JPH01316682A - 非円形の単一のスタンダートを用いたｘ線スキャナの較正方法とシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はＸ線スキャナに関するものであり、さらに詳細
には、非円形の単一のスタンダードを用いたこのタイプ
の装置の較正方法と、この方法を実施するためのシステ
ムとに関する。

従来の技術 患者の検査には、患者の断面像を得ることのできるＸ線
スキャナと呼ばれるＸ線装置がますます利用されるよう
になっている。この装置は、人体がＸ線を吸収するとい
う物理現象に基づいている。

この吸収は、Ｘ線が身体を通過する距離Ｘと直接関係し
ており、式 ％式％ （Ｉｏは人体に侵入するＸ線の強度、 ■は人体から出るＸ線の強度、 ｂはＸ線が通過する身体に依存した減衰係数）で表され
る。

対数スケールでは、減衰Ｉ／Ｉｏはｂｘに等しい。すな
わち、減衰は対数スケールでは距離Ｘに比例する。

上記の装置は、第１図に示したように、Ｘ線源１０とそ
れに対応する検出装置１１を主構成要素として備えてい
る。これらの２つの要素は、互いに幾何学的に固定され
た位置に設置されており、両者の間に検査する身体が挿
入される。さらに、これら要素は、検査する身体を異な
る角度から照射できるよう、この身体のまわりを回転す
ることのできる構造体（図示せず）に支持されている。

Ｘ線源１０は制御装置１３に制御されて、身体の横断面
の全体を照射するのに十分な幅を有する所定の角度範囲
にＸ線を放射する。検出装置１１は円弧の形状であり、
その長さはＸ線ビームの幅に適合した値である。この検
出装置１１は、互いに並置された多数の単位検出器１２
で構成されている。

Ｘ線ビームが通過する人体の横断面の画像を得るために
は、Ｘ線源１０と検出装置１１の支持構造体を身体のま
わりに回転させ、単位検出器１２からの出力信号を測定
し、その信号を公知の方法に従って適切に処理して横断
面を表す画像を得る。この処理を実行するためには、チ
ャネルとも呼ばれる単位検出器１２が電子装置１４に接
続される。この電子装置１４は、第１に、受信した信号
の対数計算を行って、振幅がＸ線の減衰に比例した信号
を獲得する。

ここでは説明しない様々な現象の効果により、各単位検
出器または各チャネルに対するこの信号の振幅は、実際
の減衰には比例していない。従って、この問題点を解決
するために様々な方法が考えられている。例えば、サイ
ズと吸収係数がわかっている身体の存在下でチャネルの
出力信号を獲得して減衰を計算しく対数計算）、この測
定された減衰を、身体のサイズと吸収係数すなわちスタ
ンダードの関数として計算された値と比較する。

この比較操作により、測定値と得るべき値の間の対応法
則または変換法則を得ることができる。この法則は、対
応ファイノペまたは各検出チャネルに対するこの対応を
表す数学公式の形態にすることができる。

較正測定と呼ばれるこの測定を実施するのに用いられる
スタンダードは、例えば、Ｘ線源の近くに挿入される厚
さの異なるシムである。これは、シムをＸ線源の位置で
出し入れする操作が必要とされることを意味する。さら
に、シムの形状と位置は検査する患者の身体の形状なら
びに位置とは大きく異なっている。この結果、システム
の非線形性が増大する。

アメリカ合衆国特許第４．３５２．０２０号には、支持
構造体の回転中心に配置された直径の異なるシム１５〜
１８を用いることが提案されている。このようにすると
、検査する身体に対して実行される測定条件を互いに似
た状態にすることができる。この特許は、Ｘ線ビームに
対して横方向に移動する円形断面の円錐形スタンダード
を用いて様々な減衰長を得ることをさらに提案している
。上で説明したスタンダードを用いる場合には、測定は
、スタンダード１つにつき支持構造体の所定の１つの位
置に対して実行される。

