JPS62227324A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ファンビーム状の放射線を用いる断１Ｗｌｌ
ｉ彰装置の改良に関するもので、とくに、生体等の再構
成画像におけるモーションアーティファクトの軽減に閏
する。

（従来の技術） ファンビーム状のＸ線等の放射線を照射する放射線源と
、被検体を挟ｌυでこの放射線源に対向する多チャネル
放射線検出器とを被検体の周囲で回転（スキャン）させ
、ファンビーム状の放射線を被検体の断面に沿って照射
して、放射線の透過強度の分布を表わすデータを被検体
の断面内の複数の方向で測定し、それらのデータに基づ
いて被検体の断層像を再構成する放射線断層日影装置に
おいて、１スライス分のデータを採取する間に被検体の
体動があると、再構成画像にモーションアーティファク
トが生じる。

モーションアーティファクトを生じさせないためには、
被検体の体動が問題にならない程度の高速でスキャンを
行えばよいが、理想的な高速を経済的に実現することは
困難である。

モーションアーティファクトを軽減する方法としては、
はぼ３６０°の回転角度に相当する時間差を持つデータ
が１スライス分の再構成データの中に含まれないように
演剪処理して、少なくとも３６０°スキヤンの開始時と
終了時の時間差に基づくデータの相違、従ってほぼ空間
的に同方向のデータ成分の矛盾によるアーティファクト
が生じないようにする方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） この方法によれば、特定の方向におけるモーションアー
ティファクトを除くことができるが、それ以外の方向、
特に空間的にほぼ１８０°ずれた方向におｔプるモーシ
ョンアーティファクトの除去については効果がない。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、すべての方向におけるモー
ションアーティファクトを除去できる放射線断層Ｒ影装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記のような目的を達成する本発明は、ファンビーム状
の放射線を照射する放射線源と、被検体を挟んでこの放
射線源に対向する多チャネル放射線検出器とを被検体の
周囲で回転させ、ファンビーム状の放射線を被検体の断
面に沿って照射して、放射線の透過強度の分布を表わす
データを被検体の断面内の複数のビュー方向で測定し、
この測定データに基づいて被検体の断層像を再構成する
放射線断層囮影装置において、 放射線源と放射線検出器とを被検体の回りで少なくとも
１８０’　＋　２γ０＋αの角度範囲を回転させてデー
タを測定する手段（ただし、γ０は再構成領域を張るフ
ァンビームの開き角度、αは任意の角度）、及び 放ｒＪｉ線源と放射線検出器の上記の回転角度範囲内に
その回転方向に沿って順番に設定されたγ。

以上の角度範囲の第１の領域、αの角度範囲の第２の領
域、１８０°　−αの角度範囲の第３の領域、αの角度
範囲の第４の領域、およびγ。以上の角度範囲の第５の
領域と、放射線源と放射線検出器の上記の回転角度範囲
外に設定された　１８０°−２γ。−α以下の角度範囲
の第６の領域とについて、それぞれの領域に属するビュ
ーの画像再構成に係わるデータとして、第１の領域につ
いては対向データを、第２の領域については測定データ
と対向データとの市み付け加算データを、第３の領域に
ついては測定データを、第４の領域については測定デー
タと対向データとの重み付け加算データを、第５及び第
６の領域については対向データをそれぞれ採用する再構
成データ生成手段を具備することを特徴とする。

（作用） データ生成手段によって生成された画像再構成に係わる
データには、１８０°よりも小さい角度のスキャンに相
当する時間差を持つデータしか含まれないので、モーシ
ョンアーティファクトの大きな原因となる空間的に互い
にほぼ１８０°ずれたデータ間、互いにほぼ３６０°ず
れたデータ間の矛盾が本質的に含まれない。また、スキ
ャン・タイムの短縮により被検体の体動によるデータの
ずれが極めて小さくなる。

