JPH01190338A - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放射線等を線源とするコンピュータトモグラフ
ィ（ＣｏＩＩｌｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　　
：以下ＣＴ）装置に係り、特に、通常のＸ、ＩＩＩＣＴ
装置の様に、電流値の変化で、被検体の透過率を測定す
るタイプの装置で、信号処理回路のダイナミックレンジ
を有効に活用して高密度分解能を得るようにしたＣＴ表
装置関する。

〔従来の技術〕

ＣＴ表装置、例えば、飯沼他：新しい医用Ｘ線診断装置
（「計測と制御Ｊ　Ｖｏｌ、１５．　Ｎａ２（昭和５１
年２月））に記載されているように、被検査体のあらゆ
る方向からの透過計数値を計測することから始まる。第
６図の様な測定体系を考えると、被検体６０を通過した
後の計数値ｎは、ｎ＝ｎｏｅｘＰ　（／　　μ（ｘｐ　
ｙ）ｄＱ）　　−・ａ）ここで、ｎｏは被検体が無い場
所の計数値で、第６図の透過経路６１がこれに当たる。

ＣＴで求まる値は、被検体の線吸収係数μ（ｘ、ｙ）で
あることから、式（１）は、 すなわち、ｎ及びｎｏを精度良く測定しないと、線吸収
係数μ（ｘｔ　ｙ）が精度良く求まらない。

被検査体の吸収係数μ（ｘｔ　ｙ）が小さい（すなわち
密度が低く、放射線の透過が良い）時は余り問題となら
ないが、μ（ｘｔ　ｙ）が大きくなると以下の問題が生
じる。

ｎ、ｎｏは放射線の計数値であるが、放射線の照射線量
率が高く、検出器がパイルアップ（検出器からのパルス
が重畳した状態）状態に達すると、検出器からの出力は
直流電流となる（通常の検出器では１０４カウント毎秒
以上）。従って１通常。

第７図のように、増幅器７２で増幅し、サンプルホール
ド、アナログディジタル変換器等からなる信号処理回路
７３を通じて、電流変化（透過計数値の変化）をディジ
タル信号７４に変換する。

ここで、信号処理回路７３の精度を仮に１２ｂｉｔｓと
すると、検出器からの電流値を１／２ｔｚ＝１／４０９
６、すなわち４０９６段階に分割することができる。し
かし、被検体６０の線吸収係数μ　（ｘ、ｙ）が大きく
なり。

ｎ　ｚｎｏ／　４０９６　　　　　　　　　　・＝（３
）となると信号処理回路のダイナミックレンジはほとん
ど被検体の有無の存在確認のみに使用されてしまうとい
う問題点がある。この様子を第８図で説明する。（ａ）
は被検体６０であり、その中央部に欠陥８０が有る。Ｃ
Ｔにより映像化したいのは、被検体の外形状及び被検体
の内部の欠陥８０である。（ｂ）はある方向からの透過
データ（式（１）のｎ）で、その最小値は式（３）のｎ
程度である。（ａ）、（ｂ）図より、信号処理回路のダ
イナミックレンジは、はとんど、被検体の有無を判別し
ているのみで、内在する欠陥の検出に有効に使用されて
いない。

従来からこの様な高コントラスト（ｎｏ＞ｎ）の被検体
を検査するには、例えば、岩井編：ｒＣＴスキャナ」コ
ロナ社（昭和５４年）Ｐ１２８〜Ｐ１２９に記載されて
いる様に、被検体のまわりに水バツグを設け、等価的に
ｎｏ　を低下させる方法をとっていた。

（発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、主に被検体形状が定まっている医療用
Ｘ線ＣＴ装置では有効であるが、産業用構造品への適用
を考えた場合には、その外形状が複雑になるため、水バ
ツグの設置が困難となる。

