(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源がイメージング平面に沿ってＸ線ビームを形成し且つ検出器が複数の検出器モジュールを備え、該検出器モジュールの各々がｚ軸方向に延在している複数の検出器セルと前記ｚ軸方向における分解能を変更するスイッチ装置とを含んでいる計算機式断層撮影システムで、該検出器におけるセル間ばらつきを監視する方法であって、
空気走査を実行する工程と、
前記検出器セルから前記空気走査によるデータを取得する工程と、
前記Ｘ線ビームの非一様性を補償するように、ｚ勾配補正アルゴリズムを使用して前記セル・データをｚにおける最大値に対して正規化する工程と、
正規化された前記セル・データを規格値と比較して前記規格値のパラメータの範囲内にないセルを特定する工程と、
前記セル・データに基づいて、検出器が規格値に対して不適格となる時期を予測して、不良が生ずる前に前記規格値のパラメータの範囲内にない前記セルを含む検出器モジュールの交換を行えるようにする傾向分析アルゴリズム行う工程と、
を備えている当該方法。
【請求項２】
前記セル・データを規格値と比較する前に、前記セル・データを正規化する工程を更に含み、
前記セル・データを正規化する前記工程は、前記Ｘ線ビームの非一様性を補償する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記傾向分析アルゴリズムは、最小自乗法を使用して、前記セル・データを時間の関数として、線形モデルに当てはめる請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはイメージングに関し、より具体的にはイメージング・システムにおいて検出器の性能を監視することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
計算機式断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム等の少なくともいくつかの公知の医用イメージング・システムにおいては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、一般的に「イメージング（作像）平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸ−Ｙ平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは、患者などのイメージング対象となる被検体を通過する。ビームは、被検体によって減弱した後に、放射線検出器の配列（アレイ）に入射する。検出器アレイの所で受け取られる減弱したＸ線ビームの強度は、被検体によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子は、検出器の位置におけるビーム減弱の測定値である個別の電気信号を発生する。すべての検出器からの減弱測定値が別個に取得されて、透過プロファイルを形成する。
【０００３】
公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが被検体と交差する角度が定常的に変化するように、イメージング平面内で被検体の周りをガントリと共に回転する。Ｘ線源は典型的には、焦点においてＸ線ビームを放出するＸ線管を含んでいる。Ｘ線検出器は典型的には、検出器の所で受け取られる散乱したＸ線ビームをコリメートするポスト・ペイシェント(post-patient)コリメータを含んでいる。ポスト・ペイシェント・コリメータに隣接してシンチレータが配置されており、シンチレータに隣接してフォトダイオードが配置されている。
【０００４】
マルチスライス型ＣＴシステムは、走査の際に、増大した数のスライスのデータを取得するために用いられている。公知のマルチスライス型システムは典型的には、３Ｄ（３次元）検出器として広く知られている検出器を含んでいる。これらの３Ｄ検出器では、複数の検出器素子が、行及び列を成して配列されている別個のチャネルを形成している。検出器の各々の行は、それぞれ別個のスライスを形成する。例えば、ツー（２）スライス検出器は２行の検出器素子を有しており、フォー（４）スライス検出器は４行の検出器素子を有している。マルチスライス走査の際には、多数の行の検出器セルにＸ線ビームが同時に入射するので、いくつかのスライスのデータが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
