JP2009125584A - 計算機式断層写真法の方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】多数のＸ線エネルギ・レベルにおいて計算機式断層写真法（ＣＴ）投影データを取得するときに、多数の形式の画像を形成して表示する時間を短縮して効率を高める。
【解決手段】回転式ガントリ部分１４と連絡している制御器１７は、第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得するように構成されている。制御器１７は、基底物質分解アルゴリズム及びＣＴ投影データを用いて第一の画像対を再構成するように構成されている。制御器１７は、第一の画像対からの第一の画像を表示するように構成されている。制御器１７は、第一の画像対からの画像データを用いて第一の画像対を第二の画像へ変換して、第二の画像を表示するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本書に開示される主題は、計算機式断層写真法の方法及びシステムに関する。

典型的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源が、支持体に配置された患者又は手荷物のような被検体又は物体に向かってファン形状（扇形）又はコーン形状（円錐形）のＸ線ビームを放出する。ビームは、被検体によって減弱された後に、検出器アセンブリに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後のＸ線ビームの強度は典型的には、被検体によるＸ線ビームの減弱に依存する。

公知の第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アセンブリは、ファン形状Ｘ線ビームが被撮像物体と交差するガントリ角度が定常的に変化するように回転ガントリ部分において被撮像物体の周りを回転する。検出器アセンブリは典型的には、複数の検出器モジュールで形成されている。検出器素子の各々において受光されたＸ線ビームの強度を表わすデータが、一定範囲のガントリ角度にわたって収集される。これらのデータを最終的に処理して画像を形成する。
米国特許第６９０４１１８号

従来のＣＴシステムは、Ｘ線を多色スペクトルとして放出する。被検体の各々の物質のＸ線減弱は、放出されたＸ線のエネルギに依存する。この関係のため、多色Ｘ線ビームによって取得された画像は、当業者には周知のようにビーム・ハードニング・アーティファクトを生ずる。単色Ｘ線ビームによって取得されたＣＴ投影データでは、ビーム・ハードニング・アーティファクトは生じない。

ＣＴ投影データが多数のＸ線エネルギ・レベルにおいて取得される場合には、単色Ｘ線ビームによって取得された場合に似たビーム・ハードニング・アーティファクトを大方含まない画像を作成することが可能である。加えて、多数のＸ線エネルギ・レベルにおいて取得されたＣＴ投影データは、従来のＣＴ画像には含まれていない撮像被検体又は被撮像物体についての付加的な情報を含む。

問題は、多数の形式の画像を形成して表示する従来の方法は、時間が掛かって非効率的であることである。

本書では以上に述べた短所、欠点及び問題を扱い、このことについては以下の明細書を読解することにより理解されよう。

一実施形態では、診断画像の方法が、第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得するステップを含んでいる。この方法は、基底物質分解アルゴリズム及びＣＴ投影データを用いて第一の画像対を再構成するステップを含んでいる。この方法は、第一の画像対からの第一の画像を表示するステップを含んでいる。この方法はまた、第一の画像対からの画像データを用いて第一の画像対を第二の画像へ変換するステップと、第二の画像を表示するステップとを含んでいる。

もう一つの実施形態では、診断撮像の方法が、第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得するステップを含んでいる。この方法は、基底物質分解アルゴリズム及びＣＴ投影データを用いて第一の画像対を再構成するステップを含んでいる。この方法は、第一の画像対からの画像データを用いて第一の画像対を第一の画像へ変換するステップを含んでいる。この方法は、第一の画像を表示するステップを含んでいる。この方法は、第一の画像対からの画像データを用いて第一の画像対を第二の画像へ変換するステップを含んでいる。この方法はまた、第二の画像を表示するステップを含んでいる。

もう一つの実施形態では、ＣＴシステムが、回転式ガントリ部分と、回転式ガントリ部分に装着されているＸ線源と、回転式ガントリ部分に装着されている検出器アセンブリと、回転式ガントリ部分と連絡している制御器とを含んでいる。制御器は、第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得するように構成されている。制御器は、基底物質分解アルゴリズム及びＣＴ投影データを用いて第一の画像対を再構成するように構成されている。制御器は、第一の画像対からの第一の画像を表示するように構成されている。制御器は、第一の画像対からの画像データを用いて第一の画像対を第二の画像へ変換するように構成されており、制御器はまた、第二の画像を表示するように構成されている。

