JP5336364B2 - 散乱放射線の割合に応じたｘ線検出器の利得校正 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線源と或る空間分解能を有する２次元Ｘ線検出器とを含むＸ線装置により記録されたデジタルＸ線画像を画像処理する分野に関する。本発明は、特に、医用Ｘ線撮像に好適に使用される２次元分解式Ｘ線検出器の利得校正方法に関する。

また、本発明は、検査対象の利得補正されたＸ線画像を取得する方法に関する。

本発明は更に、特に医用Ｘ線撮像に用いられる２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するデータ処理装置及び医用Ｘ線撮像装置に関する。

さらに、本発明は、２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するための方法を実行する命令を有するコンピュータ読み取り可能媒体及びプログラムに関する。

特許文献１は、Ｘ線撮像システムを用いて撮像された対象物の材料組成を評価する方法を開示している。それによれば、散乱補正され且つ利得補正された複数の基準校正画像が生成される。基準画像補正は、デジタル検出器全体で空間的に異なるものであるデジタル検出器の経時的な電子的ドリフト効果、幾何学的効果、及び不均一な検出器計数特性を排除することを含む。検出器上への放射線入射は“本来の”もの又は“散乱された”ものの何れかである。このことは、各Ｘ線光子は散乱せずに直接的に物質を通過するか、少なくとも一度散乱し核から逸れるかの何れかであることを意味する。散乱放射線は見積もられ、散乱補正アルゴリズムを用いて基準校正画像から除去される。

特許文献２は、閉鎖型の検出器リングを用いて散乱測定を行う方法及びＸ線装置を開示している。この方法は、第１の検出器リングに突き当たる散乱Ｘ線と第２の検出器リングに突き当たる散乱Ｘ線との間の散乱信号比を測定するために、ファントムを用いて校正スキャンを実行することを含む。この散乱信号比は散乱のスケールファクタを決定するために用いられる。

利得校正は、検査対象の高品質３次元（３Ｄ）表現を再構成するためのＣＴデータ及び／又はＸ線データのロー（raw）データ前処理における、既知の不可欠な工程である。利得校正は、２次元空間分解式（resolving）Ｘ線検出器の、異なるＸ線検出感度を有する異なる検出器素子に関して、その異なる利得係数を決定することを有する。当然ながら、これらの検出器素子を読み出すための電子回路、及び／又はこれらの検出器素子により供給される信号を増幅するための電子回路も、異なる実効Ｘ線感度に寄与し得る。

適切な利得校正は、３Ｄデータに所謂ＣＴ値（ハンスフィールドスケール）を与えることを可能にする。ハンスフィールドスケールは、ヒト又は動物の組織の放射線密度、相対透過度を記述する定量的尺度である。これにより、空気に１０００のハンスフィールドユニット（ＨＵ）が割り当てられ、水に０のＨＵが割り当てられる。

さらに、適切な利得校正は、例えばシェーディングアーチファクト、キャッピング・アンド・カッピングアーチファクト、ストリークアーチファクト、及びリングアーチファクト等、Ｘ線画像内に見られる数多くのアーチファクトを低減することに寄与し得る。しかしながら、たとえ既知の利得校正手順がＸ線画像の品質を高めるとしても、特に散乱線除去グリッドが用いられるとき、有意なリングアーチファクトが依然として残ってしまう。

特にリングアーチファクトの更なる低減を可能にするＸ線検出器の利得校正を実現することが望まれる。

米国特許出願公開第２００３／００７２４０９号明細書 米国特許第６７８９９４３号明細書

散乱割合に応じた利得校正を実行するよう適応されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを簡略化して示す概略図である。 散乱割合に応じた利得校正を実行するよう適応された医用Ｃアーム型システムを示す側面図である。 図２ａに示されたＸ線スイングアームを示す斜視図である。 Ｘ線源と散乱線除去グリッドを備えた２次元Ｘ線検出器とを有する医用Ｘ線撮像システムを簡略化して示す図である。 本発明の一好適実施形態に従った散乱割合に応じた利得校正を実行する方法段階を示すフローチャートである。 散乱割合に応じた利得校正を実行するよう適応されたデータ処理装置を示す図である。 既知の利得校正を用いることにより得られた２次元Ｘ線画像を示す図である。 本発明の一好適実施形態に従った散乱に応じた利得校正を用いることにより得られた２次元Ｘ線画像を示す図である。

本発明は、特にリングアーチファクトの更なる低減を可能にするＸ線検出器の利得校正を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従って、特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定する方法が提供される。当該方法は、（ａ）関心対象の不存在時にＸ線源から放射されＸ線検出器によって検出された直接Ｘ放射線によって生成される、第１のＸ線画像を表す第１利得データセットを提供する段階、（ｂ）所定の対象物の存在時にＸ線源から放射されＸ線検出器によって検出された散乱放射線に基づく、第２のＸ線画像を表す第２利得データセットを取得する段階、及び（ｃ）最終的な利得データセットを生成するよう、第１利得データセットを第２利得データセットと組み合わせる段階を有する。

