JP2003299644A - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時間分解能を犠牲にすることでサンプリング
数不足によるアーチファクト発生を低減すると共に、ノ
イズ量を低減し、空間分解能を向上したコンピュータ断
層撮影装置を提供する。 【解決手段】 先行する放射線源の周方向のサンプリン
グ位置とこれに続く放射線源の周方向のサンプリング位
置とを周方向にずらすサンプリング調整手段１７を設
け、ｎ回転で１断面画像を取得する場合、１回転当たり
のサンプリング数を（整数十１／ｎ）にすることによ
り、２回転で１断面画像を取得する場合には２回転目の
サンプリング位置が１回転目におけるサンプリング位置
の中間位置となるようにしてサンプリング密度を高め
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の断層撮影
像を撮影可能なコンピュータ断層撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単一列の検出器を用いた第三世代方式の
単一列検出器型Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、
ＳＤＣＴと称す）では、Ｘ線などの放射線を被検体に照
射する前にコリメータにより放射線照射領域を任意幅に
制限することで、断層撮影像のスライス厚が決定される
のに対して、周回軸方向に複数の検出器列を配置した多
列検出器型Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（以下、ＭＤ
ＣＴと称す）では、検出器の体軸方向の素子幅によって
スライス厚が決定される。このＭＤＣＴにおいて生成さ
れる体軸分解能および空間分解能を向上させるための１
つの方法としては、検出器の体軸方向およびチャンネル
方向の素子サイズを小さくする方法がある。しかし、素
子サイズを小さくするためには、相応の加工精度が必要
であり、１ｍｍ程度が限界である。また、素子サイズを
小さくするためには、素子を分割するセパレータが必要
であるが、このセパレータにより入射線量が低下し線量
不足によるノイズが増加して照射放射線の使用効率が低
下する。

【０００３】これまでに、ＭＤＣＴにおいて生成される
断層撮影像の空間分解能を向上させるために、検出器を
チャンネル方向に１／４チャンネル分シフトさせ対向デ
ータとのビーム経路をずらし、サンプリング密度を２倍
にするクウォーター・オフセットといった技術が一般化
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コンピュータ断層撮影装置では、このクウォーター・オ
フセットを用いることで、より高分解能な画像を得るこ
とができるが、耳小骨等の微小構造物を診断する場合に
は不足しており、更なる空間分解能の向上が望まれてい
る。また、放射線源を寝台上の被検体に対して回転させ
るとき、その回転方向での１回転当たりのサンプリング
数が多い程画質は向上し、少ない場合には再構成画像上
に細かな直線上のアーチファクトを生ずることが一般的
に知られている。一方、現在のＸ線ＣＴ装置において、
放射線源の１回転当たりに要する時間であるスキャン速
度は１ｓｅｃ／ｒｏｔをきり、０．５ｓｅｃ／ｒｏｔに
達しようとしている。今後は、このスキャン速度が０．
３ｓｅｃ／ｒｏｔ、０．１ｓｅｃ／ｒｏｔと高遠化が進
むと考えられる。スキャン速度の向上に伴い単位時間当
たりに得られるデータ量も飛躍的に向上すると考えら
れ、０．１ｓｅｃ／ｒｏｔでは１ｓｅｃ／ｒｏｔの１０
倍のデータ量となり、データ転送速度の問題が生ずると
考えられる。このため、０．１ｓｅｃ／ｒｏｔでは放射
線源の１回転当たりのサンプリング数が十分に得られな
い可能性がある。

【０００５】しかも、再構成された画像におけるノイズ
量は、１枚あたりに使用される投影データの実効的な放
射線照射線量に依存し、放射線照射量が多い程にノイズ
量は低下する。ここで、スキャン速度が向上した場合に
は、単位時間当たりに照射する放射線量が低下するため
ノイズが増加すると考えられ、ノイズ量の増加を抑制す
るためには放射線源の容量を大きくし、単位時間当たり
に照射する放射線照射量を増加させる必要がある。しか
しながら、放射線源の大容量化はコスト増につながり、
また放射線源および放射線冷却装置の大型化にもつなが
ってしまう。

