JPH0626545B2 - Ｃｔスキャナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｘ線等の放射線を用いた断層撮影装置いわゆ
るＣＴスキャナに関し、特に第４世代のＣＴスキャナに
おいて、Ｘ線源が３６０°の全周回転を行い、高解像，
高画質の画像再構成を可能とするＣＴスキャナに関す
る。

（従来の技術） 第４世代と称せられるスティショナリ・ローテイト方式
のＣＴスキャナ（Ｘ線の場合について説明する）は検出
器を円周上に全周に亘って配置し、検出器は固定したま
まＸ線源を被検体を収容する再構成領域を中心として回
転させる方式の装置である。この装置のガントリ部を第
８図に示す。図において、１はその内部に被検体を収納
し、その内部に存在する被検体の断層像を再構成する画
像の再構成領域、２は円周上に固定配列され、再構成領
域１を照射したＸ線を検出する検出器である。Ｘ線源３
は再構成領域１をカバーする扇状Ｘ線ビームをパルス方
式の場合パルス的に発生しながら再構成領域１の周りを
円を描いて連続回転する。Ｘ線源３の回転走査中、一定
角度毎にＸ線発生と同期しながら各検出器２によりデー
タがサンプリングされる。この方式の利点は単にＸ線源
が回転するのみで撮影可能なので機構的信頼度が高く、
撮影速度も高速化することができ、個々の検出器２が再
構成領域１の投影情報をまんべんなく取得し得るので、
リング・アーティファクト等の偽像の低減に有用である
等の点である。

第９図にＸ線ＣＴスキャナのスキャンとそのデータ取得
部分の空間的配置を示す。図において、第８図と同じ部
分には同じ符号を付してある。図中、Ｏは再構成領域１
の中心、Ｌ_Ａは検出器２を配置してある円周で、検出器
２は等間隔，等角度間隔で配置されている。Ｘ線源３は
円周Ｌ_Ｂ上を回転し、パルス方式の場合はＸ線源３は円
周Ｌ_Ｂ上の各点Ｘｉ（ｉ＝−ｎ…Ｏ…ｎ），Ｙｉ（ｉ＝
−ｎ…Ｏ…ｎ）においてＸ線を照射し、各方向毎にファ
ン状のＸ線に対する被検体の透過データ（ビューデー
タ）を収集する。収集するデータの範囲は最小限再構成
領域１を包む角度範囲である。

ところで、再構成されるイメージの解像力（空間分解
能）を向上するため、特に半径方向の解像力向上のため
所謂オフセット検出方式を採用している。このオフセッ
ト検出方式というのはＸ線発生点Ｘ_０について考える
と、Ｘ線発生点Ｘ_０と再構成中心Ｏを結ぶ直線に対し
て、この場合の中央に位置する検出器Ｄ_０の中心とＸ_０
を結ぶ直線を意識的にずらせ、換言すればそのような幾
何学的位置を検知してＸ線を発生させ、１８０°ずれた
Ｘ線発生点Ｙ_０での収集データとの間で少なくとも再構
成領域１の中心Ｏの近傍にて透過Ｘ線通路が互いに一致
せず補間されるようにして実効的なサンプルデータを増
大さようとする試みである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、これ以上に解像力を向上することは非常に困難
で、より多数の検出器群を稠密に配置してスキャンする
とか、開口幅の狭い検出器群により回転毎にオフセット
量を変えて多回転スキャンするとかする方法があるが、
スキャンタイムが長く掛かり、被曝量も格段に増え、高
価な装置が必要となる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的
は、高速でスキャンを行うＸ線源の回転を３６０°に亘
って行うことにより、スキャン時間が短く、従って少な
い被曝量で実効的サンプル・レートが高く、高解像度、
高画質な画像再構成を可能にするＣＴスキャナを実現す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、ファン状の放射線を
照射する放射線源と、被検体を収容する画像再構成領域
を介して前記放射線源と対向配置された複数の検出器を
有する検出器群と、前記放射線源が放射線を照射しなが
ら前記画像再構成領域の回りを回転し、空間の各方向で
照射された放射線を前記検出器群が検出することによっ
てビューデータを取得するビューデータ取得手段と、前
記ビューデータに基づいて画像再構成を行う画像再構成
手段とを備えるＣＴスキャナにおいて、前記放射線源が
前記画像再構成領域の回りを回転することによって空間
的に連続する全ビューが形成されており、該全ビューは
ビューの重複がなく且つ空間的に連続する２以上のビュ
ー及び該各ビューに対応する対向ビューから成る複数の
グループで構成されており、前記ビューデータ取得手段
は、該各グループにおける隣接又は近傍位置にある２以
上のビュー及び該各ビューに対応する対向ビューの放射
線経路が前記画像再構成領域の少なくとも中央部におい
て等間隔で補間し合うビューデータを取得することを特
徴とする。ここで放射線透過経路とは、放射線が広がり
を持つ場合にその幾何学的中心直線を意味するものとす
る。

