JP2001512359A - 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、Ｘ線ビームを発するＸ線源と、対象の断面の密度プロファイルを測定する検出器系とを含む。検出器系は、検出器素子の２次元マトリックスを含む。断面の横方向に沿って配置される検出器系は同じ有効表面を有し、断面に平行に配置される検出器素子は異なる有効表面を有する。更にコンピュータ断層撮影装置は、断面に対して横方向にＸ線ビームを制限する調整可能Ｘ線コリメータを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 コンピュータ断層撮影装置 本発明は、Ｘ線ビームを発するＸ線源と、検査されるべき対象の断面の密度プ ロファイルをピックアップする検出器系とを含むコンピュータ断層撮影装置に関 する。 上述の種類のコンピュータ断層撮影装置は、Medical Physics 17(1990),967-9 82のCarl R．Crawford及びKevin F．Kingによる文献"Computed tomography scan ning with simultaneous patient translation"より既知である。 コンピュータ断層撮影は、検査されるべき対象、例えば放射線によって検査さ れるべき患者の断面の画像の形成を含む。このため、患者は異なる方向からＸ線 によって照射され、患者の中のＸ線吸収率の局部的な差のため、様々な方向につ いて密度プロファイルが形成され、このプロファイルは検出器系によって測定さ れる。このため、Ｘ線源及び検出器系は患者の回りを回転される。断面として患 者の密度プロファイルを示す画像は、様々な密度プロファイルから導出される。 通常は平行な異なった平面に沿って断面の複数の画像を形成することが通常は必 要である。かかる動作はボリューム走査とも称される。既知のコンピュータ断層 撮影装置では、患者はＸ線源及び検出系に対して縦方向上に変位されると同時に 異なる方向からＸ線に曝される。密度プロファイルの測定中に患者が「乗り物酔 い」にならないよう、患者は均一な速度で変位されることが望ましい。 密度プロファイルは固定の縦方向の位置ではピックアップされていない。即ち 、患者が変位されると共に密度プロファイルが測定される方向が変化するため、 縦方向の位置は密度プロファイルの中の方向の関数として変動する。密度プロフ ァイルは略螺旋状の路に 沿って測定され、患者が均一な速度で縦方向に変位される場合は螺旋のピッチは 一定である。螺旋路の軸は縦方向に延びる。既知のコンピュータ断層撮影装置は 、測定された密度プロファイルから計算された密度プロファイルを導出するデー タ処理ユニットを含み、計算された密度プロファイルは所与の縦方向位置で患者 を通るスライスに常に関連する。再構成ユニットは、当該の縦方向位置に対する 断面の画像を導出するよう、所与の縦方向の位置に対する計算された密度プロフ ァイルを使用する。 本発明は、既知のコンピュータ断層撮影装置よりも、より迅速且つより正確に ボリューム再構成が行われることを可能と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。本発明は、個々の検出器素子を限られた数だけ使用しつ つ、より迅速且つより正確にボリューム再構成が行われることを可能とするコン ピュータ断層撮影装置を提供することを更なる目的とする。 この目的は、Ｘ線ビームを発するＸ線源と、検査されるべき対象の断面の密度 プロファイルをピックアップする検出器系と、Ｘ線ビームを縦方向に空間的に制 限するＸ線コリメータとを含むコンピュータ断層撮影装置であって、 上記検出器系は２次元パターンに配置された複数のＸ線感応検出器素子を含み 、断面に対して平行な横方向に沿って異なる位置にある検出器素子は略同じ有効 断面を有し、断面を横切る縦方向に沿って異なる位置にある少なくとも幾つかの 検出器素子は異なる有効断面を有し、上記Ｘ線コリメータはＸ線ビームの制限を 縦方向に調整するよう調整されえ、横方向に沿って配置される検出器素子及び／ 又は検出器素子の部分を含む検出器群の略等しい表面は、制限されたＸ線ビーム によって到達されう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。 本発明によるコンピュータ断層撮影装置は本質的には個々の検出器群によって 個々の断面の密度プロファイルの同時測定を可能とす る。従って、検査されるべき患者の実質的なボリュームの密度プロファイルを測 定するためにわずかな時間のみが必要とされる。