JP4314008B2 - Ｘ線ｃｔスキャナ - 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スキャナに係り、複数のＸ線発生源を有するＸ線ＣＴスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴスキャナは、被検体を間にして対向配置したＸ線管とＸ線検出器とを被検体の周囲に回転させて、Ｘ線管から照射したＸ線の被検体を透過した量（透過Ｘ線量）をＸ線検出器で計測し、この計測データをデータ収集装置にて投影データとして収集し、この収集した投影データを、コンピュータを用いて画像再構成することによって、被検体の断層像を得るものである。
このＸ線ＣＴスキャナは、それが発明されて以来めざましい進歩を遂げ、それは、画質改善、撮影時間および画像再構成時間の短縮、Ｘ線被曝量の低減等に対する飽くなき挑戦の賜物と言っても過言ではない。
第３世代と称されるＸ線ＣＴスキャナは、被検体を間にして、Ｘ線管とＸ線検出器とを対向配置し、これらを、被検体の周りに３６０°に亘って回転させながら、Ｘ線管からコリメートされた扇形のＸ線ビームを被検体へ照射し、複数の検出素子が円弧状に配列されたＸ線検出器で、前記被検体を透過したＸ線を検出している。
この被検体に対する或る角度において、多チャンネルのＸ線検出器で検出された検出データの集合をビュー（view）と称し、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させて、画像を再構成するのに必要な複数ビューの投影データを収集することをスキャン（scan）と称し、さらに、スキャン中に繰り返されるビューデータの収集を測定サイクルと称している。なお、スキャンは、撮影する断層面（スライス）毎に行われる。そして、１スキャンによって得られた複数ビューの投影データを、高速演算装置などを用いて再構成処理をすることにより、被検体の断層画像が得られる。
【０００３】
よって、例えば１°毎に１ビューの投影データを収集する場合には、１スキャンに３６０ビューの投影データ（すなわち、３６０の測定サイクルとなる）を得、この３６０ビューの投影データを用いて画像を再構成することになる。この再構成によって得られる画像の解像度は、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させて得るビュー数が多い程高くすることができる。そのため、最近のＸ線ＣＴスキャナでは、１スキャン（１回転）につき９００ビューの投影データを収集している（すなわち、０．４°毎に１ビューの投影データを収集し、これを３６０°にわたって順次収集する）。また、さらに画質を改善するために、１スキャンにつき１２００ビュー或いは１８００ビューの投影データを収集するものも提案されている。
図５は、Ｘ線ＣＴスキャナにおける測定サイクルを説明するために示した図であり、図５（ａ）は、Ｘ線管１とＸ線検出器６とが被検体４の周りに０°から３６０°にわたり回転する様子を示し、図５（ｂ）は、０°から３６０°の範囲に刻まれる測定サイクルを示し、９００ビューの投影データを収集する場合の測定サイクルは０．４°毎となり、１２００ビューの投影データを収集する場合の測定サイクルは０．３°毎となり、１８００ビューの投影データを収集する場合の測定サイクルは０．２°毎となる。
【０００４】
ところで、最高級機といわれる最近のＸ線ＣＴスキャナでは、１スキャンに要する時間すなわちＸ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させる回転周期は、０．５秒となっており、例えば心臓のように動きのある臓器を詳細に診断するために、スキャン時間をさらに短縮したいとの根強い要望がある。しかし、回転周期をこれ以上速めることは、Ｘ線管やＸ線検出器などの回転部分に過度の遠心力が加わることになるので、要望に応えることは技術的に問題があり容易ではない。
そこで、回転周期を上げることなく短時間に所望ビュー数の投影データを収集するために、複数のＸ線管とＸ線検出器とを用いた高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナが提案されている。
そこで、この種Ｘ線ＣＴスキャナの概要を、図６を参照して説明する。
図６は、高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナの概要を示した正面図であり、３個のＸ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃを備えている。Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、回転中心Ｏを共有する同心円上に等間隔に配置されている。よって、各Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃを通る中心線Ｃｏ相互のなす角度βは、この場合１２０°である。すなわち、Ｘ線管１Ａが０°の位置にあるものとすれば、Ｘ線管１Ｂは１２０°の位置にあり、Ｘ線管１Ｃは２４０°の位置にあることになる。Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１ＣのＸ線照射口側にはそれぞれスリット２Ａ、２Ｂ、２Ｃが設けられ、所定の厚みでかつ扇状にコリメートされたＸ線パス３を形成するようにされている。従って、中心線ＣｏはＸ線パス３の中心線でもある。そして、回転中心Ｏを被検体４が通るように、被検体４を支持する天板５が配置される。
【０００５】
