JP2002301062A - コンピュータトモグラフィのための方法ならびにコンピュータトモグラフィ装置 - Google Patents
コンピュータトモグラフィのための方法ならびにコンピュータトモグラフィ装置Info
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Abstract
適な検出器利用及び線量利用が可能なコンピュータトモ
グラフィの作動方法を提供する。 【解決手段】 焦点から発する円錐状の放射束と放射束
を検出するためのマトリックス状の検出器アレイとによ
り対象物を走査するため、焦点が対象物に対してらせん
軌道H上でシステム軸線Zの周りを動かされ、検出器ア
レイが受信した放射に相応する出力信号を供給し、らせ
んセグメント上の焦点の運動中に供給された出力データ
から、傾けられた画像平面を有する画像が再構成され、
その際画像平面がシステム軸線Zと直交する第1の軸線
xの周りに傾斜角度γだけ、また第1の軸線及びシステ
ム軸線Zと直交する第2の軸線yの周りに傾斜角度δだ
けシステム軸線に関して傾けられる。
Description
グラフィのための方法であって、焦点から発する円錐状
の放射束と放射束を検出するためのマトリックス状の検
出器アレイとにより対象物を走査するため、焦点が対象
物に対してらせん軌道上でシステム軸線の周りを動かさ
れ、その際検出器アレイが受けた放射に相応する出力信
号を供給し、それぞれらせんセグメント上の焦点の運動
中に供給された出力データから、傾けられた画像平面を
有する画像がシステム軸線に関して再構成されるステッ
プを含んでいるコンピュータトモグラフィのための方法
に関する。さらに本発明は、コンピュータトモグラフィ
(CT)装置であって、放射源を有し、その焦点から円
錐状の放射束が発し、放射束を検出するためのマトリッ
クス状の検出器アレイを有し、その際検出器アレイが受
信された放射に相応する出力データを供給し、放射源お
よび検出器アレイと対象物との間の相対的な運動を発生
させるための手段を有し、さらに出力データが供給され
る画像計算機を有し、放射束および二次元の検出器アレ
イにより対象物を走査するため相対的な運動を発生させ
るための手段がシステム軸線に対する焦点の相対的な運
動を、焦点がシステム軸線に対して相対的にシステム軸
線と一致する中心軸線を有するらせん軌道上を運動する
ように生じさせ、画像計算機がそれぞれらせんセグメン
ト上の焦点の運動中に供給された出力データから傾けら
れた画像平面を有する画像を再構成するコンピュータト
モグラフィ(CT)装置に関する。
相応の方法またはCT装置は米国特許第 5 802 134号明
細書から知られている。
下式により記述される。
ステム軸線Zに対して横向きに延びている行およびシス
テム軸線Zに対して平行に延びている列のなかに配置さ
れている場合に対しては、Sはシステム軸線の方向の検
出器行の広がり、またpはピッチであり、p=h/Sが
成り立ち、hは焦点Fの1回転あたりのらせん軌道のピ
ッチである。αは投影角度であり、以下では、±αの投
影角度範囲にわたって取得されたデータに属する画像平
面が考察される。その際に画像平面に属する参照投影は
αr =0に位置する、すなわち参照投影範囲±αの中央
を表す。αr は以下では参照投影角度と呼ばれる。
横断断面画像、すなわち符号zを付されているシステム
軸線と直交し、従ってx軸およびy軸を含む画像平面に
対する画像が再構成される。ここでx軸およびy軸は互
いに、またシステム軸線zと直交している。
書の場合には、システム軸線zに対してx軸の周りに傾
斜角度γだけ傾けられている画像平面に対する画像が再
構成される。これにより、傾斜角度γが、適当な誤差規
範、たとえば画像平面からのらせんセグメントのすべて
の点のz方向に測られた間隔の最小二乗平均値が満足さ
れており、らせん軌道への画像平面の最適な適合が与え
られているように選ばれているならば、画像に含まれる
アーチファクトが少ないという少なくとも理論的な利点
が得られる。
場合には扇状データ、すなわちそれ自体は知られている
扇状幾何学的配列で取得された、180°プラス 扇状
角度または円錐角度、たとえば240°、の長さのらせ
んセグメントにわたる焦点の運動の際に取得されたデー
タが再構成のために使用される。参照投影角度αr=0
に関しては画像平面の垂線ベクトルに対して
チ、従ってまたピッチp、に関係する。
から知られている方法は、ピッチpの任意の値に対して
使用され得る。しかし、最大ピッチpmax の下側では、
利用可能な検出器面、従ってまた患者に与えられる放射
線量、を画像取得のために最適に利用すること(検出器
利用度及び従って線量利用度)が不可能である。その理
由ば、たとい所与の横断層、すなわちシステム軸線zと
直交する対象物の層、が180°プラス 扇状角度また
は円錐角度よりも長いらせんセグメントにわたって走査
されるとしても、米国特許第 5 802 134号明細書から知
られている方法では最大ピッチpmax の下側のピッ
チpの値に対しては、180°プラス円錐角度よりも長
いらせんセグメントの利用は画像平面を十分に良好にら
せん軌道に適合させることを不可能にするであろうか
ら、180°プラス 円錐角度の長さのらせんセグメン
トしか利用され得ないことである。
にあげた形式の方法およびCT装置を、最大ピッチpma
x 以下のピッチpの値に対しても最適な検出器利用及び
従って線量利用が可能であるように構成することであ
る。
を解決するため、本発明によれば、 a)焦点から発する円錐状の放射束と放射束を検出する
ためのマトリックス状の検出器アレイとにより対象物を
走査するため、焦点が対象物に対してらせん軌道上でシ
ステム軸線の周りを動かされ、その際検出器アレイが受
けた放射に相応する出力信号を供給し、 b)それぞれらせんセグメント上の焦点の運動中に供給
された出力データから、傾けられた画像平面を有する画
像が再構成され、その際画像平面がシステム軸線と直交
する第1の軸線の周りに傾斜角度γだけ、また第1の軸
