JP2000516834A - 調整可能なコンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンピュータ断層撮影装置は、放射線によって検査されるべき対象の多数の濃度プロファイルを形成するためのＸ線源（１）とＸ線検出システム（３）とを含む。再構成ユニット（４）は濃度プロファイルから画像信号を導出する。制御システム（２０）は、対象の濃度値に基づいてＸ線源（１）を調整し、制御システムは検査されるべき対象の一部に基づいてＸ線源を調整するよう配置される。制御システムはまたＸ線源の基準調整量に基づいてＸ線源を調整するよう配置される。基準調整量は検査されるべき対象の一部に依存する。

Description

【発明の詳細な説明】 調整可能なコンピュータ断層撮影装置 本発明は、Ｘ線源と、 放射線によって検査されるべき対象の多数の濃度プロファイルをピックアップ するためのＸ線検出システムと、 濃度プロファイルから画像信号を導出するための再構成ユニットと、 対象の濃度値に基づいてＸ線源を調整するための制御システムとを含むコンピ ュータ断層撮影装置に関する。 この種類のコンピュータ断層撮影装置は、米国特許第５，４００，３７８号よ り既知である。 本発明はまたコンピュータ断層撮影の方法に関する。 既知のコンピュータ断層撮影装置の制御システムは、「スカウトデータ」から 導出された相対Ｘ線吸収値に基づいてＸ線源の管電流を調整する。「スカウトデ ータ」は対象の中のＸ線の標準値に対する減衰を表わす。係るスカウトデータは 、検査されるべき対象を２つの相互に直交する方向からＸ線に曝すことによって ピックアップされた２つの濃度プロファイルの最小値を含む。管電流は、相対Ｘ 線吸収値に基づいて調整される。既知のコンピュータ断層撮影装置では、Ｘ線源 の調整量は、例えば放射線によって検査されるべき患者といった検査されるべき 対象の部分の相対Ｘ線吸収に対して適合される。しかしながら、制御システムは 、所望の画質が検査されるべき対象の異なる部分の画像について異なることを適 切に考慮していない。 濃度プロファイルは、多数の方向からＸ線によって患者を照射することによっ てピックアップされる。例えば対象の断面といった画像は、濃度プロファイルか ら再構成される。既知のコンピュータ断 層撮影装置の動作は、１９９７年３月のＩＥＥＥSignal Processing Magazine第 ４２乃至５９頁のHarish P.Hiriyannaiahによる一般論説「X-ray computed tomo graphy for medical imaging」より既知である。 本発明は、患者が曝されるＸ線線量を制限しつつ、高い診断上の質を有する画 像を形成するコンピュータ断層撮影装置を提供することを目的とする。 この目的は、制御システムが、検査されるべき対象の一部の組織の種類に基づ いてＸ線を調整するよう配置されることを特徴とする本発明によるコンピュータ 断層撮影装置によって達成される。 Ｘ線の強度及び／又はエネルギーは、検査されるべき対象の一部に対して正確 に適合されうる。Ｘ線の強度及び／又はエネルギーは、検査されるべき患者の解 剖学的構造及び形態に特に非常によく適合されえ、従って患者が曝されるＸ線線 量が比較的低く維持される一方で高い診断上の質を有する画像が形成されること が確実とされる。高い診断上の質を有する画像は特に低い雑音レベルを有するた め、低いコントラストの小さな細部もやはり適当に可視であるように再生されう る。Ｘ線の強度及び／又はエネルギーは、できる限り低く調整されるが、画像の 雑音レベルが許容可能に低いことを確実にするのに十分高くされる。特に、Ｘ線 の強度及び／又はエネルギーは、検査されるべき患者の解剖学的構造の部分の形 態に基づいて調整される。Ｘ線源は、撮像される部分に要求される質を有する画 像を生成するよう調整される。画質は特に画像の雑音レベル、画像のコントラス ト、及びコントラスト解像度を表わすそれらの相互関係に関する。コントラスト 解像度は、所与の寸法の細部の画像の中の可視であるよう再生されうる最も小さ な輝度差である。