JP2006500145A - Ctにおける焦点外放射線補正 - Google Patents
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Abstract
第3世代のCTスキャナは、回転するX線源及び検出器アレイを含む。検出器アレイをサンプリングするたびに、データ値の源ファンデータラインが生成され、これらは対数領域内の減衰値へ変換され、予備補正を受ける。複数の隣接した源ファンからの減衰値は、強度値として非対数領域へ戻るよう変換される。その強度値が補正されている検出器に対応するデコンボリューション関数ルックアップテーブルからの対応するデコンボリューション関数は、焦点外放射線に寄与する強度を除去するよう、複数の隣接する源ファンデータラインに亘る強度値のラインとデコンボリューションされる。強度データは、対数領域内の減衰値へ戻って変換され、モニタ上への表示のために画像表現へ再構成される。
Description
本発明は、画像診断技術に関連する。本発明は特に、第3世代のCTスキャナに関連する用途があり、以下、特にこれについて説明する。
第3の世代のCTスキャナは、患者受容ボアの中心軸周りに回転する回転ガントリを含む。回転ガントリは、一方の側にX線検出器の円弧を担持し、X線検出器の円弧から患者受容ボアの直径方向に反対側にX線管を担持する。X線管は、X線ビームを検出器の円弧に亘って広がる扇形の区画へ制限する、真空の外囲器の外側に配置されたコリメータを含む。一般的には、コリメータの間隔は円周方向に約4乃至5cmであり、半径方向のスライス厚は約1乃至10mmである。
ガントリが回転するにつれて、検出器は繰り返しサンプリングされ、一般的には一回転当たり1000乃至2000回サンプリングされる。各検出器によって受け取られる放射線の強度は、X線管の焦点から検出器への直線経路を横切った放射線の強度であると想定される。放射線の大部分は、焦点から発せられ、この線に略沿うが、焦点外(off-focal)放射線として知られるかなりの量の放射線がX線管内の他の点から発せられる。
回転陽極X線管では、直径約15乃至20センチメートルである陽極が高速で回転される。電子ビームは、回転陽極上で直径数ミリメートルの大きさの焦点を形成するよう集束される。電子の大部分は焦点において陽極に当たるが、かなりの数の電子が散乱し、回転陽極の他の部分に当たる。これは、焦点において明るい中心点とその周りの焦点外放射線の曇り部分を有するX線源を作る。この焦点外放射線は、撮像される被検体のエッジにボケを生じさせる傾向があり、骨と軟組織の間の境界で特に顕著である。このボケ効果は、しばしば再構成された画像中のハローアーチファクトとして現れる。
従来は、エッジアーチファクトは、エッジ強調フィルタを用いて減少されていた。エッジ強調フィルタは、たしかにエッジを鮮鋭化するのに役立つが、焦点外放射線についての実際の補正はしない。
本発明は、新規且つ改善された焦点外放射線補正を提供する。
本発明の1つの面によれば、診断画像を生成する方法が提供される。X線源及び検出器アレイは検査領域内で被検体の周りで同時に回転する。被写体を横切るX線の強度を放射線検出器のアレイで測定する。各検出器は焦点上放射線成分及び焦点外放射線成分を含む電子データ値を生成する。検出器のアレイは、X線源及び検出器のアレイが一連の源ファンデータラインを生成するよう回転されるのと同時にサンプリングされる。源ファンデータラインは焦点外放射線について補正される。焦点外放射線について補正されたデータラインは画像表現へと再構成される。
本発明の他の面によれば、診断画像を生成する装置が提供される。回転ガントリは被検体受容ボア回りの回転用に取り付けられる。X線源は回転ガントリに取り付けられる。X線検出器のアレイは、X線源から被検体受容ボアを横切って回転ガントリに取り付けられる。検出器は被検体を横切ったX線の強度を測定する。各検出器は、焦点上放射線成分及び焦点外放射線成分を含む電子データ値を生成する。サンプリングする手段は、一連の源ファンデータラインを生成するよう、X線源及び検出器アレイが回転するのと同時に検出器のアレイをサンプリングする。補正する手段は、源ファンデータラインを焦点外放射線について補正する。再構成する手段は、焦点外放射線について補正されたデータラインを画像表現へ再構成する。
本発明の1つの利点は、より高い画質にある。本発明の他の利点は、焦点外放射線アーチファクトの減少にある。本発明の更なる利点は、望ましい実施例の以下の詳細な説明を読み、理解することにより、当業者により明らかとなろう。
