JP2002541896A - Apparatus and method for use in a computed tomography system utilizing a reduced size detector that covers only the half-field - Google Patents
Apparatus and method for use in a computed tomography system utilizing a reduced size detector that covers only the half-fieldInfo
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Abstract
(57)【要約】 【課題】 アイソセンタを基準にしてその幅の半分だけシフトさせた検出器を備えるコンピュータ断層撮影(CT)システムで、被検体の投影データを取得する。 【解決手段】 各投影ビューごとに、CTシステムのアイソセンタの最も近傍にある検出器素子から1つの検出器素子の値Vaを選定し、この選定した検出器素子に対して、反対方向からまたは同じ方向の順方向投影から、その検出器素子の値Vbを推定する。次いで、VaとVbの間の違いを除去できる平滑化関数を選択する。次いで、この平滑化関数を適用してVaとVbの間の違いを除去する。次いで、重み関数を適用して、真の投影データと推定した投影データを組み合わせたときの段差をなだらかにして、平滑な移行領域を生成する。 PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire projection data of a subject by a computed tomography (CT) system including a detector shifted by half of the width with respect to an isocenter. SOLUTION: For each projection view, a value Va of one detector element is selected from the detector elements closest to the isocenter of the CT system, and for the selected detector element, from the opposite direction or the same. From the forward projection of the direction, the value Vb of the detector element is estimated. Next, a smoothing function that can remove the difference between Va and Vb is selected. The smoothing function is then applied to remove the difference between Va and Vb. Next, a smooth transition area is generated by applying a weighting function to smooth the steps when the true projection data and the estimated projection data are combined.
Description
【0001】[0001]
本発明は、撮影域(field of view) の半分のみを覆うようにし、これによりア
ーチファクトを増加させずに(あるいは、実質的に増加させずに)面積型検出器
(area detector) のサイズ及びコストを低減することを可能とした縮小サイズの
面積型検出器を利用する立体的コンピュータ断層撮影(volumetric computed to
mography:VCT)システムで用いられる方法及び装置に関するものである。The present invention covers only half of the field of view, thereby increasing (or substantially without increasing) artifacts in an area detector.
(volumetric computed tomography) using a reduced-size area detector that can reduce the size and cost of (area detector)
The present invention relates to a method and apparatus used in a mography (VCT) system.
【0002】[0002]
コンピュータ断層撮影(CT)では、一般に、患者にX線を当てること、患者
身体の一部分のディジタルX線投影データを収集すること、並びにこのディジタ
ルX線投影データを処理及び逆投影し、次いでCTシステムの表示モニタ上に画
像を表示することが必要である。CTシステムは、典型的には、ガントリと、テ
ーブルと、X線管と、X線検出器アレイと、コンピュータと、表示モニタとを備
えている。コンピュータはガントリの制御装置に指令を送り、ガントリによりX
線管及び/または検出器アレイをある特定の回転速度で回転させる。In computed tomography (CT), generally, x-raying a patient, collecting digital x-ray projection data of a portion of the patient's body, processing and backprojecting the digital x-ray projection data, and then a CT system It is necessary to display an image on a display monitor. CT systems typically include a gantry, table, X-ray tube, X-ray detector array, computer, and display monitor. The computer sends a command to the gantry control device, and the gantry sends X
The tube and / or the detector array are rotated at a certain rotational speed.
【0003】 第3世代のCTシステムでは、その一部が検出器アレイ及びX線管により構成
されているガントリと患者身体との間の相対的な回転運動が生じる。この相対的
回転運動が生じるに伴い、コンピュータはX線管及び検出器アレイにより実行さ
れるデータ収集プロセスを制御してディジタルX線写真を収集する。次いで、コ
ンピュータは、再構成アルゴリズムを実行することによりディジタルX線写真デ
ータを処理し逆投影させ、さらに再構成されたCT画像を表示モニタ上に表示す
る。In the third generation of CT systems, there is a relative rotational movement between the gantry and the patient's body, part of which is constituted by a detector array and an X-ray tube. As this relative rotational movement occurs, the computer controls the data acquisition process performed by the x-ray tube and detector array to acquire a digital radiograph. The computer then processes and backprojects the digital radiographic data by executing a reconstruction algorithm, and displays the reconstructed CT image on a display monitor.
【0004】 現在使用されている多くのCTシステムでは、ガントリ内で単一行の検出器を
利用しており、通常、この単一行検出器のことを、検出器素子の線形アレイと呼
んでいる。さらに改良されたCTシステムでは、検出器からなる2〜4行の線形
アレイを使用して複数行検出器を製作している。この両検出器配置は共にヘリカ
ル・スキャン・プロトコルで使用可能である。しかし、複数行検出器では、検出
器アレイのヘリカル・ピッチを大きくすることにより患者に対する指定した軸方
向カバー範囲をより短時間でスキャンできるので、患者のスキャンが容易になる
。ヘリカル・ピッチは、典型的には、患者を支持しているテーブルのガントリ1
回転中の変位の、検出器ピッチに対する比として定義される。例えば、ヘリカル
・ピッチが1であるとは、CTシステムのCTガントリの1回転中に、患者テー
ブルが検出器ピッチに等しい量だけ並進することを意味する。[0004] Many CT systems currently in use utilize a single row of detectors in the gantry, and this single row detector is commonly referred to as a linear array of detector elements. A further improved CT system uses a linear array of two to four rows of detectors to create a multi-row detector. Both detector arrangements can be used in a helical scan protocol. However, with a multi-row detector, the patient can be scanned more easily by increasing the helical pitch of the detector array so that the specified axial coverage of the patient can be scanned more quickly. The helical pitch is typically the gantry 1 of the table supporting the patient.
It is defined as the ratio of displacement during rotation to detector pitch. For example, a helical pitch of 1 means that during one revolution of the CT gantry of the CT system, the patient table translates by an amount equal to the detector pitch.
【0005】 通常は、線形検出器または複数行検出器のアレイにより、X線源が放出するX
線ファンビームに対する全撮影域がカバーされる。換言すると、スキャンを受け
ている被検体(患者である場合と患者でない場合がある)を透過した、あるいは
被検体のその領域を照射したX線は、検出器アレイにより吸収される。[0005] Typically, the X-ray source emits X-
The entire imaging area for the line fan beam is covered. In other words, X-rays that have passed through the subject being scanned (which may or may not be a patient) or illuminated that region of the subject are absorbed by the detector array.
【0006】 CTイメージング・システムの幾つかでは、検出器アレイのサイズを小さくす
ることが望ましく、また場合によっては、検出器アレイのサイズを小さくするこ
とが必要である。例えば、CT技術の最近の発展においては、CTデータ収集の
ために、多数行の線形検出器アレイにより構成されている面積型検出器アレイが
使用されている。現在のところ、全撮影域、すなわち画像化している患者の全範
囲をカバーする検出器パネルは、未だ利用可能ではない。さらに、線形検出器ア
レイを使用するシステムの幾つかでは、スキャンを受けている患者に比して極め
て広い撮影域を提供している。この状況の場合でもまた、その検出器アレイのサ
イズ及びコストを低減することが望ましい。[0006] In some CT imaging systems, it is desirable to reduce the size of the detector array, and in some cases, the size of the detector array. For example, recent developments in CT technology have used area detector arrays composed of multiple rows of linear detector arrays for CT data collection. At present, detector panels that cover the entire field of view, ie the entire area of the patient being imaged, are not yet available. In addition, some systems that use linear detector arrays provide an extremely large field of view compared to the patient being scanned. Even in this situation, it is desirable to reduce the size and cost of the detector array.
【0007】 これらの限界を克服するために利用されてきた1つの技法は、そのサイズをよ
り小さくしその幅の半分とした検出器アレイを並進させることである。例えば、
患者の所望の撮影域をカバーするために必要となる検出器アレイの本来のサイズ
が80cmであるとする。本来の検出器幅の半分に等しい幅(この場合では40
cm)を有するような、より小さな検出器を使用することができる。この検出器
は、CTイメージング・システムの撮影域の概ね半分をカバーするようにして、
検出器幅の半分(この例では20cm)だけ偏位させる。この例によれば、患者
の同じ撮影域を、本来の値の半分に等しい幅を有する検出器により収集すること
ができる。One technique that has been used to overcome these limitations is to translate a detector array that is smaller in size and half its width. For example,
Assume that the original size of the detector array required to cover the desired imaging area of the patient is 80 cm. A width equal to half of the original detector width (40 in this case)
cm) can be used. The detector covers approximately half the field of view of the CT imaging system,
It is displaced by half the detector width (20 cm in this example). According to this example, the same field of view of the patient can be acquired by a detector having a width equal to half the original value.
【0008】 さらに、固定した幅をもつ検出器を備えるシステムで撮影域を拡大することが
可能である。通常は、CTイメージング・システムの回転中心の投影は、検出器
パネルの中心に一致している。CTイメージングの回転中心とは、その周りでX
線源及び検出器アレイを回転させている点の物理的位置のことである。しかし、
その検出器を本来の位置を基準にして検出器幅の半分だけ偏位させることにより
、システムの撮影域(FOV)を拡大することができる。イメージング・システ
ムの回転中心の投影は、シフトさせた線形または複数行の検出器のエッジの近傍
にある。しかしながら、この検出器によりイメージング・システムの物理的回転
中心(すなわち、アイソセンタの位置)を通過するX線からの投影データを依然
として測定できている。一方、この配置により、イメージング・システムの撮影
域は本来の構成の事実上2倍となり、これにより、イメージング・システムの撮
影域を大幅に拡大することができる。検出器をその幅の半分だけシフトさせるシ
ステム構成のことを、典型的には、半検出器シフトと呼んでいる。[0008] Furthermore, it is possible to enlarge the imaging area with a system having a fixed width detector. Typically, the projection of the center of rotation of the CT imaging system coincides with the center of the detector panel. The rotation center of CT imaging is X around it.
The physical location of the point at which the source and detector array are rotating. But,
By displacing the detector by half the detector width with respect to the original position, the field of view (FOV) of the system can be expanded. The projection of the center of rotation of the imaging system is near the edges of the shifted linear or multi-row detector. However, the detector still measures projection data from X-rays passing through the physical center of rotation of the imaging system (ie, the isocenter location). On the other hand, this arrangement effectively doubles the imaging area of the imaging system from its original configuration, thereby greatly increasing the imaging area of the imaging system. A system configuration that shifts a detector by half its width is typically referred to as a semi-detector shift.
【0009】 そのX線源が点であり検出器パネルのみを照射すると共に扇形(fan)に似
た形状をしたX線をある角度アパーチャで放出するCTシステムであるファンビ
ームCTシステムでは、CTガントリの全回転の一部分に対する投影データを収
集する必要がある。具体的には、180度にファン角度を加えた値に等しいある
角度領域だけガントリが患者の周りを回転する間、投影データを収集する必要が
ある。繰り返すと、ファン角度は、イメージング・システムのアキシャル面内で
検出器アレイのみを照射するようなX線の角度アパーチャの尺度である。投影の
測定は、必ずしもガントリを患者の周りを360度の全回転させている間中行う
必要がないため、投影データのうちのあるものが冗長であることは明らかである
。A fan beam CT system, which is a CT system in which the X-ray source is a point and irradiates only the detector panel and emits X-rays having a shape similar to a fan at a certain angle aperture, is a CT gantry. Need to collect projection data for a fraction of the full rotation of. Specifically, projection data needs to be collected while the gantry rotates around the patient by an angle region equal to 180 degrees plus the fan angle. Again, the fan angle is a measure of the angular aperture of the x-rays such that only the detector array is illuminated in the axial plane of the imaging system. Obviously, some of the projection data is redundant because the measurement of the projection does not necessarily have to be made during the full 360 degree rotation of the gantry around the patient.
【0010】 CTシステムの半検出器シフト構成では、ガントリの360度の全回転に対し
てデータが収集される。ガントリの各ビュー角度において、投影データの半分の
みが測定される。ガントリの他のビューからのデータは、所与のビュー角度に対
する投影データを完成させるために使用される。このプロセスを実施するための
方式は、当技術分野においては周知である。しかし、イメージング・システムの
撮影域の半分をカバーしている測定投影データをガントリの他のビューがもたら
したデータと組み合わせる場合、得られる投影データは投影データの中心の近傍
では十分にマッチングしないことがある。これらのミスマッチングは、低減させ
たり除去したりしないと、望ましくないアーチファクトを再構成画像内に生じさ
せることがある。In a semi-detector shift configuration of a CT system, data is collected for a full 360 degree rotation of the gantry. At each view angle of the gantry, only half of the projection data is measured. Data from other views of the gantry is used to complete projection data for a given view angle. The manner in which this process is performed is well known in the art. However, if the measured projection data covering half the field of view of the imaging system is combined with data from other views of the gantry, the resulting projection data may not match well near the center of the projection data. is there. These mismatches, if not reduced or eliminated, can cause undesirable artifacts in the reconstructed image.
【0011】 現在、撮影域内での投影データの不連続により生じるアーチファクトを軽減す
るために使用されている技法の1つでは、重み関数を利用して移行領域内でのデ
ータの不連続を平滑化している。この技法では、検出器は、その検出器上へのイ
メージング・システムの回転中心の投影を越えて延びる幾らかの追加の検出器素
子を有している必要がある。ガントリが患者の周りを360度回転する際に、シ
フトさせた検出器パネルのうち、検出器上への回転中心の投影を若干越えて両方
向に延びている領域を、移行領域と呼んでいる。実際のデータは、検出器により
移行領域の半分において測定される。また移行領域の第2の半分内においては、
ガントリの別のビューからデータを作成することができる。移行領域内のデータ
は不連続を平滑化するための重み係数と乗算される。一般に、移行領域が大きい
と画質が良くなるが、このシステム構成の撮影域は半検出器シフト構成でもたら
される領域と比べて若干小さくなるためシステムのコストの増加にもつながる。One technique currently used to mitigate artifacts caused by discontinuities in projection data within the field of view is to use a weighting function to smooth the discontinuities in the transition region. ing. This technique requires that the detector have some additional detector elements that extend beyond the projection of the center of rotation of the imaging system onto the detector. As the gantry rotates 360 degrees around the patient, the area of the shifted detector panel that extends slightly beyond the projection of the center of rotation on the detector in both directions is called the transition area. The actual data is measured by the detector in half of the transition area. Also within the second half of the transition area
Data can be created from another view of the gantry. The data in the transition region is multiplied by a weighting factor to smooth discontinuities. In general, the image quality is improved when the transition area is large. However, the imaging area of this system configuration is slightly smaller than the area provided by the half-detector shift configuration, which leads to an increase in system cost.