線及びシステム軸線と直交する第2の軸線の周りに傾斜
角度δだけシステム軸線に関して傾けられているステッ
プを含む。
ント上の焦点の運動中に供給される出力データから、シ
ステム軸線と直交する第1の軸線の周りに傾斜角度γだ
け、また第1の軸線及びシステム軸線と直交する第2の
軸線の周りに傾斜角度δだけシステム軸線に関して傾け
られた画像平面を有する画像が再構成される。
の際にも少なくとも近似的に完全な検出器利用および線
量利用を達成することができる。
ッチpおよび所与のz位置zima に対して長さ〔−α
max、+αmax 〕の全体セグメントに対する出力データ
が得られ、その際にαmax =Mπ/pが成り立ち、また
Mは検出器行の数である。この全体セグメントは複数個
nima の互いに重なるらせんセグメントに分割され、そ
れらの各々が180°プラス円錐角度の長さを有する。
らせんセグメントの各々に対して個所zima に傾けられ
た画像平面を有する適当な画像が再構成される。らせん
セグメントの各々に対する傾けられた画像平面を有する
画像の再構成により、傾斜角度γおよび傾斜角度δの相
応の選択によりこれらのらせんセグメントの各々に対す
る画像の画像平面をらせん軌道の相応のセクションに最
適に適合させ、また検出器アレイも線量も理論的に完全
にまた実際上ほぼ完全に利用することが可能である。
影角度αr=0 に中心を合わされた180°プラス円錐
角度の長さのらせんセグメントに対して得られた出力デ
ータに基づいて、異なるz位置に対する異なる傾斜をし
た画像平面を有する複数の画像の再構成により、傾斜角
度γおよび傾斜角度δの相応の選択によってこれらのz
位置の各々に対する画像の画像平面をらせんセグメント
に最適に適合させ、また検出器アレイも線量も理論的に
完全にまた実際上ほぼ完全に利用することが可能であ
る。その際に、本発明の好ましい実施形態によれば、複
数の傾けられた画像平面はらせんに接して延びている直
線内で交わる。
量利用率を得るため、本発明の他の構成によれば、らせ
んセグメントに属する傾けられた画像平面の傾斜角度δ
の極値+δmax および−δmax に対して
度γの値が成り立つ。
によれば、傾斜角度δの最大値の与えられた絶対値|δ
max|に対して傾斜角度γの付属の最適値γmin が、誤
差規範、たとえば画像平面からのらせんセグメントのす
べての点のz方向に測られた間隔の最小二乗平均値が満
足されているように求められる。
転する回転軸線がシステム軸線と同一ではなく、システ
ム軸線といわゆるガントリ角度ρのもとに交わるときに
は、選ぶべき傾斜角度γ′に対して
た絶対値|δmax |に対して傾斜角度γの付属の最適値
γ´ が、誤差規範、たとえば画像平面からのらせんセ
グメントのすべての点のz方向に測られた間隔の最小二
乗平均値が満足されているように求めることが可能であ
る。
量利用率を得るため、さらに本発明の別の構成例によれ
ば、各々のらせんセグメントに対して傾けられた画像平
面を有する画像が発生される傾けられた画像平面の数n
ima に対して
よび線量利用率を得るため、等しい幅の検出器行の仮定
のもとに、本発明の別の構成例によれば、傾けられた画
像平面の傾斜角度δが
を得るため、本発明の別の構成例によれば、リフォーマ
ッティングが行われる。すなわち、傾けられた画像平面
を有する複数の画像が統合されることによって、横断層
の横断層画像が別の方法ステップで発生される。その際
に統合は、本発明の構成例では、傾けられた画像平面を
有する複数の画像が横断層画像に内挿により、または特
に重み付けされた平均値形成により統合されることによ
って行われる。
1つの横断層画像に統合する際に、本発明の好ましい変
形例によれば、さらに、横断層画像を発生するために統
合される傾けられた画像平面を有する画像の数が横断層
に示される層のそれぞれ所望の層厚みに相応して選ばれ
る。その際に、横断層の可能なかぎり高い画質を得るた
め、画像が最小可能な層厚みを有する傾けられた画像平
面により再構成される。
みは、本発明の別の好ましい構成例によれば、横断層画
像を発生するために統合される傾けられた画像平面を有
する画像の数が
るため、本発明によれば、放射源を有し、その焦点から
円錐状の放射束が発し、放射束を検出するためのマトリ
ックス状の検出器アレイを有し、検出器アレイが受けた
放射に相応する出力データを供給し、放射源および検出
器アレイと対象物との間の相対的な運動を発生するため
の手段を有し、さらに出力データが供給される計算機を
有し、放射束および二次元の検出器アレイにより対象物
を走査するため相対的な運動を発生するための手段がシ
ステム軸線に対する焦点の相対的な運動を、焦点がシス
テム軸線に対して相対的にシステム軸線の周りのらせん
軌道上を運動するように生じさせ、計算機がそれぞれら
せんセグメント上の焦点の運動中に供給された出力デー
タから傾けられた画像平面を有する画像を再構成し、画
像平面がシステム軸線と直交する第1の軸線の周りに傾
斜角度γだけ、また第1の軸線及びシステム軸線と直交
する第2の軸線の周りに傾斜角度δだけシステム軸線に
関して傾けられている。本発明によるCT装置の機能お
よび利点に関しては本発明による方法に関して先に述べ
たことが参照される。
により本発明を一層詳細に説明する。
するために適した本発明による第3世代の多層CT装置
が示されている。その全体として符号1を付されている
測定装置は、全体として参照符号2を付されているX線
放射源と、その前に配置されている放射源近傍の放射絞
り3(図4)と、検出器要素の複数の行および列(それ
らのうちの1つが図3中に符号4を付されている)の面
状のアレイとして構成された検出器アレイ5と、その前
に配置されている検出器近傍の放射絞り6(図4)とを
有する。放射絞り3を有するX線放射源2と放射絞り6
を有する検出器アレイ5とは、図4で明らかなように、
以下ではガントリとも呼ばれる回転フレーム7に互いに
向かい合って取り付けられ、CT装置の作動中にX線放
