JP2004097429A

JP2004097429A - 信号補正装置およびｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2004097429A
Application number: JP2002262328A
Authority: JP
Inventors: Shunichiro Tanigawa; 谷川　俊一郎
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】コーン状のＸ線ビームのビームハードニング効果を適切に補正する装置、および、そのような信号補正装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現する。
【解決手段】対象を透過したコーン状のＸ線ビーム（４００）をその広がりの方向に２次元的に配置された複数の検出素子を持つＸ線検出器（２４）で検出した信号についてビームハードニング補正を行うにあたり、検出素子の２次元配列の互いに垂直な２方向においてそれぞれビームハードニング補正を行う。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号補正装置およびＸ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、特に、対象を透過したＸ線ビーム（ｂｅａｍ）のビームハードニング（ｂｅａｍ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）効果を補正する装置、および、そのような信号補正装置を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線ＣＴ装置では、撮影の対象を透過したＸ線ビームについてビームハードニング効果の補正を行っている（例えば、特許文献１参照）。ビームハードニング効果の補正は、単にビームハードニング補正とも呼ばれる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１３０９８７号公報（第２−５頁、図１−６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビームハードニング補正は、扇状のＸ線ビームに適応したものとなっているため、コーン（ｃｏｎｅ）状のＸ線ビームのビームハードニング効果を適切に補正することができない。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、コーン状のＸ線ビームのビームハードニング効果を適切に補正する装置、および、そのような信号補正装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、対象を透過したコーン状のＸ線ビームをその広がりの方向に２次元的に配置された複数の検出素子を持つＸ線検出器で検出した信号に対してビームハードニング効果を補正するための装置であって、前記検出素子の２次元配列の互いに垂直な２方向においてそれぞれ前記信号のビームハードニング効果を補正する補正手段、を具備することを特徴とする信号補正装置である。
【０００７】
（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、コーン状のＸ線ビームに基づく撮影の対象についての複数ビューの投影信号をＸ線ビームの広がりの方向に２次元的に配置された複数の検出素子を持つＸ線検出器を通じて獲得する信号獲得手段と、前記投影信号について前記検出素子の２次元配列の互いに垂直な２方向においてそれぞれビームハードニング効果を補正する補正手段と、前記補正後の投影信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【０００８】
上記各観点での発明では、検出素子の２次元配列の互いに垂直な２方向においてそれぞれ信号のビームハードニング効果を補正するので、コーン状のＸ線ビームのビームハードニング効果を適切に補正すことができる。
【０００９】
前記補正手段は、前記複数の検出素子ごとに個々に定められた補正係数を用いて補正することが、精密な補正を行う点で好ましい。
【００１０】
前記補正手段は、前記複数の検出素子のうちの予め定められたものについては個々に定められた補正係数を用いて補正を行い、それ以外のものについては前記補正係数から計算された補正係数を用いて補正することが、記憶する補正係数の量を削減する点で好ましい。
【００１１】
前記予め定められた検出素子は、２次元配列における互いに垂直な２方向にそれぞれ連なる複数の検出素子であることが、補正係数の計算を容易にする点で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。
【００１３】
図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２、撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４および操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２はＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）２２によりコーン状のＸ線ビームとなるように成形され、Ｘ線検出器２４に照射される。
【００１４】
Ｘ線検出器２４は、コーン状のＸ線ビームの広がりの方向に２次元アレイ（ａｒｒａｙ）状に配列された複数の検出素子を有する。Ｘ線検出器２４は、本発明におけるＸ線検出器の実施の形態の一例である。Ｘ線検出器２４の構成については後にあらためて説明する。Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置については後にあらためて説明する。
【００１５】
Ｘ線検出器２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６はＸ線検出器２４の個々の検出素子の検出信号をディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ　ｄａｔａ）として収集する。
【００１６】
Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御される。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御される。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。
【００１７】
以上のＸ線管２０からコリメータコントローラ３０までのものが、走査ガントリ２の回転部３４に搭載されている。回転部３４の回転は、回転コントローラ３６によって制御される。なお、回転部３４と回転コントローラ３６との接続関係については図示を省略する。
【００１８】
撮影テーブル４は、図示しない撮影の対象を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。対象とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。
【００１９】
操作コンソール６はデータ処理装置６０を有する。データ処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。データ処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。データ処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御する。
【００２０】
走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３６が、制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、それら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。
【００２１】
データ処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集された透過Ｘ線データがデータ収集バッファ６４を通じてデータ処理装置６０に入力される。
【００２２】
データ処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した複数ビュー（ｖｉｅｗ）の透過Ｘ線データを用いて画像再構成を行う。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ　ｂａｃｋ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられる。データ処理装置６０は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００２３】
データ処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は各種のデータやプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶している。データ処理装置６０が記憶装置６６に記憶されたプログラムを実行することにより、撮影実行に関わる各種のデータ処理が行われる。
【００２４】
データ処理装置６０には、また、表示装置６８および操作装置７０が接続されている。表示装置６８は、データ処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示する。操作装置７０は、使用者によって操作され、各種の指示や情報等をデータ処理装置６０に入力する。使用者は表示装置６８および操作装置７０を使用してインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００２５】
図２に、Ｘ線検出器２４の模式的構成を示す。同図に示すように、Ｘ線検出器２４は、複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）を２次元アレイ状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器となっている。複数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。
【００２６】
ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１，２，・・・，１０００である。ｋは列番号であり例えばｋ＝１，２，・・・，３２である。Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、列番号ｋが同一なもの同士でそれぞれ検出素子列を構成する。なお、Ｘ線検出器２４の検出素子列は３２列に限るものではなく、適宜の複数であってよい。
【００２７】
Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ　ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガスを利用した電離箱型のＸ線検出素子であってよい。
【００２８】
図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２とＸ線検出器２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は走査ガントリ２の正面から見た状態を示す図、（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２によりコーン状のＸ線ビーム４００となるように成形されてＸ線検出器２４に照射される。以下、Ｘ線ビーム４００をコーンビームＸ線ともいう。
【００２９】
図３の（ａ）では、コーンビームＸ線４００のｉ方向の広がりを示す。ｉ方向は、Ｘ線検出器２４における検出素子列のチャンネルの配列方向である。（ｂ）ではコーンビームＸ線４００のｋ方向の広がりを示す。ｋ方向は、Ｘ線検出器２４における検出素子列の並設方向である。
【００３０】
このようなコーンビームＸ線４００に体軸を交差させて、例えば図４に示すように、撮影テーブル４に載置された対象８がＸ線照射空間に搬入される。走査ガントリ２は、内部にＸ線照射・検出装置を包含する筒状の構造になっている。
【００３１】