（作用） 放射線発生の空間的位置を制御して放射線を照射させる
ことにより、任意の位置のビューデータと近傍のビュー
データ及び対向位置のビューデータとその近傍のビュー
データとは再構成領域の中心近傍において各々の放射線
透過経路が何れも重なることなく互いに補間し合い、そ
れぞれ異なったデータとして採取される。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

先ず、本発明の原理を説明する。第１図は本発明の原理
を説明するためのスキャン系の幾何学的配置を示す図で
ある。図において、第８図，第９図と同じ部分には同じ
符号を付してある。図において、検出器２は任意の検出
器Ｄ_０を中心とするＤｉ（ｉ＝−ｎ…Ｏ…ｎ）で構成さ
れ、円周Ｌ_Ａ上に等間隔，等角度間隔に固定的に配置さ
れている。Ｘ線発生源３は円周Ｌ_Ｂ上を回転し、パルス
方式の場合にはＬ_Ｂ上の各点でファン状Ｘ線を照射す
る。今任意の検出器Ｄ_０の中心Ｃ_０とＯを結ぶ直線の円
周Ｌ_Ｂとの交点で、Ｏに関してＤ_０と反対側の点をＸ_０
とし、ＯＸ_０がｘ軸正方向となす角度をθ_０とする。Ｃ
_０を起点として線分Ｃ_０Ｘ_０と角度δ′，−δ″をなす
直線の円周Ｌ_Ｂとの交点のうち、０に関してＣ_０と反対
側の点を夫々Ｘ_０′，Ｘ_０″とし、これらＸ_０′，
Ｘ_０″とＯを結んだ線分ＯＸ_０′，ＯＸ_０″がｘ軸の正
方向となす角を夫々θ_０′，θ_０″、線分ＯＸ_０′，Ｏ
Ｘ_０″が線分Ｃ_０Ｘ_０となす角をβ′，β″とする。

Ｘ線源３が円周Ｌ_Ｂ上を回転してＸ線源３から再構成領
域１を照射し、その透過放射線が検出器Ｄｉに入射する
場合、Ｘ線源３の任意の位置とその隣接のＸ線源３及び
その位置から１８０°回転したときのＸ線源３及びその
隣接のＸ線源３からの各照射Ｘ線透過経路が再構成領域
１の中心Ｏの近傍において相互に補間するようなＸ線源
３の各照射位置を求める。

（１）次の各点においてスキャンを行う。但し、Ｘ線源
３が照射する位置の数を２Ｎとし、Ｘ線源３は反時計回
りの方向に移動するものとする。Ｘ線源３によるビュー
の位置を第２図に示す次の点とする。

第１番目のビューはθ_０−β″ 第２番目のビューはθ_０＋β′ 第３番目のビューはθ_０＋Δθ−β″ 第４番目のビューはθ_０＋Δθ＋β′ ・・・・・・・・・・・・ 第Ｎ＋１番目のビューはθ_０＋１８０°−β″ （第１番目の対向ビュー） 第Ｎ＋２番目のビューは θ_０＋１８０°＋β′ ・・・・・・・・・・・・ 第２Ｎ−１番目のビューは θ_０＋３６０°−Δθ−β″ 第２Ｎ番目のビューは θ_０＋３６０°−Δθ＋β′ これは次の点でスキャンを行ったことである。

