JP2005349205A - 検査対象の平らな断層の表示最適化方法および断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高められた鮮鋭度を有する断層画像を作成する。
【解決手段】放射線源が仮想円筒面上で検査対象の周りを回転して走査し、計算ユニットが検出器出力データを１つの断層面の範囲における断層画像Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3に再構成し、１つの断層面の範囲内において２つの断層画像Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3が検査対象の運動周期の異なる位相から再構成され、この１つの断層面において作成された断層画像Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3が自動的に部分範囲Ｑ11〜Ｑ33に分割され、断層面ごとに、１つの完全な断層画像Ｓが個々の断層画像Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の部分範囲から合成され、このためにそれぞれの部分範囲の相対的に最良の画質を有する個々の断層画像Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の部分範囲が使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの放射線源が検査対象を通過する際に変化する放射線を放射し、放射線源に対向し少なくとも１行である少なくとも１つの検出器が検査対象を透過した後の放射線の強度変化を測定し、少なくとも放射線源が、好ましくは検出器も、仮想円筒面上で、好ましくは少なくとも１つの円形軌道または１つのスパイラル軌道上で検査対象の周りを回転して走査し、計算ユニットが検出器出力データを少なくとも１つの断層面の範囲内の少なくとも１つの断層画像に再構成する、断層撮影装置の検出器測定データから周期的に複雑に運動する検査対象の平らな断層を表示最適化する方法に関する。

この種の方法は一般に知られている（例えば、特許文献１および２参照）。これらの公知の方法では、運動する検査対象の走査中に、たいていは拍動する人間の心臓である複雑に運動する対象の運動を固定することが試みられている。この固定は対象が十分に長い時間、つまり特定の心時相中ほとんど動かないことに基づいている。再構成ではこの時間中に取得されたデータが使用される。

しかしながら、実際には、それにもかかわらず個別の画像が作成される時間があまりにも長すぎるので、画像の少なくとも個々の範囲が対象の避け得ない運動のために不鮮明に描出されることがわかった、
独国特許出願公開第１９８５４９３９号明細書 独国特許出願公開第１０２０７６２３号明細書

本発明の課題は、高められた鮮鋭度を有する断層画像を作成する断層撮影装置の検出器測定データから周期的に複雑に運動する検査対象の断層画像を再構成する方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、少なくとも１つの断層面の範囲内において少なくとも２つの断層画像が検査対象の運動周期の異なる位相から再構成され、この少なくとも１つの断層面において作成された断層画像が自動的に部分範囲に分割され、断層面ごとに、１つの完全な断層画像が個々の断層画像の部分範囲から合成され、このためにそれぞれの部分範囲の相対的に最良の画質を有する個々の断層画像の部分範囲が使用されることによって解決される。
本発明の有利な実施態様は次の通り列記される。
（１）画質が不鮮鋭度、とりわけ運動に起因する不鮮鋭度の尺度によって決定される。
（２）画質が少なくとも、発生する画像アーチファクトの強さによっても決定される。
（３）画質が少なくとも画像データから直接にも取り出される。
（４）画質が少なくとも検査対象の運動周期に関連付けた複雑な運動特性の知識と運動周期に関連付けた断層画像撮影の撮影時点とからも決定される。
（５）運動周期が心電図の並行記録によって測定される。
（６）運動周期が検出器データから、好ましくは時間的にずらされ同じ経路を有する特に逆方向の放射線の測定から取り出される。
（７）１つの断層面および異なる周期位相から再構成された断層画像が複数の画像セグメントに分割され、全ての断層画像の各セグメントについて自動的に各断層画像における各セグメントの平均または最大の画質が測定され、最良の画質を有するセグメントからこの断層面の全体断層画像が合成される。
（８）パターン認識法により、同じ断層面の異なる周期位相から得られた少なくとも２つの断層画像において、相応の周期位相の際に典型的な運動をさせられている少なくとも１つの部位が決定され、この少なくとも１つの部位が同じ断層面の他の断層画像における同じ切り抜きと置き換えられる。
（９）画像解析法により、同じ断層面の異なる周期位相から得られた少なくとも２つの断層画像において、断層画像の画質が異なっている少なくとも１つの同じ部位が決定され、この部位ついて最良の断層画像の描出が結果画像に引き継がれる。

本発明者は、例えば拍動する心臓の如きこの種の複雑に運動する対象を描出することの重要な問題が、対象の運動が対象の観察される部分範囲に応じて運動周期の異なる位相で行なわれる点にあることを認識した。同様に、例えば心房または冠動脈の如き対象の種々の部分も運動周期の異なる位相で休止状態になる。

