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JP3711166B2 - X-ray CT system - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線CT装置に関する。現在医療技術において利用されているコンピュータ断層撮影では、X線放射器のX線束から成る薄いファンビームが放出され、被検対象を透過して伝送されるビームが個々の検出器行を用いて検出されることにより、断面像に必要な撮影データが得られる。このとき、z方向(システム軸線の方向)の個々の検出素子の長さは、個々の検出素子が最も大きな調整可能なスライスの厚さ(通常10mmのスライス)の場合にビームを受信できるように、定められる。
【0002】
【従来の技術】
種々のスライスの厚さは、X線管近傍の絞りと検出器側の絞りを相応して調整することにより形成される。そのような装置を用いるとその都度1つのスライスに対してのデータしか撮影できないので、X線放射器によって放射されるX線ビームは非常に非効率的に用いられる。従って一般に3次元の撮影技術では、検出される体積は、X線放射器の有効な連続出力によって制限される。必要な撮影時間及び検査時間は相応して長くなる。
【0003】
米国特許明細書第5291402号に基づく面検出器を用いると、このような測定系の制限は、十分に克服される。前記面検出器は、検出器素子(モザイク)の2次元アレイである。即ちこの面検出器は、複数の平行な検出器行によって構成されている。従って、画像構築のために、薄いファンビームの代わりにz方向に拡がったX線ビーム束を用いることもできる。従来の単一行検出器とは対照的に、面検出器は、z方向に個々に並ぶ検出器素子から成る。測定系の回転の際に、面検出器のz方向への拡がりに応じて、多数のスライスを同時に撮影することができる。このとき、面検出器の隣接している行は、隣接しているスライスを検出する。そのため、検出器素子のz方向の長さは、検出器行が最も小さい所望のスライス(通常1mmのスライス)を検出するように選択される。
【0004】
つまり、面検出器はz方向のN行の配列から成り、その際1つの行に、例えばz軸に対して垂直な方向にM個の検出器素子が配置されている。従って、面検出器は、N×Mの検出器素子から成る。z軸に対して垂直な検出器素子の構成は、有利にはアーチ状に設計されており、このアーチの中心にX線の焦点が形成されている。
【0005】
面検出器は、N×Mの検出器素子のモザイクから成り、体積又は部分体積を同時に撮影することにより、X線出力を非常に効率的に使用するという大きな利点を有する。
【0006】
これに対し、面検出器には次のような欠点がある。
【0007】
a)個々の検出器素子を読出す際に、これに相応して多数のN×Mの検出器チャネルが必要である。
【0008】
b)単一行検出器を有するCT装置に比べ、検出されるデータ量が、行数Nに比例して増大する。
【0009】
c)平面的断層写真として知られる、フィルタによる逆投影を用いる再構築は、X線束の縁部領域のスライスには不正確であり、少なくとも、非常にコストのかかる計算処理を必要とする円錐補正が必要である。これに代わる方法として、画像の再構築のために真の3次元方法を用いる(ヨーロッパ特許出願公開第0526157号公報)ことができる。しかしこの場合には、従来のフィルタによる逆投影やフーリエの再構築に比して、計算コストが著しく増大する。これに応じて、必要な計算機出力も上昇する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、面検出器を有するX線CT装置において、読出し、データ量及び再構築に関して、面検出器の甚だしい複雑性を十分に回避し、実現可能な程度に低減し、同時に重要な利点を保つようにすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、
検出器は、複数の平行な検出器行から成り、検出器行のうちのそれぞれが、1列の検出器素子によって形成されており、
X線ビーム束は、システム軸線の周りを回転可能であり、種々の撮影の際に形成される検出器信号が計算機に供給され、計算機は、検出器信号から被検対象の画像を計算し、
調整可能な絞りが、X線ビーム束が当たる検出器行の数を選択するために設けられており、マルチプレクサが、前もって決められた数の複数の出力チャネルを選択された検出器行に接続するために設けられており、絞りを用いて選択された検出器行の数が出力チャネルの数より多い場合、マルチプレクサが、互いに隣接している検出器行の出力信号をグループにまとめることにより解決される。
【0012】
これについて、基本思想は次の通りである。
