(57)【要約】【課題】架台回転にぶれによる画像解像度の低下及びアーチファクトの発生を低減すること。【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転自在に支持されるＸ線を発生するＸ線管球３と、被検体を透過したＸ線を検出するためのＸ線管球とともに回転する多チャンネル型のＸ線検出器８と、Ｘ線検出器の出力に基づいて被検体の画像を再構成する再構成処理部２８と、Ｘ線管球及びＸ線検出器の回転ぶれに伴うＸ線検出器の中心チャンネルのズレに関する情報をＸ線管球の回転角度ごとに再構成処理部に対して提供するために中心チャンネルのズレに関する情報をＸ線管球の回転角度ごとに記憶する記憶部３４とを具備する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸回りに回転自在に支持されるＸ線を発生するＸ線管球と、
被検体を透過したＸ線を検出するための前記Ｘ線管球とともに回転する多チャンネル型のＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいて前記被検体の画像を再構成する再構成処理部と、
前記Ｘ線管球及び前記Ｘ線検出器の回転ぶれに伴う前記Ｘ線検出器の中心チャンネルのズレに関する情報を前記Ｘ線管球の回転角度ごとに前記再構成処理部に対して提供するために、前記中心チャンネルのズレに関する情報を前記Ｘ線管球の回転角度ごとに記憶する記憶部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記記憶部は、前記中心チャンネルのズレに関する情報を、前記Ｘ線管球の回転速度ごとに記憶することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
Ｘ線管球と多チャンネル型のＸ線検出器との間に回転軸と略平行に配置したワイヤをスキャンし、
前記Ｘ線検出器の出力に基づいてサイノグラムを生成し、
前記サイノグラム上における前記ワイヤの影をサインカーブで近似し、
前記近似したサインカーブに対する前記ワイヤの影のズレを回転角度ごとに求めることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置の中心チャンネルのズレ決定方法。
【請求項４】
前記サイノグラムをビュー方向に平均化することにより前記ワイヤの影のチャンネル方向に関する一次元分布を生成し、
前記生成された一次元分布の重心位置を特定し、
前記特定した重心位置を中心として前記サインカーブを生成することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の中心チャンネルのズレ決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管球をＸ線検出器とともに高速回転するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の架台回転は高速化の一途をたどっている。それに伴って回転中心のぶれが問題になっている。周知の通りＸ線コンピュータ断層撮影装置の架台を構成する部品は非常に重く、例えばＸ線管球、高電圧発生装置、Ｘ線検出器ではそれぞれが数十キログラムもある。そのような重量物を搭載した回転フレームを例えば０．５秒以下という高速で回転させると、回転フレームの不釣合や変形に伴って回転中心はぶれる。
【０００３】
再構成のバックプロジェクション演算上の経路（レイ）は、回転中心が固定していることを前提として設定される。従って、バックプロジェクション演算上の逆投影線（経路）は、実際のデータ収集時のＸ線経路と一致しない。その不一致に起因して、画像の解像度が低下する。また、画像にアーチファクトが生じることもある。
【０００４】
このぶれに起因する画像解像度の低下及びアーチファクトの発生が、架台のさらなる高速化、またさらなる高解像度化の最大の障害となっている。
【特許文献１】特開昭６０−１２６１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、架台回転にぶれによる画像解像度の低下及びアーチファクトの発生を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１局面において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、回転軸回りに回転自在に支持されるＸ線を発生するＸ線管球と、被検体を透過したＸ線を検出するための前記Ｘ線管球とともに回転する多チャンネル型のＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて前記被検体の画像を再構成する再構成処理部と、前記Ｘ線管球及び前記Ｘ線検出器の回転ぶれに伴う前記Ｘ線検出器の中心チャンネルのズレを前記Ｘ線管球の回転角度ごとに前記再構成処理部に対して提供するために、前記中心チャンネルのズレに関する情報を前記Ｘ線管球の回転角度ごとに記憶する記憶部とを具備する。  