最適なＣＴ画像を得るために、本発明者は、複雑に運動する対象の全運動周期に亘って１つの断層面の範囲において複数の断層画像を再構成し、これらの断層画像から、その都度表示に関して最も好ましい対象範囲を探索し、それから全体として、異なる運動周期の最適表示された範囲の混合からなる単一の断層画像を作成することを提案する。異なる範囲における描出の良さが自動的に画像解析によって行なわれる。

この基本的考えに従って、本発明者は、断層撮影装置の検出器測定データから周期的に複雑に運動する検査対象の平らな断層を表示最適化する公知の方法を改善することを提案する。この公知の方法では、少なくとも１つの放射線源が検査対象を通過する際に変化する放射線を放射し、放射線源に対向し少なくとも１行である少なくとも１つの検出器が検査対象を透過した後の放射線の強度変化を測定し、少なくとも放射線源が、好ましくは検出器も、仮想円筒面上で、好ましくは少なくとも１つの円形軌道または１つのスパイラル軌道上で検査対象の周りを回転して走査し、計算ユニットが検出器出力データを少なくとも１つの断層面の範囲における少なくとも１つの断層画像に再構成する。本方法の改善は、
少なくとも１つの断層面の範囲内において少なくとも２つの断層画像が検査対象の運動周期の異なる位相から再構成され、この少なくとも１つの断層面において作成された断層画像が自動的に部分範囲に分割され、断層面ごとに、１つの完全な断層画像が個々の断層画像の部分範囲から合成され、このためにそれぞれの部分範囲の相対的に最良の画質を有する個々の断層画像の部分範囲が使用されることにある。

本発明の意味における用語「複雑な運動」は、検査対象の種々の部分範囲が運動周期の種々の時点で運動状態もしくは休止状態にあるような検査対象の運動であると理解すべきである。

この本発明による方法によって、１つの断層面の範囲に形成され異なる画質の個別に見て異なる範囲を有する複数の断層画像から、異なる周期範囲から全体的に再構成された断層画像の可能なかぎり最良の画質を全体的にその都度有する１つの全体画像を合成することができる。

用語「画質」は、例えばその都度観察された部分範囲の不鮮鋭度、とりわけ運動に起因する不鮮鋭度の尺度であると解釈することができる。もちろん、「画質」のもとに、発生する画像アーチファクトの存在または強さも規定することができる。この画質は例えば画像データから直接に取り出すことができる。例えば画像の部分範囲に亘ってフーリエ解析が行なわれ、フーリエ解析から例えば不鮮鋭度の尺度を取り出すことができる。しかしながら、他方では追加または代替として画質を検査対象の運動周期に関連付けた複雑な運動特性の知識と運動周期に関連付けた断層画像撮影の撮影時点とから決定することもできる。

これは、特定の器官構造物が特定の周期位相で運動状態にあり、周知のように特定の運動周期において運動状態にあるこの器官構造物の範囲が実際の画質の特別な測定なしに不都合として決定され、この範囲が最適な結果画像の合成のために最初から排除されることを意味する。逆に、周知のように特定の運動位相において最適な休止状態にある器官構造物または画像の部分範囲を結果画像の合成に使用することができる。

運動周期の観察のために、例えば心電図（ＥＣＧ）の並行記録を使用してもよいし、あるいは運動周期を検出器データ自体から、好ましくは時間的にずらされとりわけ同じ経路を有する逆方向の放射線の測定から取り出してもよい。

この種の測定法は従来技術において十分に説明されている。

本発明による方法の他の変形例に従って、本発明者は、１つの断層面および異なる周期位相から再構成された断層画像が複数の画像セグメントに分割され、各画像セグメントについて自動的に各断層画像における各セグメントの平均または最大の画質が測定され、最善の画質を有するセグメントからこの断層面の全体断層画像が合成されることを提案する。このような方法は結果画像の自動化された改善もしくは混合に特に簡単に適する。なぜならば、特別なパターン認識法なしにＣＴ画像を複数の画像セグメントで走査することができ、画像セグメントを介して特に簡単に画質、特に存在する画像鮮鋭度または不鮮鋭度を測定することができ、引続いて全体画像の合成のために最適なセグメントを選択することができるからである。

本発明による方法の他の変形では、本発明者は、パターン認識法により、同じ断層面の異なる周期位相から得られた少なくとも２つの断層画像において、相応の周期位相の際に典型的な運動をさせられている少なくとも１つの部位が決定され、この少なくとも１つの部位が同じ断層面の他の断層画像における同じ切り抜きと置き換えられることを提案する。

