JP2000316843A - ３次元コンピュータライズドトモグラフィックイメージングを行うための方法及び装置 - Google Patents

３次元コンピュータライズドトモグラフィックイメージングを行うための方法及び装置

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JP2000316843A JP2000080365A JP2000080365A JP2000316843A JP 2000316843 A JP2000316843 A JP 2000316843A JP 2000080365 A JP2000080365 A JP 2000080365A JP 2000080365 A JP2000080365 A JP 2000080365A JP 2000316843 A JP2000316843 A JP 2000316843A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】対象の関心領域を囲む放射線源走査パスを有す
るコーンビームコンピューテッドトモグラッフィシステ
ムにおける正確な画像再構成において、画像再構成信号
処理のための複雑度及びメモリ必要量の低減を行う。 【解決手段】対象の関心領域の３次元（３Ｄ）コンピュ
ータトモグラフィ（ＣＴ）イメージングのための走査及
びデータ収集方法及び装置において、データは、複数の
ビーム源位置における検出器で収集されたコーンビーム
投影データにおいて形成される複数のライン・セグメン
トＬにおいて計算される。ビーム源位置の各々において
収集されたデータにおいて形成されるライン・セグメン
トＬの端部点はデータ結合マスクによって決定され、こ
のデータ結合マスクは、ライン・セグメントＬに対する
データが計算されるコーンビームデータを収集したビー
ム源位置の上方及び下方にあるビーム源走査パスの部分
の検出器の平面へのコーンビーム投影により形成される
このデータ結合マスクの境界を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に対象の関
心領域（ＲＯＩ）を囲む放射線源走査パスを有するコー
ンビームコンピューテッドトモグラフィイメージングシ
ステムにおける正確な画像再構成に関し、とりわけビー
ム源走査パスはＲＯＩの端部においてサークル走査を必
要としないようなコーンビームイメージングシステムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年コーンビームジオメトリを使用する
システムが、コーンビームＸ線源及び２次元エリア検出
器を含む３次元（３Ｄ）コンピューテッドトモグラフィ
（ＣＴ）イメージングのために開発されている。イメー
ジングされる対象は、様々な方法のいずれにおいても有
利には３６０°角度範囲に亘ってその全長に沿って走査
される。この場合エリア検出器の位置はＸ線源に対して
相対的に固定され、このＸ線源と対象との間の相対的な
回転及び並進運動が走査（放射線エネルギによる対象の
照射）を提供する。３次元ＣＴに対するコーンビームア
プローチは、従来の３次元ＣＴ装置（つまり平行ビーム
又はファンビームＸ線を使用して得られる多数スライス
アプローチ）に比較して改善された線量利用と同様に改
善された速度を有する医学的及び産業的適用事例の両方
において３次元イメージングを達成する可能性を有して
いる。
【０００３】走査パスに沿って複数のＸ線源の位置（つ
まり「ビュー（view）」）に対するコーンビーム源の相
対的な運動の結果、検出器はコーンビーム投影測定デー
タ（以下ではコーンビームデータと呼ぶ）の相応の複数
のシーケンシャルなセットを収集する。コーンビームデ
ータの各々のセットはＸ線源位置の各々における対象に
起因するＸ線減衰を表している。
【０００４】対象の３次元画像を再構成するために収集
されたコーンビームデータを処理するためには２つの基
本的アプローチが存在する。伝統的なアプローチは「ラ
ドン空間ドリブン（Radon space driven）」であり、こ
の場合、コーンビームデータの収集されたセットが処理
され、対象のラドン空間「サポート領域（region ofsup
port）」を充填するためにラドンデータの多数の個別サ
ンプルを発生する。充分な量のラドン空間データが発生
されるやいなや、最終画像再構成に対する寄与（contri
butions）が開始される。新しいアプローチは「検出器
データドリブン（detector data driven）」であり、こ
の場合、収集されたコーンビームデータの個別セット
（つまり検出器データ）は直接的に最終画像再構成に対
する連続的な寄与を発生するために（つまり、ラドン空
間に変換される必要なしに）処理される。たとえどのア
プローチが使用されても、収集されたコーンビームデー
タの「処理」はコーンビームデータにおいて形成される
複数のライン・セグメントＬに対する線積分の微分（li
ne integral derivatives）を計算するステップによっ
て開始される。検出器ドリブン画像再構成処理は一般的
にラドン空間ドリブン処理よりも望ましい。というの
も、画像再構成がより直接的に行われ、それゆえ必要な
システムメモリがより少なくて済む。いずれのケースで
も、所望の分解能によってアーチファクトなしで対象を
再構成するように処理される場合にのみコーンビームデ
ータの収集は完全である。ラドン空間ドリブンアプロー
チにおいては、これはいわゆる「サポート領域（region
of support）」（実空間において対象の関心領域によ
って占められる撮像領域にトポロジカルに相応する領
域）において充分な密度のラドンデータを発生すること
を意味する。大抵の場合、充分なラドンデータは、放射
線源に撮像領域内の対象全体を露出することによって収
集される。
【０００５】様々な走査軌道（経路）を有しイメージン
グされる対象の関心領域の高さよりも小さい高さを有す
るエリア検出器を使用するコーンビームＣＴ装置によっ
てラドン空間を充分に充たすことは、精確な画像再構成
を行うために周知である。例えば、１９９５年１０月３
１日のHELICAL AND CIRCLE SCAN REGION OF INTERESTCO
MPUTERIZED TOMOGRAPHYというタイトルの米国特許５４
６３６６６号明細書は、それぞれ上部端部及び下部端部
のサークル部分を有する中央スパイラル部分から成る走
査パスを提供することによってボケ又はアーチファクト
イントロダクションなしで対象の関心領域ＲＯＩをイメ
ージングするためのラドン空間ドリブン技術を記述して
いる。この中央スパイラル部分の上部端部及び下部端部
のサークル部分は、それぞれ対象の関心領域ＲＯＩの上
部境界及び下部境界を有するレベルである。米国特許５
４６３６６６号明細書に詳しく記述されているように、
オーバーラップなしでこの関心領域の上部境界及び下部
境界における完全なコーンビームデータを得るためには
スパイラル走査パスからサークル走査パスにスイッチす
ることが必要であり、これによって、関心領域以外で対
象の部分をイメージングすることにより起因する画像ボ
ケを回避する。
【０００６】上記の及び他の技術は有益であるが、これ
らの技術はスパイラルパス部分及びサークルパス部分の
両方を必要とし、結果的にイメージング装置の走査装置
部材の運動における急激なシフトを必然的に生じる。走
査運動中のこのような急激なシフトは次の点で望ましく
ない。すなわち、これらのシフトは望ましくない押し運
動又は突き運動を患者に与えるか又は特別な機械的応力
を走査装置に与える点で望ましくない。円滑に走査パス
を変えることのみが所望される。さらに、サークル及び
スパイラル走査部分の使用のために、所与の積分平面に
おいてオーバーラップするデータの結合を回避するため
に複雑な信号処理技術が必要とされる。画像再構成に必
要とされるこのような信号処理の複雑さを低減すること
が望ましい。
