コンピュータ断層撮影装置
【課題】アーチファクトを減少させた断面像を撮影するＴＲ方式のコンピュータ断層撮影装置を提供する。
【解決手段】放射線源１０と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出器１１と、放射線のファン面に沿って、放射線と交差する方向に複数回の直線移動するように放射線源及び被検体２１を相対的に制御するとともに、各直線移動と次の直線移動との間に、回転の停止位置が互いに１８０°を成す位置からずれるように予め設定して同一方向にステップ回転するように放射線源１０及び被検体２１を相対的に制御する機構部１２と、それぞれの直線移動の移動中に放射線を検出した放射線検出器１１が出力する被検体２１の透過データを入力し、該透過データから被検体の断面像を生成するデータ処理部１５とを有する。
【解決手段】放射線源１０と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出器１１と、放射線のファン面に沿って、放射線と交差する方向に複数回の直線移動するように放射線源及び被検体２１を相対的に制御するとともに、各直線移動と次の直線移動との間に、回転の停止位置が互いに１８０°を成す位置からずれるように予め設定して同一方向にステップ回転するように放射線源１０及び被検体２１を相対的に制御する機構部１２と、それぞれの直線移動の移動中に放射線を検出した放射線検出器１１が出力する被検体２１の透過データを入力し、該透過データから被検体の断面像を生成するデータ処理部１５とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスレートと回転を組み合わせるＴＲ方式のコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影装置（以下、適宜「ＣＴ」という）の一種として、ＴＲ（トランスレート・ローテート）方式のＣＴがよく知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＴＲ方式のＣＴは、図８（ａ）に示すように、Ｘ線管１０１の放射線発生源Ｆから放射されてコリメータ（図示せず）でファン状に形成されたＸ線ビームの内のファン角（放射角）θ0分であるＸ線ビーム２００を１ｃｈ〜ＮｃｈのＮ個のチャンネルを有するＸ線検出器１０２で検出する。Ｘ検出器１０２の各チャンネルで検出されたＸ線ビーム２００は透過データＩ（ｎ）として出力されると、接続されるコンピュータ（図示せず）で処理されて断層像が形成される。
【０００３】
図８（ａ）に示すＣＴでは、ｔ移動機構（図示せず）が、被検体２０１が載置される回転テーブル１０３をｔ方向に移動させる（往路のトランスレート）。ＣＴでは、この往路のトランスレート中に移動位置ｔの一定ピッチごとに各チャンネルｎで透過データＩn（ｔ）を形成するＸ線ビームを検出する。往路のトランスレートが終了した時点では、回転テーブル１０３は、図８（ａ）に示す点線の位置にある。
【０００４】
続いて、図８（ａ）に示すＣＴでは、回転機構（図示せず）が、回転中心Ｃを回転軸として、回転テーブル１０３をファン角θ0の回転角で回転させる。このように回転テーブル１０３が回転されることで、回転テーブル１０３に載置される被検体２０１がステップ回転される。
【０００５】
その後、図８（ａ）に示すＣＴでは、ｔ移動機構（図示せず）が、被検体２０１が載置される回転テーブル１０３をｔ方向の逆向きに移動させる（復路のトランスレート）。ＣＴでは、この復路のトランスレート中に移動位置ｔの一定ピッチごとに各チャンネルｎで被検体２０１の透過データＩn（ｔ）を形成するＸ線ビーム２００を検出する。透過データＩn（ｔ）は、各チャンネルｎそれぞれで検出された平行透過データである。
【０００６】
このように、図８（ａ）に示すＣＴでは、往路のトランスレート、一定の向きのステップ回転及び復路のトランスレートを繰り返しながら、トランスレート番号をｋとして、透過データＩk,n（ｔ）を取得することで、被検体２０１を基準にしたときのＸ線パスの方位（以下、「被検体基準の方位」という）ψ（ｋ,ｎ）に対し１８０°分の平行透過データＩψ（ｔ）をθ0／Ｎの角度ピッチで得ている。また、ＣＴでは、Ｋ回（Ｋは、２以上の自然数）のトランスレートで得た平行透過データＩψ（ｔ）を用いて、フィルタ補正逆投影法等で被検体２０１の断層像を再構成している。ここで、ファン角θ0は、１８０°／Ｋにより求められる。
【０００７】
従来のＴＲ方式のＣＴにおける断面像の再構成では、図８（ｂ）に示すように、まず、平行透過データＩψ（ｔ）を対数変換して平行透過データＰψ（ｔ）とし、平行透過データＰψ（ｔ）について方位ψごとにｔ方向に高域強調フィルタ掛けし、Ｘ線ビーム２００（ψ方向）に沿って仮想格子点に逆投影して断面像を得ている。ここで、断面像を得るためには、平行透過データＰψ（ｔ）上の回転中心投影位置ｔｃが回転中心Ｃに合うように逆投影する必要がある。
【０００８】
ＴＲ方式のＣＴでは、逆投影の際、回転中心投影位置ｔｃが一致しないと断層像にファン角θ0ごとの放射状アーチファクトが発生する。したがって、ＴＲ方式のＣＴは、断面像にアーチファクトが発生するのを防ぐため、回転中心投影位置ｔｃが一致するようにトランスレート（ｔ移動）の幾何位置を正確に設定しておくが、実際は誤差が生じ、多少の放射状アーチファクトが残存する場合が多い。これに対し、従来、Ｋ回のトランスレートよりなるスキャンを偶数回行って（多重スキャン）、各スキャンで得られる断面像を加算することで、このファン角θ0ごとの残存する放射状アーチファクトを打ち消しあわせ、良好な断面像を得る方法を利用するＣＴもあった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１０８８５７号公報
【非特許文献１】岩井喜典著「ＣＴスキャナ」コロナ社、1979年2月20日初版、p.15−17
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来のＣＴにおける多重スキャンでは、断面像に、ファン角θ0よりも細かな角度ピッチの放射状アーチファクトが残存することがあるという問題がある。従来のＣＴでアーチファクトが残存するのは、Ｘ線検出器１０２のチャンネル数Ｎが不足し、平行透過データの角度ピッチ（θ0／Ｎ）が大きいことによる。したがって、ハイカットフィルタで画像を平滑化するか、チャンネル数を増やすことで、断面像に残存するアーチファクトを防ぐことができる。
【００１０】
一方、画像を平滑化すると分解能が低下するという問題が生じる。また、チャンネル数を増やした場合、検出器及びデータ収集システムが複雑になるほか、チャンネルピッチが小さくなることによって、例えば、チャンネル間に設置されている散乱線コリメータの長さや厚みや精度を確保することが困難になり、散乱線の影響が問題になる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、ＴＲ方式ＣＴの断面像のアーチファクトを減少させて画質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明は、２以上の自然数Ｋに対し、１８０°／Ｋの角度をθ0として、撮影面に沿ってθ0を覆うファン形状の放射線を放射する放射線源と、前記撮影面に沿って少なくともθ0の範囲の被検体を透過した前記放射線を検出する検出チャンネルを複数有する放射線検出器と、前記被検体が前記撮影面に沿って前記放射線と交差する方向に複数回の直線移動をするように前記放射線源及び前記被検体を相対的に制御するとともに、前記撮影面に垂直な回転軸を中心としてステップ回転するように前記放射線源及び前記被検体の位置関係を相対的に制御する機構部と、前記機構部に、前記直線移動をさせるとともに、各前記直線移動と次の前記直線移動との間に、同一向きに前記ステップ回転をさせて、２×Ｋ回の前記直線移動をさせる機構制御部であり、前記ステップ回転の複数の停止位置が互いに１８０°を成す位置にならないよう予めずらして設定してステップ回転させる機構制御部と、それぞれの前記直線移動の移動中に前記放射線を検出した前記放射線検出器が出力する前記被検体の透過データを入力し、該透過データから前記被検体の断面像を生成するデータ処理部とを有することを要旨とする。
【００１３】
上記構成の本発明によれば、データ処理部は、被検体基準の方位ψの３６０°に亘る透過データから被検体の断面像を得るので、１８０°分の透過データとこれと逆向きの１８０°分の透過データが、互いに、ファン角θ0ごとに断面像に残存する放射状アーチファクトを打ち消し合わせ、アーチファクトの少ない断面像を得ることができる。また、１８０°分の被検体基準の方位ψとこれと逆向きの１８０°分の被検体基準の方位ψが、互いに重ならないようずれているので、透過データの方位ψの角度ピッチが補完されて断面像が再構成されるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、前記機構制御部は、前記機構部に、前記ステップ回転の複数の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすようにステップ回転させることを要旨とする。
【００１５】
上記構成の本発明によれば、透過データの方位ψの角度ピッチがΔθ／２の間隔で補完されて断面像が再構成されるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0＋Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを要旨とする。
【００１７】
上記構成の本発明によれば、放射線パスの被検体基準の方位ψが３６０°に亘るようにでき、かつ、ステップ回転の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすことができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0−Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを要旨とする。
【００１９】
上記構成の本発明によれば、放射線パスの被検体基準の方位ψが３６０°に亘るようにでき、かつ、ステップ回転の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすことができる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記載のいずれかのコンピュータ断層撮影装置において、前記データ処理部は、それぞれの前記直線移動の移動中に取得した前記透過データを前記検出チャンネル毎に該検出チャンネルが検出する放射線パスの前記被検体を基準とする方位ψで３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を生成することを要旨とする。
【００２１】
上記構成の本発明によれば、フィルタ補正逆投影法で３６０°に亘って連続して逆投影して断面像が得られる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載のいずれかのコンピュータ断層撮影装置において、前記放射線検出器は、前記検出チャンネルを前記撮影面に平行な方向及び前記撮影面に直交する方向に複数列有することを要旨とする。