第２図は、円形の３つのスタンダードについて測定を行
った場合にチャネル位置の関数として表した３本の減衰
応答曲線２０．２１．２２の様子を示すグラフである。

測定値は点で表されており、線形システムでの理論値を
表す平均値のまわりにばらついている。これらの曲線は
次のようにして利用することができる。測定された信号
が点Ａに対応している場合には、線形信号は平均曲線２
０の点Ａ。

である。測定値された信号が曲線２０と曲線２１０間に
位置する点Ｂに対応する場合には、曲線２０と曲線２１
の間の内挿によって線形信号を導出する。この内挿は、
−次式、あるいはより一般に多項式に従って計算される
。

第３図の曲線２３と曲線２４はチャネルの位置での較正
原理の別の方法で示したグラフである。これら曲線は、
所定のチャネル内での減衰を、厚さＸの関数として測定
値の場合（曲線２３）と計算値の場合（直線２４）につ
いて示している。実際、測定値は複数の点で与えられ、
これらの点は、選択した一次式または多項式に従って相
互に結ばれて連続曲線となる。減衰を測定する場合には
、これは例えば曲線２３の点Ｃに対応するが、曲線２４
の点Ｃ゛に対応する線形値を導出する。

上記のアメリカ合衆国特許には、減衰の測定値と実際の
値の間の対応付けが較正操作の間に作成されるファイル
システムによって実行される装置が記載されている。内
挿に関しては、この特許は線形内挿、３乗内挿、４乗内
挿を提案しているが、線形内挿についてのみ詳細に説明
されている。

簡単に記述した上記の較正方法は、複数のスタンダード
を使用し、その結果として多数の操作が必要とされると
いう大きな問題点を有する。さらに、これら操作は、特
に様々な中心が構造体の回転中心と一致すべき円形スタ
ンダードの場合には厳密である必要がある。

上記のアメリカ合衆国特許には、この特許の第１２図に
示された所定の形状の単一のスタンダードを用いて構造
体をこのスタンダードのまわりに回転させることが提案
されていることに注意されたい。このようにすると、構
造体の角度位置に応じて異なる減衰長の軌跡が得られる
。しかし、このようにすることは単に示唆されているだ
けで、この場合における実施方法や実施手段は記載され
ていない。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的の１つは、形状が円形でなく、特に楕円形
または同一平面上の２本の軸線に対して対称な形状の単
一のスタンダードを用いた較正方法を提案することであ
る。

本発明の別の目的は、この方法を実施するシステムを実
現することである。

課題を解決するための手段 本発明によれば、円形でない形状の単一のスタンダード
を用いてＸ線源とＮチャネル検出装置を備えるＸ線スキ
ャナを較正する方法であって、ａ）スタンダードをＸ線
源と検出装置の間に設置し、 ｂ）回転構造体のＰ個の主要角度位置と、各主要角度位
置のまわりで互いに隣接したｎ個の単位位置または視野
とに対して上記検出装置のＮ個のチャネルで減衰を測定
し、 Ｃ）各チャネルとＰ個の主要角度位置のそれぞれとに対
してｎ個の減衰の平均を計算し、ｄ）Ｐ個の主要角度位
置のそれぞれについて１つのチャネルから次のチャネル
へと減衰のＮ個の平均値を滑らかにして、チャネルの位
置の関数として高周波数成分が除去された減衰応答曲線
を得る操作を含み、 このようにして得られた応答曲線は、Ｎ個のチャネルの
それぞれの位置の関数としてスタンダードにより導入さ
れた減衰の変化の実際の曲線であることを特徴とする較
正方法が提供される。

