JP2012511950A - 拡大された３ｄ視野に対する半円形の逆オフセット・スキャン - Google Patents

Abstract

コンピュータ断層撮影の方法、画像システム、コンピュータ読み出し可能な媒体は、放射線検出器（204）を、中心にある横断方向の視野を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置（212）へ横方向に移動させるステップ；放射線源（202）によって第1放射線を発し、その第1放射線を放射線検出器（204）で検出し、その第1放射線を示す投影データを取得するステップ；支持部を回転軸（214）の周りで180°回転させるステップ；放射線源によって第2放射線を発し、その第2放射線を放射線検出器（204）で検出し、その第2放射線を示す投影データを取得するステップ；放射線検出器（204）を第1オフセット位置から第2オフセット位置（226）へ、反対方向にその第1移動（a）の長さの2倍横方向に移動させるステップ；放射線源（202）によって第3放射線を発し、その第3放射線を放射線検出器（204）で検出し、その第3放射線を示す投影データを取得するステップ；支持部を回転軸（214）の周りで180°回転させるステップ；及び放射線源（202）によって第4放射線を発し、その第4放射線を放射線検出器（204）で検出し、その第4放射線を示す投影データを取得するステップ；を提供する。

Description

本発明は、コンピュータ断層撮影法（CT）において使用される方法及びX線CT装置に関する。それは、医学的応用に対するX線CTに対して特に応用されることが示されている。また、それは、論文及びセキュリティ検査、非破壊検査、臨床前のイメージング、及びCTデータが物体の構造又は機能に関して役立つ情報を提供し得る他の状況にも応用されることが示されている。さらに、本発明は、例えば、X線画像システム、正確にはCアーム・システム、制御装置などの放射線検出器、コンピュータ読み取り可能な媒体及び上記の方法に付属するプログラム要素などを置き換えるための手段を作動させるように構成された画像システムに関する。

CT画像システムが幅広い支持を増やしている1つの分野は、CTスキャナが、診断及び疾患の治療に関連して放射線科医及び他の医療専門家によって幅広く使用される医学である。そのマルチ・スライス・システム（multi-slice system）の比較的最近の適合は、CTシステムの臨床応用範囲をさらに広げている。

平面検出器（FPD）を有する従来型の第3世代X線CTシステムのデータ取得配置が、図1に示されている。図1は、例えば円錐ビーム・システムの中心面である、システムの横断面を描く。X線源102及びX線感受性検出器104が、検査領域106の対向する側に配置され、回転の中心114から半径方向にずれている。検査されるべき人間の患者又は他の物体が、検査領域106において適切な支持物110によって支えられている。その線源102は、その検査領域106を横切る放射線112を発し、その線源102及び検出器104が、回転の中心114の周りを回転すると、その検出器104によって検出される。

示されるフル・ビーム（full beam）取得配置において、そのX線ビーム112の中央の放射線116は、その回転の中心106に交差し、検出器横方向中心119に垂直である。その検出器左右面（detector transverse dimention）120は、その検出器104が全体の横断方向の視野（FOV）118を、各投射角で横切っている放射線112を検出するようにする。従って、その横方向FOVの完全な角度サンプリングは、データが約180°にわたって集められること及びそのX線ビーム114が扇の角度を横切ることを必要とする。平面検出器（FPD）に関して示される一方、フル・ビーム取得配置も、当然のことながら、検出器104が一般的に弓形であるシステムに適用することができる。

しかし、所定の横方向FOVを達成するために必要な検出器の物理的サイズを低減することが、一般的に望ましい。例えば、比較的より大きな検出器は、製造するのがより複雑であり、費用が高い傾向がある。さらに、利用可能な検出器アレイのサイズは、システム設計における制限因子である。これらの考慮は、マルチ・スライス・システムの普及が増加するとともに、特に、比較的より大きいマルチ・スライス検出器が合計のシステム費用のより大きな部分になるとともに、より深刻になる。言い換えれば、例えば、３DRA、XperCT、CTスキャナ、ポータル・イメージングなどの従来の３D回転型X線システムにおいて、その３D再構成されたFOVは、検出器の倍率及び検出サイズ（FOV＝detectorwidth/magnification）によって制限される。その倍率は、X線焦点から検出器までの距離とX線焦点からアイソセンターまでの距離との間の比である。典型的な値は、40cmの検出器幅、倍率が1.6xであることから、３Dにおいて25cmのFOVである。これらのシステムは、通常、180°及び通常18度である扇の角度（〜2*arctan（0.5*検出器幅／「焦点から検出器までの距離」）に及んで走査する。

