JP3008356B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP3008356B2
JP3008356B2 JP1270520A JP27052089A JP3008356B2 JP 3008356 B2 JP3008356 B2 JP 3008356B2 JP 1270520 A JP1270520 A JP 1270520A JP 27052089 A JP27052089 A JP 27052089A JP 3008356 B2 JP3008356 B2 JP 3008356B2
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Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 この発明は撮像装置に関する。より詳細には、この発
明は医学的診断のための撮像装置、特にコンピユータ断
層撮影（CT）装置、に関する。この発明は容積測定医学
的診断上の撮像に関連して利用されており、特にそれに
関連して説明する。しかし、この発明はまた、単スライ
ス撮像、線質制御検査、およびその他同種のものにも関
連することが理解すべきである。
ロ．従来の技術 これまで、CT装置すなわちスキヤナは、患者検査領域
の周囲を回転することのできる環あるいは環の一部とし
て配置された複数の個別の放射線検出器を有していた。
各個別の検出器には、検査領域における患者の選択され
たスライスを横断する放射線を受容するシンチレーシヨ
ン結晶体が含まれていて、放射線エネルギーを光に変換
する。固体ホトダイオードあるいは真空光電子増倍管
は、シンチレーシヨン結晶体によつて発射された光を、
発射光の強さ、従つて充容した放射線の強さを表わす電
気信号に変換する。ホトダイオードあるいは光電子増倍
管から成る２つの隣接する環を連続して備えることによ
つて、２つのスライスが同時に収集されていた。
ホトダイオードあるいは光電子増倍管を含む個々の放
射線検出器を利用することは幾つかの欠点を伴なう。第
一に、設備が労働集約的であり、かつ高価である。さら
に、従来技術のシンチレーシヨン結晶体／ホトダイオー
ドあるいは光電子増倍管検出器は比較的かさばる傾向が
あり、そのために検査領域の周囲に環状に配置すること
のできる数が限定される。この数はまた、スキヤナのサ
ンプリング周波数およびデータ処理容量によつても制限
されることがある。
そのようなスキヤナにおいて、各個別の検出器の全表
面が放射線を受容する場合に生成された厚いスライス
は、可視の部分的容積効果を受け、そして細幅のスライ
スは各検出器の一部を放射線を受けないよう遮へいする
ことによつて生成された。さらに、そのような検出器に
おける光電子増倍管の光束制限のためにより長い細幅ス
ライススキヤン時間を必要とし、それによつて患者のス
ループツトを低下させていた。
ハ．作用 本発明の目的は上記問題が克服されるような撮像装置
を提供することである。
本発明によれば、被撮像体を収容する検査領域を画定
する手段と、検査領域の周囲で放射線ビームを回転させ
る放射線源手段と、放射線感応セルから成る複数の区分
化アレーを含み被撮像体の領域を透過した放射線を含む
検査領域を透過した放射線を受容し、そして、受容した
放射線を表わす電気信号を発生する手段と、電気信号を
被撮像体の領域の画像表示に再構成する画像再構成手段
とを備える撮像装置であって、各区分化アレーは共通の
基板上に放射線感応セルの二次元の規則的な格子を備え
ており、その格子は検査領域の周辺に沿って延長する放
射線感応セルを有する複数の列（カラム）と、検査領域
の長さ方向に延長する放射線感応セルを有する複数の行
（ロー）とを有し、各区分化アレーはアレーの各該列が
異なる高さのセルを有し、そして／または、アレーは異
なる幅の列を有するような異なる大きさのセルを含み、
各区分化アレーにおける異なる大きさのセルは被撮像体
の領域を透過した放射線を受容する撮像装置が提供され
ている。
本発明の１利点は、患者用台の位置が増分する際、円
形通路を移動するＸ線源のフアンビーム投射によつて定
めることのできる容積に対する容積測定データの発生に
ある。あるいはまた、Ｘ線源は、台が連続的に移動する
際、Ｘ線源は円形通路を連続的に移動することができ
る。この結果、線源は、患者に対する患者の周囲の螺旋
状通路に従う。そのような構成において、Ｘ線束の利用
は増加し、そして所定容積に対する全検査期間が有効に
低減される。
本発明の別の利点はその融通性および撮像汎用性にあ
る。多数の検出器をまとめて高い光電効率を保持するこ
とができる一方、収集され、かつ処理されるべきデータ
の量を低減する。これは解像度の削減を最小にして行な
うことができる。検出器が軸方向にまとめられる場合、
部分的容積アーチフアクトは、同じスライス厚さの現在
