JP2004065982A - 周期的に運動する検査対象物の画像を撮影する画像式医用検査装置および周期的に運動する検査対象物の３次元測定データの取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＴ装置またはＣアーム装置による可動検査対象物の検査に関連して画像の再構成の適用範囲を拡大する。
　【解決手段】サイクル時間（Ｔ_RR）にて周期的に運動する検査対象物の３次元測定データの取得方法において、Ｘ線源（２）と検出器（５）とを支持する支持体（７）のそれぞれ同じ角度範囲（α_max）をカバーする多数の回転運動（Ｒｍ，ｎ＝１，２，…Ｍ）が行われ、多数の測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）中にそれぞれ測定データセットが発生させられる。回転の回転期間（Ｔ_rot）は、各回転運動（Ｒｍ）内において、測定インターバル（Ｄ_nm）によって走査すべき周期的運動の多数の位相インターバルが生じるように設定される。検査対象物の周期的運動から導出された同期信号が、測定インターバル（Ｄ_nm）にてそれぞれ周期的運動の同じ位相インターバルを走査するのに使用される。
【選択図】　　図４

Description

　本発明は、回転軸線の周りを回転期間で回転する支持体と、この支持体上に配置されているＸ線源および検出器と、支持体の回転を制御する制御手段と、それぞれ別の回転角度における複数の測定インターバル中に取得された検出器の測定データセットを処理して記憶し種々の記憶された測定データセットから画像を再構成するデータ処理手段と、検査対象物の周期的運動を検出しそれから制御手段に与える同期信号を導出する検出手段とを備え、サイクル時間（周期時間）で周期的に運動する検査対象物の画像を撮影する画像式医用検査装置に関する。

　さらに、本発明は、支持体上に配置されたＸ線源から発せられたＸ線が検査対象物を透過し、支持体が回転軸線を中心に回転する間に、複数の測定インターバル中に、支持体上に配置され透過したＸ線を受信する検出器によって、それぞれ測定データセットが発生され、測定データセットが生データセットに統合され、測定インターバルにて周期的運動の同じ位相インターバルをそれぞれ度走査するために、検査対象物の周期的運動から導出した同期信号が使用される、サイクル時間（周期時間）で周期的に運動する検査対象物の３次元測定データの取得方法に関する。

　異なる投影角度で取得され１つの生データに統合される複数の投影データから画像の再構成が行なわれるＸ線診断システムは、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ装置）として知られ、またＣアーム装置の形式でも知られている。

　ＣＴ装置の場合、Ｘ線源が患者軸線の全周を一回転で回転し、これと共にＸ線検出器も回転する。Ｘ線源およびＸ線検出器に対して相対的に患者寝台をステップ状に送ること（シーケンスモード）によって、または連続的な寝台送り（ヘリカル走査）によって、所望の解剖学上のボリュームが走査される。

　コンピュータが、異なる投影角度において発生したＸ線検出器出力信号から検査対象物の画像を再構成するＣアーム装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。この場合、Ｘ線源および検出器は互いに対向させて弓形支持体に取付けてある。ＣＴ装置の場合と違って、Ｘ線源および検出器は閉じられたリングには取付けられていないために、このようなＣアーム装置は、とくに内部手術用に適している。なぜならば、弓形支持体により寝台装置上にいる患者によく接近できるからである。

　Ｃアーム装置の場合、Ｘ線検出器として、２次元の、すなわち平面的な検出器、例えばＸ線画像増幅器システムまたは固体マトリックス検出器システムが使用される。

　Ｃアーム装置の場合、Ｘ線検出器とＸ線源との支持体を、開いたＣアームに形成したことにより、患者軸線の周りの３６０°に亘る一回転が可能ではない。しかしながら、Ｃアームの揺動可能性は少なくとも（１８０°＋Ｘ線束の開き角度）の角度にするべきである。

　ＣＴ装置に関連して、周期的に運動する検査対象物もしくは検査対象物部分を検査するために、照射データの取得を検査対象物の運動と同期させることが知られている。人間の生きている心臓の画像式検査のために、心臓の心電図を記録しそれから同期信号を導出するシステムが知られている（例えば、ＥＣＧトリガー法）（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７参照。）。さらに、線量最少化のねらいにより線量変調のために心電図同期化を使用することが知られている（例えば、特許文献８、特許文献９参照。）。

　心電図同期化を有する公知のＣＴ装置は、１つの検出器列、もしくは幾つか（例えば４つ）の検出器列を備えた１次元のＸ線検出器を使用する。Ｘ線源および検出器をシーケンスモードまたはヘリカルモードにて患者軸線に沿って移動することによって、患者軸線（ｚ軸）の方向におけるボリュームデータが得られる。

