(57)【要約】  X線画像化システムでの散乱補償は、シャッター(12)形式のコリメーション手段を供して一次X線ビーム(1)を平行にすることによって、画像化される対象物を透過する放射線(8)が、像検出器(3)の活性部分の実質的中心部分に入射する。それにより、散乱レベルの測定が可能か否かについての活性境界が画定される。散乱レベルを表す電気信号が、対象物を透過する放射線を表す電気信号から差し引かれることで、散乱補償された像信号が得られる。
2008520315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1次X線ビームを発生させるX線源；
前記X線源に対して距離をおいて設けられ、前記距離の間に位置する画像化される対象物を透過する放射線を検出し、前記放射線を表す電気信号を発生させ、かつ明確な活性領域を有する像検出器；及び
前記X線源と画像化される前記対象物との間に供されていて、前記1次X線ビームを平行にするように備えられ、そのように備えられることによって前記対象物を透過する前記放射線は前記像検出器の前記活性領域の一の部分に入射する、コリメータ手段；及び
前記透過する放射線が入射する前記活性領域の外部である、前記像検出器の前記活性領域の他の部分で発生する信号から散乱レベルを判断する手段；
を有するX線画像化システム。
【請求項２】
前記コリメータ手段が1つ以上のシャッターを有し、前記1つ以上のシャッターは選択的に閉じることのできる開口部を画定し、前記開口部を通り抜けて前記X線ビームは前記対象物を照射する、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記1つ以上のシャッターによって画定される前記開口部の領域が前記像検出器の前記活性領域よりも小さい、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記対象物を透過する前記放射線が前記像検出器の前記活性領域のほぼ中心に入射するように調整されていて、そのように調整されることで前記像検出器の前記活性領域端部で活性境界が画定され、前記活性境界内部で散乱が計測又は決定される、請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記対象物の像を表示する表示手段を有するシステムであって、前記散乱レベルの決定に用いられる、前記像検出器の前記活性領域の前記他の部分が、前記表示手段上でユーザーからの視界から隠されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
請求項1に記載のX線画像化システムを用いて取得され、かつ前記検出器の前記活性領域に入射する放射線から得られる複数の画素を有する像での散乱を補償するシステムであって：
散乱レベルを決定する前記手段によって決定される散乱レベルを表すデータを受け取る手段；及び
前記散乱レベルに従って前記画素の各々を調節する手段；
を有するシステム。
【請求項７】
前記散乱レベルを表す電気信号を発生させる手段；及び
前記対象物を透過する前記放射線を表す前記電気信号から前記散乱レベルを表す前記電気信号を差し引く手段；
を有する、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記像について単一の散乱レベルを取得し、かつ前記画素の少なくとも複数を調節することで前記単一の散乱レベルを補償する手段を有する、請求項6に記載のシステム。
【請求項９】
前記像の前記画素の各々についての推定された散乱レベルのパターンを画定する散乱プロファイルを発生させ、かつ前記散乱レベルを決定する前記手段によって決定される1つ以上の散乱レベルに従って前記散乱プロファイルを調節する手段を有する、請求項6に記載のシステム。
【請求項１０】
前記散乱プロファイルが、前記X線源によって前記対象物に付与された照射量を表すデータ、及びアルゴリズム化されている散乱モデルを用いることによって生成される、請求項9に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項1に記載のX線画像化システムを用いて取得され、かつ前記検出器の前記活性領域に入射する放射線から得られる複数の画素を有する像での散乱を補償する方法であって：
散乱レベルを決定する前記手段によって決定される散乱レベルを表すデータを受け取る手段；及び
前記散乱レベルに従って前記画素の各々を調節する手段；
