JP2001128964A - 画像再構成における重みを前フィルタ処理するための方法及び装置 - Google Patents

画像再構成における重みを前フィルタ処理するための方法及び装置

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JP2001128964A JP2000269439A JP2000269439A JP2001128964A JP 2001128964 A JP2001128964 A JP 2001128964A JP 2000269439 A JP2000269439 A JP 2000269439A JP 2000269439 A JP2000269439 A JP 2000269439A JP 2001128964 A JP2001128964 A JP 2001128964A
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    • G06T11/005—Specific pre-processing for tomographic reconstruction, e.g. calibration, source positioning, rebinning, scatter correction, retrospective gating
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    • G06T2211/40—Computed tomography
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S378/901—Computer tomography program or processor

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディジタル・フラットパネルを使用するコン
ピュータ断層スキャンで収集したデータに対して重み付
けするための方法及び装置を提供する。 【解決手段】 本方法では、（ａ）相補的なサンプルの
重みの総和が１に等しくなり、（ｂ）γ（γはファン角
度）に沿って連続で且つ微分可能であり、（ｃ）パネル
のエッジの近傍でゼロに近づき且つパネルの境界の近傍
で１に近づき、（ｄ）ξ1 ＜ξ＜ξ2 （ξ1及びξ2は撮
影再構成領域内の相補線束の端部交点に基づいて決定さ
れる）の範囲にわたって一定に保たれているような、重
み関数を選択するステップを含む。この重み関数は、収
集したデータに適用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全般的にはコンピ
ュータ断層スキャンで収集したデータを用いた画像再構
成法に関し、さらに詳細には、半投影データを用いた三
次元コンピュータ断層イメージング（画像作成）に関す
る。
【０００２】
【発明の背景】周知のコンピュータ断層（ＣＴ）イメー
ジング・システムの少なくとも１つの構成では、Ｘ線源
は、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面（一般に「画像作成平
面」と呼ばれる）内に位置するようにコリメートされた
ファンビーム（扇形状ビーム）を放出する。Ｘ線ビーム
は、例えば患者などの画像作成しようとする対象を透過
する。ビームは、この対象によって減衰を受けた後、放
射線検出器のアレイ上に入射する。検出器アレイで受け
取った減衰したビーム状放射線の強度は、対象によるＸ
線ビームの減衰に依存する。このアレイの各検出器素子
は、それぞれの検出器位置でのビーム減衰の測定値に相
当する電気信号を別々に発生させる。すべての検出器か
らの減衰量測定値を別々に収集し、透過プロフィールが
作成される。
【０００３】周知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源
及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが画像を作成しようと
する対象を切る角度を一定に変化させるようにして、画
像作成面内でこの画像作成対象の周りをガントリと共に
回転する。あるガントリ角度で検出器アレイより得られ
る一群のＸ線減衰量測定値（すなわち、投影データ）の
ことを「ビュー(view)」という。また、画像作成対象の
「スキャン・データ(scan)」は、Ｘ線源と検出器が１回
転する間に、様々なガントリ角度、すなわちビュー角度
で得られるビューの集合からなる。アキシャル・スキャ
ンでは、この投影データを処理し、画像作成対象を透過
させて得た２次元スライスに対応する画像を構成する。
投影データの組から画像を再構成するための一方法に、
当技術分野においてフィルタ補正逆投影法(filtered ba
