JPH0231744A - １つまたは複数の円形偏心ファントムを用いた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、スキャナの軸線に対して偏心した１つまたは複数
の円形ファントムを用いたＸ線スキャナ装置の較正方法
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線装置がますます多く利用される
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。単色のＸ線ビームに対
してはこの吸収はＸ線が身体を通過する距離Ｘと直接関
係しており、式 ％式％ （工。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だめに
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する。そ
の結果として横断面を表す画像が得られる。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１
２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
ズと吸収係数が予めわかっているファントムと呼ばれる
物体を置いて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、ファントムの
サイズと吸収係数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、
各検出チャネルに対するファイルまたは数学公式の形態
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
ファントムは、例えば、Ｘ線源の近くに挿入される厚さ
の異なる複数のファントムである。

これは、ファントムをＸ線源の位置に出し入れする操作
が必要とされることを意味する。

アメリカ合衆国特許第４．３５２．０２０号には、支持
用構造体の回転中心に配置された直径の異なる円形ファ
ントム１５．１６．１７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
測定条件と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断方向に移動する円形断面の円錐
形ファントム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。

上記アメリカ合衆国特許で説明されているファントムを
用いる場合には、測定は、ファントム１つにつき支持用
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つのファントム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２０
の点Ａ′である。測定値された信号が曲線２０と曲線２
１の間に位置する点已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は多項式に従って
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
原理を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２
４０点Ｃ′に対応する線形値がそれをもとにして導出さ
れる。

上記のアメリカ合衆国特許には、較正操作の間に作成さ
れるファイルシステムによって減衰の測定値と実際の値
の間の対応付けが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、複数のファントムを
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
それぞれの中心が構造体の回転中心と一致すべき複数の
円形ファントムを用いる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ファントムを用いて構造体
をこのファントム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。

まとめると、較正の目的は、チャネル間の応答を平均化
し、線形応答に近づけることである。この線形応答を得
るためには、多項式補正が各チャネルに対して行われる
。この補正計算、すなわち多項式の各項の係数の決定は
、吸収経路の異なる値を用いて実行される測定をもとに
して行われる。

従って、所定のチャネルのｎ次の項の係数を決定するた
めには、このチャネルに対して異なる経路の（ｎ＋１）
回の測定を行うことが必要十分条件である。

上で説明した従来の実施例では、例えば、厚さの異なる
（ｎ＋１）個のファントムまたは直径の異なる（ｎ＋１
）個の円形ファントムが使用されることが示されており
、その厚さと直径は必要なダイナミックレンジをカバー
できるように選択する。その結果、１つのファントムか
ら別のファントムに替える多数の操作が必要とされる。

これらの操作は、中心が構造体の中心と一致している必
要のある複数の円形ファントムを用いる場合には厳密で
なくてはならない。

発明が解決しようとする課題 そこで、本発明の目的の１つは、位置がスキャナの回転
軸線に対して位置をずらしただ単一の円形ファントムを
用いた較正方法を実現することである。

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、Ｘ線源と、１本の軸線を中心にして回
転する構造体に支持されたＮ個の検出器またはＮチャネ
ルを有する検出装置とを備えるＸ線スキャナを円形のフ
ァントムを用いて較正する方法であって、 円形ファントムを、中心を上記スキャナの回転軸線に対
してずらして所定の位置に設置し、上記スキャナを移動
させて各チャネル１に対して上記スキャナの角度位置β
ｊに対応する減衰測定Ｙｉｊをｍ回行い、 ファントム内をＸ線が通過した距離Ｘｌｊの計算を各測
定Ｙ、Ｊに対して行い、 各チャネルｉに対してｎ次多項式Ｐｎｉ（ｎ＜ｍ）の係
数Ａｉｋ を計算し、 所定の偏心法則に従って計算値Ｘ１ｊの多項式近似を得
る操作を含むことを特徴とする方法が提供される。

