JP4275508B2

JP4275508B2 - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP4275508B2
Application number: JP2003384449A
Authority: JP
Inventors: 正樹小林; 茂花岡
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005143771A

Description

本発明はＸ線ＣＴ装置に関し、特にＸ線ＣＴ装置における倍率制御に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、検体を透過するＸ線ビームを回転させ、これにより得られたデータに基づいて、検体の断層画像や三次元画像を再構成する装置である。Ｘ線ＣＴ装置は、人体の疾病診断用として用いられる他に、研究、実験などの目的のために、人体以外の動物や他の物体の測定においても用いられている。例えば、製薬会社においては、動物実験の結果の検証のためにＸ線ＣＴ装置が用いられる。この場合、検体としては、犬、猫、鳥、モルモット、ラット、マウス、ハムスター、などの小動物をあげることができる。また、それらの小動物から分離された組織片が検体となる場合もある。従来において、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、小動物の断層撮影を行う場合には、例えば、その小動物は単なる水平ベッドの上に載せられていた。

なお、下記特許文献１には、犬などの動物が配置される単純なＶ溝を有する台を備えた獣医用のＸ線撮影装置（いわゆるレントゲン撮影装置）が開示されている。下記特許文献２には、産業用のＸ線ＣＴ装置が開示されている。この文献によれば、サンプル側が回転駆動され、また、Ｘ線発生装置とサンプルとの間の距離を可変することにより、拡大投影像が得られている。この装置において、測定対象であるサンプルは工業製品である。この装置において、測定対象に対して連続的にＣＴスキャンを行う場合に、倍率は固定であると認められる。
特開２００１−２９９７８６号公報特開平５−３２２８０２号公報

従来のＸ線ＣＴ装置においては倍率（分解能）可変することはできず、あるいは、倍率を可変することが可能な構成を有していても（例えば上記の特許文献２の構成）、ＣＴスキャンつまり移動走査の際に倍率を切り換えて複数のＣＴ画像を順次取得できる構成は採用されていない。

例えば、犬などの頭部（一例として鼻から顎までの範囲）について複数のＣＴ画像を逐次的に取得する場合に、つまり徐々に形態が大きくなる検体を計測対象とする場合に、大きな部位のところに計測倍率を合わせると、鼻付近のＣＴ画像が小さくなってしまい（あるいはより詳細な構造を観察することが困難となり）、小さな部位のところに計測倍率を合わせると、顎付近の全部をＣＴ画像として観察できなくなったり、検体と機構とが物理的に干渉して計測自体が不可能になったりする問題が生じる。

なお、上記従来のＸ線ＣＴ装置に見られるように、水平ベッド上に小動物を単に載せただけで測定を行うのでは、測定部位の位置決めが困難となる。位置決めが適正でないと、有効視野から小動物の体の一部がはみ出してしまうという問題もある。また、小動物が測定中に動くと、画質が著しく低下する。また、小動物の体毛や尾などがガントリその他の機構に接触すると、衛生上の問題が生じやすい。上記の各問題は、小動物以外の検体についても指摘できるものである。

本発明の目的は、検体における計測対象部分を収容した部材の大きさに応じて良好な倍率でＣＴ画像を取得できるようにすることにある。

本発明の他の目的は、検体の移動走査（つまり検体に対する撮影位置の移動走査）に伴って倍率を動的に可変できるようにすることにある。

（１）本発明は、回転中心軸の方向に対して交差する方向にＸ線ビームを形成するＸ線発生部と、前記Ｘ線ビームを検出するＸ線検出部と、を備えた測定ユニットと、前記回転中心軸上に配置される検体を保持した保持部材と、前記測定ユニットに対して前記保持部材を前記回転中心軸の方向へ相対的に移動させる移動機構と、前記保持部材に対して前記測定ユニットを前記回転中心軸周りに回転させる回転機構と、前記Ｘ線発生部、前記Ｘ線検出部及び前記回転中心軸の内の少なくとも１つをＸ線ビーム方向へ変位させる変位機構と、前記測定ユニットに対する前記保持部材の相対的な移動による撮影位置の走査に際して、前記変位機構の動作を制御して計測倍率を可変する計測倍率制御部と、を含み、前記保持部材は、前記検体の全部又は一部を収容する収容部材を有し、前記収容部材は、その断面サイズが前記回転中心軸の方向に連続的に又は段階的に変化する形状を有し、前記計測倍率制御部は、前記撮影位置の走査に際して、前記収容部材における各撮影位置での断面サイズに応じて前記計測倍率を設定する、ことを特徴とする。

上記構成によれば、測定ユニットに対して相対的に保持部材が移動走査され、その一方において、保持部材に対して相対的に測定ユニットが回転走査される。その際、変位機構の制御により、各計測時における計測倍率を個別的に設定することができるので、検体に対して複数の断層撮影を行う場合において、計測倍率が一律に設定される場合に生じる問題を解消できる。すなわち、本発明によれば、測定部位を収容している収容部材のサイズなどに応じて、計測倍率を適切に設定することができる。よって、撮影位置の移動走査に伴って計測倍率を動的に可変できるので、各撮影位置において良好な分解能あるいは拡大率でＣＴ画像（断層画像）を取得することができる。

上記の検体としては、生体又は非生体があげられるが、望ましくは人間以外の動物、特に望ましくは犬、猫などの小動物である。例えば、ある種の動物実験では犬の鼻腔を測定対象部位として、それについて複数の断層撮影が行われるが、そのような場合に本発明に係るＸ線ＣＴ装置を用いるのが望ましい。上記の移動走査に当たっては、保持部材及びＸ線測定ユニットの少なくとも一方が駆動され、上記の回転走査に当たっては、保持部材及びＸ線測定ユニットの少なくとも一方が駆動される。

