KR880000085B1

KR880000085B1 - X선 단층 촬영장치(x線斷層撮影裝置)

Info

Publication number: KR880000085B1
Application number: KR1019850005937A
Authority: KR
Inventors: 이사오 호리바; 히로유끼 다께우찌; 히로시 니시무라
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌메디코; 기무라 히로가즈
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-08-17
Publication date: 1988-02-23
Also published as: KR860009603A; DE3616881A1; NL8601284A; NL193556B; NL193556C; US4769757A

Abstract

내용 없음.

Description

X선 단층 촬영장치(X線斷層撮影裝置)

제1도는 본원 발명의 X선 단층 촬영장치에 있어서의 투영데이터의 수집에 대해서 직각 좌표에 있어서의 재(再)구성 연산좌표계와 계측기하학계와의 관계를 나타낸 설명도.

제2도는 본원 발명의 X선 단층촬영 장치의 전체구성을 나타낸 블록도.

제3도는 본원 발명에 의해서 도입한 2차원 좌표상의 각 투영 데이터의 계측위치를 나타낸 그래프.

제4도는 스캐너의 구성을 나타낸 블록도.

제5도는 상(像)재구성 연산수단의 상세를 나타낸 블록도.

제6도는 대수(對數)변환기의 내용을 내타낸 블록도.

제7도는 하나의 X선 비임에 대한 역투영 연산의 상태를 나타낸 설명도.

제8도는 종래의 X선 단층촬영장치에 있어서의 스캐너 구성과 계측방법을 나타낸 설명도.

제9도는 단층상(斷層像)을 재구성하는 필터어드백 프로젝션법의 순서를 나타낸 설명도.

제10도는 종래예에 있어서의 투영데이터의 수집에 대해서 직각좌표에 있어서의 재구성 연산좌표계와 계측기하학계와의 관계를 나타낸 설명도.

제11도는 종래의 어레인지법에 있어서의 제10도와 같은 설명도.

제12도는 상기 어레인지법에 있어서의 2차원좌표상의 각 투영데이터의 계측위치를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스캐너 11 : 상재구성(像再構成)연산수단

12 : 표시수단 13 : 피검사체영역

14 : 팬비임X선 15 : X선관 (X선원)

16 : 다소자(多素子)X선 검출기 19 : 피검사체

46,50 : 불균일성을 보정하는 수단

49 : 불균일 평행비임 투영데이터를 발생시키는 수단

51 : 필터처리를 하는 수단.

본원 발명은 부채꼴로 넓어진 X선(이하「팬비임 X선」이라함)을 사용해서 피검사체의 주위에 회전운동을 하면서 계측을 하는 X선단층(斷層)촬영장치에 관한 것이며, 특히 단층상의 화질(畵質)을 향상시킴과 동시에 상재구성(像再構成)연산을 고속화 할 수 있는 X선 단층촬영장치에 관한 것이다.

제8도는, 종래의 이 종류의 X선 단층촬영장치에 있어서의 스캐너 구성과 계측방법을 나타낸 설명도이다. 먼저 피검사체영역(1)을 덮는 팬비임 X선(2)을 방사하는 X선원(源) (S)과 이것에 대향해서 설치된 다소자(多素子) X선 검출기(3)가 일체로 되어, 피검사체(4)의 주위에 회전운동을 한다. 다음으로, 이 회전운동중에 펄스 X선을 방사하고, 상기 피검사체(4)를 투과한 팬형상으로 펼쳐진 X선을 검출소자(3')가 일정간격으로 늘어선 다소자 X선검출기(3)로 일정 각도마다 계측하므로서 투영데이터의 수집이 이루어진다. 여기서, 상기 다소자 X선검출기 (3)의 검출소자(3'), (3') 사이의 각도 간격을 Pα로 하고, 일정각도마다 계측하는 각도 샘플간격을 Pβ로 한다. 그리고 상기 계측된 투영데이터를, X선원의 각도위치(β)와 검출소자열(α)을 사용해서 H(α, β)로 표시하기로 하고, 각 투영데이터는 계측된 팬비임 X선의 ℓ(x, y)에 따르는 피검사체(4)의 X선 흡수계수분포 f(x, y)의 적분치로서 제(1)식과 같은 관계에 있다.

