JPS6382628A - Ｘ線ｃｔ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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、被検体のＣＴ像を得るＸ線ＣＴ装置に関する
ものである。

（従来の技術） Ｘ線ＣＴ装置は、偏平な扇状の広がり角を有するファン
状Ｘ線を曝射するＸ線源（Ｘ線管）と、このＸＶＡを検
出する複数のＸ線検出セルを並設してなるＸ線検出器と
を被検体を挟んで対向させ、かつこれらＸ線管及びＸｖ
Ａ検出器を前記被検体を中心に互いに同方向に同一角速
度で回転移動させて、被検体断面上の種々の方向につい
てのＸ線投影データを収集し、十分なデータを収集した
後、このデータを電子計算機で解析し被検体断面の何個
の位置に対応するＸ線吸収率を算出して、その吸収率に
応じた階調度を与えて前記被検体断面における画像情報
を再構成するようにしたものであり、軟質組織から硬質
組織に至るまでほぼ明確な断層像が得られる。

ところで、近年、Ｘ　ＶＡＣＴ装置においては、異なる
線質のＸ線で複数回撮影してより多くの情報を得、さら
にデータの差分等の計算処理によりメタルビンアーチフ
ァクト除去などの補正や各種情報抽出が行われている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のＸ線ＣＴ装置においては、ある条
件で撮影し、次に線質を変えて再び撮影しなければなら
ず、そのため撮影時間が長くなるという問題点があった
り、また、先の撮影と後の撮影との間に患者が動いた場
合、データの差分等の計算処理の結果に悪影舌を及ぼし
再構成像の画質が劣化するという問題点がある。

また、フィルターを使用して１回のスキャンにより異な
るＸ線スキャンデータを得る方法も考えられるが、これ
だと１種のＸ線エネルギーによるデータ数が従来のスキ
ャンデータ数の半分になってしまい、空間分解能が劣化
してしまう。

そこで、本発明の目的とするところは１回のスキャンに
よって異なるＸ線エネルギーのデータを収集するように
撮影時間の短縮化等を図り、しかも空間分解能が劣化し
ないＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、被検体の回りに一体的に回転されるＸ線管及
びｎチャンネルの検出器群を有し、かつ、前記検出器群
の一つの検出器の中心が前記Ｘ線管とその回転中心とを
結ぶ延長線よりも検出器配列ピッチの１／４ずれた位置
関係で回転させ、その各位置でｎチャンネルのＸ線ファ
ンデータを収集するデータ収集部と、前記検出器群の偶
数チャンネルと奇数チャンネルとでＸ線の線質を異なら
せるＸ線フィルタと、前記検出器群からのデータを偶数
チャンネル、奇数チャンネル毎に分離するデータ分離部
と、このデータ分離部からのそれぞれｎ　／　２個の偶
数チャンネルデータ群及び奇数チャンネルデータ群に対
し、各データ群のチャンネル間データとして零を加えて
それぞれｎ個のデータを作成するデータ処理部と、この
データ処理部からのデータに基づきそれぞれｎチャンネ
ルデータとして演算して線質の異なる２種のＸ線に基づ
くＣ７画像を再構成する画像再構成部とを設けてＸ線Ｃ
Ｔ装置を構成している。

（作　用） 本発明では、ｎチャンネルの検出器群のうちの偶数チャ
ンネルと奇数チャンネルとでＸ線の線質を異ならせるよ
うにＸ線フィルタを配置している。この７吉果、偶数チ
ャンネル群と奇数チャンネル群とではＸ線エネルギーの
異なるＸ線データを１凹のスキャンによって収集でき、
撮影時間の短縮化を図ることができ、かつ、被検体の動
きによる画像への悪影響を低減することができる。

このようなデータ収集を行なった場合、各回転位置毎に
得られる偶数チャンネル群データ及び奇数チャンネル群
データはそれぞれｎ　／　２個となり、空間分解能が劣
化してしまう。

そこで、本発明ではＣＩ　Ａ　（Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｉｎ
ｔｅｒｌａｃｅＡｒｒｅｎｇｅｍｅｎ　ｔ）、即ち各デ
ータ群のチャンネル間データとして雰を補うことによっ
て、前記各データ群をｎ個のデータとして取り扱かって
画像を再構成するようにしている。