【０００６】また、当初、二次元平面で得ていた画像も
現在では三次元化しており、今後は、これに時間軸を加
えた四次元画像の取得へと向かっている。この四次元画
像では、同一部位を複数回撮影することで時間方向への
変化を診断することができる。これはＸ線ＣＴ装置にお
いて、スキャン速度の向上により時間分解能が向上した
こと、検出器の多列化により一度に得られるデータ量が
増加したことにより可能となった。また、現在、フルオ
ロスコピーと呼ばれる同一部位における経時的な変化を
観察する手法がある。このフルオロスコピーおよび四次
元画像を取得する場合、同一部位を複数回撮影する際
に、１回転目および２回転目では位相方向に同一位置で
サンプリングを行っており、複数回撮影するにも拘わら
ずノイズ以外の画質向上は望めない。また、平面検出器
やＣＣＤを使用したＣＴ装置では、検出器特性により単
位時間当たりに得られるサンプリング数が低いため、ス
キャン速度を向上することができない。

【０００７】本発明の目的は、時間分解能を犠牲にする
ことでサンプリング数不足によるアーチファクト発生を
低減すると共に、ノイズ量を低減し、空間分解能を向上
したコンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明は上記目的を達成するために、放射線を照射可能な放
射線源と、この放射線源を回転させるとき上記放射線源
からの放射線を上記寝台上の被検体に制限して照射する
制限手段と、被検体を透過した放射線を検出する放射線
検出器と、上記放射線源の周方向サンプリング位置で上
記放射線検出器から検出した投影データから被検体の断
層撮影像を作成する演算装置とを備えたコンピュータ断
層撮影装置において、先行する上記放射線源の周方向の
サンプリング位置とこれに続く上記放射線源の周方向の
サンプリング位置とを周方向にずらすサンプリング調整
手段を有することを特徴とする。

【０００９】このような本発明のコンピュータ断層撮影
装置によれば、複数回転で１断面画像を取得する場合、
１回転目と２回目のサンプリング位置を周方向にずらす
サンプリング調整手段を設けているため、２回転目のサ
ンプリング位置が１回転目におけるサンプリング位置と
異なることになり、サンプリング密度が高められ、スキ
ャン速度が向上し十分なサンプリング数が得られない場
合においても、発生するアーチファクトを低減すること
ができ、一度の撮影において高時間分解能の画像を取得
でき、同時に、時間分解能を犠牲にして高画質な画像を
作成することも可能となる。

【００１０】また請求項２に記載した本発明は上記目的
を達成するために、請求項１に記載の上記サンプリング
調整手段で、上記放射線源の１回転当たりのサンプリン
グ数を、ｎ回転で１断面の断層撮影像を取得するとき、
上記放射線源の周方向での一回転当たり（整数＋１／
ｎ）に設定したことを特徴とする。

【００１１】このような本発明のコンピュータ断層撮影
装置によれば、ｎ回転で１断面画像を取得する場合、１
回転当たりのサンプリング数を（整数十１／ｎ）にする
ことにより、２回転で１断面画像を取得する場合には２
回転目のサンプリング位置が１回転目におけるサンプリ
ング位置の中間位置となり、約２倍のサンプリング密度
を得ることが可能となって同様に目的を達成することが
できる。

【００１２】また請求項３に記載した本発明は上記目的
を達成するために、請求項１に記載の上記サンプリング
調整手段を、上記放射線源の周方向の回転速度を変更可
能な回転速度調整手段で構成したことを特徴とする。

【００１３】このような本発明によるコンピュータ断層
撮影装置によれば、放射線源の回転速度を変更するだけ
で、先行する上記放射線源の周方向のサンプリング位置
とこれに続く上記放射線源の周方向のサンプリング位置
とを周方向にずらすことが可能になり、同様に目的を達
成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に実施の形態を図面
に基づいて説明する。図２は、本発明の一実施の形態に
よるコンピュータ断層撮影装置の外観図である。撮影用
に用いるスキャナ１と、被検体を載せて移動するための
寝台２と、マウスやキーボードなどで構成されて寝台２
の移動速度情報や再構成位置などの計測再構成パラメー
タを入力するための入力装置３と、多列の放射線検出器
４から得られたデータを処理する演算装置５と、再構成
画像を表示する表示装置６などを備えて構成している。