Ｘ_０″，Ｘ_０′，Ｘ_１″，Ｘ_１′，Ｘ_２″，Ｘ_２′，… ここで、β′，β″の設定を第３図を参照して説明す
る。第３図は分り易くするため、検出器，Ｘ線発生点等
を拡大して描いている事に注意を要する。図において、
第１図と同じ部分には同じ符号を付してある。図中、Ｄ
_０，Ｄ_１は隣接した検出器でＣ_０，Ｃ_１はそれぞれの中
心である。線分Ｃ_０Ｘ_０と線分Ｃ_１Ｘ_０のなす角をΔ
γ，線分Ｃ_０Ｘ_０と線分Ｃ_０Ｘ_０″のなす角をδ″，線
分ＯＸ_０″と線分Ｃ_０Ｘ_０″のなす角をα″とし、線分
Ｃ_０Ｘ_０の長さをＬ、線分ＯＸ_０の長さをとする。線
分Ｃ_１Ｘ_０上に線分ＯＸ_０と等しい長さのＡＸ_０を取り と▲▼の交点をＢとする。

ΔＣ_０ＯＸ０″においてβ″は外角なので β″＝δ″＋α″…（１） 又、Δγ，δ″は極めて小さいので、次式が成り立つ。

ＯＢ＝（１／８）▲▼に選ぶと ΔＯＣ_０Ｂにおいて （Ｌ−）δ″≒▲▼＝（１／８）▲▼…
（３） （２），（３）式から δ″≒・Δγ／｛８（Ｌ−）｝…（４） 又、Ｏから底辺 に下した垂線を▲▼とし、その長さをｈとすると から sinα″＝ｈ／ ∴α″＝sin^−１［｛（Ｌ−）／｝・sinδ″］…
（５） （１），（４），（５）式より β″＝sin^−１［｛（Ｌ−）／｝・sinδ″］＋・
Δγ／｛８（Ｌ−）｝…（６） β′は同様にして、検出器Ｄ_０の他の隣接検出器Ｄ−_１
の中心Ｃ−_１とＸ_０を結び線分Ｃ−_１Ｘ_０に線分ＯＸ_０
に等しい長さのＦＸ_０を取り、線分ＯＦと線分Ｃ
_０Ｘ_０′との交点をＧとする。

▲▼＝（３／８）▲▼に選ぶと、次式が求めら
れる。

δ′＝３・・Δγ／｛８（Ｌ−）｝…（７） α′＝sin^−１［｛（Ｌ−）／｝・sinδ′］…
（８） β′＝sin^−１［｛（Ｌ−）／｝・sinδ′］＋３
・Δγ／｛８（Ｌ−）｝…（９） 以上のようにβ′，β″を選ぶと、再構成領域中心の近
傍においてＸ線中心ビームの透過経路は、Ｘ_０″からは
−１／８，Ｘ_０′からは３／８だけ中心Ｏからずれた点
を通り、１８０°回転した反対側の位置 では、逆に１／８，−３／８のずれを生ずるため丁度間
に入るようになる。但しオフセットの符号は、ＯからＸ
_０に向う方向に対してその左側で＋，その右側で−とす
る。その状況を第４図に示す。図において、第３図と同
じ部分には同じ記号を用いてある。

はＸ_０′，Ｘ_０″の中心Ｏに対し対称なＸ線源３の位置
である。図に明らかなように第１番目のビューＸ_０″で
の中心ビームの透過経路は再構成領域１の中心ＯからＯ
Ａの１／８ずれた位置にあり、Ｘ_０′での中心ビームの
透過経路は同じく中心Ｏから３／８反対側にずれた位置
にある。

はＸ_０″から１８０°回転した位置にあって、 での中心ビームの透過経路は中心ＯからＸ_０″の反対側
１／８ずれた位置にあり、 はＸ_０′から１８０°回転した位置にあって、 での中心ビームの透過経路は中心ＯからＸ_０′の反対側
３／８ずれた位置にあり、結局隣接２ビューと各々の対
向２ビューの４者の間は２／８づつの間隔で重なること
なく補間の関係にある。