H (α, β)＝∫f(x, y)dℓ (1)

이와 같이 해서 얻어진 투영데이터 H(α, β)를 기초로 단층상 f(x, y)를 재구성하는 방법으로서, 종래부터 필터어드 백 프로젝션법이 널리 사용되고 있다(예를 들면"The Fourier Reconstruction of a Head Section"(1974년) IEEE Trans, NS-21, P. 21∼43)이 필터어드백 프로젝션법은, 제9도에 나타낸 바와 같이, 투영데이터(A)에 먼저 검출기 물리특성을 보정하는 여러가지의 전(前) 처리연산(B)을 실시한후 역투영에 의한 흐려짐을 수정하기 위한 필터처리(C)를 하고, 그 다음에 역투영(백프로젝션) 연산(D)를 함으로써 단층상(斷層像)을 재구성하는 것이다.

여기서, 상기 투영데이터의 수집에 있어서 직각좌표에 있어서의 재구성 연산좌표계와 계측기하학계와의 관계를 나타내면, 제10도와 같이 된다. 이 도면에서는, X선원(S)의 위치를 회전각(B)으로 나타내고, 그 위치(S)로부터 폭사(曝射)된 팬비임내의 화소 E(x, y)를 통과한 비임위치를, S로부터 회전중심(O)을 지나는 직선과 이루는 각(α)으로 표시한다. 또 X선원(S)로부터 화소 E(x, y)까지의 거리를 L로 한다. D는 X선원(S)의 회전반경이다.

상기와 같이, 여러 방향으로부터 얻어지는 각 투영데이터마다 필터처리(C) (제9도 참조)를 하고, 직각 좌표계로서 구성된 2차원 메모리공간 위에 직접 팬형상으로 역투영연산(D)을 하는 방법을 다이렉트 백프로젝션볍(이하「다이렉트법」이라 약칭함)이라 한다. 이 다이렉트법에서는, 예를 들면 미합중국 특허 제4, 149, 247호에 나타낸 바와 같이, 계측된 팬비임에 의한 투영데이터 H(α, β)에 대해서 먼저 제(2)식에 따르는 필터처리를 한다.

G(α, β)＝∫J(α')W(α')H(α-α, β)dα' (2)

여기서 J(α')는 팬비임을 사용한 계측에 의한 불등간격 샘플의 보정항(項)이며 근사적(近似的)으로는

J(α')＝cos(α') (3)

로 부여된다. 그리고 W는 흐려짐의 회복을 위한 필터 관수(關數)이다. 그리고 그 후 역투영하는 것이다. 더욱 상세하게 설명하면 제10도에 있어서, X선원(S)의 위치와 재구성 연산하는 좌표E(x, y)를 부여하고, 그점(E)을 통과한 X선 비임의 각도위치(α)를 제(4)식 및 제(5)식에 의해서 산출한다(비임위치산출).

α＝-β＋r (4)

(5)

그리고, 마찬가지로 L을 제(6)식에 의해서 산출한다.(무게산출).

L²＝(x-Dcos β)²＋(y-Dsin β)²(6)

이 α, L²를 사용해서 모든 좌표점에 대해서 계측개시각도 β0부터 360도의 각도범위에서 제(7)식에 따르는 누적가산을 함으로써 단층상이 재구성된다.

단, 1/L²는 계측에 사용한 X선 비임이 X선원(S)으로부터 검출기(3)로 향한 펼쳐짐의 효과(partial fanbeam effect)를 보정하기 위한 무게이다.

그리고 계측데이터 H(α, β)는 각각 샘플간격(Pα), (Pβ)으로 양자화(量子化)되어 있기 때문에 β를 정수j 및 m을 사용해서

β＝β0＋Pβ×j＝β(j)(j＝0, 1, 2, ... m-1) (8)

m＝2π/Pβ (9)

로 하고, 여기서 β0는 계측 개시위치, j는 팬비임 투영번호이며 제(7)식은 이 j에 대해서의 이산(離散)처리로서

이 된다. 그리고 α에 대해서도 제(4)식 및 제(5)식에 의해서 좌표점(x, y)에서 구해진 α에 계측점이 반드시 일치하지 않으므로 제(10)식의 대신으로 실제로는 근방 4점의 선형보간(線形補間)을 사용해서 제(11)식에 의해서 계산한다.

여기서 gn(δ)은 보간관수이며 i, δ는 각각

i＝[d/Pα] [ ]는 가우스기호 (12)

δ＝α-PαXi (13)

이다.

