JP2009538203A - 半サイクルクローズド型螺旋軌道を有する円錐ビームct - Google Patents
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Abstract
断層撮影装置(10)は、放射線源(20)と、少なくとも1つの放射線感知検出器(30)と、再構成システム(40)とを含んでいる。放射線源(20)はz軸(16)に沿って移動し、撮像領域(32)の周りでの放射線源(20)の回転周波数の約半分の周波数を有する撮像領域(32)の周りの放射線源(20)の約二回転に一致して、開始位置へと戻る。少なくとも1つの放射線感知検出器(30)は、放射線源(20)により放射されて撮像領域(32)内の関心ボリューム(52)を横断した放射線を検出し、検出された放射線を表すデータを生成する。再構成システム(40)は、検出されたデータを再構成し、関心ボリューム(52)内の被検体の画像を生成する。
Description
本発明は医用撮像システムに関する。本発明は特に、コンピュータ断層撮影(CT)、より具体的には、放射線検出器を効率的に用いて関心ボリューム(VOI)の実質的に完全なサンプリングを得るCT撮像手法に適用される。
円錐ビームCTでは、VOIを再構成するために、VOIの完全なデータセット又はサンプリングが用いられ得る。撮像領域の周りの円形(又はアクシャル)放射線源軌道(経路、軌跡など)を用いる従来の円錐ビームCTスキャン技術は、完全なサンプリングを提供することができない。代わりに、得られるデータセットは、標本VOIへの何れかの端部でのサンプリングが不完全であるという点で完全ではない。円形軌道を用いて完全なサンプリングを実現する一手法は、複数の円形スキャン及び/又はラインスキャンを実行した後に、これらのスキャンを組み合わせることである。
代替的な一手法においては、VOIの完全なサンプリングを達成するために、サドル(鞍)状の放射線源軌道が使用される。このようなサドル状軌道は非特許文献1に記載されている。しかしながら、サドル状軌道の場合、放射線検出器のz方向の幅が、円形軌道の場合に用いられる検出器幅より大きくなってしまう。これは、より大きい放射線源軌道のためである。故に、サドル状軌道で完全なサンプリングを達成することは、検出器効率の低下という犠牲を伴う。検出器サイズの増大は、CTシステムを製造するコストの全体的な上昇をもたらし得る。放射線検出器はこのようなシステムの総コストのうち、かなり大きい割合を占めるからである。
Pack等、「Investigation of a saddle trajectory for cardiac CT imaging in cone-beam geometry」、2004年、Phys. Med. Biol.、第49巻、第11号、p.2317-2336
Pack等、「Investigation of a saddle trajectory for cardiac CT imaging in cone-beam geometry」、2004年、Phys. Med. Biol.、第49巻、第11号、p.2317-2336
従来技術に伴う上述の問題を鑑みるに、これら及びその他の問題を軽減しながら、VOIを再構成するために使用する完全なVOIサンプリングを収集する改善技術が依然として望まれる。
一態様に従って、放射線源、少なくとも1つの放射線感知検出器、及び再構成システムを有する断層撮影装置が開示される。放射線源はz軸に沿って移動し、撮像領域の周りでの当該放射線源の回転周波数の約半分の周波数を有する撮像領域の周りの当該放射線源の約二回転に一致して、開始位置へと戻る。前記少なくとも1つの放射線感知検出器は、放射線源により放射されて撮像領域内の関心ボリュームを横断した放射線を検出し、検出された放射線を表すデータを生成する。再構成システムは、検出されたデータを再構成し、関心ボリューム内の被検体の画像を生成する。
図1を参照するに、医用撮像システム10が例示されている。医用撮像システム10は様々な技術を用いて、検出器を効率的に使用しながら、被検体の関心領域又は関心ボリュームの好適データと、それからの、関心領域又は関心ボリュームの画像スライス群、多次元レンダリング表示又はその他表示とを収集する。例えば、医用撮像システム10は、被検体の周りの1つ以上の異なるx線源軌道、経路、軌跡などを用いながら、被検体を照射し、透過放射線、散乱放射線などを検出することができる。このような軌道の例には、円形(又はアクシャル)、円形/ライン状、サドル状、楕円形、螺旋セグメント状、半サイクルクローズド型螺旋状、及び/又はこれらの派生形や、その他の軌道経路が含まれる。
