JP2010194311A - 計算機式断層写真法画像を形成する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】走査時間又は画質に悪影響を及ぼすことなく発生器ハードウェアに対する要求を軽減する。
【解決手段】計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）は、ガントリ（１４）と、ガントリ（１４）に取り付けられているＸ線源（１８）と、ガントリ（１４）に関して平行移動するテーブル（１６）と、ガントリ（１４）、Ｘ線源（１８）及びテーブル（１６）と電気的に連絡しているプロセッサ（２２）とを含んでいる。プロセッサ（２２）は、第一のエネルギ・レベルにおいて対象の第一の複数の投影を取得し、第二のエネルギ・レベルにおいて対象の第二の複数の投影を取得する。プロセッサ（２２）は、第一の複数の投影から対象の画像を再構成する。プロセッサ（２２）はまた、対象を第二のエネルギ・レベルにおいて表わす対象の更新画像を生成するように画像を修正する。
【選択図】図１

Description

本開示は一般的には、医療撮像の分野に関する。具体的には、以下の各手法は、多重エネルギ計算機式断層写真法イメージング・システム、及び計算機式断層写真法画像を形成する方法に関する。

計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムは、患者のような減弱性対象を通してＸ線源からのＸ線ビームを投射することにより動作する。次いで、減弱されたＸ線ビームは検出器アセンブリによって検出される。骨のような幾つかの物質は、軟組織のような他の物質よりもＸ線減弱性が遥かに高い。従来の第三世代ＣＴイメージング・システムは、Ｘ線源から多色性Ｘ線ビームを投射することにより減弱データを取得する。多色性Ｘ線ビームは、多くの異なる周波数のＸ線を含んでおり、典型的には特定のエネルギ・レベルを中心とする。患者を中心として十分な角度範囲を網羅すれば、走査対象の体内構造を明らかにする断面像を形成することができる。画像は典型的には、フラット・スクリーン・モニタ又は陰極線管に表示される。また、計算機式断層写真法走査時に取得されるデータに基づいて仮想的３Ｄ画像を形成することもできる。

しかしながら、幾つかの物質は、特定のエネルギ・レベルにおいて非常に似たＸ線減弱特性を共有する。例えば、骨及びヨード造影剤は、共通して用いられる幾つかのエネルギ・レベルでは類似したＸ線減弱特性を有する。結果として、特定のエネルギ・レベルにおいて類似したＸ線減弱特性を有する複数の物質を区別することが困難になる場合がある。近年、多重エネルギＣＴイメージング・システムが開発された。１よりも多いエネルギ・レベルにおいてＸ線減弱データを収集することにより、走査対象の性質についてさらに多くの識見を得ることが可能である。

従来の第三世代二重エネルギＣＴイメージング・システムでは、プロセッサが、Ｘ線源への入力電圧が投影間で変化するように発生器からの出力を高速で切り換えることができる。例えば、典型的な二重エネルギＣＴイメージング・システムは、高エネルギ投影の取得と低エネルギ投影の取得との間で高速に交番することができる。従来の二重エネルギＣＴイメージング・システムが十分に作用するためには、高エネルギ・レベルと低エネルギ・レベルとの間の移行に費やされる時間が、各々の投影の持続時間に対して相対的に短いものでなければならない。さもないと、高エネルギ投影時の実効エネルギ・レベルが所望の高エネルギ設定よりも低くなり、また低エネルギ投影時の実効エネルギ・レベルが所望の低エネルギ設定よりも高くなる。最新型の第三世代ＣＴイメージング・システムでのサンプリング・レートは数キロヘルツであるとの事実から、発生器は高エネルギ・レベルと低エネルギ・レベルとの間を数分の１ミリ秒を大幅に下回る時間で移行しなければならない。このように高速に発生器を切り換えることを可能にするためには、発生器ハードウェアに多大な要求が課される。当然、ハードウェアに対するこれらの要求は、走査速度が高まるにつれてさらに大きくなる。

これらの理由及び他の理由から、走査時間又は画質に悪影響を及ぼすことなく発生器ハードウェアに対する要求を著しく軽減する多重エネルギＣＴ撮像方法及びシステムが必要とされる。

