(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の投影データを得る立体式計算機式断層撮影ＶＣＴシステムであって、  特定のアキシャル方向撮像範囲を成すＸ線が前記物体に入射するようにＸ線を投射するＸ線源と、
各々がそれに入射したＸ線に応答して電気信号を発生する複数の検出器素子のアレイを含んでいて、前記物体を通過したＸ線を受け取るエリア型検出器であって、前記Ｘ線源及び当該エリア型検出器が、特定の走査時間中に前記物体と前記Ｘ線源との間及び前記物体と当該エリア型検出器との間に相対的な回転運動を発生するガントリの一部として構成されており、前記Ｘ線は、前記ガントリが前記物体の周りを回転している間に当該エリア型検出器により所与の数のビューが取得されるように前記物体に投射される、エリア型検出器と、
前記エリア型検出器の少なくとも複数の検出器素子と連絡しており、幾つかの検出器素子により発生されるいずれの電気信号が任意の特定の時刻に前記検出器素子から出力されるかを選択するように選択的に制御される切り換え装置と、
前記切り換え装置と連絡している複数のアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣであって、前記切り換え装置は、前記検出器素子により発生される電気信号をディジタル信号への変換のために特定のアナログ・ディジタル変換器へ選択的に出力させて、これにより、前記切り換え装置は、前記投影データから再構成される画像の空間分解能を制御するように選択的に制御される、複数のアナログ・ディジタル変換器とを備えており、  所与の撮像応用のために前記物体について最適な撮像プロトコルを得るように、アキシャル方向撮像範囲、走査時間、ビューの数及び空間分解能のうち少なくとも１つが変化させられる立体式計算機式断層撮影システムであって、
前記切り換え装置はマルチプレクサ装置であり、該マルチプレクサ装置及び前記アナログ・ディジタル変換器は、前記立体式計算機式断層撮影システムのデータ取得構成要素を構成しており、  前記システムは、制御アルゴリズムを実行するコンピュータを更に含んでおり、該コンピュータは、前記物体の走査手順中に前記制御アルゴリズムを実行するときに、前記所与の撮像応用のために前記物体について前記最適な撮像プロトコルを得るように、アキシャル方向撮像範囲、走査時間、ビュー角度の数及び空間分解能の前記少なくとも１つのうちのいずれを変化させるべきかを決定すると共に、
走査時間が一定に保たれるときに、前記ガントリが前記物体の周りを回転している間に前記エリア型検出器により前記物体から取得されるビューの数を減少させるならば空間分解能を高め且つアキシャル方向撮像範囲を広げることができ、前記制御アルゴリズムを実行する前記コンピュータは、走査時間を一定に保ちながら、どの程度前記ビューの数を減少させるべきか、どの程度空間分解能を高め得るか、及び／又はどの程度アキシャル方向撮像範囲を広げ得るかを決定する立体式計算機式断層撮影システム。
【請求項２】
物体の投影データを得る立体式計算機式断層撮影ＶＣＴシステムであって、  特定のアキシャル方向撮像範囲を成すＸ線が前記物体に入射するようにＸ線を投射するＸ線源と、
各々がそれに入射したＸ線に応答して電気信号を発生する複数の検出器素子のアレイを含んでいて、前記物体を通過したＸ線を受け取るエリア型検出器であって、前記Ｘ線源及び当該エリア型検出器が、特定の走査時間中に前記物体と前記Ｘ線源との間及び前記物体と当該エリア型検出器との間に相対的な回転運動を発生するガントリの一部として構成されており、前記Ｘ線は、前記ガントリが前記物体の周りを回転している間に当該エリア型検出器により所与の数のビューが取得されるように前記物体に投射される、エリア型検出器と、
前記エリア型検出器の少なくとも複数の検出器素子と連絡しており、幾つかの検出器素子により発生されるいずれの電気信号が任意の特定の時刻に前記検出器素子から出力されるかを選択するように選択的に制御される切り換え装置と、
前記切り換え装置と連絡している複数のアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣであって、前記切り換え装置は、前記検出器素子により発生される電気信号をディジタル信号への変換のために特定のアナログ・ディジタル変換器へ選択的に出力させて、これにより、前記切り換え装置は、前記投影データから再構成される画像の空間分解能を制御するように選択的に制御される、複数のアナログ・ディジタル変換器とを備えており、  所与の撮像応用のために前記物体について最適な撮像プロトコルを得るように、アキシャル方向撮像範囲、走査時間、ビューの数及び空間分解能のうち少なくとも１つが変化させられる立体式計算機式断層撮影システムであって、
前記切り換え装置はマルチプレクサ装置であり、該マルチプレクサ装置及び前記アナログ・ディジタル変換器は、前記立体式計算機式断層撮影システムのデータ取得構成要素を構成しており、  前記システムは、制御アルゴリズムを実行するコンピュータを更に含んでおり、該コンピュータは、前記物体の走査手順中に前記制御アルゴリズムを実行するときに、前記所与の撮像応用のために前記物体について前記最適な撮像プロトコルを得るように、アキシャル方向撮像範囲、走査時間、ビュー角度の数及び空間分解能の前記少なくとも１つのうちのいずれを変化させるべきかを決定すると共に、