（実施例） 第１図は、本発明実施例の構成の概略図である。

第１図において、放射線′ｍ１から照射されたファンビ
ーム放射線が、被検体２を透過して多チャネル放射線検
出器３に入射する。放射線源１と多チャネル放射線検出
器（以下単に放射線検出器という）３は実際はガントリ
４に搭載されており、後に述べる位置関係を保って被検
体２の周囲を回転できるようになっている。被検体２は
実際はチー−プル５に搭載されており、その所望の断面
が放射線源１と放射線検出器３の対向空間に来るように
位置決めされる。放射線源１による放射線の照射は放射
線源制御装置６によって制御され、ガントリ４の回転と
テーブル５の被検体送りはテーブル・ガントリ制御Ｉ装
置７によって制御される。

放射線検出器３の出力信号は、データ収集装置８によっ
て収集され、ディジタル信号に変換されて記憶装置９に
記憶される。記憶装置９に記憶された収集データは、前
処理装置１０によって所定の前処理が施され、記憶装置
１１に記憶される。

前処理の種類としては、放射線の強度補正、放射線検出
器３のチャネル感度補正、放射線がＸ線である場合のビ
ームハードニング補正などがある。

記憶装置１１の前処理済みのデータは、本発明の特徴を
なす再構成データ生成装置１２により、復に詳しく説明
するように処理されて記憶装置１３に記憶される。記憶
装置１３の処理済データは、フーリエ変換装置１４によ
ってフーリエ変換されて記憶装置１５に記憶され、記憶
装置１５のフーリエ変換データはフィルタ装置１６によ
ってフィルタリングされ、フィルタリング済みのデータ
が逆フーリエ変換装置１７によって逆フーリエ変換され
て記憶装置１８に記憶される。記憶装置１８のデータは
、逆投影装置１９によって逆投影処理されて画像データ
記憶装置２ｏに記憶される。画像データ記憶装置２０の
画像データは、画像表示装置２１によって画像として表
示され、また必要に応じて写真撮影Ｖ装置２２によって
写真にとられる。以上のすべての装置の動作を撮影制御
装置２３が制御する。このような本発明の実施例におい
て、大部分の装置が計算曙の機能によって実現され、再
構成データ生成装置１２以外は、既知の断層陽形装置と
概ね共通する構成と機能を持っている。

放射線源１と放射線検出器３の位置関係は、例えば第２
図のようになっている。すなわち、放射線検出器３は、
その中央チャネルＳＣが、ガントリの回転中心Ｃを通る
放射線（以下中心ビームという）によって照射されるよ
うに配回される。

放射線検出器３の各チャネルには、一方の端から順番に
番＠ｉをつけ、放ｔ１４線源１の焦点からみたチャネル
の方向を、中心ビームを基準とする角度γで表わし、チ
ャネル間の角度差（以下チャネルピッチという）をΔγ
であられす。

被検体２の断面に沿って放射線透過データを測定する複
数の方向は、被検体２の周囲の放射線源１０回転軌道を
等角度で分割した方向に定められる。透過データの測定
方向をビューといい、ビュー間の角度差をビューピッチ
という。ビューの方向は中心ビームの角度０で表わし、
ビューピッチはΔθで表わす。ビューには任意のビュー
を基準にして番号をつける。

あるビューにおける放射線透過デ、−タ測定系の幾何学
的関係を第３図に示す。いま、ビュー番号がＶ、ビュー
角度がθで、放射線源１がＸの位置にあり、角度γの方
向にある放射線検出器のチャネルｉで、被検体２のＡＢ
部分の放射線透過データを測定したとすると、それに相
当するデータは、ビュー番号が■°、ビュー角度がθ°
で、放射線源１がＰの位置にあるときに、角度γ゛の方
向にある放射線検出器のチャネルｉ゛で測定することが
できる。

このとき次のような関係が成立する。

ア・＝　ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
θ゛−θ＋π−２γ　　　　　　　　　　　（２）γ’
＝（ｃｃ−ｉ’）Δγ　　　　　　　　　（３）γ　＝
（ｉ−ｃｃ）Δγ　　　　　　　　　　（４）θ°＝■
°　・Δθ　　　　　　　　　　　　（５）θ　；Ｖ・
Δθ　　　　　　　　　　　　　（６）ただし、ＣＣは
中心ビームが放射線検出器３に当たる位置をチャネル番
号で表わしたものである。

