JPH03103238A - Ｘ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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はＸ線断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と称す
る。）の技術分野に属する。

（従来の技術と解決しようとする課題）従来、Ｘ線ＣＴ
装置は、被検体たとえば患者の所望スライス面につきＸ
線断層像（以下、断層像と称する。）を得る場合、患者
の位置を固定したまま、前記スライス面を有する垂直面
内においてＸ線管を患者の周囲で回転させつつＸ線管よ
りＸ線を曝射することにより、前記スライス面上のあら
ゆる方向からの全プロジエクションデー夕を収集し、こ
の全プロジエクションデー夕を基に画像再構成を行ない
、表示装置に所望スライス面の断層像を表示するように
構或されていた。

そうすると、前記Ｘ線ＣＴ装置により患者の複数の異な
るスライス面につき複数の断層像を得ようとする場合、
第１のスライス面につきＸ線管を１８０°あるいは３６
００回転させて第１のスライス面についての全プロジエ
クションデータを収集した後、Ｘ線管の作動を停止し、
第２のスライス面を有する垂直面内にＸ線管が位置する
ように、時間を費して患者を水平移動し、次いで第２の
スライス面につきＸ線管の回転及びＸ線曝射を行なわね
ばならない。

したがって、従来のＸ線ＣＴ装置には、異なるスライス
面につき複数の断層像を得る場合、患者の拘束時間が長
期にわたり、それ故にＸ線ＣＴ装置の稼動効率が悪くな
るとの問題点がある。更に、従来のＸ線ＣＴ装置には、
造影剤を注入した患者の異なるスライス面につき複数の
断層像を得る場合、最初のスライス面につきプロジエク
ションデー夕を収集する時と最後のスライス面につきプ
ロジエクションデー夕を収集する時とで患者の生理状態
が変化してしまうので、同一生理状態下での複数の断層
像を得ることができないとの問題点もある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、データ
収集時の被検体送りに要する時間を短縮して被検体を束
縛する時間を減少させると共に、複数スライス面の収集
時間の短縮化を図ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供す
ることを目的とするものである。

［発明の構或］ （課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために、被検体の周囲を回
転移動しながらＸ線を曝射するＸ線源と、被検体を透過
したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源の回転移
動中に被検体を体軸方向に連続的に移動させる被検体移
動手段と、前記検出器から得られたデータを収集するデ
ータ収集手段とを有し、被検体に対して螺旋状の走査を
行なうことのできるＸ線断層撮影装置であって、この螺
旋状の走査により得られたデータを取り込み、取り込ん
だデータのうち任意の位置の連続するデータを用いて画
像再構或する画像再構成手段を有することを特徴とする
ものである。

（作　用） Ｘ線源の回転移動と被検体の連続移動とにより螺旋状デ
ータを得ることができ、この螺旋状データから任意の位
置の断層像を得ることができる。

（実施例） 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すＸ線ＣＴ装置のシステ
ムブロック図である。ｌは架台であり、寝台天板２上に
載置された被検体Ｍを挿入する挿入孔６を備えていると
共に、挿入された被検体Ｍを挾んでＸ線源としてのＸ線
管３とＸ線検出器４とが対向配置されている。ここで、
Ｘ線管３は高圧発生装置７によってＸ線発生の制御が行
われると共に、Ｘ線管駆動制御装置５によって挿入孔６
の周囲を回転移動するように構成されており、また、Ｘ
線検出器４は斜めに配置された円筒状の保持部材の円周
面に沿って単体検出器が複数個アレイ状に配列されて構
威されており、Ｘ線管３からの被検体透過Ｘ線を常に検
出器４の一部で受けるようになっている。また、寝台天
板２は寝台駆動制御装置８によって被検体Ｍの体軸方向
に沿って寝台天板２を連続的に移動できるようになって
いる（被検体移動手段と称することもある）。９はＸ線
検出器４によって得られたデータを収集するデータ収集
装置であり、１０はデータ収集装置内のデータを適正な
再構威データとするための補正演算装置であり、１１は
補正演算装置１０から送られてくるデータを基にして画
像再構成を行う画像再構成装置であり、１２は画像再構
成装置１１からの画像データに基づく表示を行う表示装
置である。１３は前述の各装置の制御を行うシステム制
御装置である。

次に動作を説明する。

なお、上記装置において、Ｘ線管３からはファンビーム
状Ｘ線（以下単にファンビームともいう）が発生される
ものとし、Ｘ線検出器４はこのファンビームを一単位と
して検出するようになっており、更にこのファンビーム
は３６０°回転に止まることなく、この実施例では１０
回転連続若しくは無限回連続回転可能となっているもの
とする。

