(57)【要約】【課題】二重エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）システムにおいて、Ｘ線管を改造することなく２種の別個のｋＶｐの間での切り換えを容易にする投影雑音最適化方法を提供する。【解決手段】二重エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１００）において２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影の間での切り換えを容易にする方法を開示する。この方法は、２以上の別個のｋＶｐにあるＸ線を対象に向かって放出するＸ線管（１０４）において一つの電流値を設定するステップを含んでいる。相対ビュー時間（ｓ）が、電流設定を実質的に一定に保つことにより電流ビュー時間（ｍＡｓ）積を変調させるために２種のｋＶｐの間で調節される。さらに、持続時間比（Ｒ）がｍＡｓ積に基づいて算出される。持続時間比（Ｒ）は、ｋＶｐを切り換えるまでの持続時間を定義する。【選択図】図２
2009268899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング・システム（１００）において少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影の間での切り換えを容易にする方法であって、対象の減弱プロファイル及び投影データに基づいて前記少なくとも２種の別個のピークｋＶｐ投影についてのビュー時間を調節するステップを備え、前記イメージング・システム（１００）を実質的に一定の電流設定において動作させつつ２以上のｋＶｐ投影の最適電流−時間（ｍＡｓ）比を可能にする方法。
【請求項２】
前記ｍＡｓ値の最適比は、前記少なくとも２種の別個のｋＶｐ設定、対象の寸法、及び１若しくは複数の投影角での対象の減弱プロファイルの１又は複数に基づいて設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相対ビュー時間（ｓ）を調節するステップは、前記少なくとも２種のｋＶｐ投影ビューについて一定のビュー速度及び電流（ｍＡ）設定を保つことを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記相対ビュー時間（ｓ）を調節するステップは、平均対象減弱プロファイル及び投影データの少なくとも一方に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２種の別個のピークｋＶｐ投影の持続時間比を算出するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記イメージング・システムは計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１００）である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記イメージング・システム（１００）はＸ線方式イメージング・システムである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
当該イメージング・システム（１００）の内部に配設されており、少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影を放出するように構成されているＸ線管（１０４）と、
複数の検出器素子を含んでおり、前記少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影により投影データを測定する検出器アレイ（１０８）と、
プロセッサ（１２４）と
を備えたイメージング・システム（１００）であって、前記プロセッサ（１２４）は、
対象の減弱プロファイル及び投影データに基づいて前記少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影の間でビュー時間（ｓ）を調節するように構成されており、該調節は、当該イメージング・システムを実質的に一定の電流（ｍＡ）設定において動作させることを可能にする、イメージング・システム（１００）。
【請求項９】
前記プロセッサ（１２４）はさらに、一定のビュー速度を保つように構成されている、請求項９に記載のイメージング・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関し、さらに具体的には、二重エネルギＣＴシステムにおいてＸ線管電圧の間での高速切り換えを容易にする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴシステムは典型的には、対象、例えば患者を通してＸ線のビームを投射するＸ線管を含んでいる。対象に向かって投射されたＸ線のビームは、対象を通過した後には減弱している。検出器アレイが、対象に関して様々な角度位置から減弱後のＸ線ビームを検出して、１又は複数の信号を発生する。次いで、信号を処理して、投影データと呼ばれる処理済みデータを得る。さらに、投影データを結合して、対象によるＸ線ビームの減弱を表わす対象画像を再構成する。典型的には、Ｘ線管及び検出器アレイはガントリに装着される。一つのガントリ角度における検出器アレイからの投影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の走査は、Ｘ線源及び検出器アレイの一回転の間に様々なガントリ角度すなわち投影角で形成される一組のビューを含んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
