JP2002528216A

JP2002528216A - コンピュータ断層撮影スキャナの検出器を校正する装置および方法

Info

Publication number: JP2002528216A
Application number: JP2000579129A
Authority: JP
Inventors: エヌ．アーチュク，スティーヴン，; アール．クロウフォード，カール，
Original assignee: アナロジックコーポレーション
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2002-09-03
Also published as: WO2000025678A1; AU6264999A; US6148057A; EP1135061A1; CN1331571A

Abstract

(57)【要約】ファントム（１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ）についてファントム（１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ）の複数の厚さにおいて走査データの複数のセットが取得される。ファントム（１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ）は、スキャナテーブル上に水平方向かまたは垂直方向に配置された複数のスラブ状の材料から作成することができる。ファントム（１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ）の厚さを変更するために、スラブのスタックに対し水平スラブ（１０２）が除去または追加される。垂直に方向付けされたスラブ（１０２Ａ、１０２Ｂ）の場合、異なるスラブの走査によって異なる経路長、故に減衰を有する放射線に対しＸ線データがもたらされるように、各スラブの高さが異なっている。各検出器（４４）に対し、複数のファントム厚さにおける走査データの誤差が識別され、各厚さに関する対数減衰に対しパラメータ方程式に当てはめられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本発明は、概してコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）スキャナに関し、特にか
かるスキャナを較正する方法および装置に関する。

【０００２】

【背景技術】

第３世代タイプのＣＴシステムは、輪状ディスクに向かい合うように固定され
たＸ線源とＸ線検出器システムとを含む。ディスクは、走査中、Ｘ線がＸ線源か
らディスクの開口部内に配置された物体を通って検出器システムに進む間、回転
軸を中心に連続的に回転するように、ガントリ（構台）支持部内に回転可能に取
付けられている。

【０００３】一般に、検出器システムは、放射線がＸ線源から放出される「焦点」と呼ばれ
る点に曲率の中心を有する円の弧の形状で、１つの列として配置された、検出器
のアレイを含む。Ｘ線源および検出器のアレイは、Ｘ線源と各検出器との間のＸ
線経路がすべてディスクの回転軸に対して垂直な同じ平面（以下、「スライス面
」または「走査面」）にあるように配置されている。Ｘ線経路は、実質的には点
光源であるところから発生して異なる角度で検出器まで伸びることから、扇に似
ている。そのため、あらゆる瞬間のＸ線経路のすべてを説明するために「ファン
ビーム」という語がしばしば使用される。走査中測定の瞬間に単一の検出器上に
入射するＸ線は、一般に、「放射線（ｒａｙ）」と呼ばれ、各検出器はその対応
する放射線の強度を示す出力信号を生成する。各放射線がその経路にあるすべて
の塊体（ｍａｓｓ）によって部分的に減衰されるため、各検出器によって生成さ
れる出力信号は、その検出器とＸ線源との間に配置されたすべての塊体の密度（
すなわち、検出器の対応する放射線経路にある塊体の密度）を表す。

【０００４】Ｘ線検出器によって生成される出力信号は、通常、ＣＴシステムの信号処理部
によって処理される。信号処理部は概して、Ｘ線検出器によって生成された出力
信号を信号対雑音比を向上させるためにフィルタリングする、データ収集システ
ム（ＤＡＳ）を含んでいる。ＤＡＳによって生成されるフィルタリングされた出
力信号は、一般に、「生データ信号」と呼ばれる。信号処理部は、通常、投影フ
ィルタを含み、投影フィルタは、生データ信号を対数的に処理することにより、
各々が対応する放射線経路にある塊体によってもたらされた対数減衰（ｌｏｇ
ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）を表すような１組の投影データ信号を生成する。測定
の瞬間に収集された投影データ信号すべてを、一般に、「投影（プロジェクショ
ン）」または「像（ビュー）」と呼ぶ。単一スキャン中、ディスクが回転するに
従い、各々がディスクの異なる角度位置で生成されるように複数の投影が生成さ
れる。特定の投影に対応するディスクの角度方向を、「投影角度」と呼ぶ。

【０００５】ＣＴ画像は、投影角度の各々で収集されたすべての投影データ信号から生成さ
れてよい。ＣＴ画像は、走査中の物体の、走査面に沿った２次元「スライス」の
密度を表す。ＣＴ画像は投影データから再構成されていると考えられるため、投
影データ信号からＣＴ画像を生成するプロセスを、一般に、「フィルタ補正逆投
影（フィルタードバックプロジェクション）」または「再構成」と呼ぶ。信号処
理部は、通常、投影データ信号から再構成されたＣＴ画像を生成するバックプロ
ジェクタを含む。

【０００６】ＣＴシステムについての問題の１つは、種々の雑音および誤差源が、再構成さ
れたＣＴ画像に雑音またはアーティファクトをもたらす可能性がある、というこ
とである。従って、ＣＴシステムは、一般に多数の信号処理技術を用いて信号対
雑音比を向上させ再構成されたＣＴ画像のアーティファクトを低減させる。

