JP4478335B2 - Ｘ線ビームの動きを補正するための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全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、イメージング・システムにおけるＸ線ビームのｚ軸方向の動きの補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも１つの周知のＣＴシステム構成では、Ｘ線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面（一般に「イメージング平面」と呼ばれる）内に位置するようにコリメートされた扇形状のビームを放出する。Ｘ線ビームは、たとえば患者などのイメージングしようとする対象を透過する。ビームは、この対象によって減衰を受けたのち、放射線検出器のアレイ上に入射する。検出器アレイで受け取った減衰したビーム状放射線の強度は、対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。このアレイの各検出器素子は、それぞれの検出器位置でのビーム減衰の計測値に相当する電気信号を別々に発生させる。すべての検出器からの減衰量計測値を別々に収集して、透過プロフィールが作成される。
【０００３】
周知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源および検出器アレイは、Ｘ線ビームが画像を作成しようとする対象を切る角度が一定に変化するようにして、イメージング平面内でこのイメージング対象の周りをガントリと共に回転する。あるガントリ角度で検出器アレイより得られる一群のＸ線減衰量計測値（すなわち投影データ）のことを「ビュー(view)」という。また、イメージング対象の「スキャン・データ(scan)」は、Ｘ線源と検出器が１回転する間に、様々なガントリ角度で得られるビューの集合からなる。
【０００４】
アキシャル・スキャンでは、この投影データを処理し、イメージング対象を透過させて得た２次元スライスに対応する画像を構成する。投影データの組から画像を再構成するための一方法に、当技術分野においてフィルタ補正逆投影法(filtered back projection)と呼ぶものがある。この処理方法では、スキャンにより得た減衰量計測値を「ＣＴ値」、別名「ハウンスフィールド値」という整数に変換し、これらの整数値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。
【０００５】
スキャンにかかる時間を全体として短くするため、「ヘリカル（らせん）」スキャンを実行することがある。「ヘリカル」スキャンを実行するには、所定のスライス数だけのデータを得る間、患者を移動させる。こうしたシステムでは単一ファン・ビームのヘリカル・スキャンを１回行うと、単一らせんが１つ描かれる。ファン・ビームが描いたらせんに沿って投影データが得られ、これを用いて所定のスライス各位置での画像が再構成される。
【０００６】
少なくとも１つの周知のＣＴシステムは、リアルタイム型ｚ軸ビーム検知用検出器を用いて、各ビューに対するＸ線ビームの位置を計測する。計測した位置から、計測した位置と所望の位置の差を表すエラー信号を決定する。このエラー信号を用いてコリメータの位置を調整して、計測した位置と所望の位置との間のｚ軸エラーを減少させる。しかし、各ビュー位置で計測した位置信号は、ｚ軸エラーに近い標準偏差を有するノイズを含んでいる。このノイズはフィルタ除去することができるが、このフィルタ処理により位相おくれや、スキャン中のダイナミックな動きの追跡に関する位置エラーが生じる。このため、ループ・レスポンス時間と、かなりのトラッキング・エラーを起こさせるビーム位置の計測ノイズとの間で折衷を図る必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、Ｘ線ビームのｚ軸方向の動きの補正を容易にするシステムを提供することが望ましい。さらに、患者の被爆線量を増加させることなく画質を向上させるシステムを提供することが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記およびその他の目的は、本発明の実施の一形態では、イメージング・システムのダイナミックな動きおよび熱ドリフトに起因するＸ線ビームの位置エラーすなわち動きを補正するシステムによって達成できる。より具体的に実施の一形態では、検出器アレイからの信号を利用してダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーを決定する。このダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーを利用し、Ｘ線ビームの位置は位置エラーに対して補正される。
【０００９】
詳しく述べると、イメージング・システムのガントリ内のコンポーネントの回転に起因する位置エラーを計測することにより、ダイナミック動きエラー・プロフィールを決定する。具体的に述べると、ダイナミック動きエラーはそれぞれのガントリ回転に対して一貫しているため、ガントリの最初の回転に対して決定したダイナミック動きエラーを後続のガントリ回転でのダイナミック動きエラーに対する補正に利用することができる。実施の一形態では、そのダイナミック動きエラーは、計測した、即ち実際の、Ｘ線ビーム位置と所望のＸ線ビーム位置との差を求めることにより決定される。複数のガントリ位置に対する差を特徴づけることにより、そのダイナミック動きエラーが決定される。