【０００７】１９９８年３月３１日提出のPRACTICAL CO
NE BEAM IMAGE RECONSTRUCTION USING LOCAL REGIONS-O
F-INTERESTというタイトルの米国特許出願シリアル番号
０９/０５２４１５は、イメージング装置がＲＯＩのト
ップ及びボトムにおけるサークル走査を提供する必要が
ない、対象のＲＯＩをイメージングするためのラドン空
間ドリブン技術を記述している。そこに記述されている
ように、これはラドン空間データの特定のサブセットを
発生するために収集されたコーンビームデータを処理す
ることによって実施される。ラドン空間データのサブセ
ットの各々は、ラドン空間を分割する複数の垂直に配向
された同軸φ平面のうちの１つにおいて対象の２次元平
行投影における相応の「局所的２次元ＲＯＩ」を再構成
するために使用される。よって、ラドンデータの使用さ
れるサブセットが発生された後で、このサブセットは、
相応の局所的２次元ＲＯＩ投影画像を発生するための第
１の逆変換処理ステップに委ねられる。この後で、これ
らの局所的２次元ＲＯＩ投影画像の多数のサブセットが
集められ、第２の逆変換処理ステップに送られ、これに
より対象の３次元関心領域の一部分の画像再構成を行
う。このプロセスは、対象のＲＯＩ全体が再構成される
まで繰り返される。処理のためにラドンデータの特定の
サブセットを使用することによって、局所的２次元ＲＯ
Ｉ投影画像は対象の重畳によるデータ混交から免れ、こ
れによってＲＯＩを通過するためのスパイラル部分だけ
を有する簡略化された走査パスを使用することができ
る。この画像再構成技術は走査パスを簡略化し、メモリ
必要量を低減し、イメージングシステムの速度を改善す
るが、この画像再構成処理はまだ複雑であり、システム
メモリ必要量はまだまだ大きい。
【０００８】EXACT REGION OF INTEREST CONE BEAM IMA
GING USING 3D BACKPROJECTIONというタイトルの１９９
８年３月３１日に提出された米国特許出願シリアル番号
０９/０５２２８１は、対象のＲＯＩの３次元画像を再
構成するためのフィルタード・バックプロジェクション
（ＦＢＰ）と呼ばれる検出器ドリブン技術を記述してい
る。この３次元バックプロジェクション技術では、最初
の画像再構成処理ステップは各ビーム源位置において収
集されたコーンビームデータにおいて形成される複数の
ライン・セグメントＬの線積分の微分を計算する。各ビ
ーム源位置において収集されたデータのライン・セグメ
ントＬの長さはデータ結合マスクによって決定される。
このデータ結合マスクは、ライン・セグメントＬの線積
分の微分が計算されるコーンビームデータを収集したビ
ーム源位置の上方及び下方にあるビーム源走査パスの部
分の検出器の平面へのコーンビーム投影により形成され
る上部境界及び下部境界を有する。次のステップでは、
ライン・セグメントＬに対する計算された線積分の微分
が検出器の平面に相応する２次元空間へとバックプロジ
ェクトされる。最後のステップでは、この２次元バック
プロジェクションステップの結果が３次元空間に３次元
バックプロジェクトされ、各３次元バックプロジェクシ
ョンが対象の３次元画像の部分的な再構成を提供する。
イメージング装置は画像ボケ又はアーチファクトイント
ロダクションを回避するために対象のＲＯＩのトップ及
びボトムにおいてサークル走査パスを設ける必要がある
が、ここに記述されたマスキング/３次元（３Ｄ）バッ
クプロジェクション検出器ドリブン技術は、ラドン空間
ドリブン画像再構成技術に比べて画像再構成信号処理の
ための複雑度及びメモリ必要量を大幅に低減している。
【０００９】ＲＯＩのトップエッジ及びボトムエッジに
おけるサークル走査パスを必要としない正確な画像再構
成処理を提供することが望ましい。特に、このような処
理が検出器データドリブンされることが望ましい。この
ような画像再構成処理は、正確で、現在のラドン空間ド
リブン処理よりも複雑でなく、イメージング装置及び患
者を急激なシフトに及びセグメント化された走査パスの
応力にさらすことがなくなる。
【００１０】
【発明のまとめ】本発明の原理によれば、上記米国特許
出願シリアル番号０９/０５２２８１の３次元（３Ｄ）
バックプロジェクション技術はトップ及びボトムサーク
ル走査の必要性なしに正確な画像再構成ができるように
修正され、これによりこの正確な画像再構成は３次元
（３Ｄ）バックプロジェクション技術の使用に限定され
なくなる。本発明の画像再構成技術では、マスキングさ
れたコーンビームデータにおいて形成されたライン・セ
グメントＬが、これらのライン・セグメントＬの長さが
どれだけ制限されるべきかに従って処理するために別個
のグループに分割される。より特定すれば、局所的ＲＯ
Ｉのトップエッジ又はボトムエッジの近傍で収集された
コーンビームデータにおいて形成されるライン・セグメ
ントＬを処理する際に、ライン・セグメントＬの第１の
グループがデータ結合マスクの境界線により決定される
その端部点の両方を有し、他方でライン・セグメントＬ
の第２のグループがこのマスクの上部又は下部境界線の
うちの一方により決定されるその端部点のうちの１つ及
びこのマスクの水平方向（ｘ軸）により決定されるその
他の端部点を有する。その後で、このマスクにおいて形
成されたライン・セグメントＬの両方のグループに対し
て計算されたデータが処理され、対象のＲＯＩの３次元
画像再構成への寄与を発生する。
【００１１】
【発明の詳細な記述】図１は本発明の原理によるコーン
ビームデータを収集し、この収集されたコーンビームデ
ータを処理するために有用な、コーンビーム３次元ＣＴ
イメージング装置を示す。この図示されたイメージング
装置は実質的に１９９３年１０月２６日のMETHOD AND A
PPARATUS FOR CONVERTING CONE BEAM X-RAY PROJECTION
DATATO PLANAR INTEGRAL AND RECONSTRUCTING A THREE
-DIMENSIONAL COMPUTERIZED TOMOGRAPHY(CT) IMAGE OF
AN OBJECTというタイトルの米国特許５２５７１８３号
明細書及び１９９５年１０月３１日のHELICAL AND CIRC
LE SCAN REGION OF INTEREST COMPUTERIZED TOMOGRAPHY
というタイトルの米国特許５４６３６６６号明細書に記
述されたいくつかの原理によって構成及び動作される
が、ただし、次の点は除外する： １）ビーム源走査パスは関心領域（ＲＯＩ）のトップ及
びボトム部分におけるサークル走査を必要としない。
【００１２】２）本発明による画像再構成処理はデータ
結合マスクを利用する。このことはより詳しく記述す
る。
【００１３】図１に示されているように、コンピュータ
制御マニピュレータ６は、適正にプログラムされたコン
ピュータ８からの制御信号に応答して、コーン又はピラ
ミッド状の（Ｘ線のような）エネルギのビーム源１０及
び２次元ピクセル化された検出器アレイ１２を所定のビ
ーム源走査パスに沿って複数の離散的なシーケンシャル
に現れる隣接するビーム源位置において協調（走査）さ
せる。図示された実施例では、走査パスは対象１６の所
定の軸１５を中心とするスパイラル走査パス１４として
示されており、この走査パスは時計の針と反対方向に前
進する。対象１６の周囲を通過する他のタイプの走査パ
スを使用してもよい。しかし、後述するように、その平
行プロジェクションにおいて高度な対称性を示す走査パ
ス３１４が有利である。
【００１４】この検出器への唯一の高さ要求は、この検
出器の高さがこの検出器１２へのスパイラル走査パス１
４のコーンビーム投影の隣接するターンの間の距離より
も大きいということである。本発明の原理によれば、そ
して後で明らかになる理由から、もし対象１６のＲＯＩ
（陰影のエリア）だけがイメージングされるならば、こ
のＲＯＩのそれぞれトップ端部及びボトム端部における
