JPH0551295B2 - - Google Patents

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線フアンビームにより得られるフ
アンビームデータをパラレルビームデータに変換
して画像再構成を行うＸ線CT装置に関する。

（従来の技術） 従来の第３世代のＸ線CT装置として、第９図
に示す装置が知られている。

Ｘ線管１と、Ｘ線源１ａを中心とする円弧上に
この円弧に沿つて等しい間隔で配置された多数の
Ｘ線検出素子２ａよりなるＸ線検出素子アレイ２
とを対向配置している。そして、この装置は、被
検体３の体軸を回転中心として被検体３の周囲に
前記Ｘ線管１と前記Ｘ線検出素子アレイ２とを同
時に回転させながら、所定回転角度毎に前記Ｘ線
管１よりＸ線フアンビーム１ｂを曝射し、前記Ｘ
線検出素子アレイ２より出力されると共に前記Ｘ
線管１の一回転中に得られる多数のチヤンネルの
Ｘ線検出データをデータ収集装置４で処理する構
成を有する。

このように構成された従来のＸ線CT装置で用
いられる画像再構成の方式には、主に、フアンビ
ームデータをパラレルビームデータに変換した後
にパラレルビームアルゴリズムを用いるParallel
View方式と、フアンビームデータを直接再構成
する直接フアン再構成方式とがある。

Parallel View方式について、第１０図を参照
して説明する。同図ａはＸ線源１ａが点F₀（真
上）に位置する図を示したものである。次に、同
図ｂに示すように、Ｘ線源１ａが点F₀から点F₁
へnΔβ回転するとＸ線検出素子D₁がＸ線ビーム
１ｃを検出する。続いて、同図ｃに示すように、
さらにＸ線源１ａが回転して点F₀から点F₂へ
（ｎ＋１）Δβ移動するとＸ線検出素子D₂がＸ線ビ
ーム１ｃを検出する。同様に同図ｄに示すよう
に、Ｘ線源１ａが点F₀から点F₃へ（ｎ＋２）Δβ
回転してＸ線検出素子D₂の隣の検出素子D₃（図示
せず）がＸ線ビーム１ｃを検出する。このように
して得られるＸ線ビーム１ｃは第１０図ｄに示す
ように各Ｘ線ビーム１ａの間隔L₁₂，L₂₃は一定と
はならない。従つて、フアンビームデータをパラ
レルビームデータに変換しても不等間隔のビーム
データであるため、このビームデータを等間隔の
データに補間するための補間処理が必要となる。
このため演算時間が長くなり、更に、補間により
画像にボケが生じるという問題がある。

また、直接フアン再構成方式は、演算時間は短
いが、画像の周辺にボケが生じるという問題があ
る。

また、従来の他の例として、本出願人は上記問
題を解決した特開昭60−114236号記載の『不等間
隔でＸ線素子を配列してなるＸ線検出器と前記Ｘ
線検出器に対向して、被検体の周囲を回転可能に
配置すると共にフアンビームＸ線を曝射するＸ線
管と、曝射するＸ線の検出データを、Ｘ線検出素
子ごとに異なるタイミングでサンプリングするデ
ータ収集回路とを備えたＸ線CT装置』を提案し
ている。

この装置は、Ｘ線検出素子を密閉容器内にＸ線
を受けて電離する気体と電極板とを有する電離箱
型のＸ線検出素子を用いた場合、Ｘ線検出素子を
互いに隙間無く配列すると電極板の間隔が不等間
隔となるため、Ｘ線検出素子間の特性が不揃とな
り、均一なデータが得られないという問題があ
る。

また、Ｘ線検出素子を構成する電極板同志の間
隔を等間隔となるように配置すると、Ｘ線検出素
子間に隙間が生じＸ線の利用効率が悪くなるとい
う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 従来のＸ線CT装置では、フアンビームデータ
を等間隔パラレルビームデータに変換するための
補間処理が必要であつたため再構成時間が長かつ
た。また、この補間処理を不要とした電極板間が
不等間隔のＸ線検出素子を用いた方式では均一な
データが得られなかつた。

