(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピューター断層撮影スキャナーであって、
フォーカルスポットを有するエネルギー源と、
縦軸を中心として連続的に漸増する投影角で対象を走査する検出器アレイであって、少なくとも１列の検出器を備えているものと、
を具備し、
各列の検出器を通る少なくとも２つの扇形ビーム平面を画成すべく、前記フォーカルスポットが、対象の走査の間に縦方向に変位させられる、可変の数の位置を有しており、前記扇形ビーム平面のうちの少なくとも１つの扇形ビーム平面は、縦軸に非垂直である、
コンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項２】
前記フォーカルスポットが、対応する連続的な投影角の間に、複数の位置に連続的に移動させられる請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項３】
前記フォーカルスポットが、方形波形関数、台形波形関数及び正弦波形関数からなる群から選択される振動性タイミング波形関数に実質的に従って、全ての位置へ連続的に移動させられる請求項２のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項４】
前記フォーカルスポットが、正弦波形関数に従って、第１ピーク振幅位置と第２ピーク振幅位置との間を連続的に移動し、且つ、フォーカルスポットが、実質的に第１ピーク振幅位置及び第２ピーク振幅位置の各々にあるときに、検出器アレイが、検出器信号を発生する請求項２のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項５】
前記エネルギー源が、Ｘ線源である請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項６】
前記検出器アレイが、２列検出器アレイである請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項７】
エネルギー源のフォーカルスポットから発せられる放射線を視準するコリメーターを更に具備する請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項８】
前記フォーカルスポットが、縦方向における第１位置と第２位置との間を連続的に移動し、且つ、
コリメーターが、
バッフル及び少なくとも１のスリットであって、前記第１位置及び前記第２位置に対応する２つの互いに他方を含まないアパーチュアを前記バッフルで画成するもの、
を備え、
バッフル及び前記少なくとも１つの開口が、前記第１位置におけるフォーカルスポットから発せられる放射線が前記第２アパーチュアに入射するのを防止し且つ前記第２位置におけるフォーカルスポットから発せられる放射線が前記第１アパーチュアに入射するのを防止すべく、構成されている、
請求項７のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項９】
前記フォーカルスポットが、更に、対象の走査の間、位置に関し、フォーカルスポットの回転平面内において横方向に可変である請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１０】
前記フォーカルスポットが、第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とをそれぞれ中心とする第１扇形ビームと第２扇形ビームとをそれぞれ発生する、縦方向における第１位置と第２位置との間で振動する請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１１】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、実質的に平行であり且つ検出器アレイに入射する請求項１０のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１２】
検出器アレイが、第１検出器サブアレイと第２検出器サブアレイとを備えており、且つ、第１扇形ビーム平面が、第１検出器サブアレイに入射すると共に、第２扇形ビーム平面が、第２検出器サブアレイに入射する請求項１１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１３】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、実質的に発散している請求項１０のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１４】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、フォーカルスポットと検出器アレイとの間で交差している請求項１０のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１５】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、実質的に同じ縦方向位置で、検出器アレイにおいて収斂している請求項１０のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１６】
検出器アレイが、第１検出器サブアレイと第２検出器サブアレイとを有する２列検出器アレイからなっており、第１扇形ビーム平面が、第１検出器サブアレイに入射し、第２扇形ビーム平面が、第２検出器サブアレイに入射し、且つ、フォーカルスポットが、第３扇形ビーム平面と第４扇形ビーム平面とを中心とする第３扇形ビームと第４扇形ビームとを更に発生し、第３扇形ビーム平面は、フォーカルスポットの第１位置に始まると共に第２検出器サブアレイに入射し、第４扇形ビーム平面は、フォーカルスポットの第２位置に始まると共に第１検出器サブアレイに入射する請求項１０のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１７】