走査時間が一定に保たれるときに、空間分解能を低くし且つ／又はアキシャル方向撮像範囲を狭めるならば前記エリア型検出器により取得されるビューの数を増大させることができ、前記制御アルゴリズムを実行する前記コンピュータは、走査時間を一定に保つために、どの程度前記ビューの数を増大させ得るか、どの程度空間分解能を低くすべきか、及び／又はどの程度アキシャル方向撮像範囲を狭めるべきかを決定することを特徴とする立体式計算機式断層撮影システム。
【請求項３】
物体の投影データを得る立体式計算機式断層撮影ＶＣＴシステムであって、  特定のアキシャル方向撮像範囲を成すＸ線が前記物体に入射するようにＸ線を投射するＸ線源と、
各々がそれに入射したＸ線に応答して電気信号を発生する複数の検出器素子のアレイを含んでいて、前記物体を通過したＸ線を受け取るエリア型検出器であって、前記Ｘ線源及び当該エリア型検出器が、特定の走査時間中に前記物体と前記Ｘ線源との間及び前記物体と当該エリア型検出器との間に相対的な回転運動を発生するガントリの一部として構成されており、前記Ｘ線は、前記ガントリが前記物体の周りを回転している間に当該エリア型検出器により所与の数のビューが取得されるように前記物体に投射される、エリア型検出器と、
前記エリア型検出器の少なくとも複数の検出器素子と連絡しており、幾つかの検出器素子により発生されるいずれの電気信号が任意の特定の時刻に前記検出器素子から出力されるかを選択するように選択的に制御される切り換え装置と、
前記切り換え装置と連絡している複数のアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣであって、前記切り換え装置は、前記検出器素子により発生される電気信号をディジタル信号への変換のために特定のアナログ・ディジタル変換器へ選択的に出力させて、これにより、前記切り換え装置は、前記投影データから再構成される画像の空間分解能を制御するように選択的に制御される、複数のアナログ・ディジタル変換器とを備えており、  所与の撮像応用のために前記物体について最適な撮像プロトコルを得るように、アキシャル方向撮像範囲、走査時間、ビューの数及び空間分解能のうち少なくとも１つが変化させられる立体式計算機式断層撮影システムであって、
前記切り換え装置はマルチプレクサ装置であり、該マルチプレクサ装置及び前記アナログ・ディジタル変換器は、前記立体式計算機式断層撮影システムのデータ取得構成要素を構成しており、  前記システムは、制御アルゴリズムを実行するコンピュータを更に含んでおり、該コンピュータは、前記物体の走査手順中に前記制御アルゴリズムを実行するときに、前記所与の撮像応用のために前記物体について前記最適な撮像プロトコルを得るように、アキシャル方向撮像範囲、走査時間、ビュー角度の数及び空間分解能の前記少なくとも１つのうちのいずれを変化させるべきかを決定すると共に、
アキシャル方向撮像範囲が一定に保たれるときに、空間分解能を高め且つ／又は走査時間を短縮しながら前記エリア型検出器により取得される前記ビューの数を減少させることができ、前記制御アルゴリズムを実行する前記コンピュータは、アキシャル方向撮像範囲を一定に保つために、どの程度前記ビューの数を減少させるべきか、どの程度空間分解能を高め得るか、及び／又はどの程度走査時間を短縮すべきかを決定することを特徴とする立体式計算機式断層撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機式断層撮影（ＣＴ）に関し、より具体的には、特定の応用について走査手順を最適化するために、分解能、走査速度、アキシャル方向の撮像範囲（患者の撮像されている広さ）、及びエリア型検出器に関連するその他のパラメータを変化させることを可能にする立体式（volumetric）ＣＴ走査システム用の装置及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
計算機式断層撮影（ＣＴ）は、患者をＸ線で照射し、患者の身体の部分のディジタルＸ線投影データを取得し、該ディジタルＸ線投影データを処理すると共に逆投影して画像を形成した後に、画像をＣＴシステムの表示モニタ上に表示することを一般に含んでいる手法である。ＣＴシステムは典型的には、ガントリ、テーブル、Ｘ線管、Ｘ線検出器アレイ、コンピュータ及び表示モニタを含んでいる。コンピュータはガントリの制御器に命令を送って、制御器が特定の回転速度でＸ線管及び／又は検出器アレイを回転させるようにする。
【０００３】
第３世代ＣＴシステムにおいては、検出器アレイとＸ線管との間に患者の身体を巡る相対的な回転運動が発生される。この相対的な回転運動が発生されている間に、コンピュータは、Ｘ線管及び検出器アレイによって実行されるデータ取得処理を制御してディジタルＸ線画像を取得する。次いで、コンピュータは、再構成アルゴリズムを実行することによりディジタルＸ線画像データを処理すると共に逆投影して、再構成されたＣＴ画像を表示モニタに表示する。
【０００４】
今日利用されている多くのＣＴシステムは、ガントリ内に設けられている単一の行から成る検出器を用いており、この検出器を通常、検出器素子のリニア型アレイと呼ぶ。先進的なＣＴシステムは、検出器の２つ乃至４つのリニア型アレイを用いて多数行(multi-row) 型検出器を構成している。両検出器構成とも螺旋走査プロトコルと共に用いることができるが、多数行型検出器であればＣＴシステムの螺旋ピッチを増大させることにより相対的に短い時間で患者の所定のアキシャル方向撮像範囲を走査することができるので、患者の走査が容易になる。螺旋ピッチは典型的には、ガントリの１回転の間での患者を支持しているテーブルの変位の検出器ピッチに対する比として定義されている。例えば、１の螺旋ピッチは、ＣＴシステムのＣＴガントリの１回転中に検出器のピッチに等しい量だけ患者テーブルを並進させることを指す。
