JPS6275875A - 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層Ｉ！１
影装買の改良に関するもので、とくに、生体等の再構成
画像の品質の改善と解像力の向上に関するものである。

（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
、被検体を挟んでこの放射線源に対向する多チャネルｔ
ＪＪｌ！）Ｊ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Ｉｆｌｉ層撤彰装置
において、再構成画像の分解能を高めるため、および／
またはエイリアジング（Ａｔ　ｉａｓｉｎｇ　：折返し
）等の偽像を低減するために、回転の中心を通るｒＩＩ
Ｑ４線が、放射線検出器のチャネルに、その中心から１
／２チャネルより少ない社だけずれた点に入射するよう
に放射線検出器を配置しくオフセット配置という）、こ
のように配置された敢Ｑ４線検出器から得られるデータ
に基づいて被検体の断面の画像を再構成することが行わ
れる。なお、オフセットの諺としては通常１／４チャネ
ルが採用される。

その際、収集したデータの配列は、ファンビーム放射線
に対応した配列となるが、被検体の断層像の再構成は、
このようなデータ配列から直接行う場合と、平行ビーム
放射線に対応したデータ配列に変換してから行う場合と
がある。

また、平行ビーム放ｍｒＡに対１；トシたデータ配列に
変換してから画像１１■構成を（ｊうしのについてさら
に改良を加えたものとしては、特開昭’、１　Ｂ　−２
０６７２９０公報に記載されたしのがある。この公報記
載のものは、配列変換によって一つの方向の平行ビーム
データを得るたびに、コンポリ１−シコンあるい（よフ
ィルタリング等の処理を行う。そして、このような処理
済の平行ビームデータが全部の方向について商ったら、
ビームの方向が匂いに反対の１／２プヤネル１“れてい
るデータ同志を挿入し合い、この挿入されたデータに基
づいて逆投影処理等を行う。

（発ｌｌ１ｌが解決しようとげる問題点）画像の再構成
を、ファンビーム放射線に対応する配列のデータから直
接行う１易合は、放射線検出器をオフセット配置にした
効果は、再構成画像の分解能を高めるため、および／ま
たはエイリアジング等の偽像を低減するためには、必ず
しも十分に発揮されない。これに対して理想的な平行ビ
ーム放射線から画像再構成を行う場合は、放射線検出器
をオフセット配置にした効果が十分に発揮される。しか
し、ファンビーム放射線を平行ビームｌｌ１０４線に変
換する場合には、データの配列を変換するための演算が
余分に必要になり、さらに、変換による画質低下、解像
力の低下、偽像の発生などが必ず生じる。また、前記公
開公報に示されたＭｉａでは、その他に、偽像の低減効
果がほとんどないという問題点もある。

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、画像の再構成を、ファンビ
７ムｔｌｉｍ線に対応する配列のデータから直接行う場
合に、ｌｌｉ川線検線検出器フセット配置にした効果が
、再構成画像の分解能を高めるため、および／またはエ
イリアジング等の偽像を低減するために十分に発揮され
、かつ、生体等のイメージング上極めて大きな問題とな
る、エイリアジング偽像を含む各種の偽像を顕著に低減
し、再構成画像の高解像性、画質の高品位性、高忠実性
を実現する放射線所属ＶＦｉ影装置を提供することにあ
る。

（問題点を解決づ”るための手段〉 」−２のような［１的を達成りる本発明【よ、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
を挟んでこの放射線源に対向するオフセット配置された
多チャネル放射線検出器とを被検体の周囲で回転させ、
）７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ずデータを被検体の
断面内の複数の方向で測定し、ファンビームに対応する
配列のデータに基づいて被検体の断層像を再構成覆る放
射線断層撮影装置において、各方向の測定データに対し
て、その対向方向の測定データから求めた１Φ入データ
を、コンボリユーシヨンまたはフィルタリングよりも前
の段階で測定データに挿入し、このように挿入して１１
７られｌζ増大測定データに基づいて、被検体の断面の
画像の再構成を行うことを特徴とする。

