(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源（１４）と、検出器アレイ（１８）と、前記検出器アレイに結合されていると共に、検出器アレイ内の検出器セル（２０）の総数より少ない数のデータ収集入力チャネルを有するデータ収集システム（３２）とを含んでいるマルチスライス型ＣＴ画像作成システム（１０）を利用して、対象物（２２）の画像を作成するための方法であって、Ｘ線源（１４）と検出器アレイ（１８）の間で対象物（２２）を位置決めするステップと、前記対象物に向けてＸ線ビーム（１６）を投射するステップと、前記データ収集システム（３２）によって受け取る画像スライスの数を増加させるために、選択した検出器セル（２０）と前記データ収集入力チャネルとの結合を選択的に構成変更するステップと、
前記結合の選択的な構成変更に従って前記データ収集システム（３２）からの信号をスライス画像に組み立て直すステップと、
ファン幅θを有すると共に、ｚ軸に沿って延びる複数の行を含み、かつ最大でＮスライス分の画像データを収集するように構成されている前記検出器アレイのうちの数Ｐ＜Ｎのスライスが前記データ収集システムで受け取られるように、前記検出器セル（２０）を前記データ収集システム（３２）に結合するステップを含み、前記の検出器セル（２０）とデータ収集入力チャネルとの結合を選択的に構成変更する前記ステップが、ファン幅θ１＜θを有する検出器アレイのうちの数Ｑ＞Ｐのスライスが前記データ収集システム（３２）によって受け取られるように、前記検出器セル（２０）と前記データ収集システム（３２）との結合を選択的に構成変更するステップと、
を含み、
前記データ収集システム（３２）はバックプレーン（７０）と、該バックプレーン（７０）に接続された複数の入力プロセッサ（７２）を備え、
マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を用いて前記結合の選択的な構成変更が行われ、
前記入力プロセッサ（７２）の内の第１の組（９０）は、前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を介さずに、前記バックプレーン（７０）の中央の列（７６）の中央の行のグループ（９２）に接続され、
前記入力プロセッサ（７２）の内の第２の組（９４）は、前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を介して、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）とは異なる列（７４）の前記中央の行のグループ（９２）と、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）の前記中央の行のグループ（９２）とは異なる行のグループ（９６）とに選択的に接続可能であり、
前記入力プロセッサ（７２）の内の第３の組（９８）は、前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を介して、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）とは異なる他の列（７８）の前記中央の行のグループ（９２）と、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）の前記中央の行のグループ（９２）とは異なる他の行のグループ（１００）とに選択的に接続可能であり、
前記第２の組（９４）又は前記第３の組（９８）の一部の入力プロセッサ（７２）が前記バックプレーン（７０）に接続され、
前記画像作成システム（１０）がテーブル（４６）を有し、かつ前記Ｘ線源（１４）がＸ線ビーム（１６）の範囲を調整するように調整可能である場合において、前記方法がさらに、画像作成しようとする対象物（２２）の大きさに従ってＸ線ビーム（１６）の範囲を調整するステップと、Ｘ線ビーム（１６）の範囲の前記調整に従って前記データ収集システム（３２）の基準チャネル（１１２）を検出器セル（２０）に割り当てるステップと、Ｘ線管（１４）発生装置電流をスキャン・データのヘッダ内に記録するステップと、前記基準チャネル（１１２）を利用して照射データを取得するステップと、スキャン・データのヘッダ内のＸ線管（１４）発生装置電流を利用して、前記基準チャネル（１１２）から取得した照射データをテーブル（４６）による妨害に関して補償するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記のファン幅θ１＜θを有する検出器アレイのうちの数Ｑ＞Ｐのスライスが前記データ収集システム（３２）によって受け取られるように、前記検出器セル（２０）と前記データ収集システム（３２）との結合を選択的に構成変更する前記ステップが、前記検出器チャネルのうちの２５％〜５０％が前記検出器セル（２０）に結合されるように構成変更するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マルチスライス型画像作成システム（１０）であって、ファン角度幅θを有すると共に、ｚ軸に沿って延びる複数の行を含み、かつ最大でＮスライス分の画像データを収集するように構成されているマルチスライス型検出器アレイ（１８）と、Ｘ線ビーム（１６）を前記検出器アレイ（１８）の方向に向けるＸ線源（１４）と、前記検出器アレイ（１８）に結合されたデータ収集システム（３２）であって、前記検出器アレイ（１８）内の検出器セル（２０）の総数より少ない数のデータ収集入力チャネルを有する入力プロセッサ（７２）を含むデータ収集システム（３２）と、前記検出器（１８）と前記入力プロセッサ（７２）との間に結合されていて、選択した検出器セル（２０）と前記データ収集入力チャネルとの結合を選択的に構成変更するマルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）と、
