JPH0481454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｘ線源からＸ線を被検体に放射して
得た透過Ｘ線をＸ線検出手段により検出して画像
再構成を行い、断層像を得るＸ線断層撮影装置に
関する。

（従来の技術） Ｘ線断層撮影装置（以下Ｘ線CTという）はＸ
線によつて被検体の断層撮影を行う装置である。
そのＸ線CTの概略構成を第４図によつて説明す
る。図に示すＸ線CTは第３世代と称せられるロ
ーテート・ローテート方式のものである。図にお
いて、１はＸ線断層撮影を行うためのＸ線を放射
するＸ線管で、その放射Ｘ線は被検体２を透過し
てＸ線検出器（以下検出器という）３においてそ
のエネルギーに比例した電流に変換される。検出
器３は多数のチヤネル４で構成されている。ガン
トリ５はＸ線管１と検出器３を搭載し、その中心
点を中心として被検体２の周囲を回転する。

６は前記Ｘ線管１と検出器３とを搭載している
ガントリ５の回転を制御するガントリ制御装置、
７はＸ線管１に高圧電源を供給する高圧Ｘ線管制
御部で、Ｘ線発生制御装置８によつて制御され
る。操作撮影制御装置９はガントリ制御装置６及
びＸ線発生制御装置８を制御して、Ｘ線管に高圧
電源を供給する時期及びガントリ５を回転させる
時期を制御する。

Ｘ線管１からＸ線を被検体２の全周に曝射し、
被検体２を透過して検出器３に到達したＸ線のエ
ネルギーは検出器３を構成するチヤネル４でＸ線
エネルギーに比例した電流量による電気信号に変
換され、データ収集装置１０によつてデータとし
て採取される。得られたデータはデータ処理装置
１１に送られて対数変換、Ｘ線強度補正等の処理
を施され、大容量記憶装置１２に送られて蓄えら
れる。このようにしてデータを採取し、１ビユー
分のデータが揃うとデータ処理装置１１は画像再
構成処理を行い、画像表示装置１３に表示する。

第４世代と称せられるステイシヨナリ・ローテ
イト方式のＸ線CT装置は検出器を円周上に全周
に亘つて配置し、検出器を固定したままＸ線管を
被検体を中心として回転させる方式の装置であ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 前記のように第３世代や第４世代のＸ線CT装
置であつても、依然として同時にＸ線を放射して
いるＸ線管１は只１つのみで、少なくとも相対峙
する検出器３から見る限り１つのＸ線管からしか
同時にＸ線が放射されない。そのため、充分なＸ
線のエネルギーを得るためにＸ線管１に要求され
るＸ線の集中度は極めて大きく、回転陽極が瞬時
であつても止まれば電子衝撃による発熱で直ちに
溶解してしまうような使い方をされている。

全周にＸ線管１、検出器３の何れもが見掛け上
機械的に制止している第５世代と称せられるステ
イシヨナリ・ステイシヨナリ方式のＸ線CT装置
でも、上記の“同時に１つの点状Ｘ線”という原
則は守られていて、Ｘ線管１に対するＸ線の集中
度の大きさの点では全く同じである。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、単一のＸ線源によるデータ採取ではな
く、複数のＸ線源からの放射エネルギーを単一の
検出器で検出する形式のＸ線CTを実現すること
である。

更に他の目的は、データ採取時間を長くして瞬
時強度が短くてすむようなＸ線CT装置を実現す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、Ｘ線源から
Ｘ線を被検体に放射して得た透過Ｘ線をＸ線検出
手段により検出して画像再構成を行い、断層像を
得るＸ線断層撮影装置において、複数のＸ線放射
部で構成されるＸ線発生手段と、Ｘ線発生手段を
構成するＸ線放射部のそれぞれに、擬似乱数に基
づいて変調されたＸ線放射を行わせる制御手段
と、Ｘ線検出手段において検出された透過Ｘ線デ
ータに対してＸ線放射の際に用いたと同一な擬似
乱数による相互相関演算によつて複数のＸ線放射
部からのそれぞれのＸ線放射に基づく透過Ｘ線デ
ータを分離抽出し、分離抽出された透過Ｘ線デー
タに基づいて画像再構成を行うデータ処理手段と
を備えたことを特徴とするものである。