【０００５】
多数行型検出器の利用によって、患者の１回の保息（すなわち撮像されている患者の部分の運動を最小化するように走査中に患者が呼吸を止めていられる時間）で全器官走査を達成することが可能になることにより、走査プロトコルに変革がもたらされる。
【０００６】
Ｘ線撮像の分野での技術の進歩により、典型的にはエリア型検出器(area detector) と呼ばれるディジタル式検出器アレイが出現している。エリア型検出器は、数百ミクロン程度の寸法を有する個々の検出器素子（ピクセル）から成る矩形の格子である。矩形の検出器格子は、１辺当たり数千のピクセルを有し得る。ＣＴシステムにおいてエリア型検出器が用いられている場合には、ＣＴシステムは典型的には、立体式ＣＴシステム又はＶＣＴシステムと呼ばれる。このエリア型検出器技術は、平面放射線撮像法について最新の施設での臨床環境においてはＸ線フィルムに取って代わりつつあり、これにより、Ｘ線管及び検出器の何らかの配向において患者を通過したＸ線ビームの減衰に対応する患者の単一の２次元画像を作成している。結果として、これらの施設は「フィルムレス（filmless）」放射線医学部門へ移行しつつある。
【０００７】
エリア型検出器技術の１つの重要な利点は、走査時間の短縮が可能であることである。完全な器官に相当するアキシャル方向撮像範囲をガントリの１回転で得ることができる。対照的に、同じアキシャル方向撮像範囲を達成するためには、多数行型ＣＴシステムを利用したガントリでは多数回の回転が必要になる。当業界で広く知られていることとして、エリア型検出器技術を用いると、追加のデータを取得して数学的に完全なデータ集合を形成する必要がある。しかしながら、この追加のデータは、典型的にはスカウト走査と呼ばれる患者の単一の線形走査で取得することができる。一般的に述べると、患者のスカウト走査は典型的には、アキシャル・スキャンが開始する前に取得されて、患者がＶＣＴスキャナ内で適正に配置されていることを保証する。これにより、患者の適当なアキシャル方向撮像範囲が走査されるものと保証される。従って、一般に、エリア型検出器技術を用いると１乃至２のオーダーの大きさで患者の走査時間を短縮することが可能になる。
【０００８】
検出器素子は有限の寸法又は分解能を有しているので、ＣＴ画像の１つの特性は画像の空間分解能であり、この空間分解能を典型的には画像の平面内分解能と呼んでいる。平面内分解能は、検出器の分解能及びＣＴイメージング・システムの物理的な幾何形状からの影響を受ける。多数行型検出器技術を用いて収集されるデータのＣＴ再構成の平面内分解能は０．５ミリメートル程度である。分解能を実効的に高めるためのオーバスキャン手法を用いていないと仮定して、アキシャル分解能は１．２５ｍｍといった高分解能にすることができる。エリア型検出器アレイ内の個々の検出器素子は、同等の多数行型検出器アレイよりも大きさのオーダーとして小さい分解能を有し得る。結果として、エリア型検出器技術を用いて収集されたデータから再構成されるＣＴデータの平面内分解能もまた、多数行型検出器技術を用いて収集されたデータから算出される再構成よりも大きさのオーダーとして小さくすることができる。
【０００９】
エリア型検出器アレイ内の個々の検出器素子は全体的に正方形であるので、再構成される容積（ボリューム）は等方的なボクセル分解能を有し、すなわち、ＣＴ再構成の平面内分解能が再構成のアキシャル分解能に一致する（すなわち、ＣＴ再構成の実効的なスライス厚が検出器の有限の寸法に正比例的に関係する。）。換言すると、検出器素子が正方形であるので、再構成される容積での個々のアキシャルＣＴ画像の平面内分解能とスライス厚とが等しくなる。この再構成されたデータの特性から、データを編成し直して、幾つかのアキシャル平面上で再構成されていたデータのサジタル・ビュー及びコロナル・ビューを、編成し直したデータに分解能の損失を生ずることなく形成することが可能になる。
【００１０】
一般に、リニア型検出器又は多数行型検出器は正方形ではない。通常、再構成される画像のスライス厚又はアキシャル分解能は、平面内分解能よりも粗い。一般に好ましい配向である患者のアキシャル画像を観察すると、両次元での分解能は同一である。しかしながら、サジタル断面又はコロナル断面でデータを編成し直すことにより、観察者は画像の水平分解能と垂直分解能とが等しくないことに気付く。臨床医学界は高分解能撮像の可能性及び柔軟性を予見していなかったため、エリア型検出器技術を用いて得られる放射線画像から再構成されるデータの等方的なボクセル分解能の肯定的な効果は未だ認識されていない。
【００１１】
今日の医用ＣＴシステムは、例えば走査時間、アキシャル方向撮像範囲及び／又は空間分解能等のパラメータの間の代償関係（trade-off）を活用してエリア型検出器技術の効用を最適化し得るような態様を考慮に入れていない。走査時間は、患者がＸ線で照射されている時間である。アキシャル方向撮像範囲は、ＣＴ検査中に撮像されている患者にＸ線源によって投射される範囲の広さである。空間分解能は、再構成される画像におけるピクセル素子の寸法であり、ここでは平面内分解能及び／又はアキシャル分解能を表わすものとして用いる。空間分解能は、検出器素子の寸法及びＣＴガントリの幾何構成からの影響を受ける。
【００１２】
