JPH05502400A - 放射線治療用装置の精度を高める方法 - 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】

放射線治療用装置の精度を高める方法 発明の分野 本発明は、放射線治療用装置の精度を高める方法に関し、特に画像増強管および フォトダイオード検出器を利用してコンピュータ断層画像を形成するために得ら れた検体の精度を高める方法に関する。 相互参照文献 本申請書と同日に出願され、同一の譲渡人に譲渡された「部分的扇形ビームＸ線 断層撮影装置とデータ再構成方法（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｆａｎ−ｂｅａｍ　Ｔｏｍ ｏｇｒａｐｈｉｃ　ＡｐｐａｒａｔｕＳ　ａｎｄ　Ｄａｔａ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒ ｕｃｔｉｏｎ　ＭｅＬｈｏｄ）　ｊという題名の同時出願の米国特許申請書を参 照する。 マイクロフィッシュの付録 ７６フレームのマイクロフィルムを含む、６枚のマイクロフィッシュ・シートよ りなる、マイクロフィッシュ付録Ａが、本申請書の一部として含まれる。 従来技術の説明 近年、コンピュータＸ線断層撮影として広く知られている分野に多くの関心が持 たれるようになった。コンピュータＸ線断層撮影（またはＣＴ）を利用している 典型的な手順において、Ｘ線源と検出器とが、検査される検体の反対側に物理的 に結合されている。この検体は、たとえば患者、人体模型、その他の物体とする ことができる。Ｘ線は検体を通過させられ、検出器が吸収または偏向されずに検 体を通過したＸ線を測定する。対をなしたＸ線源と検出器とが定期的に検体の周 囲で、異なる角度方向に回転されて、データ収集過程が繰り返される。 このような手順により、非常に多くの数の減衰値の測定がなされる。このように 蓄積されたかなりの量のデータがコンピュータにより処理されるが、通常コンピ ュータは、スキャンされる検体の部分内にある非常に多くの透過値（通常数十万 国）の減衰値を得るために、数学的なデータ整理を行う、このようなデータが組 み合わされて、検査された検体部分の密度関数を正確に表すマトリクス（目に見 える手段または別の手段の）を再構成することができる。 このような検体部分を１つ以上考察することにより、熟練した医療診断技術者は 、これまでは検出できたとしても、はるかに面倒で、多くの場合患者にとって危 険な方法でしか検出できなかった、腫瘍、凝血、嚢腫、出血その他の様々な異常 などの多くの人体の要素を診断することができる。 ＣＴスキャナ 以上述べたような装置は強力な診断装置であり、放射線技術においては偉人な進 歩と考えられていたが、第１世代の装置には多くの欠陥があった。生データの収 集にひどく長い時間がかかることが多く、この問題は、他の問題の中でもとりわ け患者に対して、不便とストレスとを強いるものであった。患者がこのように長 い間じっとしていられないために、収集したい画像がぶれることもあった。 「データ再構成の装置と方法」という題名で、本特許と同一の譲渡人に譲渡され た、Ｊｏｈｎ　１４．　Ｐａｖｋｏｖｉｃｈによる米国特許第４，１４９．２４ ８号では、従来の技術の問題のいくつか、特に検出器によって提供された生デー タのコンピュータ処理に長い時間がかかるという問題を軽減する装置と方法論と が開示されている。そこで開示されている装置は、扇形ビームの放射線源と、デ ータ整理にコンボリューション（たたみ込み）法を用いることにより、扇形の光 線の再配置を妨害せずに、この方法を用いなければこのような再配置には起こり がちな演算時間のエラーと遅延とを排除している。放射線源と検出器手段とは、 検査される患者の患部の対向面に置かれて、これらの装置が患者の周囲で一回転 または部分的に回転される。どのような回転の途中で、検出器は回転過程中に定 義された複数の透過経路における放射線吸収を測定する。広いダイナミック・レ ンジでアナログ信号を測定するためには、用途別の変換スキームが採用されるこ とが多い、すなわち、入カドランスデューサの信号対雑音比がアナログ−デジタ ル変換器の信号対雑音比を越えるときは、入力信号の前処理が通常用いられて、 入力信号を圧縮する。 ＸｔｉＣＴスキャナは、今や放射線診断技師にとってはありふれた道具である。 この装置は普通は高価で、百方ドル以上番ゴする。これらのシステムは通常０． ３ｍｍの空間解像度で１ないし２秒のスキャン時間を有する。空間解像度を落と せば、０．２５％までの密度解像度を得ることができる。過去１０年間の発生装 置／検出器の設計技術と、マイクロコンピュータの分野における進歩とにより、 画像検出と処理とがリアルタイムで行えるようになってきた。 放射線治療用シミュレータ 放射線技術者は、放射線治療を行う場合に診断用ＣＴスキャナからのスキャンを 用いようとすることが多い。放射線治療では高いレベルの放射線が用いられるの で、技術者が治療する部位を正確に特定できることが重要になる。しかし、詮断 用ＣＡＴスキャン中の体内の器官の相対位置は、患者が放射線治療用装置の平ら なカウチに寝たときと同じではない。診断用ＣＴスキャナのカウチのほうが三日 月型をしているためである。そのために放射線治療用シミュレータが用いられる ようになった。これらのシミュレータには放射線治療用装置と同じ患者用カウチ がある。また、シミュレータでは蛍光Ｘ線／放射線画像化のためのＸ線焦点があ り、治療用装置と同じ目標物対患者のアイソセンタとなっている。治療の設定値 を正確に再現するための、ビーム整形装置とその他の付属品も追加することがで きる。このように、シミュレータは、放射線治療システムの位置とはるかに高い 幾何学的和合性を持つ、患者の人体の投影平面図を作成する。正確に方向付けら れた放射線情報に加えて、断面Ｃ７画像も同時に得ることができると、治療の計 画をたてるに当たって技術者のさらに大きな助けとなる。 放射線治療用シミュレータは、放射線治療ユニットの形を模倣するように形成さ れた診断用画像Ｘ線装置である。 そのためシミュレータにはＸ線画像源、Ｘ線画像源を支え位置付ける台座、患者 を支えるカウチおよび画像形成システムが含まれる６台座の寸法は、Ｘ線画像源 をカウチに対して、放射線治療用装置の配置と数学的に相似形に置けるものとな っている。画像形成システムで形成された画像は次に、放射線装置の配置に関し て処理される。異なる角度から画像が取られて、目標に対して最大限の線量を与 えて、ｆｌ！康な器官に対するｔ％傷を最小限に抑えるような放射線ビームを形 成するにはどうすべきかを考える際の助けとなる。 既存のシミュレータでは、シミュレータの幾何学的配置を放射線治療用装置に非 常に近いものにしようとするために、Ｘ線画像源と画像形成システムとが、画質 に対して最適なものよりも小さな携成に制限されている。画像源と画像形成シス テムの画像検出器部とが、患者から非常に離れた位置にある。検出器の画像はフ ィルムに記録されていた。 テレビの画像を作成するために用いることのできる、画像増強装置を用いて画像 の輝度が高められている。コンピュータを用いてテレビ画像を処理１強化してい る。 コンピュータＸ線断層連形シミュレータ従来の技術では、患者とテ）／ビカメラ との間で画像増強管（ＩＩＴ）を用いて、テレビカメラから得たデータに基づき コンピュータｙ４断層画像を形成する方法が知られている。テレビカメラからの 出力信号が処理されてデジタル信号が形成され、この信号がコンピュータでさら に処理されてｘｍ＠層画像画像成される。テレビカメラを採用しているこの従来 の技術によるシステムは、シミュレーションや治療の計画をたてる際に雑音の多 い、限界値の画像を作成する。 過去に多くのグループが、ビデオカメラのついたＸ線画像増強装置を用いた同様 のＣＴを試みた。しかし、過去のＣＴの経験から、ＩＩＴを持たないデータに基 づくビデオカメラ信号を用いることが、これらの設計を制限する主要な問題のび ・とっであると信じられている。ＩＩＴに比較して、従来のビデオカメラは、３ Ｑｅｍのフィールドで１　ｍｍにつき３ないし４本のベアの水平空間解像度を持 つが、その強度出力は制限されており、しかも非線形である。普通、チューブ・ ビデオカメラの瞬間信号ダイナミック　レンジはわずか２または３桁の増加に制 限されている。従来のソリッド・ステー１へ・ビデオカメラは、空間的にも強度 的にも良い線形を示すが、その信号ダイナミック・レンジは、室温でほぼ１．０ ００：１に制限され、平均ラインは４０００　：　１である。 １６インチ（４０ｃｍ）径の本体でＸ線光子の数値を維持するために、少なくと も２００，０００：　１の最小信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）をもつ検出器が必要であ る。ここでは、１スキャン当り２ラドの通常表面線量を想定し、患者の周囲には 調整医がいないものとしている。また、ＩＩＴ、レンズ光学系および光電検出器 が、１よりも大きな電子量子効率までＸ線を発生することが必要とされる。 医療用または産業用のＸ線ＣＴに用いるには、通常、ミリメートルの空間醇渫度 と光子が制限された強度解像度を持つ検出器システムが要求される。Ｘ線源から 放出される光子の速度は統計的なもので、ポアソン分布に準する。そのため、理 想的な光子強度測定値は、検出された光子の平均数の平方根に等しい２乗平均（ ｒｍｓ）ノイズを持つ。 そのため、検出器システムは、光子の数値を維持するためには、１よりも大きな 総合量子検出効率（ＱＤＥ）を持たねばならない。さらに、余分なランダム・ノ イズが末梢的に増えるために、検出器のエレクトロニクス部は、光子ノイズより も低いｌ”　ｍ　Ｓ人力ノイズ・１／ベルを持たねばならない。 本発明の目的 本発明の主要な目的は、画像増強管およびフォトダイオード検出器を利用し、コ ンピュータ断層画像を形成するために使用する透過値を得るための検出システム を有する放射線治療シミュレータシステムで得られる画像の精度を高める方法を 提供することである。 発明の概要 本発明のこれらおよびその池の目的、Ｆｉ徴および利点は以下の説明と図面とに より明らかになろう、簡単に述べると、本シミュレータはＸ線光子を可視光子に 変換する変換器とｊ−での画像増強管（ＩＩＴ）−一通常１２インチＩＩＴ−一 を使用したコンピュータＸ線断層撮影機能により構成されている。入射Ｘ線光子 は、ＩＩＴ表面の薄い（０３ｍ、　ｍ　）ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）シンチレー タにより吸収される。Ｃｓｌ結晶は、光子を放出して、これがＩＩＴの光電陰極 により電子に変換される。この電子が加速されて、ＩＩＴの出口窓の蛍光物質に 集束され、再び光子に変換される。この過程の量子検出効率（ＱＤ・Ｅ）は、入 射Ｘ線光子に対して９．光子が４ないし５桁（１０４ないし１０５）の増加とさ れる。、測定システムの全体のＱＤＥは、ＩＩＴ出力におけるこれらの光子の効 率的な収集に依存する。ＩＩＴから出力された光を集めて、集束させるために、 ２つのレンズを用いたシステムが実現されている。このレンズ・システムの光収 集効率は、透過度と開口数（ｆストップ）の２乗に比例する０両レンズが無限大 で集束するときは、その光収集効率は約１％で、第２レンズのｆストップ設定値 に依存する。従って、この場合のＩＩＴから光電検出器へのＱＤＥは、依然とし て１より２ないし３桁（１０２ないし１０１）の増加である。 レンズは、ＩＩＴからの光出力を複数のフォトダイオードの線形アレイに集束さ せ、これらのダイオードにより入射光に比例した出力信号が発生される。電子信 号処理手段は、フォトダイオード出力１号を調整して、放射線治療用シミュレー タ装置の幾何学形状に対応する断層Ｘ線画像を構成するために用いることができ るようにする。 ＩＩＴ、光学系および光電検出器の画像化チェーン内では、意図的に照射されな い光？ＩＣ検出器内のフォトダイオードに関して有効な出力レベルが存在するこ とが発見された。 これは一部にはＨＩＴ内の電子の集束ずれ、光学系内の光子の集束ずれど散乱お よび光学系内の内部反射のためである１本発明にしたがい、点展開関数効果は、 フォ１−ダイオードのうち泗択されたものを、画（１１１強管を選択的に照射す ることにより照射し、アレイ内の全フォトダイオードの出力レベルを読み出すこ とにより測定される。照射フォトダイオードに対する出力レベルはゼロアウトさ れて、残りの出力レベルを用いて実際のスキャン中に得た検出器の読み取り値を デコンボルブ（ｄｅｃｏｎｖｏｌｖｅ’）するための修正マトリクスを形成する ために用いる。点展開効果に対し検出器の読ど取り値を調節することで、検出器 の読と取り値の精度は非常に高められ、したがってコンピュータ断層画像の精度 が改良される。 画像拡大検出器アレイが、スキャン円直径を拡大するために設けられる。画像拡 大検出器ア１／イは、画像増強管の一端に置かれて、直接的にＸ線光子を検出す る。画像拡大検出器アレイの各検出器には、シンチレーティング結晶体とフォト ダイオードとが含まれる。画像拡大検出器アｌ／イからの信号は電子信号処理手 段により調整される。 電子信号処理手段には、ＨＩＴと拡大検出器フォトダイオードの両方からの広い 範囲の大きさの検出器信号を受け入れるための手段が含まれる。これに含まれる のは、電子信号処理手段のオフセット・エラーを最小限に抑えて、ダイナミック ・レンジを強化する、リセット・クランプｔｌｔＤｔを有する、フォトダイオー ドから受け取った電荷を増幅するための積分前置増幅器回路が含まれる。積分前 置増幅器により、サンプリングを位相ロック１７て、続いて信号をデジタル（ヒ し、Ｘ線源とシステムとが全体と！