（１）　、　（３）　、　（４）式より、ｉ゛＝２・ｃ
ｃ−ｉ（７） また（２）　、　（５）　、　（６）式よりｖ’　　＝
Ｖ＋π／Δθ−２（ｉ−ｃｃ）　　Δγ／Δθすなわち
、■ビューの１チ１７ネルのデータに相当するものが、
■°ビューのｉ°チャネルから１募られる。このような
関係にあるデータを対向データという。この関係を利用
すると、■ビューのｉチャネルのデータを実際に測定し
なくても、Ｖ。

ビューのｉ゛チャネルデータで代用して、画像再構成用
のデータを生成することができる。

もっとも、（８）式の■°が常に整数になるとは限らな
いので、■ビューのすべてのチャネルｉのデータについ
て、対向するビュー■°、ヂャネルｉ°のサンプリング
データが常に実在するとは限らない。そこで、ビューｖ
′、チャネルｉ°に近い実在するビューとチャネルのサ
ンプリングデータから計算によって求める。

そのような計算は、第１図における再構成データ生成装
置１２によって行われる。再構成データ生成装置１２は
、前記（７）式および（８）式によって、■ビュー、ｉ
チャネルのデータの対向データが存在すべきビュー■°
とチャネルｉ゛を求め、実在のビューとチャネルの中か
ら、ビュー■°とチャネルｉ°を越えないでそれに最も
近いビューＶ°とチャネルＩ°を探す。そして、そのビ
ュー■”におけるチャネルビのデータＤｖ、（１’）と
チャネルＩ゛＋１のデータＤｖ、（１’＋１）と、その
次のビュー（Ｖ’＋１）におけるチャネルＩ゛のデータ
Ｄ　　　（Ｔ’）とチャネル■°＋１のデータ　Ｄｖ。

ｖ°十１ ＋１（１’＋１）とから、次式（９）にＪ：って対向デ
ータを求める。なお、このとき、（８）式によって求め
られたＶｏの値が負になったり、あるいはビュー番号の
最大値ＶＨ以上になるときは、それぞれビュー番号の最
大値ｖＨを■°に加算あるいは減韓してＯ〜ＶＨ−１の
範囲に入るものとする必要がある。これは、放射線源が
１回転するとビュー番号が元に戻ることに基づく。

Ｃｖ　（Ｉ）　＝　（１ｖ’　＋Ｖ’　　）　　（（１
ｉ　’十Ｆ）・ｏＶ、（ｒ’）＋　（ｉ　’　　ｒ　’
　）−Ｄｖ・（１’＋１））　　＋　　（ｖ’　　−Ｖ
’　　）　　（（１−ｉ’＋１’）　　・Ｄ　　　　（
１’）ｖ°＋１ ＋（ｉ’　　−１°　）　・　Ｄ　　　　　（Ｉ’＋１
））ｖ°＋１ （９）式は、ビュー■°、チャネルｉ°に最も近いその
前後の実在のビューとチャネルとのデータに基づく直線
補間の式となっている。なお、対向データＣｖ（Ｉ）の
補間演算は、ビューｖ°、チャネルｉ°の両側の２つの
データだけでなく、それ以上の複数のデータを利用して
行うようにしてもよい。いずれにせよ、対向データは簡
単な補間演算で求めることができる。

再構成データ生成装置１２は、このようにして求めたデ
ータＣ，（１）を、実際には測定しなかったビューＶの
データＤｖ（Ｉ）とすることができる。

実際には測定しないデータが計算によって得られること
に鑑み、第１図の装置においては、被検体２のスキシン
を３６０’ではなく、それより小さな１８０′″＋２γ
０＋αの角度だけ行ない、この角度範囲でデータ測定を
行なう。これによって、実スキャン時間の短縮が行われ
、実質的な高速スキャンが実現でき、かつ、放！８Ｉｉ
ｌの被＠ｍの低減等も可能となる。なお、ここで、γ０
は第４図のように、放射線源１から再構成領域を見たと
きのファンの張り角度であり、αは任意に定められる角
度である。