【００１０】
ダイナミック動きエラーに加え、イメージング・システムの熱ドリフトによりＸ線ビーム位置は変更される。実施の一形態では、その熱ドリフト・エラーは、ガントリの前回の回転からの実際の熱ドリフトおよび予測熱ドリフトを含む。この予測熱ドリフトは、計測したＸ線ビーム位置とＸ線源の動作範囲に対する所望のＸ線ビーム位置との差を時間の関数として求めることにより決定される。スキャンの開始に先立ち、熱ドリフト・エラーを用いてＸ線ビームの位置を調整することによりシステムの熱ドリフトに対する補正を行う。
【００１１】
実施の一形態では、ダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーを組み合わせてプリペイシェント(pre-patient) コリメータの位置を変更し、イメージング・システムのダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーに対する補正を行う。より具体的に述べると、スキャン中にガントリが回転するのに伴い、ガントリの各位置に対するダイナミック動きエラーと熱ドリフト・エラーの組み合わせによる決定に従って、プリペイシェント・コリメータのカムの位置を調整する、すなわち移動させる。
【００１２】
上記のシステムはＸ線ビームの位置を調整することにより、イメージング・システムでのＸ線ビームのｚ軸方向の動きの補正を容易にする。さらに、記載したシステムは、画質を低下させずに患者の被爆線量を軽減させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１および図２を参照すると、「第３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０を示している。ガントリ１２は、このガントリ１２の対向面上に位置する検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、放出され患者２２を透過したＸ線を一体となって検知する検出器素子２０により形成される。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を透過したＸ線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スキャンの間に、ガントリ１２およびガントリ上に装着されたコンポーネントは回転中心２４の周りを回転する。
【００１４】
ガントリ１２の回転およびＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力およびタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度および位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６内にはデータ収集システム（ＤＡＳ）３２があり、これによって検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングし、このデータを後続の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で画像再構成を行う。再構成された画像はコンピュータ３６に入力として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８内に再構成画像が格納される。
【００１５】
コンピュータ３６はまた、ユーザ・インタフェース、たとえばグラフィック・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を介して信号のやりとりを行う。詳しく述べると、キーボードおよびマウス（図示せず）を有するコンソール４０を介して、コンピュータはオペレータからのコマンドおよびスキャン・パラメータを受け取る。付属の陰極線管表示装置４２により、オペレータはコンピュータからの再構成画像その他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータの発したコマンドおよびパラメータに基づき、Ｘ線制御装置２８と、ガントリ・モータ制御装置３０と、ＤＡＳ３２と、テーブル・モータ制御装置４４とに対して制御信号や制御情報を提供する。
【００１６】
図３および図４を参照すると、検出器アレイ１８は複数の検出器モジュール５８を含んでいる。各検出器モジュール５８は、検出器ハウジング６０に取り付けられている。各モジュール５８は、多次元のシンチレータ・アレイ６２および高密度半導体アレイ（図示せず）を含んでいる。ポストペイシェント(post-patient)コリメータ（図示せず）をシンチレータ・アレイの近傍でこれを覆うように配置して散乱したＸ線ビームをコリメートしたのち、このＸ線ビームをシンチレータ・アレイ６２上に照射する。シンチレータ・アレイ６２はアレイ状に配置された複数個のシンチレーション素子を含む。また半導体アレイは、同一のアレイ状に配置した複数個のフォトダイオード（図示せず）を含む。フォトダイオードは基板６４上に析出により形成されており、シンチレータ・アレイ６２は基板６４を覆う位置で基板に取り付けられている。