変位機構は、Ｘ線ビーム方向（通常、Ｘ線ビームの中心軸方向）において、回転中心軸とＸ線発生部との間の距離、及び、回転中心軸とＸ線検出部との間の距離の一方又は両方を可変させる。回転中心軸を検体中心軸に一致させるのが望ましいが、それらが不一致であってもよい。これより、Ｘ線ビームが末広形状をもって構成される場合、Ｘ線ビームの被検体通過幅（あるいは有効視野範囲）が変化するので、ＣＴ画像を構成した場合における倍率を変更できる。この場合、空間分解能も変動する。通常は、被検体の断面全部がカバーされるように倍率が可変されるが、断面の一部分を拡大観察するように倍率を設定してもよい。その場合には、当該一部分の中心が回転中心軸に一致するように、検体を位置決めするのが望ましい。上記の末広形状の概念には、二次元的に広がるファンビーム形状が含まれる。いずれにしても、本発明によれば、検体の移動走査（つまり検体に対する撮影位置の移動走査）に伴って計測倍率の可変を行うことができ、特に、検体を収容している部材の形状などに応じて計測倍率の可変を行える。このような手法を用いると、一回の移動走査で得られる複数のＣＴ画像間で計測倍率（画像サイズ、分解能）が異なることになるため、画像管理に当たっては計測倍率（スケール情報などであってもよい）を対応付けておいて、更にその情報を画像処理で用いるようにしてもよい。

望ましくは、Ｘ線ＣＴ装置が前記測定ユニットを収容するガントリを有し、前記ガントリが有する空洞部に前記収容部材が挿入される。

この構成によれば、検体の内で測定対象となる部位（検体の全部又は一部）が収容部材に収容され、その収容部材がガントリ内に挿入される。よって、収容部材への測定部位の収容により、測定部位（例えば動物の体毛）が測定ユニットあるいはそれを収容するガントリに接触してしまう問題を防止でき、また、測定部位が常に一定のボリューム内に制限されることになるので計測倍率の制御が容易となる。更に、収容部材への検体の収容によって、検体の位置決めが容易となり、検体の動きを規制して測定中に検体が動くことを防止できる。収容部材は、回転中心軸に対して回転対称形状を有するのが望ましく、また検体における回転中心軸の方向に沿った形状変化に対応した形状とするのが望ましい。

望ましくは、前記計測倍率制御部は、前記収容部材におけるＸ線ビーム通過位置の外径に対応して、前記変位機構による変位量を設定する。検体のサイズそれ自体に応じて変位量の調整を行うことも可能であるが、検体が複雑な形状を有する場合には、その調整が煩雑となり、また検体の形状を計測することも一般に難しい。その一方、収容部材の外径を基準とすれば、変位量の調整が容易となる。よって、収容部材の形状は、検体の形状に沿った形状であってシンプルな形状であるのが望ましい。

望ましくは、前記収容部材は、先細形状を有する。望ましくは、前記収容部材は、前記検体としての小型動物における鼻から顎までの部分を収容する。望ましくは、前記収容部材の全部又は一部が透明性を有する。少なくとも一部が透明性を有していれば、そこから検体あるいは測定部位の状態を視覚的に観察することができる。

望ましくは、前記保持部材は、前記収容部材に連結された載置台を有する。この構成によれば、収容部材に検体の一部（通常、測定部位）が収容され、それ以外の非測定部位が載置台上に載置される。ここで、載置台は、平坦な部材であってもよいし、非測定部位を位置決めするためのＶ溝などを有していてもよいし、円筒形などの空洞を有していてもよい。

望ましくは、前記回転中心軸の方向における各計測位置において取得されたＣＴ画像に対して計測倍率を特定する情報を対応付けて管理するデータ管理手段を含む。計測倍率を特定する情報は、例えば、計測倍率それ自体を表す情報、スケール情報、分解能情報などである。

望ましくは、前記計測倍率を特定する情報に基づいて前記ＣＴ画像に対する画像処理を実行するデータ処理手段を含む。この構成によれば、ＣＴ画像に対する画像処理に当たってそれに対応付けられた計測倍率を特定する情報を用いて適切な画像処理を行える。その画像処理には、各ＣＴ画像の表示サイズを計測倍率にかかわらず一定にする処理、検体の内部において各組織（脂肪、骨、軟組織など）を画像上分離する処理などがあげられる。

望ましくは、ＣＴ画像を表示する場合にその計測倍率を特定する情報を表示する表示処理手段を含む。この構成によれば、ユーザーが検体のＣＴ画像を観察する場合に、そのサイズなどを誤認してしまう問題を防止できる。

望ましくは、前記収容部材についての形状データが登録される記憶部を含み、前記計測倍率制御部は、前記形状データに従って前記変位機構の動作を制御する。この構成によれば、収容部材の形状データが予め登録され、その形状データに従って変位量の調整がなされる。形状データは、各断層撮影位置ごとの収容部材の外径を表すデータで構成されてもよいし、収容部材の回転中心軸方向の外径変化の全部を表すデータとして構成されてもよい。

望ましくは、前記計測倍率制御部は、前記収容部材に対して前記Ｘ線ビームを透過させた場合に得られるＸ線強度分布に基づいて前記変位機構の動作を制御する。この構成によれば、収容部材の形状が既知でなくても、Ｘ線の予備的照射によって形状データを取得できる。この予備的照射は、収容部材に検体を収容した状態あるいは収容しない状態のいずれにおいても実施可能である。

望ましくは、前記収容部材の形状を計測し、形状データを出力する形状計測手段を含み、前記計測倍率制御部は、前記形状データに従って前記変位機構の動作を制御する。この構成によれば、収容部材の形状が実際に計測されるので、正確であり、また収容部材を置換した場合においても誤りなく適切に変位量の制御を行える。もちろん、検体自体の形状を直接的にあるいは間接的に計測し、それにより得られた形状データに基づいて変位量の制御を行うことも可能である。

（２）後述する実施形態において実施される方法は、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、人体以外の検体に対して複数の断層撮影位置で逐次的に断層撮影を行う方法において、前記各断層撮影位置において個別的に計測倍率を設定し、前記各断層撮影位置において個別的に設定された計測倍率で断層撮影を行い、前記各断層撮影位置において取得された断層画像に対して、それを取得する時の計測倍率を特定するデータを対応付けるものである。