フォーカルスポット・ドリフト補償メカニズムを更に具備しており、前記フォーカルスポット・ドリフト補償メカニズムは、
フォーカルスポットモニターであって、前記走査の間、前記フォーカルスポットの位置を監視するものと、
平均化ユニットであって、ある期間に亘っての前記フォーカルスポットの平均位置を、監視した位置に基づいて決定するものと、
補償ユニットであって、平均位置を所定の最適位置と比較し且つフォーカルスポットの位置を比較に基づいて修正するものと、
を備えている、
請求項１のコンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項１８】
コンピューター断層撮影スキャナーであって、フォーカルスポットを有するエネルギー源と、縦軸を中心として連続的に漸増する投影角で対象を走査する検出器アレイであって、少なくとも１列の検出器を備えているものとを具備するものにおける、走査方法であって、
各列の検出器を通る少なくとも２つの扇形ビーム平面を画成すべく、前記フォーカルスポットの位置を、対象の走査の間に縦方向に変化させるステップであって、前記扇形ビーム平面のうちの少なくとも１つの扇形ビーム平面は、縦軸に非垂直である、もの、
を具備する方法。
【請求項１９】
連続的な投影角の各々において、フォーカルスポットを、縦方向における複数の位置に連続的に移動させるステップを更に具備する請求項１８の方法。
【請求項２０】
フォーカルスポットが、方形波形関数、台形波形関数及び正弦波形関数からなる群から選択される振動性タイミング波形関数に実質的に従って、全ての位置へ連続的に移動させられる請求項１９の方法。
【請求項２１】
前記フォーカルスポットを、正弦波形関数に従って、第１ピーク振幅位置と第２ピーク振幅位置との間を連続的に移動させるステップを更に具備し、フォーカルスポットが、実質的に第１ピーク振幅位置及び第２ピーク振幅位置の各々にあるときに、検出器アレイが、検出器信号を発生する請求項１９の方法。
【請求項２２】
前記エネルギー源が、Ｘ線源である請求項１８の方法。
【請求項２３】
前記検出器アレイが、２列検出器アレイである請求項１８の方法。
【請求項２４】
エネルギー源のフォーカルスポットから発せられる放射線を視準するステップを更に具備する請求項１８の方法。
【請求項２５】
前記フォーカルスポットが、縦方向における第１位置と第２位置との間を連続的に移動し、且つ、
コリメーターが、
前記第１位置及び前記第２位置に対応する第１アパーチュア及び第２アパーチュアと、
バッフルであって、前記第１位置におけるフォーカルスポットから発せられる放射線が前記第２アパーチュアに入射するのを防止し且つ前記第２位置におけるフォーカルスポットから発せられる放射線が前記第１アパーチュアに入射するのを防止すべく構成されているものと、
を備えている、
請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記フォーカルスポットが、更に、対象の走査の間、位置に関し、フォーカルスポットの回転平面内において横方向に変化する請求項１８の方法。
【請求項２７】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とをそれぞれ中心とする第１扇形ビームと第２扇形ビームとをそれぞれ発生する、縦方向における第１位置と第２位置との間で、前記フォーカルスポットを振動させるステップを更に具備する請求項１８の方法。
【請求項２８】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、実質的に平行であり且つ検出器アレイに入射する請求項２７の方法。
【請求項２９】
検出器アレイが、第１検出器サブアレイと第２検出器サブアレイとを備えており、各検出器サブアレイは、少なくとも１列の検出器を備えており、且つ、第１扇形ビーム平面が、第１検出器サブアレイに入射すると共に、第２扇形ビーム平面が、第２検出器サブアレイに入射する請求項２８の方法。
【請求項３０】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、実質的に発散している請求項２７の方法。
【請求項３１】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、フォーカルスポットと検出器アレイとの間で交差している請求項２７の方法。
【請求項３２】
第１扇形ビーム平面と第２扇形ビーム平面とが、実質的に同じ縦方向位置で、検出器アレイにおいて収斂している請求項２７の方法。
【請求項３３】
検出器アレイが、第１検出器サブアレイと第２検出器サブアレイとを有する２列検出器アレイからなっており、第１扇形ビーム平面が、第１検出器サブアレイに入射し、第２扇形ビーム平面が、第２検出器サブアレイに入射し、且つ、フォーカルスポットが、第３扇形ビーム平面と第４扇形ビーム平面とを中心とする第３扇形ビームと第４扇形ビームとを更に発生し、第３扇形ビーム平面は、フォーカルスポットの第１位置に始まると共に第２検出器サブアレイに入射し、第４扇形ビーム平面は、フォーカルスポットの第２位置に始まると共に第１検出器サブアレイに入射する請求項２７の方法。
【請求項３４】
前記走査の間、前記フォーカルスポットの位置を監視するステップと、
ある期間に亘っての前記フォーカルスポットの平均位置を、監視した位置に基づいて決定するステップと、
平均位置を所定の最適位置と比較し且つフォーカルスポットの位置を比較に基づいて修正するステップと、
を更に具備する請求項１８の方法。
【請求項３５】
フォーカルスポットを画成するＸ線源と少なくとも１列の検出器とを有するスキャナーの回転軸に沿って互いに他方から変位させられている少なくとも２つの２次元ＣＴスライスを同時に形成する方法であって、
各列の検出器を通る少なくとも２つの扇形ビーム平面を画成すべく、回転軸に平行な方向に互いに他方から変位させられている少なくとも２つの位置の間を、振動性運動でフォーカルスポットを移動させるステップであって、前記扇形ビーム平面のうちの少なくとも１つの扇形ビーム平面は、縦軸に非垂直であり、もって、ＣＴスライスが、Ｘ線を扇形ビーム平面内に投影することによって取得されるデータから発生される、もの、