【０００７】再構成されたＣＴ画像に望ましくないアーティファクトが表れる原因となり得
る重要な要因の１つは、Ｘ線検出器の一様性と安定性とに関係する。１つの検出
器の応答がアレイ内の他の検出器に関して校正されていない場合、その１つの検
出器により、再構成されたＣＴ画像の「中心」に中心をおく円形リングあるいは
１つまたは複数の円弧の様相を有するアーティファクトが、再構成されたＣＴ画
像に現れる（再構成されたＣＴ画像の「中心」は、ディスクの回転軸の位置に対
応する）。複数の検出器が較正されていない場合、それらにより同心の円形リン
グまたは円弧の集まりが、再構成されたＣＴ画像に集合的に表れる。かかるアー
ティファクトは、一般に「リング」と呼ばれ、「デリンギング（ｄｅｒｉｎｇｉ
ｎｇ）」または「リング抑制（ｒｉｎｇｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）」は、再構
成されたＣＴ画像に現れるリングを低減あるいは除去するための方法および装置
を言う。

【０００８】理想的には、Ｘ線検出器は、それらの転送機能または応答がすべて等しいよう
に構成されている。しかしながら、実際にこれを達成することは困難である。多
くのＣＴシステムでは、信号処理部は、投影データ信号を調整することにより、
検出器応答の差異を補償しそれによって画像のリングを抑制するために使用され
る、応答較正テーブルを含む。一般に、応答較正テーブルは、しばしば「ファン
トム」と呼ばれる既知の密度および形状の物体を走査することによって生成され
る。応答較正テーブルは、周期的に更新される。

【０００９】ＣＴ画像にリング等のアーティファクトをもたらす可能性のある重要な要因は
、ビーム硬化として知られる現象であり、それは物体を通過するＸ線ビームの平
均エネルギーの変化である。大抵のＣＴスキャナは、Ｘ線エネルギーの多色スペ
クトルを使用して物体の画像を形成する。低エネルギー光子は優先的に減衰され
る傾向があるため、Ｘ線ビームはある長さの材料を通過するに従ってエネルギー
が増大する。このビーム硬化の結果、投影信号が材料の厚さによって非線形に変
化する。物体の中心近くでは、このスペクトル非線形性によって画像のＣＴ数が
減少し、画像に窪みが形成されたように見える結果となる。また、その影響によ
り、検出器利得のわずかな差異に敏感な第３世代スキャナにリングおよび縞がも
たらされる。

【００１０】ビーム硬化がもたらすアーティファクトを補正する方法は、スペクトル非線形性
に対し検出器読出しを補償するための較正のある形態、すなわちデリンギングア
ルゴリズムおよび／またはデュアルエネルギ画像形成を用いる測定データの事後
処理を含むことができる。非線形較正を実行する１つの方法には、既知の長さの
ある既知の水状材料によってもたらされる減衰をその理想的な値と比較すること
が含まれる。水状材料は、軟部組織の密度をシミュレートするために使用される
。このように既知の材料を測定してルックアップテーブルを構築することにより
、未知の物体に対して実行される後の減衰測定を、検出器読出しの非線形性に対
して補償することができる。１つのバルク較正テーブルを使用することにより、
１組の投影が平均して補正されるが、検出器間にわずかな差の利得誤差が残る。
これら差分誤差は、１％の何分の１のオーダである場合がある。これら利得誤差
は、それ以上補正されなければ、再構成された画像にリングおよび縞のアーティ
ファクトをもたらす。

【００１１】少なくとも２つのＣＴ製造業者が、スペクトル非線形性に対する検出器読出し
を補正するために、円筒状プラスチックまたは水が充填されたファントムを使用
する。例えば、「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＥｘａ
ｍｉｎｉｎｇａＳｕｂｊｅｃｔ」と題された、１９９２年９月２８日に発行
された米国特許第４，３５２，０２０号に述べられている１つの手法では、精密
に中心が決められたプラスチックのファントムが、回転するＣＴガントリを用い
て走査される。この技術では、各投影を形成するために複数回転のデータを平均
することができるため、減衰の推定を行うことができる。しかしながら、較正手
続きでは４つまたは５つのファントムが使用されるため、限定された数の減衰測
定値しか得られない。その結果、較正テーブルを生成するために、複雑な補間お
よび外挿方式が必要である。更に、その技術に必要な正確なファントムの位置合
せは、較正手続きを複雑にし、それをより労働集約的で個々のオペレータの技能
に依存するものにする。

