JPH02291842A

JPH02291842A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JPH02291842A
Application number: JP1112184A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Hanakawa; 和之花川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-05-02
Filing date: 1989-05-02
Publication date: 1990-12-03

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］この発明は、産業用や医療用のＸ線ＣＴ装置に係わり、
特に肢照射体からのＸ線検出時に生じる、Ｘ線検出器間
でのＸ線クロストークの影響を除去するＸ＠ＣＴ装置に
関するものである。

［従来の技術］第８図は従来のＸ線Ｃ′Ｆ装置の概略構成をを示す断面
図であり、図において（１）はＸ線源、（２）はこのＸ
線源（１）の前方に配置され、Ｘ線源（１）からのＸ線
を平行ビームに整形するＸ線コリメーク、（３）はこの
Ｘ線コリメータ（２）の前方に配置され、平行ビームの
Ｘ線が照射される被照射体、（４）はこの肢照射体（３
）を透過した透過Ｘ線、（５）は彼照射体（３）で散乱
させられた散乱Ｘ線、（６）は彼照射体（３）の前方に
配置され、散乱Ｘ線（５）などの不要なＸ線をしやへい
するＸ線じゃへい体、そして（７）はこのＸ線じゃへい
体（６）の前方に配置され、図示のように多数のＸ線副
検出器すなわちチャンネルから成り、透過Ｘ線（４）を
検出するＸ線検出器である。なお、敗乱ＸＩ！ＦＡ（５
）は、Ｘ線副検出器間のクロストークによっても図示の
ように生じる。

第９図は第８図のＸ線ＣＴ装置における被照射体に照射
されるＸ線、その透過Ｘ線、Ｘ線検出器（１）およびそ
の各チャンネル間のクロストークなどの間の幾何学的関
係を示す図であり、第１０図はＸ線検出器を更に詳し《
示した断面図であり、そして第１１図はこのようなＸ線
ＣＴ装置において断層画像を作成する場合の画像再構成
アルゴリスムを示す概略流れ図である。

第９図において、実験室座標系（ｘ．ｙ）に対し図のよ
うに配置された彼照射体（３）にＸ線源（第８図の（１
））からのＸ線が照射され、その入射面とＸ軸とは角度
Ｏをなしている。被照射体（３）の斜線部（座標Ｘ）お
よびその近傍を透過した透過Ｘ線（４０），　（４．．
），　（４−１）はＸ線検出器（７）の対応するチャン
ネル（７。），　（７．１）．　（７−１）によって検
出される。チャンネル（７。）によって直接得られた透
過データ（以下Ｐ　（ｘ，　　θ）とする）は増幅器（
８）を介して図示しない画像再構成アルゴリズムを計算
するアルゴリズム演算手段に送出され、？理される。図
の（α），（β）はチャンネル（Ｌ．）（７．．）から
チャン不ル（７。）へのクロストークによる散乱Ｘ線（
第１図の５）で、照射Ｘ線が傅工不ルギー（例えばＸ線
工不ルギーをＥγとすればＥγ＞　ｌ　ＭａＶ　）にな
ると無睨できなくなり、例えばＥγ”　６　ＭｅＶでは
約２０％がクロストークによる散乱Ｘ線として作用する
ようになる。

これは、この発明が解決しようとする課題であり、以下
に次第に明らかにする。クロストークがある場合の透過
データＰ’　（Ｘ，　０　）はＰ’　（Ｘ，　０　）　
＝ｑ（Ｘ，θ）＋α＋βと表わされる。

第１０図において、Ｘ線検出盟（７）の各チャンネル・
・・（７１−，）．　（７υ，（７，．，）・・・を検
出する。各チャンネルの間にはＸ線じゃへい体・・・（
６■一＋）．　（ａｔ），　（ａ■．，）・・・が設け
られている。

従来の場合は、第１１図に示したように、クロストーク
がないものとして、即ち透過データＰ（Ｘ，０）を用い
、所定のアルゴリズムに従って画像再構成データを得て
いた。照射線が高エネルギーの場合は各チャンネルは隣
接チャンネルからクロストーク口スト荷なる散乱線（５
）により影響される。　即ち、第ｌ１゜図において、 ■　各投影角度０に対して多数のチャンネルにより透過
データ（透過線強度）　Ｐ（Ｘ．θ）を検出も得する。

■　この透過データＰ（Ｘ，θ）と、被照射体く３）■
　披照射体（３）への１回の曝射により得られるファン
ビームデータを内そう法などにより平行ビームデータに
変換する（回転方式のＸＩＣ　Ｔ装置の場合）。

