(57)【要約】【課題】画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ること。【解決手段】実施形態のＸ線ＣＴ装置は、取得部と、位置合わせ部と、補正部とを備える。取得部は、画像用被検体を画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得し、所定のキャリブレーション用被検体を所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得する。位置合わせ部は、キャリブレーション投影データにおける第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、第１の複数の投影角度と所定の投影角度との第２の差に合致するように、キャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせする。補正部は、位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて被検体投影データを補正する。【選択図】図６
2016147055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像用被検体を前記画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得し、所定のキャリブレーション用被検体を前記所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得する取得部と、
前記キャリブレーション投影データにおける前記第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、前記第１の複数の投影角度と前記所定の投影角度との第２の差に合致するように、前記キャリブレーション投影データを前記被検体投影データに位置合わせする位置合わせ部と、
前記位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて前記被検体投影データを補正する補正部と、
を備える、Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記位置合わせ部は、
前記キャリブレーション投影データのサイノグラムを時間次元に沿って前記第１の複数の投影角度間のデータを補間して新たな第１の複数の投影角度を算出することにより、Ｎ倍にアップサンプリングし、
前記被検体投影データのサイノグラムを前記時間次元に沿って前記第２の複数の投影角度間のデータを補間して新たな第２の複数の投影角度を算出することにより、Ｎ倍にアップサンプリングし、
前記アップサンプリングされたキャリブレーション投影データにおける前記第１の差が、前記アップサンプリングされた前記被検体投影データにおける前記第２の差に合致するように、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データの前記第１の複数の投影角度を前記アップサンプリングされた前記被検体投影データの前記第２の複数の投影角度に位置合わせする、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記位置合わせ部は、前記時間次元に沿って、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトして、前記アップサンプリングされた被検体投影データのサイノグラムに合致させることにより、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データの前記第１の複数の投影角度を前記アップサンプリングされた前記被検体投影データの前記第２の複数の投影角度に位置合わせする、請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記補正部は、
前記アップサンプリングされてシフトされた前記キャリブレーション投影データのサイノグラムを使用して、前記アップサンプリングされた前記被検体投影データのサイノグラムにおける測定アーチファクトを補正し、
前記アップサンプリングされて補正された前記被検体投影データのサイノグラムをＮ分の１にダウンサンプリングすることにより、前記被検体投影データを補正する、請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記位置合わせ部は、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データのサイノグラムと、前記アップサンプリングされた前記被検体投影データのサイノグラムとの差のノルムを算出するステップを含む、サイノグラム間の合致を判断する方法を用いて、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトする、請求項３又は４に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
前記位置合わせ部は、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データのサイノグラムと、前記アップサンプリングされた前記被検体投影データのサイノグラムとの内積を算出するステップを含む、サイノグラム間の合致を判断する方法を用いて、前記アップサンプリングされた前記キャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトする、請求項３又は４に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
内部に被検体空間を備える開口と、前記ガントリに対して回転可能に取り付けられ、前記被検体空間の周囲に設けられた回転部材と、前記回転部材に固定して取り付けられ、前記被検体空間に前記Ｘ線を照射するＸ線源と、を備えるガントリを備え、
前記被検体空間は前記開口とＸ線源からの前記Ｘ線の投影面との交差領域であり、
前記取得部は、前記Ｘ線源を前記被検体空間の周囲で回転させることを含む、少なくとも１回のスキャンを行うことで前記被検体投影データ及び前記キャリブレーション投影データを取得し、
前記Ｘ線源の前記第１の投影角度及び前記第２の投影角度は、前記被検体空間に対する前記Ｘ線源の相対位置によって変化し、
前記Ｘ線は、前記被検体空間を透過した後に前記Ｘ線源とは反対側にあるＸ線検出器によって検出される、請求項１〜６のいずれか１つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記位置合わせ部は、前記被検体空間の外側に位置する少なくとも１つのマーカの減衰信号に対応し、前記被検体空間からの減衰信号には対応しない、前記サイノグラム内の領域を用いて、前記キャリブレーション投影データと前記被検体投影データとの合致を評価し、評価結果に基づいて、前記キャリブレーション投影データと前記被検体投影データとが合致するように、前記キャリブレーション投影データを前記被検体投影データに位置合わせする、請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記マーカとして用いられ、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間にある少なくとも１つの光子計数検出器をさらに備える、請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
複数の前記光子計数検出器は円形に配置される請求項９に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
画像用被検体の投影データである被検体投影データ、及び、所定のキャリブレーション用被検体のキャリブレーション投影データの両方を１回の連続したスキャンで取得する取得部を備える、Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記被検体投影データは、前記画像用被検体に対する所定の複数の投影角度でスキャンされたことにより取得され、
前記キャリブレーション投影データは、前記所定のキャリブレーション用被検体に対する前記所定の複数の投影角度でスキャンされたことにより取得され、
前記取得部は、
前記被検体空間の周囲でのＸ線源の回転を開始し、
前記被検体空間に前記画像用被検体が存在しない状態で前記被検体空間の周囲での前記Ｘ線源の前記回転を中断することなくキャリブレーション投影データを収集し、
前記画像用被検体を前記被検体空間内に搬入し、
前記被検体空間に前記画像用被検体が存在する状態で前記被検体空間の周囲での前記Ｘ線源の前記回転を中断することなく被検体投影データを収集し、
前記被検体空間の周囲での前記Ｘ線源の回転を終了する
ことにより、前記キャリブレーション投影データ及び前記被検体投影データの両方を前記１回の連続したスキャンで取得する、請求項１１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１３】
前記位置合わせ部は、
前記複数回のキャリブレーションスキャンのキャリブレーション投影データを取得し、
キャリブレーションスキャンごとに、当該キャリブレーションスキャンを前記複数の第１の差に割り当て、
前記複数の第１の差のうち、前記被検体投影データの前記第２の差に合致する１つを選択することにより前記キャリブレーション投影データを前記被検体投影データに位置合わせする、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１４】
前記位置合わせ部は、ノルム算出方法および内積方法のいずれかである、最適化された合致を判断する合致方法を用いて、前記複数の第１の差のうち、前記被検体投影データの前記第２の差に合致する１つを選択する、請求項１３に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１５】
画像用被検体を前記画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得するステップと、
