JP4662047B2

JP4662047B2 - コンピュータ断層撮影方法

Info

Publication number: JP4662047B2
Application number: JP2005308872A
Authority: JP
Inventors: 武人岸; 修平大西
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-10-24
Also published as: JP2007114164A

Description

本発明は、コーンビーム状の放射線を用いて被写体の３次元像を得るコンピュータ断層撮影方法に関し、更に詳しくは、ヘリカルスキャンにより被写体の放射線透過データを採取する方式のコンピュータ断層撮影方法に関する。

断層撮影方法として、従来、コンベンショナルスキャン方式とヘリカルスキャン方式が知られている。コンベンショナルスキャン方式は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の対と被写体とを、放射線源と放射線検出器の中心を結ぶ直線に対して直交する回転軸の回りに、単純に相対的に回転させつつ放射線透過データを採取する方式である。

一方、ヘリカルスキャン方式は、上記の回転と同期して、放射線源と放射線検出器の対と被写体とを、回転軸に沿う方向に相対移動させつつ放射線透過データを採取する方式であって、例えば放射線源と放射線検出器の対を回転並びに回転軸方向に移動させる場合には、これらは螺旋状の軌跡を描くことからこのような名称が付与されている（例えば特許文献１参照）。

このようなヘリカルスキャン方式においては、図５に回転軸中心軸Ｒの方向に沿って見た模式的な配置図を示すように、放射線源Ｓと放射線検出器Ｄの受光面の中心とを結ぶ線Ｌ上に、これらの対もしくは被写体の回転中心軸Ｒを位置させた状態でスキャンする。その際、ＣＴ撮影可能な領域は図中Ｃで示される範囲となり、被写体はこの範囲内に配置しなければならない。

また、ヘリカルスキャン方式においては、図６に示すように、放射線検出器Ｄの回転中心軸Ｒ方向への有効幅両端と放射線源Ｓとをそれぞれ結ぶ線をＥ１およびＥ２とし、相対回転が１回転する前の放射線源Ｓ位置をＡ，１回転後の位置をＢとしたとき、１回転する前の上側の線Ｅ１と、１回転した後の線Ｅ２とが交差する点Ｐが、被写体Ｗよりも放射線源Ｓ側に位置することが必要であり、ヘリカルピッチΔはこの条件を満足するように設定される。そして、この条件と、上記した回転中心軸Ｒと放射線源Ｓ並びに放射線検出器Ｄの位置関係を満たすことにより、被写体Ｗの３次元像を構築するのに必要な放射線透過データを得ることができる。
特開２００４−８９７２０号公報

ところで、以上のようなヘリカルスキャン方式によれば、放射線検出器の大きさに比して回転中心軸方向への撮影可能領域が大幅に拡張され、特に人体等の一軸方向に長い被写体の３次元像を得るのに極めて有利である。

しかしながら、回転中心軸に直交する方向へは、放射線検出器の有効幅により撮影可能領域が制限を受けるという問題がある。このような回転中心軸に直交する方向への撮影可能領域の拡張は、コンベンショナルスキャンにおいては、オフセットスキャン方式として知られている。

オフセットスキャン方式は、図７に回転中心軸Ｒに沿って見た模式図を示すように、回転中心軸Ｒを放射線検出器Ｄの視野内に置くものの、放射線源Ｓと放射線検出器Ｄの受光面の中心とを結ぶ線Ｌに対して、回転中心軸Ｒを逸脱させた位置に配置する撮影方式であって、線Ｌに対する回転中心軸Ｒの逸脱量をＹとすると、撮影可能領域Ｃの直径は、回転中心軸Ｒを線Ｌ上に位置させるノーマルスキャン方式に比して、２Ｙだけ大きくなり、ノーマルスキャンとの比較において、回転中心軸Ｒに直交する方向への放射線検出器Ｄの有効幅が同じであったとしても、撮影可能領域を拡張することができる。

