JPH0618570B2 - ２次元断層像撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、放射線等を線源とするコンピユーテツドトモ
グラフイ（computed tomography；CT）法で収集された
データを逆投影する際に、２次元投影像としての再構成
画像に現われるノイズを減少せしめることによつて、鮮
明な画像を得るようにした２次元断層像撮影装置に関す
るものである。

〔発明の背景〕

これまでのＣＴ装置は例えば、飯沼他；新しい医用Ｘ線
診断装置（「計測と制御」Vo115，No.２（昭和５１年２
月）に記載されているごとく、被検体の断層像を計算す
る方法として重畳積分法をはじめとして種々の演算方式
が考えられている。何れの演算方式でも投影した原デー
タまたは補正データは撮影領域に対応する空間的な計算
メツシユに再配分することにより像再構成をしているの
が実状である。しかしながら、この方法によれば、ＣＴ
像を再構成する際に必ず必要な空気層の透過点に対応す
る計算メツシユ（通常、被検体周辺に最低２サンプル
点）にも被検体と同じ比率でデータを投影するために、
特に透過データが少ない場合や被検体と空気層の線吸収
係数の差が大きい場合には、計測ノイズの影響がそのま
ま被検体上に現われ画像が不鮮明なものとなる。したが
つて、ＣＴ再構成画像で得られる線吸収係数の分布を明
確に判定し得ないという不具合がある。

ＣＴ再構成演算法としては前述の様に種々の方法がある
が、ここで、１つの投影データを収集する度に計算が実
行可能といつた特徴があり、しかも医療用ＣＴ法でも広
く採用されている重畳積分法について簡単ながら説明す
れば以下のようである。

即ち、第１３図（ａ），（ｂ）に透過データの収集方法
と像再構成の方法を示すが、これによると線源１２１と
検出器１２２との間に被検体１２３を介在配置した状態
であらゆる方向から被検体１２３の透過データが得られ
るようになつている。像再構成はこれらのデータを空間
的なメツシユに再配分し重畳させることによつて行なわ
れるものとなつている。これにより被検体１２３内部の
線吸収係数の分布を得ることができるものである。これ
を数式的に示せば、同図（ａ）においてある回転角θを
もつて撮像した透過データをＰ（Ｘ，θ）とすれば、こ
れは以下の式で与えられる。

但し、μは被検体の座標（ｘ，ｙ）における線吸収係数
であり、座標（Ｘ，Ｙ）は角度θ回転した時の座標
（ｘ，ｙ）の新しい座標である。

また、第１３図（ａ）に対応するＣＴ像再構成は次式で
示される線吸収係数より得られる。

しかしながら、式（２）から得られる画像は距離に反比
例してぼけが生じることから、フイルタ関数ｈ（Ｘ）を
原データに作用させる処理が採られるようになつてい
る。数式的には次式で示されるものとなつている。

式（３）はＸ，θに関して連続的な演算を示している
が、通常は演算はデイジタル計算機で実行されることか
ら、式（３）は次式のように変形されたものとなつてい
る。

但し、ｋはｋ＝０，±１……，±（Ｍ−１）であり、ま
たＭ，Ｎはそれぞれ撮影領域内における並進数、回転数
を示し、更にθ_jはθ_j＝ｊπ／Ｎとなつている。

式（４）により構成されるメツシユを第１４図に示す。
計算メツシユはＭ×Ｍの行列となる。ある一定のＮ（あ
る一定の回転角）における列Ｘの透過データの補正値は
式（４）より で与えられるが、Ｍ×Ｍのメツシユにデータを再配置す
る場合には、上記の透過データを１／Ｍ倍して割りあて
ている。即ち、Ｘに対応するメツシユの列方向に如何な
る線吸収係数の分布があろうとも列方向には均一にデー
タを割りあてているものである。このことは透過データ
Ｐが少ない場合や被検体の線吸収係数が大きくなつた場
合には、画像に表われるノイズが増大することを示唆し
ているわけである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、透過データが少ない場合や被検体の線
吸収係数が大きい場合であつても再構成像に現われるノ
イズを減少せしめることによつて、鮮明な画像が得られ
る２次元断層像撮像装置を供するにある。