前記データ収集システム（３２）に結合されていて、前記結合の選択的な構成変更に従って前記画像信号をスライス画像に組み立て直すように構成されている画像再構成装置（３４）と、
を備え、
前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）は、第１の結合構成において、ファン幅θを有する前記検出器アレイ（１８）のうちの数Ｐ＜Ｎのスライスが前記データ収集システム（３２）によって変換され、かつ前記マルチプレクサ・アレイの第２の状態において、ファン幅θ１＜θを有する前記検出器アレイのうちの数Ｑ＞Ｐのスライスが前記データ収集システムによって変換されるように、選択した検出器セル（２０）との結合を選択的に構成変更し、
前記入力プロセッサ（７２）は、前記データ収集システム（３２）のバックプレーン（７０）に接続され、
前記入力プロセッサ（７２）の内の第１の組（９０）は、前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を介さずに、前記バックプレーン（７０）の中央の列（７６）の中央の行のグループ（９２）に接続され、
前記入力プロセッサ（７２）の内の第２の組（９４）は、前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を介して、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）とは異なる列（７４）の前記中央の行のグループ（９２）と、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）の前記中央の行のグループ（９２）とは異なる行のグループ（９６）とに選択的に接続可能であり、
前記入力プロセッサ（７２）の内の第３の組（９８）は、前記マルチプレクサ・アレイ（１０２、１０４）を介して、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）とは異なる他の列（７８）の前記中央の行のグループ（９２）と、前記バックプレーン（７０）の前記中央の列（７６）の前記中央の行のグループ（９２）とは異なる他の行のグループ（１００）とに選択的に接続可能であり、
前記第２の組（９４）又は前記第３の組（９８）の一部の入力プロセッサ（７２）が前記バックプレーン（７０）に接続され、
前記システムはさらに、テーブル（４６）を備え、前記Ｘ線源（１４）は、前記Ｘ線ビーム（１１０）の範囲を調整するために患者前置可変コリメート式Ｘ線源で構成されており、前記システムは、前記Ｘ線源の患者前置コリメートに従って前記データ収集システム（３２）の基準チャネル（１１２）を検出器セルに割り当てると共に、Ｘ線管発生装置電流をスキャン・データのヘッダ内に記録し、かつ前記基準チャネルが前記テーブルにより妨害されている際には前記スキャン・データの前記ヘッダ内の前記Ｘ線管発生装置電流を用いて前記基準チャネルからの照射データを補償するように構成されていることを特徴とするマルチスライス型画像作成システム。
【請求項４】
Ｎ＝１６、Ｐ＝４、Ｑ＝７である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記スライスの幅が１．２５ｍｍである請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ファン幅θが、５０ｃｍの直径を有する対象物（２２）の画像を作成できるように選択され、かつ前記ファンビーム幅θ１が、２５ｃｍの直径を有する対象物の画像を作成できるように選択される請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記マルチプレクサ（１０２、１０４）は、前記第２の状態において、前記検出器チャネルのうちの２５％〜５０％が前記検出器セル（２０）に結合されるように構成変更する請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記マルチプレクサ（１０２、１０４）は、前記第２の状態において、前記検出器チャネルのうちの４３．２％が前記検出器セル（２０）に結合されるように構成変更する請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には、ＣＴスキャナ内のデータ収集ハードウェアを効率的に利用するための方法及び装置に関し、さらに詳細には、様々な大きさの対象物に対して効率的に対応できるようにＣＴスキャナ内のデータ収集ハードウェアを調整するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