各密度プロファイルは検査され るべき患者の断面中の密度値を表わす。個々の断面は当該の本質的に同じ縦方向 位置に対して検査されるべき患者の部分に常に関連する。これは数学的にいえば 、断面は、固定の縦方向位置にある平面であるという意味である。横方向は、縦 方向に対して垂直に、従って断面に対して平行に延びる。補間によって密度プロ ファイルを計算する必要はない。即ち個々の断面について密度値は当該の断面の 縦方向位置について測定される。密度プロファイルは当該の縦方向位置に対して 測定されるため、これらの密度プロファイルを計算する必要はなく、それにより 密度値に対するより正確な値が獲得されうる。更に計算を実行するために時間が 無駄にされることがない。 同じ縦方向位置を有し略同じ表面積に亘ってＸ線によって到達される検出器素 子の夫々の検出器群は、検査されるべき患者の本質的に平行な断面の密度値をピ ックアップする。入射Ｘ線から、個々の検出器素子は入射Ｘ線の強度を表わす信 号レベルを有する検出器信号を導出する。Ｘ線によって同一の検出器群の検出器 素子の略同じ表面積が到達されることを確実にするため、当該の検出器素子自体 の表面積が到達されるべき表面積よりも大きい場合は、検出器素子の一部はＸ線 コリメータによって遮蔽され、又はＸ線によって到達される当該の検出器素子の 表面積が到達されるべき表面積よりも小さい場合は、個々の検出器素子の検出器 信号は組み合わされる。略同じ寸法の到達された表面積は検出器素子を部分的な 遮蔽によって形成されるため、比較的大きな検出器素子を使用しても密度プロフ ァイルは高い空間解像度で測定されることが達成される。解像度は、検出器素子 の最小の有効表面積の有効表面積によって決定される。本発明によるコンピュー タ断層撮影装置を使用すると、検査されるべき患者のより大きな部分の密度プロ ファイルの同時測定は、 密度プロファイルが同時に測定されるべき患者の部分の線形の次元に対する最小 の有効表面積の比率の関数として線形よりも少なく増加する。従って、１の動作 で患者のより大きな部分のボリューム走査が行われるため、追加的な高価な検出 器素子が必要とされる数は比較的少なくなることが達成される。 検出器系は、例えばＸ線に感応し１列毎に薄膜トランジスタを通じて読出しラ インに接続される半導体フォトダイオードのセンサマトリックスであり得る。薄 膜トランジスタのゲート接触は行毎にアドレスラインに接続される。アドレスラ インを通じて供給されるアドレス信号は、行毎に薄膜トランジスタを開成しそれ により当該の行の中のフォトダイオードの中にＸ線によって発生された電荷を読 み出す。上記電荷はこのように読出しラインを通じて読み出される。電子マルチ プレクサは電荷を密度プロファイルを表わす電気信号へ変換する。 他の検出器系は複数の検出器素子を含む。検出器素子は夫々のシンチレータ及 び光センサを含む。シンチレータはＸ線を可視光線、紫外線放射又は赤外線放射 といった低エネルギー放射線へ変換する。フォトダイオード及びフォトトランジ スタといった光センサはシンチレータからの低エネルギー放射線に感応する。光 センサはシンチレータからの低エネルギー放射線から電流又は電圧といった電気 信号を導出する。更に検出器素子には夫々の光センサからの電子信号を増幅する 夫々の増輻器が設けられる。望ましくは光センサ及び夫々の関連する増幅器はＣ −ＭＯＳといった半導体技術で基板上に集積される。検出器系の１つの実施例で は、増幅器は、増幅器が電子信号を増幅する夫々の光センサに隣接する別個の検 出器素子の中に配置される。検出器系の他の実施例では、増幅器は、基板の境界 上に配置される。光センサ及び増幅器を同一基板上に集積することにより、光セ ンサを増幅器に接続する電気ラインの寄生容量が減少され、それにより増幅器に 印加される電子信号の電気雑音レベルが 減少されることが達成される。増幅器は更に特定的には、電荷感応容量性帰還増 幅器でありうる。かかる電荷感応容量性帰還増幅器は続く集積期間中に帰還コン デンサ上の電荷を収集し、各集積期間の後に帰還コンデンサを放電することによ ってリセットされる。増幅器は或いはトランスインピーダンス増幅器でありうる 。これは当該の光センサからの入力光電流を集積し、連続的に放電される。電荷 感応容量性帰還増幅器及びトランスインピーダンス増幅器は共に広いダイナミッ クレンジを有し高い線形特性を有する。従って、これらの増幅器は低い雑音レベ ルを有し非線形歪みを殆ど有さない増幅された電子信号を発生し、それによりこ れらの増幅された電子信号は画像情報を高い診断上の質で表示するために使用さ れうる。