【００２３】
上記構成の本発明によれば、ステップ回転を挟んだ２×Ｋ回の移動、すなわち、１回のスキャンで複数の断面像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
ＴＲ方式のＣＴの断面像の画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）１の構成を上部から観察した平面図であって、図１（ｂ）は、コンピュータ断層撮影装置１の構成を水平方向から観察した正面図である。
【００２６】
コンピュータ断層撮影装置１は、図１に示すように、断面像を得る面として設定した水平な面である撮影面２２に沿って、Ｘ線ビーム２０を放射するＸ線管１０と、撮影面２２に沿って複数の検出チャンネルを有して各チャンネルで被検体２１を透過したＸ線ビーム２０を検出するＸ線検出器１１とを有している。Ｘ線検出器１１は、例えば、半導体光センサ及びシンチレータが組み合わせられており、放射線発生源Ｆから放射線が発生される。図１では、検出チャネルの数をＮとし、Ｘ線検出器１１の各チャンネルにおいてＸ線ビーム２０を検出し、それぞれ透過データＩ（ｎ）を出力するものとして説明する。
【００２７】
Ｘ線管１０とＸ線検出器１１は、図１（ｂ）に示すように、対向して機構部１２によって支持されている。Ｘ線管１０のＸ線ビーム２０の焦点Ｆから発生したＸ線ビーム２０は、コリメータ（図示せず）により、１８０°／Ｋ（Ｋは、２以上の自然数）で求められる角度θ0をファン角として、少なくともθ0を覆う角度のファン形状に成形され、図１（ａ）に示すように、Ｘ線検出器１１に入射する。上述したように、Ｋに対し、θ0＝１８０°／Ｋであるので、Ｋ＝６とすると、ファン角θ0は３０°である。Ｘ線検出器１１は、撮影面２２に沿って少なくともθ0を覆う角度範囲のＸ線ビーム２０を検出し、この内θ0分の検出した透過データを使用する。以下θ0分のみを検出するものとして記載する。
【００２８】
また、コンピュータ断層撮影装置１は、図１（ｂ）に示すように、被検体２１が載置される回転テーブル１３を制御する機構部１２を有している。具体的には、機構部１２は、被検体２１が撮影面２２に沿ってＸ線ビーム２０と交差する方向ｔに往路と復路を合わせてＫ×２回の往復の直線移動（以下、「トランスレート」又は「ｔ移動」とする）をするように被検体２１が載置される回転テーブル１３の移動を制御する。また、機構部１２は、各直線移動と次の直線移動との間に、撮影面２２に垂直な回転中心Ｃを通る回転軸２３を中心として同一向きに所定の角度のステップ回転をするように回転テーブル１３の回転を制御する。
【００２９】
所定の角度とは、ステップ回転の複数の停止位置（の任意の２つが）が互いに１８０°を成す位置にならないよう予めずらして設定することで、各検出チャンネルが検出する放射線パスの被検体を基準とする方位ψが１８０°を成す位置での逆向きの放射線パスの方位と重ならないようにステップ回転を行うステップ回転角度である。また、所定の角度とは、ステップ回転の複数の停止位置が検出チャンネルが検出する放射線パスの被検体を基準とする方位ψが抜けなく３６０°に亘るよう予め設定したステップ回転角度である。
【００３０】
さらに、機構部１２は、外部から入力する制御信号に従って、回転テーブル１３を昇降させることで、回転テーブル１３に載置される被検体２１の撮影部位を撮影面２２に合わせるように制御する。
【００３１】
機構部１２によって制御されるｔ移動及びステップ回転のシークエンスは、図１（ｂ）に示す機構制御部１４で記憶している。機構制御部１４は、操作者によって断層撮影を開始するリクエストが入力されたデータ処理部１５から開始指令を入力し、記憶されるシーケンスに従ってＴＲスキャンの処理を実行する制御信号を機構部１２に出力する。また、操作者によって回転テーブル１３の昇降を制御するリクエストを入力すると、回転テーブル１３を昇降する制御信号を機構部１２に出力する。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、コンピュータ断層撮影装置１は、データ処理部１５を有し、２×Ｋ回の移動の移動中にそれぞれ多数の移動位置でＸ線検出器１１が検出したＸ線ビーム２０が変換された透過データＩ（ｎ）を入力し、被検体２１の撮影面２２における断面像を再構成する。このデータ処理部１５は、中央処理装置、記憶装置及びメモリ等を備える一般的なコンピュータで、断面像を再構成するソフトウェア等を記憶している。データ処理部１５は、従来から一般的に用いられている「フィルタ補正逆投影法」を利用して、Ｘ線検出器１１で検出した透過データから断面像を再構成する。また、データ処理部１５は、操作者によって種々の操作するリクエストが入力される入力部を有している。
【００３３】
コンピュータ断層撮影装置１の構成要素として、他に、データ処理部１５に接続され、断層像等を表示する表示部１６、Ｘ線管１０を制御するＸ線制御部、Ｘ線が外部に漏れるのを防ぐＸ線遮蔽箱等がある（図示せず）。
【００３４】
次に、図２を用いてＸ線ビーム２０とＸ線検出器１１の各チャンネルの関係について、説明する。図２及び以下の説明では、隣接する検出チャンネルそれぞれが検出するＸ線パス間の角度をΔθとする。ここで、隣接する各Ｘ線パスから成る角度Δθは略一定であるが、厳密には同一角度ではない。たとえば、Ｘ線検出器１１が複数の検出器ユニットより成るユニット構造である場合、ユニットである各検出器の継ぎ目で不均質となる。また、検出チャンネルを直線的で等間隔の配置とすると、中央の２本のＸ線パスｐから成る角度Δθと比べて端に存在する２本のＸ線パスから成る角度Δθが小さくなる。以下で説明する本発明の実施の形態において、Δθには、各隣接Ｘ線パス間の角度の平均の値を用いる。具体的には、Ｘ線検出器１１がＮチャンネル（１，２，…，Ｎ）あるとしたとき、ファン角θ0に対し、Ｘ線パス間の角度をΔθ＝θ0／Ｎとする。したがって、放射線パスｐ1及びｐ2の成す角度は概略Δθであり、放射線パスｐ2及びｐ3の成す角度も概略Δθである。また、他の任意の隣接する放射線パスの成す角度も概略Δθである。
【００３５】
《コンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの処理》
コンピュータ断層撮影装置１では、被検体２１が載置された回転テーブル１３が昇降されて被検体２１の撮影部位が回転中心Ｃに合わせられた後に、操作者によって入力されたＴＲスキャンの開始操作指令に従ってＴＲスキャンを開始する。データ処理部１５は、操作者によって開始操作指令が入力されると、機構制御部１４にスキャン開始指令を出力する。これにより、機構制御部１４は、予め記憶されているシークエンスに従って、機構部１２にＴＲスキャンを制御する制御信号を出力する。このとき機構制御部１４は、機構部１２に、θ0のステップ回転を挟んでＫ回のｔ移動を実行させ、次にθ0＋Δθ／２（またはθ0−Δθ／２）のステップ回転を実行させ、その後にθ0のステップ回転を挟んでＫ回のｔ移動を実行させるように制御信号を出力する。
【００３６】
図３及び表１を参照して、コンピュータ断層撮影装置１においてＴＲスキャンを実行する処理について具体的に説明する。図３及び表１では、Ｋ＝６、θ0＝３０°である場合について説明する。以下で説明する一連の処理が１回のＴＲスキャンであって、機構制御部１４に記憶されるシークエンスによって実行される。
【表１】
【００３７】
コンピュータ断層撮影装置１においてＴＲスキャンが開始されると、機構部１２は、回転テーブル１３をｔ移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ０１）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置のそれぞれで、Ｘ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００３８】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３を３０°ステップ回転させる（Ｓ０２）。
【００３９】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ０１とは逆向きに移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（復路）させる（Ｓ０３）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれで、Ｘ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００４０】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ０５）。
【００４１】
ｔ移動番号６のｔ移動が終了するまで上述したステップＳ０１〜Ｓ０５の処理を繰り返し、ｔ移動番号６のｔ移動が終了すると（Ｓ０４でＹＥＳ）、機構部１２は、被検体２１の載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°＋Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ０６）。
【００４２】
続いて、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ０１と同一方向に移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ０７）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００４３】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ０８）。
【００４４】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ０７とは逆の向きに移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（復路）させる（Ｓ０９）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００４５】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ１１）。その後、ｔ移動番号１２のｔ移動が終了するまでステップＳ０７〜Ｓ１１の処理を繰り返し、ｔ移動番号１２のｔ移動が終了すると（Ｓ１０でＹＥＳ）、機構部１２はＴＲスキャンを終了する。
【００４６】
表１に示すように、例えばｔ移動番号１のｔ移動が終わった時点では、初期位置からの回転角度φ（ステップ回転の積算）は、０°であり、ｔ移動番号２のｔ移動が開始される前に３０°ステップ回転されて回転角度が３０°となる。また、ｔ移動番号６のｔ移動が終わった時点では、回転角度は１５０°であり、ｔ移動番号７のｔ移動が開始される前に３０°＋Δθ／２ステップ回転されて回転角度が１８０°＋Δθ／２となる。さらに、ｔ移動番号１２のｔ移動が終わった時点では、回転角度は３３０°＋Δθ／２となる。