本発明の第２局面において、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の中心チャンネルのズレ決定方法は、Ｘ線管球と多チャンネル型のＸ線検出器との間に回転軸と略平行に配置したワイヤをスキャンし、前記Ｘ線検出器の出力に基づいてサイノグラムを生成し、前記サイノグラム上における前記ワイヤの影をサインカーブで近似し、前記近似したサインカーブに対する前記ワイヤの影のズレを回転角度ごとに求める。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、架台回転のぶれによる画像解像度の低下及びアーチファクトの発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明する。なお、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋α（α；ファン角）分の投影データが必要とされる。本実施形態では、動きの速い心臓等の撮影に有効なハーフスキャン法を採用する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であっても、多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【０００９】
図１は本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の架台装置の内部構成を示している。同図（ａ）は当該架台装置の側面構造、同図（ｂ）は当該架台装置の正面構造をそれぞれ示している。架台装置１には、回転中心軸ＲＡ（Ｚ軸）回りに回転自在に支持された円環形状の回転フレーム２が設けられる。回転フレーム２の中心付近は、撮影領域を確保するために開口される。回転フレーム２にはＸ線管球１０１が搭載される。
【００１０】
Ｘ線管球１０１と撮影領域との間には、Ｘ線の低エネルギー成分を低減するとともにＸ線強度分布を成形するウェッジフィルタ４と、Ｘ線をここではコーンビーム状に成形するためのＸ線コリメータ５とが配置される。ウェッジフィルタ４とＸ線コリメータ５とは取り付け台６を介して回転フレーム２に搭載される。Ｘ線管球１０１に対して撮影領域を介してマルチスライス型（多列型）のＸ線検出器８が配置される。マルチスライス型Ｘ線検出器８は、各々が例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方の受光面を有する複数のＸ線検出素子を有する。例えば１０００個のＸ線検出素子がチャンネル方向（Ｘ軸に近似）に配列される。各チャンネルは、１から１０００までのチャンネル番号で識別される。この列がスライス方向（Ｚ軸）に例えば６４列並設される。つまり、マルチスライス型Ｘ線検出器８は、多チャンネル型の検出器が複数Ｚ軸に沿って並設されてなる。
【００１１】
一般的にＤＡＳ（ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれているデータ収集装置９は、検出器８からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。Ｘ線検出器８は、データ収集装置９とともに、取り付けフレーム７に装着される。取り付けフレーム７は、位置決めピン１１、１３によりＸ軸及びＺ軸方向に関して位置合わせされ、固定ネジ１０、１２、１４、１５により回転フレーム２に固定される。
【００１２】
図２には、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の機能ブロックを示している。架台装置１には上述したＸ線管球３等とともに、高圧発生部１６、絞り駆動装置１７、回転駆動装置１８、架台制御部１９が設けられる。高圧発生部１６は、架台制御部１９の制御に従って、Ｘ線管球３の陰極陽極間に管電圧（高電圧）を印加し、またＸ線管球３のフィラメントにフィラメント電流を供給する。管電圧の印加及びフィラメント電流の供給によりＸ線管球３の焦点からＸ線が発生される。絞り駆動装置１７は、架台制御部１９の制御に従って、Ｘ線コリメータ５の開口を変化する。回転駆動装置１８は、架台制御部１９の制御に従って、回転フレーム２を回転駆動する。寝台装置２１は、被検体Ｐを載置するためのＺ軸（体軸）に沿って移動自在に支持される天板２２と、架台制御部１９の制御に従って天板２２を移動駆動するための天板駆動部３５とを有する。
【００１３】