【0013】
行毎にM個の検出器素子を有するN行の面検出器は、最も小さいスライスの厚さw(例えば、w=1mm)のN個のスライスの撮影のために製作されている。実際の撮影モード、例えばスライスの厚さw>wに相応して、適当に、1列の検出器素子の出力信号をグループにまとめる。従って、必要な読出しチャネルの数nは、n<Nになる。このとき勿論、nを一定に保持できることが望ましい。従って、面検出器のN行を必ずしも全て用いない場合には、相応するX線断層写真は、調整可能な絞りによって形成することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明によるX線CT装置の主要部を示す。図1には、X線放射器の焦点1が示されており、焦点1から、図示されていない絞りによって形成されるファン状のX線ビーム束2が放射される。前記X線ビーム束2は、被検対象3を透過し検出器4に当たる。検出器4は、多数の平行な検出器行から成り、これらの検出器行のうちのそれぞれが、1列の検出器素子によって形成されている。測定系1、4はシステム軸線6の周りを回転可能であり、従って種々の撮影のもとで被検対象3が透過照射される。このとき形成される検出器信号から計算機7が、モニタ8で再生される被検対象3の画像を計算する。検出器信号の捕捉は、図2から図5を用いて詳細に説明するマルチプレクサ9によって行われる。
【0016】
検出器4は、図1では単に略線的に示されているにすぎない。図2から図5は、検出器4が、これらの図に基づく実施形態では16の平行な検出器行4a〜4pから成ることを示す。検出器4の前で見たビーム方向に、z方向に調整できる絞り10が設けられている。絞り10によって、X線ビーム束が当たる検出器行4a〜4pの数が選択される。マルチプレクサ9は、前もって決められた数の出力チャネルを、本実施形態では4つの出力チャネルを、選択された検出器行4a〜4pに接続する。選択された検出器行4a〜4pの数が出力チャネルの数より多い場合、マルチプレクサ9は、互いに隣接している検出器行の出力信号をグループにまとめる。
【0017】
図2の絞り位置では、4つの検出器行4g〜4jが、4つの出力チャネル11〜14に接続されている。図3の絞り位置では、検出器行4e〜4lが、4つの出力チャネル11〜14に接続されている。8つの検出器行の出力信号を検出することに対応して、それぞれ2つの互いに隣接している検出器行、例えば4eと4fの出力信号が組にまとめられる。図4の絞り位置では、検出器行4c〜4nの出力信号が検出され、これに対応してそれぞれ3つの互いに隣接している検出器行の出力信号が1つのグループにまとめられる。さらに図5では、絞り10が完全に開放されているので、それぞれ4つの互いに隣接している検出器行の出力信号が1つのグループにまとめられる。
【0018】
本実施形態では、検出器4は、N=16の検出器行4a〜4pから成り、1mmの層厚で16スライスを撮影するのに適している。しかし、読出しのために、列毎にn=4チャネルのみ使用すればよい。従ってチャネルの総数は、4×Mである。
【0019】
相応して絞ることにより、1mmのスライスでは、最も内側の4つの検出器行4g〜4jが用いられる。この検出器行4g〜4jの出力は、それぞれ有効チャネル11〜14に切換えられる(図2)。
【0020】
スライスの厚さを2mmで作動する場合、最も内側の8つの検出器行4e〜4lが用いられ、この検出器行4e〜4lの出力信号は、それぞれ2つずつまとめられる。このように発生するそれぞれペアーから成る4つの出力信号は、引き続きチャネル11〜14に切換えられる(図3)。
【0021】
同様に、3mmの層厚の4つのスライスは、それぞれ3つの隣接している検出器素子の信号をまとめることにより形成され(図4)、或いは、それぞれ4mmの層厚のスライスは、それぞれ4つの隣接している検出器素子の信号をまとめることにより形成される。
【0022】
臨床的に重要な1mm〜4mmのスライスの厚さを有するこのような基準モードから、これより大きな、例えば6mm又は8mmのスライスの厚さを別の加算ステップによって形成することができる。そのような場合、検出器4は、有効な2行検出器として動作する。
【0023】
実際に実現化するためには、図2〜図5に基づき、少なくとも4つの入力側を有する加算素子が必要である。選択されるスライスの厚さに応じて、検出器素子の最大4つの出力信号が、加算素子の入力側に接続される。加算素子の出力側は、読出し電子装置の4つのチャネル11〜14に固定して接続されている。
【0024】
選択された数値例が単に例示的性質を有しているにすぎず、任意に拡大できることは、自明である(例えば、N=32検出器行及びn=8読出しチャネル)。