【００４７】
図４に、図３及び表１を用いて説明したＴＲスキャンがされた場合のステップ回転の互いに対向停止位置にあるｔ移動番号１（φ＝０°）とｔ移動番号７（φ＝１８０°＋Δθ／２）についての被検体基準で表したＸ線パスｐの方位ψの関係を示している。Ｘ線パスの被検体基準の方位ψは、ｔ移動番号ｋでの回転角度φ（ｋ）とチャンネルｎが検出するＸ線パスｐの撮影面２２に沿ったＸ線検出器１１の中央から測った角度であるセット角度θ（ｎ）の和として、式（１）で表される。
【００４８】
ψ（ｋ，ｎ）＝φ（ｋ）＋θ（ｎ） ・・・（１）
対向停止位置とは、回転角度φのある停止位置に対し、概略１８０°を成す停止位置のことをいう。
【００４９】
Ｘ線検出器１１の検出チャンネル数は、実際は１００チャンネル以上であるが、図４において、便宜的に４チャンネル（１ｃｈ〜４ｃｈ）としている。図４に示す通り、ｔ移動番号１及び７の回転位置は互いに１８０°からΔθ／２ずれ、検出するＸ線パスの角度ピッチを互いに補完する関係である。例えば、図４に示す例において、対向するＸ線パスｐ1及びｐ1’、Ｘ線パスｐ2及びｐ2’、Ｘ線パスｐ3及びｐ3’、Ｘ線パスｐ4及びｐ4’はそれぞれ互いに逆向きで方向はΔθ／２ずれている。また、図４に示していない他の互いに対向停止位置にある回転位置の組すべてについても表１で示すように、回転位置は、互いに１８０°からΔθ／２ずれている。これにより、逆向きパスで補完することで、３６０°に亘ってΔθ／２の間隔でＸ線パスができている。したがって、図３を用いて上述したｔ移動及びステップ回転を繰り返すＴＲスキャンにより、ψが３６０°に亘るよう、かつ、逆向きパスで互いに角度ピッチを補完するＸ線パスを成す透過データを取り込むことができる。
【００５０】
ｔ移動番号がｋ、Ｘ線検出器のチャンネル数がｎ、ｔ移動位置がｔであるとき、データ処理部１５は、２×Ｋ回のｔ移動でそれぞれ取得した（ψ（ｋ，ｎ）で３６０°に亘る）透過データＩ（ψ，ｔ）をフィルタ補正逆投影法により、検出チャンネル毎に該検出チャンネルが規定するＸ線パスの被検体基準の方位ψ（ｋ，ｎ）で３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を得る。
【００５１】
上述した第１の実施形態に係るＣＴ１によれば、透過データＩ（ψ，ｔ）の方位ψの角度ピッチΔθ（Δθ＝θ0／Ｎ）が補完され、Δθ／２の間隔で逆投影がなされるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。
【００５２】
また、上述した第１の実施形態に係るＣＴ１によれば、逆投影するとき、検出チャンネルの不均質配置を考慮して式（１）で計算したψ（ｋ，ｎ）を用いることで、逆投影を正確にでき、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトをさらに低減した断面像を得ることができる。
【００５３】
さらに、上述した第１の実施形態に係るＣＴ１によれば、０°〜３６０°の透過データを逆投影することで、１８０°分の逆投影とこれと逆向きの１８０°分の逆投影とにより、ファン角θ0ごとに残像する放射状アーチファクトを打ち消し合わせることができ、良好な断面像を得ることができる。上述した特許文献１には、ステップ回転を挟んだＫ回のトランスレートよりなるスキャンを、同じ方向にステップ回転続けながら、２回行って（２重スキャン）、各スキャンで得られる断面像を互いに１８０°回転させて加算することで、このファン角θ0ごとの残存する放射状アーチファクトを打ち消し合わせる方法が記載されている。特許文献１で、１８０°回転させて加算する理由は、各スキャンで完全に同じ逆投影を行っているためである。すなわち、１回目のスキャンで０°〜１８０°の透過データを０°〜１８０°で逆投影して断面像を作り、２回目のスキャンで１８０°〜３６０°の透過データを０°〜１８０°で逆投影して断面像を作っている。ここで、２回目のスキャンで１８０°〜３６０°で逆投影すれば、断面像は逆にならず、２つの断面像をそのまま加算すれば、同じ断面像ができる。また、０°〜３６０°の透過データを連続して０°〜３６０°で逆投影しても同じ断面像ができる。
【００５４】
なお、第１の実施形態では、図３のフローチャートのステップＳ０６で、３０°＋Δθ／２回転しているが、Δθの符号を逆にして、３０°−Δθ／２回転させても、方位ψについて３６０°に亘り、かつ、逆向きパスで互いに角度ピッチを補完するＸ線パスを成す透過データを取り込むことができ、同様の効果が得られることは容易に分かる。
【００５５】
〈第２の実施形態〉
本発明の第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置は、本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置１のＸ線検出器１１に替えて、図５に示すＸ線検出器１１ａを有している。図５では、Ｘ線検出器１１ａをＸ線ビーム２０が入射する側と逆の側からみた状態を表しているが、Ｘ線検出器１１ａは、撮影面２２に平行するチャンネル方向及び撮影面２２に直交する列方向に複数の検出チャンネルを有している。第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の他の構成については、図１を用いて上述した第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置１と同一であるため、説明を省略する。
【００５６】
また、第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの方法は、図２乃至図４を用いて上述した第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置１の場合と同様であるが、Ｘ線検出器１１ａが複数のチャンネル列を有しているので、第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置と比較して、チャンネル列数分の透過データＩ（ｋ，ｎ，ｔ）を得ることができる。そして、第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置は、Ｉ（ｋ，ｎ，ｔ）それぞれについて第１の実施形態と同じ再構成を行う。したがって、第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置では、一回のＴＲスキャンで、チャンネル列の数分（枚数分）の断面像を得ることができる。
【００５７】
しかしながら、列数が多くなった場合、上記の再構成では撮影面２２からずれた列ほどＸ線パスの撮影面２２からの傾斜が大きくなるため断面像が劣化する。この場合は公知のコーンビーム再構成方法を用いる。このコーンビーム再構成方法は、Ｘ線検出器１１ａの列番号をｍとし、透過データをＩ（ｍ，ｋ，ｎ，ｔ）で表したとき、（ｍ，ｔ）面上の透過データＩ（ｍ，ｔ）を一組とし、方位ψ（ｋ，ｎ）は一定（平行）で、回転軸２３方向は焦点に向けて傾斜させ、三次元仮想マトリクスに対し逆投影する。ここで、仮想マトリクスのピッチは任意に設定でき、回転軸とこれに直交する２軸で同じでも変えてもよい。また、マトリクスサイズも任意に設定でき、列数によらない任意枚数の複数の断面像が得られる。これは、例えば、特開２００５−３６１７４７等に記載される周知の再構成方法で、ψ範囲を１８０°から３６０°に変更したものである。
【００５８】
上述したように、列数Ｍが多い２次元の検出マトリクスを持つＸ線検出器１１ａを用いる場合、撮影面２２からずれた位置での断面像の劣化を防ぐため、コーンビーム再構成を用いるのが好ましい。
【００５９】
第２の実施形態に係るＣＴによれば、第１の実施形態に係るＣＴと同様に、透過データＩ（ｎ）の方位ψの角度ピッチΔθ（＝θ0／Ｎ）が補完され、Δθ／２の間隔で逆投影がなされるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。また、第２の実施形態に係るＣＴによれば、逆投影するとき、検出チャンネルの不均質配置を考慮して上述した式（１）で計算したψ（ｋ，ｎ）を用いることで、逆投影を正確にでき、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトをさらに低減した断面像を得ることができる。さらに、第２の実施形態に係るＣＴによれば、ファン角θ0ごとの残存する放射状アーチファクトを打ち消し合わせた断面像を得ることができる。また、第２の実施形態に係るＣＴによれば、１回のスキャンで複数枚の断面像を得ることができる。
【００６０】
〈第１の変形例〉
続いて、第１及び第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の第１の変形例について説明する。第１の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置の構成は、図１を用いて上述したコンピュータ断層撮影装置１と同一であるが、図６及び表２を用いて第１の変形例に係る処理の流れを説明するように、機構制御部１４で記憶しているシークエンスが異なる。
【表２】
【００６１】
図６及び表２では、Ｋ＝６、θ0＝３０°であるとして説明する。第１の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置においてＴＲスキャンが開始されると、機構部１２は、回転テーブル１３を移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ２１）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置のそれぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６２】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３を３０°＋Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ２２）。
【００６３】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ２１とは逆向きに移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るように逆向きにｔ移動（復路）させる（Ｓ２３）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれで、Ｘ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６４】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°−Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ２５）。
【００６５】
ｔ移動番号６のｔ移動が終了するまで上述したステップＳ２１〜Ｓ２５の処理を繰り返し、ｔ移動番号６のｔ移動が終了すると（Ｓ２４でＹＥＳ）、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ２６）。