半サイクルクローズド型螺旋軌道を用いると、医用撮像システム10は、(例えば、180°再構成法によって)VOIの画像を生成するために、関心ボリューム(VOI)の完全なデータセット、すなわち、完全なサンプリングを(例えば、単一の非連続的でない動作にて)収集することができる。この収集は、検出器を効率的に使用すること(例えば、z軸方向の検出器幅を最小化する等)、ガントリーの回転数(ひいては、スキャン時間及び/又は患者被曝量)を低減すること、及び/又は再現しやすさを増大させること、とともに達成され得る。
図示のように、医用撮像システム10はCTスキャナ12を含んでいる。CTスキャナ12は、z軸16を中心にして回転する回転式ガントリー14を含んでいる。回転式ガントリー14は1つ以上のx線管18を支持しており、x線管18は、1つ以上の放射線源20の例えば焦点などの1つ以上の位置にて、少なくとも1つの放射線ビーム(例えば、円錐状、扇状など)を発生する。これら焦点の1つ以上は、ガントリー14の周囲でのx線管18の回転中に複数の位置に急にシフトあるいは偏向し得るという点で、動的であってもよい。
一例において、放射線源20は少なくともz軸16方向に移動可能である。この移動は、x線管18をz軸に沿って物理的あるいは機械的に移動させること、従って、放射線源20をz軸16に沿ってスイープすることによって達成されてもよいし、且つ/或いはx線管18の電子ビームを、それがz軸に沿った様々な位置でx線管18の陽極に突き当たるように偏向させることによって電子的に達成されてもよい。x線管18及び放射線源20のz軸16に沿った物理的な移動は、所望の放射線源軌道又は軌跡が得られるように、ガントリー14の回転運動と協調させられる。ガントリー軌道記憶部22はスキャナ12の軌道経路を格納する。図示のように、好適軌道は、より詳細に後述する半サイクルクローズド螺旋(half-cycle closed helical;HCCH)軌道24と、必要に応じてのその他の軌道とを含む。
ガントリー14はまたx線感知検出器30を支持している。x線感知検出器30は、x線源18に対向する或る角度の弧を定め、x線源18との間に撮像領域32を画成するように、ガントリー14に配置されている。図示のように、検出器30は第3世代構成にて配置されている。しかしながら、ここでは、第4世代、静止ソースシステム、電子ビームスキャナ、及び/又はその他のシステム配置構成を含むその他の検出器配置も意図される。検出器30の各々は、1つ以上の単一スライス領域又はマルチスライス領域を含んでいる。検出器30は、放射線源20から放射されて撮像領域32を横断した放射線を検出し、複数の光線に沿った検出放射線を表す対応出力信号を生成する。
CTスキャナ12は更に、撮像領域32内で被検体を支持する被検体(又は患者)支持体34を含んでいる。支持体34は静止したものであってもよいし、x軸、y軸及び/又はz軸の方向に移動可能なものであってもよい。このような移動は、支持体34を移動させることによって操作者が被検体を撮像領域32内の好適位置に導くこと、又は所望のスキャン軌跡又は軌道を生成するように、支持体34をガントリー14と連携させて移動(例えば、チルト、z方向など)させることを可能にする。
計算システム36は、操作者とスキャナ12との相互作用、及び/又はスキャナ12の制御を円滑化する。計算システム36は、例えばワークステーション、デスクトップコンピュータ、タワーコンピュータ、ノート型コンピュータ等のコンピュータとし得る。一例において、計算システム36は、アプリケーションを実行し、且つ/或いはスキャナ12と通信を行うハードウェア、ファームウェア及び/又はソフトウェアを含む、別個の汎用システムである。他の一例においては、計算システム36はスキャナ12の専用コンソールである。
