JP4675472B2 - 最適化データ取得によりｃｔ画質を最適化する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングに関し、より具体的には、低信号条件下でのＣＴシステムの画質を最適化する方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
少なくとも１つの公知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって、一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは、患者等の撮像されている物体を通過する。ビームは、物体によって減弱された後に、放射線検出器の配列（アレイ）に入射する。検出器アレイの所で受け取られる減弱したビーム放射線の強度は、物体によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置におけるビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。すべての検出器からの減弱測定値が別個に取得されて、透過プロファイルを形成する。
【０００３】
公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが物体と交差する角度が定常的に変化するように、撮像平面内で撮像されるべき物体の周りをガントリと共に回転する。１つのガントリ角度における検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。物体の「走査（スキャン）」は、Ｘ線源及び検出器が１回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される１組のビューで構成されている。アキシャル・スキャン（軸方向走査）の場合には、投影データを処理して、物体を通過して得られる２次元スライスに対応する画像を構成する。１組の投影データから画像を再構成する１つの方法は、当業界でフィルタ補正逆投影(filtered backprojection) 法と呼ばれている。この手法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド(Hounsfield)単位」と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて陰極線管表示器上の対応するピクセルの輝度を制御する。
【０００４】
走査が低信号条件下で行なわれる場合に、電子雑音によって低信号撮像アーティファクトが生ずる可能性がある。低信号アーティファクトを減少させるために走査信号にゲインを適用することが知られている。しかしながら、ゲインが過度に高いとオーバレンジが生ずる可能性があり、これもまた撮像アーティファクトを齎す。また、画質に影響を及ぼすその他の因子、例えば、Ｘ線管出力電流及び出力電圧、並びに検出器のスライス厚等の因子も知られており、これらの因子は、画像アーティファクトを回避するのに適したゲインを選択することを困難にする可能性がある。入力信号に対するゲインを最適化して、低信号アーティファクト及びオーバレンジ・アーティファクトの両方を回避する方法を提供すると望ましい。
【０００５】
【発明の概要】
従って、本発明の一実施態様では、イメージング・システムの信号対雑音性能を最適化する方法が提供される。この方法は、物体をスカウト走査してスカウト走査データを得る工程と、スカウト走査データを用いて複数の正規化されたＸ線入力信号ファクタを決定する工程と、正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いて少なくとも１つのシステム入力信号を決定する工程と、システム入力信号を用いて物体の走査のための少なくとも１つのゲインを選択する工程と、物体の走査においてシステム入力信号に対応する選択されたゲインを適用する工程とを含んでいる。上述の方法は、オーバレンジを回避しながら電子雑音を低下させる。このようにして、低信号アーティファクト及びオーバレンジ・アーティファクトの両方が防止される。
【０００６】
【発明の詳しい説明】
図１及び図２には、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「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、例えばＸ線管を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の対向する側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は検出器素子２０によって形成されており、検出器素子２０は一括で、物体２２、例えば患者を通過する投射されたＸ線を検知する。検出器アレイ１８は、シングル・スライス式構成として作製されていてもよいし、マルチ・スライス式構成として作製されていてもよい。各々の検出器素子２０が、入射するＸ線ビームの強度を表わす、従って患者２２を通過する間でのビームの減弱を表わす電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は、回転中心２４の周りを回転する。
【０００７】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御されている。制御機構２６はＸ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４へ電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が、検出器素子２０からアナログ・データをサンプリングして、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。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２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コンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【０００８】
イメージング・システム１０は、イメージング・システム１０の較正時に変更することのできるシステム・パラメータを含んでいる。コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して、操作者（図示されていない）からコマンド（命令）及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像、及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給したコマンド及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０へ制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は、患者２２の各部をガントリ開口４８を通して移動させる。
