JP2015167860A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、位置ずれ特定方法、および位置ずれ特定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】第３世代のスキャン機構のアイソセンタに対する第４世代のスキャン機構のアイソセンタの位置ずれを特定可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置の提供。
【解決手段】本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管と第１検出器を回転可能に支持する回転フレームと、Ｘ線を検出する第２検出器を固定して支持する固定フレームと、第１検出器に係る第１アイソセンタに対する第２検出器に係る第２アイソセンタの複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の第１画像を記憶する記憶部と、回転フレームを回転させてスキャンを実行することにより、第１検出器からの出力に基づいて第２画像を再構成する再構成部と、第１及び第２画像の画素値に基づいて位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算する計算部と、指標値に基づいて、複数の位置ずれのうち第２画像に関する第２アイソセンタの位置ずれを特定する位置ずれ特定部と、を具備する。
【選択図】図７

Description

本明細書で開示される実施形態は、一般に、コンピュータ断層撮影（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、ＣＴと呼ぶ）に関する。詳細には、本明細書で開示される実施形態は、第４世代検出器の影パターンを用いて第３世代のＣＴシステム座標に対して第４世代検出器を位置合せするＸ線コンピュータ断層撮影装置、および関連する方法、プログラムに関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、その最も簡単な表現によれば、対象（被検体）および検出器を横断するＸ線ビームで、線当たりの全体の減弱量を示すことである。減弱量は、対象が存在する場合と存在しない場合で同じＸ線を比較することから導かれる。この概念的な定義から画像を適正に構成するためには、いくつかのステップが必要である。例えば、Ｘ線発生器の有限な寸法、発生器からの非常に低エネルギーのＸ線を遮るフィルタの性質および形状、検出器の幾何形状および特性の詳細、ならびに取得システムの容量などは、すべて実際の再構成を行う方法に影響する要素である。

組み合わされた第３世代および第４世代ＣＴスキャナの場合、システム行列（ｓｙｓｔｅｍ ｍａｔｒｉｘ）は、第３世代ＣＴシステム座標に対する第４世代の疎な光子計数検出器のオフセット（位置ずれ、差異）の知識を必要とする。第３世代のアイソセンタと第４世代検出器のアイソセンタとの間のオフセットが正確に知られていない場合、システム行列は不正確なものとなり、再構成された画像にアーティファクトを生ずることになる。さらに、オフセットは、温度で誘発された材料の拡大、およびガントリ回転に起因して、時間が経過すると変化する可能性がある。

目的は、第３世代のスキャン機構のアイソセンタに対する第４世代のスキャン機構のアイソセンタの位置ずれを特定可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置、位置ずれ特定方法および位置ずれ特定プログラムを提供することにある。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管と第１検出器とを回転可能に支持する回転フレームと、前記Ｘ線管により発生されたＸ線を検出する第２検出器を固定して支持する固定フレームと、前記第１検出器に関する第１アイソセンタに対する前記第２検出器に関する第２アイソセンタの複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の第１画像を記憶する記憶部と、前記回転フレームを回転させてスキャンを実行することにより、前記第１検出器からの出力に基づいて第２画像を再構成する再構成部と、前記第１画像の画素値と前記第２画像の画素値とに基づいて前記位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算する計算部と、前記指標値に基づいて、前記複数の位置ずれのうち、前記第２画像に関する前記第２アイソセンタの位置ずれを特定する位置ずれ特定部と、を具備することを特徴とする。

図１は、本実施形態に係り、疎に固定された光子計数検出器リング、回転するＸ線源、および第３世代検出器を含むＣＴスキャナ装置を示す図である。 図２Ａは、本実施形態のオフセット（位置ずれ）の決定手順の一例を示すフローチャートである。 図２Ｂは、本実施形態のオフセット（位置ずれ）の決定手順の一例を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係り、第４世代検出器リングの中心に対する様々なオフセット（位置ずれ）を用いて取得されたＣＴ画像を示す図である。 図４は、本実施形態に係り、第４世代検出器リングの中心に対する様々なオフセット（位置ずれ）を用いて取得されたＣＴ画像を示す図である。 図５は、本実施形態に係り、第４世代検出器リングの中心に対する様々なオフセットを用いて取得されたＣＴ画像を示す図である。 図６は、本実施形態によるＣＴスキャナシステムを示す図である。 図７は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成の一例を示す構成図である。

一実施形態では、第４世代Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のスキャナに対して、第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対する固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセット（位置ずれ）を求めるための方法が提供される。その方法は、（１）複数のオフセット画像（第１画像）を取得することであり、各オフセット画像は、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して公知のオフセット位置に配置された状態で実行されるスキャンから取得されることと、（２）現在の画像（第２画像）を取得するために、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して未知のオフセット位置に配置された状態で実行される現在のスキャンを実施することと、（３）複数の誤差値を取得するために、各オフセット画像に対して、オフセット画像と現在の画像との間の対応する誤差値を計算することと、（４）複数の誤差値のうちの最小の誤差値を求めることと、（５）複数のオフセット画像のうちの、求められた最小の誤差値を有するオフセット画像に対応するオフセット位置になるように、固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセットを求めることとを具備する。

他の実施形態では、取得ステップは、オフセット画像のデータベースからオフセット画像を取得することを備え、各オフセット画像が空気スキャンまたは公知のファントムのスキャンにより生成される。

