JPH07508202A - Ｃｔスキャン装置検出器出力を結合させるための方法と装置 - 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】 ＣＴスキャン装置検出器出力を結合させるための方法と装置 本発明の分野 本発明は、一般的にはコンピュータトモグラフＸ線装置に、そしてさらに特定化 すれば、そのような装置におけるＸ線検出器出力信号を処理するために必要な、 アナログ−ディジタルプロセッサの複雑さおよび下流方向のチャンネルの数を節 減するための方法と装置とに関する。

オノ２ 今世紀のはじめ、オーストリアの数学者Ｊ、ラドンは、三次元物体の二次元スラ イスが、その投影の全ての無限のセットから再現できることを示した。コンピュ ータトモグラフ（ｒｃＴＪ　）Ｘ線装置は、試験されるべき物体を通る無限のＸ 線投影のセットを発生する。

結果として検出されたＸ線データは物体のトモグラフイメージスライスを再構成 するためにコンピュータ処理される。

さらに明確化すれば、ＣＴ装置は試験される物体にすべての可能な方向から１つ またはそれ以上の鉛筆状Ｘ線ビームを投射する。物体を通過したＸ線ビームは、 横断された物体（例えば骨、筋肉、金属）の特性に依存して種々の量だけ減衰さ れる。物体の遠方に設けられた１つまたはそれ以上のＸ線検出器はそれらのビー ムを受け取り、そして入射したＸ線の強度に比例したアナログ出力信号を提供す る。次に各検出器出力はディジタル化され、そして物体のスライスイメージを提 供するのを助けるため、コンピュータによって処理される。

理想的にイメージを再構成するために、ＣＴ装置は著しく接近して設けられた無 限に大きな数の検出器（または極めて接近して設けられた場所の無限の数に再位 置決めできるいくつかの検出器）を持つ必要がある。経済性およびハードウェア によってもたらされる制限により、実際のＣＴ装置は数１００ないし数１０００ の検出器（または検出器位置）からのＸ線ビームデータを処理している。しかし 、数１００ないし数１０００の検出器の出力のアナログ−ディジタル（）Ａ／Ｄ 」）変換のコストは、構成上の妨げとなる。本発明は、発生されるイメージの階 級を実質的に損なうことなくコンピュータ処理されるべきディジタル化された情 報チャンネルの数と同様、ＣＴ装置によって必要とされるＡ／Ｄコンバータの複 雑性を減少させるための装置と方法とを開示するものである。

この点に関しては、有用な出力イメージを提供するための十分なデータを得るこ とに関連した問題をより明らかにするため、これまでに開発されてきたＣＴ型Ｘ 線スキャン装置の種々の形式を概観することは助けになる。

「第１世代」のＣＴスキャン構成は、第１Ａ図に概略的に描かれており、そして それは単独のＸ線源（Ｓ）と、そして単独の検出器（Ｄ）とを含み、その両方が 、試験される物体（０）に関して移送一回転方法（矢印Ｔ、Ｈによって示されて いる）において移動する。この移送一回転移動はＸ線ビームＢを全ての方向から 物体０を通過するようにさせ、移動する検出器りは種々のビーム路に対応する多 くの検出器位置においてアナログ出力信号を提供する。信号処理機構（Ｓ　Ｐ） は、Ｄの出力をディジタル化し、そして最終的にスライスイメージを再構成する 。

描写の容易さから、第１Ａ図（および第１Ｂ図、第１Ｃ図、第１Ｄ図においても ）は、検出器りおよび源Ｓが物体Ｏに関して等しい半径をもって回転するように 描かれているが、しかし実際にはそれらの半径は等しい必要はない。さらにまた 、第１Ｂ図、第１Ｃ図および第１Ｄ図の場合と同様、物体および源および検出器 の間の相対移動は、全てにおいて必要とされ、そしていくつかの用途においては 、検出器りおよび源Ｓが固定されており、そして物体Ｏが回転する。例えば、大 きな物体（例えば航空機の翼）をイメージするためのいくつかの工業用ＣＴスキ ャンは、移動させるには大きすぎる源Ｓを必要とするため、固定的な源および検 出器に対して物体が移動する。

第１Ｂ図は、第２世代スキャンを描いており、ここでは源ＳがＸａ扇形ビームＢ を発散し、その一部分が物体Ｏを通過し、そして単独の検出器りによって検出さ れるが、ここでは源および検出器の両方が移送一回転方法によって移動する。Ｘ 線の扇形ビームが用いられるので、第１Ｂ図の装置は、第１Ａ図の装置よりもさ らに迅速にスキャンを完了することができる。例えば、扇形ビームＢがＮ本の線 を含んでいるならば、物体０は、第１Ａ図の第１世代装置、ここでは１本の線し か存在しない、よりもＮ倍速くスキャンできる。描写を容易にするために、第１ Ｂ図は、僅かな数の線を描いているのみであるが、しかし実際には扇形ビームＢ は連続した線を含んでいる。ここで再び、検出器りおよび源Ｓは物体Ｏから等距 離にある必要はないことを、そして物体および源および検出器間の相対移動が全 ての場合に必要であることが理解される。信号処理機構（ＳＰ）は検出器出力を ディジタル化し、そして物体Ｏのスライスイメージを提供する。