射源2から発する、設定可能な放射絞り3により絞られ
たピラミッド状のX線放射束(その縁放射に符号8を付
されている)が検出器アレイ5の上に当たるようになっ
ている。放射絞り6は、放射絞り3により設定されたX
線放射束の横断面に相応して、検出器アレイ5のX線放
射束が直接的に当たり得る範囲のみが露出されているよ
うに設定されている。これらは図3および4に示されて
いる作動状態では検出器要素の4つの行である。検出器
要素の放射絞り6により覆われている他の行が存在して
いることは図4中に点線により示されている。
面に投影されるX線放射束の開き角度である円錐角度φ
を有する。円錐角度φは、検出器アレイ5の個々の行と
共同作用するX線放射束の部分のファン角度に相当す
る。
より参照符号Zを付されているシステム軸線の周りを回
転することができる。システム軸線Zは図1中に示され
ている直角座標系のz軸と同一である。ガントリ7の円
状の開口は測定フィールドまたは対象物シリンダの半径
に相当する半径RM を有する。焦点Fが運動する半径は
符号Rf を付されている。
延びており、z軸の方向に測られる幅Sがたとえば1m
mである行はシステム軸線Zまたはz軸に対して直角に
延びている。
射路の中にもたらし得るように、システム軸線Zに対し
て平行に、すなわちz軸の方向に、移動可能な寝台装置
9が設けられている。
とえば患者、の容積データを取得するため、システム軸
線Zの周り測定ユニット1の運動中に種々の投影方向α
からの多数の投影が撮像されることによって、検査対象
物の走査が行われる。すなわち検出器アレイ5から供給
されるデータは各々の能動的な検出器行に対して多数の
投影を含んでいる。
連続的な回転の間に、同時に寝台装置9がシステム軸線
Zの方向に測定ユニット1に対して相対的に動かされ、
その際に、回転フレーム7の1回転あたりの寝台装置9
の送りhの値として被検体の問題になる容積の完全な走
査を保証する値が選ばれることによって、並進速度対回
転速度の比が一定であり、この一定の比が設定可能であ
るように、回転フレーム7の回転運動と寝台装置9の並
進運動との間の同期化が行われている。
べたように、ピッチpと呼ばれる。被検体の無間隙の走
査をまさになお保証する最大ピッチpmax は、検出器ア
レイ5のすべての行が等しい幅Sを有するという仮定の
もとに生ずる。その際にnは検出器システム5の能動的
な行の数である。
1中に符号Hを付されているらせん状のらせん軌道上を
システム軸線Zの周りを運動し、従って容積データの取
得の説明される様式はらせん走査またはらせんスキャン
とも呼ばれる。その際に検出器アレイ5の各行の検出器
要素から供給される容積データはそれぞれ検出器アレイ
5の特定の行およびシステム軸線Zに関する特定の位置
に対応付けられている投影を含んでいる容積データであ
り、これらの容積データは並列に読出され、シーケンサ
10で直列化され、画像計算機11に伝達される。
いて容積データの前処理の後に、その結果としてのデー
タフローがメモリ14に到達し、そのなかにデータフロ
ーに相当する容積データが記憶される。
タをたとえば被検体の所望の層の断層画像の形態で、当
業者にそれ自体は知られている方法に従って再構成する
再構成ユニット13を含んでいる。再構成ユニット13
により再構成された画像データはメモリ14に記憶さ
れ、画像計算機11に接続されている表示ユニット1
6、たとえばビデオモニター、の上に表示され得る。
ユニット17により必要な電圧および電流を供給され
る。これらをそれぞれ必要な値に設定し得るように、発
生器ユニット17にキーボード19およびマウス20を
有する制御ユニット18が対応付けられており、それに
より必要な設定が行われる。
ユニット18およびキーボード19ならびにマウス20
により行われ、このことは制御ユニット18が画像計算
機11と接続されていることにより示されている。
する第1の作動形式では、らせん走査の途中で取得され
た容積データから横断層画像、すなわちその画像平面が
システム軸線Zに対して直角に延びている断層画像、
が、それ自体は知られており、文献中に180LI再構
成または360LI再構成として記載されている方法に
従って再構成される。
少なくとも中間ステップとして、その画像平面がシステ
ム軸線Zに対して傾けられている断層画像を再構成する
ことも可能である。
02 134号明細書から公知の処理の仕方と異なって、画像
平面がシステム軸線Zに関して、システム軸線Zと直交
する第1の軸線、すなわちx軸、の周りに傾斜角度γだ
け、また第1の軸線(x軸)ともシステム軸線Zとも直
交する第2の軸線、すなわちy軸、の周りにシステム軸
線に関して傾斜角度δだけ傾けられている。このことは
図5から明らかである。
のピッチpおよび所与のz位置zim a に対して長さ〔−
αmax、+αmax 〕のらせんセグメントに対する出力デ
ータが利用され、その際にαmax =Mπ/pが成り立
ち、Mは検出器行の数であり、その際にz位置はz軸上
の画像平面の位置を示す。この全体セグメントはnima
個 の互いに重なるらせんセグメントに分割され、それ
らの各々が180°プラス円錐角度の長さを有する。ら
せんセグメントの各々に対して、傾けられた画像平面を
有する固有の画像が個所zima に再構成される。らせん
セグメントの各々に対する傾けられた画像平面を有する
画像の再構成により、傾斜角度γおよび傾斜角度δの相
応の選択によりこれらのらせんセグメントの各々に対す
る画像の画像平面をらせん軌道の相応のセクションに最
適に適合させ、また放射絞り6により露出される検出器
アレイ5の領域及びこの領域上に照射する放射線量も理
論的に完全に、また実際上ほぼ完全に利用することが可
能である。
参照投影角度αr =0に中心を合わされている180°
プラス円錐角度φの長さのらせんセグメントが関与さ
れ、このらせんセグメントに基いて、異なる位置に対す
る異なる傾斜の画像平面を有するnima個の画像が関与
される。このモードにおいても、異なる位置に対する異