이들의 처리를 모든 좌표점에 대해서 행함으로써 역투영연산이 완료되나, 전체역투영연산을 끝내는 데로 제(4), (5), (6)식 및 제(11)식을 전체화소수 X 투영수(각도 샘플수)만큼 계산할 필요가 있으며, 다이렉트법에서는 계산량이 대단히 많아진다. 대단히 많은 계산량은 고(高)화질화를 위해서 샘플간격을 작게하고, 단층상의 전체화소수를 증가했을 경우 점점 증가해서, 상재구성 연산의 고속화의 방해가 되는 것이다.

이에 대해서, 팬비임 X선에 의해서 얻어진 투영데이터군으로부터 늘어 놓은 것의 변경에 의해서 일단 평행비임 투영데이터를 작성하고, 늘어놓은 것을 변경한 후의 데이터를 사용해서 필터처리(C) (제9도 참조) 및 역투영연산(D)을 하는 방법 (이하「어레인지법」이라 약칭함)이 있다(예를 들면, 미합중국 재발행 특허 제30, 947호), 이 어레인지법에 대해서 설명하면, 제8도에 나타낸 X선원(S)을 중심으로 하는 원호형상으로 같은 소자간격(Pα)으로 구성된 다소자 X선 검출기(3)로 계측된 팬비임투영데이터 H(α, β)에 대해서, 제11도에 있어서의 X선원(S)과 검출기(3)의 회전중심(O)으로부터 각 X선 비임에의 거리(t)와, 각 X선 비임각도(θ)와의 2개의 파라미이터를 좌표축으로 하는 2차원좌표를 설정하며(제12도 참조), 각 X선비임위치(α), (β)와 2차원좌표의 좌표(t, θ)와의 사이에는,

t＝D×sinα (14)

θ＝＋β (15)

의 관계가 있다. 따라서 2차원좌표의 t축방향의 각도간격(Pα)에 따르는 각 검출소자의 계측위치는 거리(t)의 증가에 따라서, 점차 축소된 위치로 되고, 이 2차원 좌표상에 각 투영데이터는 제12도와 같이 X선원(S)의 각도위치(β)에 따라서 S자형으로 늘어 놓여진다. 이 2차원좌표상의 투영데이터 P(t, θ)는, 평행비임의 투영데이터이며, 이 늘어놓은 것을 변경하는 연산은 어레인지먼트 연산이라고도 불리우며, 연산후의 투영데이터 P(t, θ)를 평행비임의 역투영연산 함으로써 단층상이 재구성된다. 그리고, 상기 제12도는, 검출소자의 각도간격(Pα)과 계측의 각도 샘플간격(Pβ)와의 비 K(=Pα/Pβ)가 1/2의 경우를 나타내는 것이다.

그러나, 상기 어레인지법에 있어서의 늘어놓은 것을 변경하는 연산에서는, 제12도에 나타낸 바와 같이, 2차원좌표상의 투영데이터가 곡선으로 부여되는 일과 각 검출소자의 불균일하기 때문에, 이2차원의 좌표변환에서는 2차원좌표상의 격자(格子)점과 계측위치를 모든 데이터에 대해서 일치시키는 일은 불가능하며, 일반적으로는, β방향에 대해서 1차원 보간(補間)을 한 연후에 α방향의 균일성을 보정하는 1차원의 보간을 실시하거나, 또는 이들 2개의 보간을 합성해서 α 방향과 β 방향의 2차원의 보간을 할 필요가 있다. 따라서, 상기 어레인지법에서는 이 2회의 1차원 보간 또는 2차원 보간연산을 위해서, 재구성된 단층상의 공간 분해능(分解能)이 열화하고, 단층상에 포함되는 잡음의 입상성(粒狀性)도 거치러지며 화질을 저하시키는 것이었다.

그래서, 본원발명은 이와 같은 문제점을 해결하고, 단층상의 화질을 향상시킴과 동시에 상재구성연산을 고속화 할 수 있는 X선 단층촬영장치를 제공함을 목적으로 한다.

따라서, 본원발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 제1도는, 상기 종래에의 화질 열화를 개선하기 위한 본원발명에 의한 X선 단층촬영장치에 있어서의 투영데이터의 수집에 대해서 직각좌표에 있어서의 재구성 연산좌표계와 계축기하학계와의 관계를 나타내는 것이다. 도면에서, X선원(S)의 위치를 회전각(β)으로 표시한다. 그위치 S에서 방사된 팬비임내의 화소 E(x, y)를 통과한 비임 위치를, S에서 회전중심(O)을 지나는 직선과 이루는 각(α)로 표시한다. 그리고 X선원 (S)으로부터 화소 E(x, y)까지의 거리를 L로한다. D는 X선원(S)의 회전반경이다. 그리고 X선원 (S)의 회전중심(O)에서 D로 직각으로 뻗은 직선상의 각 X선 비임까지의 거리를 U자로 하고, 각 X선 비임각도를 θ로 한다.