【0025】
検出器信号から加算素子への切換プロセスに対する時間的要求は僅かである。なぜなら、このような切換は、撮影モードの始めに固定され、撮影期間中は変化しないで維持できるからである。しかしまた、スパイラル技術において、体積の撮影期間中にスライスの厚さを切り換えることも可能である。
【0026】
【発明の効果】
本検出器装置は、完全に読出し可能な面検出器と比して、読出し電子装置、データ量、画像再構築に関して既に述べたように単純化されている。従来のCT装置の単一行検出器と比して、本検出器装置は、次のような重要な利点を有する。
【0027】
a)n及びNの選択に応じて、N/nによって求められる最大の層厚を有するn個のスライスを同時に撮影することができる。
【0028】
b)スパイラル技術における体積の撮影
選択される加算回路に相当する装置では、データを検出するためにスライスの幅wに対しn個の有効な単一行検出器が用いられる。このとき、ピッチP=(測定系の360°回転毎の水平前送り(単位、mm))/(スライスの厚さ(単位、mm))を、大きく選択することができる。例えばP=n又はP=n+1とすると、単一行検出器と比して、係数n又はn+1だけ速く体積を走査することができる。このとき、P=n(或いはP=n+1)は、p=1(或いはp=1+1/n)の有効な検出器行を基準にして、有効ピッチpに相当する。従って、より速く体積を走査するにも拘わらず、実際にz方向で同じ走査密度が得られる。
【0029】
c)Pの選択は、実際の要求に基づく。スパイラルモードにおける何回もの走査を回避するために、一般に偶数nに対して、奇数P(例えばP=n+1)を選択するとよい。nが奇数の場合、P=nを選択することもできる。
【0030】
d)特に、薄いスライスを撮影するために、z方向への走査が望ましい。このことは、1<P<nを選択することによって行うことができる。p<1を有する単一行検出器に対して、撮影時間に関連する時間係数はP/p>>1のままである。
【0031】
e)本発明の検出器素子のマルチプレクス切換えは、非直線的部分体積効果を低減する方法を直接用いることが可能である。つまり、検出器を4×1mmモードで作動して、隣接している1mmのスライスの信号(ディジタル)を加算することにより、約2mmのスライスを形成することができる。同時に部分体積のアーチファクトが低減され、画像の、これに相応する補正信号/雑音の比が得られる。このことは同様に種々なスライスの厚さに対しても成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるX線CT装置の主要部を示す。
【図2】あるスライスの厚さに対応するマルチプレクサを有する、図1のCT装置の検出器を示す。
【図3】あるスライスの厚さに対応するマルチプレクサを有する、図1のCT装置の検出器を示す。
【図4】あるスライスの厚さに対応するマルチプレクサを有する、図1のCT装置の検出器を示す。
【図5】あるスライスの厚さに対応するマルチプレクサを有する、図1のCT装置の検出器を示す。
【符号の説明】
1 焦点
2 X線ビーム束
3 被検対象
4 検出器
4a〜4p 検出器行
6 システム軸線
7 計算機
8 モニタ
9 マルチプレクサ
10 絞り
11〜14 出力チャネル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray CT apparatus. In computed tomography currently used in medical technology, a thin fan beam consisting of the X-ray beam of an X-ray emitter is emitted, and the beam transmitted through the object to be detected is detected using individual detector rows. Thus, photographing data necessary for the cross-sectional image is obtained. At this time, the length of each detection element in the z direction (the direction of the system axis) is such that the beam can be received when each detection element has the largest adjustable slice thickness (usually a 10 mm slice). Determined.