本発明のその他様々な特徴、課題及び利点は、添付図面及び図面の詳細な説明から当業者には明らかとなろう。

以下の詳細な説明では、説明の一部を成しており実施され得る特定の実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は当業者が当該実施形態を実施することを可能にするように十分に詳細に説明されており、他の実施形態を利用し得ること、並びに実施形態の範囲から逸脱することなく論理的変形、機械的変形、電気的変形及び他の変形を施し得ることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、発明の範囲を限定するものと解釈すべきでない。

図１に、一実施形態による計算機式断層写真法（ＣＴ）システム１０の模式図を示す。ＣＴシステム１０は、ガントリ１２、回転ガントリ部分１４、支持体１６、及び制御器１７を含んでいる。回転ガントリ部分１４は、Ｘ線源１８及び検出器アセンブリ２０を保持するように構成されている。Ｘ線源１８は、検出器アセンブリ２０に向かってＸ線ビーム２２を放出するように構成されている。支持体１６は、走査されている被検体２４を支持するように構成されている。以下では、「被検体」及び「物体」「対象」との用語は、撮像されることが可能な任意の物体を包含するものとする。支持体１６は、座標軸２６によって示すようにガントリ１２に関してｚ方向に沿って被検体２４を平行移動させることが可能である。制御器１７は、回転式ガントリ部分１４と連絡している。一実施形態によれば、制御器１７は、回転式ガントリ部分に電気的に接続される。但し、制御器は他の実施形態では回転式ガントリ部分と無線で連絡していてもよいことを理解されたい。制御器１７は、データの取得、並びにＣＴ画像の再構成及び表示を制御するように構成されているソフトウェア、ファームウェア及び／又はハードウェアを含み得る。制御器は、Ｘ線源１８の入／切状態、Ｘ線源１８の電力レベル、回転式ガントリ部分１４の位置及び回転速度、並びに被検体２４のガントリ１２に関する位置を制御するサブシステム（図示されていない）を含み得る。制御器１７はまた、再構成画像の変換及び再変換（断面変換：reformatting）を制御するように構成されることができ、このことについては後に改めて詳述する。

Ｘ線源１８は、多重エネルギ・レベルにあるＸ線を放出するように構成されている。例えば、Ｘ線源は、第一のＸ線エネルギ・レベルのＸ線及び第二のＸ線エネルギ・レベルのＸ線を放出することができる。ＣＴシステム１０は、多様な取得プロトコルを介してＣＴ投影データを取得するように構成され得る。例えば、取得プロトコルは、回転式ガントリ部分１４の１回の回転時に第一のＸ線エネルギ・レベルのＣＴ投影データを収集し、次いで、回転式ガントリ部分１４の別の回転時に第二のＸ線エネルギ・レベルのＣＴ投影データを収集することを含み得る。或いは、ＣＴシステム１０は、多数のＸ線エネルギ・レベルのＣＴ投影データをインタリーブ式で取得するように構成されていてもよい。例えば、Ｘ線源１８は、回転式ガントリ部分１４の回転中に多数回にわたって第一のＸ線エネルギ・レベルと第二のＸ線エネルギ・レベルとの間で切り換えを行なうように構成され得る。ＣＴシステム１０はまた、同時に多数のＸ線エネルギ・レベルのデータを取得するように構成されていてもよい。例えば、このことは、第一のＸ線エネルギ・レベルのＸ線と第二のＸ線エネルギ・レベルのＸ線とを差別化するように構成されている検出器アセンブリ２０を包含し得る。ＣＴシステム１０が多数のＸ線エネルギ・レベルのＣＴ投影データを取得し得るようにする方法のこれら三つの例は、非限定的であるものと解釈されたい。

図２には、一実施形態による多数のＸ線エネルギ・レベルからのＣＴ投影データを用いて再構成され得る画像の模式的な例が示されている。以下では、物質密度画像対３０から開始して物質密度画像対３０を他の形式の画像へ変換する実施形態を記載する。単色画像対３６を再構成する前に物質密度画像対３０を再構成する必要はないことを理解されたい。例えば、もう一つの実施形態によれば、単色画像対３６から開始することが可能である。

一旦、ＣＴ投影データが多数のＸ線エネルギ・レベルから取得されたら、これらのＣＴ投影データを用いて、基底物質分解アルゴリズム（以下、ＢＭＤアルゴリズムと呼ぶ）を用いて物質密度画像対３０を再構成することができる。ＢＭＤアルゴリズムは当業者に周知である。物質密度画像対３０は、水を基底物質とする物質密度画像３２と、ヨードを基底物質とする物質密度画像３４とを含んでいる。水及びヨードは例示的な基底物質として用いられているが、ＢＭＤアルゴリズムのために任意の２種の基底物質を選択することが可能であることを理解されたい。一実施形態によれば、制御器１７（図１に示す）は、基底物質の１又は複数の密度を選択的に調節することができる。各基底物質の密度を選択的に調節することにより、ＢＭＤアルゴリズムから作成される物質密度画像の密度特性を調節することが可能であり、このことについては後に改めて詳述する。