なる傾斜の画像平面を有する複数の画像の再構成によ
り、また傾斜角度γおよび傾斜角度δの相応の選択によ
りこれらのらせんセグメントの各々に対する画像の画像
平面をらせん軌道の相応のセクションに最適に適合さ
せ、また検出器アレイも線量も理論的に完全にまた実際
上ほぼ完全に利用することが可能である。その際に、本
発明の好ましい実施形態によれば、複数の傾けられた画
像平面はらせんに接して延びている直線で交わる。
る。
=0に中心を合わされている単一のらせんセグメントが
考察される。nima の画像の画像平面はx軸に関して傾
斜角度γだけ、またy軸に関して傾斜角度δだけ傾けら
れているので、画像平面の法線ベクトルは
f )が傾斜角度γおよび傾斜角度δだけ傾けられている
画像平面からz方向に有する間隔d(α,δ,γ)は
焦点Fの位置(−Rr、0、0)が画像平面のなかに位
置していることから出発される。
び傾斜角度δは,らせんセグメント上のすべての点の二
乗平均値が最小であるように選ばれなければならない。
回転された座標系x-yであるとすると、b-tは投影角
度αを有する投影に対するローカルな座標系である。
的な検出器平面、のなかの検出器アレイの投影に相当す
る仮想的な検出器アレイを想定すると、検出器平面に対
してt=0が成り立つ。
と、画像平面との仮想的な検出器平面の交線が得られ
る。
明細書の場合と等しい処理で、すなわち傾斜角度δ=0
に対して、最適化される。結果として
る角度である。α=π/3が、このパラメータに対する
最適な値とは言わないまでも、1つの望ましい値である
ことが示されている。
傾斜角度γ0 に対して傾斜角度δが最適化される。その
際に傾斜角度δに対する最適化規範は、放射により捕捉
される被検体の範囲をz方向に後方または前方に境する
直線−RFOV≦b≦RFOVに対する(7)によるz
座標が能動的な検出器面の内側、すなわち放射絞り6に
より露出されまた放射を当てられる検出器アレイ5の範
囲の内側、に位置していなければならないだけでなく、
検出器面を可能なかぎり良く利用しなければならないこ
とである。
(7)によるz座標により与えられるb=±RFOVに
対する直線は検出器面のz方向に前端または後端に到達
する。このことがらせんセグメントの始端および終端に
おける投影、すなわち最も外側の投影角度αl =±1
20°、に対する各らせんセグメントに対して生ずるな
らば、
z方向に測られた幅である。
(8)に入れられ、またδmax に関して解かれることに
よって、
復により、詳細には(3)による画像平面からのらせん
セグメントのすべての点のz方向に測られた間隔d
(α、δ max、γ)の二乗平均値の最小化により、求め
られる。
max 〕は、いま再構成すべき、傾けられた画像平面を有
する画像の数nima に相応して、好ましくは説明される
実施例の場合のように、均等に分割される。すなわち、
均等な分割の場合には、各々の画像平面0≦i≦nima
−1が傾斜角度γmin(実施例の場合のようにすべての
画像平面に対し等しいのが好ましい) および各傾斜角
度δ(i)により特徴付けられている。その際に各傾斜角
度に対しては
傾けられている画像平面を有する画像の数nima は
以下に、p=12のピッチにより作動させられる幅Sの
M=12の検出器行を有するCT装置を例として説明さ
れる。各z位置zima に対してαmax =πを有する長さ
〔−αmax、αmax 〕のらせんセグメントが撮像され
る。
て、種々の傾斜角度γに対して画像平面からのこのらせ
んセグメントのすべての点のz軸の方向に測られた間隔
が、半径Rf を乗算された投影角度αのサインを横軸
にとって、詳細には傾斜角度δ=0に対して、示されて
いる。
らせんセグメントがその全体として各画像に寄与すると
いう仮定のもとに、比率γ/γ0 を横軸にとって、検
出器行の幅Sに対して相対的な、以下でSMSD(平均
二乗距離の平方根)と呼ばれる画像平面からの考察され
ているらせんセグメントのすべての点のz軸の方向に測
られた間隔の二乗平均値の平方根を示す。
全く傾けられていない画像平面、すなわちγ=0、の場
合に対する3.5Sから2.2Sに減ずることが明らかにな
る。それは米国特許第 5 802 134号明細書による方法に
より達成可能な画質の改善がSMSDのこの減少に帰す
べきものであることから出発される。ところで、それに
対してSMSDが最小である傾斜角度γの値は、ピッチ
pの考察されている値に対して、(8)式により求めら
れたγ0 の値からわずかしか相違しない。
画像が再構成されるのではなく、式(12)により求め
られた必要な数nima の、傾けられている画像平面を有
する画像が再構成されるならば、いまの例に対して選ば
れた値M=12およびp=12に対して数nima=2 が
生ずる。すなわち長さ2αmax =2π=360°の全セ
グメントの際には、長さ180°プラス円錐角度、すな
わちたとえば長さ240°、120°だけ互いにずらさ
れており従って共通に全セグメントを含んでいる2つの
らせんセグメントに対して、傾けられている画像平面を
有するそれぞれ2つの画像が再構成される。その際に画
像の画像平面は相異なるz位置及び従って(11)式に
より相異なる傾斜角度δ、すなわち−δmax およびδ
max 、を有する。
トの1つに対して、検出器要素の行の幅Sに対して、こ
のらせんセグメントに属する両方の画像の−δmax また
は+δmax だけ、またそれぞれγmin だけ傾けられた画
像平面からのこのらせんセグメントのすべての点のz軸
の方向に測られた間隔が、半径Rr を乗算された投影角
度αのサインを横軸にとって示されている。その際に先
ずδmax およびγ0 が(8)および(10)式に基づい
て求められた。次いで最適化の目的で傾斜角度γの再反
復がδmax に基づいて実行された。そのためにSMSD
が考察されているらせんセグメントの両方の画像平面に
対して別々に求められ、次いで全SMSDが別々に求め
られたSMSDの平方根として形成され、最後に傾斜角
