【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には計算機式断層写真法（ＣＴ）のイメージングに関し、より具体的には、ＣＴシステムのデータ収集システムを較正することに関する。

【０００２】

【従来の技術】少なくとも１つの公知のＣＴシステム構成では、Ｘ線源はファン（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Ｘ−Ｙ平面であって、一般的に「イメージング平面」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、患者等のイメージングされるべき物体を通過する。 ビームは、物体によって減衰された後に、放射線検出器の配列に入射する。 検出器配列において受け取られる減衰したビーム放射線の強度は、物体によるＸ線ビームの減衰量に依存している。 配列内の各々の検出器素子は、検出器の位置におけるビーム減衰の測定値である個別の電気信号を発生する。 すべての検出器からの減衰測定値を個別に収集して、透過プロファイル（断面）を形成する。

【０００３】公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器配列は、Ｘ線ビームが物体と交差する角度が一定に変化するように、イメージング平面内でイメージング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配列からの一群のＸ
線減衰測定値、即ち、投影データを「ビュー」と呼ぶ。
物体の１回の「走査」は、Ｘ線源及び検出器の１回転の間に様々なガントリ角度で形成された一組のビューで構成されている。

【０００４】軸方向走査の場合には、投影データを処理して、物体から切り取られた２次元スライスに対応する画像を構成する。 一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（filter
ed back projection）法と呼ばれている。 この方法は、
１回の走査からの減衰測定値を、「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド（Hounsfield）単位」と呼ばれる整数に変換し、これらの整数を用いて、陰極線管表示装置上の対応するピクセルの輝度を制御するものである。

【０００５】全走査時間を短縮するために、「螺旋（ヘリカル）」走査を実行することができる。 「螺旋」走査を実行するためには、所定の数のスライスについてのデータが収集されている間に、患者は移動させられる。 このようなシステムは、１回のファン・ビーム螺旋走査から単一の螺旋（helix）を発生する。 ファン・ビームによって精密に撮像された螺旋から投影データが取得され、この投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。

【０００６】Ｘ線管電流（「ｍＡ」）、Ｘ線管供給電圧（「ｋＶ」）、スライス厚さ、走査時間及び平均検出器ゲイン等のいくつかの走査パラメータは、画質に直接的に関連する検出器信号強度に影響を及ぼすことが知られている。 例えば、Ｘ線管電流について、Ｘ線管電流レベルがより高ければ、典型的には、より高強度の検出器信号が発生され、ノイズのより少ない画像が典型的には形成される。 逆に、Ｘ線管電流レベルがより低ければ、より低強度の検出器信号が発生されることが知られており、結果として得られる画像に著しいストリーキング（縞）・アーティファクトが現れることが知られている。

【０００７】低強度の信号による場合であっても画質を向上させるために、公知のＣＴシステムはデータ収集システム（ＤＡＳ）を含んでおり、ＤＡＳは、検出器素子によって発生されたアナログ信号をサンプリングして、
このような信号を後続処理のためにディジタル信号に変換する。 ＤＡＳゲインの選択は、低信号におけるノイズ性能と、レンジ超過（overranging）の可能性との間の兼ね合いを取ることを含めて行われる。 具体的には、システムのゲインがより高ければ、ストリーキング・アーティファクト及びノイズを減少させることにより、低信号における画質が向上する。 しかしながら、システムのゲインがより高ければ、結果的にＤＡＳにレンジ超過が生じ、シェーディング（暗影）・アーティファクト及びストリーキング・アーティファクトが発生する可能性もある。

【０００８】ＤＡＳのレンジ超過が生じる可能性を低くするために、ＤＡＳゲインは通常、低ゲインに設定されている。 ＤＡＳゲインを低ゲインに設定すればＤＡＳレンジ超過は減少するが、ゲインを低く設定することにより、典型的には、低強度の検出器信号によって電子ノイズ及び画像アーティファクトも増大する。 更に、一旦Ｄ
ＡＳゲインが選択されてＣＴシステムに組み込み設計されると、ＤＡＳゲインを容易に変更することができなくなる。 従って、ＣＴシステムは、Ｘ線管電流、Ｘ線管供給電圧、スライス厚さ及び走査時間を変化させながら用いられるので、選択されたＤＡＳゲインは、いくつかの走査については最適値よりも低くなる可能性がある。