第１Ｃ図は、ポイントＸ線源Ｓおよび円弧状に配置された多数の検出器Ｄ１を持 つ、第３世代ＣＴスキャン装置を描いており、ここではポイント源Ｓおよび検出 器のアレーＤ１は物体Ｏに対して回転するが、しかしここには移送的な移動はな い。概念的には、第１Ａ図の単独の検出器が、Ｄ、に相当する種々の検出器位置 において円弧状に相対的に回転するならば、第１ｃ図に示される複数の検出器と 同様に働くことが可能である。ここでもまた、相対移動の半径は単に理解を容易 にするために等しく描かれているにすぎない。信号処理機構＜ｓｐ＞は、検出器 出力をディジタル化し、そして物体Ｏのスライスイメージを提供する。そりによ る米国特許第４，６３０，２０２号（１９８６年１２月１６日）は、一般的な第 ３世代ＣＴスキャンを説明している。

第１Ｄ図は、Ｘ＃！扇形ビームＢを発散するＩＭＳおよび検出器のアレーＤＩを 含むような第４世代のＣＴスキャン装置を描いており、ここでは源Ｓが物体０に 対して回転し、検出器アレーは固定されており、そして源または検出器の移送移 動は生じない。検出器アレーおよびＸ線源が物体Ｏから等距離にあるように描か れているのは、単に作図の容易さによるものであることを、ここでも再び理解で きる。信号処理機構（ＳＰ）は、検出器出力をディジタル化し、そして物体０の スライスイメージを提供する。

第１Ｅ図は、ボイド他による米国特許第４，３５２゜０２１号（１９８２年９月 ２８日）において、全体的に説明されているような第４世代スキャン電子ビーム ＣＴ装置をより詳細に描いたものである。第１Ｅ図のＣＴ装置１０においては、 ハウジングチャンバ１２があり、ここにおいて電子ビーム１４が発生され、そし てビーム光組立体（アセンブリ）１６により、チャンバ１２の前側下部２０内に 設けられた、標準的にはタングステンのターゲット１８を円弧状に走査する。電 子ビームが衝突すると、ターゲットは移動する扇形状のＸ線２２を発射する。そ れらのＸ線の少なくともいくらかは、物体２４の領域を通過し、そして次に、電 子ビーム１４によって衝突されたターゲット１８の部分の、全体的に直径的に反 対側に設けられている検出器アレー２６の領域上に記録される。この検出器アレ ーは、比較的大きな数Ｃおそら＜２，０００−５，０００）の検出器りを含み、 それらは移動するＸａのビームの少なくとも一部を順次受は取る。各検出器の出 力は標準的には数ｎＡの電流で表されるアナログ信号であり、この信号はおそら く、数１００ｍＶのアナログ信号を得るために、（示されていない）電流−電圧 コンバータを通過する。各検出器出力は、約２５ＫＨ２よりも高い周波数コンポ ーネントを除去するために、ローパスフィルタ（フィルタは示されていない）を 通過させることが望ましい。このアナログ検出器出力は次に、アナログ−ディジ タル（ｒＡ／ＤＪ　）コンバータを用いてディジタル化される。

必要とされるＡ／Ｄコンバータの数（および下流のコンピュータ処理に必要なデ ィジタル化された信号チャンネルの数）を減少させるために、アナログ検出器出 力のブロックは標準的に多重化される。次に、多重化された出力はＡ／Ｄコンバ ータを用いてディジタル化されるが、この信号が多重化されているために、より 少ない数のＡ／Ｄコンバータが必要とされるだけである。これらの多重化および 変換段階は、ボックス３０によって第１Ｅ図に全体的に描かれているディジタル 取得装置（ＤＡＳ）によって実施される。Ａ／Ｄコンバータからのディジタル化 された信号チャンネルは次に、コンピュータ装置３２に結合され、ここではそれ らは大規模に処理されて、高分解能ビデオモニタ３４上にＸ線が放射された物体 のスライスイメージを発生させる。標準的にはコンピュータ装置３２はまた、種 々の検出器を、電子ビームスキャンの読みとりを、およびＸ線が放射される対象 ２４の再位置決めをも、制御する。第１Ａ図−第１Ｄ図を参照すると、その中に 描かれている信号処理機構（Ｓ　Ｐ）は、第１Ｅ図において描かれているように 、素子３ｏ、３２および３４を含むものとして考えられる。

第１Ｅ図は、Ｘ線検出器データからトモグラフイメージを再構成することにおい ては、Ｘ線ビームがどのように物体Ｏを横断するかということは重要ではないと いうことを示している。例えば、第１Ｅ図は走査電子ビーム装置を描いているが 、ＸＳｔ発生器を機械的なガントリー上に取り付け、そして（検出器アレーを含 むことができる）ガントリーを主体（被検体）２４に関して回転させるというこ とも容易に実施可能である。

そのようなスキャン装置は、実際のところ、第３世代装置を説明しているそりに よる米国特許第４，６３０゜２０２号（１９８６年１２月１６日）において説明 されている。同様に、これまで説明されてきた他の構成においても、Ｘ線ビーム または扇形ビームの移動する源は、そのようなビームのＸ線源を回転させること によって、または（第１Ｅ図において行われるように）移動する電子ビームによ って固定的なＸ線放射ターゲットを走査することによりも発生させることができ る。

第２図は、第１Ｅ図におけるＤＡＳ３０の内容の詳細を描いたものであり、そし てＡ／Ｄコンバータの数を、そしてその結果としてコンピュータ処理に必要とさ れるディジタル化された情報チャンネルの数を、減少させるための従来技術を説 明している。第２図はまた、ＣＴデータからイメージを再構成するために必要と されるいくつかの関連する技術をも説明している。

