WO1985004565A1

WO1985004565A1 - Computerized tomography unit

Info

Publication number: WO1985004565A1
Application number: PCT/JP1985/000188
Authority: WO
Inventors: Jiro Namikawa
Original assignee: Yokogawa Medical Systems, Ltd.
Priority date: 1984-04-14
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1985-10-24
Also published as: EP0211956A4; JPS60220049A; EP0211956A1

Description

明細書計算機卜モグラフィ装置

[技術分野]

本発明は、主として電子医療機器の分野で使用される計算機卜モグラフィ装置に関する。特に、複数エネルギーのファンビーム放射線によりビューデーターの収集を行い、被検体の断面部分に関する放射線吸収係数の分布画像を再構成する計算機トモグラフィ装置の改良に関する。

C背景技術 3

X線の吸収係数は、その物質を構成する元素の種類とその密度に依存する。このうち、元素の度に対する依存性は異なる光子エネルギに対して変化しない。しかし、元素の種類による依存性は光子エネルギにより大きく変化する。このため、異なる光子エネルギによる X線吸収係数の分布画像を比較することにより、通常の白色 X線による吸収係数の分布画像では得られないような、元素や分子のに関する情報を得ることが可能となる。

このような測定を行うためには、 ίέ¾の計算機トモグラフィ装置では、特開昭 57- 99947号に記載されているように、 X線管に印加する電圧を変化させ、それぞれの印加電圧の下で別々に X線ビームを走査して、これにより異なる光子エネルギによる吸収係数の分布画像を得ていた。異なるエネルギの別々の X線ビームを得るのに、 X線管の印加電圧を変えるかわりに、 X線透過特性が異なる 2つのフィルタを交互に切換えて使用する例については、特開昭 55-120855号に記載されている。

しかし、これらの装置においては、複数回の X線ビーム走査を行うために時圜がかかり、被検体の動きや被検体内の組織の動きが生じてしまう。このために、得られた複数の分布画像には、光子エネルギの差異以外の要素が含まれる欠点があった。

複数の光子エネルギの X線によるビューデータの測定を、 1回の X線ビームの走査で行う装置については、特開昭 58-41531号および特開昭 57-145645号に記載されている。これらの装置においては、それぞれ、 X線管の印加電圧およびフィルタを高速に切換えて、ビュ一ごとに) エネルギを変えながらデータをとるようになっている。しかし、これらの装置においては、それぞれ、 X線管の印加電圧とフィルタの髙速な切換を制御するために、特別な制御^!を必要とする。匪の開示〗

本発明の目的は、複数の光子エネルギの放射線によるビューデータの測定を 1回の線ビームの走査で行うための手段が、構造が簡単で特別な制御機構を必要としない計算機トモグラフィ装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、データ処理時間が短い計算機卜モグラフィ装置を提供することにある。

本発明は、多チャネル放射線検出器の中心を境にして、一方の側と他方の側とで光子エネルギ特性を互いに異ならせ、ファンビーム放射線で被検体の囲りを回^^し、被検体の同一部分を互いに »向に Siiする] 糠による—対の測定値を利用するようにしたちのである。園の簡単な説明:！

第 1図は本発明第 1実施例計算機トモグラフィ装置の構成を示す図。

第 2図は光子エネルギに対する各元素の質量吸収係数を示す図。

第 3図および第 4図は実施例計算機トモグラフィ装置によるデータの収集を示す図。第 5図は本発明第 2実施别計算機卜モグラフィ装置の要部説明図。

第 6図および第 7図はフィルタの材料による光子エネルギに対する質量吸 IR係数を示す図。

第 β図は本発明第 3実施例計算機卜モグラフィ装置の要部説明図。

第 9図は本発明第 4実施例計算機トモグラフィ裝置の要部説図。

[発明を実施するための最良の形態〗

第 1図は本発明第 1実施倒の計算機卜モグラフィ装置の構成を示す図である。 X線発生源 2は X線発生源制御装置 6に接続される。 X線検出器群 4はデータ収集装置 9に接続される。ガン卜リ 1とテーブル 5とはガン卜リ ·テーブル制御装置 7に接続される。 X線発生源制御装置 6とガン卜リ♦テーブル制御装置 7とはスキャン制御装置 8に接続される。スキャン制御装置 8とデータ収集装置 9とはデータ処理装置 0に接続される。さらにデータ処理装置 10には、大容量記憶装置 1 1と画像表示装置 1 2と写真撮影制御装置 1 3とが接続される。