【0012】 この検出器アレイで全撮影域を実現できるように、測定データと移行領域内で
作成されたデータとの積算を改良する必要がある。There is a need to improve the integration of the measured data with the data created in the transition area so that the entire imaging area can be realized with this detector array.
【0013】 半検出器シフト構成を利用する立体的CTシステムでは、イメージング・シス
テムの撮影域の半分内で投影データを測定する一方、投影放射線写真の残りの半
分を反対方向の射線(ray) から作成する必要がある。しかしながら、CTガント
リの別の投影角度で測定された投影データは、本来の幅の2倍であり且つ偏位(
オフセット)をもたせていない検出器で測定する場合の射線と同じ方位を有して
いない。したがって、半検出器シフト構成で面積型検出器を利用し、かつその恩
恵を実現させると共に、上記の問題点を克服させたVCTシステムが必要である
。In a stereoscopic CT system utilizing a half-detector shift configuration, the projection data is measured within half of the imaging area of the imaging system, while the other half of the projection radiograph is taken from an opposite ray. Need to be created. However, the projection data measured at another projection angle of the CT gantry is twice the original width and the deviation (
(Offset) does not have the same azimuth as the ray when measured by a detector having no offset. Therefore, there is a need for a VCT system that utilizes an area detector in a semi-detector shift configuration, realizes its benefits, and overcomes the above problems.
【0014】[0014]
被検体の投影データを取得するための、X線源及び検出器を備えるコンピュー
タ断層撮影(CT)システムである。検出器は、検出器上へのCTシステムの回
転中心の投影に対応する中心位置に対してその幅の半分だけシフトされている。
本発明の方法によれば、各投影ビューごとに、CTシステムのアイソセンタの最
も近傍にある検出器素子から1つの検出器素子の値Vaが選定される。次いで、
この選定した検出器素子に対して、反対方向からまたは同じ方向の順方向投影か
ら、その検出器素子の値Vbを推定する。次いで、VaとVbの間の違いを除去
できる平滑化関数を選択する。次いで、この平滑化関数を適用してVaとVbの
間の違いを除去する。次いで、重み関数を適用し、真の投影データと推定した投
影データを組み合わせときの段差をなだらかにして、平滑な移行領域を生成する
。1 is a computed tomography (CT) system including an X-ray source and a detector for acquiring projection data of a subject. The detector has been shifted by half its width relative to a center position corresponding to the projection of the center of rotation of the CT system onto the detector.
According to the method of the invention, for each projection view, a value Va of one detector element is selected from the detector elements closest to the isocenter of the CT system. Then
For the selected detector element, the value Vb of the detector element is estimated from the opposite direction or from the forward projection in the same direction. Next, a smoothing function that can remove the difference between Va and Vb is selected. The smoothing function is then applied to remove the difference between Va and Vb. Next, a weight function is applied to smooth the transition when combining the true projection data and the estimated projection data, thereby generating a smooth transition area.
【0015】[0015]
本発明の方法及び装置を記載するに先立ち、図1を参照しながら本発明のVC
Tシステムについての概括的考察を示すことにする。図1は、本発明の方法及び
装置を実現させるのに適した立体的CTスキャン・システムのブロック図である
。この立体的CTスキャン・システムは、患者の解剖学的特徴に対する画像の再
構成に使用することに関して検討することにするが、本発明は任意の特定の対象
を画像化することに限定されるものではないことを理解されたい。さらに、当業
者であれば理解するように、本発明は工業用プロセスのために使用することもで
きる。さらに、本発明は、医用CT装置に限定されるものではなく、X線源及び
検出器の幾何学構成が固定しており、被検体の方がスキャン時間の間に回転する
ような工業用システムも包含している。Prior to describing the method and apparatus of the present invention, referring to FIG.
Here is a general discussion of the T system. FIG. 1 is a block diagram of a stereoscopic CT scanning system suitable for implementing the method and apparatus of the present invention. This stereoscopic CT scanning system will be discussed for use in reconstructing images for patient anatomical features, but the invention is limited to imaging any particular object Please understand that it is not. Further, as will be appreciated by those skilled in the art, the present invention may be used for industrial processes. Furthermore, the invention is not limited to medical CT devices, but rather an industrial system in which the geometry of the X-ray source and detector is fixed and the subject rotates during the scan time. Is also included.
【0016】 立体的CTスキャン・システムでは、そのガントリは患者などの被検体の周り
を回転し、投影データが収集される。コンピュータ1は、この立体的CTスキャ
ン・システムの動作を制御している。本明細書において、ガントリの回転という
場合、この語句によりX線管2の回転及び/または検出器3(好ましくは、高分
解能の面積型検出器)の回転を表すことを意図したものである。X線管2及び面
積型検出器3はガントリに含まれている。制御装置4A及び4Bは、立体的CT
スキャン・システムのコンピュータ1により制御されると共に、それぞれX線管
2と検出器3に結合されている。制御装置4A及び4Bにより、X線管2及び/
または検出器3に対して適切な相対的回転運動が与えられる。制御装置は必ずし
も個々に必要ではない。単一の制御装置コンポーネントを使用してガントリを回
転させることもできる。またコンピュータ1は、本発明の方法を実現するために
、画像スキャン時間の変動、画像分解能及び/または軸方向カバー範囲を制御し
ていることにも留意されたい。In a stereoscopic CT scanning system, the gantry rotates around a subject, such as a patient, and projection data is collected. The computer 1 controls the operation of the stereoscopic CT scanning system. In this specification, the term gantry rotation is intended to mean the rotation of the X-ray tube 2 and / or the rotation of the detector 3 (preferably a high-resolution area detector). The X-ray tube 2 and the area type detector 3 are included in a gantry. The control devices 4A and 4B are three-dimensional CT
It is controlled by a computer 1 of the scanning system and is coupled to an X-ray tube 2 and a detector 3, respectively. The X-ray tubes 2 and / or the control devices 4A and 4B
Alternatively, the detector 3 is given an appropriate relative rotational movement. The control devices are not necessarily individually required. The gantry can also be rotated using a single controller component. It should also be noted that the computer 1 controls image scan time variation, image resolution and / or axial coverage to implement the method of the present invention.
【0017】 コンピュータ1は、データ収集システム6に検出器3をサンプリングする時点
を指示し、かつガントリの速度を制御することによって、そのデータ収集プロセ
スを制御する。その上、コンピュータ1は、データ収集システム6に指示して面
積型検出器3により得られる放射線写真の分解能を設定させ、これによりシステ
ムの分解能を変更することが可能となる。データ収集システム6は、図示するよ
うに読み出し電子回路を備えている。The computer 1 controls the data acquisition process by instructing the data acquisition system 6 when to sample the detector 3 and controlling the speed of the gantry. In addition, the computer 1 instructs the data acquisition system 6 to set the resolution of the radiograph obtained by the area type detector 3, thereby making it possible to change the resolution of the system. The data collection system 6 includes readout electronics as shown.
【0018】 面積型検出器3は検出器素子からなるアレイ(図示せず)により構成されてい
る。各検出器素子は、その検出器素子上に入射するX線エネルギーの量に関連す
る、それぞれの素子に対応した強度値を測定する。本発明の装置及び方法を立体
的CTスキャン・システムに取り入れることにより、新規の立体的CTスキャン
・システムが創り出される。したがって、本発明により新規の立体的CTスキャ
ン・システムを提供することができる。The area type detector 3 is configured by an array (not shown) including detector elements. Each detector element measures an intensity value corresponding to the respective element, which is related to the amount of X-ray energy incident on the detector element. By incorporating the apparatus and method of the present invention into a stereoscopic CT scanning system, a new stereoscopic CT scanning system is created. Therefore, the present invention can provide a novel stereoscopic CT scanning system.
【0019】 データ収集を実行して本発明による処理を実施するためには、本発明が任意の
特定のコンピュータに限定されるものではないことに留意されたい。本明細書で
使用する場合において、この「コンピュータ」という用語によって、本発明によ
る処理を実行するために必要な算出(calculation) や計算(computation) を実行
する能力がある任意の装置を表そうとする意図である。したがって、本発明によ
る制御アルゴリズム10を実行するために利用するコンピュータは、必要な処理
を実行する能力がある任意の装置とすることができる。It should be noted that the present invention is not limited to any particular computer in order to perform data collection and perform processing according to the present invention. As used herein, the term "computer" is intended to refer to any device capable of performing the calculations and computations necessary to perform the processes according to the present invention. Intention to do so. Thus, the computer utilized to execute the control algorithm 10 according to the present invention can be any device capable of performing the required processing.
【0020】 本発明に関して、代替的なデータ平滑化スキームによれば移行領域をカバーす
るために追加の検出器素子を使用する必要はないことが分かっている。さらに、
代替方法の1つでは反復アルゴリズムを利用して、全撮影域をカバーするような
大きな検出器アレイを使用してデータを収集したと仮定した場合に測定されるは
ずの投影データを推定している。移行領域内の誤差は同様の方式で取り扱われる
ため、この2つの方式は同じコンテクストの範囲内で以下に考察することにする
。With respect to the present invention, it has been found that according to alternative data smoothing schemes, it is not necessary to use additional detector elements to cover the transition region. further,
One alternative uses an iterative algorithm to estimate the projection data that would have been measured if the data had been collected using a large detector array that covered the entire field of view. . Since the errors in the transition region are handled in a similar manner, the two schemes will be discussed below within the same context.
【0021】 この技法では、先行する繰り返しステップより取得した再構成データを順方向
投影すること、または1組の反対方向の射線から取得した冗長検出器データを補
間することのいずれかにより、1組のX線投影{Pa }を形成する。ここで反対
方向の射線では{Pa }と逆方向の投影データの別の1組が形成される。順方向
投影する技法は、射線を仮想のX線源から放出するプロセスであり、これらの射
線は個々の検出器素子に向かって再構成されたボリュームを横切る。この射線に
沿って再構成された値の線減衰値は射線に沿って合算され、これを線減衰係数の
線積分という。In this technique, one set of data is obtained by either forward-projecting the reconstructed data obtained from the previous iteration step or by interpolating redundant detector data obtained from a set of oppositely directed rays. X-ray projection {P a } is formed. Here, another set of projection data in the direction opposite to that of {P a } is formed for rays in the opposite direction. The technique of forward projection is the process of emitting rays from virtual x-ray sources, which traverse the reconstructed volume towards individual detector elements. The linear attenuation values reconstructed along the ray are summed along the ray, and this is referred to as the linear integral of the linear attenuation coefficient.
【0022】 再構成データを順方向投影する技法(FPTという)は一般に、より大きな円
錐角に対応する(すなわち、VCTシステムで使用するような)投影データを作
成するのに適しており、一方、冗長投影データを補間する技法(PDTという)
は、中間面により近い位置(すなわち、アイソセンタにより近い位置)の投影デ
ータに対してより適している。ファン角度と同様に、円錐角も、X線源からファ
ン角度方向と直角の方向に放出されるX線の角度範囲を指している。FPTまた
はPDTのいずれかを用いて取得される検出器の推定値と、データを実際に測定
した場合に得られるはずの本来の値との間の違いのために、アイソセンタの近傍
の画像で歪みを生じることがある。The technique of forward projection of reconstructed data (referred to as FPT) is generally suitable for generating projection data corresponding to a larger cone angle (ie, as used in VCT systems), while Technique for interpolating redundant projection data (referred to as PDT)
Is more suitable for projection data at a position closer to the intermediate plane (that is, a position closer to the isocenter). Like the fan angle, the cone angle refers to the angular range of X-rays emitted from the X-ray source in a direction perpendicular to the fan angle direction. Distortion in the image near the isocenter due to the difference between the detector estimate obtained using either FPT or PDT and the original value that would have been obtained if the data were actually measured. May occur.
【0023】 こうした歪みを軽減するために、平滑化関数を利用した技法が開発されている
。平滑化関数については、図3を参照しながら、以下のように記載することがで
きる。In order to reduce such distortion, a technique using a smoothing function has been developed. The smoothing function can be described as follows with reference to FIG.
【0024】 1.各投影ビューごとに、アイソセンタの最も近くにある既知の検出器素子を を選定する(21)。以下においてこれをVaで表す。 2.同じ検出器素子に対して、推定値を(すなわち、代替のビューからの補間 投影データ(PDT)を介して、あるいは再構成データの順方向投影(F PT)により)取得する(22)。以下においてこれをVbで表す。 3.適切な平滑化関数を生成する(23)。 4.平滑化関数によってVaとVbの間の違いを低減させて、これをイメージ ング・システムの撮影域の中心の近傍の領域内で段階的に平滑化する(2 4)。1. For each projection view, select the known detector element that is closest to the isocenter (21). Hereinafter, this is represented by Va. 2. For the same detector element, an estimate is obtained (ie, via interpolated projection data (PDT) from an alternate view or by forward projection (FPT) of the reconstructed data) (22). Hereinafter, this is represented by Vb. 3. Generate an appropriate smoothing function (23). 4. The difference between Va and Vb is reduced by a smoothing function, and this is stepwise smoothed in a region near the center of the imaging area of the imaging system (24).
【0025】 このことは以下の考察から理解することができる。すなわち、撮影域の中心に
おける投影データの不連続性の量を、d=Va−Vbとする。一例として、この
違いを段階的に平滑化するために使用できる平滑化関数の1つは、次式で規定さ
れる指数関数とすることが可能である。This can be understood from the following considerations. That is, the amount of discontinuity of the projection data at the center of the shooting area is set to d = Va−Vb. As an example, one of the smoothing functions that can be used to smooth this difference stepwise can be an exponential function defined by:
【0026】 V=0.5de-ax 0 (式1) 上式において、x0 は検出器素子の値Vaに対応する検出器位置からの距離の絶
対値であり、aはこの平滑化関数に関する曲線の傾きを制御するための係数であ
る。この指数関数は、中心射線位置(検出器上へのイメージング・システムの回
転中心の投影に対応する検出器位置)の一方の側に位置する投影値に対して加算
(減算)されてより低い(高い)推定値を上昇(低下)させると共に、この指数
関数は中心射線位置の別の側の投影値に対して加算(減算)されてより高い(低
い)本来の値を低下(上昇)させている。換言すると、真の投影データと推定し
た投影データを組み合わせることにより、中心射線の位置での投影データの不一
致を低減する方法を提供できる。したがって、このプロセスにより、アーチファ
クトを低減または除去させた平滑なデータ移行領域を提供することができる(2
5)。V = 0.5 de -ax 0 (Equation 1) In the above equation, x 0 is the absolute value of the distance from the detector position corresponding to the detector element value Va, and a is related to this smoothing function. This is a coefficient for controlling the slope of the curve. This exponential function is added (subtracted) to the projection value located on one side of the central ray position (the detector position corresponding to the projection of the center of rotation of the imaging system onto the detector) and is lower ( The exponential function is added (subtracted) to the projection value on the other side of the central ray position to decrease (increase) the higher (lower) original value, while increasing (decreasing) the estimated value. I have. In other words, by combining the true projection data and the estimated projection data, it is possible to provide a method of reducing the mismatch of the projection data at the position of the center ray. Therefore, this process can provide a smooth data transition region with reduced or eliminated artifacts (2
5).