を具備する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦方向フライング・フォーカルスポットを備えたコンピューター断層撮影スキャナーに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
第三世代のコンピューター断層撮影（ＣＴ）スキャナーにおいては、Ｘ線源と検出器とが、ディスク組立体に装着されており、このディスク組立体は、走査されるべき対象の回りでの回転が可能である。回転するディスク組立体は、頑丈な、静止しているガントリーによって支持されている。検出器アレイは、中央のチャネルから横方向に延在している複数のチャネルを備えている。走査の間、Ｘ線源と検出器とが、漸増する回転角で対象を走査する。再構成と呼ばれるプロセスが、対象の一連の２次元像即ちスライスを、捕捉したデータから生成する。
【０００３】
図１は、第三世代のＸ線ＣＴスキャナーの軸方向図即ち正面図であり、そのＸ線ＣＴスキャナーは、角速度ωで対象の回りを回転することのできるディスク組立体に装着されている、Ｘ線源２０と検出器アレイ２２とを備えている。検出器アレイ２２は、通常、「フォーカルスポット」と呼ばれている点２６を中心とする円弧の形状の列として配置されており、そのフォーカルスポットにおいて、Ｘ線の放射線が、Ｘ線源２０から発する。従って、フォーカルスポットから発して検出器アレイ上に入射するＸ線ビームが、扇形ビームを画成する。ディスク組立体に対しては固定されている回転座標系ｘ’ｙ’ｚ’が、検出器アレイ２２に対するＸ線源２０のフォーカルスポットの位置を示すべく、図１及び後続の図において使用される。ｚ’軸は、固定座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｚ軸と一致している。ｘ’ｙ’平面は、ｘｙ平面と共面であり且つｚ’軸を中心として角速度ωで回転する。Ｘ線源２０及び検出器アレイ２２は、ｘ’ｙ’平面上にあると共に、ｙ’軸は、回転中心即ちアイソセンター２４及び検出器アレイの中央チャネル２２Ａと交差する。在来の固定フォーカルスポットシステムにおいては、フォーカルスポットの位置は、走査の開始から終了まで、ｙ’軸上に固定されたままである。
【０００４】
議論の目的で、ｘ’ｙ’平面上の即ち扇形ビームの回転平面内の、ｘ’軸に平行な方向又はｘ’軸に実質的に平行な方向は、本明細書において、「横」方向として言及されると共に、ｚ’軸に平行な方向又はｚ’軸に実質的に平行な方向は、「縦」方向として言及される。
【０００５】
例えば米国特許第５，８４１，８２９号であって、引用によって本明細書中に組み入れられているものに記載されているように、走査の間のｘ’ｙ’平面内におけるフォーカルスポットの振動運動がＣＴスキャナーの画質を向上させ得るということは、良く知られている。これは、「フライング・フォーカルスポット」と呼ばれている。この構成において、フォーカルスポット２６は、図１に示されているように、位置ａと位置ｂとの間を横方向に振動すべくなされている。ｘ’軸に平行な、横方向におけるフォーカルスポットの変位が、横移動の単純調和振動の標準的なケースとして、図２に時間に対してプロットされている。
【０００６】
走査の間、ディスク組立体は角速度ωで回転している一方、Ｘ線源は走査されつつある対象を連続的に照射しているので、Ｘ線強度は、回転の範囲即ち観察角に亘って各検出器チャネルで検知される。全ての検出器信号は、通常、各回転角において同時にサンプリングされる。検出器上に入射するＸ線強度の信号は、短い継続時間に亘って積分され又は濾波される。この継続時間の間、フォーカルスポットの変位は、正弦波振動のピーク近傍で僅かに変動する。図１及び図２に示されている横方向の位置ａ及び位置ｂは、信号の積分又は濾波の後の平均変位位置を表している。
【０００７】
ｘ’軸に平行な、横方向における振動フォーカルスポット変位は、検出器アレイの接線方向のオフセットと等価である。通常、フライング・フォーカルスポットは、検出器オフセットのプラス四分の一及びマイナス四分の一に等しい位置に変位位置ａ及び変位位置ｂを位置させるべく操作される。これらの条件下では、位置ａにおけるフォーカルスポットから収集されるデータは、位置ｂにおけるフォーカルスポットから収集されるデータに対して、検出器幅の二分の一だけシフトされている。
【０００８】
連続的な回転角において、変位位置ａ及び変位位置ｂにフォーカルスポットを交互に位置させることにより、検出器の実効数が、２倍になる。交互の偶数番目及び奇数番目の回転角増分において、データが、偶数検出位置及び奇数検出位置でそれぞれサンプリングされ、結果的に、サンプリング空間内でインターリーブされているデータが、得られる。この結果、再構成された像の空間解像度が、２倍になる。フライング・フォーカルスポットは、ステップ−ショット走査及びヘリカル走査の両方に適用可能である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、フォーカルスポットが、縦方向に、換言すると、ｚ’軸即ちスキャナーの回転軸に平行な方向又はその軸に実質的に平行な方向に振動すべくなされている。この様にして、走査処理量における改善が、なされ得る。
【００１０】
第１の側面において、本発明は、コンピューター断層撮影（ＣＴ）走査用の装置及びその走査方法に向けられている。本発明の装置は、縦軸を中心として連続的に増加する回転角において対象の像を形成するＣＴスキャナーを具備しており、このＣＴスキャナーは、フォーカルスポットを有するエネルギー源と検出器アレイとを備えている。フォーカルスポットは、対象の走査の間、縦方向に向けられている経路に沿う可変位置を有している。
【００１１】
好適な実施例において、フォーカルスポットは、連続的な回転角の各々において互いに他方から縦方向に変位させられている１組の複数の位置を含む、所定の経路に沿って移動する。フォーカルスポットの縦移動は、好適に、方形波形関数、台形波形関数及び正弦波形関数からなる群から選択される振動性波形関数に従っている。
【００１２】
