JPH067338A - 扇状ｘ線ファンビームｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短かい撮影時間のもとで高い画像品質が走査
スキャンアーチファクトなしで達成されるように冒頭に
述べた形状の扇状Ｘ線ファンビームＣＴ装置を提供する
ことが本発明の目的である。 【構成】 デテクタアレイ（４）のデテクタ素子（７）
がデータ収集のため各群に細分されており、データアク
イジションシステムは上記デテクタ素子（７）の出力信
号の収集のため制御されるように構成されている。ここ
において、当該積分及び読出は１つの群内部では同時
に、但し順次連続する各群で時間的ずれを以って行なわ
れるように制御構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線ビーム源及びデテク
タアレイから成るシステム軸線を中心として回転する測
定ユニットを有する第３世代の扇状Ｘ線ファンビームＣ
Ｔ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続的ビームによる第３世代のファンビ
ームないし扇形ビーム（ｆａｎ−ｂｅａｍ）の場合、デ
テクタ素子の配置構成及び走査検出（スキャニング）は
次のように行なわれるべきである、即ち走査（スキャ
ン）上のアーチファクト（偽画像）が回避され、測定デ
ータの所定の総数のもとでできるだけ大きな画像品質
（局所−及びコントラスト分解能）が、又は所定の画像
品質が、患者へのわずかなビーム負荷を以て達成され、
又は所定の撮影時間にてできるだけ大きな容積（体積）
の断層撮影（トモグラフィー走査、スキャン）が達成さ
れるように行なわれるべきである。

【０００３】従来技術によれば走査スキャンアーチファ
クト（偽画像）低減のための手段はデテクタ装置のスタ
チックな１／４オフセット（ずれ）である。走査スキャ
ンアーチファクトの回避、及び局所分解能の同時の増大
が、ジャンプフォーカス（焦点）技術により達成され、
この技術では勿論、測定データの数が増倍（逓倍）され
る。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的ないし課題とするところは
短かい撮影時間のもとで高い画像品質が走査スキャンア
ーチファクトなしで達成されるように冒頭に述べた形状
の扇状Ｘ線ファンビームＣＴ装置を提供することであ
る。

【０００５】

【発明の構成】上記課題は本発明によれば次のようにし
て解決される、即ちＸ線ビーム源及びデテクタアレイか
ら成るシステム軸線を中心として回転する測定ユニット
を有する第３世代の扇状Ｘ線ファンビームＣＴ装置にお
いて、上記デテクタアレイのデテクタ素子がデータ収集
のため各群に細分されており、データアクイジションシ
ステムは上記デテクタ素子の出力信号の収集のため制御
されるように構成されており、ここにおいて、当該積分
及び読出は１つの群内部では同時に、但し順次連続する
各群で時間的ずれを以って行なわれるように制御構成さ
れここにおいて当該の時間ずれは順次連続する投影方向
間の測定ユニットの回転に対する時間に精確に相応する
ように構成されているのである。

【０００６】上述のようなデータ収集によっては画像構
成のための変形修整されたコンボリューション−逆投影
アルゴリズムの適用のための前提条件が充足され、上記
アルゴリズムは数学の技術水準に相応する。（Ｆ．Ｎａ
ｔｔｅｒｅｒ：“Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｉｎ ｆａｎ ｂ
ｅａｍ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”，Ｗｅｓｔｆａｅｌｉ
ｓｃｈｅ Ｗｉｌｈｅｌｍｓ−Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅ
ｔ Ｍｕｅｎｓｔｅｒ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｅｒ
ｎｕｍｅｒｉｓｃｈｅ ｕｎｄ ｉｎｓｔｒｕ−ｍｅｎ
ｔｅｌｌｅ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｋ，１９．１２．１９
９１，刊行 ｉｎＳＩＡＭ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍａｔｈ．
１９９２）。

【０００７】要するに従来技術による通常のデータアク
イジション（収集）と異なって、各投射（投影）方向ご
とのデータの数が低減されるが、投影方向の数が高めら
れ、その際当該測定フィールドを測定ビームでできるだ
け有効に被うことを狙いとするものである。ビームによ
る測定フィールドの有効な被い（カバーリング）は所謂
良好な格子の数学的理論（＝多次元関数の数値積分のた
めの良好な格子点）として解釈され得る。（Ｓ．Ｋ．Ｚ
ａｒｅｍｂａ（ｅｄ．）：“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ｏｆ Ｎｕｍｂｅｒ Ｔｈｅｏｒｙ ｔｏ Ｎｕｍｅ
ｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ”，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ
ａｎｄ Ｌｏｎｄｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓ
ｓ，１９７２）。