二重エネルギＸ線ＣＴシステムでは、所与の経路についての投影データを２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影において２回測定して、走査対象の正確なＸ線減弱係数及び物質組成のような走査対象の付加的な情報を提供する。幾つかのシステムでは、これら２種の別個のｋＶｐ投影（高ｋＶｐ及び低ｋＶｐでの）は単式Ｘ線管又は複式Ｘ線管によって発生される。単式Ｘ線管システムでは、２種の別個のｋＶｐの間の切り換えは、対象の運動による二組の投影の間での位置揃え不正を実効的に回避するのに十分なだけ高速であるべきである。物質の差異化についての二重ｋＶｐシステムの感度は、２種のｋＶｐ設定において発生される２種のＸ線スペクトルのエネルギ分離に主に頼っていることは広く理解されている。加えて、特定物質画像における画像雑音を低減するために、高投影ビュー時及び低投影ビュー時のサンプリング時間が等しい場合には高ｋＶｐ設定及び低ｋＶｐ設定において至適電流（ｍＡ）比を適用すべきである。例えば、低ｋＶｐ投影における過剰な雑音を回避するためには、低ｋＶｐ持続時間時にｍＡを増大させる必要がある。従来のＸ線管では、ｍＡ変化は管フィラメント電流を変化させることにより達成されている。しかしながら、管電流変化が観察されるまでには、フィラメントの熱定数に起因する時間遅延が存在する。この時間遅延は通常は、ｋＶｐを切り換えるまでの時間よりも大きい。従って、従来の一定ビュー時間トリガ発生では、このＸ線管の望ましくない特性のため、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐにおける投影雑音（すなわちｍＡ）の最適化が極めて達成困難となる。
【０００４】
以上に述べた問題を解消する幾つかの二重エネルギ・システムが提案されている。すなわち、（ａ）フォトン計数型検出器を備えたシステム。このシステムは極く低いＸ線束で動作する場合でも優れた性能を与える。しかしながら、このシステムは、フォトン計数型検出器が十分に高速でないとの事実のため高Ｘ線束において動作することが不可能である。（ｂ）各回が異なるｋＶｐにおいて行なわれる２回走査による二重ｋＶｐシステム。このシステムでは、高ｋＶｐ走査と低ｋＶｐ走査との間の投影が時間的に十分に高速に取得されないので、対象の運動による位置揃え不正を生ずる。（ｃ）約９０°で離隔して装着された管／検出器による２基管／２基検出器システム。このシステムでは、２基の管のｋＶｐを異なる値に設定することができる。このシステムは相対的に良好な位置揃えを提供するが、２基の管の間の角度ずれによる残留位置揃え不正が依然として存在する。（ｄ）単式管システム。このシステムでは、ｋＶｐが高設定と低設定との間で高速に切り換えられる。典型的には、切り換えは毎ビュー又は数ビュー毎に行なわれる。このシステムは画質、投影／画像位置揃え、及びシステムの単純さの間で良好な均衡を提供する。このシステムは、高ｋＶｐと低ｋＶｐとの間の相対的な投影雑音をｋＶｐ切り換えに従って動的に調節することができれば競合に有利な画質を提供することができる。
【０００５】
従って、Ｘ線管を改造することなく２種の別個のｋＶｐの間での切り換えを容易にする投影雑音最適化方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の観点では、イメージング・システムにおいて少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影の間での切り換えを容易にする方法を提供する。この方法は、相対的に一定の電流（ｍＡ）を保ちつつ少なくとも２種のｋＶｐ投影（高ｋＶｐ投影及び低ｋＶｐ投影）の間での相対ビュー時間（ｓ）を調節するステップを含んでいる。電流−ビュー時間積（ｍＡｓ）が、少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影の間での相対ビュー時間を調節することによりこれら少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影について変調される。このビュー時間調節は、高／低ｋＶｐ投影雑音最適化について一定ビュー時間トリガ発生式システムにおける電流（ｍＡ）調節と同じ効果を有する。この方法はまた、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐでの算出された最適ｍＡｓ比に基づいて少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影についての持続時間比（Ｒ）を算出するステップを含んでいる。ビュー持続時間はｋＶｐ切り換えに従って変調されて、ｍＡに対する高速制御の欠如を補償する。
