JP4558856B2 - スケーリング可能なマルチスライス型計算機式断層撮影システムにおけるユーザ・インタフェイス、ホスト計算機および画像作成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般的には、計算機式断層撮影（ＣＴ）イメージングに関し、より具体的には、スケーリング可能（scalable）なＸ線コリメータ、Ｘ線検出器、Ｘ線データ取得システム、スキャン・データ処理、及びスキャン画像再構成を持つマルチスライス型ＣＴスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なＣＴの患者のスキャンは、アキシャル(axial) モード（即ち、患者テーブルが停止し、スキャンが実行され、次いで患者テーブルが次の位置に移動されるモード）又はヘリカル(helical) モード（即ち、スキャン中に患者テーブルが間断なく移動するモード）のいずれかで行われている。シングル・スライス型スキャナが通常であり、デュアル（２）・スライス型ＣＴシステムも公知である。市販のデュアル・スライス型システムのうち少なくとも一部のものには、いくつかの制限がある。一般的には、上述のようなスキャンを行う際には、患者スキャン速度と画質とＸ線管の負荷との間の兼ね合いを図らなければならない。例えば、向上した画質を得るためには、患者のスキャン速度を減少させるか、Ｘ線管の負荷を増大させるか、又はこの両方を行わなければならない可能性がある。患者のスキャン速度を増大させると、画質が劣化したり、Ｘ線管の負荷の増大が要求されたり、又はこの両方が生じ得る。現在のところ、患者のスキャン速度を増大させ、画質を向上させ、且つＸ線管の負荷を減少させるという利点を提供する公知のシステムは存在していない。
【０００３】
更に、公知の市販のデュアル・スライス型システムは、２スライス分を超えるデータを収集するように構成することができていないため、スケーリング可能ではない。現在のところ、アキシャル・スキャンの場合にはスライス厚及び１回転当たりの画像数を、またヘリカル・スキャンの場合にはスライス厚、スキャン・モード及びスキャン速度をオペレータにより選択することが可能である公知のシステムは存在していない。
【０００４】
【発明の概要】
これらの目的及び他の目的は、本発明のスケーリング可能なマルチスライス型システムで達成することができる。このシステムは、一実施態様では、スケーリング可能なマルチスライス検出器と、スケーリング可能なデータ取得システム（ＳＤＡＳ）と、スケーリング可能なスキャン管理、制御及び画像再構成の各処理と、スケーリング可能な画像の表示及び分析とを含んでいる。本明細書では、「スケーリング可能な」という用語は一般に、オペレータが所望のスライス数及び表示したい画像のスライス厚を容易且つ簡便に選択することができることを意味する。本発明のマルチスライス型システムでは、多数行分のＸ線スキャン・データを取得することができる。加えて、患者のスキャン速度を増大させ、画質を向上させると共に、Ｘ線管の負荷を減少させることができる。
【０００５】
アキシャル・マルチスライス・スキャン・モードでは、多数行分のスキャン・データを画像再構成の前に処理することができ、このデータを用いて、多数の薄いスライスか、又はより少ない数のより厚いスライスかのいずれかを少ない画像アーティファクトで作成することができる。加えて、スライス厚がより厚い画像は、後で、臨床診断での需要に基づいて、より薄いスライスの画像として遡行的に再構成することができる。その結果、目視、フィルム撮影及び保管のために不要な画像数が減少する。加えて、患者に対する診断のために、ｚ軸分解能の高い画像を後で再構成することもできる。
【０００６】
ヘリカル・マルチスライス・スキャン・モードでは、患者テーブル速度、並びにＸ線ビーム及び検出器コリメーションの多数の組み合わせにより、異なるｚ軸分解能の画像を作成することが可能になる。例えば、３０ｍｍ／回転のテーブル速度において、５ｍｍ〜１０ｍｍのスライスの画像を作成することができる。厚目のスライス（例えば、１０ｍｍ）の画像は順行(prospective) 的に作成することができ、これにより、画像数を少なくして画像の再構成時間を短縮するという利点が得られる。その後に、より薄いスライスの画像を同じデータを用いて遡行的に作成することができる。このような薄目のスライスの画像は、臨床応用での需要に応じて必要とされる場合がある。このような薄目のスライスの画像は、患者を再スキャンすることなく作成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面を参照して説明すると、図１には、本発明の一実施例による計算機式断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を示しており、該システムは「第３世代」ＣＴスキャナにおいて典型的なガントリ１２を含んでいるものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビームをガントリ１２の対向する側に設けられている検出器の配列体（アレイ）１６に向かって投射する。検出器配列体１６は複数の検出器モジュールによって形成されており、これらの検出器モジュールは患者１８を通過した投射Ｘ線を感知する。各々の検出器モジュールは、入射するＸ線ビームの強度を表す電気信号、従って患者１８を通過した際のＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生する。
【０００８】
Ｘ線投影データを取得するためのスキャン中に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着された構成部品は、回転中心の周りを回転する。モータ式テーブル２０が、患者１８をガントリ１２に対して位置決めする。具体的には、テーブル２０は、スキャン中に患者１８の一部分をガントリ開口２２の中に移動させる。
以下に、システムのハードウェア・アーキテクチャ、様々なスキャン・モード、及び代表的なユーザ・インタフェイスに関して説明する。
【０００９】
システムのハードウェア・アーキテクチャ
図２は、図１に示すシステムのブロック概略図である。図２に示すように、システム１０は、ホスト計算機２４を含んでおり、ホスト計算機２４は、画像及びメッセージをオペレータに対して表示するためのモニタ（ユーザ・インタフェイス）２６に結合されている。計算機２４はまた、オペレータが計算機２４に対して情報及びコマンドを入力することを可能にするキーボード２８及びマウス３０に結合されている。計算機２４はまた、スキャン及び再構成制御ユニット（ＳＲＵ）３２にも結合されている。ＳＲＵ３２は、画像作成制御を含んでいる。特定の一実施例では、ＳＲＵ３２は、ＩＲＩＸオペレーティング・システム上で動作するＳＧＩＰＣＩベースの中央処理ユニットを含んでいる。ＳＲＵ３２はまた、データ取得システム（後述）とインタフェイス接続するためのインタフェイス・プロセッサと、前処理を行う当業界で公知のスキャン・データ補正用ディジタル信号処理ボードとを含んでいる。ＳＲＵ３２はまた、当業界で公知のように、フィルタ補正逆投影及び後処理の演算用の画像作成装置を含んでいる。
【００１０】
ＳＲＵ３２には定置コントローラ３４が接続されており、定置コントローラ３４はテーブル・コントローラ３６に結合されている。定置コントローラ３４はまた、スリップリング３８を介して、オンボード・コントローラ４０及びスケーリング可能なデータ取得システム（ＳＤＡＳ）４２に接続されている。スリップリング３８は、スリップリングの境界を横断する信号の無接点伝送を可能にしており、境界を横断するデータ及びコマンド伝送に必要な帯域幅を維持している。ＳＤＡＳ４２は、検出器１６からデータをサンプリングして取得し、サンプリングされたアナログ信号をディジタル信号へ変換する。ＳＤＡＳ４２は、この特定の実施例では、４行のデータ取得を維持するために４８個の交換可能なコンバータ・カードを含んでいる。２行のデータ取得のためには、２４個のカードを用いることができる。この特定の実施例では、１枚のコンバータ・カード当たり６４個の入力チャネルが存在しており、１４０８Ｈｚのサンプリングを行うことができる。ＳＤＡＳ４２はまた、信号を増幅するためのフロント・エンド前置増幅器を含んでいる。出力データに対して、前方誤差補正が適用される。
【００１１】
オンボード・コントローラ４０は、Ｘ線源１４の動作、及び上述のようにアナログ信号をディジタル・データへ変換するＳＤＡＳ４２の動作を制御する。Ｘ線源１４は、Ｘ線管４６に結合されている高電圧発生装置４４を含んでいる。Ｘ線管４６は例えば、ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ（所在地：米国ウィスコンシン州ミルウォーキ）から市販されている少なくともいくつかのＣＴシステムで現在用いられているジェミニ−１（Gemini-1）管のような当業界で公知の管であってもよい。Ｘ線管４６によって投射されるビームは、プリペイシェント・カム・コリメータ４８を通過して、検出器１６（１６行型の検出器として図示されている）に入射する。カム・コリメータ４８もまたオンボード・コントローラ４０によって制御されている。検出器１６からの出力が、ＳＤＡＳ４２へ供給される。
