JP4607727B2 - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、平行移動（Ｔｒａｎｓｌａｔｅ）と回転（Ｒｏｔａｔｅ）とを組み合わせたＴＲ方式コンピュータ断層撮影装置（ＴＲ方式ＣＴ装置）に係り、特に、被検体の断面像のデータを高速に収集できるＴＲ方式ＣＴ装置に関する。

近年、産業製品の開発分野では、コンピュータ断層撮影装置（Computed Tomography Scanner：以下ＣＴ装置ともいう。）が用いられている。

具体的には、アルミニウム製の鋳物や陶器製品等の多数の断面像のデータをＣＴ装置から得て、その製品を３次元画像表示する。そして、３次元画像表示した製品に対し、コンピュータを用いて種々のシミュレーションを行い、その製品の評価および解析をする。このように製品を仮想的に３次元画像表示して評価及び解析を行うことをデジタルエンジニアリングといい、ＣＴ装置はこのデジタルエンジニアリングに応用されている。

ＣＴ装置には、Rotate / Rotate（ＲＲ）方式ＣＴ装置と、Translate / Rotate（ＴＲ）方式ＣＴ装置とがある。両者のうち、デジタルエンジニアリングにおいては、寸法精度を向上させる等の観点からＴＲ方式ＣＴ装置が利用されることが多い。

ＴＲ方式ＣＴ装置は、被検体をトランスレート（平行移動）およびステップ回転させてＴＲスキャン（走査）し、その被検体の断面像を得る装置である。従来のＴＲ方式ＣＴ装置においては、例えば図１５に示すように、Ｘ線管１０１の焦点Ｆから射出されるファン角θ０のファン状のＸ線ビーム１０２をＮ個のチャンネルを有する検出器１０３で検出する。ここでファン角θ０は自然数Ｋを用いてθ０＝１８０°／Ｋに設定される。

ＴＲスキャンは、回転テーブル１０５上の被検体１０４をトランスレートさせて、この間に一定ピッチで被検体１０４の透過データを収集することにより行う。これにより、各チャンネルで平行ビームの透過データを得ることができる。１トランスレートが終了したら、被検体１０４を回転軸Ｃに対してファン角θ０だけステップ回転させる。その後、逆向きにトランスレートさせる。これを繰り返して、Ｋ回のトランスレートでデータ収集するとＴＲスキャンが終了し、被検体を基準とする方位ψに対して１８０°分の平行透過データが、θ０／Ｎの角度ピッチで得られる。得られた透過データがフィルタ補正逆投影され、被検体の断面像が再構成される。

再構成をするためには、まず、対数変換した各平行透過データをＰ（ψ，ｔ）として、トランスレートする方向（ｔ方向）に高域強調フィルタを掛ける（図１６参照）。次に、Ｘ線ビーム１０２に沿って仮想格子点に逆投影する。これにより、被検体の断面像が得られる。なお、透過データＰ（ψ，ｔ）上の回転軸投影位置ｔｃ（回転中心）が回転軸Ｃに一致するように逆投影する。

以上説明したようなＴＲ方式ＣＴ装置は、産業製品の開発に利用されることが多いため、複数種類の製品の断面像のデータを高速に収集する必要がある。なぜなら、断面像のデータの収集スピードが遅いと、デジタルエンジニアリング処理が遅れてしまい、製品開発にも遅れが生じるおそれがあるからである。

また、産業製品の開発分野では種々の製品の断面像を得るために、複数の焦点を有するＴＲ方式ＣＴ装置が用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。ここで、焦点とは、放射されるＸ線ビームを（逆方向に）辿った収束点のことである。この複数の焦点を有するＴＲ方式ＣＴ装置は、Ｘ線を透過し難い被検体の場合や高速撮影を行いたい場合等には、大きな焦点に切り換えてＸ線量を増やして使用することができ、高い分解能が必要である場合には、小さな焦点に切り換えて使用することができるものである。このため、種々のニーズに沿って製品の断面像のデータを得ることができる。
特開平５−３２９１４３号公報

しかしながら、上述した特許文献１のＴＲ方式ＣＴ装置は、Ｘ線の放射角（放射範囲）が焦点毎に変わるものである。そのため、各焦点の放射角がたがいに重なる角度範囲内に、ＣＴ装置全体のファン角を設定している。

詳しくは、図１７に示すように、小焦点をＦａとし、小焦点時の放射角をθａとし、大焦点をＦｂとし、大焦点時の放射角をθｂとすると、焦点を切り換えた場合に、放射角θａとθｂとにずれが生じる。そのため、検出器１０３で検出するＸ線ビーム１０２のファン角θ０は、焦点の切り換えに対応できるように、放射角θａとθｂとの重複する範囲に設定される。

このように、従来のＴＲ方式ＣＴ装置ではファン角θ０を大きくすることができず、被検体の断面像のデータを得るためにはトランスレートの回数を多くする必要がある。それゆえ、トランスレートの回数が多いと、被検体の断面像のデータを収集するのに時間がかかってしまう。

本発明の目的は、被検体の断面像のデータを高速に収集できる複数の焦点を有するＴＲ方式ＣＴ装置を提供することにある。

本発明によれば、発生するX線ビームの焦点を指定した大きさに変えて被検体に放射するX線量を変える事ができるX線源と、前記被検体を透過したX線ビームを検出する検出手段と、前記被検体と該X線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、前記回転手段により回転させられる面に沿って前記被検体とX線ビームとを相対的に平行移動させる平行移動手段と、前記平行移動とステップ状の前記回転とを交互に繰り返すＴＲスキャンにおいて、前記平行移動がなされる度に、前記検出手段により多数の位置で前記X線ビームを検出して得る被検体の透過率を示す透過データに基づいて被検体の断面像を得る再構成手段とを備えたコンピュータ断層撮影装置であって、前記再構成手段は、前記焦点の大きさが変更された場合に、変更された焦点の大きさに応じ、前記平行移動の方向において前記透過データを使用する範囲を変えると共に前記ステップ状の回転の回転角度を超える透過データを使用して該被検体の断面像データを得るコンピュータ断層撮影装置である。

