JP2001112748A - 螺旋状の相対運動を伴うコンピュータトモグラフィ方法 - Google Patents

螺旋状の相対運動を伴うコンピュータトモグラフィ方法

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JP2001112748A
JP2001112748A JP2000281963A JP2000281963A JP2001112748A JP 2001112748 A JP2001112748 A JP 2001112748A JP 2000281963 A JP2000281963 A JP 2000281963A JP 2000281963 A JP2000281963 A JP 2000281963A JP 2001112748 A JP2001112748 A JP 2001112748A
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radiation
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Per-Erik Danielsson
ダニエルソン パー−エリック
Henrik Turbell
トゥールベル ヘンリック
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、円錐形の放射ビームと検査領域との間で螺旋
状の相対運動が行われる間、この放射ビームが検査領域
を横切るコンピュータトモグラフィ方法に関する。復元
はフィルタリングされた逆投影によって行われ、このフ
ィルタリング処理は、検査領域内の少なくともほぼ同じ
表面からのボクセルの異なる投影から生じる測定値を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射線源から発せ
られ、検査領域又は該領域に位置する対象物を横切る円
錐形の放射ビームを生成するステップと、前記放射線源
と前記検査領域又は前記対象物との間に、回転軸を中心
とした回転と前記回転軸に平行な変位とを有する螺旋形
状の相対運動を生成するステップと、前記相対運動の間
に、検出器ユニットを用いて、前記検査領域への前記放
射ビームの強度に依存する測定値を得るステップと、測
定データの多数のグループを形成するように前記測定値
を編集するステップと、異なるサブグループの測定デー
タに行われるフィルタリング処理を含み、編集により形
成された前記グループの前記測定データをフィルタリン
グするステップと、異なるグループの前記フィルタリン
グされた測定データの逆投影により検査領域のボクセル
での吸収を復元するステップとを有するコンピュータト
モグラフィ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種類のコンピュータトモグラフィ方
法は、PCT/IB９９／０００２７（出願人整理番号PHQ９
８-０２０）から既知である。編集は、回転軸を含む平
面内に存在する平坦且つ矩形の検出器が、検出器面に垂
直でこの回転軸に平行な扇形ビームを発し螺旋状の弧に
沿って移動する放射線源の測定データを検出する場合に
生じる放射線に関連する測定データのグループを生成す
る。平行の扇状ビームに属する全ての測定データは、複
数のサブグループで構成されるグループを形成する。各
サブグループは、共通のフィルタリング処理が行われ
（仮想）検出器の水平列に関連する測定データを有す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】フィルタリングされた
測定データから逆投影により作り出されるＣＴ画像が高
品質であるもかかわらず、そのような画像は、依然とし
て画像偽信号を含むことがある。特に、円錐形の放射ビ
ームが、回転軸に垂直又は平行な方向に関して大きい開
口角を有する場合に、画像偽信号を含む。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 本発明は、上記の方法
でさらに画質を向上させることを目的とする。この目的
は、サブグループへの細分割が、異なるサブグループの
前記測定データを、前記検査領域内の少なくとも略同じ
表面からのボクセルの異なる投影から生じさせることに
より達成される。
【０００５】各グループの測定データは、所与の投影方
