(57)【要約】【課題】画像アーティファクトの除去。【解決手段】収集された投影データは、前処理アルゴリズムによって検出器一次速度補正され、カレントの信号サンプルへの前の信号サンプルの混入が除去される。一次速度補正の後に、サンプルに対して管スピット検出を実行し（ステップ１０６）、Ｘ線源（１４）が電力降下を経たか否かを判定する。管スピット事象が検出されない場合（ステップ１０８）には、処理はさらなる前処理（ステップ１１２）及び画像再構成（ステップ１１４）を続ける。管スピット事象が検出された場合には、管スピット補正を実行し（ステップ１１０）、管スピット事象の発生に起因する画像アーティファクトを除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計算機式断層写真法システムの検出器アレイ（１８）からデータ・サンプルを収集する工程（１０２）と、
管スピット事象が発生していたか否かを判定する工程（１０８）と、
管スピット事象が発生していた場合に、管スピット補正を実行する（１１０）ように前記サンプルを処理する工程とを備えた方法。
【請求項２】
データ・サンプルを収集する前記工程（１０２）は、前記検出器アレイ（１８）を走査するようにデータ取得システム（３２）を動作させる工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
管スピット事象が発生していたか否かを判定する前記工程（１０８）は、Ｘ線出力がゼロ近くまで降下したか否かを判定する工程、又はＸ線源（１４）の給電に対する電流信号若しくは電圧信号を測定する工程の少なくとも一方を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
管スピット事象が発生していたか否かを判定する前記工程（１０８）は、前記検出器（１８）の選択されたセルからの信号の正規化した導関数を求める工程（１２２）と、前記差分信号の平均を求める工程（１２６）と、該差分信号の平均を閾値と比較する工程（１２８）とを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記正規化した導関数信号の少なくとも一部を前記差分信号を求める処理（１２６）に利用しないように選択する工程をさらに含んでいる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記正規化した導関数は下記の式
Ｄｉｊ（ｋ） ＝ （Ｐｉｊ（ｋ−１）−Ｐｉｊ（ｋ）） ／ Ｐｉｊ（ｋ−１）
に従って求められ（１２２）、式中、Ｐｉｊ（ｋ）は行ｊの検出器セル番号ｉについての第ｋの投影読み取り値を表わす、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
管スピット補正を実行する（１３０）ように前記サンプルを処理する前記工程は、管スピット事象の発生に起因する画像アーティファクトを除去する工程（１２４）を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
管スピット補正を実行する（１３０）ように前記サンプルを処理する前記工程は、前記Ｘ線管への電力の復元の直後に収集されたサンプルを識別する工程（１４２）と、管スピットが検出されたサンプルの前のサンプルと、前記Ｘ線管への電力の復元の直後に収集されたサンプルとの間のサンプルを劣化ビューとして指定する工程（１４４）と、該劣化ビューを推定ビューで置き換える工程（１４６）とを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記劣化ビューは次いで、有効ビューの補間に基づく推定により置き換えられる（１４６）請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補間は、高次補間及び線形補間の少なくとも一方に従って実行される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記補間は下記の式
Ｄｉｊ（ｋ＋ｎ）＝ （（ｍ−ｎ）／（ｍ＋１））Ｐｉｊ（ｋ−１）＋（（ｎ＋１）／（ｍ＋１））Ｐｉｊ（ｋ＋ｍ））
（ここで、０≦ｎ＜ｍ）
に従って実行され、式中、ｋ＋ｍは管スピットの後の最初の有効ビューである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
管スピット補正を実行する（１３０）ように前記サンプルを処理する前記工程は、前記Ｘ線管への前記電力の復元の後に収集された投影データ・サンプルを識別する工程（１４２）を含んでおり、該データ・サンプルを識別する工程は、下記の式
Ｄｉｊ（ｋ＋ｎ） ＝ （Ｐｉｊ（ｋ−１）−Ｐｉｊ（ｋ＋ｎ）） ／ Ｐｉｊ（ｋ−１）
に従って求められる前のビューと次のビューとの間の正規化した差分信号を発生する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
