(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定回転速度で回転可能な架台（２３）に取り付けられたＸ線源（２５）と、該Ｘ線源（２５）のＸ線出力を変調する手段（２６，２７）と、前記Ｘ線源（２５）から送出されるＸ線の検出器システム（２２）を有しているＸ線ＣＴシステムから患者に放射されるＸ線線量を適合的に低減する方法において、
以下の方法ステップ、即ち；
−各投影又はｎ番目毎の投影時の最大減弱値を算出して、架台（２３）の最後の１／２回転の間の相応の角度減弱プロフィルを記憶するステップ；
−前記架台（２３）の直ぐ次の１／２回転の間、前記架台（２３）の最後の１／２回転時に測定された角度減弱プロフィルに基づいて角度減弱プロフィルを外挿する(Extrapolieren)ステップ；
−直ぐ次の投影のＸ線出力を、外挿された角度減弱プロフィルの所属の減弱値に基づいて調整するように、前記Ｘ線出力を変調するステップ
を有することを特徴とするＸ線ＣＴシステムでＸ線線量を適合的に低減する方法。
【請求項２】
Ｘ線出力を、各投影時に、所望の所定信号／雑音比の保持に必要なＸ線出力が調整されるように調整する請求項１記載の方法。
【請求項３】
モニタ検出器を備えたＣＴシステム用の方法であって、該ＣＴ装置に、Ｘ線源（２５）から放射されたＸ線が減弱されずに入射し、その際、減弱値は、検出器システム（２２）とモニタ検出器の出力信号を用いて求められる請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
測定された角度減弱プロフィルが記憶され、各１／２回転後、更新される請求項１〜３までのいずれか１記載の方法。
【請求項５】
測定された角度減弱プロフィルのローパスフィルタリングによって外挿の誤差を回避する請求項１〜４までのいずれか１記載の方法。
【請求項６】
Ｘ線出力の変調を、最小Ｘ線出力と最小ノイズとの間で最適化を行う最適化パラメータによって制御する請求項１〜５までのいずれか１記載の方法。
【請求項７】
Ｘ線出力の変調を、架台（２３）の回転速度に依存して制限する変調指数を用いて実施する制御する請求項１〜６までのいずれか１記載の方法。
【請求項８】
角度減弱プロフィルを、減弱値の振幅に関して、それぞれの変調指数に適合するために、圧縮又は伸張する請求項７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、所定回転速度で回転可能な架台に取り付けられたＸ線源と、該Ｘ線源のＸ線出力を変調する手段と、前記Ｘ線源から送出されるＸ線の検出器システムを有しているＸ線ＣＴシステムから患者に放射されるＸ線線量を適合的に低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
その種のＸ線ＣＴシステムは、米国特許公開第５３７９３３３号公報に記載されている。
【０００３】
一般的には、Ｘ線コンピュータトモグラフ（ＣＴ）システムは、Ｘ線源を有しており、このＸ線源は、患者を貫通する、コリメートされた、扇型Ｘ線を、Ｘ線用の検出器の列状の配列の方向に配向する。Ｘ線源及びＣＴシステムの構造形式に応じて検出器も、患者を中心にして回転する架台に取り付けられている。患者寝台は、架台の内部に摺動乃至移動することができる。Ｘ線が人体を貫通する角度及び位置は、架台の回転の結果、常時変えられる。各検出器は、Ｘ線源から検出器への経路上の人体の全透過の程度を示す信号を発生する。Ｘ線源の所定位置に対して得られる検出器の各出力信号のセットは、投影と呼ばれる。そのようにして得られたスキャンは、種々の架台又はテーブル位置で得られた１セットの投影を有している。ＣＴシステムは、架台が患者の周囲を３６０°に亘って回転する中、多数の投影を撮像して、人体の２次元断面像（スライスとも呼ばれる）を形成することができる。比較的新しいＣＴシステムのうちのいくつかは、多数のスライスを同時に形成し、その際、複数列の検出器が使用される。各投影の場合に、モニタ又は基準検出器が、Ｘ線の非減弱強度を測定する。
