JP2000157531A - らせんｃｔ装置の像再構成方法およびこの方法を実施するためのらせんｃｔ装置 - Google Patents

らせんｃｔ装置の像再構成方法およびこの方法を実施するためのらせんｃｔ装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 らせんＣＴ装置用の像再構成方法を層敏感性
プロフィルに関して改善する。 【解決手段】 システム軸線上の特定位置を有する像平
面に対する像再構成の基礎となるデータの取得が、各々
の個々の考慮に入れるべき投影角度に対して種々の行の
検出器要素により撮像される投影がこの投影角度に対し
て撮像される投影を除いて見掛け上ただ１つの行の検出
器要素を有する検出器により取得されるデータとして統
合されることにより行われ、その際に測定値の重み付け
がシステム軸線の方向に像平面からの相応の行の検出器
要素の間隔を考慮に入れて、行の検出器要素の個々の検
出器要素のチャネル角度を考慮に入れないで行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、システム軸線の周
りに測定フィールドの周りを運動可能でありファン状
（扇形状）の放射束を送り出す放射源と、多くの行の検
出器要素（検出器行）を有しファン状の放射束を受け入
れる検出器とを備え、検査対象物と放射源および検出器
とがシステム軸線の方向に互いに相対的に変位可能であ
るらせんＣＴ（コンピュータトモグラフィ）装置の像再
構成方法であって、多数の投影角度およびシステム軸線
に沿う位置に対してそれぞれ多くの行の検出器要素によ
り多数の投影を撮像する過程を含んでおりすべての投影
を撮像するために等しい行の検出器要素が使用され、撮
像された投影から像を再構成する過程を含んでいる像再
構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような方法により動作するＣＴ装置
はたとえばドイツ特許出願公開第１９６４７４３５ 号
明細書、米国特許第５６８２４１４号明細書、ドイツ特
許出願公開第４２２４２４９ 号明細書ならびに米国特
許第５２９１４０２号明細書から公知である。
【０００３】単一の行の検出器要素を有する検出器を有
するＣＴ装置によるらせん撮像の際には、各々の投影角
度に対して所望の像平面に投影を発生するため像平面の
前に位置する測定値と像平面の後に位置する測定値との
間の内挿が行われる。
【０００４】２つの内挿方法が現在最も広く用いられて
いる。第１の方法では、像平面のすぐ近くに位置し、等
しい投影角度αにおいて、しかし異なる回転の間に撮像
された各２つの測定された投影の間の直線的内挿が行わ
れる。この内挿形式は３６０ＬＩ内挿と呼ばれる。第１
の方法では、像平面のすぐ近くに位置し、一方は投影角
度αdにおいて、他方はそれに対して相補性の投影角度
αcにおいて取得された測定値の間の内挿が行われる。
検出器の中央チャネルに対してはαc＝αd±πが成り立
つ。この内挿は１８０ＬＩ内挿と呼ばれる。それは等し
いピッチの際に３６０ＬＩ内挿よりも狭い有効な層幅
（たとえば半値幅ＦＷＨＭにより特徴付けられる）を供
給する。そのためにＸ線管の等しい出力（等しいｍＡ
値）の際に像ノイズが３６０ＬＩ内挿に比較して高めら
れており、またアーティファクト発生傾向がより大き
い。両方の内挿形式は図１に概要を示されている。図１
は投影角度αを検出器の検出器要素の行のコリメートさ
れた幅ｄ、すなわちコリメートされた層厚みに正規化さ
れたピッチｐ＝２に対するらせん走査（ヘリカルスキャ
ン）の間のｚ方向の検出器位置の関数として示す
【０００５】多行検出器を有するＣＴ装置では、正確お
よび近似的な方法によりらせんデータを再構成するため
のより新しい特許出願が知られている（たとえばドイツ
特許第１９６１４２２３ 号明細書）。それらは確かに
精密なジオメトリを考慮に入れるが、部分的に非常に計
算費用がかかり、従ってまた商業的なＣＴ装置に使用す
るのにはあまり適していない。
【０００６】小さい行数Ｍ（たとえばＭ≦５）の際には
計算費用を低減するため、システム軸線とも呼ばれるＣ
Ｔ装置のｚ軸線に垂直に張られた平面に対する、検出器
に当たるＸ線管ビームいわゆる測定ビームの“コーン角
度”とも呼ばれる傾斜角度を無視し、またただ１つの行
の検出器要素を有する検出器を有するＣＴ装置において
通常の１８０ＬＩおよび３６０ＬＩ内挿を多くの検出器
行に転用し得る。それは２行ＣＴスキャナ“Ｅｌｓｃｉ
ｎｔ Ｔｗｉｎ”に応用される再構成方法である（“Ｄ
ｕａｌ‐ｓｌｉｃｅ ｖｅｒｓｕｓ ｓｉｎｇｌｅ‐ｓ
ｌｉｃｅ ｓｐｉｒａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ：２つのコ
ンピュータトモグラフィスキャナの物理的性能の比
較”、Ｙｕｎ ＬｉａｎｇおよびＲｏｂｅｒｔ Ａ．Ｋ
ｒｕｇｅｒ、Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．２３（２）、１９９６
年２月、第２０５〜２２０頁参照）。
【０００７】多くの行に転用される１８０ＬＩおよび３
６０ＬＩ内挿の原理は４行の検出器要素を有する検出器
を有するＣＴ装置の随意に選ばれた例についてピッチｐ
＝３に対して図２に図１と類似の図示で示されている。