向のビーム経路に存在する全てのボクセルの投影を含
む。これらのボクセルの一部は、各サブグループの（共
通の）フィルタリング処理が行われる測定データに属し
ている。既知の方法によれば、共通のフィルタリング処
理が行われる測定データが属しているボクセルの集合体
は、或る投影から別の投影に変化する。本発明は、既知
の方法に含まれる画像偽信号がこのような連続的に変化
する集合体から生じるという洞察に基づく。本発明によ
れば、多様なグループの測定データ又は異なる投影に対
するフィルタリング処理は、いつも、少なくともほぼ、
検査される対象物の同じボクセルの投影から生じる測定
データを含む。それ故に、画質が向上する。
【０００６】フィルタリング処理がいつも同じボクセル
に対して異なる投影から生じる測定データを含むように
このフィルタリング処理を実行するという方法に基づい
ている本発明の原理は、プリアンブルの上記の方法に対
してのみ有効なものではない。請求項２に開示されてい
る、互いに平行且つ回転軸に平行な面に位置する放射線
に関連する測定データのグループを形成するように編集
処理が行われるというバージョンにおいても、非常に有
利に使用することができる。
【０００７】請求項２に規定される表面に、異なる方向
から放射線が投影される場合、検出器ユニットへの投影
は、通常、もはや直線は描かず、やや細長い面を描く。
請求項３に記載された他の実施例においては、前記面を
近似する（曲）線に沿って１次元フィルタリングのみが
行われても、画像偽信号はかなり抑制される。
【０００８】しかしながら、請求項４によれば、一次元
のフィルタリング処理は、前記表面を近似する直線に沿
って実行される。それ故に、画質も向上する。
【０００９】請求項５に開示される好ましい実施例で
は、各ボクセルが円錐形の放射ビームに入りこの放射ビ
ームから出るまでに、放射線源と検出器ユニットは（関
連するボクセルから見て）各ボクセルを中心に丁度１８
０°の角度をなしている。
【００１０】先ず、検査領域での吸収分布を三次元的に
復元し、次いで、そこから任意の２次元的な層内の吸収
分布を抽出することにより、最高の画質を得ることがで
きる。しかしながら、請求項６に記載される実施例で
は、先ず、共通のフィルタリング処理が行われるボクセ
ルが位置する表面を近似する平坦な層で、２次元的な復
元が起こなわれる。三次元の復元から得られる画像の品
質は、関連する層の画像の品質ほど良いものではない。
請求項６に記載される方法は、回転軸に対して変化する
複数の（２次元の）層に対し繰り返し行われることもで
き、ここから、三次元の領域を（低画質で）復元するこ
とができる。このこと自体は、WO９８／４４８８４７か
ら知られている。
【００１１】請求項７には、本発明の方法を実行するコ
ンピュータトモグラフが記載されている。
【００１２】本発明は、図面を参照しながら以下に詳細
に記述される。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に示すコンピュータトモグラ
フは、z方向に延在する回転軸１４を中心に回転可能な
ガントリー１を有する。このために、ガントリー１は、
モータ２によって、調整可能ではあるが好ましくは一定
の角速度で駆動される。例えばＸ線源等の放射線源Sが
ガントリー上に取り付けられている。この線源には、放
射線源Sが発生する放射線から円錐形の放射ビーム４を
形成するコリメータ装置３が備えられている。すなわち
放射ビームは、図１に示される座標系のx-y平面におい
て、z軸方向及びそれに対し垂直方向にゼロ以外の大き
さを有する。
【００１４】放射ビーム４は、検査領域１３に位置する
対象物（図示せず）に照射される。この検査領域１３は
シリンダの形状をなしている。以下では、このシリンダ
を対象物シリンダと呼ぶ。この対象物シリンダを横断し
た後、X線ビーム４は、ガントリー１に取り付けられ且
つ複数の検出器列を有する２次元検出器ユニット１６上
に入射する。各検出器列は、複数の検出器素子を有して
いる。各放射線源位置において、各検出器素子は放射ビ
ーム４の放射線を検出し、この放射線の強度に対応する
測定値を出力する。検出器１６は、回転軸１４を中心と
した円弧上に配置されても良いが、他の検出器配置も可
能である;例えば、放射線源Sを中心とした円弧上に取り
付けることができる。
【００１５】文字αｍａｘによって示される放射ビーム
４の開口角は、検査される対象物が測定値の収集の間に