特に、雑音レベル、即ちコントラスト解像度は、検査されるべ き患者の解剖学的構造の部分に適合される。特に肺組織の撮像においては、低Ｘ 線吸収の背景に対して画像中に小さな偏向のみが認められうるため、僅か なコントラスト解像度のみを必要とする。肝組織が撮像される場合、周囲に対し て小さな濃度差を有する異常の検出を可能とするために、高コントラスト解像度 を有する画像を形成することが必要である。コントラスト解像度は画像の雑音レ ベルに関連することが分かっている。濃度プロファイルのピックアッブに関する パラメータ、特に管電流のスライス厚及びＸ線源の高圧の個々の調整、並びに再 構成ユニットの中の電子信号フィルタの調整及び／又はＸ線ビーム中のＸ線フィ ルタの調整のため、コントラスト解像度は雑音レベルの関数である。画像中の雑 音は主にポアソン分布を有するＸ線のショット雑音によって生ずるため、画像の 雑音レベルはＸ線源の調整量の関数として容易に予測されうることが分かってい る。 Ｘ線の強度は、Ｘ線源の管電流の調整量によって容易に調整されうる。管電流 は、Ｘ線源の陽極の中にＸ線を発生させる電子ビームの電流である。Ｘ線のエネ ルギーは、Ｘ線管の陰極と陽極との間の高圧の調整によって容易に調整されうる 。更に、Ｘ線源がＸ線を放出する間の時間もまた調整されうる。この時間は、Ｘ 線源によって発生されるＸ線パルスのパルス持続時間である。管電流とパルス持 続時間との積はｍＡｓ値とも称される。このｍＡｓ値は患者が曝されるＸ線線量 を表わす。更に、Ｘ線のエネルギーはＸ線源に印加される高圧の適合によって調 整されうる。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の有利な実施例は従属項に定義される 。 Ｘ線源の調整のために、制御システムは対象の濃度値及び基準調整値を考慮す ることが望ましい。濃度値は検査されるべき解剖学的構造によって異なり、例え ば、肺組織は殆ど全くＸ線を吸収せず、一方、頭蓋骨及び臀部領域は比較的多く の量のＸ線を吸収する。基準調整量は、かなり多くの場合に、患者を許容可能な Ｘ線線量に曝すと共に許容可能な画質の画像を生成するような調整に関する。例 えば、基準調整量は当該の放射線検査を受ける所定の範囲内の直径 を有する患者の群のうちの大多数の患者に対して所望の結果を生ずるようなＸ線 源の調整量であるか、又は基準調整量は大きな患者の放射線検査に適した調整量 である。基準調整量は、検査されるべき解剖学的構造の部分、予期される病状、 又は診断上の要求に依存することが望ましい。望ましくは、制御システムによっ て導出された調整量が所望のＸ線線量の実質的な減少をもたらさない場合に、基 準調整量が使用されるか、又は放射線技師が少なくとも基準調整量を選択する可 能性を有する。 基準調整量及び濃度値に基づく調整は、しかしながら、調整のために検査され るべき患者の一部を考慮することなしに適当に使用されうる。 基準調整量は望ましくは、解剖学的構造の異なる部分の撮像のために異なる画 質が要求されることを考慮する。望ましくは、基準調整量は、比較的大きな患者 が検査される場合に所望の質を生成するよう選択される。Ｘ線源の調整量は、検 査されるべき患者に容易に適合されうる。基準調整量はまた検査されるべき解剖 学的構造の当該の部分の平均又は代表的な体積及び上記部分の濃度即ちＸ線吸収 から導出されえ、所望の画質もまた考慮される。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の１つの実施例では、制御システムは 制御システムによって導出された調整量と、基準調整量との間の差を考慮する。 Ｘ線源の調整量は、基準調整量に関連する体格から重大に逸脱する体格の患者が 検査される時にのみ変更されることが望ましい。従って、殆どの放射線による検 査は標準化された観察記録に基づいて行われる。更にＸ線源の再調整にかかる実 質的な時間の無駄が回避される。更に、Ｘ線源の調整は、Ｘ線源の調整量の抽出 中に生ずる不正確さによって影響を受けない。