【０００４】
ＣＴ画像を形成するのに必要な患者のデータを撮像するために、システマチックな種々異なる２つの方式がある。
【０００５】
従来の「スライス毎」（”Ｓｃｈｉｃｈｔ  ｆｕｅｒ  Ｓｃｈｉｃｈｔ”）スキャンの場合、データは、架台が完全に一回転して、それによって、１スライスが撮像されるが、患者は、固定位置のままである。順次連続してスライスを撮像する間、患者は、その都度、新たな位置に移動され、そこで、直ぐ次のスライスがスキャンされる。この過程は、検査前に決められたスライスが全てスキャンされる迄続けられる。
【０００６】
スパイラルスキャンでは、Ｘ線源を備えた架台は、患者の周囲を回転し、患者の寝台は、連続的に架台を通って搬送される。Ｘ線管は、検査前に決められた容積体をスキャンし終わる迄、スパイラル路を描いて回転する。
【０００７】
両スキャン形式のそれぞれの場合に、画質は、量子化雑音によって損なわれる。この雑音を所定レベル以下に保持するために、各投影でのＸ線の瞬時レベルを十分に高くして、それにより、人体を貫通してきて、検出器に入射するビームの最小強度が、雑音レベルよりも高いようにする必要がある。Ｘ線出力プロフィルを考慮してＸ線出力を変える（即ち、架台の角度位置の関数としてＸ線出力の経過特性を変える）ための、従来使われている方法の多くは、ＣＴスキャンの間、２つの直交トポグラム（Ｔｏｐｏｇｒａｍｍｅ（米国特許公開第４１７４４８１号公報）又は、”Ｓｃｏｕｔ  Ｖｉｅｗｓ”（米国特許公開第５３７９３３３号公報）、患者の減弱プロフィルに関する所定の情報、即ち、架台の角度位置の関数としての最大減弱値の経過特性の情報を得る必要がある。トポグラムの各ラインの減弱情報から、各スライス毎に、正弦波状のＸ線出力プロフィルが決められる。しかし、この方法は、以下のように、多くの欠点を有している：
−Ｘ線出力プロフィルを実際の減弱プロフィルに不十分にしか適合しないことによって、付加的な画像雑音が発生する。両直交トポグラムに基づいて、それぞれのスライスの最大及び最小減弱値を必ずしも見つけられるとは限らない。
【０００８】
−Ｘ線出力プロフィルが実際の減弱プロフィルに相応しないという状況に起因して不均一な画像雑音が発生する。
【０００９】
−トポグラムの撮像と実際のＣＴスキャンの撮像との間に生じる、患者の運動又は呼吸により生じた運動によって、減弱プロフィルが変わり、付加的な誤差を生じる。
【００１０】
−トポグラムを得るために、付加的なＸ線線量を加える必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、線量を変えること、即ち、Ｘ線出力を変えることによって、最終的に形成される画像内の雑音をあまり増大しないで、検査の際に患者に加えられる全線量を低減すること、所定の解剖領域（例えば、肩及び骨盤）内で雑音によって生じるラインを低減するようにして、画質の知覚される部分を改善することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によると、以下の方法ステップ、即ち；
−各投影又はｎ番目毎の投影時の最大減弱値を算出して、架台の最後の１／２回転の間の相応の角度減弱プロフィールを記憶するステップ；
−前記架台の直ぐ次の１／２回転の間、前記架台の最後の１／２回転時に測定された角度減弱プロフィールに基づいて角度減弱プロフィールを外挿するステップ；
−直ぐ次の投影のＸ線出力を、外挿された角度減弱プロフィールの所属の減弱値に基づいて調整するように、前記Ｘ線出力を変調するステップ
を有するようにすることによって解決される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のＣＴ画像形成技術では、Ｘ線出力は、適合化処理に基づいて連続的に変調される。この変調方式の結果、画像の形成中、患者に加えられる線量を低減して、画質を改善することが、瞬時のＸ線出力、従って、瞬時に加えられる線量を連続して瞬時の既存の減弱値に適合させることによってできる。各投影の最大減弱値が算出されて記憶される。架台の角度位置の関数としての各投影毎の最大減弱値は、角度減弱プロフィルと呼ばれる。架台の直ぐ次の１／２回転のために必要なＸ線出力は、外挿された角度減弱プロフィルを利用して算出される。相応の外挿的な方法は、架台の先行する１／２回転の減弱値を使用し、場合によっては既存の、Ｘ線管の動的な出力に関する情報を使用して、架台の角度位置の関数としてのＸ線出力の経過特性を患者の角度減弱プロフィルに適合させるようにする。