−て一次電力を得られるような線間電圧にす ることにより低ノイズ条件が得られる。 さらに５長短のサンプリング間隔を用いて、フォトダイオードに蓄積された電荷 をサンプリングするための装置と方法とが電子信号処理手段に実現される。ＩＩ Ｔからの出力される可視光の大きさが閾値を越えると、短いサンプリング間隔の 測定値が用いられる。逆に、出力の大きさが閾値よりも小さいときは、長いサン プリング間隔の測定値が用いられる。 短い間隔の測定値が用いられるときは、計数比を掛ける。 この計数比は、長間隔測定値と短間隔測定値とを比較することにより、較正光源 で決定される。この計数比は次に長間隔測定値と計数化された短間隔測定値との 間の最適な最小２乗フィツトを得られるように調整する。 短間隔測定値に用いる閾値は、フォトダイオードの飽和レベルに近く、しかもそ れよりも小さな点になるように選択する。実際には、短間隔測定値と長間隔測定 値との間での移行は、長間隔のサンプリングと短間隔のサンプリングの組合せに 重みをつけて用いることにより行う。 本発明の実施例においては、検体の大きさの移行範囲を定義して、移行範囲より も小さなサンプリング強度に関しては長間隔の測定値を用いる。移行範囲よりも 大きなサンプリング強度については、計数化した短間隔の測定値を用いる。最後 に移行範囲内のサンプリング強度については、両者を組合せて重みをつけて用い る。 電子信号処理手段により実行される調整には、線形アレイからの検出器信号の線 形化が含まれる。これには複数のｎ次多項式を用いるが、これらはそれぞれフォ トダイオードからの信号強度の異なる範囲に関して有効である。これらの多項式 の係数は、線形アレイのフォトダイオードからの応答データを、正規化フォトダ イオードからの応答データに「最小２乗」カーブ・フィッティングさせることに より決定される。ある実施例においては、異なるｎ次多項式が重複する範囲につ いて有効であり、重複する検出器信号については、その重複に関して有効なｎ次 の多項式から得た値の組合せに重みをつけて、線形化された検出器信号として用 、いる。 さらに電子信号調整手段による信号調整には、バックグランド・ノイズと点展開 関数効果を補正する装置と方法とが含まれる。バックグランド・ノイズは光電検 出器上に照射せずに測定して、スキャン中の検出器信号から減する。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の検出器システムのブロック図である。 第２図は頭部スキャンのための再構成直径の図である。 第３１′２１は頭部ＣＴのためのシミュレータの幾何学形状の側面図である。 第４図は本発明と組み合わせて用いることのできる放射線治療用シミュレータの 簡単な透視図である。 第５１１は、放射線治療用シミュレータ・システムに追加して、本発明によるＣ Ｔシミュレータ　システムを得ることのできる、本発明の要素（＊により示す） を示すブロック図である。 第６図は、胴体ＣＴのためのシミュレータの幾何学形状の側面図である− 第７（２１は、胴体ＣＴのための再構成直径の図である。 第８図は、画像拡大検出器アレイで、ＩＩＴに追加して、本発明のスキャン円直 径を大きくするために用いることのできるアレイを示す。 第９図は、典型的な画像増強管の断面図と、本発明の関連光学系を示す。 第１０図は、本発明のフォトダイオード線形アレイ、前置増幅器およびＡＤＣの 簡略図である。 第１１図は、ある実施例の前置増幅器、積算器およびリセット・クランプ回路を 実現するために用いる回路構成の詳細な図である。 第１２図は、画像拡大検出器アレイのフォトダイオードの相対的位置を示す。 第１３図は、画像拡大検出器アレイから見た検出器を示す。 第１４図は画像拡大検出器アレイから見た検出器の検出器面に沿った、感度プロ フィルを示す、′第１５図は画像拡大検出器アレイと共に用いられるサンプリン グ前置増幅器回路構成の詳細図である。 第１６図は、フォトダイオード線形アレイと、画像拡大検出器アレイとからのデ ータ収集の相対的タイミング図である。 第１７１１ｇは、ミラー位置合わせ装置の上面図である。 第１８図は、第１７図のミラー位置合わせ装置を用いた検出器応答の図である。 第１９図は、本発明の中心検出手順に用いられる移動ピンの配置を示す。 第２０図は、本発明の中心検出手順の検出器応答の図である。 第２１図は、妨害された光線の角度と妨害光線に応答した検出器を表にしたもの である。 第２２１３は、第２１図で表にした情報を実際の測定データと組み合わせて用い る方法を示す。 第２３図は、点展開関数を決定するための装置と応答とを示す。 第２４図は、点展開関数データの収集と準備とを示す。 第２５図は、実際のピークをゼロアウトした後で、データがどのように見えるか を示したものである。 第２６ｃｉ！ｌは、データ収集と修正の手順全体を示す。 第２７図は、フォトダイオード番号と係数値を示す表である。 第２８図は、線量と測定された検出器応答の多項式フィッティングの図である。 第２９図は、フォトダイオードの非線形性を補正する３つの４次多項式の係数を 決定する手順を示す。 第３０Ａ図は、第２９図に示された３つの多項式を用いた検出器読み取り値の修 正を示す。 第３０Ｂ図は、本発明の好適な方法による検出器読み取り値の修正を示すもので 、各多項式の結果に重みをつけ、その後重みをつけた多項式の和を修正された検 出器読み取り値として用いるものである。 第３０Ｃ図は、係数範囲の１例として、第３０Ｂ図に用いた重み関数を示す。 第３１図は、重複投影修正のために各投影のデータに割り当てられた重みを示す 。 第３２図は、第２４図および第２５図に示されたεマトリクスを用いて、ＰＳＦ を修正するデコンボリューション（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ　）を行う方法 を示す。 第３３Ａ図、第３３Ｂ図および第３３Ｃ図は、Ｘ線源３０の位置が異なった場合 に、フォトダイオード線形アレイの異なる検出器が、較正針により妨害された光 線にどのように影響を受けるかを示す。 用語集 以下に示すのは、下記の解説で用いられる用語のリストの一部である： ＡＢＳ：自動輝度システム ＡＤＣ：アナログーデジタル変換器 Ｃｄ　Ｗ　Ｏａ　：タングステン酸カドミウムＣ＋４Ｈ１番目の多項式の多項式 係数と、多項式のｊ次項ＣｓＩ：ヨウ化セシウム ＣＴ：コンピュータＸ線断層撮影 ＤＥＴ、：実際の検出器測定値 ＤＥＴ、’　：フオトダイオード非線形性に関して修正した実際の検出器測定値 ＤＭＡ：直接メモリ・アクセス ＦＡＤ　：焦点−軸（アイソセンタ）距離ＦＩＤ：焦点−増強装置距離 Ｆ、Ｓ、Ａ、Ｄ、：焦点−アクセス距離ＩＩＴ：画像増強管 ＬＥＤ　：発フォトダイオード Ｐ１フ　：３）Ｉ ＰＳＦ　：点展開関数 ＲＡＭ：ランダム　アクセス・メモリ ＲＭＳ＋二乗平均 ＴＤＣ：上死点 ＷＯＲ，Ｍ＋書き込み一度読み込み多数発明の実施例 第１図では、本発明のシミュレータにおいて目標がスキャンされて、目標の回転 軸の周囲の異なる選択角度において一連の投影が行われる。投影は１．この選択 角度のそれぞれにおいて目障物に扇形の放射線の全体または一部を通過させるこ とにより行われる。各投影では、目標で減衰された扇形放射線が画像増強管に入 力されて、この増強管により放射線光子が可視光子に変換される。可視光子は次 にフォトダイオード線形アレイを用いて検出される。フォトダイオード線形アレ イからの信号は調整されて、その後デジタル形式に変換される。デジタル情報は 、次にコンピュータ制御のもとで処理されて、バックグランド・ノイズのデータ ２ＩＮ像増強管とフォトダイオード・アレイの非線形性。 画像化チェーン内の点展開、その他の効果に関して修正がなされる１次に、各投 影の修正データが用いられて、そのスキャンの目標の断面の画像が再構成される 。複数のスキャンをとって、目障の３次元像を作ることもできるゆこれらのスキ ャンは、吸収係数や吸収密度を変えてモニタ上に表示することができる。再構成 された画像を、デジタル形式で記憶させて後で見ることも可能である。 扇形ビームのＸ！Ｉ放射線の全体を用いるが、部分を用いるかは、スキャンされ る目標の直径と、用いることのできる検出器エレクトロニクス部の寸法とに依存 する。たとえば、１２インチの画某増強管を用いて患者の頭部をスキャンしない 場合は、扇形ビーム全体を用いる。このときは扇形ビーム、患者の頭部１画像増 強管の中心は共通の軸に合わされている。 一方、患者の刷体部をスキャンしたい場合で、１２インチの画像増強管を用いる ときは、胴体の直径が大きすぎて管の１２インチの幅内に完全には収まらない。 このような場合は、扇形ビームの一部を用いて、扇形ビームと患者の中心がある 軸か′ら画像増強管をオフセットさせる。 ｍ渫拡大の実施例 本発明の他の実施例では、画像拡大を行って、それにより患者の最大スキャン円 直径を大きくする。たとえば、３０ｃｍ（１２インチ）のｍｔｖ増強増強用いる ど４０　ｃ　ｎＩから５０ｃｍになる。これにより、患者と台座との間が６０ｃ ｍから７７ｃｍまで広がり、さらに４８　ｃ　ｍ幅の患者用カウチを用いること ができるようになる。 画像拡大を用いずに１２インチ画１象増強管を用いるど、スキャンすることので きる最大目標寸法は、画像増強管の直径とＸ＆！源からのその距離とにより制約 を受ける。 扇形ビーム全体と部分的扇形ビームの使用１２インチの画像増強管の有効面積は 、ユニットにより変わるが、通常はχ線源から１３５ｃｍの距離で、表面の幅が ２８　ｃ　ｒｎ±ＩＣ１ｎである。第２図に示されるような扇形全体を用いて、 １００　ｃ　ｒｎに中心を合わせた頭部スキャンでは、この形状の最大寸法目標 は２１　ｃ　ｍ径に制限される。Ｄｉｆｆｒｉｅｎｔの人体寸法に関する出版物 （Ｎ、　Ｄｉｆｆｒｉｅｎｔ他、、　Ｔｌｕｉａｎｓｃａｌｅ　１１２１．２　 ｈｌａｎｕａｌ、１９７９年、−ＩＴ　Ｐｒｅｓｓ参照）によれば、この数値で アメリカの男性の約９５％をカバーすることができる。診断用ＣＴスキャナは、 最大２５ＣＩＩ＋の頭部スキャン円を有するのが普通なので、はぼ１００％の人 口に対処することができ、患者の位置設定の厳格さをそれほど必要としない。 非対称の（または部分的）Ｘ！Ｉ扇形ビームを用いることにより、頭部スキャン も胴体スキャンも寸法を大きくすることができる。シミュレータの頭部スキャン 円は、非対称ビームを用いると、扇形全体を用いるのに対して、２５ｃτｎまで 大きくすることができる。この方法で画像増強管を中心から数ｃｍｍオフセラへ すると、３６０度のスキャンが行われる。このように扇形全体を用いるのと比較 してより大きな面積をカバーすることができる。各投影で目標全ｆ本を見ること ができないので、コントラストと空間解像度は多少失われる。 次に、本件と同日に出願され、同一の譲渡人に対して譲渡された「部分ｍ形ビー ムＸ！！断層撮影装置とデータ再構成方法（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｆａｎ−ｂｅａｍ 　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｄａｔ、ａ　Ｒｅｃ ｏｎｓｔｒｕｃｔ、ｉｏｎ　ｈｌｅｔｈｏｄ）　Ｊという題名の同時出願特許申 請に説明されているＰａｖｋｏｖ４ｃｈの扇形ビーム再構成方法の変形を用いて 、投影データが再構成される。 胴体スキャンの場合は、画像増強管を最大限に移動させる。上記の構成による最 大胴体スキャンは、第７図に示されるように４０　ｃ　ｎ＋未満である。この数 値は、９５％のアメリカ人男性の胸部幅をカバーするものであるが、肩幅の場合 は５０％未溝未満る。大半の診断用スキャナは５０ｃｍの最大胴体スキャンを有 しており、これでアメリカ人男性の９７％をカバーすることができる。 放射線治療用シミュレーター−詳細 ひとつの用途として本発明を放射線治療用シミュレータおよび計画システムと組 み合わせて用いる。 放射線治療シミュレータおよび計画システム（「シミュレータ」）は、メガボル ト級の放射線治療装置の形状と動作とを模倣するものである。シミュレータ・シ ステムは以下の基本的な部分に分割することができる：すなわち、回転アームの ついた床置き用駆動ユニット、Ｘｌ！ヘッドおよびクロスワイヤ・アセンブリ、 画像増強装置のついた検出器、治療用カウチ、リレー・フレームおよび制御ユニ ツ↑・である。本発明に用いるのにａｔ、た基本的なシミュレータ・システムの 部品の多くは、本件の譲渡人であるＶａｒｔａｎ社製のＸ１ｓａｔｒｏｎ　ＣＲ シミュレータ・システム（Ｘｔｓａｔ、ｒｏｎ　ＣＲＲａｄｊｏｔｈｅｒａｐｙ 　ＳｉｍｕｌａＬｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ）に見ることができる。 駆動ユニット 第４図に示されるように、駆動ユニット１０は、通常、台座にボルト止めされた 溶接鋼体からなり、これは最終的な床仕上げが完成しないうちに床に鋳造されて いることが好ましい、駆動横遺体は可変速度電気駆動ユニットと、回転アーム１ ２が配置されている高精度のスルーイング・リング・ベアリングとを内蔵してい る。アーム１２上にはキャリッジ１４．１６が装着されて、それぞれがＸ線ヘッ ド・アセンブリ１８と画像増強管アセンブリ２０用となっている。アーム前部に は円形のディスク２２が付けられ、この円周上には０．０から３６０．０度まで の目盛りが付いている。スクリーン壁（図示せず）が設けられて、これにはゼロ ・データが見えなくても読み取りやすいように小さなサブスケールの付いたスケ ール用のゼロ・データマークが付いている。スクリーン壁は、仕切り壁に内蔵さ れており、仕切り壁によって駆動ユニットと駆動ギアとを部屋から仕切って清浄 な仕上げとしている。 Ｘ線ヘッド１８ アーム１２の上部を通ってＸ線ヘッド・アセンブリ１８が突き出しており、これ は頑丈な銅体に装着されている。 