また、ハーフ・ビーム（half beam）取得配置が提案されている。例えば、非特許文献1、非特許文献2、2000年10月26日付けの特許文献3を参照。

その結果として、改善の余地が残っている。例えば、適切な画質を維持する一方で、検出器の使用をさらに改善することが望ましい。また、システム構成を簡略化することも望まれる。

国際特許出願公開第00／62647号パンフレット

Gregor, et al., "Conebeam X-ray Computed Tomography with an Offset Detector," IEEE 2003（2003） Wang, et al., "X-ray Micro-CT with a Displaced Detector Array,"Med.Phys 29(7), July, 2002

本発明の1態様に従って、支持部に搭載された放射線検出器及び放射線源を使用したコンピュータ断層撮影の方法が提案される。

その支持部は、回転軸の周りを回転することが可能である。その方法は、アルファベット順に以下のステップ：
a）その放射線検出器を、中心にある横断方向の視野を持ち中心に置かれた検出器配置を持つ位置から横方向に第1オフセット位置へ移動させるステップ；
b）その放射線源によって第1放射線を発し、その第1放射線を放射線検出器によって検出し、その第1放射線を示す投影データを取得するステップ；
c）支持部を回転軸の周りで180°回転させるステップ；
d）放射線源によって第2放射線を発し、その第2放射線を放射線検出器によって検出し、その第2放射線を示す投影データを取得するステップ；
e）放射線検出器を第1オフセット位置から、第1移動の反対方向にありその2倍の長さを持つ第2オフセット位置へと横方向に移動させるステップ；
f）放射線源によって第3放射線を発し、その第3放射線を放射線検出器で検出し、その第3放射線を示す投影データを取得するステップ；
g）支持部を回転軸の周りで180°回転させるステップ；
h）第4放射線を放射線源によって発し、その第4放射線を放射線検出器で検出し、その第4放射線を示す投影データを取得するステップ；
を含む。

この解決策は、３Dの視野を増やし、アイソセンターのX線陰影に関するその検出器のオフセットを導入する。その検出器は、中心に配置されず、望ましくはその検出器幅の半分未満、横方向にシフトされる。360度のスキャンがこのシステムでされる場合、有効視野は、中心に置かれた検出器システムのほぼ2倍の大きさに再構成される。これは、例えば、患者の腹筋が通常、中心に置かれた検出器３Dスキャナの典型的なFOVの25cmよりも大きいなどから、非常に望ましい。「修正されたFeldkampテクニック」を使用した標準の「360度+オフセット検出器スキャナの再構成は、しかし、中心に置かれた検出器配置において存在しない複雑な状態に苦しむことが分かっている。これらの複雑な状態は、以下のように単純な用語で説明することができる。３D体積ウェル（well）を再構成するためには、対向するビュー（180°異なる方向から撮ったX線画像）が、アイソセンターの陰影が落ちる箇所である端部において、極度に一致しなければいけない。X線散乱は、対向するビューにおいて異なり、修正に対して十分に正確に見積もることが難しく、また、較正されない如何なる形状の不正確さ（振動、屈曲）も、再構成においてアーチファクト（artifact）として多くの場合、拡大されることから、この必要条件を満たすことは非常に難しい。

ここで、本発明は、上記の問題に対する実用的な解決策を提示し、前述の再構成における複雑な状態を防ぎ、ある程度まではそのシステムの構成の簡略化さえする。

本発明の1つの考えは、プラスの検出器オフセットを使用し、その検出器をマイナスのオフセットに180度以上回転させ、最終的には、各シフト／回転ステップの後の関連するデータ取得、又は後方及び前方のスキャン・システムを実施するための他の用語とともに180度以上回転させて戻し、それは、その検出器を180度のスキャンの間において、請求項1に記載される方法でシフトすることができる。

もう１つの態様に従って、その検出器は平面検出器（FPD）である。

もう１つの態様に従って、その移動は、検出器面に平行な方向において起こる。

もう１つの態様に従って、その検出器は、それが余分な投影データを生成する移行領域を含む。

もう１つの態様に従って、その放射線源は、その放射線検出器の移動に従ってずらされる。

もう１つの態様に従って、その回転軸は、横断方向の視野の中心である。

もう１つの態様に従って、その源は、一般的に扇形をした横断面を有する放射線ビームを発し、その断面は、第1及び第2の最外部の放射線を含み、その最外部の放射線は、その検出器と異なる入射角で交わる。