ピッチｐは検出器の１つの行の検出器要素のコリメート
された幅ｄ、すなわちコリメートされた層厚み、に対し
て相対的な放射源の回転あたりのｚ方向の進みである。
図２から通常の多行らせん内挿の際の基本的な問題が明
らかになる。 −内挿により予め定められた投影角度に、ただ１つの検
出器要素を有する検出器により得られた相応の投影に所
望の像平面のなかで相応するデータを発生するために
は、らせん走査の種々の回転からの多くの投影の寄与が
考慮に入れられなければならない。特定の投影に対する
内挿重みは他の投影のｚ位置に関係している。このこと
はコンピュータ上での実現の際に個々の投影の処理を困
難にする。さらにピッチｐに関係して、内挿重みの計算
の際に考慮に入れられなければならず、また内挿を高い
計算費用のかかるものとする多数回走査が生ずる（図２
でたとえば、相い続く回転中に等しいｚ位置を走査する
行１および行４において）。 −ピッチ値ｐ≧Ｍ（Ｍは検出器の行数）の際には、いわ
ゆる層敏感性プロフィルが受容不可能に処理されてはな
らないならば、１８０ＬＩ内挿が実行される。明確化の
ために４行の検出器要素を有する検出器の例に対して１
８０ＬＩおよび３６０ＬＩ内挿の際に生ずる層敏感性プ
ロフィルの半値幅ＦＷＭＨがピッチ値ｐの関数として図
３に示されている。
【０００８】１行の検出器要素を有する検出器における
１８０ＬＩ内挿は、一般に直接の放射とそれに対して相
補性の放射との間が内挿されるという意味である。多く
の行の検出器要素を有する検出器では状況はより複雑で
ある。１８０ＬＩ内挿はここでは、常に像平面のすぐ近
くに位置する両方の測定値の間が内挿されることを意味
する。ピッチ値ｐおよびｚ方向の像平面の位置に応じて
特定の投影角度αに対して直接の測定値の間が、これら
が像平面においてより近くに位置するならば、内挿さ
れ、もしくは直接の測定値とそれに対して相補性の測定
値との間が、これらが像平面においてより近くに位置す
るならば、内挿される。
【０００９】しかし投影角度αｄ において直接の測定
値とて相補性の測定値との間が内挿されるときには、直
接の投影角度αｄ および相応のファン角度βdにより特
徴付けられる各々の測定値に対して相補性の測定値がβ
c＝−βdにおいて見い出されなければならない。回転中
心でのみ、すなわちβc＝βd＝０に対してのみ直接およ
び相補性の投影の投影角度αdおよびαcは正確に１８０
°だけずらされている。一般的な場合には βc＝−βd αc＝αd＋２β＋π （１） が成り立つ。すなわち投影角度αdおよびファン角度βd
により特徴付けられる各々の直接の測定値に対してβc
における相補性の測定値はそれに応じて他のｚ位置にお
いても撮像された他の投影αcに由来する。従って１８
０ＬＩ内挿の際にはファン角度に関係する内挿重みによ
り動作しなければならず、また各々の直接の投影に種々
の相補性の投影の寄与が考慮に入れられなければなら
ず、このことは計算費用を莫大に高める。
【００１０】−各々のピッチ値ｐに対してすべての内挿
重みの二乗和から像のなかで測定された画素ノイズの標
準偏差が生ずる。１８０ＬＩ内挿の際および３６０ＬＩ
内挿の際にこれらの内挿重みはピッチに関係している。
それによってＸ線管の固定の出力の際に各々のピッチ値
ｐに対して生ずる画素ノイズも決定されている。この画
素ノイズはピッチｐとの予想外かつ極端な関係を示す。
４行の検出器要素を有する検出器に対してはたとえばピ
ッチｐ＝１の際にすべての４つの検出器行の測定値は相
い続く回転中に等しいｚ位置に落ちる。従ってそれらは
内挿の前に簡単に平均化され得る。結果として、ただ１
つの行の検出器要素を有する検出器に比較して、係数４
だけの線量累積、従ってまた画素ノイズの半減が生ず
る。ピッチｐをごくわずかに大きくすると、たとえばｐ
＝１．１にすると、この多数回走査は行われない。１８
０ＬＩおよび３６０ＬＩ内挿の際にいまより狭い相補性
敏感性プロフィルが得られるが、それは１行検出器の際
と等しい画素ノイズを犠牲にして得られる。
【００１１】従来通りの１８０ＬＩおよび３６０ＬＩ内
挿によって、小さいピッチ値（たとえば上記の ように
ｐ＝１．１）の際に画素ノイズを減少する目的でｚ方向
に重なる走査（すなわち検出 器の行が次々と種々の回
転中に等しいｚ領域を捕捉する走査）を利用することは
可能でない 。特に、全体としてｚ位置ｚima（添字ｉ
ｍａは“ｉｍａｇｅ”＝像に対して付けられてい る）
における像に対して利用可能なデータのただ１つの自由
に選択可能な部分を再構成のた めに使用することも簡
単に可能でない。それによって、（重なる走査により）
低減された画素ノイズと再構成の改善された時間分解能
との間の自由に選択可能な妥協を調節することも 可能
でない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
にあげた形式の方法であって層敏感性プロフィルに関し
て改善された方法ならびにこの方法を実施するためのら
せんＣＴ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、方法に
関する課題は請求項１による方法により解決される。
【００１４】それによれば本発明は、個々の投影に対し
て互いに無関係に行われた重み付けを、従来の仕方でた