周知のコンピュータ断層（ＣＴ）画像作成（イメージング）システムの少なくとも１つの構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面（一般に「画像作成平面」と呼ばれる）内に位置するようにコリメートされたファンビーム（扇形状ビーム）を放出する。Ｘ線ビームは、例えば患者などの画像作成しようとする対象物を透過する。Ｘ線ビームは、この対象物によって減衰を受けた後、放射線検出器アレイに入射する。検出器アレイで受け取った減衰したビーム状放射線の強度は、対象物によるＸ線ビームの減衰に依存する。このアレイの各検出器素子は、それぞれの検出器位置でのビーム減衰の計測値に相当する電気信号を別々に発生する。すべての検出器からの減衰量計測値を別々に収集して、透過プロフィールが作成される。
【０００３】
周知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが画像を作成しようとする対象を切る角度が一定に変化するようにして、画像作成平面内でこの画像作成対象物の周りをガントリと共に回転する。あるガントリ角度で検出器アレイより得られる一群のＸ線減衰量計測値、すなわち、投影データ）は、「ビュー(view)」と呼ばれている。また、画像作成対象物の「スキャン・データ(scan)」は、Ｘ線源と検出器が１回転する間に、様々なガントリ角度、すなわちビュー角度で得られるビューの集合からなる。アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理することにより、画像作成対象物を横切る２次元スライスに対応する画像が構成される。投影データの集合から画像を再構成するための一方法として、当技術分野においてフィルタ補正逆投影法(filtered back projection)と呼ぶれているものがある。この処理方法では、スキャンにより得た減衰量計測値を「ＣＴ値」、別名「ハウンスフィールド値」という整数に変換し、これらの整数値を用いて陰極線管ディスプレイ上の対応するピクセル（画素）の輝度を制御する。
【０００４】
周知のＣＴ画像作成システムの少なくとも１つは、画像化する対象物の広い領域を短時間でスキャンするマルチスライス型ＣＴスキャナである。単一スライス型ＣＴスキャナと比較すると、マルチスライス型ＣＴスキャナは、より幅広にコリメートされたＸ線ビームを投射するＸ線源及び検出器からなる複数の行を有している。したがって、このスキャナは、患者をスキャンしたときに画像をより薄層のスライスで再構成することができる（すなわち、このスキャナは、テーブルの移動方向、すなわちｚ方向でより精細な空間分解能を有する）と共に、Ｘ線管の冷却を必要としない。
【０００５】
しかし、マルチスライス型ＣＴスキャナの検出器から複数行のデータを収集するには、データ収集ハードウェアの量を増やす必要がある。例えば、ｎ個の検出器セルからなるｍ個の行がある場合、ｍ×ｎ個のデータ収集チャネルが必要となる。これに比べて、単一スライス型ＣＴスキャナでは、その備える検出器セルはｎ個のみであり、またデータ収集チャネルはｎ個のみである。
【０００６】
１６行の検出器チャネルを有するあるマルチスライス型ＣＴスキャナでは、１６行分の１．２５ｍｍスライスのデータを画像再構成に利用できるような方式により再構成している。しかし、これらの行のすべてを利用するためには、スリップリングを介してデータをホストコンピュータに送信する際に大きな通信帯域を必要とすると共に、そのチャネルのすべてを収集するために大量のデータ収集ハードウェアを必要とする。周知のＣＴスキャン・システムの１つでは、同時に収集するデータは４行分だけである。したがって、このシステムにより提供できるのは、４種類のスライス厚で、かつ同時に４スライスのみである。具体的には、４×１．２５ｍｍ（中央の検出器４行）、４×２．５０ｍｍ（隣接行同士を組み合わせた中央の８行）、４×３．７５ｍｍ（３行単位のグループで結合させた中央の１２行）、並びに４×５．００ｍｍ（４行単位のグループで組み合わせた１６行すべて）を提供することができる。このシステムで同時に収集できるのが４スライスだけであるという限界は、この検出器ハードウェアを用いて、例えば１．２５ｍｍ厚で１６スライスを提供できる可能性はあるものの、データ収集ハードウェアが制限されている結果として主に生じたものである。
【０００７】
この周知のＣＴスキャン・システムの限界により、患者の胸部など、直径５０ｃｍまでの大きな対象物で、むしろ効率的なスキャンができる。しかし、患者の頭部などの小さい対象物では、スキャン用チャネルの利用がかなり非効率である。頭部は、典型的には、２５ｃｍ未満のスキャン撮影領域に収まる。このより小さい撮影領域に寄与する検出器セルまたはデータ収集チャネルは、百分率にして約５６．８％に過ぎない。このことは、データ収集チャネルのうちの約４３．２％はアイドリング状態にある、すなわちスキャナが患者の頭部の画像を作成する際の画像再構成に寄与しないデータを提供していることを意味する。（スキャナの検出器チャネルとスキャナの回転するガントリとが同心でないため、この百分率は正確に５０％とならない。）
したがって、患者の頭部などのより小さい対象物の画像作成の際にアイドリング状態にある、すなわち非効率的に使用されるデータ収集チャネルを、効率的に利用する方法及び装置を提供できることが望ましい。
【０００８】
【発明の概要】