第５図は補間の状況を示す図である。中心Ｏの近傍にお
いて、 からの透過Ｘ線経路が互いに補間されている。

以上の説明ではＸ_０，Ｘ_０′，Ｘ_０″の位置及びその対
称の位置で説明したが、円周Ｌ_Ｂ上の如何なるＸ線源３
の位置でも同様な結果を得ることは当然である。

このような原理を用いたＣＴスキャナの一実施例を第６
図に示す。図において、１１は被検体１２を載置し、ガ
ントリ１３の中央部の穴に対し被検体１２を水平方向に
動かして収容するためのテーブルである。ガントリ１３
はその断面が１３′で示されるように形成されている。
即ち、Ｘ線源３のＸ線管Ｘは再構成領域１の中心Ｏを中
心とする円周Ｌ_Ｂ上を回転移動する。検出器２は更にそ
の外側の円周Ｌ_Ａ上に固定配置されている。１４は被検
体１２が再構成領域内に適切に配置されるようにテーブ
ル１１を制御すると共に、前記Ｘ線管Ｘの回転を制御す
るテーブル，ガントリ制御装置、１５はＸ線管Ｘに高電
圧を供給する高圧Ｘ線管制御部で、Ｘ線発生制御装置１
６により制御される。１７はテーブル・ガントリ制御装
置１４及びＸ線発生制御装置１６の操作時期及び撮影時
期を制御している操作撮影制御装置である。

１８は検出器２で検出された透過Ｘ線強度信号を収集す
るデータ収集装置でこのデータはデータ処理装置１９に
送られる。２０はデータ処理装置１９からのデータを蓄
える大容量記憶装置、２１はデータ処理装置１９で再構
成された画像を表示する画像表示装置、２２は前記の画
像を撮影する写真撮影装置である。

次に、このように構成された実施例の装置の動作を説明
する。操作・撮影制御装置１７の制御信号によりテーブ
ル・ガントリ制御装置１４は被検体１２を載せたテーブ
ル１１をガントリ１３に収容し、Ｘ線源３を回転させ、
同時にＸ線発生制御装置１６を制御する。Ｘ線発生制御
装置１６は上記原理説明図で述べたようにＸ線管Ｘの照
射時期を高圧Ｘ線制御部１５に与える信号によって制御
しながらＸ線管Ｘに高圧を与える。検出器２は再構成領
域１を透過したＸ線強度を検出し、そのデータはデータ
収集装置１８によって採取される。得られたデータに対
してはデータ処理装置１９において適宜の処理、例えば
対数変換，Ｘ線強度補正等の処理を施し、大容量記憶装
置２０に蓄える。このようにして、２Ｎビューのデータ
が揃うとデータ処理装置１９において通常の画像再構成
処理を行い、得られた画像は画像表示装置２１に表示さ
れ、必要に応じて写真撮影制御装置２２にて写真撮影さ
れる。

以上説明したように、各隣接及び対向の照射位置におけ
る再構成領域１の中心付近においてそのビューデータは
完全に補間しているため、 （１）想定される高解像ＣＴスキャナに比して、短いス
キャンタイム、従って高速スキャンで低被曝線量のＣＴ
スキャナが実現できる。

（２）同程度の回転角と被曝線量に対し高解像，高画質
の装置を実現できる。

（３）検出器の開口幅を十分に小さくすれば、同一の撮
影系（Ｘ線発生源（焦点サイズを含む），検出器数，幾
何学的配置）に対し非常に高い空間分解能を得ることが
できる。

（４）近傍の複数ビュー群とその対向ビュー群の同様な
活用により、より高解像でアーティファクトの少ないＣ
Ｔスキャナが得られる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば次のようにしてもよい。

（１）スキャンの方法は各種の方法が適用できる。

例えば第７図に示す次の方法で行ってもよい（ビュー数
Ｎ）。

第１番目のビューはθ_０−β″ 第２番目のビューはθ_０＋Δθ＋β′ 第３番目のビューはθ_０＋２Δθ−β″ 第４番目のビューはθ_０＋３Δθ＋β′ ・・・・・・・・・・・・ のビューは θ_０＋１８０°−β″ のビューは θ_０＋１８０°＋Δθ＋β′ ・・・・・・・・・・・・ 第Ｎ−１番目のビューは θ_０＋３６０°−２Δθ−β″ 第Ｎ番目のビューは θ_０＋３６０°−Δθ−β′ これは、次の点でスキャンしたことになる。

（２）次のスキャンの方法も差支えない。

第１番目のビューはθ_０＋β′ 第２番目のビューはθ_０＋Δθ−β″ 第３番目のビューはθ_０＋２Δθ＋β′ 第４番目のビューはθ_０＋３Δθ−β″ これは、次の点でスキャンしたことになる。

Ｘ_０′，Ｘ_１″，Ｘ_２′，Ｘ_３″…… （３）ＣＷ方向へのスキャンも勿論可能である。

（４）Δθの与え方はビュー毎に異なってもよい。

（５）Ｌ_ＡはＬ_Ｂの内側にあってもよい。即ち、高解像
化のため、検出器群をＸ線源３の内側に配置する構成
（Ｘ線の通過を避けるために検出器２を退避させる構
成）であってもよい。