【0027】 現在のところ、従来の技術では、立体的CT(VCT)システム内で面積型検
出器を半検出器シフト構成で使用する方法は知られていない。VCTシステム、
並びに移行領域を作成することによりイメージング・システムの撮影域内で投影
データの不連続を除去するための様々な既知の技法について上記において説明し
たので、ここで、本発明の別の面を説明することにする。[0027] At present, the prior art does not know how to use an area detector in a semi-detector shift configuration in a stereoscopic CT (VCT) system. VCT system,
Having described above various known techniques for eliminating projection data discontinuities in the field of view of an imaging system by creating a transition region, another aspect of the present invention will now be described. To
【0028】 変数fθ 及びfθ ′を用いて、線源角度θにおいて取得され、順方向の射線
及び反対方向の射線(角度方位が同じで横切る方向が反対の射線)の信号強度を
それぞれ表している2つの関数を表現することにする。The variable fθ And fθ ′ To represent two functions obtained at the source angle θ and representing the signal intensities of the forward ray and the opposite ray (the same angle and traversal but opposite directions), respectively. To
【0029】 fθ(n)=0 (N2<n<Nの場合) (式2) fθ′(n)=0 (1<n<N2の場合) (式3) この双方は被検体の同じ位置を横切っているので、理想的には、fθ (N2 )
はfθ ′(N2 )と全く同じであるはずである。しかし、以下の理由によりこ
うしたことは起こり得ない。Fθ (n) = 0 (when N 2 <n <N) (Equation 2) fθ ′ (n) = 0 (when 1 <n <N 2 ) (Equation 3) Ideally, fθ (N 2 )
Is fθ '(N 2 ). However, this cannot happen for the following reasons.
【0030】 (a)各射線の実際の形状は、線源を始点とし検出器素子を終点とする浅い四 面体であり、被検体が全体に均質であって回転対称である以外はその被 検体の正確に同じ位置を横切る同一の射線は存在しないこと。 (b)スキャン・サイクル中の被検体/患者の動きにより各順方向/反対方向 射線の対に付加的な誤差が導入されること。 (c)これまでに、効率のよい完全な補間スキームが開発されていないこと。 すなわち、補間のプロセスにより誤差が導入されること。(A) The actual shape of each ray is a shallow tetrahedron starting from the source and ending at the detector element, except that the subject is entirely homogeneous and rotationally symmetric. No two rays cross exactly the same location in (B) The subject / patient movement during the scan cycle introduces additional errors in each forward / backward ray pair. (C) no efficient complete interpolation scheme has been developed so far; That is, errors are introduced by the interpolation process.
【0031】 線源角度位置θにおけるfθ (N2 )とfθ ′(N2 )の差をd(θ)と仮
定すると、d(θ)が完全にランダムである場合には、再構成画像に導入される
誤差は、恐らくCTのその他のランダム誤差に関連する量子ノイズにより覆い隠
されてしまうはずである。しかし、その誤差がある程度体系的である場合には、
再構成画像内に明らかなアーチファクトが導入されることになる。この理由によ
り、移行領域において平滑化プロセスを利用する必要がある。換言すると、この
平滑化関数は、fθ 及びfθ ′のステップ状誤差を検出器素子N2 で表される
中心射線位置の周りでより小さくするように開発されている。Fθ at source angle position θ (N 2 ) and fθ Assuming that the difference of '(N 2 ) is d (θ), if d (θ) is completely random, the error introduced into the reconstructed image is probably related to other random errors in CT. It must be covered by quantum noise. However, if the error is somewhat systematic,
Obvious artifacts will be introduced in the reconstructed image. For this reason, it is necessary to use a smoothing process in the transition region. In other words, this smoothing function is fθ And fθ ′ Have been developed to be smaller around the central ray position represented by detector element N 2 .
【0032】 fθ 及びfθ ′のそれぞれに対する平滑化関数を、W及びW’を用いて表す
ことにする。W及びW’を導き出す際には、当業者は理解するようなある種の基
準を考慮する必要がある。さらに、この目的のためには、本明細書に具体的に掲
げたもの以外に、以下の例のような多様な平滑化関数が適していることは、当業
者であれば理解するであろう。Fθ And fθ ′ Will be represented using W and W ′. In deriving W and W ', certain criteria must be considered, as those skilled in the art will understand. Further, those skilled in the art will appreciate that a variety of smoothing functions other than those specifically listed herein are suitable for this purpose, such as the following examples. .
【0033】 W(n)+W’(n)=1 (すべてのnに対して) (式4) δW/δn=δW’/δn=0 (n=N2±Δnの位置で) (式5)W (n) + W ′ (n) = 1 (for all n) (Equation 4) δW / δn = δW ′ / δn = 0 (at the position of n = N 2 ± Δn) (Equation 5) )
【0034】 上式において、ΔnはW及びW’の平滑さの程度を設定しており、δは微分演
算子である。さらに、この種の用途に関する従来の平滑化関数は、一般にフェザ
リング関数(feathering function) としても知られていることに留意されたい。
W及びW’を用いて順方向と反対方向の射線の間の移行領域を発見している。平
滑化関数を正しく作用させるためには、Δnはゼロを超える整数でなければなら
ないことに留意されたい。実際に、Δnが大きいほど、その平滑化関数はより良
好に作用する。しかし、Δnを大きくし過ぎると中心射線位置の検出器素子であ
るN2 を超えて延びるように追加の検出器素子を用いることが必要となる。した
がって、Δnの選択では、Δnが十分に大きいが、移行領域に対して追加の検出
器素子の付加を要する程に大きくはないようにする必要がある。こうしたことか
ら、fθ 及びfθ ′は次式の限界を有している。In the above equation, Δn sets the degree of smoothness of W and W ′, and δ
Arithmetic. In addition, traditional smoothing functions for this type of application are generally
Note that it is also known as a feathering function.
We use W and W 'to find the transition region between the forward and the opposite ray. flat
For the smoothing function to work properly, Δn must be an integer greater than zero.
Note that there is no. In fact, the larger Δn, the better the smoothing function
Works well. However, if Δn is too large, the detector element at the center ray position will not be used.
NTwoIt is necessary to use additional detector elements to extend beyond. did
Thus, in the selection of Δn, Δn is sufficiently large, but additional detection
It must not be so large that additional device elements are required. Is this something
Fθ And fθ 'Has the following limit:
【0035】 fθ(n)=0 (N2+Δn<n<Nの場合) (式6
) fθ ′(n)=0 (1<n<N2−Δnの場合) (式7
)Fθ (n) = 0 (when N 2 + Δn <n <N) (Equation 6)
) Fθ '(N) = 0 (when 1 <n <N 2 −Δn) (Equation 7)
)
【0036】 逆投影プロセスで使用されている実際の検出器信号は、Wfθ 及びW’fθ ′である。移行領域をより広くすると順方向と反対方向の射線の間のミスマッチ
ング誤差の多くが除去される傾向があるため、各半撮影域(FOV)投影データ
に対して反対方向の射線を構成する必要がないことにさらに留意されたい。換言
すると、各半FOVデータ(及び追加のΔnの検出器の各値)にゼロを埋め込み
長さがNの検出器データを取得し、続いて従来のフィルタ補正投影手順を実行す
る。補間は必要でない。The actual detector signal used in the backprojection process is Wfθ And W'fθ '. Since a wider transition region tends to remove much of the mismatch error between the forward and opposite rays, it is necessary to construct opposite rays for each half field of view (FOV) projection data. Note further that there is no. In other words, zero is embedded in each half-FOV data (and each value of the additional Δn detector) to obtain detector data of length N, followed by performing a conventional filtered projection procedure. No interpolation is needed.
【0037】 CTシステム内、すなわち面積型検出器内の検出器の行数を増加させると、追
加の検出器素子が(行数のΔn倍)より多くなることが動機付けとなって、Δn
を最小にすることができる方法及び装置を考案することにより従来の方式を改良
することが必要である。Increasing the number of detector rows in a CT system, ie, in an area detector, motivates the additional detector elements to be more than (Δn times the number of rows), resulting in Δn
There is a need to improve upon conventional approaches by devising methods and apparatus that can minimize.
【0038】 本発明による方式ではΔnを1まで減少させている。一方、コンピュータによ
るシミュレーションによれば、これと同等のアーチファクト・レベルを達成する
には、従来の平滑化方法ではΔnを概ね20とする必要があることが示されてい
る。面積型検出器の移行領域で必要となる検出器素子数が、線形アレイで必要と
なる素子数と比べオーダーにして3桁多いVCT用途では、この利点はさらに重
要となる。In the method according to the present invention, Δn is reduced to 1. On the other hand, computer simulations show that Δn needs to be approximately 20 in the conventional smoothing method in order to achieve an equivalent artifact level. This advantage becomes even more important in VCT applications where the number of detector elements required in the transition area of the area detector is three orders of magnitude higher than the number of elements required in a linear array.
【0039】 順方向の射線、並びに補間または順方向投影により取得される反対方向の射線
には、体系的誤差が存在する可能性がある。fθ (N2 )とfθ ′(N2 )の
間の差を検出することによりステップ状誤差を測定することができる。ここで、
d(θ)=fθ (N2 )−fθ ′(N2 )すると、d(θ)は、fθ (N2
)とfθ ′(N2 )の間のステップ状誤差(ここで、θはX線源の角度位置で
ある)として観測される。There may be systematic errors in the forward ray as well as in the opposite ray obtained by interpolation or forward projection. fθ (N 2 ) and fθ The stepwise error can be measured by detecting the difference between '(N 2 ). here,
d (θ) = fθ (N 2 ) −fθ '(N 2 ), d (θ) becomes fθ (N 2
) And fθ '(N 2 ) as a step error (where θ is the angular position of the X-ray source).
【0040】 本方式では、(式1)に記載した指数関数(ここでaは指数関数の平滑化を制
御するための制御係数である)を用いてステップ状誤差を平滑化する。順方向の
射線及び反対方向の射線の関数、fθ (n)及びfθ ′(n)は、次式で示す
それぞれ別の2つの関数、gθ (n)及びgθ ′(n)に変換される。In this method, the step error is smoothed using the exponential function described in (Equation 1) (where a is a control coefficient for controlling the smoothing of the exponential function). A function of the forward and opposite rays, fθ (N) and fθ '(N) are two separate functions, gθ, (N) and gθ '(N).
【0041】 gθ(n)=fθ(n)−pθ(N2−n) (式
8) gθ′(n)=fθ′(n)+pθ(n−N2) (式
9) (式8)及び(式9)からgθ (N2 )=gθ ′(N2 )となる。Gθ (n) = fθ (n) −pθ (N 2 −n) (Equation 8) gθ ′ (n) = fθ ′ (n) + pθ (n−N 2 ) (Equation 9) (Equation 8) And (Equation 9) gives gθ (N 2 ) = gθ '(N 2 ).
【0042】 各投影画像に対して、次の手順を実行する。 1.(式2)に従ってゼロを埋め込んで、fθ (n)と呼ぶ、本来の半FO
V投影データを取得する。 2.反対方向の射線の組fθ ′(n)を取得し、(式3)に従ってゼロを埋
め込む。 3.(式8)及び(式9)に従い、ステップ状誤差d(θ)に基づいて平滑化
関数を適用する(ここでd(θ)=fθ(N2)−fθ ′(N2))。 4.gθ (n)及びgθ ′(n)を積算しN個の検出器データからなる1つ
の組、すなわち、hθ (n)を形成する。ここで、N2 <n<Nのときは、 hθ(n)=gθ(n)であり、1<n<N2 のときは、hθ(n)=g
θ ′(n)である。 5.hθ(n)に対して従来のフィルタ補正逆投影を適用する。 6.すべての投影角度に対してステップ1〜5を繰り返す。The following procedure is executed for each projection image. 1. By embedding zero according to (Equation 2), fθ The original half FO called (n)
Obtain V projection data. 2. Set of rays in the opposite direction fθ '(N) is obtained and zero is embedded according to (Equation 3). 3. According to (Equation 8) and (Equation 9), a smoothing function is applied based on the step error d (θ) (where d (θ) = fθ (N 2 ) −fθ). '(N 2)). 4. gθ (N) and gθ '(N) and a set of N detector data, ie, hθ (N) is formed. Here, when N 2 <n <N, hθ (n) = gθ (n), and when 1 <n <N 2 , hθ (n) = g
θ '(N). 5. The conventional filtered backprojection is applied to hθ (n). 6. Steps 1 to 5 are repeated for all projection angles.
【0043】 上記の手順は、様々な角度からのその他の投影データを補間することにより反
対方向の射線を取得することができるような任意のCTスキャナに対して有効で
ある。別の半FOVのデータを常に冗長ファンビーム投影データから概ね算出す
ることができるような2Dファンビームの場合は、その完全な場合となる。この
技法を3D−VCTに拡張する場合には、円軌道を使用している場合の中間面上
でのみ完全な補間を生じさせることができる。The above procedure is valid for any CT scanner that can acquire rays in the opposite direction by interpolating other projection data from various angles. In the case of a 2D fan beam, where the data of another half FOV can always be approximately calculated from the redundant fan beam projection data, this is a perfect case. If this technique is extended to 3D-VCT, complete interpolation can only occur on the mid-plane when using circular orbits.