本発明によればさらに、この較正方法を実施するための
システムであって、 −Ｎ個の検出器から出力されるＮ個の信号の対数を計算
する第１の手段と、 −スタンダードによって導入される減衰を各チャネルに
対して計算する第２の手段と、−所定の１つの主要角度
位置に対して測定されたｎ個の減衰の平均値を各チャネ
ルに対して計算する第３の手段と、 −１つの主要角度位置に対応するＮ個の減衰の平均のフ
ーリエ変換を計算する第４の手段と、−このフーリエ変
換により得られるスペクトルから高周波数成分を除去す
る第５の手段と、−このスペクトルの低周波数成分のフ
ーリエ逆変換を計算する第６の手段と、 −このフーリエ逆変換により得られる曲線の多項式近似
を計算する第７の手段と、 −１つの主要角度位置に関する各応答曲線の多項式近似
を表す値を記憶する手段と を備えることを特徴とするシステムが提供される。

本発明の他の特徴ならびに利点は、添付の図面を参照し
た以下の説明によりさらによく理解できよう。なお、図
面は単に実施例を示したものであって、本発明を限定す
ることはない。

実施例 冒頭で従来の技術を示すのに用いた第１図、第２図“、
第３図についてはもはや説明しない。

第４図の概念図は、Ｘ線源３０と複数の検出器またはチ
ャネル３５を有する検出装置３１を備えるＸ線スキャナ
が示されているという意味で第１図と似ている。Ｘ線源
３０と検出装置３１の間には、通常の動作中には患者の
身体が挿入され、較正操作中には楕円形のスタンダード
３２が挿入される。図示されてはいないが、Ｘ線源３０
と検出装置３１を支持してその全体を患者の身体または
スタンダードのまわりを回転させる支持体が設置されて
いる。回転の軸線は、スタンダード内に位置する点３３
で表されているが、必ずしもこのスタンダードの幾何学
的中心である必要はない。Ｘ線源３０は制御装置３４に
より制御され、検出装置３１の各検出器またはチャネル
３５は電子装置３６に接続されている。この電子装置３
６に関しては第６図を参照してあとで説明する。

本発明の較正方法は、支持用構造体をスタンダードのま
わりの主要角度位置と呼ばれる異なる角度位置に配置し
、各角度位置とこの位置の両側で一連の減衰測定を実施
することからなる。例えば、２２°３０°　ずつ規則的
に離された１６の主要角度位置を選択し、各主要角度位
置のまわりですべての検出チャネルに対して例えば１０
回の基本的測定を実施することが可能である。−例とし
て検出器の数が１０２４個である場合には、視野の総数
は１６　Ｘ　１０　＝１６０であり、測定の総数は１０
２４　Ｘ　１６０　＝　１６３８４０になる。例えば１
つの主要角度位置のまわりの各視野は約１／３度離れる
。

従って、各主要角度位置において、１０２４チヤネルの
それぞれに対して１０個の視野がある。すなわち、約３
°の角度範囲についてチャネルごとに１０回の測定がな
される。この場合、各測定はスタンダード内のわずかに
異なる軌跡に対応しており、従ってわずかに異なる減衰
に対応している。本発明によれば、各チャネルにおいて
、これら１０回の測定を利用して平均を計算する。この
結果、Ｓ／Ｎ比を、日１倍向上させることができる。１
６個あるこれら平均値を用いると、各主要角度位置につ
いて、チャネルの位置の関数として減衰の変化曲線を描
くことができる。実際、曲線のこの数は４本にすること
ができる。というのは、１６個の主要角度位置は、主要
角度位置とスタンダードの位置を考慮すると４つに減ら
すこと力（できるからである。

第５図には、対称性を考慮して、４つの主要角度位置の
うちの３つについて変化曲線が描かれている。この図面
では、点４０．４１、または４２は１０２４チヤネルの
うちのいくつかについての減衰の平均を表し、曲線４３
は本発明の平滑操作により得られた曲線である。この平
滑操作については第６図を参照してあとで説明する。