（実施ＶＡ） 第１図は、本発明実施例の構成の概略図である。

第１図に４５いて、放射線源１から照射されたフ１ンビ
ーム放銅線が、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９Ａ線源１と多チャネル放射線検
出器（以下中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
は実際はテーブル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
なすデータ生成増大装置１２により、後に詳しく説明り
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、記憶袋
＠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。記憶袋＠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２０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躍影制御装置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
が計算機の機能によって実現され、データ生成増大装置
１２以外は、既知の断層撮影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）に対して１／４ヂヤネ
ルだけずれた配置となっている。

放射線検出器３の各チャネルには、一方の端から順番に
番号ｉをつけ、放射線源１の焦点からみたチトネルの方
向を、中心ビームを基準とする角度Ｙで表わし、チャネ
ル間の角度差（以下チ１１ネルピッヂという）をΔＹで
あられ１゜なお、チャネル番号ｉは、以下の説明の便宜
上、最初のヂｔ７ネルを−０，５どし、この値から１ず
つ増していくものとする。

被検体２の断面に沿って放射ｔｆＡ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１の回転軌
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、ピコ−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θで表わ
し、ビューピッチはΔ０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Ｇ：Ｊる。

あるビューにおける放射線透過データ測定系の幾何学的
関係を第３図に示す。いま、ビュ一番号が■、ビュー角
度がθで、放射線源１がＸの位置にあり、角度Ｙの方向
にある放射線検出器のチャネルｉで、被検体２のＡ８部
分の放射線透過データを測定したどすると、それに相当
するデータは、ビュ一番号が■°、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Ｙ°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。

このとぎ次のような関係が成立する。

Ｙ’＝Ｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）０
°−θ＋π−２Ｙ　　　　　　　　　　　　（２）Ｙ’
＝（ｃｃ−ｉｏ）ΔＹ（３） Ｙ　　＝（ｉ−ｃｃ）ΔＹ（４） θ°＝Ｖ°　・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、
放射線検出器のずらし分を含んだチャネル番号で表わし
たもので、例えば５１１ブｐネルのｔｌｉ射線検出器の
場合はＣＣ＝　２５４．７５のようになる。

（１）　、　（３）　、　（ＩＩ）式より、ｉ゛−２・
ｃｃ−ｉ　　　　　　　　　　　　　（７）また（２）
　、　（５）　、　（６）式よりｖ’　＝■＋π／Δ０
−２（ｉ−ｃｃ）ΔＹ／Δθすなわち、■ビューのｉチ
ャネルのデータに相当するものが、■゛ビユーｉ°チャ
ネルから得られる。このような関係にあるデータを対向
データという。

ここで、実際は、放射線検出器が１／４チャネルだけず
れているので、これらのデータを与える放＋１）４線は
、１／２チャネル分だけずれている。したがって、ビュ
ー■”、チャネル１′のデータは、ビューＶのチャネル
ｉとチャネルｉ＋１（または１−１）の中間に位置する
データとなる。■ビューのすべてのチャネルｉのデータ
について、このような対向関係にあるビューＶ゛どチャ
ネル１゛のデータが１１１られるとき、そのようなビュ
ー■゛。

チ１７ネルｉ゛のデータを、逐一ビュー■、チャネルｉ
のデータの隣に挿入すれば、第４図のように、放射線検
出Ｚ　３のチャネルピッチの半分のピッチで、被検体２
の放射線透過データを測定したのと同等な測定データが
１９られる。

そうＪると、測定データのサンプリング密度が２倍にな
り、かつ測定データの数が２倍になるので、そのような
測定データに基づいて画像の再構成を行うと、分解能の
高い画隊を得ることが可能になり、まｌこ、後に述べる
ように偽像の発生を根源から抑制することができる。

