JP2006034965A - 断層撮影画像形成モダリティによる画像形成時の中間画像発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中間画像の画質を高めると同時に主画像表示の遅れ時間を低減する。
【解決手段】複数の相前後する測定走査（１２）において検査対象（４）の対象ボリュームが検出され、各測定走査（１２）の測定データからそれぞれ１つの主画像（１３）を再構成することによって一連の主画像（１３）が得られ、主画像が時間的順番で表示され、画像列周波数を高めるために中間画像（１４）が算出されて主画像（１３）の間に表示される断層撮影画像形成モダリティによる画像形成方法おいて、中間画像（１４）が、測定走査（１２）内の予め定められた時点で、それぞれ進行中の測定走査（１２）のこの時点までに検出された測定データとそれぞれ先行する測定走査（１２）の、完全な再構成のためにまだ不足する測定データとの結合から直接に再構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の相前後する測定走査において検査対象の対象ボリュームが検出され、各測定走査の測定データからそれぞれ１つの主画像を再構成することによって一連の主画像が得られ、主画像が時間的順番で表示され、画像列周波数を高めるために中間画像が算出されて主画像の間に表示される断層撮影画像形成モダリティ、特にコンピュータ断層撮影装置による画像形成方法に関する。

断層撮影画像形成モダリティによる画像形成では、検査対象の内部のスライス画像またはボリューム画像が得られる。この種の断層撮影画像形成モダリティの例は、コンピュータ断層撮影装置およびＣアーム装置の如きＸ線画像形成装置、磁気共鳴断層撮影装置、ポジトロンエミッション断層撮影装置（ＰＥＴ）、ＳＰＥＣＴ装置（シングルフォトンエミッションコンピュータ断層撮影装置）、または超音波断層撮影装置である。とりわけインターベンション治療においては体内に挿入された例えばカテーテルまたは穿刺生検針の如き器具のオンライン画像管理が医師への情報提供のために必要である。断層撮影画像はできるだけ時間に即して表示されなければならない。このためにこの用途における測定データ検出と画像表示との間の途中での短い潜伏時間つまり遅れ時間が重要である。

インターベンション治療は多くの場合にＸ線画像形成により監視される。コンピュータ断層撮影装置を使用する場合、検査を行なう医師のＸ線被曝を低減するために、コンピュータ断層撮影装置の回転枠〈ガントリ〉の各回転中に定められた角度範囲に対してＸ線を遮断することが知られている。このようにして一連の個別の測定走査が行われる。これらの各測定走査から適切なアルゴリズムにより回転枠の完全な回転ごとに１つの主画像が再構成され、引き続いて表示される。このやり方によって、もちろん画像列周波数がコンピュータ断層撮影装置の連続測定作動に比べて明らかに低下する。この画像列周波数を高めるために、従来では、２つの時間的に相前後する主画像の間にそれぞれ、これらの主画像の画像データから補間された合成中間画像が挿入される。

この技術の場合、２つの相前後する測定走査ｎ−１，ｎに対する中間画像は、もちろん早ければ現在の測定走査ｎが終了したときに算出することができる。主画像の表示のための最小限の潜伏時間は、中間画像の発生が現在の測定走査ｎの終端で行われる場合に得られる。しかしながら、回転枠の半回転の間隔で全ての画像が現われるためには、この測定走査から再構成された極めて質的価値の高い主画像の表示を、この場合には回転枠の半回転の時間だけ意図的に遅れさせる必要がある。更に、２つの主画像の間にピクセル強さの補間によって中間画像を発生させることは、例えばボーラス注入の場合におけるように或る位置の画像明度が時間に亘って変化するような場面にふさわしい結果だけをもたらす。しかしながら、例えば生検の場合におけるように対象位置が時間に亘って変化するような場面の画像表示の場合、この種の補間は対象の開始位置および終了位置の重なり合いをもたらすだけで、期待するような中間画像をもたらさない。

まず開始画像が１つの完全な測定走査の測定データから再構成され、引き続いてそれぞれのスライス位置における部分走査に由来する付加的な測定データにて更新されるようなリアルタイムの動的な画像再構成方法は公知である（特許文献１参照）。開始画像の更新はちょうど表示されている画像への画像マトリックスの加算によって行なわれる。加算された画像マトリックスは、部分走査によって付加的に検出された測定データと、同一の走査部分に対応する元の測定走査の測定データとの結合から得られる。
国際公開第９８／３６６９０号パンフレット