＜用語＞
なお、「焦点」とは、Ｘ線管から放射されるＸ線ビームを逆方向に辿った収束点のことをいう。

また、「再構成処理」とは、Ｘ線の透過データから被検体の断面像のデータを得る処理のことをいう。

本発明によれば、被検体の断面像のデータを高速に収集できる複数の焦点を有するＴＲ方式ＣＴ装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第1の実施形態＞
（１−１．構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＴＲ方式ＣＴ装置１０とその制御装置２０との構成を示す模式図である。図２はＴＲ方式ＣＴ装置１０の側面図である。

ＴＲ方式ＣＴ装置１０は、Ｘ線管１１とスリット１２・検出器１３・機構部１４とを備える。

Ｘ線管１１は、被検体５を撮影する撮影面Ｓに沿って、被検体５にＸ線ビームＬを射出するものである。射出されたＸ線ビームＬは、被検体５を透過して検出器１３に到達する。

Ｘ線ビームＬａとＬｂは、小焦点Ｆａと大焦点Ｆｂのそれぞれから射出される。ここで、「焦点」とは、Ｘ線管１１から放射されるＸ線ビームを逆方向に辿った収束点のことをいい、フィラメント等の電子線発生手段から発生した電子が衝突するとＸ線を発生するターゲット上のＸ線発生点がこれに該当する。

なお、小焦点Ｆａと大焦点Ｆｂの名称は、それぞれについて相対的な焦点の大きさを表したものである。すなわち、小焦点Ｆａは、大焦点Ｆｂに比して、焦点の面積が小さい。そのため、小焦点ＦａによりＴＲスキャンを実行すると、大焦点Ｆｂの場合に比して、Ｘ線量は小量であるが、高分解能のデータを取得できる。

また、Ｘ線管１１の焦点は、後述するＸ線制御部２３により切り換えられる。Ｘ線管１１の焦点が切り換えられると焦点の位置は変化する。ただし、ここでは、Ｘ線管１１の焦点が切り換えられたとしても、Ｘ線ビームＬの射出面（＝撮影面Ｓ）に沿って焦点がずれるようにＸ線管１１が配置されている。

また、Ｘ線ビームＬの空間的な広がりは、Ｘ線管１１の開口で制限を受ける。そのため、焦点の位置がずれると、放射範囲もずれる。具体的には、小焦点ＦａからはＸ線ビームＬａが放射角θａで放射され、大焦点ＦｂからはＸ線ビームＬｂが放射角θｂで放射される。

スリット１２は、Ｘ線管１１から射出されるＸ線ビームの厚さを絞るためのものである。これにより、無駄なＸ線が被検体５に照射されないようになる。

検出器１３は、Ｘ線管１１と対向して配置されるＸ線検出器である。詳しくは、Ｘ線管１１から射出されたＸ線ビームＬを検出するための複数のチャンネル１３Ａ〜１３Ｎを備えている。このＮ個のチャンネルにより撮影面Ｓに対する１次元の透過データＩ（Ｎ）を得ることができる。

機構部１４は、被検体５をＴＲスキャンするための回転テーブル１４Ａを備える。

回転テーブル１４Ａは、被検体５が載置される台である。機構部１４は、この回転テーブル１４ＡをＸ線ビームＬの撮影面Ｓに沿って回転させる。さらに、その回転軸Ｃと共に平行移動させることにより、被検体５を撮影面Ｓに対して平行移動および回転させることができる。

さらに、機構部１４は、回転テーブル１４Ａを昇降させることができる。これにより、被検体５の撮影部位をＸ線ビームの面（撮影面Ｓ）に合せることができる。

なお、機構部１４および回転テーブル１４Ａの移動は、後述する機構制御部２２により制御される。

制御装置２０は、入力部２１と機構制御部２２・Ｘ線制御部２３・スキャン条件設定部２４・チャンネル設定部２５・データ収集部２６・記憶部２７・抽出部２８・作成部２９・出力部３０とを備える。

なお、制御装置２０は、ハードウェア構成で実現可能であり、またはハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせとしても実現可能となっている。後者の場合、ソフトウェア構成は、予めコンピュータ読み取り可能な記憶媒体又はネットワークから得られたプログラムがコンピュータにインストールされることにより、制御装置２０としての各機能が実現される。ハードウェア構成の例としては、ＣＰＵやメモリ・ディスク・キーボード・各種インターフェース等が挙げられる。

入力部２１は、焦点選択データやスキャン範囲データ・スキャン速度データ・回転軸投影位置データ等を入力したり選択したりすることができるものである。また、回転テーブルの位置情報を入力したり、ＴＲスキャンの開始をＴＲ方式ＣＴ装置１０に実行させるスキャン開始指令を入力したりすることができるものである。例えば、ＴＲ方式ＣＴ装置１０の焦点を、小焦点Ｆａとするのか大焦点Ｆｂとするのかを入力部２１により選択することができる。選択された焦点を示す焦点選択データはＸ線制御部２３に送出される。また、スキャン範囲やスキャン速度を示すスキャン条件データはスキャン条件設定部２４に送出される。回転軸投影位置データは記憶部２７に送出される。スキャン開始指令は機構制御部２２とＸ線制御部２３とに送出される。

機構制御部２２は、入力部２１からスキャン開始指令を受けると、機構部１４を制御して、ＴＲスキャンを実行するものである。すなわち、機構部１４の動作位置の信号等（エンコーダパルス等）を入力部２１から受けて、回転テーブル１４Ａ等の位置を制御する。