さらに、被検査体によっては防水処理を厳密に行なわな
ければならないという問題点があり、実用的ではない。

本発明の目的は、空気層と被検査体との計数値の差が大
きな測定系において、透過データを高ダイナミツクレン
ジを測定し得る二次元断層装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、信号処理の段階において、空気層の透過デ
ータを収集している時には相対的に回路の増幅率を低下
させ、逆に、被検体の透過データを収集している時には
１回路の増幅率を上げることにより解決することができ
る。

この手法は、ＣＴを対象とした場合、実時間処理（透過
データの収集からそれを用いて像の再構成演算を行ない
二次元断層像を映像化するという処理）をする必要があ
るため、自動的に、かつ、精度良く行なわなければなら
ない。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。

シンチレータ及び光電変換素子等からなる検出器１０に
より被検査体を通過するＸ線量を電気信号に変換する。

これをアナログ・デマルチプレクサ１１により、出力す
るチャネルを変更する（この例では、入力は１．出力は
２チヤネル）。出力の一方は、低ゲイン用増幅器１２．
他方は高ゲイン用増幅器１３の入力信号とする。ここま
での動作により検出器１０からの信号は、低ゲイン用増
幅器１２、あるいは、高ゲイン増幅器１３のいずれかの
増幅器で増幅されていることになる。加算器１４はこれ
等の信号をアナログ加算し、アナログ・ディジタル変換
器１５によりディジタル値に変換し、これを計算機１６
に転送する。

低ゲイン用増幅器１２を使用するか、高ゲイン用増幅器
１３を使用するかは第２図のようにして決める。第２図
（ａ）は、例えば、″円柱状被検体のある角度方向から
の透過計数値（電流値）のプロファイルを示すものであ
る。本発明では増幅器の切り換えを行なうためのレベル
判断用に（ａ）のようにスレッショルドレベルＶ　ｔ　
ｈを設けていることが特徴である。スレッショルドレベ
ルＶｔｈの値は電流値の最大値Ｖ　ｍ　ａ　＊以下であ
れば、どのレベルでも良いが、アナログ・ディジタル変
換器１５の性能を最大限に生かすにはＶ　ｔ　ｈに最適
値が存在する。通常、　ＶＩＩ＆Ｘ”の値はアナログ・
ディジタル変換器１５の最大入力値になるよう（例えば
１０■）に低ゲイン用増幅器１２により調整されている
（この状態で信号対ノイズ比：Ｓ／Ｎは最大となってい
る）。ここで、高ゲイン用増幅器１３のゲインをＧとす
ると、スレッショルドレベルＶｉｈの最適値は（Ｖ−ａ
ｘ／Ｇ）のようにすれば良いことになる。このようにＶ
ｔｈを設定すると、（ｂ）図に示す様に、Ｖｍａにから
透過計数値（電流値）が低下してＶｔｈに達する（ａ点
）と、高ゲイン用増幅器によりＧ倍に増幅されることに
なり、信号のレベルはＶ　ｗｒ　ａ　ｘとなる。ａ点か
らｂ点（ｂ点は透過計数値が増加して、再び、Ｖｔｈを
横切る点）までは高ゲイン用増幅器１３により増幅率が
上げられている。ｂ点を越すと増幅率を上げる必要がな
いので低ゲイン用増幅器１２で増幅すれば良い。以上の
説明で第１図のアナログ・ディジタル変換器１５の入力
には、第２図（ｂ）の信号が印加されることになる。こ
れ等の制御を自動的に。

かつ、迅速に行なうために、第１図に示す様に、コンパ
レータ１７が使用されている。コンパレータ１７の標準
信号レベルは、既にのべた様に、■いであり、検出器１
０からの信号がＶｒｈ以上か。

又は、以下かを自動判別して、その制御信号を増幅器の
切りかえ用のアナログデマルチプレクサ１１、及び、計
算機１６の制御入力ポート１８に入力している。計算機
に制御信号１９を入力している理由は、この制御信号に
よりアナログ・ディジタル変換器１５で量子化されたデ
ィジタル信号の段階で、処理前の透過データ（第２図（
ａ）に対応するデータ）に変更して正しい透過データに
するためのものである。以上の実施例は二つの増幅器を
使用していたが、三つ以上の増幅器でさらに細かく制御
するこ・とも可能で、このことで、さらに、効果が上が
ると期待できる。