Ｘ線照射空間は走査ガントリ２の筒状構造の内側空間に形成される。コーンビームＸ線４００によってスライス（ｓｌｉｃｅ）された対象８の像がＸ線検出器２４に投影される。Ｘ線検出器２４によって、対象８を透過したＸ線が検出される。対象８に照射するコーンビームＸ線４００のｋ方向の広がりｔｈは、コリメータ２２のアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）の開度により調節される。
【００３２】
Ｘ線管２０、コリメータ２２およびＸ線検出器２４からなるＸ線照射・検出装置は、それらの相互関係を保ったまま対象８の体軸の周りを連続的に回転（スキャン：ｓｃａｎ）する。これによって、アキシャルスキャン（ａｘｉａｌ　ｓｃａｎ）が行われる。
【００３３】
Ｘ線照射・検出装置の回転に並行して、矢印４２で示すように撮影テーブル４を対象８の体軸方向に連続的に移動させた場合は、Ｘ線照射・検出装置は、対象８に関して相対的に、対象８を包囲する螺旋状の軌道に沿って旋回することになる。これによっていわゆるヘリカルスキャン（ｈｅｌｉｃａｌ　ｓｃａｎ）が行われる。
【００３４】
なお、Ｘ線検出器２４が対象８を包囲する円環状の構造を持つものである場合は、Ｘ線検出器２４は固定としＸ線管２０とコリメータ２２からなるＸ線照射装置だけを回転させるようにしてもよい。
【００３５】
Ｘ線照射・検出装置の１回転当たり、複数（例えば１０００程度）のビューの透過Ｘ線データが収集される。透過Ｘ線データは、Ｘ線検出器２４の各検出素子列ごとに行われる。透過Ｘ線データの収集は、Ｘ線検出器２４−データ収集部２６−データ収集バッファ６４の系列によって行われる。データ収集に関わる、走査ガントリ２は、本発明における信号獲得手段の実施の形態の一例である。
【００３６】
図５に、本装置の動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）５０１で、スキャンが行われる。このスキャンはアキシャルスキャンまたはヘリカルスキャンである。
【００３７】
次に、ステップ５０３で、ローデータ（ｒａｗ　ｄａｔａ）取り込みが行われる。これによって、記憶装置６６にローデータすなわち透過Ｘ線データが取り込まれる。
【００３８】
次に、ステップ５０５で、前処理が行われる。これによって、ローデータに対するノイズ（ｎｏｉｓｅ）除去や感度補正等、適宜の処理が行われる。前処理はデータ処理装置６０によって行われる。
【００３９】
次に、ステップ５０７で、ビームハードニング補正が行われる。ビームハードニング補正は、コーンビームＸ線４００の線質硬化の影響を補正する処理である。ビームハードニング補正は、Ｘ線検出器２４のチャンネル方向における補正と、Ｘ線検出器２４の検出素子列の並設方向における補正がそれぞれ行われる。ビームハードニング補正もデータ処理装置６０によって行われる。ビームハードニング補正については、後にあらためて説明する。
【００４０】
次に、ステップ５０９で投影データ作成が行われ、ステップ７１１で逆投影が行われ、ステップ７１３で画像化が行われる。これらはいずれもデータ処理装置６０によって行われる。
【００４１】
ステップ５０７におけるビームハードニング補正が、Ｘ線検出器２４のチャンネル方向と、Ｘ線検出器２４の検出素子列の並設方向におけるにおいてそれぞれ行われるので、コーンビームＸ線を用いながらも、品質の良い画像を得ることができる。
【００４２】
ステップ５０７におけるビームハードニング補正について説明する。以下、Ｘ線検出器２４のチャンネル方向における補正をｉ方向の補正ともいい、検出素子列の並設方向における補正をｋ方向の補正ともいう。また、ビームハードニング補正をＢＨ補正ともいう。
【００４３】
図６に、ＢＨ補正に着目した本装置の機能ブロック図を示す。同図に示すように、本装置はＢＨ補正部６０２を有する。ＢＨ補正部６０２は、入力データＩｈをＢＨ補正した補正データＩｃを出力する。ＢＨ補正部６０２は、本発明における補正手段の実施の形態の一例である。
【００４４】
ＢＨ補正は次式によって行われる。
【００４５】
【数１】

【００４６】
ここで、Ｂ０〜Ｂ３は補正係数である。これら補正係数は、予め適正な値が求められ、補正係数テーブル（ｔａｂｌｅ）６０４に登録されている。補正係数を求める技術は既知である。補正係数テーブル６０４は記憶装置６６に記憶される。
【００４７】
ＢＨ補正部６０２は、補正係数テーブル６０４中の係数を使用して、上式によるＢＨ補正を行う。補正係数は、Ｘ線管２０の管電圧や撮影のフィールド・オブ・ビュー（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｖｉｅｗ）あるいは再構成画像のスライス厚ごとにそれぞれ適切な値が登録されており、撮影条件に応じて該当する補正係数が使用される。
【００４８】
補正係数は、例えば、Ｘ線検出器２４の検出素子列ごとに用意される。この様子を図７の（ａ）に示す。同図に示すように、補正係数は係数群１〜Ｋとして用意される。
【００４９】
係数群１は検出素子列１（ｋ＝１）用の係数群であり、検出素子列１の個々のチャンネルごとの補正係数Ｂ０〜Ｂ３の集まりである。これらの補正係数は、検出素子列１を通じて得られた各チャンネルのデータのＢＨ補正に用いられる。
【００５０】
以下同様に、係数群２〜Ｋは、それぞれ検出素子列２〜Ｋ用の係数群であり、それぞれ、検出素子列２〜Ｋの個々のチャンネルごとの補正係数Ｂ０〜Ｂ３の集まりである。これらの補正係数は、検出素子列２〜Ｋを通じて得られたデータのＢＨ補正にそれぞれ用いられる。
【００５１】
このように、補正係数として、検出素子列ごとに適正化されたものを用いることにより、ｉ方向におけるビームハードニングに加えて、ｋ方向におけるビームハードニングも補正することができる。また、係数群１〜Ｋによって、Ｘ線検出器２４における全ての検出素子列の全てのチャンネルの補正係数が与えられるので、ＢＨ補正は精密に行われる。
【００５２】
なお、補正係数は、個々の検出素子列ごとに持つ代わりに、例えばＸ線検出器２４の中心に関して片側の列のものだけを用意し、反対側の列については、それぞれ対称的な列についての補正係数を利用するようにしてもよい。このようにすることにより、補正係数テーブル６０４におけるデータ数を削減することができる。
【００５３】