計算システム36によって実行されるソフトウェアアプリケーションは、操作者がスキャナ12の動作の設定及び/又は制御を行うことを可能にする。例えば、操作者は計算システム36とやり取りして、スキャンプロトコルを選択すること、スキャンの開始、停止及び終了を行うこと、画像を閲覧すること、ボリューム画像データを操作すること、データの様々な特徴(例えば、CT値、ノイズ等)を測定すること等々を行うことができる。計算システム36は、スキャンパラメータに基づいてスキャナ12を制御するコントローラ38と通信を行う。この通信は、スキャナ12を特定のスキャンプロトコルに設定且つ/或いは制御するために、コンピュータ可読命令を伝達することを含み得る。例えば、このような命令は、x線管の電圧及び電流、放射線源及びx線管の位置、放射線源軌道などのパラメータを含んでいてもよい。
検出器30によって収集されたデータは再構成システム40に伝達される。再構成システム40はデータを再構成して、被検体のスキャン領域を表すボリュームデータを生成する。再構成システム40はスキャナ12の専用システムであってもよいし、別個の汎用コンピュータであってもよい。また、再構成システム40は、以下に限られないが例えばコンボルバやバックプロジェクタ等のサブシステム(図示せず)が、同一システムの部分であるか、別々のサブシステム又はコンピュータにまたがって分散されるかである、集積システム、分散システムの何れか又は双方であってもよい。
再構成システム40によって生成されたボリューム画像データは画像プロセッサ44によって処理される。一例において、画像プロセッサ44はスキャンされた生体構造の画像を生成し、この画像は、表示され、フィルム化され、アーカイブされ、処置中の臨床医に伝送され(例えば、電子メール化される等)、その他の撮像モダリティからの画像と融合され、更に処理され(例えば、測定ユーティリティ、可視化ユーティリティ、及び/又は専用可視化システムによって)、記憶部42に格納され、等々する。
図2は、ガントリーの二回転にわたる上述のHCCH軌道24の典型的な軌道、経路、軌跡などを例示している。図2において、x線管18の放射線源20はz軸16に沿って移動し、ガントリー14が撮像領域32の周りを回転するとき、螺旋軌道48を辿る。放射線源20は、ガントリーの二回転すなわち720°回転の後に自身の開始位置に戻る(すなわち、螺旋を閉じる)ように、連続動作にてz軸16に沿って双方向に移動(スイープ)する。故に、放射線源20は、ガントリーの各回転すなわち360°回転を有する動作の半サイクルをかけて螺旋状に移動し、ガントリーの二回転後に閉じる。
HCCH軌道48の周期性により、機械ベースの放射線源スイープの実現(例えば、x線管18の物理的移動による)は、x線管18は比較的低速で移動され得るため、サドル状軌道のようなその他の軌道経路より有用なものになる。z軸16に沿ったx線管18の移動の加速度及び/又は速度の相違を補償することには、様々なハードウェア及び/又はソフトウェア技術を用いることができる。
図3は、z軸16方向のHCCH軌道経路48を、ガントリーの回転角(°)の関数として、720°の範囲で示している。経路48は、図3においては滑らかな連続関数(正弦関数)として示されているが、ここでは、好ましくはないものの例えば不連続、三角形などのその他の経路も意図される。より詳細に後述するように、VOIの完全なサンプリングは、およそ1と1/4回転、すなわち、約450°回転にわたって収集されたデータで達成される。
図4は、ガントリーの二回転(例えば、58又は60で開始し、60又は58まで360°進み、その後、58又は60まで360°戻る)の間にz軸16に沿ってHCCH経路48を辿る放射線源20の典型的なプロファイル50を示している。円筒形のVOI52の完全なサンプリングのため、放射線源軌道48は図示のようにVOI52を取り囲む。VOI52を収集するための検出器30各々のおおよその範囲(すなわち、z軸幅)は、x線ビームの光線54によって定められ、56で示される。放射線源軌道48は、VOI52内の実質的に全てのボクセルの180°再構成のため、z軸方向で検出器を効率的に使用する。非限定的な例として、120mm長さのVOIにHCCH放射線源軌道48を用いる場合、スポットスイープはおよそ210mmの検出器の範囲で約226.5mmとなる。同一のVOIにサドル状軌道を用いる場合には、検出器の範囲は約328mmまで増大することになる。