トップ及びボトムサークル走査を設ける周知の技術は必
要ない。よって、このＲＯＩの長さを通過するシンプル
な連続的なスパイラル走査パス１４が必要なものの全て
である。
【００１５】コンピュータ６及びマニピュレータ８の制
御下でのビーム源/検出器の協調の結果、ビーム源位置
の各々で、Ｘ線エネルギはイメージング装置の撮像領域
を通過し、対象１６の内部の変化するエネルギ吸収によ
って選択的に減衰され、検出器１２の素子（ピクセル）
に到来する検出されたＸ線エネルギに相応するコーンビ
ームデータのセットが発生する。このコーンビームデー
タのセットは次いでデータ収集システム（ＤＡＳ）１７
に供給され、このデータ収集システム１７は、図１の前
述した部分のように、収集されたコーンビームデータの
デジタル化及び格納のために当業者には周知のやり方で
動作する。
【００１６】本発明の発明者の上記の米国特許５２５７
１８３号明細書に記述されているように、画像再構成処
理１８は、走査パス及びＲＯＩに交差する積分平面Ｑ
（図１の図示されたようなＱ平面）の部分に対する収集
されたコーンビームデータからのラドン微分データを計
算することによって開始される。上記の米国特許５２５
７１８３号明細書に詳しく記述されているように、微分
データのラドン空間ドリブン変換はディスプレイ２０に
おいて対象１６の画像再構成を発生するために使用され
る。本発明の発明者の米国特許５４６３６６６号明細書
は、このようなラドン空間ドリブン技術においてラドン
微分データの計算の効率を改善するためにデータ結合マ
スクを使用することを記述している。その代わりに、後
で明らかになるが、本発明の画像再構成処理１８は、本
発明の発明者の上記の米国特許出願シリアル番号０９/
０５２２８１に記述された３次元バックプロジェクショ
ン技術のように検出器データドリブンもされうる。いず
れのケースにおいても、本発明の原理によれば、画像再
構成処理１８は後述するように修正され、収集されたコ
ーンビームデータからラドン微分データをより容易に計
算するためにデーアンテナ結合マスクを使用する。
【００１７】本発明の原理をより充分に理解してもらう
ために、上記の米国特許出願シリアル番号０９/０５２
２８１のいくらかのレビューを提供する。上記のよう
に、ＲＯＩイメージングのためのこのラドン空間ドリブ
ン技術は、イメージング装置がこのＲＯＩのトップ及び
ボトム端部におけるサークル走査を提供する必要がな
い。これは、ラドン空間データの特定のサブセットを発
生するように収集されたコーンビームデータを処理する
ことによって実施される。ラドン空間データの各サブセ
ットは相応の「局所的２次元ＲＯＩ」を再構成するため
に使用される。この相応の「局所的２次元ＲＯＩ」はラ
ドン空間を分割する複数の垂直的に配向された同軸φ平
面の個々の平面における対象の２次元平行投影である。
平行投影の性質のために、この局所的２次元ＲＯＩ投影
画像の上部境界及び下部境界はこの局所的ＲＯＩのこれ
らの境界の外部のエリアを通過するｘ線からデータ混交
を被ることはない。充分な個数のこれらの局所的２次元
ＲＯＩ投影画像が１８０度に亘って発生されると（この
充分さは最終画像再構成の所望の分解能により決定され
る）、これらの投影画像は最終画像再構成への寄与を直
接的に発生するために処理される。これにより、ＲＯＩ
のトップ及びボトム端部におけるサークル走査を設ける
必要性を回避する。
【００１８】上記のように、この局所的ＲＯＩ技術の重
要な点は、正確な画像再構成を行うためにＲＯＩのトッ
プエッジ及びボトムエッジにおいてサークル走査が必要
ないという点である。ＲＯＩのこれらのエッジにおける
マテリアルの重畳によるデータ混交の除去は、重要なビ
ーム源位置は各φ平面におけるスパイラルパスの平行投
影の最下段及び最上段に存在するという事実から得られ
る。このコンセプト及びこのコンセプトの重要性は図２
に示されている。この図２では、φ平面におけるスパイ
ラルパス１４の平行投影が正弦波状曲線２０２の形式で
図示されている。この正弦波状曲線２０２の位相はφ平
面の配向に依存する。φ＝φiである所与のφ平面に対
して、図２においてそれぞれＡＢ及びＣＤとしてラベリ
ングされた投影されたスパイラルパス２０２の最上部タ
ーン及び最下部ターンはそのφ平面における「局所的」
２次元ＲＯＩの上部境界及び下部境界を定める。この局
所的ＲＯＩが上部境界及び下部境界により対象を重畳す
ることから完全に分離されていることを保障するため
に、スパイラルパス１４の最上部ターン及び最下部ター
ンの角度範囲又はアークに対する必要条件は、これらが
各々少なくともπラジアンに亘ることである。この範囲
は図２の２０２のような走査パス投影に相応する。
【００１９】従って、注意深く熟考すれば、この従来技
術のラドン空間ドリブン技術は、線積分を計算するため
に処理されるコーンビームデータを次のようなデータに
適正に限定することによって局所的ＲＯＩの外部の対象
からのボケを回避することが分かる。次のようなデータ
とは、すなわち、投影されたスパイラルパスの最上段及
び最下段へと直交に投影するビーム源位置から生じる角
度範囲にｘ線パスの角度範囲を限定することによって得
られるデータである。注意してもらいたいが、このラド
ン空間ドリブン技術におけるこの角度範囲限定手順（つ
まり、局所的ＲＯＩの上部及び下部境界線を使用するこ
と）はデータ結合マスク手順（つまり、マスクの上部及
び下部境界線を使用すること）とは別の理由（アーチフ
ァクト除去）のためであり、別の効果を有する。このデ
ータ結合マスク手順は、共通積分平面の微分データへの
適正な寄与を行うために異なるビーム源位置から収集さ
れるコーンビームデータの複数の部分をマッチさせるた
めに使用される。
【００２０】ラドン空間ドリブン技術におけるマスキン
グの利点をデータ結合検出器ドリブン技術におけるマス
キングに与えることの難しさは次の事実から生じる。す
なわち、所与のビーム源位置がほんのいくつかのφ平面
において投影されたスパイラルパスの最上段及び最下段
にのみ直交に投影し、他のφ平面においてはこれらの所
与のビーム源位置が最上段の下にありかつ最下段の上に
ある投影されたスパイラルパスに直交に投影するよう
な、ＲＯＩのトップエッジ及びボトムエッジの近傍のい
くつかのビーム源位置が存在するという事実から生じ
る。よって、いくつかのビーム源位置において収集され
たコーンビーム画像データは異なるφ平面におけるラド
ンデータを考慮するために２つの異なる手順を使用して
処理される必要がある。本発明の原理によれば、この要
求を考慮する単一の処理手順が設けられる。この状況は
図３Ａ及び３Ｂとの関係において詳しく記述される。
【００２１】図３Ａ及び３Ｂは、２つの異なるφ平面、
φi平面及びφj平面に対する図２の投影のトップビュー
及び側面ビューを示している。Ｓをφi平面における曲
線ＡＢ上の地点Ｓiに直交に投影するｘ線源の位置とす
る。例えばφ＝φj（＞φi）であるもう一つのφ平面に
おいては投影されたスパイラルパスは異なる位相を有す
る。この異なる位相の結果として、ビーム源位置Ｓは投
影されたスパイラルパスの最上段、つまり曲線ＡＢにお
いて地点Ｓjへと投影せず、そのかわりに、曲線ＡＢの
すぐ下のスパイラルパス、つまり曲線ＥＢへと投影す
る。よって、φi平面上のいくつかのラドンデータ及び
φj平面上のいくつかのラドンデータは、ビーム源がＳ
にある際に検出器によって捕捉されるコーンビーム画像
に交差するライン・セグメントに相応する。φj平面に
あるラドンデータのこの部分に対して、これらの相応す
るライン・セグメントの長さはデータ結合マスクによっ
て制限されるべきである。図４は適当なデータ結合マス
ク４００を図示している。このマスク４００では、トッ
プ曲線４０２及びボトム曲線４０４は（図３Ｂにおいて
それぞれＡＢ及びＥＦとして示されている）ビーム源位
置Ｓの上方及び下方のスパイラルターンのコーンビーム
投影に相応する。データ結合マスク４００は、ＲＯＩに
交差する積分平面の被覆がオーバーラップなしにこの平