　この心臓のマルチスライスＣＴ診断装置の場合、心臓運動との同期化のもとでのデータ収集がシーケンスモードでのプロスペクティブなＥＣＧトリガー法もしくはヘリカルモードのリトロスペクティブなＥＣＧゲート法によって行なわれる。今日要求されている短い走査時間を実現できるようにするために、ＣＴ装置の場合、高速回転する支持体を持ったガントリが必要である。今日において、回転数は通常毎分３０回転（３０ｒ／ｍ）〜１２０回転（１２０ｒ／ｍ）である。毎分６０回転（６０ｒ／ｍ）の回転数は１秒の回転期間に相当するので、回転周波数は心臓周波数のオーダにある。従って、特許文献４によれば、患者の周りを回転するＸ線束の回転時間は、回転時間が予め与えられた測定インターバルだけ患者の心臓リズムのサイクル時間よりも大きくなるかまたは小さくなるように設定される。
欧州特許出願公開第０９１７８５５号明細書 独国特許出願公開第１９８５８３０６号明細書 独国特許出願公開第１９９３６６７９号明細書 独国特許第１９６２２０７５号明細書 独国特許出願公開第１９７４０２１４号明細書 独国特許出願公開第１９８４２２４０号明細書 独国特許出願公開第１９８４２２３８号明細書 独国特許出願公開第１９９５７０８３号明細書 独国特許出願公開第１９９５７０８２号明細書

　そこで、本発明の課題は、ＣＴ装置またはＣアーム装置による可動検査対象物の検査に関連して画像の再構成の適用範囲を拡大することにある。このために検査装置および方法が提供されるべきである。

　装置に関する課題は、冒頭で述べた画像式医用検査装置において、本発明によれば、検出器が２次元の放射線検出器であることによって解決される。

　検査装置は好ましくはＣＴ装置又はＣアーム装置であり、従って支持体は互いに対向する端部にＸ線源もしくは検出器が取付けられているＣアームであるか、ＣＴ装置の場合にはエンドレス回転が可能なガントリである。

　本発明は、可動検査対象物の場合、２次元の検出器を用いるとＸ線画像が有利に再構成できるという考えに基づいている。このような２次元の検出器によれば、周期的に運動する検査対象物をＸ線束のゆっくりした回転の場合でも検出することができる。

　従って、冒頭に述べた公知の心電図同期なしのＣアーム装置から出発して、本発明によれば、時間分解された検査のために、周期的に運動する検査対象物を構成することもできるという利点が得られる。つまり、Ｃアーム装置の場合には３６０°の全回転ができないために、これによりＣＴ装置に比べて、より低い回転速度のみを実現することができる。

　例えば心電図トリガー方式の公知のＣＴ装置に関しては、２次元の放射線検出器を備えるならば、この装置をゆっくりした回転に対してのみ設計すればよく、それによって機械的費用が低減するという利点および／またはこの装置をゆっくりした回転でも作動でき、それによってアーチファクト低減のおかげで画質が向上するという利点が生じる。

　ＣＴ装置に関しては、本発明は特にさらに、心拍動のサイクル期間（周期時間）よりも何倍か大きい回転期間の場合にも、従ってゆっくりした回転の場合にも、運動する検査対象物の画像形成の際に高い時間分解能を実現することができるという考えである。ますます高速回転するＣＴ走査装置への現今の傾向の点から見て、本発明による考えはその傾向にいわば逆行するものである。

　特に有利な実施態様によれば、検出器は回転軸線に対して平行な方向に、回転軸線に対して平行な方向へおよび検査対象の物関心領域に対して相対的に検出器の移動を要することなく関心領域の透視画像を撮影するのに十分な幅を有する。これから、ボリュームデータの十分な収集のために、必然的にｚ方向（すなわち、患者軸線または回転軸線の方向）における送りが必要でないという利点が生じる。しかし、いくつかの適用例では同じ走査時間においてより高速の放射線検出器の応答特性が要求されようとも、本発明による画像式医用検査装置は関心領域に対して相対的なＸ線束のｚ方向送りで作動可能である。

　他の有利な実施態様によれば、検出器はＸ線画像増幅器システムを有するか、固体マトリックス検出器システム、とりわけ平面画像検出器および／または、とりわけ（とくに構造化されていない）シンチレータ層および光受信マトリックスを有する。これらの検出器は少ない製造費用で平面状に作ることができるという利点を有する。一般的に言えば、電子的に読み出しができる検出器、とりわけフォトダイオードアレイが後続配置されているシンチレータ層を例えばシリコン基板上に有する検出器が使用される。検出器は２つの空間方向に、静的な撮影において画像としての印象を得ることができるほど高い分解能を有する。

　とくに心電図装置を含む検出手段は、検査対象物の運動の周期性に予め設定可能な閾値を上回る乱れが生じた際に擾乱信号を発生し、この擾乱信号がとくに検査対象物へのＸ線照射および／または測定データセットの検出を中断させる。このようにして、例えば検査装置の制御コンピュータが心拍数の不整脈を識別し、Ｘ線源に作用するＸ線発生器の相応の制御によって心拍数の正常化までＸ線放射を中断することが可能である。このようにして使用できない測定データの収集が避けられると共に照射線量が低減される。