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、X線システムでの散乱補償に関し、より詳細には、シングルプレーン及びバイプレーンX線システムでの散乱に起因するコントラストの損失をリアルタイムで補償する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
X線画像化システムは、医療診断目的及び様々な構造物の内部組成の非破壊的検査目的で一般的に利用されている。図1を参照すると、典型的なシングルプレーンX線画像化システムは、X線源2及び像検出器3を有する。X線源2は、高電圧発生装置5及び制御ユニット6を有するX線発生装置によって供される。X線源2と像検出器3との間に位置する患者又は試料4にはX線ビーム1が照射され、試料4内の元素が放射線を減衰させる。像検出器は減衰した放射線を検出し、かつ試料4を透過する放射線の強度分布を表す電気信号を発生させる。続いて電気信号は、適切なモニタ（図示されていない）上に試料4の被照射部分の像を生成するのに利用される。対象物4の照射量を自動的に制御するのに、自動照射制御(AEC)（図示されていない）が一般的には供される。
【０００３】
図2を参照すると、典型的なバイプレーンX線画像化システムが、2つの方向、対象物4の像を得るように備えられている。2つの方向とは、大抵の場合には（ほぼ）垂直な方向で、特に正面（前後方向）での像と側面（横方向）での像である。よって、図示されたシステムは正面のX線源2a及び側面のX線源2bを有する。各X線源は、各対応するX線ビーム1a及び1bを発生させ、それらのビームの軸は互いにほぼ垂直である。対象物4は、X線ビーム1a及び1bによって照射される。各対応する像検出器3a及び3bは、対象物4を透過する放射線強度を検出し、前記放射線強度を表す各対応する電気信号7a及び7bを発生させる。続いて像は、電気信号7aと電気信号7aの両方を用いることによって生成され、かつ適切なモニタ（図示されていない）上で表示される。
【０００４】
すべてのX線画像化システムでは、検出される放射線の全線束は、放射線を減衰させる、画像化される対象物の元素と相互作用しなかった光子のみならず、放射線散乱からも構成される。よって図1及び図3を参照すると、画像化される対象物4を透過して像検出器3に入射するX線8は、1次X線だけではなく、検査中に対象物4によって散乱されるX線をも含む。そのような散乱は少なくとも原理的には全方向で起こり、散乱されたX線は、透過X線像でのコントラスト及び解像度の劣化の主要因の1つを構成する。図1に図示されたシングルプレーンシステムでは、X線ビーム1が対象物4を通り抜けることで1次散乱10が誘発される。図2を参照しながら説明され、及び図3にも図示されているバイプレーンシステムでも、対応するX線ビーム1aが対象物4aを通り抜けることで1次散乱10a(10b)が誘発される。しかしそれに加えて、像検出器3aに入射するビーム8aでの散乱X線は、他方のX線ビーム1bを起源とする散乱（“後方散乱”）10bをも含み、かつ像検出器3bに入射するビーム8bでの散乱X線は、他方のX線ビーム1aを起源とする散乱（“後方散乱”）10aをも含む。このことにより、特に正面と側面の両方が同時に活性である場合に、さらなる問題が生じる恐れがある。そのような問題には、1次散乱と後方散乱の両方によって引き起こされるコントラスト減少が含まれる。
【０００５】
X線散乱を減少させる最も一般的な方法は、散乱防止グリッドである。これは、平行に並ぶ一連の鉛ブレードを有する装置であり、そのブレードは散乱放射線を選択的に吸収し、かつ基本的には非散乱放射線を通す。バイプレーンシステムでの散乱に起因する問題に対する別な既知の解決法は、各面で交互に対象物を照射する方法である。それによって、2つのX線ビーム間の相互作用を回避するので、コントラストの損失を減少させる。しかし積分窓が一定の検出器については、実効フレーム速度又は最大照射時間が減少するので、信号/雑音比が減少する。
【０００６】
他の既知の解決法では、散乱モデルに基づいたソフトウエアシミュレーションを用いることによって散乱が補償されて良い。これと同様の考え方に沿ったものとして、特許文献1は、X線マンモグラフィ画像化での散乱を補償するアルゴリズムの利用を提案しており、このアルゴリズムを用いれば散乱防止グリッドを用いる必要がなくなる。像での散乱を除去する方法について説明されている。その方法は、画像化される対象物の像を復元するのに、関心対象物のデータを取得する手順、及び逐次代入方程式を用いる手順を有する。