第３図は本発明の第二の実施例を示すブロック図である
。第一の実施例（第１図）と異なる点は低ゲイン用増幅
器、及び、高ゲイン増幅器とを検出器側に設置した点で
ある。この実施例によれば、検出器の出力は二種類の増
幅率で同時に増幅されている。出力の切りかえは、マル
チプレクサ３１によって行なっている。このことにより
第一の実施例で使用したアナログ加算器１４を省略する
ことができる。

この様に、第二の実施例は、第一の実施例と原理的には
同一であり、得られる効果も同じである。

その長所は、加算器１４を無くし、回路構成が簡略化で
きることである。逆に、短所は、常に、高ゲイン増幅器
１３も動作しているため、検出器１０の出力信号が大き
な時（空気層の透過計数値を計測している時）に増幅器
１３が飽和してしまうことである。このため、増幅器１
３には破壊防止用の保護回路を付加するなどの対策を行
なっている。

第４図は第三の実施例で、第一、第二の実施例と異なる
点は、レベル判定をコンパレータ１７でハードウェア的
に行なうのではなく、計算機１６の内部でソフトウェア
的に処理することにある。

第一、第二の実施例のどちらでも変形が可能であるが、
ここでは第一の実施例を変形した例をのべる。すなわち
、第一の実施例におけるコンパレータ１７をとりのぞき
、検出器１ｏからの信号を計算機のアナログ入力端子４
１に入力している。また、増幅器選択のための制御信号
が、計算機１６の出力制御ライン４２に出力されている
。処理のフローを第５図に示す。まず、検出器からのア
ナログ信号を読みこみ、すでにソフトウェアで設定され
ているしきい値レベルＶｔｈと比較し、どちらの増幅器
を動作させるかを判断させ、出力制御ライン４２を用い
てデマルチプレクサ１１に知らせる。次に、アナログデ
ィジタル変換のスタート信号を発生させ、アナログディ
ジタル変換器１５を動作させディジタルデータを計算機
１５で取りこむ。

この様にして第一、第二の実施例とまったく同様に、透
過データが収集できる。

仮に、信号処理回路の精度が１２ビツトであるとする。

さらに、実施例における高ゲイン用増幅器のゲインを仮
に１６とすると、これは丁度４ビット分に相当するため
、本発明によれば、１６＋４＝２０ビツトの精度が得ら
れることになり、計数値の低い部分にかくれてしまった
微少欠陥の存在を知ることができる様になり、高密度分
解能をもつＣＴ装置が実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、空気層の透過データを収集している時
には、相対的に増幅器の増幅率を低下させ、逆に、被検
体の透過データを収集している時には増幅率を上げるこ
とができ、信号処理回路のもつダイナミックレンジを有
効に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は透過
計数値の変化を示す図、第３図は本発明の第二の実施例
のブロック図、第４図は本発明の第三の実施例のブロッ
ク図、第５図は第４図の処理フロー図、第６図は測定体
系図、第７図は基本的な信号処理のブロック図、第８図
は透過計数値の変化を示す図である。 １１・・・アナログ・デマルチプレクサ、１２・・・低
ゲイン用増幅器、１３・・・高ゲイン用増幅器、１４・
・・加算器、１５・・・アナログ・ディジタル変換器、
３１・・・マルチプレクサ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５（２Ｔ 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体の放射線透過データを検出器からの直流電流
   値の変化として計測するコンピュータ断層撮影装置にお
   いて、 たがいに異なる増幅率をもつ複数の増幅器を用い、前記
   検出器の出力の大きさにより前記増幅器を切りかえ、出
   力を加算器で加算し、アナログ・ディジタル変換し、計
   算機にデータを取り込み、前記被検体の透過データとす
   ることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。