【００１７】
検出器モジュール５８はまた、デコーダ６８と電気的に結合するスイッチ装置６６を含む。スイッチ装置６６は、フォトダイオード・アレイと同じ大きさをもつ多次元の半導体スイッチ・アレイを形成している。実施の一形態では、スイッチ装置６６は、各々が入力線、出力線および制御線（図示せず）を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のアレイ（図示せず）を含んでいる。スイッチ装置６６はフォトダイオード・アレイとＤＡＳ３２との間に接続されている。具体的に述べると、スイッチ装置の各々のＦＥＴ入力はフォトダイオード・アレイの出力と電気的に接続され、またスイッチ装置の各々のＦＥＴ出力はＤＡＳ３２と電気的に接続されている。この接続にはたとえば可撓性の高い電線７０が用いられる。
【００１８】
デコーダ６８はスイッチ装置６６の動作を制御し、所望のスライス数および各スライスに対する所望のスライス分解能に従って、フォトダイオード・アレイの出力を有効(enable)にしたり、無効(disable) にしたり、あるいは組み合わせたりする。デコーダ６８は、実施の一形態では、デコーダ・チップあるいはＦＥＴコントローラであることが、当業者には知られている。デコーダ６８は複数の出力線および制御線を含み、これらによりスイッチ装置６６とコンピュータ３６とが結合される。具体的に述べると、デコーダの出力はスイッチ装置制御線と電気的に接続され、スイッチ装置６６がスイッチ装置入力からスイッチ装置出力に適正なデータを渡すことが可能となる。デコーダ制御線はスイッチ装置制御線と電気的に接続されており、これによりデコーダ出力のうちのどれを有効とするかを決定する。デコーダ６８を利用することにより、スイッチ装置６６内の特定のＦＥＴを有効にし、無効にし、あるいは組み合わせることができ、フォトダイオード・アレイの特定の出力がＣＴシステムのＤＡＳ３２と電気的に接続される。１６スライス・モードに規定した実施の一形態では、デコーダ６８によりスイッチ装置６６を有効にし、フォトダイオード・アレイのすべての列をＤＡＳ３２と電気的に接続させることができる。この結果、１６スライス分のデータを別々、かつ同時にＤＡＳ３２に送ることができる。もちろん、これ以外に多くのスライスの組み合わせが可能である。
【００１９】
特定の実施の一形態では、検出器１８は５７個の検出器モジュール５８を含んでいる。半導体アレイおよびシンチレータ・アレイ６２のアレイ・サイズは、それぞれ１６×１６である。このため、検出器１８は１６行、９１２列（１６×５７個のモジュール）となり、ガントリ１２の一回転あたり同時に１６スライス分のデータを収集できる。もちろん、本発明は特定のアレイ・サイズに限定されるものではなく、アレイのサイズはオペレータの具体的ニーズ次第で大きくも小さくもできると企図される。検出器１８はまた、多様なスライス厚モードやスライス数モード（たとえば１スライス、２スライス、４スライス・モードなど）で動作させることができる。たとえば、ＦＥＴを４スライス・モードで構成することができ、これによりフォトダイオード・アレイの１行あるいは複数行から４スライス分のデータを収集できる。具体的なＦＥＴの構成をデコーダ制御線により決めることによって、フォトダイオード・アレイの出力の様々な組み合わせについて、有効にしたり、無効にしたり、あるいは組み合わせることが可能となる。これにより、たとえば１．２５ｍｍ、２．５ｍｍ、３．７５ｍｍ、５ｍｍのスライス厚が得られる。別の例としては、１．２５ｍｍから２０ｍｍまでの範囲のスライス厚のうちの１つのスライスからなる単一スライス・モードや、１．２５ｍｍから１０ｍｍまでの範囲のスライス厚のうち２つのスライスからなる２スライス・モードがある。さらに、上記のモードを上回るモードも可能である。
【００２０】
図５に示す実施の一形態では、システム１０は、検出器セルの４つの行８２、８４、８６および８８を用いて投影データを得る「４(quad)スライス」システムである。データの収集に加え、ｚ位置セルと呼ぶこともある検出器セル９０、９２、９４および９６を用いてＸ線ビーム１６の位置を決定する。より詳しく述べると、Ｘ線ビーム１６はＸ線源１４の焦点９８から放出される（図２参照）。Ｘ線ビーム１６はプリペイシェント・コリメータ１００によりコリメートされ、コリメートを受けたビーム１６は検出器セル９０、９２、９４および９６に向けて投射される。一般に「ファンビーム平面」と呼ばれる平面１０２は、焦点９８の中心線およびビーム１６の中心線を包含する。図５では、ファンビーム平面１０２は、検出器セル９０、９２、９４および９６の照射域１０４の中心線Ｄ₀ と一致する。別の実施形態では、システム１０は、任意のスライス数、すなわち２スライス、３スライス、５スライス、６スライスなどを含むマルチスライス・システムである。
【００２１】