　心電図装置の代わりに、あるいは心電図装置に付加して、肺の検査のために、例えば呼吸に同期化するための手段が存在してもよい。

　特に有利な構成によれば、周期的な運動のサイクル時間（周期）を決定するための検出手段が形成されている。

　サイクル時間の特に確実な決定のために、検出手段が周期的運動のサイクル時間を複数の先行する運動周期のサイクル時間の平均値として決定すると望ましい。

　さらに、検査装置が次のように発展的に構成されると特に有利である。すなわち、測定インターバルの長さを定めるための入力手段が存在し、制御手段によって、支持体のそれぞれ同じ角度範囲をカバーする複数の回転運動、とりわけ複数の３６０°回転の回転期間が、測定インターバルの固定された長さと、検査対象物の周期的運動の求められたサイクル時間とに関係して、好ましくは自動的に、回転期間が測定インターバルの長さだけサイクル時間の複数倍より小さくなるように設定可能である。

　この同期手法により、発生すべき投影角度に関する相次ぐ回転運動から測定インターバルまたはデータインターバルが間断なく相連続することを保証することができる。この場合、上述の「複数倍」は回転運動毎のサイクルの数、とりわけ心周期の数として生じる。

　上述の特に有利な実施態様の特徴は、冒頭に述べた如き画像式医用検査装置に関して、検出器が２次元の放射線検出器としてではなくほぼ１次元の検出器として構成されている場合にも特別な利点がある。この同期条件により、例えば人間の心臓の如き運動性検査対象物は、たとえＸ線束がゆっくり回転しても、すなわち回転周波数が心拍数の複数倍より小さくても、高い時間分解能で鮮明に撮像することができる。ほぼ１次元の放射線検出器の場合、関心領域の全ボリューム走査のために検査対象物のｚ方向送りが行われなければならず、検査装置の例えば患者用寝台に相応の手段が存在していなければならない。

　上述の手法による同期は例えば、患者の心電図信号が検査装置の制御コンピュータにて検出され、同期がその後自動的に設定されるように行なうことができる。その場合、検査前に患者の心電図を観察することによって、同期がプロスペクティブに（見込みで）すなわち予測的に設定されると特に有利である。

　検査装置の簡単な操作性に関しては、入力手段により、画像発生のために行うべき回転運動の総数が入力可能であると好ましい。

　例えば、両方とも（とくに共通の）制御コンピュータの構成部分として実施することのできる入力手段または制御手段は、入力された総数と検出手段によって求められたサイクル時間とを用いて測定インターバルの長さを決定する。測定インターバルの長さは、例えば入力された総数と定められたサイクル時間との積として求められる。入力手段は、直接に測定インターバルの長さが入力されるように実施してもよい。しかしながら、一方では同期条件の設定のために、他方ではシステムの操作性のためには、画像発生のために行うべき回転運動の総数だけを入力しなければならない場合が簡単である。

　同じ理由から入力手段により回転期間当たりのサイクル時間の数が入力可能であると望ましい。

　他の優れた実施態様によれば、検出手段は周期的運動のサイクル時間をそれぞれ少なくとも１つの先行する運動周期に基づいて連続的に更新し、制御手段は更新されたサイクル時間を回転期間の設定時に連続的に考慮する。このようにして、例えば検査中に心拍数が変化した場合にも、同期を検査装置の制御コンピュータによって常に自動的に適合させることができる。

　方法に関する課題は、本発明によれば、支持体のそれぞれ同じ角度範囲をカバーする複数の回転運動、好ましくは複数の３６０°回転が、回転期間で、各回転運動の期間内において測定インターバルによって走査すべき周期的運動の複数の位相インターバルが生じるように行なわれることによって解決される。

　本発明による方法は、とりわけ、本発明による検査装置を用いて実施するのに適している。検査装置に関係して述べた優れた実施態様および利点が方法にも同じく当てはまる。

　本発明の特徴事項の組み合わせは、ゆっくりした回転運動の場合にも、運動する検査対象物を鮮明に、すなわち相応に高い時間分解能で形成することができるという考えに基づいている。この方法は、なかんずく、回転期間がもはやサイクル時間（周期時間）の範囲内にない場合にもこのような鮮明な画像が可能であるという認識に基づいている。

　検査対象物はとりわけ人間の心臓である。

　同期信号の発生のために特に心臓の心電図が使用される

　本発明による方法の特に好ましい実施態様によれば、回転期間は、この回転期間が測定インターバルの長さだけ検査対象物の周期的運動のサイクル時間の複数倍よりも小さくなるように設定される。

　本発明による方法において、検出器として２次元または平面形の放射線検出器が使用される。この放射線検出器は特にＸ線画像増幅器システムまたは上述した固体マトリックス検出器システムである。

　本発明による方法の優れた発展形態によれば、Ｘ線源を駆動するＸ線発生器は、測定インターバル外の時間間隔においてＸ線源がＸ線を発射しないように駆動される。本発明に関連して同様に可能な連続照射に比べて、この場合にはＸ線がパルス状になっており、放射線は例えば測定インターバル（データ収集インターバル）中にのみ適用される。