ck projection)と呼ぶものがある。この処理方法では、
スキャンにより得た減衰量測定値を「ＣＴ値」、別名
「ハウンスフィールド値」という整数に変換し、これら
の整数値を用いて陰極線管ディスプレイ上の対応するピ
クセルの輝度を制御する。
【０００４】三次元ＣＴでは、データは、行と列の形で
配置された複数のピクセルを有する大型のフラットパネ
ル式ディジタルＸ線デバイス、すなわち検出器を用いて
収集される。より具体的には、このイメージング・シス
テムは、Ｘ線源と少なくとも１つの半導体Ｘ線検出器と
を含む。三次元画像を作成するためには、Ｘ線源及びＸ
線検出器のうちの少なくとも一方を、関心対象の周りで
回転させる。特定された各ビューごとに、Ｘ線源からＸ
線検出器に向けてＸ線が放出され、そのビューに対する
投影データが収集される。
【０００５】円錐ビームの幾何学的な拡大のため、利用
可能な最大のフラットパネル式検出器を有するシステム
であっても、有用なスキャンの視野(scan fieled of vi
ew)は典型的な患者をカバーするには小さすぎる。パネ
ルのサイズの制限を克服するため、パネルをアイソセン
タからずらして配置し、２π回転分の投影を利用するこ
とによってスキャンの視野を拡大させることができる。
こうした構成では、各投影は打切りされており、典型的
には画像アーチファクトが生じる。
【０００６】
【発明の概要】ディジタル・フラットパネルを使用する
コンピュータ断層スキャンで収集したデータに対して重
み付けするための方法及び装置を記載する。実施の一形
態では、本方法は、次の基準を満足する重み関数を選択
するステップを含んでいる。
【０００７】（ａ）共役サンプルの重みの総和が１に等
しいこと （ｂ）重み関数が、γ（ここで、γはファン角度）に沿
って連続であり且つ微分可能であること （ｃ）重み関数が、パネルのエッジの近傍でゼロに近づ
き且つパネルの境界の近傍で１に近づくこと （ｄ）重み関数が、ξ1 ＜ξ＜ξ2 の範囲にわたって一
定に保たれていること。ここで、ξ1 及びξ2 は再構成
の視野(reconstruction fieled of view) 内の相補的な
射線(ray)の端部交点に基づいて決定される。
【０００８】典型的な重み関数を以下に示す。
【０００９】 γ≦−γb の場合は、 ｗ（γ）＝０ −γb ＜γ≦γb の場合は、 ｗ（γ）＝３θ（γ）2−２θ（γ）3 γが前記以外の場合は、 ｗ（γ）＝１ であり、上式において、 θ（γ）＝（γ＋γb）／（２γb） である。
【００１０】
【発明の詳しい説明】図１及び図２を参照すると、「第
３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含む
ものとして、コンピュータ断層（ＣＴ）イメージング・
システム１０を示している。ガントリ１２は、このガン
トリ１２の対向面上に位置する検出器アレイ１８に向け
てＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を有する。検出
器アレイ１８は、投射され被検体２２（例えば、患者）
を透過したＸ線を一体となって検知する検出器素子２０
により形成される。検出器アレイ１８は、単一スライス
構成で製作される場合とマルチ・スライス構成で製作さ
れる場合がある。各検出器素子２０は、入射したＸ線ビ
ームの強度を表す電気信号、すなわち患者２２を透過し
たＸ線ビームの減衰を表す電気信号を発生させる。Ｘ線
投影データを収集するためのスキャンの間に、ガントリ
１２及びガントリ上に装着されたコンポーネントは回転
中心２４の周りを回転する。
【００１１】ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作
は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御され
る。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング
信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回
転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３
０とを含む。制御機構２６内にはデータ収集システム
（ＤＡＳ）３２があり、これによって検出器素子２０か
らのアナログ・データをサンプリングし、このデータを
後続の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再
構成装置３４は、サンプリングされディジタル化された
Ｘ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で画像再構
成を行う。再構成された画像はコンピュータ３６に入力
