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    公开号:WO1987002158A1
    申请号:PCT/JP1986/000496
    申请日:1986-09-27
    公开日:1987-04-09
    发明作者:Hideo Nagai
    申请人:Yokogawa Medical Systems, Ltd.；
    IPC主号:G06T11-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 放射線断層撮影方法および装置
    [0003] - (技術分野）
    [0004] 本発明は、 ファンビーム状の放射線を用いる断層撮影方法および装置の改良に関す るもので、 とくに、 生体等の再構成画像の品質の改善と解像力の向上に関するもので ある。
    [0005] (背景技術）
    [0006] ファンビーム状の X線等の放射線を照射する放射線源と、 被検体を挟んでこの放射 線源に対向する多チャネル放射線検出器とを被検体の周囲で回転させ、 ファンビーム 状の放射線を被検体の断面に沿って照射して、 放射線の透過強度の分布を表わすデー タを被検体の断面内の複数の方向で測定し、 それらのデータに基づいて被検体の断層 像を再構成する放射線断層撮影装置において、 再構成画像の分解能を高めるため、 お よび/またはエイリアジング （A l i as i ng ) 等の偽像（アーティファクト〉 を低減する ために、 回転の中心を通る放射線が、 放射線検出器のチャネルに、 その中心から 1 / 2チャネルより少ない量だけずれた点に入射するように放射線検出器を配置し （オフ セッ卜配置という） 、 このように配置された放射線検出器から得られるデータに基づ いて被検体の断面の画像を再構成することが行われる。 なお、 オフセッ卜の量として は通常 1ノ 4チャネルが採用される。
    [0007] その際、 収集したデータの配列は、 ファンビーム放射線に対応した配列となるが、 被検体の断層像の再構成は、 このようなデータ配列から直接行う場合と、 平行ビーム 放射線に対応したデータ配列に変換してから行う場合とがある。
    [0008] また、 平行ビーム放射線に対応したデータ配列に変換してから画像再構成を行う ¾ のについてさらに改良を加えたものとしては、 特開昭 58-206729号公報に記載された ものがある。 この公報記載のものは、 配列変換によって一つの方向の平行ビームデー タを得るたびに、 コンポリューシヨンあるいはフィルタリング等の処理を行う。 そし て、 このような処理済の平行ビームデータが全部の方向について揃ったら、 ビームの 方向が豆いに反対の 1 / 2チャネルずれているデータ同志を挿入し合い、 この挿入さ れたデータに基づいて逆投影処理等を行う。 画像の再構成を、 ファンビーム放射線に対応する配列のデータから直接行う場合は- 放射線検出器をオフセッ卜 s置にした効果は、 再構成画像の分解能を高める -ため、 お よび zまたはエイリアジング等の偽像を低減するためには、 必ずしも十分に発揮され ない。 これに対して理想的な平行ビーム放射線から画像再構成を行う場合は、 放射線 検出器をオフセット配置にした効果が十分に発揮される。 しかし、 ファンビーム放射 線を平行ビーム放射線に変換する場合には、 データの配列を変換するための演算が余 分に必要になり、 さらに、 変換による画質低下、 解像力の低下、 偽像の発生などが必 ず生じる。 また、 前記公開公報に示された装置では、 その他に、 偽像の低減効果がほ とんどないという問題点もある。
    [0009] (発明の開示）
    [0010] 本発明の目的は、 画像の再構成を、 ファンビーム放射線に対応する配列のデータか ら直接行う場合に、 放射線検出器をオフセッ卜配置にした効果が、 再構成画像の分解 能を髙めるため、 およびノまたはエイリアジング等の偽像を低減するために十分に発 揮され、 かつ、 生体等のイメージング上極めて大きな問題となる、 エイリアジング偽 像を含む各種の偽像を顕著に低減し、 再構成画像の髙解像性、 画質の髙品位性、 髙忠 実性を実現する放射線断雇撮影方法および装置を提供することにある。