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

一実施形態では、計算機式断層写真法画像を形成する方法が、第一のエネルギ・レベルにおいて第一の複数の投影を取得するステップと、第二のエネルギ・レベルにおいて第二の複数の投影を取得するステップとを含んでいる。方法は、第一の複数の投影から画像を再構成するステップを含んでいる。方法は、画像から、第二の複数の投影の一つに対応する合成投影を生成するステップを含んでいる。方法は、合成投影を上述の第二の複数の投影の一つに対して比較するステップを含んでいる。方法はまた、合成投影の第二の複数の投影の一つに対する比較に基づいて、更新画像を形成するように画像を修正するステップを含んでいる。

一実施形態では、計算機式断層写真法画像を形成する方法が、第一のエネルギ・レベルにおいて第一の複数の投影を取得するステップを含んでいる。方法は、第二のエネルギ・レベルにおいて第二の複数の投影を取得するステップを含んでいる。方法は、第一の複数の投影から画像を再構成するステップを含んでいる。方法は、画像から、第二の複数の投影の一つに各々対応している複数の合成投影を生成するステップを含んでいる。方法は、複数の合成投影の各々を第二の複数の投影の対応する一つに対して比較するステップを含んでいる。方法はまた、複数の合成投影の各々の第二の複数の投影の対応する一つに対する比較に基づいて、更新画像を形成するように画像を修正するステップを含んでいる。

一実施形態では、計算機式断層写真法画像を形成する方法が、第一のエネルギ・レベルにおいて対象の第一の複数の投影を取得するステップを含んでいる。方法は、第二のエネルギ・レベルにおいて対象の第二の複数の投影を取得するステップを含んでいる。方法は、第一の複数の投影から第一のエネルギ・レベルにおける対象の画像を再構成するステップを含んでいる。方法はまた、対象を第二のエネルギ・レベルにおいて表わす対象の更新画像を形成するように画像を修正するステップを含んでいる。

一実施形態では、計算機式断層写真法イメージング・システムが、ガントリと、ガントリに取り付けられているＸ線源と、ガントリに関して平行移動するように構成されているテーブルと、ガントリ、Ｘ線源及びテーブルと電気的に連絡しているプロセッサとを含んでいる。プロセッサは、第一のエネルギ・レベルにおいて第一の複数の投影を取得し、第二のエネルギ・レベルにおいて第二の複数の投影を取得するように構成されている。プロセッサは、第一の複数の投影から画像を再構成するように構成されている。プロセッサは、画像から、第二の複数の投影の一つに対応する合成投影を生成するように構成されている。プロセッサは、合成投影と上述の第二の複数の投影の一つとの間の差を決定するように構成されている。プロセッサはまた、合成投影と第二の複数の投影の一つとの間の差に基づいて、最初の画像を修正することにより更新画像を形成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、添付図面及びその詳細な説明から当業者には明らかとなろう。

一実施形態による計算機式断層写真法イメージング・システムの模式図である。 一実施形態による計算機式断層写真法画像を形成する方法を示す流れ図である。

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には、一実施形態による計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０の模式図が示されている。ＣＴイメージング・システム１０は、ガントリ支持体１２、ガントリ１４、テーブル支持体１５、テーブル１６、Ｘ線発生器（図示されていない）、Ｘ線源１８、検出器アセンブリ２０、及びプロセッサ２２を含んでいる。ガントリ１４は、ガントリ支持体１２の内部で回転するように構成されている。ガントリ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線発生器は、Ｘ線源１８に高電圧入力及び低電圧入力の両方を与えるように構成されている。一実施形態によれば、高電圧入力は１４０ｋＶｐ入力を含み、低電圧入力は８０ｋＶｐ入力を含み得る。Ｘ線源１８は、発生器から高電圧入力又は低電圧入力の何れかを受け取って、Ｘ線ビームを放出する。Ｘ線源１８が高電圧入力を受け取ると、Ｘ線ビームは高エネルギＸ線ビームを含むものとなる。Ｘ線源１８が低電圧入力を受け取ると、Ｘ線ビームは低エネルギＸ線ビームを含むものとなる。高エネルギＸ線ビーム及び低エネルギＸ線ビームの両方とも、広いエネルギ・スペクトルからのフォトンを含んでいる。当業者は、「高エネルギＸ線ビーム」との用語は高エネルギＸ線ビームにおける最高エネルギＸ線フォトンが高エネルギを有することを示し、「低エネルギＸ線ビーム」との用語は低エネルギＸ線ビームにおける最高エネルギＸ線フォトンが低エネルギを有することを示すことを認められよう。また、本開示の目的のためには、「高エネルギＸ線ビーム」及び「低エネルギＸ線ビーム」との用語は互いに相対的であり、絶対的なエネルギ・レベルを示すものと解釈すべきでない。

