JP2008539930A - 超短スキャン及び最新データのより強い重み付けを実行する連続コンピュータ断層撮影 - Google Patents

超短スキャン及び最新データのより強い重み付けを実行する連続コンピュータ断層撮影 Download PDF

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Abstract

対象物又は患者の関心領域（ＲＯＩ）をリアルタイムで検査するためのコンピュータ断層撮影装置、方法、コンピュータ可読媒体及びプログラムを提供する。関心領域のみが再構成されるときには、放射線源のビーム角をαとして、π＋α未満の円弧に及ぶように放射線源及び検出素子を回転させることで十分である。このスキャン範囲は超短スキャンと呼ばれる。超短スキャンは、より少ないデータを生成する。その結果、画像再構成は速くなり、リアルタイムＣＴに非常に好ましいものとなる。ＣＴデータは更に、超短スキャンの終了部分で検出されたデータが超短スキャンの開始部分で検出されたデータより強く重み付けられるようにして重み付けを行われ得る。

Description

本発明はＸ線撮像分野に関する。特に、本発明はコンピュータ断層撮影装置、コンピュータ断層撮影装置を用いた興味対象の検査方法、コンピュータ可読媒体、及びプログラム要素に関する。
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、単一の回転軸の周りで撮影された一連の２次元Ｘ線画像から対象の内部の３次元画像を生成するための、デジタル処理を用いる処理である。ＣＴ画像の再構成は適当なアルゴリズムを適用することによって行われる。
非特許文献１は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置を用いて収集されたデータに従って画像を再構成するために導き出されたフィルタ補正逆投影アルゴリズムを実行する扇ビーム投影からの２次元画像の再構成を開示している。
非特許文献２は、円錐ビーム螺旋コンピュータ断層撮影用のフィルタ補正逆投影アルゴリズムを開示している。
ＣＴ透視法は、特に生検（バイオプシー）及びその他の画像誘導手順を支援するための、ＣＴを連続撮像モードで使用する処理である。しかしながら、連続ＣＴシステム（ＣＣＴ）とも呼ばれる既知のＣＴ透視システムにおいては、興味対象の導出画像を実時間表示することは困難である。何故なら、莫大な量のデータと複雑な再構成アルゴリズムとのために、収集データから画像を再構成するのに相当に長い時間が必要とされるからである。従って、ＣＣＴにおける最重要問題の１つは待ち時間（latency）である。
F.Noo、M.Defrise、R.Clackdoyle、H.Kudo、「Image reconstruction from fan-beam projections on less than a short scan」、2002年、Phys.Med.Biol.、第47巻、p2525-2546 H.Kudo、F.Noo、M.Defrise、T.Rodet、「New approximate filterd backprojection algorithm for cone-beam helical CT with redundant data」、2003年、IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record
本発明は、収集データから画像を決定する時の実効的な待ち時間が十分に短縮されたコンピュータ断層撮影装置を提供することを目的とする。
本発明に従って、独立請求項に従った特徴を有する、コンピュータ断層撮影装置、コンピュータ断層撮影装置を用いた興味対象の検査方法、コンピュータ可読媒体、及びプログラム要素が提供される。
本発明に従って提供される興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置は、興味対象の周りを回転するように適応され、且つ所定のビーム角を有する電磁放射線ビームを興味対象に放射するように適応された電磁放射線源を有する。さらに、当該コンピュータ断層撮影装置は、興味対象の周りを回転するように適応され、且つ電磁放射線源から放射され興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出するように適応された検出素子群を有し、スキャン区画群は興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する。当該コンピュータ断層撮影装置は更に、検出されたスキャン区画群の解析に基づいて興味対象の画像を繰り返し決定するように適応された決定ユニットを有する。
また、本発明に従って提供される、コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査する方法は、興味対象の周りで電磁放射線源及び検出素子群を回転させる段階、電磁放射線源によって、所定のビーム角を有する電磁放射線ビームを興味対象に放射する段階、及び検出素子群によって、電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階を有する。スキャン区画群は興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する。また、検出されたスキャン区画群の解析に基づいて興味対象の画像が繰り返し決定される。
また、本発明に従って、コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査するコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ可読媒体が提供され、該コンピュータプログラムはプロセッサによって実行されるとき、上述の方法の段階群を制御あるいは実行するように適応されている。
さらに、本発明に従って、興味対象を検査するコンピュータプログラムが提供され、該コンピュータプログラムはプロセッサによって実行されるとき、上述の方法の段階群を制御あるいは実行するように適応されている。
本発明に従った興味対象の検査は、コンピュータプログラムによって、すなわちソフトウェアによって、あるいは１つ又は複数の特別な最適化電子回路を用いることによって、すなわちハードウェアにて、あるいは複合的な形態にて、すなわちソフトウェア要素及びハードウェア要素によって、実現されることが可能である。コンピュータ可読媒体及びプログラムは、コンピュータ断層撮影装置を制御する制御システム内に実装されてもよい。