本発明の目的は、画像再構成の時間を短縮で
き、しかも均一なデータが得られるＸ線CT装置
を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、Ｘ線フ
アンビームを照射するＸ線源と、このＸ線フアン
ビームからのＸ線ビームを検出する多数のＸ線検
出素子とを回転中心を挟んで対向配置し、前記Ｘ
線源とＸ線検出素子との相対位置を保つて回転さ
せ、取り込み制御手段により前記Ｘ線源の所定回
転位置毎にＸ線ビームを取り込むＸ線CT装置に
おいて、前記Ｘ線検出素子を、このＸ線検出素子
の前記Ｘ線源側の先端中心と前記Ｘ線源とを共通
の円周上に配置し、この共通の円周の中心に対し
Ｘ線源と点対称の位置にある定点から互いに隣り
合う前記Ｘ線検出素子の先端中心への距離の差が
一定となるように配置したことを特徴としてい
る。

（作用） Ｘ線源とＸ線検出素子との間に被検体が載置さ
れると、次に、Ｘ線源とＸ線検出素子とは、この
被検体の回りをＸ線源がＸ線フアンビームを照射
しながら、同時に回転する。そして、取り込み制
御手段により、隣り合うＸ線検出素子に入射する
Ｘ線ビームが平行となるＸ線源の回転角度位置毎
にＸ線ビームを取り込む。そして、Ｘ線源とＸ線
検出素子との幾何学的配列によつて、取り込まれ
たＸ線ビームは等間隔でしかも平行なデータが得
られる。このため、補間処理が不要となり画像再
構成の時間が短縮できる。

（実施例） 本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明の一実施例のＸ線CT装置の構
成図で、１はＸ線源１ａを有するＸ線管、２０は
多数のＸ線検出素子２０ａから成るＸ線検出素子
アレイ、３は被検体、４０はデータ収集装置、５
は画像処理装置である。

Ｘ線検出素子２０ａはＸ線源１ａ側のＸ線入射
空間２０ｃを有し、Ｘ線入射方向に所定長さｄを
有する電極板２０ｂで挟まれた電離箱型Ｘ線検出
素子である。Ｘ線管１とＸ線検出素子アレイ２０
とは被検体３を挟んで対向した位置にある。前記
電極板２０ｂのＸ線源１ａ側端部２０ｄは、Ｘ線
源１ａと共通の円周Ｃ１上に、電極板２０ｂ間の
距離Ｐが等しくなるように配置され、かつ、該電
極板２０ｂは、Ｘ線の入射方向に沿つて配置され
ている。データ収集装置４０は取り込み手段であ
るＸ線検出素子２０ａに対応したデータ収集器４
０ａから構成されている。

前記Ｘ線管１と前記Ｘ線検出素子アレイ２０と
は、それぞれの対向位置関係を保ち、被検体３の
周囲を回転しながらＸ線源１ａより曝射する。被
検体３を透過したＸ線は、Ｘ線検出素子アレイ２
０で検出され、この検出量をＸ線検出素子２０ａ
毎に異なるタイミングでデータ収集装置４０でデ
ータ収集後、画像処理装置５で画像再構成し画像
表示する。

第２図は、Ｘ線源１ａとＸ線検出素子２０ａの
位置関係を詳細に示す図である。

点F₀はＸ線源１ａの位置を示し、１ｃはＸ線
検出素子２０ａに入射するＸ線ビームを示す。該
Ｘ線源１ａとＸ線検出素子２０ａのＸ線焦点１ａ
側の先端中心Ｅが配置されている共通の円Ｃ１の
周と点F₀から該円Ｃ１の中心Ｍを通る線と交わ
る点をＧとする。点Ｇは、前記Ｘ線検出素子２０
ａの位置を決める基準となる基準位置である。回
転中心をＯとし、線分₀の中点をＮとしてこ
のＮを中心とする円をC2とする。点Ｇから反時
計方向にｎ番目及びｎ＋１番目のＸ線検出素子２
０ａの点F₀側の先端中心をそれぞれE_o，E_o+1と
して円C1の周上にとる。そして、線分_o及び線
分_o+1の長さをそれぞれh_o，h_o+1とすると、Δh
（＝h_o+1−h_o）はｎによらずに一定となる。従つ
て、 _o+1＝h_o+1＝（ｎ＋１）Δh の関係となる。

