JPH0620451B2

JPH0620451B2 - 投影データを収集する装置

Info

Publication number: JPH0620451B2
Application number: JP2163057A
Authority: JP
Inventors: カール・ロス・クロウフォード
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: CA2010136A1; JPH03103229A; US5046003A; EP0405862A1; IL94714A0

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は螺旋形走査を用いる計算機式断層写真法に関
する。更に具体的に云えば、この発明は螺旋形走査で収
集された投影データの断層写真法による再生から起る
「スキュー」偽像を減少することに関する。

この明細書で云う計算機式断層写真法は、「透過形作
像」、即ち、作像する物体を透過した放射を検出する場
合と、「放出（エミッション）形作像」、即ち、放射医
薬としての同位元素から放出される様な、作像する物体
から放出された放射を検出する場合の両方の断層写真法
を指す。また本願で用いる用語「作像平面」とは、作像
物体のスライス像（断層像）を作るために作像物体を通
るように断層写真装置自体によって定められた平面であ
る。例えば、デカルト座標系のＺ軸のまわりにＸ線源と
検出器を対向して配置してＸ線源から扇形ビームを検出
器へ向けて投射する装置では、該扇形ビームの存在する
ｘ−ｙ平面が作像平面と呼ばれる。また用語「スライス
平面」とは、作像しようとする作像物体の所望のスライ
ス（断層面）が存在する平面であり、例えば作像物体中
の所望のＺ軸位置にあるスライスが存在するｘ−ｙ平面
である。従来の作像法では、各スライスの投影データを
得るとき、その各スライス平面は装置の作像平面に、物
体を装置に対して相対的に移動させることにより一致さ
せて、例えばＸ線扇形ビームが各スライスを透過するよ
うにされる。

透過作像形の計算機式断層写真装置では、ｘ線源をコリ
メートして、定められた扇形ビーム角度を持つ扇形ビー
ムを形成する。扇形ビームは「作像平面」と呼ぶデカル
ト座標系のｘ−ｙ平面内にある様な向きにし、作像物体
の中を透過させて、作像平面内である向きに配置された
ｘ線検出器配列に達する様にする。検出器配列は検出素
子で構成されており、各々の素子がｘ線からその特定の
検出素子へ投射されたｘ線に沿った透過放射の強度を測
定する。透過放射の強度は、作像物体がそのｘ線に沿っ
てｘ線ビームをどれだけ減衰させたかに関係する。検出
素子を、扇形ビームの異なるｘ線に沿って、ｘ線源から
のｘ線を遮る様に、円弧に沿って構成することが出来
る。

ｘ線源及び検出器配列は作像平面内でガントリの上で、
作像物体の周りに回転させて、扇形ビームが作像物体と
交差する角度を変えることが出来る。ガントリの各々の
角度で、各々の検出素子からの強度信号で構成された投
影を収集する。その後、ガントリを新しい角度に回転
し、この過程を繰返して、多数のガントリ角度に沿った
多数の投影を集め、１組の断層写真投影を形成する。

収集された各組の断層写真投影は、公知の再生アルゴリ
ズムに従ってスライス像を「再生」する為の計算機処理
の為、数値の形で記憶するのが典型的である。再生され
た断層写真像は普通ＣＲＴ管で表示してもよいし、或い
は計算機制御のカメラによってフィルムの記録に変換し
てもよい。

所謂「第４世代」透過形断層写真装置では、検出器配列
は固定のまゝで、１８０゜に扇形ビームの角度を加えた
角度或いは更に大きな円弧を見込む様に、作像物体の周
りに円弧状に拡張してある。こう云う装置では、１組の
断層写真投影を収集するのに、ｘ線源だけを回転する。

放出形計算機式断層写真法も同様に実施することが出来
る。簡単に云うと、１組の検出器をやはり作像平面内で
ある作像物体の周りに回転させる。検出器が外部のｘ線
源からの放射を受取るのではなく、物体自体の中にある
放射性同位元素からの放射を受取る。検出器が受取った
放射が、作像する物体中の放射性の源の相対的な濃度を
表わす。検出器配列は、全て作像平面内で行なわれる
が、作像物体に対する相異なる角度にその位置が移動し
た時の異なる投影を受取る。

放出形でも透過形でも、計算機式断層写真法では、検出
器配列は円弧状ではなく直線であってもよい。断層写真
装置の内、ｘ線源であっても検出器であっても或いはそ
の両方であっても、回転する部分をガントリと呼ぶ。