本発明によればさらに、この方法を実施するための装置
であって、 少なくとも１つの円形ファントムを、Ｘ線源と検出装置
の間に回転構造体の回転軸線に対してずらして設置する
手段と、 互いに近接したｍ個の異なる角度位置βｉにスキャナを
回転させる手段と、 Ｎ個の検出器で受信された信号をもとにして、ファント
ム内でＸ線が受ける減衰Ｙｉｊを計算する手段と、 ｍ個の角度位置βｉ各々についてＮ個のＹｌｊの値を記
憶するための手段と、 Ｎ・ｍ個のＹｌｊの値をもとにしてスキャナの回転軸線
に対するファントムの偏心の座標を計算する手段と、 上記偏心座標をもとにして、ファントム内のＸ線の軌跡
の長さＸＩ、と対応する減衰ｂ　−ｘＩｊを計算する手
段と、 同じチャネルについてＹ目の値を減衰の計算値ｂ　−ｘ
ｌｊと比較し、多項式近似の係数Ａｉｋを計算する手段
と、 このようにして計算された係数Ａｉｋを記憶して、これ
ら係数を患者の身体の内部で受けるＸ線の減衰Ｙｉｊの
積係数として使用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
て行う特別な実施例についての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図には、点Ｆで表されたＸ線源３０と、検出装置３
１と、半径がＲでＸ線源３０と検出装置３１の間に設置
されている円形ファントム３２の位置が簡単ではあるが
厳密に示されている。Ｘ線源３０と検出装置３１は、図
面の平面に垂直で点Ｏの位置の軸線を中心にして回転す
る支持構造体（図示せず）に支持されている。円形ファ
ントム３２の中心Ｅは点０から距離ｒの点に位置し、半
直線ＯＥが直交軸ｘ’ｘ−ｙ’ｙ系の軸線Ｏｘと角度Φ
をなす。

支持構造体のｊ番目の位置は、Ｏｙ軸と線分ＯＦ（測定
位置または視点位置）の間の角度βｊによって決まり、
検出装置３１の第１番目の検出器■の位置はＦ○とＦＩ
Ｏ間の角度δ１によって決まる。この幾何学的図面から
、偏心円形ファントム３２内のＸ線の軌跡（パス）ＡＢ
であるＸＩＪを以下の式に従って計算することができる
。

Ｘ＋ｊ＝Ａ　Ｂ＝　２　Ｘ チャネルまたは検出器ｌのｎ次多項式の係数ＡＩｋは、
二次多項式Ｃ１ を最小にすることによって計算される。この式において
、 ｍは、視野の数 ＹＬｊは、第」番目の視野の第１番目のチャネルの信号 Ａｉｋは、チャネル１の多項式Ｐ９の係数であり、Ｐ’
　　＝Ａ、、。＋Ａ＋、＋Ｙ＋・　・　・＋Ａｔ、ｋＹ
ｋ＋・　・　・＋Ａ　ｔ、　ｌ、Ｙ′″ である。