【００６６】
続いて、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ２１と同一方向に移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ２７）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６７】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°−Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ２８）。
【００６８】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ２７とは逆の向きに移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るように逆向きにｔ移動（復路）させる（Ｓ２９）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６９】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°＋Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ３１）。その後、ｔ移動番号１２のｔ移動が終了するまでＳ２７〜Ｓ３１の処理を繰り返す。
【００７０】
表２に示すように、例えばｔ移動番号１のｔ移動が終わった時点では、初期位置からの回転角度（ステップ回転の積算）は、０°であり、ｔ移動番号２のｔ移動が開始される前に３０°＋Δθ／２ステップ回転されて回転角度が３０°＋Δθ／２となる。また、ｔ移動番号６のｔ移動が終わった時点では、回転角度は１５０°＋Δθ／２であり、ｔ移動番号７のｔ移動が開始される前に３０°ステップ回転されて回転角度が１８０°＋Δθ／２となる。さらに、ｔ移動番号１２のｔ移動が終わった時点では、回転角度は３３０°となる。
【００７１】
上述したように、機構制御部１４は、機構部１２に表２に示すようなステップ回転をさせるように制御すれば、ステップ回転の対向停止位置は１８０°からΔθ／２ずれ、Ｘ線パスの被検体基準の方位ψが３６０°に亘り、かつ、方位ψが逆向きパスで互いに重ならないようにすることができる。
【００７２】
〈第２の変形例〉
第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置３は、図７に示すように、Ｘ線管３０から照射され、被検体２１を透過したＸ線ビーム２０を２次元のチャンネルマトリックスを持つＸ線検出器３１で検出して画像を構成する点では第２の実施形態と同一の構成であるが、ｔ移動及び回転についての機構が異なる。すなわち、図１を用いて上述した第１及び第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置では、被検体２１をトランスレート（ｔ移動）及び回転させている。しかし、第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置は、被検体２１を固定し、Ｘ線管３０とＸ線検出器３１を一体でトランスレート（ｔ移動）及び回転させるものである。このように移動制御することで、相対的には、Ｘ線管３０及びＸ線検出器３１と被検体２１との関係は、上述したように被検体２１を移動制御する場合と等価なものとなる。
【００７３】
具体的には、第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置３では、フロア３４に支持されるＸＹＺ機構３５上に被検体２１が載置されている。被検体２１は、ＸＹＺ機構３５により、Ｘ線ビーム２０に対し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３方向に移動させることができるが、スキャンの際には移動された位置で固定されている。
【００７４】
コンピュータ断層撮影装置３では、回転機構３６がフロア３４により支持され、回転機構３６はｔ移動機構３７を支持し、ｔ移動機構３７全体をｔ移動方向とともに回転させる。またｔ移動機構３７はフレーム３８を支持し、ｔ移動機構３７はフレーム３８をｔ移動方向に移動させることができる。Ｘ線管３０とＸ線検出器３１は対向してフレーム３８によって固定されている。コンピュータ断層撮影装置３において、ｔ移動の方向は、図７に示す回転の位置においては紙面に垂直な方向であるが、回転に伴い、フレーム３８とｔ移動機構３７と共に回転する。
【００７５】
その他、図示を省略するが、図７に示すコンピュータ断層撮影装置３においても、図１に示したコンピュータ断層撮影装置１と同一の構成を有している。そのため、コンピュータ断層撮影装置３においても、機構制御部に記憶されるシークエンスによってｔ移動機構３７を制御してＸ線管３０及びＸ線検出器３１を固定するフレーム３８をｔ移動するとともに回転機構３６によって回転軸２３を中心に回転させ、被検体２１の断面像を撮影する。
【００７６】
このように、図７に示すコンピュータ断層撮影装置３においても、相対的に等価なＴＲスキャンをすることができる。
【００７７】
第２の変形例で上述したように、機構動作は相対的に等価であれば、他の機構方式に対しても同様である。
【００７８】
〈他の変形例〉
上述した第１及び第２の実施形態では、Ｘ線ビーム２０のファン角θ0の範囲を検出しているが、θ0を超えて検出するようにしてもよい。この場合、隣り合うｔ移動で重複した方位ψで透過データが取得されるが、例えば、特開２００５−３６１７４１等に記載されるようにこの重複したψで透過データがウエイト付きで平均されるように再構成することができる。
【００７９】
上述した第１及び第２の実施形態では、データ処理部１５は、被検体基準の方位ψで３６０°に亘る透過データをψで３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を得ているが、透過データをψで複数に分割し、それぞれで逆投影して未完の断面像（部分画像）を再構成し、それぞれの部分画像を加算することで断面像を作成しても数学的に等価である。例えば、最初の１８０°と次の１８０°で部分画像を作成して加算し、平均するようにしてもよい。
【００８０】
上述した第１の実施形態及び第１の変形例では、互いに対向停止位置にある２つの回転停止位置の組は、すべて、互いに１８０°からΔθ／２ずらしている。このずれは、Δθ／２には限られない。例えば、ｉを整数として、一般に±（Δθ／２＋ｉ・Δθ）だけずらしてもよい。さらに、ｉは各組ごとに異なる数であっても良い。ここで、ずらし量の絶対値がΔθ／２を超える場合においては、隣接するｔ移動がカバーする方位ψに抜けが生じないようにするため、θ0を超えて検出するようにする。そして、ψに抜けや重複が生じないように使用チャンネル範囲をｔ移動ごとに調整する。
【００８１】
上述した第１及び第２の実施形態では、断層像を再構成する方法は、フィルタ補正逆投影法には限られず、フーリエ変換法やＡＲＴ（Algebraic Reconstruction Technique）のような公知のアルゴリズムを用いてもよい。
【００８２】
上述した第１及び第２の実施形態では、放射線としてＸ線を用いて説明しているが、透過性の放射線であれば、γ線、中性子線、マイクロ波等他の放射線であっても同様である。また、被検体が透明物体である場合、可視光線であっても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＸ線パスの間隔について説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの処理を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＸ線の対向パスについて説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置のＸ線検出器を説明する図である。
【図６】本発明の第１の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置の概念図である。
【図８】従来のコンピュータ断層撮影装置のＴＲスキャンを説明する図。
【符号の説明】
【００８４】
１…コンピュータ断層撮影装置
１０…Ｘ線管（放射線源）
１１…Ｘ線検出器（放射線検出器）
１２…機構部
１３…回転テーブル
１４…機構制御部
１５…データ処理部
１６…表示部
２０…Ｘ線ビーム（放射線）
２１…被検体
２２…撮影面
２３…回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスレートと回転を組み合わせるＴＲ方式のコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影装置（以下、適宜「ＣＴ」という）の一種として、ＴＲ（トランスレート・ローテート）方式のＣＴがよく知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＴＲ方式のＣＴは、図８（ａ）に示すように、Ｘ線管１０１の放射線発生源Ｆから放射されてコリメータ（図示せず）でファン状に形成されたＸ線ビームの内のファン角（放射角）θ0分であるＸ線ビーム２００を１ｃｈ〜ＮｃｈのＮ個のチャンネルを有するＸ線検出器１０２で検出する。Ｘ検出器１０２の各チャンネルで検出されたＸ線ビーム２００は透過データＩ（ｎ）として出力されると、接続されるコンピュータ（図示せず）で処理されて断層像が形成される。
【０００３】
図８（ａ）に示すＣＴでは、ｔ移動機構（図示せず）が、被検体２０１が載置される回転テーブル１０３をｔ方向に移動させる（往路のトランスレート）。ＣＴでは、この往路のトランスレート中に移動位置ｔの一定ピッチごとに各チャンネルｎで透過データＩn（ｔ）を形成するＸ線ビームを検出する。往路のトランスレートが終了した時点では、回転テーブル１０３は、図８（ａ）に示す点線の位置にある。
【０００４】
続いて、図８（ａ）に示すＣＴでは、回転機構（図示せず）が、回転中心Ｃを回転軸として、回転テーブル１０３をファン角θ0の回転角で回転させる。このように回転テーブル１０３が回転されることで、回転テーブル１０３に載置される被検体２０１がステップ回転される。
【０００５】
その後、図８（ａ）に示すＣＴでは、ｔ移動機構（図示せず）が、被検体２０１が載置される回転テーブル１０３をｔ方向の逆向きに移動させる（復路のトランスレート）。ＣＴでは、この復路のトランスレート中に移動位置ｔの一定ピッチごとに各チャンネルｎで被検体２０１の透過データＩn（ｔ）を形成するＸ線ビーム２００を検出する。透過データＩn（ｔ）は、各チャンネルｎそれぞれで検出された平行透過データである。
【０００６】
このように、図８（ａ）に示すＣＴでは、往路のトランスレート、一定の向きのステップ回転及び復路のトランスレートを繰り返しながら、トランスレート番号をｋとして、透過データＩk,n（ｔ）を取得することで、被検体２０１を基準にしたときのＸ線パスの方位（以下、「被検体基準の方位」という）ψ（ｋ,ｎ）に対し１８０°分の平行透過データＩψ（ｔ）をθ0／Ｎの角度ピッチで得ている。また、ＣＴでは、Ｋ回（Ｋは、２以上の自然数）のトランスレートで得た平行透過データＩψ（ｔ）を用いて、フィルタ補正逆投影法等で被検体２０１の断層像を再構成している。ここで、ファン角θ0は、１８０°／Ｋにより求められる。