典型的な計算機式断層写真法の検査では、作像物体の一
連のスライスを作像する。夫々のスライスはｚ軸に沿っ
て増分的に変位している。このｚ軸はｘ線及びｙ軸に対
して垂直であり、こうして情報の３番目の空間的な次元
となる。放射線技師は、ｚ軸に沿った位置の順序にスラ
イス像を観察することによって、この３番目の次元を目
のあたりにすることが出来るし、或いは１組の再生スラ
イスを構成する数値データを計算機プログラムで編集し
て、３次元に於ける作像物体の陰影つきの透視図を作る
ことが出来る。

計算機式断層写真法の分解能が高まるにつれて、ｚ軸の
次元により多くのスライスが要求される。必要とするス
ライスの数と共に、断層写真検査の時間と費用が増加す
る。更に、走査時間が長くなると、断層写真再生の忠実
度を保つ為に、殆んど動かない状態でいなければならな
い患者の苦痛も増える。その為、一連のスライスを求め
るのに必要な時間を短縮することにかなりの関心が集ま
っている。

一連のスライスに対するデータを収集するのに要する時
間は４つの因子、即ち、イ）ガントリを走査速度まで加
速するのに要する時間、ロ）完全な１組の断層写真投影
を求めるのに要する時間、ハ）ガントリを減速するのに
要する時間、及びニ）次のスライスの為に、患者をｚ軸
方向で位置を変えるのに要する時間に関係する。完全な
一連のスライスを求めるのに要する時間を短縮すること
は、これらの４つの工程の何れかを完了するのに要する
時間を短縮することによって達成し得る。

ガントリの加速及び減速に要する時間は、電力及び電気
信号をガントリに伝える為に、テーブルではなくスリッ
プリングを使う断層写真装置では、避けることが出来
る。スリップリングはガントリを連続的に回転させるこ
とが出来る。その為、特に断わらない限り、こゝで説明
する装置はスリップリング等を備えていて、ガントリが
連続的に回転出来るものと承知されたい。

１組の断層写真データを収集するのに要する時間を短縮
するのは更に困難である。今日のＣＴスキャナは、１つ
のスライスに対する１組の投影を収集するのに２秒程度
を必要とする。この走査時間は、ガントリを一層高い速
度で回転させることによって短縮することが出来るが、
ガントリ速度を高くすると、一般的に収集されたデータ
の信号対雑音比は、回転速度の増加の平方根分だけ低下
する。これは、ｘ線管の放射出力を強めることによっ
て、透過形断層写真装置ではある程度解決することが出
来るが、こう云う装置のエネルギ限界がある。

患者の位置を変える時間の短縮は、ガントリの絶えざる
回転と同期して、患者をｚ軸方向に並進することによっ
て達成し得る。ガントリの回転並びに投影データの収集
の間、ｚ線に沿って絶えず患者を並進させる組合せが
「螺旋形走査」と呼ばれ、作像物体上の基準点に対する
ガントリ上の１点の見かけの通路を表わす。この明細書
で云う「螺旋形走査」は、断層写真作像データの収集の
間、患者又は作像物体の連続的な並進を使う場合を全般
的に指し、「ｚ線方向の一定の走査」と云う言葉は、収
集期間の間、患者又は作像物体の並進をせずに、１組の
断層写真データを収集することを指す。

第２図及び第３図には、ｚ軸方向の一定の走査及び螺旋
形走査の場合のガントリの動きが夫々示されている。両
方の図の縦軸は断層写真装置の作像平面に対する作像物
体の相対的なｚ軸位置を示し、両方の図の横軸はガント
リの回転角度θを示す。ガントリの一定の回転速度で
は、横軸が時間をも表わすことが理解されよう。

第２図について説明すると、これはｚ軸方向の一定の走
査の場合であるが、夫々１組の断層写真投影は３６０゜
にわたって収集することが出来、従って、各々の図表の
横軸には、隣合った組の断層写真データの３６０゜の期
間の初めと終りを示す印が書込まれている。各々の図表
の実線は作像平面に対する作像物体の相対位置を示し、
走査通路と記してある。図示の様に、１組の投影を収集
する時、作像平面が作像物体に対して定められたスライ
ス平面と整合する様に、作像物体は不動のまゝである。
あるスライス平面に対する１組の断層写真投影を収集し
た後、位置変更期間の間、作像物体を次のスライス平面
へ移動する。

これは第３図に示した螺旋形走査通路の場合と異なる。
この場合には、作像平面に対する作像物体のｚ軸位置
は、各組の断層写真投影を収集する間、一定の速度を有
する。従って、走査通路は勾配を持つ線である。この螺
旋形走査の走査通路の勾配を走査ピッチと呼ぶ。