のスキヤンに比して有効に低減される。
その他の利点としては２つ以上の厚さを有する多数の
薄いスライスを達成できることが含まれる。これらのス
ライスは相互に隣接しているかあるいはほぼ隣接してい
るので、オフ平面効果は最小化されている。
ニ．実施例 次に、本発明による１撮像装置を添付の図面を参照し
て説明する。
第１図では、CTスキヤナ10は、スキヤン円すなわち患
者のための開口14内の据付け患者用寝椅子12上に支持さ
れた患者の領域の断面スライスを選択的に撮像する。幾
つかの利用例では、患者用寝椅子は複数の平行スライス
を撮影するために増分される。ある利用例では、患者が
螺旋形通路に沿つてスキヤンされるように、寝椅子は連
続的に移動する。放射線の扇形ビームをスキヤン円14に
向かつて、かつそれに広がつて放射するＸ線管16は、回
転できるガントリ18に取付けられている。あるいはま
た、多重スポツトＸ線管を利用して、フアンビームの厚
さを増加し、すなわち複数の平行ビームを発生すること
もできる。
第２図では、コリメータ20はＸ線ビームの大きさを画
定するが、特に撮像される個々のスライスあるいは１組
のスライスの暑さを選択するビーム幅を定める。外側の
連続的に調整できるコリメータ部分22はＸ線ビームの全
体の幅、すなわち外側スライスの幅を設定する。外側コ
リメータ部分22が十分に閉鎖されている場合、外側スラ
イスは除去されることもできて、中央すなわち内側スラ
イスは狭くされることもできる。外側コリメータ部分22
の半分が独立して移動される場合、外側スライスの１方
は除去され、そして残りの１方は選択された幅、例えば
内側スライスの幅に調整することができる。内側コリメ
ータ部分24は中央すなわち内側スライスを選択的に狭く
する。この良好な実施態様において、内側コリメータ部
分24は、放射線ビームの内および外へ選択的に移動する
固定輪郭を有している。任意に、固定コリメータ部分は
輪郭を選択できるので、中央スライスコリメーションは
調節することが可能である。内側および外側スライスに
対してその他の機械的スライス厚さ調整あるいは選択装
置を利用できることは云うまでもない。
複数の区分化検出器アレーモジユール30はスキヤン円
を横断した放射線を受容し、そして受容した放射線の強
さを表わす出力信号を発生する。この良好な実施態様で
は、128の検出器モジユールはそれぞれ３列の24ホトダ
イオードを有して、スキヤン円の周囲において１つの環
につき2,880ホトダイオードから成る３つの環を形成す
る。
第３図では、各検出器モジユールには、それぞれ24の
Ｘ線感応セルから成る３列A,B,Cが含まれている。列Ａ
のセルはA1〜A24と称される。もちろん、他の列数、例
えば５あるいはそれ以上、を備えることができるし、そ
して他の数の放射線感応セルを、本発明から逸脱するこ
となく、各列内に備えることができる。中央列Ｂは両脇
の列ＡとＣより狭くなつていることが望ましい。これに
よつて中央列はより高い分解能を有する、すなわちより
細いスライスを形成することができる。コリメータ20を
選択的に調整することによつて、外側列ＡとＣに衝突す
る放射線の量および内側列Ｂに衝突する量は、選択的に
調整することができる。これによつて外側列によつて定
められるスライスを中央列と同じに、またはより広く、
あるいはより狭くすることができる。各列内には複数の
異なる高さのセルがある。この良好な実施態様におい
て、丈の高いセルA1,A3,A5‥‥A23,B1,B3‥‥B23,C1,C3
‥‥C23は丈の低いセルA2,A4,A6‥‥A24,B2,B4‥‥B24,
C2,C4‥‥C24と交互になつている。
この良好な実施態様において、モジユール30の放射線
感応セルはホトダイオードである。電荷注入器アレー32
は、サンプリング区間に、周期的に、アレーの各ホトダ
イオードを、あらかじめ選択された電荷レベルまで再充
電する。放射線がホトダイオードに衝突すると、放射線
の強さおよび照射の持続時間に比例して、電荷は消散す
る。注入器32が各ホトダイオードを再充電する各サンプ
リング区間の終りに、注入器は電荷結合素子（CCD）ア
レー34の対応するセルに同量の電荷を与える。CCDアレ
ー34には３列のセルがあり、それらは第３図では、ホト
ダイオードアレー30の対応するホトダイオードと同じ名
称を付されている。CCDアレーのセルはホトダイオード
アレーの対応するダイオードのそれと異なる順序で配置
されて、下方の処理設備によつて予想されるデータ順を
供給することができる。このように、CCDアレーは、各
ホトダイオードをあらかじめ選択された電荷に再充電す
るのに必要な電荷の量、すなわち消散された電荷の量、
を表わす電荷値をロードされる。任意に、各ホトダイオ
ードに残つている電荷の表示をCCDアレーに転送するこ
とができる。
各サンプリング後、CCDアレーの各列A,B、およびＣの