管スピット補正を実行する（１３０）ように前記サンプルを処理する前記工程は、前記差分信号を所定の閾値と比較する工程（１２８）をさらに含んでいる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
管スピット事象が発生していたか否かを判定し（１０８）、
管スピット事象が発生していたと判定された場合に、管スピット補正を実行する（１３０）ように前記サンプルを処理するようにプログラムされているプロセッサ。
【請求項１５】
管スピット事象が発生していたか否かを判定する（１０８）ために、前記検出器（１８）の選択されたセルからの信号の正規化した導関数を求め（１２２）、選択された差分信号の平均を求め（１２６）、該差分信号の平均を閾値と比較する（１２８）ようにプログラムされている請求項１４に記載のプロセッサ。
【請求項１６】
前記正規化した導関数は下記の式
Ｄｉｊ（ｋ） ＝ （Ｐｉｊ（ｋ−１）−Ｐｉｊ（ｋ）） ／ Ｐｉｊ（ｋ−１）
に従って求められ（１２２）、式中、Ｐｉｊ（ｋ）は行ｊの検出器セル番号ｉについての第ｋの投影読み取り値を表わす、請求項１５に記載のプロセッサ。
【請求項１７】
管スピット補正を実行する（１３０）ために、前記Ｘ線管への電力の復元の直後に収集されたサンプルを識別し（１４２）、管スピットが検出されたサンプルの前のサンプルと、前記Ｘ線管への電力の復元の直後に収集されたサンプルとの間のサンプルを劣化ビューとして指定し（１４４）、該劣化ビューを推定ビューで置き換える（１４６）ようにプログラムされている請求項１４に記載のプロセッサ。
【請求項１８】
前記劣化ビューを推定ビューで置き換える（１４６）ようにさらにプログラムされている請求項１７に記載のプロセッサ。
【請求項１９】
高次補間及び線形補間の少なくとも一方に従って実行される補間に基づいて前記推定ビューを形成するようにプログラムされている請求項１８に記載のプロセッサ。
【請求項２０】
管スピット補正を実行する（１３０）ために、前記Ｘ線管への前記電力の復元の後に収集された投影データ・サンプルを識別する（１４２）ようにプログラムされており、該データ・サンプルを識別するために、下記の式
Ｄｉｊ（ｋ＋ｎ） ＝ （Ｐｉｊ（ｋ−１）−Ｐｉｊ（ｋ＋ｎ）） ／ Ｐｉｊ（ｋ−１）
に従って求められる前のビューと次のビューとの間の正規化した差分信号を発生するようにプログラムされている請求項１４に記載のプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は一般的には、ＣＴイメージング・システム及び他の放射線イメージング・システムのための方法及び装置に関し、さらに具体的には、管スピット（Ｔｕｂｅ ｓｐｉｔ）事象時のデータを検出して補正することに関する。
【０００２】
少なくとも幾つかの公知の計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム構成においては、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、デカルト座標系のＸＹ平面であって、一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者等の被撮像物体を透過する。ビームは物体によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱したビーム放射線の強度は、物体による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が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個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を別個に取得して透過プロファイル（断面）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線ビームが物体と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で被撮像物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Ｘ線管を含んでおり、Ｘ線管は焦点においてＸ線ビームを照射する。Ｘ線検出器は典型的には、検出器において受光されたＸ線ビームをコリメートするコリメータと、コリメータに隣接して設けられているシンチレータと、シンチレータに隣接して設けられている光検出器とを含んでいる。
【０００４】
「管スピット」という用語は、Ｘ線管の内部で時折生ずる一時的な電気的短絡を指す。典型的には、管スピットの発生時には、Ｘ線管への給電が一時的に中断されてアーク発生を防止する。管に対する電力は、例えば約１ミリ秒の時間の後に復元される。管スピット復元中にはＸ線管からＸ線フォトンが放出されない。結果として、復元中に採取された検出器測定値は無効となる。