本発明の典型的な実施形態が従属請求項にて開示される。
本発明の典型的な一実施形態に従って提供される、興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置は、興味対象の周りを回転するように適応され且つ電磁放射線ビームを興味対象に放射するように適応された電磁放射線源、及び興味対象の周りを回転するように適応され且つ電磁放射線源から放射され興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出するように適応された検出素子群を有する。当該コンピュータ断層撮影装置は更に、検出されたスキャン区画群の解析に基づいて、実質的に実時間で表示可能にされるように興味対象の画像を繰り返し決定するように適応された決定ユニットを有する。この決定ユニットは更に、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられるように適応されている。
本発明の典型的な他の一実施形態に従って提供される、コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査する方法は、興味対象の周りで電磁放射線源及び検出素子群を回転させる段階、電磁放射線源によって、電磁放射線ビームを興味対象に放射する段階、及び検出素子群によって、電磁放射線源から放射され興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階を有する。さらに、興味対象の画像が実質的に実時間で表示可能にされるように、検出されたスキャン区画群の解析に基づいて繰り返し決定され、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータは、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられる。
本発明の一態様に従って、連続的に捕捉された検出データから得られた画像を実時間表示することを可能にするコンピュータ断層撮影装置が提供される。これは、スキャン区画群を調整し、興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角（例えば、ビームの扇角）とπ（すなわち、半回転）とを足し合わせた角度より小さいスキャン角度（ガントリーに取り付けられた電磁放射線源及び検出素子群の回転中にスキャンされる角度）を有する超短スキャン区画群にすることによって可能にされる。言い換えると、例えば興味対象の中心の円形領域といった興味対象の部分領域に関するデータのみが評価され、その結果、この興味対象の狭い部分に強く関連するデータのみが解析、すなわち、興味対象の少なくとも一部の画像を決定すなわち再構成することに考慮される。本発明によれば、上述の非特許文献１によって別の事情で導入された超短スキャンの概念が、決定された画像をほぼ実時間で表示することを可能にするように、連続ＣＴシステム（又はＣＴ透視システム）の枠組み内で実装される。故に、本発明に従ったコンピュータ断層撮影透視装置により、興味対象の関心部位の或る種の“動画”を生成することが可能になり、例えば、この“動画”を生検のような処置を計画、制御あるいは実行する放射線医に提供することが可能になる。解析されるべきデータが少ないことは、解析時間が短くなり、ひいては待ち時間が短縮されることを意味する。
本発明の他の一態様に従って、収集データに重み付けする効果的な手法が提供される。この重み付け方法によれば、データが収集されてから短時間しか経っていない（すなわち、スキャン区画に関するデータを収集する手順の終了部分で収集された）スキャン区画のデータが主として、そして好ましく、続く画像再構成のために選択され、一方、データが収集されてから相当に長い時間が経っている（すなわち、スキャン区画に関するデータを収集する手順の開始部分で収集された）スキャン区画のデータは低い優先順位を付けられる。
本発明は、相異なりながらも強い関連を有する複数の特徴に関係するものである。１つの特徴によれば、より少ない量のデータを用いて処理を行うことを可能にする超短スキャンを提供し、それにより解析又は再構成を速めることによって、実際の待ち時間が短縮される。他の１つの特徴によれば、直近に収集されたデータ、すなわち、スキャンの終了部分で収集されたデータを主に使用することによって、実効的な待ち時間が短縮される。何れの手段も、単独で、あるいは組み合わされて、ＣＴ透視システムの枠組み内で待ち時間を短縮することが可能である。
放射線医が患者の肺組織の標本を取得することを望む状況が発生し得る。このためには、放射線医は肺の中に針を挿入しなければならない。この危険を伴う手順において放射線医を支援するため、放射線医が処置する器官（例えば、肺）の時間分解画像を放射線医に提供することが有利である。これは本発明により、処理されるべきデータ量が削減される、すなわち、興味対象の関心領域に関するデータのみが処理される、有意に簡略化且つ高速化された再構成アルゴリズムを提供することによって可能にされる。さらに、非常に最近のデータを主として評価することにより、画像の信頼度が高められる。言い換えると、超短スキャンがＣＣＴ装置の枠組み内で実現され、且つ／或いは改善された重み付け方法が実現される。
故に、ＣＴスキャナを用いて、狭められた関心部位からの、且つ／或いは高い最新性を有するデータを連続的に捕捉し、連続的に画像を再構成することによって、ＣＴ画像の実時間表示が可能にされる。従って、非常に短い待ち時間を達成することができ、例えば生検のため、対象又は関心領域の信頼度の高いデータを放射線医に提供することが可能である。言い換えると、本発明は、短いスキャン時間と短時間での画像再構成とを可能にする実時間ＣＴ又はＣＴ透視装置を提供するものである。実時間画像は、例えば損傷、生検及び排液などの介入手順を導くために使用され得る。この画像は例えば毎秒１２フレームといった特定のフレーム速度で再構成され得る。そして、実時間で再構成されたデータはＣＴ透視の出力を表示するモニターに提供可能である。
ＣＴ透視としても知られる連続ＣＴ（ＣＣＴ）においては、ガントリーの回転中に患者のＸ線投影が連続的に収集される。一連の画像／ボリュームが再構成されるが、例えば生検の、オンライン誘導を可能にするために最新の患者状態を表すのは最も新しい画像／ボリュームであると思われる。本発明によれば、ＣＣＴにおける最重要問題の１つである待ち時間が有意に短縮される。従来技術による再構成がデータの適時性に関係なく所謂“短スキャン区画”に沿って収集されたデータに基づいて実行されるのと対照的に、本発明に従った再構成は所謂“超短スキャン区画”を実現することができ、且つ／或いは最新のデータに重点を置くことができる。