ところが、このようなオフセットスキャンとヘリカルスャキンを組み合わせると、被写体の３次元像を構築するための放射線透過データが不足するために、このような撮影方式は実現されておらず、結局、ヘリカルスキャン方式は、前記したように回転中心軸方向への撮影可能領域は拡張するものの、それに直交する方向への視野は放射線検出器の同方向への有効幅により制限を受ける。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、回転中心軸方向およびそれに直交する方向の双方に撮影可能領域を拡張することのできるコンピュータ断層撮影方法の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のコンピュータ断層撮影方法は、コーンビーム状の放射線を発生する放射線源と、２次元放射線検出器を互いに対向配置するとともに、放射線源と放射線検出器の対と被写体とを、放射線光軸に直交する回転軸の回りに相対的に回転させるとともに、その回転に同期して、所要のヘリカル送りピッチのもとに上記回転軸方向に相対的に移動させ、被写体の放射線透過データを採取するヘリカルスキャン方式によるＣＴ撮影を行い、その採取したデータを再構成して被写体の３次元像を得るコンピュータ断層撮影方法において、
上記回転軸を、上記放射線検出器の視野内で、かつ、放射線検出器の受光面の中心と上記放射線源とを結ぶ直線に対して逸脱させた位置に配置した状態で、ヘリカル送りピッチΔでヘリカルスキャンを行った後、そのヘリカルスキャンにおける初期位置から上記回転軸方向に上記ヘリカル送りピッチΔの１／２だけずらせた位置から、同じヘリカル送りピッチΔでヘリカルスキャンを行い、各回のヘリカルスキャンで採取した被写体の放射線透過データを再構成して被写体の３次元像を得ることによって特徴づけられる。

本発明は、ヘリカルスャキン方式でオフセットスキャンを実行するのであであるが、ヘリカルピッチを前記した図５の状態とは異なる配置のもとに行うことに起因する放射線透過データの不足は、図６に示したヘリカルピッチΔの１／２だけ相互にずらせた位置において１回ずつ、合計２回のヘリカルスキャンを行うことでカバーする。

すなわち、図６に示した被写体Ｗの撮影可能領域とするために必要なヘリカルピッチΔのもとにヘリカルスキャンを行うに当たり、図７に示したオフセットスキャンを行うと、回転中心軸Ｒが放射線検出器Ｄの中心と放射線源Ｓとを結ぶ線から逸脱している分だけ放射線透過データが不足する。これは、図７に示すオフセットスキャンにおいて、この図７の状態で撮影可能領域Ｃ内であるものの放射線検出器Ｄの視野外に位置する領域は、コンベンショナルスキャン方式では約１８０°の相対回転後には放射線検出器Ｄの視野内に位置することになり、その放射線透過データを採取することができるのであるが、ヘリカルスキャン方式では、同図に示す状態から１８０°の相対回転後には、放射線源Ｓと放射線検出器Ｄの対が被写体に対して回転中心軸Ｒ方向に相対的に移動するため、図７に示す平面位置において撮影可能領域Ｃ内で、かつ、放射線検出器Ｄの視野外に位置する領域は、既に回転中心軸Ｒ方向に移動して同方向への視野から逸脱してしまうためである。

そこで、本発明では、回転中心軸Ｒ方向にヘリカルピッチの１／２だけ相互にずらせた位置において１回ずつ、合計２回のヘリカルスキャンを実行する。これにより、１回目のヘリカルスキャンで放射線検出器の視野から逸脱している領域は、２回目のヘリカルスキャンで放射線検出器の視野内に入り、これら２回のヘリカルスキャンで採取した放射線透過データを合計することにより、図７に示した撮影可能領域Ｃ内のほぼ全ての放射線透過データが得られることになり、回転中心軸方向全ての平面において領域Ｃ内の３次元像を構築することが可能となる。

本発明によれば、放射線検出器の視野に対して回転中心軸方向に撮影可能領域を拡大のできるヘリカルスキャン方式で、しかも、同じく放射線検出器の視野に対して回転中心軸に直交する方向に撮影可能領域を拡大することのできるオフセットスキャンを行うため、比較的小さい視野の放射線検出器を用いて広い領域の３次元像を得ることができ、安価な構成のもとに広い領域の３次元像を構築することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明をＸ線ＣＴ装置に適用した実施の形態の構成図であり、（Ａ）は機械的構成を表す模式図と、要部のシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。また、（Ｂ）には回転テーブル３の近傍の模式的平面図を示す。