그리고, 본원발명은, 제2도에 나타낸 바와 같이 스캐너(10)와 상재구성 연산수단(11)과 표시수단(12)을 가진 X선 단층촬영장치에 있어서, 상기 상재구성 연산수단(11)은, 상기의 t좌표축의 대신으로 다음의 제(16)식에 나타낸 t/D의 역정현(逆正鉉)에 비례하는 실제 길이와는 다른 길이(U)를 사용한 변형된 2차원 좌표를 새로 도입하고, 이2차원 좌표상에서 늘어 놓은 것을 변경하는 연산을 해서 불균일평행비임 투영데이터를 발생시키는 수단과, 이 불균일 평행비임 투영데이터에 필터처리를 하는 수단과, 상기 불균일 평행비임 투영데이터의 불균일성을 보정함과 동시에 분포화상을 역투영하는 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 X선 단층촬영장치에 의해서 이루어진다.

U＝sin^-2(t/D)＝α (16)

θ＝α+β (17)

여기서 새로 도입된 회전중심(O)에서 각 X선 비임까지의 거리(U)와, 각 X선 비임각도(θ)의 2개의 파라미이터를 좌표축으로 하는 변형된 2차원좌표상의 각 투영데이터의 계측위치를 도시하면, 제3도에 나타낸 바와 같이 된다. 그리고, 이 제3도는, 검출소자의 각도간격(Pα)과 계측의 각도 샘플간격(Pβ)와의 비 K가 1/2의 경우를 나타내고 있다.

이와 같이 해서 얻어진 변형된 2차원 좌표상의 평행비임 투영데이터 P(U, θ)는, 좌표축(U)이 실제길이에 대해서 다르기 때문에 제12도에 나타낸 종래의 2차원 좌표상의 평행비임 투영데이터 P(t, θ)와는 다르며, U방향의 간격(Pu)이 X선원(S)과 검출기(3)의 회전중심(O)에서 멀어짐에 따라서 차차로 작아진다. (이하 U의 불균일성 이라 함). 따라서, 이대로 통상의 평행비임의 역투영연산에 의해서 단층상을 재구성하면, 그 단층상은 회전중심(O)에서 주변부로 감에 따라 반경방향으로 점차 확대된 화상이 될 뿐 아니라 CT값(X선의 흡수 계수치)도 바르게 구해지지 않는다. 이 무네에 대해서는, 이후에 실시되는 필터처리 및 역투영(백프로젝션)연산으로 보정한다. CT값의 보정은 필터처리로 하고, 주변부의 확대효과는, 역투영연산으로 보정한다.

먼저 CT값의 보정에 대해서 설명한다. 필터처리에서는 이후에 실시되는 역투영에 의한 흐려짐을 수정하기 위한 필터관수로서 거의 공간주파수에 비례한 주파수를 강조하는 관수가 사용된다. 여기서 제(16)식에서

di＝Dcos(u) . du (18)

이 된다. 따라서, 이 실제길이(t)와는 불균일한 좌표축(u)을 사용한 투영데이터의 필터처리후의 값은, 불균일성의 성분 U인 여현(余弦)에 역비례하는 변조를 받고, 주변부 만큼 커진다. 이 보정에는 상기 다이렉트법과 같은 수법을 사용한다. 즉, P(U, θ)에 대해서 필터관수(W)를 사용해서, 제(19)식에 나타낸 필터처리를 한다.

G(u, θ)＝∫(J(u')W(u')P(u-u', θ)du' (19)

여기서 J(u')는 좌표축(u)의 불균일성의 보정항이며

J(u')＝cos(u') (20)

로 부여된다. 제(19)식에 나타낸 필터처리는, 여기서는 중첩(重疊)적분의 형태로 나타냈으나, 수학적으로는 푸울리에 변환에 의해서도 완전 동등한 연산이 가능하다.

