| 【発明の名称】 |
放射線撮影装置及び放射線撮影方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】松本 和弘
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| 【要約】 |
【課題】エネルギー分布が互いに異なる２つの部分を有する放射線を用いて被検体の同一部位を撮影する装置において、被検体の撮影を短時間で行い、被検体の同一部位について互いに異なる断層像を得ることができる放射線撮影装置を提供する。
【構成】被検体に照射するための放射線を発生する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出する検出手段と、前記放射線源と前記被検体とを回転軸を中心に相対的に回転させる回転手段とを有し、前記被検体に照射される放射線のエネルギー分布を、前記回転軸を含み且つ前記放射線源と交わる平面を挟んだ２つの部分で互いに異ならせる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射するための放射線を発生する放射線源と、
前記被検体を透過した放射線を検出する検出手段と、
前記放射線源と前記被検体とを回転軸を中心に相対的に回転させる回転手段とを有し、
前記被検体に照射される放射線のエネルギー分布が、前記回転軸を含み且つ前記放射線源と交わる平面を挟んだ２つの部分で、互いに異なることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記エネルギー分布を前記２つの部分で互いに異ならせる放射線フィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記放射線源が互いに異なるエネルギー分布の放射線を発生し、前記エネルギー分布を前記２つの部分で互いに異ならせることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記検出手段よって検出された放射線のデータに基づいて、被検体の同一部位における互いに異なる断層像を得て、前記断層像間の差分演算を行う手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
被検体に照射するための放射線を放射線源が発生する工程と、
前記放射線源と前記被検体とを回転軸を中心に相対的に回転させる工程と、
前記被検体を透過した放射線を検出する工程とを備え、
前記被検体に照射される放射線のエネルギー分布が、前記回転軸を含み且つ前記放射線源と交わる平面を挟んだ２つの部分で、互いに異なることを特徴とする放射線撮影方法。
【請求項６】
請求項５に記載された放射線撮影方法により検出された放射線のデータに基づいて、被検体の同一部位における互いに異なる断層像を得て、前記断層像間の差分演算を行う工程をコンピュータによって実行させるためのプログラム。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮影装置及び放射線撮影方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医用診断又は非破壊検査を目的としてＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置が多く用いられている。Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線で被検体を走査して、得られたデータを元にコンピュータによって被検体内部の状態を表す断層像を構成する装置である。Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線管から被検体にＸ線を放射して、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出する。これをＸ線撮影といい、Ｘ線管及びＸ線検出器を一体的に回転させながら、被検体を任意の角度方向から撮影を行う。一方、Ｘ線管及びＸ線検出器を固定させ、被検体を回転させても同様にＸ線撮影することが可能である。被検体を任意の角度方向から複数回撮影すると、Ｘ線検出器で得られたデータをコンピュータで解析し、被検体の断面における画像（断層像）を得ることができる。
【０００３】
Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線のエネルギー分布がそれぞれ異なる複数のＸ線を用いて被検体の同一部位を撮影するデュアルエネルギースキャンが使用されている。このような撮影をすることによって、各Ｘ線に対応した断層像を得ることができ、各断層像は互いに異なるものとなる。なぜならば、被検体の各部位は異なる放射線吸収スペクトル特性を有し、各部位においてＸ線の透過率はＸ線の波長によって異なるからである。そのため、それぞれ異なるエネルギー分布を有する複数のＸ線を被検体に放射するとそれぞれ異なる断層像が得られる。それぞれ異なる断層像は、例えば、それらの間で差分演算処理を行うことによって特定の部位のみの断層像を抽出する際に用いられる。
【０００４】
このデュアルエネルギースキャンを用いたＸ線撮影装置として、マルチスライス型Ｘ線検出器を装備したＸ線コンピュータ断層撮影装置が知られている（特許文献１参照）。この撮影装置では、Ｘ線フィルタを用いてＸ線質（Ｘ線のエネルギー分布）がスライス方向（Ｘ線管及びＸ線検出器の回転軸方向）に沿って変化するように構成されている。このようにＸ線質を変化させて撮影することにより、被検体の同一部位について、それぞれ異なる断層像を得るために、Ｘ線管とＸ線検出器とを一体的に回転している途中でＸ線フィルタを交換する必要がない。
【０００５】
また、Ｘ線検出器群のうちの偶数チャンネルと奇数チャンネルでＸ線の線質を異ならせるようにＸ線フィルタを配置したＸ線ＣＴ装置がある（特許文献２参照）。この装置でも上記と同様に、デュアルエネルギースキャンにおいて、Ｘ線管とＸ線検出器とを一体的に回転している途中でＸ線フィルタを交換する必要がない。また、１回のスキャンによって異なるＸ線エネルギーのデータを収集することができる。
【特許文献１】特開２０００−２２９０７６号公報
【特許文献２】特開昭６３−８２６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のＸ線撮影装置では、被検体の同一部位についてそれぞれ異なる断層像を得るためには、Ｘ線管及びＸ線検出器を一体的に１回転させて撮影する。そして、その後、Ｘ線管及びＸ線検出器をそれらの回転軸方向に移動させ、さらに１回転させて撮影しなければならない。つまり、被検体の同一部位についてそれぞれ異なる断層像を得るために複数回、Ｘ線管及びＸ線検出器を回転させるため、撮影に長時間を要する。これは、Ｘ線管及びＸ線検出器を固定し、被検体のみを回転させて撮影を行う場合により顕著である。なぜならば、被検体を回転させる場合、被検体の回転速度を大きくすることができないため撮影に長時間を要するからである。
【０００７】
また、特許文献２に記載のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線検出器群の偶数チャンネルと奇数チャンネルでＸ線の線質を異ならせるようにＸ線フィルタを配置しているため、撮影に用いられるチャンネルの数が半分となる。そのため、空間分解能が半減するが、データ処理の方法を工夫することで補っている。しかし、その処理方法が複雑で処理に多大な時間がかかり、空間分解能の半減によるデメリットは大きい。
【０００８】
そこで、本発明では、エネルギー分布が互いに異なる２つの部分を有する放射線を用いて被検体の同一部位を撮影する装置において、被検体の撮影を短時間で行うことができる放射線撮影装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明では、エネルギー分布が互いに異なる２つの部分を有する放射線を用いて被検体の同一部位を撮影する方法において、被検体の撮影を短時間で行うことができる放射線撮影方法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】
【００１０】
本発明では、上記の課題を解決するために、被検体に照射するための放射線を発生する放射線源と、前記被検体を透過した放射線を検出する検出手段と、前記放射線源と前記被検体とを回転軸を中心に相対的に回転させる回転手段とを有し、前記被検体に照射される放射線のエネルギー分布が、前記回転軸を含み且つ前記放射線源と交わる平面を挟んだ２つの部分で、互いに異なることを特徴とする放射線撮影装置を提供する。
【００１１】
また、本発明では、被検体に照射するための放射線を放射線源が発生する工程と、前記放射線源と前記被検体とを回転軸を中心に相対的に回転させる工程と、前記被検体を透過した放射線を検出する工程とを備え、前記被検体に照射される放射線のエネルギー分布が、前記回転軸を含み且つ前記放射線源と交わる平面を挟んだ２つの部分で、互いに異なることを特徴とする放射線撮影方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エネルギー分布が互いに異なる２つの部分を有する放射線を用いた被検体の撮影において、短時間で撮影を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例では、Ｘ線を用いて被検体を撮影するＸ線ＣＴ撮影装置について説明するが、他の放射線を用いた撮影装置に適用することも可能である。