本発明のこの態様は、所定の対象物のＸ線画像は、検出器に直接的に突き当たるＸ放射線によって収集される直接画像と、検出器に突き当たる前に検査対象の核によって少なくとも一度散乱されたＸ放射線によって収集される散乱画像との和であるという概念に基づく。これに関連し、本発明の発明者により、散乱放射線に基づくＸ線画像の割合は、無視できる構造化ノイズのみを有することが見出されている。故に、利得データセットを決定することには、Ｘ線検出器によって測定される２つの異なる種類の放射線を個々に考慮に入れることが有益である。第１の直接放射線は一般的に有意な構造化ノイズを示し、第２の散乱放射線は一般的に無視可能な構造化ノイズのみを示す。

言い換えると、利得校正に関し、殆ど或いは全く構造化ノイズを示さないＸ線画像への第１の寄与は、典型的に比較的高い空間周波数を有する比較的強烈な構造化ノイズを示す第２の寄与とは異なる手法で処理され得ることが見出されている。ここで、この第１の寄与は主に散乱放射線に基づき、Ｘ線画像へのこの第２の寄与は主に直接放射線に基づく。異なる構造化ノイズを示す異なる種類の画像寄与分の個別処理は、既知の利得校正方法と比較して更なるアーチファクト低減をもたらす。

例えば熱雑音とは対照的に、構造化ノイズは時間的に一定である。構造化ノイズは、例えば、或る空間周波数を有するＸ放射線分布によって引き起こされ得る。そのような空間周波数は、例えば、熱陰極の温度バラつき及び／又は熱陰極の所与の幾何学構造などのために空間的に不均一な電子の解放を有するＸ線管の熱陰極によって発生され得る。構造化ノイズは一般的に高い空間周波数を有するので、それをＸ線画像から除去することは困難である。このことは、特に、構造化ノイズの空間周波数が、Ｘ線画像内で散らばっていると予想される画像構造の空間周波数と同等である場合に当てはまる。

しかしながら、構造化ノイズは、最終的な処理後のＸ線画像内に例えばリング状のアーチファクトをもたらすＸ線検出器の感度の空間バラつきによっても引き起こされ得る。第１のＸ線画像は主に、Ｘ線検出器に到達する直接放射線に基づくので、当該方法は、直接放射線の利得係数と散乱放射線の利得係数とを別々に考慮に入れる改善された利得校正を提供する。これは、Ｘ線画像内に見受けられる多くのアーチファクト、特にリングアーチファクトが有意に低減され得るという利点を有する。

原理上、利得データセットは、Ｘ線検出器の各画素に割り当てられる利得係数を有し得る。しかしながら、実用上、利得係数は一般的に検出器の或る特定の領域群で一定であることが分かっている。このような領域群は、検出器画素群の対応する信号を読み出す個々の電子回路に割り当てられる検出器画素群によって定められ得る。これらの信号は各検出器画素によって測定されるＸ線強度を表す。

なお、収集された利得係数は、所定の対象物のＸ線減衰を表す収集されたＸ線画像を画像処理するために使用される。一般的には、利得係数は各検出器画素に接続された増幅器又は前置増幅器には使用されない。しかしながら、ここで開示する方法は、検出器画素に接続された電子的増幅装置の利得係数に対して空間的に異なる校正を実行するためにも使用され得る。

これに関連し、用語“取得する”は、第２の利得データセットを受け取るための多様な異なる方策を記述するために使用される。例えば、用語“取得する”は測定することを意味し得る。すなわち、第２の利得データセットは特に、Ｘ線撮像されることになる同一の対象を用いることによって実験的に記録される。しかしながら、用語“取得する”は、例えばＸ線撮像されることになる対象物のモデルを表す標準ファントムを用いることによって、第２の利得データセットが専門知識に基づいてシミュレーションされる推定手順をも含む。

本発明の一実施形態によれば、Ｘ線検出器は散乱線除去グリッドとともに使用される。この状況において、散乱線除去グリッドは、少なくとも少し傾斜した角度で検出器に突き当たる散乱Ｘ線に対して直接Ｘ線に対してとは異なるＸ線減衰をもたらす何らかのチャネル型Ｘ線吸収装置である。

本発明の発明者により、Ｘ線検出器の散乱線除去グリッドとの組み合わせは、散乱Ｘ線に対して、特に関心対象によって散乱されることなく検出器に突き当たる直接Ｘ線に対してとは異なる感度を有することが認識されている。この異なる感度は、散乱線除去グリッドが比較的高い空間周波数を有する構造化ノイズを導入するためであると理解され得る。一見したところ感度の差は大きくはないが、これらの差はリング状アーチファクトを発生するのに十分な大きさであることが分かっている。散乱線除去グリッドとともに装備されるＸ線検出器のこの異なる感度は、更なる画像処理に使用される利得係数を空間的に変化させることによって、少なくとも部分的に補償される。故に、アーチファクト、特にリングアーチファクトが有意に低減され得る。

なお、散乱線除去グリッドがあっても、Ｘ線画像が収集されるとき、散乱放射線の寄与は依然として存在する。検査対象の大きさ、物質及び散乱特性に応じて、Ｘ線検出器に突き当たる全Ｘ放射線に対する散乱放射線の割合は１０％から１００％程度である。当然ながら、散乱線除去グリッドは散乱放射線の更なる抑圧を可能にする。しかしながら、このような散乱線除去グリッドは直接放射線をも低減し、そのため、比較的低い統計ノイズを有するＸ線画像を収集するためには、検査対象への総放射線量を増大させなければならない。しかしながら、医用Ｘ線撮像の場合、そのような放射線量の増大は一般的に、ヒトに許容されるものではない。