【０００９】公知のＣＴマルチ・スライス・システムの１つでは、ＤＡＳゲインは、検出器のスライス厚さを変化させることと対応して修正される、即ち、変化させられる。 明確に述べると、所定の検出器スライス厚さを用いたある走査について、個別のＤＡＳゲインが選択される。 次いで、選択されたＤＡＳゲインは、同様の厚さを有する各々の走査と組み合わせて用いられる。 しかしながら、選択されたＤＡＳゲインは、すべての走査の状況についてあるスライスの全体にわたって最適とはならないかもしれない。 具体的には、上述のように、スライス厚さ以外の走査パラメータも又、信号強度に影響を及ぼし、従って、適当なＤＡＳゲインに対する影響を及ぼす。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、検出器スライス厚さに制限されないようなＤＡＳゲインの修正を容易にするアルゴリズムを提供することが望ましい。 又、このようなアルゴリズムが、走査ごと（scan-by-scan）の形式でＤＡＳゲインの修正を容易にすることが望ましい。 更に、処理時間を大幅に増大させないようなこのようなアルゴリズムを提供することが望ましい。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの目的及びその他の目的は、以下のシステムで達成され得る。 即ち、このシステムは、一実施例では、同じスライス厚さにおける場合であっても、相異なる走査の間で相異なる走査パラメータによりよく適合するようにＤＡＳゲインを変化させる。 明確に述べると、一実施例では、ＤＡＳゲインは、スライス厚さ、Ｘ線管の電流及び電圧のレベル、走査時間、並びに平均検出器ゲインの関数として変化させられる、即ち変調させられる。 この実施例では、ＤＡＳ
ゲインは、以下の式で定義されるゲイン係数（ファクタ）Gain-Facを用いて変調させられる。

【００１２】 Gain_Fac＝（macro_row／base_macro_row） ×（kV／base_kV ） ⁿ ×（mA／base_mA ） ×（view_sample_time／base_view_sample_time） ×（１／OVR（macro_row）） ×Sys_Fac ここで、macro_rowは、実行されるべき走査用の検出器マクロ（巨視的）列厚さ、base_macro_rowは、ベースライン較正用の検出器マクロ列厚さ、kVは、実行されるべき走査用のＸ線管電圧、base_kVは、ベースライン較正用のＸ線管電圧、mAは、実行されるべき走査用のＸ線管電流、base_mAは、ベースライン較正用のＸ線管電流、v
iew_sample_timeは、実行されるべき走査用の走査時間、base_view_sample_timeは、ベースライン較正用の走査時間、OVR(macro_row)は、実行されるべき走査における検出器マクロ列厚さについてのＤＡＳレンジ超過値、及びｎは、経験的に決定されるパラメータである。

【００１３】走査の前に、且つ典型的にはＣＴシステムの設置中又はＸ線管の交換中に、Ｘ線管基準（referenc
e）信号Base_Inputが発生される。 次いで、システムが較正されるたびごとに、Ｘ線管基準信号を用いてシステム基準信号Sys_Fac を較正する。 システム基準信号は、
ＤＡＳゲイン係数Gain_Facを発生するために用いられるパラメータの１つである。 ＤＡＳゲイン係数Gain_Facを用いて、例えばＣＴシステムの計算機に記憶されているルック・アップ・テーブルから適当なＤＡＳゲインを同定する。 選択されたＤＡＳゲインは、走査中に用いられる。

【００１４】上述のようにＤＡＳゲインを変調させることにより、ＤＡＳゲインは、複数の走査パラメータについて最適化される。 加えて、ＤＡＳゲインは、処理時間を実質的に増加させることなく、各々の走査について修正される。

【００１５】

【実施例】図１及び図２を参照すると、計算機式断層写真法（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を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器配列１８
に向かって投射する。 検出器配列１８は、検出器素子２
０によって形成されており、これらの検出器素子２０は一括で、患者２２を通過する投射されたＸ線を検知する。 各々の検出器素子２０は、入射するＸ線ビームの強度を表す、従って患者２２を通過する際のビームの減衰を表す電気信号を発生する。 Ｘ線投影データを収集するための１回の走査中に、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２４の周りを回転する。

【００１６】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線制御装置２８と、ガントリ・モータ制御装置３０とを含んでいる。 Ｘ線制御装置２８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し、ガントリ・モータ制御装置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収集システム（ＤＡＳ）３２
が、検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングし、後続処理のためにこのデータをディジタル信号に変換する。 画像再構成装置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、計算機３６への入力として印加され、計算機３６
は、大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。