従って、エリア型検出器技術を利用した方法及び装置であって、所与の応用についてエリア型検出器技術の最適な動作モードを選択するために上述のような代償関係を考慮に入れている方法及び装置に対する必要性が存在している。これらのような代償関係を考慮に入れると共に、最も適切な代償関係に対応する動作モードを選択することにより、所与の応用について走査手順を最適化することができ、このことについて以下で詳述する。
【００１３】
【発明の概要】
本発明は、立体式計算機式断層撮影（ＶＣＴ）システムに用いられる方法及び装置を提供する。ＶＣＴシステムは、Ｘ線源、エリア型検出器、並びに特定の走査時間中に物体とＸ線源及びエリア型検出器との間に相対的な回転運動を発生するガントリを含んでいる。ＶＣＴシステムはまた、データ取得構成要素及び読み出し電子回路を含んでいる。Ｘ線源は、物体上にＸ線の特定のアキシャル方向撮像範囲が生ずるような方式でガントリが回転している間に物体にＸ線を投射する。検出器素子は、素子に入射したＸ線に応答して電気信号を発生する。検出器素子と連絡している切り換え装置が選択的に制御されて、検出器の幾つかの検出器素子によって発生されるいずれの電気信号が任意の特定の時刻に検出器素子から出力されて、電気信号をディジタル信号へ変換する幾つかのアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）へ送られるかを選択する。この態様で切り換え装置を選択的に制御することにより、再構成される画像の空間分解能を、まとめてＡＤＣへ送られる検出器素子信号の数を変化させるのを可能にすることにより選択的に制御することができる。また、例えばアキシャル方向撮像範囲、走査時間、及びガントリが回転している間にエリア型検出器によって取得されるビューの数等のようなその他の走査パラメータも同様に変化させることができる。これらの走査パラメータのうち幾つかのものの間に代償関係を成立させることにより、患者の走査を所与の撮像応用について最適化することができる。
【００１４】
本発明のこれらの特徴及び利点並びにその他の特徴及び利点は、以下の記載、図面及び特許請求の範囲から当業者には明らかとなろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の利点の幾つかを説明し、本発明の様々な特徴を明確に証明するために、従来技術の幾つかをここで議論する。例えば、リニア型検出器アレイを用いたシングル・スライス式ＣＴスキャナは、患者のアキシャル方向で可変のスライス厚が得られるようにプリ・ペイシェント・コリメータを設けている。しかしながら、このようなスキャナの平面内分解能は一般的には、構成設定(configuration) が可能でない。マルチ・スライス式ＣＴスキャナは、幾つかの列を成すリニア型検出器を組み合わせてガントリの各々のビュー角度においてＸ線投影データを取得し、幾つかのスライスを再構成する。これらのシステムの殆どのものは、特殊化されたサーキットリを含んでおり、利用者がアキシャル方向のスライス厚を変化させることを可能にしている。この場合にも、これらのシステムの平面内分解能を変化させることは一般的には可能でない。
【００１６】
立体式ＣＴ（ＶＣＴ）スキャナにおいてエリア型検出器技術を利用することにより、特定の撮像応用についてデータ取得プロトコルを最適化することが可能になる。より明確に述べると、例えば、患者の走査時間と、平面内分解能と、アキシャル分解能と、アジマス方向サンプリングと、当該ＶＣＴスキャナによって達成可能な撮像範囲との間の代償関係を選択する又は決定することができる。これらのような代償関係は、現在までのところ具現化されていない。従って、当業者には理解されるように、未だエリア型検出器技術の全ての利点が発見され具現化され尽くしている訳ではない。
【００１７】
エリア型検出器技術は検出器素子の高分解能２次元（２Ｄ）矩形格子を提供しており、この技術は一般的には、検出器寸法が通常対称であるため等方的な画像再構成を可能にしている。検出器素子は対称である方が望ましいが、この要件が本発明に必須である訳ではない。
【００１８】
前述のように、既存のＣＴ検出器技術においては、リニア型検出器アレイ又は多数行型検出器アレイを用いてＸ線投影データを取得する際のアキシャル方向のスライス厚を指定する、すなわち変化させることが可能である。しかしながら、平面内分解能は一般的には調節可能でない。従って、等方的なボクセル寸法で３次元（３Ｄ）再構成を生成することは可能でない。これらの技術は幾つかの制限を有しており、その最も重要なものは、患者のコロナル平面及びサジタル平面に沿って、再構成されたデータを編成し直すと、編成し直された２次元データの分解能が変化することである。再構成された３次元データ集合を利用するサーフェス・レンダリング手法及びボリューム・レンダリング手法もまた、データのこの性質によって制限される。
【００１９】
ＶＣＴシステムにおいてエリア型検出器を用いることにより、今日入手可能な既存のシングル・スライス式スキャナ又はマルチ・スライス式スキャナと比較した場合に、遥かに短い時間で患者の広い領域にわたってＸ線投影データを取得することが可能になる。エリア型検出器技術の空間分解能は、リニア型検出器技術又は多数行型検出器技術によって得られるものよりも大きさのオーダーとして良好なものとすることができる。加えて、エリア型検出器は、マルチ・スライス型検出器よりも多い行を成す検出器素子を有しており、殆どの場合に、２乃至３のオーダーの大きさで多い行を有している。エリア型検出器における相対的に高い分解能及び相対的に多い行を成す検出器素子は多くの利点を有しているが、また、検出器素子の数が多いため所与の走査時間でガントリの各々のビュー角度においてエリア型検出器内の各々のセルの信号をディジタル化する場合には大きな困難を来す。このことについて以下に詳述する。