電子マルチプレクサは、増幅された電気信号を密度プロファイルを表わ す電気信号へ変換する。 本発明によって達成される上述及び他の利点を従属項に定義される実施例に基 づいて説明する。 Ｘ線コリメータの個々の調整のために、選択可能な横方向寸法を有する略平行 な断面を選択し、これについて密度プロファイルを同時に測定することが可能で ある。従って、１の動作でボリューム走査が行われるべき検査されるべき患者の 一部の寸法及び空間解像度が、Ｘ線コリメータの簡単な調整によって選択される ことが達成される。従って、本発明によるコンピュータ断層撮影装置は、種々の 異なる放射線検査のための使用に適している。更に、コンピュータ断層撮影装置 は、種々の検査のために容易に調整されうる。正確な調整は短い時間のみを必要 とし、良く熟練した人員は必要とされない。調整は簡単であり時間がかからない ため、放射線検査中に検査されるべき領域に関する調整及び空間解像度を変化さ せることが可能である。これは本発明によるコンピュータ断層撮影装置を介在的 な処置といった外科的手術中にボリューム走査を行うのに特に適してたものとす る。 以下本発明の上述及び他の面を、以下の実施例に基づき添付の図面を参照して 説明し、図中、 図１は本発明によるコンピュータ断層撮影装置を３次元的に示す図であり、 図２は本発明によるコンピュータ断層撮影装置を線図的に示す図であり、 図３及び４は、Ｘ線源からの方向に見た、Ｘ線コリメータの異なる調整を有す る本発明によるコンピュータ断層撮影装置の検出器系を示す図である。 図１は、本発明によるコンピュータ断層撮影装置を３次元的に示す図である。 図２は本発明によるコンピュータ断層撮影装置を線図的に示す図である。Ｘ線源 １は、調整可能なＸ線コリメータと協働して、例えば検査されるべき患者といっ た対象２を照射するために発散する略円錐状のＸ線ビームを発生する。検出器系 ３はＸ線源１に対向するよう配置される。Ｘ線コリメータ１０は、調整されうる 寸法のスリットを有するスリット型ダイアフラム１０として構成される。円錐状 Ｘ線ビームの厚さは、Ｘ線源と検出器系との中間で測定したときに、略１０ｍｍ 乃至１００ｍｍとなる。患者を通過し検出器系に入射する放射線の強度は、Ｘ線 源と検出器系との間の台１２の上に配置された患者２の中の吸収率によって主に 決定される。フレーム１３を使用してＸ線源１及び検出器系３を共に患者の回り を回転させることにより、吸収率は多数の方向からの多数の線に沿って測定され る。Ｘ線源及び検出器系の共通回転は連続的であってもよいが、間欠的なもので あってもよい。更に、患者の回りに配置される環状アノードはＸ線源として使用 されえ、するとアノード材料からＸ線を発生させる電子ビームのターゲットスポ ットは、環状アノードと共に患者の回りを移動する。コンピュータ断層撮影装置 はＸ線コリメータを調整する制御ユニット９を含む。制御ユニット９は、例えば 放射線検査の種類に基づいて電子的にＸ線コリメー タを調整する。制御ユニット９はまた、密度プロファイルがＸ線コリメータの調 整に従って形成されることを確実にするために組合せユニット８を調整する。制 御ユニット９はまた、Ｘ線の強度及びエネルギーを制御するために高電圧装置２ １を調整する。本実施例の検出器系は、個々の検出器群４の中に集合される別個 の検出器セルの形状の検出器素子の２次元マトリックスを含む。検出器セル１１ は、例えばガス充填（キセノン）検出器又は固体検出器である。 同一の検出器群の中の検出器セルは、Ｘ線吸収に対して本質的に同じ有効断面 を常に有する。検出器系はこのように、検査されるべき患者を通る複数の本質的 に平行な断面の密度プロファイルを同時に測定することによって患者のかなりの ３次元的なボリュームから吸収データを生成する。これらの断面は個々の検出器 群４によって患者の体の平行なスライス１６に沿って測定される。検出器群は、 密度プロファイルが測定されるべき断面に平行な横方向に延在する。測定された 密度プロファイルは、患者２の断面の画像を形成するために使用される。検出器 セル１１からの信号は組合せユニット８へ印加され、それにより個々の検出器セ ルからの信号は密度プロファイルを表わす信号を形成するよう組み合わされる。 このため、密度プロファイルは夫々の断面の密度プロファイルから画像を導出す る再構成ユニット６へ印加される。再構成ユニットは、画像の輝度値を導出する よう密度プロファイルのデータ値に対して数学的ラドン変換を行なう。再構成ユ ニットは、画像のための画像信号、例えば画像の輝度レベルを表わす信号レベル を有する電子ビデオ信号を供給する。