(57)【要約】  真の３次元画像を生成するコーンビームジオメトリを用いる電子ビームコンピュータ断層撮影システムが与えられる。必要とされるコーンビーム投影は、ターゲットリング(20)に沿った電子ビームの単一スイープを用いて得られることができる。ターゲットリング(20)は、非平面的であり、大まかに言ってサドルの境界曲線の８分の５セグメントの形状をしている。結果として生じる放射源軌跡は、その系のアイソセンタの周囲の相当大きな注目ボリュームに関してTuyの完全性条件を満たす。検出器(28)は、大きな領域を持ち、複数の小さなレンガ形状の検出器モジュール(32)から構築される。それは、アイソセンタを通り、放射源軌跡の鏡像となる検出器軌跡に沿って隣り合って配置される。ターゲットリングと検出器ストリップとの特殊な形状のおかげで、ターゲットリングを起点とし、反対側の部分である検出器ストリップへと向かうコーンビーム状のx線は、検出器の他の部分によってブロックされることはない。
2007534415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイソセンタの周囲の注目ボリュームを貫く放射線のコーンビームを、前記コーンビームが第１の位置から放出されるよう生成する放射線源と、放射線検出器とを有し、前記放射線源が、前記第１の位置が第１の軌跡に沿って変位可能であるようにされ、前記放射線検出器は、第２の軌跡に沿って延在し、前記第１の軌跡が、前記アイソセンタの周囲の相当大きなボリュームに対して完全であり、前記第１及び第２の軌跡は、前記第１の軌跡における点を起点とする直線であって、前記アイソセンタを通る直線が、前記第２の軌跡と交差するようになされ、前記第１の位置から放射される前記コーンビームが、前記第１の軌跡と前記注目ボリュームとの間の前記放射線検出器の部分により著しくブロックされるものではない、コンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記放射線源が、電子ビームを生成する電子源と、ターゲットリングとを有し、前記電子源は、前記電子ビームが少なくとも部分的に前記ターゲットリングに焦点が合わされるようにされ、前記電子源が、前記ターゲットリングの少なくとも一部に沿って変位可能である第１の位置で前記電子ビームが前記ターゲットリングに当たるようにされ、前記ターゲットリングは、前記第１の軌跡に沿って延在する、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記放射線のコーンビームが、x線のコーンビームである、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
コリメータスリットが、前記ターゲットリングに原則的に平行に与えられる、請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
前記放射線検出器が、複数の検出器モジュールを有し、前記複数の２次元検出器モジュールは、隣り合って配置され、前記複数の２次元検出器モジュールが、第１の検出器モジュールと第２の検出器モジュールとを有し、前記第１及び第２の検出器モジュールは、交互に配置され、前記第１の検出器モジュールが、注目ボリュームの第１の中心から第１の距離に配置され、前記第２の検出器モジュールは、前記注目ボリュームの前記第１の中心から第２の距離に配置される、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記第１の軌跡が、第１の中心と第１の半径とを持つ第１の球体の表面に延在し、前記第２の軌跡は、前記第１の中心と第２の半径とを持つ第２の球体の表面に延在し、前記第１の半径が、前記第２の半径とは異なる、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
コンピュータ断層撮影装置を動作させる方法において、放射線のコーンビームを、前記コーンビームが第１の位置から放出され、かつ、アイソセンタの周囲の注目ボリュームを貫くよう生成する放射線源を与えるステップと、第２の軌跡に沿って延在する放射線検出器を与えるステップと、前記第１の位置が、第１の軌跡に沿って変位されるよう、前記放射線源を動作させるステップとを有し、前記第１の軌跡が、前記アイソセンタの周囲の相当大きなボリュームに対して完全であり、前記第１及び第２の軌跡は、前記第１の軌跡における点を起点とする直線であって、前記アイソセンタを通る直線が、前記第２の軌跡と交差するようになされ、前記第１の位置から放射される前記コーンビームが、前記第１の軌跡と前記注目ボリュームとの間の前記放射線検出器の部分により著しくブロックされるものではない、方法。
【請求項８】
ターゲットリングと、電子ビームを生成する電子源とを備える放射線源を与えるステップと、前記第１の軌跡に沿って延在する前記ターゲットリングに前記電子ビームの焦点を少なくとも部分的に合わせるステップと、前記電子ビームが前記ターゲットリングに第１の位置で当たるよう、前記電子源を動作させるステップとを更に有し、前記第１の位置が、前記ターゲットリングの少なくとも一部に沿って変位される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コンピュータ断層撮影装置を動作させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ断層撮影装置が、放射線のコーンビームを、アイソセンタの周囲の注目ボリュームを貫く前記コーンビームが第１の位置から放出