(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ断層撮影システム用の検出器において、視野内に位置する第１組の検出器セル、前記視野の第１の側に位置する第２組の検出器セルであって、その内の少なくとも幾つかの検出器セルが、Ｎを１以上の数として、Ｎ個ずつ連結されている第２組の検出器セル、並びに前記視野の第２の側に位置する第３組の検出器セルであって、その内の少なくとも幾つかの検出器セルが、ＭをＮより大きい数として、Ｍ個ずつ連結されている第３組の検出器セル、を有していることを特徴とする検出器。
【請求項２】
前記第３組の検出器セルの内の少なくとも幾つかの検出器セルが、Ｎ個ずつ連結されている請求項１記載の検出器。
【請求項３】
Ｎ＝２およびＭ＝３である請求項１記載の検出器。
【請求項４】
Ｎ＝１およびＭ＝２である請求項１記載の検出器。
【請求項５】
前記検出器セルが約１ｍｍのチャネル幅を持ち、前記Ｎ連結検出器セルが約Ｎｍｍのチャネル幅を持ち、前記Ｍ連結検出器セルが約Ｍｍｍのチャネル幅を持つ請求項１記載の検出器。
【請求項６】
前記検出器が２行又は４行の検出器セルを有する複数スライス検出器である請求項１記載の検出器。
【請求項７】
前記検出器が単一スライス検出器である請求項１記載の検出器。
【請求項８】
コンピュータ断層撮影システムにおいて、複数の検出器セルを有する検出器アレイであって、視野内に位置する第１組の検出器セル、前記視野の第１の側に位置する第２組の検出器セル、および前記視野の第２の側に位置する第３組の検出器セルを有し、前記第２組の検出器セルの内の少なくとも幾つかの検出器セルが、Ｎを１以上の数として、Ｎ個ずつ連結されており、前記第３組の検出器セルの内の少なくとも幾つかの検出器セルが、ＭをＮより大きい数として、Ｍ個ずつ連結されている検出器アレイ、並びに前記検出器アレイが結合されているデータ取得装置、を含んでいることを特徴とするコンピュータ断層撮影システム。
【請求項９】
更に、前記データ取得装置に結合されていて、前記Ｍ連結検出器セルからのデータ寄与分に不足重み付けすると共に前記Ｎ連結検出器セルからのデータ寄与分に過大重み付けするように構成された処理装置を含んでいる請求項８記載のコンピュータ断層撮影システム。
【請求項１０】
更に、前記データ取得装置に結合されていて、前記Ｍ連結検出器セルに重み係数α（０≦α＜１）を適用すると共に前記Ｎ連結検出器セルに重み係数２−αを適用するように構成された処理装置を含んでいる請求項８記載のコンピュータ断層撮影システム。
【請求項１１】
前記Ｎ連結検出器セルの重みと前記Ｍ連結検出器セルの重みとの間に滑らかな移行区域が設けられている請求項１０記載のコンピュータ断層撮影システム。
【請求項１２】
前記検出器セルが約１ｍｍのチャネル幅を持ち、前記Ｎ連結検出器セルが約Ｎｍｍのチャネル幅を持ち、前記Ｍ連結検出器セルが約Ｍｍｍのチャネル幅を持つ請求項８記載のコンピュータ断層撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムに関し、更に具体的に云えば、ＣＴシステムにおける検出器構成および像再構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知の少なくとも１つの形式のＣＴシステムでは、Ｘ線源が、一般に「イメージング平面」と呼ばれる直交座標系のＸ−Ｙ平面内に位置するようにコリメートされる扇形Ｘ線ビームを投射する。Ｘ線ビームは患者のような撮影対象の物体を通過する。Ｘ線ビームは、物体によって減衰させられた後、放射線検出器アレイに入射する。検出器アレイが受け取ったＸ線ビームの強度は、物体によるＸ線ビームの減衰量に関係する。検出器アレイを構成する各々の検出器素子が、その検出器の場所に於けるビーム減衰量の測定値である別々の電気信号を発生する。全ての検出器からの減衰量測定値を別々に収集することにより、透過プロフィールが作成される。
【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が、イメージング平面内で撮影対象物体の周りをガントリーによって回転し、この為、Ｘ線ビームが撮影対象物体と交差する角度が絶えず変化する。ガントリーの１つの角度で検出器アレイから得られた１群のＸ線減衰量測定値すなわち投影データが「ビュー（ｖｉｅｗ）」と呼ばれる。撮影対象物体の「走査（ｓｃａｎ）」は、Ｘ線源及び検出器の１回転の間にガントリーの相異なる角度で求められた１組のビューで構成される。軸方向走査（ａｘｉａｌ  ｓｃａｎ）では、投影データは、物体を通る２次元スライスに対応する像を構成するように処理される。１組の投影データから像を再構成する１つの方法が、この分野では、フィルタ補正逆投影法と呼ばれている。この方法では、走査により得られた減衰量測定値が「ＣＴナンバー」又は「ハウンズフィールド単位」と呼ばれる整数に変換される。これらの整数値は、陰極線管表示装置の対応する画素の輝度を制御するために使用される。
【０００４】