    [0011] 上記のような目的を達成する本発明は、 ファンビーム状の X線等の放射線を照射す る放射線源と、 被検体を挟んでこの放射線源に対向するオフセッ卜配置された多チヤ ネル放射線検出器とを被検体の周囲で回転させ、 ファンビーム状の放射線を被検体の 断面に沿って照射して、 放射線の透過強度の分布を表わすデータを被検体の断面内の 複数の方向で測定し、 ファンビームに対応する配列のデータに基づいて被検体の断層 像を再構成する放射線断層撮影装置において、 各方向の測定データに対して、 その対 向方向の測定データから求めた挿入データを、 コンポリューシヨンまたはフィルタリ ングよりも前の段階で測定データに挿入し、 このように挿入して得られた増大測定デ 一タに基づいて、 被検体の断面の画像の再構成を行うことを特徴とする。
    [0012] (図面の簡単な説明〉
    [0013] 第 1図は、 本発明実施例の概路構成図、
    [0014] 第 2図は、 放射線検出器のオフセット配置の説明図、 第 3図は、 対向データ測定の幾何学関係図、
    [0015] 第 4図は、 本発明実施例によるデータ測定の概念図、
    [0016] 第 5図は、 本発明実施例の動作のフローチヤ一卜、
    [0017] 第 6 a図および第 6 b図は、 本発明実施例による偽像低減効果の説明図である。 (発明を実施するための最良の形態）
    [0018] 第 1図は、 本発明実施例の構成の溉格図である。 第 1図において、 放射線源 1から 照射されたファンビーム放射線が、 被検体 2を透過して多チャネル放射線検出器 3に 入射する。 放射線源 1と多チャネル放射線検出器 （以下単に放射線検出器という） 3 は実際はガン卜リ 4に搭載されており、 後に述べる位置関係を保って被検体 2の周囲 を回転できるようになつている。 被検体 2は実際はテープル 5に搭載されており、 そ の所望の断面が放射線源 Ίと放射線検出器 3の対向空間に来るように位置決めされる c 放射線源 1による放射線の照射は放射線源制御装置 6によって制御され、 ガン卜リ 4 の回転とテーブル 5の被検体送りはテーブル♦ガン卜リ制御装置 7によって制御され 放射線検出器 3の出力信号は、 データ収集装置 8によって収集され、 ディジタル信 号に変換されて記憶装置 9に記憶される。 記憶装置 9に記億された収集データは、 前 処理装置 Ί 0によって所定の前処理が施され、 記憶装置 Ί 1に記億される。 前処理の 種類としては、 放射線の強度補正、 放射線検出器 3のチャネル感度補正、 放射線が X 線である場合のビームハードニング補正などがある。 記憶装置 1 1の前処理済みのデ ータは、 本発明の特徴をなすデータ生成増大装置 1 2により、 後に詳しく説明するよ に処理されて記憶装置 1 3に記億される。 記憶装置 1 3の処理済データは、 フーリ ェ変換装置 1 4によってフーリエ変換されて記憶装置" 1 5に記億され、 記憶装置 Ί 5 のフーリエ変換データはフィルタ装置 1 6によってフィルタリングされ、 フィルタリ ング済みのデータが逆フーリエ変換装置 1 7によって逆フーリエ変換されて記憶装置 1 8に記憶される。 記憶装置 1 8のデータは、 逆投影装置 Ί 9によって逆投影処理さ れて画像データ記憶装置 2 0に記憶される。 画像データ記憶装置 2 0の画像データは- 画像表示装置 2 によって画像として表示され、 また必要に応じて写真撮影装置 2 2 によって写真にとられる。 以上のすべての装置の動作を撮影制御装置 2 3が制御する < このような本発明の実施例において、 大部分の装置が計算機の機能によって実現され、 データ生成増大装置 1 2以外は、 既知の断層撮影装置と概ね共通する構成と機能を持 つている。
    [0019] 放射線源 1と放射線検出器 3の位置関係は、 例えば第 2図のようになつている。 す なわち、 放射線検出器 3は、 その中央チャネル Sc が、 ガン卜リの回転中心 Cを通る 放射線 （以下中心ビームという） に対して 1 / 4チャネルだけずれた配置となってい る- 放射線検出器 3の各チャネルには、 一方の端から頭番に番号 iをつけ、 放射線源 1 の焦点からみたチャネルの方向を、 中心ビームを基準とする角度了で表わし、 チヤネ ル間の角度差（以下チャネルピッチという） を厶ァであらわす。 なお、 チャネル番号 i は、 以下の説明の便宜上、 最初のチャネルを- 0.5とし、 この値から 1ずつ増してい <おのとする。
