JP2005066342A - コンピュータ断層撮影装置における障害による測定システムエラーの検知および位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管範囲、とりわけ焦点と出口範囲外装との間におけるエラー源を多くの労力なしに検知可能にする。
【解決手段】第１のジャンプフォーカスモードで第１の較正テーブル（１３）を取得し、第２のジャンプフォーカスモードで第２の較正テーブル（１４）を取得し、第１の較正テーブル（１３）および第２の較正テーブル（１４）とそれぞれ対応する同じジャンプフォーカスモードでかつ障害なしの作動で取得された既存の較正テーブル（１１，１２）とに基づいて２つの差テーブル（１５，１６）を形成し、差テーブル（１５，１６）に基づいてビーム経路における障害物の位置を検知する。
【選択図】図３ｃ

Description

本発明は、一般的には、医学において患者検査に用いられるコンピュータ断層撮影装置に関する。具体的には、本発明はＣＴ装置の測定システムにおけるエラー解析を簡単化もしくは改善する方法に関する。

例えばＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）の如き現代の医療診断装置により、検査されるべき測定対象物の画像データを取得することができる。一般に、検査されるべき測定対象物は患者である。

Ｘ線コンピュータ断層撮影（以下においてＣＴと略称する）は、画像構成において基本的に古典的なＸ線断層撮影法とは相違する特殊なＸ線撮影法である。ＣＴ撮影では横断層（アキシャル断層像）、すなわちほぼ体軸に垂直な方向にある身体断面の画像が得られる。画像内に表示された組織固有の物理量は、断層平面内のＸ線減弱値μ（ｘ，ｙ）の分布である。ＣＴ画像は、使用された測定システから供給された１次元投影を多数の異なる視角からのμ（ｘ，ｙ）の２次元分布に再構成することによって得られる。

投影データは、撮像されるべき断層を通るＸ線経路に基づくＸ線強度ＩとＸ線源での初期Ｘ線強度Ｉ_０とから吸収の法則に従って求まる。

積分経路Ｌは、２次元の減弱分布μ（ｘ，ｙ）を通る観察Ｘ線の軌道を表わす。画像投影は、注視方向のＸ線により得られた対象物断層を通る線積分の測定値から合成される。

（投影角αによって特徴づけられる）異なる方向から由来する投影が、断層平面において対象物の周りを回転するＸ線管−検出器組合せシステムによって得られる。現在一般に使用される装置はいわゆる「ファンビーム装置」である。ファンビーム装置では、Ｘ線管および検出器アレイ（検出器の線状配置）が断層平面内で共通に円形測定フィールドの中心でもある回転中心の周りを回転する。非常にゆっくりした測定時間を有する「平行ビーム装置」はここでは説明しない。しかしながら、ファンの変換（平行投影への変換およびその逆の変換）が可能であるので、ファンビーム装置に基づいて説明しようとする本発明は制限なしに平行ビームにも適用可能であることを指摘しておく。

一般に、ＣＴ装置の測定システムおいてはエラーが発生する。測定システムはＸ線源（Ｘ線管）、Ｘ線ファンビームのコリメートのためのＸ線管側絞りおよび検出器からなる。検出器は、現在のＣＴ装置では大抵、セラミック検出器要素と、その後に接続された信号処理（積分および増幅）およびアナログディジタル変換のための電子回路とからなる。測定システムにおける種々の原因のエラーは、後で再構成されたＣＴ画像において、煩わしい例えばリング状の画像アーチファクトによって目につく。診断上の視点から（誤診断を避けるために）、このアーチファクトは抑制されることが大切である。従って、特に取扱いの際にエラー源を突き止めることが必要である。

このために従来技術においては、例えばエラー源としての検出器を排除するために、追加的に作動させられる走査の枠内において特別な測定データを取得し、測定されたデータをデータキャリアに記憶させ、検出器製造元に評価のために（大抵は電子的でない手段で）伝達されなければならなかった。現在では、Ｘ線源の動作能力の検査方法が存在する。Ｘ線管エラーの疑いがある場合、Ｘ線管は交換され、分解されて機械的に検査されなければならない。

このような方法は時間を要し高コストである。従って、本発明の課題は、特に、Ｘ線管範囲、とりわけ焦点と出口範囲外装との間におけるエラー源を多くの労力なしに検知する方法を提供することにある。

この課題は本発明によれば請求項１よって解決される。従属請求項は本発明の中心思想を特に有利に展開する。

本発明は、第１のジャンプフォーカスモードで第１の較正テーブルを取得し、第２のジャンプフォーカスモードで第２の較正テーブルを取得し、第１の較正テーブルおよび第２の較正テーブルとそれぞれ対応する同じジャンプフォーカスモードでかつ障害なしの作動で取得された既存の較正テーブルとに基づいて２つの差テーブルを形成し、２つの差テーブルに基づいてビーム経路における障害物の位置を検知することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置のビーム経路における障害物の検知および位置検出方法である。