面と交差する様々なビーム源位置の間で適正に分割され
ることを保障するために収集されたコーンビームデータ
の各セットに対して使用される。データ結合マスクの生
成及び使用に関する更なる詳細は、本発明の発明者の上
記の米国特許５４６３６６６及びMETHOD AND SYSTEM FO
R MASKING CONE BEAM PROJECTION DATA GENERATED FROM
EITHER A REGION OF INTEREST HELICAL SCAN OR A HEL
ICAL SCANというタイトルの米国特許５５０４７９２の
ような文献に記載されている。データ結合マスクのボー
ダーによって制限された長さを有するライン・セグメン
トを今後は「データ結合制限」ライン・セグメントと呼
ぶことにする。
【００２２】他方で、φi平面上のラドンデータに対し
て、相応するライン・セグメントの長さは、上記のよう
に、データのｘ線源パスはこのφi平面における局所的
ＲＯＩの外部にある重畳する対象を通過しないという要
求によって決定される。結果的に、特に、ｚ軸が（この
紙の平面において）垂直軸である図３Ｂを参照すると、
Ｓiはこの局所的ＲＯＩの最上部エッジである曲線ＡＢ
上にあるので、「通過しない」ｘ線源パスは曲線ＡＢの
下方のφi平面にぶつかるｘ線源パスである。すなわ
ち、ビーム源Ｓの直交投影から下方に角度をなすｘ線源
パスである（図３ＢではＳはこの紙の上方に位置してい
ることに注意）。我々はこの種の長さ制限を有するライ
ン・セグメントを「ＲＯＩエッジ制限ライン・セグメン
ト」と呼ぶことにする。より正確には、φi平面におけ
るラドンデータに対して、この種のライン・セグメント
の上部端部はＲＯＩエッジ制限されており、下部端部は
データ結合制限されている。
【００２３】よって、Ｓにおいて検出されたコーンビー
ム画像における線積分の微分のデータを計算する場合、
この場合に計算されるいくつかのライン・セグメントは
データ結合制限され、他のライン・セグメントはＲＯＩ
エッジ制限される。CALCULATED HITLIST FOR REDUCING
RUN-TIME PROCESSINNG OF AN EXACT CONE BEAM RECONST
RUCTION ALGORITHMというタイトルの本発明の発明者の
米国特許５８６２１９８に記述されているラドン空間ド
リブンアプローチでは、ライン長さのこれらの相違は予
め計算されたデータベースに格納される。このデータベ
ースは、コーンビームデータの各セットにおいて計算さ
れる各ラインに対してライン長さデータを供給しラドン
データサンプルへの寄与を発生するためのルックアップ
テーブルとして又は「ヒットリスト（hitlist）」とし
て使用される。予め計算されたヒットリストの使用は必
要な信号処理を大幅にスピードアップするが、上記のラ
ドン空間ドリブンアプローチの欠点からまだ免れていな
い。
【００２４】本発明の発明者は、再構成処理中にライン
・セグメントの長さが制限されるようなやり方に従って
コーンビームデータにおいて形成されるライン・セグメ
ントをグループ分けする技術を開発した。以下の記述か
ら明らかになるが、本発明のグループ分けはデータ結合
マスクにおける地点Ｃ0によって決定されるので、この
新しい技術は画像再構成のための検出器ドリブンアプロ
ーチに適合するだけでなく、事実この検出器ドリブンア
プローチを容易にする。
【００２５】本発明の基本原理を理解するのに有用なジ
オメトリは図５に図示されている。
【００２６】このジオメトリはビーム源位置Ｓにおいて
生成されるラドン空間原点Ｏrを有するラドンシェルを
示す（ラドンシェルは直径ＯrＳを有する球面シェルで
あり、このラドンシェルは単一のビーム源位置Ｓにおい
て発生されうる全てのラドンデータのラドン空間におけ
る位置である。このラドンシェル及びこのラドンシェル
のラドン空間ドリブン画像再構成処理との関連の詳細を
理解するためには、本発明の発明の先行する米国特許５
２５７１８３を参照のこと。）。ビーム源位置Ｓを通過
する水平方向平面はサークルＧにおいてこのラドンシェ
ルと交差する。ジオメトリから示されていることは、ｚ
軸と同軸の各垂直平面φiはサークルＤiにおいてこのラ
ドンシェルと交差することであり、Ｄiは原点Ｏrを通過
し、このＤ iは地点ＰiにおいてサークルＧと交差し、さ
らにその直径としてライン・セグメントＯＰiを有する
ことである。（ｘ、ｙ）を検出器における座標系とし、
（ｘ、ｙ）原点はこの検出器の平面へのビーム源Ｓの直
交投影に配置されたＯdである。サークルＧはビーム源
Ｓを含むので、このビーム源は、この検出器のｘ軸に重
畳されたラインとしてサークルＧを検出器平面へと投影
する。Ｃiはｘ軸へのサークルＧ上の交差点Ｐiの投影を
示す。上記の米国特許５２５７１８３に詳細に記述され
ているように、サークルＤi上の、すなわち平面φ＝φi
上のラドンデータは地点Ｃiと交差する検出器上の複数
のラインに対する線積分の微分を計算することによって
決定される。このような複数のラインは図５において破
線で示されている。従って、この同一のビーム源位置に
おいて他のφ平面のラドンデータの寄与は、φ平面交差
点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3及び相応する地点Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3を通過
する複数のラインにおけるコーンビームデータの処理に
よって示されているように同様のやり方で計算される。
【００２７】よって、図５は２つの非常に重要な事実を
示している： １）ｘ軸上の地点とラドンデータが存在するφ平面上の
地点との間には１対１対応が存在する。すなわち、各地
点Ｃiは唯一のφi平面上のラドンデータのうちのいくつ
かを決定する。
【００２８】２）φiからＣiへのマッピングは単調であ
る。すなわち、ｘ軸上のある地点Ｃiに対して、右側の
全ての地点はφiのより低い値に相応し、左側の全ての
地点はより高い値に相応する。図示された実施形態で
は、φiはｚ軸を中心にして反時計回り方向で測定され
る。
【００２９】これらの事実は次のことを可能にし、実用
ならしめる。すなわち、ライン・セグメントが制限され
た長さを有するやり方に従って、コーンビームデータの
各セットにおいて線積分の微分の計算が実施されるライ
ン・セグメントをグループ分けすることを可能にし、実
用ならしめる。より特定すれば、本発明の原理に従っ
て、地点Ｃ0が各ビーム源位置で収集されたコーンビー
ムデータのｘ軸上に決定される。この地点Ｃ0は、どの
ようにライン・セグメントの長さが制限されるべきかに
従ってライン・セグメントの２つの異なるグループを定
める位置をマークする。
【００３０】従って、図６は画像再構成ジオメトリの一
部分のトップビューを示し、サークル６０２は対象を示
し、サークル６０４はｘ線源Ｓによって通過されるスパ
イラルパスを示す。スタートビーム源位置Ｓ0は走査パ
スサークル６０４上にマークされている。図２の先の記
述に従って、正確な画像再構成を提供し画像アーチファ
クトを回避するために、走査パスの平行投影が最小限で
もこの対象の局所的ＲＯＩの外部で開始され終了されな
ければならない。従って、ライン６０６はサークル６０
４に接するように（つまり、走査パス１４の外側エッジ
に接触するように）ビーム源位置Ｓ0からスタートする
ように図示されている。ライン６０６と直交に交差する
ラドン空間φ平面は６０８として示されたラドン空間φ
0平面を定める。
【００３１】以下の分析は、開始ビーム源位置Ｓ0から
スタートしこの開始ビーム源位置Ｓ0を含む、あるビー
ム源位置Ｓiで収集されるデータにおいて地点Ｃiをいか
に決定するのかを記述する。最初に、ビーム源Ｓの反時
計回り回転を仮定し、走査パスサークル６０４上のビー
ム源位置Ｓiをマークする。次に、ビーム源位置Ｓiを通
過しライン６０６に平行するライン６１０を書く。それ
