(57)【要約】本発明は、放射源（１）、特にレントゲン源が対象物（４）に対して移動する、三次元断層撮影画像を生成するための方法に関する。放射源（１）は放射円錐体（２）状に放射を射出し、放射源（１）から射出された放射は対象物（４）に照射され、対象物（４）を透過してその強度を低下した放射が、放射円錐体（２）状に放射する放射源（１）に対して対象物（４）の後方に配置されている検出器（５）に受けられようになっている。放射源（１）と検出器（５）が、対象物（４）によって画成される基準システムにおいて、画像を生成する間、回転軸（６）を中心として回転する放射源検出器構成体（７）を形成する。画像を生成する間、回転軸（６）の位置が変更し、及び／又は、放射源（１）及び／又は検出器（５）が、撮影を行う間、放射源検出器構成体（７）によって画成される基準システム内において移動することを特徴とする方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射円錐体（２）状に放射を射出する放射源（１）、特にレントゲン源が対象物（４）に対して移動し、前記放射源（１）から射出されて前記対象物（４）に照射され、前記対象物（４）を透過して強度低下した前記放射が、前記放射円錐体（２）状に放射する前記放射源（１）に対して前記対象物（４）の後方に配置されている検出器（５）に受けられようになっており、前記放射源（１）と前記検出器（５）が、前記対象物（４）によって画成される基準システムにおいて、撮影を行う間、回転軸（６）を中心として回転する放射源検出器構成体（７）を形成する、前記対象物（４）の三次元断層撮影像を生成するための方法であって、
前記撮影を行う間、前記回転軸（６）の位置が変更し、及び／又は、前記放射源（１）及び／又は前記検出器（５）が、前記撮影を行う間、前記放射源検出器構成体（７）によって画成される前記基準システム内において移動することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記回転軸（６）の移動、及び／又は放射源（１）及び／又は検出器（５）の移動が連続的に行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一連の撮影を行う間、前記放射源（１）を前記回転軸（６）に対して平行に、及び前記対象物に対して連続的に移動させることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
一連の撮影を行う間、前記検出器（５）を前記回転軸（６）に平行に、及び前記対象物に対して連続的に移動させることを特徴とする、請求項１から請求項３迄の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
一連の撮影を行う間、前記放射源（１）及び／又は前記検出器（５）を、前記回転軸に対して垂直に、及び対象物（４）に対して連続的に移動させることを特徴とする、請求項１から請求項４迄の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
一連の撮影を行う間、適応遮光装置（８）によって前記放射円錐体（２）がその方向及び広がりを連続的に調整されることを特徴とする、請求項１から５請求項迄の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記撮影を行う間、前記放射の中心線（３）の角度が、前記検出器（５）の中心に当るように調整されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
放射源（１）と検出器（５）を有し、該放射源（１）と該検出器（５）が放射源検出器構成体（７）として統合されており、該放射源検出器構成体（７）が前記回転軸（６）を中心として回転可能に設置されており、
前記放射源検出器構成体（７）が、前記回転軸（６）に対して垂直に移動するようになっており、及び／又は、前記放射源（１）及び／又は前記検出器（５）が、前記放射源検出器構成体（７）に保持されており、
一連の撮影を行う間、前記放射源検出器構成体（７）を移動させる、コンピュータによって制御される駆動手段を備えたことを特徴とする、特に請求項１から請求項７迄の何れか一項に記載の方法を実行する装置。
【請求項９】
前記検出器（５）がレントゲン画像増幅器又はフラットパネル検出器であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射発生源、特にレントゲン発生源が対象物に対して移動して、円錐形状の放射を対象物に照射し、対象物を通過してその強度を弱めた放射が、円錐状に放射する放射源に対して対象物の後方に配置した検出器に入射することによって、一連の撮影を行い、対象物の三次元断層画像を生成する方法であって、放射源と検出器が放射源検出器構成体として統合されており、連続して撮影を行っている際に、対象物によって画定される前記放射源検出器構成体の系が、回転軸の周りを回転することを特徴とする方法に関する。本発明は更に、そのような方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