度γが再反復された。このことはγmin =1.26・γ0 お
よび全体として0.8SのSMSDに通ずる。
公知の方法(δ=0を有する傾斜角度および全セグメン
トからの単一の画像の再構成)にくらべて3よりも大き
い係数だけのSMSDの減少に相当し、また画質におけ
る利得を約束する。
属する画像平面が例として図9および10に種々の視角
のもとに斜視図で示されている。特に図10から、両方
の傾けられている画像平面が前述のようにらせんに対し
て接線方向に延びている直線で交わることは明らかであ
る。
方法に対する検出器利用及び従って線量利用が、図11
にM=12およびp=8に対する仮想的な検出器につい
て示されている。その際に、太い平行四辺形状の線によ
り境されている範囲は、らせんセグメントに属する傾け
られている画像平面がらせんセグメントに沿っての焦点
の運動の間に投影される仮想的な検出器の範囲を示す。
り、それに応じて線量利用も低いことが明らかになる。
理論的に最適な検出器利用および線量利用は最大のピッ
チp max =12に対してのみ可能である。ピッチpの減
少と共に検出器利用および線量利用は常に悪くなる。
利用が、図12に同じくM=12およびp=8に対する
仮想的な検出器について示されている。その際に、太い
平行四辺形状の線により境されている範囲は、らせんセ
グメントに属する(12)式によりnima=3 の傾けら
れている画像平面がらせんセグメントに沿っての焦点の
運動の間に投影される仮想的な検出器の範囲を示す。
最も大きい部分が利用され(未利用にとどまるのは2つ
の小さい三角形の範囲のみであり)、また線量利用が相
応に高いことが明らかになる。
対してM=12およびp=12に対する状況を示す。そ
れによれば、太い平行四辺形状の線により境されている
範囲は再び、らせんセグメントに属する(12)式によ
りnima=2 の傾けられている画像平面がらせんセグメ
ントに沿っての焦点の運動の間に投影される仮想的な検
出器の範囲を示す。
に、本発明の場合には実際に、仮想的な検出器表面の2
つの小さい利用されない三角形の範囲がピッチpの減少
と共に徐々に増大するかぎり、検出器利用および線量利
用がピッチpにごくわずかしか関係しない。
ら公知の方法と対照的に本発明の場合には、検出器利
用、従ってまた線量利用、がピッチpにほぼ無関係であ
り、またほぼ最適であることが明らかになる。
る。
る(10)式により求められた最大の傾斜角度δmax を
ピッチpの関数として示す。本発明がp=16、δmax
=0に対して 米国特許第 5 802 134号明細書から公知
のアルゴリズムに移行することは明らかである。
換され得る。これは参照投影角度αr のシフト
α,+Δα〕の範囲内に位置している参照投影角度に関
して中心を合わされている240°長さのらせんセグメ
ントの画像が計算される。
るならば、この範囲は長さ〔−Δα、Δα〕・Trot /
2πの時間間隔に相当する。Trot =0.5sに対して
任意のz位置に対して取り除かれた時間間隔が図15に
ピッチpの関数として示されている。
体としてあらゆる場合に仮想的な検出器面に適合すべき
であれば、毎分60拍(60bpm)の脈拍の際の完全
な心臓サイクルに相当する1秒の時間間隔を取り除くた
めに、p=3の最大ピッチが利用できる。
ち等しい心臓サイクルから得られる画像の画像平面が図
16に示されている。横断層画像を得るためには、リフ
ォーマッティングが必要である。
要でない横断層画像を得るためにはリフォーマッティン
グが必要である。
少数の、たとえば4つの行の検出器要素を利用する。こ
の行数に対してはX線放射の斜めの放射経過は無視され
得る。従って、このようなCT装置に対しては従来通常
のアルゴリズムがらせんデータから横断層画像を再構成
するために拡張された。再構成層厚みを決定するための
適切な重み付け関数によるらせん重み付けの実行の後
に、1行データセットが得られ、それから畳込み‐逆投
影‐アルゴリズムにより横断層画像が再構成される。再
構成層厚み、すなわち再構成された横断層画像で捕捉さ
れる被検体の層の厚みは、らせん重み付けの際に使用さ
れる重み付け関数の幅の選択により決定されている。再
構成層厚みの変更は、変更された重み付け関数による新
たな再構成によってのみ可能である。
きくない行数(M≦40)を有するCT装置に対して適
している。本発明によれば、既に説明されたように、そ
の傾斜をらせん状の走査ジオメトリに適合された画像平
面に対する画像が再構成されることによって、再構成の
際にX線放射の斜めの放射経過への適合が行われる。画
像平面の傾斜の結果として、横断層画像におけるシステ
ム軸線に関し傾斜した画像平面を有するこれらの画像の
以下でリフォーマッティングと呼ばれる換算が必要であ
る。これが行われないならば、特に再構成された画像容
積の二次的ビュー(たとえば矢状または冠状)のなかに
幾何学的な標識を考慮に入れる必要がある。
挿関数を使用して行われ、それによって層感度プロフィ
ルおよび結果として得られる横断層画像のなかの画像ノ
イズが影響され得る。
トロスペクティブにリフォーマッティングの途中で行わ
れることは有利である。
いて実行すべきリフォーマッティングのために必要な傾
けられている画像平面を有する画像の数は下記のように
して得られる:
in(Φ))によりパラメータ化された対象物シリンダ
の縁において、(x,y,ΔzR )が平面式
傾斜角度δおよび傾斜角度γだけ傾けられている画像平
面の間隔ΔzR が得られる。
のリフォーマッティングのためにはそれに続いて、間隔
すべての画像が利用可能でなければならない、すなわち
メモリ14のなかに記憶される。
* が上記の間隔によりセットされる限界値を超過する内
挿関数が使用されるならば、リフォーマッティングのた
めに必要な、再構成された傾けられている画像平面を有
する画像の数は内挿フィルタの長さにより決定されてい
る。
マッティングのために必要とされる再構成された傾けら
れている画像平面を有する画像の数NM に対しては
再構成された傾けられている画像平面を有する画像の数