ゆえ、このライン６１０ラドン空間φ0平面６０８に対
して直交関係を持つ。次いで、Ｃ0はビーム源位置Ｓiに
おけるコーンビームデータを収集する検出器平面のｘ軸
（つまり、ビーム源位置Ｓiから対象サークル６０２の
原点Ｏへの破線で示されたラインに対して直交関係を持
つ検出器平面６１２）の上の地点として定められる。こ
の検出器平面６１２はライン６１０と交差する。このＣ
0は図５に示した上記のＣ0に相応する。そして、このＣ
0は、本発明の原理では、ライン・セグメントの長さ制
限のやり方に従って、画像再構成処理中にコーンビーム
データにおいて形成されるライン・セグメントをグルー
プ分けするのに使用される。このやり方で、全てのビー
ム源位置Ｓに対するＣ0の位置が決定される。（上記の
分析において仮定された反時計回りはビーム源回転の反
対の方向に対して容易に修正できる。）φ0平面すぐ前
方及び後方にあるφ平面に対する地点Ｃ0の位置の決定
は図６においてはそれぞれ地点Ｃ+及び地点Ｃ-として示
されている。
【００３２】本発明に従って画像再構成処理を補助する
ために地点Ｃ0を使用する様々な方法を詳細に記述する
前に、本発明をさらに理解してもらうために、図７Ａ、
７Ｂ、７Ｃを参照する。これらの図は、図６の３つのラ
ドン空間φ平面、すなわちφ 0平面６０８及びこのφ0平
面６０８のそれぞれ前方（φ+）及び後方（φ-）にある
φ平面に対して、ビーム源位置Ｓ0及びＳiにおけるＲＯ
Ｉの表示へのスパイラルパスの平行投影を示す。φ平面
の各々へのスパイラルパスの平行投影は図７Ａ、７Ｂ、
７Ｃにおいてそれぞれ正弦波状曲線７０２，７０４，７
０６の形式で示されている。これらの正弦波状曲線７０
２，７０４，７０６の位相は特定のφ平面の角度配向に
依存している。図６に図示されているように、ライン６
０６は走査パスサークル６０４に接しているので、図７
Ａの開始ビーム源位置Ｓ0はサークル６０４の投影のエ
ッジを接触する曲線７０２の最上部ターンの開始地点に
存在する。図６に図示されているように、走査パス６０
４に接しφ0平面と交差するライン６２２は図７Ａのビ
ーム源位置ＳBの位置をマークする。ビーム源位置ＳBの
後で走査パスにおいてビーム源位置Ｓiが現れるので、
曲線７０２の次に低いターンにおいてこのビーム源位置
Ｓiが必然的に存在する。注意すべきことは、対象サー
クル６０２の外部を通過する実線６１０の位置に従っ
て、ビーム源位置ＳiもＲＯＩ７０８の外部に存在する
ことである。よって、（ラドン空間ドリブン再構成処理
のために）φ0平面に対する線積分データを計算する場
合又は（検出器ドリブン再構成処理のために）ラドン空
間φ0平面を表す線積分データを計算する場合には、ビ
ーム源位置Ｓ0がスパイラル走査パスの最上部フルター
ンに存在するので、ビーム源位置Ｓ0のようなこのター
ン上のビーム源位置において収集されたコーンビームデ
ータにおける線積分データの計算は、ＲＯＩエッジ制限
ライン・セグメントＬを使用する必要がある。しかる
に、ビーム源位置Ｓiのような次のフルπターンにおけ
るビーム源位置で収集されたコーンビームデータにおい
て計算されるライン・セグメントＬは、データ結合制限
される。
【００３３】（φ+平面を示す）図７Ｂでは、ビーム源
位置Ｓ0及びＳiを通過しφ+平面に対して直交である図
６の破線ライン６１４及び６１６から明らかなように、
ビーム源位置Ｓ0は曲線７０４の部分的最上部ターンに
存在し、ビーム源位置Ｓiは曲線７０４の第２のフルタ
ーン（つまり、アークの第２のフルπラジアン）に存在
する。従って、ビーム源位置Ｓ0からスタートして、曲
線７０４のこの部分的最上部ターンと交差する平面に相
応するライン・セグメントＬの端部点を決定することが
できない。曲線７０４の最上部フルπターンのビーム源
位置で収集されるコーンビームデータにおける線積分デ
ータはＲＯＩエッジ制限ライン・セグメントＬを使用す
る必要がある。そして、ビーム源位置Ｓiのような曲線
７０４の第２のフルπターンのビーム源位置で収集され
るコーンビームデータにおいて計算されるライン・セグ
メントＬはデータ結合制限される。
【００３４】（φ-平面を示す）図７Ｃでは、ビーム源
位置Ｓ0及びＳiを通過しφ-平面に対して直交である図
６の破線ライン６１８及び６２０から明らかなように、
ビーム源位置Ｓ0は曲線７０６の第１のフルπターンに
存在する。図２に関連して記述したように、ＲＯＩの上
部端部及び下部端部における走査パス投影の範囲は完全
に撮像領域とクロスしなくてはならない。つまり、ＲＯ
Ｉの上部端部及び下部端部における走査パス投影の範囲
はフルπ角度範囲を有する。この場合、明らかにビーム
源位置Ｓ0は曲線７０６の部分的ターン上にあり、それ
ゆえビーム源位置Ｓ0からのデータもこの部分的曲線上
の他のいかなるビーム源位置からのデータもφ-平面の
線積分データの計算に使用できない。しかし、ビーム源
Ｓiは曲線７０６の次に低いターンに存在する。曲線７
０６のこのセグメントは今やフルπ角度範囲を有する最
上部曲線に相応し、そのデータは線積分データの計算に
使用できる。よって、φ-平面に対してはビーム源位置
Ｓiで収集されるコーンビームデータにおいて計算され
るライン・セグメントＬはＲＯＩエッジ制限ライン・セ
グメントＬとなり、曲線７０６の次に低いフルターンに
おいては、このターン上に位置するビーム源位置で収集
されるコーンビームデータにおいて計算されるライン・
セグメントＬはデータ結合制限される。
【００３５】図７Ｂ及び７Ｃから明らかなように、コー
ンビームデータにおいて線積分の微分を計算する場合に
は、いくつかのビーム源位置においてライン・セグメン
トのいくつかは長さを持たない。他方で、他のライン・
セグメントはＲＯＩエッジ制限されるか又はデータ結合
制限される。この効果は容易に図８を参照することによ
って示される。この図８はビーム源走査パスジオメトリ
の最初と最後のフル２π（３６０゜）ターンを示す。上
記の記述から明らかなように、スパイラル走査パスの最
初の又は最後のフル２π（３６０゜）ターンのビーム源
位置だけが局所的ＲＯＩを定める正弦波状曲線の最上部
ターン又は最下部ターンにおいて現れる。より特定すれ
ば、走査パスの最初のフルπターンに相応するセクショ
ン”ａ”において、Ｃ0（Ｃ0は本発明により計算され
る）の左側のライン・セグメントＬを使用して決定され
るラドン微分データは（このライン・セグメントＬは長
さゼロを有するので）計算されない。他方で、Ｃ0の右
側のライン・セグメントＬを使用して決定されるラドン
微分データはＲＯＩエッジ制限ライン・セグメントを使
用して計算される。後述する図１２Ａは画像再構成処理
のためのフィルタード・バックプロジェクションアプロ
ーチにおいて本発明のこの局面を適用することを図示し
ている。ＲＯＩのトップの近傍の走査パスの次のフルπ
ターンに相応するセクション”ｂ”において、Ｃ0の右
側のライン・セグメントＬを使用して決定されるラドン
微分データはＲＯＩエッジ制限されるライン・セグメン
トＬを使用して計算される。他方で、Ｃ0の左側のライ
ン・セグメントＬを使用して決定されるラドン微分デー
タはデータ結合制限ライン・セグメントを使用して計算
される。後述する図１２Ｂは画像再構成処理のためのフ
ィルタード・バックプロジェクションアプローチにおい
て本発明のこの局面を適用することを図示している。も
ちろん、ＲＯＩのボトムの近傍の走査パスの最後のフル
２πターンは、最初のフル２πターンに対する上記の画
像再構成処理に類似した画像再構成処理を必要とする。
しかし、図８のセクションａ及びｂは適当にリバースさ
れる。
【００３６】図９、１０及び１１、１２は、それぞれラ
ドン空間ドリブンアプローチ及び検出器ドリブンアプロ
ーチにおける画像再構成処理のための、上記のような本
発明の原理によるコーンビームデータの収集されたセッ
トにおいて形成されるラインのグループ分けを図示す
る。
【００３７】最初に図９を参照すると、スパイラルパス
の第２のフルπターン中に得られる所与のビーム源位置