（３）後述実施形態においては、動物の頭部を断層撮影するＸ線ＣＴ装置において用いられ、少なくとも前記頭部を収容する先細形状をもったＸ線ＣＴ装置用の頭部収容部材が提供される。

（４）上記の収容部材としては、測定部位及びそのサイズに応じて各種のものを用意し、それらを実際の検体に応じて選択的に使用するようにしてもよい。上記の収容部材に検体を収容する場合、固定部材を用いて、検体の動きを規制するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、検体における計測対象部分を収容した部材の大きさに応じて良好な倍率でＣＴ画像を取得できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、Ｘ線ＣＴ装置の一例が示されている。このＸ線ＣＴ装置は、倍率の動的な可変機能を具備し、特に小型動物としての犬（例えばビーグル犬）の頭部（具体的には鼻腔付近）を測定対象とするものである。もちろん、それ以外の検体を測定対象としてもよい。例えば、ネズミやモルモットなどを測定対象としてもよい。このＸ線ＣＴ装置は、大別して、測定部１０と演算制御部１２とによって構成される。

測定部１０はガントリ１８を備えた本体１６を有する。本体１６の上面１６Ａからアーム２６が上方に突出している。アーム２６は後述するスライド機構の一部をなすものであり、そのアーム２６は後に説明する保持部材４００を支持し、それを回転中心軸方向にスライド運動させる。

一方、ガントリ１８内には後述する測定ユニット（Ｘ線発生器、Ｘ線検出器）が収納され、それらは回転中心軸回りにおいて回転運動する。ガントリ１８の中央部には回転中心軸方向に空洞部１８Ａが形成されている。

保持部材は４００は、本実施形態において、載置台４０２と収容部材４０１とで構成される。載置台４０２はほぼ平坦な台座として構成され、その両端は上方へ屈曲して側壁を構成している。収容部材４０１は先細形状を有する空洞部材として構成され、本実施形態では略円錐形状を有する。つまり、後方が大径で前方が小径をもったホーン形状として収容部材４０１が構成されている。その先端は垂直面であってもよいし、頂点を有する尖鋭な形状としてもよい。検体としての犬の頭部（鼻から顎くらいまで）がこの収容部材４０１内に収容され、頭部以外の部分（ボディ、足、尾など）は載置台４０２上に載置される。本実施形態では、収容部材４０１がガントリ１８の空洞部１８Ａ内に段階的にあるいは連続的にスライド挿入され、各スライド位置においてＣＴ撮影がなされる。測定部位が収容部材４０１内に閉じ込められるので、その測定部位の位置決めが容易であり、詰め物などの固定部材の利用と相俟って、測定部位の動きを規制することもできる。また、ガントリ１８への犬の毛が接触する問題や犬のよだれなどの排泄物が空洞部１８Ａに滴下してそこを汚染してしまう問題を防止できる。

アーム２６に対して保持部材４００は着脱可能であり、アーム２６に対して保持部材４００が装着された後、その保持部材４００に対して検体としての犬がセットされ、その後、アーム２６が回転中心軸方向に沿って前方に駆動される。これにより、ガントリ１８の空洞部１８Ａ内に収容部材４０１が差し込まれる。この時、検体における所定位置でＣＴ撮影が行われるように、保持部材４００が位置決めされる。保持部材４００の移動走査は、連続的にあるいは段階的に行われる。

本体１６の上面１６Ａ上には操作パネル２０が設けられており、この操作パネル２０は複数のスイッチや表示器などを有する。この操作パネル２０を利用してユーザーは測定現場において装置の動作を操作することが可能となる。本体１６の下方には複数のキャスター２２が設けられている。ちなみに測定部１０の高さは例えば１００ｃｍである。

次に演算制御部１２について説明する。演算制御部１２は測定部１０に対してケーブル１４によって電気的に接続される。測定部１０と演算制御部１２は同一の室内に設けられてもよいし、互いに別々の場所に設置されてもよい。この演算制御部１２は通常のコンピュータシステムなどによって構成され、具体的には、プロセッサ３０、表示器３２、キーボード３６、マウス３８、記憶装置３４及びプリンタ４０などを有している。この演算制御部１２により、測定部１０の動作が制御され、また、測定部１０から伝送されるデータに基づいてＣＴ画像が構成される。ちなみに、本実施形態の装置において、ガントリ１８内における測定ユニットの回転速度は例えば毎分当たり１０回転である。もちろん、そのような回転速度は用途に応じて適宜設定可能である。

図２には、図１に示したＸ線ＣＴ装置の各構成がブロック図として示されている。回転中心軸Ｏを間において、一方側にＸ線発生器５２が設けられ、他方側にＸ線検出器６０が設けられている。Ｘ線発生器５２の照射側にはコリメータ５４が設けられている。Ｘ線発生器５２は図示されるように末広あるいは扇状の（ここではファンビーム形状の）Ｘ線ビーム５６を生成する。一方、Ｘ線検出器６０は複数の（例えば１００個）のＸ線センサを一列に並べたものとして構成され、Ｘ線ビーム５６の開き角度に応じてＸ線の受光開口が設定される。ちなみに、複数のＸ線センサの配列は直線的であってもよいし、円弧状であってもよい。

なお、図２においては、Ｘ線発生器５２と共に用いられる高電圧源や、Ｘ線検出器６０と共に用いられるデータ処理回路などについては図示省略されている。

図２において符号５８は有効視野を示している。これは、Ｘ線ビーム５６を回転走査させた場合におけるＣＴ画像が構成可能な円形の領域である。ちなみに、この有効視野５８は、被検体あるいは回転中心軸と、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０のそれぞれの位置関係に応じて定まるものである。本実施形態においては以下に説明する変位機構６２が設けられているため、それらの位置関係を変更してＣＴ画像の倍率を機械的に可変することが可能である。