操作コンソール２３の前処理部２６は、データ収集装置９から出力されるデータ（生データ）に対して感度補正等の補正処理を施す。前処理された生データは一般的に投影データと称する。投影データは、Ｘ線管球３の回転角度を表すビュー番号（例えば１〜１０００）、チャンネル番号、列番号及び天板２２の位置を表す各コードを関連付けられ、投影データ記憶部２７に記憶される。操作コンソール２３は、上記前処理部２６及び投影データ記憶部２７とともに、入力装置２４、コンソール制御部２５、記憶された投影データに基づいて断層画像データを例えばハーフ再構成法により再構成する再構成処理部２８、再構成された断層画像データを記憶する画像記憶部２９、記憶された断層画像データから例えばＭＰＲ画像（任意断面変換画像）データを生成する画像処理部３１、断層画像データやＭＰＲ画像等を表示するための表示装置３２を有する。
【００１４】
さらに、操作コンソール２３は、ズレ計算部３３と、ズレ記憶部３４とを有する。ズレ計算部３３は、撮影領域内に回転軸ＲＡと略平行にワイヤを設置した状態で少なくとも３６０度分のスキャンにより取得したサイノグラムからＸ線検出器８の実際的な中心チャンネルを特定するとともに、特定した中心チャンネルを中心線としてサイノグラム上のワイヤ影をサインカーブで近似し、そのサインカーブとワイヤ影とのズレを回転角度（ビュー番号）ごとに計算する。なお、ここでは、ズレは、チャンネル数で表現される。このズレに応じてバックプロジェクション演算（逆投影演算）の逆投影線（経路）を変位させることで、バックプロジェクション演算上の逆投影線と、実際のデータ収集時のＸ線経路との不一致が解消又は軽減される。それにより、画像の解像度低下やアーチファクトの発生は解消または低減され得る。Ｘ線管球３の回転速度が相違する、３６０度分のズレに関する複数のデータセットがズレ記憶部３４に記憶される。
【００１５】
入力装置２４には、ズレ計測モードスイッチが設けられている。ズレ計測モードスイッチが押されたとき、後述するズレ計測動作をコンピュータとしてのコンソール制御部２５に実現させるためのズレ計測プログラムが起動する。それによりコンソール制御部２５は、ズレ計測を支援するためのズレ計測モードのもとで制御動作をする。なお、ズレ計測プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されていても良い。
【００１６】
図３には、コンソール制御部２５によるズレ計測動作を示している。なお、ズレ計測は、定常的に行われるのではなく、製品出荷時、設置時、定期検査等の時点で実施される。コンソール制御部２５は、ズレ計測の準備作業として、図４に示すように、天板２２上の規定位置に、Ｘ線吸収性を有する例えば鉛合金製の金属ワイヤ２０をＺ軸と略平行に置くことを、表示装置３２を介してガイドする。操作者は、ガイドに従って、天板２２上の規定位置にワイヤ２０をＺ軸と略平行であって、ＹＺ面内に配置する。なお、天板２２には、ワイヤ２０を配置する位置及び向きを補助するための補助線３７、３８が形成されている。図５（ａ）、図５（ｂ）には、ワイヤ２０をＸ線管球３及びＸ線検出器８等とともに２方向から示している。なお、ワイヤ２０は、Ｚ軸（回転中心軸ＲＡ）に対して一致させる必要はない。ワイヤ２０は、Ｚ軸に一致する回転中心軸（ＲＡ）から典型的には高さ方向（Ｙ軸）に任意の距離Δｄだけずれていてもよい。これは補助線３７、３８とともにワイヤ２０の設置作業効率を格段に向上させるのに寄与する。後述するように、この距離Δｄに等価な振幅でサインカーブが交番する。
【００１７】
ワイヤ２０の設置が完了後、コンソール制御部２５の制御により、少なくとも３６０度分のスキャンが行われる（Ｓ１）。このスキャンは、マルチスライスの検出器８の例えば中心の一又は二列を使って行われる。スキャンにより収集された３６０度分の投影データは、チャンネル番号と回転角度を表すビュー番号とを関連付けられて投影データ記憶部２７に記憶される。ズレ計算部３３は、記憶された３６０度分の投影データに基づいて、図６（ａ）に例示するサイノグラムを生成する。周知の通り、サイノグラムは、横軸にチャンネル番号、縦軸にビュー番号として、３６０度分の投影データを配置することにより生成される。なお、典型的には、ズレ計算部３３は、ワイヤ２０の影ＮＷＩＲ（ＶＩＥＷ）だけが軌跡として残留するようにサイノグラムを二値化する。ＮＷＩＲ（ＶＩＥＷ）は、各ビューでワイヤ２０の影が存在するチャンネル番号を表している。
【００１８】
ズレ計算部３３は、サイノグラムをビュー番号軸に沿って積分する、または二値化しないときにはサイノグラムをビュー番号軸に沿って平均化する（Ｓ２）。それにより図６（ｂ）に例示するように、チャンネル方向に関するワイヤ影の出現頻度分布が生成される。ズレ計算部３３は、当該分布の重心に対応するチャンネル番号ＮＣを特定する（Ｓ３）。このチャンネル番号ＮＣは、、Ｘ線検出器８の実際的な中心チャンネルに対応するものであって、ここでは整数に止まらず、小数点第一位までの精度で計算される。