（６）β′とβ″の各々の（９）式，（６）式に示す値
を入替えてもよい。この場合、（６）式のδ″をδ′
に、（９）式のδ′をδ″に置き替える。

（７）Ｘ線ＣＴスキャナの構成は実施例で示した構成の
他、各種の変形が考えられる。又、画像再構成アルゴリ
ズムも各種のものが採用できる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、高速スキ
ャンが可能になってスキャンタイムを短くすることがで
き、低被曝線量でありながら高解像度、高画質の装置を
実現することができ、且つ、患者への苦痛，負担を軽減
できると共に、体動等の影響をも軽減できる等々実用上
の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理の説明図、第２図は本発明による
照射位置の配置図、第３図はβ′，β″の計算の説明
図、第４図は補間状況の拡大説明図、第５図は実装Ｘ線
源による照射図、第６図は本発明の一実施例のＣＴスキ
ャナを示す図、第７図は本発明の他の実施例による照射
位置の図、第８図はガントリ部の図、第９図は通常のオ
フセット検出方式でのスキャンデータ取得部分の空間的
配置図である。 １……再構成領域、２……検出器 ３……Ｘ線源、１１……テーブル １２……被検体、１３，１３′……ガントリ １４……テーブル・ガントリ制御装置 １５……高圧Ｘ線管制御部 １６……Ｘ線発生制御装置 １７……操作撮影制御装置 １８……データ収集装置 １９……データ処理装置 Ｌ_Ａ……検出器配置円周 Ｌ_Ｂ……Ｘ線源回転円周

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ファン状の放射線を照射する放射線源と、
   被検体を収容する画像再構成領域を介して前記放射線源
   と対向配置された複数の検出器を有する検出器群と、前
   記放射線源が放射線を照射しながら前記画像再構成領域
   の回りを回転し、空間の各方向で照射された放射線を前
   記検出器群が検出することによってビューデータを取得
   するビューデータ取得手段と、前記ビューデータに基づ
   いて画像再構成を行う画像再構成手段とを備えるＣＴス
   キャナにおいて、 前記放射線源が前記画像再構成領域の回りを回転するこ
   とによって空間的に連続する全ビューが形成されてお
   り、該全ビューはビューの重複がなく且つ空間的に連続
   する２以上のビュー及び該各ビューに対応する対向ビュ
   ーから成る複数のグループで構成されており、前記ビュ
   ーデータ取得手段は、該各グループにおける隣接又は近
   傍位置にある２以上のビュー及び該各ビューに対応する
   対向ビューの放射線経路が前記画像再構成領域の少なく
   とも中央部において等間隔で補間し合うビューデータを
   取得することを特徴とするＣＴスキャナ。
2. 【請求項２】検出器群は、画像再構成領域を中心とする
   円周上に等角度に配置されたものであること、 及び、ビューデータ取得手段は、下記（イ）又は（ロ）
   にしたがって形成された全ビューに対応するビューデー
   タを取得することを特徴とする特許請求の範囲(1)記載
   のＣＴスキャナ。 （イ） （ロ） 但し、（イ）及び（ロ）式中の、Ｍは１から始まり１づ
   つ増加するビューの番号、2Nは放射線源を360°回転し
   たときのビューの最大番号、β″は下記式の（ハ）及び
   （ニ）で表される角度、β′は下記式の（ホ）及び
   （ヘ）で表される角度、Δθは所定の角度、θ_０はスキ
   ャン開始時の角度を表し、β″、β′及びΔθは異なる
   ビューの番号で同一ビューとならない条件を満たす。 （ハ）β″＝sin^−１［{(L-）／}sinδ″］＋δ″ （ニ）δ″＝・Δγ/[8(L-）］ （ホ）β′＝sin^−１［{(L-）／}sinδ′］＋δ′ （ヘ）δ′＝３・Δγ/[8(L-）］ 但し、（ハ）、（ニ）、（ホ）及び（ヘ）式中の、Ｌは
   画像再構成領域の中心を通る放射線源から検出器までの
   距離、は放射線源から画像再構成領域の中心までの距
   離、Δγは放射線源で見た画像再構成領域中央部での隣
   接検出器間のなす角度を表す。