　以下、図１ないし図６を参照して、本発明による検査装置の２つの実施例を説明する。これらの図は本発明による方法の具体例説明にも用いる。

　図１は、患者Ｐの個々の心位相（心時相とも呼ばれる）、例えば心拡張期における放射線検査のための画像式医用検査装置の第１実施例を示し、この検査装置はコンピュータ断層撮影装置（ＣＴ装置）１として構成されている。ＣＴ装置１は心拍動を検出するための検出手段２を有し、この検出手段２は心電図装置（ＥＣＧ装置）２Ａを含む。さらに、ＣＴ装置１はＸ線源３と検出器５とからなる測定システムを有する。Ｘ線源３は焦点１１を有するファン状Ｘ線束４を送出する。検査すべき心臓Ｈを持つ患者Ｐは紙面に垂直な方向に移動可能な患者用寝台６の上に寝ている。

　検出器５は、測定システムの一回転で心臓Ｈを走査することができるような大きさの平面形検出器として構成されている。検出器５は、例えば、発光面、増幅形電子光学系、オプションの光学系およびテレビジョンカメラまたはＣＣＤカメラを備えたＸ線画像増幅器システムとして構成されている。このようなシステムは、例えば刊行物「Ｘ線および画像形成法の分野での進歩（Ｆｏｒｔｓｃｈｒｉｔｔｅ　ａｕｆ　ｄｅｍ　Ｇｅｂｉｅｔ　ｄｅｒ　Ｒｏｅｎｔｇｅｎｓｔｒａｈｌｅｎ　ｕｎｄ　ｄｅｒ ｂｉｌｄｇｅｂｅｎｄｅｎ　Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）」（１７３巻、２００１年発行）に掲載されたＲ．Ｆ．シュルツによる専門記事「投影放射線写真用ディジタル検出器システム“Ｄｉｇｉｔａｌｅ　Ｄｅｔｅｋｔｏｒｓｙｓｔｅｍｅ　ｆｕｅｒ　ｄｉｅ　Ｐｒｏｊｅｋｔｉｏｎｓｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｅ”」（第１１３７−１１４６頁）に記載されている。検出器５は平面画像検出器として構成すること、例えばａ−Ｓｉベース上にシンチレータ層およびフォトダイオードを備えた固体検出器として構成することもできる。このようなａ−Ｓｉ検出器は同様にＲ．Ｆ．シュルツによる上記専門記事に記載されている。平面画像検出器は、検出器平面にマトリックス状に例えば直交する検出器列および検出器行に配置されたここでは明確には示されていない多数の検出器素子を有する。

　患者Ｐの放射線検査を行うためにＸ線源３と検出器５とを支持する支持体７が、患者Ｐのいる測定フィールドのまわりを３６０°回転させられる。このために、モータ８が支持体（ガントリ、回転台）７を駆動する。ファン状のＸ線束４に対して直角方向にある回転軸線がＡにて示されている。Ｘ線発生器１０によって給電されているＸ線源３はパルス作動されるか、もしくは連続放射で作動される。ガントリ７の予め定めた角度位置において患者Ｐの断層の投影が撮影される。それゆえ、異なる回転角度αにおいて異なる投影が得られる。検出器５の測定データのデータセットがデータ処理手段１２または画像コンピュータに導かれる。これは、発生されたデータセットから、予め定められた画像点の減弱係数を計算し、モニタ１３上に画像Ｂとして再生する。従って、モニタ１３上には患者Ｐの透過された断層の再構成画像Ｂが現れる。

　患者Ｐの定められた心位相の放射線検査を行うために、患者Ｐは心臓Ｈの範囲に電極１７を装着している。電極１７は患者Ｐの心臓リズムのサイクル時間Ｔ_RRを検出し記録するための心電図装置（ＥＣＧ装置）２Ａと接続されている。さらに、患者Ｐの心臓リズムの記録は同時に患者の放射線検査のために行われる。この場合、電極１７をＸ線源３からのＸ線束４の放射通路外に配置することによって、電極１７ができるだけ放射線検査を邪魔しないように患者の身体に取付けられている。

　ＣＴ装置１の作動を全体的に制御する制御コンピュータ２０は制御手段として画像コンピュータ１２と連係している。制御コンピュータ２０には入力手段としてキーボード２２と画面２３とが付設され、画面２３は出力手段としても役立つ。制御コンピュータ２０は相応の配線またはデータ接続線を介してとくにモータ８およびＸ線発生器１０に接続されている。