なＪ３、このようにオフセフｌ−配置の放射線検出器に
おける対向データを利用する方法とは別に、同一方向の
データだけからチャネル間のデータを補間によって求め
て、−測定データを見＋１１−　＋ｊ上２倍にする方法
があるが、そのような方法では、元のデータのサンプリ
ング点は変わっていないので、実質的な測定データを増
宣したことにはならない。

これに対して、本発明においては、オフセット配置の放
射線検出器により、チャネルの間にサンプリング点を有
する測定データを、対向方向から実際に得ているところ
に特徴がある。

もつとも、（８）式のＶｏ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ｖ′、チャネル１゛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、その計算デ
ータを挿入する。この計算の元になっているデータは、
ちょうど１／２チャネルずれてはいないにしても、挿入
されるデータのチャネルの間にサンプリング点を有する
測定データであることは間違いない。

そのような３１　ｉと挿入を行うのが、第１図における
データ生成増大装置１２である。データ生成増大装置１
２は、実際は、挿入データを生成する手段と、生成され
たデータを測定データに挿入して測定データを増大する
手段からなる。データ生成増大装置１２は、前記（７）
式Ｊ３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サベきピコ−■゛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
■°とブｔｔネル：゛を越えないに最も近いビューＶ゛
とチャネルＩ°を深づ。イして、そのビューＶ°とチャ
ネルＩ゛のデータａ■・（Ｖｏ）と、その次のビュー（
Ｖ’　＋１＞おｔプる同一のチャネルＩ゛のデータａ　
、、（Ｖ’＋１）とから、次式によって対向データを求
める。なお、このとさ、（８）式にＪ：って求められた
■°の値が（１になったり、あるいはビュ一番号のＩａ
人碩ｖＭ以上になるどきは、それぞれビュ一番号の最人
飴Ｖ　Ｈ（ｉ−Ｖ　’に加締あるいは減号令してＯ〜Ｖ
３−１の範囲に入るものとする必要がある。これは、成
用線源が１回転するとビュ一番号が元に戻ることに基づ
く。

ｂ・（Ｖ）＝　（１ｖ’　＋Ｖ”　）　・ａ、、（Ｖ’
）＋　（ｖ’　−Ｖ’　　）　　−ａ■、（Ｖ’＋１）
　　　（９）（９）式は、ビューＶ゛に最ら近いその前
後の実在のどニーのデータにｌづく直線補間の式どなっ
ている。なお、挿入ｆ−タｂｌＶ）の補間演算は、■ ビｘ−Ｖ、’、ヂ１！ネル１゛の両側の２つのデータだ
【づでなく、それ以上のＦｌ数のｆ−タを利用して行う
にうにしてもよい。いずれにせよ、挿入データは命中な
補間演算ぐ求めることができる。

データ生成増大装置１２は、このようにして求めたデー
タｂ・（ｖ）をビューＶのデータａｉ（ｖ）の間に逐一
挿入して、放射線検出器３のチ１？ネルピッチの１／２
の間隔で測定したものと同等なビュー■の測定データを
形成する。

このような測定データの形成を含めた本発明実施例の動
作のフローチャー１・を第５図に示す。第５図において
、データ生成増大装置１２の動作は、処理ブロックｄに
含まれる。

さて、測定データのサンプルピッチが１／２、す゛ンプ
リング密度が２倍になると、その測定データに基づいて
再構成した画像は分解能の高いものがえられる。また、
測定データのサンプルピッチが１／２、サンプリング密
度が２１８になることにより、空間周波数測定のナイキ
スト周波数が２倍になる。良く〕」１られでいろように
、１（ＩＩＩ定データにティ１スト周波数を越える゛や
間周波教成分が含、Ｌれていると、その成分は、エイリ
アジングにより、ナイキスト周波数を境にして低域側に
ＩＪ１返され、それに基づく偽像を発生づるが、フイ１
−ス１へ周波数が２　＋ｐに＋’：：＋められると、そ
れを越える３１！１定仏″；じの周波数成分は大幅に減
少し、エイリアジングによる１７５ｍの発生が大幅に減
少する。