[0002]
[Prior art]
The thickness of the various slices is formed by adjusting the diaphragm near the X-ray tube and the diaphragm on the detector side accordingly. Since such an apparatus can only capture data for one slice each time, the X-ray beam emitted by the X-ray emitter is used very inefficiently. Therefore, in general in three-dimensional imaging techniques, the detected volume is limited by the effective continuous output of the X-ray emitter. The required imaging and inspection times are correspondingly longer.
[0003]
With a surface detector according to US Pat. No. 5,291,402 such limitations of the measurement system are well overcome. The surface detector is a two-dimensional array of detector elements (mosaic). That is, the surface detector is constituted by a plurality of parallel detector rows. Therefore, an X-ray beam bundle extending in the z direction can be used for image construction instead of a thin fan beam. In contrast to a conventional single row detector, a surface detector consists of detector elements that are individually arranged in the z direction. During the rotation of the measurement system, a large number of slices can be taken simultaneously according to the spread of the surface detector in the z direction. At this time, adjacent rows of the surface detector detect adjacent slices. Therefore, the length of the detector elements in the z direction is selected to detect the desired slice (usually a 1 mm slice) with the smallest detector row.
[0004]
That is, the surface detector has an array of N rows in the z direction, and M detector elements are arranged in one row, for example, in a direction perpendicular to the z axis. Thus, the surface detector consists of N × M detector elements. The configuration of the detector elements perpendicular to the z-axis is advantageously designed in the shape of an arch, with the X-ray focus being formed in the center of this arch.
[0005]
The surface detector consists of a mosaic of N × M detector elements and has the great advantage of using the X-ray output very efficiently by imaging a volume or partial volume simultaneously.
[0006]
On the other hand, the surface detector has the following drawbacks.
[0007]
a) When reading the individual detector elements, a correspondingly large number of N × M detector channels are required.
[0008]
b) Compared to a CT device with a single row detector, the amount of data detected increases in proportion to the number N of rows.
[0009]
c) Reconstruction using filter backprojection, known as planar tomography, is inaccurate for slicing the edge region of the X-ray bundle and at least requires a very expensive computational process is necessary. As an alternative method, a true three-dimensional method can be used for image reconstruction (European Patent Application Publication No. 0526157). However, in this case, the calculation cost is significantly increased as compared with the back projection or Fourier reconstruction by the conventional filter. Correspondingly, the required computer output increases.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The problem of the present invention is that in an X-ray CT apparatus having a surface detector, with respect to readout, data volume and reconstruction, the significant complexity of the surface detector is sufficiently avoided and reduced to a practical level, and at the same time important Is to keep the benefits.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the present invention.
The detector consists of a plurality of parallel detector rows, each of the detector rows being formed by a single column of detector elements,
The X-ray beam bundle is rotatable around the system axis, and a detector signal formed during various radiographs is supplied to the computer, which calculates an image of the object to be examined from the detector signal,
An adjustable aperture is provided to select the number of detector rows that the x-ray beam strikes, and a multiplexer connects a predetermined number of output channels to the selected detector row. If the number of detector rows selected using the aperture is greater than the number of output channels, the multiplexer solves by grouping the output signals of detector rows adjacent to each other. The
[0012]
In this regard, the basic idea is as follows.
[0013]
An N-row surface detector with M detector elements per row is fabricated for imaging N slices with the smallest slice thickness w o (eg, w o = 1 mm). Depending on the actual imaging mode, eg slice thickness w> wo , the output signals of one row of detector elements are grouped appropriately. Therefore, the number n of necessary read channels is n <N. At this time, of course, it is desirable that n can be kept constant. Thus, if not all N rows of the surface detector are used, the corresponding X-ray tomogram can be formed with an adjustable aperture.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a main part of an X-ray CT apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows a focal point 1 of an X-ray emitter, from which a fan-shaped X-ray beam bundle 2 formed by a diaphragm not shown is emitted. The X-ray beam bundle 2 passes through the test object 3 and hits the detector 4. The detector 4 consists of a number of parallel detector rows, each of which is formed by a single column of detector elements. The measurement systems 1 and 4 can rotate around the system axis 6, so that the test object 3 is transmitted and irradiated under various imaging. From the detector signal formed at this time, the computer 7 calculates an image of the subject 3 to be reproduced on the monitor 8. Acquisition of the detector signal is performed by a multiplexer 9 which will be described in detail with reference to FIGS.