Ｘ線源１８は、検査されている患者２４を通して高エネルギＸ線ビーム又は低エネルギＸ線ビームの何れかを放出するように構成されている。患者２４を通過した後に、高エネルギＸ線ビーム又は低エネルギＸ線ビームの何れかが検出器アセンブリ２０において受光される。検出器アセンブリ２０は複数の検出器素子（図示されていない）を含んでいる。複数の検出器素子の各々が、一定のサンプリング区間に受光されたＸ線ビームの強度に基づいて変化する電気信号を発生する。テーブル１６は、座標軸２６によって示すように、ガントリ１４に関してｚ方向に患者２４を平行移動させるように構成されている。プロセッサ２２は、ガントリ１４の回転、テーブル１６の位置、及びＸ線源１８の起動を制御するように構成されている。

ＣＴイメージング・システム１０の構造について述べたので、以下では方法１００について説明する。図２は、一実施形態による方法１００を表わす流れ図である。個々のブロック１０２〜１１６は、方法１００に従って実行され得るステップを表わす。方法１００のステップ１０２〜１１６は図示の順序で実行される必要はない。方法１００の技術的効果は、計算機式断層写真法画像の形成である。

図１及び図２の両方を参照して述べると、プロセッサ２２は、方法１００に示す各ステップを具現化するように構成され得る。ステップ１０２では、プロセッサ２２は、Ｘ線源１８が第一のエネルギ・レベルにあるＸ線ビームを放出するような態様で、発生器（図示されていない）を制御する。一実施形態によれば、第一のエネルギ・レベルは、１４０ｋＶｐのように相対的に高いエネルギ・レベルであってよい。プロセッサ２２は、第一の複数の投影が第一のエネルギ・レベルにおいて取得されるように、発生器、Ｘ線源１８、ガントリ１４及びテーブル１６を制御する。第一の複数の投影は、一実施形態によればヘリカル取得の一部として取得されてもよいし、もう一つの実施形態によればアキシャル取得の一部として取得されてもよい。

第三世代ＣＴシステムでは、投影は、所与のガントリ角度及びｚ軸に沿った位置について検出器素子の幾つか又は全てから略同時刻に得られたデータを含むものと定義され得る。第三世代ＣＴイメージング・システムでは、投影は、略同時刻の検出器素子の全てからの出力を含み得る。取得され得る投影の数は、他の要因の中でも特にガントリの回転速度、検出器アセンブリ２０に用いられるハードウェアの形式、及び検出器素子の数に依存する。一実施形態によれば、９８４個の投影が、ガントリの１回転分の完全な投影集合を構成し得る。

ステップ１０４では、プロセッサ２２は、Ｘ線源１８が第二のエネルギ・レベルにあるＸ線ビームを放出するような態様で、発生器（図示されていない）を制御する。一実施形態によれば、第二のエネルギ・レベルは、８０ｋＶｐのような相対的に低いエネルギ・レベルであってよい。プロセッサ２２は、第二の複数の投影が第二のエネルギ・レベルにおいて取得されるように、発生器、Ｘ線源１８、ガントリ１４及びテーブル１６を制御する。第二の複数の投影は、一実施形態によればヘリカル取得の一部として取得されてもよいし、もう一つの実施形態によればアキシャル取得の一部として取得されてもよい。ステップ１０２及び１０４は、同時に実行されてもよいし、逐次実行されてもよいし、同時及び逐次の組み合わせで実行されてもよい。ステップ１０２及び１０４が同時に実行されるような一実施形態によれば、第一の複数の投影は、第二の複数の投影が取得されるのと略同じ時間にわたって取得される。例えば、方法１００は、第一のエネルギ・レベルでの１又は複数の投影の取得と、第二のエネルギ・レベルでの１又は複数の投影の取得との間を交番することができる。この例によれば、第一の複数の投影は第一のエネルギ・レベルにおいて取得される投影の全てを構成し、第二の複数の投影は第二のエネルギ・レベルにおいて取得される投影の全てを構成するものとなる。