上記のようにチャンネル間データを零として取り扱い、
ｎチャンネルのデータとして処理することで正規なＣ７
画像が再構成される原理は、本出願人が先に出願した特
願昭６１−７４６２２号に開示しており、以下、これを
引用して上記原理を説明する。

ＣＩＡの原理とは、ｎチャンネルの各チャンネルの中間
に相当する「対向データ」　（詳細は後述する）を他の
ファンの中から補間によって選び出しこれを使って一旦
２ｎチャンネルのファンを作り（以下リフレクション処
理と称す）、この２ｎチヤンネルのファンデータを用い
て再＋１）Ｉ成処理を行うものであり、このことは米国
特許第４２８４８９Ｇ号に開示されている。

第５図、第６図は上述した「対向データ」を説明するた
めの図である。第５図において、■はＸ線管、Ｄはそれ
ぞれ前記Ｘ線管１と一体的に回転するＸ線検出器群であ
り、ここでは説明の便宜上９チヤンネルの検出器Ｄ１〜
Ｄ９としている。

ここで、Ｘ線管１、検出器りは図示矢印Ａ方向に回転間
隔Δθで回転するものとし、回転角θでのＸ線管１の位
置をＳとし、回転角θ′でのＸ線管１の位置をＳ′とす
ると、各位置ｓ、ｓ’でのファンビームＦの中には共通
なＸ線ビームＲが存在する。位置Ｓでの前記Ｘ線ビーム
Ｒを（ψ、θυとし、位置Ｓ′でのＸ線ビームＲを（ψ
′、θ１′）とすると、 ψ′＝−ψ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）θ
１′　−θ１＋２π−ψ　　　　　　　　　・・・（２
）と表わすことができる。ここで、（ψ、θ１）のＸ線
ビームＲ７′は検出器Ｄ−７で検出されるデータに対応
する。

ところで、同図に示すように検出器群りのうちの−の検
出器（同図では検出器Ｄ−５）の中心線が、Ｘ線管１と
回転中心０とを結ぶラインｌよりＰ／４　　（Ｐは検出
器の配列ピッチ）だけずれている位置関係で回転させる
と、前記（ψ′、θ１′）で示されるＸ線ビームＲは隣
接する検出器の中心（同図では検出器Ｄ−３，Ｄ−４の
中間点）のデータに対応することになる。

ここで、（ψ、θＩ）のビームによるデータをＰ（ψ、
θ、）とし、（ψ′、θ、′）のビームによるとなる。

そして、Ｐ（ψ′、θ１′）は検出器で求めることがで
きないデータであるが（検出器の中間位置のデータであ
るため）、これに相当するデータはＰ（ψ、θ、）とし
て得られる。

そこで、Ｐ（ψ、θＩ）を「対向データ」とすることで
、チャンネル間のデータを求めることができ、同様に第
６図に示すように各チャンネル間に相当する「対向デー
タ」を用いて２ｎチヤンネルのデータを得ることができ
る。

そして、前述した米国特許の技術によれはチャンネル間
データを「対向データ」よりリフレクションによって求
めていたのに対し、本発明では「対向データ」を零とし
て汲い、「対向データ」の収集を待たずに各ファンデー
タ毎のパイプライン的処理を可能としている。

即ち、１９８５年９月５日に出願した本件出願人と同一
出願人による米国出願（出願番号７３２２６０号）に記
載された拡張されたダイバージエンド法の原理を用いれ
ば、あるデータＰ（ψ、θ）とその対向データＰ（−ψ
、θ＋π−２ψ）とが存在するとき、両データにそれぞ
れ任意の重みＷ（ψ、θ）１Ｗ＜−ψ、θ＋π−２ψ）
を乗算してから再構成しても、その重み付けの和が「２
」になる限り結果に変わりがないことが判っている。