である。
要素の16の行と、傾けられている画像平面を有する幅
Sあたり再構成された画像の数Ns =4とを有する検出
器アレイに対しては、半値幅Sの三角形状の内挿関数を
使用するという仮定のもとに、横断層画像のリフォーマ
ッティングのために必要とされる再構成された傾けられ
ている画像平面を有する画像の数NM としてNM =10
が得られる。
スペクティブに決定されるという事情の結果として、傾
けられている画像平面を有する画像の再構成は好ましく
は最小可能な再構成層厚みを有するらせん再構成の際の
相応に狭い重み付け関数の選択により行われる。これは
傾けられている画像平面を有する画像だけでなくリフォ
ーマッティングにより得られる横断層画像のz方向の最
も高い鋭さを保証する。
マッティングの別の利点として下記のことがあげられ
る。 −再構成層厚みが、新たな再構成を必要とせずに、レト
ロスペクティブに選択可能であり、 −再構成層厚みが自由に選択可能であり、また −リフォーマッティングのために自由に選択可能な幅の
多数の適切な内挿関数が利用可能である。
7による作動様式において、焦点Fがシステム軸線Zの
周りを回転する回転軸線Z′がシステム軸線Zと同一で
はなく、システム軸線Zといわゆるガントリ角度ρで交
わるときには、図5による幾何学的配列から、z軸に対
しガントリ角度ρだけ傾けられらせん軌道Hの中心軸線
に相当するz′軸と、y軸に対し同様にガントリ角度ρ
だけ傾けられているy′軸と、不変にとどまっているx
軸とを有する、図18により傾けられている座標系が生
ずる。
は
に説明された処理様式は傾けられているガントリの場合
に転用され得る。その際に(7)式の代わりに
対する決定式に、すなわち(10)式に、傾けられてい
るガントリの場合に対する座標系(x,y′,z′)の
傾斜角度γ′を代入しなければならない。
γ′に対しては
トリの場合に対する傾斜角度γ′は参照投影角度αr
にほぼ無関係である。その際に図19は行数M=16、
ピッチp=16およびρ=30°のガントリ角度に対す
る状況を示す。
かなように、参照投影角度αr にほぼ無関係であり、そ
の際に図20も行数M=16、ピッチp=16およびガ
ントリ角度ρ=30に対する状況を示す。その際にAは
+RFOVおよびρ=30°に対する最大の傾斜角度δ
max の経過を示し、Cは−RFOVおよびρ=30°に
対する最大の傾斜角度の経過を示す。
リ角度に対する最大の傾斜角度δma x の相応の経過が示
されており、その際にBは+RFOVおよびρ=0°に
対して当てはまり、Dは−RFOVおよびρ=0°に対
して当てはまる。
21には図19と類似して、米国特許第 5 802 134号明
細書から公知の方法に対して同じく数値M=16、ピッ
チp=16およびガントリ角度ρ=30°に対して参照
投影角度の関数としての傾斜角度γの経過が示されてい
る。ここで参照投影角度αr との傾斜角度γの強い関係
が存在することが明らかになる。
Fの全回転(360°)を示す。
えば(10)式から(21)式に基づいてらせん軌道H
のピッチから得られる傾斜角度の最大値の所与の絶対値
|δ max |に対して、傾斜角度γ´の所属の最適値を、
誤差規範、たとえば画像平面からのらせんセグメントの
すべての点のz方向に測られた間隔の最小平均値が満足
されているように求めることが可能である。
には、前処理ユニット12および再構成ユニット13が
ハードウェア構成要素であるものとして説明されてい
る。このことは実際にそうであってよい。しかし通常は
上記の構成要素は必要なインタフェースを設けられてい
る汎用計算機上で実行されるソフトウェアモジュールに
より実現されている。汎用計算機は、図1とは異なり、
制御ユニット18の機能をも引き受けることができる。
方向に測られた幅が等大であり、たとえば1mmである
行を持った検出器アレイ5を有する。それとは異なり、
本発明の枠内で、その行が相異なる幅である検出器アレ
イが設けられていてもよい。すなわち、たとえば2つの
内側の行が各1mm幅であり、それらの両側に2mm幅
を有する各行が設けられていてもよい。
と寝台9との間の相対的な運動が、寝台9がずらされる
ことにより発生される。しかし、本発明の範囲内で、寝
台9を位置固定とし、その代わりに測定ユニット1を移
動させることも可能である。さらに、本発明の範囲内
で、必要な相対的運動を測定ユニット1および寝台9の
双方の移動により発生させることも可能である。
置、すなわちX線放射源および検出器システムが画像発
生中に共通にシステム軸線の周りに移動されるCT装
置、である。しかし本発明は第4世代のCT装置、すな
わちX線放射源のみがシステム軸線の周りに移動され、
固定の検出器リングと共同作用するCT装置、と関連し
ても、検出器アレイにおいて検出器要素の面状のアレイ
を対象とするかぎり、使用することができる。
1つの焦点からだけではなく、システム軸線の周りに移
動され1つ又は複数のX線放射源の複数の焦点から発す
るCT装置、においても、検出器アレイが検出器要素の
面状のアレイを有するかぎり、本発明による方法を使用
することができる。
るCT装置は、直交マトリックスの形式で配置されてい
る検出器要素を有する検出器アレイを有する。しかし本
発明は、検出器アレイが面状のアレイとは異なる様式で
配置されている検出器要素を有するCT装置と関連して
使用することもできる。
の医学用途に関するものであるが、本発明は医学のほか
にも、たとえば包装検査や材料検査にも使用することが
できる。
成図である。
成図である。
CT装置の構成配置図である。
CT装置の構成配置図である。
配置図である。
トのすべての点のz軸の方向に測られた検出器要素の行
の幅に対して相対的な間隔との関係を説明するための線
図である。
のz軸の方向に測られた間隔の、検出器行の幅Sに対し
て相対的な二乗平均値の平方根を比γ/γ0 を横軸にと
って示す線図である。
のらせんセグメントのすべての点のz軸の方向に測られ
た検出器要素の行の幅に対して相対的な間隔を、半径を