他の実施形態では、計算ステップは、各オフセット画像に対して、現在の画像におけるピクセルにおける画素値と、オフセット画像におけるピクセルにおける画素値との間の平均二乗誤差を計算することを具備する。

他の実施形態では、取得ステップは、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタ付近の様々な公知のオフセット位置に配置されたときに、複数のオフセット画像が生成された画像を含むように複数のオフセット画像を取得することを具備する。例えば、公知のオフセット位置は、第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタを中心とした２次元グリッドで配置される。

他の実施形態では、第４世代Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のスキャナに関して、第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対する固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセットを求めるための方法が提供される。その方法は、（１）複数のオフセット画像を取得することであり、各オフセット画像は、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して公知のオフセット位置に配置された状態で実行されるスキャンから取得されることと、（２）現在の画像を取得するために、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して未知のオフセット位置に配置された状態で実行される現在のスキャンを実施することと、（３）複数の誤差値を取得するために、各オフセット画像に対して、オフセット画像と現在の画像との間の対応する相関値を計算することと、（４）複数の相関値のうちの最大の相関値を求めることと、（５）複数のオフセット画像のうちの、求められた最大の相関値を有するオフセット画像に対応するオフセット位置になるように、固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセットを求めることとを具備する。

他の実施形態では、第４世代Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のスキャナにおいて、第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対する固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセットを求めるための装置が提供される。その装置は、処理回路に、（１）複数のオフセット画像を取得することであり、各オフセット画像は、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して公知のオフセット位置に配置された状態で実行されるスキャンから取得されることと、（２）現在の画像を取得するために、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して未知のオフセット位置に配置された状態で実行される現在のスキャンを実施することと、（３）複数の誤差値を取得するために、各オフセット画像に対して、オフセット画像と現在の画像との間の対応する誤差値を計算することと、（４）複数の誤差値のうちの最小の誤差値を求めることと、（５）複数のオフセット画像のうちの、求められた最小の誤差値を有するオフセット画像に対応するオフセット位置になるように、固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセットを求めることとを実施させるプログラムを実行するように構成された処理回路を具備する。

装置は、複数のオフセット画像を記憶するメモリをさらに含むことができ、各オフセット画像がオフセット画像の対応するオフセット位置に関連付けて記憶される。

次に図面を参照すると、図１は、回転する第３世代供給源（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）／検出器システムと共に、静的であり（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）、疎に分散された第４世代検出器を有する、組み合わされた第３／第４世代システムを示している。

ここで、第３世代供給源（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）とは、例えばＸ線管である。図１における番号１は、Ｘ線管を示している。図１のおける番号３は、第３世代のＸ線検出器（例えば、積分型のＸ線検出器）を示している。図１における番号８は、開口９より大きい口径であって、固定フレーム１３に疎に配置された第４世代のＸ線検出器（例えば、光子計数型Ｘ線検出器）である。

図４および図５から分かるように、第３世代検出器の検出面には、発生されたＸ線により、第４世代検出器の影が発生する。第４世代検出器の影は、結果として第３世代検出器からの出力による再構成画像にアーティファクトを生成する。アーティファクトは明確に定義されたパターンを有し、アーティファクトのパターンは、第３世代のアイソセンタに対する第４世代検出器の位置に基づいて変化することを認識していた。したがって、本実施形態では、アーティファクトのパターンは、ｘ−ｙ平面における第４世代検出器の中心を第３世代のアイソセンタに位置合せするために使用される。

例えば、図３は、内側の、疎なリングがアイソセンタに中心を置いた第３世代検出器からの出力による再構成画像を示している。対照的に、図４では、内側のリングはオフセットされ、ｘ＝−２ｍｍ、ｙ＝−４ｍｍに中心がある。さらに、図５では、内側リングはオフセットされ、ｘ＝１ｍｍ、ｙ＝０．５ｍｍに中心がある。

一実施形態では、図２Ａで示すように、第４世代の疎なリングの、第３世代アイソセンタからのオフセットは、以下の方法を用いて計算される。
ステップ２０１で、第３世代検出器からの出力による再構成画像（第３世代画像）は、第４世代検出器が様々な公知のオフセット位置（位置ずれ）に配置された状態で、例えば空気スキャンまたはファントムスキャンを用いて、再構成される。すなわち、ステップ２０１において、データベースに記憶される一連の第１画像（オフセット画像）を取得するために、第３世代検出器による一連の空気スキャンが実行され、ｘおよびｙ方向における様々な位置ずれに配置された４世代検出器に関する画像再構成が実行される。例えば、１０個のｘ方向オフセット、および１０個のｙ方向オフセットが、１００枚の画像を生成するために使用される。ｘおよびｙの他の数のオフセットを使用することもできる。取得された画像は、一回（または一定間隔）で取得され、後に使用するためにメモリのデータベースに格納される。

ステップ２０２で、ステップ２０１で画像が取得された後にしばらくして、（未知のオフセットを有する）スキャナに対する現在の第３世代画像が取得される。すなわち、ステップ２０２において、第２画像（現在の画像）を取得するために、第３世代検出器による空気スキャンが実行され、未知の位置ずれにおける第４世代検出器に関する画像再構成が実行される。

ステップ２０３で、現在の画像のピクセル値と、それぞれのオフセット画像のピクセル値との間の平均二乗誤差（Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ：ＭＳＥ）が、例えば、