実施の一形態では、システム１０のコリメータ１００は、偏心カム１２０Ａおよび１２０Ｂを含む。カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置は、Ｘ線制御装置２８により制御される。カム１２０Ａおよび１２０Ｂはファンビーム平面１０２の互いに反対側に配置され、かつカム１２０Ａと１２０Ｂの間隔、並びにこれらのカムのファンビーム平面１０２に対する位置に関して別々に調整できる。カム１２０Ａおよび１２０Ｂは単一のカム・ドライブによって位置決めすることができる、またその代わりに、カムの各々を別々のカム・ドライブ、たとえばモータによって位置決めするようにしてもよい。カム１２０Ａおよび１２０Ｂは、Ｘ線吸収材料、たとえばタングステンにより製作される。偏心形状であるため、カム１２０Ａおよび１２０Ｂのそれぞれの回転によりＸ線ビーム１６のｚ軸位置が変更される。より詳しく述べると、カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置を変更することによりＸ線ビームの本影の位置および幅が変更できる。具体的に述べると、カム１２０Ａおよび１２０Ｂが連結されて歩進する偏心形状であるため、検出器アレイ１８に対するＸ線ビーム１６の位置を変更すなわち調整できる。さらに、カム１２０Ａの位置あるいはステップを変更するだけで、検出器アレイ１８の一方のエッジに対する本影(umbra) の幅および位置を変更できる。またカム１２０Ｂの位置を変更するだけで、検出器アレイ１８のもう一方のエッジ、すなわち第２のエッジに対する本影の幅および位置を変更できる。
【００２２】
図６に示す実施の一形態では、システム１０は、本発明によるＸ線ビーム・トラッキング制御回路（またはシステム）８０を含む。システム８０は、実施の一形態では、制御機構２６およびコンピュータ３６と結合され、かつＸ線ビーム位置エラー・プロフィールを利用してシステム１０のＸ線ビーム１６の位置エラーまたは動きに対する補正を行う。より具体的に実施の一形態では、システム８０は第１のスキャンから得たダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーを利用して、後続のスキャンのそれぞれでのシステム１０のダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーに対する補正、すなわち補償を行う。具体的に述べると、システム８０はプリペイシェント・コリメータ１００の位置を変更することにより、後続の回転でのＸ線ビーム１６の位置を調整すなわち変更し、ガントリ１２の第１の回転から得た位置エラー・プロフィールに対する補正を行う。システム８０は検出器アレイ１８にあたるＸ線ビーム１６を狭いビームに保持し、投影データの収集に対して、効果すなわち影響を及ぼすことなく患者に対するＸ線量を低減できる。
【００２３】
詳しく述べると、ダイナミック動きエラーを用いて、ガントリ１２の回転に起因するＸ線ビーム１６の位置エラーに対する調整すなわち補正を行う。より詳しく述べると、Ｘ線源１４や検出器アレイ１８などのガントリ１２のコンポーネントが回転するのに伴い、重力および遠心力によってＸ線ビーム１６のｚ軸位置エラーが生じる。実施の一形態では、線源１４の物理的構造およびガントリ１２の設計の結果として、ガントリ１２の回転に起因するｚ軸Ｘ線ビーム位置エラー量、または動きの量は、いずれの回転でも一貫していて、かつ一定である。このため、ダイナミック動きエラーはガントリ１２の最初の回転、すなわち第１の回転中に生じたＸ線ビーム位置エラー量を計測することにより決定され、後続の回転に対して用いることができる。
【００２４】
具体的に述べると、ダイナミック動きエラーは、ガントリ１２の少なくとも第１の位置または角度に対するＸ線ビーム１６の位置エラーを計測することにより決定される。実施の一形態では、Ｘ線ビーム１６の位置エラーは、検出器アレイ１８からの出力信号を利用して、ガントリ１２の複数の位置または角度に対して決定すなわち計測される。具体的に述べると、ガントリ１２の選択した各位置、すなわち各角度に対して、所望のすなわち期待されるＸ線ビーム１６の位置と計測したＸ線ビーム１６の位置の間の差を決定することにより対応する位置エラーが求められる。実施の一形態では、その計測した、すなわち実際のＸ線ビーム１６の位置は、それぞれが検出器セル９０、９２、９４および９６により出力される信号強度２Ａ、１Ａ、２Ｂおよび１Ｂの強度値を、比［（２Ａ／１Ａ）−（２Ｂ／１Ｂ）］に従って関連づけることにより決定される。実施の一形態では、その比はコンピュータ３６により決定し、またＸ線ビーム１６および検出器アレイ１８の応答が均一であると仮定すると、量（２Ａ／１Ａ）が量（２Ｂ／１Ｂ）に等しいときに、Ｘ線ビーム１６の本影は検出器アレイ１８上で中央にくる。
【００２５】
ダイナミック動きエラーは、実施の一形態では、ガントリ１２の選択した各位置毎に、Ｘ線ビームのｚ軸位置エラーをメモリ、たとえばコンピュータ３６内に格納することにより決定される。次いで、位置エラーを特徴づけ、ガントリ１２の特定の速度および傾斜角度に対するダイナミック動きエラーを決定する。詳細に実施の一形態では、その計測した位置エラーを、計測した位置エラーの平均値を決定することにより特徴づける。位置エラーが各回転に対して一貫しているため、このダイナミック動きエラーを次に後続のスキャンに対して利用する。詳しく述べると、、ガントリ１２の速度および傾斜角度を決定したのち、決定されたダイナミック動きエラーを利用してコリメータ１００の位置を変更し、Ｘ線ビーム１６のダイナミック動き位置エラーに対する補正を行う。より詳しく述べると、、カム１２０Ａおよび１２０Ｂのうちの少なくとも１つの位置を変更すなわち調整し、Ｘ線ビーム１６の位置を変更する。
【００２６】