本発明の課題は、この従来技術から出発して、主画像の僅かの潜伏時間と中間画像の高められた画質とを達成できる断層撮影画像形成モダリティによる中間画像発生方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、複数の相前後する測定走査において検査対象の対象ボリュームが検出され、各測定走査の測定データからそれぞれ１つの主画像を再構成することによって一連の主画像が得られ、主画像が時間的順番で表示され、画像列周波数を高めるために中間画像が算出されて主画像の間に表示される断層撮影画像形成モダリティによる画像形成方法おいて、中間画像が、測定走査内の予め定められた時点で、それぞれ進行中の測定走査のこの時点までに検出された測定データとそれぞれ先行する測定走査の、完全な再構成のためにはまだ不足する測定データとの結合から直接に再構成されることによって解決される。

なお、本発明の実施態様は次の通り列記される。
・完全な測定走査の最初の走査部分（Δα_Z）に相当する進行中の測定走査の既に検出された測定データと先行する測定走査の既に検出された測定データとの結合は、進行中の測定走査の測定データに、完全な測定走査にとって残っている走査部分（ΔαＨ−Δα_Z）に相当する先行する測定走査の測定データを補充することによって行なわれる（請求項２）。
・完全な測定走査の最初の走査部分（Δα_Z）に相当する進行中の測定走査の既に検出された測定データと先行する測定走査の既に検出された測定データとの結合は、進行中の測定走査の測定データに、完全な測定走査のために残っている走査部分（ΔαＨ−Δα_Z）に相当する先行する測定走査の測定データを補充することによって行なわれ、最初の走査部分と残っている走査部分との移行範囲において、進行中の測定走査の既に検出された測定データと先行する測定走査の測定データとの結合は、移行範囲において進行中の測定走査の測定データと先行する測定走査の測定データとの間の重み付けされた混合が再構成に使用されるように重なり関数（又はオーバーラップ関数）を用いて行なわれる（請求項３）。
・測定走査がコンピュータ断層撮影装置により行なわれ、コンピュータ断層撮影装置の回転枠の各完全回転について１つの主画像が再構成されて表示される（請求項４）。
・各測定走査が３６０°よりも小さい角度範囲Δα_Hだけに亘って広がるように、回転枠の各回転の予め与えられた角度範囲において測定データの検出が行なわれない（請求項５）。
・主画像はそれぞれ所属する測定走査の終了直後に再構成されて表示され、中間画像はそれぞれ２つの相前後する主画像の間に少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示される（請求項６）。
・主画像はそれぞれ所属する測定走査の終了直後に再構成されて表示され、中間画像はそれぞれ進行中の測定走査の始端および終端に対して少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示される（請求項７）。
・中間画像はそれぞれ進行中の測定走査の始端および終端に対して少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示され、主画像はそれぞれ２つの相前後する中間画像の間に少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示される（請求項８）。

断層撮影画像形成モダリティ、特にコンピュータ断層撮影装置による画像形成のための本発明による方法では、複数の相前後する測定走査において検査対象の対象ボリュームが検出され、各測定走査の測定データからそれぞれ１つの主画像を再構成することによって一連の主画像が得られ、主画像が時間的順番で表示される。画像列周波数を高めるために中間画像が算出されて主画像の間に表示される。本発明による方法は、中間画像が、測定走査内の予め与えられた時点で、それぞれ進行中の測定走査のこの時点までに検出された測定データとそれぞれ先行する測定走査の測定データとの結合から直接に再構成されることを特徴とする。

従って、本発明による方法において、中間画像は測定走査内の任意の予め定められた時点で測定データから直接に、すなわち検出器の生データから、場合によっては通常の前処理後に再構成される。このような再構成のために現在の測定走査にとってまだ不足する測定データは先行する測定走査から調達される。中間画像の再構成のために不一致性アーチファクトを低減させるために、関与した測定走査の読出しの間でハードに切り替えられるのではなく、両測定走査の、完全な測定走査を生じるように補い合う両走査部分の間の移行範囲においてソフトな重なり（つまり測定データの重み付けされた重なり又はオーバーラップ）が行なわれると好ましい。従って、コンピュータ断層撮影装置を用いて本発明による方法を有利に実施する際、回転枠の定められた角度範囲において関与した両測定走査の測定データが、一方の測定走査から他方の測定走査へ重み付けを増大させながら、重ねられる。残っている角度範囲つまり走査範囲においては一方の測定走査または他方の測定走査だけが再構成に使用される。

