JP2004512081A - 限られた角度範囲での断層写真合成法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の前段部に記載の検査すべき対象のX線レイヤ画像を形成する方法に係り、また、かかる方法を実行するための請求項13の前段部に記載のX線装置に係る。
【0002】
断層写真合成法を用いて検査されるべき対象のX線レイヤ画像を形成することは、長年にわたって知られている。最初に、X線源及びX線検出器は検査されるべき対象に平行に且つ互いに平行に延び得る平面上の反対方向に変位され、従って検査されるべき対象のX線投影画像は異なる位置から捕捉される。適当な再構成方法を用いて、検査されるべき対象のレイヤのレイヤ画像は、かかるX線投影画像から形成されえ、レイヤ画像はX線源及びX線検出器が動かされる平面に対して平行に延びる。
【0003】
また、例えばCアームによって検査されるべき対象の周りの円形の軌跡に沿ってX線源及びX線検出器を動かすことが知られている。これまでは、高画質のレイヤ画像の再構成には完全なデータセットが必要であり、このために、X線源及びX線検出器は検査されるべき対象の周りの少なくとも180°の角度範囲に亘って変位されねばならないと想定されてきた。この条件は、レイヤ画像が検査されるべき対象を通る単一の平面又は平行な平面上でのみ形成されるのではなく、検査されるべき対象を通る複数の望ましくは互いに垂直な平面上でも形成されるために課されるものである。
【0004】
本発明は、より少ない手段を用いて、又は、より短い時間で、適切な画質のX線レイヤ画像が単一平面上で又は互いに平行な平面上で形成されうるX線レイヤ画像を形成する方法及び装置を提供することを目的とする。
【0005】
この目的は、本発明によれば、請求項1記載の方法によって達成される。この目的はまた、請求項13記載のX線装置によって達成される。
【0006】
本発明は、単一平面上で又は平行な平面上でのレイヤ画像の形成が、検査されるべき対象の周りの少なくとも180°に亘るX線源及びX線検出器の変位を必要としないこと、及び、180°よりも小さい角度範囲からのX線投影画像の捕捉が適切な画質のX線レイヤ画像を形成するのに十分であることという考えに基づく。尚、特に、アーティファクトは角度範囲が180°よりも小さい限られた範囲にのみ生ずることがわかっているが、このようなアーティファクトは診療上の適用では無視されうる。これは、特に、X線投影画像を形成するためにX線源及びX線検出器が変位される角度範囲の2等分線に対して垂直な平面上にあるX線レイヤ画像についていえる。望ましい実施例の場合のようにCアームX線装置が使用される場合、従って、2等分線は、X線投影画像を捕捉するために角度範囲の全体の角度の半分だけ両方向に回動されうるX線源の中心位置にある程度対応する。
【0007】
更に、本発明によるX線レイヤ画像は、公知の方法のようにX線投影画像から決定される3Dデータセットから計算されるのではなく、X線投影画像から直接計算される。
【0008】
このように、本発明によれば、網羅されるべき角度的な変位の範囲が公知の方法よりも小さいため、X線レイヤ画像は簡単に高速に平行なレイヤ上で形成されうる。一方、X線源及びX線検出器の回転速度は低下されえ、検査されるべき対象の中に造影剤が存在する時間はより有効に使用されうる。
【0009】
本発明の更なる変形例では、検査されるべき対象に対する角度範囲の位置は、異なる向きのレイヤを撮像するよう変更されうる。
【0010】
本発明による方法の望ましい変形例では、角度範囲は90°乃至180°であり、関連する適用に応じて、90°よりも小さくなりうる。種々の診療上の適用及び適当なアーティファクト抑制に十分な画質は、角度範囲が150°よりも小さい場合も達成されうることが分かる。しかしながら、角度範囲が更に減少されるとき、検査領域中の対象の細部の輪郭線は更にぼけたものとなりうる。
【0011】
X線投影画像の捕捉及びX線レイヤ画像の形成に必要な時間を更に減少させるために、本発明の更なる望ましい変形例では、X線レイヤ画像を形成するために捕捉されるX線投影画像の数は制限される。従って、一般的に、投影画像の数が大きくなるほど、再構成アーティファクトは広く広がるため、画質は高くなる。しかしながら、適切な画質は最大でも100のX線投影画像を使用することによって達成されえ、特定の適用では最大で80のX線投影画像で十分であることがわかる。画像の数を減少させることにより、放射線量が減少する。
【0012】
更に、望ましい変形例では、検査されるべき対象の複数の本質的に平行なX線レイヤ画像が捕捉されたX線投影画像から形成される。これは、本発明によれば、画質は、本質的に平行なX線レイヤ画像のために十分であり、一方、2等分線に対して本質的に平行に配置されるレイヤのX線レイヤ画像の画質はかなり低く、診療上の適用には不適切であるため可能である。
【0013】
本発明によれば、CアームX線装置は、有利にX線投影画像の捕捉のために使用される。
【0014】
また、より厚いレイヤのX線レイヤ画像を形成するよう隣接する薄いレイヤの複数のX線レイヤ画像を組み合わせることが有利である。
【0015】
X線投影画像の捕捉のために、X線源及びX線検出器は、円形の軌跡に沿って、又は平行な平面上で互いに反対の方向に、従って、公知の断層写真合成法の場合のように検査されるべき対象の周りで反対の方向に、変位されうる。更に、検査されるべき対象の周りの単一の平面上で、X線源のみ又はX線源のみが、他の要素を静止させたままで、変位されるよう配置することが可能である。