第２図の中心には、スキャン装置１０に関する共中心２１が示されている。定義 によれば、共中心は仮想イメージ再構成口２３の中心であり、その円周内に、走 査され、そして適切に再構成されるべき物体Ｏが横たわっていなければならない 。さらに、共中心２１はまた、検出器ＤＩのアレー２５の中心であり、そしてＸ 線ビーム源または（第１Ｅ図の実施例におけるターゲット１８と符合する）走査 路２７の中心でもある。

許容できる再構成のためには、円２３内の領域は、全ての可能な方向からＸ線ビ ームによって露光されなければならない。

ビーム扇形の渦が示されている第２図の描写においては、源ポイントは「ソース ファン」と称される。ソースファンの描写においては、どのような所定の時間で あっても、Ｘ線扇形ビームは同時に多くの検出器に衝突するということが理解さ れる。描写の容易さのために、それぞれが３つのビームを持つ、単に２つのＸ線 扇形ビームが示されているが、Ｂ、のような扇形ビームは実際には、多数のＸ線 ビームを含む連続体である。

共中心、イメージ再構成サークル、単数または複数の検出器の場所、およびＸ線 源またはＸ線ビーム源との間の関係は、第１Ａ図−第１Ｅ図において示された、 どのような装置においても存在する。第２図は、Ｘ線源またはＸ線ビーム源が半 径的に検出器よりも共中心から離れているように描かれているが、逆転もまた可 能であり、または適切な配置においては等距離を使用することも可能である。第 １Ａ図−第１Ｅ図において示されたＣＴ装置のいずれにおいても再構成サークル ２３内に横たわるいかなるイメージＯをも適切に再構成することができる。第２ 図においては、検出器アレー２５の下端が少なくとも再構成サークル２３の下側 エツジにまで（そして僅か＋ｉその下にまで、が好都合）伸びており、一方走査 路２７の上端は再構成サークル２３の上方エツジにまで（そして僅かにその上に まで。

が好都合）伸びていることに注意すべきである。この構成は、サークル２３内の いかなる点も、各可能な方向（水平的にも含む）から走査され、そして全てのＸ 線ビームが少なくとも部分的に検出器アレー２６の一部分の上に達することを確 実にする。

第１Ｅ図における検出器アレー２６は約１ｍｍまたは０．１’（第３図参照）の 距離ｄだけ離れた４、８００個の検出器（または検出器位置）のような数を含む ことが望ましい。しかし、描写の容易さのために、第２図においては円弧２５に 沿って設けられた単に９つのそのような検出器（Ｄｌ、Ｄ２．　・ＤＩ）が描か れているのみである。Ｘ線扇形ビーム２２が時計回り方向に移動するように、矢 印２８によって表されているため、検出器り、はビーム２２によつ゛て最初に走 査され、次に検出器り、、Ｄ３が走査され、以下同様に行われることが理解され る。例えば任意の時間ｔにおいて、扇形ビームＢ、がタングステンターゲット１ ８　（第２図参照）に沿って位置Ｓ１において発散される。短時間の後、電子ビ ーム】４（第２図参照）はたーけ０つと１８に沿って位置Ｓ、４１を走査し、結 果的に扇形ビームＢ　１４１が得られる。結果としては第２図における円弧２７ に沿って時計方向にスイープする走査する扇形ビームＢが得られる。動作のモー ドに依存して、第１Ｅ図の装置に関しては、電子ビーム１８が約５０ｍ５から１ ００ｍ５においてターゲット１８に沿って約２１０°だけ走査することが好都合 である。

描写の容易さの故に、第２図には各検出器出力に関する電流から電圧への変換（ ｒＩ／ＶＪ）または、検出器出力コンポーネントのより高い周波数を制限するた めのどのようなフィルタ、も描かれてはいない。どのような所定の時間でも、移 動するＸ線扇形ビーム２２に露光されている検出器のみがアクティブまたは読み とりされる必要がある。約２，０００の検出器を持つ第１Ｅ図に示されるような 装置に関しては、所要の検出器がアクティブにされ、そしてその出力が１０μｓ から５０μｓ毎に、または類似の時間毎に、サンプルされる。コンピュータ装置 ３２によって制御されることが望ましいこの選択的な検出器活性化は、再構成さ れるイメージに割り当てられている、意味のない出力を持っているサンプリング 検出器のために時間が浪費されないことによって、効果的な信号処理を可能とす る。

それらが同時に読まれるか、またはＡ／Ｄ変換されるのではないために、検出器 Ｄ　＋　、　Ｄ　ｔおよびり、はマルチプレクサ４０を利用して互いに多重化さ れ、その信号アナログ出力はＡ／Ｄコンバータ４２によってディジタル化される 。同様に、検出器Ｄａ、Ｄｂ、Ｄ８およびＤｔ、Ｄｓ＋　Ｄｏからの出力は、そ れぞれマルチプレクサ４４および４８を用いて多重化され、その信号出力は次に 、それぞれＡ／Ｄコンバータ４６および５０によってディジタル化される。多重 化された検出器が互いに他に隣接していることは必要ではなく、単にそれらが同 時に変換されないということだけがめられているのは当然である。

