JP2002172114A - 被検体のコンピュータ断層ｘ線写真の形成方法及び装置 - Google Patents

被検体のコンピュータ断層ｘ線写真の形成方法及び装置

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JP2002172114A JP2001295638A JP2001295638A JP2002172114A JP 2002172114 A JP2002172114 A JP 2002172114A JP 2001295638 A JP2001295638 A JP 2001295638A JP 2001295638 A JP2001295638 A JP 2001295638A JP 2002172114 A JP2002172114 A JP 2002172114A
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detector
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Stefan Schneider
シュナイダー ステファン
Josef Lauter
ラウテル ジョセフ
Herfried Karl Wieczorek
カール ヴィーチョレク ハーフリット
Olaf Such
スッヒ オラフ
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】散乱補正を改善し得るコンピュータ断層X線写
真の形成方法及びコンピュータ断層X線撮影装置を提供
する。 【解決手段】散乱放射の分布を、実行する測定法のため
に、二次元のマルチセル検出器フィールド３内にて直接
放射から遮蔽される検出器セル７’によって測定する。
この散乱放射分布を用いて、隣接している直接照射され
る検出器セル７の散乱補正を行う。さらに、散乱プロセ
スのコンピュータシミュレーションによって散乱補正を
行うことができる。このためにはモンテカルロ法を用
い、且つ測定装置、患者の大きさ、被照射組織等の形状
寸法及び物質組成を考慮に入れるのが好適である

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、X線源と検出器フ
ィールドから成る測定装置内で照射され被検体のコンピ
ュータ断層X線写真を、前記検出器フィールドにて測定
される放射強度を散乱補正して形成する方法に関するも
のである。検出器フィールドは特に、二次元のマルチセ
ルフィールドとすることができ、このフィールドの直角
には画成されない部分は、X線源による直接照射から遮
蔽される。本発明は、X線源及び検出器フィールド並び
に該検出器フィールド内にて測定される放射強度を散乱
補正する補正ユニットを有する測定装置を含むコンピュ
ータ断層X線写真装置にも関するものである。本発明は
特に、検出器フィールドを二次元のマルチセルフィール
ドとし、前記検出器フィールドの直角には画成されない
部分を遮蔽するように配置した遮蔽手段を含むコンピュ
ータ断層X線写真装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ断層X線写真を形成するた
めには、検査すべき物体である被検体、特に患者の体を
X線源からのX線で照射して、被検体を横切った放射線の
放射強度を被検体の反対側の検出器フィールドにて検出
する。照射された被検体の断面イメージを形成する場合
には、X線が被検体を経て進む間のX線の吸収度、従って
（ハウンズフィールド（Hounsfield）の単位で測定され
る）被検体の光学密度、又は被検体の物質組成を検出器
フィールドにて測定される放射強度に基づいて確立させ
る。
【０００３】被検体を直接横切る（一次）放射によっ
て、所望されるイメージング情報を生成しなければなら
ない。しかし、被検体内ではさらに、X線の光子の散乱
プロセスも起こり、これらの散乱プロセス中には、光子
の方向及びことによるとそれらのエネルギーも変化す
る。散乱放射の一部は検出器にも達して、この散乱放射
の一部が、検出器により測定される放射強度に寄与す
る。しかし、散乱放射は放射源からの直接経路に沿って
検出器に達するのではないから、この散乱放射は有効な
イメージ情報には寄与せず、その代わりに、放射源から
の直接放射から取り出される情報に重畳される。
【０００４】第1近似では、散乱放射は被検体の被照射
容積の関数として直線的に増大するために、この散乱放
射の妨害作用は、コンピュータ断層撮影（CT）装置にお
いて照射されるスライスの厚さが厚くなるにつれて大き
くなる。昨今では、コンピュータ断層撮影装置にて0.8
〜3mm厚のスライスを検査しているが、スライスの厚さを
約2cmか、それよりもさらに厚くして、マルチラインの
コンピュータ断層撮影装置を使用する傾向になりつつあ
る。従って、散乱放射による背景情報及びこれに関連す
るイメージ品質の劣化が増大することになる。
【０００５】散乱放射の妨害作用を低減させる様々な方
法が知られている。例えば、一方では先ず第1に散乱放射
が検出器に達しないようにすることを試みることができ
る。こうした方法では、一次光子と散乱光子との唯一の
適切な差異、即ち、これら光子の入射角分布の差異を利
用する。全ての一次光子は、放射源から真直ぐな経路に
沿って検出器に達するのに対し、散乱光子はそのような
経路からはずれた“傾斜”入射角を有する。このため
に、例えばモリブデン又はタングステンのようなハイグ
レードの吸収材料製の薄い箔から成り、且つX線管の陽
極の焦点と整列するように配置される所謂散乱防止格子
（ＡＳＧ）を利用することが知られている。ＡＳＧは、
一次光子が箔の端面に入射する場合にのみこれらの一次
光子を抑圧するけれども、散乱光子は箔の表面に入射す
ると吸収される。従って、コンピュータ断層撮影の用途
にとっては、散乱放射に対する抑圧ファクタが直ちに10
〜20の高い値に達してしまう。しかし、一次放射は約1.