本発明の更なる一実施形態によれば、第２利得データセットを取得する段階は、直接Ｘ放射線が検出器に突き当たることが防止される所定の対象物の実験的記録によって、第２利得データセットを収集する段階を有する。これは、対象物のＸ線画像への散乱放射線の寄与が非常に正確に決定され得るという利点をもたらし得る。故に、医用Ｘ線撮像の場合、特にリングアーチファクトが非常に効果的に除去あるいは低減され得るような、患者個々の利得校正が実現され得る。直接Ｘ線及び散乱Ｘ線の双方に対するＸ線検出器の感度を適切に測定することは、特に、リングアーチファクトの大幅な低減をもたらし得る。

これに関し、明らかなように、実験的データ収集において、検査対象はＸ線源とＸ線検出器との間の放射線経路内に配置される。

主に散乱放射線に基づくＸ線画像を選択的に取得することには様々な既知の方法が存在する。特に効果的な一手法は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置されたＸ線遮断装置を使用するものである。このとき、Ｘ線遮断装置の陰で測定されるＸ線は散乱されたＸ線でなければならない。他の効果的な一手法は、コリメートされたＸ線を用いることによって実行され得る。このとき、第２の利得データセットを収集するため、直接平行Ｘ線ビームの外側に位置する検出器素子の信号のみが考慮に入れられる。当然ながら、完全な２次元散乱Ｘ線画像を収集するため、平行Ｘ線ビームは順次、Ｘ線検出器の様々な空間領域へと向けられる。

本発明の更なる一実施形態によれば、第１利得データセットを第２利得データセットと組み合わせる段階は、第１利得データセット及び第２利得データセットを足し合わせる段階を有する。これは、利得データセットの組み合わせが、現段階で既知の広く利用可能な画像処理ルーティンで容易に実現され得る単純な数学演算であるという利点を有する。故に、ここで説明される方法は、標準的なＸ線画像処理方法のかなり単純なソフトウェア変更によって実現され得る。

散乱線除去グリッドが使用され、且つヒトの頭部のような小さい対象物がスキャンされる場合に特に当てはまることであるが、一般的に、直接Ｘ放射線は散乱Ｘ放射線より強いため、第２の利得データセットは第１の利得データセットの利得係数のオフセット値を含むものとして解釈され得る。

本発明の更なる一実施形態によれば、第２利得データセットを取得する段階は、Ｘ線検出器によって検出された散乱Ｘ放射線の、Ｘ線検出器によって検出された全Ｘ放射線に対する割合を用いることによって、第２利得データセットを推定することを有する。これは、第２の利得データセットの取得に、例えば検査される患者への追加の放射線量が不要であるという利点をもたらし得る。このとき、この推定手順は、実際の関心対象に対応する標準ファントムによって利用可能でもある専門知識及び／又は経験的知識に基づき得る。近年、特に人体については、その全部位に関して適切なファントムが利用可能になっている。これらのファントムは、少なくとも診断に意味を有するエネルギー範囲内で関心対象と同様のＸ線減衰又はＸ線吸収の挙動を示す、様々な物質から成る組成を含んでいる。広く使用される物質は、例えば、水及びカルシウムである。

当然ながら、散乱放射線の割合は、ファントムを表す物質の種類に依存するだけでなく、実際の対象物に突き当たるＸ放射線の光子エネルギー及び／又はその分布にも依存する。しかしながら、これらの依存性は周知であるため、各実験条件に対して適切な散乱割合が推定され得る。散乱放射線の割合の典型値は例えば３０％である。これは、Ｘ線検出器によって検出されるＸ放射線の７０％が直接Ｘ放射線であることを意味する。

好ましくは、Ｘ線検出器によって検出される全放射線に対する散乱放射線の割合は、検査対象の関係ある部分を表す関心エリア内で推定される。

本発明の更なる一実施形態によれば、散乱Ｘ放射線の割合は、所定の関心エリア内の散乱Ｘ放射線の強度を平均化することによって決定される。これは、散乱放射線の割合が、診断的に意味を有するエリア内で選択的に推定され得るという利点をもたらし得る。故に、アーチファクトの低減を人体の特定部分に集中させることにより、Ｘ線画像内の特に診断的に意味を有するエリアは僅かにしか劣化されず、診断上の認知可能性が可能な限り向上される。

本発明の更なる一実施形態によれば、第２利得データセットは、均一な第２のＸ線画像を表す均一な画素値を有する。これは、第１の利得データセットは構造を有しない第２の画像と組み合わされることを意味する。

２つの利得データセットの組み合わせがこれら２つの利得データセットの単純な足し合わせである場合、第２の利得データセットは単純に、空間的に一定のオフセットを表す。このような空間的に均一なオフセットは利得校正に小さい影響しか有しないように思われるが、ここで説明する利得校正が行われるとき、約１／２のアーチファクト低減が達成され得ることが分かった。

本発明の更なる一実施形態によれば、均一な画素値は、第１のＸ線画像内且つ／或いは第２のＸ線画像内で実行される平均化処理によって取得される。これは、Ｘ線画像のアーチファクトの低減につながる適切な均一利得補正係数が得られるかなり単純な数学演算を用いて、構造を有しない第２のＸ線画像を取得することができるという利点をもたらし得る。この平均化処理は、第１及び／又は第２のＸ線画像内の少なくとも所定の関心エリア内で実行され得る。