Ｘ線制御部２３は、入力部２１から送出された焦点選択データに基づいてＸ線管１１の焦点を選択し、焦点の切り換えを制御するものである。すなわち、入力部２１からの指令に基づいて小焦点Ｆａか大焦点Ｆｂかの切り換えを行う。また、入力部２１によりスキャン開始指令が入力されると、Ｘ線管１１の管電流および管電圧を制御して、Ｘ線放射の開始および停止等を行う。

スキャン条件設定部２４は、ＴＲスキャンのスキャン範囲Ｂやスキャン速度を設定するためのものである。スキャン範囲Ｂは、回転テーブル１４Ａの回転軸Ｃを中心とする円形領域内の範囲であり、予め何段階かに定められている。例えば、直径の大きさに応じて、Ｓ（小）・Ｍ（中）・Ｌ（大）の３段階に定められている。ＴＲスキャンをする際には、回転テーブル１４Ａに載置される被検体５の大きさにあわせて、このスキャン範囲Ｂを設定する。このように設定されたスキャン範囲やスキャン速度を示すスキャン条件データは、抽出部２８に送出される。

チャンネル設定部２５は、Ｘ線制御部２３により制御されて選択される焦点に対応する検出器１３のチャンネルを設定するものである。

ここで、検出器１３のチャンネル１３Ａ〜１３Ｎで、被検体５を透過するＸ線の透過データのうち使用する透過データが得られるチャンネルはＸ線管１１の焦点毎に異なる。例えば、図３に示すように、小焦点Ｆａのチャンネルの範囲は１３ａ１〜１３ａｎ（∈１３Ａ〜１３Ｎ）となり、大焦点Ｆｂのチャンネルの範囲は１３ｂ１〜１３ｂｍ（∈１３Ａ〜１３Ｎ）となる。そこで、チャンネル設定部２５には焦点毎に使用するチャンネルの範囲を示すチャンネル範囲データが予め設定されており、焦点が選択された場合には、選択された焦点に対応するチャンネル範囲データをデータ収集部２６に送出する。

なお、この検出器１３のチャンネル範囲データは以下のようにして設定する。まず、小焦点Ｆａと大焦点ＦｂとのそれぞれによりＸ線を射出する。続いて、検出器１３に射出されたＸ線を検出するチャンネルを焦点毎にそれぞれ調査する。そして、このＸ線を検出したチャンネル範囲の内側に使用するチャンネル範囲を設定し、この両端をチャンネル範囲データとして焦点毎に設定する。

また、小焦点Ｆａおよび大焦点Ｆｂにおいて設定されるチャンネルの範囲は、ともにＸ線ビームのファン角θ０の同一角度を検出するように設定する。ファン角θ０はＫを自然数とすると、θ０＝１８０°／Ｋとなる角度である。

なお、チャンネルの設定は一度しておけば、Ｘ線管１１の交換等をしない限り、再設定する必要がない。すなわち、同じチャンネル範囲データを用いて、何度もＴＲスキャンを実行できる。

データ収集部２６は、チャンネル１３Ａ〜１３Ｎから被検体５のデータを収集するものである。被検体５のデータを収集すると、チャンネル設定部２５により設定されたチャンネルの範囲（１３ａ１〜１３ａｎ又は１３ｂ１〜１３ｂｍ）に該当する被検体５のデータを作成部２９に送出する。（あるいは全チャンネル１３Ａ〜１３Ｎのデータを作成部２９に送出し、作成部２９が設定されたチャンネル範囲のみのデータから断面像データを作成する。）
記憶部２７は、平行移動における回転軸Ｃの検出器１３への投影位置のデータである「回転軸投影位置データ」を予め記憶しているものである。この回転軸投影位置データにより、回転テーブルの回転中心Ｃの誤差を補正することができる。回転テーブルの回転中心Ｃの誤差は、ＴＲスキャンのスキャン範囲およびスキャン速度により変化するため、回転軸投影位置データは、Ｘ線管１１の焦点・スキャン範囲・スキャン速度の組に対して設定される。詳しくは、記憶部２７に記憶された焦点選択データおよびスキャン条件データのそれぞれにはＩＤが付与されており、これらのＩＤの組み合わせに応じて一義的に回転軸投影位置データが特定される。

ここで、記憶部２７では、チャンネルの範囲（１３Ａ〜１３Ｎ）において、センター（真中）のチャンネルにおける回転軸投影位置データ（ｔｃｃ）を記憶する。特に、ＴＲスキャンの平行移動における往路と復路とのそれぞれのセンターのチャンネルにおける回転軸投影位置データ（ｔｃｃｆ・ｔｃｃｂ）を記憶する。センターチャンネルのみ記憶する理由は、センターのチャンネル以外の回転軸投影位置は、センターのチャンネルの回転軸投影位置ｔｃｃから幾何学的に求めることができるからである。詳しくは後述する方法により求める。

抽出部２８は、焦点・スキャン範囲・スキャン速度に対応する回転軸投影位置データを記憶部２７から抽出するものである。また、抽出した回転軸投影位置データを作成部２９に送出する。

作成部２９は、データ収集部２６から送られたデータであって、チャンネル設定部で設定されたチャンネル範囲の被検体５のデータと、抽出部２８により抽出された回転軸投影位置データとに基づいてデータを再構成処理し、被検体５の断面像データを作成するものである。また、作成した断面像データを出力部３０に送出する。

出力部３０は、作成部２９により作成された被検体５の断面像データを出力するものである。ここでは、通常のディスプレイ等により被検体５の断面像が表示される。

（１−２．動作）
次に、本実施形態におけるＴＲ方式ＣＴ装置１０および制御装置２０の動作を説明する。

（１−２−１．初期設定）
制御装置２０は回転軸投影位置データに基づいて、被検体の断面像データを再構成処理する。そこで、ＴＲスキャンを実行する前提として、回転軸投影位置データの初期設定を行う必要がある。