ガン卜リ 1には X線発生源 2と X線検出器群 4とフィルタ 1 4とが備えられ、テ一プル 5に載置された被検体 3が挿入される。さらにガン卜リ 1には、 X線発生源 2と X線検出器群 4とフィルタ 1 4とを一体として被検体 3の周りに回転させる機構手段が含まれている。

X線発生源 2は X線管ゃコリメータを含み、被検体 3の断面部分に向けてファンビー厶状の X線を発生する。

X線検出器群 4は、多数の X線検出器を備え、 X線源 2の発生したファンビーム状の X線を被検体 3の裏側の位置で検出する。

テープル 5は被検体 3を載置し、ガン卜リ 1内に被検体 3を導入する。

X線発生源制御装置 6は高電圧発生器を含み、 X線発生源 2による X線の発生を制御する。

ガントリ♦テーブル制御装置 7はガン卜リ 1およびテ—ブル 5を制御し、被検体 3 の位置や X線の照射方向等を制御する。

スキャン制御装置 8は、操作者との対話や各装置の状況監視、さらには各装置の制御を行う。

データ収集装置 9は、 X線検出器群 4により検出された X線検出信号を電気信号のデータに変換し、ガン卜リ 1の回転にともない多数の角度方向について多数のビューデータを収集する。

データ処理装置 1 0は、このビューデータをアナログ♦ディジタル変換し、髙速フ一リェ変換等の演算処理を行い、 X線吸収係数の分布画像データとして再構成する。データ処理装置 1 0の演算については、あとで詳しく説明する。

大容量記憶装置 1 1は分布画像データを格納する。画像表示装置 1 2は分布画像データによる再構成画像を表示する。

写真 ¾制御装置 1 3は、必要な場合に、 P成画像の写真撮影を行うための装置である。

フィルタ 1 4は、本実施例の特あり、線源 2と被検体 3との間の片側半分の部分に挿入される。フィルタ 1 4は、光子エネルギの低い X線が光子エネルギの髙ぃ X線に比べて物質に吸収されやすいことを利用して、 X線の吸収によるスぺク卜ルの変化をもたらし、 X線検出器群 4に到達する光子エネルギの変化をもたらす。これについては後で詳しく説明する。

第 2図にアンチモン Sbと、モリプデン Hoと、タングステンおと、鉄 Feとの光子エネルギに対する質量吸叹係数を示す。

第 3図および第 4図は、第 1実施例計算機卜モグラフィ裝置によるデータの収集を示す図であり、被検体 3の ABの園に関するデータの収集を示している。

計算機卜モグラフィ装置では、ガン卜リ 1 (すなわち、 X線発生源 2および X線検出器群 4、さらに本^！例の場合にはフィルタ 1 4 )が被検体 3の周りを 1回転し、この藺に周じデータを 2回収集している。すなわち、被検体 3の Aと Bとの間の X線吸収率を、第 3図で示した位置と第 4図で示した位置とで瞧している。この場合には、第 3図のチャネル iの位置と第 4図の X鎳発生源 2の位匱とは一致し、第 4図のチャネル jの位置と第 3図の X線発生源 2の位置とは一致し、さらに、チャネル iとチャネル」とは、 X線検出器群 4の中心に対して対称な位置になる。