（作 用） 制御手段は、予めプログラムされた一定のコー
ドの数列に従つて複数のＸ線放射部を有するＸ線
源を制御して、各Ｘ線放射部を前記一定のコード
に基づき同時に動作させてＸ線を放射させ、Ｘ線
検出手段によりコード化された各Ｘ線放射手段か
らのＸ線データが検出される。演算手段は前記Ｘ
線データに対し相互相関値を求める演算を行い、
画像再構成演算手段は前記相関値に基づき画像再
構成演算を行い、画像表示させる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略構成図であ
る。図において、第４図と同等部分には同じ符号
が付してあり、説明を省略する。図中、２１はＳ
１からSkまでのｋ個のＸ線管で構成されている
Ｘ線源である。

次に、上記のように構成された実施例の動作を
第２図を参照して説明する。第２図において、第
１図と同等の部分には同じ符号に付してある。図
に示すようにＸ線源２１のＸ線管Ｓ〜Skから放
射されたＸ線が被検体２を透過して検出器３のチ
ヤネルDiに到達した場合について考えると（他
の検出器３のチヤネルD₁〜D_i-1，D_i+1〜Ｄｎにも
到達しているがチヤネルDiについてのみ考察す
る）Ｘ線管Ｓ１〜Skのすべてが直流的にＸ線を
放射した場合は、そのビユーにおいて、各Ｘ線管
Ｓ１〜Skから被検体２の異なつた場所を通過し
たデータが同一の検出器３のチヤネルDiに入射
されるので被検体２のＸ線に透過された各部分の
区別をつけることができない。ところが、Ｘ線管
Ｓ１〜Skからの放射がコード化されていれば、
チヤネルDiで検出されたデータが、Ｘ線管Ｓ１
〜SkのどのＸ線管から放射されたＸ線であるか
の分離抽出ができる。また個々のＸ線管Ｓ１〜
Skは同じ放射エネルギーを出力するのに長時間
かけて放射することができ、又、同時に放射した
Ｘ線のエネルギーの全量を従来装置と略同量にす
ることができる。

上記のように各Ｘ線管Ｓ１〜Skから放射する
Ｘ線をコード化するためには正負に亘る振動波形
を出すことが好ましいが、負の放射を行うことは
できない。しかし、データ処理の段階でＸ線放射
波形の直流平均値を差し引いて処理すれば、正負
の放射をしたのと同様な結果を得ることができ
る。直流平均値を差し引いて演算するためには、
Ｘ線管Ｓ１〜Skを同一レベルでＸ線を放射させ
た場合、放射と非放射とを１と０で表現すれば、
１と０の出現割合が１：１であることが必要であ
る。

上記の条件を満足するコードとしてＭ系列があ
り、これを採用した場合の本発明の原理を説明す
る。

Ｍ系列とは最大周期系列擬似乱数のことであ
り、コードシーケンスの自己相関が原点以外はお
しなべて大変低い値になるものである。すなわ
ち、ｍ段のシフト・レジスタを用いて、オール
「０」の状態を除く2^m−１個の状態をすべて経由
して元に戻る数列の系列をいう。従つて、ｍ個の
フリツプフロツプと適当な位置に設けた排他的論
理和回路を用いたＭ系列においては、その数列を
構成する数は2^m−１となる。第３図は第２図の原
理説明図をガントリ５上に配置された図に書き直
した図である。図において、第１図と同等の部分
には同一の番号を付してある。Ｘ線源２１をガン
トリ５の回転中心から見たＸ線源２１の両端のＸ
線管Ｓ１とSkの中心間の角度をΔθとする。Δθの
範囲にあるＸ線源２１から放射され、被検体２を
透過したＸ線はすべて検出器３で検出されるもの
とする。又、ガントリ５を回転させるステツプは
Ｘ線源２１を構成しているＸ線管の間隔に等しい
ものとする。即ち、ガントリ５の１ステツプの回
転角度はΔθ／ｋである。従つて、Ｘ線管Ｓ１〜
Skはｋ回のビユーデータの採取に相当する回転
角上にある。この配置を検出器３の１つのチヤネ
ル４から見ると、ガントリ５の回転ステツプ毎に
ビユー番号の異なるデータに対応する筈の同じ視
線を介してＸ線源２１の各Ｘ線管Ｓ１〜Skから
順に照射Ｘ線が入射される。このとき、Ｘ線源２
１の構成Ｘ線管Ｓ１から見たチヤネル４もその番
号がＤ１からDnまで順次に１つずつずれてゆく。