【０００７】
本発明の第二の観点では、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムを提供する。このＣＴシステムは、走査対象を収容するように構成されているガントリと、ガントリの内部に配設されており少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影を放出するように構成されているＸ線管とを含んでいる。このＣＴシステムはまた、複数の検出器素子を含む検出器アレイを含んでいる。検出器アレイは、少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影によって投影データを測定する。このＣＴシステムはさらに、電流ビュー時間（ｍＡｓ）積の変調を容易にするために少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影の間での相対ビュー時間（ｓ）を調節するように構成されているプロセッサを含んでいる。プロセッサはさらに、異なるｋＶｐの間での最適ｍＡｓ比に基づいて少なくとも２種の別個のｋＶｐ投影についての持続時間比（Ｒ）を算出するように構成されている。
【０００８】
本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面に関して読解するとさらに十分に理解されよう。図面では、全図面を通して類似の参照符号が類似の部材を表わす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の一例によるＣＴシステムを表わすブロック図である。
【図２】図１のＣＴシステムにおける２種の別個のピーク・キロ電圧投影の間での切り換えを容易にする方法の一例を示す流れ図である。
【図３】図２の方法によるビュー時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の様々な実施形態は、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、特に二重エネルギＣＴシステムにおいて別個のピーク・キロ電圧投影の間での切り換えを容易にする方法を提供する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態の一例によるＣＴシステム１００を表わすブロック図である。ＣＴシステム１００は、ガントリ１０２、Ｘ線管１０４、及び検出器アレイ１０８を含んでいる。ガントリ１０２は、走査対象１１０の位置を制御する。Ｘ線管１０４は、Ｘ線のビームを検出器アレイ１０８に向かって投射する。検出器アレイ１０８は複数の検出器素子１１２を含んでおり、対象１１０を通過した後の減弱後のＸ線を検出する。図示の実施形態では、ＣＴシステム１００は、複数の検出器素子１１２の単一の横列を含んでいる。本発明の様々な実施形態では、検出器アレイ１０８は、検出器素子１１２の複数の平行な横列を含んでいてもよい。複数の検出器素子１１２は、Ｘ線ビーム１０６の減弱に基づいて信号を発生する。さらに、これらの信号を処理して投影データを得る。
【００１２】
一実施形態では、Ｘ線のビームは、少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影に対応し得る。Ｘ線管１０４及び検出器アレイ１０８は、Ｘ線のビームが対象１１０と交差する角度が定常的に変化するように、ガントリ１０２と共に回転する。対象１１０の単一の走査が、投影角と呼ばれる一つのガントリ角度でのＸ線減弱測定値を取得する。
【００１３】
ガントリ１０２及びガントリ１０２に装着されている構成要素は、対象１１０から投影データを取得する走査を実行するときに回転中心１１４の周りを回転する。ガントリ１０２に設けられている構成要素の回転及びＸ線管１０４の動作は、ＣＴシステム１００の制御機構１１６によって制御される。制御機構１１６は、Ｘ線制御器１１８、ガントリ・モータ制御器１２０及びデータ取得システム（ＤＡＳ）１２２を含んでいる。Ｘ線制御器１１８は、Ｘ線管１０４に電力信号及びタイミング信号を与える。ガントリ・モータ制御器１２０は、ガントリ１０２の構成要素の回転速度及び位置を制御する。制御機構１１６のＤＡＳ１２２は、検出器素子１１２からアナログ・データをサンプリングして、アナログ・データをディジタル信号へ変換し、さらなる処理に供する。
【００１４】