だ１つの行の検出器要素を有する検出器に対して使用さ
れる像再構成のためのアルゴリズムと組み合わせる。本
発明による方法は下記の利点を有する。 −以下にらせん重み付けと呼ばれる重み付けが検出器の
個々の行の検出器要素により撮像される投影（以下では
多行投影と呼ばれる投影）に対する各々の投影角度に対
して別々に行われる。投影角度αにおける多行投影の個
々の投影に対する重み（らせん重み）の計算の際、他の
投影角度において撮像された投影のｚ位置は、従来通り
の１８０ＬＩまたは３６０ＬＩ内挿と異なり重要ではな
い。個々の投影の処理はこうして全く簡単に順次に行わ
れ得る。 −らせん重み付けはファンデータで行われる。各々の投
影αに対して検出器の各々の行ｉに対して内挿重みはそ
のｚ位置に、また所望の像のｚ位置に関係しているが、
１８０ＬＩ内挿と異なりファン角度βには無関係であ
る。それにもかかわらず、３６０ＬＩ内挿の際と異なっ
て、ピッチ値ｐ＝２Ｍまで本発明による方法の層敏感性
プロフィルは受容可能に狭いままである。本発明による
方法のアーティファクト発生傾向は１８０ＬＩ内挿のそ
れと比較可能である。 −ｚ方向に重なる走査を有するピッチｐの小さい値の際
には投影角度の像に寄与する範囲は或る限界のなかで任
意に選ばれ得る。それによって像質における制限なし
に、改善された線量利用各々の（重なる走査により）低
減された画素ノイズと再構成の改善された時間分解能と
の間の各々の所望の妥協が調節され得る。
【００１５】なぜこれらの利点が得られるかを以下に説
明する。
【００１６】ピッチ１の際の３６０ＬＩ内挿のそれに相
応する、すなわち検出器行のコリメートされた幅の約
１．３倍よりも小さい値にとどまる（ＦＷＨＭ≦１．３
ｄの）層敏感性プロフィルの半値幅ＦＷＨＭが達成され
るべきであるという条件をおくと、ピッチ値Ｍ≦ｐ≦２
Ｍの際に従来の技術によれば１８ＬＩ内挿が使用されな
ければならない。
【００１７】しかしＭ≦ｐ≦２Ｍに対してＦＷＨＭ≦
１．３ｄを達成するために、１８０ＬＩ内挿の際に行わ
れているように、各々の投影に対して無条件に像平面に
すぐ隣接する測定値の間を内挿することは本質的に必要
でない。その代わりに、像平面の前と後との直接の測定
値がもはや検出器行幅よりも互いに離れていないかぎ
り、たとえ相補性の測定値がこれらの直接の測定値より
も像平面の近くに位置するとしても、これらの直接の測
定値の間のみを内挿すれば十分であろう。再構成のため
に使用される投影角度間隔の縁範囲のなかでは、ピッチ
の増大と共に、得よう可能な直接の測定値の間隔が検出
器行の幅よりも明らかに大きくなる。なぜならば、ここ
ではもはや個々の検出器行の等しい投影角度で測定され
た測定値の間が内挿され得ず、種々の回転からの３６０
°だけずらされた直接の測定値が利用されなければなら
ないからである。このことは、直接の測定値の間のみが
内挿される（図３参照）３６０ＬＩ内挿の際の有効な層
厚みの増大および層プロフィルの相当な悪化を説明す
る。従来通りの方法によればいまこれらの投影角度範囲
のなかで直接の測定値と相補性の測定値との間の高い費
用のかかる内挿が行われなければならないであろう。本
発明による方法は、直接の放射と相補性の放射との間の
内挿が必要であったこれらの臨界的な投影角度範囲のな
かでこれらを直接の放射のみの使用により置き換える。
内挿が行われないことによる再構成間隔の境における非
一貫性は新しい方法では有効に、それに続いて十分に平
滑な関数をもってオーバースキャンまたは部分回転再構
成のなかで行われるそれ自体は公知の移行重み付けによ
り抑制され得る。この移行重み付けはこうして、アーテ
ィファクトの振る舞いを顧慮して、らせん内挿が行われ
なかったことを埋め合わせる。
【００１８】像再構成は本発明の変形例によれば、それ
自体は公知の部分回転再構成に基づいてもそれ自体は公
知のオーバースキャン再構成に基づいても行われ得る。
その際に部分回転再構成の場合には、たかだか２πの放
射源の回転角度の間に得られたデータが利用され、他方
においてオーバースキャン再構成の場合には、２πより
も大きい放射源の回転角度の間に得られたデータセット
が利用される。
【００１９】像再構成の形式に無関係に、本発明による
方法の場合には、考慮に入れるべき投影角度に関するデ
ータの統合を、直接および相補性の測定値の統合がこの
措置と結び付けられる欠点の回避のもとに行われないよ
うに行うことが可能である。
【００２０】本発明の特に有利な実施例によれば、本発
明による方法をコンピュータ上で実行するためにかかる
費用がわずかですむように、考慮に入れるべき投影角度
に対してデータの統合が順次に行われる。
【００２１】装置に関する本発明の課題は、本発明によ
れば、パラレルコンピュータを含んでいるらせんＣＴ装
置により解決される。好ましくは順次のデータの統合が
その場合特に迅速に行われ得る。
【００２２】装置に関する本発明の課題は、像再構成の
際に考慮に入れるべき投影角度の範囲が自由に選択可能
であるらせんＣＴ装置により解決される。その場合、像
質の制限なしに、Ｘ線線量の改善された利用および低減
された画素ノイズと改善された時間的分解能との間のあ
らゆる所望の妥協を実現することが可能である。
【００２３】さらに、装置に関する本発明の課題は、検
査対象物と放射源および検出器システムとの間の相対運