【0044】 発明者らのシミュレーションにより、円軌道を使用するVCTに対して同じ技
法を適用する場合、この技法は、±1.5度の範囲内の円錐角に対して(中心射
線の位置を超えて20個の追加の検出器を使用している)従来の平滑化技法と比
べて動作がより優れていることが示されている。しかし、このことは大きな円錐
角度に関しては当てはまらない。反対方向の射線のもつ角度方位が完全な検出器
を使用する場合に測定されるばすのデータと相当に違っているためである。この
状況に対処するため、画質を改善するような繰り返し手法を利用することができ
る。その手順を以下に示す。According to our simulations, if we apply the same technique to VCT using a circular orbit, this technique will work for cone angles in the range of ± 1.5 degrees (for the position of the central ray). It has been shown to perform better than conventional smoothing techniques (using more than 20 additional detectors). However, this is not the case for large cone angles. This is because the angular orientation of the ray in the opposite direction is considerably different from the measured data when a perfect detector is used. To address this situation, iterative techniques can be used to improve image quality. The procedure is shown below.
【0045】 1.上記のステップ1〜6に従って初期3次元画像を取得する。 2.本手法の第2回目の繰り返しで、順方向投影法を使用して半FOV投影デ ータの各組に対する「反対方向の射線」を取得し、これらを上記に概説し たステップ3〜6に従って投影データの完全な組になるように結合させる 。 3.このプロセスが収斂するまで、すなわちその画像の品質が改善されなくな るまで、ステップ2を継続する。1. An initial three-dimensional image is obtained according to the above steps 1 to 6. 2. In the second iteration of the method, “forward rays” for each set of half-FOV projection data are acquired using forward projection, and these are obtained according to steps 3-6 outlined above. Combine into a complete set of projection data. 3. Step 2 is continued until the process converges, that is, until the quality of the image has not improved.
【0046】 本発明を特定の実施形態に関して検討してきたことに留意されたい。したがっ
て、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、検討した3
つの事例により、上記のパラメータのトレードオフ関係を利用してVCTシステ
ムの適正な動作モードを取得することができるような方式のすべてを網羅してい
ることを意味するものではない。これらの事例は、本発明の概念、並びに適正な
スキャン・プロトコルを達成するためにはこれらの基礎的パラメータがトレード
オフの関係にあるような方式を例証するために検討したものである。さらに、こ
のトレードオフ関係は1つのスキャン・プロトコルに限定されるものではない、
すなわちトレードオフ関係は(スキャン中に患者テーブルを移動させない)アキ
シャル・スキャン・プロトコルとヘリカル・スキャン・プロトコルとの双方に適
用することができる。これらの概念を利用し拡張して、特定の用途に対して有用
な別の面積型検出器スキャン・プロトコルを実現することを可能とする方式につ
いては、当業者であれば理解するであろう。It should be noted that the present invention has been discussed with respect to particular embodiments. Therefore, the present invention is not limited to these embodiments. For example, consider 3
By way of example, this does not mean that it covers all the methods that can obtain the proper operation mode of the VCT system using the trade-off relationship of the above parameters. These examples are discussed to illustrate the concepts of the present invention, as well as the manner in which these fundamental parameters are in a trade-off relationship to achieve a proper scanning protocol. Furthermore, this trade-off is not limited to one scan protocol,
That is, the trade-off relationship can be applied to both the axial scan protocol (without moving the patient table during the scan) and the helical scan protocol. One of ordinary skill in the art would understand how to utilize and extend these concepts to enable other area detector scan protocols useful for particular applications.
【図1】 本発明のCTシステムのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a CT system according to the present invention.
【図2】 本発明の方法に従って利用される検出器の偏位を表した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the excursion of a detector utilized in accordance with the method of the present invention.
【図3】 好ましい実施形態に従って本発明の方法を表したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating the method of the present invention according to a preferred embodiment.
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成13年9月27日(2001.9.27)[Submission date] September 27, 2001 (2001.9.27)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正の内容】[Contents of correction]
【発明の名称】 半撮影域のみをカバーする縮小サイズ検出器を利用するコンピ ュータ断層撮影システムに用いる装置及び方法 [Title of Invention] devices and methods used in computer tomography system utilizing a reduced size detector that covers only half shooting range
【特許請求の範囲】[Claims]
【請求項2】 前記検出器が複数の検出器素子を含んでおり、複数の投影ビ ューの各々に対して、一検出器素子に関連する検出器素子値Vaがコンピュータ によって選択され、該検出器素子値Vaは、被検体を通して線源と該関連する検 出器素子とを結ぶ射線の線減衰係数の線積分を表す値であり、コンピュータはま た前記検出器素子値に関連する検出器素子について別の検出器素子値Vbを推定 し、各々の投影ビューにおいて、検出器素子値Vaは測定投影データに対応し、 且つ検出器素子値Vbは推定投影データに対応しており、コンピュータはまた、 各々の投影ビューに対して、検出器素子値Va及びVbが得られた後に、平滑化 関数を適用して検出器素子値Va及びVbの間の違いを除去するように働く請求 項1記載の立体的コンピュータ断層撮影システム。 Wherein said detector includes a plurality of detector elements, for each of the plurality of projection view, a detector element value Va related to one detector element is selected by the computer, the detection vessel element value Va is a value representing the line integral of the line attenuation coefficient of the rays connecting the test can elements associated with the source through the subject the detector associated with the detector element value computer was or Estimating another detector element value Vb for the element , and in each projection view, the detector element value Va corresponds to the measured projection data, and the detector element value Vb corresponds to the estimated projection data; 2. The method of claim 1, further comprising applying a smoothing function to remove differences between the detector element values Va and Vb after the detector element values Va and Vb are obtained for each projection view. The three-dimensional computer described Data tomography system.
【請求項3】 前記検出器が高分解能の面積型検出器である請求項2記載の 立体的コンピュータ断層撮影システム。 3. A three-dimensional computed tomography system according to claim 2, wherein said detector is a high-resolution area detector .
【請求項4】 平滑化関数を適用する前に、平滑化関数に重み付けし、この 重み付けした平滑化関数を測定投影データ及び推定投影データに適用して、検出 器の中心射線の位置における検出器素子値Va及びVbの間の違いを低減し、V CTシステムの撮影域の中心の近傍の領域内で検出器素子値Va及びVbの間の 違いを平滑化する請求項3記載の立体的コンピュータ断層撮影システム。 4. A method for weighting a smoothing function prior to applying the smoothing function and applying the weighted smoothing function to the measured projection data and the estimated projection data to obtain a detector at a central ray position of the detector. 4. A stereoscopic computer according to claim 3, wherein the difference between the element values Va and Vb is reduced and the difference between the detector element values Va and Vb is smoothed in a region near the center of the field of view of the VCT system. Tomography system.
【請求項5】 平滑化関数は、検出器素子値Va及びVbの間の差の半分を 測定投影データ及び推定投影データに加算することによって重み付けされる請求 項4記載の立体的コンピュータ断層撮影システム。 5. A smoothing function, the detector three-dimensional computed tomography system according to claim 4, wherein the weighted by a half of the difference between the element values Va and Vb are added to the measured projection data and estimated projection data .
【請求項6】 平滑化関数は、検出器素子値Va及びVbの間の差の半分を 測定投影データ及び推定投影データから減算することによって重み付けされる請 求項4記載の立体的コンピュータ断層撮影システム。 6. A smoothing function, the detector element values Va and steric computer tomography is the請 Motomeko 4, wherein the weighting by the half the difference is subtracted from the measured projection data and estimated projection data between Vb system.
【請求項7】 コンピュータ断層撮影(CT)システムを使用して被検体の
投影データを取得するための方法であって、 X線源からX線を被検体に投射するステップと、 検出器の各投影ビューにおいて投射されたX線をCTシステムの検出器で受け
取るステップであって、前記検出器は複数の検出器素子より構成されると共に、
検出器上に入射するX線に応答して電気信号を発生する、ステップと、 前記電気信号をディジタル化するステップと、 各投影ビューごとに、CTシステムの検出器上の中心射線の位置に最も近い検 出器素子の検出器素子値Va を選定するステップと、 前記選定した検出器素子値Vaに関連した検出器素子に対して、反対方向から 収集した投影データの補間によって、または同じ方向での再構成データの順方向 投影によって、該検出器素子に対する検出器素子値Vbを推定するステップと 、 VaとVbの間の違いを除去することができる平滑化関数を選択するステップ であって、各々の投影ビューにおいて、検出器素子値Vaは測定投影データに対 応し、且つ検出器素子値Vbは推定投影データに対応している、ステップと、 平滑化関数に重み付けするステップと、 この重み付けした平滑化関数を利用して、測定投影データと推定投影データと を組み合わせたときの差を低減して、平滑な移行領域を生成するステップと 、 を含む方法。 7. A method for acquiring projection data of a subject using a computed tomography (CT) system, the method comprising: projecting X-rays from the X-ray source to the subject; Receiving X-rays projected in a projection view at a detector of a CT system, said detector comprising a plurality of detector elements;
Generating an electrical signal in response to X-rays incident on the detector; digitizing the electrical signal; and for each projection view, determining the location of the central ray on the detector of the CT system. a step of selecting a detector element values Va close inspection can element to the detector element associated with the detector element value Va obtained by the selection, by interpolation of the projection data collected from the opposite direction, or in the same direction Estimating a detector element value Vb for said detector element by forward projection of the reconstructed data of said detector element; and selecting a smoothing function capable of removing a difference between Va and Vb . weight in a projection view of each detector element value Va is corresponds to the measured projection data, and the detector element value Vb corresponds to the estimated projection data; and smoothing function And using the weighted smoothing function to reduce the difference between the combined measured and estimated projection data to generate a smooth transition region .
【請求項8】 前記選定した検出器素子値Vaは、被検体を通して線源と該 関連する検出器素子とを結ぶ射線の線減衰係数の線積分を表す値であり、各々の 投影ビューに対して検出器素子値Va及びVbが得られた後に、前記の重み付け した平滑化関数を利用するステップが実行される請求項7記載の方法。 8. A detector element value Va obtained by the selection is a value representing the line integral of the line attenuation coefficient of the rays connecting the detector element associated with the source through the subject the respect projection view of each 8. The method of claim 7 , wherein after obtaining the detector element values Va and Vb, utilizing the weighted smoothing function is performed.
【請求項9】 平滑化関数は、検出器素子値Va及びVbの間の差の半分を 測定投影データ及び推定投影データに加算することによって重み付けされる請求 項8記載の方法。 9. The method of claim 8, wherein the smoothing function is weighted by adding half the difference between the detector element values Va and Vb to the measured projection data and the estimated projection data .
【請求項10】 平滑化関数は、検出器素子値Va及びVbの間の差の半分 を測定投影データ及び推定投影データから減算することによって重み付けされる 請求項8記載の方法。 10. The method of claim 8, wherein the smoothing function is weighted by subtracting half the difference between the detector element values Va and Vb from the measured projection data and the estimated projection data .
【請求項11】 被検体にX線を投射するX線源と、複数の検出器素子を含 み、X線源から投射されたX線を受け取って、入射するX線に応答して電気信号 を発生する検出器と、前記検出器から前記電気信号を読み出して、これをディジ タル信号に変換するデータ収集コンポーネントとを備えた、被検体の投影データ を取得するための立体的コンピュータ断層撮影(VCT)システムに用いられる 装置であって、前記検出器が、該検出器上へのVCTシステムの回転中心の投影 に対応する中心位置を基準として、当該検出器の幅の半分だけシフトされている 、前記装置において、 データ収集コンポーネントから前記ディジタル信号を受け取り、再構成アルゴ リズムを実行することができるコンピュータであって、再構成アルゴリズムを実 行して前記ディジタル信号を処理するときに画像を再構成するコンピュータを有 している装置。 11. A X-ray source for projecting X-rays to a subject, see contains a plurality of detector elements, receives the X-rays projected from the X-ray source, an electrical signal in response to incident X-rays a detector for generating, by reading the electric signal from the detector, which includes a data collection component that converts the Digi tal signal, three-dimensional computer tomography for obtaining projection data of the subject ( VCT) system , wherein the detector is shifted by half the width of the detector with respect to a center position corresponding to the projection of the center of rotation of the VCT system onto the detector. , in the device receives the digital signal from the data acquisition component, a computer capable of executing the reconstruction algorithm, the reconstruction algorithm by running Yes to that device a computer to reconstruct the image when processing the digital signal.
【請求項12】 複数の投影ビューの各々に対して、前記コンピュータは、 一検出器素子に関連する検出器素子値Vaを選択し、該検出器素子値Vaは、被 検体を通して線源と該関連する検出器素子とを結ぶ射線の線減衰係数の線積分を 表す値であり、コンピュータはまた前記検出器素子値に関連する検出器素子につ いて別の検出器素子値Vbを推定し、各々の投影ビューにおいて、検出器素子値 Vaは測定投影データに対応し、且つ検出器素子値Vbは推定投影データに対応 しており、コンピュータはまた、各々の投影ビューに対して、検出器素子値Va 及びVbが得られた後に、平滑化関数を適用して検出器素子値Va及びVbの間 の違いを除去する請求項11記載の装置。 12. For each of a plurality of projection views, the computer selects a detector element value Va associated with a detector element, the detector element value Va passing through the subject and the source and the source element. a value representing the line integral of the line attenuation coefficient of the rays connecting the associated detector element, the computer is also have One detector element associated with the detector element value to estimate the further detector element value Vb, In each projection view, the detector element value Va corresponds to the measured projection data, and the detector element value Vb corresponds to the estimated projection data, and the computer also determines, for each projection view, the detector element value The apparatus of claim 11 , wherein after the values Va and Vb are obtained, a smoothing function is applied to remove differences between the detector element values Va and Vb .
【請求項13】 前記検出器が高分解能の面積型検出器である請求項12記 載の装置。 Wherein said detector 12. Symbol mounting device is the area detector of high resolution.
【請求項14】 前記コンピュータは、平滑化関数を適用する前に、平滑化 関数に重み付けし、この重み付けした平滑化関数を測定投影データ及び推定投影 データに適用して、検出器の中心射線の位置における検出器素子値Va及びVb の間の違いを低減し、VCTシステムの撮影域の中心の近傍の領域内で検出器素 子値Va及びVbの間の違いを平滑化する請求項13記載の装置。 14. The computer, prior to applying a smoothing function, weights the smoothing function and applies the weighted smoothing function to the measured projection data and the estimated projection data to determine the center ray of the detector. reducing the difference between the detector element values Va and Vb at the position, according to claim 13, wherein smoothing the difference between the detector element child values Va and Vb in the region near the center of the shooting range of the VCT system Equipment.
【請求項15】 平滑化関数は、検出器素子値Va及びVbの間の差の半分 を測定投影データ及び推定投影データに加算することによって重み付けされる請 求項14記載の装置。 15. smoothing function, the detector device 請 Motomeko 14 wherein weighted by half of the difference between the element values Va and Vb are added to the measured projection data and estimated projection data.