フォーカルスポットは、正弦波形関数に従って、第１ピーク振幅位置と第２ピーク振幅位置との間を振動し得る。この場合、検出された信号は、第１ピーク振幅位置及び第２ピーク振幅位置の各々にフォーカルスポットが実質的に存在しているところの短い継続時間に亘って取得され得る。
【００１３】
エネルギー源は、Ｘ線源からなっていると共に、検出器アレイは、１列の検出器アレイ（若しくは、より一般的には、１組の並べられている検出器）又は２列の検出器アレイ（若しくは、より一般的には、２組の並べられている検出器）からなり得る。エネルギー源のフォーカルスポットによって発せられる放射線を視準するコリメーターが、含まれ得る。
【００１４】
縦方向における経路に沿う第１位置と第２位置との間をフォーカルスポットが振動させられるところの実施例においては、コリメーターは、第１位置及び第２位置に対応する第１アパーチュア及び第２アパーチュアと、例えば突出部として作られているバッフルとを備えており、このバッフルは、第１位置におけるフォーカルスポットから発せられた放射線が第２アパーチュアに入るのを防止し且つ第２位置におけるフォーカルスポットから発せられた放射線が第１アパーチュアに入るのを防止すべく形成されている。
【００１５】
フォーカルスポットは、位置に関し、そのフォーカルスポットの１つ以上の回転平面内において横方向に変化すべく構成され得る。
【００１６】
第１扇形ビーム平面及び第２扇形ビーム平面をそれぞれ中心とする第１扇形ビーム及び第２扇形ビームを発生する、縦方向における第１位置及び第２位置の間を、フォーカルスポットは、振動し得る。この構成において、第１扇形ビーム平面及び第２扇形ビーム平面は、好適に、実質的に平行であり且つ第１縦方向位置及び第２縦方向位置における検出器アレイに入射する。検出器アレイは、第１検出器サブアレイ及び第２検出器サブアレイを有する２列検出器からなっていてもよく、この場合、第１扇形ビーム平面は、第１検出器サブアレイに入射すると共に、第２扇形ビーム平面は、第２検出器サブアレイに入射する。
【００１７】
あるいは、第１扇形ビーム平面及び第２扇形ビーム平面は、（ａ）検出器アレイに達する前に収斂し且つ交差し、もって、それらが検出器アレイと交差する際にはそれらは発散しているように、（ｂ）検出器アレイの向こう側で収斂し且つ交差するように、又は（ｃ）検出器アレイにおいて若しくは検出器アレイの直ぐ近傍において収斂し且つ交差するように、傾けられ得る。
【００１８】
上述のように、検出器アレイは、第１検出器サブアレイ及び第２検出器サブアレイを有する検出器アレイからなり得、この場合、第１扇形ビーム平面は、第１検出器サブアレイに入射すると共に、第２扇形ビーム平面は、第２検出器サブアレイに入射する。フォーカルスポットは、第３扇形ビーム平面及び第４扇形ビーム平面を中心として、第３扇形ビーム及び第４扇形ビームを更に発生し、この場合、第３扇形ビーム平面は、フォーカルスポットの第１位置に始まり且つ第２検出器サブアレイに入射すると共に、第４扇形ビーム平面は、フォーカルスポットの第２位置に始まり且つ第１検出器サブアレイに入射する。第１ビームと、第２ビームと、第３ビーム及び第４ビームの組合せとについて取得されるデータは、対象の３つのスライスを生成し得る。
【００１９】
別の側面において、本発明は、フォーカルスポット・ドリフト補償メカニズムを更に備えている。このメカニズムは、前記走査の間、フォーカルスポットの位置を監視するフォーカルスポットモニターを備えている。平均化ユニットが、ある期間に亘ってのフォーカルスポットの平均位置を、監視した位置に基づいて決定する。補償ユニットが、平均位置を所定の最適位置と比較し、フォーカルスポットの位置を比較に基づいて修正する。
【００２０】
【実施例】
図３は、本発明に係る、縦方向に振動するフライング・フォーカルスポットを採用しているＣＴスキャナーシステムの一実施例の概略斜視図である。この構成において、フォーカルスポット２６は、Ｘ線源２０と検出器アレイ２２とがｚ’軸を中心として一定の角速度ωで回転するにつれて、互いに他方から縦方向に変位させられている２つの位置の間（例えば、ｚ’’軸に沿う位置Ａと位置Ｂとの間）を振動すべくなされている。サンプリングのシーケンスとフォーカルスポットの振動周期とは、好適に、在来の横方向フライング・フォーカルスポット法のそれらと同じである。しかしながら、在来の技法とは異なり、図４に示されているような、位置Ａと位置Ｂとの間のフォーカルスポットの全縦方向変位は、後述のように、結像スライス幅及び他の因子に応じて変化し得る。
【００２１】
縦方向の位置Ａ及び位置Ｂにフォーカルスポットを交互に位置させることにより、データが、２つの異なるｚ軸位置において、２つの異なる扇形ビームをそれぞれ使用して効果的にサンプリングされる。位置振動周期は、好適に、扇形ビームの各々についての、連続的な投影角の増分の間の時間に対応しており、もって、一の投影図が、各振動周期の間に各ビームで取得される。従って、フォーカルスポットが位置Ａにある場合において、連続的な投影角間の各角度増分が０．２５゜であるならば、フォーカルスポットが位置Ｂにある場合における、投影角間の角度増分も、０．２５゜であるであろうが、フォーカルスポットが位置Ａにある場合における投影角から、０．１２５゜だけ好適に変位させられていよう。これはデータ収集装置が２倍の速度で動作することを要求する（回転ガントリーの回転速度が一定である場合）が、そのような動作速度は、現代のデータ収集システムにおいては容易に達成することが可能である。
【００２２】
本発明の構成は、図５に示されているような、２列の検出器２７Ａ，２７Ｂと縦方向には静的な即ち固定されているフォーカルスポット２６とを有する、在来の２列検出器システムに類似してはいるが、この在来の２列検出器システムに改良が施されている。本発明の縦方向フライング・フォーカルスポット法は、ステップ−ショット走査システム及びヘリカル走査システムの両方に適用可能である。ステップ−ショット走査システムにおいては、対象の２つのスライスからのデータは、図５の２列検出器システムにおけるように、同時に収集される。ヘリカル走査システムにおいては、ピッチは、存在している１列検出器システムのそれの２倍である。ステップ−ショット走査であろうがヘリカル走査であろうが、本発明の縦方向フライング・フォーカルスポット法は、スキャナーの処理量を２倍にする。