一実施形態では、アナログ・データは、少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影に対応する投影データであってよい。さらに、プロセッサ１２４が、サンプリングされてディジタル化された投影データをＤＡＳ１２２から受け取る。プロセッサ１２４は、一定のビュー速度を維持することにより２種の別個のｋＶｐ投影についての電流−ビュー時間積（ｍＡｓ）の変調を容易にするために２種の別個のｋＶｐ投影の間の相対ビュー時間（ｓ）を調節するように構成されている。さらに、高ｋＶｐ投影／低ｋＶｐ投影において相対的に一定の電流設定が保たれる。プロセッサ１２４は、これらのｋＶｐ設定、及び平均投影値を用いることにより、高ｋＶｐ投影及び低ｋＶｐ投影の最適ｍＡｓ比Ｒを算出する。これにより、プロセッサ１２４は、ｍＡｓ比Ｒを用いて高ｋＶｐ投影でのビュー時間及び低ｋＶｐ投影でのビュー時間を算出する。一実施形態では、一定のビュー速度は、ビューの時間的中心を一定に保つことを含み得る。プロセッサはまた、最適ｍＡｓ比に基づいて２種の別個のｋＶｐ投影についての持続時間比（Ｒ）を算出するように構成されている。一実施形態では、相対ビュー時間（ｓ）は、ｋＶｐを切り換えるまでの時間として定義される。相対ビュー時間（ｓ）は、平均対象１１０減弱プロファイル及び投影データの少なくとも一方に基づいて調節される。
【００１５】
プロセッサ１２４は、２種の別個のｋＶｐ投影によって取得される投影データを用いて画像を再構成する。再構成画像は、コンピュータ１２６への入力として印加されて、コンピュータ１２６のメモリ１２８に記憶される。メモリ１２８の実例としては、限定しないが読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等がある。コンピュータ１２６は、操作コンソール１３０を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取ることができる。一実施形態では、操作コンソール１３０はキーボードを含み得る。表示器１３２が、再構成された画像及びコンピュータ１２６からの他データを操作者が観察することを可能にする。表示器１３２の実例としては、限定しないが陰極線管（ＣＲＴ）表示器、液晶表示器（ＬＣＤ）及びプラズマ表示器等がある。操作者が供給した命令はコンピュータ１２６によって用いられて、制御信号及び情報を制御機構１１６に与える。加えて、コンピュータ１２６は、テーブル・モータ制御器１３４を動作させることができる。テーブル・モータ制御器１３４は、テーブルの移動を制御してガントリ１０２における対象１１０を配置する。具体的には、テーブルは対象１１０をガントリ開口を通して移動させる。
【００１６】
一実施形態では、コンピュータ１２６は、コンピュータ読み取り可能な媒体から命令及びデータを読み取る装置を含んでいる。この装置の実例としては、限定しないがフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置、又はイーサネット装置等の網接続装置（イーサネットは商標）を含めたその他任意のディジタル装置等がある。コンピュータ読み取り可能な媒体の実例としては、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又はネットワーク若しくはインターネットのようなディジタル・ソース、並びに開発途上のディジタル手段等がある。他の実施形態では、コンピュータ１２６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。ファームウェアの実例としては、限定しないがコンピュータ１２６に組み込まれている基本入出力システム（ＢＩＯＳ）等がある。コンピュータ１２６は、本書に記載する作用を果たすようにプログラムされており、本書で用いられるコンピュータとの用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指している。
【００１７】
本書に記載する方法はＣＴシステムについて記載されているが、ＰＥＴ−ＣＴ、ＭＲＩ−ＣＴ及びＳＰＥＣＴ等のようなＣＴ以外のＸ線型撮像モダリティにおいても本発明の利点が得られると思量される。また、本書に記載する方法及び装置は医療環境において記載されているが、産業環境又は運輸環境、例えば限定しないが空港若しくは他の運輸拠点での手荷物走査システム等で典型的に用いられるシステム等のような非医用イメージング・システムにおいても本発明の利点が得られると思量される。
【００１８】
図２は、ＣＴシステム１００において少なくとも２種の別個のピーク・キロ電圧投影の間での切り換えを容易にする方法の一例を示す流れ図である。一実施形態では、流れ図に示す各ステップは、適当なプログラム制御の下でコンピュータ１２６によって自動的に実行されてよい。但し、これらのステップが自動工程として実行される必要はない。一実施形態では、プログラム制御はファームウェア・プログラム、例えばコンピュータ１２６に組み込まれているシステム基本入出力システム（ＢＩＯＳ）である。もう一つの実施形態では、プログラム制御は、デバイス・ファームウェア・プログラム、例えばＣＴシステム１００のメモリ１２８に記憶されているデバイス・ドライバである。
【００１９】
