JP2002153453A - マルチスライス型ctスキャンのハイピッチ再構成 - Google Patents
マルチスライス型ctスキャンのハイピッチ再構成Info
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Abstract
ング・システム(10)を用いて被検体(22)の画像
を作成するに際し、8:1以上のピッチでスキャンした
投影データから画像を再構成することを可能にする。 【解決手段】投影データを収集するためにマルチスライ
ス型コンピュータ断層イメージング・システムにより被
検体をヘリカルスキャンし、並列な投影の組を定式化し
ている投影データの共役サンプルの組を決定し、この共
役サンプルを用いて被検体の画像の組を再構成する。
Description
ュータ断層(CT)イメージングに関し、さらに詳細に
は、マルチスライス型イメージング・システムを用いて
CTイメージング・データを作成するための方法及び装
置に関する。
層(CT)イメージング・システムの構成では、X線源
は、デカルト座標系のXY平面(一般に「画像作成面」
と呼ばれる)内に位置するようにコリメート(Collimat
e)された扇形状のビームを放出する。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計測値に相
当する電気信号を別々に発生させる。すべての検出器か
らの減衰量計測値を別々に収集し、透過プロフィールが
作成される。
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が一定に変化するようにして、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線減衰量計測値(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またはビュー
角度で得られるビューの集合からなる。
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 back p
rojection)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計測値を「CT値」、
別名「ハウンスフィールド(HounsField)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。
ャン時間を短縮させるため、「ヘリカル(らせん)」ス
キャンを実行することがある。「ヘリカル」スキャンを
実行するには、所定のスライス数だけのデータを得る
間、患者をガントリの回転と同調させてz軸方向に移動
させる。こうしたシステムでは単一ファン・ビームのヘ
リカル・スキャンを1回行うと、単一らせんが1つ描か
れる。ファン・ビームが描いたらせんに沿って投影デー
タが得られ、これを用いて所定のスライス各位置での画
像が再構成される。スキャン時間の短縮の外にも、ヘリ
カルスキャンによって、注入する造影剤のより有効な使
用、希望する位置での画像再構成の改善、3次元画像の
向上などその他の利点が提供される。
なわち、z軸)におけるX線ビーム・プロフィールを規
定している患者前置コリメータを通過させて投射され
る。このコリメータは、典型的には、その内部に開口を
有するX線ビームを限定するためのX線吸収材料を含
む。周知のCTイメージング・システムの少なくとも1
つでは、スキャン・モード及び対応する再構成法は、
3:1及び6:1のヘリカルピッチに対して実施され
る。6:1ヘリカルピッチ・モードは、そのカバーする
体積範囲が大きく、また、そのスキャンが3:1ヘリカ
ルピッチ・モードの場合と比べz軸に沿ってより高速で
あるため、「高速」モードと呼ばれる。しかし、この高
速モードで使用されるスキャン及び再構成技法は、さら
に大きなヘリカルピッチ(例えば、8:1以上のピッ
チ)のスキャンには適当でないことが分かっている。こ
れらの技法が適当でないとされている幾つかの理由のう
ちの1つは、6:1の高速モードでは、8:1以上のピ
ッチではもはや一般に有効でないような共役サンプリン
グ対を使用しているためである。
は、変数の数、並びにこれらとCTイメージング・シス
テムの幾何学構成との関係を規定することが役立つ。β
k(k=1、...、4)により、検出器横列kが再構
成面と交差する投影角度が表されるとしてみる。さら
に、βk-(k=1、...、4)によりπだけ進んでい
るβkに対する共役サンプルの投影角度を表し、βk-=
βk−π−2γとしてみる。同様に、βk+によりπだけ
遅れているβkに対する共役サンプルの投影角度を表
し、βk+=βk+π−2γとしてみる。
度γは、図4に示すように、等分線束50を基準として