所定のキャリブレーション用被検体を前記所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得するステップと、
前記キャリブレーション投影データにおける前記第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、前記第１の複数の投影角度と前記所定の投影角度との第２の差に合致するように、前記キャリブレーション投影データを前記被検体投影データに位置合わせするステップと、
前記位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて前記被検体投影データを補正するステップと
を含む、補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置及び補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ（Computed  Tomography：ＣＴ）装置およびその方法は広く使用されており、特に医用イメージングおよび医用診断に使用されている。一般的に、Ｘ線ＣＴ装置は、被験者の身体から１つ以上の断面スライスの画像を作成するものである。Ｘ線源等の放射線源が、身体を一方側から照射する。一般的にＸ線源に隣接するコリメータがＸ線ビームの角度範囲を制限し、それにより、身体に作用する放射線は各身体断面スライスを画定する平面領域に実質的に制限される。身体の反対側にある少なくとも１つの検出器（一般的には１つよりさらに多い検出器）が、実質的にスライス面において身体を透過した放射線を受ける。身体を透過した放射線の減衰を、検出器から受信した電気信号を処理することによって測定する。
【０００３】
図１Ａは、投影データからのサイノグラム、及び、投影データからの再構成画像の一例を示す図である。図１Ａに示すサイノグラムは、検出器配列に沿った「空間」（横軸）および一連の投影角度で行われる測定のスキャンの「時間（角度）」（縦軸）の関数として減衰を描画したものである。この空間次元は、Ｘ線検出器の１次元的な配列に沿った位置である。時間（角度）次元は、時間の経過に応じて投影角度が等量ずつ増加し、線形的に変化する一連の投影角度で投影測定が行われることを表す、時間の関数として変化するＸ線投影角度である。身体におけるある特定のボリューム（例えば、脊椎）に起因する減衰は縦軸まわりに正弦波を描くが、ボリュームが回転の中心から遠くなるほど正弦波の振幅が大きく、正弦波の位相は回転軸に対するボリュームの角度位置を確定する。逆ラドン（Radon）変換または同等の画像再構成方法を行うことにより、サイノグラム中の投影データから画像が再構成され、図１Ａに示すように、再構成された画像は身体の１つの断面スライスに対応する。 
【０００４】
従来、エネルギー積分検出器は、ＣＴ投影データを測定するために使用されてきた。現在では、最近の技術の進展により光子計数検出器（Photon-Counting  Detector：ＰＣＤ）が、従来のエネルギー積分検出器の実用的な代替選択肢となりつつある。ＰＣＤには、スペクトルＣＴの実行能力を含め多くの利点がある。ＰＣＤは、透過されたＸ線データのスペクトル上の性質を得るために、Ｘ線ビームをエネルギー成分すなわちスペクトルビンに分割し、各ビンの光子数をカウントする。スペクトルＣＴは、２つ以上のエネルギーレベルで送信されたＸ線の検出を伴うため、一般的には、デュアルエナジー（Dual  Energy）ＣＴと定義されるものである。
【０００５】
スペクトルＣＴ技術は、物質の識別およびビームハードニング補正を改良でき、多くの臨床上の応用に有益である。さらに、半導体に基づくＰＣＤは、従来のスペクトルＣＴ技術（例えば、デュアルソース（Dual  Source（Tube））、ｋＶｐスイッチング等）と比較して、提供されるスペクトルの情報が改善されており、スペクトルＣＴにとっての有望な候補である。
【０００６】
スペクトルＣＴおよびスペクトルＸ線イメージング全般の利点の一つとして、異なる原子番号Ｚの原子を持つ物質は、異なるスペクトルプロファイルを示して減衰することが挙げられる。それにより、複数のＸ線エネルギーの減衰を測定すれば、物質が識別され、減衰を特定の原子（すなわち、有効Ｚ）に因るものと特定できる。この特定により、物質分解を用いてスペクトル領域から物質的領域へのスペクトル投影データのマッピングが可能となる。場合によっては、この物質分解はデュアルエナジー分析方法を利用して行われる。
【０００７】
デュアルエナジー分析方法が利用されるのは、生体物質内でのＸ線の減衰が２つの物理的プロセス（すなわち、光電効果による散乱およびコンプトン（Compton）散乱）に支配されているからである。したがって、エネルギーの関数である減衰係数は、以下の式（１）に示す分解によって近似される。
【数１】
2016147055.tif 000003
【０００８】
ここで、μPE(E,x,y)は光電効果による減衰であり、μC(E,x,y)はコンプトン減衰である。この減衰係数は、高Ｚ物質（すなわち、物質１）と低Ｚ物質（すなわち、物質２）との分解に書き換えることができ、以下の式（２）に示すようになる。
【数２】
2016147055.tif 000004
【０００９】
ここで、C1(x,y)及びC2(x,y)は、位置（ｘ，ｙ）における画像化の対象が、物質１および物質２のそれぞれによってどの程度表されるかを記述する空間的な関数である。
【００１０】
Ｘ線源の円形経路より内側のＰＣＤから成るリングによるトポロジーを有するものを含め、一部のＸ線ＣＴ装置では、画像用被検体の投影データを収集する被検体スキャンと類似するキャリブレーションスキャンにより、測定アーチファクトに対してキャリブレーションが行われる。最良の結果を得るため、キャリブレーションスキャンと被検体スキャンの間の角度オフセット（ずれ）が補正される必要がある。角度オフセットの補正により、再構成画像の画像品質が向上する。キャリブレーションスキャンと被検体スキャンの間の角度オフセットは、キャリブレーション投影データのサブビュー角度オフセットと、被検体投影データのサブビュー角度オフセットの間の差として説明できる。投影データ（ここで「投影データ」は一連の投影角度での投影測定結果の集合体である）の「サブビュー角度オフセット」は、スキャンごとの、ＣＴスキャナのデータ収集システムおよび動作制御システムを使用して記録された実際の投影角度と名目上の投影角度の間の平均オフセット角度として定義される。この、実際の角度と名目上の角度の間の差は、現実の測定システムにおける許容限度（例えば、歯車の遊びおよび測定エンコーダ分解能の限界）により生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−１９２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ることができるＸ線ＣＴ装置及び補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態のＸ線ＣＴ装置は、取得部と、位置合わせ部と、補正部とを備える。取得部は、画像用被検体を画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得し、所定のキャリブレーション用被検体を所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得する。位置合わせ部は、キャリブレーション投影データにおける第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、第１の複数の投影角度と所定の投影角度との第２の差に合致するように、キャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせする。補正部は、位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて被検体投影データを補正する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、投影データからのサイノグラム、及び、投影データからの再構成画像の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第３世代ジオメトリで配置された複数のエネルギー積分検出器および第４世代ジオメトリで配置された複数のＰＣＤを備えるＣＴスキャナを備えるＸ線ＣＴ装置の一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、キャリブレーション投影データを用いて補正された被検体投影データからの再構成画像の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、減衰のない均一のバックグラウンドを示す再構成画像の一例を示す図である。
【図３】図３は、キャリブレーション投影データおよび被検体投影データの実際の投影角度間のオフセット角度を合致させる第１の方法を示す図である。
【図４】図４は、キャリブレーション投影データと被検体投影データの間でサブビュー角度オフセットを合致させる方法の第２の実施形態を示す図である。
【図５】図５は、キャリブレーション補正の連続的なスキャンによる方法を示す図である。
【図６】図６は、第３世代ジオメトリで配置されたエネルギー積分検出器および第４世代ジオメトリで配置されたＰＣＤの両方を有するＣＴスキャナを備えるＸ線ＣＴ装置（ＣＴスキャナシステム）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
一般的に、サブビュー角度オフセットは、異なるスキャンの間では異なる。ここで「異なるスキャン」には、スキャンとスキャンの間でＸ線ＣＴ装置の回転が停止され再開される各スキャンを含む。キャリブレーション投影データは、被検体投影データとはサブビュー角度オフセットが異なる可能性があるので、サブビュー角度オフセットの差を補正しない場合、残留測定アーチファクトがキャリブレーション補正後にも残ってしまい、再構成画像の画像品質の低下を招く。一方で、被検体投影データおよびキャリブレーション投影データのサブビュー角度オフセットを合致させる方法があれば、キャリブレーション補正後投影データにおける測定アーチファクトがより良好に解消されるようになり、補正後投影データからの再構成画像の画像品質が向上する。