３個のＸ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃにそれぞれ対応するように、３個のＸ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられ、各Ｘ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃにはそれぞれデータ収集装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃが設けられている。よって、Ｘ線管１Ａから照射され被検体４を透過したＸ線はＸ線検出器６Ａで検出され、その検出信号はデータ収集装置７Ａで増幅されデジタル信号に変換されて投影データとして収集される。他のＸ線管１Ｂ、１Ｃから照射されたＸ線についても同様に、それぞれデータ収集装置７Ｂ、７Ｃで投影データとして収集される。これらＸ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、スリット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、Ｘ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよびデータ収集装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、回転架台８に一体に固定されており、回転架台８は回転中心Ｏを中心に回転するように固定架台９に支持されていて、図示しない回転機構によって回転される（例えば特許文献１参照。）。
このように構成されたＸ線ＣＴスキャナでは、図示しない制御装置の制御の下で、回転架台８を回転させながら例えば０．４°毎に投影データを収集する。すなわち、Ｘ線管１Ａを０°の位置から１２０°の位置まで回転させて投影データを収集すると、Ｘ線管１Ｂは１２０°の位置から２４０°の位置まで回転することになりこの間で投影データの収集が行われ、同じくＸ線管１Ｃは２４０°の位置から３６０°の位置まで回転することになりこの間で投影データの収集が行われる。よって、回転架台８を１２０°回転させれば、３６０°分の投影データが収集できる訳であり、回転架台８の回転周期を変えることなく、スキャン時間を３分の１に短縮することができる。
【０００６】
ところで、複数のＸ線管を備えたＸ線ＣＴスキャナでは、散乱線の影響が大きくなり、シェーディングを発生させて画質が低下するという新たな問題が生ずることになった。
そこで、図７および図８を参照して散乱線の影響について説明する。図７は、Ｘ線管１とＸ線検出器６が被検体４を間にして対向配置されたＸ線ＣＴスキャナの様子を模式的に示したものである。Ｘ線検出器６は、例えば８００チャンネルのＸ線検出素子が、Ｘ線管１から照射されるＸ線パスの広がりに合わせて一列に配列されたものである。ただしここでは、Ｘ線管１から被検体４へ照射される１本のＸ線３ａに注目するものとする。被検体４へ照射されたＸ線３ａは、一部が被検体４で吸収されるとともに、吸収されずに被検体４を透過したＸ線３ｂが、照射方向に沿ってＸ線検出器６の所定のチャンネル６ｐへ入射することになり、ごく一部は散乱線３ｃとなって四方へ飛散する。この散乱線３ｃをＸ線検出器６の他のチャンネルへ入射させないように、Ｘ線検出器６の前面に各チャンネルに対応させてコリメータ１０が設置されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１７２１１２号公報（第３−６頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線管１とＸ線検出器６とが３組も設置されるような高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナでは、散乱線の影響は甚大となる。
図８に、Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１ＣとＸ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃが１２０°間隔に対向配置されたＸ線ＣＴスキャナの様子を模式的に示してあり、各Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃは扇状の広がりをもったＸ線パス３を形成している。この場合、Ｘ線管１Ａから照射されたＸ線をＸ線検出器６Ａで受け、同様に、Ｘ線管１Ｂから照射されたＸ線をＸ線検出器６Ｂで、Ｘ線管１Ｃから照射されたＸ線をＸ線検出器６Ｃでそれぞれ受けるのであるが、Ｘ線検出器６Ａに、Ｘ線管１Ｂ、１Ｃから照射されたＸ線に基づく散乱線３Ｃが入射してしまう。すなわち、Ｘ線管１Ａから照射されたＸ線に基づく散乱線のＸ線検出器６Ａへの入射は、図７で説明したようにコリメータ１０の作用で排除できるものの、Ｘ線管１Ｂ、１Ｃから照射されたＸ線に基づく散乱線のＸ線検出器６Ａへの入射は排除しきれず、他のＸ線検出器６Ｂ、６Ｃについても同様であり、これが画質を低下させる要因となっている。
【０００９】
再構成される画像について散乱線の影響を除去するには、Ｘ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各チャンネルに入射する散乱線の量を直接測定することにより、収集した投影データからこの散乱線分を減算した後、画像再構成処理するのが最も効果的である。そのためには、事前に散乱線データのみを収集しておくことになるが、例えば９００ビューの投影データを収集するものでは、同等の数の散乱線データを予め収集しておく必要があり、被検体のＸ線被曝量が増大してしまうという難点があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、被検体の周りを回転する複数のＸ線発生手段と、この複数のＸ線発生手段から照射され、前記被検体を透過したＸ線を各Ｘ線発生手段に対応して検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段によって１測定サイクル中に得られる所定ビュー数のデータを基に前記被検体の断層像を再構成する画像再構成手段とを具備するＸ線ＣＴスキャナにおいて、１測定サイクルを複数のサブサイクルに分割し、このサブサイクルを、画像再構成用の投影データを得る時間と、散乱線を補正するための散乱線補正用データを得る時間とに割り振る制御手段と備え、前記分割されたサブサイクルの内、或るＸ線検出手段によって散乱線補正用データを得ている間、他のＸ線検出手段によって投影データを得る動作を、前記複数のＸ線検出手段の全てについて循環的に繰り返すことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴスキャナの実施の形態について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