第 3図では、 X線発生源 2が発生した照射角 0の X線ビームが、フィルタ 1 4と被検体 3の ABを通過し、 X線検出器群 4のチャネル iに λ¾する。ここで、 X線の照射角とは、 X線発生源 2の中心 Sとガン卜リ 1の回転の中心 0とを結ぶ線に対する角度を表す。これに対して第 4囪では、ガン卜リ 1の回転角が 1 80°— 20の位置にあり、 X線敬源 2が敬した照射角一 0の X線ビームは、フィルタ 1 4を翻せずに直接に被検体 3の Β Αを通過し、 X線検出器群 4のチャネル jに入射する。

このようにして、 X線検出器群 4の片側半分はフィルタ 1 4を通過した X線による透過 X線を検出し、もう一方の片側半分はフィルタ Ί 4を通過しない) (線による透通 X線を検出する。これにより、 1回のにより光子エネルギの異なる 2組のデータを収集することがでさる。

次にフィルタ 14による光子エネルギの変換について説明する。

被検体による X線の減衰率、すなわち、被検体を挿入した場合の検出信号強度 Iと挿入しない場合の検出信号強度 10との比は、次の式で表される。

I F(E) *D_vi(E) · Κ(Ε) dE

I₀ F(E) *K(E) dE -d)

ここで、 Eは光子エネルギを、 F(E) は多色 X線発生源のエネルギ強度の分布関数を、 D_V:(E) は被検体の X線透過特性を、 K(E) は X線検出器の検出特性をそれぞれ示す _c し、

F(E) ·Κ(Ε) = (Ε) ·'·(2)

とおくと (υ式は、

I 一 D_vi(E) » (E) dE

I₀ SP(i) dE -(3)

と変形される。これは、 X線透過特性 D_vi(E)の/ HE) による重み付け平均である。本発明の計算機トモグラフィ装置は、 F(E) または K(E)の値をフィルタあるいは X線検出器の構造によりファンビームの右半分と左半分で変化させ、かつ、第 3図と第 4図に示されるようなデータ採集の対称性を利用して、異なる /3(E)の値による測定を 1度に行うように構成されている。 X線の通路にフィルタを挿入した場合の) (E ) が Ρ ' (Ε) に変化した場合には、 X線の減衰率は、

I D_vi(E) - p - (E) dE

I。 /^ (E) dE *··(4)

^¾表される。（4)式は (3)式の £>(Ε)を Ρ （Ε)に置さ換えた式にすぎない c

ここで、 1つのデータ処理

I 一 D_vi(E) · (Ε) dE-/D_vi(E) - p ' (E) dE

I₀ fP(i) dE-/x>'(E) dE -(5)

を行い、

Χ)'(Ε) -ρ(ί) = _N (E) -(6)

とおくと、 β

I / D_vf (E) - ^ (E) dE _

I ₀ / /5_N (E) dE "-(7)

となり、 (3)式および (4)式と同形の式になって、やはり X镍の藏率を表わす。したがって、異なる光子エネルギ分布での 2つのデータを算し、滅算後のデータを演算処理して分布画像データを得ることが可能であり、これは (7)式が示すように、原理に忠実な演算方法である。

このように、本鎌例計算機トモグラフィ装置では、フィルタを腿した X線によるデータと、フィルタを通過しない X線によるデータとを演算処理することにより、エネルギ分布の狭い X線に対する減衰係数の分布画像を得ることができる。また、フィルタを通過した X線によるデータと、フィルタを通過しない) (線によるデータとを、別個に演算処理して 2つの分布画像データを作ることもできる。この 2 つの分布画像データは、減算を行ってから画像表示してもよく、別個に画像^して t>よい。

このような鶴処理のいずれを行うにしても、それぞれの光子エネルギでの測定デ -タは、 1スキンで得られる全測定データの半分であるから、演算処理に要する時間が短縮される。

さらに、

N (E) =α δ ( Ε- Ε₀ )

のとき（ただし、 δ ( Ε- Ε₀ ) はディラックのデルタ関数、ひは定数〉には、

Ι Ζ Ι。 ' D_vi (E_Q )