曲線４３は第４図の角度位置に対応する。すなわち、楕
円形スタンダード３２がこの楕円の長袖に沿ってＸ線の
照射を受ける。曲線４４は第４図に点線で示された角度
位置に対応する。すなわち、スタンダード３２が楕円の
短軸に沿ってＸ線の照射を受ける。最後に、曲線４５は
これら２つの場合の中間位置に対応する。

さらに、上で説明したように、１６の主要角度位置は２
つずつが対称であり、２つの対称位置は対になって１８
０°の角度能されている。これら２つの対称位置は減衰
曲線が同じであるため、１つのみを考慮すれば十分であ
る。実際、本発明によれば、これら２つの対称位置での
測定を平均操作を行うことにより組み合わせることが提
案される。

平均操作については、第６図を参照して詳しく説明する
。Ｓ／Ｎ比はするとａだけ向上し、従って全体でＷ向上
する。

さらに、例えば直交する２本の軸線に対して対称な形状
のスタンダードを用いる場合には、これら軸線に対して
対称な位置に対応する測定をまとめることができる。こ
の結果、第１の対称性により８にされた１６の主要角度
位置は、平均操作を行うことにより新たに２つずつまと
めることができる。すると、主要角度位置を４つにする
ことができる。Ｓ／Ｎ比は再びａだけ向上し、従って全
体で、閂１向上する。

本発明の較正方法の主要な点は以下の通りである。

−円形でないスタンダードを使用する。

−Ｘ線源と検出装置の支持用構造体のＰ個の主要角度位
置と、各主要角度位置のまわりで互いに隣接したｎ個の
単位位置または視野とに対してＮ個のチャネルで減衰を
測定する。

−各チャネルとＰ個の主要角度位置のそれぞれとに対し
てｎ個の減衰の平均を計算する。

−Ｐ個の主要角度位置のそれぞれについて１つのチャネ
ルから次のチャネルへと減衰のＮ個の平均値を滑らかに
して、チャネルの位置の関数として高周波数成分が除去
された減衰応答曲線を得る。

主要角度位置の数が偶数で規則的に離して配置されてい
る場合には、１８０°離れた主要角度位置に対応する測
定の平均値を計算するようにされている。さらに、スタ
ンダードが２本の軸線に対して対称な形状である場合に
は、平均値の計算をこれら軸線に対して対称な位置につ
いて得られた測定に対しても実行する。

上記の方法を実行するためには、第６図に機能ダイヤグ
ラムを示したシステムを実現することが提案される。こ
の図面では、１０２４個の検出器から出力される信号は
エンコード回路５０に供給され、このエンコード回路５
０はディジタル値またはディジタルコードを出力する。

これらコードを用いて以下に説明するすべての操作を実
行する。これら操作は、適切にプログラムされたコンピ
ュータにより実行することができる。

１つの単位位置または視野での１回の測定により得られ
るＮ個のコードは、対数計算回路５１に印加される。こ
の対数値は、回路５２において、減衰のないＸ線を直接
に受けるモニタと呼ばれる検出器が出力する基準対数１
ｍ　ＲＥ　Ｆから差し引かれる。

従って、この差が、空気中の軌跡に対してスタンダード
により導入される減衰の値を与える。異なるＮ個の値は
それぞれが１つのチャネルに対応して右り、回路５３に
おいてスタンダードなしに、すなわち空気中の軌跡に沿
って測定されたＮ個の減衰の対数値から差し引かれる。

これらの値はこの較正方法を実施する前に測定され計算
されており、公知のように、患者に対して測定を行う際
に利用される。このため、これらの値はメモリ５４に記
憶される。この第２回目の減算操作により、チャネル間
の差の一部を考慮し、従って１つのチャネルから次のチ
ャネルへとこの差の影響が及ぶことがなくなる。この第
２回目の減算操作により得られるＮ個の値はメモリ５５
に記憶される。このメモリ５５は、１つの主要角度位置
のまわりのｎ個の単位位置で実行されるｎ回の測定（ま
たは、ｎ個の視野）により得られるＮ−Ｐ・ｎ個のコー
ドを記憶するためのものである。ｎ−Ｎ個のコードが、
各チャネルに対して平均を計算するのに平均値計算回路
５６において用いられる。Ｎ個の平均値のコードはメモ
リ５７に記憶される。メモリ５５と平均値計算回路５６
は、連続した９回の加算演算を実行する加算回路の形態
にすることが苛能であることがわかる。