望ましくは、患者が曝されるＸ線 線量を制限するよう、Ｘ線源の調整は特に大きな患者、特に小さな又は痩せた患 者又は子供の場合にのみ適用される。このため、制御システムは、制御システム によって導出 された調整量が閾値以上の基準調整量から逸脱する場合に、Ｘ線源の調整量を変 化させる。閾値は前もって調整されうる。実際は、Ｘ線線量を、当該の基準調整 量に関連するＸ線線量に対して約１／３だけ減少させる閾値が使用されることが 望ましい。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の実施例では、制御システムによって 導出された調整量と基準調整量との間の差が表示される。これらは、放射線技師 が、制御システムによって知らされる調整量に基づいて手動でＸ線源を調整する こと、又は基準調整量を使用することを可能にする。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の実施例では、Ｘ線源の調整は、Ｘ線 源によって放出されるＸ線の強度及び／又はエネルギーに関する。Ｘ線の強度は Ｘ線源の管電流を制御することによって容易に調整されうる。Ｘ線のエネルギー は、Ｘ線の高圧を制御することによって容易に調整されうる。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の実施例は、請求項７に定義される。 検査されるべき患者の濃度値は、特に局所的に、Ｘ線によって患者を照射するこ と及びどの程度Ｘ線が減衰されるかを局所的に検出することによって容易に測定 されうる。係る測定の結果は、「スキャノグラム」又は「スカウトデータ」と称 される。望ましくは、Ｘ線源はＸ線によって患者を照射し、一方Ｘ線源及びＸ線 検出器は患者に対して一定の向きに維持される。Ｘ線源は従って通常「スキャノ グラム」と称されるＸ線陰影画像を形成する。スキャノグラムは通常、濃度プロ ファイルをピックアップしようとする患者の一部を選択するために使用される。 患者の局所的な寸法、特に厚さは、スキャノグラムから正確に導出されうる。本 発明によれば、スキャノグラムの形成のために、患者の寸法を考慮しながらＸ線 源が調整される。痩せた患者のスキャノグラムを形成するために、Ｘ線の強度及 び／又はエネルギーは低くなるよう選択され、一方、より太った又は非常に太っ た患者のスキャノグラムを形成するために、 Ｘ線の強度及び／又はエネルギーはより高くなるよう選択される。小さな子供の スキャノグラムを形成するために、非常に低いＸ線の強度及び／又はエネルギー が使用されることが望ましい。スキャノグラムを形成するために、Ｘ線源は患者 に対する粗判断に基づいて充分に正確に調整されうることが分かっている。係る 患者に対する粗判断は一目見ることによって容易になされうる。また、Ｘ線源を 調整するためのスキャノグラムの使用とは別に、検査されるべき患者の性質、例 えば患者の身長を考慮して係るスキャノグラムを形成することができる。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の実施例は、請求項８に定義される。 患者は、Ｘ線源の強度及び／又はエネルギーを減少させることによってより低い Ｘ線線量に曝される。更に、管電流が減少される場合、Ｘ線源の冷却及び放出さ れたＸ線の強度及びエネルギーの安定性に関しての問題は生じない。望ましくは 基準調整量は、患者が実際に曝されるＸ線線量が実質的に基準調整量に従って与 えられるであろうＸ線線量よりも常に少なくなるよう、大きな患者の放射線によ る検査に適した調整量を考慮する。 雑音インデックスが使用される本発明によるコンピュータ断層撮影装置の実施 例は、請求項９に定義される。雑音インデックスは、コンピュータ断層撮影装置 の調整量に依存して画像中に予期される雑音の量を表わす。雑音インデックスの 値を選択することによって、放射線技師は、生成されるべき画像にどの雑音印象 が所望されるかを示す印を与える。制御システムは、所望の画質を達成するよう 雑音インデックスのために選択された値からＸ線源の調整量を導出する。 