1〜1.3のファクタによって低減されるだけである。しか
しながら、散乱防止格子には、これらの格子の製造コス
トが極めて高く、しかもそれらの適用が非常に複雑であ
ると云う欠点がある。さらに、達成される抑圧ファクタ
が実際に将来の大形スライス厚にとって適切であるかど
うか疑わしい。
【０００６】さらに、測定値から被検体のサイズに基づ
いて控えめに推定した散乱放射の一定の背景情報を差引
くことによる散乱補正も通常行われている。しかし、こ
のようにしてもストライプ及び所謂ポケットのようなイ
メージアーチファクトが依然見えてしまう。
【０００７】ＵＳ5,615,279には、コンピュータ断層撮
影装置において、厚さが異なる複数のモデル物体（ファ
ントム）で散乱放射を先ず測定し、それらの測定結果を
表にして利用する散乱補正方法が開示されている。コン
ピュータ断層写真を実際の患者から形成する場合には、
散乱放射の影響をできるだけ多く減らすために、格納済
みの表を頼りにしながら測定データに対する補正値を計
算する。この方法の欠点は、補正値を有する表を構成す
るのに多量の実験作業を必要とすることにある。この多
量の作業のために、通常は散乱放射に影響を及ぼすごく
僅かなパラメータしか変えることができない。特に、フ
ァントムの物体サイズはこれらのパラメータの１つであ
る。
【０００８】さらに、ＤＥ19721535A1には、検出器フィ
ールドが、縦続検出器セルから成る隣接して配置した複
数の行によって形成されるコンピュータ断層X線撮影装
置が開示されている。X線源及び検出器フィールドから
成る測定装置並びにコリメータは、患者の長手方向軸線
に関連付けて配置することができる。検出器フィールド
の複数の行は、変位軸に対して垂直で、且つ互いに平行
に延在するように配置して、測定装置と患者との相対変
位中に人体の種々のスライスが検出器セル上に連続的に
結像されるようにする。コリメータは特に、検出器フィ
ールドの縁部に位置付けられる検出器の行がX線源によ
る直接放射から遮られるように調整することができる。
従って、これらの行には散乱放射しか入射できないため、
これらの行にて取得される測定信号は散乱放射の示度を
成し、この示度を一次測定値の散乱補正用に用いること
ができる。このような装置の欠点は、検出器フィールド
の特定の行を散乱補正用に残しておかなければならない
ことにある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
したことに鑑みて、いずれも散乱補正を改善し得るコン
ピュータ断層X線写真の形成方法並びにコンピュータ断
層X線撮影装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
の特徴部に従う方法によるか、請求項１０の特徴部に従
う方法によるか、請求項７の特徴部に従うコンピュータ
断層X線撮影装置によるか、請求項１８の特徴部に従う
コンピュータ断層X線撮影装置によって達成される。他
の好適な例は従属請求項に記載した通りである。
【００１１】物体、特に患者の人体のコンピュータ断層
X線写真を形成するための本発明による方法の第１変形
例によれば、被検体をX線源と検出器フィールドから成る
測定装置内で照射して、検出器フィールドにて測定した
放射強度を散乱補正する。この場合の検出器フィールド
は、検出器の個々のセルがマトリックス状に行と列に隣
接して配置される二次元のマルチセルフィールドのよう
なものを想定する。全てのセルの形状寸法サイズは必ず
しも同じとする必要はない。
【００１２】さらに、上記本発明による方法によれば、
検出器フィールドのうちの直角に画成されない部分をX
線源による直接放射から遮蔽する。斯種の遮蔽は、コン
ピュータ断層写真を形成する様々な方法にて起こり、こ
の場合に、例えば測定装置と被検体とが特殊な相対的な
動きをするために、測定信号は直角に画成されない領域
における検出器端部にて評価しなければならない。この
ような方法の例は、被検体の螺旋走査法であり、この場
合には、測定装置を被検体の軸線に沿う螺旋経路に沿っ
て進めながら被検体の周りにて回転させる。このような
方法の場合には、X線露光を評価するのに適切な検出器フ
ィールドの部分が、単に直角には画成されない複雑な形
状になる（ＵＳ5,463,666及びＤＥ19844543A1参照）。
【００１３】コンピュータ断層X線写真を形成するため
の本発明による斯様な方法では、検出器フィールドの遮
蔽部分内における放射強度も測定し、これを検出器フィ
ールドの直接照射部分における測定値の散乱補正用に用
いる。従って、通常の方法とは異なり、検出器フィール
ドの遮蔽部分からの信号を除去しないようにする。一次
の直接放射は検出器フィールドの遮蔽部分には入射しな
いから、この部分は実際のイメージ情報には寄与しな
い。この部分にて測定される放射強度は散乱放射だけか
ら派生する。従って、この部分の測定値は局部的な散乱
放射の大きさの示度を成すため、この測定値は検出器フ
ィールドの直接被照射部分から実際の測定値を補正する
のに有利に用いることができる。この散乱補正用に、検
出器フィールドに追加のセル行を用立てる必要はない。
適切な遮蔽のために直接照射されない検出器フィールド
の既に存在しているセル行が、散乱放射に関連する所望
な情報を提供するのに用いられる。
【００１４】検出器フィールドの遮蔽部分は少なくとも
部分的に曲線によって画成される。コンピュータ断層X
線撮影用の様々な方法の場合に、このような湾曲境界線
は、測定装置と被検体が相対的に動くために得られる。