    [0020] 被検体 2の断面に沿って放射線透過データを測定する複数の方向は、 被検体 2の周 囲の放射線源 1の回転軌道を等角度で分割した方向に定められる。 透過データの測定 方向をビューといい、 ビュー間の角度差をビューピッチという。 ビューの方向は中心 ビームの角度 0で表わし、 ビューピッチは厶 βで表わす。 ビューには任意のビューを 基準にして番号をつける。
    [0021] あるビューにおける放射線透過データ測定系の幾何学的関係を第 3図に示す。 いま、 ビュー番号が V、 ビュー角度が 0で、 放射線源 Ίが Xの位置にあり、 角度 Γの方向に ある放射線検出器のチャネル iで、 被検体 2の A B部分の放射線透過データを測定し たとすると、 それに相当するデータは、 ピュー番号が V ' 、 ビュー角度が 5 ' で、 放 射線源 1が Pの位置にあるときに、 角度ァ' の方向にある放射線検出器のチャネル i ' で測定することができる。
    [0022] このとき次のような関係が成立する。
    [0023] 7 ' = 7 (1 )
    [0024] θ ' ^ θ + π - 2丁 (2)
    [0025] Τ ' = ( cc- i ' ) Δ τ (3)
    [0026] Τ = ( i -cc ) 厶ァ (4) Θ， - 、 θ (5)
    [0027] θ = ν · Δ 5 (6)
    [0028] ただし、 ccは中心ビームが放射線検出器 3に当たる位置を、 放射線検出器のずら 分 を含んだチャネル番号で表わしたもので、 例えば 511チャネルの放射線検出器の場合 は cc= 254. 75 のようになる。
    [0029] (1 ) , (3) , (4) 式より、
    [0030] に = 2♦ CC— i (7)
    [0031] また (2) , (5) , (6) 式より
    [0032] V ' ^ ν + π Ζ厶 0— 2 ( i — cc ) 厶ァ (8)
    [0033] すなわち、 Vビューの iチャネルのデータに相当するものが、 V ' ビューの i ' チ ャネルから得られる。 このような関係にあるデータを対向データという。
    [0034] ここで、 実際は、 放射線検出器が 1ノ4チャネルだけずれているので、 これらのデ ータを与える放射線は、 1 2チャネル分だけずれている。 したがって、 ビュー V ' , チャネル i ' のデータは、 ビュー Vのチャネル i とチャネル i + 1 (または i— Ί ) の中間に位置するデータとなる。 Vビューのすべてのチャネル iのデータについて、 このような対向関係にあるビュー V ' とチャネル ί ' のデータが得られるとき、 その ようなビュー ν ' , チャネル i ' のデータを、 逐一ビュー V , チャネル iのデータの 隣に挿入すれば、 第 4図のように、 放射線検出器 3のチャネルピッチの半分のピッチ で、 被体 2の放射線透過データを測定したのと周等な測定データが得られる。
    [0035] そうすると、 測定データのサンプリング密度が 2倍になり、 かつ測定データの数が 2倍になるので、 そのような測定データに基づいて画像の再構成を行うと、 分解能の 高い画像を得ることが可能になり、 また、 後に述べるように偽像の発生を根源から抑 制することがでぎる。
    [0036] なお、 このようにオフセッ卜配置の放射線検出器における対向データを利用する方 法とは別に、 周一方向のデータだけからチャネル間のデータを補間によって求めて、 測定データを見掛け上 2倍にする方法があるが、 そのような方法では、 元のデータの サンプリング点は変わっていないので、 実質的な測定データを増やしたことにはなら ない。 これに対して、 本発明においては、 オフセット配置の放射線検出器により、 チ ャネルの間にサンプリング点を有する測定データを、 対向方向から実際に得ていると ころに特徴がある。 ·