シミュレータのＸ線システムは１２５ｋＶｐおよび３００ｍＡ’（放射線モード ）または１２５ｋＶｐおよび３０ｍＡ（蛍光モード）の出力を有する発生装置、 並びに二重焦点（０，’６ｍｍおよび１ｍｍ）Ｘ線管、永久２ｍｍエレメントお よびフィルタをもつ、Ｘ線管は銅体の端部のヨーク上に装着されている。 管の下方には鉗ブレードの付いたコリメータが装着されており、３５ｃｍおよび １００ｃｍのＦ、Ｓ、Ａ、Ｄ、により０ないし３５までのフィールド・サイズに 手動設定することができる。コリメータにはハウジング側面のスイッチにより操 作されるランプがついており、ブレードを通して患者の皮膚上にＸ線ビームの面 積を決める。 コリメータの前部にはクロスワイヤ・アセンブリが装着されている。これには２ 対のモータ駆動式のタングステン・ワイヤが付１へていて、１００ｃｍのＦ、Ｓ 、Ａ、Ｄ、において４ｘ４ｃｍから３０ｘ３０ｃｍまでの任意の正方形または矩 形のフィールドを作り出す、クロスワイヤ・ハウジング内部の窓には、１００ｃ ｍの距離のフィールド・サイズを示すスケールが付いている。これらは遠隔操作 用コンソール内の電気インジケータにも繰り返されている。コリメータとクロス ワイヤ・アセンブリは、レンジ上４５度のモータ駆動および手動回転ができる。 角度位置を読み取るための適切なスケールが設けられる。ヘッド全体は最大１０ ０ｃｍのＦ、Ｓ、Ａ、Ｄ、から６０ｃｍまで電気的に駆動することができる。 検出器２０ アーム１２の前底部を通って突き出しているのが画像増強管アセンブリ２０であ る。このユニットは二重キャリッジ上に装着されて、Ｘ線ビームの中心周辺の± １８ｃｍのエリアで縦にも横にもスキャンすることができる。アセンブリ全体は 、回転軸から画像増強管面２４までの距離を最大５０ｃｍから１０ｃｍまで電気 的に駆動することができる０画像増強管面２４に装着されている衝突防止バーを 操作すると、電源を動作モータから隔離する。衝突状態を越えて駆動するための 衝突防止連動系を取り消す装備がされている。 治療用カウチ２６ カウチ・アセンブリ２６には、大きな精密ベアリング・リング上に支持された鋼 鉄製の枠がある。これらは床に鋳造された穴に装着されている。枠は、カウチ２ ６用の望遠鏡ラム・アセンブリ２８を丸い床部分と共に動かす、ベアリングは、 電気でまたは手動で、Ｘ線ビームを中心に±１００度カウチ２６の中心合わせを することができる０位置決めのために、穴の縁にスケールが付いている。 望遠鏡ラム・アセンブリ２８は最低６０ｃｍから最大１２０ｃｍの高さまでカウ チ上部を上下に移動させる。 望遠鏡ラムの上部には、サブシャーシが装着されており、手動で横方向の移動が できるようになっている。カウチの両側にはレバーによる手動ブレーキが設けら れて、設定位置にカウチ上部を固定する。このサブシャーシには幅５０ｃｍ、長 さ２１３ｃｍの側溝カウチが付いている。これは、１２３ｃｍまでのモータ駆動 による上下移動を助け、迅速な設定を助けるために手動の取り消し装置となって いる。 望遠鏡ラム・アセンブリのカウチ上部の手動回転も行われる０手動ブレーキが設 けられて、任意の位置に上部をロックできる。 ３つの取り外し可能な部分からなるクッション部があり、４３ｘ３１ａｍの開口 部を作る。全体が透明なプラスチ・ンク・フィルムが、クッションが外されたと きに患者を支える。取り外し可能な頭部クッションが設けられて、頭部クランプ を装着するためなどのドリル板を露出する。 システム全体 第１図ないし第５図には、本発明によるコンピュータＸ線断ｉ撮影システムが示 される。第１図は、Ｘ線源３０と患者３２とに関してデータを収集する本発明の 要素を示すブロック図である。第５図は、本発明によるＣＴシミュレータ・シス テムを得るために、上記に参照されたＸｉｍａｔｒｏｎシミュレータ・シミュレ ータ加された、本発明の要素（＊で示される）を図示するブロック図である。 第５図で示される追加要素に含まれるのは、以下のものである；すなわち、患者 前部コリメータ３４．患者後部コリメータ３６．グリッド３８１画像増強管４０ ．直角反転ミラー４２．フォトダイオード線形アレイ４４１画像拡大装置４５． １６ビツトＡＤＣおよびインターフェース・エレクトロニクス部４６．データ収 集インターフェース４８゜処理および表示用コンピュータ５０である。 データ収集経路 第１図では、Ｘ線源３０が、放射線を患者前部コリメータ３４．患者３２．そし て患者後部コリメータ３６．散乱防止グリッド３８を通して、画像増強管４０　 （Ｉ　ＩＴ）と画像拡大装置１４５まで送っている。 画像増強管４０の画像は第ルンズ５２．直角ミラー４２および第２レンズ５４を 用いてフォトダイオード線形アレイ４４上に投影される。直角ミラー４２が経路 から外れて振れたときは、画〔象増強管４０の画像はテレビカメラ５６で見るこ とができる。 ）オドダイオード・アレイ４４と画像拡大装置４５からの信号は、コマンドによ って前置増幅器、Ｗｔ算器、リセットおよびクランプ回路５８に送られる。前置 増幅器、積算器、リセットおよびクランプ回路５８の制御論理回路構成６０は、 タイミング信号を発生して、それらは位相ロックされたループ・タイミングおよ び制御回路６２により設けられるクロックから導かれる０回路６２は５０　／　 ６０　Ｈｚの線周波数に同期する。制御信号と光強度信号とは前置増幅器、積算 器、リセットおよびクランプ回路５８から、増幅器およびフィルタ６４を通じて 、多重化装置６５でＸ線正規化検出器６６からの信号と、画像拡大検出器アレイ ４５からの信号とにより多重化されて、アナログ−デジタル変換器および制御回 路６８　（ＡＤＣ＞に送られる。ＡＤＣ６８は、書き込み許可信号を台座角度エ ンコーダおよび論理回路７０に送り、両者が光学的に隔離されたデータ経路７２ と多重化装置６７とを時間多重方式で介して、データ処理コンピュータ５０（第 ５図）に信号を送る。コンピュータ５０は、初期接続信号をＡＤＣ６８に返送す る。 上記のシステムの個別の部分を選択して、以下に詳細に解説する。 患者前部および患者後部コリメータ３４．３６患者前部コリメータ３４は、目標 に入射した扇形ビームの一次規準を定める。これらのコリメータは通常、鉛（Ｐ ｂ）でできており、取り外し可能な設計で、通常はアイソセンタ７４において０ ．５センチないし１、Ｏセンチのビーム幅となる。第２図、第３図、第６図およ び第７図に、Ｘ線源３０゜患者前部コリメータ３４．患者の回転中心（「アイソ センタ」）、患者後部コリメータ３６および画像増強管面２４の位置寸法図を示 す（画像拡大装置４５はな１、）、第２図および第３図には、扇形ビーム全体に よる［頭部ｊスキャンのための位置寸法図を示す、第６図および第７図には部分 扇形ビームを用いた「胴体」スキャンのための寸法図を示す。 「頭部］スキャンの場合は、第３図および第２図から、Ｘ線源３０の焦点がアイ ソセンタ７４から約１００センチの位置にあり、画像増強管面２４はアイソセン タ７４から約３２センチの位置にあることがわかる。第３図はビーム幅を横切っ て描かれたもので、回転アーム１２の回転軸が紙面上にある。第２図はビーム幅 の両端から見たもので、回転アーム１２の回転軸が紙面から外れた位置にある。 Ｘ線ビーム内には、ビーム寸法調整はさみ部７６があり、Ｘ線源３０の焦点から 約６５センチの位置に患者前部コリメータ３４が位置する。Ｘ線正規化検出器６ ６は患者前部コリメータ３４のＸ線源側に１かれる。患者後部コリメータ３６は 画像増強管４０のすぐ上に置かれる。 「頭部」スキャンの場合、約５ｍｍの厚みを持つ（アイソセンタ７４において） 扇形ビーム全体が用いられる。第３図を参照のこと。画像増強管面２４がビーム の中心にある。Ｘ線源３０．アイソセンタ７４１画像増強管面２４が上記のよう な空間的配置にあるどすると、患者前部コリメータは約６ｍ、ｍの間隙幅を持つ 、患者後部コリメータ３６は約８ｍｍの間隙幅を持つ、ビーム寸法調整はさみ部 ７６は、患者前部コリメータ３４におけるビーム厚が、Ｘ線正規化検出器６６を 充分に照射し、アイソセンタ７４で約２１．１センチのビーム幅となるように設 定される（第２図参照）、さらに、ビーム寸法調整はさみ部７６を患者前部コリ メータ３４に充分に近づけて置き、コリメータ３４がビームの一次コリメータと して機能するようにする。 「胴体」スキャンの場合、アイソセンタ７４で約１センチのビーム幅をもつ部分 扇形ビームが用いられる。第６図に示されるように、患者前部コリメータ３４は Ｘ線源３０の焦点から５５ないし６５センチの位置に置かれ、約６ｍｍの間隙幅 を持つ１画像増強管面２４はアイソセンタ７４から約３５センチの位置に置かれ る。患者後部コリメータ３６は約１３　ｍ　ｍの間隙幅を持つ、第７図に示され るように、回転アーム１２の回転軸を紙面から外れ、画像増強管面２４が中心か らずれて、ビーム寸法調整はさみ部７６が部分的扇形ビームご発生するように設 定される。たとえば、患者前部コリメータ３４からのビームは画像増強管面２４ を端から端まで照射するが、アイソセンタ７４を通るビームの部分は画像増強管 面２４の一端から約３センチのところに入射する。第７図を参照のこと。 角度でいうと、ビームはＸＬｆｌ＃、３０の焦点とアイソセンタ７４どの間を通 る中心線７５から約１．２７度の外端を有し１．もう一方の外端は中心線７５か ら約１０．４９度となる。 この実施例においては、頭部スキャンのためのスライス厚はアイソセンタで５ｒ ｎｍ、Ｆ、１．Ｄ、は１４７センチである。胴体のスキャンでは現在のスライス 厚はアイソセンタで１センチ、Ｆ、１．Ｄ、は１４７．センチである。このため に患者スキャン円の空隙が大きくなる。 １４：１円筒焦点グリッドが患者後部コリメータ３６に含まれる。 患者前部コリメータ３４は、患者に対する線量と散乱とを小さくするのに役立つ 、よく規定された扇形を与える。 また、コリメータ３４は患者３２の厚みの少ない部分を通り抜けるＸ線ビームの 周辺部を減衰するビーム整形フィルタをもつ。これは患者に対する線量を小さく するだけでなく、１１Ｔ４０とフォトダイオード線形ア１／イ４４とが応答しな ければならないダイナミック・レンジをも小さくする。 画像拡大装置４５との位置関係 第８図は、画像拡大装置４５を用いた場合の寸法図を示す、このような構成では 、うＯセンチの患者スキャン円のために部分的な扇形ビームを用いる。患者前部 コリメータ３４は、Ｘ４！源３０から５９ないし６３センチの位置に置く；アイ ソセンタはＸ線源３０から約１００センチのところにある。画像増強管面２４は Ｘ線源３０からＩ′７１４７センチのところにある；そして画像拡大装置４５の もつとも垂直になる点を画像増強管面２４から約８．５センチ上方に置く。 Ｘ線正規化検出器６６ 第１図に戻り、Ｘ線正規化検出器６６を患者前部コリメータ３４の間隙の片側に 装着し、スキャン中にＸ線管の出力振動を正規化するために用いられる源強度の 読み取り値を設ける。Ｘ線正規化検出器６６は、減衰されないＸ線光束を測定し て、検出器が大きな立体角のビームをサンプリングできるようにする。Ｘ線正規 化検出器６６は、シンチレーティング・タングステン酸カドミウム（Ｃｄ　Ｗ　 ０４　）結晶とシリコンフォトダイオードとを組み合わせることにより形成する 。この結晶は６ｘ６ｍｍ、３ｍｍ厚であることが好ましい、結晶材料、フォトダ イオードおよびその構造の詳細は、画像拡大検出器アレイ４５の解説においてさ らに述べる。 ＩＩＴ４０と集光光学系８４ １２インチの画像増強管（ＩＩＴ）４０は従来の医療用画像増強装置で、Ｘ線光 子を可視光子に変換するための変換器として機能する。第９図は典型的な画像増 強管の断面図と、本発明の関連光学系を示す。入射Ｘ線光子は画像増強管面２４ で、薄い０．３ｍｍのＣｓ１（ヨウ化セシウム）シンチレータ７８により吸収さ れる。ＣｓＩ結晶は、光子を放出して、これらが付属の光電陰ｉｓｏにより電子 に変換される。電子は集束グリッドＧ１．Ｇ２．Ｇ３により加速され、出力蛍光 体８２上に集束されて光変換される。この過程の量子効率は、光子から入射Ｘ線 光子で４ないし５桁の強度（１０４ないし１０５）となる。 Ｃｓｌシンチレータ７８は通常は１２ミルの厚みを持つ。 ｉＬ力力先光体８２ｒＰ２ＯＪタイプ（ＺｎＣｄＳ）であることが好家しい、加 速電圧は通常３０ないし３５ｋＶである１画渫増強管４０の出力において１イン チ径の画像が乍成される。鉛の患者後部コリメータ３６（第１図）と、散乱防止 グリッド３８とが用いられて、ＣＴスライス厚を決定しＸ線の散乱を減らす、患 者後部コリメータ３８装置が円形のアルミ板上に搭載されて、この板はＩＩＴ４ ０の装着リングにボルト止めされる。 測定システムの全体的なＱＤＥは、ＩＩＴ出カ出光蛍光体８２けるこれらの光子 の効率的な収集に依存する。ＩＩに示されるようなレンズ系である。このレンズ 装置の集光効率は、透過率と、開口数の２乗とに比例する１両レンズ５２．５４ の焦点を無限大に設定すると、その集光効率は約１％で、第２レンズのｆストッ プ設定に依存する。この場合のＩＩＴから光電検出器へのＡＤＥはまだ１より２ ないし３桁（１０２ないし１０３）大きい強度である。 本発明のある実施例においては、第２レンズ５４は従来の８２ｍｍレンズででス トップは１，２、焦点は無限大である；第２レンズ５４は従来の８０ｍｍレンズ でｆストップは５．６、焦点は無限大である。 蛍光テレビカメラ５６とフォトダイオード線形アレイ４４の両方を恒久的に搭載 するために、モータ駆動式の４５度回転ミラー４２の付いた二重ボート配電盤を 用いて、標準の配置２の代わりにＩＩＴ４０に装着する。回転ミラー４４は通常 は蛍光位置にあり、ＣＴモードが選択されると、ミラーは９０度回転してＩＩＴ 光出力が第２レンズ５４を通じて線形検出器アレイ４４に向かうようにする。 