本発明に係るＸ線ＣＴスキャナは、図６で説明したものと同様に、被検体の周りを回転する複数のＸ線管と、この複数のＸ線管から照射され、被検体を透過したＸ線を各別に検出するＸ線検出器と、このＸ線検出器からの検出信号を基にコンピュータによって被検体の断層像を再構成するものであって、加えて、１測定サイクルを複数のサブサイクルに分割し、このサブサイクルを、画像再構成用の投影データを得る時間と、散乱線を補正するための散乱線補正用データを得る時間とに割り振るようにしたものである。
従って、図１には本発明の説明用として、例えば３個のＸ線管Ａ、Ｂ、Ｃが同一円軌道上に１２０°間隔で備えられているＸ線ＣＴスキャナを簡単に示してある。なお、図示は省略したが各Ｘ線管Ａ、Ｂ、Ｃに対応してＸ線検出器がそれぞれ備えられているので、ここではＸ線管Ａとそれに対応するＸ線検出器の組をＡ、Ｘ線管Ｂとそれに対応するＸ線検出器の組をＢ、Ｘ線管Ｃとそれに対応するＸ線検出器の組をＣと称するものとする。
【００１４】
次に、Ｘ線検出器におけるＸ線の検出を、画像再構成用の投影データと、この投影データ中の散乱線を補正するための散乱線補正用データとに分けて行えるようにするために、測定サイクルを複数のサブサイクルに分割する。ここでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組（Ａ、Ｂ、Ｃ）が３なので、図２に示すように、Ｘ線管とＸ線検出器との組の数よりも多い４つのサブサイクル（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に分割する。なお、図２には或る測定サイクルについてのサブサイクルを拡大して表示してあるが、全ての測定サイクルについてサブサイクルａ、ｂ、ｃ、ｄに分割することは言うまでもない。
そして、サブサイクルａ、ｂ、ｃ、ｄにおける各Ｘ線管とＸ線検出器の組のデータ収集タイミングを、図３に示すように割り当てる。なお図３は、１スキャンにつき例えば９００ビューの投影データを収集する（すなわち、０．４°毎に１ビューの投影データを収集する）場合における各サブサイクルａ、ｂ、ｃ、ｄでのデータ収集タイミングを示したもので、黒く塗りつぶした部分は、Ｘ線管からＸ線を曝射して対応するＸ線検出器で投影データを収集するタイミングであり、白枠部分は、Ｘ線管を停止状態（すなわち、Ｘ線を照射しない）とし、対応するＸ線検出器で散乱線補正用データを収集するタイミングを表している。
【００１５】
すなわち、サブサイクルａでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組Ａについては、Ｘ線管を停止状態とし、他の組Ｂ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射する。そして、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。次に、サブサイクルｂでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組Ｂについて、Ｘ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射する。そして、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。また、サブサイクルｃでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組Ｃについては、Ｘ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＢのＸ線管からはＸ線を照射し、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。さらに、サブサイクルｄでは、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線管からＸ線を照射し、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。
このような動作を、Ｘ線管Ａが０°の位置（従って、Ｘ線管Ｂは１２０°の位置、Ｘ線管Ｃは２４０°の位置）にある測定サイクルと、次にＸ線管Ａが０．４°（Ｘ線管Ｂは１２０．４°の位置、Ｘ線管Ｃは２４０．４°の位置）にある測定サイクル、さらに、Ｘ線管Ａが０．８°の位置（Ｘ線管Ｂは１２０．８°の位置、Ｘ線管Ｃは２４０．８°の位置）にある測定サイクルというように、全ての測定サイクルに亘り循環的に繰り返させる。このような動作は、通常Ｘ線ＣＴスキャナが備えている制御装置に、若干の制御プログラムを付加することにより実現させることができる。
【００１６】
ここで、Ｘ線管とＸ線検出器の組Ａに注目すると、サブサイクルａにおいて、組ＡのＸ線管を停止状態（すなわち、Ｘ線を照射しない）とし、他の組Ｂ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射しながら全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出するので、組ＡのＸ線検出器で検出されたデータは、組Ｂ、ＣのＸ線管から照射されたＸ線に基づき被検体で生じた散乱線成分であることが分かる。よってこのデータは、散乱線補正用データとして利用される。一方、組ＡのＸ線検出器では、サブサイクルｂ、ｃ、ｄにおいて、組ＡのＸ線管から照射されたＸ線に基づく被検体の透過Ｘ線量が検出される。これは投影データである。
次に、Ｘ線管とＸ線検出器の組Ｂに注目すると、サブサイクルｂにおいて、組ＢのＸ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射しながら全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出するので、組ＢのＸ線検出器で検出されたデータは、組Ａ、ＣのＸ線管から照射されたＸ線に基づき被検体で生じた散乱線成分であり、このデータは、散乱線補正用データとして利用される。そして、組ＢのＸ線検出器では、サブサイクルａ、ｃ、ｄにおいて、組ＢのＸ線管から照射されたＸ線に基づく被検体の透過Ｘ線量が投影データとして検出される。