ここで、第８図に示すように回転位置ＳでＸ、線管１よ
り曝射され検出器群りで検出されるＸ線ビームをＲ４−
Ｒ９とすると、この各ビームＲ１〜Ｒ７の中間に存在す
るＸ線ビームＲ１’〜Ｒ、Ｊは、Ｘ線管１が他の回転位
置に達した際に得られることは第５図で示した通りであ
る。そして、これら各ビームＲ４〜Ｒｑ、Ｒ＋’〜Ｒ９
’の「対向データ」としてのビームを破線に示し、Ｘ線
ビームＲ。

〜Ｒ９，Ｒ１’〜Ｒ、ｒによって得られるデータと、こ
れらの「対向データ」との重み付けを同図に示すように
決定すると、これは前述した拡張されたダイバージエン
ド法の条件を満たしている。

従って、回転位置ＳでのＸ線ファンビームに着目すると
、Ｘ線ビームＲ，−Ｒ１で得られたデータに「２」を重
み付けし、各チャンネル間のデータに「０」を重み付け
して再構成しても全データ系で考察すれば拡張されたダ
イバージエンド法の条件を満足していることになる。

このことをＸ線バスの拡り角度とＸ線源の回転角度との
関係を示した第９図のサイノブラムを参照してさらに詳
しく説明する。第９図において、Ｘ線源の回転角度が第
５図及び第８図に示されるようにθ１のときＸ線検出器
Ｄ＋乃至り、は線！。

上の黒丸で示したＸ線パスＲ，、Ｒ，、・・・、Ｒ９の
データを検出する。この回転角度θ１のときはＸ線バス
Ｒ，、Ｒ，、・・・２　Ｒ７のそれぞれ隣接するバスを
三等分するＸ線Ｒ１’＋　　Ｒ２’、・・・、Ｒ８′の
データは検出されない。ここで第５図に示した幾何学的
位置関係から明白なように回転角度θ１においてファン
ビームの中心・からψ８ずれたバスＲ７′（白丸）は回
転角度θ、＋π−２ψ、においてファンビームの中心か
ら一ψ、ずれた検出器り。

を通るバスＲ７′　（黒丸）に対応する。す、なわち第
９図の線１）は同図の１２に対応し、Ｘ＆’ｉｉｌがΔ
ψの間隔で回転しながらデータを収集すれば回転角度θ
、における線１）で得られなかったデータは線１２上の
バスで得られるのである。

従って、第８図に示したように拡張されたダイバージエ
ンド法に従って線ｅ＋　　（↓方向の重み付け）及び線
１２の（↑方向の重み付け）を同図に示すようにずれば
、ｔｌ、Ｓ、Ｐａｔ、　４，２８４，８９６のように対
向するバスのデータを埋め込まなくても再構成できる。

尚、重み付け０は等価的にデータの値が０と同じである
ので第７図（八）に示すように検出されたデータの間に
第７図（Ｂ）に示すようにＯを入れても同じである。

また、例えば６Δψごとにデータをサンプリングすると
第１０図のサイノブラムのようになる。

回転角度θ、における線１　、　Ｊ上のバスＲ１’。

ＲＺ’＋　　Ｒ３’ｌ　・・・、Ｒ８′のうち実際に得
られるのは８３　ｐ　ｚ　’上のバスＲＩ’ｌ　　Ｒ４
Ｚ　Ｒ，’になりバスＲｇ’　＋Ｒｉ’　＋　Ｒ５’　
＋　Ｒ６’　＋　Ｒ１）′のデータは得られない、しか
しながらバスＲ６’のθ方向の近傍のバスｒ２＋’３に
はデータが存在し、しかも線β、上のバスＲ６′のθ方
向の近傍にも存在することになる。また、例えば５１２
チヤンネルでファン角度６０″としてもデータの収集間
隔６Δφは０．７°程度なので、バスｒ３またＲ２をＲ
６’と考えて、そのままコンボリューション、バソクプ
ａジェクションにもアーチファクトなどは生じない。

実際に発明者がコンピュータによってファン角度、５１
２チヤンネル、データの収集間隔の場合のシミュレーシ
ョンを行ったが画像にはアーチファクトは発生しなかっ
たし、また従来に比べ分解能が向上することが確められ
た。