として計算される。式中、Ｎはピクセル（画素）数、ｘ_iは画像のｉ番目のピクセル、またｙ_i ^(j)はｊ番目のオフセット画像のｉ番目のピクセルである。すなわち、ステップ２０３において、第１画像の各々と第２画像との間で、平均二乗誤差（ＭＳＥ）値が計算される。絶対値を用いると、上式は、

である。

一般的には、ステップ２０３で、同位置（上式における添え字ｉ）における現在の画像の画素値と複数のオフセット画像各々の画素値とを用いて、複数のオフセット画像にそれぞれ対応する複数の指標値が計算される。指標値とは、現在の画像と複数のオフセット画像各々との、類似性または相違性を示す指標値である。相違性を示す指標値とは、例えば、誤差値などである。誤差値とは、例えば、ＭＳＥ、二乗平均平方根（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ：ＲＭＳＥ）などである。類似性を示す指標値とは、例えば、相関値である。

ステップ２０４で、現在の画像のオフセットは、ステップ２０３で計算された最小のＭＳＥを有する画像のオフセットと同じになるように決定される。加えて、オフセットをさらに正確に見出すために、双線形補間を使用することができる。すなわち、ステップ２０４において、ステップ２０３で得られたＭＳＥ値のうち最小のＭＳＥ値が特定され、第４世代検出器の位置ずれが、特定された最小のＭＳＥ値に関連付けられた第１画像に関連する位置ずれとして決定される。

他の実施形態では、図２Ｂで示すように、第４世代の疎なリングの、第３世代のアイソセンタからのオフセットは、以下の方法を用いて計算される。

ステップ２１１で、第３世代の画像は、４世代検出器が様々な公知のオフセット位置に配置された状態で、例えば空気スキャンまたはファントムスキャンを用いて、再構成される。すなわち、ステップ２１１において、第３世代検出器による一連の空気スキャンが実行され、ｘおよびｙ方向における様々な位置ずれに配置された４世代検出器に関する画像再構成が実行される。例えば、１０個のｘ方向オフセット、および１０個のｙ方向オフセットが、１００枚の画像を生成するために使用される。ｘおよびｙの他の数のオフセットを使用することもできる。取得された画像は、一回（または一定間隔）で取得され、後に使用するためにメモリのデータベースに格納される。

ステップ２１２で、ステップ２１１で画像が取得された後にしばらくして、（未知のオフセットを有する）スキャナに対する現在の第３世代画像が取得される。すなわち、ステップ２１２において、第３世代検出器による空気スキャンが実行され、未知の位置ずれにおける第４世代検出器に関する画像再構成が実行される。

ステップ２１３で、現在の画像と、すべてのオフセット画像との間の相関値が計算される。例えば、相互相関を、

として計算することができる。式中、ｘ_i、ｙ_i、およびＮは、上記で定義されている。すなわち、ステップ２１３において、第１画像の各々と第２画像との間で、相関値が計算される。上記相互相関を計算する式おいて、星印の演算子は畳み込み演算を示している。

ステップ２１４で、現在の画像のオフセットは、ステップ２１３で計算された最大の相関を有する画像のオフセットと同じになるように決定される。加えて、オフセットをさらに正確に見出すために、双線形補間を使用することができる。すなわち、ステップ２１４において、ステップ２１３で得られた相関値のうち最大の相関値が特定され、第４世代検出器の位置ずれが、特定された最大の相関値に関連付けられた第１画像に関連する位置ずれとして決定される。

図６は、本明細書で述べる検出器を含むＣＴスキャナ装置の基本構造を示す。図６のＣＴ装置は、Ｘ線管１と、フィルタおよびコリメータ２と、第３世代の検出器３とを含む。図１で示されるように、ＣＴ装置はまた、第４世代スキャナを構成する、疎な固定されたエネルギー識別検出器を含む。ＣＴ装置はまた、回転フレームの回転を制御し、Ｘ線源を制御し、かつ患者のベッドを制御する制御器４および回転ユニットなどの、さらなる機械的かつ電気的な構成要素を有する。ＣＴ装置はまた、データ収集システム５およびプロセッサ６を含み、データ収集システムにより収集された投影（ビュー）データに基づいて、ＣＴ画像を生成する。プロセッサ６は、コンピュータプログラムを実行できる、ＣＰＵまたはその他のハードウェア処理回路とすることができる。プロセッサおよびデータ収集システム５は、メモリ７を利用する。そのメモリ７は、例えば検出器から取得された投影データおよび再構成された画像を格納するように構成されている。

一実施形態では、プロセッサは、上記で論じたように、収集された投影データに基づいて、一連のオフセットされたＣＴ画像を再構成するように構成された再構成プロセッサを含む。プロセッサはまた、図２Ａおよび図２Ｂのフローチャート中のステップを実施するように構成／プログラムされる。

本ＣＴ装置において、第３世代のスキャン機構におけるアイソセンタと、第４世代のスキャン機構におけるアイソセンタとの位置ずれ（オフセット）が決定されると、例えばプロセッサ６は、決定された位置ずれに基づいて、システム行列（Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａｔｒｉｘ）を補正する。プロセッサ６は、投影データと補正したシステム行列とを用いて、画像を再構成する。