다음으로 역투영연산에 있어서의 주변부의 확대효과의 보정에 대해서 설명한다. 통상의 등간격평행비임 투영데이터 P(t, θ)로 부터의 역투영연산을 제(21)식과 제(22)식에 나타낸다.

t＝Xsinθ-Ycosθ (21)

상기 제(19)식에서 구한 G(u, θ)를 통상의 등간격평행비임 투영데이터 P(t, θ)로 하고, 상기 제(22)식을 사용해서 역투영 연산된 재구성상 f(x, y)은, 좌표축(U)의 불균일성 때문에 t/D의 역정현에 비례하는 변조를 받아. 주변부 만큼 확대된다. 그래서 제(21)식에 이것에 대한 보정을 추가한다. 즉 제(23)식으로서

U＝sin^-1(t/D)＝sin^-1｛ (Xsinθ^-Ycosθ)/D ｝ (23)

을 사용해서 재구성상의 좌표점(x, y)에서 U를 구하고, 제(24)식에 의해서 재구성상 f(x, y)를 얻는다.

단, 필터처리된 계측데이터 G (u, θ)는 각각 샘플간격(Pu), (Pθ)으로 양자화 되어 있기 때문에, 상기 다이렉트법과 같이, θ에 대해서는 정수 j화 m을 사용해서

θ＝θ0＋PθXj＝θ(j) (j＝0, 1, 2,

, m^-1) (25)

m＝2π/Pθ (26)

로 한다. 여기서 θO는 계측위치(βO)와 팬비임 넓혀지는 각의 1/2인 αO를 사용해서,

θ0＝α＋β0

로 표시되고, 제(24)식은 이 j에 대해서의 이산처리로서

이 된다. 그리고 U에 대해서도 (23)식에 의해서 양자화된 좌표점 (x, y)에 구해진 U에 G(u, j)의 산출점이 반듯이 일치하지 않으므로 제(28)식의 대신으로 근방(近傍) 4점의 선형 보간(補間)을 사용해서 재(29)식에 의해서 계산한다.

여기서 gn(δ)는 보간관수이며, i, δ는 각각

i＝[u/Pu] [ ]은 가우스기호 (30)

δ＝u-Pu×i

이다.

본원 발명에 관한 변형된 2차원 좌표(u, θ)를 사용하면, 좌표축(u)은 계측위치(α)와 완전 일치하기 때문에 공간분해능을 규정하고 있는α 방향의 보간연산이 불필요해진다. 그리고 이 변형된 2차원좌표 위에 각 투명데이터는 X선원(S)의 각도위치(β)에 따라서 직선형으로 늘어 놓여지므로β방향의 보간연산도 매우 단순해진다. 여기서 팬비임 X선을 사용한 X선 단층 촬영장치에서는 일반적으로 그 검출소자의 각도 간격(Pα)은 회전 방향의 샘플가격(Pβ)보다 작게 설정하는 일이 많고, 이런 경우의 변형된 2차원좌표상의 각 투명데이터는 U축에 대한 기울기가 1보다 작은 직선상에 늘어 놓여 지고, 이 경우의 평행비임투영데이터를 얻기 위해 늘어놓은 것을 변경하는 연산은 단순한 β방향의 1차원 보간연산으로 실시 가능하다.

그리고, 다소자 X선 검출기의 일정 간격으로 늘어선 검출소자의 각도간격(Pα)의 정수배의 회전각도위치마다 X선원(S)에서 X선을 방사하도록 스캐너(10)를 구성했을 경우, 즉 회전방향의 샘플간격(Pβ)을 검출소자의 각도간격(Pα)의 정수배 K(Pβ＝Kpα)에 설정했을 경우는 보간연산이 주기 K의 단순 반복연산에 의해서 실시 가능하기 때문에 이 늘어놓은 것을 변경하는 연산은 더욱 단순해진다. 예를 들면, 검출소자의 각도간격(Pα)과 회전방향의 샘플간격(Pβ)이 같을 경우(K＝1)에는, θ좌표축의 격자간격(Pθ) Pβ와 일치시키면 변형된 2차원좌표상의 각 투영데이트는 U축에 대한 기울기가 1의 직선상에 늘어 놓여지고, 각 검출소자의 계측위치의 2차원좌표상의 격자점은 모든 데이터에 대해서 일치하게 되고 보간연산이 완전히 불필요해진다.

이하 본원 발명의 실시예를 첨부 도면에 따라 상세하게 설명한다.