【００１７】計算機３６は又、キーボードを有しているコンソール４０を介して、オペレータからの命令（コマンド）及び走査パラメータを受け取る。 付設された陰極線管表示装置４２によって、オペレータは、再構成された画像、及び計算機３６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命令及びパラメータは、計算機３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、
Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に制御信号及び情報を供給する。 加えて、計算機３６はテーブル・モータ制御装置４４を動作させ、テーブル・モータ制御装置４４は、モータ式テーブル４６を制御して、ガントリ１２内で患者２２を位置決めする。 具体的には、テーブル４６は、患者２２の部分をガントリ開口４８を通して移動させる。

【００１８】本発明のＤＡＳゲイン変調アルゴリズムは、フォー（４）・スライス・システムに従って記載されているが、この変調は、いかなる特定のＣＴシステムでの実行にも限定されないし、いかなる特定の画像再構成アルゴリズムにも限定されない。 同様に、このＤＡＳ
ゲイン変調は、螺旋走査及び軸方向走査等のいかなる特定の走査形式と関連した使用にも限定されない。 更に、
このＤＡＳ変調アルゴリズムは、例えば計算機３６において実行されてＤＡＳ３２（図２）を制御し得ることを理解されたい。 本発明の一実施例によれば、フォー・スライスＣＴシステム用のＤＡＳゲインは、Ｘ線管電流（「ｍＡ」）、Ｘ線管電圧（「ｋＶ」）、スライス厚さ（「macro_row 」）及び走査時間（「view_sample_tim
e」）を含めた走査パラメータに基づいて変調させられる。

【００１９】図３を参照すると、同図には、本発明の一実施例に従って１回の走査においてＤＡＳゲインを較正すると共に補正するために実行される一連の工程が示されており、Ｘ線基準信号Base_Inputが工程５０で決定されている。 具体的には、Ｘ線管交換中に空気走査（エア・スキャン）が実行されて空気走査データを発生し、このような空気走査データは、オフセット補正され、ビューについて平均されると共に、ｘ軸に沿った検出器１８
の中央の少なくとも２つのチャンネルにわたって、チャンネルについて平均される。 空気走査データは又、フォー・スライス・スキャナの内側２列にわたって平均される。

【００２０】より明確に述べると、空気走査は、最大のＸ線管電流、最大のＸ線管電圧及び２．５ｍｍの検出器マクロ列厚さを用いて、最低のＤＡＳゲインにおいて実行される。 次いで、Ｘ線管基準信号Base_Inputが以下の式に従って決定される。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここで、Num Viewsは、平均されるビューの数、Num Chansは、平均されるチャンネルの数、及びO
FFSET(i,j)は、オフセット補正である。 OFFSET(i,j)を求めるために用いることのできるオフセット補正アルゴリズムは、当業界で周知である。 決定されたＸ線管基準信号Base_Inputは、ＣＴシステム構成ファイルに記憶させることができる。

【００２３】次いで、Ｘ線管基準信号Base_Inputを利用して、システム基準信号Sys_Facを較正する（工程５
２）。 システム基準信号Sys_Fac は、Ｘ線管の出力と検出器の出力との相対的な変動を記述するものである。 Sy
s_Facは、以下の式に従って記述され得る。 Sys_Fac＝（CAL_Input ／Base_Input） （２） ここで、CAL_Inputは、較正係数である。 CAL_Inputは、
式（１）に従って、例えば、Ｘ線管出力レベルと平均検出器ゲインとの変動を監視するために較正が実行されるたびごとに、実質的に同じ走査パラメータを用いて決定される。

【００２４】再び図３を参照すると、システム基準信号
Sys_Fac、及びＸ線管基準信号Base_Inputのような他のパラメータを利用して、ゲイン係数Gain_Facが決定される（工程５４）。 具体的には、ゲイン係数Gain_Facは、
走査手法、検出器マクロ列厚さ、最大許容レンジ超過及びＸ線管と検出器との相対的な出力レベルに従って、以下の式によって決定される。