なお、プロセッサ６は、決定された位置ずれを用いて、非補正のシステム行列を用いて再構成された画像（以下、非補正再構成画像と呼ぶ）を、補正してもよい。具体的には、非補正再構成画像において、決定された位置ずれに起因するアーチファクトが、プロセッサ６により補正される。

一実施形態では、図１および図６で示す第４世代のＸ線スペクトルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ装置は、回転するＸ線源１と，第３世代検出器３と、複数の固定されたエネルギー識別検出器（図１）とを含む。さらに、ハードウェアプロセッサ（処理回路）６は、処理回路に、（１）ハードウェアメモリから、複数のオフセット画像を取得することであり、各オフセット画像が、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して知られたオフセット位置に配置された状態で実行されるスキャンから取得されること、（２）コントローラに、現在の画像を取得するために、固定されたエネルギー識別検出器のリングが第３世代Ｘ線源／検出器システムのアイソセンタに対して未知のオフセット位置に配置された状態で実行される現在のスキャンを実施させること、（３）複数の誤差値を得るために、各オフセット画像に対して、オフセット画像と現在の画像との間の対応する誤差値を計算すること、（４）複数の誤差値のうちの最小の誤差値を求めること、および（５）複数のオフセット画像のうちの、求められた最小の誤差値を有するオフセット画像に対応するオフセット位置になるように、固定されたエネルギー識別検出器のリング中心の位置的オフセットを求めることを実施させるプログラムを実行するように構成される。

当業者であれば理解されるように、プロセッサ６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラム可能論理デバイス（ＣＰＬＤ）など、個別の論理ゲートとして実装できるＣＰＵを含むことができる。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ実装は、任意の他のハードウェア記述言語でコーディングしてもよいし、またそのコードは、ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ内の電子メモリに直接格納されるか、または別個の電子メモリとして格納されてもよい。さらにメモリは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリなど、不揮発性のものであってもよい。メモリはまた、スタティックまたはダイナミックＲＡＭなどの揮発性のものとすることができ、またマイクロコントローラもしくはマイクロプロセッサなどのプロセッサは、ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリ間の対話と同様に、電子メモリを管理するために提供されてもよい。

代替的に、再構成プロセッサにおけるＣＰＵは、本明細書で述べた機能を実施する１組のコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラムを実行してもよく、そのプログラムは、上記で述べた非一時的な電子メモリ、および／またはハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュドライブ、あるいは任意のその他公知の記憶媒体のいずれかに格納される。さらに、コンピュータ可読命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、もしくは（or）オペレーティングシステムのコンポーネント、またはそれらの組合せとして提供してもよい。また、コンピュータ可読命令は、プロセッサや、オペレーティングシステムおよび当業者に公知のその他オペレーティングシステムと共に実行される。

事前に再構成されたプロセッサにより処理された後、処理された信号は、ＣＴ画像を生成するように構成された、再構成プロセッサに渡される。画像はメモリに格納され、および／またはディスプレイ上に表示される。当業者であれば理解されるように、メモリは、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、または当技術分野では公知である任意のその他電子的なストレージとすることができる。ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、または当技術分野では公知である任意のその他ディスプレイとして実施することができる。したがって、本明細書で提供されるメモリおよびディスプレイの記述は、単に例示的なものに過ぎず、本提案でもたらされる進歩（ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ）の範囲を決して限定するものではない。

いくつかの実施形態が述べられてきたが、これらの実施形態は、例示のために提示されているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図していない。実際に、本明細書で述べられた新たな方法およびシステムは、様々な他の形態で実施することができる。さらに、本明細書で述べた方法およびシステムの形態における様々な除外、置換え、および変更は、本発明の趣旨から逸脱することなく行ってもよい。添付の特許請求の範囲およびその均等な形態は、このような形態もしくは変更を、本発明の範囲および趣旨に含まれるものとして包含するように意図されている。

以下、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置について、図７を用いて、より詳細に説明する。図７は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０の構成の一例を示す構成図である。本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０は、図７に示すように、電流調整器１１と、高電圧発生器１２と、ガントリ１００と、前処理デバイス１１１と、再構成部１１７と、記憶部７と、計算部１１８と、位置ずれ特定部１１９と、補正部１２０と、表示デバイス１２１と、入力デバイスと１２２、制御器４とを有する。図６のプロセッサ６は、図７において、例えば、前処理デバイス１１１と、再構成部１１７と、計算部１１８と、位置ずれ特定部１１９と、補正部１２０とに相当する。

電流調整器１１は、制御器４による制御のもとで、高電圧発生器１２に供給する電流を調整する。高電圧発生器１２は、制御器４による制御のもとで、電流調整器１１から供給された電流により、高電圧を発生する。高電圧発生器１２は、スリップリング１０８を介して、発生した高電圧をＸ線管１に印加する。なお、電流調整器１１と高電圧発生器１２とのうち少なくとも一方は、回転フレーム１０２に搭載されてもよい。このとき、電流調整器１１は、調整した電流を、スリップリング１０８を介して高電圧発生器１２に供給する。

ガントリ１００は、Ｘ線管１と、コリメータ２と、第１検出器３と、回転フレーム１０２と、データ収集システム５と、回転ユニット１０４と、非接触データ伝送器１０６と、第２検出器８と、固定フレーム１３とを有する。回転フレーム１０２は、Ｘ線管１と第１検出器３とを互いに対向させて搭載する。加えて、回転フレーム１０２には、データ収集システムが搭載される。