多数のスライスを得るために必要な全走査時間を短くする為、「螺旋走査（ｈｅｌｉｃａｌ  ｓｃａｎ）」が実施されることがある。螺旋走査を実施するには、患者を移動させながら、所定数のスライスについてのデータを収集する。このようなシステムは１回の扇形Ｘ線ビーム螺旋走査から１個の螺旋を作成する。扇形Ｘ線ビームによってマッピングされた螺旋は、各々の所定のスライス内の像を再構成することができる投影データを生じる。
【０００５】
１回の走査で増大した数のスライスについてのデータを得るために複数スライスＣＴシステムが使用される。公知の複数スライスＣＴシステムは、典型的には、２Ｄ検出器として一般に知られている検出器を含む。このような２Ｄ検出器では、複数の検出器セルが別々の列すなわちチャネルを形成し、これらの列が複数の行に配列される。検出器の各行はそれぞれ１つのスライスを形成する。例えば、２スライス検出器は２行の検出器セルを有し、また４スライス検出器は４行の検出器セルを有する。複数スライス走査の際、複数行の検出器セルに同時にＸ線ビームが入射し、従って複数のスライスについてのデータが得られる。
【０００６】
これまで、ＣＴシステムに別の検出器セルの行を付加するためにはハードウエアおよびソフトウエアに重大な変更を行うことが必要であると信じられていた。具体的に述べると、典型的にはデータ取得装置（ＤＡＳ）が各検出器セルからのアナログ・データをサンプリングして、該データをその後の処理のためにディジタル・データに変換する。従って、検出器アレイに別の検出器セルの行を付加した場合には、付加した検出器セルからのデータをサンプリングするためにデータ取得装置を変更することが必要になる。例えば、２スライスＣＴシステムの場合、単一スライスＣＴシステムと比べて、２倍の検出器セルからのデータをサンプリングするようにデータ取得装置を変更しなければならない。同様に、４スライスＣＴシステムの場合、単一スライスＣＴシステムと比べて、４倍の検出器セルからのデータをサンプリングするようにデータ取得装置を変更しなければならない。
【０００７】
検出器セルの数を増大すると、ガントリーのスリップ・リングを介して伝送しなければならないデータの量が増大する。このような増大したデータは、それより少ない検出器セルを持つシステムからデータを伝送するのと同じ時間フレーム内にスリップ・リングを介して伝送するのが好ましい。従って、検出器セルの数を増大する場合、一般的にはスリップ・リングを介してのデータ伝送速度を増大することが必要になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、公知のＣＴシステムに対して重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を必要とせずに、ＣＴシステムに別の検出器セルの行を付加し得ることが望ましい。また、全体の像品質を劣化させずにこのような複数行ＣＴシステムを提供することも望ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的は、重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を必要とせずに検出器チャネル数とそれより少ないデータ取得装置（ＤＡＳ）のチャネル数との間の不適合を解決する２セルおよび３セル連結（ｇａｎｇｉｎｇ）の組合せによって達成される。１つの特定の実施態様では、検出器の一方の側にある（例えば、中心の視野（ＦＯＶ）より外側にある幅１ｍｍの）検出器セルが一対ずつ結線すなわち連結されて、複数組の２ｍｍのチャネルを形成すると共に、検出器の他方の側にある検出器セルが互いに結線すなわち連結されて、複数組の３ｍｍのチャネルと複数組の２ｍｍのチャネルとを形成する。このような検出器セルの連結は、公知の複数スライスＣＴシステムに対して何らかの重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を行うことの必要性を無くす。
【００１０】
更に、上述の２セルおよび３セル連結の組合せにおいて不快なアーティファクトおよび分解能の低下を避けるために、データ収集に冗長なサンプリング・パターンが利用される。具体的に述べると、３６０°のガントリーの回転によりデータの組が収集される場合、２つの完全なデータの組が存在し、以下に説明するように、重み付け後に何ら明瞭な境界が観察されないようにすることが出来る。３連結セルからの寄与分に不足重み付け（ｕｎｄｅｒ−ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）すると共に、対応する２連結セルからの寄与分に過大重み付け（ｏｖｅｒ−ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）する重み付けアルゴリズムが利用される。例えば、重み係数α（０≦α＜１）を３連結セルのチャネルに割り当てると共に、重み係数２−αを２連結セルのチャネルに割り当てることが出来る。ガンマ方向の重みは、アーティファクトを避けるために連続で且つ微分可能にすべきである。従って、２連結セルの重みと隣接の３連結セルの重みとの間に滑らかな移行区域が存在すべきである。同様な重みを、単一セルと２連結セルとの領域に適用することが出来る。
【００１１】