【００１４】
その際、外挿的な方法は、単に、以下の仮定に基づいており、即ち、架台の直ぐ次の１／２の回転の場合の角度減弱プロフィルは、少なくとも近似的に、架台の最後の１／２回転の間の角度減弱プロフィルに相応するという仮定に基づいている。つまり、変調過程は、スキャンの１／２回転後初めて開始し、その際、スキャンは、スパイラルスキャン又はスライス毎のスキャンにすることができる。
【００１５】
以下説明する、本発明の実施例は、スキャン中、線量の変調が行われる際に、減弱値を算出する形式に関するものである。
【００１６】
画像再構成の際に、患者、即ち、被検体の減弱値Ａｏｂｊが使用され、これは、以下の式から導出される：
【００１７】
【数１】
0003964974.tif 000002
【００１８】
その際、Ｕｄｅｔｅｃｔｏｒは、それぞれの検出器から供給された出力信号を示し、Ｕｍｏｎｉｔｏｒは、モニタ検出器の出力信号を示す。付加的な指標ａｉｒは、Ｘ線管と検出器との間に減弱対象がなくて、単に、空気がある場合の測定の測定の出力信号を示す。指標ｏｂｊは、患者が、検査のために、Ｘ線管と検出器との間にいる場合の連続的な測定を示す。
【００１９】
画像再構成とは反対に、線量を変えるために、包括的な減弱値Ａｇが定義される：
【００２０】
【数２】
0003964974.tif 000003
【００２１】
この定義によって、スキャン過程中、減弱値を高速算出することができるようになる。更に、不均一な雑音と、量子化雑音ではない雑音（小さな減弱値のスライスをスキャンするために、小さなＸ線出力で作動される場合に、シャープなフィルタを用いた作用として発生することがある）が発生するのが回避される。
【００２２】
本発明の、その他の特別な実施例は、線量変調の際に使用される方式に関するものである。変調の深さを示す変調指標は制限されており、架台の回転速度に依存する。角度減弱プロフィルは、Ｘ線出力の許容された変調領域に適合するように延長乃至圧縮される。線量変調の際、陽極電流、従って、Ｘ線出力を制御するために、Ｘ線管のフィラメント温度の制御が用いられる。本発明の技術思想は、変調指標をフィラメントの冷却時間によって限定するということである。この冷却特性によって、管電流が指数関数状に低下し、従って、放射線量が指数関数状に低下する。基準となる時定数は、線量（スキャン中の最大可能な管電流）の定格値に依存しない。線量の降下側縁が指数関数状に低下することによって、比較的高い回転速度での変調指数が制限される。
【００２３】
【実施例】
以下、図示の実施例を用いて、本発明について説明する。
【００２４】
図１に示した第３世代のＣＴシステムは、コリメートされた、扇型Ｘ線ビーム１４を検出器配列１２の方向に放射する。Ｘ線源１１及び検出器配列１２は、患者１０を中心にして連続的に回転する回転可能な架台１３上に設けられている。
【００２５】
Ｘ線ビーム１４は、患者１０をスライス状に透過し、その結果得られた、検出器配列１２のｍ個以下のそれぞれの検出器１の各出力信号は、図１に示されていないデータ検出及び測定システムのチャンネルによって、投影を形成するために検出される。
【００２６】
図２には、投影用の典型的な信号プロフィルが示されており、その際、図２は、ｍ個以下のそれぞれの検出器１の出力信号の振幅
【００２７】
【数３】
0003964974.tif 000004
【００２８】
を示し、図３は、ｍ個以下の検出器１に依存する所属の減弱値Ａｇを示す。
【００２９】
各投影のために、検出器配列２２の、最も低いビームレベルを受信するような検出器によって、最小振幅
【００３０】
【数４】
0003964974.tif 000005