回転フレーム１０２に搭載されたＸ線管、第１検出器、データ収集システムは、例えば、第３世代のスキャン機構に対応する。第１検出器３は、例えば、エネルギー積分型のＸ線検出器である。エネルギー積分型の検出器は、入射Ｘ線ビームの測定強度を取り込む。測定強度は、測定期間中に検出素子に衝突する全ての光子のエネルギーの合計である。回転ユニット１０４は、制御器４による制御のもとで、回転フレーム１０２を回転させる。

固定フレーム１３は、環状であって、ガントリ１００に固定される。固定フレーム１３の直径は、例えば、開口９の直径より大きい。加えて、固定フレーム１３の半径は、回転フレーム１０２の回転半径より小さい。固定フレーム１３は、疎な状態で複数の第２検出器８を搭載する。第２検出器８は、例えば、光子計数型のＸ線検出器である。

Ｘ線管１は、スリップリング１０８を介した高電圧発生器１２からの出力に基づいて、Ｘ線を発生する。Ｘ線の焦点から放射されたＸ線は、Ｘ線管１のＸ線放射窓に取り付けられたコリメータ２により、例えばコーンビーム形（角錐形）に整形される。Ｘ線の放射範囲は、図６および７において、点線で示されている。Ｘ軸は、回転軸Ｚと直交し、放射されるＸ線の焦点を通る直線である。Ｙ軸は、Ｘ軸および回転軸Ｚと直交する直線である。なお、説明の便宜上このＸＹＺ座標系は、回転軸Ｚを中心として回転する回転座標系として説明する。

第１検出器３は、回転軸Ｚを挟んでＸ線管１に対向する位置およびアングルで、回転フレーム１０２に搭載される。第１検出器３は、複数のＸ線検出素子を有する。ここでは、単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Ｚに直交し、かつ放射されるＸ線の焦点を中心として、この中心から１チャンネル分のＸ線検出素子の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向（チャンネル方向）とＺ方向（スライス方向）との２方向に関して２次元状に配列される。第１検出器３に関するアイソセンタを第１アイソセンタと呼ぶ。

なお、第１検出器３は、複数のＸ線検出素子を１列に配列した複数のモジュールで構成されてもよい。このとき、モジュール各々は、上記チャンネル方向に沿って略円弧方向に１次元状に配列される。また、複数のＸ線検出素子は、チャンネル方向とスライス方向との２方向に関して２次元状に配列させてもよい。すなわち、２次元状の配列は、上記チャンネル方向に沿って一次元状に配列された複数のチャンネルを、スライス方向に関して複数列並べて構成される。このような２次元状のＸ線検出素子配列を有するＸ線検出部１０７は、略円弧方向に１次元状に配列される複数の上記モジュールをスライス方向に関して複数列並べて構成してもよい。第１検出器３の出力側には、データ収集システム（Ｄａｔａ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｉｓｔｅｍ：ＤＡＳ）５が接続される。

撮影又はスキャンに際しては、Ｘ線管１と第１検出器３との間の円筒形の開口（撮影領域）９内に、被検体Ｐが天板に載置され、挿入される。以下、天板にいずれの物体も載置されない状態（未載置状態）で実行されるスキャンを空気スキャンと呼ぶ。すなわち、空気スキャンは、空気に対して実行されるスキャンである。また、天板に公知のファントムが載置された状態で実行されるスキャンをファントムスキャンと呼ぶ。

空気スキャンまたはファントムスキャンは、第１アイソセンタに対する第２アイソセンタの複数の位置ずれ（オフセット）各々を予め設定して実行される。このとき、位置ずれは既知である。位置ずれが既知の状態で実行される空気スキャンまたはファントムスキャンを、既知スキャンと呼ぶ。空気スキャンおよびファントムスキャンは、位置ずれが未知の状態で実行される。位置ずれが未知の状態で回転フレームを回転させて実行される空気スキャンまたはファントムスキャンを、未知スキャンと呼ぶ。

データ収集システム５は、第１検出器３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに取り付けられている。データ収集システム５は、第１検出器３からの出力に基づいて、（純生データ（ｐｕｒｅ ｒａｗ ｄａｔａ））を発生する。

具体的には、データ収集システム５は、純生データを収集した時点におけるビュー角を表すデータ（ビュー角データ）と関連付けて、複数のチャンネル各々の純生データを発生する。純生データとは、第１検出器３の出力に応じたデータ値の集合である。ここでは説明の便宜上、ワンショットで略同時に収集したビュー角が同一である全チャンネルにわたる一揃いの純生データを、純生データセットと称する。

また、ビュー角は、Ｘ線管１が回転軸Ｚを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Ｚから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を０°として３６０°の範囲の角度で表したものである。なお、純生データセットの各チャンネルに対するデータ値は、回転フレーム１１３の回転数、ビュー角、コーン角、チャンネル番号によって識別される。データ収集システム５は、純生データセットを、ビュー角ごとに非接触データ伝送器１０６を介して、前処理デバイス１１１に出力する。