■　この変換を施した後の上記透過データＰ（Ｘ，０）
、役彰データｇ（Ｘ．Ｄも同じ表示であらわされるもの
とし、投影データＰ（Ｘ，θ）に対してフィルター関数
ｈ　（ｘ）の畳込み変換（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）を
行い、変形投影データｋ（Ｘ，θ）を得る。即ち、ｋ（
Ｘ，　ｅ　）＝１／２　ｆ　ｇ（Ｘ’，θ）ｈ（Ｘ−Ｘ
’　）ｄＸ’■　この変形投影データｋ（Ｘ，θ）に逆
投影（ｂａｃｋ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）演算を施し、
Ｘ線吸収係数の空間分布ｒ（ｘ．ｙ）を得る。即ち、ｒ（ｘ，ｙ）＝１／２πｆ　　ｋ（ｘ　ｃｏｓθ＋ｙ　
ｓｉｎθ，θ）ｄθ■　この空間分布ｒ（ｘ，　ｙ）を
図示しない画像表示装置に表示する。

このように従来のＸ線ＣＴ装置では、チャンネル間のク
ロストークロストを考慮せずに、Ｘｌｌ収係数分布ｆ（
ｘ．ｙ）を計算している。

ところで、従来のＸ線ＣＴ装置においては、Ｘ線検出器
の隣接チャンネル間の間隔であるＸ線検出器ピッチへγ
については十分な検討がなされておらず、画像分解能の
低下をもたらしている。即ちナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓ
ｔ）のサンプリング定理によると△７＝　（２　・ｆｍ
ａｘ）−’と表わせる。ｒＩｌａｘは画像の最高空間周
波数である。この関係から理解されるようにＸ線検出器
ピッチへγが大きくなるとｆｍａｘは小さくなり従って
画像の最高空間周波数が小さくなり、結果的に空間分解
能が低下する。

第１２図はこのような空間分解能の低下を改善する従来
例であるスキャンニング方式を説明する概略図である。

図において、冬チャンネル（７１）を任意の照射角度で
半ピッチだけ動かすことにより等価的にＸ線検出器ビッ
チ△γを１／２にしたデータを手得することができる。

即ち△γが大きくなったときの分解能低下を改善するこ
とができる。

但し、その場合Ｘ線検出器を移動させる操作が必要であ
り、スキャンニング時間が大幅に増加することになる。

なお、Ｘ線検出誉におけるクロストークに対処する従来
例として以下のものがあるが、後に説明するようなこの
発明によるＸ線検出謬の各チャンネル間のクロストーク
ロズトを計算アルゴリズムにより除去する機能を有した
ものはない。特開昭５７−１４４４７８ではクロストー
クロズト分を分離するための浦正回路をハード的に構成
し、特開昭５９−６５４８７では放射線検出素子の構造
をクロストークロズト分を減少させるように構成し、特
開昭６２−７４３３４では隣接素子間にクロストークロ
ズト吸収材を配置し、特開昭５９一１８３３８５では隣
接Ｘ線検出素子間にクロストークロズト防止材（反射材
）を配置し、特開昭５７−２１．１５３８，特開昭５７
−１９５４４４では計算アルゴリズムによりＸ線通過デ
ータを求め、特開昭６２−２９２１４２ではバックスパ
ッタ現象の発生を防止するものをそれぞれ示している。

また特開昭６０−１０８０３９．　６０−１８１６３８
．　６１−２９０５７３　６２６０５３９．　６２−７
０７８５．　６２−１９１９７２．　６２−２６１３４
２では散乱Ｘ線成分を除去する試みがなされている。

［発明が解決しようとする課題］従来のＸ線ＣＴ装置では値第１０図に示したようにＸ線
検出器（７）の副検出チャンネルとＸ線じゃへい体を交
圧に並べて配置したが、このように配置すると隣接チャ
ンネル間に散乱Ｘ線によるクロストークが発生し、これ
は高エネルギー線を用いた場合特に無視できなくなり、
従ってＸ線吸収係数の空間分布ｆ（ｘ．ｙ）を計算する
ためのＸ線強度Ｐ（Ｘ，θ）が真の透過Ｘ線出力を表わ
さなくなるという問題点がある。また、このクロストー
クを除去するためにＸ線じゃへい体を厚くするとチャン
ネル間のピッチが大きくなり、従って再構成画像の分解
能が低下すると共にデータ手得時間が長くなるという問
題点がある。