となり、単色 X線に近い X線分布によるデータの収集が可能である。単色 X線によるデータの収集については、後で述べる。

第 5図は本発明第 2錢例計算機トモグラフィ装置の要部説明図である。

フィルタ 1 4とフィルタ 1 5とは、 X線発生源 2の中心 Sとガントリの回転の中心 0とを结ぷ線に対して対称に配置されている。これらのフィルタの材質は、原子番号が少しだけ異なる物質が用いられる。このために、それぞれの物質の特性吸収端付近の好エネルギに対しては吸収係致が大きく異なるが、それ以外の好エネルギに対してはほとんど周じ吸収係数となる。したがって、フィルタ 1 4を透過した X線による分布画像データと、フィルタ 1 5を透過した X線による分布画像データとの減算により、単色 X線に近い X線分布によるデータの収集が可能となる。さらに、フィルタ 4とフィルタ 1 5とを差し換え可能にすることにより、複数の単色 X線によるデータの収集が可能である。

第 6図と第 7図とは、フィルタの材料による、光子エネルギに対する質量吸収係数を示す図である。

第 6図は、フィルタの材料としてタンタルとタングステンとを用いた例を示す。これにより、 68keVの単色 X線による吸収係数分布画像を、演算処理により得ることが可 fe eある。

第 7図は、フィルタの材料として白金と金を用いた例を示す。これにより、 80keV の単色 X線による吸収係数分布画像を、演算処理により得ることが可能である。単色 X線によるビーム走査は、ビームハードニングを生じない利点がある。また、互いに近接したエネルギの 2つの単色 X線によるデータを収集して 2つのデータの減算を行うことにより、これらの X線のエネルギ近傍に光子エネルギの吸収端を有するような、特定元素の分布を知ることができる利点がある。たとえば、第 6図の組合わせのフィルタと第 7図の組合わせのフィルタを用いると、 68keV と 80keVの間に特性吸収镩を有する元素の分布画像を得ことができる。

第 8図は、本発明第 3実施例計算機卜モグラフィ装置の要部説明図である。この例では、 X線検出器群 4をフィルタ 1 6で覆っている。この効果は第 1実施例と周等であるが、フィルタの位置の精度を髙くすることができ、また、 X線発生源の幾何学的な大きさを考慮する必要がない利点がある。

第 9図は、本発明第 4実施例計算機トモグラフィ装置の要部説明図である。この例では、 X線検出器群 4を互いに異なる物質製のフィルタ 1 6とフィルタ 1 7で覆っている。この効果は第 2実施例と周等であるが、第 8図に示した例と同じ利点がある。第 8図と第 9図に示した例では、フィルタが X線検出器群 4に接触しているが、これらは、必ずしも接触する必要はなく、被検体 3と X線検出器群 4との間に挿入されていれば充分である。

第 1実施例ないし第 4実施例のフィルタは差し換え可能であることが望ましい。これにより、フィルタの材質や厚さを適宜選択するが可能である。

また、第 2実施例または第 4実施例では、スキャンのたびにフィルタ材料の組合せを変更することにより、同一の装置で連続して複数の単色 X線によるデータを収集することち可能である。

また、第 2実施例または第 4実施例では、フィルタを周一の物質により形成し、両者の厚さがそれぞれ異なるようにすることも可能である。これにより、第 1実施例または第 3実施例と周等の効果の他に、分布画像の強調の度合を変化させることが可能となる。

さらに、 X線検出器として気体を検出媒体とする検出器を用いる場合には、 X籙検出器群 4の中心を境にして両側の気体の励を変えても、第 1 倒と同様の効果が得られる。これは、気体のの高い X線検出器は高いエネルギの X線も低いェネルギの X線も充分に吸収するが、気体の圧力の低い X線検出器では、高いエネルギの X 線が透過し、低いエネルギの X線のみの検出が可能になるからである。

また、 X線検出器群 4の中心を境にして両側の気体の種類を変えてあ、同等の効果が得られる。これは、原子番号の小さい気体では髙ぃエネルギの X線が透過するからさらに、 X線検出器群 4の中心を境にして両側の検出器群の検出電極の長さを変えても、第 1実施例と同等の効果が得られる。これは、検出電極を短くすることにより、検出器の奥まで到達するエネルギの高い X線に対する感度が無くなるからである。