ここて今、１０２４ｃｈの検出器を持つＸ線ＣＴシステ
ムを考え、このシステムで得られる全データＰ（ψ、θ
）について、ψがΔψ／２の間隔でサンプリングされて
いるものとする。そして、上述の重み付けを、 とすると、これは拡張されたダイバージエンド法の条件
を満たしている。従って、以後再構成に供されるデータ
を、 として処理すればよい。従って、結果的には】０２４ｃ
ｈの検出器のうち例えば偶数ｃｈの５１２ｃｈ分だけデ
ータを収集すればよいことになる。このため、わざわざ
検出器を１０２４ｃｈ要せず、その半数の５１２ｃｈ有
していても同等の画像が得られることが分る。

また、コンボリューションに使用する関数としでは ・・・（６） とか、 または、 などを使用することができる。

従って、これら（６１，（７１，＋８１式で示されるよ
うな第５図において点（ｒ、　　φ）のピクセルの値ｆ
（ｒ、φ）は、 ・・・（９） となる。

ただし、 ＬＩＩ（ｒ、　　ψ）　＝　ＣＲ−ｒｓｉｎ　（ｍΔθ
＋φ）〕２＋　［ｒｃｏｓ　（ｍΔθ＋φ）］２・・・
α０）Ｍ＝３６０’／Δθ Ｎ＝（ファン角度／２）／Δψ） ΔθはＸ線源の回転角度間隔 を表わす。

（９）式において、Ｌ、（ｒ、　　φ）はＸ線源から点
十ＮΔψまですなわちファン角度の範囲のコンポクショ
ン演算を示している。

標変換のためのヤコビアンである。

またこの重み付は係数Ｗは２かＯをとるようになってい
る。ここでＷの代わりにｋｗ　（ｋはＯでない任意の定
数）を用いることも可能でありたとえばに＝１／２とし
てもよい。このときｋｗは１かＯの値をとる。但し、ｋ
≠１の場合には再構成される画像の濃淡値が本来の値の
に倍になって現れるため、画像再構成後に１／に倍する
必要がある。たとえばに＝１／２のときには作られた画
像の濃淡値を２倍すればよい。

このように、特願昭６１−７４６２２号に開示したＣＩ
Ａの原理によれば、ｎチャンネルの検出器群でありなが
ら、２０チャンネル分のデータに基づきＣＴ両画像再構
成することができる。そして、本発明ではｎチャンネル
の検出器群のうちの偶数チャンネル、奇数チャンネルで
それぞれ線質の異なるＸ線データを収集し、これをデー
タ分離部で偶数チャンネルデータ群、奇数チャンネルデ
ータｎＹに分離し、この各データ群に対してＣＩＡを実
行することで、ｎチャンネルの検出器群で１回のスキャ
ンによって線質の異なるＸ線データを収集しながらも、
線質を変えた２回のスキャンによって得られる画像と同
等の空間分解能を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図は実施例装置のブロック図である。

同図において、１）はデータ収集部（ＤＡＳ）であり、
被検体の回りに前記Ｘ線管１と検出器群りとを一体的に
例えば３６０°回転させて各方向からのプロジェクショ
ンデータを収集するものである。ここで、このデータ収
集部１）におけるＸ線管１と検出器群りとの関係は、第
５図に示すように−の検出器のセンターが、Ｘ線管１と
回転中心Ｏとを結ぶライン！よりもＰ／４　（Ｐは検出
器配列ピッチ）だけずれている位置関係となっている。

そして、このデータ収集部１）では、Ｘ線管１の各曝射
位置毎にｎ（＝２Ｎ）個のＸ線ファンデータＰ　（ｎΔ
ψ、θ）（ただし、ｎ＝１，２゜・・・、２Ｎ）が収集
されるものとする（従って、検出器群りはｎ（＝２Ｎ）
チャンネルである）。

ここで、このデータ収集部１）では、２Ｎチヤンネルの
うちの偶数チャンネルと奇数チャンネルとでＸ線の線質
が異なるＸ線データを収集できるようになっている。こ
のために、第２図に示すように前記検出器群りのうちの
例えば偶数チャンネルの入射面上にＸ線フィルタ３１を
配置している。