【００１２】この中心が決められた種々のファントム手法には、スキャナの回転の中心に対
して中心を外して配置される１つの円筒状ファントムを走査することが含まれる
。かかる手法は、例えば、「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒｔ
ｈｅＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆａｎＸ−ｒａｙＳｃａｎｎｅｒＵ
ｓｉｎｇａｎＯｆｆ−ＣｅｎｔｅｒｅｄＣｉｒｃｕｌａｒＰｈａｎｔｏ
ｍ」と題された、１９９３年５月２５日に発行された米国特許第５，２１４，５
７８号に述べられている。この手法により、各検出器チャネルは、より広範囲の
減衰値を調べることができ、ファントムの中心を正確に合わせる必要がなくなる
。しかしながら、この技術には、正確に既知のジオメトリを有する同種のファン
トムが必要である。また、１つのファントムを使用することにより、取得される
減衰測定値の数および範囲が限定される。

【００１３】「ＭｅｔｈｏｄｏｆａｎＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣａｌｉｂｒａ
ｔｉｏｎｏｆＣＴＳｃａｎｎｅｒｓ」と題され、１９９８年６月３０日に
発行された米国特許第５，７７４，５１９号に述べられている他の方法には、中
心の外れた円筒状水ファントムを走査することが含まれる。この技術は、水ファ
ントムの画像を再投影することにより、所定の減衰に関する利得誤差を推定する
。これにより、ある範囲の減衰測定値が提供され、ファントムの中心を正確に合
わせる必要がなくなり、安価な較正ファントムの使用が可能になる。しかしなが
ら、水ファントムを使用することにより、得られる減衰測定値の数および範囲が
限定される。また、再投影を使用することにより、アルゴリズムが計算上より高
価になる。

【００１４】

【発明の概要】

本発明は、検出器チャネル間の差分誤差を低減するようＣＴスキャナを較正す
る装置および方法に関する。検出器チャネルは、放射線が通過する対象物（物体
）の走査データを生成するために放射線源から放射線を受取るよう適応された、
検出器のアレイに関連する。較正物体、例えばファントムの複数の厚さそれぞれ
において、較正物体の複数セットの走査データが得られる。較正物体の複数の厚
さにおける走査データの誤差が識別される。識別された誤差は、各厚さに関連す
る値についてパラメータ方程式（ｐａｒａｍｅｔｏｒｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ）
に当てはめられる。パラメータ方程式は、後の実際の物体の走査中に検出器チャ
ネルによって生成される走査データを調整するために使用される。

【００１５】１つの実施の形態では、パラメータ方程式は、各厚さに関連する値における多
項式である。各厚さに関連する値は、各厚さにおいてファントムを通過する放射
線の対数減衰とすることができる。特定の実施の形態では、多項式は二次多項式
である。識別された誤差をパラメータ方程式に当てはめることは、最小二乗誤差
分析を誤差に適用することによってなされる。

【００１６】各検出器チャネルに対し、二次多項式が生成され格納される。後のテスト中に、
検出された対数減衰に対し、多項式から調整値が引出される。これら調整値が実
際の検出器読出しに適用されることにより、検出器間の差分誤差が除去される。

【００１７】走査データの誤差は、平均またはバルク誤差が除去され差分検出器誤差が残る
ように走査データをハイパスフィルタリングすることによって、識別することが
できる。ハイパスフィルタは、線形ハイパスフィルタであってよい。ハイパスフ
ィルタリングは、検出器のサブセットに適用されるスライディング当てはめ（ｓ
ｌｉｄｉｎｇｆｉｔ）を使用して、誤差に対し他のパラメータ方程式を当ては
めることを含むことができる。各検出器チャネルについて、複数のファントム厚
さに関連する複数の対数減衰の各々に対し、スライディング当てはめ曲線を生成
することができる。各検出器に対し、上述した二次多項式に当てはめる誤差が、
実際に検出された対数減衰と、厚さに関連するファントム対数減衰値の各々にお
けるスライディング当てはめ曲線と、の差を決定することによって、計算される
。

【００１８】１つの実施の形態において、較正物体またはファントムは、複数のスラブ状の
材料を含む。材料は、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはカルシウ
ム包埋プラスチック等のプラスチックを含んでよい。また、金属または異なる材
料の組合せであってもよい。

【００１９】スラブは、スキャナの患者テーブル上に配置されたスタックに水平に方向付け
ることができる。ファントム厚さは、スラブを追加または除去することによって
変更することができる。代替的に、スラブは垂直に方向付けられ、また異なる高
さを有することができる。そして、ファントム厚さは、異なる高さのスラブによ
り各走査が行われるよう、各走査に対し異なる位置に患者テーブルを段階的に設
定することによって、変更することができる。この手法を使用することにより、
較正手続きは、患者テーブルの自動制御によって自動化することができる。１つ
の特定の実施の形態では、特定のスラブを通過する放射線のすべてに対して減衰
経路長が同じとなるように、垂直スラブの上面が曲げられている。