【００２３】
位置Ａ及び位置Ｂの間のフォーカルスポットの変位の振幅は、像の再構成に要求される精度のレベルに依存すると共に、フォーカルスポットとコリメーターとの間の距離、ビームの厚さを定めるコリメーターのアパーチュア、及びｚ軸に沿う検出器の高さに依存する。この結果、フォーカルスポット変位及びコリメーターの構成に、多くの可能性がある。
【００２４】
先ず、比較及び説明の目的で、図６に示されている、１列の検出器２８を備えている静的フォーカルスポットシステム即ち固定フォーカルスポットシステムについて、考察する。「扇形ビーム」と呼ばれている、結果的に発散するビーム３１の中央平面３０は、ｚ′軸に垂直である。扇形ビーム３１は、フォーカルスポット２６から、コリメーター３２を通り、検出器アレイ２８まで発散する。ｚ’軸に沿う、回転中心における厚さｄは、スライス幅と呼ばれている。検出器の高さｈは、その位置における走査スライスの厚さを収容しており、そして、それは、通常、隣り合っている２つの検出器の間の横方向の距離の１０〜２０倍である。
【００２５】
図７は、本発明の縦方向フライング・フォーカルスポットシステム用の、フォーカルスポット変位及びコリメーターの好適な構成の側面図である。二重スリットコリメーター３４により、フォーカルスポットＡは、扇形ビーム平面ａを画成すると共に、フォーカルスポットＢは、扇形ビーム平面ｂを画成する。この構成において、両方の扇形ビーム平面ａ，ｂは、全ての投影角においてｚ’軸に垂直である。両方のスライスについての像再構成は、図６の在来のシステムにおける単一のスライスについてのそれと同程度に正確である。コリメーター３４は、二重スリットａ’及びｂ’を備えている。各スリットの幅は、在来のシステムにおけるように、対応する各扇形ビームの厚さを定める。スリットの中心間の距離がｄであるとすると、フォーカルスポットＡ及びＢの間の距離ｄｆ並びに２つの結像スライスの間の間隔ｄｉも、ｄである。同様に、検出器アレイ２８上の扇形ビーム平面ａの入射ｚ位置３５Ａは、扇形ビーム平面ｂの入射位置３５Ｂから距離ｄの所にある。
【００２６】
バッフル４０が、コリメーター３４と協働し、もって、２つのスリットａ’及びｂ’は、互いに他方を含まない２つのビームを画成し、フォーカルスポットＡにおける放射線がスリットｂ’を通過するのを防止し、且つ同様にフォーカルスポットＢにおける放射線がスリットａ’を通過するのを防止する。２つのスリットａ’及びｂ’がバッフル４０とコリメーター内の単一のスリットとによって設けられ得るということ、あるいは、２つのスリットａ’及びｂ’がバッフルによって分離されているコリメーター内の２つのスリットによって設けられ得るということは、明白であろう。
【００２７】
図８に示されている別の構成においては、検出器アレイ２８における扇形ビーム平面ａの入射位置３８は、扇形ビーム平面ｂのそれと一致しており、もって、２つの平面は、検出器アレイにおいて又はその近傍において収斂し且つ交差している。２つの結像スライスの間の間隔ｄｉは、ｄよりも僅かに小さく、且つ、フォーカルスポットＡ及びＢの間の間隔ｄｆは、ｄよりも僅かに大きい。この構成においては、両方の扇形ビームが、検出器２８の高さによって許容される最大幅のものとなる。しかしながら、両方の扇形ビーム平面ａ，ｂは、互いに他方に向かって僅かに傾けられており、このため、各扇形ビーム平面は、回転の間、一定の平面上に留まっていない。この構成は、動作に関して、図９に示されている、静的な即ち固定されている単一のフォーカルスポット２６と２列の検出器アレイ３６Ａ，３６Ｂとを有する２列検出器アレイシステムと類似している。最上の像再構成のためには、扇形ビーム平面ａ，ｂ（図８における）が全ての投影角においてｘｙ平面に平行であるべきであるということが、留意されるべきである。走査の間にｚ軸を中心として回転する、傾斜した扇形ビーム平面の結果として、再構成された像は、図７の好ましい構成から得られる像ほどには正確ではないであろう。
【００２８】
図７及び図８の構成は、２つの異なるケースを示しており、一方は、平行な平面を有するビームを備えており、且つ、他方は、非平行な平面を有するビームを備えている。図７の構成は、理想的な平行扇形ビーム平面ａ，ｂを提供しており、それらの平行扇形ビーム平面ａ，ｂは、ｚ’軸に垂直であり、このため、正確な再構成を可能にする。しかしながら、平面は、平行であり且つ距離ｄだけ隔てられているので、検出器２８によって検出可能な最大スライス幅は、ｄだけ狭められる。これに対し、図８の構成は、図６の在来システムにおけるのと同程度の広さのスライス幅を可能にする。何故ならば、両方のビームの平面が、検出器アレイの中央の入射位置３８に入射するからである。しかしながら、扇形ビーム平面ａ，ｂは、ｚ’軸に対して傾けられており（即ち、ｚ’軸に垂直ではなく）、このため、完璧には再構成しないであろう。更に、図８の構成におけるフォーカルスポットの移動量ｄｆは、図７の構成よりも大きく、このため、実施するのがより困難である。
【００２９】
図１０に示されている折衷された構成は、２つのアプローチを合体したものであり、僅かに傾けられた扇形ビーム平面ａ，ｂであって、収斂するが、検出器アレイの向こう側で交差するものを備えている。
【００３０】
別の構成は、図１１に示されている、在来の単一スリットコリメーター３２を採用している。この構成においては、フォーカルスポット変位ｄｆは、ｚ’軸に沿う、回転中心における２つの走査平面ａ，ｂの間の間隔ｄｉによって決定される。フォーカルスポットＡ，Ｂとコリメーター３２との間の距離をＬ１とし、コリメーター３２と回転中心との間の距離をＬ２とすると、
ｄｆ＝ｄｉ＊Ｌ１／Ｌ２                              （１）
となる。通常、Ｌ２は、Ｌ１よりも大きい。従って、ｄｆは、ｄｉよりも短い。この構成は、フォーカルスポットＡ，Ｂの間の変位ｄｆを小さくすることができるという利点をもたらす。別の利点は、この構成は図７，図８，図１０及び図１２におけるようなバッフルを必要としないということである。しかしながら、検出器アレイ２８上に入射する２つの扇形ビーム平面ａ，ｂの間の間隔ｄａは、