Ｐ個の主要角度位置とスタンダードの対称性の効果を活
かすには複数の方法が考えられる。そのうちの１つは、
対称な４つの主要角度位置について測定を連続した行い
、１つのチャネルに対して１０個の値についてではなく
４０個の値について平均操作を行うことからなる。これ
は、４ＯＮ個のコードを記憶することのできるメモリ５
５が必要とされることを意味する。別の方法は、１つの
主要角度位置につき１つの割合でＰ個のメモリ５７を利
用し、対称な４つの主要角度位置に対応する４つのメモ
リに記憶されている値についての第２回目の平均を行う
ことからなる。

ノイズを減らし、従ってＳ／Ｎ比を向上させることを主
目的とするこれら平均計算を実行した後、２段階の平滑
操作を実行する。まず最初に、フーリエ変換回路５８、
フィルタ回路５９、フーリエ逆変換回路６０において高
周波数を除去する操作を実行し、多項式近似回路６１で
多項式近似操作を行う。

高周波数を除去する操作には、まずフーリエ変換回路５
８でフーリエ変換を行ってＮ個のチャネルについての信
号のスペクトルを獲得し、次に、フィルタ回路５９でロ
ウバスフィルタ操作を行って高周波数成分を除去し、最
後に、フーリエ逆変換を行って初期信号ではあるが高周
波数成分のない信号に戻す操作が含まれている。

回路６１での多項式近似操作は、第５図の曲線４３．４
４．４５の中央部に限定することが可能である。この操
作は、公知の任意の方法または手段を用いて実行される
。この多項式近似の結果はメモリ６２に記憶される。こ
のメモリ６２は、上記の対称性を考慮したかどうかに従
って滑らかにされた曲線Ｐ、Ｐ／２またはＰ／４のディ
ジタル値を記憶することができる。これら曲線は１つず
つ計算される。

Ｐ個の主要角度位置についての操作の終わりにメモリ６
２に記憶される値は較正値を構成し、この較正値は、患
者に対する測定の際に測定値から減衰の真の値を計算す
るのに公知のようにして利用される。

メモリ６２のこのようにして滑らかにされた各曲線は、
メモリ５７の滑らかにされていない曲線に対応している
。同一のチャネルにおけるこれら２つの曲線の間の差を
用いて、偏差の値を計算することができる。従って、同
一のチャネルに対して患者に対する測定値と滑らかにさ
れた値の間の差がこの偏差内である場合には、実際の値
が滑らかにされた曲線の値であることがわかる。この差
がこの偏差を越える場合には、−次式または多項式のタ
イプの内挿計算を実行して、滑らかにされた２本の曲線
の間に含まれる実際の値を決定する必要がある。

