(57)【要約】【課題】照射するＸ線としてコーンビームを用いたＣＴシステムにおいて、容易に水補正を行うことができるようにすること。【解決手段】放射線撮像装置であって、放射線を２次元に曝射するＸ線管球（１１）と、前記Ｘ線管球により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の検出器（１２）と、前記Ｘ線管球及び前記検出器に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転テーブル（１４）と、前記検出器の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントム（１３）と、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムの放射線撮影を行って得たデータを用いて、被検体を放射線撮影して得たデータの水補正を行う補正回路（２０）とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
2005000297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を２次元に曝射する放射線源と、
前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の放射線検出手段と、
前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、
前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムと、
前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムの放射線撮影を行って得たデータを用いて、被検体を放射線撮影して得たデータの水補正を行う補正手段と
を有することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記放射線源により曝謝された放射線を前記放射線検出手段により直接検出して得たデータを更に用いて、前記水補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記放射線源の放射線の曝射量を測定する曝射量検出手段を更に有し、
前記補正手段は、前記曝射量検出手段により測定された曝射量データを更に用いて、前記水補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記回転手段は、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、被検体を回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記回転手段は、被検体に対して、前記放射線源及び前記放射線検出手段を回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記水ファントムは、前記検出領域の回転軸方向での略半分の領域を覆う大きさであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
放射線を２次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の放射線検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における水補正方法であって、
前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第１のデータを取得する工程と、
前記放射線源により曝謝された放射線を前記放射線検出手段により直接検出して得た第２のデータを取得する工程と、
被検体を放射線撮影して得た第３のデータに対して、前記第１及び第２のデータに基づいて水補正を行う工程と
を有することを特徴とする水補正方法。
【請求項８】
放射線を２次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の放射線検出手段と、前記放射線源の放射線の曝射量を測定する曝射量検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における水補正方法であって、
前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第１のデータを取得する工程と、
前記曝射量検出手段により曝射量を測定して得られた第２のデータを取得する工程と、
被検体を放射線撮影して得た第３のデータに対して、前記第１及び第２のデータに基づいて水補正を行う工程と
を有することを特徴とする水補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＸ線等の放射線を利用して画像撮影を行うＸ線ＣＴ装置等の放射線一般を使用して、被検体内の放射線特性分布を画像化する放射線撮像装置に関し、特に、コーンビームＣＴ装置における水補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検体に対してＸ線を曝射し、該被検体を透過或いは被検体で散乱したＸ線をＸ線検出器で検出し、このＸ線検出器の出力（Ｘ線の光子数）に基づいて被検体の透視画像、断層画像或いは三次元画像を撮像するＸ線ＣＴ装置が知られている。
【０００３】
かかるＸ線ＣＴ装置として、コーンビームＣＴ装置が開発されている。通常のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線ビームはＺ方向に薄く切り出されており、ファンビームと呼ばれるが、コーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）では、Ｚ方向にも広がったＸ線ビームを用い、このＸ線ビームはコーンビームと呼ばれる。
【０００４】
そして、このＣＢＣＴとしては、現在のところ、従来型ＣＴ（すなわちｒｏｗが１列だけのもの）において、いわゆる第３世代型あるいはＲ／Ｒ型と呼ばれる方式に相当する形式が検討されている。この第３世代型ＣＴとは、Ｘ線源と検出器のペアが被検体の周囲を回転しながらスキャン（投影データの収集）を行うものである。