【請求項16】 平滑化関数は、検出器素子値Va及びVbの間の差の半分 を測定投影データ及び推定投影データから減算することによって重み付けされる 請求項14記載の装置。 16. The apparatus of claim 14, wherein the smoothing function is weighted by subtracting half the difference between the detector element values Va and Vb from the measured projection data and the estimated projection data .
【請求項17】 コンピュータ読み出し可能な媒体上で具現化され、且つコ ンピュータ断層撮影(CT)システムを使用して被検体の投影データを取得する ためのコンピュータ・プログラムであって、 CTシステムの検出器上の中心射線の位置に最も近い検出器素子の検出器素子 値Vaを選定する第1のコード・セグメントと、 前記選定した検出器素子値Vaに関連した検出器素子に対して、反対方向から 収集した投影データの補間によって、または同じ方向での再構成データの順方向 投影によって、該検出器素子に対する検出器素子値Vbを推定する第2のコード ・セグメントと、 VaとVbの間の違いを除去することができる平滑化関数を選択する第3のコ ード・セグメントであって、各々の投影ビューにおいて、検出器素子値Vaは測 定投影データに対応し、且つ検出器素子値Vbは推定投影データに対応している 、第3のコード・セグメントと、 平滑化関数に重み付けする第4のコード・セグメントと、 前記重み付けした平滑化関数を利用して、測定投影データと推定投影データと を組み合わせたときの差を低減して、平滑な移行領域を生成する第5のコード・ セグメントと、 を含んでいるコンピュータ・プログラム。 17. embodied on a computer readable medium, and computer tomography (CT) A computer program for acquiring projection data of the object using the system, detection of CT system A first code segment for selecting the detector element value Va of the detector element closest to the position of the center ray on the detector, and a detector element associated with the selected detector element value Va in opposite directions. A second code segment for estimating the detector element value Vb for the detector element by interpolation of the projection data collected from or from the forward projection of the reconstructed data in the same direction ; a third code segment for selecting a smoothing function capable of removing the difference in projection view of each detector element value Va measurement Corresponding to the projection data, and the detector element value Vb corresponds to the estimated projection data, and a third code segment, the fourth code segment to weight the smoothing function, a smoothing function that the weighting by using the measured projection data and to reduce the difference when the combination of the estimated projection data, the fifth code segment and a comprise computer programs that generates a smooth transition region.
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、撮影域(field of view) の半分のみを覆うようにし、これによりア
ーチファクトを増加させずに(あるいは、実質的に増加させずに)面積型検出器
(area detector) のサイズ及びコストを低減することを可能とした縮小サイズの
面積型検出器を利用する立体的コンピュータ断層撮影(volumetric computed to
mography:VCT)システムで用いられる方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention covers only half of the field of view, thereby increasing (or substantially without increasing) artifacts in an area detector.
(volumetric computed tomography) using a reduced-size area detector that can reduce the size and cost of (area detector)
The present invention relates to a method and apparatus used in a mography (VCT) system.
【0002】[0002]
【発明の背景】 コンピュータ断層撮影(CT)では、一般に、患者にX線を当てること、患者
身体の一部分のディジタルX線投影データを収集すること、並びにこのディジタ
ルX線投影データを処理及び逆投影し、次いでCTシステムの表示モニタ上に画
像を表示することが必要である。CTシステムは、典型的には、ガントリと、テ
ーブルと、X線管と、X線検出器アレイと、コンピュータと、表示モニタとを備
えている。コンピュータはガントリの制御装置に指令を送り、ガントリによりX
線管及び/または検出器アレイをある特定の回転速度で回転させる。BACKGROUND OF THE INVENTION In computed tomography (CT), generally X-raying a patient, collecting digital X-ray projection data of a part of the patient's body, and processing and back-projecting the digital X-ray projection data It is then necessary to display the image on the display monitor of the CT system. CT systems typically include a gantry, table, X-ray tube, X-ray detector array, computer, and display monitor. The computer sends a command to the gantry control device, and the gantry sends X
The tube and / or the detector array are rotated at a certain rotational speed.
【0003】 第3世代のCTシステムでは、その一部が検出器アレイ及びX線管により構成
されているガントリと患者身体との間の相対的な回転運動が生じる。この相対的
回転運動が生じるに伴い、コンピュータはX線管及び検出器アレイにより実行さ
れるデータ収集プロセスを制御してディジタルX線写真を収集する。次いで、コ
ンピュータは、再構成アルゴリズムを実行することによりディジタルX線写真デ
ータを処理し逆投影させ、さらに再構成されたCT画像を表示モニタ上に表示す
る。In the third generation of CT systems, there is a relative rotational movement between the gantry and the patient's body, part of which is constituted by a detector array and an X-ray tube. As this relative rotational movement occurs, the computer controls the data acquisition process performed by the x-ray tube and detector array to acquire a digital radiograph. The computer then processes and backprojects the digital radiographic data by executing a reconstruction algorithm, and displays the reconstructed CT image on a display monitor.
【0004】 現在使用されている多くのCTシステムでは、ガントリ内で単一行の検出器を
利用しており、通常、この単一行検出器のことを、検出器素子の線形アレイと呼
んでいる。さらに改良されたCTシステムでは、検出器からなる2〜4行の線形
アレイを使用して複数行検出器を製作している。この両検出器配置は共にヘリカ
ル・スキャン・プロトコルで使用可能である。しかし、複数行検出器では、CT システム のヘリカル・ピッチを大きくすることにより患者に対する指定した軸方
向カバー範囲をより短時間でスキャンできるので、患者のスキャンが容易になる
。ヘリカル・ピッチは、典型的には、患者を支持しているテーブルのガントリ1
回転中の変位の、検出器ピッチに対する比として定義される。例えば、ヘリカル
・ピッチが1であるとは、CTシステムのCTガントリの1回転中に、患者テー
ブルが検出器ピッチに等しい量だけ並進することを意味する。[0004] Many CT systems currently in use utilize a single row of detectors in the gantry, and this single row detector is commonly referred to as a linear array of detector elements. A further improved CT system uses a linear array of two to four rows of detectors to create a multi-row detector. Both detector arrangements can be used in a helical scan protocol. However, the multi-row detector facilitates scanning of the patient by increasing the helical pitch of the CT system so that the specified axial coverage of the patient can be scanned more quickly. The helical pitch is typically the gantry 1 of the table supporting the patient.
It is defined as the ratio of displacement during rotation to detector pitch. For example, a helical pitch of 1 means that during one revolution of the CT gantry of the CT system, the patient table translates by an amount equal to the detector pitch.
【0005】 通常は、線形検出器または複数行検出器のアレイにより、X線源が放出するX
線ファンビームに対する全撮影域がカバーされる。換言すると、スキャンを受け
ている被検体(患者である場合と患者でない場合がある)を透過した、あるいは
被検体のその領域を照射したX線は、検出器アレイにより吸収される。[0005] Typically, the X-ray source emits X-
The entire imaging area for the line fan beam is covered. In other words, X-rays that have passed through the subject being scanned (which may or may not be a patient) or illuminated that region of the subject are absorbed by the detector array.
【0006】 CTイメージング・システムの幾つかでは、検出器アレイのサイズを小さくす
ることが望ましく、また場合によっては、検出器アレイのサイズを小さくするこ
とが必要である。例えば、CT技術の最近の発展においては、CTデータ収集の
ために、多数行の線形検出器アレイにより構成されている面積型検出器アレイが
使用されている。現在のところ、全撮影域、すなわち画像化している患者の全範
囲をカバーする検出器パネルは、未だ利用可能ではない。さらに、線形検出器ア
レイを使用するシステムの幾つかでは、スキャンを受けている患者に比して極め
て広い撮影域を提供している。この状況の場合でもまた、その検出器アレイのサ
イズ及びコストを低減することが望ましい。[0006] In some CT imaging systems, it is desirable to reduce the size of the detector array, and in some cases, the size of the detector array. For example, recent developments in CT technology have used area detector arrays composed of multiple rows of linear detector arrays for CT data collection. At present, detector panels that cover the entire field of view, ie the entire area of the patient being imaged, are not yet available. In addition, some systems that use linear detector arrays provide an extremely large field of view compared to the patient being scanned. Even in this situation, it is desirable to reduce the size and cost of the detector array.
【0007】 これらの限界を克服するために利用されてきた1つの技法は、そのサイズをよ
り小さくしその幅の半分とした検出器アレイを並進させることである。例えば、 検出器アレイの本来のサイズが、患者の所望の撮影域をカバーするために80c mに等しい幅を有しているとする。 本来の検出器幅の半分に等しい幅(この場合
では40cm)を有するような、より小さな検出器を使用することができる。こ
の検出器は、CTイメージング・システムの撮影域の概ね半分をカバーするよう
にして、検出器幅の半分(この例では20cm)だけ偏位させる。この例によれ
ば、患者の同じ撮影域を、本来の値の半分に等しい幅を有する検出器により収集
することができる。One technique that has been used to overcome these limitations is to increase its size.
Translation of the detector array, which has been made smaller and half its width. For example, The original size of the detector array is 80c to cover the desired imaging area of the patient. Assume that it has a width equal to m. A width equal to half the original detector width (in this case,
Smaller detectors, such as having a height of 40 cm) can be used. This
Detector covers approximately half of the field of view of the CT imaging system.
To shift by half the detector width (20 cm in this example). According to this example
If the same field of the patient is acquired by a detector with a width equal to half the original value
can do.
【0008】 さらに、固定した幅をもつ検出器を備えるシステムで撮影域を拡大することが
可能である。通常は、CTイメージング・システムの回転中心の投影は、検出器
パネルの中心に一致している。CTイメージングの回転中心とは、その周りでX
線源及び検出器アレイを回転させている点の物理的位置のことである。しかし、
その検出器を本来の位置を基準にして検出器幅の半分だけ偏位させることにより
、システムの撮影域(FOV)を拡大することができる。イメージング・システ
ムの回転中心の検出器への投影が、シフトさせた線形、複数行または面積型検出 器 のエッジの近傍にある。しかしながら、この検出器によりイメージング・シス
テムの物理的回転中心(すなわち、アイソセンタの位置)を通過するX線からの
投影データを依然として測定できている。一方、この配置により、イメージング
・システムの撮影域は本来の構成の事実上2倍となり、これにより、イメージン
グ・システムの撮影域を大幅に拡大することができる。検出器をその幅の半分だ
けシフトさせるシステム構成のことを、典型的には、半検出器シフトと呼んでい
る。[0008] Furthermore, it is possible to enlarge the imaging area with a system having a fixed width detector. Typically, the projection of the center of rotation of the CT imaging system coincides with the center of the detector panel. The rotation center of CT imaging is X around it.
The physical location of the point at which the source and detector array are rotating. But,
By displacing the detector by half the detector width with respect to the original position, the field of view (FOV) of the system can be expanded. Projection onto the detector of the rotation center of the imaging system, is linear of shifting, in the vicinity of the edge of the multiple lines or area-type detector. However, the detector still measures projection data from X-rays passing through the physical center of rotation of the imaging system (ie, the isocenter location). On the other hand, this arrangement effectively doubles the imaging area of the imaging system from its original configuration, thereby greatly increasing the imaging area of the imaging system. A system configuration that shifts a detector by half its width is typically referred to as a semi-detector shift.
【0009】 そのX線源が点であり検出器パネルのみを照射すると共に扇形(fan)に似
た形状をしたX線をある角度アパーチャで放出するCTシステムであるファンビ
ームCTシステムでは、CTガントリの全回転の一部分に対する投影データを収
集する必要がある。具体的には、ガントリが180度にファン角度を加えた値に 等しい角度間隔にわたって患者の周りの円形軌道で回転している間の、投影デー タを収集する必要がある。 繰り返すと、ファン角度は、イメージング・システム
のアキシャル面内で検出器アレイのみを照射するようなX線の角度アパーチャの
尺度である。投影の測定は、必ずしもガントリを患者の周りを360度の全回転
させている間中行う必要がないため、投影データのうちのあるものが冗長である
ことは明らかである。A fan beam CT system, which is a CT system in which the X-ray source is a point and irradiates only the detector panel and emits X-rays having a shape similar to a fan at a certain angle aperture, is a CT gantry. Need to collect projection data for a fraction of the full rotation of. Specifically, while the gantry is rotating in a circular orbit around the patient over equal angular intervals to a value obtained by adding the fan angle to 180 degrees, it is necessary to collect projection data. Again, the fan angle is a measure of the angular aperture of the x-rays such that only the detector array is illuminated in the axial plane of the imaging system. Obviously, some of the projection data is redundant because the measurement of the projection does not necessarily have to be made during the full 360 degree rotation of the gantry around the patient.
【0010】 CTシステムの半検出器シフト構成では、ガントリの360度の全回転に対し
てデータが収集される。ガントリの各ビュー角度において、投影データの半分の
みが測定される。ガントリの他のビューからのデータは、所与のビュー角度に対
する投影データを完成させるために使用される。このプロセスを線形検出器アレ イに対して実施するための方式は、当技術分野においては周知である。 しかし、
イメージング・システムの撮影域の半分をカバーしている測定投影データをガン
トリの他のビューがもたらしたデータと組み合わせる場合、得られる投影データ
は投影データの中心の近傍では十分にマッチングしないことがある。これらのミ
スマッチングは、低減させたり除去したりしないと、望ましくないアーチファク
トを再構成画像内に生じさせることがある。In a semi-detector shift configuration of a CT system, data is collected for a full 360 degree rotation of the gantry. At each view angle of the gantry, only half of the projection data is measured. Data from other views of the gantry is used to complete projection data for a given view angle. Method for carrying out this process for linear detector array are well known in the art. But,
If the measured projection data covering half of the field of view of the imaging system is combined with data provided by other views of the gantry, the resulting projection data may not match well near the center of the projection data. These mismatches, if not reduced or eliminated, can cause undesirable artifacts in the reconstructed image.