障害物の位置の検知は、２つの差テーブルの結合表示において、障害によって引き起こされ最小値にある２つの極値点の水平間隔に基づいて行なわれると好ましい。

更に、本発明による方法の好ましい構成では、較正テーブルの取得およびこの較正テーブルと障害のない較正テーブルとから作成された２つの差テーブルの評価比較は、ＣＴ装置の連続作動中で患者測定間に定例的に実施される。

更に、上述の請求項の１つに基づく方法を実施するための装置が請求される。

以下において、本発明の他の利点、特徴および特性を、添付の図面を参照しながら実施例に基づいて更に詳細に説明する。
図１は撮影ジオメトリおよびＣＴ測定システムの主要構成要素の正面（ｘ−ｙ平面）および側面（ｙ−ｚ平面）の概略図を示し
図２はジャンプフォーカス作動時におけるＣＴのＸ線管−検出器システムを示し、
図３ａはそれぞれ異なるジャンプフォーカス位置において収集された障害のない２つの較正テーブルを示し、
図３ｂはそれぞれ異なるジャンプフォーカス位置において収集された障害のある２つの較正テーブルを示し、
図３ｃは、第１および第２の障害のある較正テーブルに基づいて、それぞれ、既に存在する対応の同一のジャンプフォーカスモードで取得された障害のない較正テーブルを用いて作成された差テーブルを示す。
なお、ジャンプフォーカス（ｊｕｍｐ ｆｏｃｕｓ）はフライング・フォーカル・スポット（Ｆｌｙｉｎｇ Ｆｏｃａｌ Ｓｐｏｔ）とも呼ばれている。

ＣＴ装置は種々のコリメータ、絞り、フィルタおよび遮蔽要素もしくは密封要素を有し、これらはＸ線スペクトルのフィルタ処理、撮影断層の決定、検出器のための散乱ビーム遮蔽およびＸ線保護に役立ち、そしてＸ線管内への異物の侵入を防止する。図１には、ＣＴ装置の測定システムの主要構成要素が正面図および側面図で示されている。Ｘ線管１の焦点２はファンビームの出発点を定める。出射されたコーンビームをそれぞれの検出器５にとって最大に必要なファンビームまで縮小するために、第１の大まかな絞込みが第１ステップにおいて焦点近くで形状フィルタ６によって行なわれる。第２ステップでは、最大許容ファンが第１の固定絞り７によって正確に決定される。付加的に調整可能な絞り８はその都度の所望のスライス厚への可変絞込みを可能にする。従って、スライス幅およびスライス形状は焦点の大きさ、フィルタおよび絞りジオメトリによって決定される。検出器側の可動絞り９および検出器側の固定絞り１０の挿入によってもスライス形状は好都合に影響を受ける。Ｘ線管側のビーム経路内への異物（例えば造影剤）の侵入を避けるために、調整可能な絞り８，９の直前にはプレキシガラスからなる帯状密封体が存在する。

それにもかかわらず、既に製造中あるいは業務使用中に、異物（小片、油滴、造影剤など）が測定システム内に（Ｘ線管側または検出器側に）達することがある。このような異物が（例えば測定システムの回転によって）Ｘ線ビーム経路内に達すると、異物は不都合な場合にはその減弱作用によって信号高さに影響を及ぼす障害物となる。なお、「不都合な場合」とは、障害物が測定システムの回転中にビーム経路において位置を変えるという意味であり、あるいは同じ位置において障害物の減弱特性が変化するという意味である。一番目の場合（存在と不在の入れ替わり）は、例えばＸ線管の空所内で小片があちこちさまよい、ときどきビーム経路に達することによって、最も高頻度に発生するエラーである。二番目の場合は、例えば、Ｘ線管内で油または造影剤の滴が加熱によってそれの形状を変えるときに発生する。

標準的な場合、測定システムの全回転（３６０°回転）中に障害物がその位置または減弱特性を変えないときには、再構成されたＣＴ画像においても（画像アーチファクトの形では）減弱が目立つことはない。なぜならば、その減弱が全て投影において一様に見えるからである。回転中における測定データの変化のみが、患者（吸収体）の有無にかかわらず、相応の撮像エラーをもたらし、それにより画像再構成後に画像エラーをもたらす。