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置の形をとり、また、様々な段階及び段階の配置の形をとる。図面は、望ましい実施例を図示するためだけのものであり、本発明を制限するものと理解されるべきではない。
図1を参照するに、CTスキャナは、固定ガントリ10を含み、固定ガントリ10内には、被検体受容ボア14回りの回転用に回転ガントリ12が取り付けられている。回転ガントリは、放射線検出器の円弧16と、検出器円弧の中心を通って被検体受容ボア14の180°反対側に配置されたX線管18とを担持する。適当なモータ又は駆動20は、望ましくは60乃至120RPMの速度で回転ガントリを回転させる。角度位置リゾルバ22は、回転ガントリの瞬時的な角度位置を決定する。被検体支持台又は寝台24は、被検体受容ボア14内の被検体を支持する。体積撮像においては、被検体支持台はまた、ボアを取って半径方向に被検体を割り出しする。
参照検出器16rは、X線管からの、被検体によって減衰されていない瞬時的な放射線の強度を検出する。検出器の円弧16内の各検出器は、現在受け取られている放射線強度、即ち被検体を通る経路に沿って減衰された後の放射線の強度を示す信号を出力する。
回転ガントリ12が回転すると、検出器16は、繰り返しサンプリングされ、望ましくは一回転当たり約1100乃至1200回サンプリングされる。X線管の陽極上の焦点の位置は、望ましくは電子的にトグルされ、一回転当たりのサンプリング回数を2倍にするよう各トグルされた位置において再びサンプリングされる。このようにして、一組のファンビームデータは、約0.16°の角度的な増分でサンプリングされる。
引き続き図1を参照し、更に図2を参照するに、検出器がサンプリングされるたびに、一組のファンビームデータ又はディジタル値のデータライン30が発生する。X線管が次のサンプリング位置へ回転すると、ディジタル値の他のデータライン32がサンプリングされ、以下同様である。ガントリでは、データ圧縮回路32は、各サンプリングされた強度値を参照強度値と減算的に結合し、減衰値を形成するよう対数へと変換する。各減衰データラインは、角度リゾルバ22からのX線源位置の識別情報、及び、各減衰値に対する検出器の標識、従ってファン内の角度的な位置に結合される。
予備補正プロセッサ36は、従来技術で知られているように減衰値に対して予備補正を行う。補正されたデータライン32は、データ値30の線32が図2に示すような源の位置によってインデックス付けされているように減衰データメモリ38内に格納される。
図3を参照するに、X線管18は、陽極40を含み、陽極40上の焦点42に電子ビームが集束する。散乱された電子は、陽極の他の部分に当たり、管の中の他の金属構造が焦点外放射線44のバックグラウンドを作る。検出器によって検出可能な焦点外放射線の範囲は、コリメータ46によって制限される。焦点からの放射線は、焦点光線48を作り、一方で焦点外放射線44は、周囲の焦点外光線50の半影部を作る。図4Aに示すように、放射線の大部分は焦点42から発せられ、かなりのレベルの焦点外放射線44が焦点の回りで発せられる。図4A中、焦点外放射線強度は、定数としてモデル化されている。図4B中、焦点外放射線は、焦点に隣接したところでより高い強度で、外側に向かうにつれて減少する強度でモデル化されている。正確な放射線モデルは、選択されたX線管、散乱格子、及びスキャナの幾何学形状によって決まる。
図5を参照するに、焦点外放射線は、その最も顕著な効果がCT画像内の被検体のエッジにある。被検体内の典型的な対象60は、焦点光線48に沿ったエッジを有する。焦点光線及び焦点外光線は、対象のエッジを通ると、図6に示すような典型的な強度プロファイルを有する検出器アレイ16上に投射する。理想エッジプロファイル62は、1つの強度から他の強度への突然の移行である。焦点外放射線は、理想ステップの両側にペデスタルレベルを生じさせる。ステップの低強度側には、強度の僅かな増加64があり、光強度側には、強度の僅かな低下66がある。検出器におけるこのエッジ強度プロファイルの効果は、図7に示すように再構成された画像68内にハローを生じさせることである。その周囲よりも密度の高い対象については、移行部の低エネルギー側64のペデスタルが内側ハロー70を生じさせ、高エネルギー側66のペデスタルが外側ハロー72を生じさせる。
図8を参照するに、焦点光線48は、初期強度I0を有する。位置K1−Knにおいて始まる光線に沿った放射線は、図4Bの放射線プロファイルによって示されるような対応する強度I1−Inを有する。これらの9つの光線は、被検体52を通るにつれて減衰値a0−a8で減衰され、被写体から出る強度i0−isを生じさせる。これらの強度は、典型的な検出器16xによって和が得られる。もちろん、CTスキャナは、焦点光線48に対する強度の全てに寄与し、和はi0であると想定する。本発明の焦点外放射線補正は、より正確にi0を与えるよう、和から焦点外強度i0−isを推定し、減算する。