もう１つの態様に従って、その源から検出器までの焦点経路は、第1、第2、第3及び第4の放射線の放射及び検出の間に、回転軸への非ゼロ距離を維持する。

さらにもう１つの態様に従って、中心に置かれた検出器配置の位置から第1位置及び第2位置までの移動の距離は、その移動の方向において、検出器幅の2分の1未満である。

もう１つの態様に従って、その方法は、３D画像データ体積を再構成するために対向するビューを使用する。

さらにもう１つの態様に従って、そのコンピュータ断層撮影装置は、X線源、X線検出器及び再構成装置を含む。そのX線源は、その方法に従って、回転の中心に対して横断方向にずれ、その回転の中心の周りを回転する。そのX線検出器は、X線源によって発せられる放射線を検出し、その回転の中心に対して横断方向に移動する。そのX線検出器は、記載された方法で複数の投影角で画像データを取得するように、そのX線源と固定された力学的関係でその回転の中心の周りを回転する。そのX線源は、横断方向の扇の角度を有する放射線を発し、その横断方向の視野の完全な角度サンプリングは、180°に扇の角度を足した角度よりも大きい角度範囲に及んだ投影データの取得を必要とする。その再構成装置は、その投影データを、横断方向の視野を示す体積データを生成するように再構成する。

さらに、1つの実施形態において、物理的物体の投影画像を取得するための画像システムが提供される。そのシステムは、X線を生成する放射線源を含み、その放射線源から発せられる放射線を検出するための放射線検出器及びその放射線源を回転可能に支持する支持部及び回転軸の周りに検出器を有する。その放射線検出器は、中心にある横断方向の視野（FOV）を持ち中心に置かれた検出器配置の位置から横方向に第1オフセット位置へと移動し、そしてその第1オフセット位置から第2オフセット位置へと移動するように構成されている。望ましくは、コンピュータ端末によって実行される画像形状逆算に対して、第2移動は、第1移動の反対の方向へ、第1移動の長さの2倍の長さの分起こる。従って、その検出器は、第2移動の間にそれの中央位置に交差する。

その実施形態のもう1つの態様において、その放射線源は、検出器移動に従って、中心の放射線源位置から調整されるように構成されている。その放射線源の調整は、検出器オフセット位置の間に検出されない領域における放射線を防ぐ。

さらにもう1つの態様に従って、放射線検出器を、中心にある横断方向の視野を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置へと横方向に移動させ、その第1オフセット位置から第2オフセット位置へと横方向に移動させるための手段を作動させるように構成された制御装置が提供される。そのような手段は、少なくとも1つのモーター駆動を含んでもよく、さらに、望ましくは平坦な検出器の各側においてガイド・レールを含んでもよい。その検出器とモーター駆動との間の結合は、そのモーター駆動のローター（rotor）に付着された少なくとも1つのギア及び検出器面の少なくとも一方の側に搭載されたギア・ロッド（gear rod）で実行されてよく、そのギア及びギア・ロッドは、互いにかみ合っている。制御装置の制御信号で、その検出器は、2つの対向しているオフセット端部位置の間において選択される全ての中間位置でモーター駆動によって置き換えられてもよい。

さらに、1つの態様において、コンピュータ読み出し可能な媒体は、コンピュータで実行可能なインストラクションを保存し、放射線検出器及び放射線源を使用して、コンピュータが方法を実行することを可能にし、その放射線検出器及び放射線源の両方は支持部に搭載され、その支持部は、回転軸の周りで回転可能であり、その方法は、その方法に対して述べられるステップを含む。

さらにもう１つの態様に従って、コンピュータ・プログラム要素は、コンピュータにおいて実行されるときに、放射線検出器及び放射線源を使用した方法を制御するように構成され配置され、その放射線検出器及び放射線源の両方は支持部に搭載され、その支持部は回転軸の周りを回転可能である。その方法は、以下の順番において：放射線検出器を、中心にある横断方向の視野を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置へと移動させるステップ、その放射線源によって第1放射線を発するステップ、その第1放射線を放射線検出器によって検出し、第1放射線を示す投影データを取得するステップ、回転軸の周りでその支持部を180°回転させるステップ、放射線源によって第2放射線を発するステップ、その第2放射線を放射線検出器によって検出し、第2放射線を示す投影データを取得するステップ、放射線検出器を、その第1オフセット位置から第2オフセット位置へとその第1移動の反対方向にその2倍の長さの分移動させるステップ、放射線源によって第3放射線を発するステップ、放射線検出器によってその第3放射線を検出し、第3放射線を示す投影データを取得するステップ、回転軸の周りでその支持部を180°回転させるステップ、及び放射線源によって第4放射線を発するステップ、その第4放射線を放射線検出器によって検出し、第4放射線を示す投影データを取得するステップ、を含む。