上述の非特許文献１（これは参照することにより、本出願の開示に組み込まれる）は、本発明に従ったシステムの枠組み内でデータを解析するために使用され得るアルゴリズムを開示しているが、関心領域の再構成のために短スキャン区画よりさらに小さいことを必要とする２次元再構成アルゴリズムを開示するものである。このアルゴリズムを本発明に従ってＣＣＴ技術に適用することにより、待ち時間は有意に短縮されることが可能である。ＣＴ透視システムに適用されたときの非特許文献１に従ったアルゴリズムの他の利点は、データを重み付けることがデータをフィルタリングした後に実行され得ることである。故に、本発明によれば、スライディングウィンドウ方式の再構成法が、Parkerの重み付け又はリビニング後の平行ビーム再構成法を用いる伝統的な方法より効率的に実行されることができる。
本発明の一態様によれば、超短スキャンがＣＴ透視法にて実行され得る。ＣＴ透視法によれば、ＣＴチューブの連続回転により生成される常時更新される画像が表示され得る。故に、ＣＴデータの実時間解析が、本発明に従って、興味対象全体に及ぶ扇角にπを足し合わせた角度より小さいスキャン角度を用いることによって実行される。
従属請求項にて、本発明の更なる典型的な実施形態が記述される。
続いて、興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置の典型的な実施形態を説明する。これらの実施形態は、何れか１つのコンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査する方法、コンピュータ可読媒体及びプログラムにも適用され得るものである。
コンピュータ断層撮影装置は決定ユニットが興味対象の一部のみの画像を決定するように適応されていてもよい。この方策を用いることにより、解析されるべきデータ量が削減される。何故なら、興味対象の一部（例えば、患者の一器官又はその一部のみ、）に関するデータのみが使用されるからである。特に、解析される興味対象の部分は興味対象の中心部分であってもよい。この中心部分は興味対象の中心の円形部分であってもよい。興味対象の部分は凸型の形状を有するべきであり、例えば球状であってもよい。
決定ユニットは、検出されたスキャン区画群のスライディングウィンドウ方式の再構成解析法に基づいて、興味対象の構造を繰り返し決定するように適応されていてもよい。言い換えると、Ｘ線管及び検出器が回転する例えば円形軌道上の異なる区画群に関するデータが、興味対象又はその一部の画像を再構成するために使用されてもよい。
コンピュータ断層撮影装置は更に、決定された興味対象の構造の画像を実時間で表示する表示装置を有していてもよい。例えば、生検を計画あるいは実行するために、放射線医が興味対象の構造の時間依存性を監視することを可能にするモニターが放射線医のために設けられてもよい。この表示装置は、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）又はプラズマディスプレー装置とし得る。
実時間表示可能な興味対象の構造の画像に基づいて興味対象の処置を制御するように適応された制御ユニットが設けられてもよい。具体的には、制御ユニットは実時間表示可能な興味対象の画像に基づいて興味対象の生検を制御するように適応されていてもよい。これはユーザが処置中に興味対象の最新の構造を連続的に監視することを可能にし、それにより、興味対象の一層と信頼でき且つ危険の少ない処置が可能になる。
決定ユニットは、検出されたスキャン区画群に関するデータをフィルタリングし、その後、スキャン区画群に関するフィルタリングされたデータを重み付けすることを含む解析法に基づいて、前記興味対象の構造の画像を繰り返し決定するように適応されていてもよい。言い換えると、本発明によれば、重み付けはフィルタリング後に適用され得る。この特徴により、再構成、特に、スライディングウィンドウ方式の再構成のための計算コストを削減することが可能になり、その結果、待ち時間特性が更に向上され得る。
決定ユニットは更に、スキャン区画に関するデータを不連続な重み関数を用いて重み付けるように適応されていてもよい。言い換えると、本発明の場合には（ステップ関数のような）滑らかでない重み関数が使用されてもよく、より小さい計算負荷で、故に高速に、画像を再構成することが可能になる。アーチファクトが抑圧されるように重み関数を選択することが有利になり得る。
決定ユニットは、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられるように適応されていてもよい。例えば超短スキャン区画である１つのスキャン区画内で、πより大きい角度がＸ線管及び検出器によって及ばれてもよい。この角度範囲の終了部分で捕捉されたデータは開始部分で捕捉されたデータより時間的に近いものである。本発明の重み付け手法によれば、主としてかなり最近に捕捉されたデータが解析に使用され、再構成されて表示される画像は、それほど前ではない時点での興味対象の形状に関するものとなる。言い換えると、重み関数は、スキャン区画の“若い”データが解析に使用され、比較的“老けた”データが除外あるいは弱めに使用されるように選択され得る。
決定ユニットは更に、興味対象の構造の３次元画像を繰り返し決定するように適応されていてもよい。この立体すなわち三次元の画像は２次元投影から計算されることが可能である。
特に、本発明に従ったコンピュータ断層撮影装置は、コンピュータ断層撮影透視装置又は連続コンピュータ断層撮影装置として適応されていてもよい。この技術の枠組みにおいて、検査中の対象の実時間画像を提供することは特に有利である。
本発明に従ったコンピュータ断層撮影装置は電磁放射線源及び検出素子群が円形軌道に沿って興味対象の周りを回転するように適応されていてもよい。言い換えると、電磁放射線源及び検出素子群が検査中の興味対象の周りを回転するようにガントリーに配置されて、円形スキャンが実行されてもよい。円形スキャンは、マルチスライス型の検出器が使用されるときに特に有利になり得る。しかしながら、単一スライス型の検出器が使用されてもよい。