ＢＭＤアルゴリズムの間に、ＣＴ投影データからの実測投影は、一組の密度線積分投影へ変換される。密度線積分投影を再構成して、各々のそれぞれの基底物質の物質密度画像対３０を形成することができる。一旦再構成されたら、ＣＴシステム１０（図１に示す）によって形成される物質密度画像３２、３４は、被検体２４（図１に示す）の体内の特徴を２種の基底物質の密度として表現して明らかにする。物質密度画像３２、３４を表示してこれらの特徴を示すことができる。また、ＢＭＤアルゴリズムは物質密度画像対３０を作成するが、物質密度画像対３０の画像を両方とも表示する必要はないことを認められたい。換言すると、物質密度画像対３０の一方の画像を表示するに留めることが可能である。また、物質密度画像対３０を構成する画像のいずれも表示せずに物質密度画像対３０を再構成することも可能である。

一実施形態によれば、ＢＭＤアルゴリズムによって作成される物質密度画像３２、３４は、単色画像対３６を形成するように変換され得る。単色画像対３６は、第一の単色画像３８及び第二の単色画像４０を含んでいる。単色画像は、恰もＣＴ画像が被検体２４（図１に示す）から単色Ｘ線ビームによって投影データを収集することにより作成されたかのようにボクセルの強度値を割り当てた画像を含むものと定義される。本開示の目的のために、単色Ｘ線ビームは、単色Ｘ線エネルギ・レベルを有するものとして記載される。また、本開示の目的のために、単色Ｘ線ビームと単一のＸ線エネルギ・レベルのＸ線ビームとは一般に等価であるものと定義する。

第一の単色画像３８は、被検体２４が７０ｋｅＶの単色Ｘ線エネルギ・レベルのＸ線ビームに曝射された場合に作成されるものと等価な被検体２４（図１に示す）の部分の画像を概略的に表現する。第二の単色画像４０は、被検体２４が１００ｋｅＶの単色Ｘ線エネルギ・レベルのＸ線ビームに曝射された場合に作成されるものと等価な被検体２４の同じ部分の画像を概略的に表現する。単色画像３８、４０の強度は、被検体２４の解剖学的構造の部分をより鮮明に示すように、又は注目容積の内部でのコントラストを高めるように選択され得る。例えば、第二の単色画像４０はより高いエネルギのＸ線ビームによって作成される画像と等価であるため、第二の単色画像４０は第一の単色画像３８に存在しない情報を含む。単色Ｘ線エネルギ・レベルは、コントラスト雑音比又は信号対雑音比のような品質を最適化することにより、注目容積の見易さを高めるように選択され得る。また、単色画像対３６が作成されるが、単色画像３８、４０の一方のみを表示することが可能であることを理解されたい。一実施形態によれば、制御器１７（図１に示す）は、単色画像３８、４０の単色Ｘ線エネルギ・レベルを選択的に制御するように構成され得る。単色画像の単色Ｘ線エネルギ・レベルを選択的に制御することにより、利用者が診断に最も有用な単色Ｘ線エネルギ・レベルを客観的に決定し得るように多くの異なる単色画像を迅速に且つ容易に表示するのを可能にすることができる。

ＢＭＤアルゴリズムによって作成される物質密度画像３２、３４はまた、実効原子番号画像４２を形成するように変換されてもよい。実効原子番号画像４２は、従来のＣＴ画像のようなＸ線減弱ではなく、走査されている物質の実効原子番号に基づくボクセル値を割り当てる。一例として、多数のＸ線エネルギ・レベルのＸ線によって測定された複数の物質の任意の化合物又は混合物を、同じＸ線エネルギ減弱特性を有する一つの仮想的な物質として表現することができる。元素の原子番号とは異なり、化合物の実効原子番号は各物質のＸ線減弱特性及び濃度によって定義され、また整数である必要はない。この実効原子番号表現特徴は、診断Ｘ線撮像に有用なエネルギ範囲におけるＸ線減弱が化合物の電子密度に密接に関連し、この電子密度はまた物質の原子番号に関連するとの周知の事実に基づいている。物質密度画像対３０及び単色画像対の両方が、実効原子番号画像４２へ変換されるのに十分なデータを含んでいることを理解されたい。例えば、実効原子番号画像４２を、単色画像対３６を変換することにより形成することもできる。