本発明のさらなる追加の態様は、以下の詳細な記載を当業者が読むことによって明らかになるはずである。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置の形を取ってもよく、様々なステップ及びステップの配置を取ってもよい。図は、望ましい実施形態を例示することのみを目的とし、本発明を限定していると解釈されるべきではない。

従来技術のフル・ビームCT取得配置の横断面を示す図である。 本発明に従って第1オフセット位置にある検出器を示す図である。 第１の180°の回転の後の図2の取得配置を示す図である。 第2オフセット位置に検出器をずらした後の図3の取得配置を示す図である。 第2の180°の回転の後の図4の取得配置を示す図である。

フル・ビーム形状に関して、図2に示される画像システムの検出器204は、その横方向の寸法又は幅120の約2分の1横方向にずらされる。回転の中心214へ小さな距離を持つ放射線又は投影222は、検出器204の平面に垂直である。所定の投影角で、その検出器204は、図4に示される横方向FOV218の約2分の１を横切った放射線を検出する（重複又は移動領域224は、投影データが横断方向FOV218の中心領域で取得されることを保証することに留意）。ハーフ・ビーム取得配置は、図1の実施形態に示されるフル・ビーム取得配置に関して比較的より大きな横断方向FOVを達成する一方、その横断方向FOVの完全な角度サンプリングでは、データが約360°の角度範囲に亘って集められる必要がある。そのコンピュータ断層撮影法は、本文献で示されていない支持部における検出器204とともに搭載されたX線源202を使用する。その放射線源（202）は、一般的に扇形の横断面を有する放射線ビームを発し、その断面は、第1及び第2最外部の放射線242、244を含み、その最外部の放射線は、検出器に異なる入射角で交わる。支持部は、回転軸214の周りで回転可能である。第1ステップにおいて、a）放射線検出器を、中心に置かれた横断方向の視野を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から図2に示される第1オフセット位置212へ横方向に移動させるステップが実施される。放射線源202によって第1放射線を発し、その第1放射線を放射線検出器で検出し、第1放射線を示す投影データを取得した後に、矢印208によって示されるステップc）において、支持部を回転軸の周りで180°回転されるステップが実施される。

ステップd）において、図3に示される位置へ回転させた後に、画像システムの放射線源202によって第2放射線を発し、その第2放射線を放射線検出器204によって検出し、第2放射線を示す投影データを取得するステップが、4番面のステップd）において実施される。さらに図4に示されるステップe）において、その検出器は、第1オフセット位置212から検出器平面の方向における第2オフセット位置226（実線）へ、反対方向に第1移動（ステップa）の2倍の長さの分、移動（矢印228）させられる。次のステップにおいて、放射線源で第3放射線を発し、その第3放射線を放射線検出器によって検出し、第3放射線を示す投影データを取得した後に、その支持部を回転軸の周りで180°さらに回転させるステップが実施され、それは、図5において矢印230によって示される。図5の位置において、放射線源によって第4放射線を発し、その第4放射線を放射線検出器によって検出し、第4放射線を示す投影データを取得するステップが、１つの回転角に対するデータを完了させるために、最終的に実施される。

図2から5は、改善した、放射線源及び検出器の両方がイメージング・アイソセンターから移動させられた、2倍で移動させられたCT取得配置を示す。その検出器自体の移動も、本発明の範囲から離脱することなく可能であることは、当業者にとって明らかである。

上記は、放射線源202がX線管の焦点であり、従って実質的に点源であるX線CTシステムに焦点を置いてきている一方、他の変化形が検討される。例えば、放射線源202は、線状放射線源として実施されてもよい。くさび状又は他のビーム形状もまた検討される。ガンマ線又は他の放射線も使用してよい。放射線源及び検出器の対応するセットが角度方向にオフセットされ及び／又はお互いから縦方向にオフセットされてもよい場合には、複数の源202及び検出器204も供給されてもよい。注目すべきは、複数の角度オフセット線源及び検出器を有するシステムにおいて、完全な角度サンプリング範囲を提供するのに必要な回転は、単一の放射線源／検出器の対を有するシステムに比べて普通に低減され、その軌道はそれに応じて調整されてもよいことである。

本発明は、望ましい実施形態を参照して記載されている。改良形及び変化形は、他の読者が上記の詳細な記載を読み理解した上で作成してもよい。本発明は、添付の請求項又はそれらの均等物の範囲内にある限り、そのような全ての改良形及び変化形を含むとして構成されることを目的とする。