Ｘ線管Ｓ１〜SkはＸ線発生制御装置８の制御
によりＭ系列の数列を構成する「０」、「１」に従
つて振幅（強度）変調されたＸ線曝射を行う。ま
た、データ処理装置１１は検出器で検出したデー
タと正負の数に直したＭ系列の２値データとの相
互相関演算を行い、Ｘ線管Ｓ１〜Skのそれぞれ
によるデータを分離する。例を以て説明すると、
Ｘ線管Ｓ１〜Skの数をＭ系列の数255に対して十
分小さな数を選んで８とし、それぞれ4μs刻みで
255個のデータ時刻にｍ＝８のＭ系列に従つてＸ
線放射をするものとすると、そのエネルギーを受
けた検出器３のエレメントDiも4μs刻みで電流信
号を出力して大容量記憶装置１２に格納する。各
Ｘ線管Ｓ１〜Ｓ８に対する数列の割り当ては第５
図のように行われる。図において、３０はＭ系列
のｍ＝８の割合の円形に描いたＭ系列数列環であ
る。このＭ系列数列環３０を図のようにＸ線管の
数８で等分して、８等分したそれぞれの数列の始
めの数字を８個のＸ線管Ｓ１〜Ｓ８に割り当てて
位相の離れたＭ系列として矢印の方向に数列を進
めて行く。Ｍ系列の数列によるデータの大容量記
憶装置１２に格納されたデータの一連の値から直
流平均値を差し引くと見掛け上交流データになる
ので、このデータと、Ｍ系列の数列を同様に正負
に表現し直した数値との相互相関を求める。得ら
れた相関グラフから、各相関のピーク値とバツク
グラウンドノイズとが求められる。第５図に示し
た各数列のタイムシフトを図の位相のずれの最大
値以上にずらすまで相関できるようにすれば、デ
ータ列の長さは4μs×255×２＝2040μs≒2msが必
要となる。得られた相関グラフから各相関のピー
ク値とバツクグラウンドノイズとを知り得る。第
６図にこの相関グラフを示す。イ図は各チヤネル
４の得たデータの相関値のグラフで、縦軸に相関
値、横軸に4μsで刻んだ時間を取つてある。３１
はデータとしての主成分、３２はサイドローブで
ある。主成分３１は第５図の各Ｘ線管Ｓ１〜Ｓ８
の位相のずれである255／８の周期で現われる。
従つて、位相のずれ以上にずらすまで相関を求め
るためにはもう１回分の放射を行うため前記の
2msのデータ列長が必要になるものである。ロ図
はイ図における１チヤネルのデータを拡大した図
で、サイドローブ３２のうち３２ａは検出器３の
応答遅れによる出力、３２ｂはバツクグラウンド
ノイズ及びＭ系列自体により生じるサイドローブ
である。Ｘ線管Skに対応する出力は、主成分３
１とサイドローブ３２のすべてを加算したもので
ある。以上のことを各Ｘ線管Ｓ１〜Ｓ８について
行う。

以上の原理に基づき、第１図のＸ線CT装置は
動作する。Ｘ線源２１の構成Ｘ線管Ｓ１〜Skは
操作撮影制御装置９により制御されたＸ線発生制
御装置８の指令に基づき第５図に示すように割り
当てられたＭ系列の数列に従つて被検体２を曝射
し、検出器３が電流値に変換した透過Ｘ線データ
はデータ収集装置１０、データ処理装置１１を経
て大容量記憶装置１２に格納される。次に4μs後
にＸ線源２１と検出器３の位置は被検体２に関し
てＸ線管Ｓ１〜SkのＸ線管１個分だけずれて再
び被検体２を曝射する。ここで、Ｍ系列の２値デ
ータを用いた相互相関演算を行い、Ｓ１〜Ｓ８の
それぞれのデータを分離する。このようにして従
来の１ビユー分の作業時間でｋ個のスライス面の
データが取れる。これをｋ回繰り返して同じ視線
のデータ同志を加算すると、SN比が改善されて
従来方式のものと同等となり、放射エネルギーは
ｋ回分が加算されるので、１回の放射では１／ｋ
の放射量で良いことになる。