【００１７】
さらに、Ｘ線管とＸ線検出器の組Ｃにつていは、サブサイクルｃにおいて、組ＣのＸ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＢのＸ線管からはＸ線を照射しながら全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出するので、組ＣのＸ線検出器で組Ａ、ＢのＸ線管から照射されたＸ線に基づき被検体で生じた散乱線成分が検出される。また、組ＣのＸ線検出器では、サブサイクルａ、ｂ、ｄにおいて、組ＣのＸ線管から照射されたＸ線に基づく被検体の透過Ｘ線量が投影データとして検出される。
なお、ある組のＸ線検出器で検出された投影データには、他の組のＸ線管から照射されたＸ線に基づく散乱線成分が含まれている。そこで、この投影データからＸ線管を停止状態として得た散乱線補正用データを減算することにより、本来の画像再構成用の投影データが得られることになる。この減算処理は、１測定サイクル内での３／４時間経過後には実施することが可能であり、実質的にほぼ同時に投影データと散乱線補正用データとを得て、本来の画像再構成用の投影データに補正処理を施した上で画像を再構成することができる。よって、画質の向上が図られて診断精度の向上にも大きく寄与することができる。また、サブサイクルに分けることにより、重複なく散乱線データの収集が可能となるとともに、散乱線補正用データを得る時間だけＸ線の照射が止まるので被検体の被曝線量も軽減される。
【００１８】
以上詳述した本発明において、例えば図４に示すように、サブサイクルの数を４以上のｍ（ｍは正の整数）に増やして、１のサブサイクルで散乱線データを収集し、ｍ−１のサブサイクルで投影データを収集するようにすれば、散乱線補正用データを収集するためにＸ線の照射を停止する時間を短縮し、換言すれば投影データ収集のためのＸ線照射時間を十分確保することができるので、Ｘ線の照射量の低下に伴う画質の低下を防止することができる。さらに、予め、散乱線補正用データを収集するためにＸ線の照射を停止する時間に相当する分だけＸ線の照射量を増加させておけば（上記の場合、ｍ／（ｍ−１）倍にする）、被検体の被曝線量は変わらず、信号対雑音比の面でも通常の連続Ｘ線で撮影した場合と同等となり、散乱線の影響を排除した良質の画像を得ることができる。
なお、本発明は上述の一実施の形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えばＸ線検出器がＸ線管に対応して個別に設けられる形式のものに限らず、Ｘ線管の回転中心に直交する面内にリング状にＸ線検出器が配置された型のＸ線ＣＴスキャナにも適用することができる。同様に、Ｘ線検出器として、チャンネル方向に円弧状に多数のＸ線検出素子が配列されたものが略直交する方向（スライス厚方向）に、複数列配列されて構成されている二次元Ｘ線検出器を備えたＸ線ＣＴスキャナにも適用することができる。また、高速スキャン中に被検体を定速で移動させながら投影データの収集を行うようにした、いわゆるヘリカルスキャン型のＸ線ＣＴスキャナにも適用できる。さらに、被検体に対して１８０°分の投影データを得て画像を再構成するハーフスキャンと称されるＸ線ＣＴスキャナにも適用できることは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、実質的にほぼ同時に投影データと散乱線補正用データとを収集することのできるＸ線ＣＴスキャナが提供される。よって、収集された投影データから散乱線補正用データを減算処理したデータを用いて画像再構成を行うことにより、極めて画質の良い断層画像が得られ、診断精度の向上にも大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴスキャナを説明するために示した概念図である。
【図２】本発明の考え方を説明するために示した説明図である。
【図３】本発明に係るＸ線ＣＴスキャナにおける、データ収集タイミングの一実施の形態を説明するために示した説明図である。
【図４】本発明における、データ収集タイミングの他の実施の形態を説明するために示した説明図である。
【図５】Ｘ線ＣＴスキャナにおける測定サイクルを説明するために示した図である。
【図６】複数のＸ線管を備えた高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナの概要を説明するために示した正面図である。
【図７】Ｘ線ＣＴスキャナにおける散乱線の発生について説明した説明図である。
【図８】高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナにおける散乱線の影響について説明した説明図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ Ｘ線管
３ Ｘ線パス
４ 被検体
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ Ｘ線検出器
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ データ収集装置
８ 回転架台
９ 固定架台
ａ、ｂ、ｃ、・・・ｍ サブサイクル
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ＣＴスキャナに係り、複数のＸ線発生源を有するＸ線ＣＴスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴスキャナは、被検体を間にして対向配置したＸ線管とＸ線検出器とを被検体の周囲に回転させて、Ｘ線管から照射したＸ線の被検体を透過した量（透過Ｘ線量）をＸ線検出器で計測し、この計測データをデータ収集装置にて投影データとして収集し、この収集した投影データを、コンピュータを用いて画像再構成することによって、被検体の断層像を得るものである。
