JPH0620449B2

JPH0620449B2 - Ｘ線断層撮影装置

Info

Publication number: JPH0620449B2
Application number: JP2092708A
Authority: JP
Inventors: 一生森
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPH03103238A

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ェクションデー
タを収集し、この全プロジェクションデータを基に画像
再構成を行ない、表示装置に所望スライス面の断層像を
表示するように構成されていた。

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
０゜回転させて第１のスライス面についての全プロジェ
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ェク
ションデータを収集する時と最後のスライス面につきプ
ロジェクションデータ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、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線断層撮影装置
を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］（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
転しながらＸ線を曝射するＸ線源と、前記被検体を透過
したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源及び被検
体のいずれか一方又は双方を被検体の体軸方向に相対的
に移動させることにより被検体に対して螺旋状の走査を
行なう走査手段と、前記螺旋状の走査により前記Ｘ線検
出器が検出したＸ線のデータから螺旋状データを収集す
るデータ収集手属と、このデータ収集手段が収集した螺
旋状データを取り込んで、その螺旋状データのうち任意
の範囲のデータを用いて画像再構成を行う画像再構成手
段とを有することを特徴とするものである。

（作用）上記構成の本発明によれば、走査手段は、Ｘ線源及び被
検体のいずれか一方又は双方を被検体の体軸方向に相対
的に移動させることにより被検体に対して螺旋状の走査
を行なう。この螺旋状の走査において、Ｘ線源は被検体
の周囲を回転しながらＸ線を曝射し、Ｘ線検出器は被検
体を透過したＸ線を検出する。データ収集手段は、Ｘ線
検出器が検出したＸ線のデータから螺旋状データを収集
する。画像再構成手段は、データ収集手段が収集した螺
旋状データを取り込んで、その螺旋状データのうち任意
の範囲のデータを用いて画像再構成を行う。

これにより、上記螺旋上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。１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
成されており、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
再構成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
ものとして、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１
０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１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
描くことになる。

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Ｓ_１からＳ_２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Ｘ_１とＸ_２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
構成を行う公知の手法（ＵＳＰ第４１４９２４７）が考
えられる。また、上記点Ｓ_１からＳ_３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Ｘ_２を代
表するスキャンデータとして再構成することもできる。

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０乃至３６０゜の値をとる。
Ｐ₁₂（θ，ψ）は被検体Ｍに対するＸ線管３の相対位置
が第２図Ｓ_１からＳ_２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Ｓ_２からＳ_３
に至る間に得られたプロジェクションデータである。

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繹できる。

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ェクションデータを独立
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１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、プロジェクションデー
タをとる角度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Ｓ_１位置（す
なわちＸ＝Ｘ_１）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＝１８０゜においてＸ線管位置は最初の位置Ｘ_１に
はなく、そこからＰ／２だけ進んだ位置（Ｘ＝Ｘ_１＋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ェクションデータが全く同一
の被検体を計測した結果であるという前提でなされたも
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１８０゜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１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
メータ等によって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_１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
ェクションデータを束ねれば、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ェ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＝０゜にてプロジェクションデー
タの収集を開始し、θ＝３６０゜にほぼ近い位置θmax
で１画像分のプロジェクションデータの収集を完了すれ
ば（０，ψ）とＰ（θmax，ψ）とでは測定するスキャ
ン面がズレているので、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１部分若しくは終期に得られた１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で得られたプロジェクションデータは次
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，ψ)＝Ｗ(θ)・Ｐ₁₂(θ，ψ)＋(１−Ｗ(θ))・Ｐ₂₃(360゜＋θ，ψ) …(2) ここで、Ｗ（θ）は第７図に示す如くθ＝０゜にて、
０，θ＝θＸにて１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θmax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′(θ，ψ)＝Ｗ(θ)・Ｐ₁₂(θ，ψ)＋(１−Ｗ(θ))・Ｐ₂₃(θ−360゜，ψ) …(3) ここで、Ｗ（θ）はθ＝θＹで１、θmaxで０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Ｓ_１からＳ_２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０乃至３６０゜に亘っ
て得たプロジェクションデータから１画像を作るＸ線Ｃ
Ｔについて述べたが、３６０゜未満のスキャンデータか
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画像分のプロジェクショ
ンデータ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ェクションデータを重ね合せ
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_０，Ｓ_１…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
意に再構成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れば、一回の螺旋状の走査で複数
の画像を再構成し得る螺旋状データを得ることができる
ので、被検体を束縛する時間を減少させると共に、被検
体の任意の位置の断層像を得ることができる。

【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、１０……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

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の周囲を回転しながらＸ線を曝射す
るＸ線源と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源及び被検体のいずれか一方又は双方を被検体
の体軸方向に相対的に移動させることにより被検体に対
して螺旋状の走査を行なう走査手段と、前記螺旋状の走査により前記Ｘ線検出器が検出したＸ線
のデータから螺旋状データを収集するデータ収集手段
と、このデータ収集手段が収集した螺旋状データを取り込ん
で、その螺旋状データのうち任意の範囲のデータを用い
て画像再構成を行う画像再構成手段と、を有することを特徴とするＸ線断層撮影装置。
【請求項２】前記走査手段は、前記Ｘ線源が被検体の周
囲を回転中に、前記被検体をその体軸方向に移動させる
ものである特許請求の範囲第１項記載のＸ線断層撮影装
置。
【請求項３】前記走査手段は、被検体の周囲を回転して
いるＸ線源を被検体の体軸方向に移動させるものである
特許請求の範囲第１項記載のＸ線断層撮影装置。