〔発明の概要〕

この目的のため本発明は、透過データの補正値を逆投影
する場合にメツシユ数Ｍにデータを均等に割りあてるの
ではなく、予め空気層と知られているメツシユには投影
データを割り当てないようにし、そのようになしたもの
である。撮影領域に被検体が如何なる位置に、また、如
何なる形状を以て存在するかはテレビカメラなどによつ
て予め、知られるかあるいは投影データ収集時での撮影
によつて知れるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図から第１２図により説明する。

先ず本発明による２次元断層像撮像装置の一例での構成
について説明する。第１図はその構成を被検体とともに
示したものである。これによると回転台１７上に載置さ
れる線源ボツクス１１および検出器ボツクス１２は被検
体１３をその間に挟むようにして配置され、モータ制御
装置１４によつて制御される走査用モータ（図示せず）
を介し並進走査可とされるとともに、回転台１７の回転
によつて回転走査可となつている。制御演算手段として
の計算機１８はモータ制御装置１４を介し線源ボツクス
１１および検出器ボツクス１２の位置を制御するが、こ
の位置に関する信号はアドレス信号としてＲＡＭ（１）
２０に入力されるようになつている。一方、検出器ボツ
クス１２の中の検出器により受信された放射線の透過量
は増幅器やアナログ−デイジタル変換器等からなるデー
タ収集回路１０によりデイジタル信号に変換されたう
え、位置に関する信号と同様にして計算機１８内のＲＡ
Ｍ（１）２０に入力される。計算機１８はＲＡＭ（１）
２０の、線源ボツクス１１と検出器ボツクス１２位置に
対応したアドレスに透過データを収納するものである
が、ここまでの操作はこれまでのＣＴ法のデータ収納法
と同様である。

しかしながら、本発明によれば、回転台１７を見込む位
置には例えばテレビカメラ１６が設けられ、被検体１３
の位置と形状が測定されるようになつている。本例では
テレビカメラ１６の出力信号の処理が容易になるべくテ
レビカメラ１６には２次元に配列されたＭＯＳ型フオト
ダイオードが内蔵されたものとなつている。

第２図は走査開始前でのテレビカメラより見た線源ボツ
クス、検出器ボツクスおよび被検体の位置関係を示した
ものである。この場合撮像されるのは線源ボツクス１１
および検出器ボツクス１２であるが、このままではそれ
らの正確な位置は容易には求められない。そこで本例に
おいては、それらをボツクス上面に線源、検出器それぞ
れの位置に対応して発光ダイオード３０，３１が設置さ
れるようになつている。第１図においてテレビカメラ１
６内のＭＯＳ型フオトダイオードに結像した映像は読出
クロツク発生回路１５からのフオトダイオード読出クロ
ツクにより電気信号に変換されるが、第３図はＭＯＳ型
フオトダイオードからの信号読出の様子を示したもので
ある。図示の如くフオトダイオードは読出クロツク発生
回路１５からの読出クロツクにより順次フオトダイオー
ド中のセルがアクセスされることによつて、ライン単位
に映像情報に対応した電圧が出力されるようになつてい
る。例えば、線源位置および検出器位置に対応するフオ
トダイオードのライン番号を第２図に示すようにｌとす
れば、ラインｌのフオトダイオードの出力電圧は第３図
に示す如くになる。線源位置および検出器位置にはそれ
ぞれ発光ダイオード３０，３１が設置されているために
輝度が他の部分に比して特に高くなることから、これを
第４図に示すように、アドレス発生、２値化回路２５内
のコンパレータ４１においてしきい値ＴＨ₁で２値化す
れば、ラインｌ対応２値化信号は第３図に示す如くにな
るものである。同様に被検体１３に対応するフオトダイ
オードのライン番号をｍとすると、ライン番号ｍに対応
するフオトダイオードの映像出力は第３図に示す如くに
なる。この例では被検体１３での反射率が他の部分（空
気層の部分）に比して低いために被検体１３からの映像
出力は低くなつているが、逆に反射率が高い場合におい
ても明らかに空気層の映像出力値と異なれば、両者を容
易に識別することが可能である。ラインｍ対応の読出信
号はしきい値ＴＨ₂と比較されることによつて、ライン
ｍ対応２値化信号に変換されるが、この処理は第４図に
示すコンパレータ４２になつている。コンパレータ４
１，４２の出力パレス列はＯＲ回路４３にてそれら出力
パレス列が合成処理されたうえ計算機８内のＲＡＭ
（１）２０に格納されるようになつているものである。
この場合ＲＡＭ（１）２０のアドレスは読出クロツク発
生回路１５からの読出クロツクをカウンタ４４，４５で
カウントすることによつて発生され、カウンタ４４，４
５それぞれからは列信号、行信号が得られるものとなつ
ている。