上述の２セルおよび３セル連結の組合せは、公知のＣＴシステムに対して重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を必要とせずに、ＣＴシステムに別の検出器セルの行を付加することが出来るようにする。また、このような２セルおよび３セル連結の組合せは、上述の重み付け方法により、全体の像品質を大きく劣化させることはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び２には、「第３世代」ＣＴスキャナを表すガントリー１２を含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０が示されている。ガントリー１２がＸ線源１４を持ち、これが扇形Ｘ線ビーム１６を、ガントリー１２の反対側にある検出器アレイ１８に向けて投射する。検出器アレイ１８は多数の検出器素子２０によって形成されていて、それらが一緒になって、投射されて医療患者２２を通過したＸ線を感知する。各々の検出器素子２０は、入射するＸ線ビームの強度、したがって患者２２を通過した時のビームの減衰量を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得する走査の間、ガントリー１２及びその上に取り付けられた部品が回転中心２４の周りを回転する。
【００１３】
ガントリー１２の回転及びＸ線源１４の動作が、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリー１２の回転速度及び位置を制御するガントリー・モータ制御装置３０を含む。制御機構２６にあるデータ取得装置（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、その後の処理の為に、該データをディジタル信号に変換する。像再構成装置３４が、ＤＡＳ３２からサンプリングされてディジタル化されたＸ線データを受け取って、高速の像再構成を実施する。再構成された像がコンピュータ３６に対する入力として印加され、このコンピュータが大容量記憶装置３８に像を記憶する。コンピュータ３６は処理装置を含んでおり、本発明の一実施態様では、この処理装置が以下に詳しく述べるようにＤＡＳ３２によって収集されたデータに対して重みを割り当てる。
【００１４】
コンピュータ３６はまた、キーボードを持つコンソール４０を介して、オペレータからの指令及び走査パラメータを受け取る。関連した陰極線管表示装置４２が、再構成された像並びにコンピュータ３６からのその他のデータをオペレータが観察できるようにする。コンピュータ３６はオペレータから供給された指令及びパラメータを使って、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリー・モータ制御装置３０に対する制御信号及び情報を供給する。更に、コンピュータ３６は、ガントリー１２内で患者２２を位置決めする為に電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を作動する。具体的に述べると、テーブル４６は、ガントリー開口４８の中へ患者２２を移動させる。
【００１５】
公知の螺旋再構成アルゴリズムは一般に螺旋補外（ＨＥ）アルゴリズムまたは螺旋補間（ＨＩ）アルゴリズムとして分類することが出来る。これらのアルゴリズムは、典型的には、像を再構成するために投影データに重み係数を適用する。この重み係数は一般に扇形ビームの広がり角度（ファン角度）および視角の両方に基づいて定められる。
【００１６】
本発明による連結式検出器アレイについて以下に説明するが、その説明では、典型的には２行、４行またはそれより多くの行の検出器素子すなわち検出器セルを含む複数スライスＣＴスキャナをしばしば例に挙げて行う。しかしながら、連結式検出器アレイおよび信号推定は２スライスおよび４スライスＣＴスキャナだけに制限されず、これらより一層多くの行または一層少ない行の検出器セルを持つ他の複数スライスＣＴスキャナに使用することが出来る。更に、以下に述べるセル連結はＤＡＳのコストを低減するために単一スライス検出器に使用することが出来、また検出器セル連結は軸方向走査すなわちステップ及びシュート・モードに関しても使用することが出来る。
【００１７】
本発明の一実施態様によれば、複数スライス検出器において、検出器チャネルの数とそれより少ないＤＡＳチャネルの数との間の不適合が、検出器チャネルを連結することによって、重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を必要とせずに克服される。図３を参照しながら、具体的に説明すると、視野（ＦＯＶ）より外側の検出器の一方の側にある領域１内の検出器セルが一対ずつ結線すなわち連結されて、複数組の２ｍｍのチャネルを形成する。また、ＦＯＶより外側の検出器の他方の側にある領域２内の検出器セルが互いに結線すなわち連結されて、複数組の３ｍｍのチャネルと複数組の２ｍｍのチャネルとを形成する。このような２および３セル連結の組合せは、公知の複数スライスＣＴシステムに対して何らかの重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を行うことの必要性を無くす。
【００１８】