Ｓi（つまり、図８のセクション”ｂ”における地点）
において収集されるコーンビームデータのセット９００
が示されている。地点Ｃ0は図６に関連して記述された
手順を使用するデータのｘ軸上にマークされている。次
に、このデータに適当なデータ結合マスク９０２を適用
し、次いで線積分の微分の計算が収集されたコーンビー
ムデータにおいて形成される特定のラインにおいて実施
されるように準備される。線積分の微分の計算は本明細
書の図４及び図５に記述されているし、より詳細に本発
明の発明者の以前の米国特許５７４８６９７に記載され
ている。しかし、本発明によれば、地点Ｃ0がデータの
ｘ軸上にマークされるやいなや、地点Ｃ0の一方の側で
ｘ軸と交差する全てのライン・セグメントの両方の端部
がマスク９０２の上部境界線及び下部境界線によって決
定される（つまり、データ結合制限）。そして（現在の
ビーム源位置がＲＯＩの下部エッジに近いか又は上部エ
ッジに近いかに依存して）地点Ｃ0の他方の側でｘ軸と
交差する全てのライン・セグメントの一方の端部が、こ
のマスクの上部境界線又は下部境界線のうちの１つによ
って決定される。さらに、この地点Ｃ0の他方の側でｘ
軸と交差する全てのライン・セグメントの他方の端部が
このマスクのｘ軸によって決定される（つまり、ＲＯＩ
エッジ制限）。こうして、本発明の装置によって、サー
クル走査はＲＯＩのトップエッジ及びボトムエッジにお
いて必要とされない。画像再構成処理の残りの部分は、
例えば上記の米国特許５７４８６９７に詳しく記載され
ているような従来技術を使用できる、又は、REDUCTIONO
F HITLIST SIZE IN SPIRAL CONE BEAM CT BY USE OF LO
CAL RADON ORIGINSというタイトルの本発明の発明者の
米国特許出願０８/９４０４８９に記述されているよう
な、ラドン空間ドリブンデータ処理の複雑度をさらに低
減するために予め計算された「ヒットリスト」を使用す
ることができる。
【００３８】図１０はライン・セグメントＬに対する回
転操作を使用して線積分の微分の計算が実施される場合
の本発明の使用を図示している。図９に対して記述され
たやり方と類似のやり方で、地点Ｃ0の一方の側でｘ軸
と交差する全てのライン・セグメントの両方の端部がマ
スク１０００の上部境界線及び下部境界線によって決定
される。そして（現在のビーム源位置がＲＯＩの下部エ
ッジに近いか又は上部エッジに近いかに依存して）地点
Ｃ0の他方の側でｘ軸と交差する全てのライン・セグメ
ントの一方の端部が、このマスクの上部境界線又は下部
境界線のうちの１つによって決定される。さらに、この
地点Ｃ0の他方の側でｘ軸と交差する全てのライン・セ
グメントの他方の端部が、このマスクのｘ軸によって決
定される。
【００３９】図１１及び１２に示されている、検出器ド
リブン画像再構成アプローチへの本発明の適用は、本発
明のとりわけ有利な実施形態である。より特定すれば、
このアプローチでは、フィルタード・バックプロジェク
ション（ＦＢＰ）コーンビーム画像再構成技術が使用さ
れる。これはKudo,I and Saito,Tによる”Derivationan
d Implementation of a Cone-Beam Reconstruction Alg
orithm for Nonplanar Orbits”,IEEE Trans.Med.Ima
g.,MI-13(1994)169-211という論文及び本発明の発明者
の上記の米国特許出願シリアル番号０９/０５２２８１
に記述されている。
【００４０】簡潔に説明すると、図１１Ａ及び１１Ｂに
よって図示されているＦＢＰ再構成技術は、ビーム源位
置Ｓiの各々において収集されるコーンビームデータを
処理する次のステップから成る： １． 複数の角度θの各々において検出器平面１００で
収集されたコーンビーム画像の１次元（１Ｄ）投影（す
なわち線積分）を計算する。このステップは、図１１Ａ
において、複数の角度θのうちの所与の角度θ1に対し
て示されている。１次元投影１０２は座標ｒ，θ1に示
されており、この座標ｒ，θ1、は角度θ1に対する法線
である複数の互いに平行なラインＬ（ｒ，θ）に沿って
検出器平面１００におけるコーンビーム画像１０４の積
分された値を有し、それぞれのラインＬは、原点Ｏから
増分距離ｒに位置する。一般的に、検出器平面１００が
Ｎ×Ｎ個の画素アレイから成る場合、角度θの数は、典
型的にはπＮ／２により与えられる。
【００４１】２． ｄ／ｄｒフィルタによりそれぞれの
１次元（１Ｄ）投影１０２をフィルタリングし、この結
果、図１１Ａの角度θ1に対する微分投影１０６によっ
て示されているような、ｒ，θ座標の各々における新し
い値のセットが形成される。注意すべきことは、これら
のｒ，θ座標において得られる値は、ラドン空間ドリブ
ン画像再構成処理に記述されたように、積分平面Ｑ
（ｒ，θ）対するラドン微分に比例する品質をもたらす
ことである。
【００４２】３． 図１１Ｂに図示されているように、
次のステップは、それぞれの角度θから、（検出器平面
１００と一致する）２次元（２Ｄ）対象空間１０７内に
微分投影１０６をバックプロジェクションすることを含
む。このステップは、ライン１０８はこのバックプロジ
ェクションを表し、各々のｒ座標からの値を、各々のθ
に対して法線方向に２次元（２Ｄ）空間１０７内に拡げ
る。注意すべきことは、この２次元（２Ｄ）対象空間１
０７が仮想検出器に相応するサイズを有し、この仮想検
出器は対象のＲＯＩ全体を被覆するように（図１の検出
器１２に比べて）拡大されていることである。この２次
元（２Ｄ）対象空間１０７の拡大は図１３に図示されて
いる。この拡大は、計算されたラドンデータがデータ結
合マスクにより表される部分平面だけでなくＱ平面全体
の再構成に影響するので必要である。
【００４３】４． ステップ３により２次元（２Ｄ）空
間１０７に形成されたバックプロジェクション画像の１
次元（１Ｄ）ｄ／ｄｔフィルタリングを行う。この１次
元（１Ｄ）フィルタリングは、ｔ個の地点が走査パスの
投影の方向にある走査パスの方向において行われる。
【００４４】５． ３次元（３Ｄ）対象容積体１１２内
の複数のサンプル地点Ｐへと２次元空間１０７から（す
なわち、検出器内のそれぞれの画素から）結果的に得ら
れるデータの重み付け３次元（３Ｄ）バックプロジェク
ションを行う。各地点Ｐに割当てられた密度は、このサ
ンプル地点とＸ線源の位置との間の距離の２乗の逆数に
より重み付けされる（前述のKudoの論文の式（５９）を
参照）。
【００４５】ＦＢＰ画像再構成技術の本発明の適用が走
査パスの第１の及び第２のフルπターンにおけるビーム
源位置に対して図１２Ａ及び１２Ｂに示されている。図
１２Ｂでは、所与のビーム源位置Ｓiのにおいて収集さ
れたコーンビームデータのセットにおいて、地点Ｃ0が
ｘ軸上にマークされている。地点Ｃ0をマークするため
の技術は、図９において記述したのと同じである。次
に、適切なデータ結合マスク１２０２がコーンビームデ
ータに適用され、複数のラインＬが図１１Ａのステップ
１によって収集されたコーンビームデータの各々のセッ
ト１２００において形成される。本発明の原理によれ
ば、ライン・セグメントＬの端部点（従って長さ）が図
９において記述されたのと同一のやり方で決定され、こ
の結果、Ｃ0の右側でｘ軸とクロスする全てのライン・
セグメントがＲＯＩエッジ制限され、Ｃ 0の左側でｘ軸
とクロスする全てのライン・セグメントがデータ結合制
限される。この後で、ライン・セグメントＬは、対象の
ＲＯＩの３次元画像再構成を行うことに対する図１１Ａ
及び１１Ｂにおいて簡略に記述したように及び本発明の
発明者の上記の米国特許出願シリアル番号０９/０５２
２８１により詳細に記述されているように処理される。
同様に、図１２Ａに示されているように、走査パスの第
１のフルπターン上のビーム源位置で収集されたコーン
ビームデータは、地点Ｃ0の右側でｘ軸とクロスする全
てのライン・セグメントＬに対してＲＯＩエッジ制限ラ