次に、他の実施例を説明する。前記の実施例で
はサイドローブを十分小さくするためにＭ系列に
おいて、ｍ＝８、系列長255の数列に対してその
内十分小さなｋ種類（先の実施例ではｋ＝８^m
−１＝255）しか照射しなかつたが、サイドロー
ブの出ない系列を用いると時間軸上の刻み目がｋ
に等しい数列か、その数倍程度の数列にまで減ら
すことができる。即ち、前記の例のような255の
系列でなく、８〜32程度の数列にまで減らし得
る。サイドローブの無い数列としてＭ系列に換え
てゴーレイコードを用いると良い。このゴーレイ
コードとは、相補系列と呼ばれるものの一つであ
り、Ｍ系列と同様に自己相関が原点以外は大変低
いコードであり、バーカーコードと呼ばれるもの
の中から選ばれた一対のコードである。このゴー
レイコードは、原点は同符号であるが、原点以外
は御互いに等大逆相で、それらを足すと原点の値
は倍増するが他の部分（サイドローブ）は相殺さ
れて零となるような系列である。但し、ゴーレイ
コードはＭ系列と異なり１、０で表わすと１、０
が等分に現われないため平均値が50％にならない
ので、数列の１を10に、０を01に置き換えて倍の
周波数にしてパルス位置変調（以下PPMという）
したものを用いて平均値を50％にする。第３図の
ガントリにおいて、前記の実施例の場合と同様に
Ｘ線管Ｓ１〜Ｓ８（ｋ＝８とする）は順々にゴー
レイコードの数列に従つてＸ線を放射する。この
数列の例を第７図に示す。図において、イ図は８
ビツトのゴーレイコードＡ，Ｂを１を10、０を01
に置き換えて書き直した数列のＸ線管動作数列を
示したものである。ロはＸ線源２１のＸ線放射を
終端なく継続して行わせるためＸ線管動作数列を
円周上に書いて示したものである。先ず、Ｘ線管
Ｓ１の動作を説明すると、始めに1010の数列に従
つて放射(1)と非放射０）を行い、この４ビツトの
単位を崩さないようにして第７図ロのＳ２の位置
にタイムシフトを行い、0101の数列に従つて放射
する。Ｓ２〜Ｓ８も同様な方法で放射する。

このようにして得られたデータから元のコード
ＡとコードＢをテンプレートとして用いて各々該
当位置のデータと相関させて圧縮する。それから
Ａの側の圧縮結果とＢの側の圧縮結果を加算する
とゴーレイコードの特質であるサイドローブのキ
ヤンセルが達成されてＸ線管Ｓ１〜Ｓ８相互間の
干渉が排除される。Ｍ系列の場合と同様に30μs×
32×２＝1920μs≒2msでＸ線管Ｓ１〜Ｓ８は放射
を終る。

以上詳細に述べたように本実施例によれば、ｋ
個のＸ線管からＸ線を放射するので、１個のＸ線
管に対する放射線強度の要求を減らすことができ
て、Ｘ線管の陰極からの電流密度を小さくするこ
とができ、構造上からの、Ｘ線管の温度上昇の視
点から見ても要求条件が緩和され、寿命を延ばす
ことができる。又、Ｘ線管の電流密度を現状に維
持するとすれば、より高速のデータ採取が可能に
なり、高スループツト化が実現できる。

本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が考えられる。

例えば、上記ゴーレイコードによるPPMを更
に高い周波数にすることも可能である。例えば、
ゴーレイコードにおいて、１を10とし、０を01と
したが、これと同じ周期で１を1010とし、０を
0101とすれば、周波数が倍になり、更に、周波数
を高くすることで中心周波数に対する帯域幅、即
ち比帯域幅が狭くなつて回路処理上楽になり、
又、直流域から離れるため回路の直流応答に対す
る要求を緩和することができる。