この発明は、このような問題点を解決するためこなされ
たもので、Ｘ線検出器のチャンネル間での散乱Ｘ線（ク
ロストーク）をアルゴリズムで除去することにより正確
な画像再構成を可能にすると共に分解能の向上、データ
取得時間の短縮を実現できるＸ線ＣＴ装置を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係るＸ　＃ｊＡ　Ｃ　Ｔ装置は、彼照射体を
透過したＸ線を検出するＸ線検出器のそれぞれの隣接チ
ャンネル間で生じるＸ線散乱によるクロストークに対し
て線形性を仮定し、各チャンネルからの検出出力を多元
一次連立方程式で表わしてこれを解くことによりクロス
トークがないとしたときのｘｉ＃１度を求め、これを対
数変換して適切なフィルタ関数をかけ、畳込み積分を行
い、これを逆投影してＸ線吸収、係数分布を求め画像再
構成に供するアルゴリズムを演算する演算手段を備尤た
ものである。

［作　用］この発明においては、チャンネル間のクロストークが太
き《でもクロストーク除去アルゴリズムにより真の値を
導くことができ、従ってより正確な再構成画像を得るこ
とができる。また、Ｘ線じゃへい体を薄くすることがで
きることから各チャンネルのピッチを小さくすることが
でき、再構成画像の、空間分解能を向上させることがで
きると共にデータ手得時間を短縮することができる。

［実施例］第１図はこの発明によるＸ線ＣＴ装置の一実施例を示す
断面図で、（１）〜（７）は第８図の従来例と同じであ
り、（９）はこの発明による画像再構１戊アルゴリズム
を演算する演算手段である。

第２図は第１図の実施例中のＸ線検出器（７）の各チャ
ンネルと対応する増幅器を強調して示した構成図で、（
ア，）〜（ア，）はＸ線検出器（７）の各チャンネル、
（８，）〜（８．）は各チャンネルに対応して設けられ
た増幅器で、それぞれ検出器出力Ｘｌｌ、Ｘｆｌ＋　　
Ｘ３１１　　Ｘ４１１　　ＸＳＩＩ　　Ｘ６１１　　Ｘ
？ｌｌ　　Ｘｌｌｌを１共給する。

第３図はＸ線検出器を更に詳細に示した断面図で、隣接
チャンネル間のＸ線散乱によるクロストクを示した図で
あり、図において（７１）〜（７１．１）はＸ線検出盟
（７）のそれぞれのチャンネル、（６Ｉ）〜（６１．１
）はこれらのチャンネル（７．）〜（７１．１）の間に
設けられ、Ｘ線散乱によるクロストークをしゃへいする
Ｘ線じゃへい体、（ｑ１）〜（Ｑ＋−＋）は被照射体（
３）から６チャン不ル（７１）〜（．７．．，）に入射
する真の透過Ｘ線、（Ｐ１）〜（Ｐ，．，”）はこれら
に対応する各チャンネルの出力としての、即ちクロスト
ークの影響を受けた実際の透過Ｘ線強度であり、図の破
線は隣接チャンネル間の散乱Ｘ線（５）を表わす。上述
したように構成されたＸ線ＣＴ装置においては、被照射
体（３）からの透過Ｘ線（４）がＸ線検出器（７）のそ
れぞれのチャンネル、例えば第２図に示した（７ｌ）〜
（７，）により検出器出力例えば、第２図のくＸ．）〜
（ｘ−１）として与えられる。

これらの出力は第１図に示した演算手段（９）によりこ
の発明の特徴をなす画像再構成アルゴリズムに従って演
算され、画像が再構成される。

第４図は上記アルゴリズムを示す流れ図であり、以下に
これを説明する。ステップ■１■〜■は第１１図の従来
例と同じであり、ステップ（ｌａ）はとして透過データ
ｌ’（Ｘ，　０　）からクロストークの無いデータｑ　
（Ｘ，θ）を作成し、ステップ（２ａ）において作成す
る。次にステップ（１ａ）におけるクロストークの無い
データｑ　（Ｘ，　０　）を作成する方法について説明
する。