このため、実施の一形態では、Ｘ線源と、検出器アレイと、この検出器アレイに結合されていて、検出器アレイ内の検出器セルの総数より少ない数のデータ収集入力チャネルを有するデータ収集システムとを含むマルチスライス型ＣＴ画像作成システムを利用して、対象物の画像を作成するための方法が提供される。本方法は、Ｘ線源と検出器アレイとの間に対象物を位置決めするステップと、この対象物に向けてＸ線ビームを投射するステップと、データ収集システムが受け取る画像スライスの数を増加させるように、データ収集入力チャネルに対する選択した検出器セルとの結合を選択的に構成変更するステップとを含む。
【０００９】
データ収集システム入力チャネルに対する検出器セルの選択的な構成変更により、アイドリング状態の、すなわち非効率に使用されていた画像作成チャネルが、通常であれば画像作成チャネルにより処理されないような追加の検出器スライスからのデータを受け取ることができるので有利であることを理解されたい。この結果、所与の限られた数のデータ収集システム入力チャネルに対して通常可能であるようなスライス数と比べて、より多く数の画像スライスを小さい対象物から取得して、それを処理することにより画像を構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照すると、「第３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして、コンピュータ断層（ＣＴ）画像作成・システム１０を示している。ガントリ１２は、このガントリ１２の対向面上に位置する検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、投射され対象物２２（例えば、患者）を透過したＸ線を一体となって検知する検出器素子２０により形成される。検出器アレイ１８は、単一スライス構成で製作される場合とマルチ・スライス構成で製作される場合がある。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を透過したＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを収集するためのスキャンの間に、ガントリ１２及びガントリ上に装着された構成部品は回転中心２４の周りを回転する。
【００１１】
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により制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６内にはデータ収集システム（ＤＡＳ）３２があり、これによって検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングし、このデータを後続の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で画像再構成を行う。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８内にこの再構成画像が格納される。
【００１２】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して、オペレータからのコマンド及びスキャン・パラメータを受け取る。付属の陰極線管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成画像やその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータの発したコマンド及びパラメータを用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対して制御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御してガントリ１２内での患者２２の位置決めをするためのテーブル・モータ制御装置４４を操作する。詳細には、テーブル４６により患者２２の各部分がガントリ開口４８を通過できる。
【００１３】
図３及び４で示すように、検出器アレイ１８は複数の検出器モジュール２０を含んでいる。検出器モジュール２０の各々は、半導体アレイ５０の上方に隣接させて配置された高密度の半導体アレイ５０及び多次元シンチレータ・アレイ５２を含んでいる。Ｘ線ビーム１６をシンチレータ・アレイ５２上に入射する前にコリメートするために、シンチレータ・アレイ５２の上方に隣接させてコリメータ（図示せず）が配置されている。詳細には、半導体アレイ５０は、複数のフォトダイオード５４と、１つのスイッチ装置５６と、１つの検出器５８とを含む。フォトダイオード５４は、個別のフォトダイオードまたは多次元ダイオード・アレイのいずれかである。シンチレータ・アレイ５２は、当技術分野で周知のように、フォトダイオード５４を覆うようにフォトダイオード５４に隣接させて配置されている。フォトダイオード５４はシンチレータ・アレイ５２と光学的に結合されており、シンチレータ・アレイ５２が出力した光を表す信号を伝達するための電気的出力線６０を有している。フォトダイオード５４の各々は、シンチレータ・アレイ５２の１つの特定のシンチレータに対するビーム減衰量計測値にあたる低レベルのアナログ出力信号を別々に発生させる。フォトダイオード出力線６０は、例えば、モジュール２０の１つの側面上、あるいはモジュール２０の複数の側面上に物理的に配置されている。図４で示すように、フォトダイオード出力６０は、フォトダイオード・アレイの反対側に配置されている。