【０００９】
スカウト走査として知られている走査形態の際には、ガントリ１２は回転しないで静止した状態にある一方、テーブル４６はガントリ開口４８を通って移動する。スカウト走査時には、患者２２に対する特定のガントリ角度からのビューについてデータが取得される。スカウト走査は、例えば、患者２２の横方向ビュー又は前後方向ビューを得るのに用いられる。
【００１０】
イメージング・システム１０は、データ取得時に適用するように利用可能になっている複数の予め決定されているゲインを含んでいる。イメージング・システム１０は、各々の検出器アレイ１８スライス厚に少なくとも１つのゲインが対応するように構成されている。利用者は走査用のモードを選択することができ、すなわち、走査データに適用されるべきスライス幅及びゲインを選択することができる。一実施例について図３を参照して述べると、イメージング・システム１０のデータ取得時の信号対雑音性能を最適化する方法が、イメージング・システム１０を空気較正して、予め決定されているゲインから各々の検出器アレイ１８スライス厚に関連付けられる１組のゲインを予備選択する工程（ブロック１１０）を含んでいる。予備選択されるゲインは、例えば、各々のスライス厚について高、中及び低などと表わすことができる。
【００１１】
次いで、イメージング・システム１０のパラメータが、各々の予備選択されているゲインに対応して各々のスライス厚について較正ベクトル・データによって更新される（ブロック１１２）。例えば、較正ベクトル・データは較正データベースに記憶することができ、走査モードの選択に基づいて走査データ処理に用いることができる。次いで、イメージング・システム１０のパラメータは、予備選択されているゲインについてのＤＡＳ３２の入力信号レンジの全幅によって更新される（ブロック１１４）。
【００１２】
次いで、横方向スカウト走査を行なって、患者２２に関連するスカウト走査データを得る（ブロック１１６）。前後方向スカウト走査も行なうとデータの品質が向上する。スカウト走査データは、複数のスカウト走査標識点（ランドマーク）に対して、例えば、患者２２の軸方向の複数の位置に対して収集される。次いで、スカウト走査データを用いて、少なくとも１つのＸ線入力信号ファクタを決定する。Ｘ線入力信号ファクタは、患者２２の物理的特性のうちイメージング・システム１０によって検出されるＸ線に影響を及ぼすような物理的特性に依存する。これらの特性には例えば、患者２２の寸法、位置及び配置、Ｘ線減弱密度、並びに相対減弱係数等が含まれる。正規化されたＸ線入力信号ファクタが、Ｘ線管１４の電圧出力及び電流出力、検出器アレイ１８のスライス厚、並びにＤＡＳ３２のゲインの関数として決定される（ブロック１１８）。正規化されたＸ線入力信号ファクタは、患者２２の軸方向位置の関数としてイメージング・システム１０に記憶される。
【００１３】
コンソール４０からアキシャル・スキャン（軸方向走査）又はヘリカル・スキャン（螺旋走査）が指定されると、操作者が入力した走査パラメータを用いて、走査用に選択された患者２２の位置の全体にわたって全ての検出器素子について最大入力信号を推定する（ブロック１２０）。最大入力信号は、選択された患者２２の位置についての正規化されたＸ線入力信号ファクタに、要求されるＸ線管１４の電圧出力及び電流出力、並びに検出器アレイ１８のスライス厚を乗算することにより決定される。次いで、予備選択されているＤＡＳ３２のゲインが、最大入力信号に適用された場合にオーバレンジを生じないような最大の予備選択されているゲインとして決定される（ブロック１２２）。次いで、患者２２の走査時に取得されるデータが、較正時に更新されており、走査に用いられたＤＡＳ３２のゲインに対応するシステム・パラメータを用いて補正される（ブロック１２４）。
【００１４】
以上に述べた方法は、例えば、被走査物体の位置、幾何的寸法及び相対減弱係数等のパラメータに基づくデータ取得増幅ゲインの選択及び入力信号レンジの全幅によって低信号条件下での画質を高める。また、Ｘ線電圧出力及び電流出力、スライス厚、検出器又はＤＡＳのサンプリング周波数、並びにガントリの回転速度の選択等の走査手法に基づいて入力信号レンジ及びゲインを選択することにより画質を高めることができる。
【００１５】
本発明の特定の実施例を詳細に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って、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。加えて、ここに記載したＣＴシステムは、Ｘ線源及び検出器の両方がガントリと共に回転する「第３世代」システムである。個々の検出器素子を補正して所与のＸ線ビームに対して実質的に一様な応答を与えるようにすれば、検出器がフル・リング型の静止式検出器であってＸ線源のみがガントリと共に回転するような「第４世代」システムを含めた他の多くのＣＴシステムを用いることができる。更に、ここに記載したシステムはアキシャル・スキャンを行なっている。しかしながら、本発明は、３６０°分よりも多いデータが要求されるがヘリカル・スキャンと共に用いることもできる。本発明は、様々な特定の実施例によって記載されているが、当業者は、本発明の要旨及び範囲内での改変を施して本発明を実施し得ることを理解されよう。
【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に示すシステムの概略ブロック図である。
【図３】本発明のイメージング・システム電子雑音を減少させる方法の一実施例の流れ図である。
【符号の説明】
１０ コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者又は物体
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 記憶装置
４０ コンソール
４２ 陰極線管表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
１１０ イメージング・システムを空気較正する工程
１１２ 較正ベクトル・データを用いてイメージング・システム・パラメータを更新する工程
１１４ 予備選択されているゲインについてのＤＡＳの入力信号レンジの全幅を記憶する工程
１１６ 患者のスカウト走査を実行する工程
１１８ 正規化されたＸ線入力信号ファクタを決定する工程
１２０ 最大入力信号を推定する工程