제2도는 본원 발명에 의한 X선 단층촬영장치의 실시예를 나타낸 전체구성의 블록도이다. 이 X선 단층촬영장치는 계측을 하는 스캐너(10) 계측에 의해서 얻어진 투영데이터에서 단층상을 재구성하는 상재구성연산수단(11) 과 단층상을 표시하는 표시수단(12)의 3개의 부분으로 구성되어 있다. 제4도에 스캐너(10)의 구성도를 나타낸다. 스캐너(10)에서는 피검사체영역(13)을 덮는 팬비임 X선(14)을 방사하는 X선관(15)과 그것에 대향해서 놓여진 다소자 X선검출기(16)가 구동장치(17)에 의해서 회전하는 원반(18)에 장착되어 있고, 이들이 일체로 되어 피검사체(19)의 주위에 회전운동을 한다. 이 회전운동중에 펄스 X선을 일정 각도마다 폭사하고, 피검사체(19)를 투과후의 X선의 강도를 검출소자가 일정간격으로 늘어선 다소자 X선검출기(16)로 전기신호로서 검출한다. 이 다소자 X선 검출기(16)로부터의 전기신호는 일단 적분획로(20)로서 X선 펄스시간의 적산을 한 다음 애널로그멀티프렉서(21)를 통해서 애널로그디지탈변환기(22)에 의해서 디지탈값으로 변환된다. 이와 같이 해서 스캐너(10)의 회전운동중에 360도 전체 주위에 걸쳐서 투영데이터의 수집을 하고, 얻어진 투영데이터는 다음의 상재구성연산수단(11)에 입력된다.

제5도에 상재구성연산수단(11)의 구성도를 나타낸다. 상재구성연산수단(11)에 입력된 투영데이터는 대수변환기(23)로 제(1)식에 나타낸 바와 같은 계측된 팬비임 X선의 1(x, y)에 따르는 피검사체(19)의 X선 흡수계수분포 f(x, y)의 적분치 H(α, β)로 변환된다. 이 대수(對數) 변환기(23)는 제6도에 나타낸 바와같이, 단순한 랜덤아크세스메모리(24)로 구성할 수가 있으며, 이 랜덤아크세스메모리(24) 속에 미리 대수표 10g(X)를 저장해 두고, 램덤아크세스메모리(24)의 어드레스라인에 계측치(X)를 입력하므로서 대수변환치를 얻는다. 이와 같이 대수변환된 투영데이터 H(α, β)는 일단 α와β로 지정되는 제5도에 나타낸 2차원 랜덤아크세스메모리(25)에 저장해 둔다. 감산기(26)는 콘트로울러(27)에 의해서 지정되는 U와 θ에서 제(18)식 및 제(19)식의 관계를 이용해서,

α＝u (32)

β＝θ-u (33)

의 연산을 행하고, α와 β를 산출한다. 이 α와β를 2차원 랜덤아크세스메모리(25)의 어드레스라인에 입력하므로서 팬비임투영데이터 H(α, β)에서 평행비임투영데이터 P(U,θ)가 얻어진다. 여기서 상기 2차원 랜덤아크세스메모리(25)와 감산기(26)가 변형된 2차원 좌표상에서 늘어 놓은 것의 변경 연산을 해서 불균일 평행비임 투영 데이터를 발생시키는 수단(49)이 되는 것이다. 다음에 1차원메모리(28)에는 제(22)식에 나타낸 J의 값을 저장해 두고, 콘트로울러(27)에 의해서 지정되는 U를 이 1차원 메모리(28)의 어드레스라인에 입력하므로서 J 즉 cos(U)를 얻는다. 곱셈기(29)는 이 J와 P(u, θ)의 곱셈을 하고 이 결과는 다음의 프우리에 변환기(30)에 입력된다. 여기서, 상기 1차원메모리(28)와 곱셈기(29)가 상기 평행비임투영데이터 P(u, θ)의 회전중심(0으로부터의 불균일성을 보정하는 수단중 CT값의 보정수던(50)으로 되는 것이다. 다음에, 프우리에 변환기(30)는 U축을 공간주파수(ω)로 변환하여 프우리에 변환결과 Q(ω, θ)를 얻는다. 1차원메모리(31)에는 역투영에 의한 흐려짐을 수정하기 위한 필터관수W(U)의 프우리에 변환 결과 Ψ(ω)를 저장해 두고, 곱셈기(32)는 이 Q(ω, θ)와 Ψ(ω)의 곱셈을 하고, 역프우리에 변환기(33)에 입력해서 필터결과 G(u, θ)를 산출한다. 이 필터결과 G(u, θ)는 일단 다음의 역투영연산부(34)의 1차원 랜덤아크세스메모리(35)에 저장한다. 여기서, 상기 프우리에 변환기(30)와 1차원메모리(31)와 곱셈기(32)와 역프우리에 변환기(33)이 필터처리를 하는 수단(51)으로 되는 것이다. 역투영연산부(34)에서는 이 필터결과 G(u, θ)에서 단층상을 산출한다. 그리고, 이 단층상은 2차원 메모리(36) 위에 재구성된다. 이 2차원메모리(36)는 각각의 θ마다 구해진 필터결과 G(u, θ)를 X선방향과 Y방향으로 래스터스캔적으로 모든 좌표에 대해서 제(29)식에 나타낸 누적가산을 실행하고, 다음의 θ에 대해서도 같은 처리를 반복해서 모든 θ즉, 360도의 각도범위에 대해서 누적가산연산이 끝나면 단층상이 산출된다.