【０００７】
しかし、この型の散乱補償は、効果を発揮するのが比較的遅いため、概してリアルタイムでの用途には特に適さない。
【特許文献１】米国特許第6633626号明細書
【特許文献２】欧州特許第0358268号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、X線画像システムでの散乱を補償するためにX線画像化システムで用いられる方法及びシステム（及びそれに対応するX線画像化法）の提供である。当該方法及びシステムは、リアルタイム条件で散乱を補償ためにシングルプレーン及びバイプレーンシステムで利用されるのに適している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従うと、1次X線ビームを発生させるX線源、該X線源に対して間隔を空けて設けられ、前記間隔の間に位置する画像化される対象物を透過する放射線を検出し、前記放射線を表す電気信号を発生させ、かつ明確な活性領域を有する像検出器、及び、前記X線源と画像化される前記対象物との間に供されていて、前記1次X線ビームを平行にするように備えられ、そのように備えられることによって前記対象物を透過する前記放射線は前記像検出器の前記活性領域の一部に入射する、コリメータ手段、及び、前記透過する放射線が入射する、前記活性領域の外部である前記像検出器の前記活性領域の一部で発生する信号から散乱レベルを判断する手段を有するX線画像化システムが供される。
【００１０】
本発明は、シングルプレーンX線画像化システムでの1次散乱、並びにバイプレーンX線画像化システムでの1次散乱及び後方散乱に起因する望ましくない効果（これには最も重要であるコントラストの減少も含まれる）をリアルタイムで補償可能にする機構を供する。バイプレーンシステムでは、この機構は、複数の面が（少なくとも部分的には）同時に活性化することで、照射時間を長くすること及びフレーム速度を上げることを可能にするという付加的な利点を有する。
【００１１】
よってX線画像化システムは、シングルプレーン又はマルチプレーン（たとえばバイプレーン）X線画像化システムを有して良い。本発明の一の典型的実施例では、コリメータ手段は、選択的に閉じることのできる開口部を画定する1つ以上のシャッターを有して良い。この開口部を通り抜けてX線ビームは対象物を照射する。その1つ以上のシャッターによって画定される開口部の領域は像検出器の活性領域よりも小さいことが好ましい。好適実施例では、対象物を透過する放射線は、像検出器の活性領域のほぼ中心に入射するように調整されている。そのように調整されることで、像検出器の活性領域端部で活性境界が画定される。その活性境界の幅はほぼ均一であって良いし、又はほぼ均一でなくても良い。前記活性境界内部で散乱は計測又は決定される。散乱レベルは、前記像検出器の前記活性境界で発生する1つ以上の電気信号を取得すること、及び、平均値を決定すること、又は前記信号を反復アルゴリズムによって処理することによって決定されて良い。実際、像中での散乱分布を決定するのに用いられる活性領域の一部の形状は、散乱分布それ自体、像中でのそのような散乱分布を決定するのに用いられるアルゴリズム、並びに、必要な補償の程度及び精度に依存する。例として、球面対象物は、かなり均一な散乱パターンを生じさせるものと思われる。この場合では、補償アルゴリズムの入力として用いられる散乱分布を計測することが可能である。実際には、各用途について最適解を決定することは可能である。
【００１２】
X線画像化システムは有利になるように前記対象物の像を表示する手段を有する。ここでは、前記散乱レベルの決定に用いられる像検出器の活性領域の一部は、前記表示手段上で、ユーザーからの視界から隠されている。
【００１３】
また本発明に従うと、上で定義されたX線画像化システムを用いることによって得られた像中での散乱を補償するシステムが供される。その像は像検出器の活性領域に入射する放射線から得られる複数の画素を有する。当該システムは、前記散乱レベルを決定する手段によって決定される散乱レベルを表すデータを受信する手段、及び前記散乱レベルに従って前記画素の各々を調節する手段を有する。
【００１４】
またさらに本発明に従うと、上で定義されたX線画像化システムを用いることによって得られた像中での散乱を補償する方法が供される。その像は像検出器の活性領域に入射する放射線から得られる複数の画素を有する。当該方法は、前記散乱レベルを決定する手段によって決定される散乱レベルを表すデータを受信する手段、及び前記散乱レベルに従って前記画素の各々を調節する手段を有する。