【００１６】
そこで、以下に説明する実施形態では、画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ることができるように、各種の処理が行われる。
【００１７】
一実施形態によると、被検体投影データおよびキャリブレーション投影データを取得するように構成された処理回路機構を備える装置が提供される。上記被検体投影データは画像用被検体を透過してＸ線検出器により検出されたＸ線の強度を示し、上記画像用被検体に対する複数の投影角度で測定される。上記キャリブレーション投影データは、所定のキャリブレーション用被検体を透過してＸ線検出器により検出されたＸ線の強度を示し、上記キャリブレーション用被検体に対する複数の投影角度で測定される。上記処理回路機構はさらに、上記キャリブレーション投影データの投影角度を位置合わせして、サブビュー角度オフセットを上記被検体投影データのサブビュー角度オフセットに合致させるように構成される。また、上記処理回路機構はさらに、上記キャリブレーション投影データを用いて上記被検体投影データを補正するように構成される。
【００１８】
また、実施形態のＸ線ＣＴ装置は、取得部と、位置合わせ部と、補正部とを備える。取得部は、画像用被検体を画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得し、所定のキャリブレーション用被検体を所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得する。位置合わせ部は、キャリブレーション投影データにおける第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、第１の複数の投影角度と所定の投影角度との第２の差に合致するように、キャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせする。補正部は、位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて被検体投影データを補正する。
【００１９】
上記装置の実施形態は、内部に被検体空間を備える開口を有するガントリを備える。上記被検体空間はＸ線源からのＸ線の投影面と上記開口との交差領域である。上記ガントリは、上記被検体空間の周囲に設けられ、上記ガントリの静止部材に回転可能に取り付けられた回転部材をさらに有する。また、上記ガントリは、上記回転部材に固定して取り付けられ、上記被検体空間内にＸ線を照射するＸ線源をさらに有する。
【００２０】
別の一実施形態によると、被検体投影データおよびキャリブレーション投影データを取得するステップを含む方法が提供される。上記被検体投影データは画像用被検体を透過してＸ線検出器により検出されたＸ線の強度を示し、上記画像用被検体に対する複数の投影角度で測定される。上記キャリブレーション投影データは、所定のキャリブレーション用被検体を透過してＸ線検出器により検出されたＸ線の強度を示し、上記キャリブレーション用被検体に対する複数の投影角度で測定される。上記方法はさらに、上記キャリブレーション投影データの投影角度を位置合わせして、サブビュー角度オフセットを上記被検体投影データのサブビュー角度オフセットに合致させるステップを含む。また、上記方法は、上記キャリブレーション投影データを用いて上記被検体投影データを補正するステップをさらに含む。
【００２１】
また、別の一実施形態によると、補正方法が提供される。補正方法は、画像用被検体を前記画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得するステップを含む。補正方法は、所定のキャリブレーション用被検体を前記所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得するステップを含む。補正方法は、前記キャリブレーション投影データにおける前記第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、前記第１の複数の投影角度と前記所定の投影角度との第２の差に合致するように、前記キャリブレーション投影データを前記被検体投影データに位置合わせするステップを含む。補正方法は、前記位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて前記被検体投影データを補正するステップを含む。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、各実施形態に係るＸ線ＣＴ装置を説明する。なお、各実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、各実施形態は、原則として組み合わせることができる。
【００２３】
なお、複数の図面間において同一または対応する要素には同様の参照符号を付す。図１Ｂは、第３世代ジオメトリで配置された複数のエネルギー積分検出器および第４世代ジオメトリで配置された複数のＰＣＤを備えるＣＴスキャナを備えるＸ線ＣＴ装置の一例を示す図である。図１Ｂは、Ｘ線ＣＴ装置（ＣＴスキャナシステム）において、所定の第３世代ジオメトリで配置されたＸ線検出器１０３と組み合わせて所定の第４世代ジオメトリでＰＣＤを配置する実施態様を示す。この図は、寝台１１６に横になっているスキャンの対象である被検体ＯＢＪ、Ｘ線源１１２、コリメータまたはフィルタ１１４、Ｘ線検出器１０３、および光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの相対位置を示す。これら光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、前面が被検体ＯＢＪに対向しており、背面は被検体ＯＢＪに対向していない。被検体ＯＢＪを透過するＸ線は、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ（の前面）において検出されるか、疎に配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ間の空間を通過して、Ｘ線検出器１０３に密に実装されたエネルギー積分検出器において検出されるかのいずれかである。
【００２４】
一実施態様において、Ｘ線源１１２、コリメータまたはフィルタ１１４、およびＸ線検出器１０３はそれぞれ、ガントリに対して回転可能に取り付けられた回転部材である第１の円形部材１１０に固定して取り付けられ、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリに固定して取り付けられた第２の円形部材１２０に固定して取り付けられる。ここで、Ｘ線源１１２は、被検体空間にＸ線を照射する。また、第１の円形部材は、被検体空間の周囲に設けられている。また、開口１１５は、内部に被検体空間を備える。ＣＴスキャナのガントリは、開放された開口１１５を備えており、被検体ＯＢＪを、Ｘ線源から出射されるＸ線の投影面に位置付けることができる。「投影面」とは、Ｘ線がＸ線源１１２から各光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮおよびＸ線検出器１０３を含む検出器まで透過するボリュームである。「被検体空間」とは、Ｘ線源１１２からのＸ線の投影面とガントリの開放された開口１１５との交差領域である。「画像空間」は、Ｘ線源１１２がガントリの開口の周囲を回転する際の、Ｘ線源１１２のすべての投影角度に対応する投影面の和集合である。
【００２５】
被検体ＯＢＪが被検体空間に置かれ、Ｘ線源１１２が一連の投影角度を通過しながら回転して、ＣＴスキャナが各投影角度で被検体ＯＢＪを通るＸ線の透過や減衰の投影データを収集することで、スキャンが行われる。投影角度は、被検体空間に対するＸ線源１１２の相対位置によって変化する。「被検体投影データ」のスキャンは、画像用被検体が被検体空間を占有した時に行われる。「キャリブレーション投影データ」のスキャンは、キャリブレーション用被検体が被検体空間を占有した時に行われる。本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源１１２を被検体空間の周囲で回転させることを含む、少なくとも１回のスキャンを行うことで被検体投影データ及びキャリブレーション投影データを取得する。キャリブレーション用被検体は、空気または既知のファントムを含む。キャリブレーション投影データは、被検体投影データ内の測定アーチファクトを補正するのに使用され、補正された被検体投影データは、画像用被検体の画像を再構成するのに使用される。
【００２６】
一般には、各光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定数のエネルギービンのそれぞれについて光子の数を出力する。図１Ｂに示す実施態様では、第４世代ジオメトリで配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加え、エネルギー積分検出器が従来の第３世代ジオメトリで配置されたＸ線検出器１０３を備える。Ｘ線検出器１０３の検出器素子は、Ｘ線検出器の表面に、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮよりも高い密度で配置できる。
【００２７】
一実施態様において、Ｘ線源１１２およびコリメータ１１４はガントリの所定の第１の円形部材１１０に固定して配置され、同じく第１の円形部材１１０に固定して配置されるＸ線検出器１０３とは１８０度反対側の位置にある。
【００２８】
一実施態様において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、例えば円形である所定のジオメトリで被検体ＯＢＪの周囲に疎に配置される。例えば、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ内の所定の第２の円形部材１２０に固定して配置される。一実施態様において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、第２の円形部材１２０上の等間隔の所定の位置に固定して配置される。別の実施態様において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、円形部材１２０上の間隔が異なる所定の位置に固定して配置される。円形部材１２０は、データ収集中には被検体ＯＢＪに対して静止した状態のまま回転しない。