【００１４】
実施の一形態では、検出器アレイ１８は、５７個の検出器モジュール２０を含んでいる。各検出器モジュール２０は、半導体アレイ５０及びシンチレータ・アレイ５２を含んでおり、それぞれ１６×１６のアレイ・サイズを有する。このため、アレイ１８は、１６行及び９１２列（１６×５７モジュール）を有し、これにより、ガントリ１２の１回転あたり最大でＮ＝１６スライス分のデータを、ガントリの回転軸であるｚ軸に沿って同時に収集することが可能である。
【００１５】
スイッチ装置５６は、半導体アレイ５０と同じサイズの多次元の半導体スイッチ・アレイである。スイッチ装置５６は半導体アレイ５０とＤＡＳ３２との間に結合されている。半導体デバイス５６は、実施の一形態では、２つの半導体スイッチ６２及び６４を含んでいる。スイッチ６２及び６４の各々は、多次元アレイとして配置させた複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（図示せず）を含んでいる。ＦＥＴの各々は、それぞれのフォトダイオードの出力線６０の１つと電気的に接続されている入力線と、出力線と、制御線（図示せず）とを含んでいる。ＦＥＴの出力線及び制御線は、電線６６を介してＤＡＳ３２と電気的に接続されている。詳しく述べると、フォトダイオードの出力線６０のうち約半数はスイッチ６２の各々のＦＥＴ入力線と電気的に接続されており、またフォトダイオードの出力線６０のうち残りの半数はスイッチ６４のＦＥＴ入力線と電気的に接続されている。
【００１６】
デコーダ５８がスイッチ装置５６の動作を制御して、各々のスライスに対する所望のスライス数及びスライス分解能に従って、フォトダイオードの出力６８を有効(enable)にしたり、無効(disable) にしたり、あるいは組み合わせ(combine) たりする。デコーダ５８は、実施の一形態では、当技術分野で周知のデコーダ・チップ又はＦＥＴコントローラである。デコーダ５８は、スイッチ装置５６及びＤＡＳ３２に結合された複数の出力線及び制御線を含んでいる。詳細には、デコーダの出力はスイッチ装置の制御線と電気的に結合され、スイッチ装置５６を有効にしてスイッチ装置入力からスイッチ装置出力まで適正にデータが送信されるようにしている。デコーダ５８を利用して、スイッチ装置５６内の特定のＦＥＴを有効にし、無効にし、あるいはその出力を複合させて、ＣＴシステムのＤＡＳ３２にフォトダイオードの特定の出力６８が電気的に接続されるようにする。１６スライス・モードに規定した実施の一形態では、デコーダ５８によりスイッチ装置５６を有効にし、半導体アレイ５０のすべての行をＤＡＳ３２に接続させることができる。この結果、１６スライス分のデータを同時にＤＡＳ３２と電気的に接続させることができる。勿論、スライスの組み合わせはこれ以外にも可能である。
【００１７】
例えば、デコーダ５８により、１スライス・モード、２スライス・モード、４スライス・モードなど多様なスライス・モードからの選択を行う。図５に示すように、デコーダの適当な制御線の伝送によって、スイッチ装置５６を４スライス・モードで構成し、これによりの１行または複数行のフォトダイオード・アレイ５０からなる４スライスからデータを収集することができる。デコーダ制御線が規定する具体的なスイッチ装置５６の構成に従って、フォトダイオード出力６８の様々な組み合わせについて、有効にしたり、無効にしたり、あるいは組み合わせたりすることができる。これにより、スライス厚をフォトダイオード・アレイの１行分、２行分、３行分または４行分の素子により構成させることができる。追加の例としては、１．２５ｍｍ厚から２０ｍｍ厚までの範囲にあるスライスのうちの１つのスライスからなる単一スライス・モード、あるいは、１．２５ｍｍ厚から１０ｍｍ厚までの範囲にあるスライスのうちの２つのスライスからなる２スライス・モード、などがある。さらに、本明細書に記載したモード以外の別のモードも可能である。
【００１８】
検出器アレイ１８からのアナログ電流信号はケーブル６６を介してＤＡＳ３２の入力チャネルに接続され、この入力チャネルはＤＡＳバックプレーン７０の位置でＤＡＳ３２に接続されており、これを図６にＤＡＳ３２およびバックプレーン７０のブロック図で表している。実施の一形態では、ＤＡＳ変換器ボード、すなわち入力プロセッサ７２は、１つあたり６４個の入力チャネルを処理しており、ＤＡＳのバックプレーン７０に差し込まれている。バックプレーン７０により、検出器セルを適当な変換器ボード７２の入力チャネルに再配分することができる。シリアルバス（図示せず）により、対応する（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの）ＤＡＳ変換器ボード７２を相互接続させ、これらを画像再構成装置３４に結合させている。
【００１９】
実施の一形態では、ＤＡＳ変換器ボード７２の６４個のチャネルの各々は選択した検出器素子すなわち検出器セル２０からのアナログ・データを処理し、このデータを画像再構成装置３４で利用される形式であるディジタル形式に変換する。（本発明は、ＤＡＳ変換器ボード７２を６４個以外の数のチャネルを処理するように構成させて実現することもできる。）このようにして、変換器ボード７２は、アレイ１８内の検出器セル２０の数より少ない入力チャネルを備えることができる。この実施形態において、４スライスを超えるスライスに対する画像データを処理する能力を付加するには、通常では追加のＤＡＳ変換器ボード７２だけでなく、シリアル・データ・ストリームも増やす必要がある。