こうして、第２図に描かれた実施例においては、３つの検出器からの出力を多重 化することによって、必要とされるＡ／Ｄコンバータの数が３分の１に減少する 。約４，８００個の検出器を持つＣＴ装置においては、マルチプレクサの使用は 必要とされるＡ／Ｄコンバータの数を約４．８００から約１，７００まで減少さ せることができる。残念ながら、１，７００個のＡ／Ｄコンバータを持つＣＴ装 置を提供することはいまだに高価であり、コンピュータ処理されるべき下流のデ ィジタル化された１、７００の信号データのチャンネルを必要とすることを意味 している。

３よりも大きなファクタを持つ異なる多重化方法を用いることによって、Ａ／Ｄ コンバータの数（および、この結果の処理に必要とされるディジタル化された情 報チャンネルの数）を減少させることができる。しかし、そのような多重化技術 を別にすれば、結果的なＣＴ装置のビデオイメージの実質的な降級（劣化）なし にＡ／Ｄコンバータの数をさらに減らすことのできる方法は知られていない。例 えば、一般的な技術者は、検出器の変調変換機能（ｒＭＴＦＪ　）の降級による イメージ分解能の損失なしに、２つまたはそれ以上の検出器の出力を直接的に結 合させることは実施不可能であると、長い間考えてきた。

要点を繰り返すと、ＣＴ装置における検出器出力信号を結合するための装置およ び方法に必要なものは、（マルチプレクサを用いて）処理されるべき情報チャン ネルの数を減少させることのみではなく、Ａ／Ｄ変換回路および関連する遅延お よび結合する回路の複雑さも減少させることにある。付加的に、そのような装置 と方法は、実質的に結果としてのビデオイメージを降級させてはならず、実施す るのに比較的安価であるべきで、しかも一般的なＣＴ装置においてリアルタイム で動作することが好都合である、ということが重要である。本発明は、そのよう な装置と方法を開示する。

本発明の概要 第１の特色においては、本発明は、Ａ／ＤコンバータおよびＣＴ装置における下 流の処理を減少させるための、そしてその信号出力が次にＣＴイメージを形成す るために処理される疑似検出器に２つまたはそれ以上の検出器をディジタル的に 結合させるための、方法を提供する。疑似検出器は、実質的に同じラドン半径を 持ち、そして実質的にＣＴ装置内の再構成サークルの同じ領域を通過することが 望ましいＸ線ビームを受信する、２つまたはそれ以上の検出器から読み出された 出力データをディジタル的に、互いに加えることによって、創造される。反対に 、疑似検出器は、順次再位置法めされる１つの検出器から創造することもできる 。さらに明確化すれば、この疑似検出器からのディジタルデータ出力信号は、Ｍ ピントの幅のディジタルデータ信号を持つデータビットストリームを含んでおり 、一方、この疑似検出器からのデータ出力信号を発生するために導入される信号 処理は、Ｍビット幅よりも小さな幅を持つディジタルデータワードを利用する。

すなわち、１つのピットストリーム装置は、それぞれにビット幅のデータピッ） ・ストリームを提供するために、検出器アナログ出力信号の各々に応答し、ここ で、ＫはＭよりも小さい（および、１に等しいことが望ましい）。Ｋピッ）・幅 のデータピントストリームのそれぞれは、検出器アナログ信号のそれぞれは相応 する１つの振幅変化を表している。Ｋビット幅のピットストリームの少なくとも １つに応答する少なくとも１つのデジタル遅延装置は、Ｋビット幅のピットスト リーム間の前もって決められた相対時間遅延を確立する。その間に確立された相 対時間遅延を持つにビット幅データビットストリームに応答するディジタル結合 装置は、前記にビノトデータビソトストリームを加算し、そして単独のＭビット 幅のデータビットストリームを形成する。

望ましい実施例においては、ピットストリーム装置はアナログ信号を表現する減 少された幅のピットストリームを提供するためのデルタシグマＡ／Ｄコンバータ を含んでいる。現在市場で入手できるコンポーネントを用いる、望ましい最初の １つにおいては、デルタシグマコンバータは各Ｘ線検出器からの振幅およびレベ ルシフトされたアナログ信号を受け取り、そしてシリアル出力（すなわち１ビッ ト幅のピットストリーム）上にアナログ信号の振幅変化を表すマルチピッｉ・デ ィジタルワードを提供する。シフトレジスタのような簡単なディジタル遅延装置 は、隣接構出器に関する信号処理チャンネルにおける単独のビット幅のピットス トリーム間の時間遅延を簡単に、そして信頼性高く確立するために用いられる。

加えて、比較的簡単なディジタル結合装置が、ＣＴイメージを出現させるための 一般的な方法において次に処理される、マルチビット幅のピットストリームを形 成するために、隣接検出器チャンネルに関する単独のビット幅のピットストリー ムを互いに加えるのに利用することができる。

本発明のさらに別の実施例においては、デルタシグマＡ／Ｄコンバータの電流感 応変調器部分は、そのフィルタ部分から分離されており、その結果、振幅および レベルシフト回路は、デルタシグマ変調器への入力においては必要とはされない 。このことは信号処理装置の回路の複雑さを大幅に減少させる。次に遅延装置が 、隣接する検出器信号処理チャンネル間の時間遅延を提供するためにデルタシグ マ変調器の出力に結合される。この点において、減少された幅のピットストリー ムが前に説明された実施例におけると同様結合され、記録され、そしてオフセッ ト補正され、または逆に、マルチビット幅のディジタルワードがディジタルロー パスフィルタおよびデシメーションによって、各検出器処理チャンネルに関して 形成されることができる。