【００１５】図１は、上述したコンピュータ断層撮影装
置のブロック構成図である。ここでコンピュータ断層撮
影装置は、そのスキャン方式がローテート−ローテート
方式（第三世代）であり、大きくはスキャナ１と操作ユ
ニット７で構成されている。スキャナ１は、Ｘ線発生装
置８、高圧スイッチングユニット９、高電圧発生装置１
０、Ｘ線制御装置１１等で構成した放射線源と、被検体
を搭載する寝台２と、被検体を挟んで放射線源に対向し
た放射線検出器４と、放射線源と被検体間に配置したコ
リメータ１２をコリメータ制御装置１３によって制御す
るように構成した制限手段と、被検体の外周に位置する
スキャナ１を周方向に回転する駆動装置１４およびスキ
ャナ制御装置１５と、放射線検出器４で検出した放射線
を電流に変換して増幅し投影データ信号として演算装置
５に入力するプリアンプ１６と、このプリアンプ１６内
に位置する放射線源の回転毎のサンプリング位置を決定
するデータ収集装置や後述するその他の手段によって構
成されて先行する放射線源の周方向のサンプリング位置
とこれに続く放射線源の周方向のサンプリング位置とを
周方向にずらすサンプリング調整手段１７と、これらを
制御する中央制御装置１８などで構成されている。

【００１６】操作ユニット７における入力装置３から撮
影条件つまり寝台移動速度、管電流、管電圧、スライス
位置、ビュー数、撮影回転数など、また再構成条件（再
構成アルゴリズム)を入力すると、その指示に基づいて
撮影に必要な制御信号が中央制御装置１８からＸ線制御
装置１１、寝台制御装置１９およびスキャナ制御装置１
５に送られ、撮影スタート信号を受けて撮影が開始され
る。撮影が開始されるとＸ線制御装置１１により高電圧
発生装置１０に制御信号が送られ、高圧スイッチングユ
ニット９を介して高電圧がＸ線発生装置８に印加され、
このＸ線発生装置８からＸ線等の放射線が被検体へ照射
される。これと同時に、スキャナ制御装置１５から駆動
装置１４に制御信号が送られ、Ｘ線発生装置８、放射線
検出器４およびプリアンプ１６などが被検体の外周を周
方向に回転する。

【００１７】一方、寝台制御装置１９により被検体を乗
せた寝台２は円軌道スキャン時には静止状態、また螺旋
軌道スキャン時にはＸ線発生装置８等の周軸方向に平行
移動する。このとき平行移動する寝台２の移動速度は寝
台移動計測装置２０によって計測されて演算装置５へ入
力される。Ｘ線発生装置８から照射した放射線は、コリ
メータ１２により照射領域を制限し、被検体内の各組織
で吸収もしくは減衰されて放射線検出器４で検出され
る。この放射線検出器４で検出された放射線は、電流に
変換され、プリアンプ１６で増幅されて投影データ信号
として演算装置５に入力される。演算装置５に入力され
た投影データ信号は、入力装置３により入力されたビュ
ー数を基に演算装置５内の再構成演算装置２１で再構成
処理され、画像処理装置２２で処理した再構成画像を記
憶装置２３に保存すると共に、表示装置６に断層撮影像
として表示する。

【００１８】図３は、上述したコンピュータ断層撮影装
置のサンプリング調整手段１７が作動しない状態におけ
るサンプリング位置を示す平面図である。ここでは、放
射線源の周方向での一回転当たり８ビューとしている
が、このサンプリング位置Ｓ１〜Ｓ８が整数であるた
め、続く二回転目のサンプリング位置も全く同じであ
る。

