(57)【要約】コーンビームＣＴスキャナにおける再構成は、非常に正確なテーブル面（１）の位置決定を要求する。異なるテーブル面（１）の位置からの順次の、並びに、螺旋の捕捉投影データ（２０）は組み合わされる。テーブル面（１）の材料に対するコントラスト材料から成る挿入物（１０）として製造される更なる位置マーカーは、テーブル面（１）に適用される。これら挿入物（１０）は、投影データからのテーブル面（１）の真の位置の決定を可能にする。この情報は、スキャナ機械工学を制御するか、再構成処理用の補正情報として使用され得る。
2004512082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調査されるべき対象物のＸ線透過画像を生成するようＸ線源及びＸ線検出器を含む調査ボアと、上記対象物を支持するよう第１の長手軸方向を有する細長いテーブル面とを有し、上記テーブル面は上記第１の長手軸方向において上記調査ボアの中に並進可能であり、上記テーブル面は較正目的のために上記テーブル面の材料に対するコントラスト材料から成る細長く相互に平行な挿入物を有し、上記コントラスト材料は上記テーブル面の上記材料と異なるＸ線減衰係数を有し、上記挿入物は第２の長手軸方向を有するＣＴ装置であって、
上記挿入物は、上記第２の長手軸方向を上記第１の長手軸方向に直角にして配置され、
上記第１の長手軸方向における上記挿入物の間隔は、上記第１の長手軸方向における上記Ｘ線検出器の寸法よりも小さいことを特徴とするＣＴ装置。
【請求項２】
上記挿入物は、略長方形の断面を有する、請求項１記載のＣＴ装置。
【請求項３】
全ての挿入物は、上記テーブル面の上記材料よりも高いＸ線減衰係数を有する、請求項１記載のＣＴ装置。
【請求項４】
上記Ｘ線透過画像上で任意の挿入物の位置の検出を実施する検出手段が設けられる、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のＣＴ装置。
【請求項５】
上記第１の長手軸方向において上記テーブル面の位置を較正する第１の較正手段が設けられる、請求項４記載のＣＴ装置。
【請求項６】
上記第１の長手軸方向及び上記第２の長手軸方向夫々に対して略直角な方向に上記テーブル面の位置を較正する第２の較正手段が設けられる、請求項４記載のＣＴ装置。
【請求項７】
上記透過画像の面に対して上記テーブル面の傾斜角を較正する第３の較正手段が設けられる、請求項４記載のＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、Ｘ線技術の分野、即ち、調査されるべき対象物のＸ線透過画像を生成するための、Ｘ線源及びＸ線検出器を有する調査ボアと、対象物を支持するための第１の長手軸方向を有する細長いテーブル面のテーブルとを有し、テーブル面は第１の長手軸方向に調査ボアの中に並進可能であり、テーブル面は較正目的のためにテーブル面の材料に対するコントラスト材料から成る、細長く相互に平行な挿入物を有し、上記コントラスト材料はテーブル面の材料と異なるＸ線減衰係数を有し、上記挿入物は第２の長手軸方向を有する、ＣＴ装置に関わる。
【０００２】
この種類のＣＴ装置は、米国第４，２３３，５０７号から公知である。ＣＴ装置は、異なる方向から捕捉されたＸ線透過画像に基づいて人体の内蔵の調査を実施するために一般的に使用される。人体は、様々な組織を有し、これら組織は、異なる減衰係数、従って異なる特有のＸ線吸収特性を有することで、互いから区別され得る。同様の放射線減衰係数を有する組織間を区別することができるようＣＴ装置を正確に較正することが重要である。公知のＣＴ装置では、調査テーブルは、対応する放射線減衰係数の正しい計算を実施するために、ハウンズフィールドの数を較正する較正手段を有する。この目的のため、幾つかの細長い挿入物がテーブル面に設けられ、各挿入物は、特定の組織特有の既知のＸ線減衰係数を有する。ＣＴ装置によって捕捉される診断データは、例えば、放射線治療のような更なる患者治療のためにしばしば使用される。従って、捕捉されたＸ線透過情報を患者のトポロジーに正しく割り当てることが重要である。この問題は、コーンビームＣＴ捕捉モードを使用するとき特に重要となる。このモードでは、Ｘ線透過画像を順次（ステップ・アンド・シュート）或いは螺旋捕捉で生成することが可能であり、テーブル面はＸ線露光中に絶えず並進される。
