JP3566762B2

JP3566762B2 - コンピュータ断層撮影用の装置及び方法

Info

Publication number: JP3566762B2
Application number: JP27269494A
Authority: JP
Inventors: ティメルヤン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: DE69424746D1; EP0652537A1; BE1007766A3; DE69424746T2; JPH07184886A; US5905809A; EP0652537B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＸ線源からのＸ線は検査されるべき対象を照射し、Ｘ線源に関して実質的に固定された位置を占める位置感応Ｘ線検出器配列により検出され、Ｘ線源及びＸ線検出器配列は多数のＸ線画像をピックアップするよう検査されるべき対象に関して多くの方向に一緒に動かされ、対象の密度分布は検出されたＸ線画像により再構成され、再構成された画像の不鮮明さはデコンボリューションにより減少されるコンピュータ断層撮影の方法に関する。本発明はまたそのような方法を実施する装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような装置及び方法はヨーロッパ特許第０３５３２９９号公開公報により知られている。上記刊行物はコンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナー）によりピックアップされたデータを処理する方法を記載しており、該装置ではＸ線源は焦点からのみならず意図しない焦点付近から発生する放射も出射する。これらの望ましくないＸ線はＸ線管球内の電子の散乱により引き起こされ、従ってＸ線は広範囲の領域から発生する。Ｘ線源がもはや点状ではないので再構成された画像は不鮮明な輪郭及びアーティファクトを含む。知られている方法では該源により引き起こされた画像アーティファクトはＸ線源の特性を表すＰＳＦ（点像分布関数）とのデコンボリューションにより減少される。
【０００３】
ヨーロッパ特許第０３５３２９９号公開公報に記載された問題が生じない、又はこの問題が適切に軽減されたＣＴスキャナーでは不鮮明さ及びアーティファクトは再構成された画像内になお生ずる。特にコントラストの消失が生ずる。これらの画像アーティファクトは部分的にはコヒーレントでない（コンプトン）散乱に起因しうる。コヒーレントでない散乱は空間内に均一に分布し、それの影響は検出器内のそれぞれのセルにより測定された信号から一定の値を引くことにより再構成中に除去されうる。該一定値は検査されるべき対象の寸法に依存する。このようにしてコヒーレントでない散乱を考慮に入れることで再構成された画像の実質的な改善がなされる。
【０００４】
しかしながら再構成された画像内に残る所与の度合いの不鮮明さ及びアーティファクトはまた上記補正後にも見いだされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は残余の画像の欠陥の原因を同定し、再構成された画像内のそれの結果を減少する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のために本発明は用いられるデコンボリューションは対象内のＸ線の弾性（コヒーレント）散乱から得られる成分を含むデコンボリューション関数から作られることを特徴とする。そのようなデコンボリューション関数は弾性散乱が画像の欠陥として考慮されていない状況と比較して増強された画像を結果として生ずることがわかった。本発明の方法は位置感応検出器が固体検出器からなる場合に特に有用である。その様な検出器は散乱された放射に対して本質的な区別を有さない。
【０００７】
デコンボリューションアルゴリズムによるコンプトン散乱に対する補正はＣ．Ｅ．Ｆｌｏｙｄ等によるＪ．Ｎｕｃｌ．Ｍｅｄ．，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，ｐｐ．４０３−４０８（１９８５年４月）の論文「ＤｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｔｏｎｓｃａｔｔｅｒｉｎＳＰＥＣＴ」から特に知られている。上記論文は本発明以外の散乱の型、即ち非弾性散乱に対する補正に関する。ＳＰＥＣＴは本質的にコンピュータ断層撮影法とは異なる技術である。ＳＰＥＣＴでは放射性物質の導入後に検査されるべき対象内に生ずる放射が検出される。その様なシステム内では散乱は特に放射源の位置が散乱のために不明確になるため不鮮明さが引き起こされる。
【０００８】
本発明の実施例はデコンボリューション関数は統計的技術により決定されることを特徴とする。弾性散乱は実質的に前方に向かい、横切られた物体の量に依存する。故にたとえ単純な形状でも適切な精度の解析的計算は不可能である。故に弾性散乱は測定されるべき対象の形状及び寸法に大きく依存する。これは特にＣＴスキャナーでは対象は多数の角度から照射されるために顕著である。統計的技術が充分に正確なデコンボリューション関数の記述の決定を可能にする。
【０００９】
このバージョンでは好ましくはデコンボリューション関数はモンテカルロ法により決定されることを特徴とする。斯くして任意の形状及びその中で散乱の度合いの局所変化が生じている内部構造を有する対象内の弾性散乱の度合いの妥当な近似が得られうる。モンテカルロ法は例えばＸ線源が点状でない、コヒーレントでない、等々のような他の欠陥の源の影響を決定するのにまた用いられうるという利点をまた提供する。
【００１０】
本発明の実施例はデコンボリューション関数は対象の寸法の関数として決定され、パラメーター化されることを特徴とする。異なる寸法の幾つかの対象に対するデコンボリューション関数を決定することにより正確なパラメーター化が所与の範囲内で全ての寸法に対して補間により達成されうる。本発明の更なる実施例はデコンボリューション関数はコヒーレントでない（コンプトン）散乱をまた含むことを特徴とする。弾性散乱の補正に対するデコンボリューションの使用と同様にデコンボリューション関数の決定は他の画像の欠陥、特にコヒーレントでない散乱に対する補正のような補正に対するデコンボリューションと結合されうる。