コンピュータ断層撮影装置は電磁放射線源と検出素子群との間に配置されたコリメータを有していてもよく、該コリメータは電磁放射線源によって放射された電磁放射線ビームを平行にして、所定のビーム角を有する扇ビーム又は円錐ビームを形成するように適応されていてもよい。このコリメータは、故に、放射線形状を定めることを可能にする。本発明は主として扇ビーム形状を対象にしているが、円錐ビーム形状に適用されてもよい。
コンピュータ断層撮影装置の検出素子群は単一スライス型の検出器アレイを形成していてもよい。この構成は少ない労力でコンピュータ断層撮影装置を構築することを可能にする。
他の例では、検出素子群はマルチスライス型の検出器アレイを形成していてもよい。この構成は特に円形スキャンと組み合わされたときに有利になり得る。
コンピュータ断層撮影装置は、医療用装置、材料試験装置、及び材料科学分析装置から成るグループの１つとして構成されていてもよい。本発明により、或る特定種類の材料を時間分解的に自動的に認識することが可能な高品質の自動システムが作り出される。このシステムは、検査される対象物又は人を透過あるいは通過して興味対象内の関心領域を高い精度で検出することが可能な検出器に達するＸ線を放射するＸ線源を備えた、本発明に係るコンピュータ断層撮影装置を採用し得る。
本発明の上記態様及び更なる態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、これら実施形態を参照して説明される。
本発明について、実施形態を参照しながら更に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
図面中の説明図は概略的なものである。相異なる図において、類似又は同一の要素には同一の参照符号を用いることとする。
図１Ａは、本発明に従ったコンピュータ断層撮影スキャナシステムの典型的な一実施形態を示している。この典型的な一実施形態を参照し、患者の器官の検査への適用に関して本発明を説明する。しかしながら、本発明はこの用途に限定されるものではなく、医療撮像分野、又は例えば材料試験などのその他の産業用途の分野にも適用され得るものである。
図１Ａに示されたコンピュータ断層撮影装置100は扇ビームによるＣＴスキャナである。しかしながら、本発明は円錐ビーム形状を用いて実施されてもよいものである。図１Ａに示されたＣＴスキャナはガントリー101を有し、ガントリー101は回転軸102の周りを回転可能である。ガントリー101はモータ103によって駆動される。参照符号104は例えばＸ線源などの放射線源を示しており、この放射線源は本発明の一態様に従って多色又は実質的に単色の放射線を放射する。
参照符号105は、放射線源から放射された放射線ビームを扇状の放射線ビーム106に整形する開口系を示している。扇ビーム106は、ガントリー101の中央、すなわちＣＴスキャナの検査領域、に配置された興味対象107を貫通し、さらには検出器108に突き当たるように向けられる。検出器108は、図１Ａから理解され得るように、検出器108の表面に扇ビーム106が及ぶように、放射線源104に対向してガントリー101に配置されている。図１Ａに示された検出器108は複数の検出素子123を有しており、各検出素子123は興味対象107を貫通したＸ線を検出することが可能である。
興味対象107のスキャン中、放射線源104、開口系105及び検出器108はガントリー101とともに矢印116で指し示される向きに回転させられる。放射線源104、開口系105及び検出器108を備えるガントリー101の回転のため、モータ103はモータ制御ユニット117に接続されており、モータ制御ユニット117は決定ユニット118（これは計算ユニットとも呼ばれる）に接続されている。
図１Ａにおいて、興味対象107は架台119上に配置された患者である。興味対象107のスキャン中、ガントリー101は患者107の周りを回転する。架台119は興味対象107をガントリー101の回転軸102に平行な方向に移動させてもよい。興味対象107は円形のスキャン経路に沿ってスキャンされてもよい。
図１Ａに示されるような扇ビーム構成に代えて、本発明は円錐ビーム構成によって実施されることもできる。主の扇ビームを生成するため、開口系105はスリットコリメータとして構成されていてもよい。
検出器108は決定ユニット118に接続されている。決定ユニット118は、検出器108の検出素子123から読み出された出力である検出結果を受け取り、これらの出力に基づいてスキャン結果を決定する。さらに、決定ユニット118はモータ制御ユニット117と信号伝達してモータ103を用いてガントリー101の動作を調整するとともに、Ｘ線源104と信号伝達して放射線量及び被曝時間を制御し得る。
決定ユニット118は検出器108の出力から画像を再構成するように適応され得る。計算ユニット118によって作成された再構成画像はディスプレー130によって出力されてもよい。ディスプレー130はまた、例えばキーパッドやコンピュータマウス等であるユーザとの相互作用のための手段を有し得る。
決定ユニット118は、検出器108の検出素子123から読み出された出力を処理するデータプロセッサによって実現されてもよい。
コンピュータ断層撮影装置100は、Ｘ線を興味対象107に放射するように適応されたＸ線源104を有している。電磁放射線源104と検出素子123との間に設置されたコリメータ105は、電磁放射線源104から放射された電磁放射線ビームを平行にして扇ビームを形成するように適応されている。検出素子群123はマルチスライス型の検出器アレイ108を形成している。コンピュータ断層撮影装置100は医療用検査装置として構成されている。
患者107の検査用のコンピュータ断層撮影装置100はＸ線管104を有しており、Ｘ線管104は、ガントリー101に取り付けられて患者107の周りを回転しながら、所定のビーム角αを有するＸ線ビームを患者107に放射するように適応されている。また、検出素子群123は、ガントリー101に取り付けられて患者107の周りを回転しながら、Ｘ線管104によって放射され患者107を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する。検出素子群123によって捕捉されるスキャン区画群は、患者107全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する。