【００２０】
エリア型アレイ検出器技術は一般的には、各々の検出器素子を順に読み出し得るように記憶ダイオード(storage diode)  技術を利用している。各々の検出器素子は、この特定の素子に入射したＸ線エネルギに関係する信号を積分して、この情報を記憶する。次いで、本発明によれば、検出器素子の信号は、マルチプレクサ及びアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて順にディジタル化される。この構成によって、検出器アレイ全体の信号をディジタル化するのに必要なデータ取得システム６の読み出し電子回路の複雑さがかなり抑えられる。アナログ・スイッチを用いて特定のＡＤＣに向けて多重化される素子の数を変化させることにより、特定の応用に合わせてディジタル検出器の分解能を構成設定することが可能になる。
【００２１】
例えば、検出器素子の幾つかの群を選択的にまとめることにより（可変分解能）、データ取得システム６によって取得される投影データの各々のビューについてのパネルの読み出し時間が短縮し（可変走査時間）、これらのことは例えば患者又は器官の運動が問題となるような撮像応用には必須であり得る。加えて、Ｘ線ビームが適切にコリメートされていれば、ガントリの各々のビュー角度において検出器アレイの一部のみがＸ線に照射される（すなわち可変撮像範囲）。分解能、走査時間及び／又はスキャナのアキシャル方向撮像範囲を特定の走査プロトコルの目的に合うように変化させることが可能である。しかしながら、本発明の方法及び装置を達成し得る態様を説明する前に、図１を参照しながら本発明のＶＣＴシステムの一般的な説明を行なう。
【００２２】
図１は、本発明の方法及び装置を具現化するのに適した立体式ＣＴ走査システムのブロック図である。この立体式ＣＴ走査システムは、患者の解剖学的な特徴の画像を再構成する際の利用に関して説明されるが、本発明は如何なる特定の物体の撮像にも限定されていないことを理解されたい。当業者であれば理解されるように、本発明を工業的プロセスに用いてもよい。加えて、本発明は医用ＣＴ設備に限定されている訳ではなく、走査時間中に物体を回転させながらＸ線源及び検出器の幾何的関係は固定されているような工業的システムも含んでいる。
【００２３】
立体式ＣＴ走査システムでは、患者等の物体の周りにガントリを回転させて投影データを取得する。コンピュータ１がこの立体式ＣＴ走査システムの動作を制御している。ガントリの回転についてここで参照する場合には、この文言は、Ｘ線管２の回転、及び／又は好ましくは高分解能エリア型検出器である検出器３の回転を指すものとする。Ｘ線管２及びエリア型検出器３は、ガントリに含まれている。制御器４Ａ及び４Ｂは、立体式ＣＴ走査システムのコンピュータ１によって制御され、Ｘ線管２及び検出器３にそれぞれ結合されている。制御器４Ａ及び４Ｂは、Ｘ線管２及び／又は検出器３に対して適当な相対的な回転運動が付与されるようにする。尚、個別の制御器が必要な訳ではない。単一の制御器構成要素を用いてガントリを回転させてもよい。また、コンピュータ１は、本発明の方法を具現化するための画像走査時間、画像分解能及び／又はアキシャル方向撮像範囲の変化を制御することにも留意されたい。
【００２４】
コンピュータ１は、検出器３をいつサンプリングすべきかについてデータ取得システム６に指示を与えると共にガントリの速度を制御することによりデータ取得処理を制御する。加えて、コンピュータ１はデータ取得システム６に指示を与えて、エリア型検出器３によって得られる放射線画像の分解能を構成設定し、これにより、システムの分解能を変化させることを可能にする。データ取得システム６は、図示のように読み出し電子回路を含んでおり、システムの分解能を変化させ得るような方式で読み出し電子回路を制御することができる。このことについては後に詳述する。
【００２５】
エリア型検出器３は、検出器素子（図示されていない）のアレイで構成されている。各々の検出器素子が、該検出器素子に入射したＸ線エネルギの量に関係する強度値を該検出器素子に関連付けて測定する。本発明の装置及び方法が立体式ＣＴ走査システムに組み込まれる場合には、新規の立体式ＣＴ走査システムが形成される。従って、本発明はまた、新規の立体式ＣＴ走査システムを提供するものでもある。
【００２６】
また、本発明は、データ取得を実行して本発明の目的業務を処理するための如何なる特定のコンピュータにも限定されていないことに留意されたい。ここで用いる場合の「コンピュータ」という用語は、本発明の目的業務を実行するのに必要な演算すなわち計算を実行することが可能な任意の機械を指すものとする。従って、本発明の制御アルゴリズム１０を実行するのに用いられるコンピュータは、必要な目的業務を実行することが可能な任意の機械であってよい。
【００２７】
ここで、本発明によるディジタル式エリア型検出器技術の利点及び柔軟性を証明するために幾つかの撮像シナリオについて議論する。例えば、検出器パネル全体を用いて患者の高分解能走査が取得される場合には、この動作モードは、２次元アレイ内の各々の検出器素子の信号をアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）によってディジタル化する必要があるので、ＶＣＴシステムの走査速度を相対的に低速にすることを要求する。好ましくは、この目的のために複数のＡＤＣを利用するので、各々の検出器素子からの信号をディジタル化するのに必要な時間は極端には長くならない。