【０００５】
図９は、ＣＢＣＴ装置の概略構成の一例を示すものである。同図において、１はＸ線源であるＸ線管球、２はＸ線検出器、３は被検体である。図９に示すＣＢＣＴ装置は第３世代型ＣＴ装置に属するものであり、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ線管球１と共にＸ線検出器２も被検体３の周囲を回動し、一回転で関心領域のスキャンを終えるものである。
【０００６】
通常のＸ線ＣＴ装置では、チャンネル（ＣＨ）方向にサンプリングするために、Ｘ線検出器上には検出素子がＣＨ方向に１ライン並んでおり、個々の素子はチャンネル番号で識別される。これに対し、図９に示すようＣＢＣＴ装置では、Ｘ線検出器２上に検出素子がさらにＺ方向（ＲＯＷ方向）にも配列されている。すなわち、ＣＢＣＴ装置における検出器２は、検出素子が直交格子状に２次元配置されて構成される。
【０００７】
このようなＣＢＣＴ装置によれば、検出素子をｚ方向（ＲＯＷ方向）及びＣＨ方向の２方向に格子状に配置して検出器を構成するとともに、放射線をＺ方向にも厚みをもたせて円錐（コーン）状に曝射することによって、複数列分の投影データを一括して得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
一方、Ｘ線単純撮影においては、半導体を使用したＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が使用されるようになったが、ＣＴにも応用可能であり、この場合はコーンビームＣＴが構成可能となる。
【０００９】
他方、レトロフィットＣＴというアイデアがある。これは、従来の一般撮影用Ｘ線装置に、ＦＰＤと回転テーブルを取り付け、回転テーブル上に被検体を設置し、回転テーブルにより被検体を回転させながら撮影を行うことで、立位撮影のＸ線幾何学系でＣＴ撮影を行うものである。この方式では、従来のＣＴより小さな設置面積で安価にＣＴを実現できることがメリットである（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１０７１６２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１７８１０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
医療用放射線ＣＴ装置においては、画像中の画素値は水を基準として、水相当の放射線吸収を有する部分は画素値がゼロ、空気相当の部分が−１０００の画素値となるように補正される。
【００１２】
水相当の画素をゼロ、空気相当の画素を−１０００となるように画像再構成するために、通常、予め水ファントムを撮影して水補正を行うが、ＦＰＤを使用したＣＢＣＴ装置においては、ＣＴの回転軸（Ｚ軸）方向に長い水ファントムが必要になるため、重量も相当になる。水補正のための水ファントム撮影は定期的に行われるので、大形の水ファントムを取り扱うのが大変になる。
【００１３】
また、レトロフィットＣＴでは、水補正に関して、従来技術開示が無かった。
【００１４】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、照射するＸ線としてコーンビームを用いたＣＴシステムにおいて、容易に水補正を行うことができるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮像装置は、放射線を２次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の放射線検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムと、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムの放射線撮影を行って得たデータを用いて、被検体を放射線撮影して得たデータの水補正を行う補正手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、放射線を２次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の放射線検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における本発明の水補正方法は、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第１のデータを取得する工程と、前記放射線源により曝謝された放射線を前記放射線検出手段により直接検出して得た第２のデータを取得する工程と、被検体を放射線撮影して得た第３のデータに対して、前記第１及び第２のデータに基づいて水補正を行う工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発の別の構成によれば、放射線を２次元に曝射する放射線源と、前記放射線源により曝射された放射線を検出するように配置された２次元の放射線検出手段と、前記放射線源の放射線の曝射量を測定する曝射量検出手段と、前記放射線源及び前記放射線検出手段に対して、相対的に被検体が回転するように駆動する回転手段と、前記放射線検出手段の検出領域の回転軸方向での一部を覆う大きさの水ファントムとを有する放射線撮像装置における本発明の水補正方法において、前記水ファントムの設置位置を動かしながら、前記検出領域の全領域で前記水ファントムを放射線撮影して得られた第１のデータを取得する工程と、前記曝射量検出手段により曝射量を測定して得られた第２のデータを取得する工程と、被検体を放射線撮影して得た第３のデータに対して、前記第１及び第２のデータに基づいて水補正を行う工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態における、コーンビームを用いたＣＴシステムの概略構成を示す図であり、水ファントム撮影時の状態を示している。特に、図１（ａ）はシステムを上から見た図、図１（ｂ）はシステムを横から見た図である。図１において、１１はＸ線管球、１２は２次元検出器、１３は水ファントム、１４は回転テーブル、１５はＸ線のファン角、１６はＸ線のコーン角、１７は光軸、２０は水補正回路を示している。