    [0037] ,もっとも、 （8) 式の V' が常に整数になるとは限らないので、 Vビューのすべての チャネル iのデータについて、 対向するビュー v' , チャネル のサンプリングデ ータが常に実在するとは隈らない。 そこで、 ビュー v' , チャネル i ' に近い実在す るビューとチャネルのサンプリングデータから計算によって求め、 その計算データを 挿入する。 この計算の元になつているデータは、 ちょうど 1Z2チャネルずれてはい ないにしても、 挿入されるデータのチャネルの間にサンプリング点を有する測定デー タであることは間違いない。
    [0038] そのような計算と挿入を行うのが、 第 Ί図におけるデータ生成増大装置 12である ( データ生成増大装置 12は、 実際は、 挿入データを生成する手段と、 生成されたデー タを測定データに挿入して測定データを増大する手段からなる。 データ生成増大装置 12は、 前記 (7) 式および (8) 式によって、 Vビュー、 iチャネルのデータの対向デ ータが存在すべきビュー v' とチャネル i ' を求め、 実在のビューとチャネルの中か ら、 ビュー V' とチャネルに を越えないに最も近いビュー V' とチャネル I ' を探 す。 そして、 そのビュー V' とチャネル I ' のデータ と、 その次のビュー (V' +1 ) における周一のチャネル ί ' のデータ aj.W'+l)とから、 次式によって 対向データを求める。
    [0039] b j (V) = (1-V +V ) ♦ ar(V) + ( v* - V ) ♦ aT.(V*+D (9) なお、 このとき、 （8) 式によって求められた v' の値が負になったり、 あるいはビ ユー番号の最大値 VM 以上になるときは、 それぞれビュー番号の最大値 VH を v' に 加算あるいは減算して 0〜VM — 1の範囲に入るものとする必要がある。 これは、 放 射線源が 1回転するとビュー番号が元に戻ることに基づく。
    [0040] (9) 式は、 ビュー v' に最も近いその前後の実在のビューのデータに基づく直線補 間の式となっている。 なお、 挿入データ bj (V) の補間演算は、 ビュー v' , チヤネ ル i ' の両側の 2つのデータだけでなく、 それ以上の複数のデータを利用して行うよ うにしてもよい。 いずれにせよ、 挿入データは簡単な補間演算で求めることができる r データ生成増大装置 1 2は、 このようにして求めたデータ b | (V) をビュー Vのデ ータ a j (V) の間に逐一挿入して、 放射線検出器 3のチャネルピッチの 1 / 2の間隔 で測定したものと周等なビュー Vの測定データを形成する。
    [0041] このような測定データの形成を含めた本発明実施例の動作のフローチヤ一卜を第 5 図に示す。 第 5図において、 データ生成増大装置 1 2の動作は、 処理プロック dに含 まれる。
    [0042] さて、 測定データのサンプルピッチが 1 / 2、 サンプリング密度が 2倍になると、 その測定データに基づいて再構成した画像は分解能の高いものがえられる。 また、 測 定データのサンプルピッチが 1 2、 サンプリング密度が 2倍になることにより、 空 間周波数測定のナイキス卜周波数が 2倍になる。 良く知られているように、 測定デー タにナイキス卜周波数を越える空間周波数成分が含まれていると、 その成分は、 エイ リアジングにより、 ナイキス卜周波数を境にして低域側に折返され、 それに基づく偽 像を発生するが、 ナイキス卜周波数が 2倍に高められると、 それを越える測定信号の 周波数成分は大幅に減少し、 エイリアジングによる偽像の発生が大幅に減少する。 また、 再構成画像の解像度を上げるために、 コンポリューシヨンあるいはフィルタ リングのまえに測定データの空間周波数通倍処理を行うことがあるが、 その場合は、 ナイキス卜周波数を境にして、 低域側の周波数成分が高域側に折返され、 それによる 偽像が発生する。 しかし、 ナイキス卜周波数が 2倍に高められると、 この高められた ナイキス卜周波数を境にして折返されるので、 低域の折返し成分が存在する周波数領 域は、 再構成画像の表示の周波数帯域を越えた領域に移り、 偽像の発生に関与しなく なる。