また、再構成画像の解象度を上げるために、］ンボリュ
ーシ：ｊンあるいはフィルタリングのまえに測定データ
の空間周波数逓倍処即を行うことがあるが、その場合は
、ブイ−ヤスｌ−周波数を境にして、低域側の周波数成
分が高１戊側に折返され、それによる偽像が発生する。

しかし、ノーイＡス１〜周波数が２１８に高めら机ると
、この高められたりイキスト周波数を境にして折返され
るので、低域の折返し成分が存在りる周波数領域は、再
構成画像の表示の周波数帯域を越えた領域に移り、偽像
の発生に関与しなくなる。

これらの様子を第６図に示す。第６図は、サンプルデー
タの周波数スペクトルの実数部の一部を概念的に示した
ものである。第６図の（ａ　）はナイキスト周波数がｆ
Ｎの場合であって、測定信号の空間周波数測定が、図の
ようにそれを越えて存在する場合、エイリアジングによ
り斜線部分のように、低域への折返しが生じ、また空間
周波数逓倍なとを行う場合には、破線のように、低域成
分が高域側に折返され、それぞれ偽像発生の原因となる
。これに対して、第６図の（ｂ）は、ナイキスト周波数
が２ｆＮの場合であって、測定信号の周波数成分が同じ
であるとしたとさ、ナイキスト周波数を越える測定信号
の空間周′ｅｔ数成分が少ないかあるいは無視できる程
度であることにより、低域側への折返しは少イ１くある
いは無視できるようになり、（ａ）に比べて顕著に低減
する。また、低域成分の高域側への折返しは、通常２ｆ
Ｎ以下に選ばれる再構成画（ｐ表示の周波数領域の外に
なる。

測定データの４ノンプルピツプが１／２、リンブリング
密度が２１８になり、かつサンプリングデータの数が２
　ｆ！ｌ！になることに」；す、そうでない場合に比べ
て、補間データの計算が精密になる。このため、コン１
へラストの高い微小部分の測定を含む場合に、これまで
補間の不適切にＪ、り牛じていた偽像が低減する。

以上の３つの偽ａ　［、（減効宋に、１、す、再（−４
成画像中に生じる各種の偽像、づなわら、直線状アーテ
ィファク１〜、接、＄２状アーアイフ７９１〜、円弧状
アーティノン・り］へ、モアレ状アーｊ１イファク１〜
、ストリーク状アーアイファク１−などが顕著に低減で
きる。

なＪ３、前記の公開公報に記・成されたｌｊ法は、平行
ビームとしてのノ（ルタリングあるいは］シボリューシ
ー１ンの後Ｃはあるが、平行ビームとして１／２チ１／
ネルずれた対向データを互いに＋１１ｉ人して１３つ、
本発明と一見共通づる点がある。しかし、フィルタリン
グあるいはコンポリＬ−シ］ンの１股では、１．１２１
Ｔｉネルずれたデータの挿入を行っても、測定信ΣＪの
リンプルピッチを１／２どしり一ンブリングを２（７；
の３１度で（ｊっだことにはくｒらない。また、逆投影
用のデータをこのＪ：うに挿入してしまうと、平行ビー
ム再構成法の利点である、ある方向で発生したエイリア
ジング偽像を、それと１８０°異なる方向で発生づる偽
像で全バス全方向で打消しあうということが不可能にな
る。したがって、前記公開公報の方法では、本発明のよ
うな偽像の低減効果は（７られない。さらに、ファンビ
ーム放射線を平行ビーム放銅線に変換すること伴い、画
質の低下、ｖＲ−像力の低下、偽像の発生等が避けられ
ない。

以上、本発明の１つの実施例について説明したが、放射
線検出器３のＡフセッ１へ量は、必ずしも１７′４ブ１
１ネルに限るものではなく、ブＩＩネルの中心から１／
２チャネル以内の任意のはとしてよい。また、データ生
成助人処理は、必ずしも前処理の後である必要はなく、
その前あるいは途中で（ｊっでよい。さらに、挿入デー
タは、挿入光のデータの全部に対向するものを求める必
要はなく、再構成画像の実質的な部分に関与するデータ
についてだけ求めるようにしてもよい。