【００１５】本発明による方法のさらに他の変形例によ
れば、散乱補正するのに、検出器フィールドのうちの完
全に遮蔽、即ちセルの表面領域全体を横切って遮蔽され
る遮蔽部分のセルだけを考慮に入れる。一般に、検出器
フィールドのセルは直角に配置されるか、又は検出器フ
ィールドにおける正格子内に方陣の目のように配置され
る。しかし、遮蔽手段の適切な配置によってX線源によ
る直接照射から遮蔽される検出器フィールドの部分は、
互いに直角には延在していない辺によるか、又は一様に
湾曲している辺によって画成される。従って、検出器フ
ィールドの遮蔽面の縁部は、検出器フィールドの関連セ
ルをまさに通り越して延在するのが普通である。このた
めに、これらのセルは一部が遮蔽領域内に、一部が直接
照射領域内に位置する。さらに、X線源の有限寸法によ
って生じる陰影部がある。このために、検出器フィール
ドの遮蔽部分と非遮蔽部分との間の境界に位置する検出
器のセルは、通常一方又は他方の部分に明かに決めつけ
ることができない信号を発生する。従って、測定誤差を
なくすためには、これらの検出器セル、即ち完全には遮
蔽されないセルからの信号は、散乱補正用には考慮に入
れないのが好適である。
【００１６】本発明のさらに他の変形例によれば、検出
器フィールドの遮蔽部分における２つ以上のセルについ
ての平均放射強度を散乱補正用に使用する。一般に、散
乱放射の大きさは空間内にて低周波的、即ちごくゆっく
り変化するため、検出器フィールドの遮蔽部分における
複数のセルからの信号は、これらの信号から平均信号を
求めるように合成するのが有利である。このようにし
て、散乱放射に対する値を平滑化することができ、入射
変動による誤った解釈をなくすことができる。
【００１７】検出器フィールドの直接照射部分における
個所の散乱補正は、この個所の測定値から、その個所に
最も近い検出器フィールドの遮蔽部分のセルにて測定さ
れた放射強度を差引くことによって行うことができる。
或いはまた、検出器フィールドの遮蔽部分における２つ
以上のセルを、それらの測定信号の平均値を求めるよう
に合成することもでき、このために使用するセルは、検
出器フィールドの直接照射部分における当面の個所に空
間的に最も近い所に位置するセルとする。最後に、検出
器フィールドの全遮蔽部分にて測定される散乱放射を或
る点における散乱補正用に内挿又は外挿によって考慮に
入れることもできる。このために、例えば、検出器フィ
ールド全体を網羅する散乱放射分布の数学的なモデルに
対するパラメータを遮蔽部分にて測定される値によって
適合させることができる。
【００１８】検出器フィールドの遮蔽部分における散乱
放射の分布は、非遮蔽部分における散乱放射の分布とは
僅かにずれることがあるため、散乱補正には、この差を
補償する較正ファクタを利用するのが好適である。この
較正ファクタは実験的に比較的簡単に決定するか、又は
理論的に推定することができる。較正ファクタには、散
乱放射が入射する局所的に異なる空間角度も考慮に入れ
ることができる。
【００１９】測定装置は、コンピュータ断層写真の形成
中に被検体の軸線の周りを螺旋軌道に沿って変位させる
のが好適である。このような方法により、患者に対して
少ない放射線負荷でコンピュータ断層写真を連続形成す
ることができる。この特殊露光モードにより、検出器フ
ィールドの直角に画成されない部分だけがイメージの評
価及び形成に必要とされる。従って、検出器フィールド
の必要とされない部分は、患者に対する放射線の負荷を
最小にするために、適切に整形したコリメータによって
遮蔽する。このような装置は、検出器フィールドのこれ
までは使用されていなかった遮蔽部分を含み、これらの
遮蔽部分を本発明によれば散乱補正用に利用することが
できる。
【００２０】本発明は、 - X線源と二次元のマルチセル検出器フィールドとから
成り、好ましくは一方向に変位自在の測定装置、 - 検出器フィールドの直角には画成されない部分を遮
蔽するように配置される遮蔽手段、及び - 検出器フィールド内で測定される放射強度を散乱補
正するための補正ユニット を含むコンピュータ断層X線撮影装置にも関するもので
ある。
【００２１】本発明によるコンピュータ断層X線撮影装
置は、補正ユニットを検出器フィールドの遮蔽部分に結
合させ、且つ補正ユニットを、該ユニットが遮蔽部分に
て測定される放射強度を散乱補正用に利用するように配
置したことを特徴とする。補正ユニットは検出器フィー
ルド全体に結合させることもできることは明らかである
が、この場合に、本発明によれば、補正ユニットが散乱補
正用に遮蔽部分にて測定される放射強度を利用し得るよ
うにする。ここに記述した方法の利点は、斯様なコンピ
ュータ断層X線撮影装置によって達成することができ
る。これらの利点には特に、検出器フィールドの遮蔽部
分を利用しながらの局所的解決法で散乱放射の実際の大
きさを測定する散乱補正による画像品質の改善が含まれ
る。補正ユニットによって達成し得る散乱補正は、散乱
放射の背景情報に対する一定の推定値を従来どおりに差
引くやり方によるよりも遥かに優れている。
【００２２】コンピュータ断層X線撮影装置の補正ユニ
ットは、上述した様々な方法を実施し得るように配置す
るのが好適である。補正ユニットは特に、散乱補正用に
検出器フィールドの完全に遮蔽されるセルだけを考慮
し、検出器フィールドの複数の隣接セルからの測定値の
平均をとり、これらの平均値を散乱補正用に考慮し、及
び/又は内挿/外挿散乱強度（例えば、検出器フィールド