本発明による方法は、各主画像の再構成および表示を所属する測定走査の終了直後に可能にするので、中間画像発生に起因する遅れ時間はもはや発生しない。これは中間画像の算出によってまだそれぞれ進行中の測定走査の終了前に行なわれる。各中間画像ではできるだけ良好に測定データからの現在の位置情報が使用されるので、これらの画像は質および有用性に関して完全な測定走査から再構成された画像に匹敵し、特に隣接する主画像から補間された従来技術の中間画像よりも遥かに優れている。

もちろん、本発明による方法のあらゆる構成可能性において、主画像および中間画像の再構成は、それぞれ、再構成に起因する遅れをできるだけ小さくするために、再構成のための最初の測定データが存在するや否や開始される。

本発明による方法は、断層撮影画像形成モダリティによる画像形成の際に中間画像発生が行なわれるならば、基本的には全ての断層撮影画像形成モダリティにより実施することができる。もちろん、本発明による方法は、検査対象のＸ線照射がＸ線被曝の低減のために回転枠の各回転中に定められた角度範囲だけ遮断されるコンピュータ断層撮影装置を用いた、明細書の導入部で説明した画像形成技術において特別な利点をもたらす。

コンピュータ断層撮影装置のこの種の作動において、あらゆる場合に２つの相前後する測定走査が回転枠の同じ角度位置で始まることから出発することができないので、中間画像を再構成するデータの角度範囲は或る限界内では主画像のデータの角度範囲からずれている。

場合によってはコンピュータ断層撮影装置の寝台位置の変化をともなう比較的長い時間が経過する測定走査の測定データは中間画像に加工されるべきでない。この時間的間隔の監視および時間的間隔の限界値設定によって、このチェックを本発明による方法において実現することができる。限界値の基準として、例えば２つの相前後する測定走査の開始時間の時間的間隔が回転枠の回転時間に対して評価されるとよい。

以下において本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて更に詳細に説明する。

図１は本発明による方法を実施するためのコンピュータ断層撮影装置の概略図、
図２は従来技術による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図、
図３は本発明による方法の第１実施例による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図、
図４は本発明による方法の第２実施例による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図、
図５は本発明による方法の第３実施例による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図である。

図１は、本発明による方法を実施するために使用可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成の一部を概略的に示す。コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管１の形のＸ線源を有する。Ｘ線管１は、Ｘ線検出器要素２を有する検出器行の方向にファン状のＸ線束５を放射する。Ｘ線管１も検出器要素２も、測定中に患者４の周りを連続回転する回転枠６、いわゆるガントリに配置されている。患者４は、ガントリの中へ延びている図１には示されていない患者寝台の上にいる。ガントリ６は図１に示されている直交座標系ｘ−ｙ−ｚのｘ−ｙ平面において回転する。患者寝台は患者４のその都度表示すべきスライスのスライス厚方向に相当するｚ軸に沿って移動可能である。ｚ方向（本図においては紙面に対して垂直方向）へのＸ線束５の広がりは、一方ではＸ線管１の回転陽極上における焦点３の広がりによって、他方では管側に配置されｚ方向に移動可能な絞り開口を有する絞り７によって設定される。

Ｘ線管１は高電圧発生装置８を介して例えば１２０ｋＶの高電圧を供給される。制御装置９は、測定データの取得を行なうために、コンピュータ断層撮影装置の個々の構成要素、特に高電圧発生装置８、ガントリ６、検出器要素２並びに患者寝台を駆動するのに用いられる。検出器２から供給された測定データは画像コンピュータ１０に継送される。画像コンピュータ１０においては、測定データから画像再構成が、すなわち本発明による方法では主画像および中間画像の再構成が行なわれる。画像コンピュータ１０はこれらの画像を時間的順番でモニタ１１に表示する。