されるよう生成する放射線源と、第２の軌跡に沿って延在する放射線検出器とを持ち、前記コンピュータプログラムが実行されるとき、該コンピュータプログラムは、前記コンピュータ断層撮影装置に、前記第１の位置が、第１の軌跡に沿って変位されるよう、前記放射線源を動作させる処理を行わせ、前記第１の軌跡が、前記アイソセンタの周囲の相当大きなボリュームに対して完全であり、前記第１及び第２の軌跡は、前記第１の軌跡における点を起点とする直線であって、前記アイソセンタを通る直線が、前記第２の軌跡と交差するようになされ、前記第１の位置から放射される前記コーンビームが、前記第１の軌跡と前記注目ボリュームとの間の前記放射線検出器の部分により著しくブロックされるものではない、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ断層撮影に関する。より詳細には、本発明は、コンピュータ断層撮影装置、特に、電子ビームコンピュータ断層撮影と、斯かる装置を動作させる方法と、斯かる装置を動作させるためのコンピュータプログラムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第4,352,021号に記載されるような、従来の電子ビームコンピュータ断層撮影システムは、電子ビームが電子銃により生成され、真空室のz軸に沿って下流側に加速される。更に下流側では、電子コイルのシステムが電子ビームに焦点を合わせ、それを約３０度で半円形スキャニングパス(semi-circular scanning path)へ反射する。偏向されたビームは、例えばタングステンといった適切な素材でできたターゲットリングに当たる(strike)。電子ビームがそのターゲットリングに当たる点から、X線のコーンビームが放射する。このX線のコーンビームは、コリメータを用いて横方向のファンビームへ平行化される(collimated)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
x線のファンビームは、例えば、z軸に沿って配置される患者といった対象物の横方向のスライスを貫通する。x線は、その対象物のスキャンされたスライスを通過し、その対象物内のx線密度に応じて、様々な量分減衰される。その対象物の反対に配置される、弧を描く様に並んだ列状のx線検出器(curved row of x-ray detectors)が、送出され、かつ減衰されたx線のファンビームを途中で遮り、こうして、対象物のスキャンされたスライスのファンビーム投影を与える。電子ビームをターゲットリングに沿って制御する(steer)ことにより、その対象物の同じ横方向スライスのファンビーム投影が、多数の方位角から得られる。その後、測定されたファンビーム投影は、その対象物のスキャンされた横方向スライスのx線密度分布を表す２次元画像へと処理される。その処理は、適切な再構築アルゴリズムを実行するコンピュータにより行われる。良い画像品質を可能にするためには、その投影角の方位角範囲が、少なくとも１８０度＋ファンビームの角度分広がっていなければならない。反対に位置する、列状の検出器(detector row)は、より大きな方位角分広がっていなければならない。従って、ターゲットリングと列状の検出器とを同じ横方向スライスに置くことはできない。米国特許第4,352,021号において、この問題は、ターゲットリングを含む平面と、列状の検出器を含む平面との間の軸方向のわずかなオフセットを用いて解決される。しかしながら、この軸方向のオフセットは、スキャンされたスライスの再構築画像においてあるレベルのアーチファクトを生成する。この不利な点は、スキャニング処理の超高速化により一層顕著にされる(out-weighed)。例えば、対象物のスライスに関してかなり良い再構築を可能にするファンビーム投影のセットが、50ミリ秒内に集められることができる。対象物のスラブ(slab)の３次元画像は、２次元画像をスタックすることにより得られることができる。米国特許第4,352,021号に記載される装置は、その対象物を機械的に移動させることなく、わずかな数の隣接スライスをスキャンすることを可能にする。しかしながら、実質的な３次元ボリュームを画像化することは、その対象物をずらす(step)ことを必要とし、従って、比較的長時間かかる。
【０００４】
米国特許出願公開第2003/0161434A1号には、共にヘリカル形状を与える又は共にわずかに傾けることにより、ターゲットリングと列状の検出器との間に軸方向のオフセットを与え、その問題を克服することが提案される。この手法は、スキャン処理の間に、その対象物の長手方向の平行移動を必要とする。従って、対象物の３次元画像のためのデータを収集することは、なお、比較的時間を消費することになる。
【０００５】
本発明の目的は、対象物の正確な３次元画像が再構築されることができるデータセットの超高速な収集を可能にするコンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的な実施形態によれば、第１の位置からコーンビーム状の放射線を放出する放射線源を有するコンピュータ断層撮影装置が与えられる。コーンビーム状の放射線は、コンピュータ断層撮影装置に概念的に付随される、空間における区別された点、つまりアイソセンタ(isocenter)の周りの注目ボリュームを貫通する。放射線源は、第１の位置が第１の軌跡に沿って変位可能であるように適合される。更に、放射線検出器ストリップが与えられる。放射線検出器ストリップの中心線は、第２の軌跡に沿って延在する。検出器ストリップの中心線は、原則的に、コンピュータ断層撮影装置のアイソセンタを通る第１の軌跡を鏡に映すようにミラーする(mirror)ことにより得られる。本発明のこの例示的な実施形態の側面によれば、第１及び第２の軌跡は共に非平面的であり、第１の軌跡における点から検出器ストリップの反対側の部分に向かって発散するコーンビームが、検出器ストリップのいずれかの他の部分により著しくブロックされることがないような態様で曲がっている。更に、アイソセンタの周りのかなり大きなボリュームに関してTuyの完全条件を満たすことができるように、第１の軌跡は曲がっている。この完全条件を満足することは、このボリューム内の対象物の忠実な画像を再構築することを可能にする。