初期設定に際し、ここでは、平行移動（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）の読み取り値をｘ（ｍｍ）とし、データ収集ピッチを△ｘとし、収集点番号をｔとする（図５参照）。

まず、較正用ピンＲを平行移動させて、収集開始点ｘｓｔからΔｘおきにｔ＝０〜Ｔ−１のデータ(Ｔ個)を収集する。これにより、Ｘ線を検出するチャンネル毎にＴ個の透過データが収集される。チャンネル番号をｎとすれば、透過データはチャンネルと収集点番号による配列Ｉ（ｎ，ｔ）で表される。なお、較正用のファントム（試験用の被検体）としては、図４に示すような細い円柱状の較正用ピンＲを用いることができる。

ここで、透過データＩ（ｎ，ｔ）における回転軸投影位置ｔｃは、ｎ個のチャンネル毎に異なるものである。そのため、透過データＩ（ｎ，ｔ）毎に回転中心のずれを補正する必要があり、全てのチャンネルから検出した透過データに対して回転軸投影位置データが必要となる。しかし、使用するチャンネルのうちセンター（真中）のチャンネル以外のチャンネルにおける回転軸投影位置は、センターのチャンネルの回転軸投影位置から幾何学的に求めることができる。このため、回転軸投影位置データを記憶するための負荷を軽減することができる。

詳しくは、図５に示すように、センターのチャンネルでの回転軸投影位置をｔｃｃとし、焦点Ｆと回転軸Ｃの軌跡との距離をＦＣＤとし、ｎ番目のチャンネルのセット角をθ（ｎ）とすると、ｎ番目のチャンネルでの回転軸投影位置ｔｃ（ｎ）は、以下の（１）式で求めることができる。

ｔｃ（ｎ）＝ｔｃｃ＋ＦＣＤ・ｔａｎ（θ（ｎ））／△ｘ ……（１）
そして、このｔｃ（ｎ）の回転軸投影位置データを用いることにより、回転中心のずれを補正することができる。

なお、センターのチャンネルにおける回転軸投影位置ｔｃｃは、平行移動における往路と復路とで異なる回転軸投影位置データを用いる。

そこで、初期設定として、往路と復路との回転軸投影位置をそれぞれｔｃｃｆ・ｔｃｃｂとする回転軸投影位置データを予め記憶部２７に記憶しておく。

なお、具体的なｔｃｃの決め方としては、適当なｔｃｃを設定し、較正用ピンを被検体としてＴＲスキャンし、断面像を得、このピンの断面像が正常になるまでｔｃｃを変えてＴＲスキャンをくりかえす方法が用いられる。

（１−２−２．ＴＲスキャン）
初期設定の終了後、ＴＲ方式ＣＴ装置１０によりＴＲスキャンを実行することができる。具体的には、図６に示すフローチャートの手順に従いＴＲスキャンを実行することができる。

まず、操作者は被検体５を回転テーブル１４Ａに載置する（Ｓ１）。そして、入力部２１により入力した情報に基づいて、機構制御部２２が回転テーブル１４Ａを昇降する。これにより、被検体５の撮影部位が撮影面Ｓに調節される。

続いて、入力部２１により入力した情報に基づいて、焦点を小焦点Ｆａとするか大焦点Ｆｂとするかが選択される（Ｓ２）。また、スキャン範囲およびスキャン速度も設定される。例えば、スキャン範囲Ｂの直径がＳ・Ｍ・Ｌの中から選択される。

次に、ＴＲスキャンの開始指令が実行される（Ｓ３）。これにより、機構制御部２２が回転テーブル１４Ａを制御し、Ｘ線制御部２３がＸ線管１１を制御して、ＴＲスキャンを開始する。

ＴＲスキャンが開始されると、まず、平行移動とデータ収集が行なわれる（Ｓ４）。この際、被検体５を載せた回転テーブル１４Ａが片道平行移動され、この時選択されたスキャン範囲Ｂの直径がＸ線ビームを完全に横切るように制御される。

この平行移動中に、データ収集部２６により、予め決められた検出開始点ｘｓｔから所定のピッチΔｘおきに各チャンネルｎごとに所定点数分の被検体５の透過データＩ（ｎ，ｔ）が収集される（Ｓ４）。

次に、Ｋ回の平行移動が終わったかが判定され（Ｓ５）、終わっていない場合はファン角θ０のステップ回転を行ない（Ｓ６）、さらに（逆方向の片道の）平行移動とデータ収集（Ｓ４）を繰り返す。

ステップＳ５でＫ回の平行移動が終わったと判定された場合は、ＴＲスキャン終了と判断され、断面像データ作成（Ｓ７）へ進む。

次に、収集された透過データＩ（ｎ，ｔ）に基づいて、被検体５の断面像データが作成部２９により作成される（Ｓ７）。小焦点Ｆａの場合は、チャンネル１３ａ１〜１３ａｎの検出データを用いて断面像が再構成される。大焦点Ｆｂの場合は、チャンネル１３ｂ１〜１３ｂｍの検出データを用いて断面像が再構成される。

また、再構成処理に際しては、回転中心のずれを補正した断面像データが作成される。具体的には、作成部２９において、ｎ番目のチャンネルでの回転軸投影位置ｔｃ（ｎ）のデータを用いて回転中心のずれが補正される。そして、補正した断面像のデータが出力部３０に送出される。