【００１２】
システム１０の動作に関して説明すると、図２では、データの流れが太い実線で図示されており、制御の流れが細い実線で示されており、リアル・タイムの制御の流れが破線で示されている。各々の流れに関連して示した参照番号の内容を以下に掲げる。
１：オペレータからのスキャン及び再構成の指定
２：「マスタ」コントローラへのスキャン指定
３：分配されるスキャン・パラメータ
３ａ：テーブル位置
３ｂ：回転パラメータ
３ｃ：ｋＶ及びｍＡの選択
３ｄ：Ｘ線ビーム・コリメーション及びフィルタの選択
３ｅ：検出器のスライス厚及びＳＤＡＳの利得の選択
４：スキャン動作中のリアル・タイム制御信号
５：高電圧
６：未コリメートのＸ線ビーム
７：コリメート後のＸ線ビーム
８：アナログ・スキャン・データ
９：ディジタル・スキャン・データ
１０：患者の画像
一般的に述べると、ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、コントローラ３４によって制御されている。定置コントローラ３４の制御下にあるオンボード・コントローラ４０は、Ｘ線源１４に対して電力信号及びタイミング信号を供給する。ＳＤＡＳ４２が、検出器１６からのアナログ・データをサンプリングし、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。ＳＲＵ３２は、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＳＤＡＳ４２から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像は計算機２４への入力として印加され、計算機２４は大容量記憶装置に画像を記憶させる。
【００１３】
計算機２４はまた、キーボード２８及びマウス３０を介して、オペレータからコマンド及び走査パラメータを受け取る。オペレータは、モニタ２６によって、再構成された画像、及び計算機２４からのその他のデータを観測することができる。オペレータが供給したコマンド及びパラメータは、制御信号及び情報を供給するために、計算機２４によって用いられる。加えて、コントローラ３６は、モータ式テーブル２０を制御して患者１８を位置決めする（図１）。
【００１４】
スキャン・モード
一般的には、上述のＣＴシステムは、１スライス、２スライス又はこれよりも多いスライスのデータを収集するように動作することが可能である。このシステムによって、アキシャル・スキャン及びヘリカル・スキャンを行うことができ、スキャンされた物体の断面画像の処理、再構成、表示及び／又は保管を行うことができる。スケーリング可能なアキシャル画像の再構成及び表示とは、例えば、画像厚、スライス数及び表示したい画像数の選択可能性のことを指している。更に、このシステムは、何らかの特定の画像再構成アルゴリズムによって実行されるように限定されているものではなく、多くの異なる再構成アルゴリズムを利用することができるものとなっている。アルゴリズムの実例は、米国特許第５，４６９，４８７号、同第５，５１３，２３６号、同第５，５４１，９７０号、同第５，５５９，８４７号及び同第５，６０６，５８５号、並びに同時係属中の米国特許出願第０８／５６１，３８２号（１９９５年１１月２１日出願）、同第０８／７７９，９６１号（１９９６年１２月２３日出願）及び同第０８／７９７，１０１号（１９９７年１１月２６日出願）に記載されている。これらの特許及び特許出願は、本出願人に譲渡されており、ここに参照されるべきものである。
【００１５】
アキシャル・マルチスライス・スキャン・モードでは、多数行分のスキャン・データを画像再構成の前に処理することができ、このデータを用いて、多数の薄いスライスか、又はより少ない数のより厚いスライスかのいずれかを少ない画像アーティファクトで作成することができる。加えて、スライス厚がより厚い画像は後になって、臨床診断での需要に基づいて、より薄いスライスの画像として遡行的に再構成することができる。その結果、目視、フィルム撮影及び保管に不要な画像数が減少する。加えて、患者に対する診断を下すために、ｚ軸分解能が高い画像を後になって再構成することができる。
【００１６】
アキシャル・マルチスライス・モードの例を以下の表１に掲げる。
特定の一実施例として、２ｉモードでの画像厚２．５ｍｍのアキシャル・モード取得では、選択することのできるいくつかの遡行的再構成の選択肢がある。例えば、１．２５ｍｍのスライス厚を有する４つの画像を再構成することもできるし、２．５ｍｍのスライス厚を有する２つの画像を再構成することもできるし、５ｍｍのスライス厚を有する１つの画像を再構成することもできる。従って、スキャンが行われたモード（即ち、２ｉ）と比較して、より薄いスライス厚を有するより多くの画像（例えば、４つの画像）を遡行的に再構成することができる。加えて、スキャンが行われたモードと比較して、より厚いスライス厚を有するより少ない画像（例えば、１つの画像）を遡行的に再構成することもできる。
【００１７】
更に、画像を保管することに関して、このシステムは、記憶スペースをより少なくしか要求しないようなより少ない画像を記憶することを可能にする。例えば、２０ｍｍの患者の解剖学的構造を２ｉモードでスキャンすると、８０の画像を作成することができる。２０ｍｍの患者の解剖学的構造の８０の画像の記憶には、大量のメモリを必要とする。ところが、２０ｍｍの患者の解剖学的構造のすべてについて高分解能が要求されるわけではない場合が多い。例えば、このような高分解能を要求する解剖学的構造は、約５ｍｍに過ぎないかも知れない。２．５ｍｍ厚の２ｉモード・スキャンで収集されたデータを用いると、オペレータは、解剖学的構造の大半については５ｍｍ厚を有する画像を遡行的に再構成し、より高い分解能が要求される位置でのみ、より薄い画像スライス（例えば、１．２５ｍｍ）を再構成することができる。この遡行的再構成を用いると、保管されるべき画像数を大幅に減少させることができる。
【００１８】
上述の遡行的再構成は、ユーザ・インタフェイスを介して提供され、このような遡行的再構成が可能であるのは、スキャン・データが後に詳述するマルチスライス検出器を用いて収集されているからである。利用可能な薄いスライスのスキャン・データを用いて、オペレータは、遡行的再構成を実行するときに多くの異なるスライス厚からの選択を行うことができる。
【００１９】
ヘリカル・マルチスライス・スキャン・モードでは、患者テーブル速度、並びにＸ線ビーム及び検出器のコリメーションの多数の組み合わせにより、異なるｚ軸分解能の画像を作成することが可能になる。例えば、３０ｍｍ／回転のテーブル速度において、５ｍｍ〜１０ｍｍのスライスの画像を作成することができる。
厚目のスライス（例えば、１０ｍｍ）の画像は、順行的に作成することができ、これにより、画像数を減少させると共に画像の再構成時間を短縮するという利点が得られる。後になって、より薄いスライスの画像を同じデータを用いて遡行的に作成することができる。このようなより薄いスライスの画像は、臨床応用での需要に応じて必要とされる場合がある。このようなより薄いスライスの画像を、患者を再スキャンしないでも作成することができる。
【００２０】
ヘリカル・マルチスライス・モードの例を以下の表２に掲げる。
例えば、３．７５ｍｍ／回転（即ち、各々のガントリ回転毎に患者テーブルが３．７５ｍｍずつ移動する）の高画質スキャン・モード、又は７．５ｍｍ／回転の高速スキャン・モードの場合には、１．２５ｍｍ及び２．５ｍｍのスライス厚を有する画像を遡行的に再構成することができる。アキシャル・マルチスライス・モードの場合と同様に、システムの各構成要素の特定の構造に応じて、他の多くの代替的な方法を用いることが可能である。ここでも、遡行的再構成におけるこのような融通性は、所望の画像を記憶するのに必要なメモリを減少させながら、しかも必要な分解能を有している画像を作成することを可能にすることを含め、多くの利点をもたらしている。
【００２１】
ユーザ・インタフェイスの例
図３は、図１及び図２に示すシステムと共に用いることのできるスキャン・ユーザ・インタフェイスの実施例である。このインタフェイスは、ホスト計算機２４（図２）に記憶されているインストラクション・セットとして実現され、ホスト計算機のモニタ上に表示される。このスキャン・ユーザ・インタフェイスでは、オペレータは、スキャン・モード、即ちヘリカルかアキシャルかを選択し、また、各々のモードに関連した様々なスキャン・パラメータを選択することができる。この選択は例えば、所望のパラメータに対応している所望の領域に単純に触れることによりユーザによって行われる。接触検知（touch sensitive ）型インタフェイスは周知である。言うまでもなく、他の多くの種類のインタフェイスを用いることができ、図３に示すインタフェイスはインタフェイスの一例であるに過ぎない。
【００２２】
ヘリカル・モードでは、オペレータは、所望のスライス厚、スキャン・モード及びスキャン速度を選択する。表２に関連して前述したように、「Ｈｉ−Ｑ」スキャンは高画質スキャンに対応しており、「Ｈｉ−Ｓｐｅｅｄ」スキャンは高速の患者テーブル速度に対応している。アキシャル・スキャンでは、オペレータは、所望のスライス厚及び１回転当たりの作成されるべき画像数を選択する。