【００２９】
光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは被検体ＯＢＪに対して固定されるが、Ｘ線源１１２、コリメータ１１４（例えば、線量補償フィルタ）、およびＸ線検出器１０３は、被検体ＯＢＪの周囲を回転する。一実施態様において、Ｘ線源１１２およびコリメータ１１４はガントリに搭載された環状のフレーム等の第１の回転部材１１０に搭載される。それにより、Ｘ線源１１２は、疎に配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で被検体ＯＢＪの周囲を回転しながら、被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θＡでＸ線照射を行う。さらに、追加のＸ線検出器１０３が、第３世代ジオメトリで第１の円形部材１１０に搭載される。第１の円形部材１１０に、Ｘ線検出器１０３を被検体ＯＢＪを挟んでＸ線源１１２と１８０度反対の位置に搭載し、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の疎な配置に固定されている静止した円形部材１２０の外側を回転する。
【００３０】
一実施態様において、疎に配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを有する第１の円形経路の外側をＸ線源１１２が通る際に光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮをその背後からの放射線から保護する保護用後部カバーを、各光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの背面に設ける。
【００３１】
一実施態様において、Ｘ線源１１２が、被検体ＯＢＪに対して相対的にらせん状経路で動くことを選択可能にする。その態様では、第１の回転部材によりＸ線源１１２およびＸ線検出器１０３を第１の回転部材の回転面で回転させながら、寝台１１６により回転面と直交する所定の方向に被検体ＯＢＪを直線的に移動させる。
【００３２】
被検体ＯＢＪの周囲での第１の回転部材の動きは、動作制御システムによって制御される。動作制御システムは、データ収集システムと統合されるか、または分離されてもよく、第１の回転部材の角度位置および寝台１１６の直線上の位置についての一方的な情報を提供する。動作制御システムは、位置エンコーダを備え、第１の回転部材および寝台１１６の位置を制御するフィードバックを行うようにしてよい。動作制御システムは、開ループ系であっても、閉ループ系であっても、開ループ系と閉ループ系の組み合わせであってもよい。動作制御システムは、第１の回転部材の位置および寝台１１６の位置についてのフィードバックに直線エンコーダおよび回転エンコーダを使用できる。動作制御システムは、第１の回転部材の動きおよび寝台１１６の動きの駆動にアクチュエータを使用できる。これらのポジショナおよびアクチュエータは、例えば、ステッパモータ、ＤＣモータ、ウォーム駆動、ベルト駆動、および当業者既知のその他のアクチュエータである。
【００３３】
一実施態様において、複数のＰＣＤおよびＸ線検出器１０３において、Ｘ線源１１２から被検体ＯＢＪを通過して伝搬されてから検出器に入射する放射Ｘ線の強度を検出することにより測定スキャンが行われる。Ｘ線は、Ｘ線源１１２の位置が、一連の角度Φ＝φ１、φ２、・・・、φＮΦを経て回転する際に検出されて記録される。特にアクチュエータの遊びおよびヒステリシスが原因で、スキャン間における角度Φの繰り返し再現性は不完全である。キャリブレーションスキャンと測定スキャンの間の角度のばらつきは、キャリブレーション補正後投影データに残る未処理の測定アーチファクトを生じさせ、それらの残留測定アーチファクトが、補正後投影データから再構成される画像の画像品質を低下させる。
【００３４】
キャリブレーションスキャンは、多種類の測定アーチファクトを補正または解消できる。例えば、画素ごとおよびフレームごとに被検体スキャンの吸収値からキャリブレーションスキャンの吸収値が減算される。これらの測定アーチファクトのなかに、影による影響があるが、これは、Ｘ線源のすぐ前にくるＰＣＤの背面によって生じるものである。Ｘ線源の位置が変わるので、そのようなＰＣＤによって影になる被検体ＯＢＪの部位も異なる。キャリブレーションを利用してこのような影領域の補正が行われれば、任意の投影角度に対応する、被検体ＯＢＪの影になったすべての部位は別の投影角度で照射されるので、被検体ＯＢＪの全体にわたる再構成画像が得られる。しかしながら、キャリブレーション投影データおよび被検体投影データの投影角度間のオフセットがある場合、キャリブレーション補正（例えば、減算）が不十分となり、残留測定アーチファクト（例えば、キャリブレーション投影データおよび被検体投影データの影領域におけるオフセット）が生じる。
【００３５】
図２Ａは、キャリブレーション投影データを用いて補正された被検体投影データからの再構成画像の一例を示す図である。また、図２Ｂは、減衰のない均一のバックグラウンドを示す再構成画像の一例を示す図である。被検体投影データはキャリブレーション投影データ（すなわち、被検体空間には空気しか存在しない）と同一の条件下で採取される。したがって、キャリブレーション補正が十分であれば、図２Ｂの例に示すように、再構成画像は、減衰のない均一のバックグラウンドを示すはずである。しかしながら、サブビュー角度オフセットが被検体投影データとキャリブレーション投影データの間で異なるので、キャリブレーション補正は不十分で、図２Ａの例に示すように、再構成画像には、減衰および光子計数検出器による影に対応する構造が生じる。
【００３６】
キャリブレーションスキャンは、測定および検出器アーチファクトを測定して補正するために利用されるもので、通常は、ファントムの選択およびスキャンパラメータ等、実際の患者スキャンの状況を疑似的に再現するために収集される。一部の適用例では、被検体スキャンや患者スキャンに対するキャリブレーションスキャンの投影角度の繰り返し再現性を確実にすることが重要である。例えば、第３世代と第４世代との統合型光子計数ＣＴスキャナでは、図１Ｂおよび図６に示すように、ＰＣＤリングがＸ線の進行を遮り、検出器上に影が生じる。エアスキャンまたはファントムスキャンを使用して減衰および光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮによるビームハードニングを測定する方法が提案されている。キャリブレーションスキャンでは、キャリブレーションスキャンの投影角度の正確性および繰り返し再現性を確実にすることが重要である。先の図２Ａに示すように、わずかなサブ角度の位置合わせミス（すなわち、オフセット）により再構成画像において残留アーチファクトが生じる。
【００３７】
そのようなアーチファクトを軽減するために、本実施形態では、スキャンの角度の繰り返し再現性の低下を抑制する方法をいくつか説明する。これらの方法は、光子計数検出器の影の補正のほか、観察角度の正確性および繰り返し再現性が高い必要がある別のキャリブレーション課題にも利用可能である。キャリブレーション投影データと被検体投影データの間の相対的なオフセット角度について正確に原因を特定して補正することにより、再構成画像の画像品質が改善される。
【００３８】
図３は、キャリブレーション投影データおよび被検体投影データの実際の投影角度間のオフセット角度を合致させる第１の方法３００を示す図である。サブ角度という用語は、Ｘ線ＣＴ装置（例えば、ＣＴスキャナのデータ収集システムおよび動作制御システム等）で記録される名目上の（設計上の）投影角度からのずれのことである。
【００３９】
サブ角度ｎΔは、Δ＝（φｉ−１−φｉ）／Ｎとなるような測定角度Φ＝φ１、φ２、・・・、φＮΦ間の間隔である。したがって、各測定角度φｉの周囲の領域はさらに、サブ角度φｉ±ｎΔ、ｎ＝０、1、・・・、（Ｎ−１）／２に細分化される。各投影データスキャンは、サブビュー角度オフセットを含み（すなわち、実際のオフセット角度は、サブ角度で定義されるビンのうち１つに該当する）、各投影角度φｉは、名目上の値からオフセット角度ｎ’Δだけオフセットされている。このオフセット角度は、動作制御システムの不完全性（例えば、歯車またはサーボモータの遊び）の結果である。単一のサブビュー角度オフセットが、各スキャンに割り当てられ、このサブビュー角度オフセットは、所与の１スキャンにおける全投影角度の角度オフセットの平均である。Ｘ線源１１２の回転の停止および開始が間に入るスキャンを異なるスキャンとし、一般的に、異なるスキャン間ではサブビュー角度オフセットが異なる。
【００４０】
あるスキャンが所与のサブビュー角度オフセットで開始されると、一般的に、そのサブビュー角度オフセットが引き続きそのスキャン全体でのオフセット角度となる。一般的に、スキャン間の回転の停止および開始が、スキャン間でサブビュー角度オフセットが異なる原因である。したがって、別々のスキャンで得たキャリブレーション投影データおよび被検体投影データのサブビュー角度オフセットは、同一ではない。
【００４１】
キャリブレーション補正の有効性は、サブビュー角度オフセットがキャリブレーション投影データと被検体投影データの間でどの程度合致しているかによって制約される。すなわち、合致度が高ければ、被検体投影データの測定アーチファクト（例えば、光子計数検出器による影）をより良好に解消するキャリブレーション投影データが得られる。したがって、キャリブレーション投影データのサブビュー角度オフセットをシフトさせて被検体投影データと合致させることで、キャリブレーション補正が改善され、再構成画像の質が向上する。
【００４２】
図３は、キャリブレーション投影データと被検体投影データ間でサブビュー角度オフセットを合致させる方法の第１の実施形態である方法３００を示す。方法３００は、収集前キャリブレーション部分および被検体投影データ収集部分の２つの部分に分けられる。
【００４３】