走査中の作像物体の連続的な並進は、所定数のスライス
を収集するのに要する合計走査時間を短縮する。然し、
第３図に示す様な螺旋形走査は、収集された各組の投影
のデータにある誤差を持込む。断層写真再生の数学的な
計算では、第３図のスライス平面を表わす水平線で示す
様に、１組の断層写真投影はｚ軸方向の一定のスライス
平面に沿って収集されると仮定している。第３図の螺旋
形走査通路は明らかにこの一定のｚ軸方向のスライス平
面の水平線からずれている。

第４図には、ガントリのθの動きの周期性を強調する様
に、３６０゜より大きいθの値を０から３６０゜までの
対応するθの値に写像することにより、第３図の螺旋形
通路の図が修正されて示されている。この表示を「重
畳」走査通路表示と呼ぶ。

螺旋走査通路がスライス平面からずれる結果、再生され
た断層写真像に偽像（アーチファクト）が生ずる。偽像
の著しさは、一般的に「螺旋のずれ」に関係する。これ
は走査データの引数ｚと所望のスライス平面のｚ軸の値
との間の差として示され、第４図に書込んである。所定
の走査通路の螺旋のずれと云う誤差は、θの値に関係
し、これを第４図ではθ＝θ′の場合に示してある。螺
旋形走査によって起る誤差を「スキュー」誤差と呼ぶ。

螺旋形走査に於けるスキュー誤差を少なくする為の幾つ
かの方法が使われている。１９８６年１２月１６日に付
与された米国特許第４，６３０，２０２号に記載された
第１の方式は螺旋形走査のピッチを減少し、その後相次
ぐ３６０゜にわたる各組の断層写真投影の投影データを
平均する。その効果は、ｚ軸に沿って一層大きな幅を持
つと共に、ｚ軸に沿って一層ゆっくりと移動する、即ち
一層小さい螺旋形ピッチを持つ検出器配列を使うことに
相当する。この方法を使うと、スキュー誤差は減少する
が、螺旋形ピッチを小さくすることによって必要とされ
る為、余分の走査時間を必要とすると云う犠牲を払わな
ければならない。この為、この方法は、螺旋形走査によ
って得られた利点をある程度減ずるものである。

１組の断層写真投影の両端に於けるスキュー誤差は、こ
の方式と合せて、相次ぐ３６０゜にわたる各組の断層写
真投影の最後と最初の投影の重みを「平均化」過程で変
更して、スライス平面に最も近い投影により大きな重み
を与えることによって、減少することが出来る。

１９８８年１２月６日に付与された米国特許第４，７８
９，９２９号に記載される第２の方式も、相次ぐ３６０
゜にわたる組合される各組の断層写真投影の夫々の投影
に重みを加えるものであるが、その加重は所定のθに於
ける各々の投影の螺旋のずれの関数である。この補間方
式は、一般的にスキュー偽像を減少するが、作像物体の
密度がｚ方向に沿って急速に変化する場合、誤差を生じ
がちである。

発明の要約この発明は１組の断層写真投影を収集する間、作像物体
の並進速度を変えることにより、スキュー誤差を減少す
る方法に関する。作像物体に対して所定の位置にあるス
ライス平面を決定し、作像物体をｚ軸に沿って並進させ
て、スライス平面が作像平面を通り越す様にする。１組
の断層写真投影を収集する。この期間の間、作像物体の
並進速度が、スライス平面が作像平面と交差する前の期
間の間は、減少し、スライス平面が作像平面と交差した
後の期間の間は増加する様に、テーブルの運動を変え
る。

この発明の１つの目的は、螺旋形走査に於けるスキュー
誤差を減少することである。物体の運動が一様でないこ
とにより、夫々１組の断層写真投影で収集される投影
は、ｚ軸に沿ってスライス平面に接近した位置に集中す
る。収集される投影の位置とスライス平面の間の平均距
離を減少することにより、スキューによるアーチファク
トが減少する。

断層写真投影の収集を開始するタイミングが、テーブル
の運動に対して調整されて、スライス平面から距離が最
大である投影は、断層写真投影の収集の初めと終りに収
集される様にする。この様な位置にすることにより、そ
の結果得られる像に於けるスキュー誤差の影響が更に減
少する。この発明の別の目的は、螺旋形走査によって得
られる夫々１組の断層写真投影の改善された収集時間を
維持することである。テーブルの運動が変化することに
より、ガントリの回転を連続的にしたまゝ、投影の収集
を連続的に行なうことが出来る。平均速度は普通の螺旋
形走査で使われるのと同じ値に保つことが出来、従っ
て、走査時間を長くする必要はない。