【０００３】
本発明は、テーブル面の位置決定の正確さが改善されたＣＴ装置を提供することを目的とする。本発明によるＣＴ装置は、挿入物が第２の長手軸方向を第１の長手軸方向に対して直角にして配置され、第１の長手軸方向における挿入物の間の間隔が第１の長手軸方向におけるＸ線検出器の寸法よりも小さいことを特徴とする。本発明は、テーブル面の位置が例えば、通常２ｍｍのオーダーである、ある公差を有する対応するポテンショメータの読み出しによって、ＣＴ装置のシステム内で定められるといった洞察に基づく。この公差を改善するために、ポテンショメータの読み出しをテーブル面の位置の粗較正として考慮し、挿入物の使用をテーブル面の位置の微調整として考慮することができる。このような挿入物は、第１の長手軸方向において相互間に先験的に既知の寸法及び間隔を有する。
【０００４】
コーンビームＣＴ装置では、検出素子のアレイを有する二次元のＸ線検出器を使用する。従って、この捕捉モードに関して、第１の長手軸方向における最大の空間解像度（即ち、最小の空間不確実性）は、この方向における検出素子の大きさに等しくなる。データが捕捉された後、透過画像を再構成するために背面投射が実施される。この画像再構成は、Ｘ線検出器が第１の長手軸方向において有限の大きさを有するため第１の長手軸方向における検出素子のアレイ全体からの信号を使用し、捕捉はコーンビームで実施される。再構成が実施された後、テーブル面の座標が各結果として生ずる画像に定められる。テーブル面の位置決定を改善するために挿入物が使用される。従って、第１の長手軸方向における挿入物の間隔は、同方向における検出器の大きさよりも小さくなくてはならない。挿入物の大きさ及び間隔に対する絶対値は、挿入物内の実際のＸ線吸収量と高い空間解像度との間の折り合いによって決定される。挿入物の断面の大きさも挿入物の材料によって決定される。一般的に、挿入物の間隔は、５ｍｍ乃至２０ｍｍの範囲にある。挿入物の寸法及び間隔が先験的に既知であるため、挿入物が再構成された画像中で検出された場合、テーブル面の位置のポテンショメータの読み出しを却下することができる。
【０００５】
本発明によるＣＴ装置の更なる実施例は、挿入物が略長方形の断面を有することを特徴とする。テーブル面の位置を較正するために例えば、挿入物の幾何学的に中心の既知の座標を用いる。しかしながら、座標較正を実施するためにエッジを用いることも可能である。一般的に円形の断面を有する挿入物を使用することができるが、長方形の断面を有する挿入物を使用する利点はエッジ検出アルゴリズムを実行することができる便利さにある。
【０００６】
本発明によるＣＴ装置の更なる実施例は、全ての挿入物がテーブル面の材料よりも高いＸ線減衰係数を有することを特徴とする。この実施例は、挿入物とテーブル面の材料との間の最適コントラストを確実にし、テーブル面の材料はＺ値の低い素子からしばしば加工される。挿入物が高いＸ線減衰係数を有すると、製造業者はより広い選択肢の中から材料を選択できる。例えば、Ａｌはこれら挿入物を製造するために使用することができる材料の一つである。
【０００７】
本発明によるＣＴ装置の更なる実施例は、検出手段がＸ線透過画像上のどの挿入物の位置も検出するよう設けられることを特徴とする。挿入物の検出は、横方向の投影画像が挿入物内の最高のＸ線減衰を提供し、挿入物の投影の幾何学的形状を歪めないといった洞察に基づいて、横方向投影画像で実施される。上記検出の例として、挿入物のエッジでテーブル面の座標を較正する場合、周知のエッジ検出アルゴリズム、或いは、挿入物の幾何学的な中心でテーブル面の座標を較正する場合、半値全幅決定アルゴリズムと組合せてエッジ検出アルゴリズムを行うことができる。
【０００８】
本発明によるＣＴ装置の更なる実施例は、第１の長手軸方向におけるテーブル面の位置較正を実施するために設けられる第１の較正手段によって特徴付けられる。本実施例では、マーカーの最適画像を捕捉するために、１度のＸ線源回転当たり幾つかのＸ線捕捉を実施するよう制御手段を利用することができる。更に、挿入物の空間位置をある程度の信頼度で確立するために例えば、最小２乗法（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ Ｆｉｔ）アルゴリズムを使用する。次に、再構成された画像中で挿入物が検出された場合には、較正手段はポテンショメータの読み出しを却下する。このような補正が必要な場合、この再構成された画像の真の座標として挿入物の座標を規定手段が定める。
