JP2002529187A - Ｘ線コンピュータトモグラフのためのファントム - Google Patents
Ｘ線コンピュータトモグラフのためのファントムInfo
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
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-
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Abstract
(57)【要約】
Ｘ線コンピュータトモグラフにおける層厚み、層感度プロフィルおよび軸線方向の変調伝達関数（MTF）を測定するためのファントムに関する。本発明によるファントムは、Ｘ線放射を強く減弱させる材料の箔（１）を含んでおり、このファントムの使用の際にＸ線コンピュータトモグラフの像平面（ＢＥ）に対して平行に配置されており、またその軸線方向の広がりが最も薄い測定すべき層に比べて小さい。好ましくは像平面方向の箔の広がりは数ｍｍの範囲にある。
Description
【０００１】 本発明はＸ線コンピュータトモグラフにおける層厚み、層感度プロフィルおよ
び軸線方向の変調伝達関数（ＭＴＦ）を測定するためのファントムに関する。
び軸線方向の変調伝達関数（ＭＴＦ）を測定するためのファントムに関する。
【０００２】 Ｘ線コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）では、測定フィールドが軸線方向に利
用放射束の強い絞り込みにより制限され、かつそれによって対応付けられている
厚み、所謂層厚みを有する層が決定される。この測定フィールド絞り込みは、様
々な理由から適当な測定手段により実験的に決定又は検査される。これ迄使用さ
れた測定手段は、らせんＣＴ撮影中の層感度プロフィルの測定および個別層撮影
内の非常に薄い（１ｍｍおよびそれ以下）層の正確な捕捉を不十分にしか許さず
、又はそもそも許さない。従って、高い精密さをもって所望の測定結果を与える
新しい測定手段（ＳＳＰファントム）が要求される。
用放射束の強い絞り込みにより制限され、かつそれによって対応付けられている
厚み、所謂層厚みを有する層が決定される。この測定フィールド絞り込みは、様
々な理由から適当な測定手段により実験的に決定又は検査される。これ迄使用さ
れた測定手段は、らせんＣＴ撮影中の層感度プロフィルの測定および個別層撮影
内の非常に薄い（１ｍｍおよびそれ以下）層の正確な捕捉を不十分にしか許さず
、又はそもそも許さない。従って、高い精密さをもって所望の測定結果を与える
新しい測定手段（ＳＳＰファントム）が要求される。
【０００３】 ＣＴ内の層プロフィルは、標準的に所謂ラムペンファントム（Rampenphantom
）により測定される（例えばＤＩＮ６８６８、部５３）。それは斜めに検査対象
物内に位置している、薄い、強く減弱する対象物、例えば金属ワイヤー又はスト
リップである。これは２ｍｍおよびそれ以上の標準層厚みを有する個別層撮影の
ためには十分に良く適している。より薄い層に対しては比較的大きい系統誤差が
金属の有限の厚みにより生ずる。らせんＣＴによるボリュウム撮影に対し、この
検査ブロックは全く不適である。なぜならば、それらは強い像エラーを発生する
からである（Ch.SuessとW.A.Kalenderの共著“らせんＣＴの性能評価および品質
管理”、Medical CT and Ultrasound、Current Technology and Applicat
ions、第４６７〜４８５頁、American Association of Physicists in Med
icine/Advanced Medical Publishing、１９５５参照）。
）により測定される（例えばＤＩＮ６８６８、部５３）。それは斜めに検査対象
物内に位置している、薄い、強く減弱する対象物、例えば金属ワイヤー又はスト
リップである。これは２ｍｍおよびそれ以上の標準層厚みを有する個別層撮影の
ためには十分に良く適している。より薄い層に対しては比較的大きい系統誤差が
金属の有限の厚みにより生ずる。らせんＣＴによるボリュウム撮影に対し、この
検査ブロックは全く不適である。なぜならば、それらは強い像エラーを発生する