このＸ線ＣＴスキャナは、それが発明されて以来めざましい進歩を遂げ、それは、画質改善、撮影時間および画像再構成時間の短縮、Ｘ線被曝量の低減等に対する飽くなき挑戦の賜物と言っても過言ではない。
第３世代と称されるＸ線ＣＴスキャナは、被検体を間にして、Ｘ線管とＸ線検出器とを対向配置し、これらを、被検体の周りに３６０°に亘って回転させながら、Ｘ線管からコリメートされた扇形のＸ線ビームを被検体へ照射し、複数の検出素子が円弧状に配列されたＸ線検出器で、前記被検体を透過したＸ線を検出している。
この被検体に対する或る角度において、多チャンネルのＸ線検出器で検出された検出データの集合をビュー（view）と称し、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させて、画像を再構成するのに必要な複数ビューの投影データを収集することをスキャン（scan）と称し、さらに、スキャン中に繰り返されるビューデータの収集を測定サイクルと称している。なお、スキャンは、撮影する断層面（スライス）毎に行われる。そして、１スキャンによって得られた複数ビューの投影データを、高速演算装置などを用いて再構成処理をすることにより、被検体の断層画像が得られる。
【０００３】
よって、例えば１°毎に１ビューの投影データを収集する場合には、１スキャンに３６０ビューの投影データ（すなわち、３６０の測定サイクルとなる）を得、この３６０ビューの投影データを用いて画像を再構成することになる。この再構成によって得られる画像の解像度は、Ｘ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させて得るビュー数が多い程高くすることができる。そのため、最近のＸ線ＣＴスキャナでは、１スキャン（１回転）につき９００ビューの投影データを収集している（すなわち、０．４°毎に１ビューの投影データを収集し、これを３６０°にわたって順次収集する）。また、さらに画質を改善するために、１スキャンにつき１２００ビュー或いは１８００ビューの投影データを収集するものも提案されている。
図５は、Ｘ線ＣＴスキャナにおける測定サイクルを説明するために示した図であり、図５（ａ）は、Ｘ線管１とＸ線検出器６とが被検体４の周りに０°から３６０°にわたり回転する様子を示し、図５（ｂ）は、０°から３６０°の範囲に刻まれる測定サイクルを示し、９００ビューの投影データを収集する場合の測定サイクルは０．４°毎となり、１２００ビューの投影データを収集する場合の測定サイクルは０．３°毎となり、１８００ビューの投影データを収集する場合の測定サイクルは０．２°毎となる。
【０００４】
ところで、最高級機といわれる最近のＸ線ＣＴスキャナでは、１スキャンに要する時間すなわちＸ線管とＸ線検出器とを被検体の周りに１回転させる回転周期は、０．５秒となっており、例えば心臓のように動きのある臓器を詳細に診断するために、スキャン時間をさらに短縮したいとの根強い要望がある。しかし、回転周期をこれ以上速めることは、Ｘ線管やＸ線検出器などの回転部分に過度の遠心力が加わることになるので、要望に応えることは技術的に問題があり容易ではない。
そこで、回転周期を上げることなく短時間に所望ビュー数の投影データを収集するために、複数のＸ線管とＸ線検出器とを用いた高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナが提案されている。
そこで、この種Ｘ線ＣＴスキャナの概要を、図６を参照して説明する。
図６は、高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナの概要を示した正面図であり、３個のＸ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃを備えている。Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、回転中心Ｏを共有する同心円上に等間隔に配置されている。よって、各Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃを通る中心線Ｃｏ相互のなす角度βは、この場合１２０°である。すなわち、Ｘ線管１Ａが０°の位置にあるものとすれば、Ｘ線管１Ｂは１２０°の位置にあり、Ｘ線管１Ｃは２４０°の位置にあることになる。Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１ＣのＸ線照射口側にはそれぞれスリット２Ａ、２Ｂ、２Ｃが設けられ、所定の厚みでかつ扇状にコリメートされたＸ線パス３を形成するようにされている。従って、中心線ＣｏはＸ線パス３の中心線でもある。そして、回転中心Ｏを被検体４が通るように、被検体４を支持する天板５が配置される。
【０００５】
３個のＸ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃにそれぞれ対応するように、３個のＸ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられ、各Ｘ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃにはそれぞれデータ収集装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃが設けられている。よって、Ｘ線管１Ａから照射され被検体４を透過したＸ線はＸ線検出器６Ａで検出され、その検出信号はデータ収集装置７Ａで増幅されデジタル信号に変換されて投影データとして収集される。他のＸ線管１Ｂ、１Ｃから照射されたＸ線についても同様に、それぞれデータ収集装置７Ｂ、７Ｃで投影データとして収集される。これらＸ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、スリット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、Ｘ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよびデータ収集装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、回転架台８に一体に固定されており、回転架台８は回転中心Ｏを中心に回転するように固定架台９に支持されていて、図示しない回転機構によって回転される（例えば特許文献１参照。）。