動が可変の方向に、かつ（または）可変の速度で行われ
ることにより解決される。これは、各々の投影角度に関
して、放射源の等しい回転に由来するデータのみが統合
されるので、可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明を以下に添付図面の例によ
り説明する。
【００２５】図４に示されているらせんＣＴ装置は、フ
ァン状のＸ線放射束２を送り出すＸ線放射源１と、１つ
または多くの行の個別検出器たとえばそれぞれ５１２の
個別検出器から構成されている検出器３とから成る測定
ユニットを有する。Ｘ線放射束２が出発するＸ線放射源
１の焦点は参照符号４を付されている。検査対象物５、
図示されている実施例の場合には患者は寝台６の上に横
たわっており、この寝台はガントリ８の測定開口７を通
って延びている。
【００２６】ガントリ８にはＸ線放射源１と検出器３と
が互いに向かい合って取付けられている。ガントリ８は
ＣＴ装置の参照符号ｚを付されているｚ軸線の周りに回
転可能に支えられ、α方向に検査対象物５を走査するた
め参照符号αを付されている矢印の方向に、少なくとも
１つの１８０°（π）とファン角度βfan（ファン状の
Ｘ線放射束２の開き角度）との和に等しい大きさの角度
αgだけ回転させられる。その際にＸ線発生器装置９に
より作動させられるＸ線放射源１から出発するＸ線放射
束２が円形横断面の測定フィールド１０を捕捉する。Ｘ
線放射源１の焦点４は、ｚ軸線に位置している回転中心
の周りに円形に湾曲している半径ＲFを有する焦点軌道
１５上を運動する。
【００２７】測定ユニット１、３の特定の角度位置いわ
ゆる投影角度において測定値がいわゆる投影の形態で取
得され、その際に相応の測定値が検出器３からコンピュ
ータ１１に到達し、このコンピュータが投影に相応する
測定点の列から画素マトリックスの画素の減弱係数を再
構成し、これらをディスプレイ装置１２に像として再現
する。こうしてディスプレイ装置１２に検査対象物５の
透視照射された層の像が現れる。
【００２８】各々の投影は特定の角度位置すなわち投影
角度に対応付けられており、また検出器要素の数すなわ
ちチャネル数に相応する数の測定点を含んでおり、これ
らの測定点にそれぞれ相応の測定値が対応付けられてお
り、その際にそれぞれのチャネルは、検出器要素のどれ
からそれぞれの測定値が発するかを示す付属のファン角
度により定義されている。ファン角度β0は中央のチャ
ネルいわゆる中央チャネルに対応付けられている。
【００２９】検出器３が多くの行の検出器要素を有する
ので、必要の際に検査対象物５の多くの層に関する投影
が同時に撮像され得る。その際に投影角度あたり能動的
な検出器行の数に相応する数の投影が撮像される。
【００３０】ガントリ８に付設されている駆動装置１３
がガントリ８の部分またはフル回転のために十分である
だけでなく、ガントリ８を永久的に回転させるのにも適
しており、またさらに寝台６、従ってまた検査対象物５
と測定ユニット１、３を有するガントリ８との間のｚ方
向の相対的変位を可能にする別の駆動装置が設けられて
いるので、いわゆるらせん走査も実行され、その際にい
わゆるらせんデータが取得され得る。説明される実施例
の場合には、一定の相対運動すなわち一定の方向および
速度を有する相対運動が可能であるだけでなく、一定で
ない相対運動たとえば速度のｃｏｓ状の経過を有する周
期的な相対運動も可能である。運動のそれぞれ使用され
る形式は図４には図示されていない操作要素により設定
され得る。
【００３１】像再構成の過程でパラレルコンピュータと
して構成されているコンピュータ１１などは下記の方法
ステップを実行する。 −Ｍ行の検出器要素のファンジオメトリで存在するらせ
んデータが、各々の投影角度αに対していわゆる１行投
影すなわち単一の行の検出器要素を有する検出器により
得られるような投影が生ずるように、各々の投影角度α
に対して別々に投影角度α、行番号ｉ＝１，２，…，Ｍ
および所望の像位置ｚimaに関係する重みにより加算に
より統合される。投影角度αの際の多行投影に対する重
みは、従来通りの３６０ＬＩまたは１８０ＬＩ内挿の際
と異なって、他の多行投影のｚ位置に関係しない。従っ
て個々の投影は互いに完全に無関係に順次に処理され
る。
【００３２】重みは予め計算されてコンピュータ１１に
記憶されている。重みはｚimaにおける所望の像平面か
らの検出器行の間隔の減少と共にたとえば直線的に増大
する。Ｍ行の各々に対して 必要な投影角度範囲αiは
重なっている。像に寄与するすべての投影角度範囲Δα
は最小必要な部分回転間隔 Δαmin＝π＋βfan＋αtrans （２） （たとえばΔαmin＝４π／３）とピッチに関係する最
大値Δαmax（たとえばΔαmax＝４π）との間で図４に
は図示されていない操作要素により自由に選択可能であ
る。βfanは検出器の全ファン角度であり、αtransは開
始投影と終了投影との間のデータの 非一貫性によるア
ーティファクトを低減するための移行関数の応用のもと
に追加的に考慮に入れられる移行角度である。
【００３３】−全角度範囲Δαのなかの１行投影はΔα
≦２πに対しては従来通りの１行部分回転再構成に供給
され、Δα＞２πに対しては従来通りの１行オーバース
キャン再構成に供給される。