検出器の複数のチャネルは典型的には、複数の行を形成するように一緒に連結されている。ｚ方向でのチャネル間のばらつきによって、画像アーティファクトが生じる可能性がある。検出器が老朽化するにつれて、ゲイン（利得）のばらつきが放射線損傷に起因して変化する。このようなチャネル間ばらつきの補正は公知であるが、これらの補正の有効性は、ばらつきの大きさに依存している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的は、イメージング・システムによって定期的に実行されて、セル間ばらつきを検出して最大許容チャネル間ばらつきを越えないように保証するアルゴリズムによって達成することが出来る。より詳しく述べると、本発明の一面によれば、チャネルの相対ゲインを測定するアルゴリズムが定期的に実行される。ゲインは、例えば、空気走査からの信号を記録して、該信号を共通基準に対して正規化することにより測定される。正規化過程の一部は、Ｘ線ビームの非一様性、例えばヒール効果（heel effect ）を扱うことを含んでいる。ｚにおけるＸ線束のプロファイルは、ｘ方向において緩やかに変化しており、且つｘにおける低域フィルタ処理によって得られるものと仮定する。次いで、正規化値（正規化された値）が、予め決定されている規格値と比較される。いずれかの特定のセルが規格値パラメータの範囲内になければ、このようなセルが存在しているモジュールを交換することができる。
【０００７】
ゲインのばらつきを測定して、このばらつきを規格値と比較することに加えて、傾向分析を行うこともできる。傾向分析アルゴリズムは、検出器が規格値に対して不適格となる時期を予測して、不良が生ずる前に検出器の交換を行えるようにする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に述べるのは、本発明の一実施例による例示的なマルチスライス型ＣＴシステムの説明である。このシステムの実施例を以下に詳述するが、本発明の多くの代替的な実施例が可能であることを理解されたい。例えば、１つの特定の検出器が記載されているが、本発明を他の検出器と共に用いることができ、本発明は何らかの１つの特定の形式のマルチスライス型検出器による実施に限定されているわけではない。より詳しく述べると、以下に記載される検出器は複数のモジュールを含んでおり、各々のモジュールは複数の検出器セルを含んでいる。以下に記載される特定的な検出器ではなく、マルチスライス走査データを同時に取得するように、ｘ軸及び／又はｚ軸に沿った多数の素子がいずれかの方向に全体としてまとめられているような多数のモジュールを有する検出器を用いることができる。一般的には、本発明のシステムは、１つ又はそれ以上のスライス分のデータを収集するようにマルチスライス・モードで動作することが可能である。このシステムによってアキシャル・スキャン（軸方向走査）及びヘリカル・スキャン（螺旋走査）を行うことができ、走査された被検体の断面画像を処理し、再構成し、表示し、及び／又は保存することができる。
【０００９】
図１及び図２について説明すると、計算機式断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第３世代」のＣＴスキャナで典型的なガントリ１２を含んでいるものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を備えており、Ｘ線源１４は、ガントリ１２の対向する側に設けられている検出器アレイ１８に向かってＸ線ビーム１６を投射する。検出器アレイ１８は複数の検出器素子２０によって形成されており、これらの検出器素子２０は全体で、患者２２を通過した投射されたＸ線を感知する。各々の検出器素子２０は、入射するＸ線ビームの強度を表す電気信号、従って患者２２を通過する間でのビームの減弱量を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。
【００１０】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０を含んでいる。Ｘ線制御装置２８はＸ線源１４に対して電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御装置３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が、検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、このデータを後続の処理のためにディジタル信号へ変換する。画像再構成装置３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像は、コンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００１１】
