JP2002267622A

JP2002267622A - 断層撮影装置

Info

Publication number: JP2002267622A
Application number: JP2001068200A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Morita; 英一森田; Katsuhiro Ueno; 功裕上野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】被検体の関心領域についての３次元断層画像
を迅速に生成できる断層撮影装置を提供する。【解決手段】駆動部３０は、被検体Ｍの撮影すべき断
層面を挟んでＸ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄ
とを同期して走査し、逆投影処理部５４は、走査各位置
で検出された投影データを、撮影された被検体の関心領
域に仮想的に設定される３次元格子群の所定の格子点に
逆投影して、関心領域の３次元ボリュームデータを生成
する画像再構成を行うので、複数回にわたって断層撮影
することなく関心領域の３次元ボリュームデータを生成
でき、被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅
速に生成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、医療分野、工業
分野などに用いられる、被検体の断層撮影を行なう非Ｃ
Ｔタイプの断層撮影装置に係り、特に、被検体の関心領
域についての３次元断層画像を迅速に生成する技術に関
する。

【０００２】

【従来技術】従来の断層撮影装置としては、例えばＸ線
断層撮影装置がある。このＸ線断層撮影装置は、被検体
を挟んでＸ線管とイメージインテンシファイア（以下、
「Ｉ．Ｉ管」と言う）とが対向配置され、Ｘ線管を第１
方向に直線移動させるのと同期して、Ｉ．Ｉ管を前記第
１方向とは反対方向である第２方向に平行直線移動させ
るように連動移動させるとともに、被検体の特定の断層
面上の任意の点がＩ．Ｉ管の検出面上で常に同じ位置に
なるように、Ｘ線管の被検体へのＸ線照射角度を変えな
がら断続的な撮影を行なっている。そして、各角度から
の撮影により得られた複数枚の投影像を重ね合わせるよ
うな検出信号の加算演算処理を行なうだけで、被検体の
特定の断層面の画像情報と、特定の断層面の前後にある
近傍断層面の画像情報とを算出している。

【０００３】このように、上述のＸ線断層撮影装置は、
近年進歩の著しいＸ線ＣＴ（Ｘ線コンピュータ・トモグ
ラフィ）タイプの断層撮影方式ではない非ＣＴタイプの
断層撮影方式のものである。すなわち、Ｘ線ＣＴタイプ
の断層撮影方式は、被検体を挟んで対向配置されたＸ線
管とＩ．Ｉ管とを被検体の体軸周りに１回転（少なくと
も半回転）させながら撮影することで、被検体の体軸周
り１回転分（少なくとも半回転分）の透過像を取得し、
これらの透過像に基づいて画像再構成を行ない、被検体
の体軸方向から見た断層画像が得れるものであるが、非
ＣＴタイプの断層撮影方式は、上述のＸ線断層撮影装置
のように、Ｘ線管とＩ．Ｉ管とを被検体の体軸周りに半
回転以上させることなく、被検体の体軸方向の断層画像
が得れるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、非ＣＴタイプの断層撮影装置では、被
検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成
することができないという問題がある。

【０００５】具体的には、従来例の非ＣＴタイプの断層
撮影装置は、１回の断層撮影で、被検体の関心領域の特
定の断層面画像と、この特定の断層面の前後にある近傍
の断層面画像としか得られず、被検体の関心領域につい
ての２次元断層画像しか得られないものである。したが
って、被検体の関心領域についての３次元ボリュームデ
ータ（３次元断層画像）を生成したい場合には、複数回
にわたって断層撮影を繰り返して、撮影毎に得られた２
次元断層画像を逐次に積み重ねていくようにして３次元
断層画像を生成していかなければならないので、被検体
に対する曝射回数が増加し被検体にとって負担となるば
かりでなく、３次元ボリュームデータを生成するのに非
常に時間がかかることになる。

【０００６】例えば、被検体の関心領域についてＩ．Ｉ
管の検出面と平行でなく傾いた断層画像（傾斜断層画
像）を取得したい場合にも、複数回にわたって断層撮影
を行なうことで、撮影毎に得られた２次元断層画像を逐
次に積み重ねていくようにして３次元断層画像を生成
し、この３次元断層画像から所望の傾斜断層画像を演算
により算出しているので、上述の問題が生じることにな
る。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、被検体の関心領域についての３次元
断層画像を迅速に生成できる断層撮影装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の断層撮影装置は、（ａ）被検体に
対して透過性を有する電磁波を被検体に照射する照射源
と、被検体の撮影すべき断層面を挟んで前記照射源に対
向配置され、被検体を透過した電磁波を検出する面検出
器とを、同期させて走査する走査手段と、（ｂ）走査各
位置で検出された投影データを、撮影された被検体の関
心領域に仮想的に設定される３次元格子群の所定の格子
点に逆投影して、関心領域の３次元ボリュームデータを
生成する画像再構成を行う逆投影処理部とを備えたこと
を特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２に記載の断層撮影装置は、
請求項１に記載の断層撮影装置において、走査各位置で
検出された投影データに｜ω｜フィルタリングをかけて
前記逆投影処理部に出力するフィルタリング処理部を備
えたことを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項３に記載の断層撮影装置は、
請求項１または請求項２に記載の断層撮影装置におい
て、前記面検出器はフラットパネル型検出器またはイメ
ージインテンシファイアであることを特徴とするもので
ある。