これの代替として、画像解析法により、同じ断層面の異なる周期位相から得られた少なくとも２つの断層画像において、断層画像の画質が異なっている少なくとも１つの同じ部位が決定され、この部位ついて最良の断層画像の描出が結果画像に引き継がれてもよい。

部分範囲または部分画像から完全な断層画像を合成する際、本発明者は、更に、部分範囲または画像セグメントの間の移行部を同化させることを提案する。このために、例えば部分範囲の移行部の範囲において部分範囲の境界で簡単な補間が行なわれる。

更に補足するに、本発明の意味において、異なる周期位相から得られた断層画像は必ずしも単一の運動周期に由来している必要がなく、複数の、とりわけ相前後して発生する運動周期に由来してもよい。同様に、断層画像の断層面は必ずしも正確に同一である必要がない。断層面が、ｚ方向において十分に狭い単一のボリュームに由来するならば十分であり、場合によっては断層面が事前の補間法によって一様化されてもよい。

本発明の基本的思想に従って、検出器測定データから断層画像を再構成する断層撮影装置、とりわけＣＴ装置も提案される。公知の断層撮影装置は、放射線を発生しシステム軸線を中心に回転可能である少なくとも１つの放射線源と、この放射線源に対向し少なくとも１行であり、放射線源から出射する放射線が検査対象を透過した後の放射線の吸収を測定する少なくとも１つの検出器と、断層撮影装置の制御、検出器出力データの収集および処理、少なくとも１つの断層面における断層撮影による断層画像の再構成および画像表示のための少なくとも１つの手段、とりわけ少なくとも１つの計算ユニットとを備えている。本発明によれば、この断層撮影装置の改善は、上述の方法を実施するためのプログラム手段が計算ユニットに記憶されていることにある。

以下において本発明を図面を参照しながら有利な実施例に基づいて更に詳細に説明する。図面には本発明の直接的な理解にとって重要な要素のみが示されていることを指摘しておく。
図１は本発明による方法を実施するためのＣＴ装置を示し、
図２は個々の器官構造物をパターン認識する本発明による方法の概略図を示し、
図３は断層画像を碁盤目状に分割する本発明による方法を示す。

図面においては次の符号が使用されている。１：コンピュータ断層撮影装置、２：Ｘ線管、３：検出器、４：システム軸線またはｚ軸、５：ハウジング、６：患者寝台、７：患者、８：ＥＣＧ測定線、９：計算ユニット、９．１：画面、９．２：入力ユニット、１０：データ・制御線、１１〜１６：検査対象の器官構造物、Ｐ₁〜Ｐ_n：プログラムモジュール、Ｓ：結果画像／合成された全体画像、Ｓ₁〜Ｓ₃：異なる周期位相からの断層画像、Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃：断層画像の部分セグメント。

図１は、ここでは模範的に放射線源として使われるＸ線管２とこのＸ線管２に対向する検出器３とを備えたコンピュータ断層撮影装置１の３Ｄ表示を示す。Ｘ線管２および検出器３は図示されていない回転枠上に固定され、システム軸線すなわちｚ軸４の周りを回転できるように構成されている。患者７は、ｚ軸４に沿って移動可能な患者寝台６上にあり、Ｘ線管２および検出器３がシステム軸線の周りを回転する間に、このシステム軸線４に沿ってコンピュータ断層撮影装置のハウジング５における開口を通して送り込まれるので、Ｘ線管２および検出器３は患者７に対して相対的にこの患者７の周りのスパイラル軌道上を移動し、その際に走査が行なわれる。

基本的には冒頭に示した方法と関連した走査の他の変形も可能であることを述べておく。例えば、Ｘ線管２および検出器３が患者７の周りを円状に移動されて、完全な円状走査の後にシステム軸線４に沿った患者の不連続な送りが行なわれ、その後、患者または少なくとも被観察検査範囲が完全に走査されるまで、再び円状走査が行なわれることによって、順次走査（シーケンシャルスキャン）が行なわれるようにすることもできる。非常に多数の検出器行、すなわちｚ軸方向への大きな広がりを有する検出器が使用されるならば、場合によっては少なくともここで特に観察される心臓範囲は、検出器の一回の回転で完全に走査することができる。