続いて、この補正された断面像データが出力部３０により出力表示される（Ｓ８）。

（１−３．効果）
以上説明したように、本実施形態に係るＴＲ方式ＣＴ装置１０は、複数の焦点を切換自在に有するＸ線管１１と、複数のチャンネル１３Ａ〜１３Ｎからなる検出器１３と、被検体５をＴＲスキャンするために、被検体５と撮影面Ｓとを相対的に平行移動および回転させるための回転テーブル１４Ａとを備えている。また、制御装置２０は、Ｘ線管１１の焦点を制御して選択するＸ線制御部２３と、ＴＲスキャンの条件を設定するスキャン条件設定部２４と、選択された焦点に対応するチャンネルを設定するチャンネル設定部２５と、検出器１３からの被検体５のデータを収集するデータ収集部２６と、収集された被検体５のデータのうちチャンネル設定部２５により設定されたチャンネルのデータに基づいて、被検体５の断面像データを作成する作成部２９とを備えている。すなわち、制御装置２０を用いることにより、最適なファン角θ０を焦点毎に方向を変えて設定して、被検体の透過データをＴＲ方式ＣＴ装置１０から収集することができる。これにより、複数の焦点を有するＴＲ方式ＣＴ装置１０の焦点を切り換えてもファン角θ０を大きくすることができので、被検体５の断面像のデータを高速に収集することができる。

また、本実施形態に係る制御装置２０においては、回転軸投影位置データを予め記憶する記憶部２７と、回転軸投影位置データを記憶部２７から抽出する抽出部２８とを備え、作成部２９は、データ収集部２６により収集された被検体５のデータと、抽出部２８により抽出された回転軸投影位置データとに基づいて、被検体５の補正した断面像データを作成するので、アーチファクトを低減することができ、高品質な断面像を得ることができる。

また、本実施形態では、焦点サイズごとに方向を変えてファン角θ０を設定する。これに対し、従来は放射角θａとθｂとの重複部を超えないようにファン角θ０を設定していた。すなわち、本実施形態では、焦点ＦａとＦｂとのそれぞれの放射角θａとθｂとを超えないようにθ０を決めることができ、従来に比して明らかにθ０を大きくすることができる。具体例としては、従来のファン角θ０=３０°において平行移動回数は６回となっていた。これに対し、本実施形態では、θ０を３０°から３６°に変更することができ、θ０=３６°で平行移動回数を５回にできる。これにより、スキャン速度を上げることが可能となる。

また、本実施形態によれば、焦点を変更して焦点位置がずれても、透過データI（ｎ，ｔ）中の回転軸の投影位置に対応するデータ位置ｔｃ（ｎ）をそれぞれの焦点で較正した値に変更して被検体５の断面像のデータを得ることができる。このため、焦点位置が変わらないようにX線管１１を移動させて調整することを不要とする。

なお、本実施形態においては、大小２点の焦点の切り換えをしているが、もっと多数の焦点を切り換えることが可能なＸ線管１１を用いることもできる。

また、本実施形態においては、ＴＲスキャン時にデータ収集部２６は全チャンネルからデータを収集しているが、設定されたチャンネル範囲のデータのみを収集するようにしてもよい。

また、本実施形態では、較正用ピンＲの断面像が正常になるように回転軸投影位置を調整している。これに対し、断面像を求めずに、補正用ピンＲの透過データから直接調整することもできる。例えば、較正用ピンＲは必ずしも回転軸に合ってはいないので、回転角０°と１８０°の２ヶ所で、それぞれ平行移動しながら較正用ピンＲのセンターのチャンネルでの投影位置を求めて、平均して回転軸投影位置データ（ｔｃｃ）を求める。そして、この平均した回転軸投影位置データを調整値として用いても良い。または、各チャンネルでそれぞれ、０°と１８０°での較正用ピンＲの投影位置を求め、これを平均して、回転軸投影位置データｔｃ（ｎ）を計算して調整値として記憶してもよい。

また、本実施形態において、被検体５を平行移動および回転させてＴＲスキャンを実行するが、Ｘ線ビームと被検体とが相対的に等価な動きをすればよい。例えば、X線管１１と検出器１３を一体で平行移動および回転させてもよい。

また、本実施形態で、ＴＲスキャンは１８０°方向の透過データから断面像を得るハーフスキャンであるが、２×１８０°のフルスキャンや、４×１８０°のダブルフルスキャンなどを実行してもよい。

＜第２の実施形態＞
図７は本発明の第２の実施形態に係るＴＲ方式ＣＴ装置１０とその制御装置２０Ｓの構成を示す模式図である。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本実施形態では、被検体５の断面像データを、回転軸投影位置データにより補正して求めるのではなく、ＴＲスキャンにおける平行移動時の検出開始点ｘｓｔの位置を補正することにより求めている（図５参照）。

データ収集部２６Ｓは、後述する抽出部２８Ｓにより抽出された検出開始点データに基づいて、各平行移動中にデータ収集を開始する。

記憶部２７Ｓは、焦点・スキャン範囲・スキャン速度の組ごとに断面像のデータが最良となる検出開始点を記憶する。具体的には、ＴＲスキャンの平行移動における往路と復路とのそれぞれの検出開始点ｘｓｔｆ・ｘｓｔｂを示す検出開始点データを記憶する。

抽出部２８Ｓは、焦点・スキャン範囲・スキャン速度によりＴＲスキャンの平行移動における往路と復路との検出開始点ｘｓｔを記憶部２７Ｓから抽出する。そして、その抽出した検出開始点データをデータ収集部２６Ｓに送出する。

次に、本実施形態に係る制御装置２０Ｓの動作を説明する。

初期設定は、焦点・スキャン範囲・スキャン速度の組ごとに較正用ピンをＴＲスキャンして、このピンの断面像が正常になるように平行移動における検出開始点を調整することにより行う。平行移動の往路と復路の検出開始点を変えながら調整して、往路と復路のそれぞれで最良の検出開始点ｘｓｔｆとｘｓｔｂを決定し、記憶部２７Ｓに記憶する。