【００１１】また、請求項４に記載の断層撮影装置は、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の断層撮影装置
において、前記走査手段は、前記照射源と前記面検出器
のいずれか一方を第１方向に直線移動させるのと同期し
て、他方を前記第１方向とは反対方向である第２方向に
平行直線移動させることを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項５に記載の断層撮影装置は、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の断層撮影装置
において、前記走査手段は、被検体を挟んで対向して平
行配置される両平行面のいずれか一方の平行面内で前記
照射源を回転移動させるのと同期して、他方の平行面内
で前記照射源の回転方向とは反対方向に前記面検出器を
回転移動させることを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項６に記載の断層撮影装置は、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の断層撮影装置
において、前記走査手段は、被検体の周りの円周軌道上
に被検体を挟んで２つの円弧軌道を対向して設定し、両
円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上に前記照射源を移
動させるのと同期して、他方の円弧軌道上に前記面検出
器を前記照射源との間隔が一定になるように移動させる
ことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】この発明の作用は次の通りである。すなわち、
請求項１に記載の発明によれば、走査手段は、被検体に
対して透過性を有する電磁波を被検体に照射する照射源
と、被検体の撮影すべき断層面を挟んで照射源に対向配
置され、被検体を透過した電磁波を検出する面検出器と
を、同期させて走査する。逆投影処理部は、走査各位置
で検出された投影データを、撮影された被検体の関心領
域に仮想的に設定される３次元格子群の所定の格子点に
逆投影して、関心領域の３次元ボリュームデータを生成
する画像再構成を行う。したがって、各角度からの撮影
により得られた複数枚の投影像（走査各位置の投影像）
を単一面上に重ね合わせるような検出信号の加算演算処
理を行なって２次元断層画像データを生成するという従
来手法を用いるのではなく、走査各位置の投影像を３次
元格子群の所定の格子点に逆投影して、関心領域の３次
元ボリュームデータを生成する画像再構成を行うので、
複数回にわたって断層撮影することなく関心領域の３次
元ボリュームデータが生成され、被検体の関心領域につ
いての３次元断層画像が迅速に生成される。

【００１５】また、請求項２に記載の発明によれば、フ
ィルタリング処理部は、走査各位置で検出された投影デ
ータに｜ω｜フィルタリングをかけて逆投影処理部に出
力する。したがって、後続の逆投影処理部で生成される
３次元ボリュームデータにおける直流成分の強調に起因
する偽像が低減される。

【００１６】また、請求項３に記載の発明によれば、面
検出器としてフラットパネル型検出器またはイメージイ
ンテンシファイアを用いた場合であっても、被検体の関
心領域についての３次元断層画像が迅速に生成される。

【００１７】また、請求項４に記載の発明によれば、照
射源と面検出器のいずれか一方を第１方向に直線移動さ
せるのと同期して、他方を前記第１方向とは反対方向で
ある第２方向に平行直線移動させる。したがって、照射
源と面検出器とを被検体を挟んで平行直線走査して、被
検体の関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画
像再構成を行うための断層撮影が行える。

【００１８】また、請求項５に記載の発明によれば、被
検体を挟んで対向して平行配置される両平行面のいずれ
か一方の平行面内で照射源を回転移動させるのと同期し
て、他方の平行面内で照射源の回転方向とは反対方向に
面検出器を回転移動させる。したがって、照射源と面検
出器とを個別に被検体を挟む両平行面の各平行面内で回
転走査して、被検体の関心領域の３次元ボリュームデー
タを生成する画像再構成を行うための断層撮影が行え
る。

【００１９】また、請求項６に記載の発明によれば、弦
が被検体の方に位置するように被検体を挟んで対向配置
される両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上に照射源
を移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上に面検出
器を照射源との間隔が一定になるように移動させる。し
たがって、被検体を挟んで照射源と面検出器とを個別に
円弧走査して、被検体の関心領域の３次元ボリュームデ
ータを生成する画像再構成を行うための断層撮影が行え
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
断層撮影装置に係る一実施例としてのＸ線断層撮影装置
について、図面を参照しながら説明する。図１は、この
発明のＸ線断層撮影装置の実施例に係るブロック図であ
る。

【００２１】この実施例のＸ線断層撮影装置は、種々の
情報および命令を入力する操作部１０と、これら入力さ
れた情報および命令に基づいてＸ線撮影を制御する撮影
制御部２０と、この撮影制御部２０により制御されなが
ら撮像部４０を動作させる駆動部３０と、被検体Ｍの関
心領域を撮影する撮像部４０と、この撮像部４０から検
出された画像情報に基づいて被検体Ｍの関心領域の３次
元ボリュームデータを生成する画像再構成を行ない、そ
の生成した３次元ボリュームデータを記憶するデータ処
理部５０と、このデータ処理部５０に記憶された画像情
報を出力表示するモニタ６０とを備えている。