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明の実施例１におけるＸ線ＣＴ撮影装置の概略を示す。図２は、図１のＸ線ＣＴ撮影装置を矢印Ｃ方向から見た図である。放射線を発生する放射線源であるＸ線管１と放射線を検出する検出手段であるＸ線検出器２との間には、被検体３が配置される。被検体３は回転手段である回転テーブル４上に載せられ、回転軸６を中心として回転テーブル４と共に図１に示す矢印方向つまり反時計回りに回転する。図１及び図２に示すように、Ｘ線はＸ線管１の焦点１ａから回転軸６の方向（図１及び図２に示すＹ方向）へ放射状に放射される。この方向をＸ線の進行方向とする。
【００１５】
Ｘ線管１と被検体３の間には、Ｘ線管１から放射されたＸ線の線質を変化させるＸ線フィルタ５が配置される。
【００１６】
Ｘ線の線質については、Ｘ線が物質を透過しやすいか否か（透過力）を用いて、透過力の強いＸ線を硬いＸ線といい、透過力の弱いＸ線を軟らかいＸ線といって、Ｘ線の質的な違いを表現する。具体的には、図７を用いて説明する。Ｘ線は物質中を通過すると、相互作用を起こしてその強さが減弱する。単一の波長のＸ線が物質を通過した後の強さは、Ｘ線が通過する物質の厚さ及び減弱係数の指数関数で表される。ここで、減弱係数とは、Ｘ線と物質との相互作用の程度を示すもので、物質の種類とＸ線のエネルギーによって定まる。ある物質をＸ線が通過する際の、Ｘ線のエネルギーと減弱係数との関係を図７（ａ）に示す。図７（ａ）から分かるように、Ｘ線のエネルギーが小さいと減弱係数が大きく、Ｘ線のエネルギーが大きいと減弱係数が小さい。つまり、Ｘ線のエネルギーが小さいと、透過力が弱く、軟らかいＸ線と呼ばれ、Ｘ線のエネルギーが大きいと、透過力が強く、硬いＸ線と呼ばれる。なお、Ｘ線のエネルギーはその波長に反比例するため、波長の大小でも線質の違いを表現することができる。
【００１７】
Ｘ線フィルタ５は、Ｘ線の線質を変化させる作用を有する。Ｘ線フィルタ５は、例えばアルミニウム板、チタン板、鉄板や銅板などである。図７（ｂ）にアルミニウム板、チタン板、鉄板をＸ線が透過する際の、Ｘ線エネルギーと減弱係数との関係を示す。図７（ｂ）に示すように、透過する物質（フィルタ）によって、あるＸ線エネルギーに対する減衰係数が異なることが分かる。通常、Ｘ線管１から放射されるＸ線は、連続スペクトルのＸ線であり、Ｘ線のエネルギーの分布は図８に示した、フィルタなしの場合の曲線となる。縦軸の相対値は、Ｘ線の相対的な強度である。Ｘ線管１から放射されたＸ線が、上記の特性を有するフィルタを透過すると図８（ａ）に示す８１、８２のように相対値のピークがずれ、かつ相対値が小さくなる。８１は、例えば銅板からなる高エネルギー領域通過フィルタの場合であり、８２は、例えばＬａ，Ｙ等からなるいわゆるＫ吸収端フィルタと呼ばれる低エネルギー領域通過フィルタの場合である。つまり、フィルタを設けることによって、Ｘ線のエネルギー分布を変化させることができる。なお、図８（ｂ）に示すように同じ物質からなるフィルタであっても、その厚さを変えたりすることによって、Ｘ線のエネルギー分布を変化させることができる。
【００１８】
Ｘ線フィルタ５は、透過するＸ線のエネルギー分布を互いに異なるエネルギー分布に変化させる２つのフィルタ５Ａ及び５Ｂから構成され、フィルタ５Ａ及び５Ｂは図１及び図２に示すように配置されている。つまり、Ｘ線フィルタ５は、被検体３に照射されるＸ線のエネルギー分布を、Ｘ線管１の焦点１ａと回転軸６を含む平面、即ち回転軸６を含み且つＸ線管１と交わる平面を挟んだ２つの部分で、互いに異ならせる。例えば、上記のように、５Ａを高エネルギー領域通過フィルタ、５Ｂを低エネルギー領域通過フィルタとすることができる。Ｘ線管１から発生したＸ線は、Ｘ線フィルタ５を透過する際にそのエネルギー分布を変化させられ、被検体３に照射される。ここで、Ｘ線フィルタ５を透過したＸ線のエネルギー分布は、回転軸６に垂直な方向であって、Ｘ線管１から放射されるＸ線の進行方向にも垂直な方向（図１に示すＸ方向）で異なることになる。ただし、Ｘ線のエネルギー分布は回転軸６の方向では異ならない。
【００１９】
そして、被検体３を透過するＸ線を含め、放射されたＸ線をＸ線検出器２で検出することによって、被検体３のＸ線撮影が行なわれる。Ｘ線検出器２は、シンチレータ及び光検出素子、ＡＤ変換器などの電気回路等から構成され、光検出素子で検出したＸ線を、ＡＤ変換器を介してデジタル信号に変換する。ここで、シンチレータ及び光検出素子の代わりに、Ｘ線を直接アナログ信号に変換する素子を用いてもよい。
【００２０】