雑音インデックスは、放射線技師による雑音の多少主観的な評価と、画像の輝 度値の標準偏差の客観的な値との間に強い相関が存在するよう決定される。標準 偏差は、画像情報に関係しない限りの輝度値の多様性を表わす。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置の実施例は請求項１０に記載される。 このように患者が照射される角度は考慮される。このＸ線の入射角が大きくなる につれ、Ｘ線が患者の中を通過して進行する路はより長くなり、Ｘ線はより多く 減衰される。本発明はまた、診断上の高い質の画像を形成すると共に、患者が曝 されるＸ線線量を制限するコンピュータ断層撮影の方法を提供することを目的と する。この目的は、請求項１１に定義される方法によって達成される。 本発明の上述及び他の面は、以下記載される実施例及び添付の図面を参照して 以下詳述され、図は、 本発明によるコンピュータ装置を図式的に示す図である。 図は、本発明によるコンピュータ断層撮影装置を図式的に示す図である。Ｘ線 源１は、例えば検査されるべき患者といった対象２を照射するための発散する平 坦な（扇形の）Ｘ線ビーム３を放出するようスリット状のダイアフラム１０と協 働する。Ｘ線検出器５は、Ｘ線源１に対向して配置される。本実施例のＸ線検出 器は、１列の別個の検出器セル１１を含む感位置Ｘ線検出器である。検出器セル １１は、例えば、ガス充填（キセノン）検出器又はソリッドステート検出器であ る。扇形のＸ線ビームの厚さは、Ｘ線源とＸ線検出器との中間で測定した場合、 概して１ｍｍ乃至１０ｍｍである。患者を通過し、Ｘ線検出器に入射する放射線 の強度は、主に、Ｘ線源とＸ線検出器との間の台１２の上に配置された患者２の 中での吸収によって決定される。吸収は、支持部１３を使用してＸ線源１及びＸ 線検出器５を一緒に患者の回りを回転させることによって多数の方向から多数の 線に沿って測定される。Ｘ線源及びＸ線検出器の組み合わされた回転は、連続的 でありうるが、また断続的であってもよい。更に、Ｘ線検出器が患者の有意味な ３次元体積からデータを獲得するよう、患者は照射及び回転されている間に回転 軸に沿って変位されうる。コンピュータ装置は、Ｘ線源及びＸ線検出器を有する 回転可能な組立体のほかに、回転可能ではないが患者の略周囲全体 に亘って延在する検出器システムを含みうる。概して、Ｘ線源及びＸ線検出器は 患者の回りを完全に、即ち３６０°に亘って、一緒に回転する。或いは、患者の 周囲全体に延在する検出システムを使用することができ、その場合、Ｘ線源は患 者の回りを完全に回転される。更に、患者の回りに配置される環状アノードをＸ 線源として使用することができ、その場合、アノード材料からＸ線を発生する電 子ビームの入射点は患者の回りの環状アノードに沿って変位される。しかしなが ら、原理的には、１８０°に扇形のビームの開口角を加えた総和に等しい角度に 亘って患者の回りを回転する扇形のビームを使用することで十分である。 Ｘ線源及びＸ線検出器の任意の位置又は向きで個々の検出器セルによって受け られたＸ線の強度は、ディジタル化され、再構成ユニット４に印加される。再構 成ユニット４では、この測定されたデータは、既知の誤差源及び外乱の補正後、 検査されるべき患者の濃度プロファイルへ変換される。例えば、濃度プロファイ ルの中の高い濃度値及び低い濃度値は、夫々患者の中のＸ線吸収が高い部分及び 低い部分に対応する。個々の向きでＸ線検出器によって受けられたＸ線の強度値 は、夫々の濃度プロファイルを構成する。更に、患者を通る平面に沿ったスライ スの画像は、再構成ユニットによってこれらの濃度プロファイルから導出されう る。この種類の画像は、例えば検査されるべき患者の断面を表わしうる。係る画 像は、再構成ユニットに結合されるモニタ１４上に表示されうる。画像はまた、 ディジタル画像マトリックスとして記憶されてもよく、又は更なる処理のために 画像処理ユニット１５へ与えられてもよい。 コンピュータ断層撮影装置はまた、Ｘ線源を調整するよう動作する制御ユニッ ト２０を含む。