【００２２】以下、各部の構成および機能について詳細
に説明する。図２に示すように、被検体Ｍを挟んでＸ線
管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとが対向配置さ
れ、Ｘ線管Ｒを第１方向に直線移動させるのと同期し
て、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを前記第１方向とは
反対方向である第２方向に平行直線移動させるように連
動移動させるとともに、被検体Ｍの特定の断層面上の任
意の点がフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面上で常
に同じ位置になるように、Ｘ線管Ｒの被検体ＭへのＸ線
照射角度θを変えながら断続的な撮影を行なう。なお、
Ｘ線照射角度θは、任意の角度範囲内に設定できるが、
ここでは例えば、＋θmax （＋３０°）〜−θmax （−
３０°）の範囲内とする。そして、操作部１０からは、
被検体Ｍの関心領域を撮影する前に、図２に示すＸ線管
Ｒからフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄまでの距離や、Ｘ
線管Ｒおよびフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを平行直線
移動させる間にどの程度のピッチで撮影を行なうかとい
うビュー数（所望の枚数に設定できるが、ここでは例え
ば５０枚とする）などが予め設定入力される。なお、こ
の操作部１０としては、キーボード、マウス、タッチパ
ネルなどの入力装置が用いられる。上述したＸ線管Ｒは
この発明における照射源に相当する。

【００２３】撮影制御部２０には、操作部１０と、駆動
部３０およびデータ処理部５０とが接続されている。撮
影制御部２０は、操作部１０より設定入力された各情報
に基づいて、駆動部３０とデータ処理部５０とをそれぞ
れ制御している。制御内容については、各部にて後述す
る。

【００２４】駆動部３０は、図２に示すように、被検体
Ｍを挟んでＸ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄと
が対向配置され、Ｘ線管Ｒを第１方向に直線移動させる
のと同期して、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを前記第
１方向とは反対方向である第２方向に平行直線移動させ
るように連動移動させるとともに、被検体Ｍの特定の断
層面上の任意の点がフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検
出面上で常に同じ位置になるように、Ｘ線管Ｒの被検体
ＭへのＸ線照射角度を変えながら断続的な撮影を行なえ
るようにＸ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを
平行直線移動させて走査させるものである。このとき、
フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面を被検体Ｍの断
層面と平行になるようにしている。なおここでは、フラ
ットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面を被検体Ｍの断層面
と平行になるようにしているが、Ｘ線管Ｒから照射され
るコーンビーム状のＸ線の中心点が、常に、被検体Ｍの
特定断層面の中心点Ｏを透過してフラットパネル型Ｘ線
検出器Ｄの検出面の中心点に垂直に入射されるように、
Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを対向させ
てもよい。上述した駆動部３０はこの発明における走査
手段に相当する。

【００２５】撮像部４０は、被検体Ｍを載置する天板Ｔ
と、被検体Ｍに向けてコーンビーム状のＸ線を照射する
Ｘ線管Ｒと、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するフラッ
トパネル型Ｘ線検出器Ｄとを備えている。

【００２６】フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、Ｘ線管
ＲによるＸ線照射によって生じる被検体ＭのＸ線透視像
を検出してＸ線検出信号としての電気信号に変換して出
力するという構成のＸ線検出器であって、図３に示すよ
うに、多数の検出素子Ｄｕが縦横に配列されている所謂
２次元状マトリックス状のＸ線検出器である。実施例の
フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄにおける検出素子Ｄｕの
配列は、例えば横（Ｘ）方向１０２４，縦（Ｙ）方向１
０２４の正方形マトリックスであるが、説明の便宜上、
横（Ｘ）方向１０００，縦（Ｙ）方向１０００の正方形
マトリックスであるものとし、図３には、縦３×横３マ
トリックス構成で合計９個分のマトリックス構成のみを
示している。矩形の平面形状を有するフラットパネル型
Ｘ線検出器Ｄは、検出面が円形に限られるイメージイン
テンシファイアと違って、胸部や腹部など大きな部位を
撮影するのに適した方形の検出面が可能な点でも、有用
なＸ線検出器である。

【００２７】フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、図４に
示すように、入射Ｘ線を電荷あるいは光に変換するＸ線
変換層１２と、このＸ線変換層１２で生じた電荷あるい
は光を検出する素子が縦横にマトリックス状に配置形成
されている検出アレイ層１３との積層構造となってい
る。このフラットパネル型Ｘ線検出器ＤのＸ線変換層１
２の平面寸法としては、例えば縦横約３０ｃｍが挙げら
れる。