たとえば、ガントリ１２の第１のスキャン回転中に、それぞれセル９０、９２、９４および９６からの出力信号２Ａ、１Ａ、１Ｂおよび２Ｂを、ガントリ１２の各３０度回転毎にＤＡＳ３２を用いて計測すなわち収集する。関係［（２Ａ／１Ａ）−（２Ｂ／１Ｂ）］を用いて、Ｘ線ビーム１６の位置を計測すなわち決定し、さらにＸ線ビーム１６の所望の位置と比較してｚ軸ダイナミック動き位置エラーを決定する。より詳しく述べると、計測した量［（２Ａ／１Ａ）−（２Ｂ／１Ｂ）］と、ガントリ１２の１２カ所（３６０度／３０度）の位置のそれぞれに対するＸ線ビーム１６の所望の位置との差を決定する。次いで、この差は格納され、特定のガントリ速度および角度に対して特徴づけられ、ダイナミック動きおよびエラーが決定される。
【００２７】
ダイナミック動きエラーが決定されたのちは、Ｘ線ビーム１６の位置を変更し、ダイナミック動きエラーに対する補正が可能となる。詳しく述べると、ガントリ１２の選択した各位置に対して、カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置を変更し、Ｘ線ビーム１６の位置が調整され、ダイナミック動きエラーに対する補正がなされる。具体的に述べると、カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置は、選択した各位置に対するダイナミック動きエラーに従った随伴をする、すなわち移動する。たとえば、特徴づけられたダイナミック動きエラーが線形近似を示す実施の一形態では、ガントリ１２が回転するのに伴い１００ｍｓ毎に、そのカム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置を移動させ、すなわち位置変更し、Ｘ線ビーム１６のダイナミック動き位置エラーに対する補正を行う。
【００２８】
別の実施の形態では、その出力信号２Ａ、１Ａ、１Ｂおよび２Ｂを利用してＸ線ビームの中心線１０２に関するＸ線ビーム１６の第１の部分と第２の部分に対するｚ軸ダイナミック動き位置エラーを決定する。より詳しく述べると、（２Ａ／１Ａ）の関係を用い、検出器１８に関するＸ線ビーム１６の第１の部分の位置、すなわちセル９０および９２に関するＸ線ビーム１６の中心線１０２からの幅を決定する。同様に、関係（２Ｂ／１Ｂ）を用いて、検出器１８に関するＸ線ビーム１６の第２の部分の位置、すなわちセル９４および９６に関するＸ線ビーム１６の中心線からの幅を決定する。次いで、Ｘ線ビーム１６の各部分について、計測した量（２Ａ／１Ａ）とＸ線ビーム１６の第１の部分の所望の位置との差を決定する。同様に、計測した量（２Ｂ／１Ｂ）とＸ線ビーム１６の第２の部分の所望の位置との差を決定する。第１の部分と第２の部分との差を格納し、特定のガントリ速度および角度に対して特徴づけし、上記のようにしてダイナミック動きおよびエラーを決定する。次いで、Ｘ線ビーム１６の各部分の位置を変更し、ダイナミック動きエラーに対する補正を行う。詳しく述べると、ガントリ１２の選択した各位置に対し、カム１２０Ａの位置を変更して、Ｘ線ビーム１６の第１の部分のダイナミック動きエラーに対する補正を行う。同様に、ガントリ１２の選択した各位置に対し、カム１２０Ｂの位置を変更して、Ｘ線ビーム１６の第２の部分のダイナミック動きエラーに対する補正を行う。具体的に述べると、カム１２０Ａの位置は、選択した各位置に対する第１の部分のダイナミック動きエラーに従って独立に追従する、すなわち動く。同様に、カム１２０Ｂの位置は選択した各位置に対する第２の部分のダイナミック動きエラーに従って独立に追従する、すなわち動く。
【００２９】
実施の一形態では、ダイナミック動きエラーを決定したのち、システム１０の熱ドリフト・エラーを決定する。この熱ドリフト・エラーを利用し、システム８０はシステム１０の熱ドリフトに起因するＸ線ビーム１６の位置エラーに対する調整すなわち補正を行う。実施の一形態では、その熱ドリフト・エラーは実際の熱ドリフトおよび予測熱ドリフトを含む。実際の熱ドリフトは、ガントリ１２の先行する回転中のシステム１０の温度変化に起因するＸ線ビーム１６の動きの計測量またはエラーの計測量を含む。予測熱ドリフトは、先行するスキャンから経た時間量、すなわちの経過時間に従ってシステム１０の全温度範囲から生じるＸ線ビームの熱ドリフトの総量の一部分を含む。実施の一形態では、そのＸ線ビーム１６のｚ軸方向の位置を変更し、線源１４により生じる予測熱ドリフトおよび実際の熱ドリフトに対する補正を行う。具体的に述べると、コリメータ・カム１２０Ａおよび１２０Ｂのうちの少なくとも１つの位置を、Ｘ線ビーム１６の位置が熱ドリフト・エラーに対して補正されるように移動させる。たとえば、実際の熱ドリフト・エラーは、ガントリ１２の先行する１秒間の回転の間に最大０．００２ｍｍであり、システム１０の予測熱ドリフト・エラーは先行するスキャンが完了して６０分後の時点で０．６ｍｍとなることがある。
【００３０】