イン・セグメントを有し、さらに、Ｃ0の左側でｘ軸と
クロスする全てのライン・セグメントＬに対して長さゼ
ロを有する。再び、ここで注意すべきことは、検出器ド
リブン画像再構成アプローチにおいても、本発明の装置
によって、サークル走査はＲＯＩのトップエッジ及びボ
トムエッジにおいて必要ないということである。
【００４６】こうして、ライン・セグメントＬの長さを
どのようにして制限すべきかに従って収集されたコーン
ビームデータにおいて形成されるこれらのライン・セグ
メントＬをグループ分けすることによって、トップ及び
ボトムサークル走査の必要なしに正確な画像再構成を行
うための新しい３次元ＣＴイメージング方法及び装置が
示され、記述された。しかし、本発明の多くの変化、修
正、変形及び他の使用及び適用は、当業者にとってはこ
の明細書及び図面を考察することによって明瞭である。
例えば先に述べたように、本発明はラドン空間ドリブン
及び検出器ドリブン画像再構成処理の両方に使用され
る。さらに走査パスは不均一なピッチ及び他の変形を有
してもよい。本発明の全てのこのような変化、修正、変
形及び他の使用及び適用は本発明によってカバーされ
る。本発明は上記の記述から解釈される請求項によって
のみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理によるコーンビームデータを収集
し、この収集されたコーンビームデータを処理するため
に有用な、コーンビームｘ線源を有する３次元イメージ
ング装置を示す。
【図２】画像再構成の局所的ＲＯＩ技術を理解するのに
有用な、φ平面におけるビーム源スパイラル走査パスの
平行投影を示す。
【図３】２つの異なるφ平面に対する図２の投影のトッ
プ及び側面図を示す。
【図４】本発明の原理によるコーンビームデータを処理
するために有用なデータ結合マスクを示す。
【図５】本発明の基本原理を理解するのに有用なジオメ
トリを示す。
【図６】図５に示された画像再構成ジオメトリのトップ
の図を示す。
【図７】７Ａ、７Ｂ及び７Ｃは各々図６に図示された３
つのラドン空間φ平面のそれぞれの平面に対するＲＯＩ
の表示に対するスパイラル走査パスの平行投影を示す。
【図８】図７を理解するのに有用な、図６に示された画
像再構成ジオメトリの一部分を示す。
【図９】画像再構成のためのラドン空間ドリブンにおい
て使用される、本発明の原理によるコーンビームデータ
の収集されたセットにおいて形成されたラインのグルー
プ分けを示す。
【図１０】画像再構成のためのラドン空間ドリブンアプ
ローチにおいて使用される、本発明の原理によるコーン
ビームデータの収集されたセットにおいて形成されたラ
インのグループ分けを示す。
【図１１】画像再構成のための３次元バックプロジェク
ションアプローチを示す。
【図１２】図１１に図示された画像再構成のための３次
元バックプロジェクションアプローチにおいて使用され
る、本発明の原理によって、イメージングされる対象の
周りのトップ走査パスの近傍のビーム源位置において収
集されたコーンビームデータのセットにおいて形成され
たラインのグループ分けを示す。
【図１３】図１１に図示された画像再構成のための３次
元バックプロジェクションアプローチのため仮想検出器
を示す。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放射線エネルギのコーンビーム源を利用
    して対象の関心領域（ＲＯＩ）の３次元コンピュータラ
    イズドトモグラフィックイメージングを行うための方法
    において、該方法は以下のステップを有する、すなわ
    ち、 前記対象のＲＯＩを囲みかつ前記コーンビーム源によっ
    て通過される走査パスとしてビーム源走査軌道を定める
    ステップと、 前記ビーム源が前記走査パスを通過する際に該走査パス
    に沿った複数のビーム源位置から前記対象に向かって前
    記放射線エネルギを供給するために、エリア検出器に対
    して相対的に固定された前記コーンビーム源を利用し、
    該ビーム源及び前記検出器の両方が前記対象に対して相
    対的に可動に位置決めされており、前記供給により前記
    エリア検出器は前記ビーム源位置の各々において前記対
    象の個々の部分に相応するコーンビーム投影データを収
    集するステップと、 マスキングされる前記データを収集したビーム源位置の
    それぞれ上方及び下方にある前記ビーム源走査パスの部
    分の検出器の平面へのコーンビーム投影により形成され
    る上部及び下部境界線を有するマスクによって前記ビー
    ム源位置の各々において収集された前記コーンビーム投
    影データをマスキングするステップと、 前記ビーム源位置の各々において収集されたマスキング
    されるコーンビーム投影データにおいて形成される複数
    のライン・セグメントＬの各々に対するデータを計算
    し、前記マスクは前記複数のライン・セグメントＬを別
    個のグループに分割するためにこの計算ステップの間に
    使用され、前記グループの各々はこのグループの前記ラ
    イン・セグメントＬの長さを制限するための異なる技術
    を有するステップと、 前記対象のＲＯＩの３Ｄ画像を再構成するために上記の
    ように前記マスクによって決定される長さを有する前記
    ライン・セグメントＬに対して計算されたデータを再構
    成処理するステップとを有する、放射線エネルギのコー
    ンビーム源を利用して対象の関心領域（ＲＯＩ）の３次
    元コンピュータライズドトモグラフィックイメージング
    を行うための方法。
  2. 【請求項２】 局所的ＲＯＩのトップエッジ及びボトム
    エッジの近傍で収集されたコーンビームデータにおいて
    形成されるライン・セグメントＬを処理する際に、計算
    ステップは前記マスクを使用して前記ライン・セグメン
    トＬを第１のグループ及び第２のグループに分割し、 前記第１のグループは前記マスクの上部境界線及び下部
    境界線によって決定される前記ライン・セグメントＬの
    両方の端部点を有し、 前記第２のグループは前記マスクの上部境界線又は下部
    境界線のうちの１つによって決定される前記ライン・セ
    グメントＬの端部点のうちの一方の端部点を有し、前記
    ライン・セグメントＬの他方の端部点は前記マスクの軸
    によって決定される、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 計算ステップは、前記ライン・セグメン
    トＬの各々に対する線積分データを計算する、請求項１
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 計算ステップは、前記ライン・セグメン
    トＬの各々に対する線積分データの微分を計算する、請
    求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 計算ステップは、複数のライン（ｒ,
    θ）の各々に沿って間隔をおいて配置される複数の前記
    ライン・セグメントＬに対する線積分の微分を計算し、
    前記ラインの各々は検出器において定められた座標系に
    関して異なる角度位置（θ）を有する、請求項４記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 計算ステップは、データを収集したビー
    ム源位置の投影と交差するマスクににクロスする軸線上
    の地点（Ｃ0）を決定するためのステップを含む、請求
    項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記計算ステップ中に、Ｃ0の一方の側
    で前記軸線とクロスするマスキングされたコーンビーム
    データにおいて形成される前記ライン・セグメントＬは