【０００５】
一般的に言えば、管スピット復元時間は、画像アーティファクトを回避するためにはデータ取得サンプリング間隔よりも短くなければならない。データ・サンプリング速度が増すにつれて、約１ミリ秒という復元時間はアーティファクトの発生を回避するには過度に長いものとなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一観点では、本発明は、Ｘ線管に対する電力をオフ及びオンに切り替える間の時間間隔を短縮することによりハードウェアに対する要求を高めるのではなく、ソフトウェア処理を利用して実行することのできる管スピット検出及び補正に関する。一実施形態では、一旦、投影データのサンプルが収集されたら、投影データは、検出器一次速度補正を投影データに施すことを含めた公知の前処理アルゴリズムに従って前処理される。かかる一次速度補正によって、カレントの信号サンプルから前の信号サンプルの混入を除去する。
【０００７】
前処理の後に、サンプルに対して管スピット検出を実行する。かかる検出は、多くの異なる方法を用いて実行することができる。一般的に言えば、目標は、Ｘ線源が電力降下を経たか否かを判定することにある。明確に述べると、管スピット事象の発生時には、検出器全体での信号は、Ｘ線管出力がゼロ近くまで低下するためかなりの降下を経ているはずである。従って、Ｘ線管出力が一定時間にわたってゼロ近くまで低下したか否かを判定することにより、管スピット状態を検出することができる。
【０００８】
管スピット事象が検出されない場合には、処理は管スピット補正を行なわずに続行される。管スピット事象が検出された場合には、管スピット補正を実行する。尚、管スピット事象が検出された場合でもＸ線管への電力が中断されることに変わりはない。しかしながら、本書に記載する管スピット補正は、上述の時間間隔に比較してＸ線管への電力を中断する間の時間間隔を短縮することによりハードウェアに対する要求を高める必要性を解消する。すなわち、サンプリング速度が高まっている場合にでも、Ｘ線管への電力を中断する時間間隔を短縮する必要はない。一般的に言えば、管スピット補正の目標は、管スピット事象の発生に起因する画像アーティファクトを除去することにある。管スピット補正を行なうためには多くの異なる方法を利用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２には、計算機式断層写真（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第３世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の対向する側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は検出器素子２０によって形成されており、検出器素子２０は一括で、物体、例えば患者２２を透過する投射Ｘ線を感知する。各々の検出器素子２０は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし、従って物体又は患者２２を透過する際のビームの減弱を表わ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。一実施形態では、図２に示すように、検出器素子２０は一行に配列されて、一回の走査で単一の画像スライスに対応する投影データが取得されるようにする。もう一つの実施形態では、検出器素子２０を複数の平行な行を成すように配列すると、一回の走査で複数の平行なスライスに対応する投影データを同時に取得することができる。
【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によって制御されている。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器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、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器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、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指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器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。操作者が供給した指令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線制御器２８及びガントリ・モータ制御器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、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。