【０００８】本発明においては第３世代のＣＴ装置にお
いて通有のデテクタ素子数を基礎とする。データの収集
のためにデテクタ素子は各群に細分化され、各投影ごと
に使用されるデータの、係数Ｍだけの圧縮の除Ｍの群に
分けられる。その場合上記Ｍのグループ（群）は例えば
次のように合成され得る： Ｏ．群：素子Ｎｏ Ｋ′，Ｋ′＋Ｍ，Ｋ′＋２＊Ｍ，．．．等々 Ｋ．〃： 〃 Ｏ′，Ｏ′＋Ｍ，Ｏ′＋２＊Ｍ，．．．等々 （その場合（Ｏ′，ｌ′，．．．，（Ｍ−ｌ）′は順序
（Ｏ，ｌ，．．．，Ｍ−ｌ）のパーミュテーションない
し置換であり得る、） 第３世代のＣＴ装置では測定データの数の増大のため、
もって画像品質の改善のためファンビームないし扇形ビ
ームをダイナミックにシフトすることが公知である（ジ
ャンプ焦点−技術）。本発明では扇形ビームのダイナミ
ックなシフトが、各群へのデテクタアレイの分割、及び
データアクイジションの際の時間的ずれにより等価的に
行なわれる。その際ジャンプ焦点−技術との組合せが不
可能ではない（行なわれてもよい）。

【０００９】次に図に示す実施例に即して本発明を詳し
く説明する。

【００１０】

【実施例】図１には焦点円１が示してあり、この焦点円
ではＸ線ビーム源の焦点２が回転する。焦点２から発し
ているファンビームないし扇形ビーム３はデテクタアレ
イ４に当たり、このデテクタアレイは一連のデテクタ素
子から成り、焦点２と共に回転する。デテクタアレイ４
のデテクタ素子の出力信号は計算機に供給され、この計
算機はそれから、測定フィールド５内に位置する測定対
象物の被検層の画像又は当該測定対象物の容積（体積）
の画像を計算し、可視装置上にそれの再生を行なわせ
る。

【００１１】図１には例えばファンビームないし扇形ビ
ーム３の測定ビーム３が示してあり、この測定ビームは
デテクタ素子７に照射する。測定ビーム６と、焦点２か
らシステム軸線８へ延びるビームとの間の角度をプサイ
ｐｓｉ（ψ）で示し、上記の焦点２からシステム軸線８
へ延びるビームと、座標系ｘ，ｙの横座標との間の角度
はファイｐｈｉ（φ）で示す。上記角度φは焦点円１上
の焦点２及びデテクタアレイ４の回転の際連続的に変化
し、それぞれの投影（この投影ではデテクタアレイ４の
デテクタ素子の信号、より精確にはデテクタアレイ４の
サブ群のデテクタ素子の信号が検出される）を設定す
る。

【００１２】Ｘ線ビーム源の連続的ビーム、及び一定角
速度ｗでの測定ユニットの連続的回転（共通システム軸
線８を中心としてのＸ線ビーム源及びデテクタアレイ４
の回転）が前提とされる。その場合システム回転中の各
時点ｔには一義的に１つの所定の投影角度φ＝ｗ＊ｔが
対応づけられており、また、その逆も成立つ。

【００１３】或１つのデータ点又は測定値は１つの測定
ビームの２つの角度座標ψ及びφにより表示される。１
つの測定ビームはデテクタ素子の重心と、固定した時点
ｔ＝φ／ｗでのフォーカス（焦点）２とを結ぶ線により
規定される。個々のデテクタ素子−測定信号は夫々積分
時間間隔ｄｔに亘り収集され、読出される。それから当
該データ点には積分間隔の中央ないし相応の投影角度φ
が対応付けられる。１つの共通の投影角度にまとめられ
るデータは（扇形ビーム）投影と称される。

【００１４】座標φ，ψによるダイヤグラムは扇形ビー
ム−シノグラム（Ｓｉｎｏｇｒａｍｍ）と称される。こ
のシノグラムにおけるデータ点の表示により、走査スキ
ャンラスタ（＝走査パターン）が可視化される。（スタ
チックに示されている）走査パターンにさらにデータア
クイジション（収集）の時間経過についての情報が付加
される場合は走査シエーマ（走査図式パターン）という
表現が使用される。