決定ユニット118は、表示装置130上に実時間表示可能な画像が得られるように、検出されたスキャン区画群の解析に基づいて患者107の構造を表す画像を導き出す。具体的には、決定ユニット118は、患者107の関心部位125（例えば、検査中の器官としての肺、又は患者107内部の円形部分）に関連する検出データのみが画像再構成に考慮されるように適応される。故に、ディスプレー130上に連続的に表示されるべき関心部位125の３次元画像を導き出すために決定ユニット118によって処理されなければならないデータ量が削減される。検出されたスキャン区画群のスライディングウィンドウ方式の再構成解析法を用いて、決定ユニット118は関心部位125の３次元画像を決定することができる。
患者107の生検を計画する、あるいは同時に実行する放射線医は、関心部位125の最新の画像を表示装置130上で連続的に観察することができ、それにより、放射線医が患者107の健康に関して高い精度で且つ少ないリスクで生検を行うことが可能にされる。コンピュータ断層撮影装置100は、コンピュータ断層撮影透視装置又は連続コンピュータ断層撮影装置として適応される。
患者107の構造の画像を反復的に決定するとき、決定ユニット118は、検出されたスキャン区画群に関するデータをフィルタリングすることと、それに続いて、検出されたスキャン区画群に関するフィルタリング後のデータを重み付けることとを含む解析を実行する。フィルタリング後に重み付けを実行することにより、画像を再構成するための計算負荷、ひいてはシステムの実時間機能性が改善される。
後述されるように、決定ユニットはスキャン区画群に関するデータを不連続な重み関数、とりわけ、一種のステップ関数を用いて重み付ける。具体的には、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータは、スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられる。故に、ディスプレー130に表示される画像は、関心部位125の非常に最近の様子を説明するものとなる。
続いて図１Ｂを参照し、図１Ａのコンピュータ断層撮影装置100の一部を、該装置の幾何学配置を説明するために示す。
図１Ｂに示されるように、Ｘ線管104及び検出器108はガントリー101上で回転する。Ｘ線源104は、回転しながら、実質的に患者107の直径全体に及ぶ角度αの区画内に電磁放射線を放射する。しかしながら、後の解析及び画像の再構成では、例えば狭められた視野（ｆｏｖ）で十分である場合（例えば、角度βに関連する患者107の狭い部分125のみの画像が決定されるべき場合）など、使用される必要があるのは捕捉データの一部のみである。患者107の円形の中心部分125への限定により、Ｘ線管104及び検出器108がガントリー101とともに回転しなければならない角度範囲が非常に短くされる。
続いて、本発明の典型的な一実施形態に従った画像の再構成方法、及び測定の実行方法を説明する。
この典型的な一実施形態によれば、ＣＣＴ装置100で使用される方法は、２次元での方法（これはいつものように既に３次元に一般化されている）を提供する上述の非特許文献１及び２の方法に類似する超短スキャンアルゴリズムである。
図２に、この再構成手法の幾何学配置が示されている。
冗長性を有する光線群がそれらの多重度に従って重み付けられるように、測定される光線の投影値に作用する重み関数をw(n→,λ)とする。
Figure 2008539930
 傾斜とヒルベルトフィルタ
Figure 2008539930
 との関係、及び所謂Hamakerの関係（C.Hamaker等、「The divergent beam x-ray transform」、1980年、Rocky Mountain Journal of Mathematics、第6巻、p253-283参照）を用いることにより、次式が得られる：
Figure 2008539930
 これから、以下の正確な再構成アルゴリズムを得ることができる：
Figure 2008539930
 ただし、等式（５）、（６）において、gFはフィルタ関数であり、wは重み関数である。
標準的な扇ビーム再構成法とは対照的に、本発明のこの実施形態の再構成手法によれば、重み付けはフィルタリングの後に適用される。これにより、（Parkerの重み付けにおいてのように）アーチファクトを回避するために滑らかな重み関数を使用することが不要になる。この認識は以下にて活用される。
非特許文献１のNoo等のアルゴリズムをＣＣＴに適用するとき、ＣＣＴ適用に関しては空間解像度への要件はあまり厳しくないことを認識することが有利である。故に、前処理に際してこの段階での更なる待ち時間をごく僅かにするために、それに続く投影を減じることによってλに関する微分係数を近似することで十分である。
半径Rfovを有するシステムのスキャン視野より典型的に小さい領域である、半径rfovを有する中心の円形領域に、関心領域（ＲＯＩ）が完全に適合すると仮定する。
λ2＞λ1として、λ1及びλ2により境界される短スキャン区画は長さ：
Figure 2008539930
 を有する一方で、超短スキャン区画は長さ：
Figure 2008539930
 を有する。
非特許文献１のNoo等のアルゴリズムを用いる関心領域（ＲＯＩ）内の対象の再構成では、超短スキャン区画のみが必要とされる。
ＣＣＴでは、目標とするのは最新のデータを可能な限り強く用いることである。これは、以下の重み関数を用いることによってNoo等のアルゴリズムの枠組み内で達成され得る：
Figure 2008539930
 ただし、
Figure 2008539930
 であり、α(u)はuの位置で検出器に突き当たる光線の扇角である。
続いて図３Ａ乃至３Ｅを参照し、本発明に従って待ち時間が如何にして短縮されるかを説明する。
図３Ａ乃至３Ｅに示された図は横軸に沿って光源角λをプロットし、縦軸に沿って扇角αをプロットしている。図３Ａ乃至３Ｅの横軸に沿ってプロットされた光源角λは測定の時間軸に関係していると言える。図３Ａ乃至３Ｅの横軸に沿って右側のデータはスキャンの終わりで取得されたものであり、図３Ａ乃至３Ｅの横軸に沿って左側のデータはスキャンの始まりで取得されたものである。
図３Ａは、コンピュータ断層撮影装置を用いた興味対象の検査方法において収集されたデータを小さい点として示している。
図３Ｂは、従来のパラレルリビニング（parallel rebinning）方式の画像再構成法に関し、スキャン中に収集されるデータ（小さい点）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示している。小さい点は全く使用されない測定データを指し示している。大きい点は前処理及び逆投影に用いられるデータに関係している。しかしながら、数多くの非常に最近のデータが使用されていない（図３Ｂの右側の小さい点から成る三角形を参照）。故に、従来のパラレルリビニング方式の画像再構成法の場合には待ち時間がかなり大きい。