の遮蔽部分の隣のセルにおける散乱強度又は遮蔽部分に
最も近い複数セルの平均値）を差引くことによって検出
器フィールドの直接照射部分における或る個所の散乱補
正を行うように配置することができる。
【００２３】本発明によるコンピュータ断層X線撮影装
置の他の例における補正ユニットは、遮蔽手段が補正ユ
ニットに検出器フィールドの遮蔽領域の形状及び大きさ
に関する情報信号を供給するように、遮蔽手段に結合さ
せる。このような結合は特に、検出器フィールドの遮蔽
領域が、実行される走査方法の関数としてか、又は他の
二次パラメータに応じて変化する際に有意義である。こ
の場合、補正ユニットは、検出器フィールドにおける遮
蔽部分の瞬時的且つ実際の形状及び大きさに関する情報
を受取ることができるため、散乱補正用に検出器フィー
ルドの適切なセルを考慮に入れることができる。
【００２４】本発明は、被検体をX線源と検出器フィー
ルドとから成る測定装置内で照射し、且つ検出器フィー
ルドにて測定される放射強度を散乱補正する、被検体の
コンピュータ断層X線写真の形成方法にも関するもので
ある。この方法は、散乱補正が散乱プロセスのコンピュ
ータシミュレーションの結果を考慮に入れることを特徴
とする。
【００２５】本発明による方法によって達成し得る散乱
補正は、従来の一定の散乱背景情報を差引くことによっ
て達成されるものよりもかなり優れている。US5,615,27
9から既知の方法とは異なり、散乱の度合いを求めるのに
複雑な実験を必要とせず、その代わりに、発生する散乱
の大きさをコンピュータシミュレーションでの多数のパ
ラメータを考慮しながら高精度に求めることができる。
これにより、パラメータが変化しても、例えば測定装置
の幾何学的な構成が異なっても、他の二次パラメータを
用いながらコンピュータシミュレーションを容易に行う
ことができるために、斯様な変化に柔軟に対処し得ると
云う利点もある。
【００２６】散乱プロセスのコンピュータシミュレーシ
ョンはモンテカルロ法によって行うのが好適である。こ
のような方法によれば、多数の仮想光子の軌道が計算さ
れ、これにシミュレーションを追従させる。モンテカル
ロ法は、例えば仮想光子の方向の変化を測定して、光子
が吸収されるのか、散乱するのかどうかを決定するラン
ダム量の計算に基づくものである。これらのランダム変
数のうち、分布関数及び/又は分布密度は既知であり、
これらはそれなりに適用される。モンテカルロ法による
放射の移送問題の処置は原則として天体物理学及び核物
理学から既知であるため、基本的な理論の詳細について
は、これらの分野のものを参照することができる。適切
な数の個々の光子経路を計算した後に、検出器に入射す
る散乱光子の分布が得られ、この分布は実際に生じる散
乱光子の分布にほぼ相当する。
【００２７】散乱プロセスのコンピュータシミュレーシ
ョン中には特に、測定装置（X線源、コリメータ及び検出
器フィールド）、患者用テーブル及び散乱プロセスに影
響を及ぼしたりすることのある他の物体の形状寸法及び
材質特性を考慮に入れる。これらの物体の形状寸法及び
物質特性は正確に知られている。コンピュータシミュレ
ーションでのこれら変数のパラメータ化した取得は、構
成の変化に応じて、その変化データでシミュレーション
を繰り返すことにより、適切な散乱補正値を計算するこ
とができる。
【００２８】さらに、コンピュータシミュレーションに
は、被照射領域内における患者の人体モデルの形状寸法
及び物質特性を考慮に入れるのが好適である。このよう
にして、診断組織、例えば、脳や、肝臓、腰等の中心部
のタイプに及ぼす散乱放射の依存度を特定することがで
きる。散乱放射は原則として、人体の内部構成、例えば
骨の分布に応じて決めることもできる。散乱放射は低周
波挙動するから、斯様な構成は、それらが最早画像内で
は認識できないような程度にならすのが普通である。患
者の人体モデルによる前記コンピュータシミュレーショ
ンは種々のモデルサイズで行って、対応するモデルによ
って取得されるデータを後の患者の診断用に使用できる
ようにするのが好適である。この場合に、特にコンピュ
ータシミュレーションの結果は、少なくとも１つの適当
なスケーリングファクタによる乗算によって患者の正確
なサイズに適合させることもできる。
【００２９】さらに、コンピュータシミュレーションに
は、散乱放射と検出器との相互作用を考慮に入れること
もできる。一般に、検出器又はシンチレータの応答感度
は、エネルギーが異なる光子に対して相違する。従っ
て、散乱光子が検出器セルの信号に及ぼす妨害作用はこ
れら光子のエネルギーに依存する。このために、詳細な
コンピュータシミュレーションモデルには、散乱光子が
検出器に入射するエネルギー及びこれにより検出器に発
生する信号も考慮に入れる。
【００３０】さらに、コンピュータシミュレーションに
使用するモデルは、検出器フィールドの後方（放射源か
ら見て）に位置させる（ハーフ）スペースからの光子の
後方散乱をも考慮に入れることによって改善することが
できる。検出器フィールドを通過したか、通過し損なっ
た光子は、その後にバックスペース内にて起こる散乱プ
ロセスによって検出器フィールドに逆戻りし、これも検
出器フィールドに信号を発生する。従って、コンピュー
タシミュレーションは後方散乱光子による斯様な影響も
考慮に入れることによって改善することができる。
【００３１】コンピュータシミュレーションの結果は、
特に測定装置の形状寸法、使用する測定方法及び被検体
のサイズに関する様々な二次パラメータ用のルックアッ