【００１５】
本発明の一の典型的実施例では、散乱レベル測定を、画素に直接行うことで、散乱補償が行われて良い。よって、システムは散乱レベルを表す電気信号を発生させる手段、及び対象物を透過する放射線を表す前記電気信号から散乱レベルを表す前記電気信号を差し引く手段を有して良い。
【００１６】
あるいはその代わりに、又はそれに加えて、散乱レベルを決定する手段によって行われる（複数回の）散乱レベル測定が用いられことで、3D像処理アルゴリズムで用いられる散乱補償値を発生及び/又はその精度を向上させて良い。その3D像処理アルゴリズムは、先の結果による3次元像の復元物でのアーティファクトを減少させる（つまりカッピング効果が小さくなり、縞状模様も少なくなる）というさらに別な利点を有する。よって第1典型的実施例では、前記像について単一散乱レベルを取得し、かつ前記画素の少なくとも複数（各画素であることが好ましい）を調節することで前記単一散乱レベルを補償する手段が供されて良い。あるいはその代わりに、前記像の前記画素の各々についての推定された散乱レベルのパターンを画定する散乱プロファイルを発生させ、かつ前記散乱レベルを決定する手段によって決定される1つ以上の散乱レベルに従って前記散乱プロファイルを調節する手段が供されても良い。当業者には明らかであるように、そのような散乱プロファイルはたとえば、X線源によって対象物に付与された照射量を表すデータ、及びアルゴリズム化されている散乱モデルを用いることによって生成されても良い。
【００１７】
本発明のこれら及び他の態様は以降で説明する実施例から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで本発明の実施例について、例示のみを目的として添付の図を参照しながら説明する。
【００１９】
図4及び図5を参照すると、本発明の典型的実施例に従ったX線画像化システムは、X線ビーム1を発生させるX線源2を有する。この実施例のシステムでは、従来技術を参照しながら説明したように、画像化される対象物4を透過する放射線8を検出する平面検出器3が供される。
【００２０】
コリメータ装置の一部を構成するシャッター12が、X線源2と画像化される対象物4との間に供されることで、X線ビーム1を平行にする。像検出器3は、放射線を受け、かつ該放射線の像強度を表す電気信号を発生させる活性領域14を有する。シャッター12を含むコリメータ装置は、像検出器3の活性領域14よりもわずかに小さい領域を有する照射用X線ビームを発生させるように備えられている。よって減衰したX線ビーム8の像強度は、像検出器3の活性領域14のほぼ中心となる部分14aで計測される。像検出器の活性領域14の残された境界14bは、像検出器に入射した散乱放射線10に対する散乱レベルの計測に用いられる。純粋に例として、心臓のX線画像化に係る応用にとっての適切な放射線計測領域14aは2cm2周辺の値で、たとえば1画素分の散乱計測境界を有する。X線システムが対象物に対して正面から傾くとき、像検出器の活性領域14に対する計測境界14bの位置も当然変化するものと思われ、この問題に対する補償方法（たとえば機械的又は電子的読み出し法）が既知であるということは、当業者には明らかである。
【００２１】
たとえばこの散乱レベルは平均値に基づいて計算されて良いし、又は反復アルゴリズムによって計算されても良い。しかし他の適切な方法は当業者には明らかである。いずれにしても、図6を参照すると、像検出器3の活性領域14で検出された放射線を表す像マトリックス100が受け取られ、かつ2つの成分に分離される。2つの成分とは、像検出器3の活性領域14の中心部分14aで検出される放射線に由来する主成分100aと像検出器3の境界14bで検出される放射線に由来する散乱成分100bである。従来技術のように、主成分100aは像の電気信号7を発生させるように処理される。散乱成分は散乱レベルを計測するように処理される（上述のように如何なる適切な方法を用いることによって）。従って散乱レベルを表す電気信号104が発生する。散乱信号104が像信号7から差し引かれることで、表示像を生成するのに用いられる、散乱補償された像信号106が発生する。最終表示像では、像検出器3の活性領域14の散乱計測境界14bは、（像処理法を用いることによって）ユーザーの視界からは隠されていることが好ましい。計測境界14bで散乱（強度）レベルを計測する適切な方法は、この情報の平均値を計算し、ビデオ像からこの値を（少なくとも部分的に）差し引くことである。より複合的な考えられ得る代替方法は、“散乱像”（空間的散乱分布）を決定する手順及び像から散乱像を差し引く手順を有する。これは、システムからさらに別な情報を得ても得なくても実行可能である。