他の全ての撮像パラメータが一定に保たれているとすると、相対的に高いエネルギ・レベルにあるＸ線ビームによって形成される画像の方が、相対的に低いエネルギ・レベルにあるＸ線ビームによって形成される画像よりも少ない雑音を一般に発生し得ることは当業者には周知である。従って、一実施形態によれば、相対的に低いエネルギ・レベルよりも相対的に高いエネルギ・レベルにおいて多くの投影を収集することが好ましいと言える。一実施形態によれば、プロセッサ２２は、相対的に低いエネルギの１個の投影が投影２４個毎に取得されるような態様で、発生器（図示されていない）及びＸ線源１８を制御することができる。実施形態の一例によれば、投影１〜投影２３を１４０ｋＶｐのような第一のエネルギ・レベルにおいて取得し、投影２４を８０ｋＶｐのような第二のエネルギ・レベルにおいて取得することができる。この実施形態の例の全９８４個の投影は、１４０ｋＶｐでの２３個の投影の取得と、８０ｋＶｐでの１個の投影の取得との間を交番することにより取得され得る。従って、この実施形態の例によれば、結果は、１４０ｋＶｐにある投影が９４３個で、８０ｋＶｐにある投影が４１個となる。尚、他の実施形態は、全く異なる態様で第一の複数の投影及び第二の複数の投影を収集し得ることを理解されたい。

上述の例示的な実施形態によれば、第一の複数の投影は１４０ｋＶｐにおいて取得された９４３個の投影を含み、第二の複数の投影は８０ｋＶｐにおいて取得された４１個の投影を含む。８０ｋＶｐにおいて取得された４１個の投影の幾つか又は全ては、一つの共通の角度ずつ離隔されていてよい。例えば、一実施形態によれば、８０ｋＶｐにおいて取得される４１個の投影の各々を離隔する一つの共通の角度が約８．８°であってよい。もう一つの実施形態では、８０ｋＶｐにおいて取得された４１個の投影の幾つか又は全てを、変化する量ずつ離隔してもよい。例えば、投影の幾つかが２°以下ずつ隔設され、投影の他のものが１０°よりも大きい角度で隔設されてもよい。特定のエネルギ・レベルにおける投影の間の角度離隔量は、ＣＴイメージング・システム１０（図１に示す）のハードウェア制限を含めた多くの要因によって決定され得る。

一実施形態によれば、第一の複数の投影及び第二の複数の投影の取得時にハーフ・スキャンを用いて、ＣＴイメージング・システムの時間分解能を高めることができる。ハーフ・スキャンは当業者には周知である。ハーフ・スキャンを用いた一実施形態によれば、合計で６１６個の投影が１４０ｋＶｐにおいて取得され、２７個の投影が８０ｋＶｐにおいて取得される。他の実施形態では、第一のエネルギ・レベルにおいて取得される投影の第二のエネルギ・レベルにおいて取得される投影に対する比を異なる比として取得してもよい。

他の各実施形態によれば、投影は３以上の異なるエネルギ・レベルにおいて取得されてもよい。例えば、一実施形態によれば、第一の複数の投影が１４０ｋＶｐでの９０２個の投影を含み、第二の複数の投影が１００ｋＶｐでの４１個の投影を含み、第三の複数の投影が８０ｋＶｐでの４１個の投影を含み得る。一実施形態によれば、第一の複数の投影、第二の複数の投影及び第三の複数の投影は、インターリーブ式態様で取得され得る。換言すると、プロセッサ２２（図１に示す）は、三つのエネルギ・レベルの各々での１又は複数の投影の取得の間を循環することができる。

もう一つの実施形態では、発生器（図示されていない）は、各エネルギ・レベルの間で切り替わるときに相対的に低速の移行を利用してもよい。一実施形態によれば、９４３個の投影が１４０ｋＶｐにおいて取得され、４１個の投影が８０ｋＶｐにおいて取得される。８０ｋＶｐにおいて取得される４１個の投影の各々が等間隔で離隔され得る。８０ｋＶｐ投影において取得される投影の各々の直前又は直後に位置する投影は、発生器が移行域にある間に収集され得る。本開示の目的のためには、「移行域」との用語は、発生器が所望の電圧の二つの間にある時間を含んでいる。実施形態の一例によれば、Ｘ線ビームのスペクトルは、移行域の各々にある間に８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐという所望のレベルの間の何処かに位置し得る。発生器が各々の８０ｋＶｐ投影の直前及び直後に正確に１４０ｋＶｐに位置することを要求する代わりに各移行域にある間に投影を取得することにより、発生器に対する要求が著しく軽減される。