本発明の更なる一実施形態によれば、第１利得データセットを第２利得データセットと組み合わせる段階は、第１利得データセット及び第２利得データセットを足し合わせる段階を有する。これは、利得データセットの組み合わせが、現段階で既知の広く利用可能な画像処理ルーティンで容易に実現され得る単純な数学演算であるという利点を有する。故に、ここで説明される方法は、標準的なＸ線画像処理方法のかなり単純なソフトウェア変更によって実現され得る。

本発明の更なる一実施形態によれば、第１利得データセット及び第２利得データセットを足し合わせる段階は、（ａ）Ｘ線検出器に突き当たる全放射線に対する直接放射線の割合を表す第１の重み係数を用いて第１利得データセットを考慮に入れること、及び（ｂ）Ｘ線検出器に突き当たる全放射線に対する散乱放射線の割合を表す第２の重み係数を用いて第２利得データセットを考慮に入れることを有する。２つのデータセットのこのような適切な重み付けは、特にリングアーチファクトの更なる低減をもたらす有意に改善された利得校正が得られるという利点を提供し得る。

本発明の更なる一態様に従って、検査対象の利得補正された画像を取得する方法が開示される。開示の方法は、（ａ）上述の方法の実施形態を実行することによって、２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定する段階、（ｂ）Ｘ線源とＸ線検出器との間に挿入された検査対象のＸ線画像を表す第３データセットを収集する段階、及び（ｃ）第３データセットを前記利得データセットで除算することによって、検査対象の利得補正されたＸ線画像を表す利得補正されたデータセットを取得する段階を有する。

この本発明の態様は、上述の方法を実行することにより、すなわち、利得データセットを決定する上述の方法の実施形態を実行することにより、有意に低減されたアーチファクトを示す改善されたＸ線画像が取得され得るという概念に基づく。

本発明の一実施形態によれば、取得されたＸ線画像は検査対象の３次元再構成のために使用される。当然ながら、３次元画像再構成には、異なる投影角で収集された複数の異なる、利得補正されたデータセットが使用され得る。検査対象の利得補正されたＸ線画像を取得することには、好ましくは、これら利得補正されたデータセットの全てが、上述の方法を実施することによって取得されたものとされる。

これに関連し、例えば不所望のリング構造などの画像アーチファクトは一般的に３次元再構成画像において、２次元Ｘ線画像においてより目立つ。この点において、たとえ２次元Ｘ線画像内で構造化ノイズが見られなくても、画像再構成が複数のこれら２次元画像に基づくものである対応する対象物の３次元表現においては、構造化ノイズが目立つものとなることが分かった。故に、上述の方法は、３次元再構成画像の品質を有意に高めるために幅広く使用され得る。特に、上述の方法は、低コントラストに起因してアーチファクト低減が結果画質のとりわけ有意な改善を生じさせる所謂３次元低コントラストＸ線撮像において、アーチファクトの有意な低減をもたらす。

なお、３次元画像再構成は、例えば既知のコンピュータ断層撮影装置によって取得された、一連の異なる投影２次元画像に基づいてもよい。しかしながら、最新のＣアーム型システムの機械的精度も最近になり向上されてきているので、３次元画像再構成に使用される２次元Ｘ線画像は最新のＣアーム型システムを用いて取得されてもよい。

本発明の更なる一態様に従って、特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するデータ処理装置が提供される。当該データ処理装置は、（ａ）上述の方法の実施形態を実行するよう適応されたデータプロセッサ、及び（ｂ）第１のＸ線画像を表す第１利得データセット、及び第２のＸ線画像を表す第２利得データセットを格納するメモリを有する。

本発明の更なる一態様に従って、医用Ｘ線撮像装置が提供される。当該医用Ｘ線撮像装置は特に、コンピュータ断層撮影スキャナ又はＣアーム型システムである。当該医用Ｘ線撮像装置は上述のデータ処理装置を有する。

本発明の更なる一態様に従って、特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するためのコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能媒体が提供される。このコンピュータプログラムは、データプロセッサによって実行されるとき、上述の方法の実施形態を実行するように適応されている。

本発明の更なる一態様に従って、特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するためのプログラムが提供される。当該プログラムは、データプロセッサによって実行されるとき、上述の方法の実施形態を実行するように適応されている。

当該コンピュータプログラムは、例えばＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等の好適なプログラム言語のコンピュータ可読命令コードとして実装されてもよく、また、コンピュータ読み取り可能媒体（取り出し可能ディスク、揮発性あるいは不揮発性のメモリ、組み込みメモリ／プロセッサ等）に格納されてもよい。命令コードは、意図する機能を実行させるようコンピュータ又はその他のプログラム可能装置をプログラムするよう作用する。コンピュータプログラムは、例えばワールドワイドウェブ等のネットワークから利用可能にされ、それからダウンロードされてもよい。

なお、以上では本発明の実施形態を異なる対象を参照して説明した。具体的には、一部の実施形態は方法の態様を参照して説明し、他の一部の実施形態は装置の態様を参照して説明した。しかしながら、以上及び以下の記載から当業者に推測されるように、特にことわらない限り、本出願は、対象の１つの態様に属する特徴群の組み合わせに加え、相異なる対象の態様に関する特徴群の組み合わせ、特に、方法の態様の特徴と装置の態様の特徴との間での特徴群の組み合わせも開示するものである。