　図２には、時間軸（ｔ）上に患者Ｐの心周期の測定曲線３０が極めて簡単化されて示されている。すなわち、心電図波形の他のあらゆる目立つ特徴を無視して、心電図全体の中で一般に最も大きい振幅を有するいわゆるＲ波だけが示されている。この場合に、患者の心周期は定義に従って一般にＲ波で始まり、次のＲ波発生まで持続する。測定技術上良好に検出可能な患者Ｐの心電図Ｒ波の高い振幅に基づいて、心電図の各Ｒ波時にトリガーパルスが発生され、患者Ｐの心臓リズムに同期した同期信号が得られる。トリガーパルス列からなる同期信号はＣＴ装置１の制御コンピュータ２０に心電図装置２Ａから既にディジタル形式で導かれる。各心周期内においては、平行な垂直線により、周期的運動における放射線測定を行うべき位相インターバル、つまり利用できる測定インターバルと一致すべき位相インターバル（時相インターバルとも呼ばれる）が示されている。測定インターバルの長さはＴで示され、サイクル時間（周期期間）はＴ_RRで示され、そしてガントリ７の回転期間はＴ_rotで示されている。測定インターバルの長さＴは所望の時間分解能を決定する。

　図２に示す公知の測定方式によれば、方位角または回転角αの少なくとも１８０°の範囲に対する投影がガントリ７の相次ぐ回転運動Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…中に相次ぐ心周期において撮影される。

　図３には、公知の進行の場合どのようにして、相次ぐ回転運動Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…におけるそれぞれ時間分解能Ｔを有する測定インターバルが少なくとも１８０°のデータ角度範囲で満たされるかが示されている。図示の例では最小限必要な生データ（１８０°）は５番目の回転運動Ｒ５の後に収集される。この進行は必要である。なぜならば１８０°の最小角度範囲における投影が唯一の心周期において唯一の回転（例えばＲ１）中にのみ撮影されるという代替案としての走査方法が、極めて高くて現今では実用化されていないデータ速度を有する極めて高速で回転する測定システムによってしか満たすことができないからである。

　種々の回転運動Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…に適用されたそれぞれ長さＴを持った測定インターバルができるだけ間断なく互いに調和するためには、次の同期条件が満たされるべきである。
　　　　　　　　　Ｔ_rot＝Ｔ_RR−Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　［式１］
　Ｍ回転において少なくとも１８０°の角度範囲がカバーされるべきであるとすると、Ｍ・Ｔ＝Ｔ_rot／２でなければならない。式１との組み合わせによって、Ｔ_rot＝Ｔ_RR・２Ｍ／（２Ｍ＋１）を得る。

　時間分解能を上げる場合、すなわち測定インターバル長Ｔを小さくする場合、回転期間Ｔ_rotは、最大において心拍数で与えられる２つのＲ波間の時間Ｔ_RRに近づく。典型的なサイクル時間Ｔ_RR＝７５０ｍｓｅｃ（心拍数８０ｂｐｍ）について８０ｒ／ｍ以上のガントリ７の高速回転に変更の余地はない。

　図４および図５には、ゆっくりした回転のＣＴ装置１を用いた本発明による方法による相応の心位相走査が示されている。測定曲線３０並びにその検出および制御コンピュータ２０への供給に関しては図２および図３を参照することができる。図２による方法の場合のように、同じ長さＴの測定インターバルで、それぞれ心拍動の周期的運動の同じ位相インターバルが走査される。測定インターバルはＤ_nmにて示されている。この場合、ｎおよびｍはカウント数である。この例では、回転期間Ｔ_rotを有するガントリ７のそれぞれ全３６０°回転に相当する全部でＭ個（≧１）の回転運動Ｒｍ（ｍ＝１…Ｍ）の内部に、それぞれ心臓の同じ位相インターバルに合せられた多数の測定インターバルＤ_nmが生じる。

　図５は、総数Ｍ＝４の回転を有する例において、回転角度（従って、Ｘ線束４の投影角度）αについて３６０°の角度範囲α_maxがどのようにカバーされるかを示している。４つの回転（ｍ＝１，２，３，４）のそれぞれにおいて、それぞれ次の式２で示される角度インターバルΔαを有する多数の投影角度インターバルが撮影される。
　　　　　　Δα＝（Ｔ／Ｔ_rot）・３６０°　　　　　　　　　　　　　　［式２］
相次ぐ回転Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…からの角度インターバルΔαができるだけ間断なく相連続するためには、後における画像データ再構成を著しく簡単にし画質を改善する次の同期化条件が得られるべきである。
　　　　　　Ｔ_rot＝Ｎ・Ｔ_RR−Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［式３］

　この場合に、Ｎは回転運動当たりの心周期の数を表す。本発明によれば、Ｎ≧２である。一般にｍ番目の回転の際のｎ番目の心周期におけるデータまたは測定インターバルＤ_nmの開始角度α_nmには次の式４が当てはまる。
　　α_nm＝（ｎ−１）・（Ｔ_RR／Ｔ_rot）・３６０°＋（ｍ−１）・Δα　　［式４］
但し、ｎ＝１，…Ｎであり、ｍ＝１，…Ｍである。この場合、Ｍは回転運動または回転の数である。

　３６０°または１８０°の範囲における間断のないデータ検出のために必要な回転運動Ｒ１，Ｒ２，…の数は、「角度間隙」α_n+1,n−α_n,1と角度インターバルΔαとの比によって与えられる。式２および式４より次の式５が生じる。
　　　　　　　Ｍ＝Ｔ_RR／Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［式５］