夫々１組の断層写真投影の投影データが、各投影のｚ軸
位置に沿って記憶される。その後、相次ぐ投影の組の間
を補間して、スキュー誤差を更に減少することが出来
る。

作像物体に対する加速力を容易に制限することが出来る
のがこの発明の一面である。１実施例では、作像物体の
速度は時間に対して線形に変え、従って加速度は一定で
ある。２番目の実施例では、作像物体の速度は時間に対
して正弦状に変える。両方の場合、作像物体のピーク加
速度、従って作像物体にかゝる力は予定の値に制限する
ことが出来る。

この発明の上記の並びにその他の目的及び利点は、以下
の説明から明らかになろう。この説明は、この発明の好
ましい実施例を示す図面について行なう。然し、この実
施例は必ずしもこの発明の範囲全体を表わすものではな
く、この発明の範囲の解釈にあたっては特許請求の範囲
を参照されたい。

好ましい実施例の詳しい説明第１図について説明すると、「第３世代」ＣＴスキャナ
を表わすＣＴガントリ１６が、ｘ線源１０を含み、これ
は作像物体１２を介して検出器配列１８へｘ線の扇形ビ
ーム２４を投射する様な向きになっている。検出器配列
１８は多数の検出素子２６で構成されており、これらの
検出素子が一緒になって、作像物体１２すなわちそのス
ライス２２をｘ線が透過したことによって得られる投影
像、又は放出形断層写真法の場合は、作像物体１２内に
ある放射性医薬としての同位元素から放出された放射を
検出する。扇形ビーム２４の一番中心のｘ線から測定し
た角度φが、扇形ビーム２４の各々のｘ線２１並びにそ
れに関連する検出器２６を表わすことが出来る。

作像物体１２に対するガントリ１６の角度位置θは、扇
形ビームの最も中心のｘ線２０が垂直方向で下向きであ
る時を任意にゼロとして基準とする。ガントリ１６は後
で説明するスリップリング５０（第５図に示す）を持っ
ており、これは限られた数のガントリの回転の後、ガン
トリ１６を停止してその方向を反転することを必要とせ
ずに、ガントリを連続的に回転させることが出来る。作
像物体１２はテーブル１４に乗っており、このテーブル
は放射に対して透明であって、作像過程に干渉しない。
テーブル１４は、その上面がｚ軸に沿って並進して、作
像物体１２を扇形ビーム２４が掃引する作像平面を横切
る様に制御することが出来る。

次に第５図について説明すると、この発明に使うのに適
したＣＴ作像装置の制御装置はガントリに関連した制御
モジュール４８を持ち、これはｘ線源１０に対する電力
及びタイミング信号を供給するｘ線制御装置５４、ガン
トリ１６の回転速度と位置を制御すると共に、ガントリ
の位置に関する情報をコンピュータ６０に供給するガン
トリ・モータ制御器５６と、検出器配列１８からの標本
化されてディジタル化された信号をデータ収集装置６２
を介して受取って、公知の方法に従って高速で像の再生
を行なう像再生器６８とを含む。この各々は、作像物体
１６上にある関連する素子にスリップリング５０を介し
て接続することが出来、コンピュータ６０をガントリの
種々の機能に対してインターフェース接続するのに役立
つ。

ｚ軸に沿ったテーブル１４の速度と位置が、テープ・モ
ータ制御器５２によってコンピュータ６０に伝達される
と共に、コンピュータ６０によって制御される。コンピ
ュータ６０がオペレータ・コンソール６４を介して指令
及び走査パラメータを受取る。このコンソールは一般的
にはＣＲＴ表示装置及びキーボードであり、オペレータ
が走査に対するパラメータを入力すると共に、再生像並
びにコンピュータ６０からその他の情報を表示すること
が出来る様にする。大量記憶装置６６が、オペレータが
将来参照する為の像データと共に、ＣＴ作像装置の動作
プログラムを記憶する手段になる。

スライス像を発生する為には、１組の断層写真投影を収
集しなければならない。前に述べた様に、１組の断層写
真投影は、ガントリの３６０゜の回転にわたって収集し
た投影で構成することが好ましい。各々の投影が、多数
の検出素子２６からのｘ線強度データを持っており、放
射強度測定値Ｉ（θ_ｉ，φ_ｊ）のマトリクスとして記憶
される。こゝでｉは１組の断層投影内の投影番号を表わ
す指数であり、ｊは所定の投影内の検出素子を表わす指
数である。Ｄを検出素子の総数として、１＜ｊ＜Ｄであ
る。作像平面に対する作像物体１２のｚ軸位置の値を変
数ｚ（θ_ｉ，φ_ｊ）に記憶する。