画像信号はモニタ１４上に与えられ、モニ タ１４上で断面の画像は同時に又は連続的に表示される。或いは、更なる画像処 理があればそれを待っている間又はハードコピーの印刷を待っている間に画像情 報が記憶されるべきバッファユニット１５へ画像信号を与えることが可能である 。 図３は、Ｘ線源からの方向で見た、Ｘ線コリメータの第１の調整 を使用した本発明によるコンピュータ断層撮影装置の検出器系を示す図である。 検出器系は、検出器セルの２次元マトリックスを含み、図中、検出器セルの両端 の行及び検出器セルの２つの更なる任意の隣接する行が明示的に示されている。 本例では、検出器系はその行が横方向に延在し、その列が縦方向に延在するよう コンピュータ断層撮影装置の中に配置される。行及び列という用語自体は、検出 器系の動作に影響を有さないことが明らかとなろう。図３に示される検出器系で は、図の左から数えて第１列中の検出器セルは幅５ｍｍであり、第２及び第３列 中の検出器セルは幅２ｍｍであり、第４及び第５列中の検出器セルは幅１ｍｍで あり、第６及び第７列中の検出器セルは幅２ｍｍであり、第８列中の検出器セル は幅５ｍｍである。これらの幅は、個々の検出器セルが検査されるべき患者を横 切り検出器系に到達したＸ線に本質的に感応する横方向上の寸法である。本例で は、全ての検出器セルは、縦方向、即ち列に沿っては略同じ寸法を有する。列中 の検出器セルは、本質的に同じ有効断面を有する検出器セルの検出器群を構成す る。例えば、第７列は、幅２ｍｍの検出器セルの検出器群を構成する。 図３中の斜線部は、検出器系のどの部分がＸ線コリメータによってＸ線から遮 蔽されているかを示す。図３は、Ｘ線コリメータの当該の調整を使用していると き、約３ｍｍの幅を有する検出器セルの第１列の一部は遮蔽され、それにより約 ２ｍｍの幅の検出器セルの第１列の一部はＸ線によって到達されうることを示す 。更に、検出器セルの第８列の約３ｍｍの幅を有する一部は遮蔽され、それによ り約２ｍｍの幅を有する一部はＸ線によって到達されうる。検出器系のこの調整 及びアーキテクチャを使用して、幅２ｍｍの検出器群が形成され、即ちＸ線によ って到達されうる第１及び第８列の一部と、第２及び第３列並びに第６及び第７ 列の中の検出器セルである。更に、第４及び第５列は共に、同じ行の中の第４及 び第５列中の検出器セルからの信号の組合せによって２ｍｍの有効幅を有する検 出 器群として作用する。本発明によるコンピュータ断層撮影装置が、横方向に約２ ｍｍの空間解像度を有する７つの平行なスライス１６の密度プロファイルの同時 測定を可能とすることが達成される。 図４は、Ｘ線源からの方向に見た、Ｘ線コリメータの異なる調整使用した本発 明によるコンピュータ断層撮影装置の検出器系を示す図である。ここでＸ線コリ メータは、第１、第２、第７及び第８列中の検出器セルが遮蔽され、第４及び第 ５列中の検出器セルがＸ線によって到達され、第３及び第６列中の検出器セルの 幅１ｍｍの一部が遮蔽され、それにより第３及び第６列中の検出器セルの幅１ｍ ｍの一部がＸ線によって到達されうるよう調整される。図４に示される調整及び 検出器系の当該のアーキテクチャを使用して、１ｍｍの有効幅を有する４つの検 出器系が形成されえ、横方向に約１ｍｍの空間解像度で患者の４つの平行なスラ イスの密度プロファイルの同時測定が可能とされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９８２０３６５１．９ (32)優先日 平成10年10月28日(1998．10．28) (33)優先権主張国 ヨーロッパ特許庁（ＥＰ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． Ｘ線ビームを発するＸ線源と、 検査されるべき対象の断面の密度プロファイルをピックアップする検出器系と 、 Ｘ線ビームを縦方向に空間的に制限するＸ線コリメータとを含むコンピュータ 断層撮影装置であって、 上記検出器系は２次元パターンに配置された複数のＸ線感応検出器素子を含み 、 断面に対して平行な横方向に沿って異なる位置にある検出器素子は略同じ有効 断面を有し、 断面を横切る縦方向に沿って異なる位置にある少なくとも幾つかの検出器素子 は異なる有効断面を有し、 横方向に沿って配置される検出器素子及び／又は検出器素子の部分を含む検出 器群の略等しい表面は、制限されたＸ線ビームによって到達されうるコンピュー タ断層撮影装置。 ２． 上記Ｘ線コリメータはＸ線ビームの制限を縦方向に調整するよう調整され え、 別個の検出器群はＸ線コリメータの別個の調整に対応する、請求項１記載のコ ンピュータ断層撮影装置。