もう一つの実施形態によれば、第一のエネルギ・レベルにおいて投影を取得するときに用いられるＸ線管電流を、第二のエネルギ・レベルにおいて投影を取得するときに用いられるＸ線管電流と実質的に異なるものにすることができる。例えば、Ｘ線量を低減するように設計された一実施形態によれば、プロセッサ２２は、相対的に高いエネルギ・レベルにおいて投影を取得しているときに低減したＸ線管電流レベルを用いることができる。低減したＸ線管電流レベルは、相対的に低いエネルギ・レベルにおいて投影を取得しているときに用いられるＸ線管電流レベルに比較して低減される。もう一つの実施形態によれば、第一のエネルギ・レベルにおいて取得される投影の持続時間を、第二のエネルギ・レベルにおいて取得されるビューの持続時間と著しく異なるものにすることができる。

続けて図２を参照して述べると、ステップ１０６では、画像が第一の複数の投影から再構成される。前述の実施形態の例によれば、画像は、１４０ｋＶｐにおいて取得された９４３個の投影から再構成される。１４０ｋＶｐの９４３個の投影は殆ど完全な投影集合を表わすので、フィルタ補正逆投影アルゴリズムのような従来の再構成アルゴリズムを用いることにより最初の画像を再構成することができる。フィルタ補正逆投影アルゴリズムを用いて最初の画像を再構成する場合には、あらゆる欠落投影を推定する必要がある場合がある。本開示の目的のためには、「画像」との用語は、計算機式断層写真法データの１又は複数のスライスからの再構成容積を含んでいる。例えば、マルチ・スライスＣＴイメージング・システムの場合には、画像は、複数のスライスからのデータを含み得る。前述の実施形態の例によれば、９４３個の投影は１４０ｋＶｐにおいて取得され、投影の４１個は８０ｋＶｐにおいて取得されている。この実施形態では、１４０ｋＶｐ投影集合から４１個の投影が欠落している。欠落投影は、１４０ｋＶｐにおいて取得された隣り合う投影に基づく一次補間又は高次補間を実行することにより推定され得る。尚、最初の画像はさらに他の実施形態による他の手法を介して再構成されてもよいことを認められたい。例えば、繰り返し式再構成手法を用いて最初の画像を形成することができる。

ステップ１０８では、複数の合成投影が生成される。一実施形態によれば、複数の合成投影は、方法１００がステップ１０８に初回に到達したときの画像に基づくものとなる。多数繰り返しによる一実施形態によれば、複数の合成投影は、後続の繰り返しにおける更新画像に基づいて生成され得る。このことについては後述する。本開示の目的のためには、「合成投影」との用語は、画像からの順投影を含むものと定義される。通常、ＣＴイメージング・システムは複数の投影を収集し、これらの投影を用いて画像を再構成する。しかしながら、合成投影の場合には画像を入力として用い、合成投影は、投影が特定の位置及びガントリ角度において含む可能性が最も高いものを表わす。合成投影は当業者には周知である。ステップ１０８において生成される合成投影の各々は、第二の複数の投影の一つに対応し得る。本開示の目的のためには、投影及び合成投影は、両者が同じ対象の略同じ位置及びガントリ角度を表わす場合には対応すると看做される。さらなる正規化ステップを用いて合成投影のスケールを調節してもよい。例えば、もう一つの実施形態によれば、ステップ１０８において生成される複数の合成投影の一つが、ステップ１０２において取得された第一の複数の投影の一つと同じ位置及びガントリ角度を表わすものとすることができる。次いで、合成投影と第一の複数の投影の対応する一つとの比較に基づいてスケーリング・ファクタ又は複数の多項式パラメータを決定することができる。これらのスケーリング・ファクタ又は複数の多項式パラメータを用いて、ステップ１０８において生成された合成投影の各々を調節することができる。

一実施形態によれば、ステップ１０８において生成される複数の合成投影の各々が、第二の複数の投影の一つに対応する。従って、合成投影の各々が、第二の複数の投影の一つと同じガントリ角度及びｚ方向での位置において生成される。前述の実施形態の例によれば、第二の複数の投影は８０ｋＶｐにおいて取得された４１個の投影を含んでいる。複数の合成投影の各々が、８０ｋＶｐにおいて取得された４１個の投影の一つに対応する。換言すると、複数の合成投影は、ステップ１０４で８０ｋＶｐにおいて取得された４１個の投影と同じ位置及び角度を表わす。複数の合成投影及び第二の複数の投影が全ての実施形態において同数である必要はない。