【００１９】これに対してサンプリング調整手段１７が
作動すると、図４に示すようにｎ回転で１断面画像を取
得する場合、放射線源の周方向での一回転当たり（整数
＋１／ｎ）ビュー、図示では７．５ビューとしているた
め、先行する回転ではサンプリング位置はＳ１〜Ｓ８で
あるのに対して、続く回転ではサンプリング位置はＳ９
〜Ｓ１５であり、両者は一致せずにずれた位置で計測さ
れることになる。従って、放射線源の周方向における続
く回転においてサンプリング位置が一致しないようにビ
ュー数を決定することで、データサンプリングを高密度
化することが可能となる。

【００２０】ここで、放射線源の１回転当たりのビュー
数は、１断面を撮影する回転数に応じて例えば入力装置
３からサンプリング調整手段１７に対して条件を与えて
変更することが望ましい。また、先行する放射線源の周
方向のサンプリング位置とこれに続く放射線源の周方向
のサンプリング位置とを周方向にずらすサンプリング調
整手段１７とすれば良いが、２回転分の撮影データを用
いて断層撮影像を作成する場合には、２回転で整数ビュ
ーとなるようにするのが望ましい。具体的には、１回転
分の撮影データが１０００ビューで断層撮影像を作成す
るのに対し、２回転分のデータで断層撮影像を作成する
場合には２回転分のビュー数の合計が整数となるに、例
えば１回転当たり９９９．５ビューといった値にするの
が望ましい。同様に、４回転分の撮影データを用いて断
層撮影像を作成する場合には、４回転で整数ビューとな
るようにするのが望ましい。具体的には、１回転分の撮
影データが１０００ビューで断層撮影像を作成するのに
対し、４回転分のデータで断層撮影像を作成する場合に
は４回転分のビュー数の合計が整数となるに、例えば１
回転当たり９９９．２５ビューといった値にするのが望
ましい。

【００２１】このビュー数は自動的に決定されるように
するのが望ましいが、入力装置３から手動で入力してサ
ンプリング調整手段１７から調整するようにしてもよい
し、サンプリング調整手段１７を操作ユニット７側に設
けて画像再構成アルゴリズムに応じて変更するようにし
てもよい。

【００２２】このように先行する放射線源の周方向のサ
ンプリング位置とこれに続く放射線源の周方向のサンプ
リング位置とを周方向にずらすサンプリング調整手段１
７を設けたコンピュータ断層撮影装置としたため、より
具体的には、ｎ回転で１断面画像を取得する場合、１回
転当たりのサンプリング数を（整数十１／ｎ）にするこ
とにより、２回転で１断面画像を取得する場合には２回
転目のサンプリング位置が１回転目におけるサンプリン
グ位置の中間位置となる。従って、従来では１回転１０
００ビュー撮影していた場合には、２回転撮影しても１
０００ビュー分のサンプリング密度であるが、１回転あ
たり９９９．５ビューとすることで２回転撮影した場合
に１９９９ビューのサンプリング密度を得ることが可能
となる。このため、スキャン速度が向上し十分なサンプ
リング数が得られない場合においても、発生するアーチ
ファクトを低減することが可能である。つまり、従来の
ように整数ビューで撮影した場合では、スキャン速度が
低速で撮影した場合には十分なサンプリング数が得られ
る代わりに高分解能画像を得ることはできず、スキャン
速度が向上した場合には高時間分解能の画像は得られる
がアーチファクトが発生するのに対し、上述したコンピ
ュータ断層撮影装置では、スキャン速度が向上した場合
において一度の撮影において高時間分解能の画像を取得
でき、同時に、時間分解能を犠牲にして高画質な画像を
作成することも可能である。