【００２３】
現在のところ、本発明で提供されているようなスケーリング可能なスキャン管理、制御及び画像再構成の各処理、並びにスケーリング可能な画像の表示及び分析を可能にするマルチスライス型ＣＴシステムは存在していない。本発明のシステムによれば、オペレータは、所望のスライス数及び表示したい画像のスライス厚を容易且つ簡便に選択することができる。加えて、患者のスキャン速度を増大させ、画質を向上させると共に、Ｘ線の負荷を減少させることができる。
【００２４】
更なる構成要素の詳細
以下に、本発明の一実施例による代表的なスケーリング可能なマルチスライス型ＣＴシステムの構成要素について記載する。以下には、特定の構成要素の詳細を説明するが、多くの代替的な実施例が可能であることを理解されたい。例えば、１つの特定の検出器について記載するが、本発明のシステムには他の検出器を用いることもでき、本発明は、何らかの特定の種類の検出器によって実行されるように限定されているものではない。詳しく述べると、以下に記載する検出器は複数のモジュールを含んでおり、各々のモジュールは複数の検出器セルを含んでいる。以下に記載するような特定の検出器の代わりに、ｚ軸に沿ってセグメント化されていないセルを有している検出器、並びに／又はｘ軸及び／若しくはｚ軸に沿っていずれの方向にも連結してスケーリング可能なマルチスライス・スキャン・データを同時に取得することができるような多数の素子を備えた多数のモジュールを有する検出器を利用することができる。
【００２５】
具体的には、図４及び図５を見ると、検出器１６は、複数の検出器モジュール５０を含んでいる。各々の検出器モジュール５０は、プレート５４によって検出器ハウジング５２に固定されている。各々のモジュールは、多次元のシンチレータ配列体５６と、高密度半導体配列体（図面では見えない）とを含んでいる。シンチレータ配列体５６に隣接してこれを覆うようにして、ポスト・ペイシェント・コリメータ（図示されていない）が配置されており、Ｘ線ビームがシンチレータ配列体５６に入射する前にＸ線ビームをコリメートする。シンチレータ配列体５６は、配列して構成されている複数のシンチレーション素子を含んでおり、半導体配列体は、同一の配列に構成されている複数のフォトダイオードを含んでいる。フォトダイオードは基材５８上に堆積又は形成されており、シンチレータ配列体５６は基材５８を覆うように配置されて、基材５８に固定されている。
【００２６】
フォトダイオード配列体には、スイッチ及びデコーダ装置６０が結合されている。フォトダイオードは、シンチレータ配列体５６に光学的に結合されており、シンチレータ配列体５６によって出力される光を表す信号を伝送するための電気出力線を有している。具体的には、各々のフォトダイオードは、シンチレータ配列体５６のある特定のシンチレータごとにビーム減衰測定値である個別の低レベルのアナログ出力信号を発生する。フォトダイオードの出力線は、半導体配列体、即ちフォトダイオード配列体の裏面から伸びており、それぞれの装置６０に接続（例えば、ワイヤ・ボンディング）されている。
【００２７】
スイッチ装置６０は、フォトダイオード配列体と同様のサイズを有する多次元の半導体スイッチ配列体であり、このスイッチ装置６０は、半導体配列体とＳＤＡＳ４２（図２）との間で電気回路を成すように結合されている。装置６０は、一実施例では、多次元の配列体として構成されている複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含んでいる。各々のＦＥＴは、それぞれのフォトダイオードの出力線の１つに電気的に接続されている入力線と、出力線と、制御線（図示されていない）とを含んでいる。ＦＥＴの出力線及び制御線は、可撓性電気ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に電気的に接続されている。具体的には、フォトダイオードの出力線のうち約２分の１が配列体の一方の側で各々のＦＥＴ入力線に電気的に接続されており、フォトダイオードの出力線のうち残りの２分の１が配列体の他方の側でＦＥＴ入力線に電気的に接続されている。
【００２８】
デコーダは、各々のスライスについて、所望のスライス数及びスライス分解能に従って、フォトダイオードの出力をイネーブル（作動可能）にしたり、ディスエーブル（作動不可能）にしたり、又は組み合わせたりするようにＦＥＴの動作を制御する。デコーダは、一実施例では、当業界で公知のデコーダ・チップ又はＦＥＴコントローラであり、デコーダは、ＦＥＴ及びＳＤＡＳ４２に結合されている複数の出力線及び制御線を含んでいる。具体的には、デコーダの出力は、スイッチ装置の制御線に電気的に接続されており、ＦＥＴをイネーブルにして適正なデータを送信する。デコーダの制御線は、ＦＥＴの制御線に電気的に接続されており、どの出力をイネーブルにするかを決定する。デコーダを利用して、特定のＦＥＴをイネーブルにしたり、ディスエーブルにしたり、又はＦＥＴの出力を組み合わせたりして、特定のフォトダイオードの出力がＳＤＡＳ４２に電気的に接続されるようにする。検出器１６についての更なる詳細は、１９９７年１１月２６日出願の米国特許出願第０８／９７８８０５号「スケーリング可能なマルチスライス・スキャン方式計算機式断層撮影法システム用のフォトダイオード配列体（Photodiode Array For A Scalable Multislice Scanning Computed Tomography System）」に記載されている。この出願は、本出願人に譲渡されており、その全体としてここに参照されるべきものである。
【００２９】
特定の一実施例では、検出器１６は、５７個の検出器モジュール５０を含んでいる。半導体配列体及びシンチレータ配列体５６は、それぞれ１６×１６配列のサイズを有している。結果的に、検出器１６は、１６行及び９１２列（１６×５７モジュール）を有し、これにより、ガントリ１２の各回転毎に１６スライス分のデータが同時に収集されることが可能になる。言うまでもなく、本発明は、いかなる特定の配列体サイズにも限定されておらず、配列体は、特定のオペレータの需要に応じて、より大きくてもより小さくてもよいものとする。また、検出器１６は、多くの異なるスライス厚及びスライス数モード、例えば、１スライス・モード、２スライス・モード及び４スライス・モードで動作することができる。例えば、ＦＥＴは、１行又はそれよりも多い行のフォトダイオード配列体から４スライス分のデータが収集されるように、４スライス・モードとして構成されることができる。デコーダの制御線によって画定されるＦＥＴの特定の構成に応じて、様々な組み合わせのフォトダイオード出力をイネーブルにしたり、ディスエーブルにしたり、組み合わせたりして、スライス厚が例えば、１．２５ｍｍ、２．５ｍｍ、３．７５ｍｍ又は５ｍｍになるようにすることができる。更なる例としては、１．２５ｍｍ厚から２０ｍｍ厚にわたるスライスによる１つのスライスを含むシングル・スライス・モード、及び１．２５ｍｍ厚から１０ｍｍ厚にわたるスライスによる２つのスライスを含む２スライス・モードがある。ここに記載した以外の更なるモードも可能である。
【００３０】
図６は、図１に示すＣＴシステムの幾何的構成の図であり、ガントリの座標系を示している。以下の図面ではこの座標系を参照するが、この座標系は、説明の目的のために掲げられているに過ぎない。具体的には、ｘ軸は、ガントリ１２の回転円に接する軸を指す。ｙ軸は、ガントリ１２のイソセンタ（ＩＳＯ）からＸ線管の焦点に向かって伸びる半径方向の軸を指す。ｚ軸は、走査平面に関して長手方向（内／外）に伸びる軸である。患者は、スキャン動作中は、患者テーブル２０上でｚ軸に沿って並進させられる。
【００３１】
図７を見ると、マルチスライス・スキャン動作の際には、様々なｚ軸位置においてデータが収集される。具体的には、図７は、ガントリ１２の側面から見たシステム１０の概略図である。Ｘ線管４６は、アノード／ターゲット６４と、カソード６６とを含んでいる。未コリメートの（即ち、コリメートされていない）Ｘ線ビーム６８が管４６によって放出されて、カム・コリメータ４８を通過する。コリメータ４８は、ボウタイ・フィルタ７０と、タングステン・カム７２とを含んでいる。図２に関連して説明したように、カム７２の位置は、ホスト計算機２４からＳＲＵ３２及び定置コントローラ３４を介してコマンドを受け取るオンボード・コントローラ４０によって制御される。カム７２の位置を精密に制御するためには、例えばステッパ・モータがカム７２に接続される。カム・コリメータ４８の各カム７２は、ユーザが選択したデータ収集モードに応じて、各カム７２の間の間隔及びコリメータ開口の中心に対する各カム７２の位置について独立に調節され得る。
【００３２】
コリメートされたＸ線ビーム７４は、カム・コリメータ４８から放出され、そしてビーム７４は患者１８（図１）を通過して検出器１６に入射する。上述のように、検出器１６は、コリメータ７６と、シンチレータ配列体５６と、フォトダイオード／スイッチング配列体７８（フォトダイオード配列体及びスイッチング配列体は図７では一体ユニットとして示されているが、前述したように別個の配列体であってもよい）とを含んでいる。配列体７８からの出力は、可撓性ケーブルを介してＳＤＡＳ４２に供給されて処理される。