位置していなければならない対象物シリンダ１３の直径
を決定する（開口角は、放射線源Sと回転軸１４とによ
って規定される面において、端部のx-y面に位置するビ
ーム４の放射線によって囲まれる角度として規定され
る）。検査領域１３又はそこに位置する対象物（例え
ば、クランケ台に位置する患者）は、モータ５によって
回転軸１４即ちz軸の方向に移動することができる。z方
向における変位速度は調整可能であるが、一定であるこ
とが好ましい。
【００１６】検出器ユニット１６により得られた測定デ
ータは、イメージプロセッサ１０に与えられる。このイ
メージプロセッサ１０は、そのデータから、検査領域１
３の放射ビーム４が広がる部分における吸収分布を復元
し、例えばモニタ１１上にこの分布を表示するようにす
る。２個のモータ２及び５、イメージプロセッサ１０、
放射線源S、並びに検出器ユニット１６からイメージプ
ロセッサ１０への測定データの転送は、適切な制御ユニ
ット７によって制御される。
【００１７】モータ５が停止した状態で、モータ２がガ
ントリー１を回転させると、Ｘ線源S及び検出器ユニッ
ト１６の円形走査運動が生じる。しかしながら、制御ユ
ニットは、検査領域１３の変位速度とガントリーの角速
度との比率が一定になるように、モータ２及び５を制御
することができる。この場合、放射線源Sと、検査領域
１３に存在する対象物とは、螺旋状の経路に沿って相対
的に運動する。この螺旋状の走査運動についてのみ以下
で考察する。原則として、走査装置１６または検査領域
１３が回転運動をするのか変位運動をするのかというこ
とは重要ではなく、相対運動だけが重要である。
【００１８】検査中に検出器ユニット１６の検出器素子
により供給される信号に対してイメージプロセッサ１０
で行われる他の処理については、図２に示されるフロー
チャートを参照しながら以下で詳細に説明する。初期化
（ブロック１００）の後、信号が検出器素子から得られ
る（ステップ１０１）。次いで吸収分布の復元には、検
出器ウィンドウ内に位置する検出器素子からの信号が専
ら利用される（ここで、検出器ウィンドウとは、復元に
必要なデータを専ら獲得する（他のデータは獲得しな
い）測定表面の部分を意味するということを理解すべき
である）。z軸方向においては、この検出器ウィンドウ
は、螺旋を描きながら連続する２回転分の投影によって
規定される。検出器ウィンドウがこのように構成される
とき、放射線源は、（関連するボクセルについて）その
ボクセルが放射線ビームに入るとき及び出るときに、ち
ょうど１８０度オフセットの位置から、検出器ウィンド
ウ上に検査領域内の各ボクセルを投影するということを
実証することができる。
【００１９】この検出器ウィンドウ内の信号に対する制
約は、適切に検出器ユニットを形づくることによって達
成することができる。検出器ユニットが回転軸のまわり
に円弧として形づくられる場合、検出器ウィンドウの展
開図は平行四辺形の形状を有するべきである；検出器ユ
ニットが、（回転軸に対して垂直な平面内において）放
射線源を中心とする円弧を規定する場合、歪んだ平行四
辺形が生じるだろう。そのような形状の展開図を有する
検出器ユニットを実現するのは困難であり、放射線源と
検査されるべき対象物との間の相対運動が螺旋状ではな
く環状であるときの測定には適していない。しかしなが
ら、検出器ウィンドウの展開図を囲む程度の大きさを有
する長方形の形状に展開図が形づくられる検出器ユニッ
トを使用することもできる。適切に形づくられたコリメ
ータ３を使用して、検出器ウィンドウ内に位置する検出
器素子にのみＸ線を入射させることが達成される。この
代わりに、（展開された状態が矩形状である）測定表面
全体を照射し、検出器ウィンドウの外側の検出器素子か
らの信号を復元から除外することも可能である。しかし
ながら、検査される対象物が患者である場合、この患者
は一層高い放射線量に不必要にさらされることになる。
【００２０】検出器素子からの信号は、まずデジタル化
されてから基準値で除算され、結果として生じる商は対
数として表される。このようにして生成された測定値
は、放射線源を関連する検出器素子に結び付ける放射線
に沿う、放射の吸収の線積分を表す。次の処理ステップ
は、これらの線積分から吸収の空間分布を決定するため
に役立つ。
【００２１】ステップ１０２において、回転軸１４に垂
直な平面に対して測定値に関係する放射線により囲まれ