【００２８】
Ｘ線ビームのアキシャル方向撮像範囲を制限することにより、相対的に少ない信号をディジタル化すればよくなるので、走査時間すなわち患者の目標領域を走査するのに必要な時間を短縮することが可能になる。同じアキシャル方向撮像範囲を仮定すると、幾つかの検出器素子をＡＤＣに向けて多重化することにより患者の走査時間は更に短縮する。しかしながら、この場合には、幾つかの検出器素子の出力がまとめて多重化されてＡＤＣへ出力されるので、取得される投影データの分解能もまた低下する。
【００２９】
また、アジマス方向サンプリングを減少させることにより（すなわち、患者が走査されている間に取得されるＸ線投影の数を減少させることにより）、患者の走査時間を短縮することも可能である。換言すれば、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を減少させる。このアプローチは画質の問題を引き起こす。言うまでもなく、画質の低下を許容し得る撮像応用もあれば、許容しない撮像応用もある。
【００３０】
所与の走査時間については、空間分解能と患者のアキシャル方向撮像範囲との兼ね合いを取ることが可能である。換言すれば、所与の走査時間内に、アキシャル方向撮像範囲を狭めて高分解能のデータを取得することが可能である。代替的には、相対的に広いアキシャル方向撮像範囲にわたって低分解能のデータを取得することも可能である。これらの例では、ディジタル化されるべきチャネルの実効的な数は不変のままであるので走査時間を一定に保つことができる。本質的に、必要なだけ多数の信号をまとめて多重化して、ディジタル化されるべき信号の総数を一定に保つようにする。このシナリオを図２に示す流れ図によって表わす。ブロック１２で示すように、一旦、走査時間が選択されたら、ブロック１３で示すように、特定の走査時間及び応用に必要とされる分解能及びアキシャル方向撮像範囲を決定することができる。分解能とアキシャル方向撮像範囲との間の代償関係を成立させ得る態様については後に詳述する。
【００３１】
一旦、これらの変数を選択する及び／又は決定したら、ブロック１４で示すように、ＶＣＴシステムによって取得された投影データを再構成する。この形式の投影データを再構成し得る態様は当業界で公知である。当業者であれば理解されるように、再構成を実行するのに適した様々なアルゴリズムが公知である。例えば、Feldkampのアルゴリズムはこの目的に適い、当業界で周知である。
【００３２】
以下の各シナリオで、特定の撮像パラメータを一定に保ちながら、すなわち特定のパラメータを変化させずに成立させ得る基本的な代償関係の幾つかを説明する。
【００３３】
［１］走査時間を選択する（すなわち変化させない）場合：
一定の走査時間を維持する場合には、空間分解能を高めることを優先させてアキシャル方向撮像範囲を代償にすることができ、すなわち換言すればアキシャル方向撮像範囲を狭めることができる。逆に、アキシャル方向撮像範囲を広げることを優先させて空間分解能を代償にすることができ、すなわち換言すれば空間分解能を低くすることができる。
【００３４】
代替的には、空間分解能を高め且つ／又はアキシャル方向撮像範囲を広げながら走査時間を一定に保つこともできるが、このようにする場合には、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を減少させる必要がある。更に、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を増大させながら走査時間を一定に保つこともできるが、このようにする場合には、空間分解能を低くし且つ／又はアキシャル方向撮像範囲を狭める必要がある。
【００３５】
［２］アキシャル方向撮像範囲が一定の場合：
走査時間を延長し且つ空間分解能を高めながら一定のアキシャル方向撮像範囲を維持することができる。逆に、走査時間を短縮し且つ空間分解能を低くすれば一定のアキシャル方向撮像範囲を維持することができる。
【００３６】
代替的には、空間分解能を高め且つ／又は走査時間を短縮しながらアキシャル方向撮像範囲を一定に保つこともできるが、このようにする場合には、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を減少させる必要がある。更に、空間分解能を低くし且つ／又は走査時間を延長する場合には、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を増大させながらアキシャル方向撮像範囲を一定に保つことができる。
【００３７】
［３］空間分解能が一定の場合：
走査時間を延長すれば一定の空間分解能を維持することができる。この場合には、空間分解能を変化させずにアキシャル方向撮像範囲を広げることもできる。逆に、所与の空間分解能について、走査時間を短縮する場合には、アキシャル方向撮像範囲を狭めて、ＡＤＣによってディジタル化される検出器信号が一定に保たれるようにすることができる。
【００３８】
代替的には、アキシャル方向撮像範囲を広げ且つ／又は走査時間を短縮しながら空間分解能を一定に保つこともできるが、このようにする場合には、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を減少させる必要がある。更に、アキシャル方向撮像範囲を狭め且つ／又は走査時間を延長するならば、ガントリが患者の周りを回転している間に取得されるビューの数を増大させながら空間分解能を一定に維持することもできる。