断層撮影は、まさに医療分野では人体各部の三次元画像を作成するための重要な技術である。この場合、人体の部分は、通常、円形又は楕円形の所定の軌道に沿って対象物の周りを移動する放射源、特にレントゲン源によって照射される。放射源からの円錐状放射に対して対象物の後方に、検出素子アレイを有する検出器が配置されており、この検出器に対象物が投影されるようになっている。
【０００３】
コンピュータ断層撮影法及び円錐放射断層撮影法（「コーンビーム」）に適用されるこの種の方法は、一般には、それぞれ個々の撮影の吸収度測定から、放射によって透過された対象物における吸収係数の三次元分布を再構成することができる。この場合、本方法の適用範囲は医療分野に限定されるものではない。
【０００４】
まさに、公知の円錐放射式断層撮影機の場合、放射源と検出器は楕円形又は円形の軌道に沿って、結像対象物の存在する共通の等角点の周りを移動する。好ましい配置では、レントゲン源及び検出器は、その中心軸を中心として対象物の周りを回転するＣ型アーチのそれぞれ端部に配置されている。その場合、多数の二次元投投影像が撮影され、それよって対象物が三次元に再構成される。三次元対象物の再構成には、Ｆｅｌｄｋａｍｐの基本放射線技術（Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐ他著“Ｐｒａｋｔｉｓｃｈｅ  Ｐｒｉｍａｅｒｓｔｒａｈｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｅｎ”（「基本放射線アルゴリズム」）、アメリカ光学協会誌、第１版、第６巻、１９８４年６月刊）が利用できる。この方法は、「フィルタ補正逆投影法」（ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）（ＦＢＰ）とも呼ばれ、すべての投影画像を先ずフィルタ処理した後、立体的な形状に逆投影する。本方法は、商業用断層撮影スキャナ、特にスパイラルＣＴ又は基本放射Ｃアームに応用されている。
【０００５】
この種の診断機器は、例えば欧州特許第１０００５８２Ａ２号に開示されている。このＣ型アーチの場合、その放射源検出器構成体は、振動などの装置の動きを補正し、回転軸の方位性を正確に保てる（等角な回転ができる）ように構成されているという特徴を有する。機器の動きはセンサを通じて検知され、センサの出力信号によって対応するアクチュエータを制御している。
【０００６】
これ迄に公知になっている方法は、配置に関する柔軟性が比較的乏しく、検査対象物によって限定される空間的な条件に適応させることが困難であるという課題があった。このため、様々な用途において、機器のコストと設置場所の要件を最適化する様々な結像ジオメトリー（Ａｂｂｉｌｄｉｎｇｓｇｅｏｍｅｔｒｉｅ）を有する円錐放射式断層撮影装置が構想されている。特に公知の方法では、個々の患者の解剖学的な構造を考慮することは困難である。したがって、撮影の品質、放射負荷などを患者は受忍することとなり、多くの点で妥協が必要となる。
【特許文献１】欧州特許第１０００５８２Ａ２号パンフレット
【非特許文献１】Ｌ．  Ａ．  Ｆｅｌｄｋａｍｐ他著“Ｐｒａｋｔｉｓｃｈｅ  Ｐｒｉｍａｅｒｓｔｒａｈｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｅｎ”（「実用基本放射線アルゴリズム」）、アメリカ光学協会誌、第１版、第６巻、１９８４年６月刊）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、ジオメトリー（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅ）に関して大きな柔軟性を有し、検査対象物にかかる放射負荷を低減しながらも、簡単な手段により低コストで実現可能な断層撮影方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、上記方法を実施する機械的に簡単な構成の装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１の特徴を有する方法及び請求項８に記載の装置によって解決される。
【０００９】
本発明の実施の形態の特別な特徴については、それぞれの従属請求項に記載している。
【００１０】
本発明の本質的な基本構想は、撮影時には撮影対象物に対する放射源及び検出器の動きに制御を行いながらも可能な限り多くの自由度を与え、複雑性な動きによって評価プログラムの性能に過剰な負荷を課することのない方法を提供することにある。本発明は同時に、構造が簡単で、信頼性をもって作動してこの基本構想を実現する装置を提供することも目的とする。これは、その周りを放射源検出器構成体が回転する回転軸自体を、連続的に撮影する際に作動させ、特に撮影する対象物に対して変位させることによって実現可能となる。この場合、この変位とは回転軸の平行移動、及び／又は旋回移動である。放射源検出器構成体の回転軸に沿った移動、及び螺旋を形成するような移動は公知であるが、これらの場合、回転軸は固定したまま留まっていることから、本発明の「変位」には相当しない。