任意の線束が形成する角度と規定される。さらに詳細に
は、γm=max(|γ|)は最大ファン角度を表して
いる。図5及び6を参照すると、隣接する4つの図形5
2、54、56、58は、周知のあるCTイメージング
・システムの隣接する4つの検出器横列を表している。
図形52は検出器横列1に対する重み付け領域を表して
いる。図形54、56及び58は、それぞれ検出器横列
2、3及び4に対するものである。各図形内で名称を付
けた領域(R1、R2、...、R4)は、投影サンプ
ルに対して重み付け関数を適用する領域である。これら
の領域の外部では、重みはすべてゼロに等しい。したが
って、これらの領域の外部にある投影データは不要であ
る。
て、水平軸60は検出器角度γを表しており、垂直軸6
2は投影角度βを表している。したがって、ある具体的
なビュー角度におけるファンビームに対応したサンプル
は、各図形内の水平線により表現されている。図5を参
照すると、領域R1に関する(検出器横列1に対応す
る)下側境界は、β3の共役サンプルを表している。し
たがって、この境界はβ3 -により規定される。
は、横列1がβ1(ここで、β1は横列1が再構成面と交
差する投影角度である)から検出器横列幅1つ分離れて
いる場合に、β3-の等分線束が検出器横列1と交差す
る。6:1のヘリカルピッチでは、CTイメージング・
システムのテーブルは、ガントリの2π回転の間に検出
器の厚さの6倍だけ移動する。したがって、検出器厚さ
1つ分だけ移動するには2π/6=π/3だけかかる。
(図5では、π/3の厚さは1垂直軸の1目盛りに相当
する。)R2、R3及びR4に対する角度スパンはπ/
3であり、検出器厚さ1つ分に相当する。R1(検出器
横列1)のβ3-で規定される右下領域は、概ね2π/3
だけβ1から離れている、すなわち、検出器横列1が再
構成面と交差する点から検出器厚さの概ね2倍だけ離れ
ている。したがって、真のサンプル位置から遠く離れた
位置で収集したサンプルを使用して理想のサンプルを推
定するが、これにより推定の精度に悪影響を及ぼす。さ
らに、この同じ問題が、領域R2(検出器横列2と4に
対する)、並びに検出器横列3に対する領域R1に関し
ても当てはまる。図6は、8:1のヘリカル再構成に関
する対応する高速モードの重み付けパターンを表したも
のであり、これにより、こうしたより大きなピッチでは
問題がさらに深刻となることが分かる。
は、一定の共役サンプルが存在することに基づいてい
る。詳細には図5を参照すると、横列2及び4からのサ
ンプルを用いて、横列3及び1からのサンプルの場合と
同様に高速モードで補間が実行される。しかし、このモ
ードは8:1以上のヘリカルピッチでのスキャンには適
当でない。図6を参照すると、これらのより大きなピッ
チでは、横列1に対するβ 4-とβ1の線が交差すること
は明らかである。同様に、横列4に関するβ1+とβ4に
対する線も交差している。線β4-及び線β1+は重みゼロ
を負い、β1及びβ4は重み1を負うことになるので、交
差する点に対する重みを決定することができない。
対して適さないとされる別の理由としては、6:1のヘ
リカルピッチを利用するイメージング・システムでは、
β1、β2、β3及びβ4はπ/3だけ離間するように構成
されており、一方2γmはπ/3より若干小さいという
点がある。8:1のヘリカルピッチを使用する場合に
は、β1、β2、β3及びβ4はπ/4だけ離間している。
後者の構成では、図6の領域R1で示すように、その共
役領域を検出器がPORと交差する位置の片側に限局さ
せることができず、2つの領域の境界において重み付け
関数の不連続が発生してしまう。
速イメージング・モードは、8:1以上のピッチで被検
体を画像化するのに適さない。したがって、こうした制
約を克服した方法及び装置を提供することが望ましい。
施の一形態では、マルチスライス型コンピュータ断層イ
メージング・システムを用いて被検体の画像を作成する
ための方法が提供される。本方法は、投影データを収集
するためにマルチスライス型コンピュータ断層イメージ
ング・システムにより被検体をヘリカルスキャンするス
テップと、並列な投影の組を定式化している投影データ
の共役サンプルの組を決定するステップと、この共役サ
ンプルを用いて被検体の画像の組を再構成するステップ
と、を含む。
プルの組を決定することにより、本発明の実施形態は、
6:1を超える(例えば、8:1以上の)ピッチでスキ
ャンした投影データから画像を再構成することを可能に
する。
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を発生させる。X線ビーム
は、患者22を透過すると減衰を受ける。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。