このように構成されたＸ線ＣＴスキャナでは、図示しない制御装置の制御の下で、回転架台８を回転させながら例えば０．４°毎に投影データを収集する。すなわち、Ｘ線管１Ａを０°の位置から１２０°の位置まで回転させて投影データを収集すると、Ｘ線管１Ｂは１２０°の位置から２４０°の位置まで回転することになりこの間で投影データの収集が行われ、同じくＸ線管１Ｃは２４０°の位置から３６０°の位置まで回転することになりこの間で投影データの収集が行われる。よって、回転架台８を１２０°回転させれば、３６０°分の投影データが収集できる訳であり、回転架台８の回転周期を変えることなく、スキャン時間を３分の１に短縮することができる。
【０００６】
ところで、複数のＸ線管を備えたＸ線ＣＴスキャナでは、散乱線の影響が大きくなり、シェーディングを発生させて画質が低下するという新たな問題が生ずることになった。
そこで、図７および図８を参照して散乱線の影響について説明する。図７は、Ｘ線管１とＸ線検出器６が被検体４を間にして対向配置されたＸ線ＣＴスキャナの様子を模式的に示したものである。Ｘ線検出器６は、例えば８００チャンネルのＸ線検出素子が、Ｘ線管１から照射されるＸ線パスの広がりに合わせて一列に配列されたものである。ただしここでは、Ｘ線管１から被検体４へ照射される１本のＸ線３ａに注目するものとする。被検体４へ照射されたＸ線３ａは、一部が被検体４で吸収されるとともに、吸収されずに被検体４を透過したＸ線３ｂが、照射方向に沿ってＸ線検出器６の所定のチャンネル６ｐへ入射することになり、ごく一部は散乱線３ｃとなって四方へ飛散する。この散乱線３ｃをＸ線検出器６の他のチャンネルへ入射させないように、Ｘ線検出器６の前面に各チャンネルに対応させてコリメータ１０が設置されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１７２１１２号公報（第３−６頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線管１とＸ線検出器６とが３組も設置されるような高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナでは、散乱線の影響は甚大となる。
図８に、Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１ＣとＸ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃが１２０°間隔に対向配置されたＸ線ＣＴスキャナの様子を模式的に示してあり、各Ｘ線管１Ａ、１Ｂ、１Ｃは扇状の広がりをもったＸ線パス３を形成している。この場合、Ｘ線管１Ａから照射されたＸ線をＸ線検出器６Ａで受け、同様に、Ｘ線管１Ｂから照射されたＸ線をＸ線検出器６Ｂで、Ｘ線管１Ｃから照射されたＸ線をＸ線検出器６Ｃでそれぞれ受けるのであるが、Ｘ線検出器６Ａに、Ｘ線管１Ｂ、１Ｃから照射されたＸ線に基づく散乱線３Ｃが入射してしまう。すなわち、Ｘ線管１Ａから照射されたＸ線に基づく散乱線のＸ線検出器６Ａへの入射は、図７で説明したようにコリメータ１０の作用で排除できるものの、Ｘ線管１Ｂ、１Ｃから照射されたＸ線に基づく散乱線のＸ線検出器６Ａへの入射は排除しきれず、他のＸ線検出器６Ｂ、６Ｃについても同様であり、これが画質を低下させる要因となっている。
【０００９】
再構成される画像について散乱線の影響を除去するには、Ｘ線検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各チャンネルに入射する散乱線の量を直接測定することにより、収集した投影データからこの散乱線分を減算した後、画像再構成処理するのが最も効果的である。そのためには、事前に散乱線データのみを収集しておくことになるが、例えば９００ビューの投影データを収集するものでは、同等の数の散乱線データを予め収集しておく必要があり、被検体のＸ線被曝量が増大してしまうという難点があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、被検体の周りを回転する複数のＸ線発生手段と、この複数のＸ線発生手段から照射され、前記被検体を透過したＸ線を各Ｘ線発生手段に対応して検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段によって１測定サイクル中に得られる所定ビュー数のデータを基に前記被検体の断層像を再構成する画像再構成手段とを具備するＸ線ＣＴスキャナにおいて、１測定サイクルを複数のサブサイクルに分割し、このサブサイクルを、画像再構成用の投影データを得る時間と、散乱線を補正するための散乱線補正用データを得る時間とに割り振る制御手段と備え、前記分割されたサブサイクルの内、或るＸ線検出手段によって散乱線補正用データを得ている間、他のＸ線検出手段によって投影データを得る動作を、前記複数のＸ線検出手段の全てについて循環的に繰り返すことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＸ線ＣＴスキャナの実施の形態について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
本発明に係るＸ線ＣＴスキャナは、図６で説明したものと同様に、被検体の周りを回転する複数のＸ線管と、この複数のＸ線管から照射され、被検体を透過したＸ線を各別に検出するＸ線検出器と、このＸ線検出器からの検出信号を基にコンピュータによって被検体の断層像を再構成するものであって、加えて、１測定サイクルを複数のサブサイクルに分割し、このサブサイクルを、画像再構成用の投影データを得る時間と、散乱線を補正するための散乱線補正用データを得る時間とに割り振るようにしたものである。