本発明の較正方法は以下の操作を含んでいる。

ファントムを中心ＥがＸ線源−検出器の中心０に対して
ずらして所定の位置に設置する。なお、中心Ｅの座標は
ｒとΦによって決まる。

ｎ次の多項式近似を行いたい場合には、第１番目のチャ
ネルについてＹｉ」の測定を（ｎ＋１）口辺上のｍ回行
う。

各測定Ｙｉについて式（１）を適用して距離ＸＩＪの計
算を行う。

項Ｐ、、の係数Ａｉｋを、式（２）で定義された二次多
項式（標準偏差）を最小にすることによって計算する。

測定のノイズを考慮できるようにするために数字ｍが（
ｎ＋１）よりもはるかに大きくなっていることがわかる
。

この較正方法を実施するために、本発明では以下に第５
図を参照して説明するシステムを提案する。このシステ
ムはＡ／Ｄ変換器５０を備えている。

このＡ／Ｄ変換器５０には検出装置のＮ個の検出器また
はチャネルからの出力信号Ｃ１〜ＣＮが印加される。第
ｊ番目の位置または視野に対応するＮ個のディジタルコ
ードは対数計算回路５１に印加される。この対数計算回
路５１は、各チャネルｉと各視野３に対して較正の際に
ファントム内で受ける減衰を表すコードを出力する。こ
の対数計算の結果得られるＮ個のコードは減算回路５２
に印加される。この減算回路５２では、これらＮ個のコ
ードから、ファントム以外すなわち空気中でのＸ線の減
衰を表す値ＲＥＦが差し引かれる。この値は、モニタと
呼ばれる検出手段により得られる。検出装置１１におけ
るこのモニタの位置は、ファントムによる減衰のないＸ
線を受信できるような位置である。

この減算の結果であるこれらコードが上で定義した測定
Ｙｉｊを構成する。第３番目の視野に対応するＮ個の値
は２つのメモリに記憶される。１つはメモリ５３であり
、上記の較正方法に従って係数Ａｉｋを計算するために
使用される。他方はメモリ６２であり、較正操作以外で
係数Ａｉを用いて補正がなされる。

各視野が異なる角度βｊに対応しているため、Ｎ個の値
Ｙｉがメモリ５３と６２に記憶される。次数ｎ　（ｎ＜
ｍ）の多項式近似を行いたい場合には、メモリ５３には
例えばｍ個の視野に対応するＮ−ｍ個のコードが記憶さ
れる。この多項式を計算する装置は、長方形の枠６０で
囲まれた以下の要素を備えている。まず、ファントムの
偏心、すなわちファントムの中心Ｅの極座標ｒとΦの計
算装置５４が存在している。この計算の結果は回路５５
で利用されて、ｎ個の視野のｍ個の角度位置βｉに対し
て式（１）を適用することにより距離ＸＩ」が計算され
る。

回路５４と５５における計算はディジタルで行われ、従
って距離Ｘｌｊは測定Ｙｉｊのコードと同様なコードの
形態で出力され、メモリ５３と同様のメモリ６１に記憶
されると仮定する。

メモリ５３と６１に記憶されているコードは回路５８で
利用されて、式（２〕を適用することにより第１番目の
チャネルでの各計算に対して多項式の係数Ａ　１　ｋが
計算され、Ｃｉに対する最小値が得られる。これら係数
はメモリ５９に記憶されて回路６３で使用され、患者の
身体の存在下での測定値が補正される。

ファントムの中心Ｅの座標ｒとΦの計算は異なる方法で
実現することができる。そのうちの１つは、ファントム
に起因する最も大きな減衰が直径経路、すなわち中心Ｅ
を通過する経路に対応していることに基づいている。従
って、βＪ＝０（ＯＦがｏｙ軸と一致する）に対応する
第ｊ番目の視野に対しては、減衰が最大のチャネル１を
決定する。その結果、ａｙ軸と線分ＦＥＯ間の角度α′
がわかる。同様にして、βｉ＝９０°（または１８０°
）に対応する視野に対してＯｘ’軸と線分ＦＥの間の角
度α”を決定することができる。