プテーブルに格納するのが好適である。特に、検出器フ
ィールドの或る所定個所における散乱放射の計算値の如
き適切なデータは、斯様なテーブルから容易に取り出す
ことができる。このような取り出しに当っては、現行の
測定に含まれるパラメータ、例えば患者の大きさをそれ
ぞれの関連データに戻すように考慮に入れることができ
る。
【００３２】本発明は、X線源及び検出器フィールドを
有する測定装置並びに検出器フィールド内で測定された
放射強度の散乱補正用の補正ユニットを含むコンピュー
タ断層X線撮影装置にも関するものである。このコンピ
ュータ断層X線撮影装置は、補正ユニットを前述した方
法を実施すべく配置したことを特徴とする。このこと
は、補正ユニットが散乱補正用に散乱プロセスのコンピ
ュータシミュレーションの結果を考慮に入れることを意
味する。補正ユニットに適当なコンピュータ機能を持た
せば、斯かるコンピュータシミュレーションを補正ユニ
ットそのもで行うことができる。しかし、コンピュータ
シミュレーションは適当なコンピュータによって別個に
（オフラインで）実行させ、このコンピュータシミュレ
ーションの結果だけをテーブル等の形態で補正ユニット
に提示させるのが好適である。この場合に、これらの結
果には、測定装置や、患者のテーブル、患者の人体モデ
ル等の形状寸法、物質特性の如き種々の二次パラメータ
の影響を考慮に入れることができる。
【００３３】補正ユニットには、少なくとも1つのコン
ピュータシミュレーションの結果を格納するルックアッ
プテーブルを記憶するためのメモリを含めるのが好適で
ある。ルックアップテーブルには幾つかのコンピュータ
シミュレーションの結果を格納しておくのが好適であ
り、個々のシミュレーション結果は、例えば患者のモデ
ルサイズのように、或るパラメータの変数で互いにずれ
ている。コンピュータ断層写真の形成を伴なう具体的な
状況では、補正ユニットがルックアップテーブルにて適
切なコンピュータシミュレーションに特定的にアクセス
することができる。
【００３４】補正ユニットは少なくとも1個のディジタ
ル信号プロセッサ（DSP）として作成するのが好適であ
る。このディジタル信号プロセッサは信号変換を高速に
実行するように最適化しておく。複数のDPSを具えるシ
ステムは、今日では約１Gbit/sのデータ速度に達し得
る。DPSの内部メモリには100までの一次元の散乱分布を
格納することができる。外部メモリへのアクセス時間
は、内部メモリに対するアクセス時間とほぼ同じように
短いから、多数の散乱分布を測定プロファイルの実時間
処理に悪影響を及ぼすことなく外部メモリのルックアッ
プテーブルに格納することができる。機能の増加を図る
ように、2個、4個又はそれ以上のDPSをリンクさせるこ
ともできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】本発明をより詳細に説述するため
に、添付の図面に従ってこれを説明する。
【００３６】図１は、コンピュータ断層X線写真の形成中
の状態を図式的に示している。X線は、X線源１の近くに
配置したコリメータ６によって画成されるセクタ内に放
射源１によって放射される。コリメータ６は特に、図面
の平面に対して垂直の方向にビームを限定する働きをす
る。被照射セクタの（図面の平面に対して垂直の方向
の）厚さは一般に、0.8〜３mmであるが、将来はスライス
の厚さをもっと大きく、２cmまでとすることが望まれ
る。その後、X線は被検体２、例えば患者の身体を横切
る。X線に感応する検出器フィールド３が被検体２の反
対側に配置されており、このフィールド内にて入射X線の
強度が測定される。検出器フィールド３は一般に、図1
に示すように放射源１を中心とするほぼ円形の線状の輪
郭が得られるように、単一の検出器セルを複数隣接配置
して構成される。検出器フィールド３には、それに垂直
の方向（即ち、図面の平面に対して垂直の方向）に検出
器セルのさらなる行を設けて、二次元のマルチセル検出
器マトリックスが形成されるようにすることができる。
【００３７】検出器フィールド３の前方には、第1コリ
メータ６によって発生される半影を減らすことができる
別のコリメータ５を配置することができる。しかし、被
検体の後方のコリメータ５も散乱放射を吸収するため、
これは本発明にとっては省くのが好適である。
【００３８】検出器フィールド３に入射するX線は、一
方では被検体２又はX線源１の近くで相互作用しないで
検出器３に達する直接放射から成る。光子の一部は照射
される被検体内に吸収され、従ってこれらの光子は直接
放射内には存在しない。この光子の吸収度は、被検体を
通過するビームの経路長及びこの経路に沿う物質の組成
に依存する。この吸収度は、コンピュータ断層写真を形
成するのに必要とされる情報を包含する。
【００３９】さらに、X線と物体との相互作用が散乱プ
ロセスを引き起こすのであって、これらのプロセスに
は、診断目的に関心のある１０〜１４０keVのエネルギ
ー範囲に関連する本来３つの異なる相互作用プロセス、
即ち光の吸収（これは後にK蛍光放射を伴なう）、干渉
性散乱及び非干渉性散乱がある。後者の２つのプロセス
は、相互作用する光子を破壊せずに、その方向を変化さ
せる。
【００４０】散乱光子の一部も検出器フィールド３に達
し、ここでこれらの光子は検出器セルにて測定される強
度信号に寄与する。しかし、検出器セルは、光子が散乱
プロセスから派生したものか、或いは放射源1から直接
到達したもの（一次光子）であるかどうかを特定するこ
