JP2005245559A

JP2005245559A - Ｘ線ｃｔ装置およびｘ線装置

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Publication number: JP2005245559A
Application number: JP2004057154A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hachiman; 満八幡
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15
Also published as: CN1663533A; US7203268B2; KR20060043244A; EP1570785A1; US20050195935A1

Abstract

【課題】１スキャンで撮影可能なスラブの厚みが大きいＸ線ＣＴ装置、および、そのようなＸ線ＣＴ装置のためのＸ線装置を実現する。
【解決手段】
連続する２つのスラブ（４２２，４４２）をそれぞれ通過する２つのコーンビームＸ線を発生するＸ線発生手段（２０２，２０４）と、２つのスラブをそれぞれ通過した２つのコーンビームＸ線の２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段（２４）と、Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて２つのスラブの複数ビューの投影データを収集する収集手段と、投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段とを具備する。
【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置およびＸ線装置に関し、特に、コーンビーム（ｃｏｎｅｂｅａｍ）Ｘ線で３次元領域をスキャンするＸ線ＣＴ装置、および、そのようなＸ線ＣＴ装置のためのＸ線装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置では、被検体の３次元領域（スラブ：ｓｌａｂ）を１スキャン（ｓｃａｎ）で撮影するために、コーンビームＸ線が用いられる。スラブを通過したコーンビームＸ線の２次元的な強度分布（投影）が２次元アレイ（ａｒｒａｙ）検出器によって検出され、複数ビュー（ｖｉｅｗ）の投影に基づいて画像再構成が行われる。

画像再構成にはコーンビーム・アルゴリズム（ｃｏｎｅｂｅａｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が用いられる。コーンビーム・アルゴリズムの代表例として、フェルドカンプ・アルゴリズム（Ｆｅｌｄｋａｍｐａｌｇｏｒｉｔｈｍ）がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１４４４２９号公報（第４頁）

フェルドカンプ・アルゴリズムで代表されるコーンビーム・アルゴリズムを用いる場合、１スキャンで撮影可能なスラブの厚みすなわち３次元領域の体軸方向の大きさは、最大で８０ｍｍ程度が実用的な限度である。これ以上になると、再構成画像におけるアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）の増加により画質が低下する。

そこで、本発明の課題は、１スキャンで撮影可能なスラブの厚みが大きいＸ線ＣＴ装置、および、そのようなＸ線ＣＴ装置のためのＸ線装置を実現することである。

（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、連続する複数のスラブをそれぞれ通過する複数のコーンビームＸ線を発生するＸ線発生手段と、前記複数のスラブをそれぞれ通過した複数のコーンビームＸ線の２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて前記複数のスラブの複数ビューの投影データを収集する収集手段と、前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段と、を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。

（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、連続する複数のスラブをそれぞれ通過する複数のコーンビームＸ線を発生するＸ線発生手段と、前記複数のスラブをそれぞれ通過した複数のコーンビームＸ線の２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、を具備することを特徴とするＸ線装置である。

前記複数のコーンビームＸ線は隣接するスラブを非同時で通過することが、スラブの投影の重複を避ける点で好ましい。前記Ｘ線発生手段は前記複数のスラブに対応したＸ線発生点を有することが、複数のコーンビームＸ線を適切に発生する点で好ましい。前記Ｘ線発生手段は前記Ｘ線発生点に対応したコリメータを有することが、複数のコーンビームＸ線を適切に形成する点で好ましい。

前記Ｘ線発生手段は前記複数のスラブに対応した複数のＸ線焦点を持つＸ線管を有することが、複数のコーンビームＸ線を適切に発生する点で好ましい。前記Ｘ線管は前記複数のスラブに対応した複数のアノードとカソードの対を有することが、複数の焦点を適切に形成する点で好ましい。前記Ｘ線管は前記複数のアノードとカソードの対に対応した複数のグリッドを有することが、複数のコーンビームＸ線の発生のタイミングを制御する点で好ましい。前記連続するスラブの数は２であることが、スラブ全体の厚みを従来の２倍にする点で好ましい。