本発明のこれら及び更なる態様は、以下にて説明する実施形態の例から明らかであり、実施形態の例を参照して説明される。本発明は、以下にて実施形態の例を参照して詳細に説明されるが、それらに限定されるものではない。

図面における例示は概略的なものである。相異なる図において、類似あるいは同一の要素には、同一の参照符号、又は対応する参照符号と一桁目のみが異なる参照符号を用いる。

図１は、ＣＴスキャナとも呼ばれるコンピュータ断層撮影装置１００を示している。ＣＴスキャナ１００はガントリー１０１を有し、ガントリー１０１は回転軸１０２の周りを回転可能である。ガントリー１０１はモータ１０３によって駆動される。

参照符号１０５は、多色放射線１０７を放射する例えばＸ線源などの放射線源を指し示している。ＣＴスキャナ１００は更に、Ｘ線源１０５から放射されたＸ放射線を放射線ビーム１０７へと成形する開口系１０６を有する。さらに、開口系１０６付近に配置したフィルタ素子（図示せず）によって、放射線源１０５から放射された放射線ビームのスペクトル分布を変化させてもよい。

円錐状あるいは扇状のビームとし得る放射線ビーム１０７は、関心領域１１０ａを貫通するように方向付けられる。ここで説明する実施形態によれば、関心領域は患者１１０の頭部１１０ａである。

患者１１０はテーブル１１２上に配置される。患者の頭部１１０ａは、ガントリー１０１の中心部に配置される。この中心部はＣＴスキャナ１００の検査領域を意味する。放射線ビーム１０７は、関心領域１１０ａを貫通した後、放射線検出器１１５に突き当たる。患者の頭部１１０ａによって散乱されてＸ線検出器に斜めの角度で突き当たるＸ放射線を抑圧するため、図示しない散乱線除去グリッドが備えられる。散乱線除去グリッドは好ましくは、検出器１１５の直前に配置される。

Ｘ線検出器１１５は、Ｘ線管１０５に対向するようにガントリー１０１上に配置される。検出器１１５は複数の検出器素子１１５ａを有し、各検出器素子１１５ａは、患者１１０の頭部１１０ａを通過したＸ線光子を検出することが可能である。

関心領域１１０ａのスキャン中、Ｘ線源１０５、開口系１０６及び検出器１１５は、ガントリー１０１とともに、矢印１１７で指し示される回転方向に回転させられる。ガントリー１０１の回転のため、モータ１０３がモータ制御ユニット１２０に接続され、モータ制御ユニット１２０はデータ処理装置１２５に接続される。データ処理装置１２５は、ハードウェア及び／又はソフトウェアによって実現され得る再構成ユニットを含んでいる。再構成ユニットは、様々な観察角度で取得された複数の２Ｄ画像に基づいて３Ｄ画像を再構成するように適応される。

また、データ処理装置１２５は、ガントリー１０１の動作をテーブル１１２の動作と協調させるためにモータ制御ユニット１２０と通信を行う制御ユニットとしても機能する。やはりモータ制御ユニット１２０に接続されたモータ１１３によって、テーブル１１２が直線的に移動される。

ＣＴスキャナ１００の動作中、ガントリー１０１が回転するのと同時にテーブル１１２が回転軸１０２と平行に直線的に移動されることにより、関心領域１１０ａの螺旋スキャンが行われる。なお、回転軸１０２に平行な方向での移動を用いず、回転軸１０２の周りのガントリー１０１の回転のみとし、円形スキャンを行うことも可能である。それにより、頭部１１０ａのスライス群が高精度に測定され得る。離散的なテーブル位置ごとに少なくとも半回転のガントリー回転が行われた後に、回転軸１０２に平行に不連続な段階的にテーブル１１２を順次移動させることにより、患者の頭部の一層大きい３次元表現が取得されてもよい。

検出器１１５は前置増幅器１１８に結合され、前置増幅器１１８はデータ処理装置１２５に結合される。処理装置１２５は、相異なる投影角で収集された複数の相異なるＸ線投影データセットに基づいて、患者の頭部１１０ａの３Ｄ表現を再構成することが可能である。

再構成された患者の頭部１１０ａの３Ｄ表現を観察するため、データ処理装置１２５に結合されたディスプレー１２６が備えられる。さらに、３Ｄ表現の透視図の任意のスライスが、データ処理装置１２５に結合されたプリンタ１２７によって印刷出力され得る。また、データ処理装置１２５は画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）にも結合され得る。

なお、モニタ１２６、プリンタ１２７、及び／又はＣＴスキャナ１００内に設けられたその他の装置は、コンピュータ断層撮影装置１００にローカルに配置され得る。代替的に、これらの構成要素は、例えば施設若しくは病院内の何処か、又はＣＴスキャナ１００にインターネット、仮想私設ネットワーク等といった１つ以上の構成可能ネットワークを介して連結された全く異なる場所など、ＣＴスキャナ１００から遠隔にあってもよい。