従って、図１には本発明の説明用として、例えば３個のＸ線管Ａ、Ｂ、Ｃが同一円軌道上に１２０°間隔で備えられているＸ線ＣＴスキャナを簡単に示してある。なお、図示は省略したが各Ｘ線管Ａ、Ｂ、Ｃに対応してＸ線検出器がそれぞれ備えられているので、ここではＸ線管Ａとそれに対応するＸ線検出器の組をＡ、Ｘ線管Ｂとそれに対応するＸ線検出器の組をＢ、Ｘ線管Ｃとそれに対応するＸ線検出器の組をＣと称するものとする。
【００１４】
次に、Ｘ線検出器におけるＸ線の検出を、画像再構成用の投影データと、この投影データ中の散乱線を補正するための散乱線補正用データとに分けて行えるようにするために、測定サイクルを複数のサブサイクルに分割する。ここでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組（Ａ、Ｂ、Ｃ）が３なので、図２に示すように、Ｘ線管とＸ線検出器との組の数よりも多い４つのサブサイクル（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に分割する。なお、図２には或る測定サイクルについてのサブサイクルを拡大して表示してあるが、全ての測定サイクルについてサブサイクルａ、ｂ、ｃ、ｄに分割することは言うまでもない。
そして、サブサイクルａ、ｂ、ｃ、ｄにおける各Ｘ線管とＸ線検出器の組のデータ収集タイミングを、図３に示すように割り当てる。なお図３は、１スキャンにつき例えば９００ビューの投影データを収集する（すなわち、０．４°毎に１ビューの投影データを収集する）場合における各サブサイクルａ、ｂ、ｃ、ｄでのデータ収集タイミングを示したもので、黒く塗りつぶした部分は、Ｘ線管からＸ線を曝射して対応するＸ線検出器で投影データを収集するタイミングであり、白枠部分は、Ｘ線管を停止状態（すなわち、Ｘ線を照射しない）とし、対応するＸ線検出器で散乱線補正用データを収集するタイミングを表している。
【００１５】
すなわち、サブサイクルａでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組Ａについては、Ｘ線管を停止状態とし、他の組Ｂ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射する。そして、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。次に、サブサイクルｂでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組Ｂについて、Ｘ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射する。そして、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。また、サブサイクルｃでは、Ｘ線管とＸ線検出器との組Ｃについては、Ｘ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＢのＸ線管からはＸ線を照射し、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。さらに、サブサイクルｄでは、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線管からＸ線を照射し、全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出する。
このような動作を、Ｘ線管Ａが０°の位置（従って、Ｘ線管Ｂは１２０°の位置、Ｘ線管Ｃは２４０°の位置）にある測定サイクルと、次にＸ線管Ａが０．４°（Ｘ線管Ｂは１２０．４°の位置、Ｘ線管Ｃは２４０．４°の位置）にある測定サイクル、さらに、Ｘ線管Ａが０．８°の位置（Ｘ線管Ｂは１２０．８°の位置、Ｘ線管Ｃは２４０．８°の位置）にある測定サイクルというように、全ての測定サイクルに亘り循環的に繰り返させる。このような動作は、通常Ｘ線ＣＴスキャナが備えている制御装置に、若干の制御プログラムを付加することにより実現させることができる。
【００１６】
ここで、Ｘ線管とＸ線検出器の組Ａに注目すると、サブサイクルａにおいて、組ＡのＸ線管を停止状態（すなわち、Ｘ線を照射しない）とし、他の組Ｂ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射しながら全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出するので、組ＡのＸ線検出器で検出されたデータは、組Ｂ、ＣのＸ線管から照射されたＸ線に基づき被検体で生じた散乱線成分であることが分かる。よってこのデータは、散乱線補正用データとして利用される。一方、組ＡのＸ線検出器では、サブサイクルｂ、ｃ、ｄにおいて、組ＡのＸ線管から照射されたＸ線に基づく被検体の透過Ｘ線量が検出される。これは投影データである。
次に、Ｘ線管とＸ線検出器の組Ｂに注目すると、サブサイクルｂにおいて、組ＢのＸ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＣのＸ線管からはＸ線を照射しながら全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出するので、組ＢのＸ線検出器で検出されたデータは、組Ａ、ＣのＸ線管から照射されたＸ線に基づき被検体で生じた散乱線成分であり、このデータは、散乱線補正用データとして利用される。そして、組ＢのＸ線検出器では、サブサイクルａ、ｃ、ｄにおいて、組ＢのＸ線管から照射されたＸ線に基づく被検体の透過Ｘ線量が投影データとして検出される。
【００１７】
さらに、Ｘ線管とＸ線検出器の組Ｃにつていは、サブサイクルｃにおいて、組ＣのＸ線管を停止状態とし、他の組Ａ、ＢのＸ線管からはＸ線を照射しながら全ての組Ａ、Ｂ、ＣのＸ線検出器で入射Ｘ線量を検出するので、組ＣのＸ線検出器で組Ａ、ＢのＸ線管から照射されたＸ線に基づき被検体で生じた散乱線成分が検出される。また、組ＣのＸ線検出器では、サブサイクルａ、ｂ、ｄにおいて、組ＣのＸ線管から照射されたＸ線に基づく被検体の透過Ｘ線量が投影データとして検出される。