【００１１】
本発明はコンピュータ断層画像を再構成する装置にまた関する。本発明による装置は該計算手段は対象内のＸ線の弾性散乱（コヒーレント散乱）の影響を表す成分を含むデコンボリューション関数を組み込むことを特徴とする。デコンボリューション関数は例えば表の形又はパラメーター化された形で計算手段内に格納されうる。好ましくはこの補正は位置感応検出器配列がガス充填検出器セルの感応性よりも高い感応性を有するが散乱された放射に対して本質的に区別を有さない固体検出器からなる場合に適用される。
【００１２】
【実施例】
以下に図を参照して本発明のこれらの及びより詳細な他の特徴を説明する。
図１にコンピュータ断層撮影装置の概略図を示す。それはスリット型の絞り２と共にＸ線の扇型に拡散する平面ビーム３を形成するＸ線源１、好ましくはＸ線管球からなる。分離した検出器セル５の配列４はＸ線源１の反対側に配置される。セルは共に位置感応Ｘ線検出システムを構成する。検出器セル５はガス（キセノン）充填検出器又は固体検出器である。平面ビーム３のＸ線源と検出器システムとの間の中間での厚さは１乃至１０ｍｍである。検出器セル５上に入射する放射の強度はＸ線源１と検出器配列４との間のテーブル６上に配置される検査されるべき対象又は患者７内での吸収によりほとんど決定される。対象又は患者７の周囲のフレーム１０によりＸ線源１と検出器配列４とを一緒に回転させることにより吸収は多数の異なる角度からの多数の線に沿って測定される。回転は断続的でも連続的でもよい。回転及び照射中に回転の軸の方向に対象又は患者７を変位させることもまた可能であり、それにより検出器を介してデータは対象又は患者７の三次元の意味のある体積からピックアップされる。回転システムはＸ線源及び検出器からなるが、この装置はまた回転せずに患者の周囲の全体に延在する検出器システムであってもよい。Ｘ線源として患者の周囲の環状の陽極を用いることができ、環状の陽極への電子ビームの入射の点は患者の周囲を動きまわる。
【００１３】
Ｘ線源１及び検出器配列４のどのような位置でも検出器により受けられる放射強度はデジタル化され計算装置１６に入力される。知られている欠陥の源及び外乱を補正した後に計算装置１６内で測定データは画像に変換され、画像マトリックスの形でメモリー１７内に格納される。この画像は再生装置を介して同時に又はより後の段階で可視化される。再生装置はモニター１８であり、また例えば紙又は透明フィルム上のハードコピーが得られるプリンター又はレーザーコピーのような他の適切な装置でもよい。
【００１４】
セル５により検出された強度はＸ線源１と検出器セル５との間の線に沿った吸収のみならず対象又は患者７内のＸ線の散乱によってもまた決定される。散乱された放射は空間内に実質的に均一に分布し、検査されるべき対象に関する情報を含まない。散乱は２つの影響を有する：まず第一にセルの方向内のＸ線源により放出された放射のより少ない量は適切なセルにより検出され、第二にセルはＸ線源により放出され、対象内で適切なセルに散乱された付加的な放射を検出する。散乱は陰影効果、組織の異なる型間の不鮮明な変化、高密度の領域間の明るい縞、アリニアリティ（ａｌｉｎｅａｒｉｔｙ）即ち吸収の対数が通過した経路長に比例せずＸ線源と検出セル間の対象の部分の吸収により乗算される、のようなアーティファクトをまた引き起こす。
【００１５】
上記散乱は実質的には全てコヒーレントでない散乱である。そのような散乱は空間内に均一に分布し、検出された強度を一定値だけ減少することにより比較的簡単に補正されうる。この一定値は物体の量、即ち対象及び患者７の寸法と物体の型に依存する。
所与の画像欠陥及びアーティファクトは均一に分布された放射に対する補正の最適化の後でさえも再構成された画像内に残ることが知られている。これは特に検出器セルが固体検出器の場合に生ずる。本発明によればこれらのアーティファクトはコヒーレントでない散乱に対する補正に加えて弾性（コヒーレント）散乱に対する補正を適用することにより画像から除去される。弾性散乱に対する補正はコヒーレント散乱関数とピックアップされた測定データのデコンボリューションにより達成される。図２にそのような関数の形を示す。強度は縦軸上に任意の単位でプロットされ、検出器配列上の散乱されない放射に対する入射の点から測定された検出器配列４に沿った位置は横軸上にプロットされている。示された距離は典型的な臨床用のＣＴスキャナー上の距離に対応する。散乱関数は原点に関して対称的である。散乱関数の形は統計的モンテカルロ法により決定され、ここで標準的な対象（ファントム）に対してはＸ線が弾性散乱される確率及びまたそのような散乱が生ずる角度の確率が仮定される。なされた仮定はこれらの変数の測定された値に基づく。このようなモンテカルロ法ではコヒーレントでない放射を決定することについて例えばＨａｎｇ−ＰｉｎｇＣｈａｎ等によるＭｅｄ．Ｐｈｙｓ．１２（２），ｐｐ．１５２−１６５（１９８５年）の論文「Ｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｃａｔｔｅｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｒａｄｉｏｌｏｇｙ：ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓ」に記載されている。異なる寸法の対象に対するこの関数の決定の後に及び検出システムの関数として散乱関数は対象の寸法に依存してパラメーター化されうる。
【００１６】
コヒーレント散乱に対する補正は以下のようにして実現される。検出器セルｉ上へ入射する強度Ｉ_ｉ上のコヒーレント散乱の影響は散乱されないＸ線信号Ｉ’のコンボリューションとして表しうる：
【００１７】
【数１】