第５図はＲＡＭ（１）２０に格納されたメモリ内容を示
したものである。第３図からも判るように発光ダイオー
ド３０，３１および被検体１３に対応する部分３０′，
３１′，１３′には“１”がその他の部分には“０”が
書き込まれることになる。計算機１８はＲＡＭ（１）２
０にＭＯＳ型フオトダイオードの映像信号を書き込んだ
後、再びこれを読み出し線源および検出器の位置とそれ
ら間の距離を計算（フオトダイオードのセルの個数で計
算）するが、第５図に示すものでは計算されたそれらの
間の距離の値はｎとなる。この後計算機１８はＲＡＭ
（１）２０に格納したデータを、線源位置がＲＡＭ
（２）２１のアドレス（０，０）に、また、検出器位置
がＲＡＭ（２）２１のアドレス（０，Ｍ−１）に対応す
べくした状態でRAM（２）２１に格納するようになつて
いる。これによりＲＡＭ（２）２１はその後の処理が容
易とされたＭ×Ｍの大きさのメモリマツプとなりＣＴ像
再構成の計算に必要なメツシユ数Ｍ×Ｍと一致すべくさ
れるものである。一般にＭＯＳ型フオトダイオードのセ
ル数は1024×1024程度であるのに対し、再構成のメツシ
ユ数はＭ×Ｍであり、1024＞Ｍの条件が成立しているこ
とから、ＲＡＭ（２）２１の１つのメツシユには1024／
Ｍ個分のアドレスのＭＯＳ型フオトダイオードの情報が
書き込まれることになる。第５図に示す例では、ｎは10
24以下となるがその値は1024に近いことから、ＲＡＭ
（１）２０内のデータは行方向、列方向にともにｎ／Ｍ
倍圧縮された状態でＲＡＭ（２）２１に格納されること
になる。第６図は第５図に示すデータのＲＡＭ（２）２
１への格納状態を値“１”を黒として、値“０”を白と
して示したものである。これについては特に説明は要し
ないが、この転送格納が終了した時点よりＣＴ走査が開
始されるものである。

第７図はＣＴ像再構成用の計算メツシユを示すが、この
計算メツシユは周知のように一般には計算機のコアメモ
リ上に作成されるものとなつている。ところでＣＴの像
再構成には式（４）に示すように回転項Ｎが関係する
が、これは並進項Ｍとは独立な変数であるため、以下で
は、ある回転位置での（Ｎ＝一定）再構成法についての
べる。重畳積分法では、単にＮの変化は回転方向の透過
データの積み重ねを行つているだけであるからである。
但し、式（４）の演算では１並進分のデータ（ｉ＝０〜
Ｍ−１）の個数Ｍがそろわなければならないことは明ら
かである。