【００２０】本発明は、ＣＴシステムの検出器の校正に対し従来の手法に対する利点を提供
する。スラブファントムの投影をハイパスフィルタリングすることにより決定さ
れる利得誤差推定値を、現象論的（ｐｈｅｎｏｍｏｌｏｇｉｃａｌ）曲線、例え
ば対数減衰における二次多項式にあてはめることにより、本発明の手法は、ファ
ントム材料の既知の長さまたはファントムの理論的に計算された減衰に関し、利
得誤差を特徴付けるよう試みる従来の方法に固有の制限を無くす。本発明では、
ファントム材料の厚さまたは材料の実際の減衰を予め知っておく必要がない。そ
の結果、スラブ厚さが不正確であることおよびスラブ材料が不完全であることに
実質的に影響を受けないため、本発明によって実行される計算は、簡略化され正
確さが向上する。

【００２１】本発明の以下のおよび他の目的、特徴および利点は、添付の図面に示すように
、本発明の好ましい実施の形態のより特定の説明から明らかとなろう。なお、図
面において、異なる図を通して同様の参照符号は同じ部分を参照する。

【００２２】

【好適な実施態様の説明】

図１は、本発明の原理を組込んでいる例示的なＣＴシステムまたはスキャナ４
０を示す。スキャナ４０は、Ｘ線源４２と、ディスク４６に取付けられた検出器
のアレイを備えた検出器アセンブリ４４と、を含む。Ｘ線源４２と検出器アセン
ブリ４４とは、ＣＴ走査中にディスク４６の中心開口部内に伸びる物体５０の周
りを回転するよう、図２に示す図に対して垂直に延在する回転軸４８を中心に回
転する。物体５０は、頭または胴等、生きている人間の患者の一部であってよい
。Ｘ線源４２は、走査面（回転軸４８に対して垂直）内でＸ線の扇状ビーム５２
を放射し、それらは物体５０を通過した後にアセンブリの検出器４４によって検
知される。好ましくは、実質的に散乱線が検出器によって検知されないように、
物体５０とアセンブリの検出器４４との間に散乱線除去板５４のアレイが配置さ
れている。好ましい実施の形態では、検出器アセンブリ４４は、４８°の弧を覆
う３８４の検出器を含むが、数および角度は変更することができる。アルミニウ
ム等の軽量材料であってよい点で有利であるディスク４６は、軸４８を中心に迅
速かつ平滑に回転することとなる。ディスク４６は、物体５０がディスクの開口
部に配置することができるように、開口フレーム構造である。物体５０は、好ま
しくはＸ線に対して実際的な程度に透明であるテーブル５６上で支持されてよい
。

【００２３】物体５０を透過中、ビーム５２の光線の減衰の度合が変化する。検出器は、入
射放射線に対して感度が高く、物体５０を通過する放射線の減衰の量に比例する
検出器信号を生成する。

【００２４】検出器アセンブリ４４によって生成される出力信号は、データ収集システム（
ＤＡＳ）４５（ブロック図形態で示す）に与えられ、ＤＡＳ４５はそこから一組
の生データ信号を生成する。生データ信号は、一組の投影データ信号を生成する
投影フィルタ７２に与えられる。ディスク４６が回転すると、多くの投影角度か
ら投影が提供されるように投影データ信号が使用される。投影データ信号は、本
発明のバルク較正および検出器依存の較正を実行することができる較正処理シス
テム７３に与えられてよい。次に、較正信号は、再構成されたＣＴ画像のリング
を低減するために信号をフィルタリングするリング抑制フィルタ７４に与えられ
てよい。「リング補正投影データ信号」または単純に「リング補正信号」と呼ば
れる、リング抑制フィルタ７４によって生成される出力信号は、その後、リング
補正信号からＣＴ画像を生成するバックプロジェクタ７６に与えられる。バック
プロジェクタ７６は、逆投影に必要であるようにデータを畳込む畳込みフィルタ
を含む入力段階を含むことができる。

【００２５】較正処理システムまたはプロセッサ７３は、本発明の較正に基づいてデータ信
号に対して補正を行う。本発明の非線形較正技術は、ビーム硬化に関連するスペ
クトル非線形の、バルクまたは平均成分と検出器依存または差分成分との両方に
対する別々の較正を結合する。バルク較正では、多項式ベースのルックアップテ
ーブルを使用することによって、ＣＴ数を補正して平坦化された画像を生成する
ことができる。かかるバルク較正は、例えば、１９７８年１月にＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＡｓｓｉｓｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ｖｏｌｕ
ｍｅ２，ｐａｇｅｓ１００−１０８で発表された、ＰｅｔｅｒＭ．Ｊｏｓ
ｅｐｈおよびＲｏｂｉｎＤ．Ｓｐｉｔａｌによる「ＡＭｅｔｈｏｄｆｏｒ
ＣｏｒｒｅｃｔｉｎｇＢｏｎｅＩｎｄｕｃｅｄＡｒｔｉｆａｃｔｓｉｎ
ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＳｃａｎｎｉｎｇ」において述べら
れている。次に、本発明の適用例の主題である検出器依存較正では、検出器の差
分非線形性によってもたらされるリングおよび縞のアーティファクトを低減する
一組の較正テーブルを生成する。