からである（Ch.SuessとW.A.Kalenderの共著“らせんＣＴの性能評価および品質
管理”、Medical CT and Ultrasound、Current Technology and Applicat
ions、第４６７〜４８５頁、American Association of Physicists in Med
icine/Advanced Medical Publishing、１９５５参照）。
【０００４】 数年来、適当なファントムを見出すべく種々試みられている。１９９４年には
ごく小さい鉛小球による軸線方向の像関数（MTF）、即ち層プロフィル、の測定
が１９９４年には、W.A.Kalender他著“従来通常のCTおよびらせんCTの比較：球
状の病変の検出に関する実験的研究”、Journal of Computer Assisted Tom
ography，１８（２）：１６７〜１７６頁，３月／4 月，１９９４年，Raven Pre
ss Ltd．ニューヨークに記載されている。
ごく小さい鉛小球による軸線方向の像関数（MTF）、即ち層プロフィル、の測定
が１９９４年には、W.A.Kalender他著“従来通常のCTおよびらせんCTの比較：球
状の病変の検出に関する実験的研究”、Journal of Computer Assisted Tom
ography，１８（２）：１６７〜１７６頁，３月／4 月，１９９４年，Raven Pre
ss Ltd．ニューヨークに記載されている。
【０００５】 １９９５年にはDavros他著“Determination of Spiral CT Slice Sensit
ivity Profiles Using a Point Response Phantom”、Journal of Comp
uter Assisted Tomography，１９（５）、８３８〜８４３頁、９／１０月、１
９９５年、Lippincott Raven Publishers、フィラデルフィア、では小さい銅
又は鋼小球が使用された。このようなファントムはその後“Nuclear Associati
on，USA”から提供されている。
ivity Profiles Using a Point Response Phantom”、Journal of Comp
uter Assisted Tomography，１９（５）、８３８〜８４３頁、９／１０月、１
９９５年、Lippincott Raven Publishers、フィラデルフィア、では小さい銅
又は鋼小球が使用された。このようなファントムはその後“Nuclear Associati
on，USA”から提供されている。
【０００６】 類似のファントムは像平面内のMTFの測定用として１９９２年に米国特許第 5,
164,978号明細書に記載されている。
164,978号明細書に記載されている。
【０００７】 この小球ファントムは、原理的には測定のために非常に好適であるが、対象物
のコントラストが非常に低いという欠点を有する。広がりは、コントラストが既
に部分ボリュウム効果により１０％以下に低下するように、層厚みの最大１／１
０であることが許される。像平面内のMTFによりコントラストはさらに約１％に
低下する、即ち全体として元々の値の約０．１％に低下し、それに伴い測定精度
を損なう。従って、層厚みに関係して種々の球直径が使用される。さらにごく小
さい球（１００〜５００μｍ）の製造は技術的に簡単に実現できない。“Nuclea
r Associates”の検査ファントムは、例えば銅ワイヤー片を含み、これが球形
状を不十分にしか模擬しておらず、それに伴い強い測定誤差を発生する。
のコントラストが非常に低いという欠点を有する。広がりは、コントラストが既
に部分ボリュウム効果により１０％以下に低下するように、層厚みの最大１／１
０であることが許される。像平面内のMTFによりコントラストはさらに約１％に
低下する、即ち全体として元々の値の約０．１％に低下し、それに伴い測定精度
を損なう。従って、層厚みに関係して種々の球直径が使用される。さらにごく小
さい球（１００〜５００μｍ）の製造は技術的に簡単に実現できない。“Nuclea
r Associates”の検査ファントムは、例えば銅ワイヤー片を含み、これが球形
状を不十分にしか模擬しておらず、それに伴い強い測定誤差を発生する。