【００２０】
図６は、１２スライス用バックプレーン７０の３つの区画７４、７６及び７８のみを示していおり、各々の区画は、６４個の検出器セル２０の１２行からなる３つの方位角方向(azimuthal) の組にそれぞれ電気的に結合されている。本発明を説明するためには、図６に基づく簡略な例を検討することで十分であろう。図６のこの簡略な例を完全に理解すれば、より大きく、より実際的なシステムへの拡張は当業者には明らかとなろう。こうしたより大きなシステムとは、例えば、より多くのバックプレーン７０の区画を有し、より多数の方位角方向の組および検出器セル２０の行を有し、またより多数のＤＡＳ変換器ボード７２を有するシステムである。
【００２１】
本発明の実施の一形態では、変換器ボード７２のうちの幾つかの入力を多重化させることにより、追加の変換器ボード７２を利用することなく、限定されたファン角度での１６スライスの画像作成能力を提供することができる。図７で示すように、患者２２の胸部８０などの大きな対象物をスキャンする場合には、ビーム１６の全範囲が使用される。その結果、検出器１８のファン角度θの全体が使用される。しかし、図８で示すように、すべての状況でこの全ファン角度θが必要となるのではない。患者２２の頭部８２をスキャンする場合、データ収集のためには検出器１８の方位角方向の範囲はθ１＜θで十分である。周辺方位角方向検出器領域８４及び８６にある検出器素子からのデータを通常受け取っている変換器ボード７２の未使用のデータ・チャネルは、それらの入力を他の検出器素子２０に切り替えて、中央方位角方向検出器領域８８内のデータについての追加のスライス有効範囲を提供できる。この方向変更は、ある対象物の画像作成のために方位角方向の範囲θ１だけで十分である場合には、いつでも使用することができる。
【００２２】
図６の簡略な例に示したように、入力チャネルを多重化させた複数のＤＡＳ変換器ボード７２はＤＡＳのバックプレーン７０に差し込まれている。この簡略な例では、バックプレーン７０の区画７４、７６及び７８は、それぞれ、検出器１８の方位角方向領域８４、８８及び８６と電気的に結合されている。中央のバックプレーン区画７６と電気的に結合されているＤＡＳ変換器ボードの組９０は、この例示的な実施形態では、常に、検出器１８の中央領域８８の中央の４つの行のグループ９２内にある検出器セル２０からデータを受け取るように構成されている。ＤＡＳ変換器ボードの組９４が、検出器１８の中央の４行のグループ９２に電気的に結合されているが、バックプレーン区画７４においては、検出器１８の周辺の領域８４に対応する。ＤＡＳ変換器ボードの組９４はまた、検出器１８の中央領域８８に対応する中央のバックプレーン区画７６内の追加の行の組９６に電気的に結合されている。同様に、ＤＡＳ変換器ボードの組９８が、バックプレーン区画７８において検出器１８の中央の４行のグループ９２に電気的に結合されていると共に、中央バックプレーン区画７６内の追加の行の組１００に電気的に結合されている。「選択」線が第１の状態の場合、マルチプレクサのグループ１０２及び１０４は、周辺バックプレーン区画７４及び７８からのデータがＤＡＳ変換器ボードの組９４及び９８にそれぞれ入力されるように構成される。「選択」線が第２の、すなわち別の状態の場合、中央バックプレーン区画７６の追加の行の組９６及び１００が、ＤＡＳ変換器ボードの組９４及び９８にそれぞれ入力される。この実施形態では、バックプレーン７０の各行は６４個のデータ・チャネルを含んでいる。したがって、図６の１０６に示すようなデータ線を物理的に実現させるか否かは、設計上の選択によって異なる。別の実施形態では、図６のデータ線１０６などのデータ線は、単一の導体、複数の並列のデータ線、シリアルバス、あるいはこれらの組み合わせである。したがって、図６に示すマルチプレクサ１０８のそれぞれは、このようにして１つまたは複数のマルチプレクサとして、あるいは機能上の等価回路として実現される。
【００２３】
図９を参照して説明すると、胸部８０の画像を作成するときのように３つの方位角方向領域８４、８６及び８８からの画像データが必要な場合には、「選択」線は第１の状態にある。図９においてこの第１の状態を、「選択」線を細線で描くことにより表現している。この第１の状態では、マルチプレクサのグループ１０２及び１０４は、それぞれバックプレーン区画７４及び７８を介して周辺方位角方向領域８４及び８６からのデータをＤＡＳボードのグループ９４及び９８に通過させる。ＤＡＳボード７２への入力のために選択されるデータ線１０６は太線で示してある。この選択状態の場合、図９に示す簡略な実施形態では、検出器１８の方位角方向の範囲θ全体の４行分のデータが画像スライスを作成する処理のために利用可能である。この簡略な実施形態では、画像作成システム１０内にあるこのＤＡＳ変換器ボード７０の数で処理が可能である完全な行の数は４行が上限である。
【００２４】