すなわち、変位機構６２には、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０が連結されており、本実施形態では、変位機構６２は、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０の間の距離を維持したまま、それら（つまり測定ユニット）をＸ線ビーム５６のビーム軸方向に変位させる機能を有する。この場合において、回転中心軸Ｏは不変であり、すなわち上述した容器を何ら移動させることなく測定ユニット側を移動させて倍率の変更を行い得る。これについては後に図３〜図１３を用いて詳述することにする。なお、変位機構６２は変位力を発生するためのモータ６２Ａを備えている。本実施形態では、各ＣＴ撮影ごとに個別的に変位量を設定でき、つまり個別的に計測倍率を設定できる。そのような制御を行う場合に、上記収容部材の形状（特にＣＴ撮影位置での外径）が基準とされており、倍率可変時において収容部材がガントリあるいは測定ユニットへ接触あるいは衝突することが防止されている。

ガントリ回転機構６６は、後述する回転ベースを回転させることにより、それに搭載された変位機構を含む各構成の全体を回転駆動する機構である。変位機構６２には、測定ユニットが搭載されているため、変位機構６２によって所望の位置に位置決めされた測定ユニットがその位置を保持したまま回転駆動されることになる。ガントリ回転機構６６は、その駆動力を発生するためのモータ６６Ａを有する。なお、１回転中では計測倍率は不変である。

スライド機構６８は図１に示したアーム２６をスライド運動させる移動機構であり、その駆動力はモータ６８Ａによって発生される。操作パネル２０は上述したように本体の上面に設けられる。測定部１０側に設けられたローカルコントローラ（図示せず）に対して操作パネル２０を接続し、そのローカルコントローラと演算制御部１２とが相互に通信を行うように構成してもよい。

ちなみに、図２には、様々な機構６２，６６，６８などが示されていたが、それらの機構による位置あるいは変化を検出するためにセンサを設けるのが望ましい。そして、それらのセンサの出力信号に基づいて演算制御部１２がいわゆるフィードバック制御を行うようにするのが望ましい。なお、図２に示す例では、スライド機構６８が駆動源としてのモータ６８Ａを有していたが、そのスライド力を人為的に発生させるようにしてもよい。

次に、演算制御部１２について説明すると、上述したように、プロセッサ３０には、表示器３２、記憶装置３４、キーボード３６、マウス３８、プリンタ４０などが接続されている。また、外部装置との間でネットワークを介して通信を行うための通信部４２が接続されている。記憶装置３４には、必要に応じて、収容部材の形状データ３４Ａが格納される。

プロセッサ３０は、ＣＰＵ、動作制御プログラム、画像処理プログラムなどによって構成されるものである。図２にはその代表的な機能が示されており、プロセッサ３０は、動作制御部４４、再構成演算部４６、データ管理・処理部４０４などを有している。

動作制御部４４は、測定部１０における全体の動作を制御している。特に、変位機構６２を制御し、各ＣＴ撮影位置における計測倍率を個別的に設定する。再構成演算部４６はＸ線ビームの回転走査によって得られる多くのデータに基づきＣＴ画像を構成する演算を実行する。再構成演算については公知の各種の手法を利用することが可能である。なお、上述した倍率の可変にあたっては、再構成演算で用いられる演算式は基本的にそのまま用いることができる。しかしながら、特殊な倍率の可変方式が適用される場合においては必要に応じて再構成演算式の一部を変更するようにしてもよい。

データ管理・処理部４０４は、計測倍率を特定する情報を対応付けつつ、再構成された各ＣＴ画像を管理する。また、各ＣＴ画像に対して画像処理を行う場合に、それに対応付けられた計測倍率を特定する情報を参照してそれをパラメータとして画像処理を行う。例えば、画像処理としてはＣＴ画像を用いた脂肪量の演算などがあげられるが、その場合には各ＣＴ画像におけるスケールの違いが考慮される。また、各ＣＴ画像を見かけ上同じサイズで画像表示する処理が行われる場合、上記の計測倍率を特定する情報を用いて拡大率（縮小率）などが設定される。

表示器３２には、ＣＴ画像が表示されるが、その場合においては計測倍率を表す数値あるいはスケールなどが表示される。この構成によれば、画像を視覚的に判断する際に物体の大きさを正しく評価することが可能となる。すなわち、例えば脂肪の量や腫瘍の大きさなどを定量的に判断することが可能となる。

上記の収容部材は、それ全体として透明なＸ線透過部材によって構成されるのが望ましい。その材料としては例えばアクリルやＡＢＳなどの樹脂をあげることができる。また、収容部材として様々な形状及びサイズをもったものを用意し、検体及び測定部位に応じて、使用する収容部材を選択するようにしてもよい。収容部材内に検体を固定する場合には固定部材を利用するのが望ましいが、そのような固定部材としては、空気層と等価なＸ線吸収係数をもった材料、あるいは、収容部材及び検体とは異なるＸ線吸収係数をもった材料を用いるのが望ましい。例えば、布地、スポンジ、エアパッキングなどである。収容部材の基端側の外径は、例えば、１２０ｍｍであり、先端側の外径は、例えば、３０ｍｍであり、その回転中心軸方向の長さは、例えば、１００ｍｍである。収容部材の肉厚は、例えば、３ｍｍである。

上記の固定部材を併用すれば、検体の動きを防止できると共に、収容部材の内面から検体の表面を隔てることができるため、データ演算上の利点も得られる。すなわち、収容部材を構成する材料が検体の脂肪や筋肉と等価なＸ線吸収係数を有している場合、検体が収容部材の内面に接触していると、その収容部材が検体の一部であるかのようにデータ演算上誤認されてしまう恐れがある。これに対し、検体と収容部材との間にそれらとはＸ線吸収係数の異なる材料を挿入することにより、画像上で両者を弁別して、上記のような誤認を防止することが可能となる。