反対に、回路コンポーネントのコストと、Ａ／Ｄコンバータ速度および装置に関 して必要とされる分解能との間のトレードオフに依存して、隣接検出器チャンネ ルが結合された後にディジタルローパスフィルタおよびデシメーションが行われ るか、または分配されて、隣接検出器チャンネル結合の部分的に前および後ろに 配置されることもできる。

Ｘ線ビームが、異なる時間において異なる検出器によって、または異なる時間に おいて異なる場所における単独の検出器によって、受は取られるかによって、遅 延ステップは以下の通りとなる。検出器アレーがＮ個の望ましい隣接検出器また は検出器場所を持っているとすれば、最後（またはＮ番目）に読みとられた検出 器に対応しては、前に読みとられた検出器の各々からの出力は時間（Ｎ−４）　 でだけ遅延される。この関係式において、夏は検出器の数（１５」−≦−Ｎ）で あり、モしてては隣接検出器（または検出器場所）間の角度距離に等しい角度距 離をＸ線源が移動するのに要する時間である。第１に走査される検出器（ｉ＝１ ）からの出力は時間（Ｎ−１）　でだけ遅延され、第２に走査される検出器（ｉ ＝２）からの出力は、時間（Ｎ−２）でだけ遅延され、そして以下同様であって 、最後に走査される検出器（ｉ＝Ｎ）からの出力は何の遅延もなく受信される。

第２の特色；こおいては、本発明は、実質的に等しいラドン半径を持ち、モして ＣＴ装置再構成サークルの実質的に同じ領域を通過することが望ましいＸ線に相 当する検出器出力を互いにディジタル的に加算することによって、前に説明した 方法を実施する装置を提供するものである。そのようなＸ線ビームは、異なる場 所および時間における異なる検出器によって、または異なる時間における異なる 場所での単独の検出器によって、受信されることができる。

両方の特色において、本発明は、実質的に降級のない再構成されたＣＴビデオイ メージを提供する。２つ以上の検出器は、１つの疑似検出器内に結合されるとし ても、１つの疑似検出器が含む検出器の数が小さいときには、再構成されるイメ ージの品質は保護される。

結合される検出器の数が小さいならば、疑似検出器に含まれる検出器または検出 器位置の極めて近い近似が得られ、そして各検出器から得られたデータがＣＴ装 置再構成サークルの実質的に同じ領域を通過したＸ線ビームを表現することを確 実にする。

本発明の他の特色および利点は、添付図面と関連して詳細に準備された望ましい 実施例に関する以下の説明から明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 第１Ａ図は、これを用いて本発明が実施できる、第１世代ＣＴスキャン装置の構 成を表す図であり、第１Ｂ図は、これを用いて本発明が実施できる、第２世代Ｃ Ｔスキャン装置の構成を表す図であり、第１Ｃ図は、これを用いて本発明が実施 できる、第３世代Ｃ丁スキャン装置の構成を表す図であり、第１Ｄ図は、これを 用いて本発明が実施できる、第４世代ＣＴスキャン装置の構成を表す図であり、 第１Ｅ図は、これを用いて本発明が実施できる、第４世代走査電子ビームＣＴ装 置の詳細を描いた図であり、 第２図は、従来技術によるコンピュータ処理に必要とされるＡ／Ｄコンバータの 数およびディジタル化された信号チャンネルの数を減少させるための、多重化さ れた検出器出力を描いた図であり、 第３図−第５図は、本発明の種々の実施例による２つの検出器出力のディジタル 化および加算を描１７Ｘだ図である。

望ましい実施例の旦 本発明は、その単独出力が次に処理されるような疑似検出器を創造するために、 ２つまたはそれ以上の検出器を結合させることにより、ＣＴ装置におけるＡ／Ｄ コンバータの複雑さを減少させるものである。反対に、本発明による疑似検出器 は、シーケンス的に再位置決めされる単独の検出器からの多重の出力を結合する 事もできる。一般的な技術者とは異なり、出願人は疑似検出器の出力から再構成 されたイメージが実質的に降級されないということを発見した。

本発明によると、実質的に同じラドン半径を持つＸ線ビーム、このビームは試験 される物体と実質的に同じ領域を検分することが望ましい、を検分した検出器か らのアナログ出力読みとりを表す狭い幅のピットストリームを創造し、検出器出 力間に時間遅延を確立し、そして次に比較的広いビット幅のピットストリームを 形成するために検出器出力を結合させることによって疑似検出器が実施される。

円筒形上の対称形の物体（たとえば完全な丸太）が試験されるならば、出願人の 疑似検出器は、検出器（または検出器位置）が広く離れていたとしても、正確な 方法を提供できる。別の物体に関しては、この方法は不正確ではあるが、しかし 受け入れられるものではあり、特に疑似検出器を形成する検出器が比較的互いに 接近しており、その結果実質的に同じＸ線ビームが各検出器によって受け取られ る場合にそのようにいえる。

レメイによる１９７８年１月３日付けの米国特許第４．０６６．９００号は、全 体的に、それらの間にふされしい時間遅れを有する、ＣＴイメージ装置における 隣接検出器からのＡ／Ｄ変換された出力信号を結合する技術を開示している。こ のため、この基本的な概念を説明するのに必要とされる、そのような結合のため の理論に関する、さらに別の議論は不必要である。