ｄａ＝ｄｉ＊（Ｌ２＋Ｌ３）／Ｌ２                        （２）
となって増加し、式中、Ｌ３は、回転中心（ｚ’軸）から検出器アレイ２８までの距離である。長さＬ３は、Ｌ２と同等であり、このため、間隔ｄａは、ｄｉの約２倍である。図７の好ましい構成と比較すると、検出器の高さが同じ場合には、可能な最大スライス幅が、更に狭められる。扇形ビーム平面ａ，ｂも、他の実施例以上に傾けられており、この実施例においては、平面は、検出器領域の前で収斂し且つ交差し、従って、検出器アレイと交差する前に発散する。この実施例は、単一スリットコリメーターで作動するという利点をもたらし、そして、フォーカルスポットの位置を定めるのに、比較的小さい振幅が、必要とされ、即ち、フォーカルスポットは、非常に近接した２つの位置の間を振動する。
【００３１】
上述したように、フォーカルスポットが、従来のフライング・フォーカルスポット構成におけるときのように、ｘ’ｙ’平面内を横方向に振動すべくなされると、結果は、データをインターリーブすることになり、このことは、像の空間解像度を２倍にすることになる。フォーカルスポットが、本発明によって提案されているように、縦方向に振動すべくなされると、少なくとも２つのスライスについてのデータが、収集され、このことは、所定の走査時間内で取得されるスライスの数を結果的に２倍にすることになる。横方向フライング・フォーカルスポット若しくは縦方向フライング・フォーカルスポットのいずれか一方又はそれらの両方が走査の間に使用され得るように、好適な実施例は、フォーカルスポットの横方向振動及び縦方向振動の両方を可能にしている。
【００３２】
図１４に示されている、その後者のアプローチであって、２つのアプローチが組み合わされているものにおいては、フォーカルスポットは、フォーカルスポットの運動の各振動周期で４つの位置を通過する。(ａ)フォーカルスポットが投影角度θｉにあり且つ投影がなされると、フォーカルスポットは、位置Ａａ（縦方向における位置Ａ及び横方向における位置ａ）をスタートし、(ｂ)ガントリーが次の投影角度θｉ＋１まで角度α（即ち、θｉ＋１−θｉ＝α）だけ回転すると、フォーカルスポットは、位置Ａａに戻り、且つ(ｃ)ガントリーは、一定の速度ωで回転する、と仮定すると、フォーカルスポットの位置のシーケンスは、好適に、以下の様になる。
(１) フォーカルスポットは、位置Ａａから、投影角度θｉ＋α／４での位置Ａｂまで移動し、この投影角度θｉ＋α／４での位置Ａｂにおいて、次の投影がなされ、
(２) 次いで、フォーカルスポットは、位置Ａｂから、投影角度θｉ＋α／２での位置Ｂａまで移動し、この投影角度θｉ＋α／２での位置Ｂａにおいて、次の投影がなされ、
(３) 次いで、フォーカルスポットは、位置Ｂａから、投影角度θｉ＋３α／４での位置Ｂｂまで移動し、この投影角度θｉ＋３α／４での位置Ｂｂにおいて、次の投影がなされ、
(４) 次いで、フォーカルスポットは、位置Ｂｂから、投影角度θｉ＋１での位置Ａａまで移動し、この投影角度θｉ＋１での位置Ａａにおいて、次の投影がなされる。
【００３３】
このシーケンスは、結果的に、縦方向位置Ａにおけるフォーカルスポットを用いるビームによってなされる投影をもたらし、これらの投影は、ビームの交互横方向位置ａ及びｂ（それらの間の角度増分はα／４である）でなされ、もって、結果として生ずるデータが、そのスライスに対してインターリーブされ得る。同様に、縦方向位置Ｂにおけるフォーカルスポットを用いるビームによってなされる投影は、ビームの交互横方向位置ａ及びｂ（それらの間の角度増分はα／４である）でなされ（ただし、縦方向位置Ａにおけるフォーカルスポットを用いるビームの投影角からα／２の角度だけ変位させられている）、もって、結果として生ずるデータが、そのスライスに対してインターリーブされ得る。以上のように、データは、各振動周期の間に４回収集される。回転は連続的であるので、実際には、データは、各回転ステップの間に僅かに異なる４つの回転角で収集され、このため、回転速度が一定であるとすると、データは、４倍速く収集されなければならない。
【００３４】
Ｘ線管におけるフォーカルスポットの位置は、電子ビームが陽極ターゲットとそこで衝突するところの位置によって決定される。上述したフォーカルスポットの振動は、振動信号によって駆動される偏向器による電子ビームの偏向により、実施される。電子ビームは、電気的に又は磁気的に偏向させられ得る。電界プレート又は磁界コイルが、Ｘ線管の内部又は外部に組み込まれ得る。
【００３５】
縦方向におけるフォーカルスポットの変位は、通常、横方向における変位よりも大きいことを要求される。このため、より大きい変位振幅を縦方向において発生し得る偏向メカニズムを選択するのが、好ましい。
【００３６】
在来のＸ線管は、固定された縦方向位置で動作すべく設計されており、このため、陽極ターゲットは、フォーカルスポットが適切に変位するのに十分な空間を縦方向には有していないかもしれない。陽極ターゲットは、より広い入射電子ビームを可能にすべく、同時に、縦方向で見て、より小さいフォーカルスポットを生成すべく、通常、傾斜角をなして配置されている。これは、走査用のＸ線エネルギーを発生するためのパワーを小さくすることができるが、フォーカルスポットを縦方向に振動させるためのパワーは大きくしなければならない。更に、通常のＸ線管のＸ線射出窓におけるアパーチュアは、要求されている縦方向変位を可能にするには狭すぎるかもしれない。このため、存在している多くのＸ線管は、縦方向メカニズムを単純に追加することによって縦方向フライング・フォーカルスポットを組み込むには適していない。
【００３７】
Ｘ線管は、要求されている縦方向振動を可能にすべく容易に設計され得る。例えば、図７の好適な実施例においては、中央の位置からのフォーカルスポットの最大変位は、５ｍｍ以下であり得る。陽極ターゲットは、要求されている偏向振幅を可能にすべく、簡単に、より大きく作られ得る。陽極は、より効率的にフォーカルスポットを縦方向に振動させるべく、（例えば、回転陽極に傾斜角を与えるようにして）形造られ又は構成され得る。Ｘ線射出窓におけるアパーチュアも、拡大され得る。内部偏向メカニズムが、偏向効率を高めるべく採用され得る。Ｘ線管も、電子ビームのより効率的な偏向をもたらすために、外部偏向メカニズムのより近接した装着を可能にすべく設計され得る。