【００３４】移行角度範囲Δαtransおよび十分に平滑
な移行重み付け関数の適当な選択の際に両方の 場合に
データの非一貫性によるアーティファクトが有効に抑制
される。
【００３５】コンピュータ１１により実行される本発明
による像再構成方法を、一般性の制限なしに、４行の検
出器要素（Ｍ＝４）を有する検出器を有する図４による
らせんＣＴ装置を例として以下に詳細に説明する。しか
しこの実施例はあらゆる他の行数Ｍ＞１に対して同様に
当てはまる。そのために必要な適合は当業者により容易
に理解されよう。
【００３６】らせん重み付け、すなわち投影角度α、行
番号ｉおよび所望の像位置ｚimaに関係する重みを有す
る個々の検出器行ｉ＝１，２，…，Ｍの測定値の重み付
けされた加算を、４行検出器を例として図５ないし１０
により最初に検査対象物と放射源および検出器との間の
方向および速度に関して一定な相対運動について説明す
る。
【００３７】ｚ方向に一定の相対運動についてピッチｐ
の際の４行のらせん撮像を考察する。像がｚ位置ｚima
に再構成されるべきである。らせん重み付けは、角度範
囲Δα＝αRTDのなかのオーバースキャン（部分回転）
再構成に供給される１行データセットを生ずるべきであ
る。その際にＮRTDの多行投影が利用される。
【００３８】焦点の軌道が像平面を切る４行投影をｌ
imaとする。この投影に対して図５はピッチｐ＝４およ
び全角度範囲Δα＝αover＝４２０°のなかのオーバー
スキャン再構成方法に対して検出器行のコリメーコされ
た、すなわち有効な幅ｄに関するｚ位置ｚimaにおける
像平面からの４検出器行の距離を−２１０°≦αl≦２
１０°に対する投影角度αlの関数として示す。ここで
αｌ＝０はＸ線源の焦点の軌道が像平面を切る投影角
度である。各々の検出器行に対してｚ間隔ｚmin＝ｚima
−ｚ≦Δｚ≦ｚmax＝ｚima＋Δｚのなかの測定値のみが
記入されており、このことは図５中に太い線により示さ
れている。相応の測定値は像平面からのその間隔により
重み付けられる。
【００３９】その際にらせんの方向（ｚ方向の相対運動
の方向）に検出器行のコリメートされた幅ｄに関する像
平面からのＭ＝４検出器行ｉ＝１，…，４のｚ‐間隔δ
ｚi（ｌ）は
【数１】 に等しい。Ｍ＝４は検出器行の数である。Ｎ２ はフル
回転２π中のファン投影の数である。逆向きのらせん方
向に対しては相応の式が生ずる。
【００４０】Ｍ検出器行の各々のに対してｚimaにおけ
る像平面からの最大距離｜Δｚ｜のなかのデータのみが
像に寄与する。 −Δｚ≦δｚi（ｌ）≦Δｚ （４） そのことが、各々の行に対して必要とされる投影範囲
〔ｌi s，ｌi e〕を確定する。
【００４１】例外は、たとえδｚl（ｌi e）＞Δｚであ
っても最後の使用される投影ｌl eが
【数２】 でなければならない最初の行と、たとえδｚ4（ｌM s）
＜−Δｚであっても再構成方法角度範囲αRTDに対する
十分なデータが利用可能でなければならないので、下記
の開始投影ｌ4 2
【数３】 が必要である最後の行Ｍ＝４とである。
【００４２】すべての他の場合に対してはｌi sがδｚi
（ｌi s）＝−Δｚにより式（３）に従って計算される。
それによって
【数４】 が生ずる。
【００４３】ｌi eに対してはδｚi（ｌi e）＝Δｚによ
り相応して
【数５】 が得られる。
【００４４】式（７）および（８）による小さいピッチ
値ｌi sまたはｌｌi eに対して、選ばれた再構成角度範囲
【数６】 を超過するときには、その代わりに
【数７】 が使用されなければならない。
【００４５】要約すると、ピッチｐの際の４行のらせん
データセットの測定値の重み付けされた加算に対して
は、それに続いて１行部分回転またはオーバースキャン
再構成が角度範囲αRTD（ＮRTD重み付けされた１行投
影）のなかで実行されるべきであれば、下記の投影範囲
が必要である： −行１
【数８】 −行２
【数９】 −行３
【数１０】 −行４
【数１１】
【００４６】Ｍ≠４への拡張は明らかである。
【００４７】簡単な場合Δｚ＝１に対しては −行１
【数１２】 −行２
【数１３】
【数１４】 −行３
【数１５】 −行４
【数１６】 が得られる。
【００４８】Ｍ検出器行ｉ＝１，２，…，Ｍの各々のフ
ァンジオメトリのなかに存在するらせんデータｐｉ
（ｋ，ｌ）（ｋは検出器チャネルの番号）は角度範囲
〔ｌi s，ｌi e〕で像平面からのその距離に従って重み付
けされる。その際に投影角度αに関係する重みｗ
i（ｌ）が使用される。各々の投影ｌに対しては
【数１７】 が成り立たなければならない。
【００４９】通常の１８０ＬＩらせん内挿と対照的に重
みはチャネル番号ｋに関係しない。
【００５０】簡単な例として（一般性の制限なしに）直
線的な重み関数ｗi（ｌ）を有するΔｚ＝１の簡単な場
合が考察される。これは自由に選択可能な投影範囲のな
かの通常の３６０ＬＩ‐内挿と類似性を有するが、特に
範囲Ｍ≦ｐ≦２Ｍのなかの画素ノイズおよび層敏感性プ
ロフィルに対して３６０ＬＩ内挿から偏差する驚くべき
結果を生ずる。
【００５１】４行検出器（Ｍ＝４）では投影範囲
〔ｌ3 s，ｌ2 e〕のなかの各々の投影ｌに対して２つの検
出器行ｉおよびｉ＋１からのデータが像に寄与する（図
５を見よ）。この投影角度範囲のなかでは各々の検出器
行ｉの測定値ｐi（ｋ，ｌ）に下記の重みが割り当てら
れる。