【００２５】 Gain_Fac＝（macro_row ／base_macro_row） ×（kV／base_kV ） ⁿ ×（mA／base_mA ） ×（view_sample_time／base_view_sample_time） ×（１／OVR（macro_row）） ×Sys_Fac （３） ここで、macro_rowは、実行されるべき走査用の検出器マクロ列厚さ、base_macro_rowは、ベースライン較正用の検出器マクロ列厚さ、kVは、実行されるべき走査用のＸ線管電圧、base_kVは、ベースライン較正用のＸ線管電圧、mAは、実行されるべき走査用のＸ線管電流、base
_mAは、ベースライン較正用のＸ線管電流、view_sample
_timeは、実行されるべき走査用の走査時間、base_view
_sample_timeは、ベースライン較正用の走査時間、OVR
(macro_row)は、実行されるべき走査における検出器マクロ列厚さについてのＤＡＳレンジ超過値、及びｎは、
経験的に決定されるパラメータである。 一実施例では、
ｎ＝１．５である。

【００２６】次いで、ゲイン係数Gain_Facを用いて、実行されるべき走査のためのＤＡＳゲインを決定する（工程５６）。 具体的には、ゲイン係数Gain_Facを利用して、例えば計算機３６に記憶されているルック・アップ・テーブルから自動的にＤＡＳゲインを同定すると共に選択する。 ルック・アップ・テーブルは具体的には、複数の相異なるゲイン係数について予め決定されているＤ
ＡＳゲイン値を含んでいる。 次いで、例えば走査データ・ファイルにゲイン係数Gain_Facを記憶させる。 図４に例示的なルック・アップ・テーブルを示す。

【００２７】次いで、ＤＡＳゲインを較正する（工程５
８）。 具体的には、ＣＴシステム設置中及び各回のＸ線管交換中に、完全な１組を成すＤＡＳゲイン較正走査が実行される（工程６０）。 具体的には、較正が実行されるときには常に、ベースラインＤＡＳゲイン走査が繰り返される。 例えば、各回のベースラインＤＡＳゲイン走査は、ボディ・ボウタイ（body bowtie）、１４０ｋＶ
のＸ線管電圧、３８０ｍＡのＸ線管電流、２秒の走査時間及びＣ _int ＝２９０ｐＦのＤＡＳゲインを用いて実行される４ｍｍ×２．５ｍｍのスライスの空気走査である。 各回のベースラインＤＡＳゲイン走査を利用して較正係数CAL_Inputを発生し、これに従って、上述のようにして、システム基準信号Sys_Facを決定する。 同様に、例えばＸ線管電圧、Ｘ線管電流及び走査スライスのようなベースライン走査パラメータを用いてゲイン係数
Gain_Facを決定する。

【００２８】次いで、生のＤＡＳゲイン較正走査データは、Air CAL（空気較正手続）でのＡＣＡＬベクタ発生と実質的に同じ処理を利用して、オフセット補正され、
基準正規化され、チャンネル拡張されると共にクロス・
トーク補正される（工程６２）。 具体的には、各々のビューｊについて、ｌ（エル）番目の列のｉ番目のチャンネルについてｋ番目のＤＡＳゲインにおけるベクタＸ _l
（ｉ，ｊ） ^kが発生される。 従って、ＡＣＡＬベクタが空気較正手続から発生されるのと実質的に同じ方法で、
ビュー平均されたゲイン・ベクタｇ _l （ｉ） ^kが決定される。 即ち、

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、ｉ＝チャンネル番号、及びｌ＝列番号である。 引き続いて、ベースラインＤＡＳゲイン・
ベクタを利用して、ＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGain
_Scalar（ｉ，ｌ） ^kが決定される（工程６４）。 具体的には、ｇ _l （ｉ） ⁰がベースラインＤＡＳゲインのゲイン・ベクタであるとすると、ｋ番目のＤＡＳゲインにおけるＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGain_Scalar
（ｉ，ｌ） ^kは、以下の式に従って決定される。

【００３１】 Gain_Scalar(i,l) ^k ＝ｇ _l （ｉ） ^k ／ｇ _l （ｉ） ⁰ ＝（DAS_GAIN(i,l) ／DAS_GAIN(REF)） ⁰ ／（DAS_GAIN(i,l) ／DAS_GAIN(REF)） ^k （５） 式（５）に示すように、ＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタ
Gain_Scalar（ｉ，ｌ） ^kは、基準チャンネル（ＲＥ
Ｆ）の対応するＤＡＳゲイン係数によって正規化された相異なるＤＡＳゲイン・レンジの比である。 すべてのデータ・チャンネルについての所定のＤＡＳゲイン、そのＤＡＳゲインのすべてについてのＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタを、例えば較正データベースに記憶させることができる。 従って、各々の走査ファイルは、画像走査データ収集に用いられるＤＡＳゲインについてのＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタを含むことになる。