【００２８】このフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄには、
図５（ａ）に示す直接変換タイプのものと、図５（ｂ）
に示す間接変換タイプのものがある。前者の直接変換タ
イプの場合、Ｘ線変換層１２が入射Ｘ線を直に電荷に変
換するセレン層やＣｄＺｎＴｅ層などからなり、検出ア
レイ層１３の表面に電荷検出素子１４として表面電極１
５に対向形成された電荷収集電極群でもって電荷の検出
を行いコンデンサＣｓに蓄電する構成となっていて、各
電荷検出素子１４とその上のＸ線変換層１２の一部分と
で１個の検出素子Ｄｕが形成されることになる。後者の
間接変換タイプの場合、Ｘ線変換層１２が入射Ｘ線を光
に変換するシンチレータ層からなり、検出アレイ層１３
の表面に光検出素子１６として形成されたフォトダイオ
ード群でもって光の検出を行いコンデンサＣｓに蓄電す
る構成となっていて、各光検出素子１６とその上のＸ線
変換層１２の一部分とで１個の検出素子Ｄｕが形成され
ることになる。

【００２９】フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、図３に
示すように、Ｘ線変換層１２と検出アレイ層１３とが形
成されたＸ線検出基板４１と、Ｘ線検出基板４１のキャ
リア収集電極（電荷収集電極）を介して収集キャリア
（収集電荷）を溜めるコンデンサＣｓと、コンデンサＣ
ｓに蓄積された電荷を取り出すための通常時オフ（遮
断）の電荷の電荷取り出し用スイッチ素子４２である薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、Ｘ、Ｙ方向の読み出し回
路のマルチプレクサ４５と、ゲートドライバ４７とを備
えている。

【００３０】また、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、
図３に示すように、検出素子Ｄｕのスイッチ素子４２用
の薄膜トランジスタのソースがＸ軸方向に配列した縦の
読み出し配線４３に接続され、ゲートがＹ軸方向に配列
した横の読み出し配線４６に接続されている。読み出し
配線４３は電荷−電圧変換器群（プリアンプ群）４４を
介してマルチプレクサ４５に接続されているとともに、
読み出し配線４６はゲートドライバ４７に接続されてい
る。なお、電荷−電圧変換器群４４では、１本の読み出
し配線４３に対して、図示しないが、電荷−電圧変換器
群４４が１個それぞれ接続されている。

【００３１】そして、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの
場合、マルチプレクサ４５およびゲートドライバ４７へ
信号取り出し用の走査信号が送り込まれることになる。
検出部１０の各検出素子Ｄｕの特定は、Ｘ方向・Ｙ方向
の配列に沿って各検出素子Ｄｕへ順番に割り付けられて
いるアドレス（検出素子Ｄｕが１０００個としているの
で０〜９９９、検出素子Ｄｕが１０２４個である場合は
０〜１０２３）に基づいて行なわれるので、取り出し用
の走査信号は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向ア
ドレスを指定する信号となる。

【００３２】Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ
４７からＹ方向の読み出し配線４６に対し取り出し用の
電圧が印加されるのに伴い、各検出素子Ｄｕが列単位で
選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチ
プレクサ４５が切り替えられることにより、選択された
列の検出素子ＤｕのコンデンサＣｓに蓄積された電荷
が、電荷−電圧変化器群４４およびマルチプレクサ４５
の順に経て外部に送りだされることになる。このよう
に、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄで検出された検出信
号は、逐次、データ処理部５０にリアルタイムに出力さ
れる。上述したフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄはこの発
明における面検出器に相当する。

【００３３】次に、データ処理部５０の構成および機能
について説明する。図１に示すように、データ処理部５
０は、撮像部４０において走査各位置で検出された投影
データ（検出信号）に基づいて、関心領域の３次元ボリ
ュームデータを生成する画像再構成を行なう画像処理部
５１と、この画像処理部５１で画像再構成された関心領
域の３次元ボリュームデータを記憶する画像情報記憶部
５２とを備えている。以下に、画像処理部５１と画像情
報記憶部５２の具体的な機能について説明する。

【００３４】ここで、関心領域の３次元ボリュームデー
タを生成する画像再構成の一連の処理手順について、図
１，図２を参照しながら概説する。まず、図２に示すよ
うに、被検体Ｍを挟んでＸ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ
線検出器Ｄとが対向配置され、Ｘ線管Ｒを第１方向に直
線移動させるのと同期して、フラットパネル型Ｘ線検出
器Ｄを前記第１方向とは反対方向である第２方向に平行
直線移動させるように連動移動させるとともに、被検体
Ｍの特定の断層面上の任意の点がフラットパネル型Ｘ線
検出器Ｄの検出面上で常に同じ位置になるように、Ｘ線
管Ｒの被検体ＭへのＸ線照射角度を変えながら断続的な
撮影を行ない、走査各位置で検出された、被検体Ｍの関
心領域についての一群の投影データを取得する。次に、
この一群の投影データに対して、後述する所定のフィル
タリング処理を施す。次に、フィルタリング処理した後
の投影データを個別に、後述する所定の逆投影（バック
プロジェクション：ＢＰ）処理してＢＰ像（３次元ボリ
ュームデータ）を生成する。このようにして、関心領域
の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成が行な
われる。なお、オペレータは、この３次元ボリュームデ
ータから任意の断層面の画像を選択することで、選択し
た断層画像（Ｘ軸方向から見た断層画像）が見られる。