以下の説明の便宜上、ガントリの運動は一定の角速度ω
であって、１組の断層写真投影の各々の投影が時間的に
等間隔であると仮定する。然し、これから述べる実施例
をガントリの一定速度でない運動並びに時間的に等間隔
でない投影の収集の場合にも使える様に、容易に変更す
ることが出来ることは当業者に明らかであろう。

第６（ａ）図では、スライス平面“ｎ”の前後のｚ軸位
置に対する断層写真投影の組“ｎ”を収集している。こ
の投影の組“ｎ”は、収集する一連の内の断層写真投影
の最初の組でもないし、最後の組でもない。最初と最後
の断層写真投影の組は違う形で収集し、これは後で別に
説明する。

第１の実施例では、第６（ａ）図の走査通路の勾配で示
す様に、断層写真投影の組“ｎ”の初めの方の投影の
時、テーブル速度を下げて、作像平面をスライス平面
“ｎ”と一致させる。１組の断層写真投影の中央の投影
の収集に対応するガントリ角度では、テーブル１４の速
度はその最低点まで減少してあり、投影データをスライ
ス平面“ｎ”に近いｚ軸位置に集中する。この１組の断
層写真投影の収集の終り頃、テーブル速度を高めて、次
のスライス平面“ｎ＋１”を速やかに作像平面と一致さ
せる。

断層写真投影の組の中での投影番号とテーブルの運動ｚ
との間の関数関係がどんなものであるかは、テーブル１
４の加速曲線を見れば最もよく判る。第６（ｃ）図のグ
ラフに示す様に、テーブル１４の加速度は０，＋ａ_ｍ及
び−ａ_ｍと云う３つの値の間で変化する。ａ_ｍの大きさ
は、作像物体１２に加えても差支えのない最大の加速度
による力を考慮して決定される。患者の場合、この最大
の力は、患者の快適さ並びにテーブル１４に対する患者
の動きを少なくしたいと云う希望と、患者の走査を速や
かにしたいと云う目的との釣合いによって決定される。
前に述べた様に、走査を速くすれば、患者が動きなしで
いなければならない時間が短縮する点で、患者にとって
も快適であると云う効果がある。

負の加速度−ａ_ｍは、１組の断層写真投影の収集の初め
の時間ΔＴの間、テーブル１４加える。投影の組が完了
する前の時間ΔＴの時、正の加速度＋ａ_ｍをテーブル１
４に加える。時間ΔＴは次の様に決定することが出来
る。

こゝでＤはスライス平面の間の距離である。

第６（ｂ）図について説明すると、交互に一定の加速度
の間で変わる時のテーブルの速度により、速度のグラフ
は、各々の投影の組の初めと終りを中心とする三角形に
なる。τを３６０゜の１組の断層写真投影を収集するの
に要する時間として、テーブルの平均速度はＤ／τに保
つ。第６（ａ）図に戻って説明すると、各々のスライス
平面の位置が作像平面に接近している時間が長くなって
いる。この為、螺旋のずれの平均誤差が減少する。

コンピュータのシミュレーションによると、作像平面が
走査平面から一番遠い時の投影を、１組の断層写真投影
の初め又は終りに収集すると、スキュー誤差による偽像
が更に減少することが判った。従って、ガントリ１６及
びテーブル１４は、１組の断層写真投影の中央の投影を
収集する時刻に、作像平面がスライス平面と交差する様
に予め位置ぎめする。

第２の実施例では、第７（ａ）図の走査通路の勾配で示
す様に、テーブル速度はやはり断層写真投影の組“ｎ”
の収集の初めに下げ、この断層写真投影の組の終りに増
加する。１組の断層写真投影内での投影の番号とテーブ
ル位置ｚの間の関数関係は、第７（ｃ）図に示すテーブ
ル１４の加速度を見れば、最もよく理解されよう。テー
ブル１４の加速度は、τを３６０゜にわたる断層写真の
組を収集するのに要する時間として、１／τに等しい周
波数で＋ａ_ｍ及び−ａ_ｍの間を正弦状に変化し、この周
波数はωをガントリ１６の角速度として２π／ωであ
る。ａ_ｍの大きさはＤ／τである。即ち、スライス平面
内での距離Ｄを３６０゜にわたる断層写真投影の組を収
集するのに要する収集で除したものであるが、必要であ
れば、作像物体１２に対して許容し得る加速度による最
大の力によって制限される。この実施例では、ａ_ｍの値
は前の実施例の場合より幾分高くすることが出来る。こ
れは、これから説明する様に、患者及びテーブルの調和
振動が減少する為である。