方法３００の収集前キャリブレーション部分は、キャリブレーションスキャンが行われるステップ３１０から開始される。キャリブレーションスキャンには、一連の投影角度でＸ線投影データを測定するステップが含まれ、被検体ＯＢＪは、キャリブレーション用被検体（例えば、空気または所定のファントム）である。すなわち、一実施形態において、ステップ３１０には、画像用被検体を、画像用被検体に対する第１の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得するステップが含まれる。ステップ３１０の後、方法３００の収集前キャリブレーション部分はステップ３１２に進み、キャリブレーション投影データのサイノグラムが補間されて、係数Ｎによってアップサンプリングされる。ここで、図１Ａに示すように、補間およびアップサンプリングは時間（角度）の次元で行われる。すなわち、一実施形態において、ステップ３１２には、キャリブレーション投影データのサイノグラムを時間次元に沿って上述した第１の複数の投影角度間のデータを補間して新たな第１の複数の投影角度を算出することにより、Ｎ倍にアップサンプリングするステップが含まれる。
【００４４】
方法３００の被検体投影データ収集部分は、ステップ３２０で被検体スキャンを行うことにより開始される。この被検体スキャンでは、キャリブレーションスキャン３１０と同様に一連の投影角度でＸ線投影データを測定する。ただし、ステップ３２０のスキャン被検体ＯＢＪがキャリブレーション用被検体ではなく画像用被検体（例えば、医療対象患者）であることのみが違う。すなわち、一実施形態において、ステップ３２０には、所定のキャリブレーション用被検体を所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得するステップが含まれる。方法３００の２番目のステップ３２２では、被検体投影データのサイノグラムが補間されて、係数Ｎによりアップサンプリングされる。ここでも、被検体投影データの補間およびアップサンプリングは時間（角度）の次元で行われる。すなわち、一実施形態において、ステップ３２２には、被検体投影データのサイノグラムを時間次元に沿って上述した第２の複数の投影角度間のデータを補間して新たな第２の複数の投影角度を算出することにより、Ｎ倍にアップサンプリングするステップが含まれる。
【００４５】
ステップ３２２に続いて、アップサンプリング後のキャリブレーション投影データおよびアップサンプリング後の被検体投影データはそれぞれ、ステップ３２４で使用され、アップサンプリング後のキャリブレーション投影データのサブビュー角度オフセットが、アップサンプリング後の被検体投影データと合致するように調整される。すなわち、一実施形態において、ステップ３２４には、キャリブレーション投影データにおける上述した第２の複数の投影角度と所定の投影角度との第１の差が、上述した第１の複数の投影角度と所定の投影角度との第２の差に合致するように、キャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。また、一実施形態において、ステップ３２４には、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データにおける上述した第１の差が、アップサンプリングされた被検体投影データにおける上述した第２の差に合致するように、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データをアップサンプリングされた被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。ここで、キャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせするとは、例えば、キャリブレーション投影データにおける第２の投影角度と、被検体投影データにおける第１の投影角度とを位置合わせすることである。
【００４６】
一実施態様において、アップサンプリング後のキャリブレーション投影データのサブビュー角度オフセットは、時間（角度）次元に沿ってキャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトさせることで調整され、シフト後のキャリブレーションサイノグラムが、被検体サイノグラムと比較される。このサブビュー角度オフセットの調整は、キャリブレーション投影データおよび被検体投影データのオフセット角度の間で最良の合致が得られるまで何度も反復的に繰り返される。すなわち、一実施形態において、ステップＳ３２４には、時間次元に沿って、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトして、アップサンプリングされた被検体投影データのサイノグラムに合致させることにより、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データをアップサンプリングされた被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。ここで、合致の「良さ」は、マッチング関数によって決定される。一実施態様において、この最良の合致を求める反復探索は、全数検索である。一実施態様において、この最良の合致を求める反復探索は、大域的最適探索手法である。一実施態様において、この最良の合致を求める反復探索は局所的最適解探索手法である。
【００４７】
上記のマッチング関数は、被検体投影データのアップサンプリング後サイノグラムと、キャリブレーション投影データのシフト後アップサンプリング後サイノグラムの間の類似性を決定する。それらのサイノグラムでは、測定アーチファクトは、被検体投影データおよびキャリブレーション投影データにおいて異なる位相を有する正弦波として出現する。マッチング関数は、被検体サイノグラムとキャリブレーションサイノグラムの間の位相一致を、極値（差異量の最小値または内積量の最大値）を出力することで検出する。一実施態様において、マッチング関数は、被検体投影データとキャリブレーション投影データの間の距離量を表す（例えば、被検体投影データとシフト後キャリブレーション投影データの間の差を算出し、差の平均二乗または重み付き平均二乗を算出する）。すなわち、一実施形態において、ステップＳ３２４には、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データのサイノグラムと、アップサンプリングされた被検体投影データのサイノグラムとの差のノルムを算出するステップを含む、サイノグラム間の合致を判断する方法を用いて、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトするステップが含まれる。別の一実施態様において、マッチング関数は、被検体投影データとキャリブレーション投影データとの重なり積分（例えば、被検体投影データとシフト後キャリブレーション投影データの間の内積）を表す。差違量では、最小値により高い合致度が示され、内積によるマッチング関数では、最大値により高い合致度が示される。すなわち、一実施形態において、ステップ３２４には、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データのサイノグラムと、アップサンプリングされた被検体投影データのサイノグラムとの内積を算出するステップを含む、サイノグラム間の合致を判断する方法を用いて、アップサンプリングされたキャリブレーション投影データのサイノグラムをシフトするステップが含まれる。
【００４８】
図１Ａでわかるように、サイノグラムの垂直中心線付近に、回転の中心付近に位置する被検体ＯＢＪからの正弦波と、回転の中心から離れた位置の物体（例えば、光子計数検出器）による測定アーチファクト正弦波の間の強い重なりがある。この重なりのため、合致するオフセット角度を決定するのが困難になることがある。例えば、飽和効果（例えば、ビームハードニング）により、重畳された正弦波間のクロスカップリングが生じるので、重なり領域の正弦波位相の決定が難しくなる。この不明確さを克服する一方法は、正弦波間で重なりのない領域を使用することであり、被検体空間の外側に位置するマーカを利用して合致するサブビュー角度オフセットを求めれば可能である。
【００４９】
ＣＴスキャナは、被検体空間の外側であるが画像空間内である位置にマーカを有している場合が多い。このマーカは、キャリブレーション投影データ内および被検体投影データ内の両方で明確に区別可能な変動のない吸収体である。マーカは、参照基準となりうる。任意の容易に識別可能で区別可能な測定アーチファクトがマーカとして使用でき、例えば、光子計数検出器が理想的なマーカであろう。図１Ｂおよび図６に示すように、「被検体空間」は、Ｘ線源１１２からのＸ線の投影面とガントリ６４０の開放された開口１１５との交差領域である。「画像空間」は、Ｘ線源１１２が、ガントリ６４０の開口の周囲を回転する際のＸ線源１１２の投影角度に対応する全投影面の和集合を含有する。
【００５０】
被検体空間の外側にあるマーカは、そのマーカに対応する正弦波が、画像空間内の被検体に対応する正弦波よりも大きな振幅を有するので、有利である。したがって、そのピークおよびトラフ（谷）の付近では、マーカの正弦波は被検体空間からの正弦波と重なることはない。被検体空間の外側に位置するマーカに対応する、これらの大きい方の正弦波のピークおよびトラフに対応するサイノグラム領域（すなわち、図１Ａに示すサイノグラムにおける左側および右側の領域）におけるマッチング関数を計算することで、正弦波の非線形重畳の悪影響が回避できる。なお、マーカとしては、例えば、図１Ｂに示す少なくとも１つの光子計数検出器が用いられる。このように、一実施形態において、Ｘ線源１１２とＸ線検出器１０３との間にある少なくとも１つの光子計数検出器は、マーカとして用いられる。
【００５１】
以上のことから、一実施形態において、ステップ３２４には、被検体空間の外側に位置する少なくとも１つのマーカの減衰信号に対応し、被検体空間からの減衰信号には対応しない、サイノグラム内の領域を用いて、キャリブレーション投影データと被検体投影データとの合致を評価し、評価結果に基づいて、キャリブレーション投影データと被検体投影データとが合致するように、キャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。