図２ａ及び２ｂを参照するに、本発明の更なる一実施形態に従った医用Ｘ線撮像システム２００は、所謂Ｃアーム型システムである。Ｃアーム型システム２００は、患者テーブル２１２近くにロボットアーム２０８によって支持されたスイングアーム式のスキャンシステム２０１を有する。スイング式Ｃアーム２０１内に収容されて、Ｘ線管２０５及びＸ線検出器２１５が備えられている。Ｘ線検出器２１５は、患者２１０を通過したＸ線２０７を検出するように配置・構成されている。また、Ｘ線検出器２１５は、Ｘ線２０７の強度分布を表す電気信号を生成するように適応されている。スイング式アーム２０１を動かすことにより、Ｘ線管２０５及びＸ線検出器２１５は、患者２１０に対して如何なる所望の位置及び方向にも置かれることができる。

患者２１０によって散乱されてＸ線検出器２１５に斜めの角度で突き当たるＸ放射線を抑圧することを可能にするため、図示しない散乱線除去グリッドが備えられ得る。散乱線除去グリッドは、検出器２１５の直前に配置され得る。

Ｃアーム型システム２００は更に、制御ユニット２２９及びデータ処理装置２２５を有する。これらは何れも、ワークステーション又はパーソナルコンピュータ２３０内に収容されている。制御ユニット２２９は、Ｃアーム型システム２００の動作を制御するように適応されている。データ処理装置２２５は、本発明の好適な一実施形態に従った散乱割合（フラクション）に応じた利得校正方法を実行するように適応されている。

なお、Ｃアーム型システム２００の機械的精度は、高精度Ｃアームシステム２００を用いることによって取得された複数の相異なる投影２次元画像に基づく患者２１０の３次元画像再構成を可能にするのに十分な良好さとし得る。

図３は、Ｘ線源３０５と、散乱線除去グリッド３１６を備えた２次元Ｘ線検出器３１５とを有する医用Ｘ線撮像システム３００を簡略化して示している。散乱線除去グリッド３１６は、Ｘ線源３０５に対してアライメントされるような向きにされた複数のラメラ（lamellae）３１６ａを有する。ラメラ３１６ａは好ましくは、鉛から成り、例えばプラスチック等のＸ線透過材料から成る図示しない母体内に収納されている。ラメラ３１６ａは約３ｍｍの高さと約０．１ｍｍの厚さとを有するが、明らかなように、これ以外の散乱線除去グリッドの幾何学構造が用いられてもよい。

典型的に、ラメラ３１６ａのラスタ構造は、隣接し合うＸ線検出器素子３１５ａの間隔には適合されていない。このことは、特に、医用Ｘ線撮像システム３００がＣアーム型システムである場合に当てはまる。Ｃアーム型システムは通常、約０．１８ｍｍという典型的な画素サイズを持つ検出器を有するからである。それとは対照的に、ラメラ３１６ａは１ｍｍ当たり８個という実装密度を有する。しかしながら、ラメラ３１６ａのラスタ構造はＸ線検出器素子３１５ａのラスタ構造に適合されることもある。このことは、特に、医用Ｘ線撮像システム３００がＣＴスキャナである場合に当てはまる。

散乱線除去グリッド３１６は、Ｘ線管３０５から発せられ、検出器３１５、グリッド３１６に到達する前に患者３１０の核によって散乱され、それにより伝播方向が有意に変えられたＸ線３０７ｃを阻止するために用いられる。また、散乱線除去グリッド３１６は、直接的なＸ線３０７ａを検出器３１５へ通すことになる。しかしながら、散乱線除去グリッド３１６は決して完全ではないため、散乱Ｘ線３０７ｂがその伝播方向を有意に変えた場合であっても、Ｘ線３０７ｂが検出器３１５に到達することが起こり得る。

図４は、本発明の好適な一実施形態に従った散乱割合に応じた利得校正を実行する方法に関するフローチャートを示している。この方法は段階Ｓ１で開始する。

段階Ｓ２にて、ブランクのＸ線画像Ｇ（ｘ，ｙ）を表す第１の利得データセットのデータ収集が実行される。Ｘ線源が放射したＸ放射線は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に如何なる検査対象も存在しないため、主に直接放射線として検出器に突き当たる。意味のある診断エネルギー範囲において空気はＸ線にとって単なる非常に弱い散乱媒体であるため、Ｘ線検出器によって検出される散乱放射線の割合は無視され得る。高精度の利得補正を可能にするため、この第１の利得データセットの収集において散乱線除去グリッドは既に用いられている。この方法は段階Ｓ３へと続く。

段階Ｓ３にて、検査対象のＸ線画像Ｉ（ｘ，ｙ）を表す第３のデータセットのデータ収集が実行される。Ｘ線画像に寄与する散乱放射線の割合を低減するため、上記の散乱線除去グリッドが用いられる。この方法は段階Ｓ４へと続く。

段階Ｓ４にて、所定の関心エリア内のブランクＸ線画像Ｇ（ｘ，ｙ）の平均強度＜Ｇ（ｘ，ｙ）＞が決定される。この関心エリアは、Ｘ線画像Ｉ（ｘ，ｙ）内の診断に関連する領域に対応するものである。この方法は段階Ｓ５へと続く。