次に、上述した変位機構による計測倍率の可変について図３〜図９の模式図を用いて説明する。

図３において、符号１００は回転中心軸を示しており、Ｘ線ＣＴ装置においては、その回転中心軸１００を回転中心としてＸ線発生器５２及びＸ線検出器６０が回転運動を行う。この場合において、Ｘ線ビーム１０１が回転走査される場合における内接円によって有効視野１０２が定義される。この有効視野１０２は撮影範囲に相当する。なお、Ｘ線ビーム１０１は末広形状をもっておりすなわちファンビームである。

図４には、各構成の位置関係が示されている。ここで、回転中心軸１００からＸ線発生器５２までの距離をＲと定義し、Ｘ線発生器５２からＸ線検出器６０までの距離をＬと定義する。ちなみに、回転中心軸１００からＸ線検出器６０までの距離がＴによって表されている。上記のファンビーム形状をもったＸ線ビーム１０１を前提とすると、画像の倍率はＬ／Ｒで決定され、その値が大きいほど、倍率すなわち拡大率が大きくなる。ここから言えることは、Ｘ線発生器５２，回転中心軸、Ｘ線検出器６０の三者の少なくとも１つを移動すれば計測倍率を可変することができる、ということである。

図５においては、有効視野１０２内に比較的大きな対象物（被検体）１０４が存在している。図５に示すような幾何学的な関係において、対象物１０４を画像化すると、符号１０４Ａに示すようなものとなる。すなわち、画面内においてかなり大きく対象物が表示されることになる。なお、この例では、対象物１０４の中心は回転中心軸に一致し、これにより、画像の中心と対象物１０４Ａの中心も一致している。

一方、図６に示すように、有効視野１０２に対して比較的小さな対象物１０６が存在する場合、符号１０６Ａで示されるように、画面上においては対象物の大きさも非常に小さくなる。その結果、対象物についての診断を的確に行えないという問題が生じる。そこで、図７に示すように、例えばＬは一定にしつつもＲを小さくすることにより（換言すればＴを大きくすることにより）、小さな対象物１０６であっても符号１０６Ｂで示すように画面上においてそれを大きく表現することが可能となる。すなわち、ズームアップを実現することが可能となる。なお、この例では、上記同様に、対象物１０６の中心は回転中心軸に一致し、これにより、画像の中心と対象物１０６Ａの中心も一致している。

もちろん、図６に示したような場合には、得られたデータに対して画像処理により拡大を行うことも可能であるが、それでは空間分解能自体を向上させることはできない。しかしながら、図７に示すような手法によれば空間分解能自体を上げることができるので、高精度の拡大画像を得られるという利点がある。

ここで、倍率の可変手法について検討すると、Ｘ線発生器５２、回転中心軸（この例では対象物１０６の中心に一致）、Ｘ線検出器６０の少なくとも１つをＸ線のビーム軸方向に移動すればよいことが理解される。ちなみに、Ｘ線発生器５２及びＸ線検出器６０の間の距離Ｌを可変する場合においては、Ｘ線検出器６０の開口としてはゆとりあるものを設定しておくのが望ましい。

本実施形態では、ある検体をスキャンする場合において、計測倍率を連続的にあるいは段階的に可変できるので、各断層撮影部位における検体サイズに応じて、良好な計測倍率あるいは分解能で断層撮影を行える。

以上説明した原理をさらに図８及び図９を用いて説明すると、図８に示す場合においては、Ｘ線発生器５２と対象物１０８との間の距離がＲ１で、その場合においてはＸ線ビーム１０１の内で符号１１０で示される部分のみが対象物１０８を透過する。この場合において、Ｘ線検出器６０において観測されるＸ線強度は図示の通りである。すなわち多数のＸ線センサ（素子）の中で中央部のセンサのみが有効なデータを取得する。

一方、図９に示されるように、対象物１０８をＸ線発生器５２に近づけ、両者間の距離をＲ２（Ｒ１＞Ｒ２）とすると、Ｘ線ビーム１０１において対象物１０８を通過する範囲（符号１１２参照）は拡大され、Ｘ線検出器６０における全開口の中で多くの部分のＸ線センサが有効なデータを取得することになる。このことから理解されることは、空間分解能が向上しているということである。もちろん、Ｘ線発生器５２とＸ線検出器６０の間の距離を一定にしない場合においても空間分解能の向上という利点を得ることができる。

ちなみに、検体全体がカバーされるようにＣＴ画像を形成するようにしてもよく、あるいは検体内における一部の臓器の拡大画像が取得されるように計測倍率の設定を行うようにしてもよい。つまり、対象物の中心に回転中心軸を合わせるのではなく、例えば、拡大したい部分の中心に回転中心軸を合わせればよい。そのためには、対象物をＸ線ビームの方向だけでなく、Ｘ線ビーム及び回転中心軸の両方向に直交する方向へ、移動させる機構を設ける。

次に、図１０〜図１３を用いて、図１に示した測定部１０の具体的な構成及びその動作について説明する。まず図１０を用いて測定部１０の構成について説明する。上述したように、回転中心軸に対して、一方側にＸ線発生器５２が設けられ、他方側にＸ線検出器６０が設けられている。符号１０１はファンビーム形状のＸ線ビームを示しており、符号１０２は上述した有効視野を表している。なお、符号１２０はガントリ内における空洞部の形状を表している。

モータ６６Ａにはベルト１２２が巻回され、ベルト１２２を回転駆動することによりそのベルト１２２の回転力が可動部５０の回転運動して伝達される。可動部５０は回転ベース１２３上に搭載された各種の機構によって構成されるものである。具体的には、回転ベース１２３上には変位機構６２が設けられ、図１０においては変位機構６２が第１機構６２Ｌ及び第２機構６２Ｒとして示されている。それらの第１機構６２Ｌ及び第２機構６２Ｒはそれぞれ回転ベース１２３上に固定された部材１３４を有し、その部材１３４にはフレーム１２４に固定されたレール１３０をスライド自在に受け入れるガイド１３２が設けられている。ちなみに、第１機構６２Ｌのレール、ガイドについては図示省略されている。