１２２ ＤＡＳゲインを選択する工程
１２４ 患者走査時に取得されたデータを補正する工程

Claims (10)

1. コンピュータ断層撮影イメージング・システム（１０）による物体の走査時の電子雑音を減少させる方法であって、
   前記物体（２２）をスカウト走査して前記物体（２２）のスカウト走査データを得る工程（１１６）と、
   前記スカウト走査データを用いて少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを決定する工程（１１８）と、
   Ｘ線管電圧、電流出力、検出器アレイ・スライス厚及びデータ取得ゲインのうち少なくとも１つに基づいて、かつ、前記少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いて、少なくとも１つのシステム最大入力信号を決定する工程（１２０）と、
   前記少なくとも１つのシステム最大入力信号を用いて前記物体の走査のための少なくとも１つのゲインを選択する工程（１２２）と、
   前記物体の走査において前記少なくとも１つのシステム最大入力信号に対応する前記少なくとも１つの選択されたデータ取得ゲインを適用する工程と、
   を含む方法。
2. スカウト走査する前記工程（１１６）の前に、少なくとも１つのシステム・パラメータを更新する（１１２）ように前記イメージング・システムを較正する工程（１１０）と、前記少なくとも１つの更新されたシステム・パラメータを用いて前記物体の走査において収集される走査データを補正する工程（１２４）と、を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
3. スカウト走査データを得るように物体をスカウト走査する前記工程（１１６）は、複数のスカウト走査標識点に対応するスカウト走査データを得るように横方向スカウト走査を実行する工程を含んでおり、
   前記少なくとも１つのゲインが、前記少なくとも１つのシステム最大入力信号に適用された場合にオーバレンジを生じないような最大のゲインとして決定される請求項１に記載の方法。
4. 前記イメージング・システム（１０）は、少なくとも１つの電圧出力及び少なくとも１つの電流出力を発生して、選択可能な厚みを有する少なくとも１つのスライスにおいてＸ線を検出するように構成されており、各々のスライス厚が複数のゲインのうちの少なくとも１つのゲインに対応しており、前記スカウト走査データを用いて少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを決定する前記工程（１１８）は、前記電圧出力、電流出力、スライス厚及びゲインのうち少なくとも１つについて正規化されている少なくとも１つのＸ線入力信号ファクタを物体の軸方向位置の関数として決定する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
5. 前記イメージング・システム（１０）は少なくとも１つのシステム・パラメータを含んでおり、少なくとも１つのシステム最大入力信号を決定するように前記少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いる前記工程（１２０）は、前記少なくとも１つのシステム・パラメータ及び前記少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いて少なくとも１つの最大走査入力信号を推定する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
6. コンピュータ断層撮影イメージング・システム（１０）による物体（２２）の走査時の電子雑音を減少させる装置であって、
   前記物体をスカウト走査して前記物体のスカウト走査データを得（１６６）、
   Ｘ線管電圧、電流出力、検出器アレイ・スライス厚及びデータ取得ゲインのうち少なくとも１つに基づいて、かつ、前記スカウト走査データを用いて少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを決定し（１１８）、
   前記少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いて少なくとも１つのシステム最大入力信号を決定し（１２０）、
   前記少なくとも１つのシステム最大入力信号を用いて前記物体の走査のための少なくとも１つのゲインを選択し（１２２）、
   前記物体の走査において前記少なくとも１つのシステム最大入力信号に対応する前記少なくとも１つの選択されたデータ取得ゲインを適用するように構成されている装置。
7. スカウト走査する前に、少なくとも１つのシステム・パラメータを更新するように前記イメージング・システム（１０）を較正し（１２０）、前記少なくとも１つの更新されたシステム・パラメータを用いて前記物体の走査において収集される走査データを補正する（１２４）ように更に構成されている請求項６に記載の装置。
8. スカウト走査データを得るように物体をスカウト走査する（１１６）ために、複数のスカウト走査標識点に対応するスカウト走査データを得るように横方向スカウト走査を実行するように構成されており、
   前記少なくとも１つのゲインが、前記少なくとも１つのシステム最大入力信号に適用された場合にオーバレンジを生じないような最大のゲインとして決定される請求項６に記載の装置。
9. 前記イメージング・システム（１０）は、少なくとも１つの電圧出力及び少なくとも１つの電流出力を発生して、選択可能な厚みを有する少なくとも１つのスライスにおいてＸ線を検出するように構成されており、各々のスライス厚が複数のゲインのうちの少なくとも１つのゲインに対応しており、前記スカウト走査データを用いて少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを決定する（１１８）ために、前記電圧出力、電流出力、スライス厚及びゲインのうち少なくとも１つについて正規化されている少なくとも１つのＸ線入力信号ファクタを物体の軸方向位置の関数として決定するように構成されている請求項６に記載の装置。
10. 前記イメージング・システム（１０）は少なくとも１つのシステム・パラメータを含んでおり、少なくとも１つのシステム最大入力信号を決定するように前記少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いるために、前記少なくとも１つのシステム・パラメータ及び前記少なくとも１つの正規化されたＸ線入力信号ファクタを用いて少なくとも１つの最大走査入力信号を推定する（１２０）ように構成されている請求項６に記載の装置。

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