【０００７】
従来のＴＲ方式のＣＴにおける断面像の再構成では、図８（ｂ）に示すように、まず、平行透過データＩψ（ｔ）を対数変換して平行透過データＰψ（ｔ）とし、平行透過データＰψ（ｔ）について方位ψごとにｔ方向に高域強調フィルタ掛けし、Ｘ線ビーム２００（ψ方向）に沿って仮想格子点に逆投影して断面像を得ている。ここで、断面像を得るためには、平行透過データＰψ（ｔ）上の回転中心投影位置ｔｃが回転中心Ｃに合うように逆投影する必要がある。
【０００８】
ＴＲ方式のＣＴでは、逆投影の際、回転中心投影位置ｔｃが一致しないと断層像にファン角θ0ごとの放射状アーチファクトが発生する。したがって、ＴＲ方式のＣＴは、断面像にアーチファクトが発生するのを防ぐため、回転中心投影位置ｔｃが一致するようにトランスレート（ｔ移動）の幾何位置を正確に設定しておくが、実際は誤差が生じ、多少の放射状アーチファクトが残存する場合が多い。これに対し、従来、Ｋ回のトランスレートよりなるスキャンを偶数回行って（多重スキャン）、各スキャンで得られる断面像を加算することで、このファン角θ0ごとの残存する放射状アーチファクトを打ち消しあわせ、良好な断面像を得る方法を利用するＣＴもあった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１０８８５７号公報
【非特許文献１】岩井喜典著「ＣＴスキャナ」コロナ社、1979年2月20日初版、p.15−17
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来のＣＴにおける多重スキャンでは、断面像に、ファン角θ0よりも細かな角度ピッチの放射状アーチファクトが残存することがあるという問題がある。従来のＣＴでアーチファクトが残存するのは、Ｘ線検出器１０２のチャンネル数Ｎが不足し、平行透過データの角度ピッチ（θ0／Ｎ）が大きいことによる。したがって、ハイカットフィルタで画像を平滑化するか、チャンネル数を増やすことで、断面像に残存するアーチファクトを防ぐことができる。
【００１０】
一方、画像を平滑化すると分解能が低下するという問題が生じる。また、チャンネル数を増やした場合、検出器及びデータ収集システムが複雑になるほか、チャンネルピッチが小さくなることによって、例えば、チャンネル間に設置されている散乱線コリメータの長さや厚みや精度を確保することが困難になり、散乱線の影響が問題になる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、ＴＲ方式ＣＴの断面像のアーチファクトを減少させて画質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明は、２以上の自然数Ｋに対し、１８０°／Ｋの角度をθ0として、撮影面に沿ってθ0を覆うファン形状の放射線を放射する放射線源と、前記撮影面に沿って少なくともθ0の範囲の被検体を透過した前記放射線を検出する検出チャンネルを複数有する放射線検出器と、前記被検体が前記撮影面に沿って前記放射線と交差する方向に複数回の直線移動をするように前記放射線源及び前記被検体を相対的に制御するとともに、前記撮影面に垂直な回転軸を中心としてステップ回転するように前記放射線源及び前記被検体の位置関係を相対的に制御する機構部と、前記機構部に、前記直線移動をさせるとともに、各前記直線移動と次の前記直線移動との間に、同一向きに前記ステップ回転をさせて、２×Ｋ回の前記直線移動をさせる機構制御部であり、前記ステップ回転の複数の停止位置が互いに１８０°を成す位置にならないよう予めずらして設定してステップ回転させる機構制御部と、それぞれの前記直線移動の移動中に前記放射線を検出した前記放射線検出器が出力する前記被検体の透過データを入力し、該透過データから前記被検体の断面像を生成するデータ処理部とを有することを要旨とする。
【００１３】
上記構成の本発明によれば、データ処理部は、被検体基準の方位ψの３６０°に亘る透過データから被検体の断面像を得るので、１８０°分の透過データとこれと逆向きの１８０°分の透過データが、互いに、ファン角θ0ごとに断面像に残存する放射状アーチファクトを打ち消し合わせ、アーチファクトの少ない断面像を得ることができる。また、１８０°分の被検体基準の方位ψとこれと逆向きの１８０°分の被検体基準の方位ψが、互いに重ならないようずれているので、透過データの方位ψの角度ピッチが補完されて断面像が再構成されるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、前記機構制御部は、前記機構部に、前記ステップ回転の複数の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすようにステップ回転させることを要旨とする。
【００１５】
上記構成の本発明によれば、透過データの方位ψの角度ピッチがΔθ／２の間隔で補完されて断面像が再構成されるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0＋Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを要旨とする。
【００１７】
上記構成の本発明によれば、放射線パスの被検体基準の方位ψが３６０°に亘るようにでき、かつ、ステップ回転の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすことができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0−Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを要旨とする。
【００１９】
上記構成の本発明によれば、放射線パスの被検体基準の方位ψが３６０°に亘るようにでき、かつ、ステップ回転の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすことができる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記載のいずれかのコンピュータ断層撮影装置において、前記データ処理部は、それぞれの前記直線移動の移動中に取得した前記透過データを前記検出チャンネル毎に該検出チャンネルが検出する放射線パスの前記被検体を基準とする方位ψで３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を生成することを要旨とする。
【００２１】
上記構成の本発明によれば、フィルタ補正逆投影法で３６０°に亘って連続して逆投影して断面像が得られる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載のいずれかのコンピュータ断層撮影装置において、前記放射線検出器は、前記検出チャンネルを前記撮影面に平行な方向及び前記撮影面に直交する方向に複数列有することを要旨とする。
【００２３】
上記構成の本発明によれば、ステップ回転を挟んだ２×Ｋ回の移動、すなわち、１回のスキャンで複数の断面像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
ＴＲ方式のＣＴの断面像の画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）１の構成を上部から観察した平面図であって、図１（ｂ）は、コンピュータ断層撮影装置１の構成を水平方向から観察した正面図である。
【００２６】
コンピュータ断層撮影装置１は、図１に示すように、断面像を得る面として設定した水平な面である撮影面２２に沿って、Ｘ線ビーム２０を放射するＸ線管１０と、撮影面２２に沿って複数の検出チャンネルを有して各チャンネルで被検体２１を透過したＸ線ビーム２０を検出するＸ線検出器１１とを有している。Ｘ線検出器１１は、例えば、半導体光センサ及びシンチレータが組み合わせられており、放射線発生源Ｆから放射線が発生される。図１では、検出チャネルの数をＮとし、Ｘ線検出器１１の各チャンネルにおいてＸ線ビーム２０を検出し、それぞれ透過データＩ（ｎ）を出力するものとして説明する。
【００２７】
Ｘ線管１０とＸ線検出器１１は、図１（ｂ）に示すように、対向して機構部１２によって支持されている。Ｘ線管１０のＸ線ビーム２０の焦点Ｆから発生したＸ線ビーム２０は、コリメータ（図示せず）により、１８０°／Ｋ（Ｋは、２以上の自然数）で求められる角度θ0をファン角として、少なくともθ0を覆う角度のファン形状に成形され、図１（ａ）に示すように、Ｘ線検出器１１に入射する。上述したように、Ｋに対し、θ0＝１８０°／Ｋであるので、Ｋ＝６とすると、ファン角θ0は３０°である。Ｘ線検出器１１は、撮影面２２に沿って少なくともθ0を覆う角度範囲のＸ線ビーム２０を検出し、この内θ0分の検出した透過データを使用する。以下θ0分のみを検出するものとして記載する。
【００２８】
また、コンピュータ断層撮影装置１は、図１（ｂ）に示すように、被検体２１が載置される回転テーブル１３を制御する機構部１２を有している。具体的には、機構部１２は、被検体２１が撮影面２２に沿ってＸ線ビーム２０と交差する方向ｔに往路と復路を合わせてＫ×２回の往復の直線移動（以下、「トランスレート」又は「ｔ移動」とする）をするように被検体２１が載置される回転テーブル１３の移動を制御する。また、機構部１２は、各直線移動と次の直線移動との間に、撮影面２２に垂直な回転中心Ｃを通る回転軸２３を中心として同一向きに所定の角度のステップ回転をするように回転テーブル１３の回転を制御する。
【００２９】
所定の角度とは、ステップ回転の複数の停止位置（の任意の２つが）が互いに１８０°を成す位置にならないよう予めずらして設定することで、各検出チャンネルが検出する放射線パスの被検体を基準とする方位ψが１８０°を成す位置での逆向きの放射線パスの方位と重ならないようにステップ回転を行うステップ回転角度である。また、所定の角度とは、ステップ回転の複数の停止位置が検出チャンネルが検出する放射線パスの被検体を基準とする方位ψが抜けなく３６０°に亘るよう予め設定したステップ回転角度である。
【００３０】
さらに、機構部１２は、外部から入力する制御信号に従って、回転テーブル１３を昇降させることで、回転テーブル１３に載置される被検体２１の撮影部位を撮影面２２に合わせるように制御する。
【００３１】