【００２６】較正手続きの動的範囲を低減するために、検出器の非線形性のバルクまたは平
均部分と非線形性の検出器依存または差分部分とに対して別々の較正を実行する
ことが望ましい。これは、一般に、一組の検出器チャネルのバルク非線形性がチ
ャネル間の差分非線形性よりずっと大きいため、達成することができる。

【００２７】アイソセンタを通過する放射線に対し、中心の検出器の利得は、視野の中心の
リングを除去するために、０．０３％オーダの差分に一致されなければならない
。より半径の大きい検出器の場合、差分誤差に対する感度は低下するが、１％の
１／１０のオーダであり続ける。較正の絶対精度の大きい変動は、それがリング
および縞のアーティファクトをもたらす差分誤差であるため許容できる。

【００２８】本発明の手順により、２段階プロセスを用いて非線形較正テーブルを生成する
ことができる。まず、厚さの変化する較正ファントムに対し固定されたガントリ
を用いて実行されるハイパスフィルタリング減衰測定により、一組の検出器依存
利得誤差が推定される。１つの実施の形態では、較正ファントムは複数のプラス
チックスラブから形成される。次に、これら誤差推定値を使用して、各Ｘ線検出
器に１つの多項式ベースのルックアップテーブルのアレイが生成される。これら
テーブルを使用することにより、検出器の差分非線形性に対し検出器読出しが補
償され、それにより再構成画像のリングおよび縞のアーティファクトの振幅が低
減される。

【００２９】本発明の１つの実施の形態では、複数の実質的に均一なプラスチックスラブを
含むファントムを使用して、差分利得変動に対し検出器システムが較正される。
図２は、複数の水平に積重ねられたスラブ１０４を含む較正物体またはファント
ム１０２が、固定されたＣＴガントリまたはディスク４６内に配置された取付具
５６上に配置されている、本発明によるＣＴシステム４０の軸方向に見た略図で
ある。このファントム１０２によってもたらされる減衰は、垂直入射角より小さ
い角度でファントムを伝わる放射線の経路長が増大するため、検出器アレイ４４
に亙って徐々に変化する。アレイ４４全体に亙る減衰の変化する度合は、スラブ
１０４を漸次追加するかまたは除去することによってもたらすことができ、それ
によって減衰値の範囲を較正することができる。１つの実施の形態では、スラブ
１０４はアクリル樹脂等のプラスチック材料から作成される。この材料が選択さ
れる理由は、その減衰が軟部組織の減衰に近いためである。他の実施の形態では
、検出器を較正するために、金属あるいはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはカル
シウム包埋プラスチック等の人骨と等価な材料等、より密な材料を使用すること
ができる。スラブ１０４の幅は、ファントム厚さの全範囲に亙ってＸ線ファンビ
ーム５２全体をカバーするために十分な幅である。図３Ａおよび図３Ｂは、それ
ぞれ、図２のスラブスタック１０２に対する代替的なファントム１０２Ａおよび
１０２Ｂの略斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂの実施の形態では、スラブ１０
４Ａおよび１０４Ｂは、示されているようにテーブル５６に対して垂直な方向に
取付けブラケット１０６を介して患者テーブル５６に取付けられている。これら
実施の形態では、投影を得るために使用されるファントムの厚さは、各投影に対
し、ファンビームが異なるスラブを通過し、その結果異なるファントム厚さおよ
び経路長を通過するよう、回転４８の軸に沿ってテーブル５６を段階的に設定す
ることにより、変化する。図３Ａおよび図３Ｂに示すようなこれらのタイプのフ
ァントムにより、自動化されたスラブベースの較正が可能となる。スラブによる
患者テーブルの自動的な段階的設定により、スラブを除去および追加するマニュ
アルの介入が不要となる。図３Ｂに示すスラブ１０４Ｂは、特定のスラブにおい
て、検出器アレイに亙る放射線のすべてがファントム材料の同じ経路長を通過す
るように、上面が湾曲している。

【００３０】図４は、ファントムの４つの異なる厚さの走査に対する対数減衰対検出器チャ
ネルを示す略プロットである。プロットの下から上までの曲線を参照すると、例
えば２つ（曲線３０５）、４つ（曲線３０７）、６つ（曲線３０９）および８つ
（曲線３１１）の１インチプラスチックスラブのファントム厚さに対し、対数減
衰曲線が得られる。プロットに示すように、減衰の最低レベルは２つのスラブを
使用して生成され、減衰の最高レベルは８つのスラブを使用して得られる。曲線
の「徐々に低下する（ｄｉｐｐｅｄ）」形状は、水平に堆積されたスラブ構成で
の検出器チャネルによる経路長の変化によってもたらされる。図４のプロットの
スケールにより、検出器毎の差分誤差によってもたらされる高周波数変動は、曲
線にはみられない。