本発明による方法は、最終的に焦点に対する相対的な障害物位置を検知することによって、障害物を識別することにある。本発明による方法は、検出器製造元からＣＴ装置全体と一緒に供給された較正テーブルを利用する。この較正テーブルは、一方では検出器アレイの較正の基になった個々の検出器要素の相異性を含み、他方では、測定システム、特に検出器アレイのエラーのない整然とした動作態様を記録すべきものである。この種の較正テーブルは、一般にＣＴ装置の引き渡し前に、３６°の方位角の投影間隔において全部で１０００個の投影測定をジャンプフォーカス作動で吸収体なしに（患者なしに）実施することによって求められる。較正テーブルは一般にＣＴメモリユニットおよびコンピュータユニット内に存在する。

ジャンプフォーカス作動（動作態様が図２に示されている。）は、Ｘ線管内に組み込まれた陽極上の焦点がＸ線管の移動方向に対抗して移動され、連続する２つの測定の時間中、空間座標系において位置を固定して保持されることを意味する。その後、焦点（フォーカス）が電磁的に制御されて陽極上の出発位置へ跳躍（ジャンプ）復帰し、そのプロセスが繰り返される。検出器は連続的に先へ移動されるために、この方法によって、各焦点位置について空間座標系において、検出器幅ａの半分すなわちａ／２だけ互いにずらされた２つの測定投影が生じる。ジャンプフォーカス作動の意図は走査周波数の倍増にあり、それによって位置分解能を高めることができる。

ジャンプフォーカス作動においてそれぞれ１０個の投影に分割された１０００回の投影測定は、全部で２０個の較正テーブルを供給し、各較正テーブルではチャネル当たり（検出器要素当たり）それぞれ５０個の測定値が求められる。一般に、それぞれ１つの焦点位置に属する２つの較正テーブルが１つのグラフに統合される。

それぞれ単一の焦点位置に従って第１の較正テーブル１１および第２の較正テーブル１２を有するこのようなグラフが図３ａに示されている。できればＣＴ装置の引き渡し前に、つまりビーム経路に障害物がないときに、ある時点で（２重に）測定された６７２個のチャネルが示されている。このかぎりにおいて、そのような較正テーブル１１，１２は説明の他の過程で基礎較正テーブルと呼ばれる。なぜならば、これらの障害物のない較正テーブル１１，１２は本発明の枠内において障害物のある較正テーブルとの比較のために利用されるからである。

障害物のある較正テーブル１３，１４が図３ｂに示されている。すなわち、較正テーブル１３並びに較正テーブル１４は、障害物がビーム経路内にあるときに、もしくはその後に画像内にリングアーチファクトが現われるときに取得されたものである。図３ｂのグラフにおいて基礎となっている焦点位置は図３ａのグラフにおける焦点位置と同じであるので、両グラフは直接に互いに比較可能である。両グラフの較正テーブルは見かけ上同じである。先ず、それぞれにおける較正テーブルの差形成の表示は、差グラフ（図３ｃ：｜較正テーブル１２−較正テーブル１４｜；｜較正テーブル１１−較正テーブル１３｜）において、明白な相違を示す。チャネル数３００と４００との間に２つの明白な極値点１７，１８を認識することができる。これらの極値点１７，１８はビーム経路における障害物の異なる撮像位置に起因する。

両極値点１７，１８（この場合には最小値）は障害物による較正テーブル１３，１４の信号減弱に起因する。両極値点１７，１８の水平間隔Ａはこの場合約１３単位（この単位はチャネル数の単位と同じ）である。両極値点１７，１８の水平ずれつまり水平間隔Ａはジャンプフォーカス作動による焦点移動に起因する。ＣＴ装置のジャンプフォーカス作動において焦点が一歩一歩Ｘ線管の移動方向に対抗して固定保持されるので、ビーム経路内にある対象物は、焦点移動（焦点ずれ）後の検出器アレイでは、焦点移動（焦点ずれ）前とは異なる検出器アレイ位置で撮像される。

放射定理により数学的に記述できる撮像規則に基づいて、検出器上におけるこの移動（ずれ）から焦点に対する障害物の半径方向距離が求められる。

次に示す３つの特徴的な距離が発生する。
（１）形状フィルタ６に対する焦点２の距離
（２）Ｘ線管側の可調整絞り８に対する焦点２の距離
（３）検出器側の可調整絞り９に対する焦点２の距離

差グラフに基づいて求められた障害物と焦点との間隔が３つの特徴的な距離のうちの１つ（１），（２）または（３）に相当する場合、障害物の位置は測定系において識別されている。（１）の場合、すなわち障害物が形状フィルタ６に付着している場合、形状フィルタを交換もしくは洗浄するために、一般にＸ線管側の測定システムが送付されなければならない。（２）または（３）の場合、すなわち障害物が両可調整絞り８，９のうちの１つに付着している場合、これらは大きな技術的労力なしに交換することができ、それによりエラー源を取除くことができる。