た角度のコサインに対応する係数が、測定値に乗算され
る。しかしながら、このステップは、螺旋の２つの回転
部分の間の距離がこの回転半径と比較して小さい場合に
は省くことができる。このような場合、上記の角度は小
さいので、この角度のコサインは、実質的に常に値
「１」を有する。このステップと次のステップとの順序
を逆にすることも可能である。
【００２２】ステップ１０３において、編集処理が実行
される。すなわち、次のフィルタリングステップ（ブロ
ック１０４）に特に適したグループへの測定値のリソー
ティング（resorting）及び補間を伴うステップが実施
される。この動作は、図１に示すような円錐形の放射ビ
ーム４を伴う放射線源Sと２次元検出器１６との実際の
構成により得られる測定値に基づく。復元のために使用
される各測定値は、（放射線源及び検出器が螺旋状の相
対運動を行う間、検査されるべき対象物は静止している
という仮定に基づいて、）螺旋経路１７上の放射線源の
位置と、この測定値を得た検出器素子の検出器ユニット
１６内の位置とによって規定される。
【００２３】こうしてステップ１０３における編集によ
り、回転軸１４を含む平面内に存在する平坦且つ矩形の
検出器が、検出器面に垂直で回転軸１４に平行に延在す
る扇形ビームを発し螺旋状の弧１７に沿って移動する放
射線源からの測定データを獲得できる場合に得られるで
あろう測定データグループが生成される。これは、円錐
形の扇形ビーム４が、関連する放射線源位置から発せら
れるとともに回転軸に平行な平面内に位置する複数の扇
形ビームから成ると仮定することができるからである。
対応する扇形ビームの組が、他の位置についても得られ
る。相互に平行な平面内にある扇形ビーム（及びこれら
の扇形ビームに関連する測定値）をまとめて１つのグル
ープを形成するようにすることができる。このグループ
は、所与の投影方向に関する検査領域の吸収を規定する
全ての測定値を含む（投影方向は、回転軸に垂直に延在
する（x-y）平面上に投影される放射線の方向として規
定される）。
【００２４】上述のことは、１つのグループの測定値に
関連する扇形ビーム４１...４５を示している図３に示
されている。これらの扇形ビームは、平行平面内に位置
している。このような扇形ビームは、螺旋経路１７から
発せられている。この扇形ビームの上端の放射線は、螺
旋１７の互いに向き合う弧を通って延在し、扇形ビーム
の下端の全ての放射線は、上記の弧を基準にして螺旋の
１回転分だけ下方にオフセットされた螺旋の弧を通って
延在する。
【００２５】全ての相互に平行な扇形ビームの上端及び
下端は、投影方向に対して垂直であり且つ２本の平行な
水平線に沿って回転軸１４を含む平面を貫くことが実証
できる。２本の線は、前記平面と一緒に仮想検出器１６
０を規定し、これらの線の間隔は、螺旋の２つの隣接す
る回転部分の間の距離の半分に対応する。編集処理は、
全ての投影方向に対して、及び、仮想検出器１６０上に
座標u,vを有する等距離グリッドの全ての点に対して、
おそらく補間により測定データを生成する。
【００２６】これまで記載された方法は、冒頭で言及し
た文献から既知である。
【００２７】この既知の方法に、仮想検出器の（v方向
に延在する）水平線に関連する測定データを一次元フィ
ルタリングするフィルタリングステップが補われる。こ
の一次元フィルタリング処理の間に所与の投影方向につ
いて協働するボクセルの２次元的なセットは、他の投影
方向については、もはや協働しないか、もしくは部分的
にのみ協働するだけである。
【００２８】本発明は、ステップ１０４での各フィルタ
リング処理が、異なる投影方向に対して同じボクセルの
投影から生じる測定データを含むときに、画像の向上が
達成されるという洞察に基づいている。
【００２９】このことは図４に示されている。図４は、
投影方向を22.5°ずつオフセットさせたときそれぞれに
ついて、図３に示した放射ビームの上端の放射線上に位
置する検査領域におけるボクセルの投影を示している。
これらのボクセルは、扇形ビーム４１...４５が入射す
ると、検出器の上端を構成する水平の直線(a)上に投影
される。投影方向が180゜変化した後に（その間に、扇
形ビームは仮想検出器１６０とともに螺旋の半回転分だ
け上方に移動する）、検査領域内の同じボクセルは、水
平の直線（b）、すなわち仮想検出器１６０の下端にも
投影される。この間に位置する投影方向については、同