【００３８】
概して、適切な縦方向振動に必要な振幅は、横方向振動のそれよりも大きい。装置が横方向のフォーカルスポット偏向により適しているならば、Ｘ線管を在来の取付けから９０゜回転させることが、好ましい。この９０゜回転させての取付けにおいては、在来の横方向偏向が、縦方向変位を発生すべく使用される一方、追加された縦方向偏向は、フォーカルスポットの横方向変位を発生すべく使用される。この様にして、より真っ直ぐな偏向が、より大きい振幅で動作させられると共に、より困難な偏向は、より小さい振幅で動作する。これにより、両方の偏向において要求される複雑さとパワーとのバランスが、より良くなる。この構成は、固定陽極Ｘ線管であっって、このＸ線管が走査の間の回転状態にあるときに、回転している陽極上に加わるジャイロスコピック・トルクを補償する必要がないものに対して特に魅力的である。
【００３９】
要約すると、縦方向におけるフォーカルスポットの変位は、検出器アレイの縦方向変位と幾何学的に等価である。連続的な投影角に対してフォーカルスポットの縦方向位置を交互に位置させることにより、２列検出器システムと同様の態様で、２つのスライスについてのデータが、収集され得る。しかしながら、本発明においては、ハードウェア的に強力な２列システムと同じデータを収集するのに、１列の検出器及び対応するデータ収集回路が、必要とされるだけである。
【００４０】
より重要なことに、図７の好ましい構成においては、両方の扇形ビーム平面ａ，ｂが、ｚ軸に垂直である。この結果、この構成から再構成される像は、２列検出器システムから再構成される像よりも正確である。更に、２列検出器システムとは異なり、本発明は、スライス平面ａ，ｂの間の間隔ｄｉを選択することにおいて融通性に富んでいる。この選択肢は、スライスが部分的に重なり合っているような、スライス幅よりも狭いスライス平面間の間隔を選択するのが好適であるところの用途と密接に結び付いている。
【００４１】
図１２に示されているような、４つの扇形ビーム平面を備えている構成においては、３つのスライスが、同時に走査され得る。扇形ビーム平面のうちの２つの扇形ビーム平面ａａ，ｂｂは、ｚ’軸に垂直であり、このため、これらから収集されるデータは、対応するスライスの正確な再構成用として別々に使用され得る。２つの垂直でない扇形ビーム平面ａｂ，ｂａから収集されるデータは、中央のスライスを再構成すべく一緒に使用され得る。中央のスライスの像は、扇形ビーム平面ａａ，ｂｂから再構成される２つのスライスほど、正確でなく且つスライス幅において均一でないかもしれない。何故ならば、中央のスライス用に使用される扇形ビーム平面は、傾いているからである。いずれにせよ、この構成は、図９を参照して上述した２列検出器システムに改良をもたらす。何故ならば、少なくとも２つの扇形ビーム平面ａａ，ｂｂは、平行であり、このため、正確な再構成に良く適しているからである。
【００４２】
存在する固定フォーカルスポットスキャナーにおいては、フォーカルスポットの縦方向の位置におけるドリフトが、温度における変動を含む、多数の因子に起因して起こり得る。フォーカルスポットの縦方向ドリフトは、検出器上のＸ線の入射位置が縦方向にドリフトすることを引き起こす。これは、望ましくない。何故ならば、検出器の感度が、縦方向の位置に、部分的に依存するからである。このドリフトの結果、リング状のアーティファクトが、像の中に現れ得る。フォーカルスポットの縦方向ドリフトは、通常、モニター検出器によって測定され、そして、種々の技法が、ドリフトを補償すべく使用されている。例えば、１９９６年８月２７日付けでＪｏｈｎ  Ｄｏｂｂｓ及びＲｕｖｉｎ  Ｄｅｙｃｈに対して発行され且つ本出願人に譲渡された米国特許第５，５５０，８８６号を参照されたい。
【００４３】
本発明に係る好適な補償法においては、縦方向フライング・フォーカルスポットを使用するシステムは、図１３のブロック図に示されている、そのドリフトを自己補正するメカニズムを備えている。フォーカルスポットの位置が、モニター６６で監視されると共に、フォーカルスポットの平均縦方向位置が、ユニット６８で決定される。平均値が、意図されている中央縦方向位置７２と比較器７０において比較される。ドリフトに起因する誤差を表す差値７４が、偏向制御信号６０をオフセットすべく、電界偏向メカニズム又は磁界偏向メカニズム６２にフィードバックされる。ドリフトを補償された電界又は磁界６３が、電子ビームを、従って、フォーカルスポットを、ドリフトのない意図されている縦方向位置へ偏向させる。この様にして、フォーカルスポットは、同じ縦方向位置の間を振動すべく、フィードバック信号によって追跡され且つ安定化される。
【００４４】
好適な実施例においては、フォーカルスポットは、このフォーカルスポットが、サンプリングの間、所望されている位置Ａ又はＢに留まっているように、時間に対して方形波形関数に従って振動する。しかしながら、そのような方形波形関数に従う運動は、達成するのが困難である。より現実的な選択は、台形波形関数であろう。しかしながら、台形波形関数でさえ、要求されているスルーレート及び整定時間を達成するのは、困難である。より実際的なアプローチは、正弦波形関数又は同様な波形を採用している。検出信号は、フォーカルスポットが波形のピークにある間の時間又はピーク近傍にある間の時間に亘って積分され又は濾波される。取得したデータを最適化するのに有益であると見出されている一のフィルターは、１９９８年１１月２４日付けでＥｎｒｉｃｏ  Ｄｏｌａｚｚａ及びＨａｎｓ  Ｗｅｅｄｏｎに対して発行され且つ本出願人に譲渡された米国特許第５，８４１，８２９号であって、その発明の名称が“Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｆｏｒ  ＣＴ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｗｏｂｂｌｉｎｇ  Ｆｏｃａｌ  Ｓｐｏｔ”であるものに記載されている。検出信号を濾波しての積分は、平均化法であり且つ縦方向におけるフォーカルスポットを拡大することと等価である。拡大の度合いは、振動波形に依存し且つフォーカルスポットのピークからピークまでの変位に比例し、これは、スライス間隔ｄｉに比例する。正弦波形の場合、拡大は、通常、スライス間隔ｄｉの約四分の一であり、且つ、スライス幅は、通常、スライス間隔ｄｉに等しい。従って、拡大の度合いは、スライス幅の約四分の一である。縦方向の寸法におけるフォーカルスポットの拡大の、そのような小さな大きさは、像には比較的影響を及ぼさない。実際、スライス幅に依存する、そのような拡大は、有利である。何故ならば、それは、対象を横切る扇形ビームの厚さをより均一にするからである。この拡大は、扇形ビームが検出器アレイに向かってかなり厚くなるところの、大きいスライス幅の走査に対して、有益でさえある。