として渡され、コンピュータにより大容量記憶装置３８
内にこの再構成画像が格納される。
【００１２】コンピュータ３６はまた、キーボードを有
するコンソール４０を介して、オペレータからのコマン
ド及びスキャン・パラメータを受け取る。付属の陰極線
管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ
３６からの再構成画像やその他のデータを観察すること
ができる。コンピュータ３６は、オペレータの発したコ
マンド及びパラメータを用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御
装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対して制
御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ３６
は、モータ式テーブル４６を制御してガントリ１２内で
の患者２２の位置決めをするためのテーブル・モータ制
御装置４４を操作する。詳細には、テーブル４６により
患者２２の各部分がガントリ開口４８を通過できる。
【００１３】図３は半パネル式ＣＴシステムの幾何学構
成を図示したものである。単一のパネルは視野の半分を
若干超える領域を覆っており、Ｘ線源及びパネルは３６
０度回転する。データ収集要件を、パネルが収集するデ
ータの約半分まで減らすことによって、有用なスキャン
の視野が拡大される。
【００１４】投影の打切り(truncation)の結果として生
じるアーチファクトを除去するには、以下の重み付けア
ルゴリズムを利用することができる。重み付けアルゴリ
ズムは、例えば、画像再構成装置３４内のプロセッサ、
またはコンピュータ３６によって実行させることができ
る。
【００１５】具体的に、単純なファンビーム型スキャン
の幾何学構成（ＶＣＴの中心スライス）では、２πの範
囲にわたる投影データの冗長サンプルを使用する重み関
数を利用して、収集データに対する重み付けをすること
ができる。ファンビーム型幾何学構成では、サンプル
（γ，β）及び（−γ，β＋π−２γ）により、共役の
サンプリング対を形成する。ここで、γはファン角度、
βは投影のビュー角度（視角）である。
【００１６】フラットパネルにおいて、そのパネルをア
イソチャネルを若干越えて配置させる場合、そのオーバ
ーラップする領域（すなわち、冗長サンプリング領域）
は、図４に図示したように表すことができる。図４は、
ラドン空間サンプリング・パターンを表している。この
重み関数は以下の３つの条件を満足している。
【００１７】（ａ）相補サンプルの重みの総和が１に等
しいこと、（ｂ）重み関数が、γに沿って連続であり且
つ微分可能であること、（ｃ）その重みが、パネルのエ
ッジの近傍でゼロに近づき且つ反対側の境界の近傍で１
に近づくこと。
【００１８】２つの射線は冗長なサンプルでないため、
「共役(conjugate) 」ではなく「相補的(complementar
y) 」という用語を用いている。共役では、２つの射線
のβ角度が互いに１８０度ずれているという特徴を共通
にもつことしか意味しない。
【００１９】重み関数の一例を次に示す。
【００２０】 γ≦−γb の場合は、 ｗ（γ）＝０ −γb ＜γ≦γb の場合は、 ｗ（γ）＝３θ（γ）2−２θ（γ）3 γが前記以外の場合は、 ｗ（γ）＝１ であり、上式において、 θ（γ）＝（γ＋γb）／（２γb） である。
【００２１】ファンビーム型サンプリングを形成しない
投影サンプル（すなわち、中心を外れたスライス）に対
しては共役サンプルは存在せず、また様々な画像再構成
位置では円錐ビームのチルト角度が変化する。図５を参
照すると、各投影サンプルは（γ，β，ξ）で表され
る、ここでγ、β及びξはそれぞれ、ファン角度、投影
のビュー角度、チルト角度である。中心面では、２つの
点（Ａ及びＢと名称を付けて示す）が投影の射線に一致
している場合、これらの点は共役サンプリング射線とも
一致することになる。この同じ２点を中央面から垂直に
移動させたとしたならば（Ａ’及びＢ’と名称を付けて
示す）、Ａ’に対する相補的なサンプルを形成する射線
の対は、Ｂ’に対する射線の対と異なることになる。
【００２２】各再構成点に対する全体の寄与が一定に保
たれるという特徴を保証するため、重み関数をξ1 ＜ξ
＜ξ2 （ここで、ξ1 及びξ2 は再構成の視野内での相
補的な射線の端部交点に基づいて決定される）の範囲に
わたって一定に保つという追加的な制約条件を利用す
る。この条件を満足させる簡単な重み関数の一例を上記
の式に記載した。この重みはξの全範囲にわたって一定
に保たれる。
【００２３】上記の重み関数では、パネルのサイズは、
（−γo ＜γ＜０の範囲をカバーするため）視野の半径
と比べて若干大きい。上記の重み付けアルゴリズムに従