さて、本発明に係る演算を第７図を参照しつつ第８図，
第９図により説明する。先ず第８図について説明すれ
ば、これはＲＡＭ（２）２１の読出を行なうフローを示
したものであるが、この読出により被検体１３がＲＡＭ
（２）２１の如何なる部分に存在するかが認識されるも
のとなつている。読出開始に際しては列ｉ、行ｊが初期
化されるが、この後は列ｉを固定し行ｊを更新しつつ読
出を行なうようになつている。この読出においてメツシ
ユ内容が“０”（空気層）である場合には直ちに次のメ
ツシユ内容が読み出されるが、メツシユ内容が“１”の
場合にはメツシユ内容が“１”となるｊの個数が計算さ
れ、そのときのｉがコアメモリに記載される。ｊの個数
に引き続いてはＭ−ａ（＝被検体のメツシユ数）が計算
され、この後は元のループに戻るようになつている。ｊ
がＭ回更新される度にｉを更新するようにした読出を行
なうものである。この第８図に示す処理は走査前でも１
並進走査が終了した時点のどちらで行なつてもよい。

第９図は第８図に示す処理が行なわれた後に像再構成を
行なうための処理のフローを示したものである。この処
理は必ず１並進走査が終了した後に行なわれるものとな
つている。この処理では先ず１並進分のデータが読み込
まれたうえ式（４）に対応する が演算され、その結果（補正データ）はコアメモリ上に
格納されれるようになつている。この後はｋ，ｎ（回転
数）の初期化が行なわれてから、既に記憶されているｉ
とｋが一致するか否かが判定され、もし一致しなかつた
場合（ｋ≠ｉ）には、空気層のデータであるためメツシ
ユ（ｋ，ｌ）には“０”のデータを書き込むものであ
る。もしもｋ＝ｉの場合には、被検体が在るわけである
から、この部分には以下に示すデータＱが書込まれるも
のである。

この処理はｋの値を更新しつつＭ回に亘つて行なわれる
が、この処理がＭ回行なわれる度にｎの値が更新される
ようになつている。ｎに関するループはｎの値がＮ−１
となるまで、即ち、回転数Ｎ回まわり、結局ｋに関する
処理全体がＮ回繰り返される。したがつて最終的に本発
明の再構成に係る演算式は次式で示される。

以上の演算の結果、空気層には“０”というデータが、
また、被検体の部分には式（６）で演算されたデータが
格納されるものである。

なお、第１図において符号１９，２２，２３〜２５はそ
れぞれマイクロプロセツサ、プログラム格納用ＲＯＭ，
ＣＲＴ（像表用）、外部記憶装置（磁気デイスク装置）
を示す。

第１０図は本発明の第２の実施態様を示したものであ
る。第１の実施態様では被検体を自然光の下にテレビカ
メラで撮影していたが、本態様においては光源５１とレ
ンズ５２からなる投光器を用い光が被検体方向に投光さ
れるようになつている。被検体１３の情報は第１の態様
と同様にテレビカメラによる撮影によつて得られるが、
勿論テレビカメラの他に集光レンズとフオトダイオード
アレイを２次元に配置した撮像素子でも使用可能であ
る。本態様では第１の態様よりも被検体の像をコントラ
ストよく撮影し得ることから、被検体の周囲情報が明確
になり、ＣＴ像の再構成に良好な結果を与えることにな
る。

第１１図は第３の実施態様に係るＣＴスキヤナの配置を
示したものである。この態様では先の第１，第２の態様
で被検体の形状をテレビカメラあるいは他の撮影素子で
捉えていたのに対しレーザあるいは点光源６１を線源ボ
ツクス１１か、検出器ボツクス１２の何れか一方に、ま
たフオトダイオード６２を他方に配置するようにしたも
のである。この態様による場合、データ収集時のように
ＣＴ装置が予め走査され被検体の形状が第６図に対応す
るメモリマツプ上に作成される必要がある。このため走
査時間が長くなるという不具合が生じるが、フオトダイ
オード等の素子の数や信号処理のチヤネル数（第１，第
２の態様での信号処理のチヤネル数はフオトダイオード
の素子数の平方根分必要）が大幅に減少されることか
ら、経済的に実施され得、また、安価にして得られるこ
とになる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば、これまで空気層
に相当するメツシユにも均等に割り当てられた透過デー
タを全くなくし、その分被検体部に多く割り当てること
から、画像再構成の際に生じるノイズ（線吸収分布のゆ
らぎ）を少なくすることが可能であり、特に被検体と空
気層の線吸収係数の差が大きい程有用となる。第１２図
は本発明による効果を示す一例であり、第１図々示の被
検体に円形のフアントムを用いた場合でのフアントム中
央部のヒストグラムを定性的に示したものである。同図
（ａ）は従来の手法に係るものであり、同図（ｂ）は本
発明の手法に係るものとなつている。同図（ａ）に現わ
れるノイズ７１は、位置によらずある大きさ（メツシユ
に割り当てられる放射線の計数値をｎとすると を有する。