また、電極板２０ｂの点F₀側の先端も、円Ｃ
１の周上にあり前記先端中心Ｅ，Ｅの中間位置に
ありかつＸ線ビーム１ｃに沿つて長さｄを有して
配置している。

次に、線分F₀E_o及び線分_{0 o+1}と円Ｃ１と交
わる点をそれぞれP_o，P_o+1とし、線分_oの長さ
をr_o、線分_o+1の長さをr_o+1とする。点E_oは円
Ｃ１の周上にあり、点P_oは円Ｃ２の周上にある
のでΔF₀GE_o及びΔF₀OP_oは直角三角形となる。
更に、 ∠GE₀E_o＝∠OF₀P_o であるからΔF₀GE_oとΔF₀OP_oは相似である。こ
の相似関係は、Ｘ線源１ａ（点F₀）とＸ線検出素
子２０ａの点F₀側の先端中心Ｅとが共通の円Ｃ
１の周上にあるために導かれることである。

従つて、 r_o／h_o＝₀／₀ となり、この式を前述の関係式を用いて変形する
と、 r_o＝h_o・（₀／₀） ＝ｎ・Δh・（F₀Ｏ／F₀Ｇ） ここで、 Δr＝r_o+1−r_o とすると、 Δr＝（ｎ＋１）・Δh・（₀／₀） −ｎ・Δh・（₀／₀） ＝（₀／₀）・Δh となりΔrはｎによらず一定となる。

Ｘ線源１ａと検出器アレイ２０が回転動作をす
るにつれて平行、かつ、等間隔の投影データが得
られる様子を第３図に示す。

Ｘ線源１ａと回転中心Ｏとを結ぶ線上に電極板
２０ｂは配置されており、Ｘ線源１ａが点F₀か
ら所定の角度β₁だけ回転して点F₁へ回転するとＸ
線検出素子２０ａの先端中心E₁にＸ線ビーム１
ｃが入射し、更にＸ線源１ａが点F₀から点F₂へ
所定角度β₂だけ回転するとＸ線検出素子２０ａの
先端中心E₂にＸ線ビーム１ｃが入射し、同様に
Ｘ線源１ａが点F₃の位置へ回転するとＸ線検出
素子２０ａの先端中心E₃にＸ線ビーム１ｃが入
射する。このようにして、Ｘ線検出素子２０ａに
入射したＸ線ビーム１ｃの間隔は一定のΔrとな
る。

本実施例装置では、一対の電極板２０ｂとこの
電極板２０ｂで挟まれた空間がＸ線検出素子２０
ａを構成し、点F₀と対向する位置に、電極板２
０ｂが配置されているので、中心ＯからΔr／２
ずれた所の空間を真下の電極板２０ｂを挟んで両
側のＸ線検出素子２０ａが検出する。

次に、第４図及び第５図を用いて等間隔パラレ
ルビームを収集するタイミングについて説明す
る。

第３図に示す点F₀に対向している真下の電極
板２０ｂを挟んだＸ線検出素子２０ａのうち反時
計方向側の素子をD₁とし該素子２０ａからｎ番
目のＸ線検出素子をD_oとする。すると、第４図
に示すように、中心０からΔr／２離れたＸ線ビ
ームXOをＸ線検出素子DOが検出し、該Ｘ線ビ
ームXOに平行でr_o離れたＸ線ビームX_oをＸ線検
出素子D_oが検出し、このようにして等間隔のパ
ラレルビームデータが得られる。

図４でΔr／２ずれたＸ線ビームXOを曝射する
Ｘ線源１ａの位置をF₁とし、鉛直線₀と線分
OF₁とのなす角度をθOとする。例えば、第５図
に示すように鉛直線₀から角度θだけ傾いたＵ
方向に平行な等間隔パラレルデータをＸ線検出素
子D_oが検出する場合、鉛直線₀と線分_oとの
なす角度をβ、線分_oと線分_{o o}とのなす角度
をφ_oとするとβは β＝θ＋φ_o と表される。投影する方向Ｕの鉛直線₀とのな
す角度θは一定ピツチ角度Δθの整数倍でデータ
を収集すると画像再構成が容易となる。θは、 θ＝θO＋kΔθ（ｋ＝０，１，２，……） と表される。