フォトダイオード線形アレイ４４ １１Ｔからの画像データの光電検出器としての適性に関して、さまざまな固体ア レイが評価されてきた。このシステムにおける光電検出器の条件には以下のよう なものがある；無理のないスペクトル感度、広い、たとえば１００゜０００　： 　１の信号ダイナミック・レンジ、画像を再生するのに充分な空間解像度。フォ トダイオード線形アレイ４４をＩＩＴ４０の出力に簡単に結合できるような無理 のない幾何学的寸法も必要である。 市販の５１２チヤンネル線形シリコン・ダイオード・アレイがこの条件を満たし て、優れた結果をあげている。このアレイは、日本の浜松型のハママッにより製 造されている線形画像センサ番号５２３０１である。このアレイは長さ１インチ （２５，６ｍｍ）　、幅２．５ｍｍである。各ダイオード検出器は５００ミフロ ンｘ２．ｍｍで、有効面積は７２％である。ＩＩＴ出力画像が直径１インチのと き１対１のｔｆｌｌ造の集光光学系８４をＩＩＴ４０とアレイ４４との間に用い る。フォトダイオード線形アレイ４４はカメラ・ハウジングに内蔵されて、この ハウジングが直角回転ミラー４２の出口窓の１つに装着される。 アレイの正規化された光子応答は４７５ないし８７５ナノメータの範囲で６０％ 超となり、ＬＩＴ出力蛍光体スペクトルに重なる。ｒＰ２０Ｊ蛍光体からのＩＩ Ｔ光出カスベクトルは５３２ｎｍでピークとなる。このためシリコンフォトダイ オード・スペクトル応答は「Ｐ２０Ｊ蛍光体の曲線に合理的に対応する。シリコ ンのＱＤＥは、光子当り約０．６ないし０．７電子である。そのため上記から、 シリコンの正孔対に対する入射Ｘ線光子の全体的なＱＤＥ比は、システム全体の １よりも依然としてはるかに大きい。 目標上で１ｍｍの空間解像度を得るために、検出器は画像をデジタル化すること ができるだけの充分な数のチャンネルを持たねばならない。フォトダイオード線 形アレイ４４は５１２チヤンネルを持ち、これは１２インチ管では画像増強管面 ２４において検出器当り０．６ｍｍとなる０画像増強管４０に関する試験と仕様 では、この空間解像度が１２インチ径では１ｍｍ当り約３．５本の対となり、こ れはダイオード・アレイにしたときの１ｍｍ当り０．９本の対を上回っている。 そのため、目標に投影すると、再構成された画像データでは１ｍｍの解像度が可 能になる。 フォトダイオード線形アレイ４４は５１２チヤンネルの線形デバイスであり、各 チャンネルは１回′の露光中に２２ピコクーロンの電荷を蓄積することができる 。市販のアレイと前置増幅器のノイズ特性は３５００を子ｒｍｓと規定されてい る。飽和レベルとノイズの比は、１回の測定で３９．００＋１の最大信号対雑音 比となる。 画像増強管４０の点展開応答は少なくとも１００，０００＝１のダイナミック信 号レンジを示す、しかし、フォトダイオード線形アレイ４４の単一のチャンネル ・ダイナミック・レンジはメーカーの前置増幅器で用いたときは３５゜０００： １しがなかった。そのため、１回の測定ではフォトダイオード線形アレイ４４は ＩＩＴ４０の出力に対応できる充分なダイナミック・レンジを持たない。 ダイナミック・レンジの改善 本発明により、電荷前置増幅器回路構成におけるその他のいくつかの改良と共に 、二重露光時間スキームが採用されて、ＩＩＴ４０の１００．０００＋　１の信 号レンジを利用することができる。新しい前置増幅器積算器の設計により室温で ５０．０００：　１のレンジが可能になっている。 二重露光時間スキームと、新型の前置増幅器積算器設計とを組み合わせることに より、アレイ−前置増幅器のダイナミック・レンジは、１００／８３ｍ５ｅｃ　 （５０／６０Ｈ２）の測定間隔で４００，０００　：　１、または各チャンネル に対して１９ビツトとなり、しかも光子の数値は維持されている。 ダイナミック・レンジの改善は、ひとつには、前置増幅器内の電荷増幅器リセッ ト・ノイズ効果を最小限に抑え、測定値を線周波数に位相ロックし、アナログ増 幅スキームを用いてフォトダイオード線形アレイ４４の信号をデジタル形式に変 換する前に増幅することによりなされた。 線周波数への位相ロック 測定エレクトロニクス部のダイナミック・レンジが低下する原因の１つは、Ｘ線 源内の線周波数に関するリップルと高調波である。リップルと高調波とはＸ線源 のために高電圧のＣＷを発生する際に用いられる線間電圧の整流の副産物である 。 第１図に示されるように、位相ロックされたループ・タイミングおよび制御回路 ６２によりいくつかのクロックが発生され、これらが線周波数に同期する。さら に詳しくいえば、位相ロックされたループ・タイミングおよび制御回路６２には 、電圧制御発振器（図示せず）が含まれており、これは線周波数の所定倍数で動 作し、線周波数に同期する。 位相ロックされたループ・タイミングおよび制御回路６２は、電圧制御発振器の 信号をサンプリング・クロック８６と開始フレーム・クロック８８とに分ける分 圧回路である。 第１図に示される実施例では、サンプリング・クロック８６は２６２ＫＨｚであ り、開始フレーム・クロックには１３．３Ｈｚ成分と１２０Ｈｚ成分とが含まれ る。これらのクロックは前置増幅器、積算器、リセットおよびクランプ回路５８ に入力される。以下に述べるように、これらのクロックがフォトダイオード線形 アレイ４４のサンプリングと二重露光時間スキームに用いられる。さらに、位相 ロッりされたタイミングおよび制御回路６２が、選択信号をアナログ−デジタル 変換器および制御回路６８に供給して、その動作を同期させる。測定エレクトロ ニクス部のタイミングが上記のように位相ロックされているときは、線周波数の リップルと高調波とを実質的に排除することができる。 前置増幅器積算器、リセットおよびクランプ回路５８第１０図および第１１図で 、前置増幅器、ｍ算器、リセットおよびクランプ回路５８を詳細に解説する。第 １０図では、フォトダイオード線形アレイ４４の簡単な図が示されている。５１ ２個のフォトダイオードの陽極は、禁止帯幅電圧基準のような低ノイズの基準に 接続されている。５１２個のダイオードのそれぞれの陰極はバス・１−ランジス タ９２を介してビデオ線９０に結合されている。バス・トランジスタはサンプリ ング・クロック８６とは離れて動作する内部クロックにより順次パルス化される 。第１図および第１１図を参照。 バス・トランジスタ９２がパルス化されると、それに接続されるフォトダイオー ドに蓄積していた電荷がビデオ線９０に入れられる。この電荷は前置増幅器、積 算器、リセットおよびクランプ回路５８の入力段９６の帰還ループにあるコンデ ンサ９４に運ばれる。入力段９６は、電荷増幅器および積算器として動作して、 その出力においてコンデンサ９４に現れる電荷量に比例する電圧を発生させる。 コンデンサ９８は入力段９６の出力でその電圧を低域フィルタ１００に結合させ るが、このフィルタは約４のゲインをもつ、低域フィルタ１００は高いインピー ダンス入力を有して、ＡＤＣ６８によるアナログ−デジタル変換に先立ち前置フ ィルタと１．て動作する。ＡＤＣ６８は単体の１６ビツ諸表千５−５０２４００ 　（９） ト線形アナログーデジタル変換器である。 入力段９６には、低ノイズ、高入力インピーダンスの増幅器段が含まれる。好適 な実施例においては、タイプ２Ｎ５９１２のような別々の低ノイズ電界効果トラ ンジスタを対にして増幅器の前端電圧従道体どして用いる。第１１図を参照のこ と。積み重ねられた対の出力が、カリフォルニア州すンタクララのＰＭ１社製の デバイス番号０Ｐ−２７のような、高インピーダンス演算増幅器の反転入力に入 力される。 リセットおよびクランプ 前置増幅器、ｆｌ算器、リセットおよびクランプ回路５８には、コンデンサ９４ と並列に接続されたリセット・トランジスタ１０２と、低域フィルタ１００に接 続された結合コンデンサ９８の端部に接続されたクランプ・トランジスタ１０４ とが含まれる。リセット・トランジスタ１０２はパルス１ヒされてコンデンサ９ ４を放電させて、サンプリング中の次のフォトダイオードからの電荷を受け取る 準備をする。 ランダム・オフセット電圧はリセット・トランジスタ１０２のゲートからのコン デンサ・フィードスルーをとおり信号経路に結合されることがわかっている。こ のオフセットはリセット・トランジスタ１０２のゲートに印加される制御電圧の １／２程度になりうる。またクランプ・トランジスタ］０４を追加することによ り上記のオフセットを１１５程度小さくできることもわかっている。 動作中は、リセッ１へ・トランジスタ１０２が所定の時間、たとえば２マイクロ 秒間、正の前進パルスによりパルス化される。同時にクランプ・トランジスタ１ ０４は負の前進パルスにより、この場合は２倍の時間、たとえば４マイクロ秒間 パルス化される。クランプ・トランジスタ１０４がパルス化されている間、結合 コンデンサ９８はオフセット電圧に電荷する。負の前進パルスが完了するど、低 域フィルタ１００に接続された結合コンデンサ９８の端部が入力段９６の出力に 追随するが、これはフォトダイオード線形アレイ４４内でサンプリングされてい る次のフォトダイオードから運ばれる電荷に比例する電圧を想定したものである 。 第１１図には、前置増幅器、積算器、リセットおよびクランプ回路５８の１つの 実施例を実行するために用いられる回路構成の詳細な図が示されている。この実 施例では、低域フィルタ１００は３つの別々のステージに実現される：すなわち １０６，１０８．１１０で、結合コンデンサ９８とクランプ・トランジスタ１０ ４とはステージ１０６と１０８との間に配置される。ステージ１０６は、非反転 型で３．６のゲインと６１０ｋＨｚの低域フィルタ・ニーを設ける；ステージ１ ０８は従道体として動作する；ステージ１１０は反転型で１．２のゲインと２２ ０ｋＨｚの低域フィルタ・ニーを設ける。 さらに第１１図にはフォトダイオード線形アレイ４４をサンプリングする際に用 いられる３相クロツクを発生する回路１１２が示されている；リセット・パルス １１４とクランプ・パルス１１６がトランジスタ１０２，１０４をそれぞれリセ ット９クランアするために供給される；まな変換信号１１８がＡＤＣ６８に供給 される。 画像拡大検出器４５ 第１２図、第１３図および第１４図では、画像拡大検出！ｓ４５に３２個の独立 した検出器２００のアレイが含まれている。各検出器２００には紫外線で強化さ れたシリコンフォトダイオード２０４に搭載され、光学的に結合された高密度の タングステン酸カドミウム（Ｃｄ　Ｗ　Ｏａ　）のシンチレーティング結晶２０ ２が含まれている。シンチレーティング結晶２０２は、幅２　ｍ　ｍ、　、長さ １２ｍｍ、厚みが３ｎｉｍで次のような特性を持っている１ ３ｍｍでの１５０ｋｅＶガンマの停止能　、、、、９０％１２ｍ、ｍでの３Ｍｅ Ｖガンマの停止能　、、、、、３０％Ｎａｌに関する光出力（Ｔｌ）、、、、、 、、、、４０％最大発光波長　、、、、、、、、、、、、、、５４０ｎｍ壊変定 数　、、、、、、、、、、、、、５μｓｅｃ３ｍｓｅｃの残光　、、、、、、、 、、、、、、０．１％５４０ｎｍにおける屈折率　、、、、、、２．２−２．３ ３００にでの消灯温度係数　、、、、、０％／ｄｅｇ、に密度　、、、、、、、 、、、、、、、、、７．９ｇ／ｃｃ融点　、、、、、、、、、、、、、、、、、 、１５９８に吸湿性　９９０１９．１．９９０１．５８１．１５．なしこのよう な結晶は、日本の東京にあるＮＫＫおよびオバイオ州５ｏｌｏｎのｌｌａｒｓｈ ａｗ　Ｃ１＋ｅｍｉｃａ１社から販売されている。 各結晶はフォトダイオード２０４にｖＩ４脂装着されるが、この際にフォトダイ オードに対向する面を研磨して、白色の反射皮膜を塗布し、黒色エポキシで密封 する。フォトダイオード２０４は浜松布にあるハママッ社製のモデル番号５４０ ｎｍにおける量子効率　、、、、、、、、、７０％５４０ｎｍにおける放射線感 度　、、、、０．３５Ａ／Ｗノイズ等価電力　６ｘｌＯ−”Ｗ／ｒｏｏｔＨｚ立 ち上がり時間　、、、、、、、、、０．２μｓｅｃダイナミツク・レンジ　１０ −”ないし１０−’Ａ１０ｍＶ反転バイアスにおける暗電流　０．最大２５ＰＡ １０ｍＶ反転バイアスにおける接合容量　、、、６５ＰＦ５■反転バイアスにお ける暗電流　０１．　通常６０ρＡ５■反転バイアスにおける接合容量　、、、 、、２２ｐＦフォトダイオード２０４は１．１ｘ５．９ｍｍの有効面積を有する 。フォトダイオード２０４は幅２．７ｍｍ長さ１５ｍｍのケースにはいる。これ で画像拡大検出器アレイ４５の検出器間隔が２．８５、長さが９ｍｍとなる。各 シンチレーティング結晶２０２は２ｍｍｘ１２ｍｍの有効面を持ち、アイソセン タに関して、画像拡大検出器アレイ４５の８　ｍ　ｍのスライス厚を生み出す。 フォトダイオード長の制限はフォトダイオードの有効長とケースの寸法によるも のである。Ｘ線信号は通常スキャン円の周辺で高いので、信号損失は大きくない 。さらに詳しくいうと、スキャン円周辺でのダイナミック・レンジ条件は中心の 検出器に比べて１／１０少なくなる。通常、中央の検出器が受け取るＸ線光子が 最も少ない、さらに、画像拡大検出器４５の幅は、アイソセンタに関しては約１ ゜９ｍｍで、フォトダイオード線形アレイ４４の０．３７ｍｍに匹敵する。これ によりフォトダイオード線形アレイ４４よりも約１１５少ない空間解像度となる 。しかし、胴体スキャン円の周辺では空間容量の高い目標物を観察することはあ まりないので、空間解像度が下がることは重要ではない。 アレイは既存の３０センチの画像増強管面２４の端に装着される。検出器面に沿 って測定したＸ線感度プロフィルを第１４図に示す０画像壜強管４０と画像拡大 検出器４５とを組み合わせることにより、重複した混成検出器が設計される。 スキャンされる目標を通り抜けたＸ線光子は、シンチレーティング結晶２０２の ２ｍｍｘ１２ｍｍの面に入射する。 各フォトダイオード２０４が積分および読み出しのたび毎に５ボルトの反転バイ アスを印加されつつ、光伝導モードで動作される。