図３に本実施例におけるＸ線ＣＴ撮影装置のブロック図を示す。入力部３１より撮影開始信号が制御部３２に入力されると、制御部３２はＸ線管１、Ｘ線検出器２、回転テーブル４の駆動部３３にそれぞれ撮影開始信号を送る。そして、Ｘ線管１から放射線を発生し、Ｘ線フィルタ５を介してＸ線を被検体３に照射し、被検体３を透過したＸ線がＸ線検出器２により検出される。Ｘ線検出器２で変換されたデジタル信号は、Ｘ線検出器２により検出されたＸ線のデータとして、制御部３２に送られる。制御部３２では、記憶部３４で適宜記憶されたデータを用いて、データの演算処理が行われる。制御部３２及び記憶部３４は後述するコンピュータ３５を構成し、Ｘ線ＣＴ撮影装置の一部とすることができる。また、装置とは別に設けてもよく、装置外でデータの記憶や演算処理を行うこともできる。
【００２１】
図４に、Ｘ線撮影及びコンピュータ３５において行われる信号処理のフローを示す。撮影開始信号が制御部３２に入力されると、まず、一回の撮影が行われる（Ｓ１）。そして、Ｘ線検出器２によりＸ線が検出され、Ｘ線検出器２で変換されたデジタル信号は、Ｘ線検出器２により検出されたＸ線のデータとして、制御部３２に送られる。そして、制御部３２へ送られたＸ線のデータは、一旦、記憶部３４において記憶される（Ｓ２）。
【００２２】
被検体の撮影が行われると、回転テーブル４が回転し、予め決められた回転角度の間隔で、被検体３のＸ線撮影を繰り返し、Ｘ線検出器２から得られたデータが順次、データ記憶部３４に記憶される。回転テーブル４の回転角度は角度検出部３６で検出され、制御部３２に送られて、予め決められた回転角度になると、Ｘ線検出器２に撮影信号が入力されて、撮影が行われる。回転テーブル４が３６０度だけ回転（１回転）する（Ｓ３）と撮影が終了する。そして、データ記憶部３４に記憶されているデータを用いて、図１に示す撮影領域８における被検体３の断層像を得る。このように断層像を得ることを再構成という。
【００２３】
図８に示したように、被検体に放射されるＸ線は、上述した２つの部分でエネルギー分布が異なる。そのため、Ｘ線が照射されるＸ線検出器２の面において、Ｘ線管１の焦点１ａと回転軸６を結ぶ線７を境に左側の面２Ａで検出されるＸ線のデータは、線７の右側の面２Ｂで検出されるＸ線のデータとは異なる。したがって、Ｘ線検出器２から得られるデータには、それぞれ異なるエネルギー分布を有するＸ線のデータが含まれる。
【００２４】
再構成する際に、まず、互いにエネルギー分布の異なるＸ線のデータを、Ｘ線の種類別に分離し、それぞれに対応する被検体の断層像を再構成する。具体的には、Ｘ線検出器２で得られたＸ線のデータを、面２Ａで得られたデータと、面２Ｂで得られたデータに分離し、それぞれのデータに対応した被検体３の断層像を再構成し、互いに異なる２つの断層像を同時にまたは順次得る（Ｓ４）。得られた断層像は記憶部３４で記憶され（Ｓ５）、後述の差分演算を行わない場合は、ディスプレイ等の画像表示部３７においてそのまま表示される（Ｓ８）。差分演算を行う場合は、後述の断層像間の差分演算が行われ（Ｓ７）、その後に画像表示部３７において表示される（Ｓ８）。
【００２５】
上記の差分演算は、いわゆるサブトラクションと呼ばれる。このサブトラクションでは、異なった条件で撮影した２つの放射線画像を光電的に読み出してデジタル画像信号を得た後、これらのデジタル画像信号を両画像の各画素を対応させて引き算の処理を行う。ここで、各画像に適当な重み付けを行い、引き算の処理を行う。そして、各画像中の特定の部位における画像を形成するための差信号を得る。このようにして得た差信号を用いて特定構造物のみが抽出された放射線画像を再生することができる。したがって、被検体の特定部位のみを抽出して表示することにより、特定部位のみを観察することが可能となる。
【００２６】
上記の画像の再構成及びサブトラクションは、デジタル信号の情報処理なので、コンピュータ・システムのソフトウェア機能（プログラム）として実装可能である。ここで、コンピュータ・システムのソフトウェア機能は、実行可能なコードを含んだプログラミングを含み、画像の再構成やサブトラクションを実施することができる。ソフトウェア・コードは、汎用コンピュータで実行可能である。ソフトウェア・コード動作中に、コード、もしくは、関連データ記録は、汎用コンピュータ・プラットフォーム内に格納される。しかし、その他の場合、ソフトウェアは他の場所に格納されるか、もしくは、適切な汎用コンピュータ・システムにロードされることもある。したがって、ソフトウェア・コードは、１つまたは複数のモジュールとして、少なくとも１つの機械可読媒体で保持可能である。以下に述べる発明は、上述のコードという形式で記述され、１つまたは複数のソフトウェア製品として機能させることができる。ソフトウェア・コードは、コンピュータ・システムのプロセッサにより実行される。コンピュータ・プラットフォームは、本明細書で示す方法、または、ソフトウェア・ダウンロード機能を実施することができる。