図３は、一実施形態による診断撮像の方法５０を表わす流れ図である。方法５０の個々のブロック５２〜５９は、方法５０に従って実行され得るステップを表わす。ステップ５２〜５９は図示の順序で実行されなくてもよい。

図３を参照して述べると、ステップ５２では、第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得する。第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルでのデータの取得は、ＣＴシステム１０（図１に示す）の議論に記載した手法を含む任意の数の取得手法に従って生じ得る。

ステップ５４では、ＢＭＤアルゴリズム及びステップ５２において取得されたＣＴ投影データを用いて第一の画像対を再構成する。第一の画像対が物質密度画像対であるような実施形態について説明する。但し、第一の画像対が他の実施形態に従って異なる形式の画像を含み得ることは当業者には認められよう。本開示の目的のために、物質密度画像対の再構成は、当業者には公知のように、画像の各々のボクセルに対して特定の三次元位置での被検体の密度に相関する値を割り当てることを含んでいる。また、物質密度画像対を再構成することと物質密度画像対を表示することとは別であることを理解されたい。ステップ５５では、第一の画像対からの第一の画像を表示する。

ステップ５６では、ステップ５４において再構成された物質密度画像対を、物質密度画像対からの画像データを用いて第二の画像へ変換する。本開示の目的のために、「変換される」「変換する」等の用語は、新たなＣＴ投影データを取得せずに一つの画像形式から他の画像形式へ変化させることを含んでいる。本開示に記載される態様での画像の変換は、ステップ５４において再構成された物質密度対に含まれる画像データに基づくものである。画像の変換は、他のＣＴ投影データセットを再取得したり他の画像を再構成したりすることよりも何倍も潜在的に高速であり得るため、有利であり得る。可能な変換の非限定的一覧としては、物質密度画像対から単色画像対への変換、物質密度画像対から相異なる基底物質による物質密度画像対への変換、単色画像対から物質密度画像対への変換、単色画像対から１又は複数の異なるＸ線エネルギ・レベルを示す単色画像対への変換、物質密度画像対から実効原子番号画像への変換、並びに単色画像対から実効原子番号画像への変換等がある。変換及び画像形式は、上の図２の議論でさらに詳細に議論されている。

ステップ５８では、ステップ５６での変換時に作成された第二の画像対からの画像を表示する。表示は、モニタ、ディスプレイ、又は印刷用紙において画像を示すことを含んでいる。第二の画像はステップ５６において第一の画像対を変換することにより作成されているので、第一の画像は極めて迅速に表示準備ができる。一実施形態によれば、利用者が、略実時間で第一の画像対を異なる画像へ変換するように選択的に選ぶことができる。本開示の目的のために、「略実時間」との用語は、完了に５秒未満を要するような工程を含むものと定義される。但し、ＣＴシステム１０（図１に示す）の仕様に依存して、画像対から異なる画像への変換は、一実施形態によれば１秒未満で生じ得る。実施形態は変換済み画像を略実時間で示すが、利用者が多くの異なる変換済み画像を高速に観察することが可能であり得る。ステップ５８において、他の画像を観察すると決断した場合に、方法５０はステップ５６に戻って繰り返し、第一の画像対を他の画像へ変換することができる。方法５０は、必要な回数だけステップ５６及び５８を繰り返し実行することができる。代替的には、さらなる変換済み画像が観察されなくてよい場合には、方法５０はステップ５９へ進んで終了する。

図４は、もう一つの実施形態による診断撮像の方法６０を表わす流れ図である。方法６０の個々のブロック６２〜７４は、方法６０に従って実行され得るステップを表わす。ステップ６２〜７４は図示の順序で実行されなくてもよい。

図４を参照して述べると、ステップ６２では、第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得する。第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルでのデータの取得は、ＣＴシステム１０（図１に示す）の議論に記載した手法を含む任意の数の取得手法に従って生じ得る。

ステップ６４では、第一の画像対を、ＢＭＤアルゴリズム及びステップ６２において取得されたＣＴ投影データを用いて再構成する。本開示の目的のために、物質密度画像対の再構成は、当業者には公知のように、画像の各々のボクセルに対して特定の三次元位置での被検体の密度に相関する値を割り当てることを含んでいる。また、物質密度画像対を再構成することと物質密度画像対を表示することとは別であることを理解されたい。