第３図に示したようにＸ線検出器（７）の各チャンネル
（７υ〜（７ｔ．ｌ）〜（７ｎ）に強度（ｑ，）　〜（
ｑ．　．，）〜（ｑｎ）の透過Ｘ線が入射したとき、各
チャンネル（７．）〜（７ｌ．１）〜（７ｎ）の出力を
（Ｐ＋）〜（Ｐ＋−＋）〜（Ｐｎ）とする。チャンネル
（７１）の出力（Ｐｉ）は、これに直接入射したＸ線の
強度（ｑｉ）と他のチャンネル（７１）・・・＋　（Ｌ
−ｔ）＋（７ｔｅ＋）＋　・・・＋　（７ｎ）からの散
乱Ｘ線（５）によるクロストークの割合（ａ＝１），　
（ａ．）・・・（ａｉ−＋）＋（ａｔ．＋）＋　”　”
　’　＋　（ａｉ）との積の和の形で表わされる。これ
を全てのチャンネルからの出力について考え、行列の形
で表わすと次のようになる。

但、Ａは、である。式■から真の透過Ｘ線強度（ｑ＋），（ｑｔ）
，・・（ｑｎ）は、となる。但し、Δ゜ｌは八の逆行列である。式■からわ
かるように、真のＸ線透過強度（ｑ１），・・・（ｑｎ
）は、逆行列Ａ−１１従って行列Ａ１或いは行列八の要
素ａ，が子め実験的に求めてあれば、直ちに算出するこ
とができ、この算出した値を用い、先ノアルゴリズムを
利用すればクロストークの影響を除いた画像再構成がで
きることになる。

なお、上記の実施例においては行列八の要素ａｉＪを求
めるにはｎｘｎ個の実験値が必要となるが、Ｘ線検出器
の特性（形状も含む）が同じで、配列らＸ線検出器の間
隔を同じにすれば、Ｘ線検出器間のクロストークは隣同
志で同じとなり、また１つ飛ばしたもの同志も同じにな
る。この場合は、ａ　Ｉ””ａ　＋２＝ａｔａ＝ａｓａ＝　”　”　”　
＝ａ　ｔｎ−ｚｎａｓ＋＝ａｓ＊＝ａ＋３＝　　”　　
”　　＝ａｎ＋ｎ−＋＋ａ２ａ＋ｔ＝ａｔ＋ａ３５ ”　　’　　”　　ａ　　ｉｎ−ｔｉｎａ１１”’ａ４
ｔａ　，３＝＝　　＊　　ｅ　　。

ａ　　ｎ（ｎ−ｙ＋となり、行列Ａはと表わされることになり、従ってこの場合は（ｎ１）個
の行列要素を実験的に定めればよいことになる。また、
クロストークが小さく、従って間接検出器の間でのみそ
れを考慮すればよいとすると、ａ，＝０　となるので、
行列Ａは、？される出力（”ＩＩ）＋・・・ｒ　（ｘ■
）の間に次の関係式が成立する。

となり、従ってこの場合は行列要素ａだけを実験的に求
めればよいことになる。

次に、上記の行列要素ａｉＪを実験的に求める方法をチ
ャンネルの個数を８個として第２図により説明する。

■　先ずＸ線コリメータ（２）をしぼり、チャンネル（
７．）にのみＸ線が入射するようにする。

■　次にこの入射Ｘ線強度が単位線量になるようにし、
それぞれのチャンネル（７．）．　（７ｔ），・・・（
７ａ）からの検出器出力（Ｘ．，）．　（Ｘ２．），　
（Ｘ，ｌＩ）（Ｘ．１）．　（Ｘ−１）．　（Ｘ−，）
．　（Ｘ？．），　（Ｘ−．）を得る。

■　このとき、真のＸＩ；１出力（Ｘ，，）と実際に検
■　上式からａ　Ｉ＋””　ｌ　ｒ　　８　２１＝　Ｘ
　ｔ＋／　Ｘａ３＋＝Ｘｓ＋／　ＸＩ１＋　　”　　’
　　”２ａｅ＋＝Ｘａ＋／　Ｘとなり、行列要素が求め
られる。

同様にして、Ｘ線コリメー夕手段（２）をチャンネル（
７，）にのみＸ線が入射するように設定し、上記ステソ
プ■〜■を実施し、ａｌｔ−Ｘ　）＊／Ｘｔｔａｆ？”
”　１＋　　ａ３ｔ”Ｘ３ｔ／　Ｘｔ！＋　　”　”　
”　＋　　ａｌｌ！＝ｘｓＪｘｅｅのように行列要素が
求められる。