段階Ｓ５にて、前記関心エリア内のＩ（ｘ，ｙ）の散乱放射線の割合Ｘが推定される。この推定は専門知識に基づく。この推定は、検査対象に入射するＸ放射線の散乱挙動の計算によって支援され得る。この計算は、実際の検査対象と比較して同様のＸ線散乱特性を示す適切な標準ファントムを用いて行われてもよい。この方法は段階Ｓ６へと続く。

段階Ｓ６にて、利得補正されたＸ線画像Ｉ’（ｘ，ｙ）の計算が実行される。これには、次の等式（１）：
Ｉ’（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）／（Ｇ（ｘ，ｙ）＋＜Ｇ（ｘ，ｙ）＞・Ｘ） （１）
が用いられる。

項“＜Ｇ（ｘ，ｙ）＞・Ｘ”は、唯一の特定の利得値を有する均一利得画像を表す第２の利得データセットとして理解することができる。散乱放射線の寄与は直接放射線の寄与より一般的に小さいため、項“＜Ｇ（ｘ，ｙ）＞・Ｘ”は、収集されたＸ線画像Ｉ（ｘ，ｙ）に寄与する散乱放射線の割合を考慮に入れたオフセット値を表す。

最後に、この方法は段階Ｓ７にて終了する。

説明した方法は、Ｘ線画像アーチファクト、特にリングアーチファクトを有意に低減するという利点を有する。また、説明した方法は、かなり単純な数学演算を使用することで実行され得る。故に、説明した散乱割合に応じた利得補正方法は、現段階で既知の広く利用可能な画像処理ルーティンにて容易に実現され得る。

図５は、散乱割合に応じた利得校正を実行するよう適応されたデータ処理装置５２５を示している。データ処理装置５２５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は画像プロセッサ５６１を有する。画像プロセッサ５６１は、収集された投影データを一時的に格納するメモリ５６２に接続されている。画像プロセッサ５６１は、バスシステム５６５を介して、複数の入力／出力ネットワーク、又は例えばＣＴスキャナ若しくはＣアーム型システム等の診断装置に接続される。画像プロセッサ５６１は更に、情報又は画像プロセッサ５６１によって再構成された１つ以上の画像を表示する例えばコンピュータモニタといった表示装置５６３に接続されている。操作者又はユーザは、キーボード５６４、及び／又は図５には示していないその他の出力装置を介して画像プロセッサ５６１とやり取りし得る。

図６ａは、既知の利得校正方法を用いることにより得られた、患者の頭部６７５の２次元Ｘ線画像６７１を示している。描写された患者の頭部６７５の中心に、アーチファクトのリング状構造をはっきりと見てとることができる。

図６ｂは、本発明の好適な一実施形態として上述した有意に改善された利得校正方法を用いることにより得られた２次元Ｘ線画像６７２を示している。直接Ｘ放射線と比較して異なる散乱Ｘ放射線に対する利得感度が考慮に入れられている。患者の頭部６７５内に、やはり、アーチファクトのリング状構造６７７を見てとることができる。しかしながら、このリング構造は、図６ａに描写されたリング構造６７６と比較して、有意に目立たないものである。

なお、用語“有する”はその他の要素又は段階を排除するものではなく、“或る（ａ又はａｎ）”は複数であることを排除するものではない。また、相異なる実施形態に関連して説明された要素が組み合わされてもよい。さらに、請求項中の参照符号は請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

本発明の上述の実施形態を要約すると：
２次元Ｘ線検出器３１５のための利得校正が説明された。散乱放射線３０７ｂ及び直接放射線３０７ａに関する利得係数が別々に計算あるいは推定される。適切な散乱割合について加重平均が適用されてもよい。散乱割合に応じた利得校正方法は、Ｘ線検出器３１５に到達する散乱放射線の割合を考慮に入れない既知の利得校正方法と比較して、小さいリングアーチファクトをＸ線画像内に生じさせる。

１００ 医用Ｘ線撮像システム／コンピュータ断層撮影装置
１０１ ガントリー
１０２ 回転軸
１０３ モータ
１０５ Ｘ線源／Ｘ線管
１０６ 開口系
１０７ 放射線ビーム
１１０ 関心対象／患者
１１０ａ 関心領域／患者の頭部
１１２ テーブル
１１３ モータ
１１５ Ｘ線検出器
１１５ａ 検出器素子
１１７ 回転方向
１１８ パルス弁別ユニット
１２０ モータ制御ユニット
１２５ データ処理装置（再構成ユニットを含む）
１２６ モニタ
１２７ プリンタ
１２８ 画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）
２００ 医用Ｘ線撮像システム／Ｃアーム型システム
２０１ スイングアーム式スキャンシステム／Ｃアーム
２０５ Ｘ線源／Ｘ線管
２０７ Ｘ線
２０８ ロボットアーム
２１０ 関心対象／患者
２１２ テーブル
２１５ Ｘ線検出器
２２５ データ処理装置
２２９ 制御ユニット
２３０ ワークステーション／パーソナルコンピュータ
３００ 医用Ｘ線撮像システム
３０５ Ｘ線源／Ｘ線管
３０７ａ 直接ビーム
３０７ｂ 検出器３１５に到達する散乱ビーム
３０７ｃ 散乱線除去グリッド３１６によって阻止される散乱ビーム
３１０ 関心対象／患者
３１５ Ｘ線検出器
３１５ａ 検出器素子
３１６ 散乱線除去グリッド
５２５ データ処理装置
５６１ 中央演算処理装置／画像プロセッサ
５６２ メモリ
５６３ 表示装置
５６４ キーボード
５６５ バスシステム
６７１ 改善された利得校正なしでの患者の頭部の２次元Ｘ線画像
６７２ 改善された利得校正ありでの患者の頭部の２次元Ｘ線画像
６７５ 患者の頭部
６７６ アーチファクトのリング状構造
６７７ 低減されたアーチファクトのリング状構造