Claims (14)

1. 放射線検出器及び放射線源を使用したコンピュータ断層撮影の方法であり、該放射線検出器及び放射線源は両方とも支持部に搭載され、該支持部は、回転軸の周りを回転可能であり：
   a）前記放射線検出器を、中心にある横断方向の視野を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置へ横方向に移動させるステップ；
   b）前記放射線源によって第1放射線を発し、該第1放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第1放射線を示す投影データを取得するステップ；
   c）前記支持部を前記回転軸の周りで180°回転させるステップ；
   d）前記放射線源によって第2放射線を発し、該第2放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第2放射線を示す投影データを取得するステップ；
   e）前記放射線検出器を、前記第1オフセット位置から第2オフセット位置へ反対方向に前記の第1移動の2倍の長さの分だけ横方向に移動させるステップ；
   f）前記放射線源によって第3放射線を発し、該第3放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第3放射線を示す投影データを取得するステップ；
   g）前記支持部を前記回転軸の周りで180°回転させるステップ；
   h）前記放射線源によって第4放射線を発し、該第4放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第4放射線を示す投影データを取得するステップ；
   を含む、コンピュータ断層撮影の方法。
2. 前記検出器は、平面検出器である、請求項1に記載の方法。
3. 前記移動は、検出面に平行な方向において起こる、請求項1又は2に記載の方法。
4. 前記検出器は、該検出器が余分な投影データを生成する移行領域を含む、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
5. 前記放射線源は、前記放射線検出器の移動に従ってずらされる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
6. 前記回転軸は、前記横断方向の視野の中心である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法であり、前記放射線源は、一般的に扇形の横断面を有する放射線ビームを発し、該断面は、第1及び第2の最外部の放射線を含み、該最外部の放射線は、異なる入射角で前記検出器に交差する、方法。
8. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法であり、前記放射線源から前記検出器までの焦点経路は、第1、第2、第3及び第4の放射線の放射及び検出の間に、前記回転軸への非ゼロ距離を維持する、方法。
9. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法であり、前記中心に置かれた検出器配置を持つ位置から前記第1オフセット位置及び前記第2オフセット位置までの移動距離は、該移動の方向において、前記検出器の幅の2分の1未満である、方法。
10. 対向するビューを使用して３D画像データ体積を再構成するステップを含む、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
11. 物理的物体の投影画像を取得するための画像システムであり：
    X線を生成する放射線源；
    該放射線源から放たれる放射の放射線を検出するための放射線検出器；
    前記放射線源及び前記検出器を回転軸の周りで回転可能なように支持する支持部；
    を含み、前記放射線検出器は、中心にある横断方向の視野（FOV）を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置へと横方向に移動させられ、該第1オフセット位置から第2オフセット位置へと、反対方向に前記の第1移動の長さの2倍横方向に移動させられるように構成されている、システム。
12. 前記放射線源は、前記検出器の移動に従って、中心に置かれた放射線源位置から調整されるように構成されている、請求項11に記載の画像システム。
13. 放射線検出器を、中心にある横断方向の視野（FOC）を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置へ、及び該第1オフセット位置から第2オフセット位置へと、反対方向に前記の第1移動の長さの2倍横方向に移動させるための手段を作動させるように構成された制御装置。
14. コンピュータで実行可能なインストラクションを保存し、コンピュータが、放射線検出器及び放射線源を使用する方法を実行することを可能にするコンピュータ読み出し可能な媒体であり、該放射線検出器及び放射線源は両方とも支持部に搭載され、該支持部は、回転軸の周りを回転可能であり；該方法は：
    a）前記放射線検出器を、中心にある横断方向の視野を持ち、中心に置かれた検出器配置を持つ位置から第1オフセット位置へ横方向に移動させるステップ；
    b）前記放射線源によって第1放射線を発し、該第1放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第1放射線を示す投影データを取得するステップ；
    c）前記支持部を前記回転軸の周りで180°回転させるステップ；
    d）前記放射線源によって第2放射線を発し、該第2放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第2放射線を示す投影データを取得するステップ；
    e）前記放射線検出器を、前記第1オフセット位置から、反対方向に前記の第1移動の長さの2倍横方向に移動させるステップ；
    f）前記放射線源によって第3放射線を発し、該第3放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第3放射線を示す投影データを取得するステップ；
    g）前記支持部を前記回転軸の周りで180°回転させるステップ；
    h）前記放射線源によって第4放射線を発し、該第4放射線を前記放射線検出器によって検出し、該第4放射線を示す投影データを取得するステップ

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