このようなスキャンの様子を第５図に示寸。第５図の（
ａ）は反時計方向のスキャン、（ｂ）は時計方向のスキ
ャンである。このようなスキ１シンの角度範囲は、扇型
の領域１〜５に区分される。

領域１及び５は、それぞれスキシンの始まり及び終りの
部分に設定されるものであって、いずれも開き角度がγ
。に定められる。領域２及び４は、それぞれ領域１の後
及び領域５の前に設定されるもので、開き角度がαに定
められる。領域３はスキャン範囲の残りの部分で１８０
°−αの開き角度を有する。なお、スキャンされない範
囲を領域らとする。この領域６は、この方向からはデー
タが測定されない領域である。

画像再構成のための１スライス分のデータは、領域６を
も含′めた３６０’の範囲のビューについて。

用意する必要があり、そこで、そのようなデータが再構
成データ生成装置１２により次のようにして用意される
。

ガントリ４の回転にともなって、領域１〜５が第６図（
ａ＞のようにスキャンされると、各領域の対応する方向
から測定したデータがそれぞれ得られる。このようにし
て得られた測定データとそ、　れから生成された対向デ
ータとを重み付け加算して、３６０°に亘る１スライス
分の画像再構成用のデータが第６図（ｂ）のように生成
される。第６図（ｂ）においては実際の測定データの重
みＷｌを実線で表わし、測定データから生成した対向デ
ータの重みＷ２を破線で表わす。この図に示づ−ように
、領域１．５．及び６については、測定データの重みが
Ｏで、対向データの重みが１となっており、領域３につ
いては、測定データの重みが１で対向データの重みがＯ
となっており、領域２及び４については、測定データの
重みと対向データの重みが連続的に交代するようになっ
ている。これによって、画像再構成用のデータとしては
、領域１．５及び６に属するビューについては、実測デ
ータにかえて対向データが採用され、領域３に属するビ
ューについては、実測データが採用され、領域２及び４
に属するビューについては、実測データと対向データと
の重み付け加算によって生成されたデータが採用される
。

すなわち、再構成のためのデータＲＶ（１）の生成を次
の式により行う。

領域３に対し ＲＶ（１）　＝Ｄ（１）（１）　　　　　　　　　　　
　　（１０）領域１．　５．　６に対し Ｒ（Ｉ）　＝Ｃｖ（１）（１）　　　　　　　　　　　
　　（１１）■ 領域２，４に対し Ｒ（１）＝ｗ−［）（１）＋ｗ（１）＋ｗ　　　Ｃ（１
）Ｖ　　　　　ＩＶ　　　　　２Ｖ Ｗ　１　＋　Ｗ　２干１　　　　　　　　　（１２−１
）このような再構成データ生成装置１２の動作を、それ
に引続くフィリタリング及びバックプロジェクションと
ともに、第７図にフローチャートによって示す。

このような画像再構成用データの生成により、領ｂｌＪ
、３に属するビューについては、実際の測定データが採
用され、領域１．５及び６に属するビューについては、
対向データが採用される。領ｂｉｔ　１゜５．６の和の
領域と領域３は、第５図に示すように、開き角度が等し
く、かつガントリの回転中心Ｃに関して対称的になって
いる。そして、領域１゜５．６の和の領域に属するビュ
ーについてのデータは、領域３に属するビューの測定デ
ータからの計算で求められた対向データである。このた
め、領域３と、領域１．　５．　６の和の領域では互い
に１８０°方向が異なるビューのデータ同志がほぼ同一
時間のデータとなる。従って、互いに１８０°異なる方
向での体動による影響を受けない。また、領域１．　５
．　６の和の領域と領域３の開き角度はいずれも１８０
°−αであり、これら領域内でのデータの時間差は、最
大でも角度１８０°−αに相当する時間差となるから、
１スライス分のデータには、１８０°以上の角度に相当
する時間差を持つデータが存在しない。すなわち、空間
的に１８０°〜３６０°ずれた再構成データの間に矛盾
はなく、とくに空間的にほぼｉａｏ”ずれたデータ間、
はぼ３６０’ずれたデータ間の矛盾により生ずる強いス
トリーク等のモーションアーティファクトの発生をほぼ
完全に押えることができる。さらに１８０゜−α内のデ
ータ間に存在する体動の影響もスキャン・タイムが短縮
されるので軽減される。