【００２０】
本第１の実施形態では、水データを２回に分けて取得する。即ち、水ファントム１３を２次元検出器１２の下半分にかかる位置に配置した場合と、上半分にかかる位置に配置した場合の２回、撮影を行って水データを得る。いずれを先に撮影しても構わないが、ここでは、図１に示すように、まず、水ファントム１３を２次元検出器１２の下半分、且つ、光軸１７より少し上までにかかるように配置する。
【００２１】
Ｘ線管球１１から連続してＸ線が曝射される間に、回転テーブル１４により水ファントム１３が例えば図１に示す矢印の方向に３６０度回転する。２次元検出器１２の画素数は、例えば１０００×１０００画素であり、２次元検出器１２に接続された補正回路２０に取り込まれる。なお、補正回路は、専用に構築しても、汎用コンピュータに本発明の水補正プログラムを実行させることにより実現させてもよい。
【００２２】
次に、上記構成を有するＣＴシステムにおける水補正方法について、図７のフローチャートを参照して説明するが、検出器１２から出力されるデータを補正回路２０が処理することによって、水補正が実行される。
【００２３】
まずステップＳ１１において、図１の状態で撮影を行う。この状態で撮影されたデータを模式的に表したのが図２である。概ね半分より上が空気データ、下半分が水データである。以下、図中のＣＨ１からＣＨ４を例にとって水補正方法を説明するが、図２の状態ではＣＨ１、ＣＨ２は空気データであり、ＣＨ３、ＣＨ４は水データである。図１に示すように、ＣＨ３、ＣＨ４に到達するまでの水ファントム１３の通過距離であるＸ線減衰長をｇ３、ｇ４とすると、ＣＨ１からＣＨ４に入射する到達Ｘ線カウントＲ１１からＲ１４は、
【００２４】
2005000297.tif 000003
【００２５】
となる。ここで、ＩＳ１は上記データを収集したタイミングにＸ線管球１１から曝射されたＸ線量、Ｃ１からＣ４はＣＨ１からＣＨ４のゲインを表している。μｗは、水のＸ線吸収係数である。
次に、ステップＳ１２において、図３に示すように水ファントム１３の位置を上方に動かし、この位置で撮影を行う。これは、図１に示すＣＢＣＴ装置で２次元検出器１２の上半分の水データを収集する場合を示す図である。図３の状態で撮影されたデータを模式的に表したのが図４である。概ね半分より上が水データ、下半分が空気データである。図３に示すように、ＣＨ１、ＣＨ２に到達するまでの水ファントム１３の通過距離であるＸ線減衰長をｇ１、ｇ２とすると、ＣＨ１からＣＨ４に入射する到達Ｘ線カウントＲ２１からＲ２４は、
【００２６】
2005000297.tif 000004
【００２７】
となる。ここで、ＩＳ２は上記データを収集したタイミングにＸ線管球１１から曝射されたＸ線量、Ｃ１からＣ４はＣＨ１からＣＨ４のゲインをあらわしている。μｗは、水の線吸収係数である。なお、厳密には、水ファントム１３を固定する支柱が空気データ部分に撮影されているが、水補正には支障はない。
次にステップＳ１３において、水ファントム１３の無い状態、つまり、２次元検出器１２の全域で空気データを収集する。なお、ステップＳ１３の処理と、上記ステップＳ１１及びＳ１２の処理の順番は逆であっても構わない。図示しないが、ＣＨ１からＣＨ４までに入力される到達Ｘ線カウントＲ０１からＲ０４は、以下のようになる。
【００２８】
2005000297.tif 000005
【００２９】
ここで、ＩＳ０は上記データを収集したタイミングにＸ線管球１１から曝射されたＸ線量、Ｃ１からＣ４はＣＨ１からＣＨ４のゲインを表している。
上記ステップＳ１１〜Ｓ１３で取得したデータ（以下、「水補正データ」と呼ぶ。）は、補正回路２０内の不図示のメモリに記憶しておく。
【００３０】
次にステップＳ１４において、図１に示すシステムで被検体を撮影し、被検体のデータを取得する。図５は被検体１８を撮影している状態を示す図であり、図５（ａ）はシステムを上から見た図、図５（ｂ）はシステムを横から見た図である。このシステムにおいてあるタイミングで得られたデータの一例を図６に示す。投影データを収集したタイミングでのＸ線管球１１から曝射されたＸ線量をＩＳとし、被検体１８の線吸収係数をμとすると、
【００３１】
2005000297.tif 000006
【００３２】
となる。
そしてステップＳ１５において、ステップＳ１４で得られた被検体のデータに対して、ステップＳ１１〜Ｓ１３で取得した水補正データを用いて、水補正処理を行う。具体的には、式（４）に示すタイミングでのＣＨ２およびＣＨ３のデータＲ２、Ｒ３から画素間のゲイン差を除いて、水のＸ線吸収係数との差が求めれば、水補正ができる。上記式（２）、式（３）、式（４）より、
【００３３】
2005000297.tif 000007
【００３４】
式（５）から以下のようにＣＨ２の水の線吸収係数との差を表す投影データを得ることができる。
2005000297.tif 000008
【００３５】
同様に、ＣＨ３対しては式（１）、式（３）、式（４）を用いて以下の式（７）を求めることができる。
【００３６】
2005000297.tif 000009
【００３７】
以上で説明していないチャンネルに対しても式（６）又は式（７）を導き出した方法と同様の方法で水データとの差を求めることができる。式から明らかなように、仮に水ファントム１３を本撮影として撮影すれば再構成された画像のＣＴ値はゼロになる。ただし、空気を撮影した場合のＣＴ値をー１０００に特定するためには、式（６）又は式（７）で求まった値に適当な定数を乗して再構成することになる。
【００３８】
図７のステップＳ１６で、別の被検体を撮影するかどうかを判断し、撮影するならばステップＳ１４に戻って撮影した被検体に対して上述した水補正処理を繰り返す。ステップＳ１６でＮＯであれば、ステップＳ１７で新しい水補正データを取得するかどうか判断し、新たに取得するのであればステップＳ１１に戻り、そうでなければ処理を終了する。
【００３９】