【００３５】また、上述のＦＢＰ（フィルタードバック
プロジェクション：Filtered BackProjection）法のア
ルゴリズムは、次に示す式（１），式（２）として表さ
れる。異なる角度からの複数の投影データＰΦに基づ
いて、立方体ｆ（ｒ）を再構成するのである（図６参
照）。

【００３６】

【数１】

【００３７】ただし、ｆ（ｒ）は、再構成される立方体
（三次元ボリュームデータ）の位置ｒでの画素データで
ある。Ｙ（ｒ），Ｚ（ｒ）は、位置ｒの画素がフラット
パネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面上に投影される点の座標
である。ＰΦは、投影角度Φでのフラットパネル型Ｘ
線検出器Ｄの検出面上の投影データである。ｇ_yは、Fi
ltered Back Projectionのフィルタ関数と呼ばれ、後述
する｜ω｜（絶対値オメガ）フィルタ関数である。Ｗ
は、ビームの広がりの影響を補正するための係数であ
る。

【００３８】画像処理部５１は、図１に示すように、撮
影により得られた一群の投影データに対して所定のフィ
ルタリング処理を施すフィルタリング処理部５３と、こ
のフィルタリング処理した後の投影データを個別に所定
の逆投影（バックプロジェクション：ＢＰ）処理してＢ
Ｐ像（３次元ボリュームデータ）を生成する逆投影処理
部５４とを備えている。

【００３９】フィルタリング処理部５３は、一群の投影
データに対して所定のフィルタリング処理を施す。ここ
では、フーリエ空間で行なうフィルタリング処理（図７
に示す｜ω｜（絶対値オメガ）フィルタリング処理）に
ついて説明するものとする。なお、以下にフィルタリン
グ処理部５３での｜ω｜フィルタリング処理について説
明する。

【００４０】フィルタリング処理部５３は、フラットパ
ネル型Ｘ線検出器Ｄのｉ行ごとに横方向に１次元フーリ
エ変換を行ない、フーリエ面像ＳＣＦ（ｉ，ω）を生成
する１次元フーリエ変換部と、１次元フーリエ変換した
フーリエ面像ＳＣＦ（ｉ，ω）に対して｜ω｜フィルタ
リングを施す｜ω｜フィルタリング部と、この｜ω｜フ
ィルタリング部で｜ω｜フィルタリングした後のフーリ
エ面像ＳＣＦ´（ｉ，ω）を１次元逆フーリエ変換して
実空間データに戻す１次元逆フーリエ変換部とを備えて
いる。

【００４１】｜ω｜フィルタリング部は、図７に示すよ
うに、１次元フーリエ変換したフーリエ面像ＳＣＦ
（ｉ，ω）のｉ行方向に等方的に高周波領域を低減して
高周波ノイズ分を抑制するフィルタとデータ収集走査形
態に依存するフィルタとにより構成される｜ω｜フィル
タを備えている。なお、上述のデータ収集走査形態に依
存するフィルタは、フィルタリング後のフーリエ面像Ｓ
ＣＦ´（ｉ，ω）を１次元逆フーリエ変換する際に、直
流成分が強調されて生成されるのを抑制しており、直流
成分が強調されることに起因する偽像を低減しているの
である。

【００４２】ここで、１次元フーリエ空間でフィルタリ
ング処理を行なうことの意味合いについて説明する。１
次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうこと
は、数学的には次に示す式（３）で示される。なお、Ｓ
ＣＦ´（ｉ，ω）はフィルタリング処理された後の１次
元フーリエ面像であり、Ｍ（ωi ）は上述した｜ω｜フ
ィルタリング部のフィルタ特性を示す関数である。ＳＣＦ´（ｉ，ω）＝ＳＣＦ（ｉ，ω）×Ｍ（ωi ） … （３）

【００４３】なお、Ｍ（ωi ）は、前述の２個のフィル
タ特性を表す関数の積として次に示す式（４）のように
表される。Ｍ（ωi ）＝Ｍｉ（ωi ）・Ｍω（ωｉ） … （４）式（４）に示した各フィルタ関数系の典型例について、
以下に示す。

【００４４】Ｍｉ（ωi ）は、図８（ａ）に示すような
フィルタ特性を有しており、次に示す式（５）〜（７）
で表される。Ｍｉ（ωi ）＝１（ωi ＜ＣＦＲ−ＷＦＲ／２である場合） … （５）Ｍｉ（ωi ）＝｛１−sin（（ωi −ＣＦＲ）・π／ＷＦＲ）｝／２（ＣＦＲ−ＷＦＲ／２＜ωi ＜ＣＦＲ＋ＷＦＲ／２である場合） … （６）Ｍｉ（ωi ）＝０（ＣＦＲ＋ＷＦＲ／２＜ωi である場合） … （７）ただし、高周波成分が図８（ａ）に示すように滑らかに
減衰する正弦波状関数型にした。ＣＦＲはカットオフ周
波数であり、ＷＦＲはフィルタ強度の遷移全周波数幅で
ある（図８（ａ）参照）。このＭｉ（ωi ）は、１次元
フーリエ空間での高周波成分を削除するものである。