第３図−第５図を参照しながら、本発明の種々の実施方法が説明される。前に指 摘したように、遅延時間τは、検出器円弧２５の幾何学の、その円弧に沿った検 出器アレー２６を含む検出器（または検出器位置）の場所の、Ｘａ源内円弧２７ 幾何学の、そしてＸ線源が円弧２７に沿って動く速さの、関数である。望ましい 遅延時間τ（またはτが定数でなければ遅延時間）は知られており、そして本発 明によれば、イメージ降級を最小にするためには、遅延時間は約±５パーセント 以内に維持されることが望ましい。

第３図は、第２図に示されたような装置におけるボックス３０に関して置換する ために用いられるディジタル取得装置（ＤＡＳ）に関する基本的なブロック図で ある。

第３図においては、隣接検出器り、およびり、、ｌ（ここにおいて、１は検出器 の数に等しく、ｌは１からＮに等しく、そしてＮは検出器アレー２６における検 出器の全数である）はディジタル化され、その結果、検出器アナログ信号を表す 比較的狭いビット幅のストリームを発生させる。本発明によれば、このディジタ ル化は、デルタシグマＡ／Ｄコンバータ３１０および３１２を用いて実施される が、それら各々は、従来技術による各検出器信号に関して開発されたビット幅よ りも実質的に小さなビット幅を持つディジタル出力ピットストリームを提供する 。ディジタル時間遅延装置３１４は、隣接信号間に必要な時間遅延（τ）を確立 する。各チャンネルに関する狭い幅のピットストリームのために、時間遅延装置 ３１４は、Ｎビット幅のシフトレジスタ、ここでＮはディジタル化器３１０によ って提供される狭いピットストリームの幅に等しい、のような比較的簡単で信頼 性があり、そしてローコストのディジタル回路を用いて実現可能である。全ての デルタシグマＡ／Ｄコンバータと同様に、ディジタルフィルタは、広いまたはフ ルビット幅のディジタル出力ワードを実現するために必要でおる。こうして、デ ィジタル化された隣接検出器信号のディジタル結合の前および／または後および ／またはその間、オプションのディジタルフィルタ回路３１６および３１８によ って描かれているように、ＦＩＲフィルタおよび適切なデシメーション回路が使 用される。Ｘ線検出器信号のノイズフィルタリングおよび信号整形がどのような 場合にも必要となるので、そのようなフィルタをデルタシグマＡ／Ｄコンバータ を実現させるのに必要なディジタルフィルタ中に都合よく結びつけ、そして内蔵 させることも可能であり、これによって従来技術に比較して、本発明を実施する ために必要なディジタル回路における増加が無視できるという結果を得る。加え て、本発明におけるフィルタはディジタルドメインにおいて行われるので、従来 技術の実施例のアナログフィルタによって実施されるような、望ましくない非対 称信号整形に比べて、対称インパルスレスポンス信号整形が可能である。信号結 合器およびフィルタ回路３２０の出力は次に、線３２２上のその単独の出力信号 がその後、従来技術におけると同様、ＣＴイメージを形成するために処理される ような、結合された隣接検出器信号（疑似検出器）を表すフルビット幅のディジ タルワードとなる。減ぜられたビット幅のピットストリームを結合するために必 要な回路は、比較的簡単な加算回路およびディジタルフィルタを含んでおり、こ れは結合器３２０として表されており、当業技術者にとってはよく知られている ように、デルタシグマＡ／Ｄコンバータにおいて一般的に用いられているような リカーシブフィルタを含んでいる。そのようなフィルタはまた、テキサス州オー スチンのクリスタルセミコンダクタコーポレーションから、発行されている「デ ルタシグマ技術ノ　と題すするアプリケーションノート「ＡＮＩ　０ＲＥＶＩＪ において説明されている。その上うなデルタシグマＡ／Ｄ変換を実施するために 使用することができる１つの市販されている入手可能な集積回路は、クリスタル セミコンダクタコーポレーションから購入できる第Ｃ３５３３８Ａ／Ｄコンバー タである。

第４図は、現在入手可能なコンポーネントを用いた実施例を描いている。

検出器り、およびＤ　Ｉ４１からの信号電流は、電流から電圧へのトランスイン ピーダンス増幅器４１０および４１２によってシングルエンドの電圧に変換され る。

それらの信号は次に、アナログゲインおよびレベルシフト回路４１４および４１ ６によって、バイポーラ信号（±Ｖ）に変換され、次にそのバイポーラ信号が２ つのデルタシグマＡ／Ｄコンバータ４１８および４２０への入力信号として加え られる。Ａ／Ｄコンバータ４１８および４２０は、クリスタルセミコンダクタコ ーポレーションから入手できるモデル第Ｃ３５３３８Ａ／Ｄコンバータを含むこ とができる。

この装置においては、時間遅延（τ）がＡ／Ｄコンバータチップのディジタルパ ワーダウン（ＩＣＣ５５３３８の１０番ビン）を用いることによって実施される 。こうして、ＤＡＳにおけるＡ／Ｄコンバータの全てを駆動するために、同じク ロックを用いることが可能である。さらに明確にすれば、Ａ／Ｄコンバータ４１ ８および４２０はパワーダウンモードにされた後、コンバータ４１８がアクティ ブ状態とされ、これは正確にｍクロックサイクルを持つ内部校正サイクルを開始 する。コンバーク４２０のパワーアップ（またはシリーズ）は、隣接検出器間に 確立されるべき望ましい遅延時間（τ）だけ遅延され、これは次にコンバータ４ １８と同様の正確に同じ校正サイクルを開始する。