なお、ある組のＸ線検出器で検出された投影データには、他の組のＸ線管から照射されたＸ線に基づく散乱線成分が含まれている。そこで、この投影データからＸ線管を停止状態として得た散乱線補正用データを減算することにより、本来の画像再構成用の投影データが得られることになる。この減算処理は、１測定サイクル内での３／４時間経過後には実施することが可能であり、実質的にほぼ同時に投影データと散乱線補正用データとを得て、本来の画像再構成用の投影データに補正処理を施した上で画像を再構成することができる。よって、画質の向上が図られて診断精度の向上にも大きく寄与することができる。また、サブサイクルに分けることにより、重複なく散乱線データの収集が可能となるとともに、散乱線補正用データを得る時間だけＸ線の照射が止まるので被検体の被曝線量も軽減される。
【００１８】
以上詳述した本発明において、例えば図４に示すように、サブサイクルの数を４以上のｍ（ｍは正の整数）に増やして、１のサブサイクルで散乱線データを収集し、ｍ−１のサブサイクルで投影データを収集するようにすれば、散乱線補正用データを収集するためにＸ線の照射を停止する時間を短縮し、換言すれば投影データ収集のためのＸ線照射時間を十分確保することができるので、Ｘ線の照射量の低下に伴う画質の低下を防止することができる。さらに、予め、散乱線補正用データを収集するためにＸ線の照射を停止する時間に相当する分だけＸ線の照射量を増加させておけば（上記の場合、ｍ／（ｍ−１）倍にする）、被検体の被曝線量は変わらず、信号対雑音比の面でも通常の連続Ｘ線で撮影した場合と同等となり、散乱線の影響を排除した良質の画像を得ることができる。
なお、本発明は上述の一実施の形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えばＸ線検出器がＸ線管に対応して個別に設けられる形式のものに限らず、Ｘ線管の回転中心に直交する面内にリング状にＸ線検出器が配置された型のＸ線ＣＴスキャナにも適用することができる。同様に、Ｘ線検出器として、チャンネル方向に円弧状に多数のＸ線検出素子が配列されたものが略直交する方向（スライス厚方向）に、複数列配列されて構成されている二次元Ｘ線検出器を備えたＸ線ＣＴスキャナにも適用することができる。また、高速スキャン中に被検体を定速で移動させながら投影データの収集を行うようにした、いわゆるヘリカルスキャン型のＸ線ＣＴスキャナにも適用できる。さらに、被検体に対して１８０°分の投影データを得て画像を再構成するハーフスキャンと称されるＸ線ＣＴスキャナにも適用できることは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、実質的にほぼ同時に投影データと散乱線補正用データとを収集することのできるＸ線ＣＴスキャナが提供される。よって、収集された投影データから散乱線補正用データを減算処理したデータを用いて画像再構成を行うことにより、極めて画質の良い断層画像が得られ、診断精度の向上にも大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴスキャナを説明するために示した概念図である。
【図２】本発明の考え方を説明するために示した説明図である。
【図３】本発明に係るＸ線ＣＴスキャナにおける、データ収集タイミングの一実施の形態を説明するために示した説明図である。
【図４】本発明における、データ収集タイミングの他の実施の形態を説明するために示した説明図である。
【図５】Ｘ線ＣＴスキャナにおける測定サイクルを説明するために示した図である。
【図６】複数のＸ線管を備えた高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナの概要を説明するために示した正面図である。
【図７】Ｘ線ＣＴスキャナにおける散乱線の発生について説明した説明図である。
【図８】高速撮影用Ｘ線ＣＴスキャナにおける散乱線の影響について説明した説明図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ Ｘ線管
３ Ｘ線パス
４ 被検体
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ Ｘ線検出器
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ データ収集装置
８ 回転架台
９ 固定架台
ａ、ｂ、ｃ、・・・ｍ サブサイクル
Claims (5)
- 被検体の周りを回転する複数のＸ線発生手段と、
この複数のＸ線発生手段から照射され、前記被検体を透過したＸ線を各Ｘ線発生手段に対応して検出するＸ線検出手段と、
前記Ｘ線検出手段によって１測定サイクル中に得られる所定ビュー数のデータを基に前記被検体の断層像を再構成する画像再構成手段と
を具備するＸ線ＣＴスキャナにおいて、
１測定サイクルを複数のサブサイクルに分割し、このサブサイクルを、画像再構成用の投影データを得る時間と、散乱線を補正するための散乱線補正用データを得る時間とに割り振る制御手段と備え、
前記分割されたサブサイクルの内、或るＸ線検出手段によって散乱線補正用データを得ている間、他のＸ線検出手段によって投影データを得る動作を、前記複数のＸ線検出手段の全てについて循環的に繰り返すことを特徴とするＸ線ＣＴスキャナ。 - 前記サブサイクルの数は、前記Ｘ線発生手段の数よりも多いｍ（ｍは正の整数）であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
- 前記サブサイクル中における投影データを得る時間は、散乱線補正用データを得る時間よりも長いことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
- 前記サブサイクルの数ｍの内、（ｍ−１）サブサイクルで投影データを得、残り１サブサイクルで散乱線補正用データを得ることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
- 前記複数のＸ線発生手段は、同一円軌道上にあることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴスキャナ。
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