ｋ個のＸ線管の中、ｋ−１番目までを前記コー
ドで動作させ、ｋ番目は１／２のレベルで直流点
火（コーデイングしない）することもできる。

ガントリ５の円周上の多重化のみならず、スラ
イスの厚み方向に多重化するため、第８図のよう
な配置により行うことも可能である。図におい
て、第１図と同等の部分には同じ符号を付してあ
る。これによつて、断層像の厚みの方向に分離す
るに足りるデータを得ることができる。

更に、回転陽極型のＸ線管を第９図のように構
成すれば、１個のＸ線管で同様な効果をもたらす
ことができる。イ図は本実施例の動作説明図で、
ロ図は概略の電極配置図である。イ図において、
陰極４０から放出された熱電子は加速電極４１に
よつて引き出され、電子ビームとなつて集束用磁
石４２により集束されて、回転陽極４３に吸引さ
れる。回転陽極４３に吸引された電子はその衝突
エネルギーによつて回転陽極４３のＸ線放射部４
４からＸ線を放射させる。回転陽極４３の斜面に
はｋ個のＸ線放射部４４がそれぞれ回転陽極４３
の円周上に形成して並べられている。ｋ個のウエ
ネルト電極４５はロ図の電極配置図に示すように
配置されており、それぞれ既述のようにコード化
された信号によつて電子を制御してｋ本の電子ビ
ームを陰極４０から引き出し、回転陽極４３上の
ｋ個のＸ線放射部４４からＸ線を放射させてい
る。このような構造のＸ線管を用いれば、ｋ個の
Ｘ線管を用いた実施例と同様な効果が得られる。

以上の説明ではエンコードする内容として２値
ビツト列を想定したが、これは、本発明の主旨に
従つてお互いに直交することができる信号なら何
でも目的に適うことができる。一例として、点状
Ｘ線源をすべて十分に異なる周波数の高周波によ
り点滅する点での手法も本発明の主旨の内に含ま
れる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
複数のＸ線源からのＸ線放射エネルギーを単一の
検出器で検出する形式のＸ線CTを実現し、併せ
てデータ採取時間を長くして、個々の単一のＸ線
放射部のＸ線放射エネルギーの瞬時強度を低くす
ることのできるＸ線CTを実現することができて、
実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＸ線CTの構成図、
第２図は本発明の一実施例の多数のＸ線管による
データ採取の説明図、第３図は本発明の実施例の
Ｘ線管の配置の説明図、第４図は従来のＸ線CT
の構成図、第５図は８個のＸ線管に対するＭ系列
コードの割り当ての説明図、第６図はＭ系列コー
ドによる相関値のグラフ、第７図は他の実施例の
コードとそのＸ線管に対する割り当ての説明図、
第８図は他の実施例の構造図、第９図は更に他の
実施例の構造図である。 １…Ｘ線管、２…被検体、３…検出器、４…チ
ヤネル、５…ガントリ、６…ガントリ制御装置、
７…高圧Ｘ線管制御部、８…Ｘ線発生制御装置、
９…操作撮影制御装置、１０…データ収集装置、
１１…データ処理装置、１２…大容量記憶装置、
１３…画像表示装置、２１…Ｘ線源、３０…Ｍ系
列数列環、３１…主成分、３２…サイドローブ、
３２ａ…検出器によるノイズ、３２ｂ…バツクグ
ラウンドノイズ及びＭ系列によるサイドローブ、
４０…陰管、４１…加速電極、４２…集束用磁
石、４３…回転陽極、４４…Ｘ線放射部、４５…
ｋ個のウエネルト電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線源からＸ線を被検体に放射して得た透過
   Ｘ線をＸ線検出手段により検出して画像再構成を
   行い、断層像を得るＸ線断層撮影装置において、 複数のＸ線放射部で構成されるＸ線発生手段２
   １と、 Ｘ線発生手段２１を構成するＸ線放射部のそれ
   ぞれに、擬似乱数に基づいて変調されたＸ線放射
   を行わせる制御手段８と、 Ｘ線検出手段２１において検出された透過Ｘ線
   データに対してＸ線放射の際に用いたと同一な擬
   似乱数による相互相関演算によつて複数のＸ線放
   射部からのそれぞれのＸ線放射に基づく透過Ｘ線
   データを分離抽出し、分離抽出された透過Ｘ線デ
   ータに基づいて画像再構成を行うデータ処理手段
   １１とを備えたことを特徴とするＸ線断層撮影装
   置。