ＴＲスキャンは、第１の実施形態と同様にして行う。ＴＲスキャン中に、データ収集部２６Ｓは、入力部２１Ｓから入力する平行移動位置の信号を受け、この信号が抽出部２８Ｓにより予め設定された検出開始点ｘｓｔに一致した時、被検体５の透過データＩ（ｎ，ｔ）を収集開始し、ピッチΔｘごとに所定数Ｔのデータを収集する。そして、作成部２９Ｓは、データ収集部２６Ｓにより収集された被検体５のデータのうちチャンネル設定部２５Ｓにより設定されたチャンネルのデータに基づいて、被検体５の補正した断面像データを作成する。

以上説明したように、本実施形態に係る制御装置２０Ｓは、平行移動における回転軸Ｃの投影位置を補正するためのデータであって、平行移動における検出開始点を示すデータを予め記憶する記憶部２７Ｓと、選択された焦点・スキャン範囲・スキャン速度に対応する検出開始点を抽出する抽出部２８Ｓと、抽出された検出開始点に基づいてデータ収集を開始するデータ収集部２６Ｓとを備えた構成により、回転軸投影位置ｔｃｃに一定の値を用いることができる。これにより、計算上のｔｃ（ｎ）は変えずに、回転軸の投影位置を変えて計算値ｔｃ（ｎ）に合せることができる。

これにより、焦点を変更して焦点位置がずれても、透過データＩ（ｎ，ｔ）中の回転軸の投影位置を、予め定めた一定値ｔｃ（ｎ）にすることができる。このため、焦点位置が変わらないようにX線管１１を移動させて調整することを不要とすることができる。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、ＴＲスキャンの時間的に隣り合う（すなわち回転角が隣り合う）２つの平行移動間で、被検体５を基準とするビームの方位ψを重複させた透過データを検出して断面像データを作成する。

図８は第３の実施形態に係る断面像データの作成方法を説明するための図である。

本形態では、ＴＲスキャン中のステップ回転の角度であるファン角θ０を超える放射角θ０＋２・βのＸ線ビームの検出データが断面像データ作成に使用される。

すなわち、機構制御部２２Ｔは、回転テーブル１４Ａを、Ｘ線管１１から射出されるＸ線ビームの使用する放射角θ０＋２・βより小さい角度θ０で回転させる。

図９は被検体を基準とするビーム方位ψの重複を示す図である。

時間的に隣り合う平行移動間では使用するビーム方位ψが２・βだけ重複する。換言すれば、ＴＲスキャンの際、前回の平行移動と、ステップ状の回転後の今回の平行移動とでは、被検体を基準とするＸ線ビームの方位が重複する部分がある。これにより、重複部では同一方位が異なるチャンネルで検出される。

作成部２９Ｔは、ＴＲスキャンで得られる、隣接する平行移動間で方位が重複する被検体５の検出データに基づいて、当該部位の断面像データを作成する。

ここで、作成部２９Ｔでは、この重複部分に対して、ウエイトＷ０（θ）を掛けてから逆投影を行い再構成処理する。ウエイトＷ０（θ）は、例えば図１０に示すような関数であり、Ｘ線ビームの回転の面に沿った方向θの関数である。ここでは、ウエイトＷ０（θ）は使用範囲の両端の２・βで1から０に直線的に減少するものを用いる。ウエイトＷ０（θ）は、図１０のように、小焦点と大焦点で異なるものを用いることで放射角のずれに対応できる。さらに、重複部で一方から他方に滑らかに繋がるウエイトを掛けて、この重複が補正され、ψ方向のデータが滑らかに繋がる。

すなわち、トポロジーを考慮しながら、ψでの各重複部で、重複ウエイトの加算が1になるようなウエイトを掛けることにより、１つの平行移動によるデータ範囲の両端部におけるデータの継ぎ目で、異なる時間と状態で収集されたデータが隣り合うことにより生じるψ方向の段差を平滑化して断面像を得ることができる。なお、ウエイトとは、ＴＲスキャンにおいてステップ回転の前後で異なるチャンネルにより被検体５の同一方位のデータを収集した場合に、それらのチャンネルのデータを加重平均するために掛け合わせる加重値である。

なお、1つの平行移動データごとのそれぞれにウエイトを掛けて逆投影を行っても、ウエイトを掛けたデータを平行移動間で、加算してψに対して1系統のデータにしてから逆投影しても、数学的に等価である。

また、ウエイトＷ０（θ）は図１０に示すものには限られない。例えば、図１１に示すのは、（1つの焦点サイズに対する）最も一般的なウエイトである。これは、平行移動毎のウエイトＷ０（θ）をステップ回転ずつずらして重ねたものである。横軸は被検体基準の方位ψである。ここで、１８０°離れたψは同じ透過方位になる。そのため、ψはトポロジーとして１８０°のリングと考えられる。ウエイトは、各重複部で、それぞれのウエイトを加算して1になりさえすればよい。すなわち、曲線でも、図１１のようにβとβ'が異なっていてもよく、平行移動ごとにＷ０（θ）が異なっていてもよい。ここでは、トポロジーから、重複部分は最後の平行移動と最初の平行移動の間の重複も含む。さらに、ψでの重複ウエイトの加算が1になりさえすれば、ステップ回転θ０は１８０°の整数分の1である必要はない。また、必ずしも毎回同じでなくてもよい。なお、以上のウエイト設定およびステップ回転設定は、異なる焦点間で全く独立に設定可能である。

以上説明したように本実施形態に係る制御装置２０Ｔによれば、機構制御部２２Ｔは、回転テーブル１４Ａを、Ｘ線管１１から射出されるＸ線ビームの使用する放射角より小さい角度で回転させ、作成部２９Ｔは、ＴＲスキャンで得られる、隣接する平行移動間で方位が重複する被検体５のデータに基づいて、被検体５の断面像データを作成するので、隣接する平行移動間のデータ継ぎ目によるアーチファクトを低減でき、高品質な断面像が得られる。