【数１８】 その際に〔ｌi s≦ｌ≦i e〕は（１９）と一致している。
【００５２】〔ｌ4 s≦ｌ≦ｌ3 e〕に対しては検出器行４
のみが像に寄与し、〔ｌ2 s≦ｌ≦ｌ 1 e〕に対しては検出
器行１のみが像に寄与する（同じく図５を見よ）。従っ
て、たとえ（より大きいピッチ値の場合に）相応の検出
器行がｚ範囲±Δｚを離れるとしても、ｗ1（ｌ）が
〔ｌ2 s≦ｌ≦ｌ1 e〕に対してセットされ、またｗ
4（ｌ）が〔ｌ4 s≦ｌ≦ｌ3 e〕に対してセットされなけ
ればならない。
【００５３】要約するとＭ＝４の検出器行のらせんデー
タｐi（ｋ，ｌ）にΔｚ＝１の簡単な場合に下記の重み
ｗi（ｌ）が割り当てられる。 −行１
【数１９】 −行２
【数２０】 −行３
【数２１】 −行４
【数２２】
【００５４】例としてピッチｐ＝４、Δｚ＝１およびα
RTD＝４２０°（図５に相応）に対する重み関数ｗ
i（ｌ）が図６に示されており、その際にαｌ＝０は再
び、Ｘ線源の焦点の軌道が像平面を切る投影角度であ
る。
【００５５】重みｗi（ｌ）により、投影範囲
【数２３】 を覆う１行データセットｆ（ｋ，ｌ）がファンジオメト
リで計算される。
【数２４】
【００５６】この１行ファンデータセットは再構成角度
範囲に応じて従来通りの１行オーバースキャンまたは１
行部分回転再構成に供給される。平滑するオーバースキ
ャン（部分回転）重み付けは〔ｌ＝ｌ4 s〕および〔ｌ＝
ｌ1 e〕におけるデータ非一貫性による線アーティファク
トを有効に減ずる。
【００５７】１行‐部分回転再構成が Δαq,min＝π＋βfan＋αtrans （２６） Δαq,max＝４π （２７） のΔαq,minからΔαq,maxまでの再構成角度範囲に対し
て可能である。ここでβ fanは検出器の全ファン角度、
またαtransは再構成の開始投影と終了投影との間のデ
ータ非一貫性によるアーティファクトを減ずるための選
択可能な移行角度である。
【００５８】１行オーバースキャン再構成は Δαq,min＝２π＋２αtrans （２８） Δαq,max＝４π （２９） のΔαq,minからΔαq,maxまでの再構成角度範囲に対し
て可能である。
【００５９】例として従来通りのオーバースキャン重み
付けが説明される。
【００６０】再構成するためにＮRTD投影が使用され、
フル回転あたりの投影の数はＮ２である。ＮRTD＞Ｎ２
およびΔＮRTD＝ＮRTD−Ｎ2が成り立つ。次いで１行全
回転データセットｆ2（ｋ，ｌ）を計算するため下記の
重み付けが行われる。
【数２５】
【００６１】
【数２６】 によりたとえば重み付け関数Ｓ（ｌ）として
【数２７】 が使用され得る。
【００６２】この“ソフトな”移行重み付けにより十分
に大きいαtrans（たとえばαtrans＞８°）に対して、
再構成のために利用される投影角度範囲の開始および終
了範囲のなかのデータ非一貫性によるアーティファクト
の良好な低減だ達成される。それにより、そこで新たな
らせん再構成方法の際に場合によっては失敗するらせん
内挿が十分に補償され得る。オーバースキャンまたは部
分回転再構成は実際上あらゆる商業的ならせんＣＴ装置
において実現されている。従ってそれは追加的な費用を
必要としない。
【００６３】従来通りの部分回転再構成に対して重み付
け方法は類似であり、ここには示されない。
【００６４】個々の検出器行の測定値の重み付けをされ
た加算と、それに続いての発生された１行データセット
の部分回転またはオーバースキャン重み付けとの組み合
わせに対する例として、その結果として生ずるピッチ４
およびαRTD＝４２０°に対する検出器行の“実効”重
みが図７に示されている。（３１）による、詳細にはα
trans＝２４°を有する、重みを有するオーバースキャ
ンが仮定される。破線はらせん重み付けおよび移行重み
付けによるすべての４つの検出器行の全体重みである。
もちろん移行重み付けはらせん重み付けの後に始めて行
われる。
【００６５】ピッチｐの増大と共にＭの検出器行がより
速くｚ間隔〔ｚima−Δｚ，ｚima＋Δｚ〕を通って進
む。その結果として、各々の投影角度αｌ に４つの検
出器行の少なくとも１つが範囲〔ｚima−Δｚ，ｚima＋
Δｚ〕のなかに位置する投影角度範囲αRTDが狭くな
る。このことは、検出器の行のコリメートされた幅ｄ、
すなわちコリメートされた層厚み、に正規化されたＭ＝
４の検出器行の、ピッチｐ＝１に対するｚima＝０にお
ける像平面からの距離が−３６０°≦αl≦３６０°に
対する投影角度αlの関数として図８に示されている。
各々のαlに対してその際に少なくとも１つの行が像平
面にΔｚよりも近くに位置する。従って、層敏感性プロ
フィルを阻害することなく、オーバースキャンが最大の
投影角度範囲αRT D＝７２０°のなかで、またもちろん
それより小さく、図８に示されている最大範囲の一部分
であるあらゆる投影角度範囲のなかでも可能である。図
９にはピッチ８の際の像平面からの４つの行の正規化さ
れた距離が示されている。理論的にはここでオーバース
キャン再構成がαRTD＝７２０°により実行され得る。
しかしその場合、（２１）および（２４）により重みｗ
4（ｌ）＝１およびｗ1（ｌ）＝１は大きい角度範囲に対
する行４または１に割り当てられなければならないであ
ろう（行４に対して−３６０°≦αl≦−１２０°また