このような連続回転は公知のスリップリングを用いたり
、あるいは、ＵＳＰ第４１５８１４２号に開示されてい
るような電子ビームスキャンを採用することによって実
現可能である。そして、このようなファンビームが連続
回転してデータを収集している間中寝台駆動制御装置８
により被検体Ｍは連続的に移動するようになっている。

この移動量は例えばファンビームｌ回転につきＰｍｍの
進みが行われるものとする。このように構成すれば、例
えば静止した被検体Ｍに対してファンビームが回転しつ
つ体軸方向に並進運動をしたのと等価となり、ファンビ
ームが被検体Ｍの回りを螺旋状に運動してデータを収集
する（螺旋状スキャン）ことになる。すなわち、Ｘ線源
と被検体との移動の組合せにより螺旋状スキャンを行な
う。このようにして得られたデータを螺旋状データと定
義することができる。従ってこの実施例のようにＸ線検
出器４を固定した状態でＸ線管３のみを回転するＣＴ装
置（第４世代のＣＴ装置）のみならず、対向配置された
Ｘ線管とＸ線検出器を相対的に回転駆動するＣＴ装置（
第３世代のＣＴ装置）によっても前述のような螺旋状デ
ータを得ることができる。螺旋状スキャンのＸ線源及び
ファンビームの位置を体軸方向と垂直方向から観察すれ
ば第２図のような周期Ｐｍｍの正弦波形ＸＬを描くこと
にな？。

次に、以上のようにして得られたデータから画像を再構
成する方法について説明する。先ず一般的には、■スキ
ャン範囲の全体積を小要素に分けて一度に再構成する方
法、■例えば第２図のスライス点Ｓ１から３２に至るＸ
線管の１回転で得られたデータを考える場合、ファンビ
ーム位置が第２図のＸ方向の位置Ｘ１とＸ２の中央に固
定されているものと近似することにより平面毎に画像再
構或を行う公知の手法（ＵＳＰ第４１４９２４７）が考
えられる。また、上記点Ｓ１から８３に至る２回転で得
られたデータを次式（１）によって束ねて（重ね合せて
）１回転分のデータとしてしまえばスライス位置Ｘ２を
代表するスキャンデー夕として再構成することもできる
。

Ｐ＝（Ｌφ）Ｐ・・（“・φ）゛２・・（ｅ・φ）・・
・（１） ２ ここでθは第３図に示す如く、Ｘ線管３及びＸ線ファン
ビームＦＢの回動角でありＯ乃至３６００の値をとる。

Ｐ■２（θ，ψ）は被検体Ｍに対するＸ線管３の相対位
置が第２図の８１から８２に至る間に得られたプロジェ
クションデータ、Ｐ２３（θ，ψ）は同じくＸ線管相対
位置が８２から８３に至る間に得られたプロジエクショ
ンデー夕である。

そして、上記方法は３回転あるいはそれ以上で１スライ
ス分の画像を得る場合に迄演鐸できる。

束ねるデータの数が少なければ薄いスライスの断層像を
、また、多ければ厚いスライスの断層像を得ることがで
きる。このように束ねるデータの数を任意に選択するこ
とにより任意の厚さのスライスの断層像を得ることがで
きる。

更に、各回転で得られたプロジエクションデー夕を独立
に再構成し、得られた複数画像を加算平均することによ
っても上記の場合と同等の効果を得ることができる。

前述の如く、連続した複数回転分のデータを束ねて■枚
の画像を作ることはアーチファクトを減少させる点で有
用である。すなわち、一般にＸ線ＣＴ装置においては、
Ｘ線ファンビームを側面から見た厚みは、平行Ｘ線とは
ならないのでＸ線管からほぼ比例した厚みとなる。この
ようにＸ線ビームで被検体を検査するとスライス厚方向
に変化の大きな被検体であれば、プロジエクションデー
夕をとる角度θ毎に若干矛盾する部分を含むことになり
、しばしばクリッピング効果と呼ばれるアーチファクト
を生むことになる。これと類似の現象が本発明の場合に
も生じるのであるが、これを第４図を参照して説明する
。第４図においてＡはＸ線管が第２図の８１位置（すな
わちＸ＝Ｘ１）にあるときに得られるＸ線ファンビーム
のスライス厚方向の強度プロフィールである。このとき
のスライス厚をｔｍｍとする。Ｘ線管が回転するにつれ
、スライス面は被検体の体軸方向に動いてゆき、例えば
θ＝　１　８　０’においてはＸ線管位置は最初の位置
Ｘ１にはなく、そこからＰ／２だけ進んだ位置（Ｘ＝Ｘ
ｌ　＋Ｐ／２）に位置することになる。