[0016]
The detector 4 is only shown schematically in FIG. 2 to 5 show that the detector 4 consists of 16 parallel detector rows 4a to 4p in the embodiment based on these figures. A diaphragm 10 that can be adjusted in the z direction is provided in the beam direction seen in front of the detector 4. The number of detector rows 4a to 4p that are hit by the X-ray beam bundle is selected by the diaphragm 10. The multiplexer 9 connects a predetermined number of output channels, in this embodiment four output channels, to the selected detector rows 4a-4p. If the number of selected detector rows 4a-4p is greater than the number of output channels, the multiplexer 9 groups the output signals of adjacent detector rows into a group.
[0017]
In the aperture position of FIG. 2, four detector rows 4g-4j are connected to four output channels 11-14. In the aperture position of FIG. 3, detector rows 4e-4l are connected to four output channels 11-14. Corresponding to detecting the output signals of the eight detector rows, the output signals of two adjacent detector rows, eg 4e and 4f, are grouped together. 4, the output signals of the detector rows 4c to 4n are detected, and the output signals of three mutually adjacent detector rows are grouped into one group correspondingly. Further, in FIG. 5, since the diaphragm 10 is fully opened, the output signals of four mutually adjacent detector rows are combined into one group.
[0018]
In this embodiment, the detector 4 includes N = 16 detector rows 4a to 4p, and is suitable for imaging 16 slices with a layer thickness of 1 mm. However, for reading, only n = 4 channels need be used for each column. Therefore, the total number of channels is 4 × M.
[0019]
By squeezing accordingly, the innermost four detector rows 4g-4j are used in a 1 mm slice. The outputs of the detector rows 4g-4j are switched to the effective channels 11-14, respectively (FIG. 2).
[0020]
When operating with a slice thickness of 2 mm, the innermost eight detector rows 4e-4l are used and the output signals of the detector rows 4e-4l are grouped by two each. The four output signals of each pair generated in this way are subsequently switched to channels 11 to 14 (FIG. 3).
[0021]
Similarly, 4 slices with a layer thickness of 3 mm are each formed by combining the signals of three adjacent detector elements (FIG. 4), or 4 slices with a layer thickness of 4 mm each. It is formed by combining the signals of adjacent detector elements.
[0022]
From such a reference mode having a clinically important slice thickness of 1 mm to 4 mm, a larger slice thickness, for example 6 mm or 8 mm, can be formed by a separate addition step. In such a case, the detector 4 operates as an effective two-row detector.
[0023]
In order to actually realize, an adder element having at least four input sides is required based on FIGS. Depending on the thickness of the selected slice, up to four output signals of the detector element are connected to the input side of the summing element. The output side of the adding element is fixedly connected to the four channels 11 to 14 of the readout electronic device.
[0024]
It is self-evident that the selected numerical examples are merely exemplary in nature and can be arbitrarily expanded (eg, N = 32 detector rows and n = 8 readout channels).
[0025]
There is little time requirement for the process of switching from the detector signal to the summing element. This is because such switching is fixed at the beginning of the shooting mode and can be maintained without change during the shooting period. However, in the spiral technique, it is also possible to switch the slice thickness during the volume imaging period.
[0026]
【The invention's effect】
The detector arrangement is simplified as already described with respect to readout electronics, data volume and image reconstruction compared to a fully readable surface detector. Compared with the single row detector of the conventional CT apparatus, the present detector apparatus has the following important advantages.
[0027]
a) Depending on the choice of n and N, n slices with the maximum layer thickness determined by N / n can be taken simultaneously.