じボクセルは、直線上にはもはや投影されず、水平線ａ
及びｂに対してやや傾きをもつ狭いストリップ（c、d、
e、f等）上に投影される。
【００３０】多数の投影方向を考慮すると、これらのス
トリップは互いに部分的に重なる。従って、厳密に言え
ば、多様な投影方向に対するフィルタリング処理が、全
く同じボクセルの投影から生じる測定データをいつも含
むことは不可能である。しかしながら、ボクセルが投影
されるストリップを近似する線に沿ってフィルタリング
が行われることは少なくともほぼ達成されうる。この線
は、破線d1のようにカーブしていてもよく、直線の実線
d2のように直線であってもよい。
【００３１】このような直線は、扇形ビーム４１...４
５の上端の放射線によって規定される表面を近似する平
面の交線として得られる。この平面は、回転軸１４を通
して延在する扇形ビームの上端の放射線によって、及
び、図３に示される位置における仮想検出器の上端によ
って規定される。このような直線の式は以下の通りであ
る。
【数１】 ここで、Rは、回転軸に対し垂直な面上に螺旋１７を投
影することにより生じる円の半径である。Pは、螺旋の
２つの隣接する回転部分の間の距離であり、mは、-P/４
とP/4との間に規定されるパラメータであり、uは、仮想
検出器の中心から回転軸方向に延在する座標であり、v
は、図３に示すように、ｕに対して垂直な仮想検出器上
の座標である。
【００３２】方程式(１)（及び図４で示すような、検出
器１６０上に同じ表面を多様な方向から投影したときの
表現）は、放射線源が上方に移動しながら回転軸を中心
に反時計回りに移動するときに沿う、図３に示される螺
旋経路に対してのみ有効である。しかしながら、放射線
源が回転軸を中心として時計方向に回転する場合、方程
式(１)の値には、係数−１が乗算されるべきである（そ
して図４のストリップは、左上から右下に延在するだろ
う）。
【００３３】直線又は曲線に沿ったフィルタリングは、
これらの線に沿って編集することにより得られるデータ
に、適切な一次元畳込みカーネルを用いる畳込みが適用
されるという原則において行うことができる。最初に、
編集することにより生成された測定データをフーリエ変
換することが簡単である。このようにして空間周波数領
域に変換されたデータは、上記の線に沿ってランプのよ
うなフィルタリングを受け、周波数の絶対値が増加する
につれて、線形的に減衰しそして減少する。このように
空間周波数領域でフィルタリングされたデータは逆フー
リエ変換され、フィルタリングされた測定データが生成
される。
【００３４】次のステップ１０５において、逆投影がフ
ィルタリングされた測定データに基づいて実行される。
この測定データは、そのデータが得られたときの経路と
同じビーム経路（もし、編集によるわずかな修正があれ
ばこの修正を除いて）に沿って検査領域に逆投影され
る。検査領域の単一ボクセルに対する吸収値は、データ
を獲得している間にこのボクセルの投影の影響を受ける
全ての（フィルタリングされた）測定データの重ね合わ
せから得られる。各ボクセルに対して、放射線は、丁度
１８０゜の角度範囲内で影響を与えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を実行するコンピュータトモ
グラフを示す図である。
【図２】この方法で実行される個々のステップが示され
たフローチャートである。
【図３】編集の基礎となる幾何学的関係を示す図であ
る。
【図４】同じボクセルの異なる投影を示す図である。
【符号の説明】
１ ガントリー ２,５ モータ ３ コリメータ装置 ４ 放射ビーム ７ 制御ユニット １０ イメージプロセッサ １１ モニタ １３ 検査領域 １４ 回転軸 １６ 検出器ユニット １７ 螺旋経路 ４１,４２,４３,４４,４５ 扇形ビーム １６０ 仮想検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ヘンリック トゥールベル スウェーデン国 リンショーピング エス イー−58212 フリール ガータン 25

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放射線源から発せられ、検査領域又は該
    領域に位置する対象物を横切る円錐形の放射ビームを生
    成するステップと、 前記放射線源と前記検査領域又は前記対象物との間に、