【０００７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、放射線源は、ターゲットリングに沿って制御される電子ビームを生成する電子源により実現される。ターゲットリングの中心線は、第１の軌跡の湾曲を持つ。本発明のこの例示的な実施形態によれば、３次元電子ビームコンピュータ断層撮影は、機械的に動く部品を伴わずに行われることができる。
【０００８】
本発明の更なる別の例示的な実施形態によれば、放射線ビームは、コーンビーム状のx線である。
【０００９】
本発明の更なる別の例示的な実施形態によれば、コーンビーム状放射線の部分、つまり、通常、検出器ストリップに当たることができない部分をブロックする平行化手段(collimating means)が与えられる。平行化手段は、ターゲットリングの近くに位置するコリメータスリットとすることができ、原則的に第１の軌跡同様に曲がっている。
【００１０】
本発明の更なる別の例示的な実施形態によれば、検出器ストリップは、複数の検出器モジュールから構築される。こうしたモジュールはそれぞれ、それ自身が小さな検出器素子の２次元配列である。本発明のこの例示的な実施形態によれば、検出器モジュールは交互にわずかに大きなアイソセントリックな(isocentric)球体へと盛り上げられる(promoted)。言い換えると、隣接する検出器モジュールは、アイソセンタから２つのわずかに異なる距離で交互に配置される。この配置は、コーンビームの先端から見る観測者が検出器モジュール間に隙間が見えないくらい近くに、検出器モジュールを一緒に置くことを可能にする。
【００１１】
本発明の更なる別の例示的な実施形態によれば、第１及び第２の軌跡は、異なる半径の２つのアイソセントリックな球体の表面上に延在する。
【００１２】
本発明の更なる別の例示的な実施形態によれば、コンピュータ断層撮影装置を動作させる方法が与えられ、そこでは、変位可能な第１の位置から放出されるコーンビーム状の放射線を生成する放射線源が与えられる。この放射線源は、その第１の位置が第１の軌跡に沿って変位されるよう動作され、放射線検出器ストリップは、その中心線が第２の軌跡に沿って延在するよう与えられる。２つの軌跡は共に非平面的であり、第１の軌跡における点から検出器ストリップの反対側の部分に向かって発散するコーンビームが、検出器ストリップのいずれかの他の部分により著しくブロックされることがないような態様で曲がっている。特に、動作の間、つまりスキャンの間、放射線検出器のどの部分も放射線ビームをブロックしない。
【００１３】
コンピュータ断層撮影装置を動作させる方法の更なる例示的な実施形態が、請求項８に与えられる。
【００１４】
有利には、本発明によれば、人間の心臓を含むほど十分大きなボリュームについての非常に高速なコーンビームスキャニングと、このボリューム内のx線密度の空間分布の連続的で忠実な再構築とを可能にする、非常に高速な３次元コンピュータ断層撮影システムが与えられる。
【００１５】
本発明は、更に、コンピュータ断層撮影装置を動作させるコンピュータプログラムにも関する。本発明によるコンピュータプログラムは、請求項９に記載される。本発明によるコンピュータプログラムは、好ましくは、コンピュータ断層撮影装置の動作を制御するコントローラのワーキングメモリにロードされることができる。そのコンピュータプログラムは、そのコンピュータ断層撮影装置が本発明の方法を実行することをもたらす。コンピュータプログラムは、CD-ROMのようなコンピュータ可読媒体に格納されることができる。また、コンピュータプログラムは、ネットワーク、例えば、ワールドワイドウェブを介して提供されることもでき、斯かるネットワークから、コントローラのワーキングメモリにダウンロードされることができる。そのコンピュータプログラムは、例えば、C++のような任意の適切なプログラム言語で書かれることができる。
【００１６】
本発明の要旨として、スキャニング電子ビームコンピュータ断層撮影装置におけるターゲットリングと放射線検出器ストリップとが、それらが互いをブロックせず、かつ同時に人間の心臓を含むほど十分大きな注目ボリュームのコーンビーム投影の「完全な」セットの収集を可能にするような態様で、形作られる点が理解されるであろう。更に、ターゲットリングに沿った電子ビームのシングルスイープ(single sweep)のみを用いて、画像化される対象物を動かすことなく対象物の３次元画像に必要なデータを収集することができる電子ビームコンピュータ断層撮影装置が与えられる。この目的は、ファンビームではなく、コーンビーム状のx線を用いることにより達成される。従来の電子ビームコンピュータ断層撮影装置における１次元の、弧を描く様に並んだ列状のx線検出器は、２次元の曲がった検出器ストリップにより置き換えられる。再構築は、適切なコーンビーム再構築アルゴリズムにより達成される。ターゲットリングと検出器ストリップとは、注目ボリューム内で、かなり良好な画像品質を達成することを可能にする非常に特異な形状を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれら及び他の側面は、本書において述べられる実施形態と以下の図面とから明らかとなり、又はそれらを参照して説明されるであろう。