【００１２】
図３は、本発明の一実施形態による管スピット検出及び補正処理１００を示す流れ図である。かかる検出及び補正は、例えば、ＤＡＳ３２内のプロセッサ、画像再構成器３４又はコンピュータ３６によって実行される。Ｘ線管に対する電力を中断した後に復元時間中に管へエネルギを再供給する間の時間間隔を短縮することによりハードウェアに対する要求を高めるのではなく、図３に示す検出及び補正処理はソフトウェア制御処理を利用して実行される。従って、前述のようなハードウェア及び速度制限に関連する困難が、完全ではないまでも実質的に回避され、ＤＡＳ３２のサンプリング速度に依存しなくなる。
【００１３】
図３を詳細に参照すると、一旦、投影データのサンプルが収集されたら（ステップ１０２）、投影データは、検出器一次速度補正を投影データに施すことを含めた公知の前処理アルゴリズムに従って前処理される（ステップ１０４）。かかる一次速度補正によって、カレントの信号サンプルから前の信号サンプルの混入を除去する。
【００１４】
選択された前処理工程の後に、サンプルに対して管スピット検出を実行する（ステップ１０６）。かかる検出は、多くの異なる方法を用いて実行することができ、特定的な一方法について後に詳述する。一般的に言えば、目標は、Ｘ線源が電力降下を経たか否かを判定することにある。明確に述べると、管スピット事象の発生時に、検出器全体での信号は、Ｘ線管出力がゼロ近くまで低下するためかなりの降下を経ているはずである。従って、Ｘ線管出力が一定時間にわたってゼロ近くまで低下したか否かを判定することにより、管スピット状態を検出することができる。
【００１５】
管スピット事象が検出された場合には、管スピット補正を実行する（ステップ１１０）。一般的に言えば、目標は、管スピット事象の発生に起因する画像アーティファクトを除去することにある。管スピット補正を行なうためには多くの異なる方法を利用することができるが、管スピット補正を実行する特定的な一方法について後述する。管スピット補正を実行（ステップ１１０）した後に、又は管スピット事象が検出されない場合に（ステップ１０８）、さらなる前処理（ステップ１１２）及び画像再構成（ステップ１１４）を実行する。
【００１６】
図４は、管スピット検出処理１２０の方法の一例を示す流れ図である。前述のように、かかる検出を行なうためには、Ｘ線管に対する給電の電流又は電圧を測定することを含めた多くの代替的な方法を用いることができる。かかる電流測定値又は電圧測定値のいずれかの急激な変化が管スピット事象の指標となる。
【００１７】
図４に示す実施形態では、管スピット検出１０６のために、選択されたセルからの信号の時間に関する正規化した導関数を求める（ステップ１２２）。検出に必要な処理量を減少させるために、散在した選択検出器セルのみを入力セルとして利用する。例えば、公知の検出器では、検出器の各々の行は円弧に沿って８８８のチャネルを有している。３５個毎の検出器セルからの信号を管スピット検出用に選択する。これらのセルは、必ずしも同じ検出器行に位置していなくてもよい。
【００１８】
信号の導関数は、信号の変化を強調する特性を有している。正規化した導関数は一般的には、絶対信号レベルには不感受性である。異なる箇所に位置する検出器セルは、患者の異なる部分によって遮断されたＸ線束を受光するので、信号レベルはチャネル間で大きく変動している可能性が高い。導関数信号は、隣接するサンプルの差分信号によって近似することができる。言うまでもなく、他の導関数演算子を用いてもよい。一実施形態では、正規化した差分信号は下記の式によって算出することができる。
Ｄｉｊ（ｋ） ＝ （Ｐｉｊ（ｋ−１）−Ｐｉｊ（ｋ）） ／ Ｐｉｊ（ｋ−１）　（式１）
【００１９】
この式では、Ｐｉｊ（ｋ）は行ｊの検出器セル番号ｉについての第ｋの投影読み取り値を表わしている。
【００２０】
患者の一時的な遮断によって生ずる誤った確定を回避するために、差分信号Ｄｉｊをソートして、高い側及び低い側の端部からの読み取り値の部分を除外することができる（ステップ１２４）。例えば、管スピット検出に２０個の検出器セルを用いた場合に、最低の差分信号を有する５つのセルと、最高の差分信号を有する５つのセルとを除外することができる。
【００２１】
次に、残りの差分信号の平均を求めて（ステップ１２６）、所定の閾値に対して比較する（ステップ１２８）。差分信号は前の読み取り値に対して正規化されているので、信号閾値を用いることができる。例えば、０．５の閾値は、選択されたセルの平均信号がその前のレベルの５０％未満に低下することを示す。このことが生じている場合には、管スピット事象を宣言して管スピット補正を実行する（ステップ１３０）。
【００２２】