【００３３】
以下の記載は、スライス数及びスライス厚についてスケーリング可能性を提供するカム・コリメータ４８及び検出器１６の動作に関するものである。カム・コリメータ４８の動作及び検出器１６の動作は、ここでは別個のものとして記載されることもあるが、コリメータ４８及び検出器１６は、組み合わせとして動作して、所望のスライス数及びスライス厚を提供することを理解されたい。
【００３４】
更に詳しく述べると、図８、図９及び図１０は、カム・コリメータ４８の動作を示している。図８は、中央に位置する幅広のビーム（例えば、５ｍｍのスライス厚で４スライス分のデータを得るためのビーム）を放出するように構成されているカム・コリメータ４８を示している。中央に位置するより幅の狭いビームについては、図９に示すように、カム７２は、ビーム６８の中心に対して等分の量で内側に移動している。例えば、図９に示すように構成されているカム・コリメータは、１．２５ｍｍのスライス厚で４スライス分のデータを得るために用いることができる。
【００３５】
コリメータ４８はまた、管４６の動作中に生じ得るｚ軸ビーム・オフセットを調節するために用いることもできる。具体的には、図１０を見ると、カム７２は、「カム・オフセット」との説明書きが添えてある矢印によって示すように、ビーム６８の中心から不等の距離に位置していてもよい。図１０に示すようにカム７２をずらすことにより、ビーム７４は、「ビーム・オフセット」との説明書きが添えてある矢印によって示すようにずれる。
後に詳述するように、カム・コリメータ４８の所でビーム７４の位置及び幅を制御することにより、多くの異なるスライス数及びスライス厚についてデータを得るようにスキャンを行うことができる。例えば、図１１は、５．０ｍｍのスライス厚によって４スライス分のデータを得たい場合に選択される検出器の構成に対応している。カム７２は、ｚ軸方向に広く離隔されており、２０ｍｍのコリメーションを提供し、フォトダイオードの出力は、４つの別個のスライスとしてスイッチング配列体７８によって組み合わされる。具体的には、各々のスライスのデータは、４つのフォトダイオードの出力を組み合わせて１つの信号とし（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）、各々のスライスのデータ信号（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）が可撓性ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に供給される。
【００３６】
１．２５ｍｍのスライス厚による４スライス分のデータについては、図１２に示す検出器構成を用いてもよい。具体的には、カム７２は、５．０ｍｍのスライス厚（図１１）の場合ほどには広く離隔していない。代わりに、カム７２は、５ｍｍのコリメーションを提供するようにｚ軸方向に離隔されており、フォトダイオードの出力は、４つの別個のスライスとしてスイッチング配列体７８によって組み合わされる。具体的には、各々のスライスのデータは、１つのフォトダイオードの出力を組み合わせて１つの信号とし（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）、各々のスライスのデータ信号（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）が可撓性ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に供給される。
【００３７】
言うまでもなく、システム１０を用いれば、スライス数及びスライス厚の他の多くの組み合わせが可能である。例えば、図１３を見ると、１．２５ｍｍのスライス厚による２スライス分のデータについては、カム７２を２．５ｍｍのコリメーションを提供するようにｚ軸方向に離隔させる。フォトダイオードの出力は、２つの別個のスライスとしてスイッチング配列体７８によって組み合わされる。具体的には、各々のスライスのデータは、１つのフォトダイオードの出力を組み合わせて１つの信号とし（１Ａ及び１Ｂ）、各々のスライスのデータ信号（１Ａ及び１Ｂ）が可撓性ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に供給される。上述のようにしてｚ軸に沿ってカム・コリメータ４８及びチャネル加算を制御することにより、多くの異なるスライス数及びスライス厚についてのスキャン・データを収集することができる。
【００３８】
以上の例示した代表的なシステムに対して多くの変形及び追加を施すことができる。例えば、グラフィック方式のユーザ・インタフェイスを用いれば、例えば、最適なテーブル速度、Ｘ線ビーム・コリメーション、データ収集スライス厚、Ｘ線ビームの電圧及び電流の値、並びに所望の画質を得るための再構成方法等について、ユーザが様々な形態でマルチスライス・スキャン及び画像再構成を容易に指定することができるようになる。このようなインタフェイスは、タッチ・スクリーン、音声又は他の使い易くわかり易い公知のインタフェイス方式によって駆動される。ホスト計算機は、オペレータによって行われる選択を更に単純化するために、行われるスキャンの種類に基づいて、様々な既定モードを含むように予めプログラミングされることができる。
【００３９】
再記すると、上述のマルチスライス型ＣＴシステムを用いて、１スライス、２スライス又はそれよりも多いスライスのデータを収集して、向上した融通性を提供することができる。このようなシステムはまた、良好な画質及びｚ軸分解能、並びに少ないＸ線管の負荷で高速のスキャン動作速度を可能にする。更に、このシステムを用いれば、オペレータは、マルチスライス・スキャン及び画像再構成のパラメータを容易に且つ迅速に指定することができる。
【００４０】
本発明の様々な実施例に関する以上の記載から、発明の目的が達せられたことは明らかである。本発明を詳細にわたって記述すると共に図解したが、これらは説明及び例示のみを意図したものであり、限定のためのものであると解釈してはならないことを明瞭に理解されたい。従って、本発明の要旨及び範囲は特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック図である。
【図３】図１及び図２に示すシステムに用いることのできるスキャン・ユーザ・インタフェイスの好ましい実施例を示す図である。
【図４】ＣＴシステム検出器配列体の斜視図である。
【図５】図４に示された検出器モジュールの斜視図である。
【図６】図１に示されたＣＴシステムの幾何的構成図である。
【図７】ガントリの側面から見たＸ線発生用構成部品及び検出器構成部品の概略図である。
【図８】図１に示すＣＴシステム内のカム・コリメータの動作を例示する図である。
【図９】図１に示すＣＴシステム内のカム・コリメータの動作を例示する図である。
【図１０】図１に示すＣＴシステム内のカム・コリメータの動作を例示する図である。
【図１１】様々なスライス数及び様々なスライス厚についてのスキャン・データの収集を概略的に例示する図である。
【図１２】様々なスライス数及び様々なスライス厚についてのスキャン・データの収集を概略的に例示する図である。
【図１３】様々なスライス数及び様々なスライス厚についてのスキャン・データの収集を概略的に例示する図である。
【符号の説明】
１０ 計算機式断層撮影法（ＣＴ）システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ 検出器配列体
１８ 患者
２０ モータ式テーブル
２２ ガントリ開口
２４ ホスト計算機
２６ モニタ（ユーザ・インタフェイス）
２８ キーボード
３０ マウス
３２ スキャン及び再構成制御ユニット（ＳＲＵ）
３４ 定置コントローラ
３６ テーブル・コントローラ
３８ スリップリング
４０ オンボード・コントローラ
４２ スケーリング可能なデータ取得システム（ＳＤＡＳ）
４４ 高電圧発生装置
４６ Ｘ線管
４８ プリペイシェント・カム・コリメータ
５０ 検出器モジュール
５２ 検出器ハウジング
５４ 固定用プレート
５６ 多次元シンチレータ配列体
５８ 基材
６０ スイッチ及びデコーダ装置
６２ 可撓性電気ケーブル
６４ アノード／ターゲット
６６ カソード
６８ 未コリメートのＸ線ビーム
７０ ボウタイ・フィルタ
７２ タングステン・カム
７４ コリメート後のＸ線ビーム
７６ ポスト・ペイシェント・コリメータ
７８ フォトダイオード／スイッチング配列体
【産業上の利用分野】