機構部１２によって制御されるｔ移動及びステップ回転のシークエンスは、図１（ｂ）に示す機構制御部１４で記憶している。機構制御部１４は、操作者によって断層撮影を開始するリクエストが入力されたデータ処理部１５から開始指令を入力し、記憶されるシーケンスに従ってＴＲスキャンの処理を実行する制御信号を機構部１２に出力する。また、操作者によって回転テーブル１３の昇降を制御するリクエストを入力すると、回転テーブル１３を昇降する制御信号を機構部１２に出力する。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、コンピュータ断層撮影装置１は、データ処理部１５を有し、２×Ｋ回の移動の移動中にそれぞれ多数の移動位置でＸ線検出器１１が検出したＸ線ビーム２０が変換された透過データＩ（ｎ）を入力し、被検体２１の撮影面２２における断面像を再構成する。このデータ処理部１５は、中央処理装置、記憶装置及びメモリ等を備える一般的なコンピュータで、断面像を再構成するソフトウェア等を記憶している。データ処理部１５は、従来から一般的に用いられている「フィルタ補正逆投影法」を利用して、Ｘ線検出器１１で検出した透過データから断面像を再構成する。また、データ処理部１５は、操作者によって種々の操作するリクエストが入力される入力部を有している。
【００３３】
コンピュータ断層撮影装置１の構成要素として、他に、データ処理部１５に接続され、断層像等を表示する表示部１６、Ｘ線管１０を制御するＸ線制御部、Ｘ線が外部に漏れるのを防ぐＸ線遮蔽箱等がある（図示せず）。
【００３４】
次に、図２を用いてＸ線ビーム２０とＸ線検出器１１の各チャンネルの関係について、説明する。図２及び以下の説明では、隣接する検出チャンネルそれぞれが検出するＸ線パス間の角度をΔθとする。ここで、隣接する各Ｘ線パスから成る角度Δθは略一定であるが、厳密には同一角度ではない。たとえば、Ｘ線検出器１１が複数の検出器ユニットより成るユニット構造である場合、ユニットである各検出器の継ぎ目で不均質となる。また、検出チャンネルを直線的で等間隔の配置とすると、中央の２本のＸ線パスｐから成る角度Δθと比べて端に存在する２本のＸ線パスから成る角度Δθが小さくなる。以下で説明する本発明の実施の形態において、Δθには、各隣接Ｘ線パス間の角度の平均の値を用いる。具体的には、Ｘ線検出器１１がＮチャンネル（１，２，…，Ｎ）あるとしたとき、ファン角θ0に対し、Ｘ線パス間の角度をΔθ＝θ0／Ｎとする。したがって、放射線パスｐ1及びｐ2の成す角度は概略Δθであり、放射線パスｐ2及びｐ3の成す角度も概略Δθである。また、他の任意の隣接する放射線パスの成す角度も概略Δθである。
【００３５】
《コンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの処理》
コンピュータ断層撮影装置１では、被検体２１が載置された回転テーブル１３が昇降されて被検体２１の撮影部位が回転中心Ｃに合わせられた後に、操作者によって入力されたＴＲスキャンの開始操作指令に従ってＴＲスキャンを開始する。データ処理部１５は、操作者によって開始操作指令が入力されると、機構制御部１４にスキャン開始指令を出力する。これにより、機構制御部１４は、予め記憶されているシークエンスに従って、機構部１２にＴＲスキャンを制御する制御信号を出力する。このとき機構制御部１４は、機構部１２に、θ0のステップ回転を挟んでＫ回のｔ移動を実行させ、次にθ0＋Δθ／２（またはθ0−Δθ／２）のステップ回転を実行させ、その後にθ0のステップ回転を挟んでＫ回のｔ移動を実行させるように制御信号を出力する。
【００３６】
図３及び表１を参照して、コンピュータ断層撮影装置１においてＴＲスキャンを実行する処理について具体的に説明する。図３及び表１では、Ｋ＝６、θ0＝３０°である場合について説明する。以下で説明する一連の処理が１回のＴＲスキャンであって、機構制御部１４に記憶されるシークエンスによって実行される。
【表１】
【００３７】
コンピュータ断層撮影装置１においてＴＲスキャンが開始されると、機構部１２は、回転テーブル１３をｔ移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ０１）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置のそれぞれで、Ｘ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００３８】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３を３０°ステップ回転させる（Ｓ０２）。
【００３９】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ０１とは逆向きに移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（復路）させる（Ｓ０３）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれで、Ｘ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００４０】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ０５）。
【００４１】
ｔ移動番号６のｔ移動が終了するまで上述したステップＳ０１〜Ｓ０５の処理を繰り返し、ｔ移動番号６のｔ移動が終了すると（Ｓ０４でＹＥＳ）、機構部１２は、被検体２１の載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°＋Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ０６）。
【００４２】
続いて、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ０１と同一方向に移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ０７）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００４３】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ０８）。
【００４４】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ０７とは逆の向きに移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（復路）させる（Ｓ０９）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００４５】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ０２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ１１）。その後、ｔ移動番号１２のｔ移動が終了するまでステップＳ０７〜Ｓ１１の処理を繰り返し、ｔ移動番号１２のｔ移動が終了すると（Ｓ１０でＹＥＳ）、機構部１２はＴＲスキャンを終了する。
【００４６】
表１に示すように、例えばｔ移動番号１のｔ移動が終わった時点では、初期位置からの回転角度φ（ステップ回転の積算）は、０°であり、ｔ移動番号２のｔ移動が開始される前に３０°ステップ回転されて回転角度が３０°となる。また、ｔ移動番号６のｔ移動が終わった時点では、回転角度は１５０°であり、ｔ移動番号７のｔ移動が開始される前に３０°＋Δθ／２ステップ回転されて回転角度が１８０°＋Δθ／２となる。さらに、ｔ移動番号１２のｔ移動が終わった時点では、回転角度は３３０°＋Δθ／２となる。
【００４７】
図４に、図３及び表１を用いて説明したＴＲスキャンがされた場合のステップ回転の互いに対向停止位置にあるｔ移動番号１（φ＝０°）とｔ移動番号７（φ＝１８０°＋Δθ／２）についての被検体基準で表したＸ線パスｐの方位ψの関係を示している。Ｘ線パスの被検体基準の方位ψは、ｔ移動番号ｋでの回転角度φ（ｋ）とチャンネルｎが検出するＸ線パスｐの撮影面２２に沿ったＸ線検出器１１の中央から測った角度であるセット角度θ（ｎ）の和として、式（１）で表される。
【００４８】
ψ（ｋ，ｎ）＝φ（ｋ）＋θ（ｎ） ・・・（１）
対向停止位置とは、回転角度φのある停止位置に対し、概略１８０°を成す停止位置のことをいう。
【００４９】
Ｘ線検出器１１の検出チャンネル数は、実際は１００チャンネル以上であるが、図４において、便宜的に４チャンネル（１ｃｈ〜４ｃｈ）としている。図４に示す通り、ｔ移動番号１及び７の回転位置は互いに１８０°からΔθ／２ずれ、検出するＸ線パスの角度ピッチを互いに補完する関係である。例えば、図４に示す例において、対向するＸ線パスｐ1及びｐ1’、Ｘ線パスｐ2及びｐ2’、Ｘ線パスｐ3及びｐ3’、Ｘ線パスｐ4及びｐ4’はそれぞれ互いに逆向きで方向はΔθ／２ずれている。また、図４に示していない他の互いに対向停止位置にある回転位置の組すべてについても表１で示すように、回転位置は、互いに１８０°からΔθ／２ずれている。これにより、逆向きパスで補完することで、３６０°に亘ってΔθ／２の間隔でＸ線パスができている。したがって、図３を用いて上述したｔ移動及びステップ回転を繰り返すＴＲスキャンにより、ψが３６０°に亘るよう、かつ、逆向きパスで互いに角度ピッチを補完するＸ線パスを成す透過データを取り込むことができる。
【００５０】
ｔ移動番号がｋ、Ｘ線検出器のチャンネル数がｎ、ｔ移動位置がｔであるとき、データ処理部１５は、２×Ｋ回のｔ移動でそれぞれ取得した（ψ（ｋ，ｎ）で３６０°に亘る）透過データＩ（ψ，ｔ）をフィルタ補正逆投影法により、検出チャンネル毎に該検出チャンネルが規定するＸ線パスの被検体基準の方位ψ（ｋ，ｎ）で３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を得る。
【００５１】
上述した第１の実施形態に係るＣＴ１によれば、透過データＩ（ψ，ｔ）の方位ψの角度ピッチΔθ（Δθ＝θ0／Ｎ）が補完され、Δθ／２の間隔で逆投影がなされるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。
【００５２】
また、上述した第１の実施形態に係るＣＴ１によれば、逆投影するとき、検出チャンネルの不均質配置を考慮して式（１）で計算したψ（ｋ，ｎ）を用いることで、逆投影を正確にでき、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトをさらに低減した断面像を得ることができる。
【００５３】
さらに、上述した第１の実施形態に係るＣＴ１によれば、０°〜３６０°の透過データを逆投影することで、１８０°分の逆投影とこれと逆向きの１８０°分の逆投影とにより、ファン角θ0ごとに残像する放射状アーチファクトを打ち消し合わせることができ、良好な断面像を得ることができる。上述した特許文献１には、ステップ回転を挟んだＫ回のトランスレートよりなるスキャンを、同じ方向にステップ回転続けながら、２回行って（２重スキャン）、各スキャンで得られる断面像を互いに１８０°回転させて加算することで、このファン角θ0ごとの残存する放射状アーチファクトを打ち消し合わせる方法が記載されている。特許文献１で、１８０°回転させて加算する理由は、各スキャンで完全に同じ逆投影を行っているためである。すなわち、１回目のスキャンで０°〜１８０°の透過データを０°〜１８０°で逆投影して断面像を作り、２回目のスキャンで１８０°〜３６０°の透過データを０°〜１８０°で逆投影して断面像を作っている。ここで、２回目のスキャンで１８０°〜３６０°で逆投影すれば、断面像は逆にならず、２つの断面像をそのまま加算すれば、同じ断面像ができる。また、０°〜３６０°の透過データを連続して０°〜３６０°で逆投影しても同じ断面像ができる。