図9A及び図9Bを参照するに、検出器の1つのサンプリングに対する各焦点外光線は、異なった源の位置の異なった検出器によってサンプリングされる焦点光線と同じ線に略沿うことがわかる。図9A及び図9Bの例では、角度θだけ角度的に変位された位置k7にあるX線源18と、検出器16y(検出器16xが元々占める位置へ回転されている)との間に延びる焦点光線は、図8の焦点外光線507と同じ経路を辿る。従って、異なったデータライン内の異なったデータ点を見て、適切な重み付けを用いることにより、焦点外強度i7の寄与が決定されうる。検出器16xに達する強度iは、図4Bのモデルの焦点外放射線係数K7、及び、回転的なずれθで検出器16yによって得られる強度i7に従って減少される。
再び図1を参照するに、焦点外放射線について補正する手段80は、対応する補正、及び、各強度ラインの各データ値に対する各焦点外光線501−508の寄与についての強度の補正を決定する。図10を参照するに、制御回路82は、補正されるべきメモリ38内の典型的なデータ値86を通るライン84を決定する。i1−i8に対応する強度は、ライン84に沿って等間隔に決められる。制御器82は、各光線501−508についての近傍のデータラインから最も近いデータ値を決定する。制御回路82はまた、デコンボリューション関数メモリ90からアレイ16内の典型的な検出器86の位置に対応する適切なデコンボリューション関数88を選択する。散乱格子92を用いて、各検出器に達する焦点外放射線の量は、各焦点外放射線経路に沿った相対的な焦点外放射線強度寄与と同様に変化する。
制御回路82がメモリ38内の他のデータラインから対応するデータ値を選択すると、逆対数回路94は、対数減衰値a0−a8を非対数表記の強度値i0−i8へ変換する。プロセッサ96は、各強度値i0−i8を選択されたデコンボリューション関数88の対応する重みと乗算し、値を結合する。補正強度値i1−i8に対する重みは全て負であるため、これらの寄与は全て焦点光線強度i0から差し引かれる。デコンボリューション関数は、9つの値へとディジタル化されたものとして例示されているが、より多くの数の又はより少ない数の値が選択されうることが認められるべきである。データ値86が補正された後、ライン84は、データライン内の次のデータ値100へシフトされ、処理は繰り返される。各データ値は、補正されると、対数回路102によって対数表記へ戻され、補正データメモリ104に格納される。メモリ104内の焦点外放射線で補正されたデータは、従来技術と同様に、更に補正又は処理されうる。複数の検出器の円弧16が同時に複数のスライスを収集するとき、補正処理は、任意に縦方向に繰り返される。
データが補正されると、再構成プロセッサ106は、データラインを画像表現へ再構成し、これは画像メモリ108に格納される。畳み込み及び逆投影又は他の公知の再構成技術が完了する。ビデオプロセッサ110は、画像メモリ108から、スライス、投影等の画像データの部分を選択し、これを、ビデオモニタ、液晶ディスプレイ、アクティブ・マトリックス・ディスプレイ、プリンタ等の人間が読み取り可能なディスプレイ112上への表示に適したフォーマットへ変換する。任意に、画像メモリからのデータもまた、記憶のためのアーカイブへ送られる。
メモリ90に格納さえるデコンボリューション関数は、経験的な測定によって決定されえ、又は、数学的に計算されうる。望ましくは、関数は、以下の焦点外モデルを用いて数学的に計算される。
px=D・sinβ (5)
py=−(D・cosβ−S)
によって与えられるアイソセンタに対する座標を有し、式中、Dは一定の源から検出器への距離である。同様に、第2の焦点のx,y位置は、以下の式
fsx=S・sinα (6)
fsy=S・cosα
によって与えられ、式中、Sは源から(ボアの)アイソセンタまでの距離である。図11の三角形abcのサイズを見つけると、
ps=py・tanα (9)
ps<px ならば γ=−γ
によって決まる。検出器の角度γは、以下の式、
一定範囲の源の角度αに亘って各検出器に対して式10から検出器指数を計算するために、平均勾配ベクトルSmは図12に示すように各検出器にたいする焦点外推定値を与える。望ましくは、Smは、計算を高速とするための予め計算されたルックアップテーブルとして実施される。もちろん、計算は、予め計算された勾配ベクトルという好都合なものなしで、式10から直接行われうる。