行１に対して１２０°≦αl≦３６０°）。それにより
層敏感性プロフィルが少なからず広がり、また像質が低
下するであろう。ピッチｐ＝８に対する使用可能な選択
はその代わりに角度範囲αRTD＝２４０°のなかの部分
回転再構成である。
【００６６】一般に、再構成に寄与する角度セグメント
αRTDはピッチｐの減少と共に大きく選ばれ得る。ピッ
チｐ＝１の際には例えば先に示されたように、層敏感性
プロフィルを阻害することなしに、Δαq,min≒２４０
°≦αRTD≦Δαq,max＝７２０°を有するあらゆる再構
成角度が可能である。αRTDの増大の際には像に多くの
測定放射が寄与し、従って多くのＸ線量子が寄与し、Ｘ
線管の所与の出力の際には画素ノイズが小さくなる。し
かしαRTDの増大は測定されるデータが発せられる時間
間隔の延長、従って再構成の時間分解能の悪化と同等で
ある。逆にαRT Dの減少により線量利用が悪化するが、
時間分解能は改善し、このことはたとえば動かされる対
象物（肺、心臓）の特別な撮像に有意義であり得る。線
量利用と時間分解能との間の自由に選択可能な妥協の可
能性は通常の１８０ＬＩまたは３６０ＬＩ内挿の際には
存在せず、上記の妥協の可能性は本発明による方法の主
要な利点である。
【００６７】図１０には例として４行検出器（Ｍ＝４）
に対する本発明による方法に対するｚ軸の範囲内の画素
に対する層敏感性プロフィルの半値幅（ＦＷＨＭ）が範
囲１≦ｐ≦８のなかのピッチ値ｐの関数として示されて
いる。１≦ｐ≦２に対しては４２０°オーバースキャン
再構成が、また２≦ｐ≦８に対しては２４０°部分回転
再構成が選ばれた。両方の場合にαtrans＝８°であ
る。通常の１８０ＬＩまたは３６０ＬＩ内挿の際に生ず
る半値幅も一緒に記入されている（図３参照）。本発明
による方法の場合には範囲４≦ｐ≦８のなかで相補性の
内挿の計算費用は避けられているが、層敏感性プロフィ
ルは通常の３６０ＬＩ内挿の際よりも明らかに狭い。
【００６８】本発明による方法はｚ方向に非一定の相対
運動の際たとえば周期的なｃｏｓ状の往復運動の際にも
らせんデータセットからの像の再構成を許す。
【００６９】Ｍの検出器行の投影のらせん重み付けは、
像がｚ位置ｚimaに再構成されるべき場合に、下記のよ
うに進行する。
【００７０】らせん重み付けにより１行データセットが
発生され、それが自由に選択可能な角度範囲Δα＝α
RTD内の通常のオーバースキャンまたは部分回転再構成
に供給される。ＮRTD多行投影がその際に利用される。
各々の投影ｌのなかでｚ位置ｚi（ｌ）はＭの検出器行
ｉ＝１，２，…，Ｍに対して与えられている。
【００７１】ｌimaを、焦点の軌道が像平面を切るＭ行
投影とする。
【００７２】すべての投影角度範囲
【数２８】 のなかでいま各々の投影ｌに対して、像平面からの間隔
に対して ｜δｚi（ｌ）｜＝｜ｚｉ （ｌ）−ｚima｜≦Δｚ （３２） が成り立つ検出器行ｉが決定される。
【００７３】これらの行の測定値は次いで像平面からの
その間隔に従って重み付けおよび加算をされる。
【００７４】簡単な場合Δｚ＝１に対しては各々の投影
角度α似対してたかだか２つの行ｉおよびｉ＋１が像に
寄与する。直線的な重み付けを有する２つの行では ｗi（ｌ）＝１−｜δｚi（ｌ）｜ ｗi+1（ｌ）＝１−｜δｚi+1（ｌ）｜＝１−ｗi（ｌ） （３３） が成り立つ。
【００７５】非一定のテーブル送りに対する例として図
１１には４行検出器の個々の行の中央チャネルのｚ位置
が投影角度αの関数として示されている（図５も参
照）。図５に対するようにオーバースキャン再構成を全
角度範囲Δα＝αover＝４２０°内で実行したいなら
ば、Δｚ＝１および直線的な重み付けにより、図１２に
記入されている重み付け関数がＭ＝４の検出器行に対し
て生ずる（図６も参照）。
【００７６】本発明による方法は以上に第３世代のコン
ピュータトモグラフの例について説明された。しかしそ
れは第４世代のコンピュータトモグラフにも応用され得
る。
【００７７】実施例の場合に設けられている検出器の行
数は単に例示として理解すべきである。
【００７８】本発明による方法は実施例の場合のように
医学分野に応用され得るだけでなく、非医学分野での応
用も本発明の範囲内で行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一の行の検出器要素を有する検出器を有する
らせんＣＴ装置に対する、投影角度をらせん走査の間の
ｚ方向の検出器位置の関数として示すダイアグラム。
【図２】４つの行の検出器要素を有する検出器を有する
らせんＣＴ装置に対する状況を示す図１と類似の図。
【図３】４つの行の検出器要素を有する検出器を有する
らせんＣＴ装置に対する３６０ＬＩおよび１８０ＬＩ内
挿に対するピッチと関係して層敏感性プロフィルの半値
幅を示すダイアグラム。
【図４】４つの行の検出器要素を有する検出器を有する
本発明による方法により動作するらせんＣＴ装置を部分
的にブロック回路で示す図。
【図５】図４によるらせんＣＴ装置に対して本発明によ
る方法によるデータの重み付けされた統合を示すダイア
グラム。
【図６】図４によるらせんＣＴ装置の検出器の個々の行
に対する測定値の統合の際に応用される重み付け関数を
投影角度の関数として示すダイアグラム。
【図７】図６による重み付け関数の応用の結果として実