より詳しく述べると、第１のスキャン、すなわち最初のスキャンの完了に先立って、予測熱ドリフト・プロフィールを決定する。この予測熱ドリフト・プロフィールは、システム１０の熱ドリフトを時間の関数として計測することにより決定する。システム１０の予測熱ドリフト・プロフィールは、少なくとも１つの時点に対するシステム１０の熱ドリフト量を検出器１８を用いて計測すなわち決定することにより決定される。詳細に実施の一形態では、システム１０の予測熱ドリフト・プロフィールは、線源１４の温度が室温から最大動作温度まで変化し再び室温まで自然に降下する際の、複数の時点に対して決定される。各時点に対して、熱ドリフト・エラーの量を検出器１８を利用して計測すなわち決定する。より詳しく述べると、上記のように、それぞれセル９０、９２、９４および９６からの２Ａ、１Ａ、１Ｂおよび２Ｂの出力信号と所望の位置との差を利用して熱ドリフトによるＸ線ビーム１６のｚ軸位置を決定する。
【００３１】
図７を参照すると、実施の一形態として、その予測熱ドリフト・プロフィールは、システム１０の温度範囲の全体にわたる各時点に対する計測した、すなわち決定した熱ドリフト・エラーに線形関数をあてはめることにより決定される。別の実施の形態では、その予測熱ドリフト・プロフィールは、Ｘ線ビーム１６の決定した熱ドリフト・エラーに指数関数的減衰関数をあてはめることにより決定される。予測熱ドリフト・プロフィールおよび先行する（すなわち前回の）スキャンからの経過時間を利用して、システム１０の予測熱ドリフトが決定される。
【００３２】
予測熱ドリフトを決定したのち、第１のスキャン、すなわち最初のスキャンを完了させる、すなわち実行する。このスキャンの実行に先立って、コリメータ１００を用いてＸ線ビーム１６の位置を調整し、予測熱ドリフトに対する補正を行う。スキャンが完了しようとするときに、検出器１８を用いて、Ｘ線ビーム１６の少なくとも１つの実際の熱ドリフト位置を決定する。詳しく述べると、ガントリ１２が第１の回転、または扇形移動(segment) を完了するのに伴い、検出器１８を用いて複数の実際の熱ドリフト位置を決定すなわち計測する。実施の一形態では、次いで、計測した実際の熱ドリフト位置の平均値を決定することにより、第１の回転に対する実際の熱ドリフトを決定する。次いで、この実際の熱ドリフトを後続の回転に対して利用して、ガントリ１２の先行する回転からの実際の熱ドリフトに対する調整すなわち補正を行う。
【００３３】
操作にあたっては、単に患者２２に対する第２のスキャン、すなわち後続のスキャンに先だち、システム１０の熱ドリフト・エラーに基づいてコリメータ１００を位置変更、すなわち移動させるだけでよい。より詳しく述べると、実際の熱ドリフトと予測熱ドリフトを組み合わせて、システム１０の熱ドリフトに対する補正を行う。具体的に述べると、このスキャンの間に、直前の回転または扇形移動からの経過時間を、タイマ（図示せず）を用いて決定する。予測熱ドリフト・プロフィールおよび先行する回転からの経過時間を利用して、予測熱ドリフトを決定する。実施の一形態では、次いで、実際の熱ドリフトを予測熱ドリフトと組み合わせて、コリメータ１００の位置を決定する。より詳しく述べると、カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置を位置変更、すなわち移動させて、先行する回転からの予測熱ドリフトと実際の熱ドリフトの組み合わせに対する補正を行う。
【００３４】
実施の一形態では、Ｘ線源１４は通常スキャンの開始に先立って通電されるため、Ｘ線ビーム１６の実際の熱ドリフトは、短縮させた更新間隔を用いて計測すなわち決定し、コリメータ１００がガントリ１２の回転開始前に適正に位置決めされるようにする。詳しく述べると、、ガントリ１２の回転の直前にＸ線ビーム１６の計測した位置と所望の位置との差を決定することにより、実際の熱ドリフトを上記のように決定する。カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置は、所望の位置と計測した位置の間のいかなる差に対しても補正ができるように調整される。
【００３５】
ガントリ１２が回転し始めると、位置エラー・プロフィールによりＸ線ビーム１６のｚ軸位置を調整し、システム１０のダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーに対する補正を行う。より詳しく述べると、、ガントリ１２の回転に伴い、コリメータ１００の位置を調整し、ダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーに対する補正を行う。具体的に述べると、ガントリ１２の回転に伴い、コリメータ１００の位置を調整し、所望の各位置に関し、一定である先行する回転の熱ドリフト・エラーと変動するダイナミック動きエラーとの組み合わせに対する調整を行う。カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置は、組み合わせた位置エラー・プロフィール、たとえば一定である熱ドリフト・エラーにダイナミック動きエラーを加えた量の線形近似に従って追随、すなわち移動させる。たとえば、図８に示す実施の一形態では、カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置を、ガントリ１２の１秒間の回転の間に５０回、移動すなわち位置変更させる。詳しく述べると、カム１２０Ａおよび１２０Ｂの位置は、ガントリ１２の選択した速度および傾斜角度に対するダイナミック動きエラーと熱ドリフト・エラーとの同期した組み合わせを反映するように移動させる。その結果、Ｘ線ビーム１６の位置が調整され、ダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーに対する補正が行われ、これにより画質を低下させずに患者線量を軽減することができる。