【0016】
本発明は、上述の本発明による方法と同じく又は同様に更に複雑なものとされうると共に対応する有利な実施例を有する請求項13に記載のX線装置に関連する。
【0017】
以下、図面を参照して本発明について詳述する。図1に示す本発明によるX線装置はCアーム1を含み、Cアーム1の一端にはX線源2が取り付けられ、他端には対向するX線検出器3が取り付けられる。Cアーム1は、水平なプロペラ軸12の回りに回転可能であるよう、ピボット4によってLアーム5から吊り下げられる。Lアーム5は、更なるピボット6によって変位可能なキャリッジ7から吊り下げられ、キャリッジは天井8から吊り下げられる。ピボット6は、垂直軸13回りの回転を可能とする。Lアーム5は、キャリッジ7により水平方向に変位しうる。検査されるべき対象9(図式的に示す)(例えば患者)は、検査されるべく患者台10上に載せられる。患者台は、高さが調節可能でありやはり水平方向19に変位可能な基部11に取り付けられる。制御ユニット17は、X線装置の制御用である。画像処理、特に捕捉されたX線投影画像からのX線レイヤ画像の形成は、画像処理ユニット18によって実行されうる。
【0018】
種々の診療上の適用のために、しばしば、検査されるべき対象9の、単一のレイヤS1の単一のX線レイヤ画像のみを形成すること、又は平行なレイヤS1、S2の複数のレイヤ画像を形成することが必要である。公知の方法によれば、まず、検査されるべき対象の関心領域の完全な3次元データセットが捕捉され、そこから適切な再構成方法を用いて1以上のX線レイヤ画像が計算及び再現される。しかしながら、完全な3次元データセットを捕捉するために、いわゆる完全性の条件を満たすため最小の範囲からX線投影画像を捕捉することが必要である。このために、少なくともX線投影画像を少なくとも180°の角度範囲から捕捉することが必要であり、これは、X線源2及びX線検出器3が、検査されるべき対象9の回りの半円の形状で、例えば、プロペラ軸12又は図の平面に垂直に延び軸12及び13の交点を通る軸の回りの軌跡に沿って回転することを意味する。X線投影画像は、そこから3次元データセットのためのデータを抽出するために異なる角度的な位置から捕捉される。より多くのデータを得るために、2つの互いに垂直な半円の形状の、又は、1つ又は2つの互いに垂直な全円の形状の全ての軌跡が提案される。
【0019】
かかる公知の方法は、3次元データセットの捕捉と、そこからの1以上のX線レイヤ画像の形成が比較的長い時間を必要とするという欠点を有することが分かっている。更に、Cアーム1の一回の回転運動の間に全てのX線投影画像を捕捉することが不可能である場合が多く、例えば、2つの互いに垂直は半円の形状の軌跡の場合は、第1の半円の軌跡の完了後にX線投影画像の捕捉を中断し、Cアームを第2の半円の軌跡の開始位置へ動かし、続いて残るX線投影画像を捕捉することが必要である。これは、追加的な時間を必要とし、所与の診療上の適用のために必要な造影剤の一回の注入の間にこの動作を実行することは可能でない。
【0020】
しかしながら、X線投影画像の捕捉のための費用は、単一のX線レイヤ画像又は平行なレイヤの複数のX線レイヤ画像が形成を形成すれば良い場合にかなり減少されうる。これは、その場合は、限られた角度範囲からのみ、即ち、180°よりも小さい角度範囲からX線投影画像を捕捉し、そこからX線レイヤ画像を決定すれば十分であるためである。例えば、検査されるべき対象9のレイヤS1及びS2のX線レイヤ画像が形成されねばならないとき、X線投影画像は角度範囲14からのみ捕捉されれば十分であり、これは、Cアーム1が開始位置15と最終位置16との間でのみ変位されればよいことを意味する。X線投影画像は、かかる変位において異なる方向から捕捉される。角度範囲14は、この角度範囲14の2等分線20が関心となるレイヤS1及びS2に対して略垂直に延びるよう配置される。X線レイヤ画像がレイヤS1に対して平行に配置されていない他のレイヤのために形成されるべき場合は、角度範囲14は2等分線がこれらのレイヤに対して略垂直に延びるよう配置される。2等分線20に対して丁度垂直には延びないレイヤのレイヤ画像もまた、捕捉されるX線投影画像から形成されうるが、画質は、垂直位置に対する逸脱が大きくなればなるほど悪くなる。
【0021】
本発明によれば、X線レイヤ画像は、捕捉されたX線投影画像から、例えばFeldkampアルゴリズム又は部分逆投影といった適当な再構成方法を用いて断層写真合成法によって計算される。X線レイヤ画像は、X線投影画像から直接形成され、即ち、公知の方法のように3次元データセットを形成することによる回り道なしに形成される。本発明によれば、角度範囲14は180°よりも小さく、関連する適用及び所望の画質に依存して更に減少されうる。
【0022】
実際上の適用では、X線レイヤ画像は、角度範囲を常に減少させつつ患者の足の先について形成された。その結果を図2に示す。足の指の骨(矢じり形)の間の隙間は、下の2つの画像でははっきりと見えるが、夫々が角度範囲が91°と120°のX線投影画像から形成された上の2つの画像では、解像度は更にぼけており、示される要素の間の隙間はもはやはっきりとは見えない。しかしながら、アーティファクトは、4つの全ての画像において無視できるほど小さい。