여기서, 하나의 0에 대한 역투영연산에 대해서 나타내면, 제7도와 같이 된다. 제7도에서 2차원메모리(36)의 좌측 위의 좌표점을 누적가산연산의 개시점으로 하면, 이 좌표위치(x0, y0)를 통과하는 평행비임의 위치 t0(5)는 제(16)식을 사용해서,

t0(θ)＝X0 sinθ-Y0 cosθ (34)

그리고 2차원메모리(36)의 래스터스캔에 따르는 X방향과 Y방향의 t축상의 이동소(素)ε(θ), η(θ)는 2차원메모리(36)의 X방향과 Y방향의 좌표간격을

x,

y로 하면,

ε(θ)=

X sinθ (35)

η(θ)=-

Y cosθ (36)

이다. 따라서 2차원메모리(369의 래스터스캔에 따르는 X방향의 이동에 대해서는 평행비임의 위치(t)를 이ε만큼 증가하면 구할 수가 있고 Y방향의 이동에 대해서는 η만큼 증가하므로서 구해지고, 2차원메모리상의 모든 좌표위치를 통과하는 평행비임의 위치(t)는 래스터스캔에 있어서는 단순한 가산계산으로 구할 수가 있다. 이 t에서 U에의 변환은 제(23) 식을 사용해서 sin(t/D)의 수표(數表)를 참조하므로서 간단하게 구해진다.

제5도의 1차원메모리(37)에는 t0, 1차원메모리(38)에는 ε, 1차원메모리(39)에는 η를 저장해 둔다. 2차원메모리(36)의 어드레스라인은 X방향의 카운터(40)와 Y방향의 카운터(41)에 접속되어, 하나의 래스터의 처리가 끝나면 X방향의 카운터(40)가 오우버플로우 하고, Y방향의 카운터(41)가 ＋1 된다. 모든 래스터의 처리가 끝나면 Y방향의 카운터(41)가 오우버플로우해서, θ의 카운터(42)가 ＋1되고 다음의 θ를 지정한다. 이 θ의 카운터(42)의 출력은 3개의 1차원메모리(37), (38), (39)에 접속되고, 각각 t0, ε, η을 판독한다. 이들 3개의 1차원메모리(37), (38), (39)의 출력은 멀티플렉서(43)을 통해서 가산기(44)에 접속되고, 0클리어된 레지스터(45)에 t0를 가하므로서 이 레지스터(45)에 초기치를 설정하고, 상기 가산기(44)와 레지스터(45)는 래스터스캔에 있어서 순차적으로 X방향의 이동에 대해서는 ε의 가산을 Y방향의 이동에 대해서는 η의 가산을 행하고, 좌표점(x, y)에 대응하는 평행비임의 위치(t)를 산출한다. 1 차원메모리(46)에는 sin(t/D)의 수표를 저장해두고, 이 1차원메모리(46)의 어드레스라인에 레지스터(45)의 출력을 입력하므로서 위치(t)는 즉시 U로 변환된다. 여기서, 상기1차원메모리(46)는 상기 평행비임투영데이터 P(u, θ)의 회원중심(0)으로부터의 불균일성을 보정하는 수단중 주변부의 확대효과의 보정수단이 되는 것이다. 다음에 상기U는 1차원 랜덤아크세스메모리(35)의 어드레스라인에 입력되고 필터결과 G(u, θ)를 판독하고, x방향의 카운터(40)와 y방향의 카운터(41)에 의해서 판독된 2차원메모리(36)의 값으로 가산기(47)와 레지스터(48)에 의해서 가해지고, 재차2차원메모리(36)에 저장된다.