【００５２】
アップサンプリング後のキャリブレーション投影データのサブビュー角度オフセットを被検体投影データに合致させた後、方法３００はステップ３２６に進み、位相補正後アップサンプリング後キャリブレーション投影データを用いて測定アーチファクトが補正される。すなわち、一実施形態において、ステップ３２６には、位置合わせしたキャリブレーション投影データを用いて被検体投影データを補正するステップが含まれる。また、一実施形態において、ステップ３２６には、アップサンプリングされてシフトされたキャリブレーション投影データのサイノグラムを使用して、アップサンプリングされた被検体投影データのサイノグラムにおける測定アーチファクトを補正するステップが含まれる。一実施態様において、被検体投影データの補正は、アップサンプリング後被検体投影データと位相補正後アップサンプリング後キャリブレーション投影データの間の差を算出するステップを含む。一実施態様において、被検体投影データの補正は、位相補正後アップサンプリング後キャリブレーション投影データの対応するデータ値が所定の閾値を超える減衰値を示す場合を、被検体投影データの信頼性が低いデータ値としてフラグを付ける（例えば、データ値が影になった検出器領域である場合は再構成にそのデータ値を使用しない）ステップを含む。
【００５３】
ステップ３２６に続いて、方法３００はステップ３２８に進み、補正後被検体投影データを収集された被検体投影データの初期の大きさに戻すために、補正された被検体投影データが係数１／Ｎでダウンサンプリングされる。すなわち、一実施形態において、ステップ３２８には、アップサンプリングされて補正された被検体投影データのサイノグラムをＮ分の１にダウンサンプリングすることにより、被検体投影データを補正するステップが含まれる。
【００５４】
上述したように、被検体投影データが、サブビュー角度オフセットが合致するキャリブレーション投影データにより補正される。これにより、補正後の被検体投影データにおける測定アーチファクトがより良好に解消されるようになり、補正後の被検体投影データから再構成される再構成画像の画像品質が良好となる。したがって、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ることができる。
【００５５】
代替的な実施態様において、測定アーチファクト補正ステップおよびダウンサンプリングステップは順序が入れ替えられる。したがって、この代替的な実施態様では、ステップ３２６に位相補正後アップサンプリング後キャリブレーション投影データを係数１／Ｎでダウンサンプリングするステップを含み、その後、位相補正後キャリブレーション投影データを用いて被検体投影データが補正される。キャリブレーション投影データを被検体投影データと照合する前にアップサンプリングすることにより、アップサンプリング後のキャリブレーション投影データと被検体投影データの間のサブビュー角度オフセットをより正確に確定するうえで、上記の照合される２つのデータのセット間の合致がより正確になる。ダウンサンプリングにより、最終的な被検体投影データが元々の被検体スキャンと一致する解像度に変換される。
【００５６】
図４は、キャリブレーション投影データと被検体投影データの間でサブビュー角度オフセットを合致させる方法の第２の実施形態を示す図である。方法４００は、収集前キャリブレーション部分および患者データ収集部分の２つの部分に分けられる。
【００５７】
方法４００の収集前キャリブレーション部分は、ステップ４１０、ステップ４１２、およびステップ４１４の３つのステップから成る。
【００５８】
ステップ４１０は、複数（Ｋ）回のキャリブレーションスキャンを収集するステップを含み、各スキャンはＣＴスキャナの完全なスキャン回転を含み、その回転はスキャンとスキャンの間では連続しない（すなわち、回転はスキャンとスキャンの間で停止されて開始され、各スキャンに固有のオフセット角度が得られる）。なお、キャリブレーションスキャンを収集するとは、例えば、キャリブレーションスキャンを行い、キャリブレーション投影データを収集することを意味する。一実施態様において、ステップ４１０は、キャリブレーションスキャンを行ってキャリブレーション投影データを取得するステップを含む。代替的な実施態様では、キャリブレーションスキャンはステップ４１０より前に行われ、キャリブレーション投影データはコンピュータ可読媒体に記憶される。この代替的な実施態様では、ステップ４１０は、上記コンピュータ可読媒体からキャリブレーション投影データを取得するステップを含む。すなわち、一実施形態において、ステップ４１０には、複数回のキャリブレーションスキャンのキャリブレーション投影データを取得するステップが含まれる。
【００５９】
ステップ４１０に続いて、ステップ４１２では、各スキャンにおける角度オフセットを確認する。このステップは、ステップ３２４のマッチング関数を用いてＫ回のキャリブレーションスキャンどうしを比較して相対的なオフセット角度を確定し、キャリブレーションのうち１つのオフセット角度をゼロオフセット角度と指定することにより行われる。
【００６０】
ステップ４１２に続いて、方法４００はステップ４１４に進み、Ｋ回のキャリブレーションスキャンはそれぞれ、ゼロオフセット角度との相対的な角度オフセットに応じて、サブビュー角度オフセットビン（すなわち、ｎΔ、ｎ＝０、1、・・・、（Ｎ−１）／２）に割り当てられる（例えば、ゼロオフセットとされたスキャンは、ｎ＝０のビンに割り当てられる）。すなわち、一実施形態において、ステップ４１４には、キャリブレーションスキャンごとに、当該キャリブレーションスキャンを複数の上述した第１の差に割り当てるステップが含まれる。
【００６１】
方法４００の被検体投影データ収集部分は、ステップ４２０、ステップ４２２、およびステップ４２４の３つのステップから成る。
【００６２】
ステップ４２０は、画像用被検体スキャンを収集するステップを含む。画像用被検体（例えば、医療対象患者）をガントリの被検体空間に位置付け、Ｘ線源が一連の投影角度からスキャンされ、各角度から被検体を透過したＸ線を測定する。
【００６３】
ステップ４２０に続いて、方法４００はステップ４２２に進み、被検体スキャンが、キャリブレーションスキャンの各ビンと比較される。一実施態様において、ビン平均が各サブビュー角度オフセットビンについて計算される。このビン平均は、所与のビンにおけるすべてのキャリブレーションスキャンの平均である。被検体投影データとキャリブレーション投影データとの比較には、被検体投影データとキャリブレーション投影データとの類似性を決定するマッチング関数が使用される。すなわち、一実施形態において、ステップ４２２には、複数の上述した第１の差のうち、被検体投影データの上述した第２の差に合致する１つを選択することによりキャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。方法３００のステップ３２４にあるように、一実施態様において、マッチング関数は、被検体投影データとキャリブレーション投影データの間の距離量を含む（例えば、被検体投影データとシフト後キャリブレーション投影データの間の差を算出し、差の平均二乗または重み付き平均二乗を算出する）。別の一実施態様において、マッチング関数は被検体投影データとキャリブレーション投影データとの重なり積分（例えば、被検体投影データとシフト後キャリブレーション投影データの間の内積）を含む。被検体投影データとサブビュー角度オフセットビンとの最良の合致は、最適値（すなわち、差違量のマッチング関数では最小値、内積によるマッチング関数では最大値）で与えられる。すなわち、一実施形態において、ステップ４２２には、被検体投影データとキャリブレーション投影データとの差のノルムを算出するノルム算出方法である、最適化された合致を判断する合致方法を用いて、複数の上述した第１の差のうち、被検体投影データの上述した第２の差に合致する１つを選択することによりキャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。また、一実施形態において、ステップ４２２には、被検体投影データとキャリブレーション投影データとの間の内積を算出する内積方法である、最適化された合致を判断する合致方法を用いて、複数の上述した第１の差のうち、被検体投影データの上述した第２の差に合致する１つを選択することによりキャリブレーション投影データを被検体投影データに位置合わせするステップが含まれる。
【００６４】
最適なサブビュー角度オフセットのビンが確定された後、ステップ４２４で、そのサブビュー角度オフセットビンからのキャリブレーション投影データを用いて被検体投影データが補正される。この補正ステップは、方法３００における補正ステップ３２６と同様に行われる。ただし、ステップ４２４では、ステップ３２６とは異なりダウンサンプリングステップがない。
【００６５】
方法４００においても、被検体投影データが、サブビュー角度オフセットが合致するキャリブレーション投影データにより補正される。これにより、補正後の被検体投影データにおける測定アーチファクトがより良好に解消されるようになり、補正後の被検体投影データから再構成される再構成画像の画像品質が良好となる。したがって、画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ることができる。
【００６６】
図５は、キャリブレーション補正の連続的なスキャンによる方法を示す図である。キャリブレーション投影データと被検体投影データの間のオフセット角度差はスキャンとスキャンの間で回転を停止して開始することにより生じるので、方法５００では、キャリブレーション投影データおよび被検体投影データの両方で連続的なスキャンを利用してオフセット角度を同じにする。すなわち、方法５００は、画像用被検体の投影データである被検体投影データ、及び、所定のキャリブレーション用被検体のキャリブレーション投影データの両方を１回の連続したスキャンで取得するステップを含む。この方法は、寝台１１６上の被検体ＯＢＪを投影面および被検体空間の外側に配置することで実施される。そこで、被検体ＯＢＪが被検体空間には不在のままキャリブレーションスキャンを実行し、第１の円形部材１１０が連続的に回転している状態で寝台１１６を並進させて被検体ＯＢＪを被検体空間に導入する。患者への放射線被爆量を制限するために、この寝台を並進させる間は、Ｘ線源が被検体空間に照射されないようにできる。被検体ＯＢＪが被検体空間に入り、Ｘ線源が被検体空間に照射され、第１の円形部材１１０が引き続き連続的に回転している状態で、検出器に入射するＸ線透過を記録することにより被検体投影データが収集される。方法５００では、キャリブレーションスキャンおよび被検体スキャンの順序は、回転が両方のスキャンにまたがって連続するという前提で、入れ替え可能である。