【００４５】Ｍω（ωｉ）は、図８（ｂ）に示すような
フィルタ特性を有しており、次に示す式（８）で表され
る。Ｍω（ωｉ）＝｜ωｉ｜ … （８）

【００４６】なお、図８（ａ），（ｂ）には、横軸のプ
ラス方向の特性のみを図示しているが、横軸のマイナス
方向の特性は、縦軸を中心に横軸のプラス方向の特性を
線対称させたものと同じであるので、図示省略してい
る。

【００４７】図７に戻って、１次元逆フーリエ変換部
は、｜ω｜フィルタリング部で｜ω｜フィルタリングし
た後のフーリエ面像ＳＣＦ´（ｉ，ω）を１次元逆フー
リエ変換して実空間データに戻して、逆フーリエ変換後
の投影像ＳＣ´（ｉ，ｊ）を生成する。

【００４８】次に、逆投影処理部５４は、フィルタリン
グ処理後の投影データを個別に所定の逆投影（バックプ
ロジェクション：ＢＰ）処理してＢＰ像（３次元ボリュ
ームデータ）を生成する。具体的には、図９に示すよう
に、走査各位置で検出された、被検体Ｍの関心領域につ
いてのフィルタリング処理後の一群の投影データを、撮
影された被検体Ｍの関心領域に仮想的に設定される３次
元格子群Ｋの所定の格子点に逆投影して、関心領域の３
次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行う、す
なわち、上述の単純ＢＰ像を生成する。

【００４９】具体的には、次に示す式（９）に従って、
線型補間演算とバックプロジェクションとを行なう。な
お、バックプロジェクション蓄積量をＩ_n （ｌ，ｍ，
ｎ）とし、前回までのバックプロジェクション蓄積量を
Ｉ_n-1 （ｌ，ｍ，ｎ）とする。なお、ＳＣ´は、フィル
タリング処理後に逆フーリエ変換された投影データのこ
とである。Ｉ_n （l,m,n ）＝Ｉ_n-1 （l,m,n ）＋｛Ｗ₁₁・ＳＣ´（Ｉ，Ｊ）＋Ｗ₁₂・ＳＣ´（Ｉ，Ｊ＋１）＋Ｗ₂₁・ＳＣ´（Ｉ＋１，Ｊ）＋Ｗ₂₂・ＳＣ´（Ｉ＋１，Ｊ＋１）｝ …（９）

【００５０】なお、投影像の画素間隔を１に規格化し
て、次に示す式（10）〜（13）のような乗算重み付け方
式の場合の重み関数を示す。Ｗ₁₁＝（１−ａ_z）・（１−ａ_y） …（10）Ｗ₁₂＝（１−ａ_z）・ａ_y …（11）Ｗ₂₁＝ａ_z・（１−ａ_y） …（12）Ｗ₂₂＝ａ_z・ａ_y …（13）

【００５１】３次元格子群Ｋの残りの所定の格子点につ
いても、前記と同様にして逆投影を行ない、さらに、走
査各位置ごと、すなわち、＋θmax （＋３０°）〜−θ
max（−３０°）の範囲にわたって、これと同様の逆投
影を行なうことで、ＢＰ像（３次元ボリュームデータ）
が生成される。

【００５２】画像情報記憶部５２は、逆投影処理部５４
で生成された３次元ボリュームデータを記憶しており、
操作部１０から任意の断層面の画像情報が選択される
と、その断層面の画像情報をモニタ６０に出力する。

【００５３】モニタ６０は、画像情報記憶部５２に蓄積
された所定の画像情報を出力表示するものである。

【００５４】以上、上述した実施例では、逆投影処理部
５４は、走査各位置で検出された投影データを、撮影さ
れた被検体Ｍの関心領域に仮想的に設定される３次元格
子群Ｋの所定の格子点に逆投影して、関心領域の３次元
ボリュームデータを生成する画像再構成を行うので、各
角度からの撮影により得られた複数枚の投影像（走査各
位置の投影像）を単一面上に重ね合わせるような検出信
号の加算演算処理を行なって２次元断層画像データを生
成するという従来手法を用いるのではなく、走査各位置
の投影像を３次元格子群Ｋの所定の格子点に逆投影し
て、関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像
再構成を行うことができ、複数回にわたって断層撮影す
ることなく関心領域の３次元ボリュームデータを生成で
き、被検体Ｍの関心領域についての３次元断層画像を迅
速に生成することができる。また、被検体Ｍへの曝射負
担も低減できる。

【００５５】Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄ
のいずれか一方を第１方向に移動させるのと同期して、
他方を第１方向とは反対方向である第２方向に移動させ
るようにして、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器
Ｄとを被検体Ｍを挟んで平行直線移動させた場合には、
Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを被検体Ｍ
を挟んで平行直線走査して、被検体Ｍの関心領域の３次
元ボリュームデータを生成する画像再構成を行なうため
の断層撮影を行なうことができる。