シンチレータに吸収されたＸ 線は光子を発生させ、これらがダイオード内で正札対に変換される。その結果得 られる電流によりダイオードが放電され、前置増幅器が各チャンネルの電荷損失 を測定する。このスキームは、大規模ｓｋ積回銘の線形および２−Ｄフォトダイ オードアレイに用いられるのと同様の独立した回路装置である。 ３２個の検出器のそれぞれをサンプリングし、このデータを既存のＩＩＴカメラ ５１２チャンオ・ル・データで多重化するために複数チャンネル・スキャン電荷 荷重増幅器が用いられる。この検出器のサンプリングは、上述のフォ１へダイオ ード線形アレイ４４で用いられるのと同様の方法で動ｆ？する。第１図および第 １５図に、この回路のブロック図と詳細な図面が示されている。 画像拡大検出器アレイ４５はマルチワイヤ・ハーネス２０６を介して前置増幅器 、積算器、リセットおよびクランプ回２８５８に接続されている０画像拡大検出 器アレイ４５の各フォトダイオード２０４からの信号が、マルチワイヤ・ハーネ ス２０６を介して画像拡大検出器アレイ４５からもたらされて、５ｖの基準およ び接地接続がこのアレイに設けられる。フォトダイオード線形アレイ４４のフォ トダイオードの場合と同様に、フ才ｌ・ダイオード２０４の陽極では低ノイズ基 準が用いられる。フォトダイオード２０４からの信号は選択回路２０８のバンク に並列に入力される。 この選択回路２０８は選択論理回路２１０により制御されて、フォトダイオード ２０４からの信号をビデオ線２１２に順次直列に配置する。 第１５１２１に、選択回路２０８がゲート回路であることが示される。このゲー ト回路は［ＧＪ端子に印加される信号の制御下で「ＤＪ大入力入力されたデータ を「Ｓ」出力に転送する９選択論理回路２１０には、並列−直列シフト・レジス タ２１０−Ａ、２１０−Ｂ、２１０−Ｃおよび２１０−Ｄのバンクが含まれ、こ れらは選択回路２０８のバンクをスキャンするように動作する０選択論理回路２ １０は部品番号７４８Ｃ１６４を用いて実現することができる。 ライン２１３上で開始拡大パルスが受け取られるとすぐにスキャンが開始される 。このパルスは、ライン２１４上に供給される拡大クロックにより設定される速 度で、並列−直列シフト・レジスタ２１０−Ａから２１０−Ｄによりクロックさ れる。第１図かられかるように、開始拡大パルスと拡大クロックとが制御論理６ ０からライン２１６上に供給される。 フォトダイオード線形アレイ４４の場合と同様に、画面拡大検出器アレイ４５用 の前置増幅器２３４はコンデンサ２２０を負の帰還装置に接続した入力増幅器２ １９を用いている。ライン２１２はコンデンサ２２０の一端に接続されている。 リセット・トランジスタ２１８は、コンデンサ２２０に並列に接続されて次のサ ンプルを受け取るためにリセットする。結合コンデンサ２２４は、入力増幅器２ １９の出力を非反転増幅器２２６に結合する。クランプ・トランジスタ２２２は 、非反転増幅器２２６に接続されている結合コンデンサ２２４の端部に接続され ている。最後に、非反転増幅器２２６の出力は低域フィルタ２２８に接続される 。 フォトダイオード線形アレイ４４のための電荷増幅器内のリセット・トランジス タ１０２およびクランプ・トランジスタ１０４の場合と同様に、リセット・トラ ンジスタ２１８はパルス化されてコンデンサ９４を放電して、サンプリングされ ている次のフォトダイオードからの電荷を受け取るのに備え、またクランプ・ト ランジスタ２２４がこの動作中にパルス化される。リセット・トランジスタ２１ ８のリセット・パルスがライン２３０上に設けられ、一方で拡大クロック２１６ からライン２３２上にクランプ・パルスが供給される。 データ収集タイミングおよび二重露光時間スキーム第１６図にはデータ収集のた めの相対的タイミングが詳細に解説される。１組のＸ線透過データは、７２０回 の投影または６０秒間の回転につき２回の投影を収集することにより得られる。 実際には、それよりも多少多くの投影が収集され、３６０度よりも多少多い回転 が収集される。しかしここでは説明のために７２０投影、３６０度の回転を前提 とする。 第１６図では、ライン１２０は目標の周囲で、Ｘ線ヘッド・アセンブリと画像増 強管アセンブリ２０とが１回転する間の７２０投影の配分を示す、このような投 影はそれぞれが約８３．３ｍ５ｅｃ　（６０Ｈｚ）かかる。ライン１２２は、一 連の期間Ｔどして各投影がどのように見えるかを示している。第１６図に示され る例では８−３３ｍ５ｅｃに等しいＴを用いている。１回の投影で期間が長期の サンプリング間隔９Ｔと、短期のサンプリング間隔ＩＴとにグループ分けされて 規定されている。 フォトダイオード線形アレイ４４のダイナミック・１／ンジは、上記の方法で二 重露光時間スキームを利用することにより大幅に大きくすることができることが わかっている。 すなわち、フォトダイオードが光子を電子に変換することができる短期のサンプ リング間隔と長期のサンプリング間隔とを用いることにより、その２・つのうち 最も正確な測定値を選択して使用することができる。 Ｆ記で簡単に説明したように、Ｉ　ｌＴ２Ｏの点展開応答は少なくとも１００． ０００：　１のダイナミック信号レンジを示す、一方で、フォトダイオード線形 アレイ４４の単一のチャンネル・ダイナミック・レンジは、メーカーの前置増幅 器と共に用いた場合は３５，０００　：　１となることが測定されている１、二 のようにフォトダイオードだ（すて′ＩＩＴ４０からの高レベル下で飽和するこ とになる。２種間の間隔でサンプリングを行うと、短い間隔のサンプリングがＩ Ｉ”ｒ４０からの高強度レベルについては最も精度が高く、ＩＵＴ４０からの低 強度レベルについては長い間隔ザンブリングが最も精度が高くなる。にれにより ）才ｌ・タイオードのダイナミック・レンジをｆｆ、００．０００　＋　ルンジ まで効率的に拡大できる。 実際は上述の市販のフォトダイオード・アレイに関しては、飽和レベルは２２ピ コクーロンである。第２レンズ５４のｆストップは、Ｘ線ビーム内に目標がない とき、フ才Ｉ・ダイオードが短い間隔で飽和しないように、すなわちビームを１ ２５ｋＶｐ、１５ｍＡに設定する。このようにｆストップを設定すると、Ｘ線ビ ーム内に目標がないときに、約１／２から３／４の飽和レベルのフォ１−ダイオ ード線形アレイ４４の光レベルとなる。 第１６図に戻って、長期および短期の間隔サンプリングのタイミングを詳細に論 じる。ライン１２４は、フォトダイオード線形アレイ４４のフォトダイオードが 互いにサンプリングされる点を示す、ライン１２４の左端には、第１列１２６の ５４４サンプリング点が示される：すなわちフォトダイオード線形アレイ４４に ついて５１２個、画像拡大検出器ア）／イ４５について３２個である。これらは ライン１２２の最も左側のＴ期間中に起こる；すなわち投影の最後のＴＭｒｌラ イン１２０である。ライン１２４では、第２列１２８の５４４個のサンプリング 点が、投影２の最初の１Ｍ間、ライン１２２中に起こる。ライン１２４では、投 影２の第９ＴＭ間、ライン１２２まではサンプリング点がないことに留意するこ と。次に、第３列１３０の５４４個のサンプリング点が投影３の第１Ｔ期間に起 こる。 投影２のための長期間隔サンプリングは第３列１３０の５４４個のサンプリング 点でとられる。投影２の短期間隔サンプリングは第４列１３２の５４４個のサン プリング点中で取られる。たどえば、ライン１２４から、第２列１２８のダイオ ード１のサンプリングと、第３列１３０との間の期間は、９個のＴ期間である。 そのためダイオード１は、再びサンプリングされるまでに９回のＴ期間の入射光 子を積算することができる。第３列１３０で取り込まれたサンプリングは投影２ の長期間隔サンプリングを示す。 逆に、第３列１３０と第４列１３２のダイオード１のサンプソングの間の時間は Ｔ期間１回分だけの長さしかない。 個のため第４列１３２に取り込まれるサンプリングは投影２の短期間隔サンプリ ングを示す。 第１６図のライン１３４は、列１２６のダイオード１ないし４に対するサンプリ ング点、ライン１２４の時間を示す。図示されるように、ナンプリング点間の時 間は約１５゜３マイクロ秒である。この５．３マイクロ秒の時間内に、前置増幅 器、積算器、リセッ１−およびクランプ回路５８の入力段９６がリセットされ（ ライン１３６）、クランプ・ｉ・ランジスタ１０４がパルス化され（ライン１３ ８）、サンプリング中のフォトダイオード（たとえば）才１−ダイオード１）か らの電荷がビデオ！！９０に入れられ（ライン１４０）７変換信号１］１１がΔ ＤＣ６８に送られる（ライン１４２）。ライン１４４と１４６は、フオＩ・ダイ オード２゜３のサンプリング・パルスの相対的タイミングを示す。 各ダイオードのサンプリング期間には４個のペースクロック期間がある点に留意 されたい。このペースクロック期間は、位相ロックされたループ・タイミングお よび制御回路６２、第１図から２６２　Ｋ　Ｈｚクロック８６に関連する。 同様に、各Ｔ期間の８．３３マイクロ秒の期間は位相ロックされたループ・タイ ミングおよび制御回路６２から１２０Ｈｚクロツク８８に関連する。最後に、位 相ロックされたループ・タイミングおよび制御回路６２からの１３．３Ｈｚクロ ツク８８は、９回分のＴ期間の時間に関連する。 Ｘ線正規化検出器６６ 上述のように、Ｘ線源の強度はＸｌｌ正規ｆヒ検出Ｒ５６６、第１図、により監 視される。Ｘ線正規化検出器６６の信号は、増幅ろ波されて多重化装置６５に送 られる。また前置増幅器、積算器、リセットおよびクランプ回路５８からの信号 も多重化装置６５の入力に送られる。多重化装置６５の出力は、Ａ、　Ｄ　Ｃ６ ８に送られる。！！択傷信号６１制御論理回路６０から供給されて、Ｘ線正規化 検出器６６からの信号かあるいは前置増幅器、積算器、リセットおよびクランプ 回路５８からの信号が選択されて、前置増幅器、積算器。 リセットおよびクランプ回路５８により変換される。 簡単な光学スイッチ（図示せず）が駆動台に装着され、対応する「フィンガ」が 台座本体のギア・ホイールに取り付けられる。このような構成により、台座がゼ ロ度になるとパルスが発生されて、スキャンの開始を知らせる。光学スイッチか ら次のパルスが送られるとく３６０度回転した後）スキャン終了を知らせる。シ ステムにデータ収集の準備が整っているときは、あらかじめ設定された数の投影 が常に収集されて、スキャン・パルスの終了により投影データのフラッグが設定 される。 台座の回転速度を変化することができるように、データ収集制御装置は必要とさ れるよりも多くの投影を収集するように設定されているので、台座の回転の開始 時と終了時には多少オーバースキャン（５ないし１０度）となる、これにより、 Ｘ線発生器の出力が安定１７て、台座はデータ収集が始まる前に一定の角速度に 達することができる。データ収集はスキャン・パルスの終了が検出された時点で 停止して、χＦ！発生器をオフにすることができる。 台座角度エンコーダおよび論理回路７０が電位差計に取り付けられて、回転アー ム１２の角度を測定する。このエンコーダは、名目上は台座の回転１度につき１ ０個のパルスを与えて、０．ＬＩＦ（１２ビツト・カウンタ）まで投影角度を決 定する。 データ収集インターフェース４８ データ収集インターフェース４８は、従来のフォトダイオードとレシーバ・リン クとを用いた、光学的に隔離されてい２インターフエースである。光学リンクを 用いることにより、電気的接地の問題点を大幅に削減する。 ＡＤＣ６８と台座角度エンコーダおよび論理回路７０とからのデジタル・データ と初期接続信号とに加えて、アナログ・チャンネル（図示せず）が増幅器および フィルタ６４から、データ収集インターフェース４８を介して引き出されて、較 正と設定のために用いられる。 処理および表示コンピュータ５０ 処理および表示コンピュータ５０は、従来の８０２８６準拠のパーソナル・コン ピュータであることが好ましい。 さらに、従来の２０Ｍフロップ・アレイ・プロセッサ、２５０ＭＢ　ＷＯＲＭ　 （書き込み１度読み込み多数）光ディスク・ドライブ、４ＭＢ　ＲＡＭメモリ、 ３０ＭＢハード・ディスクおよびカナダのにａｔｒｏｘ製の画像ディスプレイ・ カードが用いられる。 データ修正、正規化および線形化 一定の既知のエラー源に対してデータを修正することにより、さらに改善するこ とが可能になっている。処理および表示コンピュータ５０が、検出器システムの 空間的および強度の非線形性とオフセットとを修正する。ＩＩＴ４０の点展開応 答の効果を最小限に抑えるために、データは処理および表示コンピュータ５０で アレイ・ブロモ・７すにより前処理を受ける。すなわちバックグランド減算と正 規（ヒの後で、アレイ・データは、理想的でない点展開応答を補正する実験フィ ルタでコンボリューション処理される。全ての投影データが収集された後で、コ ンボリューションと後方投影技術を用いて５１２ｘ５１２画素の画像が作成され る。その結果得られたＣ７画像は、２０センチの水較正模型で１ｍｍ超の空間解 像度と、１％超の密度解像度を有する。 エラー源 収集されたデータのエラー源とは、画像化チェーンと機械的なシステムの両方が 可能性がある。エラー源としての画像化チェーンとして考えられるのは次のよう なものである（Ｒ不同）：１）Ｘ線源３０からの時間可変Ｘ線光束；２）光子散 乱：３）画像増強管４０（表面の非線形性、Ｓ字形の歪、電流、中央検出器、エ ツジ効果、カーブした表面、暗電流によるＥＨＴ変動）；４）フォトダイオード 線形アレイ４４（非線形応答、飽和、長期と短期の積算値、暗電流）；５）光学 系（内部反射、歪、ミラー合わせ）。 機械的なシステムのエラー源として考えられるのは：１）アイソセンタ７４の変 位；２）機械的な屈曲；３）回転速度の不均一性；４）ＩＩＴ構造の強度の不足 ；５）機械の位置決めの反復性がないこと。 