【００５４】
なお、第１の実施形態では、図３のフローチャートのステップＳ０６で、３０°＋Δθ／２回転しているが、Δθの符号を逆にして、３０°−Δθ／２回転させても、方位ψについて３６０°に亘り、かつ、逆向きパスで互いに角度ピッチを補完するＸ線パスを成す透過データを取り込むことができ、同様の効果が得られることは容易に分かる。
【００５５】
〈第２の実施形態〉
本発明の第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置は、本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置１のＸ線検出器１１に替えて、図５に示すＸ線検出器１１ａを有している。図５では、Ｘ線検出器１１ａをＸ線ビーム２０が入射する側と逆の側からみた状態を表しているが、Ｘ線検出器１１ａは、撮影面２２に平行するチャンネル方向及び撮影面２２に直交する列方向に複数の検出チャンネルを有している。第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の他の構成については、図１を用いて上述した第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置１と同一であるため、説明を省略する。
【００５６】
また、第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの方法は、図２乃至図４を用いて上述した第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置１の場合と同様であるが、Ｘ線検出器１１ａが複数のチャンネル列を有しているので、第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置と比較して、チャンネル列数分の透過データＩ（ｋ，ｎ，ｔ）を得ることができる。そして、第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置は、Ｉ（ｋ，ｎ，ｔ）それぞれについて第１の実施形態と同じ再構成を行う。したがって、第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置では、一回のＴＲスキャンで、チャンネル列の数分（枚数分）の断面像を得ることができる。
【００５７】
しかしながら、列数が多くなった場合、上記の再構成では撮影面２２からずれた列ほどＸ線パスの撮影面２２からの傾斜が大きくなるため断面像が劣化する。この場合は公知のコーンビーム再構成方法を用いる。このコーンビーム再構成方法は、Ｘ線検出器１１ａの列番号をｍとし、透過データをＩ（ｍ，ｋ，ｎ，ｔ）で表したとき、（ｍ，ｔ）面上の透過データＩ（ｍ，ｔ）を一組とし、方位ψ（ｋ，ｎ）は一定（平行）で、回転軸２３方向は焦点に向けて傾斜させ、三次元仮想マトリクスに対し逆投影する。ここで、仮想マトリクスのピッチは任意に設定でき、回転軸とこれに直交する２軸で同じでも変えてもよい。また、マトリクスサイズも任意に設定でき、列数によらない任意枚数の複数の断面像が得られる。これは、例えば、特開２００５−３６１７４７等に記載される周知の再構成方法で、ψ範囲を１８０°から３６０°に変更したものである。
【００５８】
上述したように、列数Ｍが多い２次元の検出マトリクスを持つＸ線検出器１１ａを用いる場合、撮影面２２からずれた位置での断面像の劣化を防ぐため、コーンビーム再構成を用いるのが好ましい。
【００５９】
第２の実施形態に係るＣＴによれば、第１の実施形態に係るＣＴと同様に、透過データＩ（ｎ）の方位ψの角度ピッチΔθ（＝θ0／Ｎ）が補完され、Δθ／２の間隔で逆投影がなされるので、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトを低減した断面像を得ることができる。また、第２の実施形態に係るＣＴによれば、逆投影するとき、検出チャンネルの不均質配置を考慮して上述した式（１）で計算したψ（ｋ，ｎ）を用いることで、逆投影を正確にでき、残存する細かな角度ピッチの放射状アーチファクトをさらに低減した断面像を得ることができる。さらに、第２の実施形態に係るＣＴによれば、ファン角θ0ごとの残存する放射状アーチファクトを打ち消し合わせた断面像を得ることができる。また、第２の実施形態に係るＣＴによれば、１回のスキャンで複数枚の断面像を得ることができる。
【００６０】
〈第１の変形例〉
続いて、第１及び第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の第１の変形例について説明する。第１の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置の構成は、図１を用いて上述したコンピュータ断層撮影装置１と同一であるが、図６及び表２を用いて第１の変形例に係る処理の流れを説明するように、機構制御部１４で記憶しているシークエンスが異なる。
【表２】
【００６１】
図６及び表２では、Ｋ＝６、θ0＝３０°であるとして説明する。第１の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置においてＴＲスキャンが開始されると、機構部１２は、回転テーブル１３を移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ２１）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置のそれぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６２】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３を３０°＋Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ２２）。
【００６３】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ２１とは逆向きに移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るように逆向きにｔ移動（復路）させる（Ｓ２３）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれで、Ｘ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６４】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°−Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ２５）。
【００６５】
ｔ移動番号６のｔ移動が終了するまで上述したステップＳ２１〜Ｓ２５の処理を繰り返し、ｔ移動番号６のｔ移動が終了すると（Ｓ２４でＹＥＳ）、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°ステップ回転させる（Ｓ２６）。
【００６６】
続いて、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ２１と同一方向に移動させることで、被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るようにｔ移動（往路）させる（Ｓ２７）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６７】
ｔ移動（往路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°−Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ２８）。
【００６８】
ステップ回転が終了すると、機構部１２は、回転テーブル１３をステップＳ２７とは逆の向きに移動させることで被検体２１をＸ線ビーム２０を横切るように逆向きにｔ移動（復路）させる（Ｓ２９）。Ｘ線検出器１１は、ｔ移動の移動中に、一定移動間隔（一定ピッチ）の多数の位置それぞれでＸ線ビーム２０を検出し、透過データＩ（ｎ）としてデータ処理部１５に出力する。
【００６９】
ｔ移動（復路）が終了すると、機構部１２は、被検体２１が載置される回転テーブル１３をステップＳ２２で回転させた向きと同一向きに３０°＋Δθ／２ステップ回転させる（Ｓ３１）。その後、ｔ移動番号１２のｔ移動が終了するまでＳ２７〜Ｓ３１の処理を繰り返す。
【００７０】
表２に示すように、例えばｔ移動番号１のｔ移動が終わった時点では、初期位置からの回転角度（ステップ回転の積算）は、０°であり、ｔ移動番号２のｔ移動が開始される前に３０°＋Δθ／２ステップ回転されて回転角度が３０°＋Δθ／２となる。また、ｔ移動番号６のｔ移動が終わった時点では、回転角度は１５０°＋Δθ／２であり、ｔ移動番号７のｔ移動が開始される前に３０°ステップ回転されて回転角度が１８０°＋Δθ／２となる。さらに、ｔ移動番号１２のｔ移動が終わった時点では、回転角度は３３０°となる。
【００７１】
上述したように、機構制御部１４は、機構部１２に表２に示すようなステップ回転をさせるように制御すれば、ステップ回転の対向停止位置は１８０°からΔθ／２ずれ、Ｘ線パスの被検体基準の方位ψが３６０°に亘り、かつ、方位ψが逆向きパスで互いに重ならないようにすることができる。
【００７２】
〈第２の変形例〉
第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置３は、図７に示すように、Ｘ線管３０から照射され、被検体２１を透過したＸ線ビーム２０を２次元のチャンネルマトリックスを持つＸ線検出器３１で検出して画像を構成する点では第２の実施形態と同一の構成であるが、ｔ移動及び回転についての機構が異なる。すなわち、図１を用いて上述した第１及び第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置では、被検体２１をトランスレート（ｔ移動）及び回転させている。しかし、第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置は、被検体２１を固定し、Ｘ線管３０とＸ線検出器３１を一体でトランスレート（ｔ移動）及び回転させるものである。このように移動制御することで、相対的には、Ｘ線管３０及びＸ線検出器３１と被検体２１との関係は、上述したように被検体２１を移動制御する場合と等価なものとなる。
【００７３】
具体的には、第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置３では、フロア３４に支持されるＸＹＺ機構３５上に被検体２１が載置されている。被検体２１は、ＸＹＺ機構３５により、Ｘ線ビーム２０に対し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３方向に移動させることができるが、スキャンの際には移動された位置で固定されている。