【０００９】
本発明によるＣＴ装置の更なる実施例は、第１の及び第２の長手軸方向に対して略直角な方向に、テーブル面の位置の較正を実施するよう設けられる第２の較正手段によって特徴付けられる。幾つかの場合では、幾つかの動作条件においてテーブル面が相当曲げられ得ることが臨床実験から公知である。前に既に説明した通り、非常に正確に画像面の空間位置を知ることが必要である。第２の較正手段は、多くの場合垂直方向と一致する第２の方向にテーブル面の較正を実施する。テーブル面の一部がその元の水平面から移動された場合、横方向の透過画像での挿入物の位置は予想した位置よりも低くなる。この移動の値を測定することによってその元の面からテーブル面の動きを補正することができる。
【００１０】
本発明によるＣＴ装置の更なる実施例は、透過画像の面に対してテーブル面の傾斜角の較正を実施するよう設けられる第３の較正手段によって特徴付けられる。現代医学により、テーブル面の長手軸がＸ線源回転の面に対して垂直であることが要求される。小さい角のミスアライメントは、結果として生ずる画像再構成を不正確にさせる。これら小さい角のミスアライメントを検出及び／又は補正するために、第３の較正手段は、挿入物の断面の絶対寸法の検出を実施する。テーブル面が第１の長手軸方向とミスアラインされている場合、横方向の挿入物の投射は歪められ、結果として、エッジの鋭さが劣化した挿入物の断面の元の幾何学的形状の僅かに拡大された画像が生じる。本発明による第３の較正手段は、挿入物の断面の絶対寸法を計算することでミスアライメント計算を実施する場合に、半値全幅決定に対する周知のアルゴリズムを有し得る。或いは、挿入物のエッジの鋭さを計算することでミスアライメント検出を実施する場合にエッジ検出アルゴリズムを使用することができる。
【００１１】
本発明の上記及び他の面は、同類の参照記号が構造中の同等部分を表示する、図面を用いて説明される。
【００１２】
図１ａは、螺旋ＣＴ捕捉モード用のＸ線露光の幾何学的形状を示す図である。患者は、患者支持テーブル面１上に位置決めされ、このテーブルは、ＣＴ装置のＣＴガントリー（図示せず）の中に移動される。ＣＴ装置では、患者は、Ｘ線源３からのＸ線放射線２のビームで露光される。Ｘ線源３は、ＣＴガントリーの面において回転され、異なる露光方向からＸ線透過画像２０を生成する。患者をステップ・アンド・シュートモードと螺旋捕捉モードの２つのモードで露光することが可能である。螺旋捕捉モードの場合、患者支持テーブル面は、Ｘ線源３の回転中にその長手軸方向に絶えず移動される。線５は、患者支持テーブル面１に対するＸ線源３の動きを表わし、ｚ方向は第１の長手軸方向を表わす。捕捉された透過画像２０が再構成された後（図１ｂ参照）、一組の診断画像３０を得る。単一の再構成された画像の空間位置に関する情報は、患者用テーブル面の移動の制御から得られる。一般的に、患者用テーブル面が捕捉中に第１の長手軸方向ｚに移動されなくてはならないため、テーブル面の位置決定の精度は、ボクセルの大きさよりも高くなくてはならない。螺旋捕捉モードは、従来の（ステップ・アンド・シュート）走査よりも位置決めエラーに対してより敏感である。全ての位置決めエラーは、余分な或いは不完全なデータ捕捉を結果として生じさせ、その後再構成アーチファクトを生じさせる。しかしながら、位置決めエラーが大きすぎず、真の位置が既知である場合、再構成はこの問題を解決し、補正し、より良い画像の質を得ることができる。従って、患者用テーブル面１の真の位置を知ることが有利となる。
【００１３】