図５は、管スピット補正処理１４０の実施形態を示す流れ図である。管スピット補正１１０は、スピット事象の検出に成功した後に行なわれる。管スピット補正処理では、Ｘ線管に対する電力の復元の後に収集された投影データ・サンプルが識別される（ステップ１４２）。この処理を実行するために、前のビューと次のビューとの間の正規化した差分信号を下記の式に従って求める。
Ｄｉｊ（ｋ＋ｎ） ＝ （Ｐｉｊ（ｋ−１）−Ｐｉｊ（ｋ＋ｎ）） ／ Ｐｉｊ（ｋ−１）　（式２）
【００２３】
この式（２）では、ｎは最初は１に設定されている。平均差分信号が依然として所定の閾値を下回っている場合には、入力のＸ線束が所望のレベルに復元されていないことを示している。従って、投影読み取り値には信頼性がない。次いで、ｎを２に設定して、処理を繰り返す。この処理は、平均差分信号が閾値を下回っているか、又はｎが所定の閾値を上回るかのいずれかまで続行する。前者の場合には、有効な投影測定値を表わしているビューを見出すことに成功している。後者の場合には、管スピット事象が過度に深刻であり、如何なる補正を施しても信頼性のある結果を得られる可能性が低い。かかる事象が生じた場合には、走査を繰り返すように操作者に警告メッセージを通知して、管交換の可能性を探るために保守人員に連絡すべきである。
【００２４】
一旦、有効スピット後ビューの位置が判明したら、管スピットが検出された最初のサンプルの前のサンプルと、Ｘ線管への電力の復元の直後に収集されたサンプル（すなわち有効スピット後ビュー）との間のサンプル（又はビュー）を劣化ビューとして指定する（ステップ１４４）。次いで、劣化ビューを、有効ビューの補間に基づく推定値で置き換える（ステップ１４６）。性能をよりよくするために高次補間（例えばラグランジュ補間器）を用いてもよい。単純にし且つ速度を考慮して線形補間を用いてもよい。線形補間の場合には、下記の式を用いることができる。
Ｄｉｊ（ｋ＋ｎ）＝ （（ｍ−ｎ）／（ｍ＋１））Ｐｉｊ（ｋ−１）＋（（ｎ＋１）／（ｍ＋１））Ｐｉｊ（ｋ＋ｍ））　 （ここで、０≦ｎ＜ｍ）　（式３）
式中、ｋ＋ｍは管スピットの後の最初の有効ビューである。
【００２５】
以上に記載した管スピット検出及び補正では、Ｘ線管に対する電力を中断した後に復元時間中に管へエネルギを再供給する間の時間間隔を短縮することによりハードウェアに対する要求を高める必要がない。寧ろ、検出及び補正処理はソフトウェア制御処理を利用して実行される。従って、前述のようなハードウェア及び速度制限に関連する困難が、完全ではないまでも実質的に回避され、ＤＡＳ３２のサンプリング速度に依存しなくなる。
【００２６】
様々な特定の実施形態によって本発明を説明したが、当業者であれば、特許請求の要旨及び範囲に含まれる改変を施して本発明を実施し得ることを理解されよう。
【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に示すシステムのブロック概略図である。
【図３】
管スピット検出及び補正処理を示す流れ図である。
【図４】
管スピット検出処理を示す流れ図である。
【図５】
管スピット補正処理を示す流れ図である。
【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
２２　患者
２４　回転中心
２６　制御機構
４２　陰極線管表示器
４６　モータ式テーブル
４８　ガントリ開口
１００　管スピット検出及び補正処理
１２０　管スピット検出処理
１４０　管スピット補正処理
【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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【国際公開パンフレット】
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2004514480.tif 000009
2004514480.tif 000010
2004514480.tif 000011
2004514480.tif 000012
2004514480.tif 000013
2004514480.tif 000014
2004514480.tif 000015
2004514480.tif 000016
2004514480.tif 000017
2004514480.tif 000018
2004514480.tif 000019
2004514480.tif 000020
2004514480.tif 000021
2004514480.tif 000022
2004514480.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514480.tif 000024
2004514480.tif 000025
【国際調査報告】
2004514480.tif 000026
2004514480.tif 000027