セルにおける電荷値はそれぞれ、電荷増幅器36a,36bお
よび36cに急速に移送される。３×24のセルアレーにお
いて、各電荷値は、サンプリング区間の1/24あるいはそ
れ以下の時間で移送される。このように、１サンプリン
グによるデータは順次ビデオ信号データに変換され、そ
してCCDアレーは次のサンプリングの前に、新データを
受信する準備ができている。この３列のセルが並列では
なく直列で読取られる場合には、データは各列から３倍
も速くクロツクされ、従つて次のサンプリングの前に、
３列のすべてが空になつてしまう。
特に第１図について見ると、各環のホトダイオードに
よつて受容された放射線の量を表わす、増幅器36a,36b
および36cからの電気出力信号はサンプリング手段40に
よつてサンプルされる。当業者に周知のように、前置プ
ロセツサ手段44が信号をデイジタル化し、そしてデイジ
タル信号処理動作を実行するまで、バツフアメモリ42は
サンプルデータを格納する。例示された実施態様におい
て、各バツフアは環の１つからデータを順次受信する。
結合手段46a,46bには各環の異なる大きさのセルからの
データを選択的に重み付けしまたはフイルタする環内重
み付けおよびフイルタリング手段46aが含まれる。アル
ゴリズム手段48はデータをその対数値に変換する。例示
された実施態様では、３つの対数回路がそれぞれ１つの
環からのデータを処理する。
結合手段46a,46bにはなお、環からのデータを結合す
る軸方向結合手段46bが含まれる。オペレータが撮像モ
ードを選択したことに応答して、結合手段は対応する組
合わせアルゴリズムを選択する。選択されたすなわち結
合されたデータは、たたみ込みおよびフイルタパツク投
射アルゴリズムのような画像再構成手段50によつて、画
像表示に再構成される。この画像表示は１つ以上の画像
メモリ52に記憶されて、１つ以上のビデオモニタ54に選
択的に表示される。あるいはまた、それ以上処理するこ
と、等を条件として、この画像表示はコンピユータメモ
リ、あるいはテープに記憶することができる。
オペレータは、単スライスおよび、異なる解像度を有
する多スライスモードを含む種々の撮像モードを選択す
ることができる。種々のモードにおいて、環の出力は軸
方向と横断方向の両方の種々の方法で結合され、あるい
は独立して処理される。例えば、１つの単スライスモー
ドにおいて、各組の対応するA,B、およびＣのセルの出
力は結合される。より特定すれば、外側コリメータ部分
22は外側スライス幅を調整し、そして内側コリメータ部
分24は中央スライスの幅を設定する。セルの３つの環は
放射線を受容し、そして３つのスライスを生成するのに
利用することができる出力信号を発生する。セルの中央
列と外側列が同量の放射線を照射されなければ、３つの
スライスは別々の解像度を有する。別々の解像度を順応
させるために３つの環の対応するセルは重み付けされ、
合計され、平均されあるいは同種のことをされる。中央
セルは３ミリメータ幅で、外側セルは４ミリメータ幅に
なつている構成では、この単スライス技術を、約３〜10
ミリメータ幅を有する単スライスに応用することができ
る。
別の単スライスモードでは、放射線セルの中央コラム
のみが利用される。調整できる外側コリメータ部分22あ
るいは内側コリメータ部分24を利用して、単スライスの
幅をセルの中央列の幅以下に低減することができる。
多スライスモードでは、３つのスライスが生成され
る。すなわち、３つのセルの環の各々からのデータが別
々に処理される。中央スライスはセルの中央列の幅すな
わち内側コリメータ部分24によつて画定された幅を有す
る。外側スライスの幅は外側コリメータ部分22によつて
別々に調整される。多くの利用例にとつて、３つのスラ
イス全部が同じ幅すなわち解像度を有していることは有
利である。別の多スライスモードでは、２つのオーバラ
ツプスライスが生成される。中央列および１列の対応す
るセルからのデータが結合されて、１組のデータを発生
する。中央列および他方の列の対応するセルからのデー
タもまた結合されて、もう１組のデータを発生する。オ
ーバラツプスライスを表わすこの２組のデータは、別々
に処理される。ここでも、スライスの幅はコリメータ20
によつて調整することができる。
なお別の代案として、放射線感応セルの横方向組合わ
せを選択することもできる。空間重みつきビユー平均化
モードにおいて、同じ環A,BあるいはＣ内の隣接する異
なる大きさのセルは結合され、あるいは重み付けされ
る。これは、そこから合成画像が再構成されるビユーを
有効に平均化する。フイルタモードでは、各環内の隣接
セルからのデータは時間平均化あるいは重みづけされ
る。ビユー平均化モードでは、各環内の隣接セルの出力
は、フイルタしあるいは重みづけることなく、合計され
あるいは平均化される。なお別の代案として、合計され
あるいは平均化されたビユーは、前述の時間フイルタさ