図３Ｃは、本発明の典型的な一実施形態に従った画像再構成法に関し、前処理には用いられるが逆投影には用いられないデータ（×印）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示している。図３Ｃに示されているように、主として非常に最近のデータが再構成に使用されており、実効的な待ち時間の短縮がもたらされる。
図３Ｂと図３Ｃとを比較すると、何れの方法も同一の投影領域を用いているが、図３Ｃに従った方法の方が、平均して最近のデータを使用しており、実効待ち時間が短くなる。図３Ｂ及び３Ｃは、狭められた視野ではなく全体の視野が検査される状況（rfov＝Rfov）に関係している。
続いて、図３Ｄ及び３Ｅでの画像再構成のためのデータ使用法を説明する。図３Ｄ及び３Ｅは、狭められた視野が検査される状況、すなわち、rfov＜Rfovである状況に関係している。
図３Ｄは、狭められた視野の再構成を用いる従来のパラレルリビニングに関し、スキャン中に収集されるデータ（小さい点）と、前処理には用いられるが逆投影には用いられないデータ（×印）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示している。しかしながら、数多くの非常に最近のデータが使用されていない（図３Ｄの右側の大きい点以外の印から成る三角形を参照）。故に、従来のパラレルリビニング方式の画像再構成法の場合には待ち時間がかなり大きい。
図３Ｅは、狭められた視野の再構成を用いる本発明の典型的な一実施形態に従ったコンピュータ断層撮影装置による興味対象の検査方法に関し、スキャン中に収集されるデータ（小さい点）と、前処理には用いられるが逆投影には用いられないデータ（×印）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示している。図３Ｅに示されるように、主として非常に最近のデータが再構成に使用されており、実効的な待ち時間の短縮がもたらされる。さらに、左側の４列のデータ（すなわち、非常に古いデータ）は再構成に全く必要でないので、処理されなければならないデータが少なくなり、処理時間が短縮される。従って、図３Ｅの場合には、実効的な待ち時間と実際の待ち時間との双方が有意に短縮される。
要するに、図３Ｄに従ったパラレルリビニング法は依然として全ての投影を使用するが、図３Ｅに従った方法は最も不適切な４つの投影を必要としない。故に、待ち時間が更に短縮される。
図３Ｃ、３Ｅに示されるように、右側の非常に最近のデータ、すなわち、大きい光源角λでのデータが図３Ｂ、３Ｄの場合よりも強く再構成に使用され、その結果、受け取られる画像は興味対象の非常に最近の画像となる。
全視野の再構成では、従来方法と新たな方法とで同一の投影角範囲が必要とされる。しかしながら、新たな方法の場合には、使用されるデータの“平均年齢”が低くなり、実効的な待ち時間が短くなる。ＲＯＩが小さいほど、本発明に従った方法を用いるときに必要とされる扇ビーム投影は少なくなり、実際の待ち時間が更に短縮される。
なお、重み付けはかなり広い範囲の光源角λで一定である。これにより、一様に重み付けられた投影の逆投影の一部は、後続の画像との間で共有されることが可能であり、全体の計算コストが削減され得る。
具体的には、本発明の典型的な一実施形態によれば、再構成は等式（５）及び（６）の公式を用いて行われる。
これらの等式において、hHはヒルベルト変換のコンボリューション・カーネルを表している。この本発明に従ったアルゴリズムの２つの主な特徴は、短スキャンより少ないデータを用いて再構成を容易にすること、及び重み付けがフィルタリングの後に適用されることである。第１の特徴はＣＣＴにおける待ち時間をその他の構成技術と比較して短縮するために使用されることができ、第２の特徴はＣＣＴにおいて必須であるスライディングウィンドウ方式の再構成法の計算コストを削減する。半径rfovを有する中心の円形領域に完全に適合する関心領域の連続的な再構成の場合、超短スキャン区画は等式（８）に従った投影角によって境界される。上述の発明によれば、可能な限り最小の待ち時間をもたらす等式（９）に従った重み関数が使用され得る。
図４は、本発明に従った方法の典型的な一実施形態を実行するための、本発明に従ったデータ処理装置400の典型的な一実施形態を示している。図４に示されたデータ処理装置400は、例えば患者や荷物品目などの興味対象を描写する画像を保存するメモリ402に接続された中央処理ユニット（ＣＰＵ）又は画像プロセッサ401を有している。データプロセッサ401は、複数の入力／出力ネットワーク、又は例えばＭＲ装置やＣＴ装置などの診断装置に接続され得る。データプロセッサ401は更に、データプロセッサ401にて計算あるいは適応された情報又は画像を表示する例えばコンピュータモニターといった表示装置403に接続され得る。操作者又はユーザは、キーボード404、及び／又は図４には示されていないその他の出力装置を介してデータプロセッサ501とやり取りしてもよい。さらに、バスシステム405を介して、画像処理及び制御プロセッサ401を、例えば、興味対象の動きを監視する動きモニターに接続することも可能である。例えば、患者の肺が撮像される場合、動きセンサーは呼吸センサーとしてもよい。心臓が撮像される場合には、動きセンサーは心電図（ＥＣＧ）としてもよい。
本発明が効果的に適用され得る典型的な技術分野には、手荷物検査、医療応用、材料試験、及び材料科学が含まれる。画質の向上及び計算量の削減が小さい努力で達成され得る。また、本発明は心疾患を検出する心臓スキャンの分野に適用されることができる。
なお、用語“有する”はその他の要素又は段階の存在を排除するものではなく、“或る（ａ又はａｎ）”は複数であることを排除するものではない。また、相異なる実施形態に関連して説明された要素が組み合わされてもよい。さらに、請求項中の参照符号は請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