【００３１】
の出力信号が供給され、従って、この投影のために、最大減弱値Ａｇが供給される。この検出器の出力信号は、量子化雑音に対しても電子雑音に対しても極めて感度の高い信号である。雑音を所定レベル以下に保持するために、各投影用のＸ線出力を、１つの検出器が達成する最も低いビームレベルが、所定のように設定されたレベルよりも大きいように選定する必要がある。このＸ線出力は、所要Ｘ線出力と呼ばれる。
【００３２】
各投影のために、図には示されていない、付加的なモニタ検出器によって、公知の形式で、患者１０を貫通しなかったＸ線ビーム１４の領域内の非減弱Ｘ線強度が測定される。モニタ検出器の出力信号の振幅
【００３３】
【数５】
0003964974.tif 000006
【００３４】
は、本発明の場合には、検出器配列１２の各他の検出器に対して、既述のように、包括的な減弱値Ａｇを算出するのに使用される。架台１３の角度位置φの関数としてのそれぞれの投影の最大減弱値によって、いわゆる角度減弱プロフィルが形成される。図４には、患者の肩領域用の典型的な角度減弱プロフィルが示されている。
【００３５】
図４には、Ｘ線源１１用の本発明による適合化出力制御でのフィードバックシステムが示されており、これは、例えば、ハードウェアで実施された最小値検出器３１、調量変調器２７、調量調整器２６を有している。フィードバックループは、高電圧発生器３２を有するＸ線源２５、患者２０、検出器配列２２、データ検出及び測定システム２８及び高速度データ接続部３０を介して閉じられている。
【００３６】
撮像された各投影に対して、最小値検出器３１は、検出器配列２２の各検出器の出力信号を分析して、各投影の最小出力信号を以下のようにして送出する：
先ず、プリプロセッサモジュールは、モニタ検出器の出力信号に対しても検出器配列２２の、それ以外の検出器の出力信号に対しても、オフセット補正を行う。それから、デジタルローパスフィルタは、それぞれの投影の際の各検出器の各出力信号に亘って平滑化された（ｇｌｅｉｔｅｎｄ）平均値を求める。平滑化された平均値の周期は、検出器配列２２の各検出器の数に依存する。
【００３７】
複数列の検出器からなる検出器配列を有するＣＴシステムの場合、この過程は、２次元で行われる。
【００３８】
続いて、線量変調器２７は、モニタ検出器の出力信号と平均値形成後の出力信号
【００３９】
【数６】
0003964974.tif 000007
【００４０】
を用いて、瞬時の投影に対して、最大減弱値Ａｐｒｏｊ ｍａｘを算出する：
【００４１】
【数７】
0003964974.tif 000008
【００４２】
架台２３の１／２回転の場合の最大減弱値Ａｐｒｏｊ ｍａｘ、即ち、架台２３の１／２回転の間に撮像された投影の最大減弱値Ａｐｒｏｊ ｍａｘは、外挿過程の際に記憶される。
【００４３】
図４と共に図６に示されているように、この外挿的方法は、架台２３の完全な回転内での角度減弱プロフィルの周期性を利用して、架台の直ぐ次の１／２回転の場合の減弱値を、過去の１／２回転の場合に測定によって決められた角度減衰プロフィルに基づいて外挿によって求め、その際、何れにせよ被検体の最初の１／２回転の間は外挿の基礎データが欠けている。この理由で、Ｘ線源が、図６から分かるように、Ｘ線出力の定格値、即ち、定格線量で作動される。最初の１／２回転に続いて、線量変調は、外挿された各角度減弱プロフィルに基づいて作動される。
【００４４】
外挿の誤差を避けるために、線量変調器２７は、１／２回転の終わりでその都度、測定された角度減弱プロフィールに亘って平滑化された平均値を形成する。平滑化された平均値の周期は、それぞれのＣＴシステムのタイプ（時間トリガ又は投影角度トリガ）及び回転時間に依存する。
【００４５】
変調指標、即ち、変調深さμは、架台２３の直ぐ次の１／２回転の場合に、
μ＝１−（Ａｍｉｎ／Ａｍａｘ）ｑ
によって求められ、
その際、
−Ａｍａｘ＝φの場合のｍａｘ｛Ａ（φ）｝∈架台２３の先行の１／２回転
−Ａｍｉｎ＝φの場合のｍｉｎ｛Ａ（φ）｝∈架台２３の先行の１／２回転