上記各観点での発明では、連続する複数のスラブをそれぞれ通過する複数のコーンビームＸ線を発生するＸ線発生手段と、複数のスラブをそれぞれ通過した複数のコーンビームＸ線の２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段とを有するので、個々のスラブの厚みをコーンビーム・アルゴリズムで画像再構成可能な厚みとしながら、複数スラブ全体としての厚みを大きくすることができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線ＣＴ装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。また、本装置の構成の一部によって、Ｘ線装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２、撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２によりコーン状のＸ線ビームすなわちコーンビームＸ線となるように成形（コリメーション：ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）され、Ｘ線検出器２４に照射される。Ｘ線管２０およびコリメータ２２からなる部分は、本発明におけるＸ線発生手段の一例である。Ｘ線管２０は、本発明におけるＸ線管の一例である。コリメータ２２は本発明におけるコリメータの一例である。

Ｘ線検出器２４は、コーンビームＸ線の広がりに合わせて２次元アレイ（ａｒｒａｙ）状に配列された複数の検出素子を有する。Ｘ線検出器２４は本発明におけるＸ線検出手段の一例である。Ｘ線検出器２４の構成については後にあらためて説明する。Ｘ線管２０とＸ線検出器２４の間の空間には、撮影の対象が撮影テーブル４に搭載されて搬入される。

後に詳しく説明するように、Ｘ線管２０は複数の焦点を持ちそれら焦点からそれぞれＸ線を発生する。コリメータ２２は複数のＸ線をそれぞれコリメーションする。Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置については後にあらためて説明する。

Ｘ線検出器２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は、Ｘ線検出器２４の個々の検出素子の検出信号をディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌｄａｔａ）として収集する。Ｘ線検出器２４およびデータ収集部２６からなる部分は、本発明における収集手段の一例である。検出素子の検出信号は、Ｘ線による対象の投影を表す信号となる。以下、これを投影データあるいは単にデータともいう。

Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。

以上のＸ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが走査ガントリ２の回転部３４に搭載され、撮影対象の周りを回転できるようになっている。回転部３４の回転は、回転コントローラ３６によって制御される。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。

操作コンソール６はデータ処理装置６０を有する。データ処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。データ処理装置６０には、制御インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インターフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。データ処理装置６０は制御インターフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御する。

走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が、制御インターフェース６２を通じて制御され、撮影対象のスキャンが行われる。なお、それら各部と制御インターフェース６２との個別の接続については図示を省略する。

データ処理装置６０には、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。

データ処理装置６０には記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６には、データ収集バッファ６４および制御インターフェース６２を通じてそれぞれデータ処理装置６０に入力された投影データが記憶される。記憶装置６６にはまたデータ処理装置６０用のプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）が記憶される。データ処理装置６０がそのプログラムを実行することにより、本装置の動作が遂行される。

データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて記憶装置６６に収集した複数ビューの投影データを用いて画像再構成を行う。データ処理装置６０は本発明における再構成手段の一例である。画像再構成には、例えばフェルドカンプ・アルゴリズム等のコーンビーム・アルゴリズムが用いられる。

データ処理装置６０には、表示装置６８および操作装置７０が接続されている。表示装置６８は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作装置７０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。

表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示する。操作装置７０は、使用者によって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。使用者は表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。

図２に、Ｘ線検出器２４の模式的構成を示す。同図に示すように、Ｘ線検出器２４は、複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）を２次元アレイ状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器となっている。複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線受光面を形成する。

ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１，２，・・・，１０００である。ｋは列番号であり例えばｋ＝１，２，・・・，２４０である。Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、列番号ｋが同一なもの同士でそれぞれ検出素子列を構成する。なお、Ｘ線検出器２４の検出素子列は２４０列に限るものではなく適宜の複数であってよい。

Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガスを利用した電離箱型のＸ線検出素子であってよい。

図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２とＸ線検出器２４の相互関係を示す。同図ではＸ線管２０をＸ線焦点で代表する。以下、Ｘ線焦点を単に焦点ともいう。図３の（ａ）は走査ガントリ２の正面から見た状態を示す図、（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。

同図に示すように、Ｘ線管２０は２つの焦点２０２，２０４を有する。焦点２０２，２０４から放射されたＸ線は、コリメータ２２により２つのコーンビームＸ線４０２，４０４となるように成形されてＸ線検出器２４に照射される。

図３の（ａ）では、コーンビームＸ線４０２，４０４のひとつの方向の広がりを示す。以下、この方向を幅方向ともいう。コーンビームＸ線４０２，４０４の幅方向は、Ｘ線検出器２４におけるチャンネルの配列方向に一致する。（ｂ）ではコーンビームＸ線４０２，４０４の他の方向の広がりを示す。以下、この方向をコーンビームＸ線４０２，４０４の厚み方向ともいう。コーンビームＸ線４０２，４０４の厚み方向は、Ｘ線検出器２４における複数の検出素子列の並設方向に一致する。