【００１８】
図１は、電子ビームコンピュータ断層撮影装置の例示的な実施形態の断面図を示す。図１に表される装置は、円筒の端８に電子銃６を収容する真空エンベロープ(vacuum envelope)４を含む電子ビーム管２を有する。電子銃６は、円筒部分に沿って軸方向の電子ビーム１０を投影する。電子ビームを焦点に合わせ、及びターゲットリング１４に沿ってその焦点が合わされた電子ビームを制御するため、焦点コイル１２と屈折コイル１６とが与えられる。屈折コイル１６は、適切なコントローラにより、その電子ビームが放射源軌跡(source trajectory)に沿って急速にスイープする(sweep)よう制御される。
【００１９】
ターゲットリング１４は、電子ビームがそのターゲットリングに当たる箇所からコーンビーム状のx線が拡散するよう、例えばタングステンのような適切な素材から作られる。ターゲットリング１４の中心線は、放射源軌跡とも呼ばれることになる。放射源軌跡は、非平面的であり、かつ、特殊な態様で曲がっている。その態様については、以下図面を参照して、詳細に説明されることになる。
【００２０】
ターゲットリング１４は、ターゲットリングを冷やすよう用意される適切な冷却コイル１８に関連付けられることができる。
【００２１】
その装置は、区別された中心点、アイソセンタ２４を持つ。電子ビーム２２とターゲットリング１４との配置は、ターゲットリングにおける点から放射するコーンビームの軸が、アイソセンタ２４の方を指すようになっている。更に、その装置は、ターゲットリング１４の反対側に放射線検出器装置２８を持つ。放射線検出器装置２８の断面図のみが図１に表わされる。その装置は、アイソセンタ２４の周りにある特定の注目ボリューム２６の横方向にトランケートされていない(transversely non-truncated)コーンビーム投影を得るよう意図される。その注目ボリューム２６は、例えば、心臓を含むよう十分大きい。
【００２２】
参照符号２０は、ターゲットリング１４の近くに、そして、ターゲットリング１４と放射線検出器装置２８との間に配置されるコリメータを表わす。コリメータ２０は、放射線検出器装置２８に当たることができないx線をブロックする。
【００２３】
放射線検出器装置２８は、検出器モジュール３２の複数の複製から構築される。各モジュールは、平坦な長方形の感知領域を持ち、それはアンチ・スキャッタ・グリッド３０で覆われる。検出器の電子機器は、感知領域の後部のコンパートメント４２に置かれることができる。
【００２４】
各検出器モジュールの感知領域は、ターゲットリングに向き合う。更に、感知領域の中心点を起点とし、アイソセンタを通る直線が、ターゲットリングに遭遇する。アンチ・スキャッタ・グリッド３０の焦点は、この遭遇点に合わせられる。
【００２５】
検出器モジュールは、その感知領域がストリップを形成するよう、隣り合って置かれる。このストリップの中心線は、検出器軌跡(detector trajectory)と呼ばれることになる。検出器軌跡もまた、非平面的であり、特殊な態様で曲がっている。特に、放射源軌跡における点を起点とし、アイソセンタを通るすべての直線が、検出器軌跡と遭遇する。従って、検出器軌跡は、アイソセンタを通る、放射源軌跡の鏡像である。しかしながら、実際には、検出器軌跡は、放射源軌跡のこの鏡像より若干長い。この理由は、以下に更に説明されることになる。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態によれば、放射源軌跡と検出器軌跡とは、共にアイソセンタ２４を中心とする球体表面上に延在する。しかしながら、放射源軌跡が位置する球体の直径が、検出器軌跡が位置する球体の直径より若干大きい。
【００２７】
図２−１４までの以下の説明において、同じ又は対応する要素を表わすのに、同じ参照番号が用いられることになる。
【００２８】
図２は、図１のシステムにおいて使用される、本発明の例示的な実施形態による放射線検出器２８とターゲットリング１４との配置の簡略化された斜視投影図を示す。図２−６において、ターゲットリングは、破線として描かれている。検出器モジュールは、レンガ形状のキュービクル(cubicle)により示される。
【００２９】
図２から分かるように、ターゲットリング１４により規定される放射源軌跡は、アイソセントリックな球体の表面上に延在し、サドルの境界曲線の一部に似ている。
【００３０】
同様に図２から分かるように、複数のレンガ形状の検出器モジュール３２が、アイソセントリックな球体の表面に広がる非平面的な軌跡に沿って配置される。しかしながら、放射源軌跡が位置する球体の直径は、検出器軌跡が位置する球体の直径よりもわずかに大きい。検出器装置２８により規定される検出器軌跡もまた、サドルの境界曲線の一部に似ている。各モジュールにおいて、このモジュールの感知領域(sensitive area)の中心点を起点とし、アイソセンタを通る直線が、放射源軌跡に遭遇する。
【００３１】
同様に図２から分かるように、コリメータ２０は、スリットであり、その中心線、つまりコリメータ軌跡は、ターゲットリング１４に原則的に平行に延在する。従って、コリメータ軌跡は、原則的に、放射源軌跡のスケール化された画像である。しかしながら、実際には、コリメータ軌跡は、放射源軌跡のこのスケール化された画像より少し長い。