レール１３０はフレーム１２４の両側に設けられ、すなわちフレーム１２４はその両側においてスライド可能に保持されている。このフレーム１２４にはＸ線発生器５２及びＸ線検出器６０が搭載されている。

第１機構６２Ｌはモータ６２Ａを有し、その回転力が送りネジ１２６に伝達される。送りネジ１２６には軸受１２８が係合している。この軸受１２８は回転ベース１２３に固定されている。よって送りネジ１２６を回転させると、それと軸受１２８の係合関係によりフレーム１２４が前進あるいは後退することになる。すなわちＸ線発生器５２及びＸ線検出器６０からなる測定ユニットを回転中心軸に対して変位させることが可能となる。

図１１には図１０に示す状態から可動部５０を回転させた様子が示されている。

一方、図１２には、上述したように送りネジ１２６を回転させて、それと軸受１２８との係合関係からフレーム１２４を上方に引き上げた状態が示されている。Ｘ線ビーム１０１が末広形状を有するため、有効視野１０２は図１２の状態では極めて小さくなる。すなわち、これは倍率が上げられたことを意味する。また、図１３には、図１２に示す状態から可動部５０を回転させた様子が示されている。回転中には一旦設定された測定ユニットの変位状態は維持される。

なお、上記実施形態においては、モータ６２Ａによって倍率可変のための駆動力を発生したが、それを人為的な力によって行わせるようにしてもよい。その場合においても、測定ユニットをＸ線ビームのビーム軸方向にスライド運動させ、かつ一旦設定された変位状態を維持するための機構は必要である。

図１４には、保持部材４００が模式的に示されている。保持部材４００には検体としての麻酔下にある犬４０６が保持されている。具体的には、収容部材４０１内に頭部４０６Ａが差し込まれ、頭部４０６Ａ以下の部分（ボディ等）は載置台４０２に載置されている。収容部材４０１は上述したように円錐形状を有し、その内面に頭部４０６Ａが内接している。Ｘ方向は回転軸方向であり（実際にはそのマイナス方向に保持部材４００がスライド運動する）、Ｙ方向はＸ方向に直交する方向である。

頭部４０６Ａに対して複数の断層画像の撮影を行う場合、一般には、その頭部４０６Ａ全体のスカウト画像が取得される。すなわち、Ｘ線ビームを照射しつつそれを回転させることなく、保持部材４００をスライド運動させ、これにより、Ｘ線レントゲン画像のような二次元透過画像としてのスカウト画像が取得される（後に説明する図１６（Ａ）参照）。そのスカウト画像を画面上に表示させ、ユーザーによってＣＴ撮影位置が複数指定される。この例では、Ｘ方向における複数の座標が指定される。そして、Ｘ方向のスライド原点（スライド終点でもよい）に位置している保持部材をスライド移動させ、指定された各ＣＴ撮影位置に保持部材４００が位置決めされる。そして、各ＣＴ撮影位置において順次ＣＴ撮影が行われるが、その場合には、当該撮影位置における収容部材の直径（外径）に応じて、測定ユニットの変位量つまり計測倍率が個別的に設定される。

図１４における例では、頭部４０６Ａにおける鼻先部位及び中央部位についてＣＴ画像を取得する場合の測定ユニットの変位状態が示されている。鼻先部位を測定する場合、Ｘ線発生器５２が収容部材４０１に近接し、一方、Ｘ線検出器６０が収容部材４０１から退避する。Ｘ線ビーム１０１は扇状の形態を有するため、計測倍率は大となる。次に、中央部位を測定する場合、Ｘ線発生器５２’が収容部材４０１からＹ方向に後退し、一方、Ｘ線検出器６０’は収容部材４０１に近づく。Ｘ線ビーム１０１’は上記同様に扇状の形態を有するため、計測倍率は小となる。いずれの場合においても、収容部材４０１と測定ユニットとの物理的な接触を回避した上で、もっとも良好な分解能でＣＴ画像が取得できるように、変位量が制御される。

上記において、頭部４０６Ａを剥き出し状態として上記同様の計測を行うことも可能である。ただし、頭部４０６Ａの位置決め、衛生上の観点、頭部４０６Ａの形状計測が煩雑であること、などを考慮すると、収容部材４０１を用いるのが望ましい。また、上記の例では、Ｘ線発生器５２とＸ線検出器６０とが両者間の距離を一定として一体的に変位されていたが、他の方式で計測倍率を可変させるようにしてもよい。

従って、例えば、円錐形状の収容部材を前提として、そこに収容された検体について複数の撮影位置でＣＴ測定を行う場合には、一般に、図１５に示すようになる。すなわち、（Ａ）には計測倍率が大である場合の変位状態が示され、（Ｂ）には計測倍率が中である場合の変位状態が示され、（Ｃ）には計測倍率が小である場合の変位状態が示されている。ここで、１００は回転中心軸を示し、１０２は有効視野を示し、４１０は収容部材の形状を示している。

図１６には、検体としての犬の頭部について測定結果が示されている。（Ａ）には、頭部のスカウト画像が示され、そのスカウト画像上においてユーザーにより撮影位置ｘ１，ｘ２，ｘ３が指定される。なお、その指定数は任意であり、またそのような指定を行わずに自動的に撮影位置を決定してもよい。また、一定ピッチで繰り返し撮影を行って多数のＣＴ画像を取得し、その中から必要なＣＴ画像を選択するようにしてもよい。（Ｂ）に示すＣＴ画像は上記ｘ１での撮影結果であり、（Ｃ）に示すＣＴ画像は上記ｘ２での撮影結果であり、（Ｄ）に示すＣＴ画像は上記ｘ３での撮影結果である。計測倍率が可変されているために、各ＣＴ画像のスケールは異なるが（例えば収容部材の厚み表現に相違あり）、特に先端側のＣＴ画像に関して分解能を向上でき、また画像サイズを大きくできる。