【０００８】 DIN６８６６、部１０には、平らな空所を有する合成樹脂ブロックから成るフ
ァントムが開示されている。しかしながら合成樹脂に対する空気のコントラスト
は比較的僅かである。従って空所は大きい直径を有さねばならず、このことは再
び像平面に対し平行で正確な位置決めを困難にする。類似の問題はW.A.Kalender
およびA.Polacin著“Physical performance characteristics of spiral C
T scanning”、Med．Phys．１８（５）：９１０〜９１５ ９月／１０月 １９
９１年、am．Assoc．Phys．Med.に記載されている、直径１６ｃｍのアルミニウ
ム箔を等しい直径の２つの合成樹脂円板間に置く方法において生ずる。
ァントムが開示されている。しかしながら合成樹脂に対する空気のコントラスト
は比較的僅かである。従って空所は大きい直径を有さねばならず、このことは再
び像平面に対し平行で正確な位置決めを困難にする。類似の問題はW.A.Kalender
およびA.Polacin著“Physical performance characteristics of spiral C
T scanning”、Med．Phys．１８（５）：９１０〜９１５ ９月／１０月 １９
９１年、am．Assoc．Phys．Med.に記載されている、直径１６ｃｍのアルミニウ
ム箔を等しい直径の２つの合成樹脂円板間に置く方法において生ずる。
【０００９】 本発明の課題は、冒頭にあげた種類のファントムを、十分な対象物コントラス
トが得られ、しかも層平面内の寸法が僅かであるように構成することである。
トが得られ、しかも層平面内の寸法が僅かであるように構成することである。
【００１０】 この課題は、本発明によれば、Ｘ線コンピュータトモグラフにおける層厚み、
層感度プロフィルおよび軸線方向の変調伝達関数を測定するためのファントムに
おいて、Ｘ線放射を強く減弱させる材料の箔を含み、このファントムの使用時に
Ｘ線コンピュータトモグラフの像平面に対し平行に配置され、かつその軸線方向
の寸法が最も薄い測定すべき層に比べて小さいことを特徴とするファントムによ
り解決される。Ｘ線放射を強く減弱させる材料、特に核電荷数が少なくとも１３
である材料の箔の使用により、アルミニウム、鉄又は銅から成る小球に比べ、ま
た空隙と比較して箔が非常に薄くても、本質的に高い対象物コントラストが得ら
れる。通常のＸ線コンピュータトモグラフに対し箔の厚みは、箔の厚みが１０〜
１００μｍなら、最も薄い測定すべき層の軸線方向の寸法に比べて小さい。
層感度プロフィルおよび軸線方向の変調伝達関数を測定するためのファントムに
おいて、Ｘ線放射を強く減弱させる材料の箔を含み、このファントムの使用時に
Ｘ線コンピュータトモグラフの像平面に対し平行に配置され、かつその軸線方向
の寸法が最も薄い測定すべき層に比べて小さいことを特徴とするファントムによ
り解決される。Ｘ線放射を強く減弱させる材料、特に核電荷数が少なくとも１３
である材料の箔の使用により、アルミニウム、鉄又は銅から成る小球に比べ、ま
た空隙と比較して箔が非常に薄くても、本質的に高い対象物コントラストが得ら
れる。通常のＸ線コンピュータトモグラフに対し箔の厚みは、箔の厚みが１０〜
１００μｍなら、最も薄い測定すべき層の軸線方向の寸法に比べて小さい。
【００１１】 Ｘ線コンピュータトモグラフの像平面方向での箔の広がりは、特に好適な実施
例では数ｍｍの範囲なので、像平面に対し平行に箔を向けるのは容易である。他
方、Ｘ線コンピュータトモグラフの像平面方向への箔の広がりにより、Ｘ線コン
ピュータトモグラフのMTFによる対象物コントラストの低下は防止できる。
例では数ｍｍの範囲なので、像平面に対し平行に箔を向けるのは容易である。他
方、Ｘ線コンピュータトモグラフの像平面方向への箔の広がりにより、Ｘ線コン
ピュータトモグラフのMTFによる対象物コントラストの低下は防止できる。
【００１２】 箔はその他の点では小球に比較して、それが技術的に容易に製造かつ加工可能
であるという利点を与える。
であるという利点を与える。
【００１３】 ファントムの取扱を容易にする観点で、本発明の変形例では、箔が均質な材料
、特に均質な合成樹脂、又は水容器内に収容されている。
、特に均質な合成樹脂、又は水容器内に収容されている。