ところで、本第１の実施形態においては、２次元検出器１２のいずれかのチャンネル（ＣＨ）へ被検体１８の撮影中に直線Ｘ線が入射している必要がある。この直接放射線検出は、本第１の実施形態ではＣＨ１から得られているが、一般には画像処理によって検索することが可能である。検索は、画像中から被写体領域を検出する方法で行うことができ、被写体領域を特定する方法は種々のものが公知であるので、それを採用すればよい。
【００４０】
上記の通り第１の実施形態によれば、ＦＰＤ検出器等の２次元検出器全体をカバーしない水ファントムを用いてコーンビームＣＴ全体の水補正を行うことが可能になり、水補正作業が容易になる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４２】
上述の第１の実施形態における問題点は、２次元検出器１２のいずれかのチャンネル（ＣＨ）へ撮影中に直線Ｘ線が入射している必要があること、および、散乱線の混入の可能性である。これを回避する方法としては、従来から行われているようにＸ線管球の放射窓にリファレンス検出器を設けることが考えられる。
【００４３】
本発明の第２の実施形態におけるリファレンス検出器１９を含む立位患者回転方式ＣＴシステムの配置例を図８に示す。なお、図１と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。リファレンス検出器１９への入射線量は、図示しないが２次元検出器１２と同じ区間の積分時間で積分され、それぞれリニアな関係を有する。つまり、積分区間でのＸ線変動はキャンセルできる。
【００４４】
リファレンス検出器１９を有する場合の、水補正の方法を以下に示す。リファレンスＣＨの入力をＲｒと記述すると、本第１の実施形態において式（１）、式（２）、式（３）、式（４）で収集されるデータは、第２の実施形態では、
【００４５】
2005000297.tif 000010
【００４６】
で表される。
式（８）から式（１０）を使用して、本第２の実施形態の式（６）および式（７）に相当する式を求めると、それぞれ以下のようになる。
【００４７】
2005000297.tif 000011
【００４８】
なお、第１の実施形態では上述したように、２次元検出器１２のいずれかのチャンネル（ＣＨ）へ撮影中に直線Ｘ線が入射している必要があったが、本第２の実施形態ではリファレンス検出器１９を用いているため、２次元検出器１２全体を覆うような水ファントムを用いることも可能である。その場合、水ファントムの撮影は１回で済む。一方、第１の実施形態と同様に２次元検出器１２の約半分の領域を覆う水ファントム１３を用いるメリットとしては、ファントムの質量を減らすことが可能になり、取り扱いが容易となる。
【００４９】
また、上記第１及び第２の実施形態では、立位患者回転方式ＣＴ装置を用いた場合を例にとって説明したが、本発明は立位患者回転方式ＣＴ装置に限るものではなく、図９に示すように、被検体を固定し、Ｘ線管球及びＸ線検出器を回転させるタイプのＣＴ装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５０】
また、上記第１及び第２の実施形態では、検出器１２の約半分を覆う水ファントム１３を用いたが、これに限るものではなく、検出器１２の検出領域の例えば１／３や、１／４など、１／２よりも小さい領域を覆う大きさの水ファントムを用いて水データを取得するための撮影回数を増やしたり、検出領域の２／３の大きさ等、少なくとも１つのチャンネルを覆わない大きさの水ファントムを用いることも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
上記の通り本発明によれば、照射するＸ線としてコーンビームを用いたＣＴシステムにおいて、容易に水補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるコーンビームＣＴシステムにおいて、下半分の検出領域で水ファントムを撮影する際の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における下半分の検出領域で水ファントムを撮影して得られるデータの概念を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるコーンビームＣＴシステムにおいて、上半分の検出領域で水ファントムを撮影する際の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における上半分の検出領域で水ファントムを撮影して得られるデータの概念を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるコーンビームＣＴシステムにおいて、被検体を撮影する際の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における被検体を撮影して得られるデータの概念を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における水補正処理手順を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるコーンビームＣＴシステムの概略構成を示す図である。
【図９】従来のコーンビームＣＴシステムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１１  Ｘ線管球
１２  ２次元検出器
１３  水ファントム
１４  回転テーブル
１５  ファン角
１６  コーン角
１７  光軸
１８  被検体
１９  リファレンス検出器
【図１】
2005000297.tif 000012
【図２】
2005000297.tif 000013
【図３】
2005000297.tif 000014
【図４】
2005000297.tif 000015
【図５】
2005000297.tif 000016
【図６】
2005000297.tif 000017
【図７】
2005000297.tif 000018
【図８】
2005000297.tif 000019
【図９】
2005000297.tif 000020