【００２２】
回転走査による対象物の3次元(3D)復元物はその目的として、像検出器3の活性領域14で検出される放射線に由来する2次元射影物からの各3Dボクセルの減衰を決定しなければならない。この型の3次元像復元物もまた、射影物において存在する散乱による影響を受ける。散乱はDC（又は低周波）成分を射影物に加え、減衰は通常射影物の対数をとって決定されるので、非線形の散乱成分によって減衰測定は無効になり[つまりlog（1次放射線）の代わりにlog（（1次放射線）+（散乱放射線））となる]、たとえ境界では深刻ではないとしても（境界では、（1次放射線）>>（散乱放射線）であるため）特に患者の中心部でその減衰が小さく見積もられてしまう。特に、軟組織の画像化（CT画像化に非常に似ている）は、2次元射影物に存在する散乱に起因する不正確さに悩まされる。その理由は、軟組織の画像化は、たとえば脂肪と筋肉の間、又は脳室と脳との間で生じる減衰の微妙な差異を示すことを目的としているためである。上述したように、減衰が過少見積もられるため、全スライスにわたる小さな減衰の差異の可視化が可能となる復元物を閲覧するためのグレイスケール窓の選択が非常に難しくなる。この効果（つまり端部よりも中間部分でグレイレベルが低くなる）は“カッピング”と呼ばれている。それに加えて、散乱によって、射影物にはノイズが加わる。このことにより、復元物中にノイズが生じ、結果として生成される3D復元物で減衰の差異を見るのがより困難になる。
【００２３】
上で提案された散乱測定法は、像検出器3の活性領域14の中心部分14aで検出される放射線に由来する2次元射影物を散乱成分について補正することで、より正確に3D像を復元するのに用いられて良い。しかしたとえ散乱測定、及び（複数の）測定値を散乱補償に直接適用することによって上述の“カッピング”効果が減少するとしても、ノイズは大きく減少しない。3D像復元の分野でのノイズ減少はアーティファクトの減少（つまり3D像での縞状模様及びカッピングを少なくする）と少なくとも同じくらいに重要である。従って、この問題に対処するための、より複合的な考えられ得る代替方法は、像に基づく散乱アルゴリズムを3D像処理に利用する手順を有する。たとえば最も単純な方法は、（像検出器3の活性領域14の境界14bで測定された）単一の散乱強度値を取る手順、及び2次元射影物中の全画素を散乱について補正するための像処理法を適用する手順を有して良い。散乱は射影物中の暗い画素中でのみ支配的なため、この方法は正確な方法である。放射線が直接照射される画素への散乱の寄与は比較的非常に小さい。より複合的な考えられ得る代替方法は、“散乱像”すなわち散乱プロファイル（像全体の画素にわたる空間的な散乱の寄与を表す）を決定する手順、及び像検出器の境界14bで検出される散乱強度を用いることで、この散乱プロファイルの精度を向上させる手順を有する。たとえば、既知の入射（放射線）照射量及び（既知の）散乱モデルと組み合わせられた2次元射影物は散乱を推定するのに用いられて良く、その散乱モデルは、像の端部（つまり境界14b）から得られた測定値によって精度を向上させることが可能である。
【００２４】
本発明の一の典型的実施例では、散乱補償された像信号106を得るため、像信号7から全散乱レベル信号104を差し引くことが望ましいと考えられる。その一方で、散乱について部分的にのみ補償することが好ましい場合があるだろう。当業者には明らかなように、完全な散乱補償を行うか又は部分的に散乱補償を行うかの選択する際に依存する因子は、散乱分布を測定するのに用いられる活性領域部分の形状の選択する際に依存する因子と同一であるものと思われる。その因子には、像の内容物及び用いられる散乱測定アルゴリズムが含まれる。完全又は部分的散乱補償の検討する際には主に、実現可能な補償の精度に基づく。換言すると、散乱補償の精度が限られている場合には、部分的補償によって像中のアーティファクトが防止される。
【００２５】