【００５６】フィルタリング処理部５３は、走査各位置
で検出された投影データを３次元フーリエ変換したフー
リエ空間データに対して、｜ω｜フィルタリングをかけ
ているので、その｜ω｜フィルタリング後のフーリエ空
間データの直流成分が強調されることなく適切に逆フー
リエ変換することができ、直流成分の強調に起因する３
次元ボリュームデータの偽像を低減できる。

【００５７】なお、上述の実施例では、フィルタリング
処理部５３は、一群の投影データをフーリエ空間で｜ω
｜フィルタリング処理を施すようにしているが、この
「フーリエ空間での｜ω｜フィルタリング処理」は「実
空間でコンボリューション処理を施す」ことと数学的に
同等のものであるので、フィルタリング処理部５３によ
る「フーリエ空間での｜ω｜フィルタリング処理」に
は、「実空間でのコンボリューション処理」を含んでい
る。すなわち、実空間でのコンボリューション処理を施
すようにしてもよいのである。

【００５８】この発明は、上記実施例に限られるもので
はなく、下記のように変形実施することができる。

【００５９】（１）上述の実施例では、駆動部３０は、
Ｘ線管Ｒおよびフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを平行直
線走査させているが、以下に説明するような種々の走査
を採用してもよい。例えば、図１０（ａ）に示すよう
に、被検体Ｍの周りの円周軌道上に被検体Ｍを挟んで２
つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか
一方の円弧軌道上にＸ線管Ｒを移動させるのと同期し
て、他方の円弧軌道上にフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄ
をＸ線管Ｒとの間隔が一定になるように移動させる、所
謂、円弧走査を行うようにした場合は、被検体Ｍを挟ん
でＸ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを個別に
円弧走査して、被検体Ｍの関心領域の３次元ボリューム
データを生成する画像再構成を行うための断層撮影を行
うことができる。

【００６０】また、図１０（ｂ）に示すように、被検体
Ｍを挟んで対向して平行配置される両平行面のいずれか
一方の平行面内でＸ線管Ｒを回転移動させるのと同期し
て、他方の平行面内でＸ線管Ｒの回転方向とは反対方向
にフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを回転移動させる、所
謂、円形走査を行うようにした場合は、Ｘ線管Ｒとフラ
ットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを個別に被検体Ｍを挟む両
平行面の各平行面内で回転走査して、被検体Ｍの関心領
域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行
うための断層撮影を行うことができる。

【００６１】また、図１０に示すように、Ｘ線管Ｒから
照射されるコーンビーム状のＸ線の中心点が、常に、被
検体Ｍの特定断層面の中心点Ｏを透過してフラットパネ
ル型Ｘ線検出器Ｄの検出面の中心点に垂直に入射される
ように、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを
対向させているが、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検
出面を被検体Ｍの断層面と平行になるようにしてもよ
い。

【００６２】また、Ｘ線管Ｒおよびフラットパネル型Ｘ
線検出器Ｄを移動させるようにして走査しているが、例
えば、Ｘ線管Ｒを固定としフラットパネル型Ｘ線検出器
Ｄと被検体Ｍとを移動させて走査したり、フラットパネ
ル型Ｘ線検出器Ｄを固定としＸ線管Ｒと被検体Ｍとを移
動させて走査したりするなど、Ｘ線管Ｒとフラットパネ
ル型Ｘ線検出器Ｄと被検体Ｍとのうちのいずれか２つを
移動させるようにして走査してもよい。

【００６３】（２）上述の各実施例では、面検出器とし
てフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを採用しているが、
Ｉ．Ｉ管やイメージングプレートなど各種の２次元面検
出器を採用することもできる。

【００６４】（３）上述の各実施例の断層撮影装置は、
被検体Ｍを人体などとして医療用に用いることもできる
し、被検体ＭをＢＧＡ（Ball Grid Array）基板やプリ
ント配線基板など各種の電子部品などとして非破壊検査
用に用いることもできる。

【００６５】（４）上述の各実施例では、Ｘ線管Ｒによ
ってＸ線を被検体Ｍに照射しているが、Ｘ線に限らず、
被検体Ｍに対して透過性を有する例えば、ガンマ線、光
などの電磁波を用いた場合であっても、同様の効果を有
する。したがって、この発明の断層撮影装置は、Ｘ線断
層撮影装置に限定されるものではなく、Ｘ線以外で被検
体Ｍに対して透過性を有する電磁波を用いて断層撮影を
行う断層撮影装置にも適用可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、請求
項１に記載の断層撮影装置によれば、逆投影処理部は、
走査各位置で検出された投影データを、撮影された被検
体の関心領域に仮想的に設定される３次元格子群の所定
の格子点に逆投影して、関心領域の３次元ボリュームデ
ータを生成する画像再構成を行うので、各角度からの撮
影により得られた複数枚の投影像（走査各位置の投影
像）を単一面上に重ね合わせるような検出信号の加算演
算処理を行なって２次元断層画像データを生成するとい
う従来手法を用いるのではなく、走査各位置の投影像を
３次元格子群の所定の格子点に逆投影して、関心領域の
３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行うこ
とができ、複数回にわたって断層撮影することなく関心
領域の３次元ボリュームデータを生成でき、被検体Ｍの
関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成するこ
とができる。