このようなコーンビームＸ線４０２，４０４に体軸を交差させて、例えば図４に示すように、対象８が撮影テーブル４に載置されてＸ線照射空間に搬入される。走査ガントリ２は、内部にＸ線照射・検出装置を包含する筒状の構造になっている。Ｘ線照射空間は走査ガントリ２の筒状構造の内側空間に形成される。コーンビームＸ線４０２，４０４は対象８を透過してＸ線検出器２４に入射し、Ｘ線検出器２４によって、透過Ｘ線の２次元的な強度分布が検出される。

撮影テーブル４を停止させた状態でＸ線照射・検出装置を回転させれることにより、アキシャルスキャン（ａｘｉａｌｓｃｎａ）が行われる。Ｘ線照射・検出装置の回転に並行して、矢印４２で示すように撮影テーブル４を対象８の体軸方向に連続的に移動させることにより、Ｘ線照射・検出装置は、対象８に関して相対的に、対象８を包囲する螺旋状の軌道に沿って旋回することになり、いわゆるヘリカルスキャン（ｈｅｌｉｃａｌｓｃｎａ）が行われる。

スキャンの１回転当たり複数（例えば１０００程度）のビュー（ｖｉｅｗ）の投影データが収集される。投影データの収集は、Ｘ線検出器２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６４の系列によって行われる。

２つのコーンビームＸ線４０２，４０４について説明する。図５に、２つのコーンビームＸ線４０２，４０４の関係を模式的に示す。同図の視点は図３（ｂ）と同じである。同図に示すように、２つの焦点２０２，２０４から発生したコーンビームＸ線４０２，４０４はそれぞれスラブ４２２，４４２を通過する。スラブ４２２，４４２は体軸方向に連続する２つのスラブである。

Ｘ線管２０は２つのスラブに対応した２つのＸ線発生点（焦点）を有するので、２つのコーンビームＸ線を適切に発生することができる。また、２つのＸ線発生点に対応したコリメータを有するので、２つのコーンビームＸ線を適切に形成することができる。

スラブ４２２，４４２の厚みは、それぞれコーンビーム・アルゴリズムでアーチファクトなし画像再構成が可能な最大値Ｓ（例えば８０ｍｍ）とされる。したがって、２つのスラブ４２２，４４２全体としての厚みは２Ｓ（例えば１６０ｍｍ）となる。

すなわち、連続する２つのスラブをそれぞれ通過する２つのコーンビームＸ線を用いることにより、撮影可能なスラブ厚を従来の限界の２倍に増加させることができる。なお、スラブの厚みはアイソセンタ（ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）における厚みで表す。

スラブ４２２を透過したＸ線は、Ｘ線検出器２４の範囲Ａに属するＸ線検出素子で検出され、この検出信号に基づいてスラブ４２２に関する画像がコーンビーム・アルゴリズムによって再構成される。スラブ４４２を透過したＸ線は、Ｘ線検出器２４の範囲Ｂに属するＸ線検出素子で検出され、この検出信号に基づいてスラブ４４２に関する画像がコーンビーム・アルゴリズムによって再構成される。スラブ４２２，４４２の厚みは、いずれも、コーンビーム・アルゴリズムでアーチファクトなしに画像再構成できる範囲内の厚みなので、品質の良い再構成画像を得ることができる。

２つのコーンビームＸ線４０２，４０４を用いることのもう一つの利点は、撮影可能なスラブの厚みの増加に比して、Ｘ線検出器２４の受光面の面積増加が少ないことである。すなわち、仮に同じ厚さのスラブを単一のコーンビームＸ線で撮影するとしたとき、図６に破線で示すように、Ｘ線検出器２４の受光面は単一のコーンビームＸ線の広がりに対応して、２つのコーンビームＸ線を用いる場合よりも大きなものにしなければならない。このため、Ｘ線検出器の大型化が避けられない。

コーンビームＸ線４０２，４０４をそれぞれ受光する範囲Ａ，Ｂは部分的に重複するので、この部分における検出信号の混合を避けるために、コーンビームＸ線４０２，４０４は、図７にタイムチャート（ｔｉｍｅｃｈａｒｔ）を示すように、交互に照射される。このように２つのコーンビームＸ線を隣接するスラブを非同時で通過するようにすることにより、スラブの投影の重複を避けることができる。