【0011】 現在、撮影域内での投影データの不連続により生じるアーチファクトを軽減す
るために使用されている技法の1つでは、重み関数を利用して移行領域内でのデ
ータの不連続を平滑化している。この技法では、検出器は、その検出器上へのイ
メージング・システムの回転中心の投影を越えて延びる幾らかの追加の検出器素
子を有している必要がある。ガントリが患者の周りを360度回転する際に、シ
フトさせた検出器パネルのうち、検出器上への回転中心の投影を若干越えて両方
向に延びている領域を「移行領域」と呼んでいる。実際のデータは、検出器によ
り移行領域の半分において測定される。また移行領域の第2の半分内においては
、ガントリの別のビューからデータを作成することができる。移行領域内の測定 されて合成されたデータが、データ相互間の 不連続を平滑化するための重み係数
と乗算される。一般に、移行領域が大きいと画質が良くなるが、このシステム構
成の撮影域は半検出器シフト構成でもたらされる撮影域と比べて若干小さくなる
ためシステムのコストの増加にもつながる。この代替では、検出器上へのイメー ジング・システムの回転中心の投影を越えて延びる幾らかの追加の検出器素子を 有している必要があり、これはシステムのコストを一層高くする。 One technique currently used to mitigate artifacts caused by discontinuities in projection data within the field of view is to use a weighting function to smooth the discontinuities in the transition region. ing. This technique requires that the detector have some additional detector elements that extend beyond the projection of the center of rotation of the imaging system onto the detector. When the gantry rotates 360 degrees around the patient, the area of the shifted detector panel that extends in both directions slightly beyond the projection of the center of rotation on the detector is called the "transition area" . . The actual data is measured by the detector in half of the transition area. Also, within the second half of the transition area, data can be created from another view of the gantry. The measured and combined data in the transition region is multiplied by a weight factor to smooth discontinuities between the data . In general, a large transition area improves the image quality, but the imaging area of this system configuration is slightly smaller than the imaging area provided by the half-detector shift configuration, which leads to an increase in system cost. In this alternative, it is necessary to have some additional detector elements extends beyond the projection of the center of rotation of the Imaging System onto the detector, which further increased the cost of the system.
【0012】 この検出器アレイで全撮影域を実現できるように、或いはその代わりに個々の 検出器素子の数を減らすことが出来るように、 測定データと移行領域内で作成さ
れたデータとの積算を改良する必要がある。The integration of the measured data with the data generated in the transition area so that the entire imaging area can be realized with this detector array or, alternatively, the number of individual detector elements can be reduced. Need to be improved.
【0013】 半検出器シフト構成を利用する複数行又は立体的CTシステムでは、イメージ
ング・システムの撮影域の半分内で投影データを測定する一方、投影データの残 りの半分を反対方向の射線(すなわち、撮影している物体の線減衰係数の同様な 線積分データを提供するガントリの角度位置から取得される射線(ray) )から作 成又は合成する必要がある。 しかしながら、CTガントリの別の投影角度で測定
された投影データは、本来の幅の2倍であり且つ偏位(オフセット)をもたせて
いない検出器で測定する場合の射線と同じ方位を有していない。これは、線源か ら放出されるX線が半径方向角度(すなわち、軸方向の平面内の射線の方位)及 び仰角(すなわち、軸方向の平面の外の射線の方位)の両方を有するためである 。 したがって、半検出器シフト構成で面積型検出器を利用し、かつその恩恵を実
現させると共に、上記の問題点を克服させたVCTシステムが必要である。[0013] In multi-line or three-dimensional CT system utilizing a half-detector shift configuration, while measuring the projection data in half the imaging area of the imaging system, rays in the opposite direction the remaining half of the projection data ( that is, there is a need to create or synthesized from ray (ray)) obtained from the angular position of the gantry to provide a similar line integral data of linear attenuation coefficients of the object being photographed. However, the projection data measured at another projection angle of the CT gantry is twice the original width and has the same azimuth as the ray when measured with a detector having no offset. Absent. This, X-rays are the source or we release has both radial angle (i.e., the axial orientation of the rays in the plane)及 beauty elevation (i.e., the orientation of the rays of the outer axial plane) That's why . Therefore, there is a need for a VCT system that utilizes an area detector in a semi-detector shift configuration, realizes its benefits, and overcomes the above problems.
【0014】[0014]
【発明の概要】 本発明は、被検体の投影データを取得するためのコンピュータ断層撮影(CT )システムを提供する。該CTシステムは、X線源及び検出器を備える。 検出器
は、検出器上へのCTシステムの回転中心の投影に対応する中心位置に対してそ
の幅の半分だけシフトされている。本発明の方法によれば、各投影ビューごとに
、被検体を通して線源と検出器素子とを結ぶ射線の線減衰値の線積分を表す処理 済みの検出器素子値であって、この信号の位置として、検出器上へのイメージン グ・システム(CTシステム)の回転中心の投影位置に最も近い検出器素子から の信号であることを表している処理済みの検出器素子値Vaが選定される。 次い
で、この選定した検出器素子に対して、反対方向から、または同じ方向の順方向
投影から、検出器素子値Vbを推定する。次いで、VaとVbの間の違いを除去
できる平滑化関数を選択する。次いで、この平滑化関数を適用することにより、 VaとVbの間の違いを除去する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a computed tomography (CT ) system for acquiring projection data of a subject . The CT system includes an X-ray source and a detector. The detector has been shifted by half its width relative to a center position corresponding to the projection of the center of rotation of the CT system onto the detector. In accordance with the method of the present invention, for each projection view , a processed detector element value representing a line integral of a line attenuation value of a ray connecting the source and the detector element through the subject , wherein as the position, the processed detector element value Va which indicates the signal from the nearest detector element to the projection position of the rotation center of the detector on to the image in g systems (CT system) is selected You. The detector element value Vb is then estimated for the selected detector element from the opposite direction or from the same direction of the forward projection. Next, a smoothing function that can remove the difference between Va and Vb is selected. The difference between Va and Vb is then removed by applying this smoothing function .
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】 本発明の方法及び装置を記載するに先立ち、図1を参照しながら本発明のVC
Tシステムについての概括的考察を示すことにする。図1は、本発明の方法及び
装置を実現させるのに適した立体的CTスキャン・システムのブロック図である
。この立体的CTスキャン・システムは、患者の解剖学的特徴に対する画像の再
構成に使用することに関して検討することにするが、本発明は任意の特定の対象
を画像化することに限定されるものではないことを理解されたい。さらに、当業
者であれば理解するように、本発明は工業用プロセスのために使用することもで
きる。さらに、本発明は、医用CT装置に限定されるものではなく、X線源及び
検出器の幾何学構成が固定しており、被検体の方がスキャン時間の間に回転する
ような工業用システムも包含している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Prior to describing the method and apparatus of the present invention, the VC of the present invention will be described with reference to FIG.
Here is a general discussion of the T system. FIG. 1 is a block diagram of a stereoscopic CT scanning system suitable for implementing the method and apparatus of the present invention. This stereoscopic CT scanning system will be discussed for use in reconstructing images for patient anatomical features, but the invention is limited to imaging any particular object Please understand that it is not. Further, as will be appreciated by those skilled in the art, the present invention may be used for industrial processes. Furthermore, the invention is not limited to medical CT devices, but rather an industrial system in which the geometry of the X-ray source and detector is fixed and the subject rotates during the scan time. Is also included.
【0016】 立体的CTスキャン・システムでは、そのガントリは患者などの被検体の周り
を回転し、投影データが収集される。コンピュータ1は、この立体的CTスキャ
ン・システムの動作を制御している。本明細書において、ガントリの回転という
場合、この語句によりX線管2の回転及び/または検出器3(好ましくは、高分
解能の面積型検出器)の回転を表すことを意図したものである。X線管2及び面
積型検出器3はガントリに含まれている。制御装置4A及び4Bは、立体的CT
スキャン・システムのコンピュータ1により制御されると共に、それぞれX線管
2と検出器3に結合されている。制御装置4A及び4Bにより、X線管2及び/
または検出器3に対して適切な相対的回転運動が与えられる。制御装置は必ずし
も個々に必要ではない。単一の制御装置コンポーネントを使用してガントリを回
転させることもできる。またコンピュータ1は、本発明の方法を実現するために
、画像スキャン時間の変動、画像分解能及び/または軸方向カバー範囲を制御し
ていることにも留意されたい。In a stereoscopic CT scanning system, the gantry rotates around a subject, such as a patient, and projection data is collected. The computer 1 controls the operation of the stereoscopic CT scanning system. In this specification, the term gantry rotation is intended to mean the rotation of the X-ray tube 2 and / or the rotation of the detector 3 (preferably a high-resolution area detector). The X-ray tube 2 and the area type detector 3 are included in a gantry. The control devices 4A and 4B are three-dimensional CT
It is controlled by a computer 1 of the scanning system and is coupled to an X-ray tube 2 and a detector 3, respectively. The X-ray tubes 2 and / or the control devices 4A and 4B
Alternatively, the detector 3 is given an appropriate relative rotational movement. The control devices are not necessarily individually required. The gantry can also be rotated using a single controller component. It should also be noted that the computer 1 controls image scan time variation, image resolution and / or axial coverage to implement the method of the present invention.
【0017】 コンピュータ1は、データ収集システム6に検出器3をサンプリングする時点
を指示し、かつガントリの速度を制御することによって、そのデータ収集プロセ
スを制御する。その上、コンピュータ1は、データ収集システム6に指示して面
積型検出器3により得られる放射線写真の分解能を設定させ、これによりシステ
ムの分解能を変更することが可能となる。データ収集システム6は、図示するよ
うに読み出し電子回路を備えている。The computer 1 controls the data acquisition process by instructing the data acquisition system 6 when to sample the detector 3 and controlling the speed of the gantry. In addition, the computer 1 instructs the data acquisition system 6 to set the resolution of the radiograph obtained by the area type detector 3, thereby making it possible to change the resolution of the system. The data collection system 6 includes readout electronics as shown.
【0018】 面積型検出器3は検出器素子からなるアレイ(図示せず)により構成されてい
る。各検出器素子は、その検出器素子上に入射するX線エネルギーの量に関連す
る、それぞれの素子に対応した強度値を測定する。本発明の装置及び方法を立体
的CTスキャン・システムに取り入れることにより、新規の立体的CTスキャン
・システムが創り出される。したがって、本発明により新規の立体的CTスキャ
ン・システムを提供することができる。The area type detector 3 is configured by an array (not shown) including detector elements. Each detector element measures an intensity value corresponding to the respective element, which is related to the amount of X-ray energy incident on the detector element. By incorporating the apparatus and method of the present invention into a stereoscopic CT scanning system, a new stereoscopic CT scanning system is created. Therefore, the present invention can provide a novel stereoscopic CT scanning system.
【0019】 データ収集を実行して本発明による処理を実施するためには、本発明が任意の
特定のコンピュータに限定されるものではないことに留意されたい。本明細書で
使用する場合において、この「コンピュータ」という用語によって、本発明によ
る処理を実行するために必要な算出(calculation) や計算(computation) を実行
する能力がある任意の装置を表そうとする意図である。したがって、本発明によ
る制御アルゴリズム10を実行するために利用するコンピュータは、必要な処理
を実行する能力がある任意の装置とすることができる。It should be noted that the present invention is not limited to any particular computer in order to perform data collection and perform processing according to the present invention. As used herein, the term "computer" is intended to refer to any device capable of performing the calculations and computations necessary to perform the processes according to the present invention. Intention to do so. Thus, the computer utilized to execute the control algorithm 10 according to the present invention can be any device capable of performing the required processing.
【0020】 本発明に関して、一方法によって、代替的なデータ平滑化スキームによって移 行領域をカバーするために追加の検出器素子を使用する必要性をなくす。さらに 、代替方法の1つでは反復アルゴリズムを利用して、全撮影域をカバーするよう な大きな検出器アレイを使用してデータを収集したと仮定した場合に測定される はずの投影データを推定する。反復アルゴリズムは、CTデータを再構成するス テップと、測定した投影データと順方向投影ルーチンにより作成されたデータと の間の誤差を推定するステップと、誤差を平滑化及び/又は低減するステップと 、停止要件が満たされるまでは上記処理を繰り返すステップとを有する。この停 止要件は、この方法の2回の繰り返しの間での再構成データの差を測定する計量 上の閾値であってよい。このような計量の一例は、周知の最小自乗計量法である 。順方向投影ルーチンは、X線源の位置から検出器へ結ぶ射線に沿った被検体又 は患者のCT再構成における線減衰係数の線積分を計算することによって、実験 的データ収集を模擬する方法である。 移行領域内の誤差は同様の方式で取り扱われるため、この2つの方式は同じコ
ンテクストの範囲内で以下に考察することにする。[0020] For the present invention, by a method, eliminating the need to use additional detector elements to cover the transition region by alternative data smoothing scheme. Further , one alternative uses an iterative algorithm to estimate the projection data that would be measured if the data were collected using a large detector array that covers the entire field of view. . Iterative algorithm, the step of reconstructing CT data, estimating the error between the data generated by the measured projection data and the forward projection routine, a step of smoothing and / or reducing error Repeating the above processing until the stop requirement is satisfied. The stop requirement can be a threshold on the metric measuring the difference of the reconstructed data between two iterations of the method. One example of such a metric is the well-known least squares metric . The forward projection routine, by the subject or along a ray connecting the location of the X-ray source to the detector for calculating a line integral of the linear attenuation coefficient in the CT reconstruction of a patient, a method for simulating the experimental data collection It is. Since the errors in the transition region are handled in a similar manner, the two schemes will be discussed below within the same context.
【0021】 本発明の技法では、先行する繰り返しステップより取得した再構成データを順
方向投影すること、または1組の反対方向の射線から取得した冗長検出器データ
を補間することのいずれかにより、1組のX線投影{Pa }を形成する。ここで
反対方向の射線では{Pa }と逆方向の投影データの別の1組が形成される。前 に述べたように、順方向投影の技法は、 射線を仮想のX線源から放出するプロセ
スであり、これらの射線は個々の検出器素子に向かって再構成されたボリューム
を横切る。この射線に沿って再構成された値の線減衰値は射線に沿って合算され
、これを線減衰係数の線積分という。順方向投影処理を実現するために周知のい くつかの技法を利用しうる。 In the technique of the present invention , either by forward-projecting the reconstructed data obtained from the preceding iteration step, or by interpolating redundant detector data obtained from a set of oppositely directed rays, Form a set of X-ray projections {P a }. Here, another set of projection data in the direction opposite to that of {P a } is formed for rays in the opposite direction. As mentioned earlier, the technique of forward projection is the process of emitting rays from a virtual x-ray source, which rays traverse the reconstructed volume towards individual detector elements. The linear attenuation values reconstructed along the ray are summed along the ray, and this is referred to as the linear integral of the linear attenuation coefficient. It may utilize techniques known have several to implement the forward projection process.