    回転軸を中心とした回転と前記回転軸に平行な変位とを
    有する螺旋形状の相対運動を生成するステップと、 前記相対運動の間に、検出器ユニットを用いて、前記検
    査領域への前記放射ビームの強度に依存する測定値を得
    るステップと、 測定データの多数のグループを形成するように前記測定
    値を編集するステップと、 異なるサブグループの測定データに行われるフィルタリ
    ング処理を含み、編集により形成された前記グループの
    前記測定データをフィルタリングするステップと、 異なるグループの前記フィルタリングされた測定データ
    の逆投影により検査領域のボクセルでの吸収を復元する
    ステップとを有するコンピュータトモグラフィ方法であ
    って、 前記サブグループへの細分割が、異なるサブグループの
    前記測定データを、前記検査領域内の少なくとも略同じ
    表面からのボクセルの異なる投影から生じさせるもので
    あることを特徴とするコンピュータトモグラフィ方法。
  2. 【請求項２】 a) 前記編集ステップは、各グループ
    が、互いに平行且つ前記回転軸に平行に延在する平面に
    位置する放射線に関連する測定データのみを含むように
    するステップであり、 b）各グループの前記測定データは、前記グループの放
    射線により前記螺旋の弧に投影されるボクセルが前記表
    面を規定するように細分割され、該表面の前記検出器ユ
    ニットへの投影により、サブグループを形成しフィルタ
    リング処理を受ける前記測定データが生成されることを
    特徴とする請求項１に記載のコンピュータトモグラフィ
    方法。
  3. 【請求項３】 前記フィルタリング処理が、当該測定デ
    ータに関連する放射線が前記検出器ユニット上の前記表
    面への投影を近似する曲線をプロットする前記測定デー
    タの一次元フィルタリングを含むことを特徴とする請求
    項２に記載のコンピュータトモグラフィ方法。
  4. 【請求項４】 各フィルタリング処理が、当該測定デー
    タの関連する放射線が前記表面の投影を近似する直線を
    プロットする前記測定データの１次元フィルタリングを
    含むことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータト
    モグラフィ方法。
  5. 【請求項５】 前記回転軸の方向で互いに隣接する螺旋
    の２つの弧の間の領域に延在する放射線からの測定デー
    タを専ら利用することを特徴とする請求項２に記載のコ
    ンピュータトモグラフィ方法。
  6. 【請求項６】 前記表面は平面に近似され、 当該個々のサブグループを介してフィルタリング処理が
    行われる前記個々のサブグループが、前記平面に存在す
    る直線に沿って測定された前記測定データにより規定さ
    れ、 前記フィルタリングされた測定データが、前記平面のボ
    クセルでの吸収を２次元的に復元するために用いられる
    ことを特徴とする請求項４に記載のコンピュータトモグ
    ラフィ方法。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載された方法を実施するた
    めのコンピュータトモグラフであって、 放射線源、該放射線源に結合される検出器ユニット、前
    記検査領域に存在する対象物と前記放射線源とを互いに
    螺旋状に相対運動させるための駆動装置、及び前記検出
    器ユニットにより得られる前記測定データから前記検査
    領域内の空間的な吸収分布を復元する復元ユニットを有
    するコンピュータトモグラフであって、 前記測定データを多数のグループの測定データに編集す
    る手段、及び前記編集により形成された各グループの測
    定データをフィルタリングする手段を更に有し、前記フ
    ィルタリングは、測定データの異なるサブグループに実
    行されるフィルタリング処理を含み、当該異なるサブグ
    ループの測定データは、前記検査領域内の少なくとも略
    同じ表面からのボクセルの投影から生じることを特徴と
    するコンピュータトモグラフ。
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