第７（ｂ）図は、第７（ｃ）図に示した加速度による正
弦状速度であるが、これがＤ／τに等しい一定速度成分
に重畳されている。この平均速度は、１組の断層写真投
影を収集するのに要する時間内に、あるスライス平面か
ら別のスライス平面へ移動するのに必要とするものであ
る。従って、テーブル１４の速度へ２Ｄ／τと０の間で
変化する。Ｄ／τは普通の螺旋形走査に於けるテーブル
の速度であり、従ってこの発明のこの実施例もこの発明
の前の実施例も、一定のテーブル運動を用いた螺旋形走
査に要する時間よりも、合計走査時間は増加しないこと
に注意されたい。

第７（ａ）図に戻って説明すると、作像平面の位置がス
ライス平面の近くにある合計時間が長くなり、これによ
って螺旋のずれゐよる誤差が減少する。前の実施例の場
合と同じく、作像平面がスライス平面から最も遠い時の
投影を、１組の断層写真投影の初めと終りに収集するこ
とにより、この誤差が更に減少する。ガントリ１６及び
テーブル１４は、１組の断層写真投影の中央の投影を収
集する間、作像平面がスライス平面と交差する様に予め
位置ぎめする。

再び第７（ｃ）図について説明すると、作像物体１２に
作用する加速度、従って作像物体１２が感ずる力は１種
類の周波数１／τである。作像物体１２及びテーブル１
４に於けるω以外の周波数での具体的な共振が励振され
なければ、テーブル１４にこの様な駆動関数を使うのは
有利であることがある。

逐次的に収集される一連の断層写真投影の組の間に集め
られたデータを補間して、スライス平面上のデータの更
に正確な表示を作ると共に、スキュー誤差を更に減少す
ることが出来る。第８（ａ）図及び第８（ｂ）図につい
て全体的に説明すると、この補間過程の最初の工程は、
所望のスライス平面のｚ軸の値ｚ_ｓｐを確認することで
ある。スライス平面は、作像物体１２内にある関心のあ
る内部構造の大体の位置に基づいて、ＣＴオペレータに
よって決定され、作像物体１２に対する位置が固定であ
る。第８（ａ）図は、第１の実施例の走査通路を示して
おり、θの値を重畳してあり、スライス平面ｚ_ｓｐは破
線の水平の線で示してある。

２点の１次補間は、各々の投影角度θ′（図面に示して
ない）に対し、θ′から３６０゜の整数倍だけ異なる引
数θに対するスライス平面ｚ_ｓｐに最も近い断層写真投
影の組を決定することによって行なうことが出来る。第
８（ａ）図に示すスライス平面ｚ_ｓｐでは、断層写真投
影の組２次及び３が投影角度θ_ｅ並びにそれ以下に対し
て最も近く、投影の組１及び２が、投影角度θ_ｅ及びそ
れより大きな値に対しては、走査平面ｚ_ｓｐに最も近
い。

前に述べた様に、断層写真投影の各組の各々の投影は、
ガントリ１６の特定の位置に於ける１個の検出素子２６
の信号の値である要素Ｉで構成される。投影の組１にあ
る各々の要素Ｉ_１並びに投影の組２にある要素Ｉ_２に対
し、Ｉ_１及びＩ_２の値を次の式に従って組合せて、新し
い投影の組Ｉ_ｉｎｔを作る。

Ｉ_ｉｎｔ＝ｗＩ_１＋（１−ｗ）Ｉ_２（２）こゝでｗは０と１の間の値を持つ加重関数であり、スラ
イス平面ｚ_ｓｐからの収集した時の距離に従ってＩ_１及
びＩ_２に加重する。例えば、ｚ_１にあるデータ要素Ｉ_１
（θ_ｉ１，φ_ｊ）及びＩ_２（θ_ｉ２，φ_ｊ）（ｎ＝１，
２，３……としてθＩ_ｉ２（ｎ・３６０゜）＋θ_ｉ１）
の間の２点の１次補間ではＩ_３（θ_ｉ３，φ_ｊ）＝Ｉ_１（θ_ｉ１，φ_ｊ）（ｚ_ｓｐ−ｚ_２）／（ｚ_１−ｚ_２）＋Ｉ_２（θ_ｉ２，φ_ｊ）（ｚ_１−ｚ_ｓｐ）／（ｚ_１−ｚ_２）（３）第８（ｂ）図には、２点の１次補間がグラフでされてい
る。点Ａ及びＢの位置は、任意のφに対し、ｚ軸に沿っ
た強度値によって示されている。補間過程により、ｚ
_ｓｐで実際にその投影が収集された場合に得られるＣの
実際の強度値からずれた作像平面ｚ_ｓｐの点Ｃ′が生ず
る。点Ｃは作像物体１２の実際の強度値７０のグラフ上
にある。Ｃ′及びＣの間の強度の差が、１次補間の後に
残る螺旋のずれの誤差である。一般的に、この発明の一
様でないテーブルの運動によって達成される様に、ｚ_１
及びｚ_２の値がｚ_ｓｐに近付けば、残る螺旋のずれの誤
差は更に減少する。