乗算した投影角度αのサインを横軸にとって示す線図で
ある。
画像平面を示す斜視図である。
る画像平面を示す斜視図である。
度及び線量利用度を示す線図である。
及び線量利用度を示す線図である。
及び線量利用度を示す線図である。
ある。
る。
の画像平面の説明図である。
有する本発明によるCT装置の構成配置図である。
有する本発明によるCT装置の構成配置図である。
投影角度との関係を示す線図である。
と参照投影角度との関係を示す線図である。
参照投影角度との関係を示す線図である。
Claims (34)
- 【請求項1】 コンピュータトモグラフィのための方法
において、 a)焦点から発する円錐状の放射束と放射束を検出する
ためのマトリックス状の検出器アレイとにより対象物を
走査するため、焦点が対象物に対してらせん軌道上でシ
ステム軸線の周りを動かされ、その際検出器アレイが受
けた放射に相応する出力信号を供給し、 b)それぞれらせんセグメント上の焦点の運動中に供給
された出力データから、傾けられた画像平面を有する画
像が再構成され、その際画像平面がシステム軸線と直交
する第1の軸線の周りに傾斜角度γだけ、また第1の軸
線及びシステム軸線と直交する第2の軸線の周りに傾斜
角度δだけシステム軸線に関して傾けられているステッ
プを含んでいることを特徴とするコンピュータトモグラ
フィのための方法。 - 【請求項2】 nima個 の相続くらせんセグメントに対
して、傾けられた画像平面を有する画像が再構成され、
その際画像平面が等しいz位置zima を有し、直接相続
くらせんセグメントがたかだか180°だけ互いにずら
され、長さ〔−αmax、+αmax 〕の全体セグメントを
生じ、その際αmax =Mπ/p(Mは検出器行の数)で
あることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 各らせんセグメントが180°プラス円
錐角度の長さを有し、各らせんセグメントに対してn
ima個 の傾けられた画像平面に対して傾けられた画像平
面を有する画像が再構成され、画像平面が相異なるz位
置zima を有することを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項4】 複数の傾けられた画像平面がらせんに対
して正接して延びている直線において交わることを特徴
とする請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 らせんセグメントに属する傾けられた画
像平面の傾斜角度δの極値+δmax および−δmax に対
して 【数1】 ここで 【数2】 によるγ0 は傾斜角度δ=0に対して求められた傾斜角
度γの値が成り立つことを特徴とする請求項3または4
記載の方法。 - 【請求項6】 焦点がシステム軸線に相当するシステム
軸線の周りの回転軸線の周りを回転することを特徴とす
る請求項1ないし5のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項7】 焦点がその周りでシステム軸線の周りを
回転する回転軸線が、システム軸線とガントリ角度ρで
交わり、その際選ぶべき傾斜角度γ′に対して 【数3】 が成り立つことを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
か1つに記載の方法。 - 【請求項8】 傾斜角度δの最大値の与えられた絶対値
|δmax |に対して傾斜角度γの所属する最適値γmin
が、誤差規範が満足されるように求められることを特徴
とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項9】 各らせんセグメントに対して傾けられた
画像平面が発生される傾けられたnima個の画像平面に
対して 【数4】 が成り立つことを特徴とする請求項3ないし8のいずれ
か1つに記載の方法。 - 【請求項10】 傾けられた画像平面の傾斜角度δが 【数5】 に従って求められることを特徴とする請求項9記載の方
法。 - 【請求項11】 傾けられた画像平面を有する複数の画
像が統合されることによって、システム軸線と直交する
横断層の横断層画像が発生される別のステップを有する
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに
記載の方法。 - 【請求項12】 横断層画像への傾けられた画像平面を
有する複数の画像の統合が内挿により行われることを特
徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 横断層画像への傾けられた画像平面を
有する複数の画像の統合が平均値形成により行われるこ
とを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 横断層画像への傾けられた画像平面を
有する複数の画像の統合が重み付けされた平均値形成に
より行われることを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項15】 横断層画像を発生するために統合され
る傾けられた画像平面を有する画像の数が、横断層のそ
れぞれ所望の層厚みに相応して選ばれることを特徴とす
る請求項11ないし14のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項16】 画像が最小可能な層厚みを有する傾け
られた画像平面により再構成されることを特徴とする請
求項15記載の方法。 - 【請求項17】 横断層画像を発生するために統合され
る傾けられた画像平面を有する画像の数が、 【数6】 に従って選ばれることを特徴とする請求項15または1
6記載の方法。 - 【請求項18】 放射源を有し、その焦点から円錐状の
放射束が発し、放射束を検出するためのマトリックス状
の検出器アレイを有し、検出器アレイが受けた放射に相
応する出力データを供給し、放射源および検出器アレイ
と対象物との間の相対的な運動を発生させるための手段