効的な重み付け関数を投影角度の関数として示すダイア
グラム。
【図８】像平面からの図４によるらせんＣＴ装置の検出
器行の距離を、検出器行のコリメートされた層厚みに正
規化して、第１のピッチ値に対する投影角度の関数とし
て示すダイアグラム。
【図９】第１のピッチ値に対する状況を示す図８と類似
のブロック回路図。
【図１０】４つの行の検出器要素を有する検出器を有す
る図４によるらせんＣＴ装置に対する層敏感性プロフィ
ルの半値幅を示すダイアグラム。
【図１１】検査対象物と放射源および検出器との間の非
一定な、ｃｏｓ状の相対運動の際に図４によるらせんＣ
Ｔ装置に対する測定値の本発明による重み付けされた統
合を示すダイアグラム。
【図１２】個々の行の検出器要素に対して図１１による
測定値の統合の際に応用すべき重み付け関数を投影角度
に関係して示すダイアグラム。
【符号の説明】
１ Ｘ線放射源 ２ Ｘ線放射束 ３ 検出器 ４ 焦点 ５ 患者 ６ 寝台 ７ 測定開口 ８ ガントリ ９ Ｘ線発生器装置 １０ 測定フィールド １１ コンピュータ １２ ディスプレイ装置 １３ 駆動装置 １５ 焦点軌道

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 システム軸線の周りに測定フィールドの
    周りを運動可能でありファン状の放射束を送り出す放射
    源と、多くの行の検出器要素を有しファン状の放射束を
    受け入れる検出器とを備え、検査対象物と放射源および
    検出器とがシステム軸線の方向に互いに相対的に変位可
    能であるらせんＣＴ装置の像再構成方法において、 ａ）多数の投影角度およびシステム軸線に沿う位置に対
    してそれぞれ多くの行の検出器要素により多数の投影を
    撮像する過程を含んでおり、その際にすべての投影を撮
    像するために等しい行の検出器要素が使用され、 ｂ）各々の個々の考慮に入れるべき投影角度に対して種
    々の行の検出器要素により撮像される投影がこの投影角
    度に対して撮像される投影を除いて見掛け上ただ１つの
    行の検出器要素を有する検出器により取得されるデータ
    として統合されることにより、システム軸線上の特定位
    置を有する像平面に対する像再構成の基礎となるデータ
    を取得する過程を含んでおり、その際に測定値の重み付
    けがシステム軸線の方向に像平面からの相応の行の検出
    器要素の間隔を考慮に入れて、行の検出器要素の個々の
    検出器要素のチャネル角度を考慮に入れないで行われ、 ｃ）行の検出器要素を有する検出器に対するのアルゴリ
    ズムの使用のもとに像を再構成する過程を含んでいるこ
    とを特徴とするらせんＣＴ装置の像再構成方法。
  2. 【請求項２】 像再構成が、像再構成のために最小必要
    な回転角度を含んでいるシステム軸線の周りの放射源の
    部分的な回転に相応するデータのみを使用する部分回転
    像再構成の形式で行われることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 像再構成が、像再構成のために最小必要
    な回転角度を含んでいるシステム軸線の周りの放射源の
    部分的な回転に相応するデータよりも多いデータを使用
    するオーバースキャン再構成の形式で行われることを特
    徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 考慮に入れるべき投影角度に対してデー
    タの統合が順次に行われることを特徴とする請求項１な
    いし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 考慮に入れるべき投影角度に対してデー
    タの統合が、直接および相補性の測定値の統合が行われ
    ないように行われることを特徴とする請求項１ないし４
    の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 パラレルコンピュータを含んでいること
    を特徴とする請求項４または５に記載の方法を実施する
    ためのらせんＣＴ装置。
  7. 【請求項７】 像再構成の際に考慮に入れるべき投影角
    度の範囲が自由に選定可能であることを特徴とする請求
    項１ないし５の１つに記載の方法を実施するためのらせ
    んＣＴ装置。
  8. 【請求項８】 検査対象物と放射源および検出器システ
    ムとの間の相対運動が可変の方向に、かつ（または）可
    変の速度で行われることを特徴とする請求項１ないし５
    の１つに記載の方法を実施するためのらせんＣＴ装置。
  9. 【請求項９】 往復運動が存在することを特徴とする請
    求項８記載のらせんＣＴ装置。
  10. 【請求項１０】 像再構成の際に考慮に入れるべき投影
    角度の範囲が自由に選定可能であることを特徴とする請
    求項８または９記載のらせんＣＴ装置。
  11. 【請求項１１】 パラレルコンピュータを含んでいるこ
    とを特徴とする請求項８ないし１０の１つに記載のらせ
    んＣＴ装置。
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