【0022】 再構成データを順方向投影する反復技法(IFPTという)は一般に、より大
きな円錐角に対応する(すなわち、VCTシステムで使用するような)投影デー
タを作成するのに適しており、一方、冗長投影データを補間する技法(RPDT という)は、中間面(すなわち、ゼロ度の円錐角を持つ平面)により近い位置の 投影データ に対してより適している。ファン角度と同様に、円錐角も、X線源か
らファン角度方向と直角の方向に放出されるX線の角度範囲を指している。これ はX線の仰角と呼ぶことが出来る。IFPTまたはRPDT のいずれかを用いて
取得される検出器の推定値と、データを実際に測定した場合に得られるはずの本
来の値との間の違いのために、検出器上へのCTシステムの回転中心の投影(位 置)に近い画像内に歪みを生じることがある。説明を簡潔にするために、検出器 上へのCTシステムの回転中心の投影の位置を、中心射線位置と称する。 RPDT技法は面積型検出器又は複数行型検出器の中心行に対して有用であり 、またIFPT技法はRPDT技法が有効でない円錐角において面積型検出器又 は複数行型検出器内の各行に対して有用である。 Iterative techniques for forward projection of reconstructed data (referred to as IFPT ) are generally suitable for producing projection data corresponding to larger cone angles (ie, as used in VCT systems), while The technique of interpolating redundant projection data (referred to as RPDT ) is more suitable for projection data located closer to the mid-plane (ie, a plane with a cone angle of zero degrees) . Like the fan angle, the cone angle refers to the angular range of X-rays emitted from the X-ray source in a direction perpendicular to the fan angle direction. This can be called the X-ray elevation angle. Due to the difference between the detector estimate obtained using either IFPT or RPDT and the original value that would have been obtained if the data were actually measured , the CT system on the detector which may cause distortion in an image near the projection (position) of the center of rotation of the. For simplicity, the position of the projection of the center of rotation of the CT system onto the detector is referred to as the central ray position. RPDT techniques are useful with respect to the center line of the area detector or a plurality of rows detector, also IFPT techniques area detector in cone angle RPDT technique is not valid or to each row in a multiline detector Useful for.
【0023】 再構成画像における歪み又はアーティファクトを軽減するために、本発明の技 法は平滑化関数を利用する。 平滑化関数については、図3を参照しながら、以下
のように記載することができる。[0023] In order to reduce distortion or artifacts in the reconstructed image, formic method of the present invention utilizes a smoothing function. The smoothing function can be described as follows with reference to FIG.
【0024】 1.各投影ビューごとに、中心射線位置に最も近い既知の検出器素子を選定す る(21)。以下においてこれをVaで表す。 2.同じ検出器素子に対して、(代替のビューからの補間投影データ(RPD T)を介して、あるいは再構成データの順方向投影(IFPT)により) 推定値を取得する(22)。以下においてこれをVbで表す。 3.適切な平滑化関数を生成する(23)。 4.平滑化関数をVaとVbの間の差の半分で重み付けし、必要とされるとき 測定データ及び合成データに該関数を加算(又は減算)する。平滑化関数 によって中心射線位置でのVaとVbの間の違いを低減させて、この違い をイメージング・システムの撮影域の中心の近傍の領域内で段階的に平滑 化する(24)。1. For each projection view, the known detector element closest to the center ray position is selected (21). Hereinafter, this is represented by Va. 2. An estimate is obtained (22) for the same detector element ( via interpolated projection data from alternate views (RPDT) or by forward projection of reconstructed data (IFPT) ). Hereinafter, this is represented by Vb. 3. Generate an appropriate smoothing function (23). 4. The smoothing function is weighted by half the difference between Va and Vb, and the function is added (or subtracted) to the measured data and the composite data when needed . The smoothing function reduces the difference between Va and Vb at the center ray position and smooths this difference stepwise in an area near the center of the imaging area of the imaging system (24).
【0025】 このことは以下の考察から理解することができる。すなわち、撮影域の中心に
おける投影データの不連続性の量を、d=Va−Vbとする。一例として、この
違いを段階的に平滑化するために使用できる平滑化関数の1つは、次式で規定さ
れる指数関数とすることが可能である。This can be understood from the following considerations. That is, the amount of discontinuity of the projection data at the center of the shooting area is set to d = Va−Vb. As an example, one of the smoothing functions that can be used to smooth this difference stepwise can be an exponential function defined by:
【0026】 V=0.5de-ax 0 (式1) 上式において、x0 は検出器素子の値Vaに対応する検出器位置からの距離の絶
対値であり、aはこの平滑化関数に関する曲線の傾きを制御するための係数であ
る。重み付けした指数関数は、中心射線位置(検出器上へのイメージング・シス
テムの回転中心の投影に対応する検出器位置)の一方の側に位置する投影値に対
して加算(減算)されてより低い(高い)推定値を上昇(低下)させると共に、
この指数関数は中心射線位置の別の側の投影値に対して加算(減算)されてより
高い(低い)本来の値を低下(上昇)させている。換言すると、真の投影データ
と推定した投影データを組み合わせることにより、中心射線の位置での投影デー
タの不一致を低減する方法を提供できる。したがって、このプロセスにより、ア
ーチファクトを低減または除去させた平滑なデータ移行領域を提供することがで
きる(25)。 上述した方法を用いて、中心射線位置での検出器のオーバーラップの量を最小 限にして、コスト効率の良い設計を提供することが出来る。 V = 0.5 de -ax 0 (Equation 1) In the above equation, x 0 is the absolute value of the distance from the detector position corresponding to the detector element value Va, and a is related to this smoothing function. This is a coefficient for controlling the slope of the curve. The weighted exponential is added (subtracted) lower to the projection value located on one side of the central ray position (the detector position corresponding to the projection of the center of rotation of the imaging system onto the detector). Increase (decrease) the (high) estimate,
This exponential function is added (subtracted) to the projection value on the other side of the center ray position to lower (increase) the higher (lower) original value. In other words, by combining the true projection data and the estimated projection data, it is possible to provide a method of reducing the mismatch of the projection data at the position of the center ray. Thus, this process can provide a smooth data transition region with reduced or eliminated artifacts (25). Using the above-described method, the amount of overlap of the detector at the center ray position in the minimal, it is possible to provide a cost-effective design.
【0027】 現在のところ、従来の技術では、立体的CT(VCT)システム内で面積型検
出器を半検出器シフト構成で使用する方法は知られていない。VCTシステム、
並びに移行領域を作成することによりイメージング・システムの撮影域内で投影
データの不連続を除去するための様々な既知の技法について上記において説明し
たので、ここで、本発明の別の面を説明することにする。従って、上述した記載 は抽象化して一般的な態様に作成できる。 [0027] At present, the prior art does not know how to use an area detector in a semi-detector shift configuration in a stereoscopic CT (VCT) system. VCT system,
Having described above various known techniques for eliminating projection data discontinuities in the field of view of an imaging system by creating a transition region, another aspect of the present invention will now be described. To Accordingly, the above description can be abstracted and created in a general manner.
【0028】 変数fθ 及びfθ ′を用いて、線源角度θにおいて取得され、順方向の射線
及び反対方向の射線(角度方位が同じで横切る方向が反対の射線)の信号強度を
それぞれ表している2つの関数を表現することにする。The variable fθ And fθ ′ To represent two functions obtained at the source angle θ and representing the signal intensities of the forward ray and the opposite ray (the same angle and traversal but opposite directions), respectively. To
【0029】 fθ(n)=0 (N2<n<Nの場合) (式2) fθ′(n)=0 (1<n<N2の場合) (式3)ここで、変数nは検出器アレイ内の位置を指すために用いられる。例えば、検出 器アレイが1000個の検出器を有する場合、1<n<1000である。Nは水 平な検出器素子の数であり、N2 は検出器内の中心射線の位置である。上記の両 者 は被検体の同じ部分を横切っているので、理想的には、fθ (N2 )はfθ ′(N2 )と全く同じであるはずである。しかし、以下の理由によりこうしたこ
とは起こり得ない。Fθ (n) = 0 (when N 2 <n <N) (Equation 2) fθ ′ (n) = 0 (when 1 <n <N 2 ) (Equation 3) where the variable n is Used to point to a location within the detector array. For example, if the detector array has 1000 detectors, then 1 <n <1000. N is the number of horizontal detector elements, N 2 is the position of the center ray in the detector. Since the above two persons is across the same portion of the subject, ideally, f [theta] (N 2 ) is fθ '(N 2 ). However, this cannot happen for the following reasons.
【0030】 (a)各射線の実際の形状は、線源を始点とし検出器素子を終点とする浅い四 面体であり、被検体が全体に均質であって回転対称である以外はその被 検体の正確に同じ位置を横切る同一の射線は存在しないこと。 (b)スキャン・サイクル中の被検体/患者の動きにより各順方向/反対方向 射線の対に付加的な誤差が導入されること。 (c)これまでに、効率のよい完全な補間スキームが開発されていないこと。 すなわち、補間のプロセスにより誤差が導入されること。(A) The actual shape of each ray is a shallow tetrahedron starting from the source and ending at the detector element, except that the subject is entirely homogeneous and rotationally symmetric. No two rays cross exactly the same location in (B) The subject / patient movement during the scan cycle introduces additional errors in each forward / backward ray pair. (C) no efficient complete interpolation scheme has been developed so far; That is, errors are introduced by the interpolation process.
【0031】 線源角度位置θにおけるfθ (N2 )とfθ ′(N2 )の差をd(θ)と仮
定すると、d(θ)が完全にランダムである場合には、再構成画像に導入される
誤差は、恐らくCTのその他のランダム誤差に関連する量子ノイズにより覆い隠
されてしまうはずである。しかし、その誤差がある程度体系的である場合には、
再構成画像内に明らかなアーチファクトが導入されることになる。この理由によ
り、移行領域において平滑化プロセスを利用する必要がある。換言すると、この
平滑化関数は、fθ 及びfθ ′のステップ状誤差を検出器素子N2 で表される
中心射線位置の周りでより小さくするように開発されている。Fθ at source angle position θ (N 2 ) and fθ Assuming that the difference of '(N 2 ) is d (θ), if d (θ) is completely random, the error introduced into the reconstructed image is probably related to other random errors in CT. It must be covered by quantum noise. However, if the error is somewhat systematic,
Obvious artifacts will be introduced in the reconstructed image. For this reason, it is necessary to use a smoothing process in the transition region. In other words, this smoothing function is fθ And fθ ′ Have been developed to be smaller around the central ray position represented by detector element N 2 .
【0032】 fθ 及びfθ ′のそれぞれに対する平滑化関数を、W及びW’を用いて表す
ことにする。W及びW’を導き出す際には、当業者は理解するようなある種の基
準を考慮する必要がある。さらに、この目的のためには、本明細書に具体的に掲
げたもの以外に、以下の例のような多様な平滑化関数が適していることは、当業
者であれば理解するであろう。Fθ And fθ ′ Will be represented using W and W ′. In deriving W and W ', certain criteria must be considered, as those skilled in the art will understand. Further, those skilled in the art will appreciate that a variety of smoothing functions other than those specifically listed herein are suitable for this purpose, such as the following examples. .
【0033】 W(n)+W’(n)=1 (すべてのnに対して) (式4) δW/δn=δW’/δn=0 (n=N2±Δnの位置で) (式5)W (n) + W ′ (n) = 1 (for all n) (Equation 4) δW / δn = δW ′ / δn = 0 (at the position of n = N 2 ± Δn) (Equation 5) )
【0034】 上式において、ΔnはW及びW’の平滑さの程度を設定しており、δは微分演
算子である。さらに、この種の用途に関する従来の平滑化関数は、一般にフェザ
リング関数(feathering function) としても知られていることに留意されたい。
W及びW’を用いて順方向と反対方向の射線の間の移行領域を発見している。平
滑化関数を正しく作用させるためには、Δnはゼロを超える整数でなければなら
ないことに留意されたい。実際に、Δnが大きいほど、その平滑化関数はより良
好に作用する。しかし、Δnを大きくし過ぎると中心射線位置の検出器素子であ
るN2 を超えて延びるように追加の検出器素子を用いることが必要となる。した
がって、Δnの選択では、Δnが十分に大きいが、移行領域に対して追加の検出
器素子の付加を要する程に大きくはないようにする必要がある。こうしたことか
ら、fθ 及びfθ ′は次式の限界を有している。In the above equation, Δn sets the degree of smoothness of W and W ′, and δ is a differential operator. Further, it should be noted that the conventional smoothing function for this type of application is also commonly known as a feathering function.
We use W and W 'to find the transition region between the forward and the opposite ray. Note that Δn must be an integer greater than zero for the smoothing function to work properly. In fact, the greater Δn, the better the smoothing function works. However, making Δn too large requires the use of additional detector elements to extend beyond the central ray detector element N 2 . Thus, in the selection of Δn, it is necessary that Δn be large enough, but not so large as to require the addition of additional detector elements to the transition region. From these facts, fθ And fθ 'Has the following limit:
【0035】 fθ(n)=0 (N2+Δn<n<Nの場合) (式6
) fθ ′(n)=0 (1<n<N2−Δnの場合) (式7
)Fθ (n) = 0 (when N 2 + Δn <n <N) (Equation 6)
) Fθ '(N) = 0 (when 1 <n <N 2 −Δn) (Equation 7)
)
【0036】 逆投影プロセスで使用されている実際の検出器信号は、Wfθ 及びW’fθ ′である。移行領域をより広くすると順方向と反対方向の射線の間のミスマッチ
ング誤差の多くが除去される傾向があるため、各半撮影域(FOV)投影データ
に対して反対方向の射線を構成する必要がないことにさらに留意されたい。換言
すると、各半FOVデータ(及び追加のΔnの検出器の各値)にゼロを埋め込み
長さがNの検出器データを取得し、続いて従来のフィルタ補正投影手順を実行す
る。補間は必要でない。The actual detector signal used in the backprojection process is Wfθ And W'fθ '. Since a wider transition region tends to remove much of the mismatch error between the forward and opposite rays, it is necessary to construct opposite rays for each half field of view (FOV) projection data. Note further that there is no. In other words, zero is embedded in each half-FOV data (and each value of the additional Δn detector) to obtain detector data of length N, followed by performing a conventional filtered projection procedure. No interpolation is needed.
【0037】 CTシステム内、すなわち面積型検出器内の検出器の行数を増加させると、追
加の検出器素子が(行数のΔn倍)より多くなることが動機付けとなって、Δn
を最小にすることができる方法及び装置を考案することにより従来の方式を改良
することが必要である。Increasing the number of detector rows in a CT system, ie, in an area detector, motivates the additional detector elements to be more than (Δn times the number of rows), resulting in Δn
There is a need to improve upon conventional approaches by devising methods and apparatus that can minimize.