上記の方法を実行するシステムを機能回路の形態で説明
したが、プログラムによって上記の様々な操作を実行す
るコンピュータの場合にもこのシステムを実現できるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、円形スタンダードを用いて較正を行う場合の
Ｘ線スキャナの概略図である。 第２図は、検出器またはチャネルの位置ならびにスタン
ダードの直径の関数として表した様々な減衰曲線のグラ
フである。 第３図は、所定のチャネルに対して吸収の軌跡の関数と
して表した減衰の理論曲線と測定曲線のグラフである。 第４図は、本発明の特徴に従って較正を実行する場合の
Ｘ線スキャナの原理図である。 第５図は、検出器またはチャネルの位置とＸ線源の位置
ならびに単一のスタンダードに対する検出器の位置の関
数として表した様々な減衰曲線のグラフである。 第６図は、検出器の出力信号の処理システムの機能ブロ
ックダイヤグラムである。 （主な参照番号） １０．３０・・Ｘ線源、　　　１１．３１・・検出装置
、１２．３５・・検出器（チャネル）、 １３．３４・・制御装置、　　１４．３６・・電子装置
、１５．１６．１７・・シム、　　３２・・スタンダー
ド、５０・・エンコード回路、　５１・・対数計算回路
、５２．５３・・減算回路、 ５４．５５．５７．６２・・メモリ、 ５６・・平均値計算回路、 ５８・・フーリエ変換回路、 ５９・・フィルタ回路、 ６０・・フーリエ逆変換回路、 ６１・・多項式近似回路 特許出願人　　ジェネラル　エレクトリックセージニー
エール　ニス、アー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）円形でない形状の単一のスタンダードを用いてＸ
   線源とＮチャネル検出装置を備えるＸ線スキャナを較正
   する方法であって、 ａ）スタンダードをＸ線源と検出装置の間に設置し、 ｂ）回転構造体のＰ個の主要角度位置と、各主要角度位
   置のまわりで互いに隣接したｎ個の単位位置または視野
   とに対して上記検出装置のＮ個のチャネルで減衰を測定
   し、 ｃ）各チャネルとＰ個の主要角度位置のそれぞれとに対
   してｎ個の減衰の平均を計算し、ｄ）Ｐ個の主要角度位
   置のそれぞれについて１つのチャネルから次のチャネル
   へと減衰のＮ個の平均値を滑らかにして、チャネルの位
   置の関数として高周波数成分が除去された減衰応答曲線
   を得る操作を含み、 このようにして得られた応答曲線は、Ｎ個のチャネルの
   それぞれの位置の関数としてスタンダードにより導入さ
   れた減衰の変化の実際の曲線であることを特徴とする較
   正方法。 （２）上記平滑操作がフィルタ操作を含むことを特徴と
   する請求項１に記載の較正方法。（３）上記平滑操作が
   、上記フィルタ操作により得られた曲線に対して実行さ
   れる多項式近似操作をさらに含むことを特徴とする請求
   項２に記載の較正方法。 （４）上記フィルタ操作が、Ｐ個の主要角度位置のうち
   の１つに対応するＮ個の平均値のフーリエ変換を実行し
   、得られた信号をフィルタして高周波数成分を除去し、
   次にフーリエ逆変換を実行することを特徴とする請求項
   ２または３に記載の較正方法。 （５）Ｐ個の主要角度位置が偶数であり、回転の中心に
   対して各対が対称になるように選択されており、対称な
   単位位置に対応する減衰の値が平均されることを特徴と
   する請求項１に記載の較正方法。 （６）上記スタンダードは形状が２本の軸線に対して対
   称であり、このスタンダードのこれら軸線に対する対称
   位置に対応する減衰の値が平均されることを特徴とする
   請求項１に記載の較正方法。 （７）請求項１に記載の較正方法を実施するためのシス
   テムであって、 −Ｎ個の検出器から出力されるＮ個の信号の対数を計算
   する第１の手段と、 −スタンダードによって導入される減衰を各チャネルに
   対して計算する第２の手段と、 −所定の１つの主要角度位置に対して測定されたｎ個の
   減衰の平均値を各チャネルに対して計算する第３の手段
   と、 −１つの主要角度位置に対応するＮ個の減衰の平均のフ
   ーリエ変換を計算する第４の手段と、 −このフーリエ変換により得られるスペクトルから高周
   波数成分を除去する第５の手段と、 −このスペクトルの低周波数成分のフーリエ逆変換を計
   算する第６の手段と、 −このフーリエ逆変換により得られる曲線の多項式近似
   を計算する第７の手段と、 −１つの主要角度位置に関する各応答曲線の多項式近似
   を表す値を記憶する手段と を備えることを特徴とするシステム。