本発明は一般的には、計算機式断層撮影（ＣＴ）イメージングに関し、より具体的には、スケーリング可能（scalable）なＸ線コリメータ、Ｘ線検出器、Ｘ線データ取得システム、スキャン・データ処理、及びスキャン画像再構成を持つマルチスライス型ＣＴスキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なＣＴの患者のスキャンは、アキシャル(axial) モード（即ち、患者テーブルが停止し、スキャンが実行され、次いで患者テーブルが次の位置に移動されるモード）又はヘリカル(helical) モード（即ち、スキャン中に患者テーブルが間断なく移動するモード）のいずれかで行われている。シングル・スライス型スキャナが通常であり、デュアル（２）・スライス型ＣＴシステムも公知である。市販のデュアル・スライス型システムのうち少なくとも一部のものには、いくつかの制限がある。一般的には、上述のようなスキャンを行う際には、患者スキャン速度と画質とＸ線管の負荷との間の兼ね合いを図らなければならない。例えば、向上した画質を得るためには、患者のスキャン速度を減少させるか、Ｘ線管の負荷を増大させるか、又はこの両方を行わなければならない可能性がある。患者のスキャン速度を増大させると、画質が劣化したり、Ｘ線管の負荷の増大が要求されたり、又はこの両方が生じ得る。現在のところ、患者のスキャン速度を増大させ、画質を向上させ、且つＸ線管の負荷を減少させるという利点を提供する公知のシステムは存在していない。
【０００３】
更に、公知の市販のデュアル・スライス型システムは、２スライス分を超えるデータを収集するように構成することができていないため、スケーリング可能ではない。現在のところ、アキシャル・スキャンの場合にはスライス厚及び１回転当たりの画像数を、またヘリカル・スキャンの場合にはスライス厚、スキャン・モード及びスキャン速度をオペレータにより選択することが可能である公知のシステムは存在していない。
【０００４】
【発明の概要】
これらの目的及び他の目的は、本発明のスケーリング可能なマルチスライス型システムで達成することができる。このシステムは、一実施態様では、スケーリング可能なマルチスライス検出器と、スケーリング可能なデータ取得システム（ＳＤＡＳ）と、スケーリング可能なスキャン管理、制御及び画像再構成の各処理と、スケーリング可能な画像の表示及び分析とを含んでいる。本明細書では、「スケーリング可能な」という用語は一般に、オペレータが所望のスライス数及び表示したい画像のスライス厚を容易且つ簡便に選択することができることを意味する。本発明のマルチスライス型システムでは、多数行分のＸ線スキャン・データを取得することができる。加えて、患者のスキャン速度を増大させ、画質を向上させると共に、Ｘ線管の負荷を減少させることができる。
【０００５】
アキシャル・マルチスライス・スキャン・モードでは、多数行分のスキャン・データを画像再構成の前に処理することができ、このデータを用いて、多数の薄いスライスか、又はより少ない数のより厚いスライスかのいずれかを少ない画像アーティファクトで作成することができる。加えて、スライス厚がより厚い画像は、後で、臨床診断での需要に基づいて、より薄いスライスの画像として遡行的に再構成することができる。その結果、目視、フィルム撮影及び保管のために不要な画像数が減少する。加えて、患者に対する診断のために、ｚ軸分解能の高い画像を後で再構成することもできる。
【０００６】
ヘリカル・マルチスライス・スキャン・モードでは、患者テーブル速度、並びにＸ線ビーム及び検出器コリメーションの多数の組み合わせにより、異なるｚ軸分解能の画像を作成することが可能になる。例えば、３０ｍｍ／回転のテーブル速度において、５ｍｍ〜１０ｍｍのスライスの画像を作成することができる。厚目のスライス（例えば、１０ｍｍ）の画像は順行(prospective) 的に作成することができ、これにより、画像数を少なくして画像の再構成時間を短縮するという利点が得られる。その後に、より薄いスライスの画像を同じデータを用いて遡行的に作成することができる。このような薄目のスライスの画像は、臨床応用での需要に応じて必要とされる場合がある。このような薄目のスライスの画像は、患者を再スキャンすることなく作成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面を参照して説明すると、図１には、本発明の一実施例による計算機式断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を示しており、該システムは「第３世代」ＣＴスキャナにおいて典型的なガントリ１２を含んでいるものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビームをガントリ１２の対向する側に設けられている検出器の配列体（アレイ）１６に向かって投射する。検出器配列体１６は複数の検出器モジュールによって形成されており、これらの検出器モジュールは患者１８を通過した投射Ｘ線を感知する。各々の検出器モジュールは、入射するＸ線ビームの強度を表す電気信号、従って患者１８を通過した際のＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生する。
【０００８】
Ｘ線投影データを取得するためのスキャン中に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着された構成部品は、回転中心の周りを回転する。モータ式テーブル２０が、患者１８をガントリ１２に対して位置決めする。具体的には、テーブル２０は、スキャン中に患者１８の一部分をガントリ開口２２の中に移動させる。
以下に、システムのハードウェア・アーキテクチャ、様々なスキャン・モード、及び代表的なユーザ・インタフェイスに関して説明する。
【０００９】
システムのハードウェア・アーキテクチャ
図２は、図１に示すシステムのブロック概略図である。図２に示すように、システム１０は、ホスト計算機２４を含んでおり、ホスト計算機２４は、画像及びメッセージをオペレータに対して表示するためのモニタ（ユーザ・インタフェイス）２６に結合されている。計算機２４はまた、オペレータが計算機２４に対して情報及びコマンドを入力することを可能にするキーボード２８及びマウス３０に結合されている。計算機２４はまた、スキャン及び再構成制御ユニット（ＳＲＵ）３２にも結合されている。ＳＲＵ３２は、画像作成制御を含んでいる。特定の一実施例では、ＳＲＵ３２は、ＩＲＩＸオペレーティング・システム上で動作するＳＧＩＰＣＩベースの中央処理ユニットを含んでいる。ＳＲＵ３２はまた、データ取得システム（後述）とインタフェイス接続するためのインタフェイス・プロセッサと、前処理を行う当業界で公知のスキャン・データ補正用ディジタル信号処理ボードとを含んでいる。ＳＲＵ３２はまた、当業界で公知のように、フィルタ補正逆投影及び後処理の演算用の画像作成装置を含んでいる。
【００１０】
ＳＲＵ３２には定置コントローラ３４が接続されており、定置コントローラ３４はテーブル・コントローラ３６に結合されている。定置コントローラ３４はまた、スリップリング３８を介して、オンボード・コントローラ４０及びスケーリング可能なデータ取得システム（ＳＤＡＳ）４２に接続されている。スリップリング３８は、スリップリングの境界を横断する信号の無接点伝送を可能にしており、境界を横断するデータ及びコマンド伝送に必要な帯域幅を維持している。ＳＤＡＳ４２は、検出器１６からデータをサンプリングして取得し、サンプリングされたアナログ信号をディジタル信号へ変換する。ＳＤＡＳ４２は、この特定の実施例では、４行のデータ取得を維持するために４８個の交換可能なコンバータ・カードを含んでいる。２行のデータ取得のためには、２４個のカードを用いることができる。この特定の実施例では、１枚のコンバータ・カード当たり６４個の入力チャネルが存在しており、１４０８Ｈｚのサンプリングを行うことができる。ＳＤＡＳ４２はまた、信号を増幅するためのフロント・エンド前置増幅器を含んでいる。出力データに対して、前方誤差補正が適用される。
【００１１】
オンボード・コントローラ４０は、Ｘ線源１４の動作、及び上述のようにアナログ信号をディジタル・データへ変換するＳＤＡＳ４２の動作を制御する。Ｘ線源１４は、Ｘ線管４６に結合されている高電圧発生装置４４を含んでいる。Ｘ線管４６は例えば、ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ（所在地：米国ウィスコンシン州ミルウォーキ）から市販されている少なくともいくつかのＣＴシステムで現在用いられているジェミニ−１（Gemini-1）管のような当業界で公知の管であってもよい。Ｘ線管４６によって投射されるビームは、プリペイシェント・カム・コリメータ４８を通過して、検出器１６（１６行型の検出器として図示されている）に入射する。カム・コリメータ４８もまたオンボード・コントローラ４０によって制御されている。検出器１６からの出力が、ＳＤＡＳ４２へ供給される。
【００１２】
システム１０の動作に関して説明すると、図２では、データの流れが太い実線で図示されており、制御の流れが細い実線で示されており、リアル・タイムの制御の流れが破線で示されている。各々の流れに関連して示した参照番号の内容を以下に掲げる。
１：オペレータからのスキャン及び再構成の指定
２：「マスタ」コントローラへのスキャン指定
３：分配されるスキャン・パラメータ
３ａ：テーブル位置
３ｂ：回転パラメータ
３ｃ：ｋＶ及びｍＡの選択
３ｄ：Ｘ線ビーム・コリメーション及びフィルタの選択