【００６７】また、請求項２に記載の断層撮影装置によ
れば、フィルタリング処理部は、走査各位置で検出され
た投影データに｜ω｜フィルタリングをかけて逆投影処
理部に出力するので、後続の逆投影処理部で生成される
３次元ボリュームデータにおける直流成分の強調に起因
する偽像を低減できる。

【００６８】また、請求項３に記載の断層撮影装置によ
れば、面検出器としてフラットパネル型検出器またはイ
メージインテンシファイアを用いた場合であっても、被
検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成
できる。

【００６９】また、請求項４に記載の断層撮影装置によ
れば、照射源と面検出器のいずれか一方を第１方向に直
線移動させるのと同期して、他方を前記第１方向とは反
対方向である第２方向に平行直線移動させるので、照射
源と面検出器とを被検体を挟んで平行直線走査して、被
検体の関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画
像再構成を行うための断層撮影を行なうことができる。

【００７０】また、請求項５に記載の断層撮影装置によ
れば、被検体を挟んで対向して平行配置される両平行面
のいずれか一方の平行面内で照射源を回転移動させるの
と同期して、他方の平行面内で照射源の回転方向とは反
対方向に面検出器を回転移動させるので、照射源と面検
出器とを個別に被検体を挟む両平行面の各平行面内で回
転走査して、被検体の関心領域の３次元ボリュームデー
タを生成する画像再構成を行うための断層撮影を行なう
ことができる。

【００７１】また、請求項６に記載の断層撮影装置によ
れば、被検体の周りの円周軌道上に被検体を挟んで２つ
の円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一
方の円弧軌道上に前記照射源を移動させるのと同期し
て、他方の円弧軌道上に前記面検出器を前記照射源との
間隔が一定になるように移動させる。したがって、被検
体を挟んで照射源と面検出器とを個別に円弧走査して、
被検体の関心領域の３次元ボリュームデータを生成する
画像再構成を行うための断層撮影を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係るＸ線断層撮影装置のブ
ロック図である。

【図２】この発明のＸ線断層撮影装置に係る撮影の様式
図である。

【図３】フラットパネル型Ｘ線検出器の構成図である。

【図４】フラットパネル型Ｘ線検出器の概略構成を示す
斜視図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）はフラットパネル型Ｘ線検出器
の層構造を示す断面図である。

【図６】実施例に係るＦＢＰ法のアルゴリズムを説明す
るための模式図である。

【図７】実施例のフィルタリング処理部での一連の処理
を説明するための模式図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）は実施例のフィルタリング処理
部の各フィルタ関数を示す特性図である。

【図９】フィルタリング処理後の投影データを仮想の３
次元格子群に逆投影処理することを説明するための模式
図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）はＸ線断層撮影装置における
その他の撮影の様式図である。

【符号の説明】

５３ … フィルタリング処理部５４ … 逆投影処理部Ｄ … フラットパネル型Ｘ線検出器Ｍ … 被検体Ｒ … Ｘ線管

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）被検体に対して透過性を有する電
磁波を被検体に照射する照射源と、被検体の撮影すべき
断層面を挟んで前記照射源に対向配置され、被検体を透
過した電磁波を検出する面検出器とを、同期させて走査
する走査手段と、（ｂ）走査各位置で検出された投影デ
ータを、撮影された被検体の関心領域に仮想的に設定さ
れる３次元格子群の所定の格子点に逆投影して、関心領
域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行
う逆投影処理部とを備えたことを特徴とする断層撮影装
置。
【請求項２】請求項１に記載の断層撮影装置におい
て、走査各位置で検出された投影データに｜ω｜フィル
タリングをかけて前記逆投影処理部に出力するフィルタ
リング処理部を備えたことを特徴とする断層撮影装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の断層撮
影装置において、前記面検出器はフラットパネル型検出
器またはイメージインテンシファイアであることを特徴
とする断層撮影装置。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに記載
の断層撮影装置において、前記走査手段は、前記照射源
と前記面検出器のいずれか一方を第１方向に直線移動さ
せるのと同期して、他方を前記第１方向とは反対方向で
ある第２方向に平行直線移動させることを特徴とする断
層撮影装置。
【請求項５】請求項１から請求項３のいずれかに記載
の断層撮影装置において、前記走査手段は、被検体を挟
んで対向して平行配置される両平行面のいずれか一方の
平行面内で前記照射源を回転移動させるのと同期して、
他方の平行面内で前記照射源の回転方向とは反対方向に
前記面検出器を回転移動させることを特徴とする断層撮
影装置。
【請求項６】請求項１から請求項３のいずれかに記載
の断層撮影装置において、前記走査手段は、被検体の周
りの円周軌道上に被検体を挟んで２つの円弧軌道を対向
して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上に
前記照射源を移動させるのと同期して、他方の円弧軌道
上に前記面検出器を前記照射源との間隔が一定になるよ
うに移動させることを特徴とする断層撮影装置。