この例において、Ｘ線発生装置１はその焦点１ａからコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は例えばフラットパネルディテクタ等の２次元Ｘ線検出器であり、これらは互いに対向するように配置されている。

Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、被写体Ｗを搭載する回転テーブル３が配置されている。この回転テーブル３は、Ｘ線発生装置１からのＸ線光軸Ｌに沿うｘ軸方向に対して直交する回転中心軸Ｒ（ｚ軸方向）の回りを回転する。そして、この回転テーブル３は、回転中心軸Ｒに直交する平面上で互いに直交するｘ，ｙ軸方向に移動するｘｙテーブル４上に載せられている。更にこのｘｙテーブル４およびその上の回転テーブル３は、ｚ軸方向に移動するｚ方向駆動機構５の上に載せられている。

回転テーブル３は回転テーブル駆動回路１１からの駆動信号により駆動制御され、また、ｘｙテーブル４はｘｙテーブル駆動回路１２からの駆動信号により駆動制御され、更にｘ方向駆動機構５はｘ方向駆動機構駆動回路１３からの駆動信号によって駆動制御される。

これらの回転テーブル駆動回路１１、ｘｙテーブル駆動回路１２およびｘ方向駆動機構駆動回路１３は、制御部１４の制御下に置かれている。制御部１４には、ジョイスティックやマウス、キーボード等のオペレータが指令を与えるための操作部１５が接続されており、この操作部１５を操作することによって、回転テーブル３、ｘｙテーブル４およびｚ方向駆動機構５を任意に駆動することができるとともに、ＣＴ撮影時には以下に示す動作のもとに自動的に回転テーブル３とｚ方向駆動機構５が駆動制御される。このＣＴ撮影時におけるＸ線検出器２からの各画素出力は、再構成演算部１６に刻々と取り込まれる。この再構成演算部１６では、以下に示すＣＴ撮影動作中に取り込んだ被写体ＷのＸ線透過データを用いて、被写体Ｗの３次元像を構築し、表示器１７に表示する。なお、制御部１４および再構成演算部１６は、実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成されている。

次に、以上の本発明の実施の形態により、オフセットヘリカルスキャン方式でＣＴ撮影を行う場合の動作について述べる。図２にその動作手順のフローチャートを示す。

図２に示すように、まず、回転テーブル３上に被写体Ｗを搭載し、ｘｙテーブル４を操作して回転中心軸Ｒの位置を、図１（Ｂ）に示すように、Ｘ線発生装置１の焦点１ａとＸ線検出器２の中心とを結ぶ線（Ｘ線光軸）Ｌから逸脱させた位置に位置決めする。次に、ｚ方向駆動機構５を操作して、回転テーブル３をｚ軸方向へのスキャンの初期位置に位置決めする。また、同方向へのスキャン終了位置を設定する。また、ヘリカルピッチΔを設定するが、このヘリカルピッチΔは、前記した図６の条件を満たすものとする。更に、ヘリカルスキャンの向き、例えば下から上に移動、を設定した後、オフセットヘリカルスキャンの開始指令を与える。

この指令の付与により、制御部１４は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を回転テーブル３上の被写体Ｗに照射させつつ、回転テーブル３とｚ方向駆動機構４を同期させて駆動し、回転テーブル３が１回転する間にｚ方向駆動機構４をΔだけ上昇させ、その間、規定の微小角度ごとに被写体ＷのＸ線透過データを再構成演算部１６に取り込んでいく。つまり、ヘリカルピッチΔのもとにヘリカルスキャンを行う。

回転テーブル３のｚ方向への位置が終了位置に到達するとスキャンを停止し、回転テーブル３をｚ軸方向初期位置からΔ／２だけずらせた位置に自動的に下降させ、その位置から再び上記と同様の２回目のヘリカルスキャンを実行する。１回目と同じ回転数、移動距離だけスキャンを完了した後、再構成演算部１６ではこれら２回のスキャンで得たＸ線透過データを用いて、被写体Ｗの３次元像を構築する。