を有し、さらに出力データが供給される計算機を有し、
放射束および二次元の検出器アレイにより対象物を走査
するため相対的な運動を発生させるための手段がシステ
ム軸線に対する焦点の相対的な運動を、焦点がシステム
軸線に対して相対的にシステム軸線の周りのらせん軌道
上を運動するように生じさせ、計算機がそれぞれらせん
セグメント上の焦点の運動中に供給された出力データか
ら傾けられた画像平面を有する画像を再構成し、画像平
面がシステム軸線と直交する第1の軸線の周りに傾斜角
度γだけ、また第1の軸線及びシステム軸線と直交する
第2の軸線の周りに傾斜角度δだけシステム軸線に関し
て傾けられていることを特徴とするコンピュータトモグ
ラフィ装置。 - 【請求項19】 計算機がnima個 の相続くらせんセグ
メントに対して、傾けられた画像平面を有する画像を再
構成し、画像平面が等しいz位置zima を有し、直接相
続くらせんセグメントがたかだか180°だけ互いにず
らされ、長さ〔−αima、+αima 〕の全体セグメント
を生じ、その際αmax =Mπ/p(Mは検出器行の数)
であることを特徴とする請求項18記載のコンピュータ
トモグラフィ装置。 - 【請求項20】 各らせんセグメントが180°プラス
円錐角度の長さを有し、各らせんセグメントに対してn
ima個 の傾けられた画像平面に対して傾けられた画像平
面を有する画像が再構成され、画像平面が相異なるz位
置zima を有することを特徴とする請求項18記載のコ
ンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項21】 複数の傾けられた画像平面がらせんに
対して接して延びている直線において交わることを特徴
とする請求項20記載のコンピュータトモグラフィ装
置。 - 【請求項22】 らせんセグメントに属する傾けられた
画像平面の傾斜角度δの極値+δmax および−δmax に
対して 【数7】 ここで 【数8】 によるγ0 は傾斜角度δ=0に対して求められた傾斜
角度γの値が成り立つことを特徴とする請求項20また
は21記載のコンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項23】 焦点がシステム軸線に相当するシステ
ム軸線の周りの回転軸線の周りを回転することを特徴と
する請求項18ないし22のいずれか1つに記載のコン
ピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項24】 焦点がその周りでシステム軸線の周り
を回転する回転軸線が、システム軸線とガントリ角度ρ
で交わり、その際計算機が傾斜角度γ′を 【数9】 により選択することを特徴とする請求項18ないし22
のいずれか1つに記載のコンピュータトモグラフィ装
置。 - 【請求項25】 傾斜角度δの最大値の与えられた絶対
値|δmax |に対して傾斜角度γの所属する最適値γ
min が、誤差規範が満足されるように求められることを
特徴とする請求項22ないし24のいずれか1つに記載
のコンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項26】 各らせんセグメントに対して傾けられ
た画像平面が発生される傾けられたnima個の画像平面
に対して 【数10】 が成り立つことを特徴とする請求項20ないし25のい
ずれか1つに記載のコンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項27】 計算機が傾けられた画像平面の傾斜角
度δを 【数11】 に従って求めることを特徴とする請求項26記載のコン
ピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項28】 計算機が、傾けられた画像平面を有す
る複数の画像を統合することによって、システム軸線と
直交する横断層の横断層画像を発生することを特徴とす
る請求項18ないし27のいずれか1つに記載のコンピ
ュータトモグラフィ装置。 - 【請求項29】 計算機が、横断層画像への傾けられた
画像平面を有する複数の画像の統合を内挿により行うこ
とを特徴とする請求項28記載のコンピュータトモグラ
フィ装置。 - 【請求項30】 計算機が、横断層画像への傾けられた
画像平面を有する複数の画像の統合を平均値形成により
行うことを特徴とする請求項29記載のコンピュータト
モグラフィ装置。 - 【請求項31】 計算機が、横断層画像への傾けられた
画像平面を有する複数の画像の統合を重み付けされた平
均値形成により行うことを特徴とする請求項30記載の
コンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項32】 計算機がさらに、横断層画像を発生さ
せるために統合する傾けられた画像平面を有する画像の
数を横断層のそれぞれ重み付けされた層厚みに相応して
選ぶことを特徴とする請求項28ないし31のいずれか
1つに記載のコンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項33】 計算機が画像を最小可能な層厚みを有
する傾けられた画像平面により再構成することを特徴と
する請求項32記載のコンピュータトモグラフィ装置。 - 【請求項34】 計算機が、横断層画像を発生するため
に統合する傾けられた画像平面を有する画像の数を 【数12】 に従って選ぶことを特徴とする請求項32または33記
載のコンピュータトモグラフィ装置。
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---|---|---|---|
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DE10106398.9 | 2001-02-12 | ||
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