また、画像画構成のアルゴリズム（Ｊ、フィルター補正
逆投影法、］ンボリューシ」ン法（ｉＦ畳積分法）、フ
ーリ１法等の適用が可能で・ある。ぞの他、本発明の故
用線断層囮影装置の構成とその動作等について【よ、多
くの変形が存在しうる。

（発明の効果） 以」−のように本発明ににれば、画像の再構成を、ファ
ンビーム放０４線に対応づる配列のデータから直接行う
場合に、放射線検出器をオフゼッ１〜配置にした効果が
、再構成画像の分解能を畠めるため、および／または（
ｌＺＳ８を低減するために十分に発揮され、かつ、生体
等の複雑な形状により発生する各種のｖＳ像を顕著に低
減し、高解像性、画質の高品位性、画像の高忠実性を実
現ツるｌｌｘ射線［１’ｉ　ｍ　Ｒ影装置が冑られる。

なお、より具体的な効果としては、次のようなものを挙
げることができる。

（１）各種の偽像を顕著に低減したイメージングが可能
となる。特に、生体等の複雑な形状に由来して発生する
各種の偽像の低減に有効である。

（２）各種の偽像を抑制し、高解像のイメージングを可
能とする。耳、脳底、肺の等の生体での微小物体の識別
を可能にする。

（３）空間周波数応答性の向上により、コントラス１−
の良好な、いわゆる切れの良いイメージングが可能とな
る。

（４）雑音や偽像の影響を表わし均一性の指標どなる近
傍等質媒体での画像の標準偏差値にも改善が見られる。

特に牛ｆＡ　Ｆの？５Ｖｇ像のイメージングではこの効
果が大きい。

（５）シンプルなデーク姶理方ｊ℃により高速処理が可
能である。

【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、放Ｇ
Ｊね検出器のオフゼッ１〜配置の説明図、 第３図は、対向データ測定の幾何学関係図、第４図は、
本発明実施例によるデータ測定の概念図、 第５図は、本発明実施例の動作のフローチャー第６図は
、本発明実施例による偽像低減効果の説明図である。 １、放射線源 ２、被検体 ３：放射線検出器 ４；ガントリ ５；テーブル ６、故０４線ｌＩ≦：制御装置 ７、′７−プル・ガン１〜り制御装置 ８、データ収集装置 ９１，１１，１３，１５．１８；記憶装置１０、前処理
装置 １２、データ生成増大装置 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 １つ、逆投影装置ノ ２０、画像データ記憶装置 ２１゛１画像表示装置 ２２．写Ｑ　ＩｕＢ影装置 ２３；　ＶＩ′ｉ影制ｔＩｌ装置 出願人　　横河メディカルシステム株式会ン１第３に 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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オフセット配置
   された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つて
   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、それぞれの方向に
   おけるファンビームに対応する配列の測定データを得て
   、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、各方向におけるチャネ
   ルごとの測定データのうち少なくとも再構成画像の主要
   部に関係する測定データについて、それら測定データを
   与える放射線ビームの経路をそれぞれ共用する反対方向
   の放射線ビームに基づく測定データを挿入データとして
   求めるデータ生成手段、および、このデータ生成手段に
   よつて求められた挿入データを、対応する測定データの
   間に挿入して増大測定データを形成するデータ増大手段
   を具備する放射線断層撮影装置。
2. （２）データ生成手段は、測定データを与える放射線ビ
   ームの経路を共用する反対方向の放射線の経路に近似す
   る経路の放射線に基づく測定データ、あるいはそのよう
   な測定データに基づく補間演算によつて生成されたデー
   タを挿入データとして求めるものである特許請求の範囲
   （１）項に記載の放射線断層撮影装置。