第２検出器８は、Ｘ線管１により発生されたＸ線を検出する。複数の第２検出器は、所定の間隔を空けて、固定フレーム１３に支持される。すなわち、複数の第２検出器は、固定フレーム１３上に、疎に配置される。第２検出器８は、例えば、Ｘ線のエネルギーを識別可能なＸ線検出器である。すなわち、第２検出器８は、光子計数検出型の検出器である。第２検出器８は、Ｘ線管１で発生されたＸ線光子（Ｘ線フォトン）を検出し、検出したＸ線フォトン数（計数）に応じた出力信号を再構成部１１７に出力する。第２検出器８に関するアイソセンタを第２アイソセンタと呼ぶ。例えば、初期設定において、第２アイソセンタは、第１アイソセンタと略同位置に設定される。

前処理デバイス１１１は、非接触データ伝送器１０６から出力された純生データセットに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、Ｘ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下または、信号脱落を補正する処理等が含まれる。前処理デバイス１１１から出力された再構成処理直前のデータ（生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）または、投影データと称される、ここでは投影データという）は、ビュー角データと関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた記憶部７に記憶される。

すなわち、前処理デバイス１１１は、複数のチャンネル各々の投影データを、ビュー角データと関連付けられて発生する。なお、投影データとは、被検体を透過したＸ線の強度に応じたデータ値の集合である。ここでは説明の便宜上、ワンショットで略同時に収集したビュー角が同一である全チャンネルにわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。すなわち、純生データセットと投影データセットとは、前処理を介して対応する。

再構成部１１７は、ビューアングルが３６０°又は１８０°＋ファン角の範囲内の投影データセットに基づいて、フェルドカンプ法またはコーンビーム再構成法により、略円柱形の３次元画像（ボリュームデータ）を再構成する機能を有する。再構成部１１７は、例えばファンビーム再構成法（ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう）またはフィルタード・バックプロジェクション法により２次元画像（断層画像）を再構成する機能を有する。再構成部１１７は、ボリュームデータに基づいて、任意の断面の医用画像を発生する。再構成部１１７は、再構成したボリュームデータおよび医用画像を記憶部７に出力する。

フェルドカンプ法は、コーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法である。フェルドカンプ法は、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法である。コーンビーム再構成法は、フェルドカンプ法よりもコーン角のエラーが抑えられる方法として、再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正する再構成法である。

再構成部１１７は、既知スキャンに関する投影データセットに基づいて、第１アイソセンタを含む断面画像を再構成する。具体的には、再構成部１１７は、複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の断面画像（以下、第１画像と呼ぶ）を再構成する。複数の第１画像（オフセット画像）各々には、位置ずれの影響（例えばアーチファクト）が現れる。再構成部１１７は、再構成した複数の第１画像を、記憶部７に出力する。

図３は、位置ずれなし、すなわち第１アイソセンタと第２アイソセンタとの差異が無い場合における第１画像を示している。図４は、第１アイソセンタの位置を基準（ｘ＝０ｍｍ、ｙ＝０ｍｍ）として、固定フレーム（内側のリング）の第２アイソセンタが、ｘ＝−２ｍｍ、ｙ＝−４ｍｍに位置するときの第１画像を示している。図５は、第１アイソセンタの位置を基準（ｘ＝０ｍｍ、ｙ＝０ｍｍ）として、固定フレーム（内側のリング）の第２アイソセンタが、ｘ＝１ｍｍ、ｙ＝０．５ｍｍに位置するときの第１画像を示している。図４、図５に示すように、複数の位置ずれ各々は、第１アイソセンタを中心とする２次元グリッドで設定されてもよい。

再構成部１１７は、未知スキャンに関する投影データセットに基づいて、第２画像を再構成する。第２画像には、未知の位置ずれに関する影響（例えばアーチファクト）が現れる。再構成部１１７は、再構成した第２画像を計算部１１８に出力する。

図示していないインターフェースは、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０と電子的通信回線（以下、ネットワークと呼ぶ）とを接続する。ネットワークには、図示していない放射線部門情報管理システムおよび図示していない病院情報システム、外部サーバなどが接続される。

記憶部７は、再構成部１１７で再構成されたボリュームデータおよび医用画像、第２検出器８からの出力信号（スペクトル）、投影データ、複数の位置ずれにそれぞれ対応するう複数の第１画像などを記憶する。記憶部７は、入力デバイス１２２により入力された操作者の指示、画像処理の条件、撮影条件などの情報を記憶する。

記憶部７は、Ｘ線コンピュータ断層撮影のために、ガントリ１００、図示していない寝台などを制御する制御プログラムを記憶する。記憶部７は、位置ずれの特定に関する処理を実行する位置ずれ特定プログラムなどを記憶してもよい。なお、複数の第１画像は、インターフェースを介して外部のサーバなどにおけるデータベースから読み込まれてもよい。また、複数の第１画像は、第２画像に関する位置ずれに対応する画像を有してもよい。

計算部１１８は、第１画像における複数の画素値（以下、第１画素値と呼ぶ）と第２画像における複数の画素値（以下、第２画素値と呼ぶ）とに基づいて、複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算する。指標値とは、複数の第１画像各々と第２画像との差異の程度、または類似の程度を示す値である。差異の程度を示す値とは、例えば、誤差値である。誤差値とは、例えば、ＭＳＥ、ＲＭＳＥなどである。類似性を示す指標値とは、例えば、相関値などである。

計算部１１８は、指標値として誤差値を計算する。具体的には、計算部１１８は、複数の第１画像各々と前記第２画像との間における画素値による平均二乗誤差を、誤差値として計算する。なお、計算部１１８は、複数の第１画像各々と前記第２画像との間における画素値による相関値を、指標値として計算してもよい。計算された複数の指標値は、複数の第１画像にそれぞれ対応する。複数の第１画像は複数の位置ずれにそれぞれ対応しているため、複数の指標値は、複数の位置ずれにそれぞれ対応する。計算部１１８は、計算した複数の指標値を位置ずれ特定部１１９に出力する。