以上の撮影動作を、被写体Ｗとともに移動する座標系を考えたとき、Ｘ線発生装置１のＸ線焦点１ａの軌跡は、図３に示すように、１回目のスキャンＳ１と２回目のスキャンＳ２では、ｚ軸方向に同じ位置において、互いに１８０°ずれた状態で移動する。図３にＱで示すｚ軸方向任意の平面を考えると、図４（Ａ）に示すように、１回目のスャキンにおける平面Ｑでは、オフセットを設けているが故に、ある回転角度αでＸ線透過データが得られない領域Ｑａが現れるが、２回目のスキャンにおいては平面Ｑでは回転角度α＋１８０°でＸ線焦点１ａが通過し、図４（Ｂ）に示すように、１回目でＸ線透過データが得られなかった領域Ｑａのデータを得ることができる。

従って、以上のようにして採取したＸ線透過データは、被写体Ｗの全域をカバーするものとなり、これらのデータを用いることによって被写体Ｗの３次元像を構築することができ、Ｘ線検出器２の有感面に比して、回転中心軸方向およびそれに直交する方向の双方においてより広い領域の３次元像を得ることができる。

なお、以上の実施の形態においては、被写体Ｗを回転および移動させてヘリカルスキャンを行う例を示したが、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転および移動させてもよく、更には、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対に回転を与え、被写体Ｗをｚ方向に移動させたり、被写体Ｗに回転を与え、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２をｚ方向に移動させても、上記した例と同様の作用効果を奏することができる。

本発明をＸ線ＣＴ装置に適用した実施の形態の構成図であり、機械的構成を表す模式図と、要部のシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態により、オフセットヘリカルスキャン方式でＣＴ撮影を行う場合の動作手順を表すフローチャートである。本発明の実施の形態によりオフセットヘリカルスャンを行った場合において、被写体Ｗとともに移動する座標系上でのＸ線焦点１ａの軌跡の説明図である。本発明の実施の形態における１回目のスキャンのデータ不採取領域の説明図（Ａ）と、その領域が２回目のスキャンでデータ採取されることの説明図である。従来のヘリカルスキャン方式の配置の説明図で、回転軸中心軸Ｒの方向に沿って見た模式的な配置図である。ヘリカルスキャン方式で撮影する場合のヘリカルピッチを設定する条件の説明図である。オフセットスキャンの配置の説明図である。

符号の説明

１Ｘ線発生装置
１ａＸ線焦点
２Ｘ線検出器
３回転テーブル
４ｘｙテーブル
５ｚ方向駆動機構
１１回転テーブル駆動回路
１２ｘｙテーブル駆動回路
１３ｚ方向駆動機構駆動回路
１４制御部
１５操作部
１６再構成演算部
１７表示器
Ｒ回転中心軸
Ｗ被写体

Claims

コーンビーム状の放射線を発生する放射線源と、２次元放射線検出器を互いに対向配置するとともに、放射線源と放射線検出器の対と被写体とを、放射線光軸に直交する回転軸の回りに相対的に回転させるとともに、その回転に同期して、所要のヘリカル送りピッチのもとに上記回転軸方向に相対的に移動させ、被写体の放射線透過データを採取するヘリカルスキャン方式によるＣＴ撮影を行い、その採取したデータを再構成して被写体の３次元像を得るコンピュータ断層撮影方法において、
上記回転軸を、上記放射線検出器の視野内で、かつ、放射線検出器の受光面の中心と上記放射線源とを結ぶ直線に対して逸脱させた位置に配置した状態で、ヘリカル送りピッチΔでヘリカルスキャンを行った後、そのヘリカルスキャンにおける初期位置から上記回転軸方向に上記ヘリカル送りピッチΔの１／２だけずらせた位置から、同じヘリカル送りピッチΔでヘリカルスキャンを行い、各回のヘリカルスキャンで採取した被写体の放射線透過データを再構成して被写体の３次元像を得ることを特徴とするコンピュータ断層撮影方法。