本発明は、従来技術と比較して、散乱補償について重大な利点を供する。特に、非常に小さなX線照射窓のみが利用可能なバイプレーンX線画像化システムについては、本発明の機構によって同時照射（両面での）が可能となる（反対面からの散乱も補償可能であるため）。それにより、ノイズが小さく、かつ必要となる供給電圧が低い状態で、照射時間を長くすることができる。しかし本発明は、シングルプレーンイメージングシステム、特に、比較的小さな部位を比較的高解像度でかつ高コントラストで画像化されることが求められる小児科で利用する場合についてもバイプレーンイメージングシステムと等価な利点を供する。両方の場合についても、散乱補償を行うのにさらなる追加情報は必要なく、本発明はリアルタイム散乱補償を行う能力を供する。それにより、動作中たとえば透視等の処理中に像の内容物が変化するような用途に対しても、同様に適するものとなる。
【００２６】
提案された散乱の補償方法はまた、厚さ自動定寸装置(ATC)からの散乱を除去するように機能する。ATCは、照射中（たとえば透視中）に患者の厚さを決定するシステムの一部である。その厚さは、患者の入力照射量レベル（X線管の電圧と電流及び照射時間によって決定される）を測定する手順、患者の出力照射レベル（検出器の照射量レベルによって決定される）を測定する手順、実際のX線管電圧をパラメータとして用いることによって患者の厚さ（患者を水と等価なものと考えたときの厚さ）を計算する手順、及び次の照射手順（連続照射又は1回照射）のための最適開始パラメータ（管の電圧、管の電流など）を計算する手順によって決定される。その際には、特定の検出器照射量レベル、X線管容量などが考慮される。同様に、提案された散乱補償方法は、メモリ効果を補正する用途と組み合わせて用いられても良い。それにより、高照射量で行われる透視中において特に顕著になる平面X線検出器でのメモリ効果が補償される。
【００２７】
X線像についての散乱分布の形状を推定することによって散乱補償が行われる、つまり散乱レベル測定の絶対値を取得しないシステムは既知である。たとえば特許文献2は、像マトリックスがアナログX線検出器の像信号から得られるデジタル像信号から発生し、続いて前記像マトリックスは点広がり関数によって畳み込み変換され、局所的強度値に依存する重み因子が適用され、かつ変換された像マトリックス（推定された散乱分布を表す）が前記像マトリックスから差し引かれる、システムについて説明している。測定境界14bから得られた散乱測定レベルを直接用いることによって散乱補償をさらに可能にすることによって、並びに/又は、本発明の手段によって得ることのできる絶対値を用いることによる、重み因子及び/若しくは点広がり関数のより正確な導出を可能にすることによって、この型の方法をさらに緻密化又は補完するのに本発明が用いられて良い。
【００２８】
上述の実施例は本発明を限定するというよりは、むしろ本発明を図示するもので、当業者は、特許請求の範囲における請求項で定義される本発明の技術的範囲から離れることなく、本発明に関する多くの代替的実施例を設計することが可能であることに留意すべきである。本発明は、複数の明確に異なる素子を有するハードウエアの手段及び、適切にプログラミングされたコンピュータの手段によって実装することが可能である。複数の手段が列挙されている装置に関する請求項では、これらの手段のうちの複数が、ハードウエアにおける一及び同一の項目によって実施することが可能である。ある方法が、相互に異なる従属請求項において再掲されているという事実だけでは、これらの方法の組み合わせが利点を有しないということを示唆しない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】シングルプレーンX線画像化システムの基本となる構成部品を図示する概略図である。
【図２】バイプレーンX線画像化システムの基本となる構成部品を図示する概略図である。
【図３】図2のバイプレーンシステムの概略図であって、当該システム内で散乱を起こしている成分を図示している。
【図４】本発明の典型的実施例に従ったX線画像化システムの基本となる構成部品の前面から見た概略図である。
【図５】図4で図示された構成部品の上面の概略図である。
【図６】本発明の典型的実施例に従ったX線画像化システムで用いられる散乱補償の原理を示すフローダイヤグラムである。
【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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【国際調査報告】
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