具体的に述べると、第１のステップは、セルの「連結分離」を行って、単一セルのデータを得ることである。このステップは、オフセット補正のような何らかの予備較正ステップの後に行われる。「連結分離」処理は本質的に補間処理である。例えば、ラグランジェ補間法を使用することが出来る。単一セルの読み取り値を２連結セル／３連結セルから推定することが出来るけれども、分解能がかなり失われる。その結果として、何らかのエイリアシング・アーティファクトが存在する。
【００１９】
前に述べたような２および３セル連結の組合せにおける不快なアーティファクトおよび分解能の劣化を避けるために、データ収集に冗長なサンプリング・パターンが利用される。図３を参照して説明すると、領域１とＦＯＶとの間の境界のセルＡは、領域２とＦＯＶとの間の境界のセルＢとは、アイソセンタ（ＩＳＯ）から異なる距離に位置している。結果として、重み付け後に何ら明瞭な境界が観察されない。具体的に述べると、３６０°のガントリーの回転によりデータの組が収集されると、２つの完全なデータの組が存在する。この重複するサンプル対は次の関係を満足する。
【００２０】
β2 ＝β1 ＋π＋２γ1 
γ2 ＝−γ1                                           （１）
ここで、β1 およびβ2 は視角であり、γ1 およびγ2 は２つのサンプルのファン角度である。サンプル対は常に検出器の反対側に位置している。検出器の右側の３連結セルに対応する相補的なサンプル対が、左側に位置する２連結セルである。
【００２１】
従って、３連結セルからの寄与分に不足重み付け（ｕｎｄｅｒ−ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）すると共に、対応する２連結セルからの寄与分に過大重み付け（ｏｖｅｒ−ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）する重み付け方式が利用される。例えば、重み係数α（０≦α＜１）を３連結セルのチャネルに割り当て、且つ重み係数２−αを２連結セルのチャネルに割り当てることが出来る。ガンマ方向の重みは、アーティファクトを避けるために連続で且つ微分可能にすべきである。従って、２連結セルの重みと隣接の３連結セルの重みとの間に滑らかな移行区域が存在すべきである。
【００２２】
例えば、図４は一実施態様の重み付け曲線を示す。相補的なサンプル対を形成する２連結セルのチャネルは２−ｗの重みを持つ。２連結セル（ｗ＝１）から３連結セルのチャネルへの移行に対して、次の重みを割り当てることが出来る。
【００２３】
【数２】
0004121198.tif 000002
【００２４】
ここで、δは移行区域の幅であり、ｘは２−３連結セル境界でｘ＝δになるように選ばれる。３連結セルから２連結セルへの移行は上式を単に逆に反映させればよい。
【００２５】
上述の２セルおよび３セル連結の組合せは、公知のＣＴシステムに対して重大なハードウエアおよびソフトウエアの変更を必要とせずに、ＣＴシステムに別の検出器セルの行を付加することが出来るようにする。また、このような２セルおよび３セル連結の組合せは、上述の重み付け方法により、全体の像品質を大きく劣化させることはない。
【００２６】
上記の本発明の種々の実施態様についての説明から、本発明の目的が達成されたことは明らかである。本発明の実施態様を図示し詳述したが、それらは例として示したものに過ぎず、本発明を限定するものでないことを理解されたい。例えば、本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源および検出器がガントリーと共に回転する第３世代のシステムであるが、検出器が静止した３６０°の環状の検出器であってＸ線源のみが回転する第４世代のシステムを含む他の多くのＣＴシステムも使用することが出来る。従って、本発明の真の精神および範囲は特許請求の範囲によって限定されることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴシステムの絵画的斜視図である。
【図２】図１に示したシステムの簡略ブロック図である。
【図３】本発明の一実施態様によるセル連結を示す概略図である。
【図４】重み付け曲線の一実施態様を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    コンピュータ断層撮影イメージング・システム
１２    ガントリー
１４    Ｘ線源
１６    Ｘ線ビーム
１８    検出器アレイ
２０    検出器素子
２６    制御機構
２８    Ｘ線制御装置
３０    ガントリー・モータ制御装置
３２    データ取得装置
３４    像再構成装置
３６    コンピュータ
３８    大容量記憶装置
４０    コンソール
４２    陰極線管表示装置
４４    テーブル・モータ制御装置
４６    電動テーブル
【図１】
0004121198.tif 000003
【図２】
0004121198.tif 000004
【図３】
0004121198.tif 000005
【図４】
0004121198.tif 000006