ステップ６６では、ステップ６４において再構成された第一の画像対を、ステップ６４において再構成された第一の画像対からの画像データを用いて第一の画像へ変換する。ステップ６８では、第一の画像を表示する。ステップ７０では、第一の画像対を第二の画像へ変換する。一実施形態によれば、第二の画像は第一の画像と異なる。ステップ７２では、ステップ７０において作成された第二の画像を表示する。さらなる画像が要求される場合には、方法６０はステップ７０に戻って繰り返し、第一の画像対のさらなる変換が生ずる。ステップ７２において、さらなる変換済み画像が要求されない場合には、方法６０はステップ７４において終了する。

図３及び図４の両方を参照して述べると、ステップ５５、５８、６８及び７２は各々、画像を表示するステップを含んでいる。一実施形態によれば、ステップ５５、５８、６８及び７２において表示される画像はボリューム・レンダリング画像として表示され得る。ボリューム・レンダリング画像は当業者には周知の三次元表現であるため、ここでは立ち入って説明しない。加えて、各実施形態は、計算機式断層写真法画像を視覚化するために標準となっている方法で画像を操作することができる。操作の非限定的な一覧としては、コントラスト、輝度、ウィンドウ幅、ウィンドウ・レベル、及び断面変換を調節すること等がある。

本書の記載は、実例を用いて、最良の態様を含めて発明を開示すると共に、任意の装置又はシステムを作製して利用すること、及び任意の盛り込まれた方法を実行することを含めて任意の当業者が発明を実施することを可能にしている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書記言語と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書記言語と僅かな差しかないような等価の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

一実施形態によるＣＴシステムを示す模式図である。 一実施形態に従って多数のＸ線エネルギ・レベルからのＣＴ投影データを用いて再構成され得る画像の模式図である。 一実施形態による方法を示す流れ図である。 一実施形態による方法を示す流れ図である。

符号の説明

１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）システム
１２ ガントリ
１４ 回転ガントリ部分
１６ 支持体
１８ Ｘ線源
２０ 検出器アセンブリ
２２ Ｘ線ビーム
２４ 被検体
２６ 座標軸
３０ 物質密度画像対
３２ 水を基底物質とする物質密度画像
３４ ヨードを基底物質とする物質密度画像
３６ 単色画像対
３８ 第一の単色画像
４０ 第二の単色画像
４２ 実効原子番号画像
５０、６０ 診断撮像の方法

Claims (10)

1. 回転式ガントリ部分（１４）と、
   該回転式ガントリ部分（１４）に装着されているＸ線源（１８）と、
   前記回転式ガントリ部分（１４）に装着されている検出器アセンブリ（２０）と、
   前記回転式ガントリ部分（１４）と連絡している制御器（１７）と
   を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）であって、前記制御器（１７）は、
   第一のＸ線エネルギ・レベル及び第二のＸ線エネルギ・レベルにおいてＣＴ投影データを取得し、
   基底物質分解アルゴリズム及び前記ＣＴ投影データを用いて第一の画像対を再構成し、
   該第一の画像対からの第一の画像を表示し、
   前記第一の画像対からの画像データを用いて前記第一の画像対を第二の画像へ変換して、
   該第二の画像を表示する
   ように構成されている、計算機式断層写真法システム（１０）。
2. 前記第一の画像対からの前記第一の画像を表示するように構成されている前記制御器（１７）は、物質密度画像を表示するように構成されている制御器（１７）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
3. 前記制御器（１７）は、前記物質密度画像の密度を選択的に調節するようにさらに構成されている、請求項２に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
4. 前記第一の画像対からの前記第一の画像を表示するように構成されている前記制御器（１７）は、単色画像を表示するように構成されている制御器（１７）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
5. 前記制御器（１７）は、前記単色画像の単色Ｘ線エネルギ・レベルを選択的に調節するようにさらに構成されている、請求項４に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
6. 前記第二の画像を表示するように構成されている前記制御器（１７）は、物質密度画像を表示するように構成されている制御器（１７）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
7. 前記第二の画像を表示するように構成されている前記制御器（１７）は、単色画像を表示するように構成されている制御器（１７）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
8. 前記第二の画像を表示するように構成されている前記制御器（１７）は、実効原子番号画像を表示するように構成されている制御器（１７）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
9. 前記制御器（１７）は、前記第一の画像又は前記第二の画像のいずれかをボリューム・レンダリング画像として表示するようにさらに構成されている、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
10. 前記制御器（１７）は、前記第一の画像と前記第二の画像との間を略実時間で選択的に移行するようにさらに構成されている、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。