なお、作成部２９Ｔにおいては、ステップ回転角であるファン角θ０を超える範囲の透過データを使用し、隣接する平行移動間の透過データがψ方向にスムーズに繋がるようウエイトを掛ける以外の平滑化をおこなってから再構成処理することもできる。

＜第４の実施形態＞
本実施形態による検出器１３は、Ｘ線ビームＬを、撮影面Ｓの両面に沿って個別に検出する。

本実施形態に係る検出器１３は、図１２〜１４に構造を示すように、Ｘ線管１１から射出されたファン状のＸ線ビームを検出するものである。

ここで、図１２は放射線検出器の外観斜視図であり、図１３（Ａ）は正面図、図１３（Ｂ）はＡ−Ａ´断面図、図１３（Ｃ）はＢ−Ｂ´断面図である。また、図１４（Ａ）は凹部の拡大図、図１４（Ｂ）はＣ−Ｃ´断面図、図１４（Ｃ）はＤ−Ｄ´断面図である。

この検出器１３は、機構部１４の一部である検出器ベース１４Ｚ上に並べられた同一構造の検出器ユニット１３Ｚが多数集合したものである。ただし、図１２〜図１４においては、説明を簡単にするため、１つの検出器ユニットのみを例示する。また、検出器ユニットのチャンネル数を４としているが、通常はより多くのチャンネル数を用いる。なお、検出器ユニットは、放射線ビームの焦点Ｆを中心として円弧状に配置しても良く、直線状に配置しても良い。

検出器ユニット１３Ｚは、図１３（Ａ）に示すように、検出器ベース１４Ｚの上に設置されたＬ字状のユニットベース１３９と、このユニットベース１３９に取り付けられたチャンネルコリメータ１３１と、チャンネルコリメータ１３１の後ろに配置されるようにユニットベース１３９に取り付けられた２列のチャンネル列１３３Ａ・１３３Ｂとを備えている。

チャンネルコリメータ１３１は、Ｘ線ビームＬと対向する位置に配置され、当該Ｘ線ビームＬが通過して射出される側の射出側面Ｇであって撮影面Ｓに沿った位置に凹部１３１Ａを有するものである。また、チャンネルコリメータ１３１は、ユニットベース１３９に多数取り付けられており、スリット１３１Ｂを形成している。

スリット１３１Ｂは、チャンネルコリメータ１３１間の隙間であり、各チャンネルに対応するＸ線通路である。このスリット１３１Ｂは、Ｘ線の焦点Ｆの方向を向くようにユニットベース１３９上に密に配置される。

凹部１３１Ａは、チャンネル列１３３Ａ・１３３Ｂの位置合せのために列セパレータ１３２と係合する部分である。これにより、列セパレータ１３２の面を撮影面Ｓに一致させることができる。この凹部１３１Ａは、チャンネルコリメータ１３１の撮影面Ｓの位置（高さｈ）に加工されている。

列セパレータ１３２は、射出側面Ｇと対向する位置に、凹部１３１Ａと係合するように配置される平面状の板である。ここでは、厚さ０．２mmのタングステンの板が用いられる。列セパレータ１３２の表面は、シンチレータ１３４の光を反射する反射処理が施されている。

チャンネル列１３３Ａは、シンチレータ１３４の列であるシンチレータブロック１３４Ａに対し、光検出素子列１３５Ａを接着したもので、１つのシンチレータ１３４と対応する光検出素子が１つのＸ線の検出チャンネルを成す。チャンネル列１３３Ｂも同様の構成である。そして、チャンネル列１３３Ａ・１３３Ｂは列セパレータ１３２を介し撮影面Ｓに沿って設けられる（図１３（Ａ）・（C）参照）。

このようにチャンネル列が２列であるので、撮影面Ｓに沿って、ファン角θ0にわたりあるいはそれ以上にわたり２列のデータを得ることができる。

シンチレータブロック１３４Ａ・１３４Ｂは、１枚の列セパレータ１３２の上面及び下面に、多数のシンチレータ１３４が列状に接着されたものである。このシンチレータブロック１３４Ａ・１３４Ｂは、下側の光検出素子列１３５Ｂを介して、金具１３６Ａとねじ１３６Ｂにより、Ｌ字状のユニットベース１３９に固定されている。

このとき列セパレータ１３２の突出部が凹部１３１Ａに係合されるように、シンチレータブロック１３４Ａ・１３４Ｂの位置が固定される。これにより、シンチレータブロック１３４Ａ・１３４Ｂの側面とチャンネルコリメータ１３１の側面とが段差が無いように配置されるため、スリット１３１Ｂを通ったＸ線ビームＬは、シンチレータ１３４が配置された位置に精度良く入射される。

また、各シンチレータ１３４の間には、チャンネルセパレータ１３７が接着されている。さらに、シンチレータ１３４とチャンネルセパレータ１３７との間には、シンチレータ１３４の光を反射する図示しない反射層がある。

光検出素子列１３５Ａ・１３５Ｂは、１つのシンチレータ１３４に１つの素子が対応することにより光を検出するものであり、シンチレータブロック１３４Ａの上面及び１３４Ｂの下面に設けられている。チャンネルコリメータ１３１の各スリット１３１Ｂを通過したＸ線ビームＬはそれぞれ、シンチレータ１３４を発光させ、シンチレータブロック１３４Ａ・１３４Ｂの発光はそれぞれ、光検出素子列１３５Ａ・１３５Ｂで測定される。