Claims (17)

1. 特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定する方法であって：
   関心対象の不存在時にＸ線源から放射され前記Ｘ線検出器によって検出される直接Ｘ放射線によって生成される、第１のＸ線画像を表す第１利得データセットを提供する段階、
   所定の対象物の存在時に前記Ｘ線源から放射され前記Ｘ線検出器によって検出される散乱放射線に基づく、第２のＸ線画像を表す第２利得データセット、を取得する段階であり、前記Ｘ線検出器によって検出される散乱Ｘ放射線の、前記Ｘ線検出器によって検出される全Ｘ放射線に対する割合を用いることによって、前記第２利得データセットを推定することを有する、取得する段階、及び
   前記利得データセットを生成するよう、前記第１利得データセットを前記第２利得データセットと組み合わせる段階、
   を有する方法。
2. 前記Ｘ線検出器は散乱線除去グリッドとともに使用される、請求項１に記載の方法。
3. 前記散乱Ｘ放射線の前記割合は、所定の関心エリア内の前記散乱Ｘ放射線の強度を平均化することによって決定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２利得データセットは、均一な第２のＸ線画像を表す均一な画素値を有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記均一な画素値は、前記第１のＸ線画像内且つ／或いは前記第２のＸ線画像内で実行される平均化処理によって取得される、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１利得データセットを前記第２利得データセットと組み合わせる段階は、
   前記第１利得データセット及び前記第２利得データセットを足し合わせる段階
   を有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１利得データセット及び前記第２利得データセットを足し合わせる段階は、
   前記Ｘ線検出器に突き当たる全放射線に対する直接放射線の割合を表す第１の重み係数を用いて前記第１利得データセットを考慮に入れること、及び
   前記Ｘ線検出器に突き当たる全放射線に対する散乱放射線の割合を表す第２の重み係数を用いて前記第２利得データセットを考慮に入れること、
   を有する、請求項６に記載の方法。
8. 検査対象の利得補正された画像を取得する方法であって：
   請求項１に記載の方法を実行することによって、２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定する段階、
   前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に挿入された前記検査対象のＸ線画像を表す第３データセットを収集する段階、及び
   前記第３データセットを前記利得データセットで除算することによって、前記検査対象の利得補正されたＸ線画像を表す利得補正されたデータセットを取得する段階、
   を有する方法。
9. 前記取得されたＸ線画像は前記検査対象の３次元再構成のために使用される、請求項８に記載の方法。
10. 特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定する方法であって：
    関心対象の不存在時にＸ線源から放射され前記Ｘ線検出器によって検出される直接Ｘ放射線によって生成される、第１のＸ線画像を表す第１利得データセットを提供する段階、
    所定の対象物の存在時に前記Ｘ線源から放射され前記Ｘ線検出器によって検出される散乱放射線に基づく、第２のＸ線画像を表す第２利得データセット、を取得する段階であり、直接Ｘ放射線が前記Ｘ線検出器に突き当たることが防止される前記所定の対象物の実験的記録によって、前記第２利得データセットを収集することを有する、取得する段階、及び
    前記利得データセットを生成するよう、前記第１利得データセットを前記第２利得データセットと組み合わせる段階、
    を有する方法。
11. 前記第１利得データセットを前記第２利得データセットと組み合わせる段階は、
    前記第１利得データセット及び前記第２利得データセットを足し合わせること
    を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 検査対象の利得補正された画像を取得する方法であって：
    請求項１０に記載の方法を実行することによって、２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定する段階、
    前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に挿入された前記検査対象のＸ線画像を表す第３データセットを収集する段階、及び
    前記第３データセットを前記利得データセットで除算することによって、前記検査対象の利得補正されたＸ線画像を表す利得補正されたデータセットを取得する段階、
    を有する方法。
13. 前記取得されたＸ線画像は前記検査対象の３次元再構成のために使用される、請求項１０に記載の方法。
14. 特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するデータ処理装置であって：
    請求項１又は１０に記載の方法を実行するよう適応されたデータプロセッサ、及び
    前記第１のＸ線画像を表す前記第１利得データセット、及び前記第２のＸ線画像を表す前記第２利得データセットを格納するメモリ、
    を有するデータ処理装置。
15. 特にコンピュータ断層撮影スキャナ又はＣアーム型システムである医用Ｘ線撮像装置であって、
    請求項１４に記載のデータ処理装置
    を有する医用Ｘ線撮像装置。
16. 特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するためのコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、データプロセッサによって実行されるとき、請求項１又は１０に記載の方法を実行するように適応されている、
    コンピュータ読み取り可能媒体。
17. 特に医用Ｘ線撮像に使用される２次元Ｘ線検出器アレイである２次元Ｘ線検出器の利得係数を表す利得データセットを決定するためのプログラムであって、
    データプロセッサによって実行されるとき、請求項１又は１０に記載の方法を実行するように適応されている、
    プログラム。

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