当業者であれば、螺旋形に収集された前の並びに後の断
層写真投影の組からの追加の点を用いた更に高次の補間
方法を使って、２つ又は更に多くの点を用いた多項式補
間を含めて、点Ｃの値を決定することが出来ることが理
解されよう。

補間が完了したら、補間したデータ組Ｉ_３（θ_ｉ３，φ
_ｊ）は、公知のフィルタ補正逆投影の様な再生アルゴリ
ズムに従って再生することが出来る。

何れの実施例でも、一連のスライス（図面に示してな
い）に対する最初及び最後の断層写真投影の組は取扱い
が異なる。最初の投影の組では、スライス平面は作像平
面に予め位置ぎめされ、ガントリの３６０゜全体の運動
の間、その位置に保つ。最後の投影の組では、一旦スラ
イス平面を作像平面と一致させたら、テーブルの運動を
停止し、もう一度３６０゜全体にわたる投影データを収
集する。この様に最初及び最後の投影の組の取扱いが異
なる理由は、投影データが収集されないスライス平面へ
又はそこからテーブルを前進させる理由がないからであ
る。

以上の説明から、上に述べた補間工程を用いないと、ス
キュー誤差の減少が小さくなることが理解されよう。補
間を使わない場合、最初及び最後の投影の組は、作像物
体が最初又は最後のスライス平面へ又はそこから移動す
る間に求めるものも含めて、３６０゜の全体の投影デー
タに制限することが出来る。

前に述べた様に、一般的に補間の誤差は、螺旋のずれの
誤差が補正されるのに比例して変化する。螺旋のずれの
誤差の合計距離、即ち走査通路とスライス平面の間の合
計距離の減少により、補間誤差が減少する。断層写真投
影の組全体にわたって螺旋のずれの誤差全体が減少する
ことは、上に述べた様なテーブルの並進を可変速度にす
ることによって実現することが出来る。