【００３２】上述のようにしてシステムを初期較正した後に、本発明の一実施例に従って、各々のＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGain_Scalar（ｉ，ｌ） ^kが更新される（工程６８）。 具体的には、較正が実行されるときには常に、ルック・アップ・テーブル内の各々のＤＡＳゲインと、ベースラインＤＡＳゲインとについての２回のＤＡＳゲイン較正走査が実行されて、対応するＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGain_Scalar（ｉ，ｌ） ^kが更新される、即ち、上述のようにして計算し直される。 ＦＡ
ＳＴＣＡＬが実行されるたびごとに、異なるＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGain_Scalar（ｉ，ｌ） ^kが更新されるので、ＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGain_Scalar
（ｉ，ｌ） ^k群は実質的に「リフレッシュ」される。

【００３３】次いで、ＤＡＳゲイン・スカラ・ベクタGa
in_Scalar（ｉ，ｌ） ^kを利用して、対応するスライスｓについてシステム・ゲイン・ベクタACAL（ｉ） ^sを修正することにより、画像走査中に収集された走査データが補正される（工程７０）。 具体的には、システム・ゲイン・ベクタACAL（ｉ） ^sは、以下の式に従って修正されて、新たなシステム・ゲイン・ベクタNACAL（ｉ） ^k
を発生する。

【００３４】 NACAL(i) ^k ＝ACAL(i) ^s ×（Gain_scalar(i,l) ^k ／Gain_scalar(i,l) ^s ） （６） システム・ゲイン・ベクタACAL（ｉ） ^sを、例えばＣＡ
Ｌデータベースから抽出して、例えば画像走査ファイルに記憶させることができる。 新たなシステム・ゲイン・
ベクタNACAL（ｉ） ^kは、シングル・スライス検出器又はマルチ・スライス検出器のいずれにおいても、各々の検出器スライスについて発生され得ることを理解されたい。

【００３５】次いで、新たなシステム・ゲイン・ベクタ
NACAL（ｉ） ^kを利用して、画像走査中に収集された走査データを補正する（工程７２）。 明確に述べると、通常の走査データのＡＣＡＬ補正と実質的に同じ方法で、
新たなシステム・ゲイン・ベクタNACAL（ｉ） ^kを用いて補正を実行することができる。 上述のアルゴリズムは、複数の走査パラメータについてＤＡＳゲインを最適化することを容易にする。 加えて、このようなアルゴリズムは、低信号における性能を実質的に向上させると共に、ＤＡＳレンジ超過を実質的に減少させる。 更に、Ｄ
ＡＳゲインは、処理時間を実質的に増大させることなく各々の走査について最適化される。

【００３６】本発明の様々な実施例に関する以上の記述から、本発明の目的が達成さ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。 例えば、ここに記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器との両者がガントリと共に回転するような「第３世代」システムである。 しかしながら、検出器が全環状（フル・リング）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」システムを含めて他の多くのＣＴシステムを用いることができる。 例えば、本発明のアルゴリズムは、上では静的な方式で記載されているが、患者の走査中にこのアルゴリズムを動的に用いることもできる。 従って、
本発明の要旨は、特許請求の範囲によってのみ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概略図である。

【図３】本発明の一実施例に従って１回の走査においてＤＡＳゲインを較正すると共に補正するために実行される一連の工程を示す図である。

【図４】本発明の一実施例に従ってＤＡＳゲインを決定する例示的なルック・アップ・テーブルを示す図である。

【符号の説明】

１０ ＣＴシステム １２ ガントリ １４ Ｘ線源 １６ Ｘ線ビーム １８ 検出器配列 ２０ 検出器素子 ２２ 患者 ２４ 回転中心 ２６ 制御機構 ２８ Ｘ線制御装置 ３０ ガントリ・モータ制御装置 ３２ データ収集システム（ＤＡＳ） ３４ 画像再構成装置 ３６ 計算機 ３８ 大容量記憶装置 ４０ コンソール ４２ 表示装置 ４４ テーブル・モータ制御装置 ４６ モータ式テーブル ４８ ガントリ開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲイリー・リチャード・ストロング アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ワウ ケシャ、クレストビュー・ドライブ、エス 77・ダブリュ26665（番地なし) (72)発明者 トーマス・ルイス・トス アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ブル ックフィールド、ラウラ・レーン、15810 番 (72)発明者 ジョージ・イー・セイデンシュヌー アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ワウ ケシャ、サウス・コマンチェ・レーン、 854番