    １つの技術を使用して制限された長さを有し、Ｃ0の他
    方の側で前記軸線とクロスするマスキングされたコーン
    ビームデータにおいて形成される前記ライン・セグメン
    トＬはもう１つの技術を使用して制限された長さを有す
    る、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記１つの技術はマスクの上部境界線及
    び下部境界線を使用してライン・セグメントＬの両方の
    端部点を決定することを有し、前記もう１つの技術は、
    前記マスクの上部境界線又は下部境界線のうちの１つを
    使用してライン・セグメントＬの端部点のうちの一方の
    端部点を決定し、さらに前記ライン・セグメントＬの他
    方の端部点は前記マスクの軸線を使用して決定される、
    請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記計算ステップは、前記ライン・セグ
    メントＬの各々に対する線積分の微分データを計算し、 前記再構成処理ステップは、ラドン空間において微分デ
    ータをアキュムレートすること及び対象のＲＯＩの画像
    を再構成するためにアキュムレートされたラドンデータ
    の逆変換処理を含む、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記計算ステップは、前記ライン・セ
    グメントＬの各々に対する線積分の微分データを計算
    し、 前記再構成処理ステップは、複数の前記ライン・セグメ
    ントＬに対して計算された線積分の微分を検出器平面に
    相応する２次元空間に２次元バックプロジェクションす
    ること及び該２次元バックプロジェクション結果を３次
    元空間に３次元バックプロジェクションすることを含
    み、これによって対象のＲＯＩの３次元画像を再構成す
    る、請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 計算ステップは、前記ライン・セグメ
    ントＬの各々の一方端部点に関する小さい角度回転を使
    用して各ライン・セグメントＬの各々の側に隣接するラ
    イン・セグメントを形成すること、各々このような隣接
    するライン・セグメントに対する線積分を計算すること
    及び前記計算された線積分を互いに減算することによっ
    て前記線積分の微分を計算する、請求項５記載の方法。
  12. 【請求項１２】 計算ステップは、前記ライン・セグメ
    ントＬの各々からの小さい垂直シフトを使用して各ライ
    ン・セグメントＬの各々の側に対して平行なライン・セ
    グメントを形成すること、各々このような平行なライン
    ・セグメントに対する線積分を計算すること及び前記計
    算された線積分を互いに減算することによって前記線積
    分の微分を計算する、請求項５記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ビーム源走査軌道は対象のＲＯＩを囲
    むスパイラル走査パスとして定められる、請求項１記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】 ２次元バックプロジェクションステッ
    プの完了した後で、１次元ｄ/ｄｔフィルタリングステ
    ップが、走査パスの投影方向におけるラインに沿って前
    記２次元空間における結果に対して実施される、請求項
    １０記載の方法。
  15. 【請求項１５】 ３次元バックプロジェクションステッ
    プは、３次元対象容積体内の複数のサンプル地点へと前
    記ラインに沿って離散地点において１次元ｄ/ｄｔフィ
    ルタリング結果の重み付け３次元バックプロジェクショ
    ンを行うことを含む、請求項１３記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ３次元対象容積体内の各々のサンプル
    地点に割り当てられる重みは、この３次元容積体内の各
    サンプル地点とコーンビーム源の位置との間の距離の２
    乗の逆数である、請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ２次元バックプロジェクションステッ
    プは、計算された線積分の微分を、エリア検出器の高さ
    よりも大きい高さを有する検出器の平面の仮想２次元空
    間へと２次元バックプロジェクションすることを含む、
    請求項１０記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記仮想２次元空間の高さは対象のＲ
    ＯＩの撮像領域全体を被覆するのに充分である、請求項
    １７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 放射線エネルギのコーンビーム源を利
    用して対象の関心領域（ＲＯＩ）の３次元コンピュータ
    ライズドトモグラフィックイメージングを行うための装
    置において、該装置は、 コーンビーム放射線エネルギ源を有し、 前記対象のＲＯＩを囲みかつ前記ビーム源及び検出器に
    よって通過される走査パスとしてビーム源走査軌道を設
    けるためのマニピュレータを有し、 前記ビーム源が前記走査パスを通過する際に該走査パス
    に沿った複数のビーム源位置から前記対象に向かって前
    記放射線エネルギを前記ビーム源が供給するようにさせ
    るための手段を有し、このエリア検出器は前記ビーム源
    位置の各々において前記対象の個々の部分に相応するコ
    ーンビーム投影データを収集し、 画像再構成プロセッサを有し、該画像再構成プロセッサ
    は次のことのために使用される、すなわち、 前記ビーム源位置の各々において収集された前記コーン
    ビーム投影データにマスクを適用し、該マスクはマスキ
    ングされる前記データを収集したビーム源位置のそれぞ
    れ上方及び下方にある前記ビーム源走査パスの部分の検
    出器の平面へのコーンビーム投影により形成される上部
    及び下部境界線を有し、 前記ビーム源位置の各々において収集されたマスキング
    されるコーンビーム投影データにおいて形成される複数
    のライン・セグメントＬの各々に対するデータを計算
    し、前記マスクは前記複数のライン・セグメントＬを別
    個のグループに分割するためにこの計算ステップの間に
    使用され、前記グループの各々はこのグループにおける
    前記ライン・セグメントＬの長さを制限するための異な
    る技術を有し、 前記対象のＲＯＩの３Ｄ画像を再構成するために上記の
    ように前記マスクによって決定される長さを有する前記
    ライン・セグメントＬに対して計算されたデータを再構
    成処理することのために、前記画像再構成プロセッサは
    使用される、放射線エネルギのコーンビーム源を利用し
    て対象の関心領域（ＲＯＩ）の３次元コンピュータライ
    ズドトモグラフィックイメージングを行うための装置。
  20. 【請求項２０】 走査パスは縦軸を有し、地点Ｃ0は次
    のことによって決定される、すなわち、 ａ）走査パス（６０４）に接しかつ該走査パス（６０
    ４）の前記縦軸に垂直な第１のライン（６０６）を書
    き、 ｂ）該第１のラインに対して平行でかつマスキングされ
    るデータを収集したビーム源位置（Ｓi）を通過する第
    ２のラインを書き、 ｃ）該第２のラインが検出器（６１２）と交差する地点
    を前記地点地点Ｃ0として定めることによって地点Ｃ0は
    決定される、請求項６記載の方法。
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