とができないため、散乱光子は放射源に対して真直ぐな
経路に沿う吸収度の正確な測定を妨げることになる。従
って、散乱放射はイメージング法によって達成し得る品
質に悪影響を及ぼす。このために、散乱防止格子によっ
て検出器フィールド３に散乱放射が入射するのを防ぐこ
とが試みられている。また、散乱放射の影響をできるだ
け正確に推定して、測定データを散乱補正することも試
みられている。
【００４１】図1には、発生する散乱分布４も図式的に
示してある。これから明らかなように、散乱放射の絶対
量は、照射される被検体２の縁部にて増大する。しか
し、一次放射に対する散乱放射の比率は投射被検体２の
中央にて最大になる。その理由は、一次放射はその個所
では（後述する図3から明らかなように）被検体２での
吸収のために最小になるからである。
【００４２】図２は二次元の検出器フィールド３を示
し、この検出器フィールドには、検出器セル７，７’が
二次元のマトリックス形態に互いに隣接して配置されて
いる。斯種の検出器フィールドは、その検出器フィール
ド３が非対称的に照射される様々な再構成アルゴリズム
に必要とされる。斯種のアルゴリズム、例えば、所謂Pi
ラインアルゴリズム又はPHI法は、直角に画成されるの
ではなくて、通常曲線によって画成される辺を有する特
殊形状の検出器フィールドを必要とする。この必要とさ
れる検出器表面の正確な形状は取得パラメータに依存す
るから、その形状は、放射源の近く及び/又は検出器フ
ィールドの近くに配置されるコリメータ５，６によって
フレクシブルに規定するのが好適である。患者を不必要
に照射しないで、放射線量を最少にするために視準が必
要である。
【００４３】図２には、様々なアルゴリズムに対して発
生する検出器の遮蔽されるか、又は直接照射される表面
をそれらの縁部A,B,C,A’,B’,C’によって示してあ
る。例えば、曲線AとA’との間にある表面は、放射源と
検出器表面とから成る測定装置を患者の周りにて螺旋状
に回転させる方法の場合に直接照射される。
【００４４】図２にも示すように、アルゴリズムを基礎
付ける検出器フィールドの多数のセル７’は直接放射に
は曝されない。直接照射される検出器フィールドの縁部
領域にはシャドウ領域が出現するのであって、このよう
なシャドウ領域は放射源の寸法が有限であるために生じ
る。しかし、このシャドウ領域は検出器の近くに配置す
るコリメータによって制限するか、又は最少にすること
ができる。いずれにしても、測定装置にはもっぱら散乱
放射が当る検出器セル７’が含まれる。直接放射から遮
られ、且つ散乱放射にのみ曝されるこれらの検出器セル
７’からの信号は、検出器フィールド３の直接照射領域
内に位置するセルに対して、本発明による散乱補正を行
うのに用いられる。一定の散乱背景情報を差引くのに比
べて、散乱放射を直接測定することの利点は、該当個所
の散乱放射を推定するのではなくて、単独に測定し、し
かもその測定によって検出器フィールド３の軸線に沿っ
た空間解像度分布が得られると云うことにある。図２の
拡大詳細図から明らかなように、直接照射される検出器
セル７での測定強度は、その最も近くのシールドされた
検出器セル７’にて測定される散乱放射の変量によって
補正することができる。散乱分布に対するパラメータ化
した数学的な総体モデルを測定値に適合させて、散乱補
正をそのモデルによって決めることもできる。なお、モ
デルは仮想光子の散乱シミュレーションで構成すること
もできる。
【００４５】図３は、直径が30cmの水球に対して60keV
のX線ビームを用いて得られる一次放射Pと、散乱放射S
とに対するシミュレートした値を示す。検出器３（図
1）の画素位置を水平軸にプロットし、エネルギーの流
れ密度を（光子当りkeVの単位で）縦軸にプロットして
ある。実線曲線Pは一次（直接）光子の測定強度を示し、
この強度は、検出器フィールドの中心方向に向かって最
小になる。このような変化は、ビームの光路長が球の縁
部から中心に向かって増えるために、一次光子の吸収が
連続的に増えることに基づいて説明することができる。
【００４６】短い破線で示す曲線Sは散乱光子の強度を
示す。長い破線にて示す曲線は、散乱放射に対する一次
放射の比S/Pを示す。この比が球の中心の下方にて最大
になっていることが判る。従って、一定の散乱放射背景
情報を想定し、且つその背景情報を通常行われているよ
うに、一次光子の信号から差引く場合には、再構成イメ
ージに所謂“ポケット”効果が生じる。このことは、散
乱放射が被検体の縁部方向にて過大評価されて、光子吸
収度の過大評価をまねくことを意味している。従って、
被検体の縁部がその中心部に比べて光学的に濃密過ぎる
ほどに再構成されることになる。これが再構成断面にじ
ゃまなポケット又はバンド効果をまねくことになる。
【００４７】図４は、図３にシミュレートした測定値を
示す球の再構成断面を示す。散乱放射がないと、球全体
に均一である一定密度に相当する実線８が得られること
になる。短い破線１０は、散乱背景情報を一定として、
最小の一次放射信号に対して一次放射に対する散乱放射
の比が37%の場合のシフトを示す。長い破線９は、37%の
一次放射に対する散乱放射の最大比率でコンピュータシ
ミュレーションにて計算した散乱放射の結果を示す。点
線１１は一定の散乱シフトをシミュレートした背景情報
から差引いた場合に得られる再構成結果を示す。依然存
在するずれは、散乱補正が簡単過ぎることを示してい
る。
【００４８】散乱放射のコンピュータシミュレーション
は、モンテカルロ法に基づく光子の相互作用に対するシ