図１ｄは、患者用支持テーブル面１に対するＸ線源３の空間軌道を示す図である。コーンビームＣＴに関して、コーンビーム２に露光される患者からのＸ線透過を全ての検出素子７’で検出するために二次元の検出アレイ７を使用する。このような検出器７特有の大きさは、２センチメートルのオーダーである。明瞭性の理由により、患者は図１ｄでは示されていない。矢印ｚは、テーブル面１の移動の一方向と一致する第１の長手軸方向を表示する。コーンビーム２により、画像再構成アルゴリズムは、ｚ方向における全ての検出素子からの情報を使用する。全ての検出素子７’の寸法が既知であるため、ｚ方向における最小の解像度は、同方向における検出素子７’の大きさに等しい。しかしながら、テーブル面１の移動に対する機械工学は、検出素子７’の大きさよりも大きい公差を有する。テーブル面１の位置決定の正確さを改善するためには、以下に説明する余分の較正手段を使用する。
【００１４】
図２は、第１の長手軸方向ｚにおいてテーブル面１の位置を検出する検出手段を示す図である。本発明による検出手段は、テーブル面１の材料に対するコントラスト材料から成る挿入物１０を有する。より良く比較するためには、テーブル面１がＺ番号の低いの材料から多くの場合製造されるため、Ｚ番号が高い材料を挿入物１０に使用することが有利となり得る。アルミニウムは、重くなく、ＣＴ技術において使用されるＸ線エネルギー範囲において良いＸ線吸収特性を示すため、挿入物に対する適切な材料の例となり得る。一般的に、挿入物１０の絶対寸法は、ｚ方向における挿入物間の要求される間隔と、挿入物の材料のＸ線吸収特性とによって決定される。
【００１５】
図２ａ、ｂ、及び、ｃは、これら挿入物１０の幾何学的形状を例示するためにテーブル面１の３つの断面を示す。所与の例では、挿入物１０は、長方形の断面を有するが、本発明の範囲はこれに制限されない。これら挿入物１０を用いて、第１の長手軸方向Ｚにおけるテーブル面１の位置の不正確さを検出或いは補正することができる。本発明によると、挿入物１０は、略一つのｘｚ面において、互いに対して平行に、且つ、最長の寸法を第２の長手軸方向として第１の長手軸方向ｚに垂直に、テーブル面内に配置される。従って、Ｘ線ビームの最大の吸収方向は、図２ｂに示すようにｘ方向と一致する。螺旋捕捉モードでは、テーブル面１は、ｚ方向に絶えず移動される。対応するテーブル面の位置決定手段、例えば、ポテンショメータは、この位置に関する情報を提供する。しかしながら、これらテーブル面の位置決定手段の公差は、２ミリメートルのオーダーにあり、これは、画像再構成アルゴリズムの正確さの要求には十分でないかもしれない。従って、テーブル面の位置決定の微調整として挿入物の一つの検出を使用し得る。この考えは、各挿入物の空間位置並びに寸法が先験的に既知であり、画像再構成アルゴリズムに供給されることに基づく。テーブル面がｚ方向に移動されるとき、挿入物１０をわたるｘ方向のＸ線投射は図２ｄに示され、このグラフ４０では挿入物１０内の吸収量Ａがテーブル面の移動ｚに対してプロットされている。グラフ４０の中心を決定するよう例えば、グラフの定量分析を実施するために周知のアルゴリズムを用いることで、結果として生ずる再構成された画像に真の座標ｚ１を定めることができる。このテーブル面の位置決定を正確に実施することに関して、連続する挿入物の間隔ｓが第１の長手軸方向においてＸ線検出器の寸法よりも小さく、両方の寸法は同じＸ線投射面に対して計算されることが要求される。本発明によると、第１の長手軸方向においてテーブル面の位置を較正する較正手段は、一組の挿入物１０、並びに、この較正を実施する専用のソフトウェア及びハードウェアを有する。
【００１６】
図３は、垂直方向にテーブル面１の位置を検出する検出手段を示す図である。検出アルゴリズムは、ｘ方向におけるＸ線投射を使用し、このとき、挿入物１０の断面は可視である。図３ａは、ロードされていない状態でのテーブル面１を示す図である。挿入物１０の寸法は、既知であり、少なくともｚ及びｙ方向における挿入物の空間位置も既知である。挿入物を一つの面ｙ１に実質的に配置することが有利となり得る。患者がテーブル面１ｂに位置決めされるとき、図３ｂに示すようにｙ方向にテーブル面の位置を変化させることが可能である。挿入物１０は、もはや一つの面ｙ１にないが、挿入物１０’に対して例示される個々の変位Δｙを示す。Ｘ線投射の挿入物の検出の正確さを改善するために、１°のＸ線回回転当たり幾つかのＸ線捕捉がｘ方向に捕捉され得る。垂直方向ｙにテーブル面１の局所的な位置を検出する検出手段は、ｙ方向の挿入物内の吸収パターンの分析を実施するコンピュータアルゴリズムを有する。図３ｃにこのような吸収グラフ４１の例を示し、このとき垂直移動ｙの関数として挿入物１０’をわたる吸収量Ａが示されている。計算アルゴリズムは、このようなグラフの半値全幅を決定する手段を有し、この情報を用いて実際の変位ｙ２が決定され得る。投影面の結果となる座標は、再構成された画像から正確な空間位置を定める較正手段に対する入力として使用される。