このため、Ｘ線管１より曝射されるＸ線ファンビームの
うち、ＲａｙｌはＸ線フィルター３１を通過しないので
Ｘ線エネルギーがＡ　（ｋＶ）であるのに対し、Ｒａｙ
２はＸ線フィルタ３１を通過するので、平均Ｘ線エネル
ギーはＡ　（ｋＶ）より高くなり、従って、偶数チャン
ネルと奇数チャンネルとでＸ線の線質を異ならせること
ができる。

ログ変換部２２は、前記ＤＡＳＩＩで収集されるＸ′ｆ
ａ強度が指数関数であることに鑑み、これをｌｏｇ変換
するものである。

リファレンス補正部１２は、Ｘ線強度の補正を行う補正
部である。

キャリブレーション部２３は、キャリブレーションデー
タに基づき前記リファレンス補正部１２からのデータを
校正するものである。

データ分離部２４は、前記ＤＡＳＩＩで収集され、上記
各部で処理された２Ｎチヤンネルのデータを、Ｎ個の偶
数チャンネルデータ群とＮ個の奇数チャンネルデータ群
に分離して出力するものである。

データ処理部１３は、前記データ分離部２４からのそれ
ぞれＮ個の偶数チャンネノＣデータ群及び奇数チャンネ
ルデータ群に対し、各データ群のチャンネル間データと
して零を水増してそれぞれ２Ｎチヤンネル分のＸ線ファ
ンデータを作成処理するものセある。尚、本実施例では
前述した拡張されたダイバージエンド法の条件と満足さ
せるために、このデータ処理部１３は（５）弐で示され
るように、前記データ収集部１）で現に収集された２Ｎ
のデータについてのみ「２」を乗算する。

１４は画像再構成部であり、コンボリューション部ＸＳ
、バックプロジェクション部１６及びバックプロジェク
ション用のメモリ１７で構成されている。前記画像再構
成部１４は、（９）弐で示されする。尚、実際にはこれ
らコンボリューションやバックプロジェクションは（９
）式と等価な高速な演算方法で処理される。

そして、再構成された０７画像は表示部１８に表示され
るか、あるいはディスク１９に格納されるようになって
いる。また、デュアルエネルギー法の解析手法として公
知のように、線質の異なる各画像間で演算を行い、有効
原子番号の画像又は有効電子密度の画像等をその後に作
成するようにしてもよい。

以上のように構成された実施例装置の作用について第３
図を参照して説明する。ＤＡＳ　１）でのＸｖＡ管ｌと
検出器群りとを被検体の回りに３６０度回転し、その各
回転位置でＸ線を曝射することによりデータを収集する
。この結果得られるデータを第３図の上段に示す。同図
において横方向はチャンネル番号、縦方向は各プロジェ
クション位置に対応し、奇数チャンネルの白丸はＡ　（
ｋＶ）のエネルギーで収集されたデータ（Ｘ線フィルタ
３１を通過しないデータ）を示し、偶数チャンネルの黒
丸は≠Ａ　（ｋＶ）のエネルギーで収集されたデータ（
Ｘ線フィルター３１を通過したデータ）を示している。

これらのデータは各プロジェクション位置毎に収集され
、その後、ログ変換部２２乃至キャリブレーション部２
３で各処理が実行され、データ分離部２４に入力される
。

データ分離部２４では、第３図の中段に図示するように
、奇数チャンネルデーク群と偶数チャンネルデータ群と
に分離して出力する。

その後、データ処理部１３において第３図の下段に示す
ように奇数チャンネルデータ群及び偶数チャンネルデー
タ群に対し、各データ群のチャンネル間データとして零
を水増しし、それぞれ２Ｎ個のデータを作成し、かつ、
ここで拡張されたダイバージエンド法の条件を満たす重
み付けを行なっている。従って、以降の画（ｊｋ再構成
部１４で線質の異なるＸ線に基づくデータをそれぞれ２
Ｎチヤンネルのデータとして扱って画像再構成を行うこ
とで、線質を変えた２回のスキャンで収集された各画像
と同等の空間分解能の画像を得ることができる。