３ｅ：検出器のスライス厚及びＳＤＡＳの利得の選択
４：スキャン動作中のリアル・タイム制御信号
５：高電圧
６：未コリメートのＸ線ビーム
７：コリメート後のＸ線ビーム
８：アナログ・スキャン・データ
９：ディジタル・スキャン・データ
１０：患者の画像
一般的に述べると、ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、コントローラ３４によって制御されている。定置コントローラ３４の制御下にあるオンボード・コントローラ４０は、Ｘ線源１４に対して電力信号及びタイミング信号を供給する。ＳＤＡＳ４２が、検出器１６からのアナログ・データをサンプリングし、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。ＳＲＵ３２は、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＳＤＡＳ４２から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像は計算機２４への入力として印加され、計算機２４は大容量記憶装置に画像を記憶させる。
【００１３】
計算機２４はまた、キーボード２８及びマウス３０を介して、オペレータからコマンド及び走査パラメータを受け取る。オペレータは、モニタ２６によって、再構成された画像、及び計算機２４からのその他のデータを観測することができる。オペレータが供給したコマンド及びパラメータは、制御信号及び情報を供給するために、計算機２４によって用いられる。加えて、コントローラ３６は、モータ式テーブル２０を制御して患者１８を位置決めする（図１）。
【００１４】
スキャン・モード
一般的には、上述のＣＴシステムは、１スライス、２スライス又はこれよりも多いスライスのデータを収集するように動作することが可能である。このシステムによって、アキシャル・スキャン及びヘリカル・スキャンを行うことができ、スキャンされた物体の断面画像の処理、再構成、表示及び／又は保管を行うことができる。スケーリング可能なアキシャル画像の再構成及び表示とは、例えば、画像厚、スライス数及び表示したい画像数の選択可能性のことを指している。更に、このシステムは、何らかの特定の画像再構成アルゴリズムによって実行されるように限定されているものではなく、多くの異なる再構成アルゴリズムを利用することができるものとなっている。アルゴリズムの実例は、米国特許第５，４６９，４８７号、同第５，５１３，２３６号、同第５，５４１，９７０号、同第５，５５９，８４７号及び同第５，６０６，５８５号、並びに同時係属中の米国特許出願第０８／５６１，３８２号（１９９５年１１月２１日出願）、同第０８／７７９，９６１号（１９９６年１２月２３日出願）及び同第０８／７９７，１０１号（１９９７年１１月２６日出願）に記載されている。これらの特許及び特許出願は、本出願人に譲渡されており、ここに参照されるべきものである。
【００１５】
アキシャル・マルチスライス・スキャン・モードでは、多数行分のスキャン・データを画像再構成の前に処理することができ、このデータを用いて、多数の薄いスライスか、又はより少ない数のより厚いスライスかのいずれかを少ない画像アーティファクトで作成することができる。加えて、スライス厚がより厚い画像は後になって、臨床診断での需要に基づいて、より薄いスライスの画像として遡行的に再構成することができる。その結果、目視、フィルム撮影及び保管に不要な画像数が減少する。加えて、患者に対する診断を下すために、ｚ軸分解能が高い画像を後になって再構成することができる。
【００１６】
アキシャル・マルチスライス・モードの例を以下の表１に掲げる。
【００１７】
更に、画像を保管することに関して、このシステムは、記憶スペースをより少なくしか要求しないようなより少ない画像を記憶することを可能にする。例えば、２０ｍｍの患者の解剖学的構造を２ｉモードでスキャンすると、８０の画像を作成することができる。２０ｍｍの患者の解剖学的構造の８０の画像の記憶には、大量のメモリを必要とする。ところが、２０ｍｍの患者の解剖学的構造のすべてについて高分解能が要求されるわけではない場合が多い。例えば、このような高分解能を要求する解剖学的構造は、約５ｍｍに過ぎないかも知れない。２．５ｍｍ厚の２ｉモード・スキャンで収集されたデータを用いると、オペレータは、解剖学的構造の大半については５ｍｍ厚を有する画像を遡行的に再構成し、より高い分解能が要求される位置でのみ、より薄い画像スライス（例えば、１．２５ｍｍ）を再構成することができる。この遡行的再構成を用いると、保管されるべき画像数を大幅に減少させることができる。
【００１８】
上述の遡行的再構成は、ユーザ・インタフェイスを介して提供され、このような遡行的再構成が可能であるのは、スキャン・データが後に詳述するマルチスライス検出器を用いて収集されているからである。利用可能な薄いスライスのスキャン・データを用いて、オペレータは、遡行的再構成を実行するときに多くの異なるスライス厚からの選択を行うことができる。
【００１９】
ヘリカル・マルチスライス・スキャン・モードでは、患者テーブル速度、並びにＸ線ビーム及び検出器のコリメーションの多数の組み合わせにより、異なるｚ軸分解能の画像を作成することが可能になる。例えば、３０ｍｍ／回転のテーブル速度において、５ｍｍ〜１０ｍｍのスライスの画像を作成することができる。
厚目のスライス（例えば、１０ｍｍ）の画像は、順行的に作成することができ、これにより、画像数を減少させると共に画像の再構成時間を短縮するという利点が得られる。後になって、より薄いスライスの画像を同じデータを用いて遡行的に作成することができる。このようなより薄いスライスの画像は、臨床応用での需要に応じて必要とされる場合がある。このようなより薄いスライスの画像を、患者を再スキャンしないでも作成することができる。
【００２０】
ヘリカル・マルチスライス・モードの例を以下の表２に掲げる。
【００２１】
ユーザ・インタフェイスの例
図３は、図１及び図２に示すシステムと共に用いることのできるスキャン・ユーザ・インタフェイスの実施例である。このインタフェイスは、ホスト計算機２４（図２）に記憶されているインストラクション・セットとして実現され、ホスト計算機のモニタ上に表示される。このスキャン・ユーザ・インタフェイスでは、オペレータは、スキャン・モード、即ちヘリカルかアキシャルかを選択し、また、各々のモードに関連した様々なスキャン・パラメータを選択することができる。この選択は例えば、所望のパラメータに対応している所望の領域に単純に触れることによりユーザによって行われる。接触検知（touch sensitive ）型インタフェイスは周知である。言うまでもなく、他の多くの種類のインタフェイスを用いることができ、図３に示すインタフェイスはインタフェイスの一例であるに過ぎない。
【００２２】
ヘリカル・モードでは、オペレータは、所望のスライス厚、スキャン・モード及びスキャン速度を選択する。表２に関連して前述したように、「Ｈｉ−Ｑ」スキャンは高画質スキャンに対応しており、「Ｈｉ−Ｓｐｅｅｄ」スキャンは高速の患者テーブル速度に対応している。アキシャル・スキャンでは、オペレータは、所望のスライス厚及び１回転当たりの作成されるべき画像数を選択する。
【００２３】
現在のところ、本発明で提供されているようなスケーリング可能なスキャン管理、制御及び画像再構成の各処理、並びにスケーリング可能な画像の表示及び分析を可能にするマルチスライス型ＣＴシステムは存在していない。本発明のシステムによれば、オペレータは、所望のスライス数及び表示したい画像のスライス厚を容易且つ簡便に選択することができる。加えて、患者のスキャン速度を増大させ、画質を向上させると共に、Ｘ線の負荷を減少させることができる。
【００２４】
更なる構成要素の詳細
以下に、本発明の一実施例による代表的なスケーリング可能なマルチスライス型ＣＴシステムの構成要素について記載する。以下には、特定の構成要素の詳細を説明するが、多くの代替的な実施例が可能であることを理解されたい。例えば、１つの特定の検出器について記載するが、本発明のシステムには他の検出器を用いることもでき、本発明は、何らかの特定の種類の検出器によって実行されるように限定されているものではない。詳しく述べると、以下に記載する検出器は複数のモジュールを含んでおり、各々のモジュールは複数の検出器セルを含んでいる。以下に記載するような特定の検出器の代わりに、ｚ軸に沿ってセグメント化されていないセルを有している検出器、並びに／又はｘ軸及び／若しくはｚ軸に沿っていずれの方向にも連結してスケーリング可能なマルチスライス・スキャン・データを同時に取得することができるような多数の素子を備えた多数のモジュールを有する検出器を利用することができる。
【００２５】