2つの物理的な考察は、焦点外放射線が存在するαの範囲を決定する。これらの考察は、X線が管を出る管の開口の幅及び位置、並びに、検出器に取り付けられた散乱防止格子92の寸法及び位置決めを含む。
図13を参照するに、角度βにおける検出器の位置は、再び(px,py)として決定される。fsx1及びfsx2は、検出器が焦点外放射線を検出する最大点及び最小点である。これらの点を越えると、焦点外放射線は、管開口によって阻止される。これらの2つの点は、焦点におけるpx及びpyの原点に対して、以下の式、
sf1=round(α1/Δα) (14)
sf2=round(α2/Δα)
によって源−ファン増分へ変換される。これらの数は、全ての焦点外放射線の除去のためのデータの範囲を含む源ファンを同定する。
図14を参照するに、散乱格子の幾何学形状はまた、各検出器によって検出可能な焦点外放射線を決定する。散乱格子は、検出器上に陰影を投じ始め、検出器の部分が焦点外放射線を受信することを阻止する。焦点外角度が大きくなるにつれ、陰影は、検出器結晶が散乱防止格子によって完全に阻止されるまで大きくなる。焦点外放射線の形状を見つけるために、各角度αにおいて散乱防止格子によって阻止された結晶の割合が決定される。焦点外放射線スポットの位置は、再び、fsx=S・sinαによって定義され、そこから、
管の開口と散乱防止格子の効果を組み合わせると、図15A乃至図15Eに示す各検出器の視点からの焦点外放射線のマップが生成される。焦点外放射線の振幅は、散乱防止格子によって制御され、エッジにおけるカットオフ点は管の開口によって制御される。
放射線についてのカットオフは、源−ファン増分の整数であるため(式14)、いくつかのカーネルは、他のカーネルとは幅が異なることとなる。補正を簡単にするため、任意の検出器が検出する焦点外放射線の全割合は、非常に近い近似である定数of_ampであると想定される。焦点外カーネルは、和が1となるよう、各検出器について正規化される。最終的なデコンボリューション・カーネルを作るために、全ての焦点外放射線の重みは負に設定され、焦点上の成分を表わす畳み込み関数の中心は+1に設定される。サンプル・デコンボリューション・カーネルは、図10に示す形を取り、図16においてより正確に拡大縮小するようにされる。
焦点外放射線補正は、多くの他の補正が行われる減衰領域ではなく、強度領域で行われる。これは、検出器が、X線の初期強度及びビーム経路に沿った減衰に関連する強度、即ち、
一組の源のファンの各サンプルに対して、サンプルに寄与した焦点外放射線の推定値を得るため、また、デコンボリューションを行うために、近くの源のファンからの近くの検出器が用いられる。2つの行列が計算され、一方は、各検出器に対する推定値のために使用する検出器指数を与え、他方は、デコンボリューションにおいて使用する焦点外カーネルの形を与えるものである。重み(焦点外形状)行列Wkmは、kが源−ファン角度であり、mがサンプル指数であり、検出器指数を含む行列Nkmが、以下の式
(1)補正されている各新しいサンプルに対して、1つの方向に沿って動作する。
(2)各OF推定サンプルの値を、カーネル形状の行列内の所与の重みによって乗算し、
(3)重み付けされた値を、焦点外バッファへ追加し、
(4)全てのOF推定サンプルが含まれるまで、上記のステップ(1)乃至(3)を繰り返す。
本発明について、望ましい実施例を参照して説明した。明らかに、変更及び変形は、上述の詳細な説明を読み、理解することにより、他者に対して明らかとなろう。本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物であるかぎりは、全ての係る変更及び変形を含むものと考えられる。
Claims (21)
- 診断画像を生成する方法であって、
X線源及び検出器アレイを検査領域内で被検体の周りで同時に回転させる段階と、
前記被写体を横切るX線の強度を前記放射線検出器のアレイで測定する段階であって、各検出器は焦点上放射線成分及び焦点外放射線成分を含む電子データ値を生成し、検出器のアレイは、前記X線源及び検出器のアレイが一連の源ファンデータラインを生成するよう回転されるのと同時にサンプリングされる、段階と、
前記源−ファン・データラインを焦点外放射線について補正する段階と、
前記焦点外放射線について補正されたデータラインを画像表現へと再構成する段階とを有する、方法。 - 前記焦点外放射線について補正する段階は、
1つのデータラインの各データ値を、異なった検出器によってサンプリングされた異なった源ファン・データラインのデータ値の一部を差し引くことによって補正する段階を含む、請求項1記載の方法。 - 各データラインの前記データ値を対数領域内の減衰値へ変換する段階と、
