなる投光器を用い光が被検体方向に投光され
るようになっている。

被検体１３の情報は第１の態様と同様にテレビ力メラに
よる撮影によって得られるが、勿論テレビカメラの他に
集光レンズとフ第１ヘダイオードアレイを２次元に配置
した撮像素子でも使用可能である。本態様では第１の態
様よりも被検体の像をコントラス１−よく撮影し得るこ
とから、被検体の周囲情報が明確になり、ＣＴ像の再構
成に良好な結果を与えることになる。

第１１図は第３の実施態様に係るＣＴスキャナの配置を
示したものである。この態様では先の第］、第２の態様
で被検体の形状をテレビカメラあるいは他の撮影素子で
捉えていたのに対しレーザあるいは点光源６１を線源ボ
ックス１］か、検出器ボックス１２の何れか一方に、ま
たフォトダイオード６２を他方に配置するようにしたも
のである。この態様による場合、データ収集時のように
ＣＴ装置が予め走査され被検体の形状が第６図に対応す
るメモリマツプ上に作成される必要がある。

このため走査時間が長くなるという不具合が生じるが、
フォトダイオード等の素子の数や信号処理のチャネル数
（第１．第２の態様での信号処理のチャネル数はフオ］
−ダイオードの素子数の平方＋１（分必要）が大幅に減
少されることから、経済的に実施され得、また、安価に
して得られることになる。

〔発明の効果〕

以」―、説明したように本発明しこよれば、これまで空
気層に相当するメツシュにも均等に割り当てられた透過
データを全くなくし、その分波検体部に多く割り当てる
ことから、画像再構成の際に生じるノイズ（線吸収分布
のゆらぎ）を少なくすることが可能であり、特に被検体
と空気層の線吸収係数の差が大きい程有用となる。第１
２図は本発明による効果を示す一例であり、第１図々示
の被検体に円形のファン１へムを用いた場合でのファン
トム中央部のヒス１〜グラムを定性的に示したものであ
る。同図（ａ）は従来の手法に係るものであり、同図口
））は本発明の手法に係るものとなっている。同図（ａ
）に現われるノイズ７１は、位置によらずある大きさく
メツシュに割り当てられる放射線の計数値をｎとすると
仄）を有する。

しかしながら、本発明での計数ノイズは被検体内に多く
データが割り当てられているため少なくすることが可能
である。定量的には例えば、ある並進位置での透過デー
タの計数値が１０７カウント、メツシュ数を１００とす
ると１メツシュ当りの計数値は１０’／１．０２＝１０
’　カウントとなりノイズは１％になる。本発明におけ
るノイズは従来法と同じ条件で、かつａ　（空気層のメ
ツシュ数）が５０、即ち、撮影領域の半分が空気層とす
ると、画像に現われるノイズの百分率は１　／　（Ｈカ
フ痛）＝０．７％　といった具合に、従来法に比して大
幅に減少する。この効果は式（５）あるいは式（６）か
らａのメツシュ数が多くなる程に増大するものである。

更に他の効果としては、ＣＴ再構成像が第１２図（ａ）
、（ｂ）にみられるように空気層のレベル（線吸収係数
のレベル）と被検体のレベルとの差が大きくなるために
、通常医療用で行なわれている画像処理技術、例えばＲ
ＯＩ（関心領域）表示のレベル設定の容易化、あるいは
空気層と被検体間のレベルの傾斜角が急になることで生
じる被検体のエツジ強調化などの処理が実行しやすくな
ることが挙げられる。

なお、テレビカメラで捉えた映像と計算メツシュとを対
応させるべく第８図、第９図に示す如くのラフ１−ウェ
アを必要としこれがために処理時間を多く要しているが
、この部分が例えばＲＯＭ化、あるいはファームウェア
化される場合は処理時間が大幅に短縮され本発明の効果
は更に向」ニされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による２次元断層像撮影装置の基本的
な態様に係る一例での構成を被検体とともに示す図、第
２図は、第１図においてテレビカメラより見た線源ボッ
クス、検出器ボックスおよび被検体の位置関係を示す図
、第３図は、そのテレビカメラ内ＭＯ８型フォトダイオ
ードからの映像続出とその後の処理を示す図、第４図は
、第１図におけるアドレス発生・２値化回路の具体的回
路構成を示す図、第５図、第６図は、被検体を含む映像
のメモリへの格納とそれの計算メツシュへの変換を説明
するための図、第７図は、ＣＴ像再構成用の計算メツシ
ュを一般的に示す図、第８図。 第９図は、被検体存在位置を認識するための処理のフロ
ーと像再構成処理のフローを示す図、第１０図、第１１
図は、本発明の他の態様を示す図、第１２・図（ａ）、
（ｂ）は、本発明による効果の程を説明するための図、
第１３図（ａ）、（ｂ）は、透過データの収集方法と像
再構成方法を示す図、第１４図は、ＭＸＭ行列の計算メ
ツシュを示す図である。 １０・・・データ収集回路、１１・・・線源ボックス、
１２・・・検出器ボックス、１３・・・被検体、１４・
・・モータ制御装置、１６・・・テレビカメラ、１７・
・・回転台、１８・・・計算機、２５・・・アドレス発
生・２値化回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体と該被検体周辺からの透過データを収集し、
   該データの演算処理結果を計算メッシュに再配分するこ
   とによつて２次元断層像を再構成する２次元断層像撮影
   方法において、被検体を撮像することによつて計算メッ
   シュ上での被検体存在領域を特定したうえ該領域のみに
   演算処理結果を再配分することを特徴とする２次元断層
   像撮影方法。 ２、被検体の周囲に配置される線源および検出器と、該
   線源および検出器を並進走査、回転走査する手段と、手
   段を制御するとともに、並進走査および回転走査に伴う
   、被検体と該被検体周辺からの透過データを収集し、該
   データの演算処理結果の計算メッシュへの再配分によつ
   て２次元断層像を再構成する制御演算手段とからなる２
   次元断層像撮影装置において、計算メッシュ上での被検
   体の存在領域を特定するための被検体撮像手段あるいは
   被検体外形形状検出手段が設けられてなる構成を特徴と
   する２次元断層像撮影装置。