この理由については、以下に更に説明されることになる。
【００３２】
図２に表わされる例示的な放射源／検出器配置は、２つの重要な特徴を持つ。第１に、放射源軌跡における点から発散し、反対部分にある検出器ストリップへと向けられるコーンビームは、他の任意の検出器ストリップの部分によってブロックされない。これは、図２において、ターゲットリング１４の端に近い位置３６及び４０を起点とする２つのコーンビームを示す線３４と４０とにより示される。第２に、ターゲットリング１４により規定される放射源軌跡は、アイソセンタの周りのかなり大きなボリュームに関して、完全(Tuyの意味において)である。これに関しては、ボリュームVに交差するすべての平面が放射源軌跡にも交差する場合、放射源軌跡はボリュームVに関して完全であると言われる。平面的な放射源軌跡は、真のボリュームに関して完全となることはできない。放射源軌跡がVに関して完全である場合、放射源軌跡に沿って取られるVのコーンビーム投影がトランケートされないことを条件として、これらのコーンビーム投影から、Vのコンテンツについての正確な３次元画像が再構築されることができる。その再構築は、いくつかの知られたコーンビーム再構築アルゴリズムの１つにより実現されることができる。例えば、本書では参照により含まれる、M. Defriseその他による「A cone-beam reconstruction algorithm using shift-variant filtering and cone-beam backprojection」、IEEE - Trans. Med. Image、 13(1): 186-195、March 1994に記載のコーンビーム・フィルタード・バックプロジェクション・アルゴリズムがその１つである。しかしながら、画像化される対象が人間である場合、コーンビーム投影は、横方向には起こらないが、軸方向にトランケートされることになる。この場合、トランケートされた投影を再構築の前に拡張することが望ましい。適切な拡張法は、Pacific Grove、CAで２００１年１０月３０日から１１月２日まで開催された、放射線学及び核医薬における完全な３次元画像再構築に関する２００１年国際会議の会報pp.221 - 224に含まれるH. Schombergによる「Complete source trajectories for C-arm systems and a method for coping with truncated cone-beam projections」に記載され、ここでは参照により本書に含まれる。注目ボリューム２６は、例えば、放射源軌跡が完全であるような物に対する最大のアイソセントリックな球体として選択されることができる。
【００３３】
有利には、ターゲットリング１４(放射線源)と検出器装置２８に関して上述された配置は、心臓全体を含むほど十分大きなボリュームについての、コーンビーム投影の「完全な」セットの取得を可能にする。単一のコーンビーム投影は、電子ビームがターゲットリングに現在当たる点の反対にある検出器ストリップのセグメントを作動させることにより得られる。作動されたセグメントは、コーンビーム投影が横方向にトランケートされないようにするために、相当広くあるべきである。しかしながら、検出器ストリップの限定的な軸方向の範囲が原因で、コーンビーム投影は、軸方向にトランケートされる場合がある。電子ビームがターゲットリング１４に沿ってスイープする間この処理を繰り返すことにより、連続するコーンビーム投影が得られる。１回のスイープで十分である。これは、わずか50ミリ秒の範囲での非常に高速なスキャン時間を可能にする。コリメータスリット２０は、それが、おおよそ反対側の検出器ストリップに当たることができるコーンビーム状のx線の部分だけを通すよう形取られる。
【００３４】
図３は、図２と同じ視点からの例示的な放射源／検出器配置の部分を示す。図４−６は、この部分を、側面、上面及び正面からそれぞれ示す。
【００３５】
図６から明らかなように、正面から見ると、検出器ストリップとターゲットリングとはまさに重なる。にもかかわらず、図４及び５からわかるように、ターゲットリングと検出器ストリップとの特殊な湾曲により、ターゲットリングにある点から拡散し、反対側にある検出器ストリップに向かうコーンビームが、検出器ストリップの任意の他の部分によりブロックされることはない。
【００３６】
検出器モジュールが、アイソセンタから２つのわずかに異なる距離離れた位置に交互に配置される点もまた、これらの図より明らかである。この点は、以下に更に説明されることになる。
【００３７】
続いて、図２−６の放射源／検出器配置の幾何学的な側面が詳細に説明される。これは、関連する対象物における多数の突出点(prominent point)と曲線とを特定することによりなされることになる。これは、順に、Schombergによる前述の記事に記載された手順を用いて行われることになる。この手順は、それぞれ「ベースフレーム」及び「ツールフレーム」と呼ばれる２つのデカルト座標系を用いる。ベースフレームの原点は、スキャナのアイソセンタに位置する。ベースフレームのy軸は、アイソセンタからその装置に付けられる患者台(patient table)の遠い方の端(far end)へと水平方向を向く。z軸は、上方へと垂直方向を向く。x軸は、右手デカルト座標系を形成すべく、他の２つの軸を補完する。
【００３８】