本発明の典型的な一実施形態に従ったコンピュータ断層撮影装置を示す図である。 図１Ａのコンピュータ断層撮影装置により実行される超短スキャンの幾何学配置を示す概略図である。 本発明の典型的な一実施形態に従った光線の幾何学形状を示す図である。 コンピュータ断層撮影装置を用いた興味対象の検査方法において収集されたデータを示す図である。 従来のパラレルリビニングに関し、スキャン中に収集されるデータ（小さい点）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示す図である。 本発明の典型的な一実施形態に従ったコンピュータ断層撮影装置による興味対象の検査方法に関し、前処理には用いられるが逆投影には用いられないデータ（×印）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示す図である。 狭められた視野（ｆｏｖ）の再構成を用いる従来のパラレルリビニングに関し、スキャン中に収集されるデータ（小さい点）と、前処理には用いられるが逆投影には用いられないデータ（×印）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示す図である。 狭められた視野（ｆｏｖ）の再構成を用いる本発明の典型的な一実施形態に従ったコンピュータ断層撮影装置による興味対象の検査方法に関し、スキャン中に収集されるデータ（小さい点）と、前処理には用いられるが逆投影には用いられないデータ（×印）と、前処理及び逆投影に用いられるデータ（大きい点）とを示す図である。 本発明に係るコンピュータ断層撮影装置にて実現されるデータ処理装置の典型的な一実施形態を示す図である。

Claims (26)

  1. 興味対象を検査するためのコンピュータ断層撮影装置であって：
    前記興味対象の周りを回転するように適応され、且つ所定のビーム角を有する電磁放射線ビームを前記興味対象に放射するように適応された電磁放射線源；
    前記興味対象の周りを回転するように適応され、且つ前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出するように適応された検出素子群であり、該スキャン区画群は前記興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する、検出素子群；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて前記興味対象の画像を繰り返し決定するように適応された決定ユニット；
    を有するコンピュータ断層撮影装置。
  2. 前記決定ユニットは前記興味対象の一部のみの画像を決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  3. 前記決定ユニットは前記興味対象の中心部分のみの画像を決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  4. 前記決定ユニットは前記興味対象の中心の円形部分のみの画像を決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  5. 前記決定ユニットは、前記興味対象の凸型の形状を有する一部のみの画像を決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  6. 前記決定ユニットは、前記検出されたスキャン区画群のスライディングウィンドウ方式の再構成解析法に基づいて、前記興味対象の画像を繰り返し決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  7. 決定された前記興味対象の画像を実質的に実時間で表示する表示装置を有する請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  8. 実質的に実時間で表示可能な前記興味対象の画像に基づいて前記興味対象の処置を制御するように適応された制御ユニットを有する請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  9. 実質的に実時間で表示可能な前記興味対象の画像に基づいて前記興味対象の生検を制御するように適応された制御ユニットを有する請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  10. 前記決定ユニットは、前記検出されたスキャン区画群に関するデータをフィルタリングし、その後、前記検出されたスキャン区画群に関するフィルタリングされたデータを重み付けすることを含む解析法に基づいて、前記興味対象の画像を繰り返し決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  11. 前記決定ユニットは、スキャン区画に関するデータを不連続な重み関数を用いて重み付けるように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  12. 前記決定ユニットは、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられるように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  13. 前記決定ユニットは前記興味対象の３次元画像を繰り返し決定するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  14. コンピュータ断層撮影透視装置として適応されている請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  15. 前記電磁放射線源及び前記検出素子群が円形軌道に沿って前記興味対象の周りを回転するように適応されている請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  16. 前記電磁放射線源と前記検出素子群との間に配置されたコリメータを有し、該コリメータは前記電磁放射線源によって放射された電磁放射線ビームを平行にして、所定のビーム角を有する扇ビーム又は円錐ビームを形成するように適応されている、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  17. 前記検出素子群は単一スライス型の検出器アレイを形成している、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  18. 前記検出素子群はマルチスライス型の検出器アレイを形成している、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  19. 医療用装置、材料試験装置、及び材料科学分析装置から成るグループの１つとして構成された請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  20. コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査する方法であって：