[0028]
b) In the device corresponding to the addition circuit selected for photographing the volume in the spiral technique, n effective single-row detectors are used for the width w of the slice to detect the data. At this time, the pitch P = (horizontal forward feed (unit, mm) every 360 ° rotation of the measurement system) / (slice thickness (unit, mm)) can be largely selected. For example, if P = n or P = n + 1, the volume can be scanned faster by a factor n or n + 1 compared to a single row detector. At this time, P = n (or P = n + 1) corresponds to the effective pitch p 1 with reference to an effective detector row of p 1 = 1 (or p 1 = 1 + 1 / n). Thus, the same scan density is actually obtained in the z direction despite the faster volume scan.
[0029]
c) The choice of P is based on actual demand. In order to avoid many scans in the spiral mode, it is generally preferable to select an odd number P (for example, P = n + 1) for an even number n. If n is an odd number, P = n can also be selected.
[0030]
d) In particular, scanning in the z direction is desirable to photograph thin slices. This can be done by selecting 1 <P <n. For a single row detector with p 1 <1, the time factor related to the imaging time remains P / p 1 >> 1.
[0031]
e) Multiplex switching of the detector elements of the present invention can directly use methods that reduce non-linear partial volume effects. That is, by operating the detector in the 4 × 1 mm mode and adding signals (digital) of adjacent 1 mm slices, a slice of about 2 mm can be formed. At the same time, the partial volume artifacts are reduced and a corresponding correction signal / noise ratio of the image is obtained. This is also true for various slice thicknesses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a main part of an X-ray CT apparatus according to the present invention.
FIG. 2 shows the detector of the CT apparatus of FIG. 1 with a multiplexer corresponding to a slice thickness.
FIG. 3 shows the detector of the CT apparatus of FIG. 1 with a multiplexer corresponding to the thickness of a slice.
FIG. 4 shows the detector of the CT apparatus of FIG. 1 with a multiplexer corresponding to a slice thickness.
FIG. 5 shows the detector of the CT apparatus of FIG. 1 with a multiplexer corresponding to a slice thickness.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Focus 2 X-ray beam bundle 3 Test object 4 Detector 4a-4p Detector row 6 System axis line 7 Computer 8 Monitor 9 Multiplexer 10 Diaphragm 11-14 Output channel

Claims (1)

ファン状のX線ビーム束(2)を放射するX線放射器(1)と、前記X線ビーム束(2)が当たる検出器(4)とを有するX線CT装置において、
検出器(4)は、複数の平行な検出器行(4a〜4p)から成り、検出器行(4a〜4p)のうちのそれぞれが、1列の検出器素子によって形成されており、
X線ビーム束(2)は、システム軸線(6)の周りを回転可能であり、種々の撮影の際に形成される検出器信号が計算機(7)に供給され、計算機(7)は、検出器信号から被検対象(3)の画像を計算し、
調整可能な絞り(10)が、X線ビーム束(2)が当たる検出器行(4a〜4p)の数を選択するために設けられており、
マルチプレクサ(9)が、前もって決められた数の複数の出力チャネル(11〜14)を選択された検出器行(4a〜4p)に接続するために設けられており、
絞り(10)を用いて選択された検出器行(4a〜4p)の数が出力チャネル(11〜14)の数より多い場合、マルチプレクサ(9)が、互いに隣接している検出器行(4a〜4p)の出力信号をグループにまとめることを特徴とする、X線CT装置。
In an X-ray CT apparatus having an X-ray emitter (1) that emits a fan-shaped X-ray beam bundle (2) and a detector (4) that the X-ray beam bundle (2) hits,
The detector (4) consists of a plurality of parallel detector rows (4a-4p), each of the detector rows (4a-4p) being formed by a single column of detector elements,
The X-ray beam bundle (2) can be rotated around the system axis (6), and detector signals formed during various radiographs are supplied to the computer (7), and the computer (7) Calculate the image of the test object (3) from the instrument signal,
An adjustable aperture (10) is provided to select the number of detector rows (4a-4p) that the X-ray beam bundle (2) will hit,
Multiplexer (9) is provided for connection to pre-determined plurality of output channels (11-14) selected detector rows number (4a-4p),
If the number of detector rows (4a to 4p) selected using the diaphragm (10) is greater than the number of output channels (11 to 14), the multiplexer (9) is adjacent to each other of the detector rows (4a An X-ray CT apparatus characterized by grouping output signals of ˜4p) into groups.
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