また、補正係数は、個々のチャンネルごとに持つ代わりに、例えば１つおきに持ち、間のチャンネルについては補間によって補正係数を生成するようにしてもよい。このようにすることにより、補正係数テーブル６０４におけるデータ数を削減することができる。なお、補正係数を持つチャンネルは１つおきに限るものではなく、適宜のスキップ（ｓｋｉｐ）数であってよい。
【００５４】
補間の代わりに関数フィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）を行い、その関数に基づいて補正係数を生成するようにしてもよい。これによって、補正係数テーブルを不要にすることが可能となる。
【００５５】
係数群は、（ｂ）に示すように、例えば１つおきの検出素子列１，３，・・・，Ｊごとに用意し、それらの間の検出素子列２，４，・・・に関する係数群は、検出素子列１，３，・・・，Ｊの係数群から補間演算によって求めるようにしてもよい。このようにすることにより、補正係数テーブル６０４におけるデータ数を削減することができる。なお、係数群は１つおきに限るものではなく、適宜のスキップ数であってよい。補間の代わりに関数フィッティングを行い、その関数に基づいて補正係数を生成するようにしてもよいのはもちろんである。
【００５６】
係数群は、（ｃ）に示すように、例えば係数群Ａと係数群Ｂの２群だけとしてもよい。係数群Ａは、例えば、Ｘ線検出器２４における中央の検出素子列の各検出素子用のものである。係数群Ｂは、Ｘ線検出器２４の全検出素子列における中央の検出素子用のものである。
【００５７】
係数群Ａは、Ｘ線検出器２４のｋ方向の中央において、コーンビームＸ線４００のｉ方向におけるビームハードニングを補正するための係数となる。係数群Ｂは、Ｘ線検出器２４のｉ方向の中央において、コーンビームＸ線４００のｋ方向におけるビームハードニングを補正するための係数となる。
【００５８】
すなわち、係数群Ａ，Ｂは、互いに垂直な２方向におけるコーンビームＸ線４００のビームハードニングをそれぞれ補正するための係数となる。このような関係にある２群の係数から、Ｘ線検出器２４における他の全ての個所の検出素子用の係数を計算によって合成することが可能である。したがって、補正係数テーブル６０４に用意するデータ数を最小限にすることができる。このような補正係数の持ち方は、Ｘ線検出器２４が例えばフラットパネル・ディテクタ（ｆｌａｔ　ｐａｎｅｌ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等のように、検出セル（ｃｅｌｌ）が平面上に２次元マトリクスをなして配置されているものである場合に特に好適である。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、コーン状のＸ線ビームのビームハードニング効果を適切に補正する装置、および、そのような信号補正装置を備えたＸ線ＣＴ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】Ｘ線検出器の構成を示す図である。
【図３】Ｘ線照射・検出装置の構成を示す図である。
【図４】Ｘ線照射・検出装置と対象との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図６】本発明の実施の形態の一例の装置の機能ブロック図である。
【図７】補正係数テーブルの構成を示す図である。
【符号の説明】
２　走査ガントリ
２０　Ｘ線管
２２　コリメータ
２４　Ｘ線検出器
２６　データ収集部
２８　Ｘ線コントローラ
３０　コリメータコントローラ
３４　回転部
３６　回転コントローラ
４　撮影テーブル
６　操作コンソール
６０　データ処理装置
６２　制御インタフェース
６４　データ収集バッファ
６６　記憶装置
６８　表示装置
７０　操作装置
８　対象
４００　Ｘ線ビーム
６０２　ＢＨ補正部
６０４　補正係数テーブル

Claims

対象を透過したコーン状のＸ線ビームをその広がりの方向に２次元的に配置された複数の検出素子を持つＸ線検出器で検出した信号に対してビームハードニング効果を補正するための装置であって、
前記検出素子の２次元配列の互いに垂直な２方向においてそれぞれ前記信号のビームハードニング効果を補正する補正手段、
を具備することを特徴とする信号補正装置。
前記補正手段は、前記複数の検出素子ごとに個々に定められた補正係数を用いて補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号補正装置。
前記補正手段は、前記複数の検出素子のうちの予め定められたものについては個々に定められた補正係数を用いて補正を行い、それ以外のものについては前記補正係数から計算された補正係数を用いて補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号補正装置。
前記予め定められた検出素子は、２次元配列における互いに垂直な２方向にそれぞれ連なる複数の検出素子である、
ことを特徴とする請求項３に記載の信号補正装置。
コーン状のＸ線ビームに基づく撮影の対象についての複数ビューの投影信号をＸ線ビームの広がりの方向に２次元的に配置された複数の検出素子を持つＸ線検出器を通じて獲得する信号獲得手段と、
前記投影信号について前記検出素子の２次元配列の互いに垂直な２方向においてそれぞれビームハードニング効果を補正する補正手段と、
前記補正後の投影信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記補正手段は、前記複数の検出素子ごとに個々に定められた補正係数を用いて補正する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記補正手段は、前記複数の検出素子のうちの予め定められたものについては個々に定められた補正係数を用いて補正を行い、それ以外のものについては前記補正係数から計算された補正係数を用いて補正する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記予め定められた検出素子は、２次元配列における互いに垂直な２方向にそれぞれ連なる複数の検出素子である、
ことを特徴とする請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置。