しかしながら、本発明での計数ノイズは被検体内に多く
データが割り当てられているため少なくすることが可能
である。定量定には例えば、ある並進位置での透過デー
タの計数値が１０⁷カウント、メツシユ数を１００とす
ると１メツシユ当りの計数値は１０⁶／１０²＝１０⁴カ
ウントとなりノイズは１％になる。本発明におけるノイ
ズは従来法と同じ条件で、かつａ（空気層のメツシユ
数）が５０、即ち、撮影領域の半分が空気層とすると、
画像に現われるノイズの百分率は といつた具合に、従来法に比して大幅に減少する。この
効果は式（５）あるいは式（６）からａのメツシユ数が
多くなる程に増大するものである。

更に他の効果としては、ＣＴ再構成像が第１２図
（ａ），（ｂ）にみられるように空気層のレベル（線吸
収係数のレベル）と被検体のレベルとの差が大きくなる
ため、通常医療用で行なわれている画像処理技術、例え
ばＲＯＩ（関心領域）表示のレベル設定の容易化、ある
いは空気層と被検体間のレベルの傾斜角が急になること
で生じる被検体のエツジ強調化などの処理が実行しやす
くなることが挙げられる。

なお、テレビカメラで捉えた映像と計算メツシユとを対
応させるべく第８図，第９図に示す如くのソフトウエア
を必要としこれがために処理時間を多く要しているが、
この部分が例えばＲＯＭ化、あるいはフアームウエア化
される場合は処理時間が大幅に短縮され本発明の効果は
更に向上され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による２次元断層像撮影装置の基本的
な態様に係る一例での構成を被検体とともに示す図、第
２図は、第１図においてテレビカメラより見た線源ボツ
クス、検出器ボツクスおよび被検体の位置関係を示す
図、第３図は、そのテレビカメラ内ＭＯＳ型フオトダイ
オードからの映像読出とその後の処理を示す図、第４図
は、第１図におけるアドレス発生・２値化回路の具体的
回路構成を示す図、第５図，第６図は、被検体を含む映
像のメモリへの格納とそれの計算メツシユへの変換を説
明するための図、第７図は、ＣＴ像再構成用の計算メツ
シユを一般的に示す図、第８図，第９図は、被検体存在
位置を認識するための処理のフローと像再構成処理のフ
ローを示す図、第１０図，第１１図は、本発明の他の態
様を示す図、第１２図（ａ），（ｂ）は、本発明による
効果の程を説明するための図、第１３図（ａ），（ｂ）
は、透過データの収集方法と像再構成方法を示す図、第
１４図は、Ｍ×Ｍ行列の計算メツシユを示す図である。 １０…データ収集回路、１１…線源ボツクス、１２…検
出器ボツクス、１３…被検体、１４…モータ制御装置、
１６…テレビカメラ、１７…回転台、１８…計算機、２
５…アドレス発生・２値化回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照射放射線に対する、被検体と該被検体周
   辺からの透過放射線としての透過データを収集し、該デ
   ータの演算処理結果を計算メッシュに逆投影することに
   よつて、２次元断層像を再構成する２次元断層像撮影装
   置において、再構成演算の計算メッシュ上での被検体の
   存在領域を事前に特定する手段と、空気層相当メッシュ
   領域に透過データを割当てることなく該メッシュ領域に
   “０”の値を設定し、その分多く割当てされた透過デー
   タにもとづき、特定されている被検体の存在領域相当の
   計算メッシュ上のみに像再構成の逆投影演算を実施する
   逆投影演算手段とが具備せしめられてなる２次元断層像
   撮影装置。