【００３６】
さらに別の実施形態では、そのダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーは、選択した時間ベースまたは事象発生ベースで更新される。たとえば、それぞれのエラーは、選択した時間単位、たとえば１００時間稼働毎に置換すなわち更新されることがあり、また選択した日数、たとえば暦日３０日毎に置換すなわち更新されることがある。同様に、ダイナミック動きエラーおよび熱ドリフト・エラーは、ガントリ１２内のあるコンポーネントを交換または修理する毎に、たとえば線源１４や検出器１８を交換または修理する毎に、置換すなわち更新されることがある。追加として実施の一形態では、少なくとも２つの履歴の、すなわち過去のダイナミック動きエラーを利用して、差分履歴(difference history)ダイナミック動きエラーを決定することもできる。次いで、この差分履歴ダイナミック・エラーを用いてダイナミック動きエラーを決定することができる。具体的に実施の一形態では、その各履歴エラーを互いに平均し、ダイナミック動きエラーを決定する。別の実施の形態では、この履歴エラーにリカーシブ・フィルタ(recursive filter)を適用し、ダイナミック動きエラーを決定する。
【００３７】
別の実施形態では、各回転、すなわち各スキャン中に、少なくとも１つの実際の位置エラーを求める、すなわち決定する。実際の位置エラーによりシステム１０を監視して、過大エラーを検出する。実際の位置エラーが、あらかじめ選択した限度または範囲を超えた場合には、補正動作を実行、すなわち完了させる。たとえば、実際のエラーがあらかじめ選択した限度を超えた場合、その補正動作は現在のスキャンの中止または終了を含む。別の実施形態では、その補正動作は修理要求の記録を含む。さらに別の実施形態では、検出器アレイ１８の遮断(blockage)により実際のエラーが発生する場合、システム８０は、実際の過大エラーが規定の回数、すなわち選択した回数起きたのちに補正動作を起動させる。
【００３８】
上記の補正システムによりＸ線ビームの位置が調整され、イメージング・システムのダイナミック動きおよび温度動きが補正される。さらに、Ｘ線ビーム位置が最適化され、画質を低下させずに患者線量を軽減することができる。
【００３９】
本発明に関する以上の様々な実施の形態から、本発明の目的が達成されることは明白であろう。本発明を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明および例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図ではないことを明瞭に理解されたい。たとえば本明細書に記載したＣＴシステムは、Ｘ線源および検出器の両方がガントリと共に回転する「第３世代」のシステムである。検出器が全環状で静止しておりＸ線源のみがガントリと共に回転する方式の「第４世代」のシステムなど、他の多くのＣＴシステムを用いることもできる。同様に、本明細書に記載したＣＴシステムは４スライス形であるが、任意のマルチスライス形システム、たとえば２スライス、３スライス、６スライス形を用いることもできる。また、トラッキング補正システムを詳細に記載してきたが、Ｘ線源１４および／または検出器アレイ１８の位置を変更することによってＸ線ビーム位置を調整することも可能である。したがって、本発明の精神および範囲は、特許請求の範囲によって限定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＴイメージング・システムの絵画的斜視図である。
【図２】 図１に示すシステムのブロック線図である。
【図３】 ＣＴシステムの検出器アレイの斜視図である。
【図４】 検出器モジュールの斜視図である。
【図５】 図１に示すＣＴイメージング・システムの略図である。
【図６】 本発明の実施の一形態によるトラッキング制御システムを含むＣＴイメージング・システムの略図である。
【図７】 本発明の実施の一形態による予測熱ドリフト・プロフィールを表すグラフである。
【図８】 コリメータ・カムの動きを時間に対して表したグラフである。
【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
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 コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ 陰極線管表示装置
４４ テーブル・モータ制御装置
５８ 検出器モジュール
６０ 検出器ハウジング
６２ シンチレータ・アレイ
６４ 基板
６６ スイッチ装置
６８ デコーダ
７０ 電線
８０ Ｘ線ビーム・トラッキング制御回路（またはシステム）
８２、８４、８６、８８ 検出器セルの行
９０、９２、９４、９６ 検出器セル
９８ 焦点
１００ プリペイシェント・コリメータ
１０２ ファンビーム平面
１２０Ａ、１２０Ｂ カム
２Ａ、１Ａ、２Ｂ、１Ｂ 出力信号強度

Claims (11)