ミュレーションモデルを利用しながら行うのが好適であ
る。このシミュレーションから、複数の放射源及び人体
の種々の領域に対するビームパラメータ用に計算した散
乱分布の集合を計算することができ、こうした分布は代
表的なトモグラフィのシナリオに相当し、ルックアップ
テーブルをドラフトするのに用いることができる。散乱
プロセスの計算には次ぎのような影響を考慮に入れるこ
とができる。すなわち、 ａ） X線と、患者と、患者のテーブルとの相互作用、 ｂ） 機械的環境（コリメータ、散乱防止格子、検出器
のカバー等）との相互作用、 ｃ） シンチレータ内における放射エネルギーの堆積、
及び ｄ） 透過光子の後方散乱作用。
【００４９】患者の大きさの相違もスケーリングファク
タによって考慮に入れることができる。シミュレーショ
ンによるものと、実際の測定値との差も計測した正規化
ファクタによって補償することができる。極めて正確な
散乱補正は、走査シナリオに関連する必要な情報を提供
するコンピュータシミュレーションを利用することによ
り行うことができる。この計算結果は散乱分布値用のル
ックアップテーブルに記憶させることができ、このルッ
クアップテーブルは、代表的には、例えばDSP補正ボード
又は実時間補正用の高速PCの如き特殊なハードウェアで
作成する。
【００５０】図５は、２つの骨を含む楕円形物体に対す
る散乱背景情報をシミュレートした特性図（y-軸は放射
強度に関する単位、x-軸は検出器の画素位置）を示す。
統計的変動は別にして、この図の曲線は散乱背景情報の
スムーズな（低周波）特性を示す。個々の曲線は、被検
体の周りの0°，30°，60°及び90°の回転に相当し、
被検体の長手方向軸線は0°の場合に検出器上に投影さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コンピュータ断層写真の形成時の状態を図式
的に示した図である。
【図２】 種々の態様で遮蔽される領域を有する二次元
の検出器フィールドを示す図である。
【図３】 球状のテスト本体における一次放射と散乱放
射を示す図である。
【図４】 図３のデータから取り出されるテスト本体の
断面イメージ及び散乱補正に対する様々な方法の影響を
示す図である。
【図５】 楕円形の被検体の周りを０°，３０°，６０
°，９０°回転させる場合に、この被検体における散乱
背景情報をシミュレートした特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ジョセフ ラウテル ドイツ国 52074 アーヘン エブロネン シュトラーセ 16 (72)発明者 ハーフリット カール ヴィーチョレク ドイツ国 52076 アーヘン ムエンステ ルシュトラーセ 207 (72)発明者 オラフ スッヒ ドイツ国 52080 アーヘン オフ デル ヘールン 110アー Ｆターム(参考） 2G088 EE02 FF02 JJ05 JJ29 KK33 LL09 LL27 4C093 AA22 BA10 CA07 EB17 EB28 FC26 FF01

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 X線源と検出器フィールドとから成る測
    定装置内にて照射される被検体のコンピュータ断層X線
    写真を形成する方法であって、検出器フィールドにて測
    定される放射強度を散乱補正し、且つ検出器フィールド
    を二次元のマルチセルフィールドとし、該マルチセルフ
    ィールドの直角に画成されない部分がX線源による直接
    照射から遮蔽される、被検体のコンピュータ断層X線写
    真を形成する方法において、前記検出器フィールドの前
    記遮蔽部分における放射強度を測定し、且つ該放射強度
    を、前記検出器フィールドの前記直接照射部分における
    測定値の散乱補正用に用いることを特徴とする被検体の
    コンピュータ断層X線写真の形成方法。
  2. 【請求項２】 前記検出器フィールドの遮蔽部分が、少
    なくとも部分的に曲線によって画成されることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記検出器フィールドにおける遮蔽部分
    のうち、完全に遮蔽されるセルだけを前記散乱補正の考
    慮に入れることを特徴とする請求項１又は２に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記検出器フィールドにおける前記遮蔽
    部分の少なくとも2つのセルで平均をとった放射強度
    を、前記検出器フィールドの前記直接照射部分における
    測定値の散乱補正用に用いることを特徴とする請求項１
    〜３の少なくとも一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記検出器フィールドにおける直接照射
    部分の或る個所のセルの測定値から、全ての放射強度の
    内挿又は外挿により得られる放射強度か、前記検出器フ
    ィールドの遮蔽部分にて測定された全ての放射強度の一
    部、特に、前記直接照射部分の個所のセルに最も近い遮
    蔽部分のセルにて測定される放射強度か、前記検出器フ
    ィールドの遮蔽部分に最も近い少なくとも２つの近傍セ
    ルにて測定された平均強度を差引くことを特徴とする請