位置ずれ特定部１１９は、指標値に基づいて、複数の位置ずれから第２画像に関する位置ずれを特定する。位置ずれ特定部１１９は、特定した位置すれを、補正部１２０に出力する。第２画像に関する位置ずれは、第１アイソセンタに対する第２アイソセンタの位置ずれに相当する。以下、第２画像に関する位置ずれの特定について具体的に説明する。まず、指標値が、誤差値（ＭＳＥ、ＲＭＳＥなど）である場合について説明する。なお、指標値が、相関値である場合については後ほど説明する。

位置ずれ特定部１１９は、複数の指標値（誤差値）のうち最も小さい誤差値（以下、最小値と呼ぶ）を特定する。最小値は、位置的に、第１画像と第２画像とが最も近い状態を示している。位置ずれ特定部１１９は、最小値に対応する第１画像を特定する。位置ずれ特定部１１９は、特定された第１画像に対応する位置ずれを、第２画像に関する位置ずれとして特定する。

位置ずれ特定部１１９は、複数の指標値（相関値）のうち最も大きい相関値（以下、最大値と呼ぶ）を特定する。最大値は、位置的に、第１画像と第２画像とが最も近い状態を示している。位置ずれ特定部１１９は、最大値に対応する第１画像を特定する。位置ずれ特定部１１９は、特定された第１画像に対応する位置ずれを、第２画像に関する位置ずれ（オフセット）として特定する。

補正部１２０は、特定された位置ずれに基づいて、第１検出器３および第２検出器８における複数の検出素子の位置情報を示すシステム行列を補正する。補正されたシステム行列は、再構成部１１７に出力される。このとき、再構成部１１７は、補正されたシステム行列と、第１検出器からの出力に関する投影データセットとに基づいて、第３画像を再構成する。再構成された再構成画像は、表示デバイス１２１に出力される。

なお、補正部１２０による補正対象は、システム行列に限定されない。例えば、まず、第２が図尾の再構成後において、回転フレーム１０２を被検体周りに回転させて、スキャンが実行される。このスキャンにより、被検体を透過したＸ線が、第１検出器３により検出される。次いで、第１検出器３からの出力に基づいて、未補正のシステム行列を用いて、被検体に関する第３画像が再構成される。

このとき、第１アイソセンタに対する第２アイソセンタの相対的な位置ずれに起因するアーチファクトが、第３画像に現れることがある。次いで、補正部１２０は、特定された位置ずれを用いて、再構成された第３画像を補正する。すなわち、補正部１２０は、第３画像に対して、相対的な位置ずれに起因するアーチファクトを、補正する。補正された第３画像は、表示デバイス１２１に出力される。

表示デバイス１２１は、再構成部１１７により再構成された医用画像、補正部１２０により補正された医用画像、Ｘ線コンピュータ断層撮影のために設定される条件などを表示する。

入力デバイス１２２は、操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０に取り込む。取り込まれた各種指示・命令・情報・選択・設定は、後述する制御器４などに出力される。入力デバイス１２２は、図示しないが、関心領域（ＲＯＩ）の設定などを行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等を有する。

入力デバイス１２２は、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標を制御器４に出力する。なお、入力デバイス１２２は、表示画面を覆うように設けられたタッチパネルでもよい。この場合、入力デバイス１２２は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標を制御器４に出力する。

制御器４は、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０の中枢として機能する。すなわち、制御器４は、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０における各部を制御する。制御器４は、図示しないＣＰＵとメモリとを備える。制御器４は、図示していないメモリに記憶された検査スケジュールデータと制御プログラムとに基づいて、Ｘ線コンピュータ断層撮影のために、電流調整器１１、高電圧発生器１２、およびガントリ１００などを制御する。制御器４は、所定の画像発生・表示等を実行するための制御プログラムを、記憶部７から読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・処理等を実行する。

制御器４は、記憶部７に記憶された位置ずれ特定プログラムを、自身のメモリに展開し、図２Ａにおける処理ステップ２０２乃至２０４、または図２Ｂにおける処理ステップ２１２乃至２１４を実行するために、電流調整器１１、高電圧発生器１２、ガントリ１００、計算部１１８、位置ずれ特定部１１９、補正部１２０などを制御する。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１０によれば、第１アイソセンタに対する第２アイソセンタの複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の第１画像各々における画素値と、回転フレームを回転させて実行されたスキャンに伴う第１検出器からの出力に基づいて再構成された第２画像の画素値とに基づいて、位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算することができる。

さらに、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０によれば、計算された指標値に基づいて、複数の位置ずれから第２画像に関する位置ずれを特定することができ、特定された位置ずれに基づいて、システム行列を補正することができる。次いで、補正されたシステム具用列を用いて、第３画像を再構成することができる。

また、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０によれば、第２画像の発生後に実行されたスキャンにより発生された第３画像を、特定された位置ずれを用いて補正することができる。