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
内に格納される。
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の各部分はガントリ開口48を通過できる。
組を定式化している共役サンプルを検索する。より具体
的には、この実施形態では、β’k(ここで、k=1、
2、3、4;β’k=βk−γである)により定式化され
る領域境界を設定する。この表記において、βkは上で
規定したものと同じであり、また図4、5及び6に名称
を付したものと同じである。β’kは図3で各横列に対
する2つの領域間の境界として名称を付したものと同じ
である。したがって、β’1は、検出器横列1に関する
領域R1と領域R2の間の境界であり、βiは検出器横
列iの等分線束がPORと交差する投影角度である。対
応する並列な線束サンプルβ’iは、次式で表される。
る。さらに、β’i+=β’i+πとβ’i-=β’i−πと
いう量を規定してみる。POR位置での投影を作成する
ために補間を受ける領域の対R1、R2、R3及びR4
は、図3に示す表記と同様に名称を付けてある。ここで
さらに、wi(β,γ)によって、検出器横列iに適用
される投影重み付け関数を表現してみる。本発明の実施
の一形態において再構成に使用する重み付け関数は次式
で表される。
すための実験では、4×1.25mmモードにおいて、
肩部ファントームを6:1のヘリカルピッチと8:1の
ヘリカルピッチとでスキャンしてみた。6:1のヘリカ
ルピッチでは、従来の「高速」再構成モード(すなわ
ち、単一投影のサンプルに相当する共役サンプルを検索
して使用する再構成法)を使用した。8:1ヘリカルピ
ッチのスキャンでは、上記数式2〜5を使用する本発明
の実施の一形態を利用して再構成した。他の事項が同じ
であれば、ヘリカルピッチが大きいほど、投影の不整合
のためにより顕著な画像アーチファクトが生ずるものと
予測される。しかし、8:1ピッチ画像でのアーチファ
クトのレベルは6:1ピッチ画像のレベルと比べ若干増
加していたに過ぎなかった。この結果から、画像アーチ
ファクトの抑制に関する本発明の実施形態の有効性が分
かる。別の実験では、6:1ピッチのスキャンを、8:
1ピッチのスキャンの再構成で使用した同じ実施形態を
利用して再構成してみた。これにより、6:1ピッチの
スキャンから得られた画像と8:1ピッチのスキャンの
画像とは、画像アーチファクトに関してほとんど遜色が
ないことが分かった。これにより、ヘリカルスキャンに
よる画像アーチファクトの抑制に関して、本発明のこの
実施形態の有効性が改めて指示された。
なくとも1つの高速のCT画像再構成方法及び装置に関
する制約が克服されること、並びに6:1を超えるヘリ
カルピッチでより改良された画像を提供できることが分
かる。本発明を具体的な様々な実施形態に関して説明し
てきたが、当業者であれば、本特許請求の範囲の精神及
び範疇の域内の修正を伴って本発明を実施できることを
理解するであろう。
列を表している隣接する4つの図形であって、本発明の
実施の一形態における8:1のヘリカルピッチでの検出
器横列の重み付け領域を表した図である。
束が形成する角度として規定されるようなファンビーム
幾何学構成を表した図である。
4つの検出器横列を表している隣接する4つの図形であ
って、その各図形が6:1のヘリカルピッチでの検出器
横列の重み付け領域を表している図である。
ピッチでの対応する重み付け領域を表している図であ
る。
Claims (22)
- 【請求項1】 マルチスライス型コンピュータ断層イメ
ージング・システム(10)を用いて被検体(222)
の画像を作成するための方法であって、 投影データを収集するために、マルチスライス型コンピ
ュータ断層イメージング・システムにより被検体をヘリ
カルスキャンするステップと、 並列な投影の組を定式化している前記投影データの共役
サンプルの組を決定するステップと、 前記共役サンプルを用いて被検体の画像の組を再構成す
るステップと、を含む方法。 - 【請求項2】 共役サンプルを用いて被検体(22)の
画像の組を再構成する前記ステップが、共役サンプルを
用いて前記並列な投影に重み付けするステップと、前記
重み付けした並列投影を用いて画像の組を再構成するス
テップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記マルチスライス型コンピュータ断層
イメージング・システム(10)が、投影データを収集
するように構成した検出器素子(20)からなる複数の
並列な横列を有する検出器(18)と、スキャン対象の
被検体(22)を透過して検出器に向かう等分線束(5
0)を含むX線ビーム(16)を投射するように構成し