検査を行なう医師のＸ線被曝を回避するために、インターベンション治療の際に回転枠６の個々の各回転中に短時間だけＸ線が遮断される。それによって、複数の回転に亘って持続する連続的な測定走査が生じるのではなく、図２に典型例で回転枠の３回転についての３つの相前後する測定走査１２（１）〜１２（３）に基づいて示されているように、一連の個々の測定走査が生じる。個々の測定走査１２（１）〜１２（３）の間には測定休止期間があり、これらの測定休止期間では測定データ検出は行なわれない。図の下部には回転枠６が概略的に示され、この回転枠において各測定走査についての測定データ検出の角度範囲Δα_Hが認識できる。個々の各測定走査１２（１）〜１２（３）は角度位置αで開始する。

従来技術の公知の方法では、その都度、２つの隣接する測定走査１２（１），１２（２）の主画像１３（１），１３（２）から中間画像１４（１＋２），１４（２＋３）が補間される。図２において認識できるように、両主画像１３（１），１３（２）から中間画像１４（１＋２）を補間するためには、第２の測定走査１２（２）が終了していなければならない。なぜならば、そのときに初めて主画像１３（２）を完全に再構成することができるからである。従って、この中間画像１４（１＋２）の表示が最初に可能になる時点は、第２の測定走査１２（２）の終了直後にある。それゆえ、合理的な画像列表示のためには、質的価値の高い主画像１３（２）を第２の測定走査１２（２）の終端よりも、図２に示されているように遅れさせることが必要である。この場合に、主画像１３（１），１３（２）は回転枠６の半回転の時間だけ意図的に遅れさせられている。

この遅れは、本発明による方法を実施する際に、図３から分かるように完全に回避される。この実施例では、主画像１３（１），１３（２），１３（３）はそれぞれ所属する測定走査１２（１），１２（２），１２（３）の終端で表示され、中間画像１４（１＋２），１４（２＋３）はそれぞれ、時間的にそれぞれ進行中の測定走査１２（２），１２（３）の中央に表示される。このことは中間画像１４の本発明による算出方式からもたらされる。すなわち、この中間画像１４は生データから直接に再構成され、隣接する主画像１３の画像データから補間されない。進行中の測定走査１２において中間画像１４の発生時点でまだ不足している測定データは、先行する測定走査から供給される。更に、この種の画像作成は、２つの隣接する主画像からの補間に比べて明らかに改善された画質をもたらす。本実施例においては、主画像１３の中間画像発生によって遅れさせられない画像表示と、それぞれの測定走査１２の中央での中間画像１４の画像表示とによって、時間的に不規則な画像列が生じる。均一な画像列が望まれる場合、これは、主画像１３の画像表示を僅かに遅れさせるか又は中間画像１４の再構成および表示を時間的に早めるかによって達成される。これは図４および図５に具体例で示されている。

更に、中間画像１４（１＋２）もしくは１４（２＋３）が、それぞれ進行中の測定走査１２（２）もしくは１２（３）の中央で再構成されて表示される場合、画像列の全画像の一様な時間的間隔は、主画像１３（１），１３（２），１３（３）の時間的遅延によって達成することができる。この場合に、主画像は［（１−Δα_H／３６０°）／２］×［回転時間］だけ意図的に遅れさせられなければならない。検出角度がΔα_H＝２４０°であり、且つ回転時間（回転枠６の完全な一回転に要する時間）が８００ｍｓである場合、１３３ｍｓの遅延が生じる。この遅延が望まれない場合、図５により明らかのように、中間画像の再構成および表示を時間的に遅れさせることができる。この場合には、主画像１３（１），１３（２），１３（３）がそれぞれ所属する測定走査１２（１），１２（２），１２（３）の終了直後に再構成されて表示され、これに対して中間画像１４（１＋２），１４（２＋３）は半回転時間だけ遅れて再構成されて表示される。進行中の測定走査における中間画像の中に入る角度範囲Δα_Zは、検出角度がΔα_H＝２４０°である場合に、Δα_Z＝Δα_H−１８０°＝６０°にすぎず、従ってまだ比較的僅かしか新たな情報を含んでいない。もちろん、各用途のために主画像１３の表示遅延と中間画像１４の前倒しとの間の妥協を見いだすことができる。この妥協は上述の実施例の事例構成間にもあり得る。

十分な演算速度の場合、２つの主画像の間に、他の各中間画像が現在の測定走査から一段と多くの測定データを処理することによって互いに異なる複数の中間画像を算出することができる。