図２３には比較例が示されている。この比較例は円筒形状の収容部材（（Ａ）参照）を用いて拡大率を一定に維持したものである。（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）から理解できるように、各ＣＴ画像のスケールを一致させることができるが、先端付近では表示サイズが小さくなり、分解能も低下している。これに対し、本実施形態によれば、図１６に示したように、先端付近においても十分大きなサイズで画像表示でき、また分解能も良好にできる。

次に、図１７〜図２２を用いてＸ線ＣＴ装置の動作例を説明する。

まず、図１７及び図１８を用いて、収容部材の形状データをあらかじめ登録しておいて、それを利用して動作制御を行う場合について説明する。

図１７において、符号１０２は上述した有効視野を表しており、符号４１０は収容部材を表している。有効視野１０２の半径がｒで表され、収容部材４１０の半径がｒ_fで表されている。またαはマージン距離である。

ここで、図１７に示す各記号を用いて有効視野１０２の半径ｒは次の（１）式のように定義される。

一方、有効視野の半径ｒと収容部材の半径ｒ_fとの関係はマージン距離αを用いて以下の（２）式のように表される。ここで、Ｄは、Ｘ線検出器長である。

ここで、上記のαは確実に有効視野内に収容部材を納めるためのマージン距離であり、収容部材の位置決め誤差が０と見なせる場合には０としてもよい。上記の（１）式及び（２）式から、変位量を定めるＲは以下のように定義される。

よって、上記の（３）式にしたがってＲを定めれば最も良好な分解能かつサイズで検体についてＣＴ画像を取得することが可能となる。ここで、Ｒ_fは、収容部材の形状データから求めることができ、すなわち撮影位置の関数として導くことができる。

図１８には、図１７に示す原理に基づいて測定を行う場合における装置の動作例がフローチャートとして示されている。

まずＳ１０１では、自動的にあるいはユーザーにより指定された断層撮影位置に収容部材が位置決めされる。Ｓ１０２では、断層撮影位置における収容部材の外径が求められる。Ｓ１０３では、上述した（３）式を用いて変位量を定義するＲが算出される。すなわち、変位機構による変位量が特定されることになる。Ｓ１０４では、上記のＲが実現されるように測定ユニットを変位させる。そして、Ｓ１０５では、適切な計測倍率の下で、断層撮影が実行される。Ｓ１０６では、最終の断層撮影が完了したか否かが判断され、更に断層撮影を続行すべきであれば、上記のＳ１０１からの各工程が繰り返し実行される。

次に図１９及び図２０を用いてＸ線強度分布を用いて変位量の調整を行う方式について説明する。

図１９において符号４１２は、測定ユニットなどの配置関係を示しており、符号４１４はＸ線強度分布を示している。その第１軸は素子番号に相当し、その第２軸はＸ線減衰量を表している。測定ユニット、すなわちＸ線発生器５２及びＸ線検出器６０の回転位置を固定させた状態において、Ｘ線ビーム１０１を形成した場合、有効視野１０２と収容部材４１０の大きさとの関係から、符号４１４で示すようなＸ線強度分布が得られる。すなわち、有効視野１０２よりも収容部材４１０が小さければ、Ｘ線強度部分布において両側にピークあるいはエッジ４１２Ａ，４１２Ｂが生じ、そのような特徴量から計測倍率が適切か否かを判断することができる。例えば、有効視野よりも収容部材４１０が大きくなると、上記のようなエッジ４１２Ａ，４１２Ｂは生じず、これによって計測倍率が大きすぎると判断できる。その一方において２つのエッジ４１２Ａ，４１２Ｂが素子番号の観点からみて中央に近い位置に生ずる場合には、計測倍率が小さ過ぎると判断することができる。

よって、計測倍率を段階的に変えながら、すなわち変位量を増減させながら２つのエッジ４１２Ａ，４１２Ｂが最も望ましい位置で生じるように変位量の調整を行えば、その結果として最適な計測倍率を設定することが可能となる。ちなみに、その条件としては、例えば検出素子アレイがＮ素子で構成される場合、第１番目の素子と第Ｎ番目の素子のＸ線減衰率が所定のしきい値以下で、かつ、２番目の素子とＮ−１番目の素子のＸ線減衰率が所定のしきい値以上であるという条件が満たされたことをもって最適な計測倍率であると判断することができる。このような条件としては各種のものを定めることができ、いずれにしても、ＣＴ測定に先立って上記のような予備的なＸ線の照射を行うことにより、収容部材の形状データがあらかじめ登録されていない場合であっても、すなわちその形状が未知であっても、常に最適な計測倍率を設定することが可能となる。

図２０には、上記の原理に従った装置の動作例がフローチャートとして示されている。

Ｓ２０１では、断層撮影位置に収容部材が位置決めされる。Ｓ２０２では、収容部材（その外縁）が有効視野に適度な関係をもって納まっているか否かが判断され、ＮＯの場合には、Ｓ２０３において、測定ユニットが変位される。その場合においては、上述したように２つのエッジが有効視野の外側であるか内側であるかが判断され、外側であればＲを大きくするように変位量が調整され、内側であればＲを小さくするように変位量が調整される。その場合における変位量の刻みとしては所望のものを設定することができる。

したがって、Ｓ２０２とＳ２０３の各工程を繰り返し実行させると最終的に最適な計測倍率が求められることになり、その状態においてＳ２０４において断層撮影が実行され、更にＳ２０５では最終の断層撮影であるか否かが判断され、更に断層撮影を行うべきであればＳ２０１以降の各工程が繰り返し実行される。

図２１には、収容部材の外径を直接的に計測する方式が示されている。すなわち、Ｘ線発生器５２に隣接してレーザー変位計４３０が設けられ、そのレーザー変位計４３０により、そこの計測原点から収容部材の表面までの距離ｒ₁が計測される。なお、図１においてｄは計測原点とビーム中心軸との間の距離を示している。また、Ｒ’は収容部材の外径を計測する時点でのＸ線発生器５２と回転中心軸との間の距離を示している。