コンピュータ３６はまた、ユーザ・インタフェイス、即ちグラフィック・ユーザ・インタフェイス（ＧＵＩ）を介して信号を受信し又は供給する。詳しく述べると、コンピュータは、キーボードとマウス（図示されていない）とを有するコンソール４０を介して、操作者からコマンド（命令）及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示装置４２によって、操作者は、再構成された画像、及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給したコマンド及びパラメータは、コンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６はまたテーブル・モータ制御装置４４を動作させ、テーブル・モータ制御装置４４はモータ式テーブル４６を制御して、患者２２をガントリ１２内に配置する。具体的には、テーブル４６は、患者２２の各部をガントリ開口４８を通して移動させる。
【００１２】
図３及び図４に示すように、検出器アレイ１８は、複数の検出器モジュール５８を含んでいる。各々の検出器モジュール５８は、検出器ハウジング６０に固定されている。各々のモジュール５８は、多次元のシンチレータ・アレイ６２及び高密度半導体アレイ（図では見えない）を含んでいる。ポスト・ペイシェント・コリメータ（図示されていない）が、シンチレータ・アレイ６２の上に隣接して配置されており、Ｘ線ビームがシンチレータ・アレイ６２に入射する前にこれらのビームをコリメートする。シンチレータ・アレイ６２は、配列を成して構成されている複数のシンチレーション素子を含んでおり、また半導体アレイは、同一の配列を成して構成されている複数のフォトダイオード（図では見えない）を含んでいる。フォトダイオードは、基材６４上に堆積され即ち形成されており、シンチレータ・アレイ６２は、基材６４の上方に配置されて基材６４に固定されている。
【００１３】
検出器モジュール５８はまたスイッチ装置６６を含んでおり、スイッチ装置６６はデコーダ６８に電気的に結合されている。スイッチ装置６６は、フォトダイオード・アレイと同様のサイズを有する多次元の半導体スイッチ・アレイである。一実施例では、スイッチ装置６６は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のアレイ（図示されていない）を含んでおり、各々の電界効果トランジスタは、入力、出力及び制御線（図示されていない）を有している。スイッチ装置６６は、フォトダイオード・アレイとＤＡＳ３２との間に結合されている。具体的には、各々のスイッチ装置のＦＥＴの入力がフォトダイオード・アレイの出力に電気的に接続されており、各々のスイッチ装置のＦＥＴの出力が、例えば可撓性の電気ケーブル７０を用いてＤＡＳ３２に電気的に接続されている。
【００１４】
デコーダ６８は、スイッチ装置６６の動作を制御して、スライスの所望の数及び各々のスライスについてのスライス分解能に従って、フォトダイオード・アレイの出力をイネーブル(enable)にしたり、ディスエーブル(diable)にしたり、又は組み合わせたりする。デコーダ６８は、一実施例では、当業界で公知のデコーダ・チップ又はＦＥＴコントローラである。デコーダ６８は、スイッチ装置６６及びコンピュータ３６に結合されている複数の出力線及び制御線を含んでいる。具体的には、デコーダの出力はスイッチ装置の制御線に電気的に接続されていて、スイッチ装置６６がスイッチ装置入力からスイッチ装置出力へ適正なデータを伝送し得るようにする。デコーダの制御線はスイッチ装置の制御線に電気的に接続されていて、どのデコーダ出力をイネーブルにするかを決定する。デコーダ６８を用いて、フォトダイオード・アレイの特定の出力がＣＴシステムのＤＡＳ３２に電気的に接続されるように、スイッチ装置６６内の特定のＦＥＴをイネーブルにしたり、ディスエーブルにしたり、又は組み合わせたりする。１６スライス・モードとして定義される一実施例では、デコーダ６８は、フォトダイオード・アレイ５２のすべての行がＤＡＳ３２に電気的に接続されて、結果的に１６個の別個のスライスのデータが同時にＤＡＳ３２に送信されるようにスイッチ装置６６をイネーブルにする。言うまでもなく、他の多くのスライスの組み合わせが可能である。
【００１５】