【００１１】
上記に加えて、或いは代替として、連続して撮影を行う際、或いは撮影時には、放射源、及び／又は検出器は、構造的に一体として設計された放射源検出器構成体の中で相互に動く。したがって、回転可能な状態に設けられた放射源検出器構成体は、その中で放射源及び／又は検出器が動く、回転する基準システムを形成している。その場合この動きは、それぞれ旋回移動させることも、或いは放射源検出器構成体の回転軸に平行な方向及び／又は放射方向に移動させることもできる。走査時には放射源を検出器に対して異なるように配置できる。
【００１２】
換言すると、本発明によれば、従来の円錐放射式断層撮影機とは異なり、回転軸は連続して撮影する際に検査対象物に対して変位、及び／又は旋回することができる。それに加えて、或いは代替として、検出器及び放射源は撮影時に駆動回転軸へ半径方向に、及び駆動回転軸から遠ざかる方向へ移動させることができる。この場合、検出器及び放射源が撮影時に、更に、駆動回転軸に平行にも移動可能であれば、一層に有利である。本発明によれば、原則として、放射源と検出器がそれに沿って移動する、任意の軌道（走査曲線）を形成できる。もちろん、放射源と検出器は常に、放射が検出器の有効な面に当るように相互の位置を調整可能であるという点に注意しなければならない。走査曲線に沿って行う撮影の評価のために適当なコンピュータ機能を用意しておく。
【００１３】
本発明の方法、及び装置は、放射源、対象物、検出器に対する相対的な位置に関してより多くの自由度を提供する利点があることは明らかである。これによって、従来型の円錐放射式断層撮影機に対して、分解能の向上、再構築された空間（Ｖｏｌｕｍｅｎ）内のコントラストの改善、対象物、特に患者に対する放射負荷の減少、再構築可能な空間範囲の拡大、及び断層撮影機の設置場所を少なくできる、などの利点が生じる。本発明によれば、次のファクタに関して個々の撮影毎に結像ジオメトリーを最適化できる。すなわち、結像対象物のジオメトリーに対応して、放射源及び検出器の動きを損わないように、一連の撮影で選択的に調整を行える。このため、動きを対象物、特に人体部位の輪郭に合わせることができる。対象物の寸法については比較的柔軟性が高いので、機械的構造がよりコンパクトな装置を構想できる。これによって、断層撮影機のコスト及び設置場所の要件が有利になる。
【００１４】
本発明によれば、更に、それぞれの撮影時に、三次元分を作成する必要のある対象物の該当部分を、円錐放射によって可能な限り完全に捕捉できる。これに対して、三次元分を作成する必要のない対象物の非該当部分は、可能な限り円錐放射が当たらないようにできる。これによって、それによって、不要な線量負荷及び吸収を回避できる。線量負荷が少ないことは患者の健康にとって好ましく、又、吸収が少ないことは画像ノイズを著しく抑制し、これによって画像品質が高まる。そのようにして、吸収係数の高い解剖学的構造体も問題なく検査できる。
【００１５】
本発明の更に有利な点は、放射源から検出器方向に進み対象物に到る個々の放射に沿って発生する吸収が全体としてほぼ同じ大きさになるように、該当する解剖学的構造体を均等に透過させられることである。これによって、最大のダイナミズム及び最小の線量で最大のコントラストが確保される。この他にも、幾何学的な配置、即ち、検出器と放射源の距離と放射源と対象物の距離との比によって、倍率、つまり２次元の個々の撮影の分解能、ひいては再構築した３次元空間の分解能にも影響を与えることができる。
【００１６】
個々の撮影の分解能は、さらに、放射源の幾何学的広がりにも依存する。例えば、レントゲン源の場合、放射源の広がりは陽極上のレントゲン焦点である。放射源の立体的広がりの影響は、倍率の増加に伴って増大し、分解能はそれに対応して低下する。本発明の利点は、動きが円又は楕円に制限されないことから、それぞれの円錐放射式断層撮影機の要求に応じて、最適の結像ジオメトリーを得られる点にある。
【００１７】
以上の他、個々の構成要素の動き、個々の撮影を実行する位置、更には遮光調整が、一連の撮影の前に設定され、一連の撮影を行う際にはコンピュータ制御及びモータ駆動によりそれらを調整するようにすれば、一層有利である。構成部品が加速されることによって装置にかかる機械的負荷を最小限とするため、撮影中のモータ、特にステップモータによる動作を連続的に実行にするのが有利である。もちろん、特定の用途では、放射源と検出器の動きをステップ毎に実行するのが有利になる場合もある。なお、ステップの間隔及びステップ後の滞留時間は調整可能に設定できる。必要に応じて、個々の撮影毎に放射線量を変更できる。これによって、密度の高い部分では分解能を高め、検査対象物の中ではコントラストを上げることができる。上記の長所を有する本発明の装置は、歯及び顎の診断の分野で使用することが好ましい。