もう一つの実施形態によれば、ステップ１０８において生成される合成投影を４個のみとしてもよい。４個の合成投影は、互いに約４５°ずつ離隔され得る。尚、４個の合成投影の各々が、ステップ１０４において取得される第二の複数の投影の一つに依然対応することを認められたい。さらに他の実施形態によれば、ステップ１０８を、各回の繰り返し毎に１個のみの合成投影が生成されるようなステップで置き換えてもよい。

ステップ１１０では、複数の合成投影の各々が第二の複数の投影の対応する一つに対して比較される。各々の合成投影と第二の複数の投影の対応する一つとの間で差及び／又は比を算出することができる。例えば、合成投影が１４０ｋＶｐにおいて取得された画像から生成されており、第二の複数の投影が８０ｋＶｐにおいて取得されている場合には、合成投影と第二の複数の投影の対応する一つとの間のあらゆる差が、１４０ｋＶｐにおいて発生されるＸ線ビームと８０ｋＶｐにおいて発生されるＸ線ビームとの間の平均エネルギ差に由来するものであると想定することができる。

ステップ１１２では、最初の画像は、更新画像を形成するように、ステップ１１０において実行された比較に基づいて修正される。一実施形態によれば、ステップ１０８において生成された合成投影の各々と、ステップ１０４において第二の複数の投影の一部として取得された対応する投影との間の差が次式に従って分配される。

Δｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ξ［ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）］×η［Δｐ（γ，β，α）］
式中、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は画像のボクセルのＣＴ数であり、Δｆ（ｘ，ｙ，ｚ）はこのボクセルの更新値であり、ξは関数であり、ηは関数である。一実施形態によれば、ξは単調増加関数であってよい。もう一つの実施形態では、ξは区分的連続関数であってよい。関数ξは、殆ど全てのＣＴイメージング・システムが水に基づいて較正されているとの観測のためＣＴ数に基づくものとなる。すなわち、走査対象が水のみで構成されている場合には、再構成画像はエネルギ・レベルを問わず平均ＣＴ数がゼロ・ハンスフィールド単位（ＨＵ）となる。換言すると、水のみで構成されている対象の画像は、８０ｋＶｐのエネルギ・レベルにおいて取得されている場合も１４０ｋＶｐのエネルギ・レベルにおいて取得されている場合も同じになる。従って、ＣＴ数がゼロに近いような画像の部分では、１４０ｋＶｐエネルギ・レベルと８０ｋＶｐエネルギ・レベルとの間の調節は殆ど必要とされない。代わりに、調節は、主に水とは著しく異なる走査対象の物質について必要とされる。Δｐ（γ，β，α）は、複数の合成投影の一つと第二の複数の投影の対応する一つとの間の差である。一実施形態によれば、γ、β及びαはそれぞれ、画像ボクセル（ｘ，ｙ，ｚ）に対応するファン角度、投影角度及びコーン角度である。関数ηは、投影標本（γ，β，α）での経路長に基づいて更新画像の強度を調節するのに用いられる写像関数である。例えば、固定した投影差については、関数ηは、対象を通る経路長が短い場合よりも対象を通る経路長が長い場合にボクセル当たりの調節量を小さくすることができる。というのは、差が、より多くのボクセルにわたって分配される必要があるからである。

一実施形態によれば、以下の更新関数を用いてステップ１１２の更新画像を形成することができる。
Δｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝［〈ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）−ｔ，０〉／ｍ］（ｐ（γ，β，α）−ｐ′（γ，β，α））／〈ｐ′（γ，β，α），ｓ〉
式中、〈ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）−ｔ，０〉は、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）を強制的にｔ，０以上にする関数であり、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像のボクセルのＣＴ数であり、ｐ（γ，β，α）はボクセル（ｘ，ｙ，ｚ）を通過してステップ１０４において取得される投影であり、ｐ′（γ，β，α）は対応する合成投影であり、〈ｐ′（γ，β，α），ｓ〉は、ｐ′（γ，β，α）を強制的にｓ以上にする関数であり、ｔ、ｍ及びｓはパラメータである。

更新関数の目標の一つは、第二のエネルギ・レベルにおいて不完全な投影集合しか取得されなかった場合であっても、第二のエネルギ・レベルでの患者又は対象の画像を形成することであり得る。例えば、１４０ｋＶｐにおいて取得される第一の複数の投影から画像を再構成することができ、また８０ｋＶｐにおける画像を形成することが望まれる。もう一つの実施形態によれば、第一のエネルギ・レベルでの画像を先ず再構成し、次いで、更新関数を用いて第一のエネルギ・レベルよりも高い第二のエネルギ・レベルでの画像を形成することにより、Ｘ線量の低減を実現することが可能になり得る。