上記のような関係において、以下の（４）式により収容部材の直径ｒ_fが求められる。

このように収容部材の外径が直接的に求められるならば、上記の（３）式から、最適なＲを算出することが可能となる。

図２２には、上記原理にしたがった装置の動作例がフローチャートとして示されている。

Ｓ３０１では、断層撮影時に収容部材が位置決めされる。Ｓ３０２では、Ｘ線発生器と回転中心軸の間の距離がＲ’となるように測定ユニットの位置決めがなされる。この場合に、そのような位置決めを行うことなくＲ’を直接的に求めるようにしてもよい。

Ｓ３０３では、レーザー変位計により収容部材の外径ｒ_fが計測される。そして、Ｓ３０４では、上記の（３）式を実行することにより、Ｒが算出される。そして、Ｓ３０５では、上記で算出されたＲとなるように測定ユニットが位置決めされる。Ｓ３０６では断層撮影が実行される。Ｓ３０７では最終の断層撮影が完了したか否かが判断され、それが完了していなければ上記のＳ３０１からの各工程が繰り返し実行されることになる。

上述した実施形態においては、検体の一部分が収容部材内に収容されていたが、もちろん検体の全部が収容部材内に収容されてもよい。また収容部材の形状としては上記のような円錐形状には限られず、そこに収容する測定部位の形状に対応して様々な形状を採用しうる。望ましくは、収容部材は回転中心軸に対して回転対称な形状であるのが望ましいが、それ以外の形状を採用することもできる。いずれにしても、ある検体を連続的に断層撮影する場合において、その検体あるいはそれを収容している部材のサイズに応じて適切な計測倍率が設定されるようにするのが望ましい。したがって、収容部材に検体を収容しないで検体を露出させて測定を行う場合においても上記実施形態の構成を用いることができる。また、検体は通常、水平に固定された状態において断層撮影が行われるが、その検体が垂直に起立した状態において断層撮影を行うことも可能である。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す斜視図である。本発明に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。Ｘ線ビームの回転操作により定義される有効視野を説明するための図である。Ｘ線発生器、Ｘ線検出器及び回転中心の三者の幾何学的な関係を説明するための図である。有効視野内に適度に検体が納まっている状態を示す図である。有効視野に対して検体が非常に小さな状態を示す図である。計測倍率を上げて、有効視野と検体の大きさとを整合させた状態を示す図である。計測倍率が小さい場合におけるＸ線強度分布を示す図である。計測倍率が適度な場合におけるＸ線強度分布を示す図である。計測倍率が小である場合における動作状態を示す図である。計測倍率が小である場合における動作状態を示す図である。計測倍率が大である場合における動作状態を示す図である。計測倍率が大である場合における動作状態を示す図である。保持部材を示す模式図である。計測ユニットの変位量を調整することによる計測倍率の可変を説明するための図である。計測倍率を可変させた場合における３つのＣＴ画像を示す図である。形状データを用いて変位量の制御を行う方式を説明するための図である。図１７に示す原理に基づく動作例を示すフローチャートである。Ｘ線強度分布を用いて変位量を調整する方式を説明するための図である。図１９に示す原理に基づく動作例を示すフローチャートである。収容部材の外径を直接計測して変位量を制御する方式を説明するための図である。図２１に示す原理に基づく動作例を説明するためのフローチャートである。比較例としての計測倍率一定の３つのＣＴ画像を示す図である。

符号の説明

１０測定部、１２演算制御部、４４動作制御部、４６再構成演算部、５２Ｘ線発生器、６０Ｘ線検出器、６２変位機構、４００保持部材、４０１収容部材、４０２載置台、４０４データ管理・処理部。

Claims

回転中心軸の方向に対して交差する方向にＸ線ビームを形成するＸ線発生部と、前記Ｘ線ビームを検出するＸ線検出部と、を備えた測定ユニットと、
前記回転中心軸上に配置される検体を保持した保持部材と、
前記測定ユニットに対して前記保持部材を前記回転中心軸の方向へ相対的に移動させる移動機構と、
前記保持部材に対して前記測定ユニットを前記回転中心軸周りに回転させる回転機構と、
前記Ｘ線発生部、前記Ｘ線検出部及び前記回転中心軸の内の少なくとも１つをＸ線ビーム方向へ変位させる変位機構と、
前記測定ユニットに対する前記保持部材の相対的な移動による撮影位置の走査に際して、前記変位機構の動作を制御して計測倍率を可変する計測倍率制御部と、
を含み、
前記保持部材は、前記検体の全部又は一部を収容する収容部材を有し、
前記収容部材は、その断面サイズが前記回転中心軸の方向に連続的に又は段階的に変化する形状を有し、
前記計測倍率制御部は、前記撮影位置の走査に際して、前記収容部材における各撮影位置での断面サイズに応じて前記計測倍率を設定する、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記測定ユニットを収容するガントリを有し、
前記ガントリが有する空洞部に前記収容部材が挿入される、
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記計測倍率制御部は、前記収容部材におけるＸ線ビーム通過位置の外径に対応して、前記変位機構による変位量を設定すること特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記収容部材は、先細形状を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項４記載の装置において、
前記収容部材は、前記検体としての小型動物における鼻から顎までの部分を収容することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記回転中心軸の方向における各計測位置において取得されたＣＴ画像に対して計測倍率を特定する情報を対応付けて管理するデータ管理手段を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項６記載の装置において、
前記計測倍率を特定する情報に基づいて前記ＣＴ画像に対する画像処理を実行するデータ処理手段を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
ＣＴ画像を表示する場合にその計測倍率を特定する情報を表示する表示処理手段を含むことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記収容部材についての形状データが登録される記憶部を含み、
前記計測倍率制御部は、前記形状データに従って前記変位機構の動作を制御することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記計測倍率制御部は、前記収容部材に対して前記Ｘ線ビームを透過させた場合に得られるＸ線強度分布に基づいて前記変位機構の動作を制御することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
請求項１記載の装置において、
前記収容部材の形状を計測し、形状データを出力する形状計測手段を含み、
前記計測倍率制御部は、前記形状データに従って前記変位機構の動作を制御することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。