【００３９】
本発明の概念の説明を容易にするために、また簡略化のために、以下ではガントリが回転している間に取得されるビューの数は一定に保たれるものと仮定する。但し、上の３つのシナリオから分かるように、ガントリが回転している間に取得されるビュー角度の数は、前述の代償関係の決定を下すときに考慮に入れることのできるもう１つのパラメータとなる。
【００４０】
シナリオ［１］は全体的に、走査時間が選択されて可変でない場合には、ブロック１２で示すように、空間分解能を高めることができるが、同じ時間でデータを取得するためにアキシャル方向撮像範囲を狭めなければならないことを示している。代替的には、走査時間が一定に保たれている、すなわち何らかの理由で可変でない場合（例えば、肺のように運動が存在する部位を走査する場合）に、アキシャル方向撮像範囲を広げることができるが、このようにすると、空間分解能は低くなる。幾つかの状況の下では両方の状態とも有用である。このシナリオを全体的に図２によって示す。図２は、走査時間を選択し、投影ビューの数が一定である場合には、ブロック１３で示すように、アキシャル方向撮像範囲及び空間分解能を決定しなければならないことを示している。走査時間が一定の場合には、空間分解能及びアキシャル方向撮像範囲は、互いに対して反比例的に関係する。従って、これらの変数のうちいずれか１つの変数を変更する場合には、走査時間を一定に保つために変数の間で適正な代償関係を成立させなければならない。これらの決定は、ＶＣＴシステムを操作する操作者が下してもよいし、又は制御アルゴリズム１０を実行するコンピュータ１等のコンピュータが下してもよい。一旦、適正な代償関係が成立したら、ブロック１４で示すように、決定された分解能で画像が再構成される。
【００４１】
シナリオ［２］は全体的に、特定のアキシャル方向撮像範囲を利用することが望ましい場合には、走査時間を延長することによりこれを達成することができ、すると、読み出し電子回路は検出器素子信号を読み出すための相対的に長い時間を有するので、空間分解能を高め得ることを示している。逆に、走査時間を短縮することにより特定のアキシャル方向撮像範囲を得ることができ、すると、同じＡＤＣに向けて多重化される検出器素子信号が相対的に多くなる。この結果、相対的に低い分解能の画像が得られる。このシナリオを全体的に図３によって示す。図３に示すように、ブロック１８で示すように特定のアキシャル方向撮像範囲が選択されたならば、コンピュータ又はシステム操作者のいずれかによって、ブロック１９で示すように分解能及び走査時間を選択するか又は決定することができる。特定の応用に望ましい走査プロトコルを達成するために、分解能と走査時間との間に代償関係を成立させることができる。一旦、投影データがディジタル化されたら、ブロック２０で示すように画像が再構成される。
【００４２】
シナリオ［３］は全体的に、選択された空間分解能が変化させられない、すなわち何らかの理由で一定に保たれる場合に、空間分解能を変化させずに走査時間を延長し且つアキシャル方向撮像範囲を広げ得ることを示している。但し、走査時間を特定の量だけ延長する場合には、アキシャル方向撮像範囲の適正な拡大量を選択するのに注意が必要である。本質的に、走査時間を延長させるならば、アキシャル方向撮像範囲を広げ得る量は、走査時間が延長された量によって制限される。対照的に、アキシャル方向撮像範囲を広げた場合には、選択された空間分解能を維持するために、走査時間を適正な量だけ延長させなければならない。
【００４３】
代替的には、空間分解能を変化させずに走査時間を短縮し且つアキシャル方向撮像範囲を狭めることもできる。この場合には、アキシャル方向撮像範囲を狭め且つ走査時間を短縮することにより特定の分解能を維持することができる。これは、相対的に短い時間で相対的に小さい面積を走査することを意味しており、この結果、前者の場合と同じ分解能を得ることができる。但し、一定の空間分解能を維持するためには、走査時間の短縮によってアキシャル方向撮像範囲を狭める量が制限される。同様に、一定の空間分解能を維持するためには、アキシャル方向撮像範囲の縮小によってやはり走査時間を短縮させる量が制限される。
【００４４】
このシナリオを図４の流れ図によって全体的に示す。ブロック２３で示すように、空間分解能が先ず選択される。次いで、ブロック２４で示すように、所望の空間分解能に基づいて走査時間及びアキシャル方向撮像範囲が決定されるか又は選択される。従って、所望の分解能を達成するために、所望の走査プロトコル及び特定の応用に従って走査時間とアキシャル方向撮像範囲との間に代償関係を成立させることができる。一旦、ＡＤＣによって投影データがディジタル化されたら、ブロック２５で示すように画像が再構成される。
【００４５】
これらのシナリオの各々が特定の応用での用途を有している。但し、上の各シナリオから分かるように、殆どの例で、特定の応用について動作モードを最適化するために幾つかのパラメータを優先させて他のパラメータを代償にしなければならない。以下の実例は、特定の応用について最適な走査シナリオを達成するためにこれらの代償関係を如何にして決定し、如何にして最適化し得るかを明らかにする助けになろう。
【００４６】