特定の一実施例では、検出器１８は５７個の検出器モジュール５８を含む。半導体アレイ及びシンチレータ・アレイ６２はそれぞれ、１６×１６のアレイ・サイズを有する。その結果、検出器１８は１６の行と９１２の列（１６×５７モジュール）とを有し、これにより、ガントリ１２の各回転によって１６個のスライスのデータを同時に収集することが可能になる。言うまでもなく、本発明は、何らかの特定のアレイ・サイズに限定されているわけではなく、アレイは操作者の特定の必要性に応じてより大きくてもよいし又はより小さくてもよいものと考えられる。また、検出器１８は多くの異なるスライス厚及び数のモード、例えば、１スライス・モード、２スライス・モード及び４スライス・モードで動作し得る。例えば、ＦＥＴを４スライス・モードとして構成することができ、そうすると、フォトダイオード・アレイの１行又はそれ以上の行から４つのスライスについてのデータが収集される。デコーダの制御線によって画定されるＦＥＴの特定の構成に応じて、フォトダイオード・アレイの出力の様々な組み合わせをイネーブルにしたり、ディスエーブルにしたり、又は組み合わせたりすることができ、スライス厚が例えば１．２５ｍｍ、２．５ｍｍ、３．７５ｍｍ又は５ｍｍになるようにすることができる。更なる実例には、１．２５ｍｍ乃至２０ｍｍのスライス厚を持つ１つのスライスを含むシングル・スライス・モード、及び１．２５ｍｍ乃至１０ｍｍのスライス厚を持つ２つのスライスを含む２スライス・モードがある。ここに記載した以外の他のモードも可能である。
【００１６】
図５は、「４（又はカド（quad））スライス」システムの単純化された概略図である。即ち、このシステムでは、検出器セルの４つの行１０２、１０４、１０６及び１０８を用いて投影データを得る。検出器セル１１０、１１２、１１４及び１１６が、行１０２、１０４、１０６及び１０８を形成している。図５に示す各々の検出器セル１１０、１１２、１１４及び１１６は実際には、一定数のセル（例えば、４個）で構成することができ、これらのセルは一緒に連結されて、ＤＡＳ３２に供給される１つの出力を形成する。
【００１７】
一実施例では、コリメータ９２が、偏心カム１２０Ａ及び１２０Ｂを含んでいる。カム１２０Ａ及び１２０Ｂの位置は、Ｘ線制御装置２８によって制御される。カム１２０Ａ及び１２０Ｂは、ファン・ビーム平面９４の対向する両側に配置されており、カム１２０Ａとカム１２０Ｂとの間の間隔に関して、また、ファン・ビーム平面９４に対するカム１２０Ａ及び１２０Ｂの位置に関して独立に調節することができる。カム１２０Ａ及び１２０Ｂは単一のカム・ドライブにより位置決めしてもよいし、又は代替的に各々のカムを別個のカム・ドライブ、例えばモータにより位置決めしてもよい。カム１２０Ａ及び１２０Ｂは、Ｘ線吸収性材料、例えばタングステンで作製される。
【００１８】
偏心的な形状の結果として、それぞれのカム１２０Ａ及び１２０Ｂの回転によって、Ｘ線ビーム１６のｚ軸プロファイルが変化する。より詳しく述べると、カム１２０Ａ及び１２０Ｂの位置を変化させると、Ｘ線ビームの本影（umbra ）の位置及び幅が変化する。具体的には、偏心的な形状のカム１２０Ａ及び１２０Ｂが連動して段階移動(stepping)する結果として、Ｘ線ビームの本影の全体幅が変化する。カム１２０Ａのみの位置を変化させ、即ち段階移動させると、検出器アレイ１８の一方のエッジに対する本影の幅及び位置が変化する。カム１２０Ｂのみの位置を変化させると、検出器アレイ１８の他方のエッジ、即ち第２のエッジに対する本影の幅及び位置が変化し、患者２２が受け取るＸ線の照射量が低減されるようになる。
【００１９】
動作の際、Ｘ線源１４は固定され、即ち固定位置に配置され、またそれぞれのカム１２０Ａ及び１２０Ｂは、Ｘ線ビーム１６がコリメータ９２を通過して検出器アレイ１８に向かって放射されるように、名目上の位置に配置される。次いで、それぞれのカム１２０Ａ及び１２０Ｂの一連の段階、即ち一連の位置について、データが検出器アレイ１８から収集される。コリメータ９２のアパーチャを変化させることにより、具体的にはカム１２０Ａ及び１２０Ｂを調節することにより、セル１１０、１１２、１１４及び１１６から適正な信号強度を形成するように最適なＸ線ビームが検出器１８上へ放射される。
【００２０】
前に述べたように、検出器セル１１０、１１２、１１４及び１１６が老朽化するにつれて、チャネル間のゲインばらつきが変化する。最大許容チャネル間ばらつきを越えないことを保証するために、本発明の一面によれば、各チャネルの相対ゲインを測定するアルゴリズムが定期的に実行される。これらのゲインは、空気走査からの信号を記録して、該信号を共通の基準に対して正規化することにより測定される。正規化過程の一部は、Ｘ線ビームの非一様性、例えばヒール効果を扱うことを含んでいる。ｚにおけるＸ線束のプロファイルは、ｘ方向において緩やかに変化しており、ｘにおける低域フィルタ処理によって得られるものと仮定する。次いで、正規化値が、予め決定されている規格値と比較される。いずれかの特定のセルが規格値パラメータの範囲内になければ、このようなセルが存在しているモジュールを交換することができる。