また、Ｘ線源がβ＝β_k＝θ_k＋φ_oとなる位置F_oに
来たときに、Ｘ線検出素子D_oの出力をデータ収
集装置がサンプリングするので、 β＝kΔθ＋（θO＋φ_o） となるときにサンプリングすればよい。すなわ
ち、φ_oはＸ線検出素子D_oに対応してθによらず
一定であるので、どのＸ線検出素子２０ａもΔθ
の整数倍の角度位置でサンプリングを繰返せばよ
いので、サンプリングシステムが単純となる。

更に、2π／Δθが整数になるようにΔθを決めて
おくと、従来技術のように、点Ｆが中心Ｏの周囲
を少くとも１回転すれば必要なデータ θ＝θO＋kΔθ（ｋ＝０，１，……，2π／Δθ−
１） ｒ＝r_o（ｎ＝−Ｎ〜Ｎ） の全てが揃う。

次に、データ取込みの動作を、図面を参照して
説明する。第６図は前記装置のデータ収集器４０
aiの詳細ブロツク図であり、第７図はその動作説
明のためのタイムチヤートである。

Ｘ線検出素子2aiで検出されたＸ線強度はこの
Ｘ線強度に対応した電流に変換され、データ収集
器４０ai内の積分器４０ｂに入り積分される。タ
イミングジエネレータ６から信号SOがタイミン
グデイレイ回路４０ｄに入ると、予め各Ｘ線検出
素子２ai毎にROM４０ｃ内に設定されたデイレ
イ時間t₁（第７図参照）後に、タイミングデイレ
イ回路４０ｄは、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド回路）
４０ｅに信号S₁を出力する。この信号S₁に従つて
Ｓ／Ｈ（サンプルホールド回路）４０ｅは、積分
器４０ｂにより積分された出力をサンプリング
し、さらにＳ／Ｈ４０ｅがサンプリングしたアナ
ログデータはADC４０ｆに出力されてデジタル
データに変換され画像処理装置に送られる。また
前記信号S₁が出力された直後（一定時間t₂経過
後）、タイミングデイレイ回路４０ｄは信号S₂を
前記積分器４０ｂに出力し、この積分器４０ｂ内
のデータをリセツトさせる。

このようにＸ線源F₀とＸ線検出素子D_oの先端
中心E_oは、共通の円Ｃ１上に配置され、しかも
基準位置Ｇから前記先端中心Ｅへの距離の差が一
定のΔrとなるので、各Ｘ線検出素子毎に所定の
タイミングでデータ収集できるので、補間処理な
しで等間隔パラレル変換データが得られる。

また、電極板２０ｂは、この板２０ｂの間隔が
どのＸ線検出素子２０ａに於ても一定の距離Ｐで
配列されており、しかも電極板２０ｂは全てＸ線
源１ａに向いているので各Ｘ線検出素子２０ａの
感度特性が均一となるため、被検体透過後のＸ線
強度を忠実に検出できる。

更に、スキヤンエリアの周辺は、従来の画像再
構成方式の直接フアン再構成方式では誤差により
ボケが生じていたが、本実施例では、等間隔パラ
レルビームに変更しているので正確な再構成画像
が得られる。

その他、Ｘ線源Ｆと電極板２０ｂの先端２０ｄ
とが共通の円Ｃ１の周上に配置されていることか
らスキヤナを小形化できる。このことを第８図ａ
に従来のスキヤナ、同図ｂに本発明の一実施例の
スキヤナを示して説明する。Ｘ線源１ａの点F₀
と回転中心０との距離F₀OD及び画像再構成エリ
アの直径SEDを同じとして両者を比較する。同
図ａでＸ線管１とカバーCOVaとの最小すきま
G3の方がＸ線検出素子アレイ２とカバーCOVa
との適当な最小すきまG2より大きい条件で、ス
キヤナの小形化が本実施例装置により実施でき
る。すなわち、同図ｂのＸ線管１とカバーCOVb
との最小すきまG1を、Ｘ線検出素子アレイ２０
とカバーCOVbとの最小すきまG2と同等までに
小さくでき、従来のスキヤナ寸法Haより本実施
例装置のスキヤナ寸法Hbを小形化できる。