２つの角度α′　とα″を知ることは距離ＦＯを知るこ
とに対応しており、三角関数の関係式を用いてＸＸ軸と
ｙ′　ｙ軸に対するファントムの中心Ｅの直交座標を計
算することができる。直交座標を極座標に変換すること
により、ｒとΦを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複数の円形ファントムを用いて較正を行う場
合の従来のＸ線スキャナの原理図である。 第２図は、ファントムの直径の様々な値に対して検出器
またはチャネル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３図は、所定のチャネルに対して吸収経路の関数とし
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、本発明に従って円形偏心ファントムを使用す
る場合に所定の検出器に対するＸ線の軌跡の計算を理解
するための幾何学的図面である。 第５図は、本発明の方法を実施するために検出器の出力
信号を処理する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１、　　１１．３１・・検出装置
、１２・・検出器（チャネル）、 １３・・制御装置、　　　　１４・・電子装置、１５．
１６．１７・・シム、　　３２・・ファントム、５０・
・エンコード回路（Ａ／Ｄ変換器）、５１・・対数計算
回路、 ５２・ ５３． ５４・ ５５・ ５８・ ６３・ ・減算回路、 ５９．６１．６２・・メモリ、 ・ｒとΦの計算回路、 ・ＸＢの計算回路、 ・Ａｉｋの計算回路、 ・補正計算回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線源と、１本の軸線を中心にして回転する構造
   体に支持されたＮ個の検出器またはＮチャネルを有する
   検出装置とを備えるＸ線スキャナを円形のファントムを
   用いて較正する方法であって、−円形ファントムを、中
   心を上記スキャナの回転軸線に対してずらして所定の位
   置に設置し、−上記スキャナを移動させて各チャネルｉ
   に対して上記スキャナの角度位置β＿ｊに対応する減衰
   測定Ｙ＿ｉ＿ｊをｍ回行い、 −ファントム内をＸ線が通過した距離Ｘ＿ｉ＿ｊの計算
   を各測定Ｙ＿ｉ＿ｊに対して行い、 −各チャネルｉに対してｎ次多項式Ｐ＿ｎ＾ｉの係数Ａ
   ＿ｉ＿ｋ ▲数式、化学式、表等があります▼ を計算し、 所定の偏心法則に従って計算値Ｘ＿ｉ＿ｊの多項式近似
   を得る操作を含むことを特徴とする方法。
2. （２）上記距離Ｘ＿ｉ＿ｊが、式 √［Ｒ＾２−｛｜ＦＯ｜ｓｉｎδ＿ｉ−ｒｃｏｓ（Φ−
   β＿ｊ−δ＿ｉ）｝＾２］により計算されることを特徴
   とする請求項１に記載の方法。
3. （３）多項式Ｐ＿ｎ＾ｉ（Ｙ）の係数Ａ＿ｉ＿ｋが、標
   準偏差▲数式、化学式、表等があります▼ が最小となるように計算されることを特徴とする請求項
   １または２に記載の方法。
4. （４）請求項１または２に記載の方法を実施するための
   システムであって、 −少なくとも１つの円形ファントムを、Ｘ線源と検出装
   置の間に、回転構造体の回転軸線に対してずらして設置
   する手段と、 −互いに近接したｍ個の異なる角度位置β＿ｉにスキャ
   ナを回転させる手段と、 −Ｎ個の検出器で受信された信号をもとにして、ファン
   トム内でＸ線が受ける減衰Ｙ＿ｉ＿ｊを計算する手段と
   、 −ｍ個の角度位置β＿ｉ各々についてＮ個のＹ＿ｉ＿ｊ
   の値を記憶するための手段と、 −Ｎ・ｍ個のＹ＿ｉ＿ｊの値をもとにしてスキャナの回
   転軸線に対するファントムの偏心の座標ｒとΦを計算す
   る手段と、 −上記偏心座標をもとにして、ファントム内のＸ線の軌
   跡の長さＸ＿ｉ＿ｊと対応する減衰ｂ・ｘ＿ｉ＿ｊを計
   算する手段と、 −同じチャネルについてＹ＿ｉ＿ｊの値を減衰の計算値
   ｂ・Ｘ＿ｉ＿ｊと比較し、多項式近似の係数Ａ＿ｉ＿ｋ
   を計算する手段と、 −このようにして計算された係数Ａ＿ｉ＿ｋを記憶して
   、これら係数を患者の身体の内部で受けるＸ線の減衰Ｙ
   ＿ｉ＿ｊの積係数として使用する手段とを備えることを
   特徴とするシステム。