具体的には、図４及び図５を見ると、検出器１６は、複数の検出器モジュール５０を含んでいる。各々の検出器モジュール５０は、プレート５４によって検出器ハウジング５２に固定されている。各々のモジュールは、多次元のシンチレータ配列体５６と、高密度半導体配列体（図面では見えない）とを含んでいる。シンチレータ配列体５６に隣接してこれを覆うようにして、ポスト・ペイシェント・コリメータ（図示されていない）が配置されており、Ｘ線ビームがシンチレータ配列体５６に入射する前にＸ線ビームをコリメートする。シンチレータ配列体５６は、配列して構成されている複数のシンチレーション素子を含んでおり、半導体配列体は、同一の配列に構成されている複数のフォトダイオードを含んでいる。フォトダイオードは基材５８上に堆積又は形成されており、シンチレータ配列体５６は基材５８を覆うように配置されて、基材５８に固定されている。
【００２６】
フォトダイオード配列体には、スイッチ及びデコーダ装置６０が結合されている。フォトダイオードは、シンチレータ配列体５６に光学的に結合されており、シンチレータ配列体５６によって出力される光を表す信号を伝送するための電気出力線を有している。具体的には、各々のフォトダイオードは、シンチレータ配列体５６のある特定のシンチレータごとにビーム減衰測定値である個別の低レベルのアナログ出力信号を発生する。フォトダイオードの出力線は、半導体配列体、即ちフォトダイオード配列体の裏面から伸びており、それぞれの装置６０に接続（例えば、ワイヤ・ボンディング）されている。
【００２７】
スイッチ装置６０は、フォトダイオード配列体と同様のサイズを有する多次元の半導体スイッチ配列体であり、このスイッチ装置６０は、半導体配列体とＳＤＡＳ４２（図２）との間で電気回路を成すように結合されている。装置６０は、一実施例では、多次元の配列体として構成されている複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含んでいる。各々のＦＥＴは、それぞれのフォトダイオードの出力線の１つに電気的に接続されている入力線と、出力線と、制御線（図示されていない）とを含んでいる。ＦＥＴの出力線及び制御線は、可撓性電気ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に電気的に接続されている。具体的には、フォトダイオードの出力線のうち約２分の１が配列体の一方の側で各々のＦＥＴ入力線に電気的に接続されており、フォトダイオードの出力線のうち残りの２分の１が配列体の他方の側でＦＥＴ入力線に電気的に接続されている。
【００２８】
デコーダは、各々のスライスについて、所望のスライス数及びスライス分解能に従って、フォトダイオードの出力をイネーブル（作動可能）にしたり、ディスエーブル（作動不可能）にしたり、又は組み合わせたりするようにＦＥＴの動作を制御する。デコーダは、一実施例では、当業界で公知のデコーダ・チップ又はＦＥＴコントローラであり、デコーダは、ＦＥＴ及びＳＤＡＳ４２に結合されている複数の出力線及び制御線を含んでいる。具体的には、デコーダの出力は、スイッチ装置の制御線に電気的に接続されており、ＦＥＴをイネーブルにして適正なデータを送信する。デコーダの制御線は、ＦＥＴの制御線に電気的に接続されており、どの出力をイネーブルにするかを決定する。デコーダを利用して、特定のＦＥＴをイネーブルにしたり、ディスエーブルにしたり、又はＦＥＴの出力を組み合わせたりして、特定のフォトダイオードの出力がＳＤＡＳ４２に電気的に接続されるようにする。検出器１６についての更なる詳細は、１９９７年１１月２６日出願の米国特許出願第０８／９７８８０５号「スケーリング可能なマルチスライス・スキャン方式計算機式断層撮影法システム用のフォトダイオード配列体（Photodiode Array For A Scalable Multislice Scanning Computed Tomography System）」に記載されている。この出願は、本出願人に譲渡されており、その全体としてここに参照されるべきものである。
【００２９】
特定の一実施例では、検出器１６は、５７個の検出器モジュール５０を含んでいる。半導体配列体及びシンチレータ配列体５６は、それぞれ１６×１６配列のサイズを有している。結果的に、検出器１６は、１６行及び９１２列（１６×５７モジュール）を有し、これにより、ガントリ１２の各回転毎に１６スライス分のデータが同時に収集されることが可能になる。言うまでもなく、本発明は、いかなる特定の配列体サイズにも限定されておらず、配列体は、特定のオペレータの需要に応じて、より大きくてもより小さくてもよいものとする。また、検出器１６は、多くの異なるスライス厚及びスライス数モード、例えば、１スライス・モード、２スライス・モード及び４スライス・モードで動作することができる。例えば、ＦＥＴは、１行又はそれよりも多い行のフォトダイオード配列体から４スライス分のデータが収集されるように、４スライス・モードとして構成されることができる。デコーダの制御線によって画定されるＦＥＴの特定の構成に応じて、様々な組み合わせのフォトダイオード出力をイネーブルにしたり、ディスエーブルにしたり、組み合わせたりして、スライス厚が例えば、１．２５ｍｍ、２．５ｍｍ、３．７５ｍｍ又は５ｍｍになるようにすることができる。更なる例としては、１．２５ｍｍ厚から２０ｍｍ厚にわたるスライスによる１つのスライスを含むシングル・スライス・モード、及び１．２５ｍｍ厚から１０ｍｍ厚にわたるスライスによる２つのスライスを含む２スライス・モードがある。ここに記載した以外の更なるモードも可能である。
【００３０】
図６は、図１に示すＣＴシステムの幾何的構成の図であり、ガントリの座標系を示している。以下の図面ではこの座標系を参照するが、この座標系は、説明の目的のために掲げられているに過ぎない。具体的には、ｘ軸は、ガントリ１２の回転円に接する軸を指す。ｙ軸は、ガントリ１２のイソセンタ（ＩＳＯ）からＸ線管の焦点に向かって伸びる半径方向の軸を指す。ｚ軸は、走査平面に関して長手方向（内／外）に伸びる軸である。患者は、スキャン動作中は、患者テーブル２０上でｚ軸に沿って並進させられる。
【００３１】
図７を見ると、マルチスライス・スキャン動作の際には、様々なｚ軸位置においてデータが収集される。具体的には、図７は、ガントリ１２の側面から見たシステム１０の概略図である。Ｘ線管４６は、アノード／ターゲット６４と、カソード６６とを含んでいる。未コリメートの（即ち、コリメートされていない）Ｘ線ビーム６８が管４６によって放出されて、カム・コリメータ４８を通過する。コリメータ４８は、ボウタイ・フィルタ７０と、タングステン・カム７２とを含んでいる。図２に関連して説明したように、カム７２の位置は、ホスト計算機２４からＳＲＵ３２及び定置コントローラ３４を介してコマンドを受け取るオンボード・コントローラ４０によって制御される。カム７２の位置を精密に制御するためには、例えばステッパ・モータがカム７２に接続される。カム・コリメータ４８の各カム７２は、ユーザが選択したデータ収集モードに応じて、各カム７２の間の間隔及びコリメータ開口の中心に対する各カム７２の位置について独立に調節され得る。
【００３２】
コリメートされたＸ線ビーム７４は、カム・コリメータ４８から放出され、そしてビーム７４は患者１８（図１）を通過して検出器１６に入射する。上述のように、検出器１６は、コリメータ７６と、シンチレータ配列体５６と、フォトダイオード／スイッチング配列体７８（フォトダイオード配列体及びスイッチング配列体は図７では一体ユニットとして示されているが、前述したように別個の配列体であってもよい）とを含んでいる。配列体７８からの出力は、可撓性ケーブルを介してＳＤＡＳ４２に供給されて処理される。
【００３３】
以下の記載は、スライス数及びスライス厚についてスケーリング可能性を提供するカム・コリメータ４８及び検出器１６の動作に関するものである。カム・コリメータ４８の動作及び検出器１６の動作は、ここでは別個のものとして記載されることもあるが、コリメータ４８及び検出器１６は、組み合わせとして動作して、所望のスライス数及びスライス厚を提供することを理解されたい。
【００３４】
更に詳しく述べると、図８、図９及び図１０は、カム・コリメータ４８の動作を示している。図８は、中央に位置する幅広のビーム（例えば、５ｍｍのスライス厚で４スライス分のデータを得るためのビーム）を放出するように構成されているカム・コリメータ４８を示している。中央に位置するより幅の狭いビームについては、図９に示すように、カム７２は、ビーム６８の中心に対して等分の量で内側に移動している。例えば、図９に示すように構成されているカム・コリメータは、１．２５ｍｍのスライス厚で４スライス分のデータを得るために用いることができる。
【００３５】
コリメータ４８はまた、管４６の動作中に生じ得るｚ軸ビーム・オフセットを調節するために用いることもできる。具体的には、図１０を見ると、カム７２は、「カム・オフセット」との説明書きが添えてある矢印によって示すように、ビーム６８の中心から不等の距離に位置していてもよい。図１０に示すようにカム７２をずらすことにより、ビーム７４は、「ビーム・オフセット」との説明書きが添えてある矢印によって示すようにずれる。