【００４５】
第四世代のＣＴスキャナーにおいては、完全な円形の検出器からなる検出器アレイが、静止ガントリー内へ組み込まれている。Ｘ線管は、走査の間、データを再構成するのに必要な連続的な観察角を提供しつつ、対象及び検出器アレイの回りを回転する。本発明の縦方向フライング・フォーカルスポットは、少なくとも２つのスライスの同時走査を可能にすべく、そのような第四世代のＣＴスキャナーにも適用可能である。
【００４６】
存在している第三世代又は第四世代のＣＴスキャナーは、本発明に係る縦方向フライング・フォーカルスポット走査が可能になるように改良され得る。そのような改良は、Ｘ線管コリメーターの交換を含み得る。更に、データ取得システムは、好適に、フォーカルスポットの振動する縦方向位置と同期させられている全検出チャネルの同時サンプリングが可能である。
【００４７】
最後に、１列検出器アレイ及び２列検出器アレイ、並びに縦方向の２つの位置の間を移動可能なフォーカルスポットに関連して、本発明が記載されているが、検出器アレイは、あらゆる数の列（１以上の列がフォーカルスポットの所望されている各位置に対して使用される）を含み得ると共に、スライスは、あらゆる数の縦方向位置におけるフォーカルスポットで取得され得る。
【００４８】
本発明が、その好適な実施例に関連して具体的に図示され且つ記載されているが、形態及び細部における種々の変更が、請求項によって規定されている本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得るということは、当業者によって理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】対象の回りを角速度ωで回転可能なディスク組立体上に装着されているＸ線源及び検出器アレイを有しているＸ線ＣＴスキャナーの軸方向概略図即ち正面概略図であって、フォーカルスポットの回転平面内で横方向に振動する在来のフライング・フォーカルスポットを説明するものである。
【図２】図１に示されている横方向フライング・フォーカルスポットについての、平均変位(ａ及びｂ)の大きさを示している正弦波形である。
【図３】本発明に係る縦方向振動フライング・フォーカルスポットを採用しているＣＴスキャナーの概略斜視図である。
【図４】本発明に従ってフォーカルスポットが縦方向に移動する際のフライング・フォーカルスポットの位置を示している正弦波形である。
【図５】縦方向に静的なフォーカルスポットシステムにおける２つのスライスに沿うデータの同時取得用の２列検出器を有するシステムの概略斜視図である。
【図６】縦方向に静的なフォーカルスポットシステムにおける１列検出器を有する在来のシステムの概略側面図である。
【図７】縦方向フライング・フォーカルスポットを有している、本発明の好ましい実施例の概略側面図であって、この実施例においては、２つの扇形ビーム平面ａ及びｂが互いに他方に平行であり且つ縦軸に垂直である、ものである。
【図８】二重スリットコリメーターを有している本発明の別の構成の概略側面図であって、この構成においては、扇形ビーム平面が検出器アレイにおいて収斂し且つ交差する、ものである。
【図９】縦方向に静的なフォーカルスポットシステムにおいて２列検出器を有するシステムの概略側面図である。
【図１０】本発明の別の構成の概略側面図であって、この構成においては、２つの扇形ビーム平面が検出器アレイ上に収斂し且つ衝突するが、その検出器アレイにおいては交差しない、ものである。
【図１１】単一スリットコリメーターを有している縦方向フライング・フォーカルスポット構成の概略側面図であって、この構成においては、２つの扇形ビーム平面がそのコリメーターのスリットにおいて同じ縦方向位置を有する即ち交差する、ものである。
【図１２】縦方向フライング・フォーカルスポットの２列検出器システムへの適用を示している、本発明の別の実施例の概略側面図であって、結果的に生ずる４つの扇形ビーム平面即ちａａ，ｂｂ，ａｂ及びｂａを示しているものである。
【図１３】本発明に係る、フォーカルスポットの縦方向の位置を安定化させるシステムのブロック図である。
【図１４】 本発明に係るフライング・フォーカルスポットを採用しているＣＴスキャナーの概略斜視図である。
【符号の説明】
２０  Ｘ線源
２２  検出器アレイ
２４  アイソセンター
２６  フォーカルスポット
２８  検出器アレイ
３２  コリメーター
３６  検出器アレイ
４０  バッフル
【図１】
0003553851.tif 000002
【図２】
0003553851.tif 000003
【図３】
0003553851.tif 000004
【図４】
0003553851.tif 000005
【図５】
0003553851.tif 000006
【図６】
0003553851.tif 000007
【図７】
0003553851.tif 000008
【図８】
0003553851.tif 000009
【図９】
0003553851.tif 000010
【図１０】
0003553851.tif 000011
【図１１】
0003553851.tif 000012
【図１２】
0003553851.tif 000013
【図１３】
0003553851.tif 000014
【図１４】
0003553851.tif 000015