放射線源20が1サイクルを通じて移動し、ガントリーの二回転の後に開始位置まで戻るとき、放射線は検出器30によって検出される。720°相当量の検出データの全て又は部分集合が、画像を再構成するために使用される。例えば、各ボクセルは、少なくとも180°に扇角を足し合わせた角度から再構成されることができる。VOI52内の全ボクセルを再構成するため、約1と1/4回転から収集されたデータの部分集合が使用される。故に、180°再構成法を実行するとき、再構成システム40は、ガントリーの二回転にわたって収集された検出データの好適部分を使用して画像を再構成する。すなわち、二回転にわたって収集されたデータの所望の部分集合が、再構成のために選択され得る。他の一例においては、720°相当量のデータは180°再構成法には必要とされないので、再構成のために十分なデータが収集された後にx線管18をターンオフしてもよい。
データが収集されると、VOI52を画像化するためにボクセル依存型の180°再構成法が実行され得る。投影の平行リビニング(parallel rebinning)後、所与の放射線源角の対でVOI52と交差するpi面を特定することが可能である。この放射線源角の対の間の視界の180°範囲を用いて、交差されたボクセル群が再構成される。各180°再構成に対し、必要に応じて、データの各部分集合の最初及び最後における動きの差を最小化するため、180°に扇角を足し合わせた角度に相当する量を超えるデータを用いてもよい。例えば、相異なる時点で取得された重複データは平均化してもよい。
図5は、医用撮像システム10を用いて被検体をスキャンするための非限定的な一手法を示している。参照符号62にて、操作者は、計算システム36によって実行されるスキャナソフトウェアアプリケーションとやり取りし、撮像領域32内の被検体をスキャンするよう、スキャナ12の動作を設定且つ/或いは制御する。この例では、操作者が、180°再構成を用いるスキャンプロトコル等を直接的あるいは間接的に選択することによって、180°再構成法を選択したと仮定する。また、選択された手順において、放射線源20は、x線源18を機械的に移動(例えば、物理的移動)させることによって、且つ/或いは(ガントリー軌道記憶部22に格納された)HCCH軌道24を通るように、生成されたビームを電気的にスイープすることによって、z軸に沿って移動されると仮定する。上述のように、HCCH軌道24を用いると、放射線源20は、螺旋経路を移動してガントリーの二回転後に螺旋軌道を閉じる(すなわち、自身の開始位置に戻る)ように、連続動作にてz軸16に沿って双方向に移動する。計算システム36は、この情報及びその他の情報をコントローラ38に伝達する。
参照符号64にて、制御システム38は、HCCH軌道24を通るように放射線源20を移動させるための命令及び/又はパラメータを含む制御コマンドを、スキャナ12に伝達する。上述のように、放射線源20の移動は、機械的あるいは電子的な技術によって達成される。参照符号66にて、スキャナ12は制御コマンドの下で動作し、放射線源20はx線ビームを生成しながらHCCH軌道24を通って移動する。参照符号68にて、検出器30は放射された放射線を検出し、それを表す信号を生成する。参照符号70にて、再構成部40は選択された180°再構成法に基づいて信号を再構成し、画像プロセッサ44は再構成されたデータを処理し、対応する画像を生成する。上述のように、画像を再構成するために、720°相当量のデータの全て又は部分集合が使用される。約1と1/4回転のガントリー回転に相当するデータにより、画像を再構成するための完全なデータセットが提供される。画像は記憶部42に格納され、且つ/或いは、操作者による視覚的な観察のために計算システム36に与えられ、フィルム化され、更に処理され、等々されることができる。
ここで説明したシステム、方法、及び/又はそれらの派生形は、例えば心臓等の部分的臓器撮像及び/又は全臓器撮像の用途、心臓や脳などの血流撮像の用途、並びにその他の用途を含む、低性能、中性能、及び/又は高性能のシステムで用いられ得る。
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。当然ながら、以上の詳細な説明を読み、理解した者は改良及び改変に想到し得る。本発明は、添付の特許請求の範囲に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。
Claims (20)