    [0043] これらの様子を第 6 a図および第 6 b図に示す。 これら両図は、 サンプルデータの 周波数スぺク卜ルの実数部の一部を概念的に示したものである。 第 6 a図はナイキス 卜周波数が f N の場合であって、 測定信号の空間周波数成分が、 図のようにそれを越 えて存在する場合、 エイリアジングにより斜線部分のように、 低域への折返しが生じ、 また空間周波数遁倍などを行う場合には、 破線のように、 低域成分が高域側に折返さ れ、 それぞれ偽像発生の原因となる。 これに対して、 第 6 b図は、 ナイキス卜周波数 が 2 f N の場合であって、 測定信号の周波数成分が同じであるとしたとき、 ナイキス 卜周波数を越える測定信号の空間周波数成分が少ないかあるいは無視できる程度であ ることにより、 低域側への折返しは少なくあるいは無視できるようになり、 第 6 a図 に比べて類著に低減する。 また、 低域成分の髙域側への折返しは、 通常 2 ΐ Ν 以下に 選ばれる再構成画像^示の周波数領域の外になる。
    [0044] 測定データのサンプルピッチが 1 / 2、 サンプリング密度が 2倍になり、 かつサン プリングデータの数が 2倍になることにより、 そうでない場合に比べて、 補間データ の計算が精密になる。 このため、 コン卜ラス卜の高い微小部分の測定を含む場合に、 これまで補間の不適切により生じていた偽像が低弒する。
    [0045] 以上の 3つの偽像低減効果により、 再構成画像中に生じる各種の偽像、 すなわち、 直線状アーティファク卜、 接線状アーティファク卜、 円弧状アーティファク卜、 モア レ状アーティファクト、 ストリーク状アーティファクトなどが顕著に低減できる。 なお、 前記の公開公報に記載された方法は、 平行ビームとしてのフィルタリングあ るいはコンポリューシヨンの後ではあるが、 平行ビームとして 1 Ζ 2チャネルずれた 対向データを互いに挿入しており、 本発明と一見共通する点がある。 しかし、 フ ル タリングあるいはコンポリューシヨンの後では、 Ί 2チャネルずれたデータの挿入 を行っても、 測定信号のサンプルピッチを 1 2としサンプリングを 2倍の密度で行 つたことにはならない。 また、 逆投影用のデータをこのように挿入してしまうと、 平 行ビーム再構成法の利点である、 ある方向で発生したエイリアジング偽像を、 それと 1 8 0° 異なる方向で発生する偽像で全パス全方向で打消しあうということが不可能 になる。 したがって、 前記公開公報の方法では、 本発明のような偽像の低減効果は得 られない。 さらに、 ファンビーム放射線を平行ビーム放射線に変換すること伴い、 画 質の低下、 解像力の低下、 偽像の発生等が避けられない。
    [0046] 以上、 本発明の 1つの実施例について説明したが、 放射線検出器 3のオフセッ卜量 は、 必ずしも 1 / 4チャネルに限るものではなく、 チャネルの中心から 1 / 2チヤネ ル以内の任意の量としてよい。 また、 データ生成増大処理は、 必ずしも前処理の後で ある必要はなく、 その前あるいは途中で行ってよい。 さらに、 挿入データは、 挿入先 のデータの全部に対向するちのを求める必要はなく、 再構成画像の実質的な部分に関 与するデータについてだけ求めるようにしてもよい。
    [0047] また、 画像再構成のアルゴリズムは、 フィルター補正逆投影法、 コンポリューショ ン法、 フーリエ法等の適用が可能である。 その他、 本発明の放射線断雇撮影装置の構 成とその動作等については、 多くの変形が存在しうる。
    [0048] 以上のように本発明によれば、 画像の再構成を、 ファンビーム放射線に対応する配 列のデーダから直接行う場合に、 放射線検出器をオフセット配置にした効果が、 再構 成画像の分解能を高めるため、 および/または偽像を低減するために十分に発揮され、 かつ、 生体等の複雑な形状により発生する各種の偽像を顕著に低減し、 髙解像性、 画 質の髙品位性、 画像の髙忠実性を実現する放射線断層撮影装置が得られる。
    [0049] なお、 より具体的な効果としては、 次のようなものを挙げることができる。
    [0050] 各種の偽像を顕著に低減したイメージングが可能となる。 特に、 生体等の複雜な形 状に由来して発生する各種の偽像の低減に有効である。
    [0051] 各種の偽像を抑制し、 髙解像のイメージングを可能とする。 耳、 脳底、 肺の等の生 体での微小物体の識別を可能にする。