【００１４】 こうして本発明によるファントムが金属小球の利点、即ちＸ線コンピュータト
モグラフの像平面に対し垂直な僅かな寸法と高いＸ線放射減弱を、空隙の利点、
即ち容易な製造およびＸ線コンピュータトモグラフのMTFによる対象物コントラ
ストの僅かな減少と、互いに組み合わされることは明白である。本発明は、Ｘ線
コンピュータトモグラフィ内で現在通常の層厚みを、単一のファントムを用いて
測定することを可能とする。何故なら、達成可能な対象物コントラストがサブｍ
ｍ範囲の層厚みだけでなく、より厚い層厚みに対しても十分だからである。
モグラフの像平面に対し垂直な僅かな寸法と高いＸ線放射減弱を、空隙の利点、
即ち容易な製造およびＸ線コンピュータトモグラフのMTFによる対象物コントラ
ストの僅かな減少と、互いに組み合わされることは明白である。本発明は、Ｘ線
コンピュータトモグラフィ内で現在通常の層厚みを、単一のファントムを用いて
測定することを可能とする。何故なら、達成可能な対象物コントラストがサブｍ
ｍ範囲の層厚みだけでなく、より厚い層厚みに対しても十分だからである。
【００１５】 以下、添付図面により本発明を一層詳細に説明する。
【００１６】 図１に示す本発明によるファントムは、Ｘ線放射を強く減弱させる材料、即ち
少なくとも１３の核電荷数を有する材料、例えば鉛、タンタル又は実施例で説明
するように金から成る箔１を有する。箔１は１０〜１００μｍ、この実施例では
５０μｍの厚みを持つ。らせんコンピュータトモグラフの際のアーティファクト
を防止するため、箔１は円形の輪郭を有し、その際箔１の直径は数ｍｍの範囲、
例えば１〜５ｍｍ、上述の実施例では２ｍｍである。箔は均質な合成樹脂、上述
の実施例ではポリウレタンから成る円筒状、棒状のブロック２内に、箔１がファ
ントムの作動中に図１の、Ｘ線コンピュータトモグラフのシステムと回転軸線ｚ
に対し直交する像平面ＢＥ内に位置するよう埋め込まれる。
少なくとも１３の核電荷数を有する材料、例えば鉛、タンタル又は実施例で説明
するように金から成る箔１を有する。箔１は１０〜１００μｍ、この実施例では
５０μｍの厚みを持つ。らせんコンピュータトモグラフの際のアーティファクト
を防止するため、箔１は円形の輪郭を有し、その際箔１の直径は数ｍｍの範囲、
例えば１〜５ｍｍ、上述の実施例では２ｍｍである。箔は均質な合成樹脂、上述
の実施例ではポリウレタンから成る円筒状、棒状のブロック２内に、箔１がファ
ントムの作動中に図１の、Ｘ線コンピュータトモグラフのシステムと回転軸線ｚ
に対し直交する像平面ＢＥ内に位置するよう埋め込まれる。
【００１７】 ブロック２の直径は像ノイズを減ずるために数ｃｍに過ぎず、長さは要求に応
じて例えば１０ｃｍ迄である。
じて例えば１０ｃｍ迄である。
【００１８】 図２は本発明による別のファントムとして、多行の検出器を有するＸ線コンピ
ュータトモグラフに使用するためにそのｚ軸線方向に相続いて配置されている多
くの箔１1〜１4を有するファントムを示す。その他の点では図２中に示されてい
るファントムは図１によるファントムに相当する。
ュータトモグラフに使用するためにそのｚ軸線方向に相続いて配置されている多
くの箔１1〜１4を有するファントムを示す。その他の点では図２中に示されてい
るファントムは図１によるファントムに相当する。
【００１９】 図３および４は、図１によるファントムによりらせん作動中にSiemens社のSOM
ATOM PLUS ４型のコンピュータトモグラフを用いて測定された層感度プロフィ
ルを示す。それぞれ縦軸にはＸ線放射減弱値がHounsfield単位で、また横軸には
テーブル位置がｍｍ単位でとられている。その際に“スリム”と記されている層
感度プロフィルと、“ワイド”と記されている層感度プロフィルとは、それらを
求める際に応用された層内挿アルゴリズムにより区別される。“ワイド”の際に
は直線的な内挿が３６０°にわたって行われるが、“スリム”の際には直線的な
内挿が１８０°のみにわたり行われる。
ATOM PLUS ４型のコンピュータトモグラフを用いて測定された層感度プロフィ
ルを示す。それぞれ縦軸にはＸ線放射減弱値がHounsfield単位で、また横軸には
テーブル位置がｍｍ単位でとられている。その際に“スリム”と記されている層
感度プロフィルと、“ワイド”と記されている層感度プロフィルとは、それらを