【００１９】
次に、ズレ計算部３３は、図７に示すように、例えば最小自乗法により、中心チャンネル番号Ｎｃを中心とするサインカーブＮＳＩＮＦ（ＶＩＥＷ）をワイヤ影ＮＷＩＲ（ＶＩＥＷ）に対して近似させる（Ｓ４）。このサインカーブＮＳＩＮＦ（ＶＩＥＷ）は、変形等による回転フレーム２のぶれが無いと仮定したときの各ビューでワイヤ２０の影が存在するチャンネル番号を表している。
【００２０】
次に、ビュー番号Ｎを１に初期化して（Ｓ５）、ビュー番号「１」から順番に、ワイヤ２０の影ＮＷＩＲ（Ｎ）とサインカーブＮＳＩＮＦ（Ｎ）とのズレＮｄｅｖ（Ｎ）を、  
Ｎｄｅｖ（Ｎ）＝ＮＳＩＮＦ（Ｎ）−ＮＷＩＲ（Ｎ） 
により計算する（Ｓ６）。
【００２１】
そして、Ｓ３で特定した実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣを、ズレＮｄｅｖ（Ｎ）にしたがってシフトする（Ｓ７）。当該ビュー番号Ｎにおけるシフトされた実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣＲＥＣ（Ｎ）は、  
ＮＣＲＥＣ（Ｎ）＝ＮＣ＋Ｎｄｅｖ（Ｎ） 
で求められる。
【００２２】
変数Ｎを１だけインクリメントして（Ｓ８）、Ｎ＝１０００に至るまで（Ｓ９）、Ｓ６〜Ｓ８を繰り返す。それによりビューごとに、実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣＲＥＣ（Ｎ）が求められる。
【００２３】
このように求められた各ビューの実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣＲＥＣ（Ｎ）のデータは、すれ計測のためのスキャンＳ１時のＸ線管球３の回転速度のデータが関連付けられてズレ記憶部３４に記憶される。様々な回転速度で、各ビューの実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣＲＥＣ（Ｎ）のデータが計測され、ズレ記憶部３４に記憶される。
【００２４】
再構成処理部２８における断層画像の再構成処理にあたっては、コンソール制御部３４の制御のもとで、スキャン時のＸ線管球３の回転速度に対応する各ビューの実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣＲＥＣ（Ｎ）のデータが、ズレ記憶部３４から再構成処理部２８に提供される。再構成処理部２８では、提供された各ビューの実際的な中心チャンネルのチャンネル番号ＮＣＲＥＣ（Ｎ）に従って、図８に示すように、中心チャンネルの位置をビューごとに配置し、それに応じてバックプロジェクションの経路を設定する。
【００２５】
本実施形態によると、回転ぶれによる再構成処理におけるバックプロジェクション演算上の経路（レイ）と、実際のデータ収集時のＸ線経路との不一致が解消され、又は軽減されるので、それに起因する画像のボケやアーチファクトの発生が解消又は抑圧され得る。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の架台装置の内部構成を示す図。
【図２】本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の機能ブロック図。
【図３】図２のコンソール制御部による検出器の中心チャンネルの決定手順を示す図。
【図４】図３のワイヤスキャンのために天板上に置かれるメタルワイヤを示す図。
【図５】図４のワイヤと回転軸ＲＡとの位置関係を示す図。
【図６】図２のズレ計算部で生成されるサイノグラムを例示する図。
【図７】図２のズレ計算部で計算される回転角度ごとのズレを示す図。
【図８】図２のズレ計算部で計算される回転角度ごとのズレを用いた再構成処理の補足図。
【符号の説明】
【００２８】
１…架台、２…回転フレーム、３…Ｘ線管球、４…ウェッジフィルタ、５…Ｘ線コリメータ、６…Ｘ線コリメータ取り付け板、７…検出器／ＤＡＳ取付フレーム、８…マルチスライス型Ｘ線検出器、９…データ収集装置（ＤＡＳ）、１０…固定ネジ、１１…位置決めピン、１２…固定ネジ、１３…位置決めピン、１４…固定ネジ、１５…位置決めピン、１６…高圧発生部、１７…絞り駆動装置、１８…回転駆動装置、１９…架台制御部、２１…寝台装置、２２…天板、２３…操作コンソール、２６…前処理部、２７…投影データ記憶部、２４…入力装置、２５…コンソール制御部、２８…再構成処理部、２９…画像記憶部、３１…画像処理部、３２…表示装置、３３…ズレ計算部、３４…ズレ記憶部、３５…天板駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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