【0023】
本発明によれば、X線レイヤ画像を形成するためのX線投影画像の数は、公知の方法と比較して減少されうることがわかる。例えば、1つの適用では、足の先のX線レイヤ画像は、180°の角度範囲で36、60、80及び100のX線投影画像から捕捉され、夫々のX線レイヤ画像はそこから形成される。その結果を図3に示す。尚、下の2つのレイヤ画像(n=80、n=100)では解像度及びアーティファクトの効果は許容可能であるのに対して、上の3つの画像ではアーティファクトはあまりにもはっきりとしている。しかしながら、診療上の適用では、80のX線投影画像から形成されたX線レイヤ画像もまた十分である。更に、角度範囲は、図示のCアームX線装置によって可能とされるように適切に選択されうる。
【0024】
本発明は、図示される実施例に限られるものではない。X線源及びX線検出器を、Cアーム上ではなく、適当な機械的なシステムを用いて互いに平行な平面上に配置し、検査されるべき対象が平面の間に位置するよう配置することが可能である。X線源及びX線検出器は、投影線、即ちX線源とX線検出器との間の接続線が検査領域中で常に交差するよう、かかる配置において逆の方向に動かされることが望ましい。更に、X線のみが動かされるか、X線源のみが動かされるよう配置されうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明によるCアームX線装置を示す図である。
【図2】
異なる角度範囲からのX線レイヤ画像により形成された患者の足の先のX線レイヤ画像を示す図である。
【図3】
異なる数のX線投影画像から形成された足の先のX線レイヤ画像を示す図である。
Claims (14)
- 異なる方向からX線投影画像を捕捉するために検査されるべき対象の周りの角度範囲で変位されるX線源及びX線検出器を含むX線装置により上記検査されるべき対象のX線レイヤ画像を形成する方法であって、
上記X線レイヤ画像は上記X線投影画像から直接形成され、上記X線レイヤ画像は上記角度範囲の2等分線に対して略垂直に延びる平面上に配置され、上記角度的範囲は180°よりも小さいことを特徴とする方法。 - 上記検査されるべき対象に対する上記角度範囲の位置は変更されうることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記角度範囲は90°乃至180°であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記角度範囲は90°よりも小さいことを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記X線レイヤ画像を形成するために最大で100のX線投影画像が捕捉されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記X線レイヤ画像を形成するために80以下の、特に60乃至80のX線投影画像が捕捉されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記検査されるべき対象の本質的に互いに平行に延びる複数のX線レイヤ画像は、上記捕捉されたX線投影画像から形成されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記X線投影画像はCアームX線装置によって捕捉されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 隣接する薄いレイヤの複数のX線レイヤ画像は、より厚いスライスのX線レイヤ画像を形成するよう組み合わされることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 上記X線源及び上記X線検出器はX線投影画像を捕捉するために上記検査されるべき対象の周りの円形の軌跡に沿って変位されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 上記X線源及び上記X線検出器は、X線投影画像を捕捉するために平行な平面上で反対の方向に変位されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 上記X線源又は上記X線検出器のみが、X線投影画像を捕捉するために変位されることを特徴とする、請求項11記載の方法。
- 検査されるべき対象の周りで変位されうるX線源と、対向して配置され上記検査されるべき対象の周りの角度範囲で上記検査されるべき対象のX線投影画像を捕捉するX線検出器とを含み、X線投影画像からX線レイヤ画像を形成する画像処理ユニット及びX線装置を制御する制御ユニットを更に含む、特に請求項1記載の方法を実行するX線装置である、X線装置であって、
上記制御ユニットはX線レイヤ画像の形成のために180°よりも小さい角度範囲からのX線投影画像のみが捕捉されるよう構成され、上記画像処理ユニットはX線レイヤ画像がX線投影画像から直接形成され、X線レイヤ画像は上記角度範囲の2等分線に対して略垂直に延びる平面上に配置されることを特徴とするX線装置。 - 上記X線装置はCアームシステムを含むことを特徴とする、請求項13記載のX線装置。
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