Ｘ線による患者の走査に加えて、患者の心臓活動が詳しくは図示されていない電極および測定線８を通して心電図（ＥＣＧ）に取得される。このＥＣＧは、本例では、同時にコンピュータ断層撮影装置も制御する計算ユニット９の中にある。計算ユニット９は、コンピュータ断層撮影装置の制御およびＥＣＧ取得のほかに、データ・制御線１０を介して行なわれる検出器出力データの評価および場合によっては記憶のためにも使われる。更に、計算ユニット９は断層撮影による断層画像の再構成に使用することができる。このために概略的に示されているプログラムＰ₁〜Ｐ_nが使われ、結果は計算ユニット９に組み込まれている画面９．１に表示することができる。コンピュータ断層撮影装置の操作のためのデータ入力のために、例えばキーボードおよび／またはここには明示的に示されていないコンピュータマウスの形で、入力ユニット９．２が用いられる。

スパイラル状または順次の円走査および単一行ないし複数行検出器に関する既述の全ての変形例は、本発明による方法に結びつけて使用することができる。もちろん、異なる周期位相から少なくとも２つの断層画像を得るために、それぞれ１つの運動周期中に同じ断層が何度も観察されなければならない。ＥＣＧの代わりに周期位相を決定するために運動情報を検出器データから直接に取り出すこともできる。

図２には本発明による方法の概略図が示されている。この方法では、１つの完全な周期中に３つの異なる断層画像Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃がそれぞれ異なる周期位相から再構成される。続いてこれらの断層画像が、パターン認識法により、例えば心房および冠動脈のような個々の器官構造物が存在する範囲に分割される。表示では、例えば第１の断層画像Ｓ₁において器官構造物１１は鮮明に表示されているのに対して、器官構造物１２，１３，１４は運動に起因する不鮮鋭度またはその他の画像アーチファクトのために不鮮明に描出されている。運動周期の他の位相における断層画像Ｓ₂には、器官構造物１１，１３が不鮮明に描出されているのに対して、器官構造物１２，１４は鮮明に描出されている。最後に、断層画像Ｓ₃には器官構造物１３だけが鮮明に表示されているのに対して、他の器官構造物１１，１２，１４は僅かな画質で表示されている。

本発明によれば、存在する断層画像Ｓ₁〜Ｓ₃から、それぞれ画質に関して最善に形成されている範囲が選択され、矢印で示されているように、１つの全体画像Ｓに纏められる。従って、画質に関してそれぞれ３つの位相画像Ｓ₁〜Ｓ₃から最も好ましい範囲を抽出して全体として最適な画質を持つ１つの画像Ｓをもたらす全体画像が生じる。

図３は、図２におけると類似の本発明による方法を示すが、しかしここでは個々の器官構造物を認識して相応の範囲に割り当てるパターン認識法は必要でない。この方法では運動周期の異なる位相の個々の断層画像Ｓ₁〜Ｓ₃が任意に碁盤目状のパターンに分割される。模範例で、ここでは３×３のセグメントを有する分割が示されている。しかしながら、今ここに示されている分割よりも細かい分割を行なうことがおそらく有利である。

ここに示されているこの方法によれば、個々の各部分セグメントＱ₁₁〜Ｑ₃₃について、画質がそれぞれのセグメントに関する画像解析によって作成され、引続いて同じ断層面に配置されている現存の多数の断層画像から、それぞれ画質に関して最も有利である部分セグメントが選択される。従って、例えば断層画像Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃の多数のセグメントＱ₁₁から、最高の画質を有するセグメントが選択される。本例において、このセグメントは断層画像Ｓ₂からの部分セグメントＱ₁₁に相当する。この方法が全ての部分セグメントＱ₁₁〜Ｑ₃₃について行なわれ、その後それぞれ最も高い画質を有する部分画像からなる１つの全体画像Ｓが合成される。本発明によれば、付加的に縁範囲においてマッチングが行なわれるので、個々の縁範囲間の移行部は認識できない。

従って、全体として本発明によれば、検出器出力データから少なくとも１つの断層面の断層画像を再構成する撮影装置によって、周期的に複雑に運動する検査対象の断層画像の作成方法が提供される。この本発明による方法では、少なくとも１つの断層面の範囲において少なくとも２つの断層画像が検査対象の運動周期の異なる位相から再構成され、これらの断層画像が良好な画質または悪い画質を有する部分範囲に自動的に分割され、断層面ごとに、良好な画質を有する部分範囲から、少なくとも１つの完全な断層画像が合成される。従って、良好な画質もしくは悪い画質を持つそれぞれ異なる範囲を有する同じ断層面における異なる位相の多数の断層画像から、１つの断層面の範囲における全ての断層画像の合計のそれぞれ最も好ましい画質を有する範囲から合成され従って全ての個別画像よりも良好な全体画質を有する全体画像を作成することができる。

本発明の上述の特徴は、その都度述べた組合せにおいてだけでなく、本発明の枠を逸脱することなしに、他の組合せまたは単独状態にて使用可能である。

本発明による方法を実施するためのＣＴ装置の概略構成図 個々の器官構造物をパターン認識する本発明による方法の概略説明図 断層画像を碁盤状に分割する本発明による方法の概略説明図