【００１７】
図４は、垂直面に対するテーブル面の傾斜角を較正する検出手段を示す図である。ＣＴ捕捉では、テーブル面がＣＴ装置のＸ線源の回転面に対して垂直であることが要求される。しかしながら、テーブル面１が幾らかのミスアライメントαを有する可能性があり、これにより不正確な画像再構成が生じ得る。挿入物１０を用いてテーブル面のミスアライメントαを検出し、画像再構成中にこのミスアライメントを補正することが可能である。図４ａは、一つの挿入物を示し、テーブル面及びＸ線源は、明瞭性の理由により図示しない。ミスアライメントがない場合、ｘ方向におけるＸ線投射の挿入物の結果として生じる断面はｃによって表わされ、この断面の寸法は先験的に既知である。テーブル面、従って、挿入物が角αに関してミスアラインされている場合、ｃ１によって示されるようにＸ線投射上の挿入物１０の断面を得る。図４ｂは、第１の長手軸方向ｚの方向における変位の関数として挿入物をわたるＸ線吸収量Ａの対応する曲線４２を示す。曲線４２の上昇部分４３は、テーブル面のミスアライメントαの測定である。較正手段は、例えば、この曲線の傾き４３の定量分析を実施するアルゴリズムを有し、結果として得られる数値は実際のミスアライメントを示す。画像再構成アルゴリズムは、このミスアライメントから再構成座標を補正するためにこの数値を使用する。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
螺旋ＣＴ捕捉モードに対するＸ線露光幾何学的形状を示す図である。
【図１ｂ】
螺旋ＣＴ捕捉モードに対するＸ線露光幾何学的形状を示す図である。
【図１ｃ】
螺旋ＣＴ捕捉モードに対するＸ線露光幾何学的形状を示す図である。
【図１ｄ】
螺旋ＣＴ捕捉モードに対するＸ線露光幾何学的形状を示す図である。
【図２ａ】
第１の長手軸方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図２ｂ】
第１の長手軸方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図２ｃ】
第１の長手軸方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図２ｄ】
第１の長手軸方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図３ａ】
垂直方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図３ｂ】
垂直方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図３ｃ】
垂直方向におけるテーブル面の位置を検出する検出手段を示す図である。
【図４ａ】
垂直面に対してテーブル面の傾斜角を較正する検出手段を示す図である。
【図４ｂ】
垂直面に対してテーブル面の傾斜角を較正する検出手段を示す図である。
【国際公開パンフレット】
2004512082.tif 000003
2004512082.tif 000004
2004512082.tif 000005
2004512082.tif 000006
2004512082.tif 000007
2004512082.tif 000008
2004512082.tif 000009
2004512082.tif 000010
2004512082.tif 000011
2004512082.tif 000012
2004512082.tif 000013
2004512082.tif 000014
2004512082.tif 000015
2004512082.tif 000016
2004512082.tif 000017
【国際調査報告】
2004512082.tif 000018
2004512082.tif 000019
2004512082.tif 000020