すなわち、本実施形態におけるＸ線コンピュータ断層撮影装置１０によれば、空気スキャンまたは所定のファイントムに対するスキャンに伴う第４世代の第２検出器による影により、再構成画像（第１画像および第２画像）に明確なパターンが現れることを利用している。この明確なパターンの変化は、第１アイソセンタに対する第２アイソセンタの相対的な位置ずれ（オフセット）に依存する。

このため、既知スキャンによる複数の位置ずれのそれぞれ対応する服うすの第１画像と、未知スキャンにより発生された第２画像とを比較することで、未知スキャンが実行された時点における位置ずれ（オフセット）を特定することができる。特定された位置ずれを用いて、未知スキャン後に実行されたスキャンにより発生された第３画像のアーチファクトまたはシステム行列を補正することができる。

これにより、本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１０によれば、ガントリ１００による振動、温度変化による素材の膨張などによる経年変化により、第３世代のアイソセンタの位置に対する第４世代のアイソセンタの相対的な位置ずれが発生したとしても、良好な医用画像を発生させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…Ｘ線管、２…フィルタおよびコリメータ、３…第３世代の検出器（第１検出器）、４…制御器、５…データ収集システム、６…プロセッサ、７…記憶部、８…第４世代のＸ線検出器（第２検出器）、９…開口、１０…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、１１…電流調整期、１２…高電圧発生器、１３…固定フレーム、１００…ガントリ、１０２…回転フレーム、１０４…回転ユニット、１０６…非接触データ伝送器、１０８…スリップリング、１１１…前処理デバイス、１１７…再構成部、１１８…計算部、１１９…位置ずれ特定部、１２０…補正部、１２１…表示デバイス、１２２…入力デバイス。

Claims (12)

1. Ｘ線管と第１検出器とを回転可能に支持する回転フレームと、
   前記Ｘ線管により発生されたＸ線を検出する第２検出器を固定して支持する固定フレームと、
   前記第１検出器に関する第１アイソセンタに対する前記第２検出器に関する第２アイソセンタの複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の第１画像を記憶する記憶部と、
   前記回転フレームを回転させてスキャンを実行することにより、前記第１検出器からの出力に基づいて第２画像を再構成する再構成部と、
   前記第１画像の画素値と前記第２画像の画素値とに基づいて前記位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算する計算部と、
   前記指標値に基づいて、前記複数の位置ずれのうち、前記第２画像に関する前記第２アイソセンタの位置ずれを特定する位置ずれ特定部と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記第２検出器は、
   前記Ｘ線のエネルギーを識別可能なＸ線検出器であること、
   を特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記計算部は、
   前記指標値として誤差値を計算し、
   前記位置ずれ特定部は、
   前記誤差値のうち最小値に対応する位置ずれを、前記第２画像に関する位置ずれとして特定すること、
   を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記計算部は、
   前記第１画像と前記第２画像との間における画素値による平均二乗誤差を、前記誤差値として計算すること、
   を特徴とする請求項３に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記計算部は、
   前記指標値として相関値を計算し、
   前記位置ずれ特定部は、
   前記相関値のうち最大値に対応する位置ずれを、前記第２画像に関する位置ずれとして特定すること、
   を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記特定された位置ずれに基づいて、前記第１検出器および前記第２検出器における複数の検出素子の位置情報を示すシステム行列を補正する補正部をさらに具備し、
   前記再構成部は、
   前記補正されたシステム行列と、前記第１検出器からの出力とに基づいて、第３画像を再構成すること、
   を特徴とする請求項１乃至５のうちにいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記再構成部は、前記回転フレームを被検体周りに回転させてスキャンを実行することにより、前記第１検出器からの出力に基づいて第３画像を再構成し、
   前記特定された位置ずれに基づいて、前記第３画像を補正する補正部をさらに具備すること、
   を特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記第１画像は、データベースから取得され、
   前記第１画像は、空気スキャンまたは所定のファントムのスキャンにより生成されること、
   を特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記複数の第１画像は、
   前記第２画像に関する位置ずれに対応する画像を有すること、
   を特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記複数の位置ずれ各々は、
    前記第１アイソセンタを中心とする２次元グリッドで設定されること、
    を特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 回転フレームに支持された第１検出器に関する第１アイソセンタに対する、固定フレームに支持された第２検出器に関する第２アイソセンタの複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の第１画像を記憶し、
    前記回転フレームを回転させてスキャンを実行し、
    前記第１検出器からの出力に基づいて第２画像を再構成し、
    前記第１画像の画素値と前記第２画像の画素値とに基づいて前記位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算し、
    前記指標値に基づいて、前記複数の位置ずれのうち、前記第２画像に関する前記第２アイソセンタの位置ずれを特定すること、
    を具備することを特徴とする位置ずれ特定方法。
12. コンピュータに、
    回転フレームに支持された第１検出器に関する第１アイソセンタに対する、固定フレームに支持された第２検出器に関する第２アイソセンタの複数の位置ずれにそれぞれ対応する複数の第１画像を記憶する機能と、
    前記回転フレームを回転させてスキャンを実行することにより、前記第１検出器からの出力に基づいて第２画像を再構成する機能と、
    前記第１画像の画素値と前記第２画像の画素値とに基づいて前記位置ずれにそれぞれ対応する複数の指標値を計算する機能と、
    前記指標値に基づいて、前記複数の位置ずれのうち、前記第２画像に関する前記第２アイソセンタの位置ずれを特定する機能と、
    を実現させることを特徴とする位置ずれ特定プログラム。