求める際に応用された層内挿アルゴリズムにより区別される。“ワイド”の際に
は直線的な内挿が３６０°にわたって行われるが、“スリム”の際には直線的な
内挿が１８０°のみにわたり行われる。
【００２０】 図３による測定時、層厚みは１ｍｍ、テーブル送りの全回転あたりのテーブル
送りは１ｍｍ、またこうして所謂ピッチは１である。図４による測定に対する相
応の値は層厚み１０ｍｍ、テーブル送り１０ｍｍおよびピッチ１である。
送りは１ｍｍ、またこうして所謂ピッチは１である。図４による測定に対する相
応の値は層厚み１０ｍｍ、テーブル送り１０ｍｍおよびピッチ１である。
【００２１】 図１によるファントムは、Ｘ線コンピュータトモグラフィで公知の最も僅かな
０．５ｍｍの層厚みに対し、層厚みに比較して僅かな軸線ｚの方向の広がり、即
ち層厚みの最大１／１０の要求を満足し、またそれ自体で１０ｍｍの層厚みの際
になお２００〜３００Hounsfield単位の信号を生ずる。その結果、この信号は通
常のノイズ値よりも１００倍上に位置しており、その結果層プロフィルの確実な
測定のために十分な値よりも大きい。箔の僅かな直径は、箔が像平面ＢＥに対し
て平行に延びるよう、ファントムを簡単に位置決めすることを可能とする。
０．５ｍｍの層厚みに対し、層厚みに比較して僅かな軸線ｚの方向の広がり、即
ち層厚みの最大１／１０の要求を満足し、またそれ自体で１０ｍｍの層厚みの際
になお２００〜３００Hounsfield単位の信号を生ずる。その結果、この信号は通
常のノイズ値よりも１００倍上に位置しており、その結果層プロフィルの確実な
測定のために十分な値よりも大きい。箔の僅かな直径は、箔が像平面ＢＥに対し
て平行に延びるよう、ファントムを簡単に位置決めすることを可能とする。
【図１】 本発明によるファントムの斜視図。
【図２】 本発明によるファントムの斜視図。
【図３】 図１のファントムにより達成される測定結果。
【図４】 図１のファントムにより達成される測定結果。
【符号の説明】 １ 箔 ２ ブロック ＢＥ 像平面 ｚ Ｘ線コンピュータトモグラフのシステムおよび回転軸線。
Claims (10)
- 【請求項１】 Ｘ線コンピュータトモグラフにおける層厚み、層感度プロフ
ィルおよび軸線方向の変調伝達関数（MTF）を測定するためのファントムにおい
て、Ｘ線放射を強く減弱させる材料の箔（１、１1〜１4）を含み、このファント
ムの使用の際にＸ線コンピュータトモグラフの像平面（ＢＥ）に対して平行に配
置されており、またその軸線方向の広がりが最も薄い測定すべき層に比べて小さ
いことを特徴とするファントム。 - 【請求項２】 Ｘ線放射を強く減弱させる材料が少なくとも１３の核電荷数
を有することを特徴とする請求項１記載のファントム。 - 【請求項３】 Ｘ線放射を強く減弱させる材料が鉛、タンタルおよび金の群
の材料であることを特徴とする請求項２記載のファントム。 - 【請求項４】 Ｘ線放射を強く減弱させる材料が鉛、タンタルおよび金の群
の少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項２記載のファントム。 - 【請求項５】 Ｘ線コンピュータトモグラフの像平面（ＢＥ）の方向の箔（
１、１1〜１4）の広がりが少なくともｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項
１ないし４の１つに記載のファントム。 - 【請求項６】 箔（１、１1〜１4）がＸ線コンピュータトモグラフの像平面
（ＢＥ）に対して垂直に見て少なくとも本質的に円形の輪郭を有することを特徴
とする請求項１ないし５の１つに記載のファントム。 - 【請求項７】 箔が均質な材料内に収容されることを特徴とする請求項１な
いし６の１つに記載のファントム。 - 【請求項８】 均質な材料として水が用いられることを特徴とする請求項７
記載のファントム。 - 【請求項９】 均質な材料としてポリマー材料が用いられることを特徴とす
る請求項８記載のファントム。 - 【請求項１０】 多くの箔（１1〜１4）が軸線方向に相続いて配置されるこ
とを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載のファントム。
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