【００３１】図５は、１つのスラブ厚さにおける走査に対する、対数減衰および利得誤差率
対検出器チャネルの略プロットを含む。図５を用いて、各検出器における１つの
投影に対する利得誤差を推定するために使用される本発明の手続きを説明する。
図５の対数減衰プロットは、２つの曲線を含む。１５０とラベル付けされた曲線
の１つは、各個々の検出器の測定された投影のプロットである。それは、検出器
間の対数減衰の高周波数または差分変動を示す。１５２とラベル付けされた第２
の曲線は、本発明によるスライディング当てはめ（ｓｌｉｄｉｎｇｆｉｔ）を
使用することによって曲線１５０の対数減衰測定値に当てはめられる曲線である
。利得誤差率のプロットは、対数減衰曲線における誤差に対する残差を示す。す
なわち、利得誤差率曲線は、特定の検出器において測定された実際の対数減衰と
その検出器におけるスライディング当てはめ曲線１５２の値との差を示す。

【００３２】本発明によれば、各検出器において、各スラブ厚さに対応する各対数減衰に対
しこれらの利得誤差残差（ｇａｉｎｅｒｒｏｒｒｅｓｉｄｕａｌｓ）が計算
される。従って、各検出器に対し、各スラブ厚さについて１つ、一組の利得誤差
残差が計算される。各検出器において、これら残差は、１つの実施の形態では二
次多項式である、パラメータ方程式対対数減衰に対し当てはめられる。図６は、
二次多項式に対する誤差残差の当てはめを示す、利得誤差率と誤差残差対対数減
衰との略プロットを含む。後の実際の物体の走査中、各検出器データ値は二次多
項式に従って調整される。すなわち、各検出器について、記録された対数減衰値
が二次多項式と比較されることにより、その減衰における補正因子が得られる。
検出器の値はそれに従って調整される。

【００３３】図５を参照すると、スラブ投影の高周波数内容から差分利得変動の推定値が得
られる。スラブファントムの投影が平滑であり投影データがそれらのバルク非線
形性に対し既に補償されているため、投影におけるいかなる高周波数偏差も差分
利得誤差に関連付けることができる。低次のスライディング多項式に対する投影
データの当てはめの残差により、誤差の適当な推定値が提供される。１つの実施
の形態では、検出器利得の低周波数変動を拒否するために、スライディング当て
はめに対し限定された数のチャネルが使用される。実際に、１つの実施の形態で
は、およそ１００の検出器チャネルに対し幅が等しい二次多項式で十分である。
測定値と当てはめ値との差から、チャネルに関連する利得誤差の推定値が得られ
る。この手続きが検出器アレイに対して繰返されることにより、所定の減衰によ
って生成されるアレイに対して利得誤差の推定値が生成される。また、それによ
り、頭および体の画像形成に見られる減衰値、例えば２〜７に亙る対数減衰値の
範囲に及ぶ一組の利得誤差推定値も生成される。

【００３４】１つの実施の形態では、図５に示すスライディング当てはめ曲線１５２は、以
下の式（１）によってスライディング最小二乗当てはめによってもたらされる。
各検出器チャネルｄおよび投影ｊについて、ａ₀、ａ₁およびａ₂に対し

【数１】を最小化する。式（１）において、ｙ_j［ｄ］は検出器ｄおよび投影ｊにおいて
測定された対数減衰である。当てはめに使用される検出器チャネルの数は、Ｎ＋
１に等しい。投影の数はＭである。

【００３５】次に、当てはめ手続きから推定される、図５の利得誤差率曲線に示す差分誤差
δまたは残差は、

【数２】によって得られる。

【００３６】較正手続きによって生成される誤差推定値は、機械不安定性およびファントム
欠陥からの量子雑音および系統誤差とにより、ランダムな誤差を含む可能性があ
る。これら誤差原因により、現象論的曲線、例えば二次多項式に対し誤差推定値
を当てはめることによって、利得誤差のよりよい推定を達成することができる。
この当てはめを、単一検出器チャネルに対し複数のスラブ厚さにおける、利得誤
差率および残差対対数減衰のプロットを含む、図６に関連して説明する。それは
、本発明による較正曲線を得るために、現象論的曲線１６０に当てはめられる利
得誤差率である。減衰のベキ級数展開から、利得誤差を対数減衰における二次多
項式として推定することができる。材料厚さに関する展開を使用することもでき
るが、それにはファントム密度および寸法が非常に正確に知られていることが必
要である。