次に図１０を参照して説明する。頭部８２は、Ｘ線源１４と方位角方向検出器領域８４及び８６とを結ぶ経路内には位置していない。したがって、頭部８２または小さな別の対象物の画像を作成するときには、検出器アレイ１８の周辺方位角方向領域８４及び８６からのデータは必要がない。本発明の実施の一形態では、ＤＡＳ変換器ボードのグループ９４及び９８の効果的な使用は、図１０で「選択」線を太線で表したように、「選択」線を第２の状態とすることにより提供される。この第２の状態では、ＤＡＳ変換器ボードのグループ９４及び９８への入力は、バックプレーン区画７６を介した検出器１８の中央方位角方向領域８８からのそれぞれの追加の行の組９６及び１００によって提供される。ＤＡＳボード７２への入力のために選択されたデータ線１０６は太線で示してある。この選択状態では、患者２２の頭部８２あるいは別の小さな対象物に関する有用な画像を提供するのに十分な方位角方向範囲である領域θ１内で１２画像スライス分の画像データが利用可能である。この第２の選択状態が利用できない場合には、４画像スライス分のデータしか得られない。さらに、周辺方位角方向検出器領域８４及び８６内の４行分の検出器１８は、有用な画像データを全く提供しない。
【００２５】
実施の一形態では、「選択」線の状態は、オペレータ・コンソール４０上のスイッチにより制御されている。「選択」線の状態はＤＡＳ３２のマルチプレクサ１０８に供給されるだけでなく、画像再構成装置３４及びコンピュータ３６にも供給される。これにより、画像再構成装置３４及びコンピュータ３６には、ＤＡＳ変換器ボード７２からの出力データを正確に解析して、画像として組み立て、かつ表示できるように、必要なマルチプレクサ状態情報が提供される。
【００２６】
図６、９及び１０の簡略な例を、別のより実際的な実施形態に拡張できることは容易に明らかであろう。例えば、組９０、９４及び９８と同様のＤＡＳ変換器ボードの組を５７個有する実施の一形態では、３個以上の周辺ボードの組９４及び９８が、切替可能で、選択可能な入力を備えている。１６スライス式検出器１８は１６行用バックプレーン７０となるように設けられる。全方位角方向範囲θを有する４つの画像スライスを同時に処理するだけの十分なＤＡＳ変換器ボード７２が設けられる。複数の周辺ボード・グループの変換器ボード７２に対する入力を、図６、９及び１０のグループ９４及び９８に対するのと同様に切り替えることによって、より小さな対象物に対する有効範囲を最適化できる選択可能な代替構成を提供することができる。マルチプレクサ１０８により選択される代替構成は、幾つかの要因に従って最適化される。これらの要因としては、利用可能なＤＡＳ変換器ボード７２の数、バックプレーン７０内の行の数、あるいは頭部８２その他の小さい対象物が画像検出器アレイ１８上に作る減衰陰影の方位角方向範囲などがある。一般に、あるグループ内のすべてのＤＡＳ変換器ボード７２をマルチプレクサに結合したり、任意の特定のＤＡＳボード７２のすべてのチャネルをマルチプレクサに結合したりする必要はない。さらに、あるグループ内のＤＡＳ変換器ボード７２に結合されたマルチプレクサ１０８の１つの組をすべて同じバックプレーン７０の区画に結合する必要もない。むしろ、マルチプレクサ１０８により選択されるＤＡＳ変換器ボード７２のチャネルに対して代替入力構成を選択することによって、画像作成の効率を最適化することができる。
【００２７】
図６、９及び１０に示す実施の形態は、マルチプレクサ１０８がＤＡＳボード７２の外部にあるように表している。しかし、別の実施形態では、マルチプレクサ１０８はＤＡＳボード７２上に設けられる。別の実施形態では、多重化は、ＤＡＳ側ではなくバックプレーン７０の検出器側で提供される。
【００２８】
１．２５ｍｍの最小スライス幅のＮ＝１６個のスライスを可能とする検出器１８を有する本発明の実施の一形態では、４個のＤＡＳ変換器ボード７２がバックプレーン７０の各区画に対して設けられる。検出器ボード７２のチャネルのうちの全体で４３．２％が、切り替えによって再割当てが可能である。この実施形態では、次表に示すように追加のスライスにより、小さい対象物に対して最大で７５％の有効範囲（coverage) の拡大が得られる。「４３．２％アイドリング」の見出しの下には、入力チャネルの再割当が得られない場合に利用可能であるスライス数がリストしてある。「１００％チャネル使用」の見出しの下には、代替入力構成が選択された場合に利用可能であるスライスの数がリストしてある。この実施形態による多重化(multiplexing)を利用して入力チャネルを再配置させることにより、検出器１８の中央方位角方向領域８８内でより多くの検出器画像作成スライスを提供できる。（この実施形態では、方位角方向領域８８は２つ以上のバックプレーン７０の区画に結合される。同様に、周辺領域８４及び８６は２つ以上のバックプレーン７０の区画に結合される。）
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【００２９】
上記の表では、（＊）により、データ収集容量がこの収集モードでの検出器の容量を超えること、すなわち、利用可能な検出器チャネルがないことを示している。上で得られた有効範囲の改善は、最大の有効範囲改善である。別の実施形態では、ＤＡＳ入力チャネルのうちの２５％と５０％との間の数を多重化により構成変更する。
【００３０】