高ｋＶｐ及び低ｋＶｐにおけるビュー時間値の最適化は、図２に示すようにして達成される。ステップ２０２において、高ｋＶｐ走査対低ｋＶｐ走査の最適ｍＡｓ比Ｒが式（１）を用いて算出される。最初に、スカウト走査を実行する。スカウト走査から、対象の関心領域（ＲＯＩ）が識別される。ＲＯＩにわたる投影を平均して、ＲＯＩ領域にわたる実効減弱を得る。これにより、所与の目標画像形式（基底物質分解画像、密度画像、実効Ｚ画像等）について、平均投影を用いてＲが算出される。
【００２０】
Ｒ＝ｆ（ｋＶｐ１，ｋＶｐ２，ｐａｖｅ）      （１）
式（１）において、ｋＶｐ１、ｋＶｐ２は走査についての２種のｋＶｐ設定であり、ｐａｖｅはＲＯＩにわたる平均投影値である。関数ｆ（）はイメージング・システムに依存し、イメージング・システム較正を通じて得ることができる。この後に、ステップ２０４では、式（２）及び式（３）を用いて、ステップ２０２で得られた最適ｍＡｓ比に基づいて高ｋＶｐにおけるビュー時間及び低ｋＶｐにおけるビュー時間が算出される。
【００２１】
ＶＨ＝ｍＡＬ＊Ｒ／（ｍＡＬ＊Ｒ＋ｍＡＨ）＊Ｔｔ      （２）
ＶＬ＝ｍＡＨ／（ｍＡＬ＊Ｒ＋ｍＡＨ）＊Ｔｔ      （３）
式中、ＶＨ及びＶＬはそれぞれ高ｋＶｐ及び低ｋＶｐにおけるビュー時間値である。Ｔｔは、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐにおけるビュー時間の和である。ｋＶｐ切り換えの間に、イメージング・システムのＸ線管の管フィラメント電流は一定に保たれる。しかしながら、管フィラメント電流は、ｋＶｐ変調によって誘発される電子抽出電界強度の変化の結果としてｍＡＨ及びｍＡＬから変化する。ステップ２０６では、ｋＶｐはビュー時間に基づいて切り換えられる。また、ｋＶｐ走査を最適に切り換えるために可変ビュー時間サンプリングを用いてもよい。
【００２２】
図３は、図２の方法によるビュー時間変化を示すグラフである。２種の別個の電圧投影ｋＶｐＬ及びｋＶｐＨ、並びに一定のフィラメント電流設定における関連する管アノード電流ｍＡＨ及びｍＡＬ（図３には示していない）が、Ｘ線管１０４によって低電圧及び高電圧にそれぞれ対応して発生される。Ｘ線管は２種の別個の電圧投影（ｋＶｐＬ及びｋＶｐＨ）の間を切り換わって対象１１０を走査する。高電圧投影ｋＶｐＨは、持続時間ＴＨにわたって高に保たれ、低電圧投影ｋＶｐＬは持続時間ＴＬにわたって低に保たれる。さらに、一定ビュー・サンプリングでは、ＴＨ＝ＴＬ＝Ｔｔ／２である。相対ビュー時間（ｓ）はｋＶｐＬとｋＶｐＨとの間で調節されて、対応する管電流（ｍＡＨ及びｍＡＬ）においてｍＡｓを変調する。換言すると、ｍＡｓ積が変調されているときにピーク・キロ電圧投影ｋＶｐＨの中心及びピーク・キロ電圧ｋＶｐＬの中心は一定に保たれている。一実施形態では、相対ビュー時間（ｓ）は、平均対象減弱プロファイル及び投影データに基づいて調節される。一実施形態では、持続時間比は予め画定された投影角における対象１１０の減弱プロファイルに基づいて算出される。尚、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐでの個々のビュー・サンプリング時間の変化に関わらず、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐにおける各々のビューの中心及びビュー時間の和は、従来の一定ビュー・サンプリング構成と同じままとなる。
【００２３】
本発明の様々な実施形態は、可変ビュー時間データ取得方法を用いることにより２種の別個のピーク・キロ電圧（ｋＶｐ）投影の間での切り換えを容易にする方法を提供する。この方法は、電流（ｍＡ）が相対的に一定であるときにビュー時間（ｓ）を変化させることによりｍＡｓを変調する。さらに、可変ビュー時間走査は、二重ｋＶｐ走査について最適のｍＡｓ比を保ちつつ最大管電力で動作することができる。さらに、このシステムはまた、さらに良好な時間分解能を提供すると共に、基底物質分解に対するさらに良好な感度を有する。従って、さらに良好な画質を有する画像を再構成することができる。
【００２４】
本書では本発明の幾つかの特徴のみを図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、本発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。
【符号の説明】
【００２５】
１００  ＣＴシステム
１０２  ガントリ
１０４  Ｘ線管
１０６  Ｘ線ビーム
１０８  検出器アレイ
１１０  検査対象
１１２  検出器素子
１１４  ガントリの回転中心
１１６  制御機構
１１８  Ｘ線制御器
１２０  ガントリ・モータ制御器
１２２  データ取得システム
１２４  プロセッサ
１２６  コンピュータ
１２８  メモリ
１３０  操作者コンソール
１３２  表示器
１３４  テーブル・モータ制御器
２０２  高ｋＶｐ走査対低ｋＶｐ走査の最適ｍＡｓ比Ｒを算出する
２０４  最適ｍＡｓ比に基づいて高ｋＶｐでのビュー時間及び低ｋＶｐでのビュー時間を算出する
２０６  ビュー時間に基づいて各ｋＶｐを切り換える
【図１】
2009268899.tif 000003
【図２】
2009268899.tif 000004
【図３】
2009268899.tif 000005