【００３７】１つの実施の形態において、以下の式（３）によって差分誤差の当てはめが実
行される。各検出器チャネルｄについて、ｂ₁およびｂ₂に対し

【数３】を最小化する。図６は、単一チャネルの利得誤差を推定するために使用される当
てはめ手続きを示す。利得誤差プロットは、複数ファントム厚さで生成された複
数の対数減衰に亙り所定の検出器チャネルに対して推定された利得誤差点を示す
。また、上記式（３）によって定義された手続きを使用してデータに当てはめら
れる二次曲線１６０も示す。０減衰における利得誤差が０であるため、当てはめ
はデータセットの起点を通過するように制約される。当てはめからの残差は、図
６の下のプロットに示されており、測定データと当てはめとの合致を示している
。

【００３８】検出器依存ビーム硬化の影響に対し生データを補正するために、パラメータｂ ₁ およびｂ₂を使用する。入力として投影測定値ｐ［ｄ］が与えられると、補正さ
れた投影は、

【数４】によって得られる。

【００３９】各検出器ｄは、較正減衰データに当てはめられるそれ自体の固有の二次曲線を
有する。後の走査中、曲線は、特定の検出された対数減衰値に対しデータを調整
するために使用される。上述したことによる較正データの計算の後、実際の入力
データの補正は、入力データに対するルックアップテーブルを構築することによ
って達成することができる。いくつかの方法が可能である。１つの実施の形態に
おいて、較正データは６４ポイントルックアップテーブルに変換される。バルク
補正による線形および二次係数の使用を含む、補正の代替的なデータフォーマッ
トが可能である。

【００４０】本発明のスラブベースの非線形較正技術は、円筒状または矩形状ファントムの
走査に基づく以前の方法に対し、いくつかの利点を有する。本発明の方法の利点
は、較正テーブルを生成するために使用される新規なデータ処理から得られる。
特に、スラブ投影の高周波数成分からの差分利得誤差の推定と、現象論的曲線に
対するこれら利得誤差の当てはめと、は、ファントム材料の組成および寸法およ
び／またはファントムからの理論的に予測された減衰を正確に知っていることが
不要となる。ファントムを精密に特徴付ける必要がないということの利点は、校
正手続きが簡略化され比較的安価なファントムを構成することが可能になる、と
いうことである。

【００４１】スラブファントムを使用する追加の利点は、それらが一様にサンプルされた減
衰値の範囲に対してＸ線検出器のすべての較正が可能である、ということである
。これにより、異なるファントムから得られるデータの補間および／または外挿
の必要、すなわち中心が決められた円筒状ファントムの使用に関連する問題が無
くなる。

【００４２】１つの実施の形態において、本発明のスラブベースの較正技術では、使用され
る各ファントム厚さに対し１つの減衰測定値が収集される。ファントム厚さに４
つの増分が与えられることにより、これが、他のシステムに使用される技術と比
較して相対的に少ないデータポイントで予測される減衰の範囲をカバーする。

【００４３】理想的には、検出器読出しを変更する他の要因を排除して、スペクトル効果の
みによって生成される利得変動を推定したい場合がある。これを達成するために
、本発明の較正手続きは、検出器温度変化、ｚ軸ビーム位置、放射損傷および検
出器残光等の要因に対する補正および／または制御を用いて、比較的迅速に実行
することができる。各検出器に入射するＸ線束がデータ取得中およそ一定である
ため、測定ジオメトリは、残光に対する本技術の感度を最小化するものでなけれ
ばならない。また、検出器の放射線露出が最小化されるよう、例えばファントム
の厚い部分が先に走査され得るように、較正を段階付けすることによって放射損
傷の影響を最小化することも可能である。Ｘ線窓における不完全性に対する入力
データの補正もまた、固定された検出器ジオメトリにより単純に実行することが
できる。これら条件を与えられると、本技術の計算効率と共に、比較的短いサイ
クルタイムで本発明の較正手続きを実行することができる。例えば、１つの較正
テーブルを構築するために必要なデータ収集および計算にかかる時間は、セット
アップ時間を除いて３分程度となる。

【００４４】本発明によれば、頭の画像形成について、骨と等価な材料の層とプラスチック
の層とを含む専用のファントムが使用されてよい。スラブと円筒状水ファントム
とを両方とも使用するハイブリッド技術を使用することは有用である場合がある
。検出器アレイの中心近く、すなわち較正の要件が最も厳しい場所では、利得誤
差は水ファントムを用いて推定することができる。水ファントムではなく、スラ
ブからの推定を使用することもできる。また、デュアルエネルギー走査から追加
の較正データを得ることも可能である。

【００４５】本発明をその好ましい実施の形態に関して特に示し説明したが、当業者には、
添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲から逸
脱することなく、形態および詳細の種々の変化を行ってもよい、ということは理
解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＣＴ走査システムの１つの実施の形態の軸方向に見た図である。

【図２】本発明の較正を実現するために患者テーブル上にスラブファントムを配置した
本発明のＣＴ走査システムの１つの実施の形態の軸方向に見た略図である。

【図３Ａ】本発明によるスラブファントムの代替的な実施の形態の略斜視図である。

【図３Ｂ】本発明によるスラブファントムの代替的な実施の形態の略斜視図である。

【図４】複数のファントム厚さに対する対数減衰対検出器チャネルの略プロットを含む
。

【図５】本発明による、差分検出器誤差を識別するスライディング曲線あてはめ手法を
示す、１つのファントム厚さに対する対数減衰および利得誤差率対検出器チャネ
ルの略プロットを含む。