続けてステップ１１２を参照して述べると、一実施形態によれば、画像を修正するステップは、画像のボクセルのＣＴ数に基づいて変化する更新関数を画像に適用することを含んでいる。前述したように、実験的な結果によれば、８０ｋＶｐでの画像の軟組織又は水部分と、１４０ｋＶｐでの画像の軟組織又は水部分との間には比較的小さい差が存在することが実証されている。反対に、８０ｋＶｐにおける骨と、１４０ｋＶｐにおける骨との間には比較的大きい差が存在することが知られている。従って、１４０ｋＶｐにおいて取得されたデータから再構成される最初の画像を初期仮定として用いる場合には、８０ｋＶｐでの画像を形成するように１４０ｋＶｐ画像を修正するときに水のＣＴ数に近いＣＴ数を有する領域ではボクセル値を著しく変化させる必要はない筈である。一方、画像においてＣＴ数が比較的高い区域には相対的に大きい変化があるべきである。一実施形態によれば、骨及びヨードのように比較的高いＣＴ数を有するボクセルが、軟組織のように比較的低いＣＴ数を有するボクセルよりも大きく修正されるように更新関数に加重を与えることができる。更新関数を画像のボクセルのＣＴ数に依存性のものとすることにより、方法１００は、８０ｋＶｐ画像のような所望の画像にさらに迅速に収束することが可能になる。加えて、水のＣＴ数に近いＣＴ数を有する画像の部分には小さい変化しか与えない更新関数を用いることにより、稠密な対象に起因する縞状アーティファクトを著しく低減し又は解消することができる。本開示では８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐのエネルギ・レベルを例示的なエネルギ・レベルとして用いているが、当業者には、さらに他の実施形態は８０ｋＶｐ及び／又は１４０ｋＶｐと著しく異なるエネルギ・レベルを用いてよいことが認められよう。

ステップ１１４では、プロセッサ２２（図１に示す）は、さらなる繰り返しが必要とされるか否かを決定する。一実施形態によれば、プロセッサ２２は、複数の合成投影の各々と第二の複数の投影の対応する一つとの間の差が許容可能な限度内にあるか否かを決定する。もう一つの実施形態によれば、プロセッサ２２は、方法１００が予め決められた回数にわたってステップ１０８〜１１４をループしたか否かを決定する。他の実施形態は、ステップ１１４においてさらなる繰り返しが必要とされるか否かを決定する付加的な方法を用いてよい。ステップ１１４においてさらなる繰り返しが必要とされる場合には、方法１００はステップ１０８に戻り、ステップ１１２の更新画像から複数の合成投影を生成する。実験的データによれば、ステップ１０８〜１１４を３回乃至５回ループすることにより画像を繰り返し式で修正すると、好ましい結果が得られた。

ステップ１１４においてさらなる繰り返しが必要とされない場合には、方法１００はステップ１１６に進んで、更新画像を表示する。他の実施形態によれば、ステップ１１６を、画像が表示される代わりに記憶されるようなステップによって置き換えてもよい。次いで、記憶された画像を後続のステップにおいて用いることができる。一実施形態によれば、更新画像は第二のエネルギ・レベルでの画像を表わす。尚、方法１００を用いることにより、従来の再構成アルゴリズムを用いて画像を再構成するためには少な過ぎる投影がステップ１０４において取得された場合であっても、第二のエネルギ・レベルにおいて許容可能な画質を有する画像を形成することが可能となり得る。

本書の記載は、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製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が発明を実施することを可能にするように、実例を用いている。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。

１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ支持体
１４ ガントリ
１５ テーブル支持体
１６ テーブル
１８ Ｘ線源
２０ 検出器アセンブリ
２２ プロセッサ
２４ 患者
２６ 座標軸
１００ 方法
１０２ 第一のエネルギ・レベルにおいて第一の複数の投影を取得する
１０４ 第二のエネルギ・レベルにおいて第二の複数の投影を取得する
１０６ 第一の複数の投影から画像を再構成する
１０８ 複数の合成投影を形成する
１１０ 合成投影の各々を第二の複数の投影の対応する一つに対して比較する
１１２ 更新画像を形成するように画像を修正する
１１４ さらに繰り返しが必要か？
１１６ 更新画像を表示する