この発明の範囲内で可能な好ましい実施例のいろいろな
変更が当業者には考えられよう。例えば、補間を行なう
のに使われる投影は、スライス平面の両側である必要は
なく、補外過程を用いてもよい。更に、断層写真投影デ
ータからの像の再生は、大抵の再生アルゴリズムが本質
的に１次操作であるから、補間過程の前に行なうことが
出来る。更に前に述べた様に、一定ではないガントリの
回転及び周期的ではない投影の収集時刻をこの発明と組
合せ、実施例のテーブルの運動にも適当な変更を加える
ことも、当業者に容易に考えられよう。更に、この発明
は「半走査（ハーフスキャン）」及び「不足走査（アン
ダースキャン）」を含めた他の作像方式と組合せること
が出来る。不足走査は、１９８６年４月１日に付与され
た米国特許第４，５８０，２９１号に記載されている。
半走査方式は、インターナル・ワークショップ・オン・
フィジックス・アンド・エンジニアリング・イン・メデ
ィカル・イメージング誌１９８２年第１９９頁所載の
「扇形ビームＣＴに於ける短い走査の畳込み積分再生の
最適化」に記載されている。両方の方式は、走査の初め
と終りに収集された投影データに減少した加重係数を用
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に使うのに適したＣＴガントリ、テー
ブル及び作像物体を示す図で、それに関連する相対的な
角度及び軸線をも示す斜視図、第２図は一定ｚ軸走査を
用いた第１図の装置の走査通路を示すグラフ、第３図は
螺旋形走査を用いた第１図の装置の走査通路を示すグラ
フ、第４図は３６０゜の整数倍だけ変位したθの値を重
畳する様に第３図を修正したもので、螺旋のずれの誤差
を示しているグラフ、第５図はこの発明を実施するのに
役立つ、第１図の装置のＣＴ制御装置のブロック図、第
６（ａ）図はこの発明の第１の実施例よる螺旋形走査断
層写真装置の走査通路を示すグラフ、第６（ｂ）図は第
６（ａ）図の走査通路になる様な作像平面と作像物体の
間の相対的な速度を示すグラフ、第６（ｃ）図は第６
（ａ）図の走査通路になる様な作像平面と作像物体の間
の相対的な加速度を示すグラフ、第７（ａ）図はこの発
明の第２の実施例による螺旋形走査断層写真装置の走査
通路を示すグラフ、第７（ｂ）図は第７（ａ）図の走査
通路になる様な作像平面と作像物体の間の相対的な速度
を示すグラフ、第７（ｃ）図は第７（ａ）図の走査通路
になる様な作像平面と作像物体の相対的な加速度を示す
グラフである。第８（ａ）図は３６０゜の整数倍だけず
れたθの値を重畳する様に第６（ａ）図のものを修正し
たグラフであり、補間の為、隣接した断層写真投影の組
からの投影を選ぶことを示している。第８（ｂ）図は第
８（ａ）図に示した投影の１つの検出素子に関連する強
度値を示すグラフである。［主な符号の説明］１０：Ｘ線源、１２：物体、１４：テーブル、１６：ガントリ、１８：検出器配列。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｚ軸の周りの複数個の角度で作像平面内に
ある作像物体の一連の投影を収集する手段、及び作像平
面に対して作像物体を前記ｚ軸に沿って並進させるテー
ブルを有する断層写真作像装置で投影データを収集する
装置に於て、作像物体に対して所定の位置にあるスライ
ス平面を決定する手段と、前記テーブルをｚ軸に沿って
並進させてスライス平面を作像平面を通るように移動す
る手段と、作像物体の複数個の投影で構成される１組の
断層写真投影を収集する手段と、スライス平面が作像平
面と交差するより前の、前記１組の断層写真投影を収集
する第１の期間の間、作像物体の並進速度を減少すると
共に、スライス平面が作像平面と交差した後の、前記１
組の断層写真投影を収集する第２の期間の間、作像物体
の並進速度を増加する手段とを含む装置。
【請求項２】前記１組の断層写真投影を収集する間、該
１組の断層写真投影の内の半分の投影を収集した時、ス
ライス平面が作像平面と交差する様に、前記１組の断層
写真投影を収集する間、作像物体の位置を調整する手段
を含む請求項１記載の装置。
【請求項３】並進速度を、前記第１の期間の間は時間に
対して線形に減少し、第２の期間の間は時間に対して線
形に増加する請求項１記載の装置。
【請求項４】並進速度を前記１組の断層写真投影の初め
の投影の間は、時間に対して線形に減少し、前記１組の
断層写真投影の終りの投影に対しては、時間に対して線
形に増加する請求項１記載の装置。
【請求項５】並進速度が一定の平均速度を中心として正
弦状に変化し、該正弦状の変化の周期が１組の投影を収
集するのに要する時間に等しい請求項１記載の装置。
【請求項６】Ｄをスライス相互間の距離、τを１つのス
ライスについて１組の投影を収集するのに要する時間、
ｖ＝Ｄ／τとして、並進速度がゼロと２ｖの間を正弦状
に変化し、並進速度の変化の周波数が１／τに等しく、
前記１組の断層写真投影の内の半分の投影を収集した
時、速度がゼロである請求項５記載の装置。
【請求項７】ｚ軸の周りに回転自在であって、作像平面
に沿った放射を受取る検出器と、ｚ軸に沿って作像物体
を並進させるテーブルとを有する断層写真作像装置で投
影強度データＩ（θ_ｉ，φ_ｊ）を収集する装置に於て、
作像物体に対してｚ座標値ｚ_ｓｐの位置にあるスライス
平面を決定する手段と、ｚ軸に沿ってテーブルを並進さ
せてスライス平面を作像平面を通る様に移動する手段
と、作像物体の強度データＩ_１（θ_ｉ１，φ_ｊ）で構成
された第１組のｚ座標値に於ける第１組の断層写真投影
を収集する手段と、スライス平面が作像平面と交差する
前の、前記１組の断層写真投影を収集する第１の期間の
間、作像物体の並進速度を減少すると共に、スライス平
面が作像平面と交差した後の、前記１組の断層写真投影
を収集する第２の期間の間、作像物体の並進速度を増加
する手段と、作像物体の強度データＩ_２（θ_ｉ２，
φ_ｊ）で構成された第２組のｚ座標値に於ける第２組の
断層写真投影を収集する手段と、θ_ｉ１及びφ_ｉ２が３
６０゜の整数倍だけ異なるものとして、Ｉ_１（θ_ｉ１，
φ_ｊ）及びＩ_２（θ_ｉ２，φ_ｊ）からｚ座標に対して強
度データの１組の断層写真投影Ｉ_３（θ_ｉ３，φ_ｊ）を
補間する手段と、１組の断層写真投影Ｉ_３を再生して断
層写真投影を発生する手段とを含む装置。