【００１８】
本発明の装置を用いて撮影する場合、シミュレーションによって予めコンピュータを用いて設定することが好ましい。この場合、従来の方法で撮影した患者の体積データをシミュレーションの基礎材料とできる。シミュレーション結果は、本発明の装置を構成する対応する駆動部の制御に利用する。
【００１９】
太った、痩せた、背が高い又は背が低いなど様々な、個別の解剖学的特性を考慮して、患者個人に個別の工程を実施することも可能である。これらの工程は、前もって（光学的に、又は装置の機械的機能によって）測定した患者の解剖学的外的特性に基づいて設定できる。さらに、前もって手動で軌道上を走行させ、後の走査用に直接保存することもできる。
【００２０】
更に、対象物の不要な部位領域に負荷をかけることなく、円錐放射を検出器に最適に照射するため、放射源には、その開口ジオメトリーをモータによって駆動し、コンピュータ制御によって調整できる遮光装置（Ｂｌｅｎｄｅｎｖｏｒｒｉｇｈｔｕｎｇ）を装備するのが有利である。
【００２１】
本発明によると、個々の撮影位置は、公知の再構成法の１つ、特に三次元分布を再構成するための上述の基本放射線技術を適用できるように選択するのが有利である。それには、三次元表示を正確に再構成できるように、個々の撮影毎にジオメトリーの較正を行う必要がある。較正は、オンラインで走査時に行うこともできるし、或いはオフラインで行うこともできる。オフライン較正の場合は、例えば米国特許第６７１５９１８号に開示されているように、公知のジオメトリーを有する基準となる対象物を用いて１回行う。
【００２２】
既に触れたとおり、更なる長所は、動きの柔軟性の向上と同時に、例えば頭蓋底などの、極めて敏感な、或いは放射吸収性の強い特定の解剖学的部位を放射照射路から除外すといった、解剖学的所与条件への適合性を改善する点にある。これによって、これらの解剖学的構造体によって測定時にアーチファクトが形成されることを回避できる。同時に、画像品質を維持したまま患者への放射量も低減できる。
【００２３】
それに加え、対象物に含まれる金属によって発生するアーチファクトを減少させ得るという利点もある。特に歯の充填物によって吸収（吸蔵：Ｏｋｋｕｌｕｓｉｏｎｅｎ）が増加して発生する金属アーチファクトは、まさにＣ型アーチによって回避できる。吸収性の強い対象物はレントゲン線を完全に吸収することがあり、これによって撮影されたデータファイルに情報の欠落などの影響を及ぼし得る。特に、その逆投影工程を加算によって行う従来の再構成のアルゴリズムを使用した場合、この情報の欠落によってアーチファクトが発生する。吸蔵が発生した場合、加算すると不整合となり、値は許容範囲の外で飽和する。要約すると、本発明の主要な思想は、撮影時に、放射源、検出器、回転軸、及び／又は等角点を、相互にあらゆる自由度をもって意図的に移動できるという特別な構成にある。このように走査曲線を任意に形成することによって、特に、患者の解剖学的構造、一様な透過、放射負荷、画像品質、再構成する体積及び場所などの要件に対して最大限の適合化が可能である。本発明では回転の等角点はもはや前提条件にはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下では、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図に、レントゲン線を放射する放射源１を有する基本放射式走査システムの概略図である。放射源１からの放射は、放射中心線３を有する放射円錐体２の形態で放出される。この場合、放射源１には、放射円錐体２を制限する、モータで駆動し、コンピュータで制御される適応遮光装置８が備えられている。放射円錐体２により対象物４、ここでは立った状態の患者の頭部が照射される。頭部４を透過した放射はその強度を弱めて、検出器５の個別の検出素子を多数有する有効表面に照射される。その際、これら検出素子の各々が放射円錐体２の弱体化した部分放射を受ける。頭部４の三次元構造を再現するため、放射源１と検出器５からなる構成体は軸６の周りを回転する（矢印Ａ）。この場合、放射源１と検出器５は、Ｃ型アーチに相当する回転式放射源検出器構成体７として統合されている。移動時に検出器は、対象物によって吸収されて弱められた放射を個別に撮影する。当検出器としては、レントゲン画像増幅器（Ｒｏｅｎｔｇｅｎｂｉｌｄｖｅｒｓｔａｅｒｋｅｒ）又は「フラットパネル検出器」を用いることができる。
【００２６】
「マルチ・リーフ・コリメータ」として構成可能な適応遮光装置８により、一連の撮影を行っている際に放射円錐体の方向及び広がりを連続的に調整できる。放射中心線３の角度を、撮影時に放射中心線３が検出器５の中心に当たるように調整すると有利である。
【００２７】