【0038】 本発明による方式ではΔnを1まで減少させている。一方、コンピュータによ
るシミュレーションによれば、これと同等のアーチファクト・レベルを達成する
には、従来の平滑化方法ではΔnを概ね20とする必要があることが示されてい
る。面積型検出器の移行領域で必要となる検出器素子数が、線形アレイで必要と
なる素子数と比べオーダーにして3桁多いVCT用途では、この利点はさらに重
要となる。In the method according to the present invention, Δn is reduced to 1. On the other hand, computer simulations show that Δn needs to be approximately 20 in the conventional smoothing method in order to achieve an equivalent artifact level. This advantage becomes even more important in VCT applications where the number of detector elements required in the transition area of the area detector is three orders of magnitude higher than the number of elements required in a linear array.
【0039】 順方向の射線、並びに補間または順方向投影により取得される反対方向の射線
には、体系的誤差が存在する可能性がある。fθ (N2 )とfθ ′(N2 )の
間の差を検出することによりステップ状誤差を測定することができる。ここで、
d(θ)=fθ (N2 )−fθ ′(N2 )すると、d(θ)は、fθ (N2
)とfθ ′(N2 )の間のステップ状誤差(ここで、θはX線源の角度位置で
ある)として観測される。There may be systematic errors in the forward ray as well as in the opposite ray obtained by interpolation or forward projection. fθ (N 2 ) and fθ The stepwise error can be measured by detecting the difference between '(N 2 ). here,
d (θ) = fθ (N 2 ) −fθ '(N 2 ), d (θ) becomes fθ (N 2
) And fθ '(N 2 ) as a step error (where θ is the angular position of the X-ray source).
【0040】 本方式では、例えば、(式1)に記載した指数関数(ここでaは指数関数の平
滑化を制御するための制御係数である)を用いてステップ状誤差を平滑化する。
順方向の射線及び反対方向の射線の関数、fθ (n)及びfθ ′(n)は、次
式で示す投影データgθ (n)に変換される。ここで、1<n<Nである。 In this method, for example, a step-like error is smoothed using an exponential function described in (Equation 1) (where a is a control coefficient for controlling the smoothing of the exponential function).
A function of the forward and opposite rays, fθ (N) and fθ '(N) is the projection data gθ (N). Here, 1 <n <N.
【0041】 1<n<N2の場合 gθ(n)=fθ(n)−pθ(N2−n) (式
8) N2<n<Nの場合 gθ(n)=fθ′(n)+pθ(n−N2) (式
9) (式8)及び(式9)からn=N2 において、gθ (n)は等しくなる。 When 1 <n <N 2 gθ (n) = fθ (n) −pθ (N 2 −n) (Equation 8) When N 2 <n <N gθ (n) = fθ ′ (n) + Pθ (n−N 2 ) (Equation 9) From (Equation 8) and (Equation 9), when n = N 2 , gθ (N) becomes equal.
【0042】 各投影画像に対して、次の手順を実行する。 1.(式2)に従ってゼロを埋め込んで、fθ (n)と呼ぶ、本来の半FO
V投影データを測定する。 2.反対方向の射線の組fθ ′(n)を取得し、(式3)に従ってゼロを埋
め込む。 3.(式8)及び(式9)に従い、ステップ状誤差d(θ)に基づいて平滑化
関数を適用する(ここでd(θ)=fθ(N2)−fθ ′(N2))。 4.gθ (n)を作成して、一組のN個の検出器データを形成する。 5.gθ (n)に対して従来のフィルタ補正逆投影を適用する。 6.すべての投影角度に対してステップ1〜5を繰り返す。The following procedure is executed for each projection image. 1. By embedding zero according to (Equation 2), fθ The original half FO called (n)
V projection dataMeasurementI do. 2. Set of rays in the opposite direction fθ '(N) and pad it with zeros according to (Equation 3).
Inset. 3. According to (Equation 8) and (Equation 9), smoothing is performed based on the step-like error d (θ).
Apply a function (where d (θ) = fθ (NTwo) -Fθ '(NTwo)). 4.gθ Create (n) to form a set of N detector data. 5.gθ (N)To the conventional filter-corrected backprojection. 6. Steps 1 to 5 are repeated for all projection angles.
【0043】 本発明の一方法として、上記の手順は、様々な角度からのその他の投影データ
を補間することにより反対方向の射線を取得することができるような任意のCT
スキャナに対して有効である。別の半FOVのデータを常に冗長ファンビーム投
影データから概ね算出することができるような2次元ファンビームの場合は、そ
の完全な場合となる。この技法を3D−VCTに拡張する場合には、円軌道を使
用している場合の中間面(すなわち、仰角がゼロであるX線平面)上でのみ完全
な補間を生じさせることができる。As one method of the present invention, the above procedure may be performed on any CT that can obtain rays in the opposite direction by interpolating other projection data from various angles.
Valid for scanners. In the case of a two-dimensional fan beam in which data for another half FOV can always be approximately calculated from the redundant fan beam projection data, this is a perfect case. If this technique is extended to 3D-VCT, complete interpolation can only occur on the mid-plane when using a circular orbit (ie, the x-ray plane with zero elevation) .
【0044】 本発明の結果によれば、円軌道を使用するVCTに対して同じ技法を適用する
場合、この技法は、±1.5度の範囲内の円錐角または本書で用いる仰角に対し
て(中心射線の位置を超えて20個の追加の検出器を使用している)従来の平滑
化技法と比べて動作がより優れていることが示される。しかし、このことは大き
な円錐角度に関しては当てはまらない。反対方向の射線のもつ角度方位が完全な
検出器を使用する場合に測定されるばすのデータと相当に違っているためである
。このことを理解するために、CTスキャナの回転中心を通り且つ検出器の中間 面からはずれている射線、従って仰角がゼロでない射線を想定する。そこで、線 源と検出器の点を180度回転させる。明らかに、その場合の射線は、仮想の患 者の同じ領域を通過しない。 この状況に対処するため、画質を改善するような繰
り返し手法を利用することができる。その手順を以下に示す。 According to the results of the present invention, when applying the same technique to a VCT using a circular orbit, this technique is useful for cone angles in the range of ± 1.5 degrees or elevation angles as used herein . Operation is shown to be superior to conventional smoothing techniques (using 20 additional detectors beyond the location of the center ray). However, this is not the case for large cone angles. This is because the angular orientation of the ray in the opposite direction is considerably different from the measured data when a perfect detector is used. To understand this , assume a ray that passes through the center of rotation of the CT scanner and deviates from the detector mid- plane, and thus has a non-zero elevation angle. Therefore, the point between the source and the detector is rotated by 180 degrees. Obviously, in that case ray does not pass through the same region of the virtual patient. To address this situation, iterative techniques can be used to improve image quality. The procedure is shown below.
【0045】 1.上記のステップ1〜6に従って初期3次元画像を取得する。すぐ上に記載 したことから、再構成画像にアーティファクトが生じる可能性が高い。 2.本手法の第2回目の繰り返しで、順方向投影法を使用して半FOV投影デ ータの各組に対する「反対方向の射線」を取得し、これらを上記に概説し たステップ3〜6に従って他の半FOV投影による測定データと組み合わ せて完全な投影データの組を作成する。平滑化関数は投影データの組内の 行毎に実現することが出来る。 3.再構成が収斂するまで、すなわちその画像の品質が変化しなくなるまで又 は改善されなくなるまで、このプロセスのステップ2へ継続する。 1. An initial three-dimensional image is obtained according to the above steps 1 to 6. As described immediately above, it is highly possible that artifacts will occur in the reconstructed image. 2. In the second iteration of the method, the forward projections are used to obtain "opposite ray" for each set of half-FOV projection data, and these are obtained according to steps 3-6 outlined above. in combination with measurement data obtained by the other half FOV projection to create a complete set of projection data. The smoothing function can be implemented for each row in the set of projection data . 3. Until reconstruction converges, that is, until or not improved to the quality of the image does not change, continue to step 2 of the process.
【0046】 本発明を特定の実施形態に関して検討してきたことに留意されたい。したがっ
て、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、検討した平 滑化関数は、この目的に利用しうる種類の他の関数を排除することを意味してい るものではない。さらに、本方法は走査プロトコルに限定されない。すなわち、 本方法はアキシャル(軸方向)スキャン・プロトコル(患者テーブルがスキャン 期間中に移動しない)及びヘリカル(螺旋)スキャン・プロトコルの両方に適用 し得る。 これらの概念を利用し拡張して、特定の用途に対して有用な別の面積型
検出器スキャン・プロトコルを実現することを可能とする方式については、当業
者であれば理解するであろう。It should be noted that the present invention has been discussed with respect to particular embodiments. Therefore, the present invention is not limited to these embodiments. For example, a flat smoothed function discussed are not shall not meant to exclude other functions of the type may be utilized for this purpose. Furthermore, the method is not limited to a scanning protocol. That is, the method is applicable to both axial (axial) scan protocols (the patient table does not move during the scan ) and helical (spiral) scan protocols . One of ordinary skill in the art would understand how to utilize and extend these concepts to enable other area detector scan protocols useful for particular applications.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 本発明のCTシステムのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a CT system according to the present invention.
【図2】 本発明の方法に従って利用される検出器の偏位を表した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the excursion of a detector utilized in accordance with the method of the present invention.
【図3】 好ましい実施形態に従って本発明の方法を表したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating the method of the present invention according to a preferred embodiment.
【符号の説明】 1 コンピュータ 2 X線管 3 検出器 4A 制御装置 4B 制御装置 6 データ収集システム 10 制御アルゴリズム [ Description of Signs ] 1 Computer 2 X-ray tube 3 Detector 4A Controller 4B Controller 6 Data acquisition system 10 Control algorithm
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正の内容】[Contents of correction]
【図3】 FIG. 3
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06T 1/00 420 G06T 1/00 420A 5/20 5/20 C H04N 1/04 G01T 1/161 C // G01T 1/161 H04N 1/04 E (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 アフマド,イシャーク・エヌ アメリカ合衆国、12065、ニューヨーク州、 クリフトン・パーク、キンス・ロード、 629番 (72)発明者 エディク,ピーター・エム アメリカ合衆国、12203、ニューヨーク州、 オールバニ、マニング・ビーエルブイディ ー、55番 Fターム(参考) 2G088 EE02 FF02 GG19 GG20 JJ05 KK33 LL12 LL13 4C093 AA22 CA13 CA32 EB16 EB19 FD01 FD07 FD12 FE14 FE26 FF41 5B047 AA11 AA17 AB02 BA02 BB10 BC23 CA04 CB22 DC13 5B057 AA09 BA03 BA11 CD06 CE05 CH01 CH11 DA16 5C072 AA01 BA17 CA20 EA10 UA20 VA01 XA10 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G06T 1/00 420 G06T 1/00 420A 5/20 5/20 C H04N 1/04 G01T 1/161 C / / G01T 1/161 H04N 1/04 E (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW) , SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, A, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID , IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72 ) Inventor Ahmad, Ishark N. United States, 12065, New York, Clifton Park, Kins Road, No. 629 No., 55th F term (reference) 2G088 EE02 FF02 GG19 GG20 JJ05 KK33 LL12 LL13 4C093 AA22 CA13 CA32 EB16 EB19 FD01 FD07 FD12 FE14 FE26 FF41 5B047 AA11 AA17 AA11 AA17 AB02 BA02 BB10 BA23 CH05 ACO5 AA01 BA17 CA20 EA10 UA20 VA01 XA10
Claims (2)
層撮影(VCT)システムであって、 被検体にX線を投射するX線源と、 X線源から投射されたX線を受け取って、入射するX線に応答して電気信号を
発生する検出器であって、当該検出器上へのCTシステムの回転中心の投影に対
応する中心位置を基準として、当該検出器の幅の半分だけシフトさせた検出器と
、 前記検出器から前記電気信号を読み出し、これをディジタル信号に変換するデ
ータ収集システムと、 データ収集コンポーネントから前記ディジタル信号を受け取り、再構成アルゴ
リズムを実行することができるコンピュータであって、該コンピュータは、デー
タ収集コンポーネントに前記ディジタル信号を処理させているときに、画像を再
構成する、コンピュータと、 を備える立体的コンピュータ断層撮影システム。1. A three-dimensional computed tomography (VCT) system for acquiring projection data of a subject, comprising: an X-ray source for projecting X-rays onto the subject; and an X-ray projected from the X-ray source. And generating an electrical signal in response to incident X-rays, the width of the detector being referenced to a center position corresponding to the projection of the center of rotation of the CT system onto the detector. A data acquisition system for reading the electrical signal from the detector and converting it to a digital signal, receiving the digital signal from a data acquisition component, and executing a reconstruction algorithm. A computer capable of reconstructing an image while causing a data acquisition component to process the digital signal; Stereoscopic computer tomography system comprising a computer, a.
投影データを取得するための方法であって、 X線源からX線を被検体に投射するステップと、 検出器の各投影ビューにおいて投射されたX線をCTシステムの検出器で受け
取るステップであって、前記検出器は複数の検出器素子より構成されると共に、
検出器上に入射するX線に応答して電気信号を発生する、ステップと、 前記電気信号をディジタル化するステップと、 各投影ビューごとに、CTシステムのアイソセンタの最も近くにある検出器素
子に対する検出器素子の値Vaを選定するステップと、 前記選定した検出器素子に対して、反対方向からの補間、または同じ方向の順
方向投影によって、該検出器素子に対する値Vbを推定するステップと、 VaとVbの間の違いを除去することができる平滑化関数を選択するステップ
と、 平滑化関数を適用してVaとVbの間の違いを除去するステップと、 重み関数を利用して、真の投影データと推定した投影データを組み合わせたと
きの段差をなだらかにして、平滑な移行領域を生成するステップと、 を含む方法。2. A method for acquiring projection data of a subject using a computed tomography (CT) system, comprising: projecting X-rays from the X-ray source onto the subject; Receiving X-rays projected in a projection view at a detector of a CT system, said detector comprising a plurality of detector elements;
Generating an electrical signal in response to X-rays incident on the detector; digitizing the electrical signal; for each projection view, a detector element closest to an isocenter of the CT system; Selecting a value Va for the detector element; estimating a value Vb for the detector element by interpolation from the opposite direction or forward projection in the same direction for the selected detector element; Selecting a smoothing function that can remove the difference between Va and Vb; applying the smoothing function to remove the difference between Va and Vb; Generating a smooth transition region by smoothing a step when combining the projection data of the above and the estimated projection data.
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