何らかのアキシャル方向撮像範囲を得るためにＸ線ビームをコリメートし得る態様は公知である。相対的に広いアキシャル方向撮像範囲を得る（例えば、同じ時間量で胸郭全体の画像を得る等）ことが望ましい場合には、走査時間を一定に保つならば相対的に大きいスライス厚を得なければならない。より多いデータを得るのであるから、データ取得システム６の読み出し電子回路は、同じ時間中に相対的に多くのデータが取得されるのでＡＤＣへ検出器素子信号を送る際に相対的に多くの検出器素子信号をまとめて配合しなければならない。このことはまた、相対的に多くの検出器素子信号をまとめて結合してＡＤＣへ送信するので、相対的に低い分解能に対応する。従って、コリメータ（図示されていない）は、この相対的に広いアキシャル方向撮像範囲を得るように拡開されるが、空間分解能は代償にされる。
【００４７】
対照的に、胸郭の低分解能画像が、より詳細に検査すべき関心のあるものを示している場合に、コリメータを狭めて、関心のある領域の相対的に高い分解能の画像を得て、患者への全照射線量を減少させることができる。相対的に少ないデータを取得すればよいので、検出器素子の信号をＡＤＣに向けて多重化する際に読み出し電子回路は然程多くの検出器素子の信号をまとめなくてもよい。従って、信号をまとめる多重化は、アキシャル方向撮像範囲の場合と同様に、所望の分解能を得るように制御される。アキシャル方向撮像範囲を狭めているので走査時間を延長する必要はなく、シナリオ［１］に整合する。
【００４８】
特定の応用のための臨床駆動器は、ＶＣＴシステムの正しい動作モードを予め決定することに留意することが重要である。また、走査時間が一定の場合には、アキシャル方向撮像範囲のために空間分解能を代償にすることも可能であるし、逆もまた可能であることに留意することが重要である。このようなシステムの利点の典型的な実例は、肺の小結節のスクリーニングのような応用である。スクリーニング検査では、最初の走査は、低分解能で胸郭全体を網羅する。この走査は相対的に広いアキシャル方向撮像範囲を必要とし、また単一回の保息中に患者を走査することが望ましいことから、走査時間を短縮する必要がある。これら両要因によって分解能は低下する。
【００４９】
小結節が検出されたら、胸郭の薄い断面（狭めたアキシャル方向撮像範囲）について高分解能走査を行なうことができる。高分解能画像を得るためには、特定のＡＤＣに向けて相対的に少ない検出器素子出力がまとめて多重化されるように、すなわち、読み出し電子回路が個々の検出器素子の出力を読み出すための相対的に長い時間を有するように、走査時間を延長することができる。但し、アキシャル方向撮像範囲を狭めることでチャネルの読み出しの増大が相殺されるようであれば、この場合には走査時間を短縮しても構わない。換言すれば、高分解能データをディジタル化するのに必要な時間の延長を相殺する分よりも大きい狭めたアキシャル方向撮像範囲によるディジタル化時間の短縮があるならば、走査時間を短縮すると同時に分解能を増大させ得る場合もある。
【００５０】
もう１つの実例として、ヘリカル・スキャン（螺旋走査）を行なうことができ、このときに、何らかの走査時間を維持しながらアキシャル方向撮像範囲を狭めることができる。これにより、読み出し電子回路は検出器素子信号を読み出すための相対的に長い時間を有する（同じＡＤＣに向けて相対的に少ない量の検出器素子信号を多重化すれば済む）ので、分解能を高めることが可能になる。
【００５１】
従って、本発明は、分解能及び／又はアキシャル方向撮像範囲のために走査速度を代償にすることを可能にする。同様に、走査速度及び／又はアキシャル方向撮像範囲のために分解能を代償にすることもできる。更に同様に、走査速度及び／又は分解能のためにアキシャル方向撮像範囲を代償にすることもできる。これらの代償関係は、現在までのところ、ＶＣＴ技術分野では認識されておらず、また具現化されてもいない。従って、エリア型検出器技術の利点は完全には理解されておらず、その完全な利点が活用されていない。尚、本明細書において空間分解能という文言に言及する場合には、平面内分解能及び／又はアキシャル分解能を意味することを意図していることに留意されたい。
【００５２】
幾つかの実施例に関して本発明が説明されていることに留意されたい。但し、本発明はこれらの実施例に限定されていない。例えば、３つのシナリオを説明したが、ＶＣＴシステムの適正な動作モードを得るために前述の各パラメータの代償関係を利用し得る態様の全てを包含している訳ではない。これらのシナリオは、本発明の概念、及び適正な走査プロトコルを達成するためにこれらの基本的なパラメータに代償関係を成立させ得る態様を説明するために議論されている。加えて、これらの代償関係は１つの走査プロトコルに限定されている訳ではなく、すなわち代償関係はアキシャル・スキャン用プロトコル（患者テーブルが走査時間中に移動しない）及びヘリカル・スキャン用プロトコルの両方に適用され得る。当業者は、これらの概念を利用して特定の応用に有用なその他のエリア型検出器の走査プロトコルを達成するために補外拡張し得る態様を理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  好適実施例による本発明の立体式ＣＴ走査システムを示すブロック図である。
【図２】  １つのシナリオに従って本発明の方法を示す流れ図である。
【図３】  もう１つのシナリオに従って本発明の方法を示す流れ図である。
【図４】  もう１つのシナリオに従って本発明の方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
２  Ｘ線管
５  テーブル
７  患者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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