患者２２の頭部８２の画像を作成する際のＸ線ビーム１１０に対する患者前置コリメーションには２つの方式があることに気がつくであろう。第１の方式は、図７の胸部８０などの直径約５０ｃｍの対象物の画像を作成する際に広いビーム１６を使用することである。広いビーム１６は、検出器１８のファン幅θを覆うように選択される。しかし、図８の頭部８２などの直径が概ね２５ｃｍの対象物の画像を作成するためには広いビームは必要がない。この事例で広いビーム１６を使用すると、散乱するＸ線フォトンが増加し、これにより患者２２に対する放射線量を増加させるおそれが生じる。直径が概ね２５ｃｍの対象物の画像を作成するためには、ファン角度θ１を有する検出器アレイ１８の一部分にまたがるように、むしろ狭いビーム１１０を選択する。狭いビーム１１０を使用すると、患者２２が受ける放射線量がより少なくなることにつながる。再構成画像の正規化のために使用され、通常はＸ線ビーム１６の最も端の位置にある基準チャネル１１２は、狭いビーム１１０で提供される２５ｃｍのスキャン撮影領域では、検出器チャネル８８のより近くに割り当てられる。しかし、ビームがより狭いため、テーブル４６によりこれらの基準チャネルは妨害されてしまう。基準チャネルからのデータは、Ｘ線管１４のｍＡ電流信号をスキャンビーム・データのヘッダ内に記録し、基準チャネルのデータをこのｍＡ電流信号に従って正規化することにより補正される。この正規化は画像再構成装置３４により実行してもよいし、コンピュータ３６により実行してもよい。
【００３１】
実施の一形態では、本明細書で開示する特徴を有するＣＴスキャナ１０を利用して対象物すなわち患者２２の画像を作成するために、患者２２をテーブル４６上に位置させるなどにより、Ｘ線源１４と検出器アレイ１８のセルとの間に患者を位置決めする。Ｘ線ビーム１６はこの患者に向けて投射される。選択した検出器セルとデータ収集チャネルとの結合を選択的に構成変更する。例えば、オペレータ・コンソール４０上のスイッチを、マルチプレクサのグループに対してある１つの状態を選択するように設定する。この構成変更により、通常であれば患者２２の小さな部位（例えば、患者２２の頭部８２）の撮影では使用されないようなＤＡＳ３２のデータ・チャネルを使用して、追加の画像スライスが処理される。この構成変更が可能となるのは、小さい対象物の画像を作成する場合には方位角方向の範囲を狭めた検出器アレイ１８からのデータを処理するだけで十分だからである。選択的な方向変更に対応するためには、ＤＡＳ３２からのデータを画像再構成装置３４により組み立て直して画像スライスを再構成する。
【００３２】
本発明の様々な実施形態に関する上述の記載から、本発明の目的が達成されることは明白であろう。本発明を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明および例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図ではないことを明瞭に理解されたい。さらに、本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガントリと共に回転する「第３世代」システムである。検出器素子が個々に補正され所与のＸ線ビームに対して実質的に均一の応答を提供できるならば、検出器が全周の静止した検出器でありかつＸ線源のみがガントリと共に回転する「第４世代」システムを含め、別の多くのＣＴシステムも使用可能である。さらに、本明細書の実施形態は、アキシャル・スキャンまたはヘリカル・スキャンのいずれかを実施させるシステムで使用することができる。したがって、本発明の精神及び範囲は、添付の特許請求の範囲によって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴ画像作成システムの外観図である。
【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】図３に示す検出器モジュールの斜視図である。
【図５】図４の検出器モジュールに対する４スライス・モードでの様々な構成を表した模式図である。
【図６】本発明の実施形態の説明に有用となるように簡略化した、バックプレーン及びデータ収集システムの実施形態のブロック図である。
【図７】図１の画像作成システムの検出器アレイが患者の胸部についての画像データを収集している様子を表わす模式図である。
【図８】図１の画像作成システムの検出器アレイが患者の頭部についての画像データを収集している様子を表わす模式図である。
【図９】図６の実施形態で、データ収集システムの変換器ボードに対する第１の選択状態での入力構成とした場合のブロック図である。
【図１０】図６の実施形態で、データ収集システムの変換器ボードに対する第２の選択状態での入力構成とした場合のブロック図である。
【符号の説明】
１０  コンピュータ断層（ＣＴ）画像作成システム
１２  ガントリ
１４  Ｘ線管
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器アレイ
２０  検出器素子
２２  対象物
２４  回転中心
２６  制御機構
３２  データ収集システム
７０  バックプレーン
７２  ＤＡＳ変換器ボード
７４  周辺バックプレーン区画
７６  中央バックプレーン区画
７８  周辺バックプレーン区画
８０  患者の胸部
８２  患者の頭部
８４  周辺方位角方向領域
８６  周辺方位角方向領域
８８  中央方位角方向領域
１０６  データ線
１０８  マルチプレクサ
１１２  基準チャネル
【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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