しかも、このような画像を再構成するにあたって、各Ｘ
線ファンデータ毎のパイプライン的処理を行うことがで
きる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施例ではＸ線フィルタ３１を検出器群りの入
射面前面に配置したが、これに限らすこのようなＸ線フ
ィルタ３１をＸ線管１と被検体との間に配置してもよく
、要は検出器群りの奇数チャンネルと偶数チャンネルと
でＸ線の線質を変え常のシングルエネルギースキャンを
も行う場合には、第４図に示すようにＸｖＡフィルタ３
１をＸ線ビームと交差する位置と交差しない位置とに可
変するように構成し、シングルエネルギースキャンを行
う場合には同図の破線で示すようにＸ線ビームと交差し
ない位置にＸ線フィルタ３１を配置すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば１回のスキャンに
よって異なるＸ線エネルギーのデータを収集するように
して撮影時間の短縮化と被検体の動きによる悪影響の低
減とを図り、しかも、空間分解能は線質を変えた２回の
スキャンにより得られる各画像のものと同等とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置のブロック図、第２図は
Ｘ線フィルムの一例を示す概略説明図、第３図は同上装
置でのデータ処理の流れを示す概略説明図、第４図はＸ
′！ｒ１．、フィルタの変形例を示す概略説明図、第５
図は同上実施例装置のデータ収集部の概略説明図、第６
図は「対向データ」を説明するための概略説明図、第７
図（Ａ）、　ＣＢ）はデータ処理部での処理動作を示す
図、第８図は拡張されたダイバージエンド法に基づく重
み付けを示す図、第９図、第１０図はＸ線バスの拡り角
度とＸ線の回転角度との関係を示すサイノブラムである
。 １・・・Ｘ線管、Ｄ・・・検出器群、１）・・・データ
収集部、１３・・・データ処理部、１４・・・画像再構
成部、２４・・・データ分離部、３１・・・Ｘ線フィル
タ。 代理人　弁理士　　則　近　憲　缶 周　　大胡典夫 第２図 ＩｃＩＡ　　　　　ＩｃＩＡ 第３図 り坪ボ薔舒 第４図 （Ａ） 第７図 ｌ　Ｄｌｌ　Ｄ２１　Ｄ３１　Ｄ４１　Ｄ５１　Ｄ６１
　Ｄ７１　Ｄ８１　Ｄ７１■ θ 第　　９　図 １　［）ｌ　Ｄ２１　Ｄｉ　Ｄ４１　Ｄ５１　Ｄ６１　
Ｄ７１　Ｄ８１　Ｄ９１第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体の回りに一体的に回転されるＸ線管及びｎ
   チャンネルの検出器群を有し、かつ、前記検出器群の一
   つの検出器の中心が前記Ｘ線管とその回転中心とを結ぶ
   延長線よりも検出器配列ピッチの１／４ずれた位置関係
   で回転させ、その各位置でｎチャンネルのＸ線ファンデ
   ータを収集するデータ収集部と、前記検出器群の偶数チ
   ャンネルと奇数チャンネルとでＸ線の線質を異ならせる
   Ｘ線フィルタと、前記検出器群からのデータを偶数チャ
   ンネル、奇数チャンネル毎に分離するデータ分離部と、
   このデータ分離部からのそれぞれｎ／２個の偶数チャン
   ネルデータ群及び奇数チャンネルデータ群に対し、各デ
   ータ群のチャンネル間データとして零を加えてそれぞれ
   ｎ個のデータを作成するデータ処理部と、このデータ処
   理部からのデータに基づきそれぞれｎチャンネルデータ
   として演算して線質の異なる２種のＸ線に基づくＣＴ画
   像を再構成する画像再構成部とを有することを特徴とす
   るＸ線ＣＴ装置。
2. （２）Ｘ線フィルタは、ｎチャンネルの検出器群の偶数
   チャンネル又は奇数チャンネルのいずれか一方の入射面
   上に配置された特許請求の範囲第１項記載のＸ線ＣＴ装
   置。
3. （３）Ｘ線フィルタは、Ｘ線ビームと交差する位置及び
   Ｘ線ビームと交差しない位置に変位可能に支持された特
   許請求の範囲第２項記載のＸ線ＣＴ装置。