ここでＰ＝ｔとすればθ＝１８０’におけるＸ線ファン
ビームのスライス厚方向の強度プロフィール及び位置は
第４図のＢの如くになる。ここで、Ａ及びＢの波形にお
いてハッチング部分は各々共通しない被検体を計測して
いることを意味する。

画像再構成計算は全プロジエクションデー夕が全く同一
の被検体を計測した結果であるという前提でなされるも
のであるから、Ａ及びＢの波形中のハッチング部分は画
像に何らかの歪みをもたらすものと思われる。このこと
はθ＝０°と１８００との関係だけでなく全てのθの範
囲について言えることである。特にこの実施例のような
データ収集方式では前記クリッピング効果と同様な現像
が多く発生し易いことになる。

このような問題を本発明は次のような原理を用いて解決
している。例えばｔｍｍの実効スライス幅を得たいとき
、Ｘ線ファンビームｌ回転につきｔ／２ｍｍの割合で被
検体Ｍを送って行くこととし、Ｘ線ファンビームＦＢを
コリメー夕等によってｔ／２ｍｍに絞るようにしている
。この結果第５図のような強度プロフィール及び位置が
得られる。

同図においてＡ，　ＢはそれぞれＸ線管相対位置がＸ＝
Ｘ，及びＸ　”　Ｘ　２にて得られるＸ線ファンビーム
のスライス厚方向の強度プロフィール及び位置であり、
Ｃ，　　Ｄは同様に 得られたものである。この結果、前式（１）の如くプロ
ジエクションデー夕を束ねれば、第６図のようなプロフ
ィール及び位置が得られる。即ち、θ＝０°及び１８０
°にて得られるプロジエクションデータのスライス厚方
向ではそれぞれＥ及びＦの波形が得られることになる。

ハッチング部分は前述の第４図の場合に比べて相対的に
小さなものとなる。即ち、画像の歪みが軽減されるわけ
である。

更に、前述のような螺旋状スキャンを行なう場合、次の
ような問題がある。θ＝００にてプロジエクションデー
タの収集を開始し、θ＝３６０°にほぼ近い位置θｍａ
ｗで１画像分のプロジエクションデー夕の収集を完了す
れば、Ｐ（０，ψ）とＰ（θｍａＩ，　　ψ）とでは測
定するスキャン面がズ？ているので、データの内容はか
なり異なることになる。このように隣接するデータに不
連続的な違いがあると、連続的なズレに比べてアーチフ
ァクトが発生し易いことは良く知られている。このよう
な問題を解決するために本発明では次のような処理を行
う補正演算装置１０を備えている。この補正演算装置の
原理は、１断層面（スライス面）の画像再構成に供する
データのうちの初期に得られたｌ部分若しくは終期に得
られた■部分を、その前又は後に得られた１断層面のデ
ータにおける同一の回転角にて得られたデータによって
補正するものである。

θ＝０乃至θＸで得られたプロジエクションデー夕は次
式（２）のような演算処理が施されたデータＰ’　　（
θ，ψ）によって代用される（θＸは必要な画像再構成
領域の広さ及びアーチファクトの軽減度合に応じて任意
に設定されるものである）。

Ｐ’　（θ，φ）・Ｗ（θ）・Ｐ１■（θ．φ）　＋　
（ｉＷ　（θ））・Ｐ　２３　（３６０゜＋θ１φ）　
・・・（２）ここで、Ｗ（θ）は第７図に示す如くθ＝
０°に？、０，θ＝θＸにてｌとし、その間を急峻な変
化なしに例えば直線で結ぶ関数である。

このような補正に変えて逆にθ＝θＹ乃至θｍａＩにて
得られたデータを前回の回転によって得られたデータで
修正する次式（３）の演算処理が施されたデータＰ’　
　（θ．ψ）で代用される（θＹはθＸと同様な意味合
を持つ）。

ｐ’　（θ１φ）・Ｗ（θ）・Ｐ１■（θ，φ）　＋　
（ＩＷ　（θ））・Ｐ２３（θ−３６０”，φ）　・・
・（３）ここで、Ｗ（θ）はθ＝θＹでｌ１θｍａＸで
Ｏとし、その間を急峻な変化なしに、例えば直線で結ぶ
関数である。