本発明による方法をＣＴ装置において実施するための実施例を次に要約する。
Ａ）再構成された画像においてリングアーチファクトが発生する場合、使用者の主導により、ＣＴ装置のジャンプフォーカスモードで吸収体なしに２セットの較正テーブルが測定され、ＣＴコンピュータ内に格納される。
Ｂ）同様に使用者の主導により、または、これらの較正テーブルセットの測定直後に自動的に、これらの両較正テーブルセットが、測定システム製造元から共に引き渡されかつＣＴコンピュータに存在する障害なしの基礎較正テーブルとコンピュータにより比較され、例えばＣＴコンピュータによる差形成により差テーブルが作成される。
Ｃ）ＣＴ測定システムのビーム経路内に有意な障害物が一時的に存在する場合、差テーブルに有意な極値が現われ、極値の水平間隔（検出器単位での距離）が、ＣＴコンピュータによって自動的にまたは使用者によってマウスクリックによりコンピュータにて検出される。ＣＴコンピュータによって、この間隔値と測定システムの既知のジオメトリとに基づいて、ビーム経路内における障害物の半径方向位置を（焦点に対して相対的に）検知することができる。

従って、本発明による方法は、測定システム内に存在する障害物の複雑でない速やかな位置検出を可能にするので、好都合な場合には最も簡単に、つまり測定システム構成要素（例えば、両可調整絞りのうちの一方）の交換によって障害を取除くことができる。

本発明による方法は、ＣＴ装置の障害なしの作動時に取得されて手元にある較正テーブル（基礎較正テーブル）に基づいている。この基礎較正テーブルは障害のある較正テーブルと簡単に比較される。それぞれの種類（障害のある又は障害のない）の較正テーブルの測定は複雑でなく、生データ記憶、検出器製造元への生データのデータキャリアの送付およびその評価という従来技術に比べれば極めて少ない労力で済む。

障害のある及び／又は障害のない較正テーブルの測定とそれらの比較は、ソフトウェア支援評価の枠内で本来の測定作動中に、測定画像にちょうど吸収体（患者）が存在しないときに行なわれる。本発明の有利な構成では、障害物による信号減弱が許容閾値を上回ったときに警報が発せられ、この警報は同時にエラーのある（測定）システム構成要素を指示する。エラー解析がエラーを有する構成要素を認識しない場合、求められた障害のある較正テーブルを電子的手段で速やかに簡単に検出器製造元へ伝達し、そこでより正確な障害検査を行なうことも可能である。

撮影ジオメトリおよびＣＴ測定システムの主要構成要素の正面（ｘ−ｙ平面）および側面（ｙ−ｚ平面）の概略図 ジャンプフォーカス作動時におけるＣＴＸ線管検出器システムの説明図 障害のない２つの較正テーブルを示すグラフ 障害のある２つの較正テーブルを示すグラフ 障害のない較正テーブルと障害のある較正テーブルとに基づいて作成された差テーブルを示すグラフ

符号の説明

１ Ｘ線管
２ 焦点
３ ガントリ開口
４ 測定フィールド
５ 検出器アレイ
６ 形状フィルタ
７ 固定絞り
８ 焦点側の可調整絞り
９ 検出器側の可調整絞り
１０ 固定絞り
１１ 障害のない第１の較正テーブル
１２ 障害のない第２の較正テーブル
１３ 障害のある第１の較正テーブル
１４ 障害のある第２の較正テーブル
１５ 第１の差テーブル
１６ 第２の差テーブル
１７ 第１の極値
１８ 第２の極値
Ａ 第１の極値と第２の極値との水平間隔

Claims (4)

1. 第１のジャンプフォーカスモードで第１の較正テーブル（１３）を取得し、第２のジャンプフォーカスモードで第２の較正テーブル（１４）を取得し、第１の較正テーブル（１３）および第２の較正テーブル（１４）とそれぞれ対応する同じジャンプフォーカスモードでかつ障害なしの作動で取得された既存の較正テーブル（１１，１２）とに基づいて２つの差テーブル（１５，１６）を形成し、２つの差テーブル（１５，１６）に基づいてビーム経路における障害物の位置を検知することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置のビーム経路における障害物の検知および位置検出方法。
2. 障害物の位置の検知は、２つの差テーブル（１５，１６）の結合表示において、障害によって引き起こされ最小値にある２つの極値点の水平間隔（Ａ）に基づいて行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 較正テーブル（１３，１４）の取得およびこの較正テーブル（１３，１４）と障害のない較正テーブル（１１，１２）とから作成された２つの差テーブル（１５，１６）の評価比較は、ＣＴ装置の連続作動中で患者測定間に定例的に実施されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 請求項１乃至３の１つに記載の方法を実施するための装置。

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