Ｘ線源３０から出るｘｉ光束は、時間とともに変動することがある（を角周波数 の変動、光子の数値的要素など）。 これはＸ線正規化検出器６６を用いて直接測定する。ＸＩ！正規化検出器６６の 出力は入射光子の数に比例する電流を発生させる。この装置は完全に線形で、他 の検出器の読み取り値はこれに合わせて正規化されることになっている。 すなわち、検出器の構成部品はＸ線光束が一定でしかもピーク値にあるかのよう に設定される。 Ｘ線光子が人体を通り抜ける間に散乱するのを補正することは困難である。本発 明で用いられる方法は、次のような手段で散乱の問題をなくすることである＝１ ）扇形ビームの規準を正確に設定する。２）ＩＩＴの前面に１４：１の円筒形に 集束する散乱抑制グリッドを用いる：しかしこれは一次Ｘ線光子の損失を招く。 画像増強管４０のエラーと歪は、以下のような理由で起こる：ｌ）吸収材／シン チレータ（ＣｓＩ）の表面に凹凸がある；２）ガラス表面が湾曲しており、中心 から離れるにしたがって厚みが増す；３）電子の集束誤差によりＩＩＴの表面の 両側で空間的な非線形状層が観測される；４）ＩＩＴ４０を地球の磁界に向ける につれ変動する８字形歪；５）暗電流（すなわちノイズ）；６）ダイナミック・ レンジ（最大信号：ノイズ）ニア）管の入力と出力において内部的な光の散乱が 起こるなめに管の表面の両端で点展開関数が有限となる。 光学経路の歪と誤差とは、たいてい内部反射とレンズの不完全性によるもので、 システムの点展開関数により削減することができる。 全体的な光強度はシステムにとっては制約とはならないが、Ｘ線光子は制約とな る。第２レンズ５４のｆストップは通常は５．６に設定されているので、４．０ まで開いて２倍の光子を通すことが簡単にできる。ＩＩＴ４０のＱＤＥは１．０ ００−１０．０００なので、システムのＱＤＥが１まで下がらないうちに光子が 失われる。検出器アレイ内のエラー源として考えられるのは次のようなものであ る：１）検出された光子数に関して検出器／増幅器の応答が非線形であること； ２）暗電流；３）積算時期の変化により応答が異なる（一定の光入力に対して） ：４）検出器の飽和；５）中心検出器の位置に反復性がない。 較正゛ 較正手順は、データ収集誤差を数量化し補正するために行われてきた０画像増強 管４０．光学系およびフォトダイオード線形アレイ４４のチェーンは、較正とデ ータ修正では単体として汲われる。この較正ステップの結果として得られる情報 が、実際のスキャン中に収集されたデータの修正に用いられる。 較正は以下の順序で実行される・ａ）ミラー合わせ；ｂ）暗電流（バックグラン ド）；Ｃ）中央検出器と検出器アレイの限界（扇形角度の限界）；ｄ）検出器シ ステムの空間的線形性；ｅ）システムの点展開関数。さらに検出器アレイはそれ ぞれ、較正済みの光源を用いて応答の非線形性に関して較正される。 システムの物理的位置合わせ こめシステムでは直角回転ミラー４２を物理的に位置合わせすることが重要であ る。これは長くて狭い検出器アレイに高度に規準を合わせたビームが投影される ことが必要であるためである。この調整は、画像増強管４０の表面にそのために 穿孔したリード・マスク３００を注意深くセンタリングすることにより、システ ムを配置したときに行われる。第１７図を参照のこと。入射Ｘ線ビームは、マス ク３００の穿孔部分だけが照射されるように規準を定めて、Ｘ線光束はどの検出 器も飽和しないように調整される。ミラーは、フォトダイオード線形アレイ４４ の検出器の応答（オシロスコープ上に表示）が対称形で、平坦であり、正しい数 の検出器ピークを持つように調整される。 第１８図は、マスク３００を用いたときに得られる典型的な検出器の応答パター ンを糸す０図かられかるように、応答の大きさは大きく穿孔された穴の信号を受 け取る検出器のほうが大きくなっている。 第１　＋／ンズ５２と第２レンズ５４の焦点は、被検出ピークの「鋭角波」を見 て調整する。第１８図を参照のこと。 この調整は、光学チェーン内の構成部品を変えない限り、ふたたび行う必要はな い。 バックグランド・ノイズの測定 検出器システムの暗電流（ノイズ）は、Ｘ線ビームをオフにしてデータを収集す ることにより決定される０通常の数のデータ投影を収集する。各検出器の読み取 り値を合計して平均を取り、アレイ内の各検出器部分の平均の暗電流（バックグ ランド）を得る。 暗電流は、温度に大きく左右されるので、ウオームアツプ中の温度や室温を含め た、温度関数として較正値を取るべきである。平均のバックグランド値は記憶さ れて、ビームをオンにしたときに収集されたデータから減する。 中央検出器の決定 第１９図を参照し、中央検出器を以下の要領で決定する：１）バックグランド・ データの収集；２）どの検出器も飽和することがないようにＸ線光束を設定する ；３）ビーム内に回もない状態でデータを収集する：４）アイソセンタ７４にビ ンまたは針３０２を置く；５）読み取り値が急速に低下するフォ■・ダイオード 線形アレイ４４の端部に近い検出器は無視する。６）ビンのスキャンを行って１ 組の読み取り値を収集する。第２０図はある投影の典型的な１組の読み取り値を 示す。 この読み取り値が次のように処理される：ａ）データのバックグランド修正；ｂ ）長期／短期積算値の選択（飽ｆｌＪする検出器がないようにＸ線光束が設定さ れるので長期が常に選択されることになる）：ｃ）Ｉｎ（通常エア）−１ｎ（デ ータ）の演算；ｄ）利用できない検出器をゼロに設定。 たいていの検出器では演算の結果はゼロとなり、ビン３０２を「見た」検出器の 減衰値が正の値となる。 各投影のためのピーク減衰値が決定され、対応する内挿検出器番号、すなわちそ の投影での中央検出器が演算される。 それぞれの投影から得た全ての中央検出器値が平均されて、アイソセンタ７４に ビンが正確に置かれていなかった場合や、機械的構造が曲がっていた場合のため の補正が行われる。この結果、５そのシステムの中央検出器が決定されその後利 用できるように記憶される。 検出器の空間的非線形性 ＩＩＴの表面に減衰マーカのついた定規を置いて照射し、照、マーカをＩＩＴの 出口窓からａ察すると、検出器システム内に空間的な非線形性がある場合は、マ ーカが等間隔になっていない。言い換えれば、フォトダイオード線形アレイ４４ のフォトダイオードが等間隔で配置されていても、ＩＩＴ４０と画像化経絡のさ まざまな効果により、目標が扇形ビーム内にあるときに、予測した検出器以外の 検出器も影響を受ける。第１９図を参照のこと。 空間的（または幾何学的）非線形性に影響を与える要因として、画像増強管面２ ４の湾曲がある。第１９図かられかるように、管面は扇形ビームに関して凸面で ある。このため面２４にぶつかるビームの外側の光線は、ビーム中心に近い光線 よりも相対変位が大きくなる。画像増強管４０内でも、集束グリッドＧ　１　、 　Ｇ　２　、　Ｇ　３の非線形性により放出電子の軌跡が予想した経路から離れ ることがある。第２レンズ５４および第２レンズ５４のレンズ誤差や、直角回転 ミラー４２の位置決めミスも空間的非線形性の原因となる。 このよう全システムの空間的非線形性を判定するために、第２ビン３０４を中央 ビン３０２から外れた位置に置き、ゆっくりとビーム内を動かす。第１９図を参 照のこと。実際はビンを固定したままで、台座を回転させることによりこの効果 が得られる。 第３３ａ図ないし第３３ｃ図に、この効果を簡単に図解しである。各図では、台 座の回転経路の上死点（ＴＤＣ）は図の上部に来ている。円は台座の回転経路を 示す、Ｘ線源３０は各図で異なる位置に置かれている。Ｘ線源３０の位置が異な ると、フォトダイオード線形アレイ４４内の異なる検出器が妨害された光線３０ ６により影響を受けていることがわかる。 中心線７５とＴ　Ｄ　Ｃのなす角度を示す角度θは、台座角度エンコーダおよび 論理回路７０を用いて測定される。角度αは上死点から較正用針３０４までの角 度位置である。 角度δは、θ、αと、Ｘ線源３０からアイソセンタ７４までの距離と、アイソセ ンタ７４と較正用針３０４との間の距離とから、既知の幾何学法を用いてめるこ とができる。 このデータから、妨害され′ｌ：：光線３０６の角度と、妨害光線３０６に応答 した検出器とを表にすることができる。 第２１国を参照のこと、ここでは、概念を示すために選択されたデータだけが示 されている。システムの幾何学形状から、「移動する」ビン３０４の位置に関し て影響を受ける検出器を予測することができる。この情報も、第２１図の表に含 まれている。「移動する」ビンが扇形ビーム内に移動し、そこを離れるときに検 証することにより全体の扇形角度がめられる。 この例のＣＴシミュ１／−シジンで用いられる再構成方法では、同じ角度変位の 光線に対応するデータが想定されている。第２１図の表のデータと、実際の投影 で得た対応する検出器の読み取り値とから、任意の角度に対する強度読み取り値 を決定することができる。実際の測定データとこの情報とを組み合わせて用いる 方法を、第２２図を用いて以下に詳細に説明する。 システムの点展開修正 システムの点展開関数（ＰＳＦ）は、画像化チェーン固有の問題であり、その原 因には以下のものがある：１）１１Ｔ４０の電子の集束ずれ、２）光学系におけ る光子の集束すれと散乱、３）光学系内の内部反射。第２３図に示すように点！ 開開数は、リード間隙部３１２を患者後部コリメータ３６と組み合わせて用いて 画像増強管面２４上で選択した点を照射することにより測定される。本発明の好 適な実施例においては、ＰＳＦはリード間隙部をアイソセンタ７４に置いて、ア ーム１６上のシミュレータ・モータ・システムによりＩＩＴ４０を横に動かして データを収集するこトにより決定される。ＩＩＴ４０は、検出器が充分に照射さ れる位置まで動かされ、その位置での検出器アレイの読み取り値が読み込まれる 。フォトダイオード線形アレイ４４の５１２台全ての検出器が照射されて、アレ イ内の他の５１１台のフォトダイオードの読み取り値が得られるまでこれを繰り 返す。 この励起に対する理想的な応答を第２３図の下に曲線１４として示すが、ここで はＩＩＴ４０から増強された光子を受け取るフォトダイオードの直近を除きすべ てゼロとなつている０図の点線３１６は、画像化システムの物理的制約を考慮し た予測された応答である。最ｔｉに、曲ｉ！！３１８は実際に測定されたものを 示す、応答内には、実際のピークの反対側に対称にはっきりとした「テール」が 現れていることに留意すること。 ＩＩ”ｌ”面の各間隙位置によりＰＳＦは異なり、テールも異なる。この「テー ルＪの大きさは間隙部がＩＩＴ４０の端部に近づくにつれて大きくなる。これは 部分的扇形ビームを用いる胴体スキャンにも重要な意味を持つ０通常、■ＩＴ４ ０の片側は、Ｘ線が胴体周辺を通過した後で非常に高輝度に照射され、もう一方 は、胴体の中心を通ろうとするＸ線光子があまり多くないために暗くなる。この 場合、［テール」があまりに大きくなって、有効な読み取り値が得られなくなる 。 測定データから、それぞれの間隙位置の（すなわちアレイ内の各検出器の）デコ ンボリューション関数をめて、それを実際の検出器読み取り値を修正するために 使って、ＰＳＦテールのない、理想的な応答を得ることができる。 すなわちデータの各扇形（すなわち投影）には５１２とおりのデコンボリューシ ョンがあることになる。 実際にはこれらの「デコンボリューション」は以下の要領で実行される。第２４ 図に、ＰＳＦデータの収集と準備が図示されている。ステップ３２０で、フォト ダイオード線形アレイ４４内のフォトダイオードが連続的にループ３２２として 繰り返されるように、ＩＩＴ４０の位置を決める。間隙３１２を次の位置に移動 させると、５１２個全てのフォトダイオードの読み取り値が取られて、ステップ ３２４で較正値のマトリクスに入れられる。このマトリクスは、各列が特定の間 隙位置の検出器読み取り位置に対応し、各行が全ての間隙位置に対して特定の検 出器で読み取られる大きさに対応するように配置されている。 ステップ３３０で、全ての間隙位置に応答指令信号が送られたかどうかをチェッ クする。もし送られていない場合は、ルーア３２２を繰り返して、間隙３１２を 次の位置に「移動コさせる。もし送られていたら、ＰＳＦデータ収集は完了であ る。 ステップ３２６で、各間隙位置に関して実際のピークに対応するデータをゼロア ウトする。このときピークの両側にはうないし１０の検出器読み取り値を置く。 これで「テール」をそのままにして、マトリクスの対角線をゼロダウンする。第 ２５図は、実際のピークをゼロアウトした後にデータがどのように見えるかを示 す０図を簡単にするために、残りのデータは、実際のデジタル値ではなく連続曲 線として示されている。 ステップ３２８で、ステップ３２６がら残っている各列の読み取り値を、その列 に関してゼロアウトされた読み取り値の和で割る。これにより「εマトリクス」 と呼ばれるものができる。 実際には、１台の検出器が照射されたとき、点展開関数のテールは非常に小さな 数となる。さらに精密に測定された「テール」の大きさをめるためには、数台の 隣接する検出器を特定の間隙位置で照射する。ステップ３２８の割り算は、一度 に１台以上の検出器を照射することを考慮している。εマトリクスを用いて点展 開関数効果に関して測定データを修正する方法を、第２６図のステップ３９０を 用いてさらに詳しく説明する。 画像化拡大検出器アレイ４５の利用 画像化拡大検出器アレイ４５の測定値をフォトダイオード線形アレイ４４の測定 値と組み合わせて、５４４個の測定値を得る５画像化拡大検出器アレイ４５を画 像増強管４０に追加すると、その第１フオトダイオードはフォトダイオード線形 アレイ４４の最後の数個のフォトダイオードに重なるように配置される３画像化 拡大検出器アレイ４５のフォトダイオードの検出器の間隔は、フォトダイオード 線形アレイ４４の有効検出器間隔の約５倍である。