　整数Ｍは端数の切り上げによって得られる。サイクル時間Ｔ_RR＝１ｓｅｃに相当する６０ｂｐｍの心拍数および２５０ｍｓｅｃの所望時間分解能の場合、式５によれば、Ｍ＝４の回転運動が必要である。図４に示されているように、データ収集のための回転当たりの心周期（これらの心周期はそれぞれ１つのデータインターバルを有する。）がＮ＝４の値であるべき場合、式３からＴ_rot＝３．７５ｓｅｃの所要回転時間が生じる。Δαについては２４°の値が生じる。

　開始角度α_nmは、上述の数値に対しては次の表において再現される。ＮおよびＭの他の任意の組み合わせは、式２ないし式５から導出することができる。

　図６はＣアーム装置として構成されている本発明による画像式医用検査装置を示す。全体として５１にて示されているＸ線診断装置は台部５２を有し、この台部５２には、図６に概略的にしか示されていない昇降機構５３により、垂直軸線Ｅを有する支柱５４が２重矢印ｅの方向に高さ調整可能に取付けられている。支柱５４は垂直線Ｅの周りを２重矢印εの方向に回転可能に支持されている。

　支柱５４には保持部５５が配置されている。さらに、保持部５５には、既に述べたようにしてアイソセンタＩの周りで移動可能なＣ形に湾曲した、従って開いた支持体５７が取付けられている。この支持体５７は以下においてＣアームと呼ぶ。

　Ｃアーム５７には、互いに対向してＸ線源３および検出器５が、Ｘ線源３の焦点１１から発している破線で示された縁部放射線ＲＳによって示されたＸ線束４のアイソセンタＩを通る中心放射線Ｚがほぼ検出器５の中心に当たるように取付けられている。

　検出器５はＸ線源３に対して相対的にＣアーム５７に、中心放射線Ｚが検出器面に対して直角になり検出器列がアイソセンタＩを通るシステム軸線ないしは回転軸線Ａに平行になるように取付けられている。

　Ｃアーム５７は公知のように２重矢印αの方向にそれの周辺に沿って概略的にのみ示されたモータ８によりアイソセンタＩを中心に、従って回転軸線Ａを中心に移動可能に軸受部５６に支持されている。回転軸線Ａは、図６の紙面に垂直であり、従ってＣアーム５７の移動時にＸ線源３の焦点１１がα方向に移動する平面に垂直である。

　Ｃアーム５７は、アイソセンタＩを通り回転軸線Ａに直交する保持部５５および軸受部５６の共通軸線Ｄの周りを湾曲２重矢印βの方向に回転可能であり、２重矢印ｂによる軸線Ｄ方向に回転軸線Ａに対して直角方向へ移動可能に保持部５５に保持されている。

　Ｘ線診断装置５１により検査すべき検査対象物、例えば患者Ｐのために、患者Ｐ用の寝台板６２を有する寝台装置６１が設けられている。寝台板６２は駆動装置６４によりそれの長手軸線方向に動かせるように台座６３に取付けられている。

　このＸ線診断装置５１は、患者Ｐの心臓Ｈを異なる投影角度αからの２次元投影の撮影によって走査することを可能にする。その場合、コンピュータシステム６６は、撮影された投影に相応する測定データから、すなわち各投影について検出器エレメント毎の測定値を含む検出器５の出力信号から、患者Ｐの走査されたボリューム（ここでは心臓Ｈ）に関する３次元の画像情報を再構成する。再構成された画像情報は、断層像の形で表示装置６８に表示することができる。この表示装置６８は、保持体６７に取付けられ、コンピュータシステム６６と接続されている。さらに、保持体６７には、コンピュータシステム６６と接続されていてＸ線診断装置１の操作に役立つキーボード２２が取付けられている。コンピュータシステム６６はＸ線源３を制御することができるようにＸ線発生器１０にも作用する。

　平面状の２次元の投影から、公知のアルゴリズム、例えばフェルトカンプのアルゴリズムにより３次元のボリュームデータセットを再構成することができる。フェルトカンプのアルゴリズムは、例えばＬ.Ａ. フェルトカンプ、Ｌ.Ｃ.デービス、Ｊ.Ｗ.クレスによる専門記事「“Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｃｏｎｅ Ｂｅａｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”，Ｊ.Ｏｐｔ.Ｓｏｃ.Ａｎ.，Ｖｏｌ.Ａ６，ｐ.６１２−６１９，１９８４」に記載されている。類似の再構成方法が特許文献２にも、そしてＣアームの振動する揺動の場合については特許文献３に開示されている。

　図１に示された検査装置の場合におけるように、図６のＣアーム形Ｘ線診断装置１も、電極１７により患者Ｐの心臓Ｈを走査する心電図装置２Ａを有する。心電図装置２Ａによって発生させられた同期信号は制御手段２０に導かれる。制御手段２０は、ここではコンピュータシステム６６内部の機能グループとして解することができる。