光検出素子列１３５Ａ・１３５Ｂの出力は、図示されていない回路部分で増幅・積分・マルチプレックス・デジタル変換を受けデータ収集部２６へ送出される。

以上説明したように、本実施形態においては、２次元分解能の検出器１３を用いている。

すなわち、X線ビームに沿ったチャンネル列を、これと直交する方向に複数列並べた2次元の検出器を用いている。これにより、1回のＴＲスキャンで複数（２枚）の断面像を得ることができる。

なお、２次元分解能の検出器としては、上述した構成の検出器に限られることはなく、たとえば、Ｘ線Ｉ．Ｉ．とテレビカメラの組合せによる検出器や、２次元光センサ上にシンチレータを接着した検出器、また、２次元半導体Ｘ線検出器のようなものでもよい。

また、列数が多い場合は、コーンビーム用の再構成法(L.A.Feldkamp,L.C.Davis and J.W.Kress, Practical cone-beam algorithm, J.Opt.Soc.Am.A/Vol.1,No.6/June1984)を用いることにより断面像の品質を向上することもできる。

＜その他＞
なお、上記実施形態に記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク・ハードディスクなど）・光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ・ＤＶＤなど）・光磁気ディスク（ＭＯ）・半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。

また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。

また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）やデータベース管理ソフト・ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が上記実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。

さらに、本発明における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。

また、記憶媒体は１つに限らず、複数の媒体から上記実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。

尚、本発明におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上記実施形態における各処理を実行するものであって、パソコン等の１つの装置からなる構成であっても良く、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の構成であっても良い。

また、本発明におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置やマイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器や装置を総称している。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の第１の実施形態に係るＴＲ方式ＣＴ装置１０とその制御装置２０との構成を示す模式図である。 同実施形態に係るＴＲ方式ＣＴ装置１０の側面図である。 同実施形態に係るＸ線管１１の焦点毎に使用するチャンネルの範囲を示す図である。 同実施形態に係る較正用ピンＲの形状を示す図である。 同実施形態に係る回転軸投影位置ｔｃ（ｎ）の計算を説明するための図である。 同実施形態に係るＴＲスキャンの実行手順を示すためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るＴＲ方式ＣＴ装置１０Ｓとその制御装置２０Ｓの構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るＴＲスキャンを説明するための図である。 同実施形態に係る被検体を基準とするビーム方位ψの重複を示す図である。 同実施形態に係るウエイトＷ０（θ）を説明するための図である。 同実施形態に係るウエイトの最も一般的な例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る検出器１３の外観斜視図である。 同実施形態に係る検出器１３の正面図である。 同実施形態に係る凹部の拡大図である。 従来のＴＲ方式ＣＴ装置の方式を説明するため模式図である。 従来のＴＲ方式ＣＴ装置における再構成処理を説明するための図である。 従来の２つの焦点を有するＴＲ方式ＣＴ装置のＸ線放射角を示す模式図である。

符号の説明

５…被検体、１０…ＴＲ方式ＣＴ装置、１１…Ｘ線管、１２…スリット、１３…検出器、１３Ａ〜１３Ｎ…チャンネル、１４…機構部、１４Ａ…回転テーブル、２０…制御装置、２１…入力部、２２…機構制御部、２３…Ｘ線制御部、２４…スキャン条件設定部、２５…チャンネル設定部、２６…データ収集部、２７…記憶部、２８…抽出部、２９…作成部、３０…出力部、１３１・・・チャンネルコリメータ、１３１Ａ・・・凹部、１３１Ｂ・・・スリット、１３２・・・列セパレータ、１３３Ａ・１３３Ｂ・・・チャンネル列、１３４・・・シンチレータ、１３４Ａ・１３４Ｂ・・・シンチレータブロック、１３５Ａ・１３５Ｂ・・・光検出素子列、１３６Ａ・・・金具、１３６Ｂ・・・ねじ、１３７・・・チャンネルセパレータ、１３９・・・ユニットベース、Ｂ…スキャン範囲、Ｃ…回転軸、Ｌ…Ｘ線ビーム、Ｓ…撮影面、Ｒ…較正用ピン。

Claims (5)

1. 発生するX線ビームの焦点を指定した大きさに変えて被検体に放射するX線量を変える事ができるX線源と、
   前記被検体を透過したX線ビームを検出する検出手段と、
   前記被検体と該X線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、
   前記回転手段により回転させられる面に沿って前記被検体とX線ビームとを相対的に平行移動させる平行移動手段と、
   前記平行移動とステップ状の前記回転とを交互に繰り返すＴＲスキャンにおいて、前記平行移動がなされる度に、前記検出手段により多数の位置で前記X線ビームを検出して得る被検体の透過率を示す透過データに基づいて被検体の断面像を得る再構成手段とを備えたコンピュータ断層撮影装置において、
   前記再構成手段は、前記焦点の大きさが変更された場合に、変更された焦点の大きさに応じ、前記平行移動の方向において前記透過データを使用する範囲を変えると共に前記ステップ状の回転の回転角度を超える透過データを使用して該被検体の断面像データを得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１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記再構成手段は、前記焦点の大きさの変更があった際に、この変更された焦点の大きさに応じて、透過データに対して、前記平行移動の方向において、異なるウエイトを掛けて前記被検体の補正した断面像データを得ることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記再構成手段は、前記焦点の大きさの変更があった際に、この変更された焦点の大きさに応じて、前記透過データの前記平行移動の方向の配列における前記回転の回転軸の投影位置を変更して、前記被検体の補正した断面像データを得ることを特徴とするコンピュー夕断層撮影装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記再構成手段は、前記焦点の大きさの変更があった際に、この変更された焦点の大きさに応じて、前記平行移動における一連の前記透過データを検出する検出開始点を変更して、前記被検体の補正した断面像データを得ることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記検出手段は２次元分解能を有するX線検出器であることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。

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