【００２３】上述した実施の形態では、１断面画像を放
射線源のｎ回転で取得する場合、サンプリング調整手段
１７によって放射線源の１回転当たりのサンプリング数
を（整数＋１／ｎ）としたが、サンプリング調整手段１
７は、放射線源を周方向に回転駆動する駆動装置１４の
回転速度を変更する回転速度調整手段として構成しても
よい。この回転速度調整手段であるサンプリング調整手
段１７は、１断面画像を放射線源の２回転で取得する場
合、放射線源の一回転目におけるサンプリング位置が図
４のＳ１〜Ｓ８となるように駆動装置１４で放射線源の
回転速度を制御し、二回転目におけるサンプリング位置
が図４のＳ９〜Ｓ１５となるように駆動装置１４で放射
線源の回転速度を制御すると、上述した実施の形態の場
合とほぼ同様の効果を得ることができる。また検出器素
子が検出器中心に対して予め設定されたオフセット量に
応じて左右非対称に配列して対向データとビーム経路が
異なるようにしてもよく、予め設定されたオフセット量
は、整数＋１／４チャンネル（クウォータ・オフセッ
ト）でもよく、放射線源の１回転当たりのサンプリング
数（ビュー数）や検出器形状や１断面画像を取得するの
に使用する回転数に依存するようにしてもよい。

【００２４】尚、上述した実施の形態では、多列検出器
型三次元断層装置を用いているが、これに限定されず、
単一列検出器型断層装置に対しても適用可能であるのは
言うまでもない。また、本実施の形態ではＸ線ＣＴ装置
として説明したが、ガンマ線や中性子線や陽電子や電磁
エネルギーや光を用いた断層撮影装置にも適用可能であ
る。Ｘ線の代わりに光ビームを用いたイマトロンＣＴ装
置では。、時間分解能は高いが十分な線量が得られずノ
イズが多くなる傾向にある。しかし、上述したように１
回転目と２回転目におけるサンプリング位置をサンプリ
ング調整手段１７によってずらすことで同一部位を複数
回撮影した場合に高分解能で低ノイズな画像を取得する
ことが可能となる。スキャン方式も第一世代、第二世
代、第三世代、第四世代といずれの方式かに限定される
ものではなく、Ｘ線源を複数搭載した多管球ＣＴ装置や
ドーナツ型管球ＣＴ装置に対しても使用することが可能
である。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明のコンピュ
ータ断層撮影装置によれば、１断面画像を作成するため
に放射線源を被検体の周囲で複数周回転させて撮影する
場合、サンプリング位置をずらすことで、簡単な構成で
サンプリング密度を高めて従来の場合よりもより空間分
解能の向上した良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるコンピュータ断層
撮影装置のブロック構成図である。

【図２】図１に示したコンピュータ断層撮影装置の外観
図である。

【図３】図１に示したコンピュータ断層撮影装置のサン
プリング調整手段が作動しない状態でのサンプリング位
置を示す平面図である。

【図４】図１に示したコンピュータ断層撮影装置のサン
プリング調整手段が作動した状態でのサンプリング位置
を示す平面図である。

【符号の説明】

１ スキャナ ２ 寝台 ４ 放射線検出器 ５ 演算装置 ８ Ｘ線発生装置 １４ 駆動装置 １６ プリアンプ １７ サンプリング調整手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國分 博人 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内 Ｆターム(参考） 4C093 AA22 CA02 CA06 CA13 EB21 FA34

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線を照射可能な放射線源と、この放
   射線源を回転させるとき上記放射線源からの放射線を上
   記寝台上の被検体に制限して照射する制限手段と、被検
   体を透過した放射線を検出する放射線検出器と、上記放
   射線源の周方向サンプリング位置で上記放射線検出器か
   ら検出した投影データから被検体の断層撮影像を作成す
   る演算装置とを備えたコンピュータ断層撮影装置におい
   て、先行する上記放射線源の周方向のサンプリング位置
   とこれに続く上記放射線源の周方向のサンプリング位置
   とを周方向にずらすサンプリング調整手段を有すること
   を特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、上記サン
   プリング調整手段は、上記放射線源の１回転当たりのサ
   ンプリング数を、ｎ回転で１断面の断層撮影像を取得す
   るとき、上記放射線源の周方向での一回転当たり（整数
   ＋１／ｎ）としたことを特徴とするコンピュータ断層撮
   影装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、上記サン
   プリング調整手段は、上記放射線源の周方向の回転速度
   を変更可能な回転速度調整手段で構成したことを特徴と
   するコンピュータ断層撮影装置。