れ、あるいは空間重みづけされたビユーであることがで
きる。その他の種々の撮像モードあるいはこれらの撮像
モードの組合わせが選択できることは云うまでもない。
処理の流れにおける初期にでもあるいは後期にでも、対
数を採用することができる。好ましくは、軸方向結合の
前に採用して、部分容積効果を低減する方がよい。
第４図では、ホトダイオードアレー30は、前述のCCD
アレーではなく、電界効果トランジスタ（FET）スイツ
チのアレー60と相互接続することもできる。これらのFE
Tの各々はホトダイオードのそれぞれ１つと接続して、
出力増幅器36a,36bおよび36cの１つに、ホトダイオード
の導電率の表示を伝える。好ましいことに、ホトダイオ
ードと抵抗器組合わせにかかる瞬時電圧が測定される。
FETアレーあるいはCCDアレー以外の他の手段を任意に設
けて、同時に収集したデータを順次データ信号に変換す
ることもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は撮像装置の略図、 第２図は装置のコリメータの動作図、 第３図は装置の放射線検出手段の略図、および 第４図は別の放射線検出手段の略図を示す。 図中、10はCTスキヤナ、12は患者用寝椅子、14は患者用
開口、16はＸ線管、18はガントリ、20はコリメータ、40
はサンプリング装置、42はバツフアメモリ、44は前置プ
ロセツサ、46a,bは結合装置、48はアルゴリズム装置、5
0は画像再構成装置、52は画像メモリ、そして54はビデ
オモニタをそれぞれ示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロドニィ エイ．マトスン アメリカ合衆国 オハイオ州 44060, メントー，メルショー ドライブ 6532 (56)参考文献 特開 昭57−64047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−29788（ＪＰ，Ａ)

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被撮像体を収容する検査領域（14）を画定
    する手段（18）と、検査領域（14）の周囲で放射線ビー
    ムを回転させる放射線源手段（16）と、放射線感応セル
    （A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）から成る複数の区
    分化アレー（30）を含み被撮像体の領域を透過した放射
    線を含む検査領域（14）を透過した放射線を受容し、そ
    して、受容した放射線を表わす電気信号を発生する手段
    （30,32,34または30,60）と、電気信号を被撮像体の領
    域の画像表示に再構成する画像再構成手段（50）とを備
    える撮像装置であって、各区分化アレー（30）は共通の
    基板上に放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥
    C24）の二次元の規則的な格子を備えており、その格子
    は検査領域（14）の周辺に沿って延長する放射線感応セ
    ル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）を有する複数の
    列（カラム）（A,B,C）と、検査領域（14）の長さ方向
    に延長する放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥
    ‥C24）を有する複数の行（ロー）とを有し、各区分化
    アレー（30）はアレーの各該列が異なる高さのセルを有
    し、そして／または、アレーは異なる幅の列を有するよ
    うな異なる大きさのセル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥
    C24）を含み、各区分化アレー（30）における異なる大
    きさのセル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）は被撮
    像体の領域を透過した放射線を受容することを特徴とす
    る撮像装置。
  2. 【請求項２】前記放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B2
    4,C1‥‥C24）から成る複数の区分化アレー（30）を含
    み被撮像体の領域を透過した放射線を含む検査領域（1
    4）を透過した放射線を受容し、そして、受容した放射
    線を表わす電気信号を発生する手段（30,32,34または3
    0,60）は、前記電気信号が直列データ値の少なくとも一
    つの出力信号を備えるような並直列変換手段（32,34ま
    たは60）を含む請求項１記載の撮像装置。