【００１８】
ここでＣ_ｊはコヒーレント散乱関数の値であり、Ｉ’_ｉ−ｊはセルｉから距離ｉ−ｊでの検出器セルの方向内の放射の強度である。散乱によりセルｉ上に入射しない放射の成分は
【００１９】
【数２】

【００２０】
であり、セルｉでの強度の変化、即ち関数の中心値はＣ_{ｊ＝０}＝０＝１−Ｆである。散乱の度合い、つまり図２の関数の縦の尺度は対象内の物体の寸法又は量に比例する。
弾性散乱の寄与は比較的少ない、即ち１０％以下なので散乱関数の逆数は補正関数の適切な近似を構成する：ｋ≠０では
【００２１】
【数３】

【００２２】
及びｋ＝０では
【００２３】
【数４】

【００２４】
である。それ故強度の補正値は以下のようになる：
【００２５】
【数５】

【００２６】
ここでＩ及びＩ’はそれぞれ測定強度及び補正強度であり、
【００２７】
【数６】

【００２８】
は検出器セルの感度を表す参照値である。この手順は異なる方向から各照射に対して繰り返されねばならない。
図２に示されるデコンボリューション関数はファントムからの弾性散乱により決定された。統計的方法、特にモンテカルロ法を用いて複雑な内部構造を有する対象又は身体に対するデコンボリューション関数を決定することは既に可能である。異なる方向からの照射の影響はまた考慮に入れうる。実際その様な詳細な決定はより多くのコンピュータ容量を必要とし、ピックアップされたデータの処理はまたより多くのコンピュータ容量を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンピュータ断層撮影装置又はＣＴスキャナーの概略図を示す。
【図２】コヒーレント散乱を表す関数を示す図である。
【符号の説明】
１Ｘ線源
２絞り
３平面ビーム
４検出器配列
５検出器セル
６テーブル
７患者
１０フレーム
１６計算装置
１７メモリー
１８モニター

Claims

Ｘ線源と位置感応Ｘ線検出器配列の間に位置する対象をＸ線により照射する前記Ｘ線源及び前記位置感応Ｘ線検出器配列と、対象に関して前記Ｘ線源を回転させ、多数の方向で検査されるべき対象の多数のＸ線画像をピックアップする手段と、検出されたＸ線画像に基づいて対象の密度分布を再構成する計算手段とを有し、前記計算手段はデコンボリューションにより再構成された画像内の画像の欠陥を減少するのに適切である、コンピュータ断層撮影装置であって、前記計算手段は対象内のＸ線の弾性散乱（コヒーレント散乱）の影響を表す成分を含むデコンボリューション関数を組み込み、前記デコンボリューション関数は統計的技術により決定されることを特徴とする装置。
デコンボリューション関数はモンテカルロ法により決定されることを特徴とする請求項１記載の装置。
デコンボリューション関数は対象の寸法の関数として決定され、パラメーター化されることを特徴とする請求項２記載の装置。
デコンボリューション関数はコヒーレントでない（コンプトン）散乱から得られる成分も含むことを特徴とする請求項１記載の装置。