    求項１〜４の少なくとも一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記測定装置を前記被検体の軸線の周り
    に螺旋経路に沿って変位させることを特徴とする請求項
    １〜５の少なくとも一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 X線源、検出器フィールド及び該検出器
    フィールド用の遮蔽手段、並びに前記検出器フィールド
    にて測定される放射強度の散乱補正用の補正ユニットを
    有する測定装置を含むコンピュータ断層X線撮影装置に
    おいて、前記補正ユニットを前記検出器フィールドの遮
    蔽部分に結合させ、且つ前記補正ユニットを、該ユニッ
    トが前記遮蔽部分にて測定される放射強度を前記散乱補
    正用に利用するように配置したことを特徴とするコンピ
    ュータ断層X線撮影装置。
  8. 【請求項８】 前記補正ユニットを、該補正ユニットが
    請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を実施し得る
    ように配置したことを特徴とする請求項７に記載のコン
    ピュータ断層X線撮影装置。
  9. 【請求項９】 前記補正ユニットを、該補正ユニットが
    前記検出器フィールドの形状及びサイズに関する情報信
    号を受信するように、前記遮蔽手段に結合させたことを
    特徴とする請求項７又は８に記載のコンピュータ断層X
    線撮影装置。
  10. 【請求項１０】 X線源と検出器フィールドとから成る
    測定装置内にて照射され、検出器フィールドにて測定さ
    れる放射強度を散乱補正して、被検体のコンピュータ断
    層X線写真を形成するための、特に請求項１〜６の少な
    くとも一項に記載の方法において、散乱補正プロセスの
    コンピュータシミュレーションの結果を前記散乱補正用
    に考慮に入れることを特徴とする被検体のコンピュータ
    断層X線写真の形成方法。
  11. 【請求項１１】 前記コンピュータシミュレーションを
    仮想光子経路のモンテカルロシミュレーションによって
    行うことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記コンピュータシミュレーション
    が、測定装置、患者のテーブル及び散乱プロセスに含ま
    れる可能性のある他の物体の形状寸法及び物質特性を考
    慮に入れることを特徴とする請求項１０又は１１に記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】 前記コンピュータシミュレーション
    が、被照射領域内における患者の人体モデルの形状寸法
    及び物質特性を考慮に入れることを特徴とする請求項１
    ０〜１２の少なくとも一項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記コンピュータシミュレーションの
    結果を少なくとも1つのスケーリングファクタによる乗
    算によって実際の患者の身体サイズに適合させることを
    特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記コンピュータシミュレーション
    が、散乱と検出器フィールドとの相互作用を考慮に入れ
    ることを特徴とする請求項１０〜１４の少なくとも一項
    に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記コンピュータシミュレーション
    が、放射源から見て、検出器フィールドの背後に位置す
    るスペースからの後方散乱を考慮に入れることを特徴と
    する請求項１０〜１５の少なくとも一項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記コンピュータシミュレーションの
    結果を、測定装置の形状寸法、使用する測定法及び被検
    体のサイズの如き種々のパラメータ用のルックアップテ
    ーブルに格納することを特徴とする請求項１０〜１６の
    少なくとも一項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 X線源及び検出器フィールドを有する
    測定装置と、検出器フィールドにて測定した放射強度の
    散乱補正用の補正ユニットを含む請求項7〜９の少なく
    とも1つに記載のコンピュータ断層X線撮影装置におい
    て、前記補正ユニットを請求項１０〜１７のいずれか一
    項に記載の方法を実施すべく配置したことを特徴とする
    コンピュータ断層X線撮影装置。
  19. 【請求項１９】 前記補正ユニットが、少なくとも1つ
    のコンピュータシミュレーションの結果を有するルック
    アップテーブルを格納するメモリを具えるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１８に記載のコンピュータ断層X
    線撮影装置。
  20. 【請求項２０】 前記補正ユニットが少なくとも1つの
    ディジタル信号プロセッサを具えるようにしたことを特
    徴とする請求項１８又は19に記載のコンピュータ断層X
    線撮影装置。
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