1. ｚ軸に沿って変位して配置された、画像再構成に使用する投影データを得るために使用される少なくとも２行の検出器セル（２０）を有するマルチスライス形検出器アレイ（１８）と、Ｘ線ビーム（１６）を検出器アレイ（１８）に向けて放射するためのＸ線源（１４）とを含むイメージング・システム（１０）において、Ｘ線ビームのｚ軸ドリフトを補正するための方法であって、
   前記マルチスライス形検出器アレイ（１８）を構成する検出器セル（２０）のうちの少なくとも２行の検出器セル（２０）から出力される信号の強度から第１のスキャンに対するＸ線ビーム位置エラー・プロフィールを決定するステップと、
   前記決定されたＸ線ビーム位置エラー・プロフィールに基づいて、後続のスキャンに対するＸ線ビーム位置を調整するステップと、を含む方法。
2. 前記検出器アレイ（１８）および前記Ｘ線源（１４）が回転自在のガントリ（１２）に結合されており、前記Ｘ線ビーム位置エラー・プロフィールを決定する前記ステップが前記ガントリ（１２）の第１の回転に対するＸ線ビームｚ軸ダイナミック動きエラーを決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｘ線ビームｚ軸ダイナミック動きエラーを決定する前記ステップが、 前記検出器アレイ（１８）を用いて、前記ガントリ（１２）の少なくとも第１の位置に対する計測したＸ線ビーム位置を決定するステップと、 各計測したＸ線ビーム位置に対する所望のＸ線ビーム位置を決定するステップと、 各計測したＸ線ビーム位置と各所望のＸ線ビーム位置との差を決定するステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記検出器アレイ（１８）を用いて前記計測したＸ線ビーム位置を決定する前記ステップが、 前記検出器アレイ（１８）の第１の検出器セル行内の少なくとも第１の検出器セル（２０）、第２の検出器セル行内の少なくとも第２の検出器セル（２０）、第３の検出器セル行内の少なくとも第３の検出器セル（２０）、および第４の検出器セル行内の少なくとも第４の検出器セル（２０）から別々に信号を獲得するステップと、 これらの別々の信号の強度からＸ線ビームのｚ軸位置を決定するステップと、を含み、前記第１乃至第４の検出器セル（２０）は、画像再構成に使用する投影データを得るために使用される、請求項３に記載の方法。
5. 少なくとも第１の位置に対して前記計測したＸ線ビーム位置を決定する前記ステップが、複数のガントリ位置に対する計測したＸ線ビーム位置を決定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記ガントリが回転するのに伴い、所定の時間毎にＸ線ビーム位置の調整が行われる、請求項２に記載の方法。
7. Ｘ線ビームのｚ軸熱ドリフト・エラーを決定するステップを含み、
   該Ｘ線ビームのｚ軸熱ドリフト・エラーを決定する前記ステップが、予測熱ドリフトを決定するステップを含み、
   該予測熱ドリフトを決定する前記ステップが、予測熱ドリフト・プロフィールを決定するステップと、前記ガントリ（１２）の前回の回転からの経過時間を決定するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
8. 前記システム（１０）がさらに、Ｘ線ビーム（１６）のｚ軸位置を変更するために複数の位置を有するプリペイシェント・コリメータ（１００）を含んでおり、前記決定したＸ線ビーム位置エラー・プロフィールに基づき後続のスキャンに対するＸ線ビーム位置を調整する前記ステップが、前記プリペイシェント・コリメータ（１００）の位置を変更するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記プリペイシェント・コリメータ（１００）が、Ｘ線ビーム（１６）に対し互いに反対側に配置された少なくとも第１のカム（１２０Ａ）および第２のカム（１２０Ｂ）を含んでおり、前記プリペイシェント・コリメータ（１００）の位置を変更する前記ステップが、第１のカム（１２０Ａ）および第２のカム（１２０Ｂ）のうちの少なくとも１つの位置を変更するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 第１のスキャンの間に少なくとも１つの実際の位置エラーを決定するステップと、 その差が事前に選択した限度を超えているか否かを決定するステップと、 決定した前記差が前記事前に選択した限度を超えていた場合に補正動作を実行するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
11. ｚ軸に沿って変位して配置された少なくとも２行の検出器セル（２０）を有するマルチスライス形検出器アレイ（１８）と、Ｘ線ビーム（１６）を検出器アレイ（１８）に向けて放射するためのＸ線源（１４）とを含み、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法に従ってＸ線ビームのｚ軸ドリフトを補正するイメージング・システム（１０）であって、
    第１のスキャンに対するＸ線ビーム位置エラー・プロフィールを決定するコンピュータ（３６）と、
    前記決定されたＸ線ビーム位置エラー・プロフィールに基づいて、後続のスキャンに対するＸ線ビーム位置を調整するＸ線ビーム・トラッキング制御システム（８０）と、を含むイメージング・システム（１０）。

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