ツールフレームは、ベースフレームと同じ原点を持ち、ベースフレームに対して任意の方向を想定することができる。特有の方向は、３つの角θk、k=1,2,3により特徴付けられる。こうした角の定義は、部分的には、慣例に従うものである(subject to convention)。
【００３９】
ツールフレームにおいて、
2007534415.tif 000003
により表わされる点は、ベースフレームにおいては、
2007534415.tif 000004
で表わされる。ここで、ある3x3回転行列
2007534415.tif 000005
に対して、
2007534415.tif 000006
が成立する。Schombergによる前述の記事における角度の定義に対する慣習を用いれば、行列
2007534415.tif 000007
は、
2007534415.tif 000008
により与えられる。ここで、k=1,2,3に対してck=cosθkであり、sk=sinθkである。
【００４０】
角θkは、ある間隔Λで規定される関数θk(λ)により置換されることができる。すると、λが変化するにつれ、ツールフレームにおいて
2007534415.tif 000009
で表わされる点が、ベースフレームにおいて
2007534415.tif 000010
により表わされる軌跡を描く。
2007534415.tif 000011
は回転行列なので、点
2007534415.tif 000012
により描かれる軌跡は、半径
2007534415.tif 000013
の中心化された球体(centered sphere)に閉じ込められる(confined)。
【００４１】
ベースフレームにおける突出点と曲線とを得るために、ある者は、(i)ツールフレームにおいて、多数の「マスターポイント」を規定し、(ii) k=1,2,3に対して適切な関数θkを選択し、(iii)ターゲットリングの中心線を規定するベースフレームにおける「放射源軌跡」を得るために、Schombergによる前述の記事における手順を行使し、(iv)ベースフレームにおける「検出器軌跡」を得るためにこの手順を行使し、この検出器軌跡に沿って検出器モジュールを配置するための手順(recipe)に従い、(v)ベースフレームにおける「コリメータ軌跡」を規定するためにこの手順を行使し、コリメータ軌跡からコリメータスリットの境界曲線と、そのスリットの所望の局所幅を得るための手順に従う。
【００４２】
ツールフレームにおけるマスターポイントは、「マスター放射源ポイント」
2007534415.tif 000014
と、「マスター検出器ポイント」
2007534415.tif 000015
と、「マスター検出器ブリック」４５の８つの頂点
2007534415.tif 000016
と、「マスター・コリメータ・ポイント」
2007534415.tif 000017
とである。これらの点は、図７に描かれる。マスター検出器ブリック４５は、検出器モジュール３２を保持できるだけの十分な大きさを持つ、空間におけるレンガ形状のボリュームである。そして検出器モジュールの感知領域は、点
2007534415.tif 000018
により規定される面４６に対応する。
【００４３】
点
2007534415.tif 000019
、
2007534415.tif 000020
及び
2007534415.tif 000021
の座標は、６つのパラメタrs、rd、rc、wb、lb及びhbに依存する。これらのパラメタrs、rd及びrcは、アイソセンタと、点
2007534415.tif 000022
、
2007534415.tif 000023
及び
2007534415.tif 000024
との距離をそれぞれ表わす。パラメタwb、lb及びhbは、マスター検出器ブリック４５の幅、長さ及び高さを表わす。マスター放射源ポイントは、
2007534415.tif 000025
である。
【００４４】
マスター検出器ポイントは、
2007534415.tif 000026
である。
【００４５】
マスター検出器ブリックの８つの頂点は、
2007534415.tif 000027
である。
【００４６】
マスター・コリメータ・ポイントは、
2007534415.tif 000028
である。
【００４７】
関数θk(λ)、k=1,2,3は、式
Λ = [-ε、1 + ε]
である「マスター間隔」で規定される。ここで、
2007534415.tif 000029
はパラメタである。ターゲットリング、検出器ストリップ及びコリメータスリットをデザインするとき、これらの関数は、以下の間隔
2007534415.tif 000030
に制限される。ここで、εdとεcとは、
2007534415.tif 000031
を満たす追加的なパラメタである。ΛdとΛcとをΛsより少し広くとる背景の理由が、以下に更に説明されることになる。
【００４８】
図８及び図９は、図２−６を生成するのに使用され、以下に更なる説明がなされる、３つの関数θ1(λ) = 0、θ2(λ) = -200 + 220 λ及びθ3(λ)のグラフを示す。関数θ3(λ)は、何ら閉じた形の式(closed form of expression)を認めないが、管状の形式で特定されることができる。その関数値は、度数で測定された角度を表わす。
【００４９】
放射源軌跡は、
2007534415.tif 000032
により規定される。
【００５０】