【００６７】
方法５００は、図５に示すように６つのステップに細分化される。最初のステップ５１０は、スキャン範囲を確定するスカウトスキャンである。
【００６８】
次に、ステップ５１２で、被検体空間の外に被検体を移動させる。このステップは、スカウトスキャン後に、寝台上の被検体ＯＢＪが被検体空間から完全に不在になるように寝台を並進させることで実施できる。
【００６９】
次に、ステップ５１４でガントリの回転が開始され、この回転は、ステップ５１８で被検体スキャンが終了するまで連続的に行われる。さらに、ステップ５１４では、ガントリの回転が連続的に行われたまま被検体ＯＢＪが被検体空間に不在の状態で、キャリブレーションスキャンが収集される。すなわち、一実施形態において、ステップ５１４には、所定のキャリブレーション用被検体を所定のキャリブレーション用被検体に対する第２の複数の投影角度でスキャンすることによりキャリブレーション投影データを取得するステップが含まれる。また、一実施形態において、ステップ５１４には、被検体空間の周囲でのＸ線源の回転を開始するステップと、被検体空間に画像用被検体が存在しない状態で被検体空間の周囲でのＸ線源１１２の回転を中断することなくキャリブレーション投影データを収集するステップとが含まれる。
【００７０】
ステップ５１６では、被検体ＯＢＪが被検体空間内に再度戻される際もガントリの回転が維持される。患者への放射線被爆量を制限するために、ステップ５１６の間は、Ｘ線源が被検体空間に照射されないようにできる。すなわち、一実施形態において、ステップ５１６には、画像用被検体を被検体空間内に搬入するステップが含まれる。
【００７１】
ステップ５１６に続いて、ステップ５１８では、ガントリの回転が連続的に行われたまま被検体ＯＢＪが被検体空間に入っている状態で、被検体スキャンが行われる。すなわち、一実施形態において、ステップ５１８には、画像用被検体を、画像用被検体に対する所定の複数の投影角度でスキャンすることにより被検体投影データを取得するステップが含まれる。また、一実施形態において、ステップ５１８には、被検体空間に画像用被検体が存在する状態で記被検体空間の周囲でのＸ線源１１２の回転を中断することなく被検体投影データを収集するステップが含まれる。
【００７２】
最後に、ステップ５２０では、被検体空間の周囲でのＸ線源１１２の回転が終了され、Ｘ線源１１２からのＸ線の照射が終了される。また、ステップ５２０では、方法３００のステップ３２６および方法４００のステップ４２４と同様に、キャリブレーション投影データを用いて被検体投影データが補正される。
【００７３】
上述したように、方法５００においても、被検体投影データが、サブビュー角度オフセットが合致するキャリブレーション投影データにより補正される。これにより、補正後の被検体投影データにおける測定アーチファクトがより良好に解消されるようになり、補正後の被検体投影データから再構成される再構成画像の画像品質が良好となる。したがって、画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ることができる。
【００７４】
位置合わせされたキャリブレーション投影データを用いて被検体スキャンデータが補正された後、任意の既知のＣＴ再構成方法を用いてこの投影データからＣＴ画像を再構成することができる。例えば、ＣＴ再構成方法は、フィルタ補正逆投影、反復画像再構成法、または統計的画像再構成法を用いて行うことができる。さらに、ＣＴ再構成方法には、任意の逆投影法（例えば、フィルタ補正逆投影）、任意の反復的な再構成法（例えば、代数的再構成法（Algebraic  Reconstruction  Technique：ＡＲＴ）および全変動最小化正則化法）、任意のフーリエ変換に基づく方法（例えば、直接フーリエ法）、または統計的な方法（例えば、最尤期待値最大化アルゴリズムに基づく方法）を適用できる。さらに、フルスキャンが行われない場合、Dreike-Boydパラレルリビニング（parallel  rebinning）アルゴリズム、補完的リビニング（complementary  rebinning）アルゴリズム、サイノグラムに対するParkerの重みのような好適な重み付け関数の適用、Katsevichの方法、Feldkampの方法等のショートスキャンＣＴ再構成方法が利用できる。当業者には、検出器の種類、線源、スキャン、被検体、および所望の画像に応じて多くのＣＴ再構成方法が可能であることが理解されよう。
【００７５】
図６は、第３世代ジオメトリで配置されたエネルギー積分検出器および第４世代ジオメトリで配置されたＰＣＤの両方を有するＣＴスキャナを備えるＸ線ＣＴ装置（ＣＴスキャナシステム）を示す図である。
【００７６】
図６の例は、Ｘ線ＣＴ装置において、所定の第３世代ジオメトリで配置されたＸ線検出器１０３と組み合わせて所定の第４世代ジオメトリで光子計数検出器を配置する実施態様を示す。この図は、Ｘ線源１１２、コリメータまたはフィルタ１１４、Ｘ線検出器１０３、および光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの相対位置を示す。
【００７７】
図６は、Ｘ線投影データを収集し、記憶し、処理し、提供するための回路機構およびハードウェアも示す。これらの回路機構およびハードウェアは、処理部６７０、ネットワーク制御部６８０、メモリ６７８、およびデータ収集システム６７６を備える。
【００７８】
代替的な一実施態様では、ＣＴスキャナは、ＰＣＤを備えるがＸ線検出器１０３は備えない。
【００７９】
データ収集の際に、Ｘ線源１１２およびＸ線検出器１０３がそれぞれ円形経路６１０および６３０の周囲を回転すると、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮおよびＸ線検出器１０３のそれぞれが、透過した放射Ｘ線を検出する。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、送出された放射Ｘ線を間欠的に検出し、各所定のエネルギービンについて光子数を示す計数値を別々に出力する。一方で、Ｘ線検出器１０３が回転すると、Ｘ線検出器１０３の検出器素子は、送出された放射Ｘ線を連続的に検出し、検出した信号を出力する。一実施態様において、Ｘ線検出器１０３は、Ｘ線検出器の表面に所定のチャネル方向およびセグメント方向で密に配置された複数のエネルギー積分検出器を有する。
【００８０】
一実施態様において、Ｘ線源１１２、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ、およびＸ線検出器１０３は、半径の異なる３つの所定の円形経路を集合的に形成する。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが第２の円形経路６２０に沿って疎に配置されるのに対し、少なくとも１つのＸ線源１１２が第１の円形経路６１０に沿って回転する。さらに、Ｘ線検出器１０３は、第３の円形経路６３０に沿って移動する。上述の例示的実施形態では、第３の円形経路は最小であり、第１の円形経路および第２の円形経路よりも内側に位置する。
【００８１】
図示しないが、代替的な実施形態では、第１および第２の円形経路の相対的な関係を変更し、Ｘ線源１１２の第２の円形経路が、疎に配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの第２の円形経路６２０よりも小さく、内側に位置するようにしてもよい。第３の円形経路６３０は、Ｘ線検出器１０３によってＸ線源１１２が遮られ光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに影が生じないように、どのような場合でも第２の円形経路６２０よりも大きく、外側に位置する。
【００８２】
さらに、別の代替的な実施形態では、図１Ｂに示すように、Ｘ線源１１２もＸ線検出器１０３と同じ第３の円形経路上を移動してもよい。
【００８３】
ＣＴスキャナにおいて、所定の第３世代ジオメトリで配置された検出器と組み合わせて所定の第４世代ジオメトリで光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを配置するには、他にもいくつか代替的な実施形態がある。その開示内容全体が参照として、特許文献１に記載されるようなＸ線ＣＴスキャナのいくつかの実施形態が本実施形態に組み入れられる。
【００８４】
一実施態様において、Ｘ線源１１２は、単一のエネルギー源とする選択ができる。別の一実施態様において、Ｘ線源１１２は、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーで放射Ｘ線を曝射するｋＶスイッチング機能を実行するように構成される。さらに別の一実施形態において、Ｘ線源１１２は、広範囲なＸ線エネルギースペクトルを曝射する単一の線源である。さらに他の一実施形態において、Ｘ線源１１２は、複数のＸ線エミッタを備え、各エミッタは空間的にもスペクトル的にも相異なる。
【００８５】