【００７４】
コンピュータ断層撮影装置３では、回転機構３６がフロア３４により支持され、回転機構３６はｔ移動機構３７を支持し、ｔ移動機構３７全体をｔ移動方向とともに回転させる。またｔ移動機構３７はフレーム３８を支持し、ｔ移動機構３７はフレーム３８をｔ移動方向に移動させることができる。Ｘ線管３０とＸ線検出器３１は対向してフレーム３８によって固定されている。コンピュータ断層撮影装置３において、ｔ移動の方向は、図７に示す回転の位置においては紙面に垂直な方向であるが、回転に伴い、フレーム３８とｔ移動機構３７と共に回転する。
【００７５】
その他、図示を省略するが、図７に示すコンピュータ断層撮影装置３においても、図１に示したコンピュータ断層撮影装置１と同一の構成を有している。そのため、コンピュータ断層撮影装置３においても、機構制御部に記憶されるシークエンスによってｔ移動機構３７を制御してＸ線管３０及びＸ線検出器３１を固定するフレーム３８をｔ移動するとともに回転機構３６によって回転軸２３を中心に回転させ、被検体２１の断面像を撮影する。
【００７６】
このように、図７に示すコンピュータ断層撮影装置３においても、相対的に等価なＴＲスキャンをすることができる。
【００７７】
第２の変形例で上述したように、機構動作は相対的に等価であれば、他の機構方式に対しても同様である。
【００７８】
〈他の変形例〉
上述した第１及び第２の実施形態では、Ｘ線ビーム２０のファン角θ0の範囲を検出しているが、θ0を超えて検出するようにしてもよい。この場合、隣り合うｔ移動で重複した方位ψで透過データが取得されるが、例えば、特開２００５−３６１７４１等に記載されるようにこの重複したψで透過データがウエイト付きで平均されるように再構成することができる。
【００７９】
上述した第１及び第２の実施形態では、データ処理部１５は、被検体基準の方位ψで３６０°に亘る透過データをψで３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を得ているが、透過データをψで複数に分割し、それぞれで逆投影して未完の断面像（部分画像）を再構成し、それぞれの部分画像を加算することで断面像を作成しても数学的に等価である。例えば、最初の１８０°と次の１８０°で部分画像を作成して加算し、平均するようにしてもよい。
【００８０】
上述した第１の実施形態及び第１の変形例では、互いに対向停止位置にある２つの回転停止位置の組は、すべて、互いに１８０°からΔθ／２ずらしている。このずれは、Δθ／２には限られない。例えば、ｉを整数として、一般に±（Δθ／２＋ｉ・Δθ）だけずらしてもよい。さらに、ｉは各組ごとに異なる数であっても良い。ここで、ずらし量の絶対値がΔθ／２を超える場合においては、隣接するｔ移動がカバーする方位ψに抜けが生じないようにするため、θ0を超えて検出するようにする。そして、ψに抜けや重複が生じないように使用チャンネル範囲をｔ移動ごとに調整する。
【００８１】
上述した第１及び第２の実施形態では、断層像を再構成する方法は、フィルタ補正逆投影法には限られず、フーリエ変換法やＡＲＴ（Algebraic Reconstruction Technique）のような公知のアルゴリズムを用いてもよい。
【００８２】
上述した第１及び第２の実施形態では、放射線としてＸ線を用いて説明しているが、透過性の放射線であれば、γ線、中性子線、マイクロ波等他の放射線であっても同様である。また、被検体が透明物体である場合、可視光線であっても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＸ線パスの間隔について説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの処理を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＸ線の対向パスについて説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るコンピュータ断層撮影装置のＸ線検出器を説明する図である。
【図６】本発明の第１の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＴＲスキャンの処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２の変形例に係るコンピュータ断層撮影装置の概念図である。
【図８】従来のコンピュータ断層撮影装置のＴＲスキャンを説明する図。
【符号の説明】
【００８４】
１…コンピュータ断層撮影装置
１０…Ｘ線管（放射線源）
１１…Ｘ線検出器（放射線検出器）
１２…機構部
１３…回転テーブル
１４…機構制御部
１５…データ処理部
１６…表示部
２０…Ｘ線ビーム（放射線）
２１…被検体
２２…撮影面
２３…回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の自然数Ｋに対し、１８０°／Ｋの角度をθ0として、
撮影面に沿ってθ0を覆うファン形状の放射線を放射する放射線源と、
前記撮影面に沿って少なくともθ0の範囲の被検体を透過した前記放射線を検出する検出チャンネルを複数有する放射線検出器と、
前記被検体が前記撮影面に沿って前記放射線と交差する方向に複数回の直線移動をするように前記放射線源及び前記被検体を相対的に制御するとともに、前記撮影面に垂直な回転軸を中心としてステップ回転するように前記放射線源及び前記被検体の位置関係を相対的に制御する機構部と、
前記機構部に、前記直線移動をさせるとともに、各前記直線移動と次の前記直線移動との間に、同一向きに前記ステップ回転をさせて、２×Ｋ回の前記直線移動をさせる機構制御部であり、前記ステップ回転の複数の停止位置が互いに１８０°を成す位置にならないよう予めずらして設定してステップ回転させる機構制御部と、
それぞれの前記直線移動の移動中に前記放射線を検出した前記放射線検出器が出力する前記被検体の透過データを入力し、該透過データから前記被検体の断面像を生成するデータ処理部と、
を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、
前記機構制御部は、前記機構部に、前記ステップ回転の複数の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすようにステップ回転させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、
前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0＋Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、
前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0−Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１記載のコンピュータ断層撮影装置において、
前記データ処理部は、それぞれの前記直線移動の移動中に取得した前記透過データを前記検出チャンネル毎に該検出チャンネルが検出する放射線パスの前記被検体を基準とする方位ψで３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を生成することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１記載のコンピュータ断層撮影装置において、
前記放射線検出器は、前記検出チャンネルを前記撮影面に平行な方向及び前記撮影面に直交する方向に複数列有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項１】
２以上の自然数Ｋに対し、１８０°／Ｋの角度をθ0として、
撮影面に沿ってθ0を覆うファン形状の放射線を放射する放射線源と、
前記撮影面に沿って少なくともθ0の範囲の被検体を透過した前記放射線を検出する検出チャンネルを複数有する放射線検出器と、
前記被検体が前記撮影面に沿って前記放射線と交差する方向に複数回の直線移動をするように前記放射線源及び前記被検体を相対的に制御するとともに、前記撮影面に垂直な回転軸を中心としてステップ回転するように前記放射線源及び前記被検体の位置関係を相対的に制御する機構部と、
前記機構部に、前記直線移動をさせるとともに、各前記直線移動と次の前記直線移動との間に、同一向きに前記ステップ回転をさせて、２×Ｋ回の前記直線移動をさせる機構制御部であり、前記ステップ回転の複数の停止位置が互いに１８０°を成す位置にならないよう予めずらして設定してステップ回転させる機構制御部と、
それぞれの前記直線移動の移動中に前記放射線を検出した前記放射線検出器が出力する前記被検体の透過データを入力し、該透過データから前記被検体の断面像を生成するデータ処理部と、
を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、
前記機構制御部は、前記機構部に、前記ステップ回転の複数の停止位置を互いに１８０°を成す位置からΔθ／２ずらすようにステップ回転させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、
前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0＋Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置において、隣接する前記検出チャンネルそれぞれが検出する放射線パス間の角度をΔθとしたとき、
前記機構制御部は、前記機構部に、θ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させ、次にθ0−Δθ／２のステップ回転を１回実行させ、次にθ0のステップ回転を挟んだ前記直線移動をＫ回実行させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１記載のコンピュータ断層撮影装置において、
前記データ処理部は、それぞれの前記直線移動の移動中に取得した前記透過データを前記検出チャンネル毎に該検出チャンネルが検出する放射線パスの前記被検体を基準とする方位ψで３６０°に亘って逆投影して被検体の断面像を生成することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１記載のコンピュータ断層撮影装置において、
前記放射線検出器は、前記検出チャンネルを前記撮影面に平行な方向及び前記撮影面に直交する方向に複数列有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−５１５４８（Ｐ２００８−５１５４８Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２５６０１（Ｐ２００６−２２５６０１）
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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