図８及び図９に表わされるように選択される関数θ1(λ)、θ2(λ)及びθ3(λ)を用いて、この放射源軌跡は、「矢印方向の」平面x = 0に関して対称である。更に、この放射源軌跡は、人間の心臓を抱えるのに十分大きな、アイソセンタの周囲の相当大きな球体に関して完全である。その完全性は、例えば、Schombergによる前述の記事において述べられる方法を用いてチェックされることができる。
【００５１】
検出器装置２８のジオメトリが以下に述べられる。検出器軌跡は、
2007534415.tif 000033
により規定される。
【００５２】
ある正の定数constに対して、
2007534415.tif 000034
であるので、検出器軌跡は、放射源軌跡のスケール化された鏡像である。
【００５３】
検出器軌跡に沿って検出器モジュールを配置するための手順が次に説明される。第１に、８つの軌跡
2007534415.tif 000035
を規定する。
【００５４】
2007534415.tif 000036
を与えると、「検出器ブリック」B(λ)は、８つの点
2007534415.tif 000037
により形成される。検出器ブリックB(λ)は、検出器モジュールを含むほど十分大きな、空間におけるボリュームを表わす。検出器ブリックB(λ)に含まれる検出器モジュールの感知領域は、４つの点
2007534415.tif 000038
により形成される面に対応する。感知領域の中心点は、点
2007534415.tif 000039
に対応する。
2007534415.tif 000040
と、ベースフレームにおける原点でもあるアイソセンタとを結ぶ直線は、感知領域に垂直であり、点
2007534415.tif 000041
で放射源軌跡に遭遇する。
【００５５】
次に、検出器軌跡に沿って検出器ブリックを配置するための手順が提供される。最初に配置される検出器ブリックは、λ0 = 0.5でのB(λ0)である。第２の検出器ブリックは、λ1 > λ0を満たすB(λ1)であり、B(λ1)がちょうどB(λ0)に触れるようにされる。第３の検出器ブリックは、λ2 > λ1を満たすB(λ2)であり、B(λ2)がちょうどB(λ1)に触れるようにされる。こうして続けることにより、m = 1,2,...,Mに対して、B(λm)がちょうどB(λm-1)に触れるようにされた、シーケンス
2007534415.tif 000042
が見つかる。そして、
2007534415.tif 000043
であり、かつB(λM)がちょうどB(λM-1)に単に触れる状況を満たすλM+1は、発見されることができない。同様に、m = -1,-2,...,-M’に対して、B(λm)がちょうどB(λm-1)に触れるようにされた、シーケンス
2007534415.tif 000044
が見つかる。そして、
2007534415.tif 000045
であり、かつB(λM’)がちょうどB(λ-M’-1)に単に触れる状況を満たすλ-M’-1は、発見されることができない。矢印方向の平面x = 0に関して対称的である検出器軌跡の好ましい場合において、m = 1,2,...,Mに対し、M = M’及びλ-m
= λmを持つことになる。最終的に、検出器ストリップの物理的な実現に対して、ちょうど発見された検出器ブリックで表わされるボリュームが、検出器モジュールで満たされる。
【００５６】
しかしながら、こうして発見される検出器ブリックは平行ではない。結果として、放射源軌跡から検出器ストリップの方向を眺める観測者は、隣接する検出器モジュール間に小さな楔形状の隙間を見ることになる。こうした隙間は、測定されるコーンビーム投影において対応する隙間をもたらすことになり、次に、利用可能な画像品質の劣化をもたらすことになる。
【００５７】
本発明の１つの側面によれば、隣接する検出器モジュール間で観測される隙間は、まず、わずかに大きなアイソセントリックな球体になるよう検出器ブリック(モジュール)を交互に盛り上げ、それから、全ての検出器ブリック(モジュール)をできるだけ近くなるよう一緒にずらすことにより、除去される。結果として生じる配置は、図６に描かれる。新しく配置された検出器モジュールは、それでもなお平行ではないが、より大きなアイソセントリックな球体の半径が十分大きい場合、放射源軌跡から検出器ストリップの方向を眺める観測者は、もはや隣接する検出器ブリック間の隙間を見ることはなくなるであろう。その代わりに、「近い」検出器ブリックが、「遠い」検出器モジュール上に影を落とすことになる。しかし、これは、測定されるコーンビーム投影に何ら隙間をもたらすことにはならない。
【００５８】
図１０は、放射源軌跡５０と検出器軌跡５２との透視投影図を示す。図１１、１２及び１３は、同じ軌跡の側面図、上面図及び正面図を示す。側面図１１からは、検出器軌跡が放射源軌跡から、「遠ざかる」ことが理解されることができる。非自己ブロッキング放射源／検出器配置と呼ばれるものを可能にするのは、２つの軌跡のこの特質によるものである。
【００５９】
コリメータ軌跡は、
2007534415.tif 000046
によって規定される。
【００６０】
ある正の定数constに対して、
2007534415.tif 000047
であるので、コリメータ軌跡は、放射源軌跡のスケール化された像である。コリメータスリット自身は、その２つの境界曲線により規定される。これらの境界曲線は、コリメータ軌跡と、
2007534415.tif 000048
に基づく２つの追加的な関数w1(λ)及びw2(λ)とを用いて規定される。
【００６１】
従ってこのスリットの局所幅は、w1(λ) + w2(λ)により与えられる。更に、
2007534415.tif 000049
を満たす定数幅コリメータスリットが好適な選択であることが以下で理解されるであろう。