- z軸に沿って移動する放射線源であり、撮像領域の周りでの当該放射線源の回転周波数の約半分の周波数を有する撮像領域の周りの当該放射線源の約二回転に一致して、開始位置へと戻る放射線源;
前記放射線源から放射されて撮像領域内の関心ボリュームを横断した放射線を検出し、検出された放射線を表すデータを生成する、少なくとも1つの放射線感知検出器;及び
前記関心ボリュームの画像を生成するように前記データを再構成する再構成システム;
を有する断層撮影装置。 - 前記検出された放射線は前記関心ボリュームの完全なサンプリングに相当する、請求項1に記載の装置。
- 前記再構成システムは、撮像領域の周りの前記放射線源の少なくとも1と1/4回転にわたって収集されたデータを用いて、前記関心ボリュームを再構成する、請求項1に記載の装置。
- 前記放射線源が撮像領域の周りを回転するときに辿る軌道である半サイクルクローズド型螺旋軌道を格納するガントリー軌道記憶部、を更に含む請求項1に記載の装置。
- 前記再構成システムは180°再構成法を用いて前記データを再構成する、請求項1に記載の装置。
- 前記放射線源は、当該放射線源を形成するx線源をz軸方向に物理的に移動させることによって、z軸に沿って移動する、請求項1に記載の装置。
- 前記放射線源はz軸に沿って電子的にスイープされる、請求項1に記載の装置。
- 前記放射線源は連続動作にてz軸に沿って移動し、閉じた経路を形成する、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの放射線感知検出器は、心臓スキャン及び血流スキャンのうちの少なくとも一方の画像を再構成するためのデータを取得する、請求項1に記載の装置。
- z軸に沿って放射線源を移動させる段階であり、前記放射線源によって放射されたビームが撮像領域の周りを回転する周波数の約半分の周波数で前記放射線源が開始位置に戻る閉じた螺旋経路にて前記放射線源を移動させる段階;
前記放射線源から放射されて撮像領域を横断した放射線を検出する段階;
検出された放射線を表すデータを生成する段階;及び
前記データから、撮像領域内の被検体の画像を再構成する段階;
を有する、コンピュータ断層撮影における再構成方法。 - 前記放射線源を移動させること及び前記ビームを回転させることは、撮像領域の周りでの前記ビームの二回転にわたって調整される、請求項10に記載の方法。
- 前記検出された放射線は、撮像領域内の被検体の関心ボリュームの完全なデータセットに相当する、請求項10に記載の方法。
- 前記画像を再構成するために前記データの部分集合を使用すること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- 前記画像を生成するために、撮像領域の周りの前記放射線源の1と1/4回転に相当するデータを再構成すること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- 半サイクルクローズド型螺旋軌道を通るように前記放射線源を移動させること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- 前記画像を生成するために180°再構成法を使用すること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- 前記放射線源を移動させるために、z軸に沿ってx線源を物理的に移動させること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- 前記放射線源を電子的にスイープすること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- 心臓スキャン及び血流スキャンのうちの少なくとも一方の画像を再構成するために使用される放射線を検出すること、を更に含む請求項10に記載の方法。
- z軸に沿って放射線源を移動させる手段であり、撮像領域の周りでの前記放射線源の回転周波数の約半分の周波数で前記放射線源を移動させる手段;
少なくとも1と1/4回転にわたって前記放射線源から放射された放射線を検出し、検出された放射線を表すデータを生成する手段;及び
前記データを用いて、撮像領域内に位置する関心ボリューム内の各ボクセルを再構成する手段;
を有する装置。
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