って重み付けするためには全チャネル数と比べて少ない
が追加のチャネルが必要であるが（典型的には、ほぼ２
０チャネル程度が必要）、この重み付けアルゴリズムで
はさらに、オーバーラップした追加のチャネルを全く必
要としないような構成も可能である。
【００２４】具体的には、パネルのエッジの位置での投
影データを、さらに−γo ＜γ＜０の範囲にわたって外
挿させる。こうした外挿は、周知の多くの外挿技法を用
いて実行させることができる。例えば、外挿データはエ
ッジの近傍での投影データの傾斜に基づいて形成させる
ことができ、あるいは投影のエッジの位置での投影デー
タに対する多項式当てはめを実行することもできる。こ
の外挿の結果を図６に示す。
【００２５】外挿した投影データでは、次いで、上記の
重み付け方式を適用してエッジ位置での投影が不連続に
なるのを抑制する。外挿データは、概して、実際の測定
値と比べて信頼性が低いので、その重み関数は、外挿し
たデータに対するよりも測定したデータに対してより大
きな重みを与えるように構成することができる。
【００２６】本発明に関する以上の様々な実施の形態か
ら、本発明の目的が達成されることは明白であろう。本
発明を詳細に記載し図示してきたが、これらは説明およ
び例示のためのものに過ぎず、本発明を限定する意図で
はないことを明瞭に理解されたい。さらに、本明細書に
記載したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガン
トリと共に回転する「第３世代」システムである。検出
器素子が個々に補正され所与のＸ線ビームに対して実質
的に均一のレスポンスを提供できるならば、検出器が全
周の静止した検出器でありかつＸ線源のみがガントリと
共に回転する「第４世代」システムを含め、別の多くの
ＣＴシステムも使用可能である。さらに、本明細書に記
載したシステムはアキシャル・スキャンを実施するが、
本発明は、３６０度を超えるデータが必要とはなるがヘ
リカル・スキャンで使用することもできる。したがっ
て、本発明の精神及び範囲は、特許請求の範囲によって
限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの外観図である。
【図２】図１に示すシステムの概略ブロック図である。
【図３】半パネル構成を用いたデータ収集に関する幾何
学構成の略図である。
【図４】データ・サンプルに対する典型的な重み関数を
示す略図である。
【図５】チルト角度依存を表す説明図である。
【図６】投影データの外挿を表す説明図である。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンピュータ断層システムのディジタル
    ・フラットパネルの一部分から収集したデータに重み付
    けするための方法であって、 相補的なサンプルの重みの総和が１に等しくなる重み関
    数を選択するステップであって、該重み関数はγ（ここ
    で、γはファン角度）に沿って連続であり且つ微分可能
    であり、また該重み関数は前記パネルのエッジの近傍で
    ゼロに近づき且つパネルの境界の近傍で１に近づくと共
    に、ξ1 ＜ξ＜ξ2 （ここで、ξ1 及びξ2 は再構成の
    視野内の相補的な射線の端部交点に基づいて決定され
    る）の範囲にわたって一定に保たれている、重み関数選
    択ステップと、 前記重み関数を前記データに対して適用するステップ
    と、を含む方法。
  2. 【請求項２】 前記重み関数が、 γ≦−γb の場合は、 ｗ（γ）＝０ −γb ＜γ≦γb の場合は、 ｗ（γ）＝３θ（γ）2−２θ（γ）3 γが前記以外の場合は、 ｗ（γ）＝１ であり、上式において、 θ（γ）＝（γ＋γb）／（２γb） である請求項１に記載の方法。。
  3. 【請求項３】 さらに、前記パネルのエッジの位置で−
    γo ＜γ＜０の範囲にわたり投影データを外挿するステ
    ップを含む請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記外挿が、前記パネル・エッジの近傍
    での投影データの傾斜に基づいて定められる請求項３に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記外挿が、前記パネルのエッジの位置
    での投影データの多項式当てはめに基づて定められる請
    求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記重み関数が、外挿したデータに対す
    るよりも測定したデータに対してより大きな重みを与え
    る請求項３に記載の方法。
  7. 【請求項７】 コンピュータ断層スキャンで収集された
    投影データを用いて画像を再構成するための装置であっ