なお、領域１．　５．　６の和の領域と領域３の間にあ
る２つの領域２及び４０両側でも、同様なデータの時間
差が生じるが、この時間差は、領１ｆ１．２及び４にお
ける測定データと対向データの重み付け加算によって消
かにつなげられる。

以上のような時間関係を有する１スライス分のデータに
基づいて画像再構成を行うことにより、すべての方向に
おいてモーションアーティファクトを除去した被検体の
断層像を得ることができる。

なお、領域１と５の開き角度は、１０以上であれば、必
ずしも互いに等しくなくてもよい。また、領域２と４開
き角度は必ずしも互いに等しくなくてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、すべての方向におけるモ
ーションアーティファクト、なかんずく、互いにほぼ１
８０麿ずれたデータ、互いにほぼ３６０度ずれたデータ
に依存する強いアーティファクトを除去でき、かつ高速
スキャンが可能で患者の被曝量の少ない放射線断層撮影
装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の概略構成図、第２図は、１１
ｉＱＩＦＡｖＡと放射線検出器の配置の説明図、 第３図は、測定データと対向データ測定の幾何学関係図
、 第４図は、画像再構成領域とファンビームとの角度を示
す図、 第５図は、スキャンの角度範囲を示す図、第６図は、１
回のス４−ヤンのデータ測定と１スライス分のデータ生
成を示す図、 第７図は、データ生成手順の一例を示すフローヂャート
ぐある。 １、故ｒＪ４線源 ２；被検体 ３：放射線検出器 ４；ガントリ ５；テーブル ６；放射線源制御装置 ７；テーブル・ガントリ制ｍ装置 ８；データ収集装置 ９、．１１，１３，１５，１８．記憶装置１０；前処理
装置 １２；再構成データ生成装置 １４；　フーリエ変換装置 １６；フィルタ装置 １７：逆フーリエ変換装置 １９；逆投影装置 ２０；画像データ記憶装置 ２１；画像表示装置 ２２：写真撮影装置 ２３；撮影制御装置 出願人　　横河メディカルシステム株式会社第３図 Ｍ４図 第５図（Ｇ）　　　　第５図（ｂ） 第６図（Ｇ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ファンビーム状の放射線を照射する放射線源と、被検体
   を挟んでこの放射線源に対向する多チャネル放射線検出
   器とを被検体の周囲で回転させ、ファンビーム状の放射
   線を被検体の断面に沿って照射して、放射線の透過強度
   の分布を表わすデータを被検体の断面内の複数のビュー
   方向で測定し、この測定データに基づいて被検体の断層
   像を再構成する放射線断層撮影装置において、 放射線源と放射線検出器とを被検体の回りで少なくとも
   １８０°＋２γ＿０＋αの角度範囲を回転させてデータ
   を測定する手段（ただし、γ＿０は再構成領域を張るフ
   ァンビームの開き角度、αは任意の角度）、及び 放射線源と放射線検出器の上記の回転角度範囲内にその
   回転方向に沿って順番に設定されたγ＿０以上の角度範
   囲の第１の領域、αの角度範囲の第２の領域、１８０°
   −αの角度範囲の第３の領域、αの角度範囲の第４の領
   域、およびγ＿０以上の角度範囲の第５の領域と、放射
   線源と放射線検出器の上記の回転角度範囲外に設定され
   た　１８０°−２γ＿０−α以下の角度範囲の第６の領
   域とについて、それぞれの領域に属するビューの画像再
   構成に係わるデータとして、第１の領域については対向
   データを、第２の領域については測定データと対向デー
   タとの重み付け加算データを、第３の領域については測
   定データを、第４の領域については測定データと対向デ
   ータとの重み付け加算データを、第５及び第６の領域に
   ついては対向データをそれぞれ採用する再構成データ生
   成手段を具備することを特徴とする放射線断層撮影装置
   。