　心電図装置２Ａにより次の評価もしくは制御が行われる。
ａ）例えば心拡張期または心収縮期の如き所望の心位相（心時相）を選択的に検査することができるように位相を変化させられている同期信号が得られる。
ｂ）心拍動のサイクル時間Ｔ_RRが検出される。この数値がコンピュータシステム６６に伝送され、この数値を用いてコンピュータシステム６６はモータ８を介して自動的に式３による同期化条件を満たすに必要な回転期間Ｔ_rotを、キーボード２２を介して入力された数値に関係して設定する。キーボード２２を介して入力される数値は、画像発生のために実行される回転運動Ｒｍ，ｍ＝１，２…の総数Ｍと、回転時間Ｔ_rot当たりのサイクル時間（周期時間）Ｔ_RRの数Ｎとに対する数値である。

　回転運動Ｒｍは、図６によるＸ線診断装置６１の場合、一回転ではなく、１８０°にＸ線束４の開き角度を加えた角度だけの揺動である。

　回転運動の実行後、従って一回転もしくは揺動運動の実行後、異なる測定インターバルＤ_nmからの測定データセットが、画像再構成の基礎とされる生データセットに統合される。

　本発明は、運動する検査対象物の撮影をその運動の決められた位相（時相）で行うことを可能にする。本発明によれば、典型的な例としては、心臓および冠状動脈の動きのない３次元の表示を可能にするのに、制限を行うことなしに、心拡張期における心臓構造が画像化される。

ＣＴ装置として構成された本発明による検査装置の概略全体図 人間の心臓検査における従来の進行に沿った測定インターバルの時間推移図 図２による方法における異なる投影角度の実現を示す説明図 本発明による方法を用いた本発明による装置による心臓撮影の場合の測定インターバルの時間推移図 図４の本発明による方法による異なる投影角度の実現を示す説明図 Ｃアーム装置として構成された本発明による検査装置を示す概略全体図

符号の説明

１　　　　　ＣＴ装置
２　　　　　検出手段
２Ａ　　　　心電図装置
３　　　　　Ｘ線源
４　　　　　Ｘ線束
５　　　　　検出器
６　　　　　患者用寝台
７　　　　　支持体
８　　　　　モータ
９　　　　　測定フィールド
１０　　　　Ｘ線発生器
１１　　　　焦点
１２　　　　データ処理手段（画像コンピュータ）
１３　　　　モニタ
１７　　　　電極
２０　　　　制御コンピュータ、制御手段
２１　　　　入力手段
２２　　　　キーボード
２３　　　　画面
３０　　　　測定曲線
５１　　　　Ｘ線診断装置
５２　　　　台部
５３　　　　昇降機構
５４　　　　支柱
５５　　　　保持部
５６　　　　軸受部
５７　　　　Ｃアーム
６１　　　　寝台装置
６２　　　　寝台板
６３　　　　台座
６４　　　　駆動装置
６６　　　　コンピュータシステム
６７　　　　保持体
６８　　　　表示装置
Ｐ　　　　　患者
Ｈ　　　　　心臓
Ｂ　　　　　画像
α　　　　　回転角度
Ａ　　　　　回転軸線
Δα　　　　角度インターバル
Ｔ_RR　　　　サイクル時間（周期時間）
Ｔ　　　　　測定インターバル長
Ｍ　　　　　総数
Ｔ_rot　　　回転期間
Ｎ　　　　　数、倍数
ｔ　　　　　時間
Ｒｍ　　　　ｍ番目回転運動
α_max　　　角度範囲
ｎ　　　　　カウント数
ｍ　　　　　カウント数
α_nm　　　　初期角度
Ｄ_nm　　　　測定インターバル
Ｅ　　　　　垂直軸線
ｅ　　　　　２重矢印
ε　　　　　２重矢印
Ｉ　　　　　アイソセンタ
Ｚ　　　　　中心放射線
ＲＳ　　　　縁部放射線
Ｄ　　　　　軸
β　　　　　２重矢印
ｂ　　　　　２重矢印

Claims (21)