【００１５】図２中次の手法が示されている。左に向っ
てはＫ×Ｍ，Ｋ・Ｍ＋１等でデテクタ番号が示され、上
に向っては０，１，２，０で、デテクタ群が示されてい
る。

【００１６】１．デテクタ素子の従来通例の数は減少さ
れない（又は大して低減されない）。データを収集する
ためにデテクタ素子が各群に分けられ、例えば各投影ご
とに使用されるデータの、係数Ｍだけの圧縮の場合Ｍ−
群に分けられ、これらＭ−群は例えば次のように合成さ
れる、 Ｏ．群：素子Ｎｏ．Ｏ′，Ｏ′＋Ｍ，Ｏ′＋２＊
Ｍ，．．．等々 Ｋ．群：素子Ｎｏ．Ｋ′，Ｋ′＋Ｍ，Ｋ′＋２＊
Ｍ，．．．等々 但し（Ｏ′，ｌ′，．．．，（Ｍ−ｌ）′は順序（Ｏ，
ｌ，．．．，Ｍ−１）のパーミュテーションないし置換
であり得る。図２中Ｍ＝３であり、当該順序はパーミュ
テーション化ないし置換されていない。

【００１７】２．データアクイジションシステムは次の
ように制御さるべきである、即ち１つの群内部で各信号
の積分ないし読出しが同時に、但し、順次連続する各群
では時間的にずらして行なわれるように制御さるべきで
ある、その際当該の時間的ずれは順次連続する投影方向
間でのシステムの回転に丁度に相応するものである。個
々の群に対するＤＡＳ−スタートポイントのずれは図２
中矢印で示してあり、その矢印はテデクタ群に対する積
分間隔を表わす。患者を貫通するビームを損失なしに利
用するため、Ｍデテクタ群において信号積分時間はＭの
順次連続する投影に亘っている。当該積分時間は図２の
例では従来の走査図式パターンに相応する。

【００１８】要するに、従来技術におけるファンビーム
ないし扇形ビーム３のダイナミックなシフトがデテクタ
アレイ内部でのデテクタ群の自然な空間的ずれ、及びデ
ータアクイジションの際の時間的ずれにより等価的に行
なわれ得るから、それと組合せて用いられてもよい。

【００１９】図２の実施例では−従来技術に比して−デ
テクタ実装（パッキング）密度は係数２だけわずかにさ
れている（１／２に低減されている）。ビームを完全に
利用し、しかも、２倍の幅のデテクタ素子によって空間
的分解能を失なわないために図３に示す手段が提案され
る。

【００２０】完全なる実装（パッキング）密度即ち図２
におけると２倍の多さのデテクタ素子及びデータ点が使
用される。図３の走査パターンは同じ（等価的）走査パ
ターン（これはφ軸における鏡映的写像及び１／２の投
影インクリメントだけの時間的ずれにより得られる）の
重畳により行なわれる。その際その重畳されたパターン
は図３中クロス(十字マーク)により示されている。上記
の新たな走査パターンは同じく上記項目１で記載した型
式(ここではＭ＝６のデテクタ群付）である。２つの重
畳されたサブ走査パターンは夫々実際の数学的関係性と
して有意である。画像再生には各サブ走査パターンのデ
ータを並列処理すると有利である。

【００２１】扇形ビームずれの可変はダイナミックな機
械的シフトなしに、そして、ジャンプ焦点なしに実現さ
れる。ビームは完全に利用され、再構成のためのデータ
の並列処理が補強される。ジャンプ焦点は省略し得る
が、省略しなくてもよい。選択的に一方では従来のデー
タ収集を、他方では有効モードへの切換を行なわせるこ
とも可能である。更に、ジャンプ焦点−技術との組合せ
の場合、比較的大きな融通性が、選択的な種々異なる有
効モードで実現可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば短かい撮影時間のもとで
高い画像品質が走査スキャンアーチファクトなしで達成
されるように冒頭に述べた形状の扇状Ｘ線ファンビーム
ＣＴ装置を実現できる効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明のための第３世代ファンビームＣ
Ｔ装置の概念図である。

【図２】本発明による図１に示すＣＴ装置のデテクタ素
子の走査パターンの特性図である。

【図３】図２とは異なる特性パターンの当該の特性図で
ある。

【符号の説明】

１ 焦点円 ２ 焦点 ３ ファンビーム ４ デテクタアレイ ５ 測定フィールド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線ビーム源及びデテクタアレイ（４）
   から成るシステム軸線（８）を中心として回転する測定
   ユニットを有する第３世代の扇状Ｘ線ファンビームＣＴ
   装置において、上記デテクタアレイ（４）のデテクタ素
   子（７）がデータ収集のため各群に細分されており、デ
   ータアクイジションシステムは上記デテクタ素子（７）
   の出力信号の収集のため制御されるように構成されてお
   り、ここにおいて、当該積分及び読出は１つの群内部で
   は同時に、但し順次連続する各群で時間的ずれを以って
   行なわれるように制御構成されここにおいて当該の時間
   ずれは順次連続する投影方向間の測定ユニットの回転に
   対する時間に精確に相応するように構成されていること
   を特徴とする扇状Ｘ線ファンビームＣＴ装置。