こうして、コンバータ４１８からの最初の変換は、コンバータ４２０の最初のそ れから正確に望ましい時間遅延だけ離れさせられる。コンバータ４２０からの最 初の変換が結合器４２４内に読み込まれると直ちに、結合器はコンバータ４１８ からの最初の変換出力を読みとり、この値はＦＩＦＯのような一時的蓄積装置４ ２２内に保持される。結合器４２４もまた、必要によって、Ａ／Ｄ変換にお（づ る固有なオフセットに関するオフセット補正を備えることができる。

ＦＩＦＯ４２２は、コンバータ４２２からの遅延された出力が結合用回路４２４ を通してこれに加えられることができるようになるまで、コンバータ４１８の出 力を保持するためのバッファとして作用することに注意すべきである。加えて、 デルタシグマ型のＡ／Ｄコンバータに関して一般的であるディジタルフィルタお よびデシメーションは、コンバータ４１８および４２０内に含まれ、そしてそれ らの出力はそれぞれ、例えば１６ビントワードのシリアルビットストリームを含 んでいる。以前に注目したように、コンバータ４１８および４２０内で用いられ たディジタルフィルタは、ＣＴ検出器チャンネル処理において一般的に必要なフ ィルタを含むことが好都合である。

第５図は、本発明に関する、さらにコスト効果の高い回路形態を描いたものであ る。この実施例においては、Ａ／Ｄコンバータの変調器部分はフィルタ部分から 分離されており、その結果、簡単な１ビット幅のシフトレジスタが１時間遅延、 タウ、を確立するために用いることができる。加えて、検出器出力信号り、およ びＤｌ。１は、接続されて、デルタシグマ変調器の変調器部分への電流入力を直 接的に提供し、前に指摘した「アプリケーションノートＡＮＩＯＲＥＶＩＪにお いて説明されているそのような変調器は、クリスタルセミコンダクタコンボレー ションから入手できるデルタシグマＡ／Ｄコンバータが利用できる。こうして、 第４図の実施例において必要な、トランスインピーダンス増幅器およびアナログ ゲインおよびレベルシフト回路は、この望ましい実施例の中では必要がない。隣 接検出器チャンネルにおける信号間の適切な時間遅延を確立した後に、隣接する チャンネルのピットストリームが結合される前にどの程度のフィルタが実施され るが望ましいかをユーザーが決定しなければならない。

第５図に描かれているように、（ディジタルローパスフィルタのような）インパ ルスレスポンスフィルタおよびデシメーションが、ディジタルフィルタ５１４お よび５１６によって各ピットストリームに関して設けられる。このフィルタ出力 は次に、さらに処理されるＭビット幅の出力信号を提供し、モしてＣＴイメージ の作成のために、ディジタル結合用回路５１８に加えられる。コスト都合によっ て、そして分解能（ビット幅）とディジタル化レートとの間のユーザートレード オフによって、信号結合器５１８の前および／または後に必要なディジタルフィ ルタおよびデシメーションを変化させることができる。この結果、結合器５１８ 内に提供される信号のビット・幅（ｎ）に関して、より特定化するためのガイド ラインは与えることができない。

終わりに、与えられた金額によって従来技術ＣＴ装置は標準的に、ある程度の数 の検出器Ａ／Ｄコンバータを利用していた。同額の予算が許されるならば、本発 明は妥当な、より多くの検出器を用いて、しかしより少ない複雑なＡ／Ｄコンバ ータおよび下流の処理用コンポーネントをもって、ＣＴ装置を構成することがで き、その結果再構成されるイメージの品Ｉを向上させることができる。反対に、 所定の品質イメージに関しては、現存する装置と同様の数の検出器を用い、しか しより少ない複雑なＡ／Ｄコンバータおよび、より少ない下流処理用コンポーネ ントを用いて、より僅かな金額でＣＴ装置を構成することを可能とし、その結果 、より競争力のある価格で装置を構成できる。

本発明の主体および範囲から離れることなく、開示された実施例に関する変更や 変化が可能であること１よ、通常の５業技術者にとっては明らかである。例え１ ｆ、付加的な部分の二だけ処理用チャンネルの数を減少させるために、第２図の 多重技術に結合させて本発明を用いることも可能である。本発明の精神および範 囲カーら離れることのない、全ての、そのような変更、改変、変化および他への 利用および適用は、以下の請求の範囲のみによって限定されている本発明ｌこよ りカッ毫−されているものとみなされる。