【００２１】
１つの特定の実施例では、収集されたデータに対してｚ勾配補正（z-slope correction）が実行される。詳しく述べると、空気走査及びビュー平均化によって得られる個々のセルの測定値から開始して、オフセット減算及び基準チャネル正規化を行った後に、
｛Ｘl,i ｝  ｌ＝１，…，１６；  ｉ＝１，…，Ｎチャネル
が得られる。ゲイン、即ち列における最大値に対する正規化を含めた公称（nominal ）ゲイン・プロファイルの定義のために、「ｘ」平均値が定義される。ここで、ｎａｖｅは、公称ゲインの定義の「ｘ」移動平均について用いられるチャネルの数（奇数）である。
【００２２】
【数１】
0004782905.tif 000002
【００２３】
次いで、ｚにおける最大値に対する正規化によって、以下の式が得られる。
【００２４】
【数２】
0004782905.tif 000003
【００２５】
すると、公称ゲインは、以下の式によって定義することができる。
【００２６】
【数３】
0004782905.tif 000004
【００２７】
これらの公称ゲインはｚ勾配補正アルゴリズム用の入力となる。
公称ゲインは、それら自体によって勾配関連アーティファクトを画像内に生じるわけではないが補正過程において扱われなければ不安定性をもたらす可能性のある緩やかな「ｘ」のばらつきをモデル化する際に要求される。３つの実例を挙げると、（１）シンチレータのエッジにおけるツイン公称ゲイン・プロファイル、（２）ヒール効果によるＸ線ビームのｚプロファイル、及び（３）予期される低照射量モードでの動作のためにビームの半影を用いることにより誘起される部分照射条件（partial illumination condition）である。Ｇの要素は、１に近い数の範囲内になる。この範囲の正確な境界は、経験的に決定される。
【００２８】
ゲインのばらつきを測定して、このばらつきを規格値と比較することに加えて、傾向分析を行うこともできる。傾向分析アルゴリズムは、検出器が規格値に対して不適格となる時期を予測して、不良が生ずる前に検出器の交換を行えるようにする。傾向分析アルゴリズムは、時間に関して一定な使用のパターンを仮定しており、また用いられている特定の検出器について、検出器素子の老朽化が線形的に生ずるものと仮定する。線形モデルに対する最小自乗法によるフィット（当てはめ）が、時間の関数として、ゲイン行列の各々の要素に対して行われる。一般的には、傾向分析アルゴリズムの性質は、検出器材料の老朽化特性に依存する。
【００２９】
データは、例えば自動サポート・センタにより、遠隔方式で、マルチスライス型スキャナから検索し分析することができる。例えば、電話回線を介してＰＰＰモデム接続を用いてデータを検索してもよい。
本発明の様々な実施例に関する以上の記述から、発明の目的が達せられたことは明らかである。本発明を詳細に記述すると共に図解したが、これらは説明及び例示のみを意図したものであり、限定のためのものであると解釈してはならないことを明瞭に理解されたい。従って、本発明の要旨は、特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムの概略ブロック図である。
【図３】ＣＴシステムの検出器アレイの斜視図である。
【図４】検出器モジュールの斜視図である。
【図５】図１に示すＣＴイメージング・システムの概略配置図である。
【符号の説明】
１０  ＣＴシステム
１２  ガントリ
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器アレイ
２０  検出器素子
２４  回転中心
２６  制御機構
２８  Ｘ線制御装置
３０  ガントリ・モータ制御装置
３２  データ取得システム
３４  画像再構成装置
３６  コンピュータ
３８  大容量記憶装置
４０  コンソール
４２  陰極線管表示装置
４４  テーブル・モータ制御装置
４６  モータ式テーブル
５８  検出器モジュール
６０  検出器ハウジング
６２  シンチレータ・アレイ
６４  基材
６６  スイッチ装置
６８  デコーダ
７０  電気ケーブル
９２  コリメータ
９４  ファン・ビーム平面
１０２、１０４、１０６、１０８  検出器セルの行
１１０、１１２、１１４、１１６  検出器セル
１２０Ａ、１２０Ｂ  偏心カム
【図１】
0004782905.tif 000005
【図２】
0004782905.tif 000006
【図３】
0004782905.tif 000007
【図４】
0004782905.tif 000008
【図５】
0004782905.tif 000009