JP2004512081A - 限られた角度範囲での断層写真合成法 - Google Patents

Abstract

本発明は、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回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線装置によって検査されるべき対象のＸ線レイヤ画像を形成する方法に関する。検査されるべき対象の単一のＸ線レイヤ画像のみが形成されるべき場合、又は、平行なレイヤの複数のＸ線レイヤ画像が形成されるべき場合、本発明によれば、Ｘ線投影画像から直接Ｘ線レイヤ画像を形成し、Ｘ線レイヤ画像が１８０°よりも小さい角度範囲の２等分線に対して本質的に垂直に延びる平面上に配置されるようにすることにより、必要な費用、特にＸ線投影画像の捕捉に必要な時間を減少させることが可能である。本発明はまた、対応するＸ線装置、特にＣアームＸ線装置に関する。角度範囲は、Ｃアーム上で自由に選択されうる。

Description

【０００１】
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。