中間画像１４の再構成時に不一致性アーチファクトを低減させるための上述した例においては、関与した測定走査の読出しの間でハードに切り替えられるのではなく、定められた移行角度範囲においてソフトに重ねられるつまりオーバーラップされる。これは例えばｃｏｓ²関数を用いて約３０°の角度範囲において行なわれ、この角度範囲においては関与した両測定走査の生データがｃｏｓ²関数によって予め与えられた重み付けをなされて中間画像の再構成に使用される。

本発明による方法を実施するためのコンピュータ断層撮影装置の構成を示す概略図 従来技術による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図 本発明による方法の第１実施例による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図 本発明による方法の第２実施例による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図 本発明による方法の第３実施例による関連する主画像および中間画像の測定走査および表示の時間的経過を示す概略図

符号の説明

１ Ｘ線管（Ｘ線源）
２ Ｘ線検出器要素
３ 焦点
４ 患者
５ Ｘ線束
６ 回転枠（ガントリ）
７ 絞り
８ 高電圧発生装置
９ 制御装置
１０ 画像コンピュータ
１１ モニタ
１２ 測定走査
１２（１） 測定走査
１２（２） 測定走査
１２（３） 測定走査
１３ 主画像
１３（１） 主画像
１３（２） 主画像
１３（３） 主画像
１４ 中間画像
１４（１＋２） 中間画像
１４（２＋３） 中間画像
α 角度位置
Δα_H 測定データ検出角度範囲
Δα_Z 中間画像に入る角度範囲

Claims (8)

1. 複数の相前後する測定走査（１２）において検査対象（４）の対象ボリュームが検出され、各測定走査（１２）の測定データからそれぞれ１つの主画像（１３）を再構成することによって一連の主画像（１３）が得られ、主画像が時間的順番で表示され、画像列周波数を高めるために中間画像（１４）が算出されて主画像（１３）の間に表示される断層撮影画像形成モダリティによる画像形成方法おいて、
   中間画像（１４）が、測定走査（１２）内の予め定められた時点で、それぞれ進行中の測定走査（１２）のこの時点までに検出された測定データとそれぞれ先行する測定走査（１２）の、完全な再構成のためにはまだ不足する測定データとの結合から直接に再構成されることを特徴とする断層撮影画像形成モダリティによる画像形成方法。
2. 完全な測定走査の最初の走査部分（Δα_Z）に相当する進行中の測定走査（１２）の既に検出された測定データと先行する測定走査（１２）の既に検出された測定データとの結合は、進行中の測定走査（１２）の測定データに、完全な測定走査にとって残っている走査部分（ΔαＨ−Δα_Z）に相当する先行する測定走査（１２）の測定データを補充することによって行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 完全な測定走査の最初の走査部分（Δα_Z）に相当する進行中の測定走査（１２）の既に検出された測定データと先行する測定走査（１２）の既に検出された測定データとの結合は、進行中の測定走査（１２）の測定データに、完全な測定走査のために残っている走査部分（ΔαＨ−Δα_Z）に相当する先行する測定走査（１２）の測定データを補充することによって行なわれ、最初の走査部分と残っている走査部分との移行範囲において、進行中の測定走査（１２）の既に検出された測定データと先行する測定走査（１２）の測定データとの結合は、移行範囲において進行中の測定走査（１２）の測定データと先行する測定走査（１２）の測定データとの間の重み付けされた混合が再構成に使用されるように重なり関数を用いて行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 測定走査（１２）がコンピュータ断層撮影装置により行なわれ、コンピュータ断層撮影装置の回転枠（６）の各完全回転について１つの主画像（１３）が再構成されて表示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. 各測定走査（１２）が３６０°よりも小さい角度範囲Δα_Hだけに亘って広がるように、回転枠（６）の各回転の予め与えられた角度範囲において測定データの検出が行なわれないことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 主画像（１３）はそれぞれ所属する測定走査（１２）の終了直後に再構成されて表示され、中間画像（１４）はそれぞれ２つの相前後する主画像（１３）の間に少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. 主画像（１３）はそれぞれ所属する測定走査（１２）の終了直後に再構成されて表示され、中間画像（１４）はそれぞれ進行中の測定走査（１２）の始端および終端に対して少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
8. 中間画像（１４）はそれぞれ進行中の測定走査（１２）の始端および終端に対して少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示され、主画像（１３）はそれぞれ２つの相前後する中間画像（１４）の間に少なくともほぼ時間的に等間隔で再構成されて表示されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。

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