    前記興味対象の周りで電磁放射線源及び検出素子群を回転させる段階；
    前記電磁放射線源によって、所定のビーム角を有する電磁放射線ビームを前記興味対象に放射する段階；
    前記検出素子群によって、前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階であり、該スキャン区画群は前記興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する、段階；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて前記興味対象の画像を繰り返し決定する段階；
    を有する方法。
  21. コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査するコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ可読媒体であって、該コンピュータプログラムはプロセッサによって実行されるとき：
    前記興味対象の周りで電磁放射線源及び検出素子群を回転させる段階；
    前記電磁放射線源によって、所定のビーム角を有する電磁放射線ビームを前記興味対象に放射する段階；
    前記検出素子群によって、前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階であり、該スキャン区画群は前記興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する、段階；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて前記興味対象の画像を繰り返し決定する段階；
    を制御するように適応されている、コンピュータ可読媒体。
  22. 興味対象を検査するプログラムであって、プロセッサによって実行されるとき：
    前記興味対象の周りで電磁放射線源及び検出素子群を回転させる段階；
    前記電磁放射線源によって、所定のビーム角を有する電磁放射線ビームを前記興味対象に放射する段階；
    前記検出素子群によって、前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階であり、該スキャン区画群は前記興味対象の全体に及ぶのに必要なビーム角と１８０°との和より小さい角度を有する、段階；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて前記興味対象の画像を繰り返し決定する段階；
    を制御するように適応されているプログラム。
  23. 興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置であって：
    前記興味対象の周りを回転するように適応され、且つ電磁放射線ビームを前記興味対象に放射するように適応された電磁放射線源；
    前記興味対象の周りを回転するように適応され、且つ前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出するように適応された検出素子群；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて、実質的に実時間で表示可能にされるように前記興味対象の画像を繰り返し決定するように適応された決定ユニットであり、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられるように適応されている決定ユニット；
    を有するコンピュータ断層撮影装置。
  24. コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査する方法であって：
    前記興味対象の周りで電磁放射線源及び検出素子群を回転させる段階；
    前記電磁放射線源によって、電磁放射線ビームを前記興味対象に放射する段階；
    前記検出素子群によって、前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて、実質的に実時間で表示可能にされるように前記興味対象の画像を繰り返し決定する段階であり、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられる、段階；
    を有する方法。
  25. コンピュータ断層撮影装置を用いて興味対象を検査するコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ可読媒体であって、該コンピュータプログラムはプロセッサによって実行されるとき：
    電磁放射線源によって、電磁放射線ビームを前記興味対象に放射する段階；
    前記検出素子群によって、前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて、実質的に実時間で表示可能にされるように前記興味対象の画像を繰り返し決定する段階であり、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられる、段階；
    を制御するように適応されている、コンピュータ可読媒体。
  26. 興味対象を検査するプログラムであって、プロセッサによって実行されるとき：
    前記電磁放射線源によって、電磁放射線ビームを前記興味対象に放射する段階；
    前記検出素子群によって、前記電磁放射線源から放射され前記興味対象を貫通した電磁放射線のスキャン区画群を繰り返し検出する段階；及び
    検出されたスキャン区画群の解析に基づいて、実質的に実時間で表示可能にされるように前記興味対象の画像を繰り返し決定する段階であり、スキャン区画検出期間の終了部分でデータが検出されたスキャン区画に関するデータが、該スキャン区画検出期間の開始部分で検出されたデータより強く重み付けられる、段階；
    を制御するように適応されているプログラム。
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