後に詳述するように、カム・コリメータ４８の所でビーム７４の位置及び幅を制御することにより、多くの異なるスライス数及びスライス厚についてデータを得るようにスキャンを行うことができる。例えば、図１１は、５．０ｍｍのスライス厚によって４スライス分のデータを得たい場合に選択される検出器の構成に対応している。カム７２は、ｚ軸方向に広く離隔されており、２０ｍｍのコリメーションを提供し、フォトダイオードの出力は、４つの別個のスライスとしてスイッチング配列体７８によって組み合わされる。具体的には、各々のスライスのデータは、４つのフォトダイオードの出力を組み合わせて１つの信号とし（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）、各々のスライスのデータ信号（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）が可撓性ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に供給される。
【００３６】
１．２５ｍｍのスライス厚による４スライス分のデータについては、図１２に示す検出器構成を用いてもよい。具体的には、カム７２は、５．０ｍｍのスライス厚（図１１）の場合ほどには広く離隔していない。代わりに、カム７２は、５ｍｍのコリメーションを提供するようにｚ軸方向に離隔されており、フォトダイオードの出力は、４つの別個のスライスとしてスイッチング配列体７８によって組み合わされる。具体的には、各々のスライスのデータは、１つのフォトダイオードの出力を組み合わせて１つの信号とし（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）、各々のスライスのデータ信号（１Ａ、２Ａ、１Ｂ及び２Ｂ）が可撓性ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に供給される。
【００３７】
言うまでもなく、システム１０を用いれば、スライス数及びスライス厚の他の多くの組み合わせが可能である。例えば、図１３を見ると、１．２５ｍｍのスライス厚による２スライス分のデータについては、カム７２を２．５ｍｍのコリメーションを提供するようにｚ軸方向に離隔させる。フォトダイオードの出力は、２つの別個のスライスとしてスイッチング配列体７８によって組み合わされる。具体的には、各々のスライスのデータは、１つのフォトダイオードの出力を組み合わせて１つの信号とし（１Ａ及び１Ｂ）、各々のスライスのデータ信号（１Ａ及び１Ｂ）が可撓性ケーブル６２を介してＳＤＡＳ４２に供給される。上述のようにしてｚ軸に沿ってカム・コリメータ４８及びチャネル加算を制御することにより、多くの異なるスライス数及びスライス厚についてのスキャン・データを収集することができる。
【００３８】
以上の例示した代表的なシステムに対して多くの変形及び追加を施すことができる。例えば、グラフィック方式のユーザ・インタフェイスを用いれば、例えば、最適なテーブル速度、Ｘ線ビーム・コリメーション、データ収集スライス厚、Ｘ線ビームの電圧及び電流の値、並びに所望の画質を得るための再構成方法等について、ユーザが様々な形態でマルチスライス・スキャン及び画像再構成を容易に指定することができるようになる。このようなインタフェイスは、タッチ・スクリーン、音声又は他の使い易くわかり易い公知のインタフェイス方式によって駆動される。ホスト計算機は、オペレータによって行われる選択を更に単純化するために、行われるスキャンの種類に基づいて、様々な既定モードを含むように予めプログラミングされることができる。
【００３９】
再記すると、上述のマルチスライス型ＣＴシステムを用いて、１スライス、２スライス又はそれよりも多いスライスのデータを収集して、向上した融通性を提供することができる。このようなシステムはまた、良好な画質及びｚ軸分解能、並びに少ないＸ線管の負荷で高速のスキャン動作速度を可能にする。更に、このシステムを用いれば、オペレータは、マルチスライス・スキャン及び画像再構成のパラメータを容易に且つ迅速に指定することができる。
【００４０】
本発明の様々な実施例に関する以上の記載から、発明の目的が達せられたことは明らかである。本発明を詳細にわたって記述すると共に図解したが、これらは説明及び例示のみを意図したものであり、限定のためのものであると解釈してはならないことを明瞭に理解されたい。従って、本発明の要旨及び範囲は特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック図である。
【図３】図１及び図２に示すシステムに用いることのできるスキャン・ユーザ・インタフェイスの好ましい実施例を示す図である。
【図４】ＣＴシステム検出器配列体の斜視図である。
【図５】図４に示された検出器モジュールの斜視図である。
【図６】図１に示されたＣＴシステムの幾何的構成図である。
【図７】ガントリの側面から見たＸ線発生用構成部品及び検出器構成部品の概略図である。
【図８】図１に示すＣＴシステム内のカム・コリメータの動作を例示する図である。
【図９】図１に示すＣＴシステム内のカム・コリメータの動作を例示する図である。
【図１０】図１に示すＣＴシステム内のカム・コリメータの動作を例示する図である。
【図１１】様々なスライス数及び様々なスライス厚についてのスキャン・データの収集を概略的に例示する図である。
【図１２】様々なスライス数及び様々なスライス厚についてのスキャン・データの収集を概略的に例示する図である。
【図１３】様々なスライス数及び様々なスライス厚についてのスキャン・データの収集を概略的に例示する図である。
【符号の説明】
１０ 計算機式断層撮影法（ＣＴ）システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ 検出器配列体
１８ 患者
２０ モータ式テーブル
２２ ガントリ開口
２４ ホスト計算機
２６ モニタ（ユーザ・インタフェイス）
２８ キーボード
３０ マウス
３２ スキャン及び再構成制御ユニット（ＳＲＵ）
３４ 定置コントローラ
３６ テーブル・コントローラ
３８ スリップリング
４０ オンボード・コントローラ
４２ スケーリング可能なデータ取得システム（ＳＤＡＳ）
４４ 高電圧発生装置
４６ Ｘ線管
４８ プリペイシェント・カム・コリメータ
５０ 検出器モジュール
５２ 検出器ハウジング
５４ 固定用プレート
５６ 多次元シンチレータ配列体
５８ 基材
６０ スイッチ及びデコーダ装置
６２ 可撓性電気ケーブル
６４ アノード／ターゲット
６６ カソード
６８ 未コリメートのＸ線ビーム
７０ ボウタイ・フィルタ
７２ タングステン・カム
７４ コリメート後のＸ線ビーム
７６ ポスト・ペイシェント・コリメータ
７８ フォトダイオード／スイッチング配列体
Claims (7)
- スケーリング可能なマルチスライス型計算機式断層撮影システムで、ユーザによるスキャン・パラメータの選択を可能にするユーザ・インタフェイスであって、
第１のスライス厚を含んでいるスケーリング可能なスキャン・パラメータをユーザが選択できるように構成されると共に、
多数行分のスキャン・データをスキャン処理した後に行われる遡行的な画像再構成であって、前記第１のスライス厚の画像の再構成と同じスキャン・データを用いて行われる遡行的な画像再構成のための第２のスライス厚をユーザが選択できるように構成され、前記第１のスライス厚が前記第２のスライス厚よりも厚いことを特徴とするユーザ・インタフェイス。 - 前記スキャン・パラメータは、多数のスライスのスキャンのためのスライス厚を含んでいる請求項１に記載のインタフェイス。
- ヘリカル・スキャン用の前記スキャン・パラメータは、スキャン速度、高画質スキャン・モード、高速スキャン・モード及び１回転当たりの画像数のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１又は２に記載のインタフェイス。
- スキャン及び再構成制御ユニットを含んでいるマルチスライス型計算機式断層撮影スキャン・システム用のホスト計算機であって、
請求項１乃至３のいずれかに記載のユーザ・インタフェイスを含んでいる、ホスト計算機。 - スケーリング可能なマルチスライス型計算機式断層撮影システムにおいて画像を作成する方法において、
少なくとも１つの選択されたスキャン・パラメータに基づいて実行されたスキャンにより収集され、記憶されたスキャン・データを用いて且つ少なくとも１つの選択された画像再構成パラメータに基づいて、多数行分のスキャン・データをスキャン処理した後に第１のスライス厚の画像の再構成と同じスキャン・データを用いて画像を遡行的に再構成するように前記システムが作動する工程を含んでおり、
前記スキャン・パラメータは前記第１のスライス厚を含んでおり、前記画像再構成パラメータは第２のスライス厚を含んでおり、
前記第１のスライス厚は、前記第２のスライス厚よりも厚いことを特徴とする、スケーリング可能なマルチスライス型計算機式断層撮影法システムにおいて画像を作成する方法。 - 前記スキャン・パラメータは、テーブル速度を含んでいる請求項５に記載の方法。
- ヘリカル・スキャン用の前記スキャン・パラメータは、スキャン速度、高画質スキャン・モード及び高速スキャン・モードのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項５又は６に記載の方法。
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