符号の説明

１ コンピュータ断層撮影装置
２ Ｘ線管
３ 検出器
４ システム軸線またはｚ軸
５ ハウジング
６ 患者寝台
７ 患者
８ ＥＣＧ測定線
９ 計算ユニット
９．１ 画面
９．２ 入力ユニット
１０ データ・制御線
１１〜１６ 検査対象の器官構造物
Ｐ₁〜Ｐ_n プログラムモジュール
Ｓ 結果画像または合成全体画像
Ｓ₁〜Ｓ₃ 異なる周期位相からの断層画像
Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃ 断層画像の部分セグメント

Claims (12)

1. 少なくとも１つの放射線源（２）が検査対象（７）を通過する際に変化する放射線を放射し、
   放射線源（２）に対向し少なくとも１行である少なくとも１つの検出器（３）が検査対象（７）を透過した後の放射線の強度変化を測定し、
   少なくとも放射線源（２）が、好ましくは検出器（３）も、仮想円筒面上で、好ましくは少なくとも１つの円形軌道または１つのスパイラル軌道上で検査対象（７）の周りを回転して走査し、
   計算ユニット（９）が検出器出力データを少なくとも１つの断層面の範囲内の少なくとも１つの断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）に再構成する、
   断層撮影装置（１）の検出器測定データから周期的に複雑に運動する検査対象の平らな断層を表示最適化する方法において、
   少なくとも１つの断層面の範囲内において少なくとも２つの断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）が検査対象（７）の運動周期の異なる位相から再構成され、
   この少なくとも１つの断層面において作成された断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）が自動的に部分範囲（Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃）に分割され、
   断層面ごとに、１つの完全な断層画像（Ｓ）が個々の断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）の部分範囲から合成され、このためにそれぞれの部分範囲の相対的に最良の画質を有する個々の断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）の部分範囲が使用される、
   ことを特徴とする検査対象の平らな断層の表示最適化方法。
2. 画質が不鮮鋭度、とりわけ運動に起因する不鮮鋭度の尺度によって決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 画質が少なくとも、発生する画像アーチファクトの強さによっても決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 画質が少なくとも画像データから直接にも取り出されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 画質が少なくとも検査対象の運動周期に関連付けた複雑な運動特性の知識と運動周期に関連付けた断層画像撮影の撮影時点とからも決定されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 運動周期が心電図の並行記録によって測定されることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 運動周期が検出器データから、好ましくは時間的にずらされ同じ経路を有する特に逆方向の放射線の測定から取り出されることを特徴とする請求項５記載の方法。
8. １つの断層面および異なる周期位相から再構成された断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）が複数の画像セグメント（Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃）に分割され、全ての断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）の各セグメント（Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃）について自動的に各断層画像における各セグメントの平均または最大の画質が測定され、最良の画質を有するセグメントからこの断層面の全体断層画像（Ｓ）が合成されることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. パターン認識法により、同じ断層面の異なる周期位相から得られた少なくとも２つの断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）において、相応の周期位相の際に典型的な運動をさせられている少なくとも１つの部位が決定され、この少なくとも１つの部位が同じ断層面の他の断層画像における同じ切り抜きと置き換えられることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
10. 画像解析法により、同じ断層面の異なる周期位相から得られた少なくとも２つの断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）において、断層画像（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）の画質が異なっている少なくとも１つの同じ部位が決定され、この部位ついて最良の断層画像の描出が結果画像（Ｓ）に引き継がれることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
11. 少なくとも２つの部分範囲（Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃）から完全な断層画像（Ｓ）を合成する際、部分範囲（Ｑ₁₁〜Ｑ₃₃）間の移行部が互いに同化されることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
12. 放射線を発生しシステム軸線を中心に回転可能である少なくとも１つの放射線源（２）と、
    放射線源（２）に対向し少なくとも１行であり、放射線源（２）から出射する放射線が検査対象を透過した後の放射線の吸収を測定する少なくとも１つの検出器（３）と、
    断層撮影装置の制御、検出器出力データの収集および処理、少なくとも１つの断層面における断層撮影による断層画像の再構成および画像表示のための少なくとも１つの手段（９）、とりわけ少なくとも１つの計算ユニットを備えた断層撮影装置、とりわけＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
    請求項１乃至１１の１つに記載の方法を実施するためのプログラム手段（Ｐ₁〜Ｐ_n）が計算ユニットに記憶されていることを特徴とする断層撮影装置。

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