たX線源(14)と、を備えており、 並列な投影の組を定式化するために投影データの共役サ
ンプルの組を決定する前記ステップが、βk−γ(ここ
で、βkは検出器横列kが再構成面と交差する投影角
度)により定式化される領域境界を設定するステップを
含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 並列な投影の組から被検体の画像の組を
再構成する前記ステップが、前記領域境界により規定さ
れる領域対を補間し再構成面(POR)における投影を
生成させるステップを含む、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 並列な投影の組から被検体(22)の画
像の組を再構成する前記ステップが、投影角度βの連続
した関数として決定される重み付け関数を、再構成しよ
うとする各画像スライスごとに再構成面における投影に
対して適用するステップを含む、請求項4に記載の方
法。 - 【請求項6】 投影データを収集するためにマルチスラ
イス型コンピュータ断層イメージング・システム(1
0)により被検体(22)をヘリカルスキャンする前記
ステップが、6:1を超えるヘリカルピッチで被検体を
スキャンするステップを含む、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 投影データを収集するためにマルチスラ
イス型コンピュータ断層イメージング・システム(1
0)により被検体(22)をヘリカルスキャンする前記
ステップが、8:1のヘリカルピッチで被検体をスキャ
ンするステップを含む、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 投影データを収集するためにマルチスラ
イス型コンピュータ断層イメージング・システム(1
0)により被検体(22)をヘリカルスキャンする前記
ステップが、4枚の画像スライスを表す投影データを収
集するようにコンピュータ断層イメージング・システム
を動作させるステップを含むと共に、並列な投影の組か
ら被検体の画像の組を再構成する前記ステップが4枚の
画像を再構成するステップを含む、請求項7に記載の方
法。 - 【請求項9】 投影データを収集するためにマルチスラ
イス型コンピュータ断層イメージング・システム(1
0)により被検体(22)をヘリカルスキャンする前記
ステップが、4枚の画像スライスを表す投影データを収
集するようにコンピュータ断層イメージング・システム
を動作させるステップを含んでおり、 投影角度βの連続した関数として決定される重み付け関
数を再構成しようとする各画像スライスごとに再構成面
における投影に対して適用する前記ステップが、 wi(β,γ)は検出器横列iに適用する投影重み付け
関数である、 γは検出器角度である、 βiは検出器横列iの等分線束(50)が再構成面と交
差する投影角度である、 β’i=βi−γは、当該サンプルの投影角度βiに対応
した並列な線束サンプルの角度である、並びに、 β’i+=β’i+π及びβ’i-=β’i−πである、とし
て、 w1(β,γ)= (β−β’4-)/(β’1−β’4-) (β’4-≦β<β’1の場合) (β−β’2)/(β’1−β’2) (β’1≦β<β’2の場合) 0 (上記以外の場合) w2(β,γ)= (β−β’1)/(β’2−β’1) (β’1≦β<β’2の場合) (β−β’3)/(β’2−β’3) (β’2≦β<β’3の場合) 0 (上記以外の場合) w3(β,γ)= (β−β’2)/(β’3−β’2) (β’2≦β<β’3の場合) (β−β’4)/(β’3−β’4) (β’3≦β<β’4の場合) 0 (上記以外の場合) w4(β,γ)= (β−β’3)/(β’4−β’3) (β’3≦β<β’4の場合) (β−β’1+)/(β’4−β’1+) (β’4≦β<β’1+の場合) 0 (上記以外の場合) で表される重み付け関数を適用するステップを含む、請
求項4に記載の方法。 - 【請求項10】 投影データを収集するためにマルチス
ライス型コンピュータ断層イメージング・システム(1
0)により被検体(22)をヘリカルスキャンする前記
ステップが、6:1を超えるヘリカルピッチで被検体を
スキャンするステップを含む、請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 投影データを収集するためにマルチス
ライス型コンピュータ断層イメージング・システム(1
0)により被検体(22)をヘリカルスキャンする前記
ステップが、8:1のヘリカルピッチで被検体をスキャ
ンするステップを含む、請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】投影データを収集するために被検体(2