  3. 【請求項３】並直列変換手段（32,34または60）は、電
    荷結合素子アレー（34）と、区分化アレー（30）のセル
    （A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）によって受容され
    た放射線を表わす電荷値を電荷結合素子アレー（34）に
    転送する電荷注入手段（32）とを含み、電荷結合素子ア
    レー（34）に転送された前記電荷値は前記アレー（34）
    からシフトされて各出力信号を発生する請求項２記載の
    撮像装置。
  4. 【請求項４】並直列変換手段（32,34または60）は、共
    通基板上の電界効果トランジスタのアレー（60）を含む
    請求項２記載の撮像装置。
  5. 【請求項５】各セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C2
    4）からの電気信号をサンプルするサンプリング手段（4
    0）と、サンプルした電気信号を選択的に結合する結合
    手段（46a,b）とを更に含む請求項１〜４のいずれかに
    記載の撮像装置。
  6. 【請求項６】サンプルした電気信号の対数を決定し、結
    合手段（46a,b）と作動的に接続された対数手段（48）
    を更に含む請求項５記載の撮像装置。
  7. 【請求項７】結合手段（46a,b）は電気信号を選択的に
    空間的に重み付けし、かつ、時間的にフィルタする重み
    付け及びフィルタリング手段（46a）を含む請求項５又
    は６記載の撮像装置。
  8. 【請求項８】各区分化アレー（30）のセル（A1‥‥A24,
    B1‥‥B24,C1‥‥C24）の予め選択されたサブセットか
    らの電気信号を記憶する複数のメモリ手段（42）と、メ
    モリ手段（42）からの蓄積電気信号を選択的に結合し画
    像再構成手段（50）と作動的に接続されて結合電気信号
    をそれに与える結合手段（46a,b）とを更に含む請求項
    １記載の撮像装置。
  9. 【請求項９】電荷結合素子セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,
    C1‥‥C24）の複数列（A,B,C）から成る電荷結合素子ア
    レー（34）と、区分化アレー（30）のセル（A1‥‥A24,
    B1‥‥B24,C1‥‥C24）によって受容された放射線を表
    わす電荷値を電荷結合素子アレー（34）に転送する注入
    手段（32）と、その一つが電荷結合素子セル（A1‥‥A2
    4,B1‥‥B24,C1‥‥C24）の各列（A,B,C）と接続した複
    数の増幅器（36a,b,c）と、電荷結合素子セル（A1‥‥A
    24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）の関連する列（A,B,C）にお
    けるセル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）からの直
    列出力を各増幅器（36a,b,c）をして増幅させるクロッ
    ク手段とを含む請求項１又は８記載の撮像装置。
  10. 【請求項１０】放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,
    C1‥‥C24）を出力増幅器（36a,b,c）に接続する電界効
    果トランジスタのアレー（60）を更に含む請求項１又は
    ８記載の撮像装置。
  11. 【請求項１１】放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,
    C1‥‥C24）の区分化アレー（30）の一部分を選択的に
    遮蔽するコリメータ手段（20）を更に含む請求項１〜10
    のいずれかに記載の撮像装置。
  12. 【請求項１２】複数の区分化アレー（30）は、各環がそ
    の中に2,000より多い放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥
    ‥B24,C1‥‥C24）を有する、検査領域（14）を取り巻
    く放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,C1‥‥C24）
    を有する少なくとも３つの環を形成している請求項１記
    載の撮像装置。
  13. 【請求項１３】放射線感応セル（A1‥‥A24,B1‥‥B24,
    C1‥‥C24）はホトダイオードからなる請求項１〜12の
    いずれかに記載の撮像装置。
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