このような補正演算装置１０を設けることによって隣接
するデータは連続的なズレとして評価できるのでアーチ
ファクトの発生を軽減することができる。なお、上記補
正はＳ１からＳ２に至る１回転分とそれから若干延長し
たもので画像を作成する場合についてであったが、これ
を２回転あるいは３回転とそれからの若干の延長により
１画像を作成することも可能であることは言う迄もない
。

本発明は前記実施例に限定されず、種々の変形実施が可
能である。例えば上記実施例ではＯ乃至３６００に亘っ
て得たプロジエクションデー夕から１画像を作るＸ線Ｃ
Ｔについて述べたが、３６００未満のスキャンデー夕か
ら画像再構成を行なう第８図のようなＸ線ＣＴ装置にも
適用できる。即ち、Ｘ線源は軌道ＸＬ上を高速で往復移
動又は片道移動し、検出器群４′は円周の２／３程度の
範囲に沿って配置されたものであり、繰り返しスキャン
中被検体Ｍを連続的に送ればよい。この場合にもＸ線源
３′がａからｂに至るまでで１画像分のプロジエクショ
ンデー夕を得ることが可能である。このような装置によ
れば、第９図に示すようにＵ字状のスキャンが連続した
ような軌跡が得られる。これによって得られるデータを
変形螺旋状データと定義することができる。この場合、
第８図において、Ｘ線源３′の移動は位置ａからｂへの
移動速度（データ収集時）に比してｂからａへの移動（
戻り時）の速度を無視し得る程の高速で行わなければな
らないが、これは公知の電子ビームスキャンを採用する
ことにより充分に可能である。このような実施例装置に
よればＸ線源３′の移動時間を短縮することができるの
でスライス間隔Ｐｍｍも極小にでき、従って前式（１）
の拡張により多数回のプロジエクションデー夕を重ね合
せて１スライス分の画像を作成すればアーチファクトの
軽減を図ることが容易になる。

なお、本発明では、被検体の体軸方向のある範囲内にお
いて連続的にデータを収集することから、再構成に用い
るデータ範囲の起点は第２図のＳ。，Ｓ１・・・のよう
な被検体の真上に位置する点だけでなく、螺旋状の任意
の位置を取ることができる。

ここで、再構成に用いるデータ範囲として、少なくとも
半周分以上のデータが必要であることは言う迄もない。

このように本発明は螺旋状で任意に再構或に用いるデー
タ範囲の位置を定めることにより、被検体の体軸方向に
任意の断層像を得ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、データ収集時の被検体送
りに要する時間を短縮して被検体を束縛する時間を減少
させることができると共に、複数スライス面の収集時間
の短縮化を図ることができ、更に被検体の任意の位置の
断層像を得ることができるＸ線ＣＴ装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステムブロック図、
第２図は前記実施例によるＸ線源の相対軌道を示す概略
説明図、第３図は前記実施例によるファンビームの状態
を示す概略説明図、第４図は画像中に歪みが発生する理
由の説明図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の実施
例装置の採用により画像中に生ずる歪みを軽減すること
ができる理由の説明図、第７図は補正演算に使用される
関数の説明図、第８図は本発明の他の実施例を示す概略
説明図、第９図は前記他の実施例によるＸ線源の相対軌
道説明図である。 １・・・架台、　２・・・寝台天板、 ３，３′・・・Ｘ線源、　４・・・Ｘ線検出器、５・・
・Ｘ線駆動制御装置、　６・・・検出器駆動装置、７・
・・高圧発生装置、　８・・・寝台駆動制御装置、９・
・・データ収集装置、　１ｏ・・・補正演算装置、１１
・・・画像再構成装置、　１２・・・表示装置、１３・
・・システム制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検体の周囲を回転移動しながらＸ線を曝射するＸ線源
   と、 被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ
   線源の回転移動中に被検体を体軸方向に連続的に移動さ
   せる被検体移動手段と、 前記検出器から得られたデータを収集するデータ収集手
   段とを有し、被検体に対して螺旋状の走査を行なうこと
   のできるＸ線断層撮影装置であって、 この螺旋状の走査により得られたデータを取り込み、取
   り込んだデータのうち任意の位置の連続するデータを用
   いて画像再構成する画像再構成手段を有することを特徴
   とするＸ線断層撮影装置。