以上、一実施例について説明したが、本発明は
これに限定されるものでなく、その要旨を変更し
ない範囲で種々に変形実施が可能である。

例えば、基準位置Ｇを円C₁上で、点F₀と対向
する位置としたが、この点からずれた円Ｃ１上の
位置としてもよい。

また、Ｘ線源１ａから回転中心０を通る線の延
長上に電極板が設けられているが、例えばΔh／
２ずらして前記延長上にＸ線検出素子を設けるよ
うに各Ｘ線検出素子を配列してもよい。

更に、Ｘ線検出素子は電離箱方式のＸ線検出素
子としたが、半導体を用いた固体検出素子やその
他のＸ線強度検出手段を用いても同様の効果が得
られる。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。

請求項１記載のＸ線CT装置においては、Ｘ線
源とＸ線検出素子との幾何学的配列により不等間
隔パラレルデータを等間隔にするための補間処理
を必要とせずにフアンビームデータを等間隔パラ
レルビームに変換できる。従つて、画像再構成の
時間を短縮でき、しかも均一なデータが得られる
Ｘ線CT装置を提供することができる。

また、請求項２記載のＸ線CT装置においては、
請求項１記載の効果に加え、電極板の間隔が等間
隔のＸ線検出素子を用いているので、Ｘ線検出素
子間の感度特性が均一となり被検体透過後のＸ線
強度を忠実に検出できる。

請求項３のＸ線CT装置においては、請求項１
記載の効果に加えて、振動に強い固体検出器を用
いることにより、該検出器より安定した信号が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＸ線CT装置の構
成図、第２図はＸ線源とＸ線検出素子との位置関
係図、第３図ａ乃至ｄ、第４図及び第５図はＸ線
ビームの取り込み説明図、第６図は特定のＸ線検
出素子とデータ処理器との構成を示すブロツク
図、第７図はその動作を示すタイムチヤート、第
８図ａは従来のスキヤナの正面図、第８図ｂは本
発明の一実施例のスキヤナの正面図、第９図は従
来のＸ線CT装置の構成図、第１０図ａ乃至ｄは
従来装置のＸ線ビームの取り込み説明図である。 １……Ｘ線管、１ａ……Ｘ線源、Ｆ……Ｘ線源
の位置、１ｂ……Ｘ線フアンビーム、１ｃ……Ｘ
線ビーム、２０……Ｘ線検出素子アレイ、２０ａ
……Ｘ線検出素子、２０ｂ……電極板、３……被
検体、４０……データ収集装置（取り込み手段）、
Ｃ１……円（共通の円）、Ｅ……先端中心、Δh…
…距離の差。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線フアンビームを照射するＸ線源と、この
   Ｘ線フアンビームからのＸ線ビームを検出する多
   数のＸ線検出素子とを回転中心を挟んで対向配置
   し、前記Ｘ線源とＸ線検出素子との相対位置を保
   つて回転させ、取り込み制御手段により前記Ｘ線
   源の所定回転位置毎にＸ線ビームを取り込むＸ線
   CT装置において、前記Ｘ線検出素子を、このＸ
   線検出素子の前記Ｘ線源側の先端中心と前記Ｘ線
   源とを共通の円周上に配置し、この共通の円周の
   中心に対しＸ線源と点対称の位置にある定点から
   互いに隣り合う前記Ｘ線検出素子の先端中心への
   距離の差が一定となるように配置したことを特徴
   とするＸ線CT装置。 ２ 前記Ｘ線検出素子を、密閉容器内に電極板と
   Ｘ線を受けて電離する気体とを有する電離箱型Ｘ
   線検出素子とし、前記電極板を、Ｘ線ビームの入
   射方向に沿つて配置した請求項１記載のＸ線CT
   装置。 ３ 前記Ｘ線検出素子を、Ｘ線を受けて発光する
   シンチレータと、このシンチレータの光を電気信
   号に変換するフオトデイテクタとを有する固体検
   出素子とした請求項１記載のＸ線CT装置。