？下同じ戸順を他のチャンネルに対して実施し、行列Ａ
＝　（ａ＋．＋）（ｉ，　　ｊ＝８）が実験的に定めら
れることになる。

ここで、直ちにわかるように、ａ　　ｌ＞ａ，２＞ａ，３＞　１　６・〉ａａ■〈ａ■
〉ａ．〉・・・＞　ａ　ｔｓａ　，，＜　ａ　．，＜　
ａ　，３＞●・＋＞ａＳ，なる関係が成立するので、ク
ロストークが急激ζこ減衰するときは、一般にａｚ＋−
＋＋　＋ａｉ＋＋ａ＋＋＋＊＋＋の３つの行列要素を求
めればよい。

また、それぞれのチャンネルの配列が規則正しく、等ピ
ノチで推べられているときは、ａ　宏１”　　ａ　　３
ｔ”　　ａ　　４１”　　’　　−　拳　＝　ａ　８７
ミ　ａＨ３＋ｔ＝ａｔｓ°ａ，４＝＊　　”　＝ａ？ｌ
ｌミａとなり、行列要素としてはただ１つだけ（ａのみ
）求めればよい。この場合の（ａ）は次のようにして求
めることができる。

第５図に示したように、ある１つのチャンネル（例えば
（７。））にのみＸ線が入射するようにＸ線コリメー夕
手段（２）を設定し、図に示したようにｆｆｌＡ　ｆ＆
チャンネルからの検出出力（ｘ），（ｙ）を取得し、そ
の比ｙ／ｘ　　をａとすればよい。即らａ　＝　ｙ　／
　ｘ　．この場合は、の関係から真のＸ線透過強度が求められる。

以上示したようにクロストークを除去することにより本
来使うべき真のＸ線透過強度ｑ　ｉ　（ｘ，　０　）を
使用することができるようになり、従ってボケの小さな
正確な画像再構成ができることになる。

今第６図に示したような肢照射体としての密度分布を４
ＩＩＩ１ピッチのヂャンネルを配置したＸ線検出器（７
）で１°ごとにサンプリングして画像シミュレーシッン
を行うと、第７図（ａ）〜（ｄ）のようになる。これか
らわかるように（ａ）の場合に比べて（ｂ）〜（ｄ）で
はボケが大きくなっている。上記のクロストーク補正を
施すことにより（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）にようになる。

［発明の効果］この発明は、以上説明したとおり、クロストークのある
Ｘ線検出信号からクロストークのないＸ線検出信号を得
る計算アルゴリズムを演算する演算手段を設けることに
より、空間分解能の高い再構成画像が得られると共にデ
ータ収集を短時間で行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるＸ線ＣＴ装置の一実施例を示す
断面図、第２図は第１図の実施例中のＸ線検出器の各チ
ャンネルと対応する増幅器を詳細に示した構成図、第３
図は上述した実施例中のＸ線検出器を更に詳しく示した
断面図、第４図はこの発明による真の透過Ｘ線強度を算
出し、画像再構成を行うアルゴリズムの流れ図、第５図
は真のＸ線透過強度の算出に必要な行列要素を実験的に
求める場合の説明図、第６図および第７図はそれぞれこ
の発明を適用した場合の効果を例示する説明図で、第６
図は彼照射体の形状を示し、第７図は得られた結果を示
した図、第８図は従来のＸ線ＣＴ装置を示す断面図、第
９図は第８図のＸ線ＣＴ装置におけるＸ線検出器近傍の
状況を示す断面図、第ｌＯ図はＸ線検出器を更に詳しく
示した断面図、第１１図は第８図のＸｌｉｊＣ　Ｔ装置
で用いられる画像再構成アルゴリズムを示す概略流れ図
、第１２図は空間分解能の低下を改善する従来例である
スキャンニング方式を説明する概略図である。図において、（１）はＸ線源、（３）は被照射体、（６
）はＸ線じゃへい体、（７）はＸ線検出器、（９）は演
算詳手段である。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

Ｘ線源からのＸ線を被照射体に照射して得られるＸ線の
うち散乱Ｘ線をしゃへいするＸ線しゃへい体と、このＸ
線しゃへい体のＸ線照射方向前方に設けられ、前記被照
射体を透過したＸ線を検出する複数のチャンネルから成
るＸ線検出器と、このＸ線検出器のそれぞれ隣接チャン
ネル間での散乱Ｘ線によるクロストークに対し線形性を
仮定して多元１次連立方程式を立て、これを解くことに
よりクロストークがないとした時のＸ線強度を求め、こ
れを対数変換して適切なフィルタ関数をかけて畳込み積
分を行い、更に逆投影してＸ線吸収係数分布を求めるア
ルゴリズムを演算する演算手段とを備えたＸ線ＣＴ装置
。