1. 　回転軸線（Ａ）の周りを回転期間（Ｔ_rot）で回転する支持体（７）と、この支持体上に配置されているＸ線源（３）および検出器（５）と、支持体（７）の回転を制御する制御手段（２０）と、それぞれ別の回転角度（α_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）における複数の測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）中に取得された検出器（５）の測定データセットを処理して記憶し種々の記憶された測定データセットから画像（Ｂ）を再構成するデータ処理手段（１２）と、検査対象物の周期的運動を検出しそれから制御手段（２０）に与える同期信号を導出する検出手段（２）とを備え、サイクル時間（Ｔ_RR）で周期的に運動する検査対象物の画像（Ｂ）を撮影する画像式医用検査装置において、
   　検出器（５）は２次元の放射線検出器であることを特徴とする周期的に運動する検査対象物の画像を撮影する画像式医用検査装置。
2. 　検出器（５）は、回転軸線（Ａ）に対して平行な方向に、回転軸線（Ａ）に対して平行な方向へおよび検査対象物の関心領域に対して相対的に検出器（５）の移動を要することなく関心領域から透視画像を撮影することのできる幅を有することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 　検出器（５）はＸ線画像増幅器システムを有することを特徴とする請求項１または２記載の検査装置。
4. 　検出器（５）は固体マトリックス検出器システムを有することを特徴とする請求項１または２記載の検査装置。
5. 　支持体（７）はＣアーム（５７）であり、このＣアームの互いに対向する端部にＸ線源（３）および検出器（５）が取付けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の検査装置。
6. 　支持体（７）はエンドレス回転が可能なガントリであることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の検査装置。
7. 　検出手段（２）は心電図装置（２Ａ）を含むことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の検査装置。
8. 　検出手段（２）は、検査対象物の運動の周期性に予め設定可能な閾値を上回る乱れが生じた際に擾乱信号を発生し、この擾乱信号が検査対象物へのＸ線照射および／または測定データセットの検出を中断させることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の検査装置。
9. 　検出手段（２）は周期的運動のサイクル時間（Ｔ_RR）を求めるために構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の検査装置。
10. 　検出手段（２）は周期的運動のサイクル時間（Ｔ_RR）を複数の先行する運動周期のサイクル時間（Ｔ_RR）の平均値として求めることを特徴とする請求項９記載の検査装置。
11. 　測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）の長さ（Ｔ）を定めるための入力手段（２１）が存在し、
    　制御手段（２０）によって、支持体（７）のそれぞれ同じ角度範囲（α_max）をカバーする複数の回転運動（Ｒｍ，ｎ＝１，２，…Ｍ）の回転期間（Ｔ_rot）が、測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）の固定された長さ（Ｔ）と、検査対象物の周期的運動の求められたサイクル時間（Ｔ_RR）とに関係して、回転期間（Ｔ_rot）が測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）の長さ（Ｔ）だけサイクル時間（Ｔ_RR）の複数倍（Ｎ）より小さくなるように設定可能であることを特徴とする請求項９または１０記載の検査装置。
12. 　入力手段（２１）により、画像発生のために行うべき回転運動（Ｒｍ，ｎ＝１，２，…Ｍ）の総数（Ｍ）が入力可能であることを特徴とする請求項１１記載の検査装置。
13. 　入力手段（２１）または制御手段（２０）は入力された総数（Ｍ）と求められたサイクル時間（Ｔ_RR）とを用いて測定インターバルの長さ（Ｔ）を決めることを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
14. 　入力手段（２１）により回転期間（Ｔ_rot）当たりのサイクル時間（Ｔ_RR）の数（Ｎ）が入力可能であることを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の検査装置。
15. 　検出手段（２）は周期的運動のサイクル時間（Ｔ_RR）をそれぞれ少なくとも１つの先行する運動周期に基づいて連続的に更新し、制御手段（２０）は更新されたサイクル時間（Ｔ_RR）を回転期間（Ｔ_rot）の設定時に連続的に考慮することを特徴とする請求項１１乃至１４の１つに記載の検査装置。
16. 　支持体（７）上に配置されたＸ線源（２）から発せられたＸ線（４）が検査対象物を透過し、
    　支持体（７）が回転軸線（Ａ）を中心に回転する間に、複数の測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）中に、支持体（７）上に配置され透過したＸ線を受信する検出器（５）によって、それぞれ測定データセットが発生され、
    　測定データセットが生データセットに統合され、
    　測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）にて周期的運動の同じ位相インターバルをそれぞれ走査するために、検査対象物の周期的運動から導出した同期信号が使用される、
    　サイクル時間（Ｔ_RR）で周期的に運動する検査対象物の３次元測定データの取得方法において、
    　支持体（７）のそれぞれ同じ角度範囲（α_max）をカバーする複数の回転運動（Ｒｍ，ｎ＝１，２，…Ｍ）が、回転期間（Ｔ_rot）で、各回転運動（Ｒｍ，ｎ＝１，２，…Ｍ）の期間内において測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）によって走査すべき周期的運動の複数の位相インターバルが生じるように行なわれることを特徴とする周期的に運動する検査対象物の３次元測定データの取得方法。
17. 　検査対象物は人間の心臓（Ｈ）であることを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 　同期信号の発生のために心臓（Ｈ）の心電図が使用されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 　回転期間（Ｔ_rot）が、測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）の長さ（Ｔ）だけ検査対象物の周期的運動のサイクル時間（Ｔ_RR）の複数倍（Ｎ）より小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１６乃至１８の１つに記載の方法。
20. 　検出器（５）として２次元の放射線検出器が使用されることを特徴とする請求項１６乃至１９の１つに記載の方法。
21. 　Ｘ線源（３）を駆動するＸ線発生器（１０）は、測定インターバル（Ｄ_nm，ｎ＝１…Ｎ，ｍ＝１…Ｍ）外の時間間隔においてＸ線源がＸ線を発射しないように駆動されることを特徴とする請求項１６乃至２０の１つに記載の方法。

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