前記対数領域において前記源ファン・データラインに対して予備補正を行う段階と、
前記対数領域において前記予備補正された源ファン・データ組を格納する段階とを更に含む、請求項1記載の方法。 - 前記焦点外放射線を補正する段階は、
前記対数領域からのデータ値を非対数領域へ変換し、強度値を生成する段階と、
各補正された強度値について、焦点外放射線について補正された強度値を生成するよう非対数領域内の他の源ファン・データラインから他の検出器からの強度値を差し引く段階と、
前記再構成する段階の前に、前記焦点外放射線について補正された強度値を前記対数領域内の減衰値へ変換する段階とを含む、請求項3記載の方法。 - 前記補正する段階は、
複数の隣接する源ファン・データラインを通るデータ値のラインに対してデコンボリューション関数で演算を行うことを含む、請求項1記載の方法。 - 前記デコンボリューション関数は、補正されるべき強度値と合わされた1である中央値と、前記中央値の両側の負の値とを有する、請求項5記載の方法。
- 前記デコンボリューション関数の幅は前記X線源中のX線アパーチャの幅に比例する、請求項5記載の方法。
- 前記デコンボリューション関数の負の部分の振幅は、前記検出器アレイに隣接して配置される散乱格子の次元に従って変化する、請求項5記載の方法。
- 少なくともいくらかの隣接する強度値は、デコンボリューション段階の前に補間される、請求項5記載の方法。
- 前記焦点外放射段階は、回転軸に対して平行に、及び、前記回転軸の回りに円周方向に、焦点外放射線について補正することを含む、請求項1記載の方法。
- デコンボリューション関数の群から、前記検出器アレイ内の、補正されている強度値に対応する検出器の位置に従って選択する段階を更に含む、請求項6記載の方法。
- 診断画像を生成する装置であって、
被検体受容ボア回りの回転用に取り付けられた回転ガントリと、
前記回転ガントリに取り付けられたX線源と、
前記X線源から前記被検体受容ボアを横切って前記回転ガントリに取り付けられたX線検出器のアレイであって、前記検出器は前記被検体を横切ったX線の強度を測定し、各検出器は、焦点上放射線成分及び焦点外放射線成分を含む電子データ値を生成する、X線検出器のアレイと、
一連の源−ファン・データラインを生成するよう前記X線源及び検出器アレイが回転するのと同時に前記検出器のアレイをサンプリングする手段と、
前記源ファン・データラインを焦点外放射線について補正する手段と、
前記焦点外放射線について補正されたデータラインを画像表現へ再構成する手段とを有する、装置。 - 前記焦点外放射線について補正する手段は、
異なった検出器によってサンプリングされた異なった源ファン・データラインのデータ値の部分を差し引くことによって1つのデータラインの各データ値を補正する手段を含む、請求項12記載の装置。 - 各データラインの前記データ値を対数領域内の減衰値へ変換する手段と、
前記対数領域内の前記源ファン・データラインに対して予備補正を行う手段と、
前記対数領域において前記予備補正された源ファン・データラインを格納する手段とを更に裕する、請求項12記載の装置。 - 前記焦点外放射線について補正する手段は、
データ値を前記対数領域から非対数領域へ変換し、強度値を生成する手段と、
焦点外放射線について補正された強度値を生成するよう、各補正された強度値から、前記非対数領域内の他の源ファン・データラインからの他の検出器からの強度値を差し引く手段と、
前記焦点外放射線について補正された強度値を前記対数領域内の減衰値へ変換する手段とを含む、請求項14記載の装置。 - 前記補正手段は、
複数の隣接する源ファン・データラインを通るデータ値のラインに対してデコンボリューション関数で演算を行う手段を含む、請求項12記載の装置。 - 前記デコンボリューション関数は、補正されるべき強度値と合わされた1である中央値と、前記中央値の両側の負の値とを有する、請求項16記載の装置。
- 前記デコンボリューション関数の幅は前記X線源中のX線アパーチャの幅に比例する、請求項16記載の装置。
- 前記検出器アレイに隣接して配置される散乱格子を更に含み、
前記デコンボリューション関数の負の部分の振幅は、前記散乱格子の次元に従って変化する、請求項16記載の装置。 - デコンボリューションの前に強度値を補間する手段を更に含む、請求項16記載の装置。
- デコンボリューション関数の群を、前記検出器アレイ内の、前記補正されている強度値に対応する検出器の位置に従って格納するメモリを更に含む、請求項5記載の装置。
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