この調整は、Ｘ線源のための高電圧電源２１の調整、特にＸ線の 強度及びエネルギーを調整する管電流及び高圧の調整に関する。制御ユニットは 、検査されるべき患者の解剖学的構造の異なる部分の検査のために、Ｘ線源の適 当な基準調整 量が記憶されるメモリユニット２２に接続される。係る基準調整量は、Ｘ線源の 多数の調整量を使用して多数の患者の解剖学的構造の様々な部分の画像を形成す ることによって経験的に決定されうる。基準調整量は、Ｘ線源の管電流及び高圧 を含み、またコンピュータ断層撮影装置の他のパラメータ、例えば、使用される スライス厚、Ｘ線源及びＸ線検出器の回転速度、及び再構成ユニットのフィルタ 調整量を含みうる。基準調整量は、患者の基準厚さも含むことが望ましい。基準 調整量は、個々の基準調整量によって表わされる環境において所望の診断上の質 を有する画像が許容可能なＸ線線量を使用して生成されるよう選択される。 検査されるべき患者の濃度プロファイルの形成の前に、Ｘ線源及びＸ線検出器 を静止させ、患者を載せた患者台を患者の縦方向に変位させて、Ｘ線によって患 者を照射することによっていわゆるスキャノグラムが形成される。再構成ユニッ ト４は、Ｘ線減衰値から、Ｘ線の局所吸収からの患者の異なる部分の濃度値を導 出する。これらの濃度値はスキャノグラムを構成し、メモリユニット２２の中に 記憶される。制御ユニット２０は患者の濃度値から患者の局所的な厚さを計算し 、計算された厚さと基準厚さとを比較する。制御ユニットは、患者の計算された 厚さ及び基準厚さをディスプレイ２３へ与える。放射線技師は、患者の計算され た厚さ及び基準厚さに基づき、メモリユニット２２からの基準調整量に関連して コンピュータ断層撮影装置の調整量を当該の検査のために変更することを決定し うる。制御ユニットは、スキャノグラム及び検査されるべき患者の部分に基づい て自動的にＸ線源の調整量を与えることもまた可能であることが明らかである。 制御ユニット２０はまた、スキャノグラムを形成するようコンピュータ断層撮 影装置を調整するためのプリセットキーといった１つ以上の選択部材２４を含む 。この調整は、患者の厚さに基づいてＸ線源を調整することによって行われる。 このため例えばプリセッ トキーは、小さな子供、痩せた患者、普通の大きさの患者、非常に大きな患者の スキャノグラムを形成するために与えられる。 Ｘ線画像中の雑音は、Ｘ線源の調整量の関数であり、数学的な用語で言えば、 画像の輝度値の標準偏差σは、Ｘ線源の調整量ｐとＸ線の減衰μｄとの関数であ り、即ち、 σ＝Ｆ（ｐ，μｄ） である。ただし、μは、検査されるべき患者の部分を通るＸ線にが進行する路に 沿った平均Ｘ線吸収係数であり、ｄは検査されるべき患者の部分を通るＸ線の路 の長さである。標準偏差は、画像中の雑音レベルの正確な尺度である。雑音はＸ 線源の調整量の関数であるため、Ｘ線源の調整量は標準偏差の関数であり、即ち 、 ｐ＝Ｇ（μｄ，σ） である。特に、雑音レベルが主にＸ線のショット雑音によって生ずる場合、Ｖを 高圧、ｓをスライス厚、Ｉを管電流、τをＸ線源のパルス持続時間、ｃを比例定 数とすると、 が成立する。 許容可能な雑音レベルσ_refは、例えば多数の放射線技師に異なる環境でコン ピュータ断層撮影装置によって形成された１組の画像を評価させることによって 、Ｘ線源の調整量ｐ及び検査されるべき患者の部分の基準厚さＤ_refに対して経 験的に決定されうる。所望のコントラスト解像度、従って許容可能な雑音レベル σ_refは検査されるべき患者の部分及び診断的な要件に依存し、従って、 であることが分かっている。この式は実際には、基準厚さＤ_refを有する基準患 者、即ち検査されるべき患者の一部に対して、パラメータαによって表わされる 検査について、許容可能な低いＸ線線量で、画像が所望の雑音レベルを有し、従 って所望のコントラスト解像度を有する調整量Ｐ_refがあることを定義する。 検査されるべき患者の部分の平均Ｘ線吸収率から、有効患者厚さＤ_effが導出 される。