    て、 前記投影データを取得し、前記投影データに対して重み
    関数を適用するようにプログラムされているプロセッサ
    を有し、 前記重み関数は相補的なサンプルの重みの総和が１に等
    しくなる重み関数であり、また前記重み関数は、γ（こ
    こで、γはファン角度）に沿って連続で且つ微分可能で
    あり、さらにパネルのエッジの近傍でゼロに近づき且つ
    パネルの境界の近傍で１に近づくと共に、ξ1 ＜ξ＜ξ
    2 （ここで、ξ1 及びξ2 は再構成の視野内の相補的な
    射線の端部交点に基づいて決定される）の範囲にわたっ
    て一定に保たれていること、を特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 前記重み関数が、 γ≦−γb の場合は、 ｗ（γ）＝０ −γb ＜γ≦γb の場合は、 ｗ（γ）＝３θ（γ）2−２θ（γ）3 γが前記以外の場合は、 ｗ（γ）＝１ であり、上式において、 θ（γ）＝（γ＋γb）／（２γb） である請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記プロセッサが、さらに、前記パネル
    のエッジの位置で−γo ＜γ＜０の範囲にわたり投影デ
    ータを外挿するようにプログラムされている請求項７に
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記プロセッサが、前記パネル・エッ
    ジの近傍での投影データの傾斜に基づいて外挿を実施す
    るようにプログラムされている請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記プロセッサが、前記パネルのエッ
    ジの位置での投影データの多項式当てはめに基づいて外
    挿を実施するようにプログラムされている請求項９に記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記プロセッサが、外挿したデータに
    対するよりも測定したデータに対してより大きな重みを
    与えるようにプログラムされている請求項９に記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】 データを収集するためのフラットパネ
    ル式ディジタル検出器と、 重み関数を投影データに適用することにより前記収集デ
    ータに対して重み付けするようにプログラムされている
    プロセッサとを有し、 前記重み関数は相補的なサンプルの重みの総和が１に等
    しくなる重み関数であり、また前記重み関数は、γ（こ
    こで、γはファン角度）に沿って連続で且つ微分可能で
    あり、さらにパネルのエッジの近傍でゼロに近づき且つ
    パネルの境界の近傍で１に近づくと共に、ξ1 ＜ξ＜ξ
    2 （ここで、ξ1 及びξ2 は再構成の視野内の相補的な
    射線の端部交点に基づいて決定される）の範囲にわたっ
    て一定に保たれていること、を特徴とするコンピュータ
    断層システム。
  14. 【請求項１４】 前記重み関数が、 γ≦−γb の場合は、 ｗ（γ）＝０ −γb ＜γ≦γb の場合は、 ｗ（γ）＝３θ（γ）2−２θ（γ）3 γが前記以外の場合は、 ｗ（γ）＝１ であり、上式において、 θ（γ）＝（γ＋γb）／（２γb） である請求項１３に記載のコンピュータ断層システム。
  15. 【請求項１５】 前記プロセッサが、さらに、前記パネ
    ルのエッジの位置で−γo ＜γ＜０の範囲にわたり投影
    データを外挿するようにプログラムされている請求項１
    ３に記載のコンピュータ断層システム。
  16. 【請求項１６】 前記プロセッサが、前記パネル・エッ
    ジの近傍での投影データの傾斜に基づいて外挿を実施す
    るようにプログラムされている請求項１５に記載のコン
    ピュータ断層システム。
  17. 【請求項１７】 前記プロセッサが、前記パネルのエッ
    ジの位置での投影データの多項式当てはめに基づいて外
    挿を実施するようにプログラムされている請求項１５に
    記載のコンピュータ断層システム。
  18. 【請求項１８】 前記プロセッサが、外挿したデータに
    対するよりも測定したデータに対してより大きな重みを
    与えるようにプログラムされている請求項１５に記載の
    コンピュータ断層システム。
JP2000269439A 1999-09-07 2000-09-06 画像再構成における重みを前フィルタ処理するための方法及び装置 Withdrawn JP2001128964A (ja)

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