[鐘上の利用可能性]

!¾±のように、本発明によれば、データ処理時圊が短かく、かつ、複数エネルギの線によるビューデータの測定を 1回の放射線ビームの走査で行うための手段が、構造が簡単で特別な制御腿を必要としない計算機トモグラフィ装置が得られる。このような計算機トモグラフィ装置は、医用画像診断の分野を始め、医用以外の特定元素の分布画像を必要とする分野において、きわめて有用である。

Claims

請求の範囲

(1) 被検体の断面部分に向けてビーム状の放射線を発生する放射線発生源と、このビーム状の放射線を上記被検体の裏側の多数の位置で検出する多数の放射線検出器と、

上記放射線発生源と上記放射線検出器とを上記被検体の周りに回転させる機構手段と、

上記被検体の断面部分に関してそれぞれ上記多数の放射線検出器の出力から上記機構手段の回転に伴い多数の角度方向について得られる多数のビューデータより上記断面部分に関する放射線吸収係数の分布画像を再構成する演算手段と

を備えた計算機卜モグラフィ装置において、

上記ビーム状の放射線の通路にそのビーム状の放射線の少なくとも半分の部分に放射線エネルギにより放射線吸収率の異なる物体 (14)が配置された

ことを特徴とする計算機卜モグラフィ裝置。

(2) 放射線吸収率の異なる物体 (14)は放射線検出器の近傍に配置された特許請求の範囲第。）項に記載の計算機トモグラフィ装置。

(3) 放射線吸収率の異なる物体 (14)は放射線発生源の近傍に配置された特許請求の範囲第 (1)項に記載の計算機トモグラフィ装置。

(4) 放射線吸収率の異なる物体 (14)は、周一の物質により形成され、 2つの部分について放射線の通路の部分の厚さがそれぞれ異なる物体である特許請求の範囲第 (1) 項に記載の計算機卜モグラフィ裝蠹。

(5) 放射線吸収率の異なる物体 (14)は、ビーム状放射線の半分の部分についてそれぞれ異なる²つの物質が配置された物体である特許請求の範囲第 (1 ) 項に記載の計算機卜モグラフィ装置。

(6) 多数の脑線検出器 (4) は気体を検出媒体とする検出器であり、放射線吸収率の異なる物体は放射線検出器の気体である特許請求の範囲第 (1 )項に記載の計算機卜モグラフィ装置。

(7) 気体は、ビーム状の脑線の半分の部分でそれぞれ圧力の異なる特許請求の範 '囲第 (6)項に記載の計算機トモグラフィ装置。

(8) 気体は、ビーム状の放射線の半分の部分でそれぞれ種類の異なる特許請求の範囲第 (6) 項に記載の計算機卜モグラフィ装置。

(9) 放吸収率の異なる物体 (14)は、放射線検出器の検出電植である特許請求の範囲第 (1) 項に記載の計算機トモグラフィ装置。

(10) 放射線吸収率の異なる物体 (14)の種類および厚さが変更できるように設定された特許請求の ®囲第 (1) 項に記載の計算機トモグラフィ装置。

(11) 演算手段 (10)は、

多数のビューデータのビーム状の放射線の半分の部分に相当するデータと、ビーム状の放射線の残りの半分の部分に相当するデータとを被検体の同一部分に関して減算する手段と、

この減算する手段による減算結果に関して放射線吸収係数の分布画像を再構成する手段と

を含む

特許請求の範囲第 (1)項に記載の計算機トモグラフィ装置。

(12) 演算手段 (10)は、

多数のビューデータのビーム状の放射線の半分の部分に相当するデータと、ビーム状の放射線の残りの半分の部分に相当するデータとについてそれぞれ断面部分に関する放射線吸収係数の分布画像を別個に再構成する手段を含む特許請求の箱囲第 (1) 項に記載の計算機卜モグラフィ装置。