Claims (15)

1. ガントリ（１４）と、
   該ガントリ（１４）に取り付けられているＸ線源（１８）と、
   前記ガントリ（１４）に関して平行移動するように構成されているテーブル（１６）と、
   前記ガントリ（１４）、前記Ｘ線源（１８）及び前記テーブル（１６）と電気的に連絡しているプロセッサ（２２）と
   を備えた計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）であって、前記プロセッサ（２２）は、
   第一のエネルギ・レベルにおいて対象の第一の複数の投影を取得し、
   第二のエネルギ・レベルにおいて前記対象の第二の複数の投影を取得し、
   前記第一の複数の投影から前記第一のエネルギ・レベルにおける前記対象の画像を再構成して、
   前記対象を前記第二のエネルギ・レベルにおいて表わす前記対象の更新画像を形成するように前記画像を修正する
   ように構成されている、
   計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
2. 前記プロセッサ（２２）は、前記画像を繰り返し式で修正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イメージング・システム（１０）。
3. 前記プロセッサ（２２）は、前記更新画像を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イメージング・システム（１０）。
4. 前記プロセッサ（２２）は、第三のエネルギ・レベルにおいて第三の複数の投影を取得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イメージング・システム（１０）。
5. 前記プロセッサ（２２）は、前記第三のエネルギ・レベルを表わす第二の更新画像を形成するように前記画像を修正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イメージング・システム（１０）。
6. ガントリ（１４）と、
   該ガントリ（１４）に取り付けられているＸ線源（１８）と、
   前記ガントリ（１４）に関して平行移動するように構成されているテーブル（１６）と、
   前記ガントリ（１４）、前記Ｘ線源（１８）及び前記テーブル（１６）と電気的に連絡しているプロセッサ（２２）と
   を備えた計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）であって、前記プロセッサ（２２）は、
   第一のエネルギ・レベルにおいて第一の複数の投影を取得し、
   第二のエネルギ・レベルにおいて第二の複数の投影を取得し、
   前記第一の複数の投影から画像を再構成し、
   前記画像から、前記第二の複数の投影の一つに対応する合成投影を生成し、
   前記合成投影を前記第二の複数の投影の前記一つに対して比較して、
   前記合成投影の前記第二の複数の投影の前記一つに対する前記比較に基づいて、更新画像を形成するように前記画像を修正する
   ように構成されている、
   計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
7. 前記第一のエネルギ・レベルは前記第二のエネルギ・レベルを上回る、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
8. 前記第二のエネルギ・レベルは前記第一のエネルギ・レベルを上回る、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
9. 前記プロセッサ（２２）は、前記合成投影と前記第二の複数の投影の前記一つとの間の差を算出するようにさらに構成されている、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
10. 前記プロセッサ（２２）は、ＣＴ数に基づいて変化する更新関数を適用するようにさらに構成されている、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
11. 前記プロセッサ（２２）は、前記更新画像を表示するようにさらに構成されている、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
12. 前記更新画像は前記第二のエネルギ・レベルを表わす、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
13. 前記第一の複数の投影は、前記第二の複数の投影の５倍を上回る数の投影を含んでいる、請求項６に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
14. ガントリ（１４）と、
    該ガントリ（１４）に取り付けられているＸ線源（１８）と、
    前記ガントリ（１４）に関して平行移動するように構成されているテーブル（１６）と、
    前記ガントリ（１４）、前記Ｘ線源（１８）及び前記テーブル（１６）と電気的に連絡しているプロセッサ（２２）と
    を備えた計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）であって、前記プロセッサ（２２）は、
    第一のエネルギ・レベルにおいて第一の複数の投影を取得し、
    第二のエネルギ・レベルにおいて第二の複数の投影を取得し、
    前記第一の複数の投影から画像を再構成し、
    前記画像から、前記第二の複数の投影の一つに各々対応している複数の合成投影を生成し、
    前記複数の合成投影の各々を前記第二の複数の投影の前記対応する一つに対して比較して、
    前記複数の合成投影の各々の前記第二の複数の投影の前記対応する一つに対する前記比較に基づいて、更新画像を形成するように前記画像を修正する
    ように構成されている、
    計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。
15. 前記プロセッサ（２２）は、前記更新画像を表示するようにさらに構成されている、請求項１４に記載の計算機式断層写真法イメージング・システム（１０）。

Images