2차원메모리(36)의 모든 좌표점에 대해서 이상과 같이 해서 누적가산연산을 행하고 하나의 θ에 대한 역투영연산을 끝내면, 다음의 θ에 대한 필터결과 G(u, θ)를 산출하고, 같은 처리를 반복한다. 이와 같이 해서 모든 θ즉, 360도의 각도범위에 대해서 누적가산 연산이 끝나면 단층상이 산출된다.

이와 같이 해서 구해진 단층상은 다음 표시수단(12) (제2도 참조)에 표시된다. 즉, 상기2차원메모리(36) 위에 재구성된 단층상은 래스터스캔적으로 순차적으로 디지탈치로서 판독되어, 디지탈 애널로그변환기에 의해서 비데오신호로 변환되고, 이 비데오신호가 입력하여 CT값에 대응한 농담(濃淡)화상으로서 표시된다.

그리고, 상기 실시예는 X선관(15)와 다소자 X선검출기(16)이 일치로 되어서 회전하는 장치에 대해서 설명하였으나 본원 발명은 이것에 한정되지 않고 불균일 좌표의 관수를 변경하므로서 다소자 X선검출기(16)는 원주상에 배열 고정하고 X선관(15)만을 회전운동시켜서 계측하는 장치에도 마찬가지로 적용된다.

본원 발명은이상과 같이 구성되었으므로 처리의 과정에서 설정된 실제 길이와는 불균일한 좌표축(u)의 영향이 완전히 보정되어 찌그러지지 않는 바른 단층상이 된다. 그리고, 본원 발명에 따르면, 종래의 어레인지법에서 필요했던 2차원의 보간연산이 없이, 재구성된 단층상의 공간 분해능 열화의 원인이 되는 α방향의 보간연산이 다이렉트법과 같은 각기 투영에 대해서 1회 뿐으로 되고, 공간분해능의 열화도 작고 또한 잡음의 입상성(粒狀性)도 개선된다. 더우기 다이렉트법의 문제점인 계산량에 대해서도 많은 계산시간을 필요로 하는 제(5)시과 제(6)식을 생략할 수가 있고, 상재구성연산의 대폭적인 고속화가 가능해진다. 그리고, 필터처리와 역투영연산이 평행비임을 사용한 X선 단층촬영장치와 매우 유사성이 높기 때문에 다른 X선 단층촬영장치와의 공용성이 높고, 또한 역투영연산이 단순하기 때문에 하아드웨어 구성이 용이하다는 장점이 있다.

Claims

피검사체영역을 덮는 팬비임 X선을 방사하는 X선원을 피검사체의 주위에 회전운동을 하고, 이 회전운동중에 X선을 방사하고, 상기 피검사체를 투과한 팬형상으로 넓혀진 X선을 다소자(多素子) X선 검출기로 계측하므로서 복수개의 투영데이터의 수집을 하는 스캐너와, 이 투영데이터에서 계측단면에 있어서의 피검사체의 X선의 흡수계수에 관한 분포화상(畵像)을 계산에 의해서 재구성하는 상재구성(像再構成) 연산수단과, 상기 분포화상을 표시하는 표시수단을 가진 X선 단층촬영장치에 있어서, 상기 상재구성 연산 수단은, 상기계측된 투영데이터에서 불균일 평행 비임 투영데이터를 발생시키는 수단과, 이 불균일 평행비임 투영데이터에필터처리를 하는 수단과, 이 필터 보정된 투영데이터를 사용해서 상기 불균일 형팽 비임 투영데이터의 불균일성을 보정함과 동시에 분포화상을 역투영하는 수단을 형성한 것을 특징으로 하는 X선 단층촬영장치.
상기 불균일 평행비임 투영데이터를 발생시키는 수단은, 다소자 X선 검출기로 계측된 투영데이터의 X선 비임각도를 제1의 좌표축으로 하고, 팬비임내의 스캐너회전중심에서 X선 비임까지의 거리를 회전중심에서 X선원(源)까지의 거리로 나눈 값의 역정현(逆正弦)에 비레하는 불균일한 좌표축을 제2의 좌표축으로 하는 2차원 좌표를 설정하고, 이 2차원 좌표상에서 늘어 놓은 것을 변경하는 연산을 하는 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 1기재의 X선 단층촬영장치.
상기 스캐너는 다소자 X선 검출기의 일정간격으로 늘어선 검출소자의 각도 간격의 정수배의 회전각도위치마다 X선원에서 X선을 방사하는 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 1 또는 2기재의 X선 단층촬영장치.