    [0052] 空間周波数応答性の向上により、 コン卜ラス卜の良好なイメージングが可能となる。 雜音ゃ偽像の影響を表わし均一性の指標となる近傍等質媒体での画像の標準偏差値 にも改善が見られる。 特に生体での高解像のイメージングではこの効果が大きい。 シンプルなデータ処理方式により髙速処理が可能である。
    [0053] 以上、 本発明を実施する最良の形態について説明したが、 この発明が属する技術の 分野における通常の知識を持つ者にとって、 下記の請求の範囲を逸脱することなく種 々の変形を行うことは容易である。
    权利要求:
    Claims

    請求の範囲 ファンビーム状の放射線を照射する放射線源と、 被検体を挟んでこの放射線源に 対向するオフセヅ卜配置された多チャネル放射線検出器とを被検体の周囲で回転させ, ファンビー厶状の放射線を被検体の断面に洽つて照射して、 放射線の透過強度の分布 を表わすデータを被検体の断面内の複数の方向で測定し、 それぞれの方向におけるフ アンビームに対応する配列の測定データを得て、 この測定データに基づいて被検体の 断層像を再構成するにあたって、 各方向におけるチャネルごとの測定データのうち少 な-くとも再構成画像の主要部に関係する測定データについて、 それら測定データを与 える放射線ビームの経路をそれぞれ共用する反対方向の放射線ビームに基づく測定デ ータを挿入データとして求め、 この求められた挿入データを、 対応する測定データの 間に挿入して増大測定データを形成し、 この増大測定データを用いて画像の再構成を 行う放射線断層撮影方法。
    2 ファンビーム状の放射線を照射する放射線源と、 被検体を挟んでこの放射線源に 対向するオフセッ卜配置された多チャネル放射線検出器とを被検体の周囲で回転させ、 ファンビーム状の放射線を被検体の断面に沿つて照射して、 放射線の透過強度の分布 を表わすデータを被検体の断面内の複数の方向で測定し、 それぞれの方向におけるフ アンビームに対応する配列の測定データを得て、 この測定データに基づいて被検体の 断層像を再構成するにあたって、 各方向におけるチャネルごとの測定データのうち少 なくとも再構成画像の主要部に関係する測定データについて、 それら測定データを与 える放射線ビームの経路を共用する反対方向の放射線の経路に近似する経路の放射線 に基づく測定データ、 あるいはそのような測定データに基づく補間演算によって生成 されたデータを挿入データとして求め、 この求められた挿入データを、 対応する測定 データの間に挿入して増大測定データを形成し、 この増大測定データを用いて画像の 再構成を行う放射線断層撮影方法。
    3 ファンビーム状の放射線を照射する放射線源と、 被検体を挟んでこの放射線源に 対向するオフセッ卜配置された多チャネル放射線検出器とを被検体の周囲で回転させ- ファンビーム状の放射線を被検体の断面に沿って照射して、 放射線の透過強度の分布 を表わすデータを被検体の断面内の複数の方向で測定し、 それぞれの方向におけるフ アンビームに対応する配列の測定データを得て、 この測定データに基づいて被検体の 断層像を再構成する放射線新層撮影装置において、 各方向におけるチャネルごとの測 定データのうち少なくとも再構成画像の主要部に関係する測定データについて、 それ ら測定データを与える放射線ビームの経路をそれぞれ共用する反対方向の放射線ビー ムに基づく測定データを挿入データとして求めるデータ生成手段 （ 1 2 ) 、 および、 このデータ生成手段によって求められた搏入データを、 対応する測定データの間に挿 入して増大測定データを形成するデータ増大手段 （ 1 2 ) を具備する放射線断層撮影
    データ生成手段は、 測定データを与える放射線ビームの経路を共用する反対方向 の放射線の経路に近似する経路の放射線に基づく測定データ、 あるいはそのような測 定データに基づく補間演算によって生成されたデータを挿入データとして求めるもの である請求の範囲 3に記載の放射線断層撮影装置。
    类似技术:
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    引用文献:
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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