しかし、空間解像度が低くな っても、胴体スキャン円の周囲で空間密度の高い目標が観察されることはないの で、問題はない。 フォトダイオード線形アレイ４４の測定値と同様に、実際の測定データを内挿す ることにより、測定値の任意の均一角度変位に対応する値を画像化拡大検出器ア レイ４５で得ることができる。これらの内挿値は、次の処理と後方投影の準備が できている正しい「予測検出器」スロットに動かされる。 二重サンプリング間隔測定方法 上述したように、検出器システムのダイナミック・レンジを大きくするために、 各投影について２組の読み取り値、すなわち長期積分と短期積分とが取られる。 長期積分期間は、半直線サイクル（Ｔ期間）９回分の長さで、次の短期積分期間 は、半直線サイクル（Ｔ期間）１回分の長さである。この方法により、小さな数 の光子を正確に数えることのできる拡大期間が与えられる。この読み取り値が飽 和しても、短期積分値を用いて計数比をかけて調整し、等価の長期積分値を得る ことができる。この方法は、検出器応答が線形であることを前提としている。ま た光子の数値を維持できることも重要である。短期積分を用いると、被検出Ｘ線 は測定値の９０％を無視できるだけの数となる。 このようにこの二重サンプリング間隔法は、画像化システムのダイナミック・レ ンジを実質的に、がなり大きくすることができる。例として、長期間隔サンプリ ングが１６ビツトのレンジを持つとすると、短期間隔を用いることにより測定レ ンジは有効範囲１９ビツトまで拡大される。この特定の例では、長期間隔サンプ リングを用いて約６２゜０００まであげることができる。短期サンプリングを用 いると、６２，０００ないし５００，０００になる。このように、本発明の二重 サンプリング間隔法を用いることにより、ダイナミック・レンジは約３ビツト、 係数で約９増大される。 検出器の非線形性を修正する多項式 実際には、フォトダイオード線形アレイ４４のフォトダイオードの応答は多少非 線形であることがわがっている。 フォトダイオードアレイを較正するための簡単な装置が用いられる。１個のＬＥ Ｄを保持するフォトダイオード較正固定治具と、１個の正規化フォトダイオード が採用され、第２レンズ５４の代わりに検出器アレイに装着される。１個のＬＥ Ｄから出力された光は、印加電流に直接比例し、そのため線形アレイ４４内のフ ォトダイオードの応答曲線はＬＥＤに印加された電流に対してフォトダイオード 応答をプロットすることにより決定することができる。また、これは正規化フ才 ｌ・ダイオードからのデータに対して曲線をフィツトさせること（カーブ・フィ ッティング）により正規化される。正規化フォトダイオードは、正規化検出器６ ６に用いられたものと同じフォトダイオードでよいが、シンチレーティング結晶 は用いない。 本発明の好適な実施例においては、各検出器に対して４次多項式の定数Ｃｏ、Ｃ １，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が決定され、較正中にメモリに入れられる。これらの定数 は、たとえば、最小２乗曲線カーブ・フィツト法を用いて、各フォトダイオード のために得たデータを正規化フォトダイオード応答データにフィッ１へさせる４ 次多項式において用いられる。 すなわち、較正データは正規化フォトダイオードについてめられる。このデータ を線形であるとする。次に線形アレイ４４のフォト・ダイオードのそれぞれの較 正データをめる。線形アレイ４４のフォトダイオードの較正データは、最小２乗 カーブ・フィッティング基準を用いて、正規化フォトダイオード較正データにカ ーブ・フィツトされる。第２７図に、フォトダイオード番号と係数値を表に１７ である。 多項式のほうが連続的であり、アレイ・プロセッサで１史利に実行することがで きるので、表の照合ではなく多項式を用いる１本発明で見られるダイナミック・ レンジを表で捜すには、必要なメモリが多すぎて、時間がかかりすぎる。 本発明の好適な実施例では４次多項式が用いられているが、ｎ次あ多項式（ｎは ４より大きくても小さくてもよい）を本発明の範囲で用いることができる点は理 解されたい。 本発明の好適な実施例では、線形アレイ４４のフォトダイオ−１この較正データ を、正規化フオＩ−ダイオードの較正データにカーブ・フィッティングさせる前 に、調整計数が決定される。この調整計数によりカーブ・フィッｌ〜されるフォ トダイオードの非線形性が分かりやすくなる。 調整計数は以下の要領で決定される。正規化計数は線形アレイフオ１ヘダイオー ドが、特定の中間レンジのレベル、たどえば４０．０００カウントを出力できる 光強度レベルに関して決定される。このように、４０．０００カウントの線形ア レイフォトダイオード出力（’ＣＬ」）が、Ｉｏに光強度１／ベルにより発生さ れ、その光強度に対する正規（ヒフオドダイオード出力（「ｎ１Ｊ）が３６．０ ００カウントだとすると、調整計数ｇはｎ、のｄ、に対する比を取ることにより 得られる： 正規化フォトダイオード出力は常に、較正されている検出器よりも低く設定され るので、較正中の検出器は正規化検出器の前に飽和する。 調整計数ｇを用いて、正規化フォトダイオードの較正データを掛は算して、線形 アレイフォトダイオードの較正データをこの調整された正規化フォトダイオード 較正データｎｌ＊に対１．て曲線適合させる。この手順によりｒ１次の多項式の 第１次項の係数が効果的に「１」に近く設定され、それによりさらに高次の効果 が現れる。４次多項式に関して実行されることが好ましいカーブ・フィッティン グは以下のようなものである： ただしｎ　ｌは、光強度ｉに対する正規化フォトダイオード応答、ｄ、は、光強 度ｉに対する線形アレイフォトダイオード応答、ｇは、光強度■１に対するｎ。 と、光強度工。に対するｄ、との比である。 実際には、さらに精度良く線形アレイの応答曲線を説明するには、１つ以上の多 項式を用いるほうがよい１：とがわかっている。これは応答曲線が線量により変 動するためである。第２８図参照。よｌ”ｌ高次の（たとえば４次）の多項式を いくつか用いて、応答曲線をモデル化するほうが、１個のより高次の多項式を用 いるよりも正確で早いことがわかっている。 本実施例では、１つの多項式で約４０００カウント未溝の曲線を正確に記述し、 第２の多項式は約２６００ないし約６２．０００カウントから用いられる。第３ の多項式は約４４．０００超で用いられる。第２８図を参照のこと。 ２０００ないし４０００カウントの被修正値は、多項式］ど２を用いて、最終結 果を内挿することによりめられる。 ４４．０００ないし６２．０００カウントの被修正値は、多項式２．３を用いて 、最終結果を内挿することによりめられる。実際には、多項式１は４．０００カ ウンＩ−未満のデータで用いられる；多項式２は２，０００ないし６２゜０００ カウン１−のデータで用いられる；そして多項式３は、４４．０００超のデータ で用いられる。これらの多項式の重なる部分は、２０００から４０００と、４４ ．０００から６’２．０００の移行範囲の値を内挿により決定するために用いら れる。これで、ある多項式から次の多項式へと円滑な移行が行われる。 計数比の決定 第２９図は３つの多項式の計数を決定する手順を示す。 ステップ３３２では、１個のＬＥＤ光源と１個の正規化フォトダイオードを有す るフ第１・ダイオード較正治具（図示せず〉が、第１図のレンズ５４の代わりに 用いられている。 ステップ３３６では、フォトダイオード正規化検出器と線形アレイ４４のフォト ダイオードの応答が、予測される光強度値の全範囲にわたって決定されている。 用いられる各強度レベルについて、長期と短期のサンプリング間隔が用いられて 、長期と短期の測定値をめている。 次にステップ３３７では、（短期間隔に乗算するための）計数比が、正規化フォ トダイオードのデータを用いて以下の要領で決定される。長期および短期間隔の 測定値が、約３２．０００ないし６２，０００カウントの範囲で検証される。短 期測定値は最小２乗フィツトにより最適化された計数比で乗算されて、長期サン プリング測定値とその範囲で計数化された短期サンプリング測定値どの間のベス ■・・フィツトをめる。最適化された計数比は記憶されて、正規化フオＩ−ダイ オードの短期サンプリング測定値を乗算するためにも用いられる。 本発明の好適な実施例においては、計数比は以下のような２つの部分からなる計 数である。正規化フォトダイオードの長期サンプリング間ｔｉｉｌｌｌ定値（’ Ｉ−ＩＪ）と短期サンプリング間隔測定ｉ！！（ｒｓ、」）との間の関係は以下 の式により表される： ＬＬ（１＋αＬｉ）■にＳｉ。 定数αとｊとは、約４０．０００ないし６０．０００のカウント範囲についてベ スｌ−・フィツトを得るために最適化されている。すなわち、４０，０００ない し６０．０００の範囲でり、に対する値を生み出す光強度値をめるには、し、の 値とＳ、の対応する値とを上記の式に当てはめて、定数αと、ｊどを最適１ヒし て、最も良い最小２乗フィッＩ・をめる。 定数αとｊとが決まると、正規化フォトダイオードの較正値ｎ＋−一これは線形 アレイ４４のフォトダイオードを線形化する係数を選択する（ステップ３４４） 際に用いられるものであるがｍ−は、以下の式で定義される：ｎｉｍ　Ｌ、　（ １＋　ａＬｉ）、　Ｌｉ＜　６０，０００Ｂ−にＳｉ、　Ｌｉと６０，０００゜ αの通常の値は、１０−７のオーダーで、ｊは約９である。 次にステップ３４２，３４４．３４６で、３つの４次多項式の係数が、線形アレ イ４４のフォトダイオード測定値に関して決定される。すなわち、それぞれ０が ら４，０００と、２，０００から６２，０００と、４４，０００がら５０００． ０００との範囲のための多項式である。「最小２乗」カーブ・フィッティングが 採用される。上述のように、カーブ・フィッティングは、正規化フォトダイオー ドから得られた較正データに対して行われる。正規化フォトダイオードの較正値 ｎ、は０から５００．０００カウントまでの範囲で与えられ、６０，０００未満 のカウントでは長期サンプリング間隔測定値り、に（１＋αＬ、）を掛けたもの が用いられ、６０．０００超のカウントでは短期サンプリング間隔測定値Ｓ１に 定数ｊを掛けたものが用いられる点に注意されたい。 ４４．０００から５００，０００カウントまでの範囲の４次多項式の定数の決定 は、正規化フォトダイオード値ｊＳ１と、線形アｌ／イ４４の特定のフォトダイ オードのための未調整の短期サンプリング間隔測定値とを用いてなされる。この ために、係数Ｃ３゜、　Ｃ３１、Ｃ＊　２　、　Ｃｙ　３．　Ｃ３４は計数比ｊ を有効に含む、計数比ｊは、短期サンプリング間隔測定値の大きさを長期サンプ リング間隔測定値のオーダーまで調整し、その際に検出システムのダイナミック ・レンジを３ビツト増大させることを思いだしてほしい、上述のように、ダイナ ミック・レンジの増大は線形アレイ４４のフォトダイオードによりなされる測定 値にまで伝えられる。 これらの係数が記憶されて、後で用いられる。 ステップ３４４では、係数Ｃｌｏ　、　ＣＩ＋　、　Ｃｌ　２　、　Ｃ＋　３． 　Ｃ１、は、多項式１に対応する；係数Ｃ２゜＋Ｃ２□＋　Ｃ２２１Ｃ２３１Ｃ ２４は、多項式２に対応する；そして係数Ｃ３゜＋Ｃ，ｌｌ＋Ｃ３２＋　Ｃｐｓ 、　Ｃｓ４は、多項式３に対応する。 これらの係数を決定する際には、長期サンプリング間隔測定値が多項式１および ２に用いられる点を理解されたい。 多項式３では短期サンプリング間隔測定値が用いられる。 この短期測定値は正規化フォトダイオード測定値に薔てはぬられて、長期間隔測 定値または計数比を掛けた短期間隔測定値となることができる。 システムの動作 データ収集と修正 第２６図は、システムが患者をスキャンするときの、データ収集と修正の手順全 体を示す、ステップ３４３でシステムが初期化され、ステップ３４５でデータが 収集される。 データ収集中に各投影毎に得られる読み取り値は次のものである一投影番号；短 期サンプリング間隔値；長期正規化検出器値：および台座の角度位置。 第２６図のステップ３４７で、修正された検出器データが判定される０本発明の 好適な実施例によると、実際の検出器読み取り値の処理はスキャンの進行中に実 行される。 スキャンが終了するのに通常は約１分かかるので、かなりの量りデータ処理をス キャン中に行うことができる。 データはスキャン中に各投影から受け取られるので、データは浮動小数点に変換 されて、バックグランド・レベルが各検出器の読み取り値から減算される。次に 、３つの多項式のそれぞれに対する係数が検索される。３つの多項式を解く前に 、投影の平均化が行われて、台座の回転の１度につき１組の投影読み取り値がめ られる。ここでは、投影データを望ましい角度に近い角度で取られた投影データ に適切な重みをつけることも行われる。前述のように、１度につき２つの投影デ ータがとられる；すなわち、６０Ｈ２のシステムでは、３６０度回紙回転間に約 ７２０回の投影が行われる。投影の平均化により投影数は約３６０に下がり、そ れにともない演算負荷も小さくなる。たとえば、台座角度３２１．５度、３２２ 度、３２２．５度の場合の投影は平均化されて、投影３２２度の１組のデータと なる。 投影平均化が終了すると、長期サンプリング間隔測定値を用いて多項式１．２が 解かれ、短期サンプリング間隔測定値を用いて多項式３が解かれる。 多項式１： 多項式２： ただしＤＥＴ、’は、長期サンプリング間隔値。 多項式３： ＤＥＴ、’は、演算される修正済みの検出器値である。実際には、多項式３の係 数は計数比を含んでいるので、短期サンプリング間隔測定値を多項式３に当ては める前に掛は算する必要はない。 概念としては、第３０ＡＩＩＵにあるように、多項式に用いられる測定値ＤＥＴ 、の大きさにより、実際にはどの多項式がＤＥＴ’に用いられるかが決定される ことになる。ステップ３６４，３６６．