ＦＩＧ、２ （９日１０ＲＡＲＴＩ ゝゝ−２８ ＦＩＧ、３ フロントページの続き （７２）発明者　プルーニング、ホルストアメリカ合衆国　９４５９６　カリフ ォルニアウオールナツト　クリーク　エスネイ アヴエニュ−２０８５ （７２）発明者　バーン、ギュンター アメリカ合衆国　９４０２５　カリフォルニアメンロパーク　リンフイールド　 ドライヴ３６１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．再構成サークルの少なくとも１つの領域を横切る少なくとも１つのＸ線ビー ムを発生し、そして前記再構成サークルのイメージを再構成するために、複数の 信号処理用チャンネルのそれぞれの１つにおいて処理される検出器出力信号を生 成発現させるために、少なくとも２つの検出器によって検出されるＸ線源を持つ コンピュータトモグラフＸ線装置の、前記イメージを実質的に降級（劣化）させ れことなく前記複数処理用チャンネルの数を減少させるための方法において、検 出器から読み出された出力信号、この信号は実質的に同じラドン半径を持つＸ線 ビームに相当する、を互いに加える段階を含むことを特徴とする、複数処理用チ ャンネルの数を減少させるための方法。
2. ２．前記Ｘ線ビームが、前記再構成サークルの実質的に同じ領域を横切る、実質 的に同じラドン半径を持つような、請求項１に記載の方法。
3. ３．実質的に同じラドン半径を持つＸ線ビームが、シーケンス的に生成され、さ らに加算の前に各検出器から読み出された出力信号を時間（Ｎ−ｉ）τ、ここで ｉ＝１は最初に読み出された検出器を表し、ｉ＝Ｎは最後に読み出された検出器 を表し、そして１＜ｉ＜Ｎであって、さらに ここにおいて、τは隣接検出器ｉおよびｉ＋１の読み出し間の時間である、 だけ遅延させる段階を含むような、請求項１に記載の方法。
4. ４．遅延の前記段階が、望ましい遅延時間を創造するためにディジタル装置を通 して遅延されるべき、少なくとも１つの検出器出力信号を結合させる段階を含む ような、請求項３に記載の方法。
5. ５．遅延の前記段階が、出力信号をディジタル化するためのシグマデルタ変調器 を通して遅延されるべき、少なくとも１つの検出器出力信号を、比較的狭いビッ ト幅のディジタルストリームおよび比較的狭いビット幅のディジタル遅延素子に 結合させる段階を含むような、請求項４に記載の方法。
6. ６．少なくとも再構成サークルの領域を横切る、少なくとも１つのＸ線ビームを 生じさせ、そして前記再構成サークルのイメージを再構成するために複数の信号 処理用チャンネルのそれぞれの１つにおいて処理される検出器出力信号を発現さ せるために、少なくとも２つの検出器によって検出される、Ｘ線源を持つコンピ ュータトモグラフＸ線装置の、前記イメージを実質的に降級させることなく、前 記複数の信号処理用チャンネルの数を減少させるための装置において、検出器か ら読み出された出力信号、その信号は実質的に同じラドン半径を持つＸ線ビーム に格当する、を結合させるための装置を含むことを特徴とする、信号処理用チャ ンネルの数を減少させるための装置。
7. ７．実質的に同じラドン半径を持つ前記Ｘ線ビームが、前記再構成サークルの実 質的に同じ領域を横切るような、請求項６に記載の装置。
8. ８．実質的に同じラドン半径を持つ前記Ｘ線ビームが、シーケンス的に創造され 、そして ここにおいて、結合させるための的記装置が、結合の前に、前記検出器から読み 出された出力信号を時間（Ｎ−ｉ）τだけ遅延させるため、少なくとも１つの検 出器の出力に結合されている遅延装置を含み、ここにおいてｉ＝１は最初に読み 出される検出器を表し、ｉ＝Ｎは最後に読み出される検出器を表し、そして１≦ ｊ≦Ｎであり、そして ここにおいてτは隣接検出器ｉおよびｉ＋１の読みとりの間の時間である、のよ うな請求項６に記載の装置。
9. ９．前記遅延装置がチィジタル的に望ましい遅延時間を創造するような、請求項 ８に記載の装置。
10. １０．前記結合させるための装置が、出力信号を比較的狭いビット幅のディジタ ル信号にディジタル化するためのシグマデルタ変調器と、前記遅延を確立するた めの狭いビット幅のディジタル遅延と、そして前記出力信号を結合させるための 狭いビット幅のディジタル加算機と、そして比較的広いビット幅のディジタル出 力信号を発現させるために前記加算機の出力に結合されたディジタルフィルタと を含むような、請求項９に記載の装置。
11. １１．放射イメージ作成装置において、少なくとも調査される領域において、横 切る少なくとも１つの放射ビームを発生するための放射源と、それぞれのアナロ グ出力信号を発現させるために、前記領域を横切る前記放射ビームの部分に応答 する少なくとも２つの検出器装置と、 前記アナログ出力信号をディジタル化するためのディジタル化装置と、そして 領域の属性を表すイメージを発現させるために前記ディジタル化された出力信号 に応答する処理用装置と、を含み、 ここにおいて、前記ディジタル化装置が、ａ）それぞれＫビット幅のビットスト リームを提供するために前記アナログ出力信号に応答するビットストリーム装置 、ここにおいてＫはＭよりも小さく、各前記ビットストリームは、前記アナログ 出力信号の相応する１つの振幅変化を表す、と ｂ）前記Ｋビット幅のビットストリーム間に前もって決められた相対的な時間遅 延を確立するために、前記Ｋビット幅のビットストリームの少なくとも１つに応 答する少なくとも１つのディジタル遅延装置と、そして ｃ）前記Ｋビット幅のビットストリームを加算するために、そして前記イメージ を発現する前記処理用装置によって用いられる単独のＭビット幅のビットストリ ームを形成するために、それらの間に確立された前記相対的な時間遅延を持つ前 記Ｋビット幅のビットストリームに応答するディジタル結合用装置と、 を含むことを特徴とする放射イメージ作成装置。