Ｘ線検出器１０３は、光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードを用いたシンチレータ素子等のエネルギー積分検出器を使用して、放射Ｘ線とシンチレータ素子とが相互作用して起こるシンチレーション現象の結果生じるシンチレーション光子を検出することができる。シンチレータ素子は、結晶構造のもの（例えば、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（純粋）、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＺｎＳ（Ａｇ）、ＣａＷＯ４、ＣｄＷＯ４、ＹＡＧ（Ｃｅ）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（Ｃｅ）、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬＹＳＯ、ＢＧＯ、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、Ｃ１４Ｈ１０、Ｃ１４Ｈ１２、およびＣ１０Ｈ８）、有機液体（例えば、ｐ−テルフェニル（Ｃ１８Ｈ１４）、ＰＢＤ（Ｃ２０Ｈ１４Ｎ２Ｏ）、ブチルＰＢＤ（Ｃ２４Ｈ２２Ｎ２Ｏ）、またはＰＰＯ（Ｃ１５Ｈ１１ＮＯ）等の蛍光体を含む有機溶液）、可塑性物質（例えば、固体ポリマーマトリックス中に懸濁した蛍光体を含む）、または知られている他の任意のシンチレータであってよい。
【００８６】
光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、シリコン（Ｓｉ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ２）、およびヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の半導体をベースにした直接的なＸ線照射検出器であってよい。一般的に、半導体ベースの直接的なＸ線検出器は、シンチレータ検出器等の間接的な検出器より時間反応がはるかに速い。直接的な検出器では反応速度が速いため、Ｘ線検出事象を個別に解決することができる。しかしながら、Ｘ線の臨床上の適用例で通常使用される高エネルギーＸ線束では、Ｘ線検出事象のパイルアップが起こる。検出されたＸ線のエネルギーは、直接的な検出器で生成された信号と正比例するので、検出事象はエネルギービンに整理することができ、スペクトルＣＴ用にスペクトル的に分解されたＸ線データが生成される。
【００８７】
ＣＴスキャナは、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮおよびＸ線検出器１０３からの投影測定結果を、データ収集システム６７６、処理部６７０、メモリ６７８、ネットワーク制御部６７４へ送信するデータチャネルを備える。データ収集システム６７６は、検出器からの投影データの収集、デジタル化、および経路指定を制御する。データ収集システム６７６はさらに、環状の回転フレーム６１０および６３０の回転を制御するＸ線撮影制御回路機構を備える。一実施態様において、データ収集システム６７６はさらに、寝台１１６の動き、Ｘ線源１１２の作動、およびＸ線検出器１０３の作動を制御する。データ収集システム６７６は、集中型のシステムであってよいが、分散型のシステムであってもよい。処理部６７０は、投影データからの画像の再構成、投影データの再構成前処理、および画像データの再構成後処理等の機能を実行する。処理部６７０は、キャリブレーション投影データのオフセット角度を被検体投影データのオフセット角度に合致させる機能および方法（すなわち、図３、図４、および図５に示す方法）も実行する。
【００８８】
投影データの再構成前処理には、検出器キャリブレーション、検出器非線形性、極性効果、ノイズバランシング、および物質分解についての補正を含めることができる。
【００８９】
再構成後処理には、必要に応じて、画像のフィルタリングと平滑化、ボリュームレンダリング処理、および画像の差分処理を含めることができる。画像再構成プロセスは、フィルタ補正逆投影、反復的画像再構成法、または確率的画像再構成法を用いて行うことができる。処理部６７０およびデータ収集システム６７６のいずれもが、例えば、投影データ、再構成画像、キャリブレーションのデータおよびパラメータ、およびコンピュータプログラムを記憶させるためにメモリ６７６を使用できる。
【００９０】
処理部６７０は、離散論理ゲートとして、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ）、またはその他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）としての実装が可能な中央演算処理装置（Central  Processing  Unit：ＣＰＵ）を備えることができる。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとしての実施態様は、超高速集積回路設計用ハードウェア記述言語（VHSIC  (Very  High  Speed  Integrated  Circuit)  Very  Hardware  Description  Language：ＶＨＤＬ）、Ｖｅｒｉｌｏｇ、または他のどのようなハードウェア記述言語でプログラムされてもよく、そのプログラムコードはＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ内部の電子メモリに直接記憶されてもよいし、別の電子メモリに記憶されてもよい。さらに、メモリは、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ等のように不揮発性であってよい。メモリは、スタティックＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ダイナミックＲＡＭ等のように揮発性とすることもでき、その場合、電子メモリだけでなくＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリとの間の連携を管理するマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ等の処理部を設けてもよい。
【００９１】
代替として、再構成処理部におけるＣＰＵは、本実施形態に記載の機能を実施するコンピュータ可読な命令の集合を含むコンピュータプログラムを実行してよく、そのプログラムは、上述の非一時的な電子メモリやハードディスクドライブ、ＣＤ（Compact  Disc）、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）、フラッシュドライブ、または他の任意の既知の記憶媒体に記憶されている。さらに、それらのコンピュータ可読な命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、オペレーティングシステムの一部、またはそれらの組み合わせとして提供され、米国インテル社のＸｅｎｏｎプロセッサまたは米国ＡＭＤ社のＯｐｔｅｒｏｎプロセッサ等のプロセッサ、およびＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＶＩＳＴＡ、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ  ＭＡＣ−ＯＳ、および当業者既知のその他のオペレーティングシステム等のオペレーティングシステムと連携して実行される。さらに、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して協調して動作する複数のプロセッサとして実装することもできる。
【００９２】
一実施態様において、再構成画像はディスプレイに表示することができる。ディスプレイは、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray  Tube）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic  Light  Emitting  Diode）、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）、または当業者が知る他の任意のディスプレイでよい。
【００９３】
メモリ６７８は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disc  Read  Only  Memory）ドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、または当業者が知る他の任意の電子記憶装置でよい。
【００９４】
米国インテル社のネットワークインターフェースカードであるＩｎｔｅｌ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ＰＲＯ等のネットワーク制御部６８０により、ＣＴスキャナの各部間のインターフェースをとることができる。また、ネットワーク制御部６８０により、外部ネットワークとのインターフェースをとることができる。当然のことながら、外部ネットワークは、インターネット等の公共ネットワーク、ＬＡＮもしくはＷＡＮ等の専用ネットワーク、またはその組み合わせであってよく、ＰＳＴＮまたはＩＳＤＮのサブネットワークを含んでもよい。また、外部ネットワークは、イーサネット（登録商標）（Ethernet）ネットワークのように有線であってもよいし、ＥＤＧＥ（Enhanced  Data  rates  for  Global  Evolution）、３Ｇ、および４Ｇ等の無線携帯電話通信システムを含む携帯電話通信ネットワークのように無線であってもよい。さらに、無線ネットワークは、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、または知られている他の任意の無線通信形態であってよい。
【００９５】
以上述べた少なくとも１つの実施形態のＸ線ＣＴ装置及び制御プログラムによれば、画像品質が良好な再構成画像を再構成する際に用いられる被検体投影データを得ることができる。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９７】
１          Ｘ線ＣＴ装置
６７０      処理部
６７６      データ収集システム
【図３】
2016147055.tif 000005
【図４】
2016147055.tif 000006
【図５】
2016147055.tif 000007
【図６】
2016147055.tif 000008
【図１Ａ】
2016147055.tif 000009
【図１Ｂ】
2016147055.tif 000010
【図２Ａ】
2016147055.tif 000011
【図２Ｂ】
2016147055.tif 000012