【００２７】
図３に示すコンピュータ３５は、図４に示す、データの再構成（Ｓ４）から差分演算（Ｓ７）までの画像処理を実行する計算機であり、Ｘ線ＣＴ撮影装置に組み込まれていてもよく、ネットワークで繋げられたリモートコンピュータでもよい。制御部３２は、例えば、ＣＰＵ，ＧＰＵ，ＤＳＰ又はマイコンなどであり、一時記憶のためのキャッシュメモリをさらに含む。表示部３７は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示デバイスである。記憶部３４は、例えば、メモリやハードディスクなどである。入力部３１は、例えば、キーボードやマウスなどである。機械可読媒体は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリなどである。
【００２８】
本実施例によれば、被検体３を１回転させて被検体３を撮影するため、短時間で撮影が終了し、被検体３の同一部位についてそれぞれ異なる断層像を得ることができる。
【００２９】
したがって、被検体３が被爆する放射線の被爆量が低減し、また、回転軸方向の同一位置における互いに異なる断層像間には、Ｘ線検出器によるデータの収集タイミングずれ及び被検体の体動による、被検体の部位の形状や位置のずれを低減することができる。
【００３０】
さらに、本実施例では、データの収集タイミングずれ及び被検体３の体動による、断層像間における被検体の部位の位置ずれが低減し、断層像間の差分演算処理を良好に行うことができる。なぜなら、互いに異なる断層像は被検体３を１回転させる間に得られたデータを基に再構成されているからである。
【００３１】
上記では被検体３を回転させて撮影する場合を説明したが、図５に示すように被検体３を固定し、Ｘ線管１及びＸ線検出器２を一体的に回転させて撮影を行っても同様の効果がある。また、Ｘ線検出器２を被検体３の周囲に筒状に配置し、Ｘ線管１のみを被検体３の周りに回転させて撮影を行ってもよい。さらに、被検体３も回転させ、Ｘ線管１及びＸ線検出器２も一体的に回転させて撮影を行ってもよい。
【００３２】
また、図６に示すように、Ｘ線フィルタ５を５Ａのみ、つまり撮影領域８の片側だけに、Ｘ線フィルタ５を透過した放射線を放射する場合でも同様の効果がある。
【００３３】
さらに、Ｘ線管１が互いに異なるエネルギー分布のＸ線を発生し、線７の左右でエネルギー分布が異なるようにしても同様の効果がある。Ｘ線検出器２のＸ線が照射される面においては、Ｘ線管１と回転軸６を結ぶ線７を境に左側の面２Ａで検出されるＸ線のエネルギー分布が、線７の右側の面２Ｂで検出されるＸ線のエネルギー分布とは異なる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のおけるＸ線ＣＴ撮影装置の概略図である。
【図２】図１のＸ線ＣＴ撮影装置を矢印Ｂ方向から見た概略図である。
【図３】本発明のおけるＸ線ＣＴ撮影装置のブロック図である。
【図４】本発明のおけるＸ線撮影及びコンピュータにおいて行われる信号処理のフローを示す図である。
【図５】Ｘ線管及びＸ線検出器が一体的に回転するＸ線ＣＴ撮影装置の概略図である。
【図６】片側にのみＸ線フィルタを用いたＸ線ＣＴ撮影装置の概略図である。
【図７】Ｘ線のエネルギーと減弱係数との関係を示す図である。
【図８】Ｘ線のエネルギー分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ Ｘ線管
２ Ｘ線検出器
３ 被検体
４ 回転テーブル
５ Ｘ線フィルタ
６ 回転軸
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年８月３０日（２００６．８．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９０５３８
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 恵三
【識別番号】１０００９６９６５
【弁理士】
【氏名又は名称】内尾 裕一
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| 【公開番号】 |
特開２００８−５４８３１（Ｐ２００８−５４８３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年３月１３日（２００８．３．１３） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２３３７８０（Ｐ２００６−２３３７８０） |
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