【００６２】
スキャンの間の所与の時間点において、ターゲットリングの現在の放射源点から反対側の検出器ストリップへ向けて、x線管はコーンビーム状のx線を放射する。検出器ストリップの一部が作動され、それに衝突するx線の強度を測定する。その一部は、測定される投影の横方向のトランケーション(truncation)を避けるべく、十分長くされる。例えば、パラメタrs、rd及びwdが、rs = 900mm、rd = 675mm及びwd = 40mmとして選択されると、コーンビームのアクティブ部分(active segment:作動部分)は、19検出器モジュール長とされることができる。その場合、結果として生じる横方向のコーン角は約30°である。コーンビームが、ターゲットリングの端付近を起点とする場合であっても横方向にトランケートされないコーンビーム投影を得るために、検出器ストリップの角度の広がり(angular span)が、広げられる必要がある。これは、間隔Λdを間隔Λsより少し広めにとる理由である。最悪の場合は、そうしたコーンビームがターゲットリングのまさに端を起点とする場合に生じる。理想的には、必要とされる拡張が、横方向のコーン角の半分と等しくなることである。検出器ストリップを広めに拡張することは、自己ブロッキング放射源／検出器配置をもたらすことになる。その代わりに、ターゲットリングの端付近を起点とするコーンビームの、減少された横方向のコーン角を受け入れる方が好適であろう。非肥満の患者にとっては、その大まかに言って楕円形状の断面のおかげで、ターゲットリングの端付近のコーンビーム投影が、そのときでさえ横方向にトランケートされなくなることになる。例えば、パラメタrs、rd及びwdに関する上述の値を用いれば、コーンビームの作動部分は、わずか14検出器モジュール長にされることができる。コリメータスリットは、横方向のコーン角をそれ以上減らさないよう十分長くあるべきである。これは、間隔Λcを間隔Λsより少し広めにとる理由である。
【００６３】
コリメータスリットの目的は、コーンビームを軸方向に閉じ込めることである。理想的には、スリットは、x線が吸収されないか又は散乱されない場合に、検出器ストリップの作動部分に到達することになるx線だけを通過させる。斯かる理想的なソリューションは、固定のコリメータスリットでは可能ではない。しかしながら、式(22)−(25)により規定されるような固定の、定数幅のコリメータスリットにより、良好なソリューションが提供される。この選択は、各コーンビームが理想的な軸方向のコーン角を少なくとも検出器ストリップの各作動部分の真中において持つことを確実にする。
【００６４】
検出器配置２８の各モジュール３２には、アンチ・スキャッタ・グリッドが備えられることができる。本発明の例示的な実施形態によれば、アンチ・スキャッタ・グリッドは、個別のアンチ・スキャッタ・グリッドが付けられる検出器モジュールの反対に位置するターゲットリング上の点に焦点が合わされる。放射源／検出器配置のアイソセントリックなデザインのおかげで、同じ検出器グリッドが検出器２８のすべてのモジュール３２に対して使用されることができる。
【００６５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、それらの感知領域の長い端が、スキャナの長軸に対して平行であり、その感知領域の中心点から垂直に拡散する線がその軸に交差するように、その検出器モジュールが方向付けられることができる。斯かる配置は、有利には、検出器モジュールの簡略化された包装を可能にする。しかしながら、斯かる場合、アンチ・スキャッタ・グリッドは、各検出器モジュールとは異なる焦点に合わされなければならない。
【００６６】
代替的に、検出器配置２８が、スキャナの長軸に関する円筒の表面に置かれることができる。すると、有利には、ターゲットリングとコリメータスリットともまた円筒の表面に閉じ込められる。斯かる配置は、検出器モジュールの包装を同様に簡素化することになる。ここでも、検出器モジュールのそれぞれに対して、異なる焦点に合わされるアンチ・スキャッタ・グリッドを必要とすることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明による電子ビームコンピュータ断層撮影装置の例示的な実施形態の簡略化された概略断面図である。
【図２】図１のシステムの放射源／検出器配置の概略的な３次元表現を示す図である。
【図３】図１のシステムの放射源／検出器配置の別の３次元概略表現を示す図である。
【図４】図３の配置の側面図である。
【図５】図３の配置の上面図である。
【図６】図３の配置の正面図である。
【図７】本発明を追加的に説明するための３次元座標系を示す図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、図２及び図３に示される放射源／検出器配置を作製するのに使用されるグラフを示す図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、図２及び図３に示される放射源／検出器配置を作製するのに使用される別のグラフを示す図である。
【図１０】図３に表される配置の簡略化された透視投影図である。
【図１１】図１０の配置の側面図である。
【図１２】図１０の配置の上面図である。
【図１３】図１０の配置の正面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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