Ｉ₀／Ｉは、検査されるべき患者の部分に入射するＸ線強度の、検査さ れるべき患者の部分を通過するＸ線の強度に対する比率であるとすると、例えば 、 である。この比率はスキャノグラムから獲得される。従って、Ｘ線源の所望の調 整量は、ここで、 ｐ＝Ｇ（μ，Ｄ，σ_ref） として計算される。実際は、患者のＸ線吸収率μは水のＸ線吸収率によって正し く近似される。有効患者厚さＤ_effは、検査されるべき患者の部分の平均Ｘ線吸 収率を夫々の方向に考慮することによって更に正確に計算されうる。検査される べき患者の異なる部分のこの比率の値は、スキャノグラムによって獲得される。 実際は、放射線技師がＸ線源の調整量を、有効患者厚さ及び基準厚さに基づい て、特に有効患者厚さと基準厚さとの間の差に基づいてＸ線源の調整量を適合す ることを決定しうるよう、有効患者厚さを表示することが有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デ ブロウアー，フランシスカ マリア コルネリア オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ｘ線源（１）と、 放射線によって検査されるべき対象（２）の多数の濃度プロファイルをピック アップするためのＸ線検出システム（５）と、 濃度プロファイルから画像信号を導出するための再構成ユニット（４）と、 対象の濃度値に基づいてＸ線源を調整するための制御システム（２０）とを含 むコンピュータ断層撮影装置であって、 上記制御システム（２０）は、検査されるべき上記対象の一部の組織の種類に 基づいて上記Ｘ線源を調整するよう配置されていることを特徴とする装置。 ２． 上記制御システムは、上記Ｘ線源の基準調整量に基づいて上記Ｘ線源を調 整するよう配置されていることを特徴とする請求項１記載のコンピュータ断層撮 影装置。 ３． 上記基準調整量は、検査されるべき上記対象の一部に依存することを特徴 とする請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置。 ４． 上記制御システムは、上記制御システムによって導出された調整量と上記 基準調整量との間の差を考慮して上記Ｘ線を調整するよう配置されていることを 特徴とする請求項２又は３記載のコンピュータ断層撮影装置。 ５． 上記制御システムは、上記制御システムによって導出された調整量と上記 基準調整量との間の差を表示するよう配置されていることを特徴とする請求項４ 記載のコンピュータ断層撮影装置。 ６． 上記Ｘ線源の調整は、上記Ｘ線源によって放出されるべきＸ線の強度及び ／又はエネルギーに関係することを特徴とする、請求項１乃至５のうちいずれか １項記載のコンピュータ断層撮影装置。 ７． 上記コンピュータ断層撮影装置は、上記対象の性質に依存してＸ線によっ て上記対象を照射することによって上記濃度値を測定するよう配置されることを 特徴とする、請求項１又は２記載のコンピュータ断層撮影装置。 ８． 上記Ｘ線源の調整量は、上記Ｘ線源によって放出されるべきＸ線の強度及 び／又はエネルギーの基準調整量に対する減少に関係することを特徴とする、請 求項６又は７記載のコンピュータ断層撮影装置。 ９． 上記制御システムは、画像の雑音レベルを表わす雑音インデックスに基づ いて上記Ｘ線源を調整するよう配置されることを特徴とする、請求項１乃至８の うちいずれか１項記載のコンピュータ断層撮影装置。 １０． 上記制御システムは、上記対象の上記Ｘ線源及びＸ線検出システムに対 する向き及び／又は位置に特に基づいて上記Ｘ線を調整するよう配置されること を特徴とする、請求項１乃至９のうちいずれか１項記載のコンピュータ断層撮影 装置。 １１． Ｘ線源からのＸ線によって対象を照射する段階と、 放射線によって検査されるべき対象の多数の濃度プロファイルをピックアップ する段階と、 上記濃度プロファイルから画像信号を導出する段階とを有し、 上記Ｘ線源は上記対象の濃度値に基づいて調整される、Ｘ線コン ピュータ断層撮影の方法であって、 上記Ｘ線源は、検査されるべき上記対象の一部の組織の種類に基づいて調整さ れることを特徴とする方法。