３６８はＤＥＴ、が２，０００未満であ るときに多項式１の結果がＤＥＴ’に用いられることを示している。ステップ３ ７０，３７２からは、ＤＥＴ。 が２．０００から４，０００の間であるときは、多項式１および２の被内挿値が ＤＥＴ’に用いられることがわかる。 ステップ３６６．３７０，３７４，３７６でＤＥＴ、が４４．０００未満で４． ０００超であるときは、多項式２の結果をＤＥＴ“に用いる。ステップ３７８， ３８０でＤＥＴ、値が６２，０００よりも大きいときは、多項式３の結果をＤＥ Ｔ、”に用いる。最後に、ステップ３７４，３７８゜３８２でＤＥＴ、が４４． ０００から６２，０００の間であるどきは、多項式２，３の被内挿値をＤＥＴ、 ’に用いる。この手順は線形アレイ４４の各フォトダイオードの測定値に関して 実行される。 特定の処理順序を選択して、アレイ・プロセッサの特性を利用して処理速度を速 めることができる。そのため、本実施例ではまずデータをスクリーニングして適 切な範囲と多項式を決めて、その後で多項式を実行するよりも、３つの多項式を すべてデータに実行するほうが速い。 アレイ・プロセッサが用いられる本発明の好適な実施例では、別の処理順序が用 いられる。第３０Ｂ図を参照のこと。第３０Ａ図のステップ３６６．３７０，３ ７４．３７８のＩＰ−ＴＨＥＮ　（もし５１、ならば１１．せよ）の操作が機能 的に集約的なので、重み付はスキームに演算速度を増すための手段を追加１７た 。第３０Ｂ図および第３０Ｃ図で：この重み付はスキームに関して説明する。 第３０Ｂ図のステップ３５８では、３つの多項式の係数が検索される。ステップ ３６０で線形アレイ４４のフォトダイオードの長期サンプリング間隔値を用いて 多項式１゜２が実行され、短期サンプリング間隔値を用いて多項式３が実行され る。ステップ３６２では、３つの多項式のそれぞれのための［重みＪ　Ｗ、、Ｗ ２．Ｗ、が長期サンプリング間隔値の大きさの関数として決定される。次にステ ップ３６３で３つの多項式それぞれの結果、ｐＨＰ２．Ｐｔを対応する重みで掛 は算し、合計して線形化された検出器値ＤＥＴ’　をめる： ＤＥＴ、’軛町ｐｌ十賢２　Ｐ２　＋　Ｗ３Ｐ３゜第３０Ｃ図では、重みＷ、、 Ｗ２．Ｗ、の決定法が示される。縦の軸は割り当てられた重みを示し、横の軸は 長期サンプリング間隔カウントを表す。この例では、カウント範囲はＯから５０ ０，０００である。２０００から４０００と、４４，０００から６２，０００と の開で多項式間の移行が起こる。多項式１の重み計数Ｗ、は０から４０００カウ ントまでのカウント範囲をカバーするが、２０００カウントのところに破過点が ある。多項式２の重み計数Ｗ２は２．０００から６２，０００までのカウント範 囲をカバーするが、４，０００と４４．０００のどころに破過点がある。多項式 ３の重み計数Ｗ、は４４，０００から５００゜０００までのカウント範囲をカバ ーする。曲線Ｃ３は、２０００カウントから４０００カウントまでの重み計数Ｗ １の領域を用いて定義される： ただしＤＥＴ　は長期サンプリング間隔値に等しい。第２曲線Ｃコが定義される が５、二のときは４４．０００から６２．０００カウントまでの重み計数Ｗ、の 領域を用いている： Ｃ３とＣ＋１はいずれも、処理されるＤＥＴ、の各値に関して解かれるが、１よ り大きい場合とＯ未満の場合のＣ１およびＣ５の値は切り捨てられる、すなわち 無視される。次に、特定のＤＥＴ、に関してＣｉとＣ３の値を用いて、重みＷｌ 。 Ｗ２．Ｗ、が以下のように指定される：重みＷ＋、Ｗ２．Ｗｌを上記のように用 いることにより、アレイ・プロセッサを効率的に利用し、データ処理の速度を速 めることができる。 点展開関数の修正 第２６図に戻り、ステップ３４７のバックグランド・ノイズと非線形性の修正に 続き、ステップ３９０でＰＳＦ修正が行われる。 第３２図では、第２４図および第２５図で説明されたεマトリクスを以下のよう に用いて、ＰＳＦを修正するデコンボリューションを実行する。以下の関係を前 提とする：［Ａ１［１１＝　Ｋヌま ただし、［Ａ２］は点展開関数を示す５１２ｘ５１２マトリクス、［Ｉ］は、５ １２台の検出器それぞれについて画像増強管面２４に入射するＸ線強度を示す５ １２工１／メント・ベクトル、［Ｒ１は投影中にとられた、５１２台の線形アレ イフォトダイオードのそれぞれの実際の測定値である。 ベクトル［Ｉ］がめる情報である。［１コを得るには、ベクトル［Ｒ］を［Ａ、 ］の逆数［Ａ、］−’で掛ける：

【λ】“’［Ｒ１＝　［λ１゛′Ｉ＾１【１１ ＝　【Ｘ］・ しかし［Ａ］は単位マトリクスにεマトリクスを加えたものとして表すことがで きることに注意すること、また、εマトリクスは小さいので、−次までは［Ａ： ｌ−’は単位マトリクスからεマトリクスを減じたものに等しくなることにも注 意すること。 このように本発明の好適な実施例により、測定データに関してデコンボリューシ ョン処理した値［Ｉ］は次の式で決定される： ［Ｘ］　：　（ｊｘＤＥＮＴ工ＴＹ　Ｋ７ｉＴＲＩＸ］　−１：（ＫＡＴＲＩＸ Ｉ）　［Ｒ］。 第３２図のステップ３９２で、εマトリクスがメモリから検氷される。ステップ ３９４では、第２６図のステップ３４７からのＤＥＴ、’値（「「Ｒコ」）が検 索される。 次にニステップ３９６で、ＤＥＴ、’値にεマトリクスを掛けることにより修正 ベクトルが決定される。ｆ＆後にステップ３９８で、ＤＥＴ、’値から修正ベク トルが減じられてベクトル［Ｉ］　（ＤＥＴ、Ｏ，ＤＥＴ、”　１．、、、ＤＥ Ｔ、”５１１］がめられる。 本発明の好適な実施例により、ＰＳＦはゆっくりと変化する位置関数であるとい う前提がさらに活用されて、上記の演算のスピードアップが図られた。５１２の 間隙値１前部についてεマトリクスを決定する代わりに、４番目毎などの位置に ついて値を収藁する。このようにして、εマトリクスは初めて１２８ｘ１２８ｘ マトリクスの形をとることができる。さらに、実際の測定値は対応する１２８の 検出器に関してとられ、ベクトル［Ｌ］は、このより限られたセットのデータか ら演算される。ＰＳＦはゆっくりと変化する位置関数なので、その結果得られる １２８エレメントの［Ｉ］ベクトルを５１２エレメントのベクトル全体に内挿し て解像度の損失を最小限に抑えることができる。 ファントムの正規化と線積分演算 第２６図に戻り、次にステップ４００を処理する。このステップでは以下の関係 の決定を行う：ａｍ分＝１ｎ（修正済みＤＥＴ、）−Ｉｎ（正規化ＤＥＴ。 ）−Ｉｎ（ファントム） 線積分差はコンピュータＸｌｌ断Ｍ撮影スキャナ技術ではよくあることであり、 実際の投影中に測定された強度と正規化フォトダイオードにより測定された強度 との固有の対数と、既知の吸収特性を有するファントムを用いた強度との差をめ る。 重複修正 ８００回分の投影（６０Ｈｚのシステム）または６５０回分の投影＜５０Ｈｚの システム）のデータを記憶させることができる。実際には台座はスキャンの最後 で５ないし１０度ＴＤＣを越えて回転する。このために多少のオーバ特表千５− ５０２４００　（１Ｂ） −スキャンとなる。このオーバースキャンの領域でも、投影は行われる。この投 影のデータがスキャン開始時に行われた投影のデータと混合される。第２６図ス テップ４０１を参照のこと、第３１図では、各投影のデータに割り当てられる重 みが示されている。初期の投影でゼロ度付近の台座角度周辺でとられたデータの 重みは軽く、スキャン終了時、３６０度付近でとられたデータの重みはもっと大 きくなっていて、３７０度で重みが小さくなっていることが、図かられかる。 幾何学的な非線形調整 次にステップ４０２を実行するが、ここでは幾何学的または空間的な非線形性を 補正するための調整が行われる。 第３３ａ図、第３３ｂ図、第３３ｃ図、第２１図で解説された上うに、均一な角 度で分割された部分的扇形ビームは、フォトダイオード線形アレイ４４の検出器 において必ずしも、対応する均一な距離をとった応答をするとは限らない。 第２２図は第２６図のステップ４０２で採用された平均化／内挿法を示している が、これは空間的非線形性を修正するものである。軸３０８の上部は、測定値間 の望ましい均一な角度間隔、たとえば、±１２度間でＤ度毎に行う測定を示して いる。軸３０８の下部は実際の測定間の実際の角度間隔を示している０画像化シ ステムの空間的非線形性のために、検出器の応答は必要とされる角度以外で起こ る。 第２２図の部分３１０からもわかるように、望ましい角度位置の強度値は検出器 測定値のサブセットを選択し、これらの選択値を内挿することにより決定される 。このように、たとえば、−１２度の点から角度位置り間隔３個分の強度−は、 検出器１および２の測定値を内押することにより決定することができる。同様に 、０変位置の左の角変位Ｗ、Ｄ間隔２個分の強度値を、検出器２５０−２５３か らの測定値を内押することにより決定することができる。上記のように、応答す る検出器の読み取り値をまとめて平均化／内押して次の処理と後方投影の準備が できている正しい「必要とされる検出器」のスロットに移動させる。 修正されたデータは、再構成装置の入力ファイルに書き込まれ、そこで部分的形 再構成用に調整されて、部分的扇形再構成の準備をする。これが第２６図のステ ップ４０４である。Ｊｏｔ＋ｎ　ＰａｖｋｏｖｉｃｈおよびＩ！ｄｗａｒｄ　５ ｅｐｐｔにより、本件と同日に出願されたｒ部分扇形ビームＸ線断層撮影装置と データ再構成法Ｊというタイトルの同時出願申請を引用するが、ここには調整と 部分的扇形ビーム法が詳細に述べられている。この同時出願申請書を参考文献と して添付する。 ＣＴシミュレータ・システムと共に、本発明を実行するコンピュータ・プログラ ムのプリントアウト全体をマイクロフィッシュ付録Ａとして添付する。 本発明により可能となる広いダイナミック・レンジの直接的な結果として、ＣＴ 数に較正される画像が作成されるＣＴシミュレータ・システムが提供される。任 意の数に較正される信号を設けるその他の従来のＣＴシミュレータ・システムと は異なり、本発明によるＣＴシミュレータ・システムは従来の診断用ＣＴスキャ ナと同様の−１０００から＋３０００までのスケールをカバーする、ＣＴ数に較 正されるデータを提供する。このような較正を行うために、既知の材料のファン トムをスキャンして、それぞれの材料に関してめた透過値を記憶させる。実際の スキャンの透過データが得られたら、このデータを人体模型で得た値と比較して 、そのデータに対する適切な調整を行う。 本発明はここで述べた好適な実施例やその他の実施例に限られるものではなく、 本特許の保護範囲と本発明の精神から逸脱することなく変形や改良を行うことが できる０本発明の特性を以下の請求項にまとめる。 浄書（内容に変更なし） 寿Ａ１−５よ・ン；為１（したス４鳴（１！ 〜 ’Ｖ４．’；Ｖ−−−−−呂 す５Ｖ Ｒθ　１１Ｂ ＦＩＧ、　１’ＩＣ ＦＩＧ、１２ 社九 ＦＩＧ、　１４ ＦＩＧ、１７ ＥＧ、　１８ ＦＩＧ、　２０ ＦＩＧ、　２１ Ｘ−線 ＦＩＧ、　２３ ＦＩＧ、　２７ ＥＧ、２θ ＦＩＧ、　３０Ｃ ＥＧ、３２ 要約書 コンピュータ断層シミュレータのような、放射線治療用装置により得られた画像 の精度を高める方法を開示する。 そのシミュ１／−夕は画像増強管（４０）および、さらなる処理のために、画像 増強管からの光りを電気信号に変換するフォトダイオード検出器（４４）を有す る。本方法において、かなりの量のクロストークが画像増強管およびフ第１・ダ イオード検出器に存在することが認められ、そのクロスＩ−−りに対１．補償を するために、フォＩ・ダイオードから得られた電気信号を調節する一連の工程が 実施される。 手続補正書く方式） ％式％ ２、　発明の名称　放射線治療用装置の精度を高める方法３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　パリアン・アンシエイツ・ インコーホレイテッド ４、代理人 住　所　東京都港区西新橋１丁目６番２１号６、　補正の対象　１）特許法第１ ８４条の５第１項の規定による書面の特許出願人の住所および代表者の欄 ２）図面翻訳文（浄書、内容に変更なし）３）委任状及び同訳文 国際調査報告

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｘ線光子源、当該Ｘ線画像増強管に衝突してくるＸ線光子に応答して可視光 を生ずるＸ線画像増強管、可視光に比例した出力を生ずる複数のフォトダイオー ド、および前記増強管の可視光を線形アレイに結合する光学手段を有する放射線 治療用シミュレーター装置の精度を高める方法であって、画像増強管および光学 手段のクロストークを除去する工程かちなる方法。
2. ２．請求項１に記載の方法であって、クロストークと除去する工程が、 ａ．複数のフォトダイオードの１つが増強管からの可視光により十分に照射され るように、Ｘ線光子を増強管に当てる工程と、 ｂ．複数のフォトダイオードのすべての応答を測定する工程と、 ｃ．複数のフォトダイオードのそれぞれが増強管かちの可視光により十分に照射 されるまで、工程ａおよび工程ｂを繰り返す工程と、 ｄ．十分に照射されたフォトダイオードの応答をゼロアウトする工程と、 ｅ．放射線治療用シミュレータ装置によりなされた続く測定値をデコンボルブす るために存続する測定値をゼロ項として利用する工程と， とから成る方法。
3. ３．請求項２に記載の方法であって、利用工程ｅが、ｉ）εマトリクスを形成す るために、存続する測定値を工程ｄでゼロアウトされた応答の大きさで割る工程 と、ｉｉ）修正マトリクスを形成するために、εマトリクスに、続く測定値を掛 ける工程と、 ｉｉｉ）画像増強管、光学手段およびフォトダイオードにある点展開関数効果に 対して修正された続く測定値のマトリクスを形成するために、続く測定値かち修 正マトリクスを引く工程と、 とから成る方法。