2)をヘリカルスキャンすること、 並列な投影の組を定式化している前記投影データの共役
サンプルの組を決定すること、 前記共役サンプルを用いて被検体の画像の組を再構成す
ること、 を行うように構成されているマルチスライス型コンピュ
ータ断層システム(10)。 - 【請求項13】 共役サンプルを用いて被検体(22)
の画像の組を再構成するために、共役サンプルを用いて
前記並列な投影に重み付けすること、並びに該重み付け
した並列投影を用いて画像の組を再構成すること、を行
うように構成されている請求項12に記載のシステム
(10)。 - 【請求項14】 投影データを収集するように構成した
検出器素子(20)からなる複数の並列な横列を有する
検出器(18)と、スキャン対象の被検体(22)を透
過して検出器に向かう等分線束(50)を含むX線ビー
ム(16)を投射するように構成したX線源(14)
と、を備えると共に、 並列な投影の組を定式化している前記投影データの共役
サンプルの組を決定するために、βk−γ(ここで、βk
は検出器横列kが再構成面と交差する投影角度)により
定式化される領域境界の組を決定するように構成されて
いる、請求項12に記載のシステム(10)。 - 【請求項15】 並列な投影の組から被検体(22)の
画像の組を再構成するために、前記領域境界により規定
される領域対を補間して再構成面(POR)における投
影を生成するように構成されている、請求項14に記載
のシステム(10)。 - 【請求項16】 並列な投影の組から被検体(22)の
画像の組を再構成するために、投影角度βの連続した関
数として決定される重み付け関数を、再構成しようとす
る各画像スライスごとに再構成面における投影に対して
適用するように構成されている、請求項15に記載のシ
ステム(10)。 - 【請求項17】 被検体(22)を6:1を超えるヘリ
カルピッチでヘリカルスキャンするように構成した請求
項16に記載のシステム(10)。 - 【請求項18】 被検体(22)を8:1のヘリカルピ
ッチでヘリカルスキャンするように構成した請求項17
に記載のシステム(10)。 - 【請求項19】 前記システムを投影データを収集する
ために被検体(22)をヘリカルスキャンするように構
成させることが、前記システムを4枚の画像スライスを
表す投影データを収集するように構成させることを含む
と共に、前記システムを並列な投影の組から被検体の画
像の組を再構成するように構成させることが、前記シス
テムを4枚の画像を再構成するように構成させることを
含む、請求項18に記載のシステム(10)。 - 【請求項20】 前記システムを被検体(22)のヘリ
カルスキャンをするように構成させることが、前記シス
テムを4枚の画像スライスを表す投影データを収集する
ように構成させることを含むと共に、 前記システムを、投影角度βの連続した関数として決定
される重み付け関数を、再構成しようとする各画像スラ
イスごとに再構成面における投影に対して適用するよう
に構成させることが、前記システムを、 wi(β,γ)は検出器横列iに適用する投影重み付け
関数である、 γは検出器角度である、 βiは検出器横列iの等分線束(50)が再構成面と交
差する投影角度である、 β’i=βi−γは、当該サンプルの投影角度βiに対応
した並列な線束サンプルの角度である、並びに、 β’i+=β’i+π及びβ’i-=β’i−πである、とし
て、 w1(β,γ)= (β−β’4-)/(β’1−β’4-) (β’4-≦β<β’1の場合) (β−β’2)/(β’1−β’2) (β’1≦β<β’2の場合) 0 (上記以外の場合) w2(β,γ)= (β−β’1)/(β’2−β’1) (β’1≦β<β’2の場合) (β−β’3)/(β’2−β’3) (β’2≦β<β’3の場合) 0 (上記以外の場合) w3(β,γ)= (β−β’2)/(β’3−β’2) (β’2≦β<β’3の場合) (β−β’4)/(β’3−β’4) (β’3≦β<β’4の場合) 0 (上記以外の場合) w4(β,γ)= (β−β’3)/(β’4−β’3) (β’3≦β<β’4の場合) (β−β’1+)/(β’4−β’1+) (β’4≦β<β’1+の場合) 0 (上記以外の場合) で表される重み付け関数を適用するように構成させるこ
とを含む、請求項15に記載のシステム(10)。 - 【請求項21】 被検体(22)を6:1を超えるヘリ
カルピッチでスキャンするように構成した請求項20に
記載のシステム(10)。 - 【請求項22】 被検体(22)を8:1のヘリカルピ
ッチでスキャンするように構成した請求項21に記載の
システム(10)。
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