本発明によると、図示された装置の場合、頭部の基準システムを構成する構成要素である放射源１と検出器５の相対的な動きにより多くの自由度が与えられる。この場合、ホルダ９を介してカバープレート１０又は台架に固定された放射源検出器構成体７一式は、先ず、カバープレート１０の平面内の軸Ｂ及び軸Ｃで構成される座標系１１をモータによって駆動して移動させることができる。カバープレート１０は必ずしも垂直方向に位置する必要はなく、傾斜させるように調整することもできる。カバープレート１０の平面内の移動は、個々の撮影時、すなわちこの場合では回転軸６の周りを回転する際に行う。この場合、回転軸の平行移動は、個々の撮影の前に設定して調整する。撮影時の所定の動きの制御はコンピュータが行う。
【００２８】
この場合、更に、放射源検出器構成体７の基準システムには自由度が設けられている。放射源１と検出器５はそれぞれ、移動可能にホルダ１３から延在したホルダアーム１２に取り付けられている。この共通のホルダ１３は回転軸６に対して垂直に配置している。放射源１及び検出器５は、ホルダ１３の平面内の矢印Ｄ及び矢印Ｅに沿って互いに独立して移動できるようになっている。
【００２９】
放射源１及び検出器５がそれぞれホルダ１３（矢印Ｆ及び矢印Ｇ）に沿って移動可能であることによって自由度が更に向上する。
【００３０】
さらに、放射源１及び検出器５は傾倒可能なように配置することも想到できる。放射源８と検出器の傾斜度を、放射の下方縁が水平になるように選択して、傾斜させることができる。このように配置することによって、肩への照射が避けられ、検出器５を比較的患者４の近くにまで導くことができる。
【００３１】
放射源１及び検出器５の矢印Ｄ、矢印Ｅ、矢印Ｆ及び矢印Ｇに沿った動き又は傾倒は撮影の前段階で設定及び調整する。この場合でも、予め設定した動きの制御は撮影時にコンピュータが実行する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】レントゲン線を放射する放射源を有する基本放射式走査システムの概略図である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射円錐体（２）状に放射を射出する放射源（１）、特にレントゲン源が対象物（４）に対して移動し、前記放射源（１）から射出されて前記対象物（４）に照射され、前記対象物（４）を透過して強度低下した前記放射が、前記放射円錐体（２）状に放射する前記放射源（１）に対して前記対象物（４）の後方に配置されている検出器（５）に受けられるようになっており、前記放射源（１）と前記検出器（５）が、前記対象物（４）によって形成される基準システムにおいて、撮影を行う間、回転軸（６）を中心として回転する放射源検出器構成体（７）を形成し、
前記放射源（１）及び/又は前記検出器（５）が、前記撮影を行う間、前記放射源検出器構成体（７）によって形成される前記基準システム内において移動する、前記対象物（４）の三次元断層撮影像を生成するための方法であって、
一連の撮影を行う間、前記放射源（１）及び／又は前記検出器（５）を、前記回転軸に対して垂直に、及び対象物（４）に対して連続的に移動させることを特徴とする方法。
【請求項２】
一連の撮影を行う間、適応遮光装置（８）によって前記放射円錐体（２）がその方向及び広がりを連続的に調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記撮影を行う間、前記放射の中心線（３）の角度が、前記検出器（５）の中心に当るように調整されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
放射源（１）と検出器（５）を有し、該放射源（１）と該検出器（５）が放射源検出器構成体（７）として統合されており、該放射源検出器構成体（７）が前記回転軸（６）を中心として回転可能に設置された、特に請求項１又は請求項２の何れかに記載の方法を実行する装置であって、
前記放射源検出器構成体（７）が、前記回転軸（６）に対して垂直に移動するようになっており、
一連の撮影を行う間、前記放射源検出器構成体（７）を駆動させる、コンピュータによって制御される駆動手段を備えたことを特徴とする装置。
【請求項５】
前記検出器（５）がレントゲン画像増幅器又はフラットパネル検出器であることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記放射源（１）及び／又は前記検出器（５）が、前記放射源検出器構成体（７）に移動可能に保持されており、
一連の撮影を行う間、前記放射源（１）及び／又は前記検出器（５）を移動する駆動手段を備えたことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の装置。
【国際調査報告】
2008528985.tif 000004
2008528985.tif 000005
2008528985.tif 000006
2008528985.tif 000007
2008528985.tif 000008
2008528985.tif 000009