−φ＝架台２３の角度位置
−ｑ＝ユーザによって調整可能な最適パラメータ
である。
【００４６】
しかし、変調深さμは、架台２３の回転速度乃至回転時間の関数として制限されている：
ｉｆ  （μ＞μｍａｘ）  ｔｈｅｎ  μ＝μｍａｘ
本発明の特別な実施例では、変調深さの最大値μｍａｘは、以下のテーブルに応じて、架台２３の回転速度乃至回転時間に依存して選択される：
回転時間［ｓ］      μｍａｘ
２．０            ０．９
１．５            ０．８
１．０            ０．７
０．７５          ０．６
外挿された角度減弱値を用いて、調量変調器２７は、直ぐ次の１／２回転の際の所要Ｘ線出力を求め、その際、調量変調器２７は、許容変調深さの角度減弱プロフィルを以下のようにして適合させる：
【００４７】
【数８】
0003964974.tif 000009
【００４８】
その際、
−Ｄｎｏｍｉｎａｌ＝Ｘ線出力の定格値（線量変調なし）
−Ａ（φ）＝架台２３の先行の１／２回転で求められた値
最適化パラメータｑの場合、ｑ＝［０．５〜１］である。この最適化パラメータを介して、調量変調器の作用は以下のように調整される：
ｑ＝１  最小Ｘ線出力、即ち、最大線量節約
ｑ＝０．５  所定のＸ線出力の場合の最小雑音
スキャン開始時又は必要時には常に、画像計算器２９は、調量変調器２７を開始する同期信号を送出して、外挿過程を新たに開始する。調量変調の直ぐ次の開始周期は、１／２回転続く。この開始周期の間、調量調整器２６は、定格調量を利用する。
【００４９】
既述の場合とは異なり、最大減弱値は、各投影時でなくて、特にｎ番目毎の投影時のみ、例えば、３番目の投影毎に求めて、最後の１／２回転時に、相応の角度減弱プロフィルを記憶することもできる。そのような方法は、特に、求めるべき投影毎の領域に対して、僅かしか減弱されていない最大減弱値が予期される場合に適している。
【００５０】
本発明の範囲内で、既述の外挿的方法とは異なる方法を用いてもよい。例えば、その都度、直ぐ次の回転時の完全な回転の角度減弱プロフィルを外挿してもよい。
【００５１】
本発明は、第３世代のＣＴシステムの実例を用いて既述したが、第４世代のＣＴシステムに使用してもよい。
【００５２】
本発明は、医療用途の実例で説明したが、医療用途でない領域でも使用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によると、線量を変えること、即ち、Ｘ線出力を変えることによって、最終的に形成される画像内の雑音をあまり増大しないで、検査の際に患者に加えられる全線量を低減すること、所定の解剖領域（例えば、肩及び骨盤）内で雑音によって生じるラインを低減するようにして、画質の知覚される部分を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  患者の横断面図を形成するために使われるようなＣＴシステムを示す図
【図２】  投影用のＣＴシステムの検出器配列で測定された典型的な信号を示す図
【図３】  図２の投影に属している減弱値を示す図
【図４】  患者の肩領域を中心にして完全に回転した場合の典型的な角度減弱プロフィルを示す図
【図５】  図１のコンピュータトモグラフを部分的にブロック回路図の形式で示した図
【図６】  外挿的方法をグラフで概説した図
【符号の説明】
１０，２０  患者
１２  検出器配列
１４  Ｘ線
２２  検出器配列
１３，２３，５３  架台
１１，２５  Ｘ線源
２６  調量調整器
２７  調量変調器
２８  データ検出及び測定システム
２９  画像計算機
３０  高速度データ線路
３１  最小値検出器
３２  高電圧発生器
【図１】
0003964974.tif 000010
【図２】
0003964974.tif 000011
【図３】
0003964974.tif 000012
【図４】
0003964974.tif 000013
【図５】
0003964974.tif 000014
【図６】
0003964974.tif 000015