このような交互照射を可能にするＸ線管２０およびその制御回路の構成の一例を図８に示す。同図に示すように、Ｘ線管２０は、アノード（ａｎｏｄｅ）２１２、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）２１４およびグリッド（ｇｒｉｄ）２１６の組み合わせ、および、アノード２２２、カソード２２４およびグリッド２２６の組み合わせを有する。

カソード２１４，２２４にはフィラメント（ｆｉｌａｍｅｎｔ）加熱回路３１２，３２２からそれぞれフィラメント電流が供給される。グリッド２１６，２２６にはスイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）３２２，３２４によってバイアス（ｂｉａｓ）電圧がそれぞれ２段階に切り換えて供給される。

２段階のバイアス電圧は０Ｖと所定の負電圧となっている。負電圧はカソードとアノード間の電子流を阻止できる値を持つ。このためスイッチ３２２，３２４の切換によりＸ線を断続することができる。スイッチ３２２，３２４の切換は互いに逆な位相で行われ、これによって、焦点２０２，２０４からコーンビームＸ線４０２，４０４が交互に発生する。

このように２つのスラブに対応した２つのＸ線焦点を持つＸ線管を用いるので、２つのコーンビームＸ線を適切に発生することができる。Ｘ線管は２つのスラブに対応した２つのアノードとカソードの対を有するので、２つの焦点を適切に形成することができる。また、Ｘ線管は２つのアノードとカソードの対に対応した２つのグリッドを有するので、２つのコーンビームＸ線の発生のタイミングを制御することができる。

以上、連続するスラブの数が２である例で本発明を実施するための最良の形態例を説明したが、連続するスラブの数は２に限らず２以上の適宜の複数であってよい。

発明を実施するための最良の形態例のＸ線ＣＴ装置のブロック図である。Ｘ線検出器の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。Ｘ線照射・検出装置と対象との関係を示す図である。２つのコーンビームＸ線の関係を示す図である。２つのコーンビームＸ線の関係を示す図である。２つのコーンビームＸ線の照射タイミングを示す図である。２つの焦点を持つＸ線管の構成を示す図である。

符号の説明

２走査ガントリ
４撮影テーブル
６操作コンソール
２０Ｘ線管
２４Ｘ線検出器
２０２，２０４焦点
４０２，４０４コーンビームＸ線
４２２，４４２スラブ
２１２，２２２アノード
２１４，２２４カソード
２１６，２２６グリッド
３１２，３２２フィラメント加熱回路
３１４，３２４スイッチ

Claims

連続する複数のスラブをそれぞれ通過する複数のコーンビームＸ線を発生するＸ線発生手段と、
前記複数のスラブをそれぞれ通過した複数のコーンビームＸ線の２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、
前記Ｘ線検出手段の検出信号に基づいて前記複数のスラブの複数ビューの投影データを収集する収集手段と、
前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成手段と、
を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記複数のコーンビームＸ線は隣接するスラブを非同時で通過する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線発生手段は前記複数のスラブに対応したＸ線発生点を有する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線発生手段は前記Ｘ線発生点に対応したコリメータを有する、
ことを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線発生手段は前記複数のスラブに対応した複数のＸ線焦点を持つＸ線管を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線管は前記複数のスラブに対応した複数のアノードとカソードの対を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線管は前記複数のアノードとカソードの対に対応した複数のグリッドを有する、
ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記連続するスラブの数は２である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。
連続する複数のスラブをそれぞれ通過する複数のコーンビームＸ線を発生するＸ線発生手段と、
前記複数のスラブをそれぞれ通過した複数のコーンビームＸ線の２次元的な強度分布を検出するＸ線検出手段と、
を具備することを特徴とするＸ線装置。
前記複数のコーンビームＸ線は隣接するスラブを非同時で通過する、
ことを特徴とする請求項９に記載のＸ線装置。
前記Ｘ線発生手段は前記複数のスラブに対応したＸ線発生点を有する、
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のＸ線装置。
前記Ｘ線発生手段は前記Ｘ線発生点に対応したコリメータを有する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のＸ線装置。
前記Ｘ線発生手段は前記複数のスラブに対応した複数のＸ線焦点を持つＸ線管を有する、
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１２のうちのいずれか１つに記載のＸ線装置。
前記Ｘ線管は前記複数のスラブに対応した複数のアノードとカソードの対を有する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のＸ線装置。
前記Ｘ線管は前記複数のアノードとカソードの対に対応した複数のグリッドを有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載のＸ線装置。
前記連続するスラブの数は２である、
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１５のうちのいずれか１つに記載のＸ線装置。