【図６】本発明による、利得誤差対単一の検出器チャネルに対する対数減衰の二次多項
式あてはめを示す、利得誤差率および残差対対数減衰の略プロットを含む。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者クロウフォード，カール，アール．アメリカ合衆国 02146 マサチューセッツ，ブルックリン，ウエブスターストリート 20，アパートメント 207 Ｆターム(参考） 4C093 AA22 BA03 CA13 FC12 GA02 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断層撮影スキャナを較正して、検出器のアレイに関連する複
数の検出器チャネルにおける検出器チャネル差分誤差を低減する方法であって、
該検出器のアレイが、放射線源から放射線を受けることにより、該放射線が通過
する物体の走査データを生成するように構成されている方法において、較正物体について、該較正物体の複数の厚さそれぞれにおいて走査データの複
数のセットを取得するステップと、該較正物体の該複数の厚さにおいて検出器チャネルについて取得された該走査
データの誤差を識別するステップと、該識別された誤差を各厚さに関連する値についてパラメータ方程式に当てはめ
、前記パラメータ方程式は実際の物体のその後の走査の際に使用されて、前記検
出器チャネルによって生成される走査データを調整するステップからなる方法。
【請求項２】前記パラメータ方程式は多項式である請求項１記載の方法。
【請求項３】前記パラメータ方程式は二次多項式である請求項１記載の方
法。
【請求項４】前記識別された誤差をパラメータ方程式に当てはめるステッ
プは、該誤差に対し最小二乗誤差分析を適用することを含む請求項１記載の方法
。
【請求項５】前記走査データの誤差を識別するステップは、該走査データ
をハイパスフィルタリングするステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】前記ハイパスフィルタリングは線形ハイパスフィルタリング
を含む請求項５記載の方法。
【請求項７】前記ハイパスフィルタリングは、前記誤差に第２のパラメー
タ方程式を当てはめるステップを含む請求項５記載の方法。
【請求項８】前記較正物体の各厚さに関連する前記値は、該較正物体を通
過する放射線の対数減衰である請求項１記載の方法。
【請求項９】前記較正物体は、複数のスラブ状の材料からなる請求項１記
載の方法。
【請求項１０】断層撮影スキャナを較正して、検出器のアレイに関連する
複数の検出器チャネルにおける検出器チャネル差分誤差を低減する装置であって
、該検出器のアレイが、放射線源から放射線を受けることにより、該放射線が通
過する物体の走査データを生成するように構成されている装置において、較正物体について、該較正物体の複数の厚さそれぞれにおいて走査データの複
数のセットを取得する手段と、該較正物体の該複数の厚さにおいて検出器チャネルについて取得された該走査
データの誤差を識別する手段と、該識別された誤差を、各厚さに関連する値についてパラメータ方程式に当ては
める手段とを含み、前記パラメータ方程式は、実際の物体のその後の走査の際に
使用されて、前記検出器チャネルによって生成される走査データを調整する装置
。
【請求項１１】前記パラメータ方程式は多項式である請求項１０記載の装
置。
【請求項１２】前記パラメータ方程式は二次多項式である請求項１０記載
の装置。
【請求項１３】前記識別された誤差をパラメータ方程式に当てはめる前記
手段は、該誤差に最小二乗誤差分析を適用する手段を備える請求項１０記載の装
置。
【請求項１４】前記走査データの誤差を識別する前記手段は、該走査デー
タをハイパスフィルタリングする手段を備える請求項１０記載の装置。
【請求項１５】前記走査データをハイパスフィルタリングする前記手段は
、該走査データを線形ハイパスフィルタリングする手段を備える請求項１４記載
の装置。
【請求項１６】前記走査データをハイパスフィルタリングする前記手段は
、前記誤差に第２のパラメータ方程式を当てはめる手段を備える請求項１４記載
の装置。
【請求項１７】前記較正物体の各厚さに関連する前記値は、該較正物体を
通過する放射線の対数減衰である請求項１０記載の装置。
【請求項１８】前記較正物体は、複数のスラブ状の材料からなる請求項１
０記載の装置。
【請求項１９】前記スラブの前記材料はプラスチックを含む請求項１８記
載の装置。
【請求項２０】前記スラブの前記材料はアクリル樹脂を含む請求項１８記
載の装置。
【請求項２１】前記スラブの前記材料は金属を含む請求項１８記載の装置
。
【請求項２２】前記スラブの前記材料はカルシウム包埋プラスチックを含
む請求項１８記載の装置。
【請求項２３】前記スラブの前記材料は複数の異なる材料からなる請求項
１８記載の装置。